JP2006269531A - 光半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 透明導電膜の透明性の低下および脆化による電気抵抗率が高くなることを抑え光の取り出し効率を向上すると共に、光半導体装置の低背化を実現すること。
【解決手段】 光半導体素子３の上面に向かって高い屈折率を有した透明導電膜６を、光半導体素子３上および光半導体素子３近傍から外側に導出するリードフレーム２ｂにかけて被覆させることにより、光半導体素子３の半導体層と透明導電膜層間での屈折率に大きな差が生じなくなる。これにより、半導体層界面で全反射する光の量が減少することから、光半導体素子３からの光の取り出し効率が向上すると共に、ワイヤレス化により光半導体装置の低背化を実現する事ができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光半導体装置において光半導体素子とリードフレームとの接続に関し、特に光取り出し効率の改善に有用である。
図２に示す従来の光半導体装置は、リードフレーム１０２ａに光の取り出し口となる開口部を備えた絶縁体からなる基体１０１を形成し、開口部の底面に光半導体素子１０３を開口部に露出したリードフレーム１０２にＡｇペースト１０４を介して実装されている。
また、光半導体素子１０３は、光の取り出し効率を向上させるため、光取り出し口に向かって高い屈折率を有した透明導電膜、もしくは屈折率を連続的に変化させた透明導電膜が形成されており（例えば、特許文献１参照）、その上面にＡｕもしくはＡｕ合金の導電性ワイヤー１１０を接続し、リードフレーム１０２ｂと通電を行っている。
また、光半導体素子１０３を保護するため、基体１０１の内部に光半導体素子１０３および導電性ワイヤー１１０を覆うように透光性樹脂１０７が設けられており、これにより、光半導体素子１０３を搭載した光半導体装置となる（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−２６５９２３号公報 特開２０００−１５６５２８号公報
しかしながら、従来の構成では、接合されている屈折率の異なる光半導体素子１０３の最表層と透光性樹脂１０７の最表層との界面でスネルの法則に従い、光の一部が全反射し、残りの光半導体素子１０３から放射された光は屈折して、透光性樹脂１０７を進むが、その際に光半導体素子１０３と透光性樹脂１０７の屈折率の差異が大きくなるにつれ、透光性樹脂１０７の媒体中に取り込まれる光の量が小さくなる。すなわち、光取り出し効率を高める為には、透光性樹脂１０７の屈折率を高くし、光半導体素子１０３の屈折率と、同じもしくは近似させなければならない課題を有していた。
また、全反射で損失された光を取り出すため、基体１０１の開口部を光半導体素子１０３が実装されている底面に向けて、小さくなるように傾斜を持たせたすり鉢状の形状に考慮したり、基体１０１の開口部に向けて露出されたリードフレーム１０２が高反射率を有する表面に仕上げられているなどの考慮がされているが、この場合、放射強度や光束が限られてしまう。
また、従来の構成では導電性ワイヤーの形成時に高温にさらされ、透明導電膜の透明性が失われるだけでなく、脆化による電気抵抗率が高くなり、光の取り出し効率が下がる。さらに、表面活性が低いため密着性に難があり導電性ワイヤーによる通電手段に不具合を生じる問題がある。また、導電性ワイヤーを形成するには、ループと称され一定の高さが必要とされ、光半導体装置の低背化が難しいという課題を有していた。
本発明は、従来の課題を解決するもので、透明導電膜の透明性の低下および脆化による電気抵抗率が高くなることを抑え、光の取り出し効率を向上すると共に、光半導体装置の低背化を実現することを目的とする。
リードフレームに形成された基体と、基体に形成された光放射口と、光放射口の中央部の底部に露出された少なくとも一対のリードフレームと、露出された少なくとも一対のリードフレームの第一のリードフレーム表面に発光面を上面に導電性接着剤を介して搭載された光半導体素子と、露出された一対のリードフレームの第二のリードフレームと光半導体素子とを接続する透明導電膜とからなり、第一のリードフレームと透明導電膜との間に絶縁領域を備えたことと、その際に光半導体素子の発光領域を透明導電膜により被覆されている作用により、光半導体素子からの光の取り出し効率を向上し、光半導体装置の低背化を実現する。
以上のように、本発明の光半導体装置によれば、光半導体素子の光取り出し口に向かって高い屈折率を有した透明導電膜が光半導体素子上および該光半導体素子近傍から外側に導出するリードフレームにかけて形成されていることから、透明導電膜の透明性の低下および脆化による電気抵抗率が高くなることを抑え、光の取り出し効率が向上し、なおかつワイヤレス導通が可能であることから光半導体装置を低背化することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。
図１において、光半導体装置は、放射口を備えた中央部８に光半導体素子３が搭載された基体１を有し、基体１には対向する一対の導電性を有するリードフレーム２ａ、２ｂが中央部８から外側に向かい基体１の外部に突出するよう延出され、延出されたリードフレーム２ａ、２ｂは、基体１の外形に沿って下方に折り曲げ加工されている。
また、中央部８のリードフレーム２ａ、２ｂの片側一方のリードフレーム２ａに、上下面に電極を有した光半導体素子３の下面電極（図示せず）が搭載され、導電ペースト４を介して電気的接続をとっている。
さらに、光半導体素子３の上面電極（図示せず）には、１．７〜３．０の高い屈折率を有した膜厚１０〜５００μｍの透明導電膜６が、もう一方のリードフレーム２ｂにかけて形成されている。
このとき、透明導電膜６は、予め透明な導電性膜として生成された透明導電フィルムを貼付する方法、および、イオンスパッタやイオンビームスパッタなどの物理的膜生成法、並びに、ＭＯＣＶＤやゾルゲル法などの化学的膜生成法を用いて形成されている。
また、透明導電膜６を形成するためのスパッタ装置や真空装置などの生産設備を必要としない透明導電フィルムを貼付する方法が好適である。これにより、光半導体素子３からの光を遮光することなくリードフレーム２ａ、２ｂと光半導体素子３とを電気的接続することができる。
このとき、中央部８でリードフレーム２ａは光半導体素子３が搭載される箇所のみ基体１から露出され、リードフレーム２ｂは中央部８で基体１から露出され、光半導体素子３の上面電極（図示せず）と下面電極（図示せず）が透明導電膜６を介して導通することを防ぐ絶縁領域が形成されている。
また、光半導体素子３の下電極（図示せず）とリードフレーム２ａとの導通接続部を樹脂やセラミックスなどの絶縁性物質５で被着して絶縁領域を形成することが好適である。
さらに、中央部８に露出したリードフレーム２ａおよび２ｂ、光半導体素子３、透明導電膜６並びに絶縁性物質５は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの熱硬化性の透光性樹脂７で封止されている。
このとき、透明導電膜６は、屈折率が１．７〜３．０の高い屈折率であり、全光線透過率が８０％以上であり、電気抵抗率が０．００００１〜５０Ω・ｃｍの範囲が好ましく、０．００００１〜０．００１Ω・ｃｍが好適である。
かかる構成によれば、例えば、光半導体素子３を保護する透光性樹脂７の屈折率が１．４の場合、従来の構成と比較して、１．７〜３．０の高い屈折率の透明導電膜６を形成することで発光素子３の屈折率を２．５と仮定した場合、約２５％以上の取り出し効率が向上する。
また、高屈折率を有する透明導電膜６を、光半導体素子３上および光半導体素子３近傍から外側に導出するリードフレーム２ｂにかけて被覆させることにより、接合されている屈折率の異なる光半導体素子３の最表層と透明導電膜６の最表層との界面で、屈折率に大きな差が生じなくなる事から、半導体層界面で全反射する光の量は減少する。その結果、位相する界面の屈折率差として、透明導電膜６の屈折率は、一般的な屈折率１．７〜３．５の光半導体素子３の発光層と同等、もしくは光半導体素子３と透明導電膜６の屈折率の差が１．５以内で近似する屈折率となる。この近似する屈折率差を利用することで、光半導体素子３からの光の取り出し効率が向上し、低消費電力にも繋がる結果となる。
また、ワイヤレス導通が可能になることから、ループ高度を保持することなく光半導体装置を低背化することができる。その際に、従来の光半導体装置と比べ、基体１の形状に自由度が増すことで、輝度や放射強度、光束に自由度が増し、演色性に富んだ光表現が可能となる。
本発明の光半導体装置は、高輝度用光デバイス等として有用であり、小型化が必要な用途にも適用できる。
本発明の実施形態に係る半導体装置の全体構造を示す断面図 従来の半導体装置の全体構造を示す断面図
符号の説明
１ 基体
２ａ リードフレーム
２ｂ リードフレーム
３ 光半導体素子
４ 導電ペースト
５ 絶縁性物質
６ 透明導電膜
７ 透光性樹脂
８ 中央部
９ 凹部

Claims (2)

  1. リードフレームに形成された基体と、前記基体に形成された光放射口と、前記光放射口の中央部の底部に露出された少なくとも一対のリードフレームと、前記露出された少なくとも一対のリードフレームの第一のリードフレーム表面に発光面を上面に導電性接着剤を介して搭載された光半導体素子と、前記露出された少なくとも一対のリードフレームの第二のリードフレームと前記光半導体素子とを接続する透明導電膜とからなり、前記第一のリードフレームと前記透明導電膜との間に絶縁領域を備えたことを特徴とする、光半導体装置。
  2. 前記光半導体素子の発光領域を前記透明導電膜により被覆されたことを特徴とする、請求項１記載の光半導体装置。
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