JP2011228411A

JP2011228411A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2011228411A
Application number: JP2010095576A
Authority: JP
Inventors: Ayami Noda; 彩未野田; Tomoyuki Futagawa; 智之二川; Ikuo Niwa; 郁夫丹羽
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】反射被膜の形成工程を煩雑にすることなく、可視光領域から紫外光領域までの広範囲にわたる波長の光の反射率を向上でき、可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力できる光半導体装置を提供する。
【解決手段】紫外光領域の光を９０％以上反射するセラミック焼結体からなる基台１２の上面１２ａ側に凹部１３が形成され、凹部１３の底面１３ａには、光半導体素子１４が載置され、凹部１３の底面１３ａから上面１２ａ側へと拡がるように反射壁１３ｂが形成され、壁面１３ｂ上に可視光領域の光を９０％以上反射し、かつ紫外光領域の光を透過する反射被膜１７が被着される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体装置に関し、特に可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力するための光半導体装置に関するものである。

従来の光半導体装置として、発光ダイオードなどの光半導体素子を、セラミック製のパッケージに収納し、そのパッケージ内部に光半導体素子が発する光を反射する反射被膜を設けて、光放射効率および発光効率を改善しているものがあった（例えば、特許文献１参照）。

図２（ａ）は、前記特許文献１に記載された従来の光半導体装置を示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ部拡大図である。
図２に示す光半導体装置１０１のセラミック製基台１０２は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、またはガラスを主材料とした焼結体からなる。

このセラミック製基台１０２には、上面１０２ａから内方に向けて、凹部１０３が形成されている。凹部１０３の底面１０３ａには、導電被膜からなる、光半導体素子１０４の搭載部１０５が設けられている。凹部１０３には、底面１０３ａから上面１０２ａへと拡がるようにコーン形の壁面１０３ｂが形成され、壁面１０３ｂ上には、光半導体素子１０４が発する光を反射させるための反射被膜１０７が、金属製の搭載部１０５とは電気的に絶縁した状態となるように被着されている。このとき、反射被膜１０７は、タングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）などから構成されるメタライズ金属層１０７ａが凹部１０３の壁面１０３ｂ上に被着され、さらに、銀（Ａｇ）めっき層１０７ｂがメタライズ金属層１０７ａ上に被着されることにより形成される。搭載部１０５には、光半導体素子１０４が電気的に導通接続して載置されている。セラミック製基台１０２には、搭載部１０５に電気的に接続され、セラミック製基台１０２の下面または側面にかけて導出された金属層からなる配線導体１０６が形成されている。配線導体１０６は、凹部１０３に収容する光半導体素子１０４を、搭載部１０５を介して外部へ電気的に接続している。凹部１０３には、透光性樹脂１０８が充填されている。

かかる構成により、光半導体素子１０４が発する光を、反射被膜１０７のＡｇめっき層１０７ｂにより反射させ、光半導体素子１０４が発する光とその反射光との合成光を出力光として得ることができるようにし、光半導体装置の発光効率を向上している。

特開２００９-１３５５３６号公報

しかしながら、Ａｇは、一定範囲の可視光領域の光を９０％以上反射するが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの短波長領域の紫から紫外光領域の光を９０％以下しか反射しないという光反射特性を有する。

前記従来の光半導体装置１０１は、光半導体素子１０４が発する光を反射被膜１０７のＡｇめっき層１０７ｂのみにより反射する構成であるため、反射被膜１０７において、一定範囲の可視光領域の光の反射率は９０％以上となるが、３００ｎｍ〜４００ｎｍの短波長領域の紫から紫外光領域の光の反射率が９０％以下に低下し、光半導体素子が発する３００ｎｍ〜４００ｎｍの短波長領域の紫から紫外光領域の光を有効に利用できず、発光効率に上限が生じるという課題を有していた。

光半導体装置の発光効率を向上させるためには、光半導体素子が発する光を反射させる反射被膜を変更する方法があり、例えば、上述のように、セラミック製基台１０２上にメタライズ金属層１０７ａを被着させた後、前記メタライズ金属層１０７ａ上にＮｉめっきなどの中間層を厚さ１μｍ〜１０μｍ程度被着させ、前記中間層の上にＡｇめっき層１０７ｂを０．１μｍ〜４μｍ程度被着させて反射被膜を形成する方法がある。

しかし、この方法では、反射被膜の形成工程が煩雑になり、半導体装置の生産コストが上昇するという課題を有していた。
本発明は、上記課題を解決するものであり、反射被膜の形成工程を煩雑にすることなく、可視光領域から紫外光領域までの広範囲にわたる波長の光の反射率を向上でき、可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力できる光半導体装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の光半導体装置は、紫外光領域の光を９０％以上反射する材料からなる基台と、前記基台の上面側に形成された凹部と、前記凹部の底面に載置された光半導体素子と、前記基台における前記凹部の底面から前記上面側へと拡がるように形成された反射壁と、前記反射壁上に形成され、可視光領域の光を９０％以上反射し、紫外光領域の光を透過する反射被膜とを有することを特徴とする。

また、紫外光領域の光を９０％以上反射する材料は、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、またはＳｉＯ_２のいずれか一種を主材料とすることが好ましい。
また、反射被膜は、ＡｇまたはＡｇ合金の被膜で形成されていることが好ましい。

また、反射被膜の厚みは、５Å以上１８Å以下であることが好ましい。
また、凹部には、紫外光領域の光によって励起され可視光領域の光を発光する蛍光物質を含有する透光性樹脂が充填されていることが好ましい。

本構成によって、可視光領域から紫外光領域までの広範囲にわたる波長の光の反射率を向上する事ができる。

以上のように、本発明の光半導体装置によれば、紫外光領域の光を９０％以上反射する材料からなる基台に形成された反射壁上に、可視光領域の光を９０％以上反射し、紫外光領域の光を透過する反射被膜を形成することにより、可視光領域の光を、反射被膜で反射でき、さらに、紫外光領域の光を、紫外光領域の光を９０％以上反射する材料からなる基台に形成された反射壁で反射でき、可視光領域から紫外光領域までの広範囲にわたる波長の光の反射率を向上させることができるため、反射被膜の形成工程を煩雑にすることなく、可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力できる。

さらに、紫外光領域の光で励起され可視光領域の光を発光する蛍光物質を含有する透光性樹脂を効率的に使うことができ、発光効率を向上することができる。

本発明の実施の形態における光半導体装置を示す図であって、（ａ）は、同光半導体装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部拡大図である。従来の光半導体装置を示す図であって、（ａ）は、同光半導体装置の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部拡大図である。

以下に、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。
本発明において、可視光領域の波長領域は概ね３８１ｎｍ〜８００ｎｍとし、紫外光領域の波長領域は概ね３００ｎｍ〜３８０ｎｍとする。

図１に示す光半導体装置は、可視光領域から紫外光領域における波長の光を出力する光半導体装置１１である。
この光半導体装置１１の基台１２は、紫外光領域の光を９０％以上反射する材料、例えばセラミック焼結体から構成されている。このセラミック焼結体は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３を主材料として公知の製造方法により焼結成形されてなる。

基台１２には、上面１２ａから内方に向けて凹部１３が形成され、この凹部１３の底面１３ａには、Ｗなどをメタライズ処理することにより形成された導電被膜からなる、光半導体素子１４の搭載部１５が設けられ、この搭載部１５と電気的に導通接続される端子１６が基台１２の外部へ引出されて形成されている。凹部１３の底面１３ａに設けられた搭載部１５には、光半導体素子１４が載置され、フリップチップ実装により端子１６に電気的に導通接続されている。

さらに、凹部１３には、底面１３ａから上面１２ａへとコーン形に拡がるように反射壁１３ｂが形成されている。この反射壁１３ｂは、光半導体素子１４が発する光を上面１２ａ側へ反射させる役割を成している。反射壁１３ｂ上には、可視光領域の光を９０％以上反射する反射被膜１７が搭載部１５と電気的に絶縁された状態で被着されている。

この反射被膜１７は、反射壁１３ｂへ紫外光領域の光を透過する程度でかつ、可視光領域の光を有効に反射する厚みとなるように、めっき、スパッタなどの方法で形成されている。

反射被膜１７としては、可視光領域の光を９０％以上反射する光反射特性を有するＡｇまたはＡｇ合金を用いて、Ａｇ被膜またはＡｇ合金被膜を形成することが好ましい。
反射被膜１７をＡｇ被膜またはＡｇ合金被膜とすることにより、可視光領域の光を９０％以上反射することができ、さらに、反射壁１３ｂへ紫外光領域の光を透過し、紫外光領域の光を反射壁１３ｂで反射後、反射被膜１７を透過して、外部へ出力することができる。

反射被膜１７とするＡｇ被膜またはＡｇ合金被膜の厚みは、５Å以上１８Å以下に形成されていることが好ましい。
反射被膜１７の厚みが５Å未満であると、可視光領域の光を反射することが困難となり、一方、反射被膜１７の厚みが１８Åを超えると、紫外光領域の光を透過することが困難となる。

かかる構成によれば、光半導体素子１４が発する光の波長領域が、３００μｍ以上８００μｍ以下の波長領域である紫外光領域から可視光領域の範囲内であれば、可視光領域の光は反射被膜１７により効率よく反射され、また、紫外光領域の光は反射被膜１７を透過して反射壁１３ｂにより効率よく反射され、反射壁１３ｂおよび反射被膜１７における可視光領域と紫外光領域の各々の波長領域の光の反射率を９０％以上とすることができることから、反射被膜１７の形成工程を煩雑にすることなく、可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力できる。

凹部１３には、シリコーンやエポキシなどからなる透光性樹脂１８が充填されていてもよい。
透光性樹脂１８は、少なくとも紫外光領域の光によって励起され、可視光領域の光を発光する蛍光物質を含有したものであることが好ましい。

かかる構成によれば、透光性樹脂１８に含有される蛍光物質は、凹部１３の反射壁１３ｂにより反射された紫外光領域の光によって励起され、可視光領域の光を発光する。これにより、光半導体装置１１から出力される可視光領域の光の出力を増すことができ、光半導体装置１１の可視光領域の光の発光効率を向上することができる。

なお、本実施の形態では、基台１２の主材料として、Ａｌ_２Ｏ_３を用いた場合を説明したが、基台１２は、紫外光領域の光を９０％以上反射するセラミック焼結体などから構成されていればよく、基台１２の主材料として、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、または二酸化珪素（ＳｉＯ_２）などを用いることもできる。

本発明は、光半導体装置の出力光の発光効率を向上する技術として有用であり、特に可視光領域から紫外光領域における波長の光を効率良く外部に出力するための光半導体装置に適している。

１１光半導体装置
１２基台
１２ａ上面
１３凹部
１３ａ底面
１３ｂ反射壁
１４光半導体素子
１５搭載部
１６端子
１７反射被膜
１８透光性樹脂
１０１光半導体装置
１０２基台
１０２ａ上面
１０３凹部
１０３ａ底面
１０３ｂ壁面
１０４光半導体素子
１０５搭載部
１０６配線導体
１０７反射被膜
１０７ａメタライズ金属層
１０７ｂＡｇめっき層
１０８透光性樹脂

Claims

紫外光領域の光を９０％以上反射する材料からなる基台と、
前記基台の上面側に形成された凹部と、
前記凹部の底面に載置された光半導体素子と、
前記基台における前記凹部の底面から前記上面側へと拡がるように形成された反射壁と、
前記反射壁上に形成され、可視光領域の光を９０％以上反射し、紫外光領域の光を透過する反射被膜とを有することを特徴とする光半導体装置。
紫外光領域の光を９０％以上反射する材料は、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、またはＳｉＯ_２のいずれか一種を主材料とすること
を特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
反射被膜は、ＡｇまたはＡｇ合金の被膜で形成されていること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の光半導体装置。
反射被膜の厚みは、５Å以上１８Å以下であること
を特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
凹部には、紫外光領域の光によって励起され可視光領域の光を発光する蛍光物質を含有する透光性樹脂が充填されていること
を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光半導体装置。