JP2006073912A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光取り出し効率を高くして、輝度の向上を図ることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】フェイスダウンでサブマウント素子４に実装された半導体発光素子３と、半導体発光素子３が搭載されたカップ部２ｃと、半導体発光素子３を封止した第１の樹脂部５ａおよび第２の樹脂部５ｂとを有する半導体発光装置１において、第１の樹脂部５ａは、少なくとも半導体発光素子３の発光層より下部に設けられた電極部分を覆い、かつ半導体発光素子３の主光取り出し面を覆わないように形成され、第２の樹脂部５ｂは、第１の樹脂部５ａの上面に形成され、半導体発光素子３を覆うように形成され、第１の樹脂部５ａの屈折率をＮ１、第２の樹脂部５ｂの屈折率をＮ２、半導体発光素子３の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有する。
【選択図】図１
【解決手段】フェイスダウンでサブマウント素子４に実装された半導体発光素子３と、半導体発光素子３が搭載されたカップ部２ｃと、半導体発光素子３を封止した第１の樹脂部５ａおよび第２の樹脂部５ｂとを有する半導体発光装置１において、第１の樹脂部５ａは、少なくとも半導体発光素子３の発光層より下部に設けられた電極部分を覆い、かつ半導体発光素子３の主光取り出し面を覆わないように形成され、第２の樹脂部５ｂは、第１の樹脂部５ａの上面に形成され、半導体発光素子３を覆うように形成され、第１の樹脂部５ａの屈折率をＮ１、第２の樹脂部５ｂの屈折率をＮ２、半導体発光素子３の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、半導体発光素子が樹脂により封止される半導体発光装置およびその製造方法に関する。
従来の半導体発光装置は、半導体発光素子を保護するためや、配光特性を調整するために樹脂で半導体素子を封止している。また、白色を発光する半導体発光装置は、青色を発光する半導体発光素子から出射された光を波長変換して白色とするための蛍光体を、半導体発光素子を封止する樹脂に含有させている。
このような樹脂で半導体発光素子を封止した半導体発光装置が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の半導体発光装置を図５に示す。図５に示される従来の半導体発光装置は、屈折率Ｎ１の半導体発光素子１０が屈折率Ｎ２の第１の樹脂部１３で封止され、更にその外側を屈折率Ｎ３の第２の樹脂部１４で封止されている。そして、それぞれの屈折率の関係がＮ１＞Ｎ２＞Ｎ３となるようにしたものである。
このような構成とすることで、半導体発光素子と空気との屈折率との差がなくなり、反射率の低減が可能となる。
特開平１０−６５２２０号公報
図５に示される従来の半導体発光装置は、半導体発光素子１０がリードフレーム１１と接続するために図示されていない電極が設けられていると思われる。電極は光吸収性を有しており、特に電極が金で形成されていると光吸収性が高いので半導体発光素子の光取り出し効率が低下する。つまり、基板に形成された配線パターンや、リードフレームや、サブマウント素子に、ｐ側電極が形成された面を表面として、その表面を下にした半導体発光素子をフェイスダウンでフリップチップ実装すると、発光層より側方または下方向へ出射された光は、発光層より下部に設けられたｐ側電極に少なからず吸収されることになり、光取り出し効率が低下することになる。
また、半導体発光素子が絶縁基板で形成されている場合には、ｎ側電極も発光層の下に位置することになり、半導体発光素子の発光層より側方または下方へ出射された光がｐ側電極とｎ側電極に吸収されるので、より光取り出し効率が低下することになる。
そこで本発明は、光取り出し効率を高くして、輝度の向上を図ることができる半導体発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されたカップ部と、前記半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置において、前記樹脂部は、少なくとも前記半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ前記半導体発光素子の主光取り出し面を覆わないように形成された第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の上面に形成され、前記半導体発光素子を覆うように形成された第２の樹脂部からなり、前記第１の樹脂部の屈折率をＮ１、前記第２の樹脂部の屈折率をＮ２、前記半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有することを特徴とする。
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子の発光層から第１の樹脂部の方向へ出射された光は、第１の樹脂部の屈折率をＮ１、半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係としているので、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射しやすく、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため、電極などによる光の吸収を少なくすることができる。
また第２の樹脂部の屈折率をＮ２としたときに、Ｎ１＜Ｎ２の関係となるようにしたことで、第１の樹脂部から第２の樹脂部へ通過する光がその界面で透過しやすく、反射し難くなるので、第２の樹脂部を通過することができる。
よって、光取り出し効率が高くできるので、高輝度とすることができる。
本願の第１の発明は、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載されたカップ部と、半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置において、樹脂部は、少なくとも半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ半導体発光素子の主光取り出し面を覆わないように形成された第１の樹脂部と、第１の樹脂部の上面に形成され、半導体発光素子を覆うように形成された第２の樹脂部からなり、第１の樹脂部の屈折率をＮ１、第２の樹脂部の屈折率をＮ２、半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有することを特徴としたものである。
第１の樹脂層の屈折率Ｎ１と、半導体発光素子の屈折率Ｎ３とをＮ１＜Ｎ３の関係となるようにしたことで、半導体発光素子の発光層から第１の樹脂部の方向へ出射された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射しやすく、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため、半導体発光素子内に戻される。半導体発光素子に戻された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射を繰り返しながら第２の樹脂部へ出射される。発光層から第１の樹脂部内へ出射される光を減少させることで、電極などによる光の吸収を少なくすることができる。
また、Ｎ１＜Ｎ２の関係となるようにしたことで、第１の樹脂部から第２の樹脂部へ通過する光がその界面で反射し難くなる。
本願の第２の発明は、第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、半導体発光素子とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の関係を有することを特徴としたものである。
第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、半導体発光素子とのそれぞれの屈折率を、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の関係となるようにしたことで、半導体発光素子と第２の樹脂部との界面より、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面の方が反射させやすくすることができる。
本願の第３の発明は、第２の樹脂部の屈折率は、半導体発光素子の屈折率に略等しい値としたことを特徴としたものであり、半導体発光素子と第２の樹脂部との界面で発生する全反射をおこりにくくすることができる。
本願の第４の発明は、基板に積層された半導体層で形成され、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載されたカップ部と、半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置において、樹脂部は、少なくとも半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ半導体発光素子の主光取り出し面を覆わないように形成された第１の樹脂部と、第１の樹脂部の上面に形成され、半導体発光素子を覆うように形成された第２の樹脂部からなり、第１の樹脂部の屈折率をＮ１、第２の樹脂部の屈折率をＮ２、基板の屈折率をＮ４、半導体層の屈折率をＮ５としたときに、Ｎ１＜Ｎ４およびＮ１＜Ｎ５の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有することを特徴としたものである。
第１の樹脂層の屈折率Ｎ１と、半導体発光素子の基板の屈折率Ｎ４、半導体層の屈折率Ｎ５とをＮ１＜Ｎ４およびＮ１＜Ｎ５の関係となるようにしたことで、半導体発光素子の発光層から第１の樹脂部の方向へ出射された光は、半導体発光素子の基板および発光層と第１の樹脂部との界面で反射しやすく、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため、半導体発光素子内に戻される。半導体発光素子に戻された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射を繰り返しながら第２の樹脂部へ出射される。発光層から第１の樹脂部内へ出射される光を減少させることで、電極などによる光の吸収を少なくすることができる。
また、Ｎ１＜Ｎ２の関係となるようにしたことで、第１の樹脂部から第２の樹脂部へ通過する光がその界面で反射し難くなる。
本願の第５の発明は、第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、基板と、半導体層とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有することを特徴としたものである。
基板と半導体層が異なる材質で形成された半導体発光素子である場合に、第１の樹脂部と第２の樹脂部を形成する樹脂を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有するものとするのが望ましい。
これは、半導体発光素子と樹脂部との接する面積において、半導体層は、第１の樹脂層と接する面積が広く、基板は第２の樹脂層と接する面積が広い。従って、基板および半導体層の屈折率と、第１の樹脂部および第２の樹脂部の屈折率との関係を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜とすることで、半導体発光素子の基板と第２の樹脂部との界面より、半導体発光素子の半導体層と第１の樹脂部との界面の方が反射させやすくすることができる。
基板と半導体層とが同じ材質である場合は、屈折率Ｎ４＝Ｎ５となり、半導体発光素子の屈折率Ｎ３に置き換えることで、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の式となる。
本願の第６の発明は、第２の樹脂部の屈折率は、半導体発光素子の基板の屈折率に略等しい値としたことを特徴とする。
半導体発光素子と樹脂部との接する面積において、第２の樹脂層は基板と接する面積が広いので、第２の樹脂部の屈折率と、半導体発光素子の基板の屈折率とを略等しい値とすることで、半導体発光素子の基板と第２の樹脂部との界面で発生する全反射をおこりにくくすることができる。
本願の第７の発明は、カップ部は、第１の樹脂部の厚みを深さとした凹部と、凹部の側壁部を延長するように凹部の縁部に接続された周壁部とから構成されたことを特徴としたものである。
第１の樹脂部を形成する際に、第１の樹脂部を形成する樹脂をカップ部の凹部の縁部まで充填すればよく、余分な樹脂は凹部の縁部から溢れるので、容易かつ正確に所望とする第１の樹脂部の厚みを形成することができる。
本願の第８の発明は、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載されたカップ部と、半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置の製造方法において、半導体発光素子をカップ部に実装し、カップ部に、半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、屈折率がＮ１であり、Ｎ３＞Ｎ１の関係となる樹脂で、少なくとも半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ基板の主光取り出し面を覆わないように第１の樹脂部を形成し、第１の樹脂部が形成された後に、屈折率がＮ２であり、Ｎ１＜Ｎ２の関係となる樹脂で、第１の樹脂部の上面に半導体発光素子を覆うように第２の樹脂部を形成したことを特徴としたものである。
第１の樹脂部の屈折率Ｎ１と、半導体発光素子の屈折率Ｎ３とをＮ１＜Ｎ３の関係となるようにしたことで、半導体発光素子の発光層から第１の樹脂部の方向へ出射された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射しやすく、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため、半導体発光素子内に戻される。半導体発光素子に戻された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射を繰り返しながら第２の樹脂部へ出射される。発光層から第１の樹脂部内へ出射される光を減少させることで、電極などによる光の吸収を少なくすることができる。
また、Ｎ１＜Ｎ２の関係となるようにしたことで、第１の樹脂部から第２の樹脂部へ通過する光がその界面で反射し難くなる。
本願の第９の発明は、第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、半導体発光素子とのそれぞれの屈折率の関係が、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜としたことを特徴としたものである。
第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、半導体発光素子とのそれぞれの屈折率を、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の関係となるようにしたことで、半導体発光素子と第２の樹脂部との界面より、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面の方が反射させやすくすることができる。
本願の第１０の発明は、第２の樹脂部の屈折率は、半導体発光素子の屈折率に略等しい値としたことを特徴としたものであり、半導体発光素子と第２の樹脂部との界面で発生する全反射をおこりにくくすることができる。
本願の第１１の発明は、基板に積層された半導体層で形成され、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載されたカップ部と、半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置の製造方法において、半導体発光素子をカップ部に実装し、カップ部に、半導体発光素子の基板の屈折率をＮ４、半導体層の屈折率をＮ５としたときに、屈折率がＮ１であり、Ｎ４＞Ｎ１およびＮ５＞Ｎ１の関係となる樹脂で、少なくとも半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ基板の主光取り出し面を覆わないように第１の樹脂部を形成し、第１の樹脂部が形成された後に、屈折率がＮ２であり、Ｎ１＜Ｎ２の関係となる樹脂で、第１の樹脂部の上面に半導体発光素子を覆うように第２の樹脂部を形成したことを特徴としたものである。
第１の樹脂層の屈折率Ｎ１と、半導体発光素子の基板の屈折率Ｎ４、半導体層の屈折率Ｎ５とをＮ１＜Ｎ４およびＮ１＜Ｎ５の関係となるようにしたことで、半導体発光素子の発光層から第１の樹脂部の方向へ出射された光は、半導体発光素子の基板および発光層と第１の樹脂部との界面で反射しやすく、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため、半導体発光素子内に戻される。半導体発光素子に戻された光は、半導体発光素子と第１の樹脂部との界面で反射を繰り返しながら第２の樹脂部へ出射される。発光層から第１の樹脂部内へ出射される光を減少させることで、電極などによる光の吸収を少なくすることができる。
また、Ｎ１＜Ｎ２の関係となるようにしたことで、第１の樹脂部から第２の樹脂部へ通過する光がその界面で反射し難くなる。
本願の第１２の発明は、第１の樹脂部と、第２の樹脂部と、基板と、半導体層とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有することを特徴としたものである。
基板と半導体層が異なる材質で形成された半導体発光素子である場合に、第１の樹脂部と第２の樹脂部を形成する樹脂を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有するものとするのが望ましい。
これは、半導体発光素子と樹脂部との接する面積において、半導体層は、第１の樹脂層と接する面積が広く、基板は第２の樹脂層と接する面積が広い。従って、基板および半導体層の屈折率と、第１の樹脂部および第２の樹脂部の屈折率との関係を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜とすることで、半導体発光素子の基板と第２の樹脂部との界面より、半導体発光素子の半導体層と第１の樹脂部との界面の方を反射させやすくすることができる。
基板と半導体層とが同じ材質である場合は、屈折率Ｎ４＝Ｎ５となり、半導体発光素子の屈折率Ｎ３に置き換えることで、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の式となる。
本願の第１２の発明は、第２の樹脂部の屈折率は、半導体発光素子の屈折率に略等しい値としたことを特徴としたものであり、半導体発光素子と第２の樹脂部との界面で発生する全反射をおこりにくくすることができる。
本願の第１３の発明は、第２の樹脂部の屈折率は、半導体発光素子の基板の屈折率に略等しい値としたことを特徴としたものである。
半導体発光素子と樹脂部との接する面積において、第２の樹脂層は基板と接する面積が広いので、第２の樹脂部の屈折率と、半導体発光素子の基板の屈折率とを略等しい値とすることで、半導体発光素子の基板と第２の樹脂部との界面で発生する全反射をおこりにくくすることができる。
本願の第１４の発明は、カップ部は、第１の樹脂部の厚みを深さとした凹部と、凹部の側壁部を延長するように凹部の縁部に接続された周壁部とからなり、第１の樹脂部を形成するに際し、凹部の縁部まで第１の樹脂部を形成する樹脂を充填し、周壁部を凹部の縁部に接続して、第１の樹脂部を形成する樹脂を硬化させ、第２の樹脂部を形成することを特徴としたものである。
第１の樹脂部を形成する際に、第１の樹脂部を形成する樹脂をカップ部の凹部の縁部まで充填すればよく、余分な樹脂は凹部の縁部から溢れるので、容易かつ正確に所望とする第１の樹脂部の厚みを形成することができる。
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を説明する垂直断面図である。図２は図１のＡ部拡大図である。
本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を説明する垂直断面図である。図２は図１のＡ部拡大図である。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る半導体発光装置１は、リードフレーム２と、半導体発光素子３と、サブマウント素子４と、樹脂部５から構成される。
リードフレーム２は、アノード側リードフレーム２ａとカソード側リードフレーム２ｂとで構成される一対の電極である。アノード側リードフレーム２ａには、カップ部２ｃが設けられている。カップ部２ｃの底となる面にはサブマウント素子４が導通搭載されている。また、カソード側リードフレーム２ｂとサブマウント素子４とはワイヤ６で導通接続されている。
カップ部２ｃは、縁部に向かって徐々に広がるように傾斜面が形成されている。またカップ部２ｃは、半導体発光素子３から出射された光を反射するように内側の表面にはメッキが施されている。
図２に示すように、半導体発光素子３は、サファイアなどの絶縁性を有する基板３ａと、基板３ａに積層されたｎ型半導体層３ｂと、ｎ型半導体層３ｂに積層された発光層３ｃと、発光層３ｃに積層されたｐ型半導体層３ｄと、ｎ型半導体層に形成されたｎ側電極３ｅと、ｐ型半導体層３ｄに形成されたｐ側電極３ｆと、ｎ側電極３ｅおよびｐ側電極３ｆとに形成された突起状電極であるバンプ３ｇとを備えている。
半導体発光素子３は、基板３ａに、ｎ型半導体層３ｂと、発光層３ｃとｐ型半導体層３ｄとを半導体層として順次積層させ、ｐ側電極３ｆを形成した面を表面として下にしたフェイスダウンでサブマウント素子４にフリップチップ実装されている。
半導体発光素子３は、バンプ３ｇを介してｐ側電極３ｆに正電位、ｎ側電極３ｅに負電位を印加することで発光層３ｃが発光し、基板３ａの上面を主光取り出し面として光を出射する。また発光層３ｃから出射された一部の光は側方へ出射され、一部は下方へ出射される。
サブマウント素子４は、カップ部２ｃにダイボンドされ、半導体発光素子３がフェイスダウンで搭載されている。サブマウント素子４は、ツェナーダイオードが形成されている。このツェナーダイオードが介在してリードフレーム２と半導体発光素子３を接続することで半導体発光素子３を静電気から保護している。
樹脂部５は、半導体発光素子３の発光層３ｃより下部に設けられたｐ側電極３ｆ、ｎ側電極３ｅ、およびバンプ３ｇとを覆い、かつ基板３ａの主光取り出し面を被覆しないように形成された第１の樹脂部５ａと、第１の樹脂部５ａの上面に形成され、半導体発光素子３を覆うように形成された第２の樹脂部５ｂから構成される。
第２の樹脂部５ｂは、外形が砲弾型に形成されている。このように第２の樹脂部５ｂの外形を形成することで、主光取り出し方向へ集光させる配光特性とすることができる。
第１の樹脂部５ａと第２の樹脂部５ｂとは、第１の樹脂部５ａの屈折率をＮ１とし、第２の樹脂部５ｂの屈折率をＮ２としたときに、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有している。
本実施の形態では第１の樹脂部５ａとして、例えば屈折率１．５に調整されたエポキシ系樹脂を用いることができる。また、第２の樹脂部５ｂとして、第１の樹脂部５ａより大きい屈折率の樹脂とすればよいので、屈折率１．５より大きい、例えば屈折率１．７に調整されたエポキシ系樹脂を採用することができる。つまり第１の樹脂部５ａを成形性などの条件により樹脂を選択した場合に、この第１の樹脂部５ａより大きい屈折率を有する樹脂で第２の樹脂部５ｂを形成することで、Ｎ１＜Ｎ２の関係とすることができるので、エポキシ系樹脂に限らず、第１の樹脂部５ａを形成する樹脂と、第２の樹脂部５ｂを形成する樹脂を適宜採用することが可能である。その一例として、第１の樹脂部５ａおよび第２の樹脂部５ｂとして、本実施の形態で用いているエポキシ樹脂の他に、屈折率を調整したシリコーン樹脂を採用することも可能である。
このようにＮ１＜Ｎ２の関係とすることで、第１の樹脂部５ａから第２の樹脂部５ｂへ通過する光がその界面で反射し難くなる。
また、第１の樹脂部５ａと半導体発光素子３とは、半導体発光素子３の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係を有している。
半導体発光素子３の屈折率は、電極部分であるｎ側電極３ｅと、ｐ側電極３ｆと、突起状電極であるバンプ３ｇとを除いた半導体で形成された部分は、ＧａＮ系であれば約２．５である。また基板３ａがサファイアで形成されていれば、基板の屈折率は約１．７である。従って、第１の樹脂部５ａの屈折率を１．５とすれば、半導体発光素子３のそれぞれの屈折率は、第１の樹脂部５ａの屈折率より大きい関係とすることができる。
このようにＮ１＜Ｎ３の関係とすることで、半導体発光素子３の発光層３ｃから第１の樹脂部５ａの方向へ出射された光は、半導体発光素子３と第１の樹脂部５ａとの界面で反射しやすくなり、また臨界角をより小さくすることで第１の樹脂部へ光を透過しにくくなるため半導体発光素子３内に戻される。半導体発光素子３に戻された光は、半導体発光素子３と第１の樹脂部５ａとの界面で反射を繰り返しながら第２の樹脂部５ｂへ出射される。発光層３ｃから第１の樹脂部５ａ内へ出射される光を抑制することで、ｐ側電極３ｆ、ｎ側電極３ｅ、およびバンプ３ｇなどによる光の吸収を少なくすることができる。
第１の樹脂部５ａと半導体発光素子３との界面で反射しなかった光は、カップ部２ｃに反射されて主光取り出し面の方向へ出射される。
そして、第２の樹脂部５ｂと、第１の樹脂部５ａと、半導体発光素子３とのそれぞれの屈折率の関係は、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜である。このような関係とすることで、半導体発光素子３と第１の樹脂部５ａとの界面より半導体発光素子３と第２の樹脂部５ｂとの界面の方が反射を少ないものとすることができる。
また、本実施の形態の半導体発光素子３は、基板３ａはサファイアで形成され、半導体層はＧａＮ系で形成されており、異なる材質としている。この場合、半導体発光素子３の基板３ａの屈折率をＮ４、半導体層をＮ５とすると、第１の樹脂部５ａと第２の樹脂部５ｂを形成する樹脂を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係とするのが望ましい。
これは、半導体発光素子３と樹脂部５との接する面積において、半導体層は、第１の樹脂層５ａと接する面積が広く、基板３ａは第２の樹脂層５ｂと接する面積が広い。従って、基板３ａおよび半導体層の屈折率と、第１の樹脂部５ａおよび第２の樹脂部５ｂの屈折率との関係を｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜とすることで、半導体発光素子３の基板３ａと第２の樹脂部５ｂとの界面より、半導体発光素子３の半導体層と第１の樹脂部５ａとの界面の方を反射させやすくすることができる。
本実施の形態では、基板３ａをサファイアで形成しているので、その屈折率Ｎ４は約１．７であり、半導体層をＧａＮ系で形成しているので、その屈折率Ｎ５は約２．５であり、第１の樹脂部５ａは１．５（Ｎ１）、第２の樹脂部５ｂは１．７（Ｎ２）の樹脂を用いているので、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係とすることができる。
また、基板３ａをＧａＮ系で形成し、半導体層をＧａＮ系で形成した半導体発光素子の場合には、基板３ａと半導体層とが同じ材質で形成されているので、Ｎ４＝Ｎ５であり、半導体発光素子３としてＮ３と置き換えることができる。従って、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の式は、上述した｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の関係と同じとなる。
この半導体発光素子３と第２の樹脂部５ｂとの界面での全反射をおこりにくくするためには、第２の樹脂部５ｂの屈折率を半導体発光素子３の屈折率と略等しいものとするのが望ましい。更に、第２の樹脂部５ｂは、半導体発光素子と接する面積においては、半導体層より基板の方が割合が大きいので、第２の樹脂部５ｂの屈折率Ｎ２は、半導体発光素子３の基板３ａの屈折率Ｎ４に略等しいものとするのが望ましい。
以上のように構成される本発明の実施の形態に係る半導体発光装置の製造方法を図１および図２に基づいて説明する。
まず、半導体発光素子３をフェイスダウンでフリップチップ実装したサブマウント素子４を準備する。
アノード側リードフレーム２ａのカップ部２ｃの底面に、半導体発光素子３をフリップチップ実装したサブマウント素子４を、銀ペーストなどの導電性ペーストを介在させてダイボンドする。ダイボンドした後、サブマウント素子４とカソード側リードフレーム２ｂとをワイヤ６にて接続する。
そしてカップ部２ｃに半導体発光素子３の屈折率より小さい屈折率のエポキシ系樹脂をポッティングにより、カップ部２ｃの底面から半導体発光素子３に設けられたｐ側電極３ｆ、ｎ側電極３ｅ、およびバンプ３ｇとを覆う位置まで充填する。そして、樹脂を硬化させて第１の樹脂部５ａを形成する。この充填される第１の樹脂部５ａを形成する樹脂の量は、少なくとも半導体発光素子３の発光層３ｃより下部に設けられたｐ側電極３ｆ、ｎ側電極３ｅ、およびバンプ３ｇとを覆っていればよい。第１の樹脂５ａの厚みを厚くする場合には、基板の主光取り出し面を被覆しないようにする必要がある。これは、主光取り出し面を覆うように第１の樹脂部５ａを形成すると、半導体発光素子３から出射された光が第２の樹脂部５ｂまで到達する光量が少なくなるからである。
次に、砲弾型に凹部が形成された図示しない金型を準備する。この金型の凹部に第１の樹脂部５ａの屈折率より高い屈折率を有する第２の樹脂部５ｂとなる樹脂を充填する。そしてこの凹部に、リードフレーム２の上下を逆にして、カップ部２ｃを含むリードフレーム２の先端を浸漬して樹脂を硬化させて第２の樹脂部５ｂを形成する。
このようにして本発明の実施の形態に係る半導体発光装置１を製造することができる。
次に、本発明の他の実施の形態に係る半導体発光装置を図３に基づいて説明する。図３は本発明の他の実施の形態に係る半導体発光装置の構成を説明する拡大図である。なお、図３において、図１および図２と同じ構成は同符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、本発明の他の実施の形態に係る半導体発光装置のカップ部７は、第１の樹脂部５ａの厚みを深さとした凹部７ａと、凹部７ａの側壁部７ｂを延長するように凹部７ａの縁部７ｃに接続された周壁部７ｄとから構成されている。
第１の樹脂部５ａを形成する場合には、凹部７ａのみとする。そして第１の樹脂部５ａを形成する樹脂を充填する。余分な樹脂は、凹部７ａの縁部７ｃから溢れるので、正確に所望とする第１の樹脂部５ａの厚みを形成することができる。次に、第１の樹脂部５ａを硬化させる前に、凹部７ａの縁部７ｃに周壁部７ｄを接続する。そして上述したように第２の樹脂部５ｂを形成する樹脂の中へ浸漬して硬化させる。
なお、半導体発光素子３から出射された光を、主光取り出し方向へ集光する必要がない場合には、光を反射させるカップ部７の周壁部７ｄを省略することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、サブマウント素子を省略して半導体発光素子を直接リードフレームにフリップチップ実装してもよい。また、基板に凹部が形成され、この凹部の底面に半導体発光素子を搭載した面実装型の半導体発光装置としても、第１の樹脂部と第２の樹脂部とを形成することで、光取り出し効率を向上させることができる。
また、図４（ａ）に示されるように、基板３ａがＧａＮなどの導電性基板で形成され、その基板３ａの上面である主光取り出し面に形成された透明電極であるｎ側電極３ｈとし、ｐ側電極３ｆを下にしたフェイスダウンでサブマウント素子４にフリップ実装した半導体発光素子８や、図４（ｂ）に示されるように、ｐ側電極３ｆに接続するバンプを省略し、同様にｐ側電極３ｆを下にしたフェイスダウンでサブマウント素子４に実装した半導体発光素子９であっても、半導体発光素子８，９の発光層３ｃより下部に設けられたｐ側電極３ｆおよびバンプ３ｇを覆うように第１の樹脂部５ａを形成することで、光取り出し効率を向上させることができる。
本発明は、光取り出し効率を高くすることで、輝度の向上を図ることができるので、半導体発光素子が樹脂により封止される半導体発光装置に好適である。
１，８，９ 半導体発光装置
２ リードフレーム
２ａ アノード側リードフレーム
２ｂ カソード側リードフレーム
２ｃ カップ部
３ 半導体発光素子
３ａ 基板
３ｂ ｎ型半導体層
３ｃ 発光層
３ｄ ｐ型半導体層
３ｅ ｎ側電極
３ｆ ｐ側電極
３ｇ バンプ
３ｈ ｎ側電極
４ サブマウント素子
５ 樹脂部
５ａ 第１の樹脂部
５ｂ 第２の樹脂部
６ ワイヤ
７ カップ部
７ａ 凹部
７ｂ 側壁部
７ｃ 縁部
７ｄ 周壁部
２ リードフレーム
２ａ アノード側リードフレーム
２ｂ カソード側リードフレーム
２ｃ カップ部
３ 半導体発光素子
３ａ 基板
３ｂ ｎ型半導体層
３ｃ 発光層
３ｄ ｐ型半導体層
３ｅ ｎ側電極
３ｆ ｐ側電極
３ｇ バンプ
３ｈ ｎ側電極
４ サブマウント素子
５ 樹脂部
５ａ 第１の樹脂部
５ｂ 第２の樹脂部
６ ワイヤ
７ カップ部
７ａ 凹部
７ｂ 側壁部
７ｃ 縁部
７ｄ 周壁部
Claims (14)
- フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されたカップ部と、前記半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置において、前記樹脂部は、少なくとも前記半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ前記半導体発光素子の主光取り出し面を覆わないように形成された第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の上面に形成され、前記半導体発光素子を覆うように形成された第２の樹脂部からなり、前記第１の樹脂部の屈折率をＮ１、前記第２の樹脂部の屈折率をＮ２、前記半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、Ｎ１＜Ｎ３の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有することを特徴とする半導体発光装置。
- 前記第１の樹脂部と、前記第２の樹脂部と、前記半導体発光素子とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜の関係を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記第２の樹脂部の屈折率は、前記半導体発光素子の屈折率に略等しい値としたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光装置。
- 基板に積層された半導体層で形成され、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されたカップ部と、前記半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置において、前記樹脂部は、少なくとも前記半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ前記半導体発光素子の主光取り出し面を覆わないように形成された第１の樹脂部と、前記第１の樹脂部の上面に形成され、前記半導体発光素子を覆うように形成された第２の樹脂部からなり、前記第１の樹脂部の屈折率をＮ１、前記第２の樹脂部の屈折率をＮ２、前記基板の屈折率をＮ４、前記半導体層の屈折率をＮ５としたときに、Ｎ１＜Ｎ４およびＮ１＜Ｎ５の関係と、Ｎ１＜Ｎ２の関係を有することを特徴とする半導体発光装置。
- 前記第１の樹脂部と、前記第２の樹脂部と、前記基板と、前記半導体層とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有することを特徴とする請求項４記載の半導体発光装置。
- 前記第２の樹脂部の屈折率は、前記半導体発光素子の前記基板の屈折率に略等しい値としたことを特徴とする請求項４または５記載の半導体発光装置。
- 前記カップ部は、前記第１の樹脂部の厚みを深さとした凹部と、前記凹部の側壁部を延長するように前記凹部の縁部に接続された周壁部とから構成されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の半導体発光装置。
- フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されたカップ部と、前記半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置の製造方法において、半導体発光素子をカップ部に実装し、前記カップ部に、前記半導体発光素子の屈折率をＮ３としたときに、屈折率がＮ１であり、Ｎ３＞Ｎ１の関係となる樹脂で、少なくとも前記半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ前記基板の主光取り出し面を覆わないように第１の樹脂部を形成し、前記第１の樹脂部が形成された後に、屈折率がＮ２であり、Ｎ１＜Ｎ２の関係となる樹脂で、前記第１の樹脂部の上面に半導体発光素子を覆うように第２の樹脂部を形成したことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
- 前記第１の樹脂部と、前記第２の樹脂部と、前記半導体発光素子とのそれぞれの屈折率の関係が、｜Ｎ１−Ｎ３｜＞｜Ｎ２−Ｎ３｜としたことを特徴とする請求項８記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記第２の樹脂部の屈折率は、前記半導体発光素子の屈折率に略等しい値としたことを特徴とする請求項８または９記載の半導体発光装置の製造方法。
- 基板に積層された半導体層で形成され、フェイスダウンで実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子が搭載されたカップ部と、前記半導体発光素子を封止した樹脂部とを有する半導体発光装置の製造方法において、半導体発光素子をカップ部に実装し、前記カップ部に、前記半導体発光素子の前記基板の屈折率をＮ４、前記半導体層の屈折率をＮ５としたときに、屈折率がＮ１であり、Ｎ４＞Ｎ１およびＮ５＞Ｎ１の関係となる樹脂で、少なくとも前記半導体発光素子の発光層より下部に設けられた電極を覆い、かつ前記基板の主光取り出し面を覆わないように第１の樹脂部を形成し、前記第１の樹脂部が形成された後に、屈折率がＮ２であり、Ｎ１＜Ｎ２の関係となる樹脂で、前記第１の樹脂部の上面に半導体発光素子を覆うように第２の樹脂部を形成したことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
- 前記第１の樹脂部と、前記第２の樹脂部と、前記基板と、前記半導体層とのそれぞれの屈折率が、｜Ｎ１−Ｎ５｜＞｜Ｎ２−Ｎ４｜の関係を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体発光装置。
- 前記第２の樹脂部の屈折率は、前記半導体発光素子の前記基板の屈折率に略等しい値としたことを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体発光装置。
- 前記カップ部は、前記第１の樹脂部の厚みを深さとした凹部と、前記凹部の側壁部を延長するように前記凹部の縁部に接続された周壁部とからなり、前記第１の樹脂部を形成するに際し、前記凹部の縁部まで前記第１の樹脂部を形成する樹脂を充填し、前記周壁部を前記凹部の縁部に接続して、前記第１の樹脂部を形成する樹脂を硬化させ、前記第２の樹脂部を形成することを特徴とする請求項８から１３のいずれかの項に記載の半導体発光装置の製造方法。
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