JP2011009789A - 固体素子デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置1は、ガラス含有Al2O3基板3と、ガラス含有Al2O3基板3に搭載されたGaN系LED素子2と、GaN系LED素子2に接してガラス含有Al2O3基板3に接着され、GaN系LED素子2を封止するガラス封止部6と、ガラス含有Al2O3基板3に形成され、GaN系LED素子2に電流を印加する回路パターン4と、GaN系LED素子2が搭載されたガラス含有Al2O3基板3の裏側に設けられ、GaN系LED素子2の熱を外部へ放散する放熱パターン17とを備える。
【選択図】図11
Description
光学素子には発光ダイオード、レーザダイオードその他の発光素子及び受光素子が含まれる。光学素子の受発光波長も特に限定されるものではなく、紫外光〜緑色系光に有効なIII族窒化物系化合物半導体素子や赤色系光に有効なGaAs系半導体素子などを用いることができる。
光デバイスには電力受送手段が含まれる。この電力受送手段は発光素子に電力を供給し、また光を受けて受光素子に生じた電力を取り出す電気部品であり、光デバイスを外部の電気回線に接続するためのリードと該リードと光学素子とを配線するボンディングワイヤ等が含まれる。ボンディングワイヤは金線若しくは金合金線からなることが多い。当該ボンディングワイヤー自体並びにボンディングワイヤとリード若しくは光学素子との間のボンディングの耐熱温度は600℃以上であり、いずれも低融点ガラスをモールドしたときの温度に対して安定である。
第1の封止部材は光学素子と電力受送手段の少なくとも一部を被覆する。この第1の封止部材としてこの発明ではSiO2−Nb2O5系、B2O3−F系、P2O5−F系、P2O5−ZnO系、SiO2−B2O3−La2O3系若しくはSiO2−B2O3系のガラスを選択した。
この発明において光学素子は、既述の第1の封止部材を含めて複数の封止部材で封止される場合がある。ここに第2の封止部材は光学素子をその主たる光受発光方向と反対方向から被覆する。
この実施例では光学素子として図30に示すフェイスアップタイプのIII族窒化物系化合物半導体発光素子1010を用いた。この発光素子は青色系の光を放出する。
層 : 組成
p型層1015 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層1014 : InGaN層を含む
n型層1013 : n−GaN:Si
バッファ層1012 : AlN
基板1011 : サファイア
図34に示す光デバイス1003は、図33の光デバイス1001において低融点ガラス中に蛍光材料を含有させたものである。なお、図33と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施例では、蛍光材料として希土類元素をドープした低融点ガラスで封止部材1038を形成した。
図35に示す光デバイス1004は、図4の光デバイス1002において封止部材1028を砲弾型のカバー1048で被覆したものである。このカバー1048はエポキシ樹脂その他の透光性樹脂からなり、モールド成形される。このようにカバー1048を設けることにより大きなサイズの光デバイスを得ることができる。これにより、標準形状のガラス封止体を作成し、これをモールド型の設備や作業がより容易な樹脂により、多様な光学系を得ることができる。この際、発光素子から放射される光の密度が高く、温度上昇のある発光素子近傍はガラス材であるため、光出力劣化は無視できる程度に抑えることができる。なお、図34に示す封止部材1038をこのカバー1048で被覆することも可能である。また、後述する図36、図38、図39の各封止部材1058、1068、1069、1079をこのカバー1048で被覆することも可能である。このカバー1048中に蛍光材料を含有させることも可能である。
図36に示す光デバイス1005は自然溶着により形成された封止部材1058を有するものである。図33と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図38に示す光デバイス1006では異種の低融点ガラスを用いて発光素子1010及びリード1021、1022を被覆している。なお、図38において図33と同一要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図39に示す光デバイス1007では、第2の封止部材1079として金属薄板(Al薄板)を用いた。図38と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。第2の封止部材として金属材料を用いることにより、発光素子1010からの光を効率よく反射することができる。この第2の封止部材1079は専ら反射板の役目を奏するものであり、金属薄板の他に樹脂板等を用いることができる。
この実施例ではフリップチップタイプの発光素子1100を用いる。フリップチップタイプの発光素子は、図41に示すように、図30の発光素子において透光性電極1016及びp電極1017の代わりに、p型層1015の全面に厚膜のp電極1101を積層した構成である。なお、図30と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例では、図47に示すように、AlN等からなる無機材料基板1200の表面に電力受送手段としての回路パターン1201、1202が形成されている。当該回路パターン1201、1202に対し、バンプ1205、1206を介してフリップチップタイプの発光素子1100がマウントされることとなる。また、基盤1200は共晶材により、リード1021、1022に実装されている。そして、この組み付け体1220を中子として第1実施例と同様にして封止部材1028を形成し、図48に示す光デバイス1009を得る。
この実施例の光デバイスの断面図を図54に、同平面図を図55に示す。
光学素子には発光ダイオード、レーザダイオードその他の発光素子及び受光素子が含まれる。光学素子の受発光波長も特に限定されるものではなく、紫外光〜緑色系光に有効なIII族窒化物系化合物半導体素子や赤色系光に有効なGaAs系半導体素子などを用いることができる。その他、SiC、AlInGaPなどから形成される光学素子を用いることができる。
この発明の光デバイスは既述の光学素子が無機材料基板へマウントされている。無機材料基板のベース材料及び形状は光デバイスの用途に応じて適宜選択することが出できるが、例えばAlN、Al2O3、ガラス含有Al2O3等の矩形板状のものを用いることができる。
無機材料基板には金属パターンが形成され、光学素子の各電極と外部回路とを電気的に結合して光学素子に対して電力を受送する。即ち、光学素子が発光素子の場合は外部回路から光学素子へ電力を印加し、光学素子が受光素子の場合は光学素子の発生した電力を外部回路へ取り出す。
無機系の封止部材は光学素子の受発光波長に対して透明であり、光学素子を保護できるものであれば特に限定されないが、光学素子の耐熱温度が600℃程度であることを考えれば、それより低い融点(軟化点)を有する低融点ガラスを採用することが好ましい。
この実施例では光学素子として図56に示すフリップチップタイプのIII族窒化物系化合物半導体発光素子2010を用いた。この発光素子は青色系の光を放出する。
層 : 組成
p型層2015 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層2014 : InGaN層を含む
n型層2013 : n−GaN:Si
バッファ層2012 : AlN
基板2011 : サファイア
図60〜図63に他の実施例の光デバイスを示す。
光学素子には発光ダイオード、レーザダイオードその他の発光素子及び受光素子が含まれる。光学素子の受発光波長も特に限定されるものではなく、紫外光〜緑色系光に有効なIII族窒化物系化合物半導体素子や赤色系光に有効なGaAs系半導体素子などを用いることができる。その他、SiC、AlInGaPなどから形成される光学素子を用いることができる。
この発明の光デバイスは既述の光学素子が無機材料基板へマウントされている。無機材料基板のベース材料及び形状は光デバイスの用途に応じて適宜選択することが出できるが、例えばAlN、Al2O3、ガラス含有Al2O3等の矩形板状のものを用いることができる。
無機材料基板には第1の金属パターンと第2の金属パターンが形成される。
無機系の封止部材は光学素子の受発光波長に対して透明であり、光学素子を保護できるものであれば特に限定されないが、光学素子の耐熱温度が600℃程度であることを考えれば、それより低い融点(軟化点)を有する低融点ガラスを採用することが好ましい。
この実施例では光学素子として図65に示すフリップチップタイプのIII族窒化物系化合物半導体発光素子3010を用いた。この発光素子は青色系の光を放出する。
層 : 組成
p型層3015 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層3014 : InGaN層を含む
n型層3013 : n−GaN:Si
バッファ層3012 : AlN
基板3011 : サファイア
次に、Wパターンの上にNi層をめっき法により形成し、さらにほぼ700℃で加熱してNiとWとを反応させる。これにより、AlN基板3021の上に金属パターンが強固に接合される。
図74にこの実施例の光デバイスを示した。この実施例に用いられる発光素子3100は上下に電極を有すタイプであり、その結果、ボンディングワイヤ3101が必要となる。
発光素子には発光ダイオード、レーザダイオードその他の発光素子が含まれる。発光素子の発光波長も特に限定されるものではなく、紫外光〜緑色系光に有効なIII族窒化物系化合物半導体素子や赤色系光に有効なGaAs系半導体素子などを用いることができる。その他、SiC、AlInGaPなどから形成される発光素子を用いることができる。
サブマウントのベース材は、熱伝導性の高いものであれば、発光装置の用途に応じて適宜選択することができる。例えばAlN、Al2O3、SiC、Si3N4、Si等の無機材料を選択することができる。
第1のリードフレームの一端には第1の凹部が形成され、第2のリードフレームの一端に第2の凹部が形成されている。第1の凹部及び第2の凹部はそれぞれ第1及び第2のリードフレームにおいて、厚み方向に溝を切削又はエッチングして形成することができる。また、第1及び第2のリードフレームの材料をプレスすることによりそれぞれ第1及び第2の凹部を形成することもできる。また、第1及び第2のリードフレームの表面に凸部を設け、その凸部で囲まれる部分を凹部とすることもできる。
p型半導体層4015 : p−GaN:Mg
発光する層を含む層4014 : InGaN層を含む
n型半導体層4013 : n−GaN:Si
バッファ層4012 : AlN
基板4011 : サファイア
図100は、本発明の第23の実施の形態に係るフェイスアップ型の発光装置を示し(a)は断面図、(b)は(a)の右側面から見た側面図である。なお、第21の実施の形態と同一の構成を有する部分については共通する引用数字を付している。この発光装置70040は、図100(a)に示すようにCuからなる放熱部50の中央にLED素子7040を接着し、このLED素子7040に給電するリード部7004A、7004BとLED素子7040の電極とをワイヤ7042で電気的に接続して構成されている。また、LED素子7040、ワイヤ7042、およびリード部7004A、7004Bは低融点ガラスの加工時の熱に対して耐熱性を有するようにシリコン樹脂からなるシリコンコート部7060によって覆われている。封止部材7005はシリコンコート部7060を覆うとともに放熱部7050と一体化されている。なお、封止部材7005にはレンズ7005Aが形成されている。
2 GaN系LED素子
3 ガラス含有Al2O3基板
4 回路パターン
5 Auスタッドバンプ
6 P2O5−ZnO系ガラス封止部
Claims (11)
- 無機材料基板と、
前記無機材料基板に搭載された固体素子と、
前記固体素子に接して前記無機材料基板に接着され、前記固体素子を封止する封止ガラスと、
前記無機材料基板に形成され、前記固体素子に電流を印加する回路パターンと、
前記固体素子が搭載された前記無機材料基板の裏側に設けられ、前記固体素子の熱を外部へ放散する放熱パターンとを備えた固体素子デバイス。 - 前記固体素子は前記無機材料基板に複数搭載され、
前記放熱パターンは、前記無機材料基板の裏側における前記複数の固体素子に対応する部位に設けられた請求項1に記載の固体素子デバイス。 - 前記固体素子は、前記無機材料基板にフリップチップ実装された請求項1又は2に記載の固体素子デバイス。
- 前記封止ガラスと前記無機材料基板との接合面は、前記回路パターンを取り囲んでいる請求項1乃至3の何れか1項に記載の固体素子デバイス。
- 前記無機材料基板の前記固体素子が搭載される面における前記回路パターンは、その外形が前記固体素子より大きく形成されている請求項1乃至4の何れか1項に記載の固体素子デバイス。
- 前記無機材料基板は四角形状を有し、
前記回路パターンは、前記無機材料基板の前記裏側の面の隅部において前記無機材料基板から露出し、
前記放熱パターンは、前記回路パターンが前記露出した部分を除いて設けられている請求項1乃至5の何れか1項に記載の固体素子デバイス。 - 前記回路パターンは電解めっきによって形成されている請求項1乃至6の何れか1項に記載の固体素子デバイス。
- 前記固体素子はLED素子であり、
前記回路パターンは、前記LED素子のアノードに接続された第1の回路パターン、及び前記LED素子のカソードに接続された第2の回路パターンからなる請求項1乃至7の何れか1項に記載の固体素子デバイス。 - 前記第1の回路パターンは、直列に接続された複数の前記LED素子からなる素子群ごとに複数設けられ、
前記第2の回路パターンは、複数の前記素子群に共通して設けられた請求項8に記載の固体素子デバイス。 - 蛍光体を含有した蛍光体層を有している請求項8又は9に記載の固体素子デバイス。
- 前記蛍光体層は前記LED素子の周囲全体を覆っている請求項8乃至10の何れか1項に記載の固体素子デバイス。
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