JP3275308B2 - 半導体発光装置及びその製法 - Google Patents
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- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体発光装
置、特に波長が４２０nm以下の光を発光する半導体発光
装置に属する。
置、特に波長が４２０nm以下の光を発光する半導体発光
装置に属する。
【０００２】
【従来の技術】禁止帯幅（エネルギギャップ）の大きい
半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫外
域又は近紫外域までの比較的短い波長で発光する半導体
発光装置を実現することができる。紫外光を発生する半
導体発光素子は、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の窒素
ガリウム系化合物半導体から成り、小型、低消費電力、
長寿命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利
用することができる。
半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫外
域又は近紫外域までの比較的短い波長で発光する半導体
発光装置を実現することができる。紫外光を発生する半
導体発光素子は、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の窒素
ガリウム系化合物半導体から成り、小型、低消費電力、
長寿命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利
用することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般に、発光素子は炭
素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合した有機
高分子化合物によって構成される樹脂封止体により被覆
されるが、エポキシ系樹脂から成る外囲体と成る樹脂封
止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分子の繋
ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特性が劣
化することが知られている。例えばGaN（窒化ガリウ
ム）の青色発光ダイオードチップは、波長３６５nm程度
まで紫外線を発光するため、樹脂封止体は光強度の強い
発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変し、着色現
象が発生する。このため、発光ダイオードチップが発し
た可視光は着色部で吸収され減衰する。更に、樹脂封止
体の劣化に伴って耐湿性が低下すると共に、イオン透過
性が増大するため、発光ダイオードチップ自体も劣化
し、その結果、発光ダイオード装置の発光強度は相乗的
に低減する。
素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合した有機
高分子化合物によって構成される樹脂封止体により被覆
されるが、エポキシ系樹脂から成る外囲体と成る樹脂封
止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分子の繋
ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特性が劣
化することが知られている。例えばGaN（窒化ガリウ
ム）の青色発光ダイオードチップは、波長３６５nm程度
まで紫外線を発光するため、樹脂封止体は光強度の強い
発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変し、着色現
象が発生する。このため、発光ダイオードチップが発し
た可視光は着色部で吸収され減衰する。更に、樹脂封止
体の劣化に伴って耐湿性が低下すると共に、イオン透過
性が増大するため、発光ダイオードチップ自体も劣化
し、その結果、発光ダイオード装置の発光強度は相乗的
に低減する。
【０００４】耐熱性が低い樹脂封止体が黄変・着色する
ため、発光ダイオードチップから照射された光は樹脂封
止体を通過する際に減衰する。例えば順方向電圧が高い
GaN（窒化ガリウム）の青色発光ダイオードチップは、
比較的低い順方向電流でも電力損失が大きく、作動時に
チップ温度はかなり上昇する。また、樹脂は一般に高温
に加熱されると次第に劣化して黄変・着色を起こすこと
が知られている。従ってGaNの発光ダイオードチップを
従来の発光ダイオード装置に用いると、高温の発光ダイ
オードチップと接する部分から樹脂が次第に黄変・着色
するため、発光ダイオード装置の外観品質と発光強度は
次第に低下する。このように、従来の発光ダイオード装
置では、選択する材料種類の減少、信頼性の低下、光変
換機能の不完全性、製品価格の上昇を招来する原因とな
る。
ため、発光ダイオードチップから照射された光は樹脂封
止体を通過する際に減衰する。例えば順方向電圧が高い
GaN（窒化ガリウム）の青色発光ダイオードチップは、
比較的低い順方向電流でも電力損失が大きく、作動時に
チップ温度はかなり上昇する。また、樹脂は一般に高温
に加熱されると次第に劣化して黄変・着色を起こすこと
が知られている。従ってGaNの発光ダイオードチップを
従来の発光ダイオード装置に用いると、高温の発光ダイ
オードチップと接する部分から樹脂が次第に黄変・着色
するため、発光ダイオード装置の外観品質と発光強度は
次第に低下する。このように、従来の発光ダイオード装
置では、選択する材料種類の減少、信頼性の低下、光変
換機能の不完全性、製品価格の上昇を招来する原因とな
る。
【０００５】従来の発光装置では、紫外光によって樹脂
封止体は短時間で劣化して発光効率が低下するため、ガ
ラス等の透明材料で形成した外囲容器によって発光素子
を密封して外部雰囲気から完全に遮断し、外囲容器内に
窒素等の不活性の又は安定な封止気体を充填してハーメ
チックシール構造（hermetic-sealing;気密封止構造）
を形成した。樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチ
ックシール構造は、高価な材料を必要とする上、その製
造工程も比較的複雑なため、最終製品が高価と成る難点
がある。また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と
大きく相違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内
に充填するため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性
気体との界面に反射面が形成される。従って、発光素子
から放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体と不
活性気体との界面で反復して反射する間に減衰して、発
光効率が低下する欠点があった。本発明は、耐環境性及
び耐紫外線性を有する半導体発光装置及びその製法を提
供することを目的とする。
封止体は短時間で劣化して発光効率が低下するため、ガ
ラス等の透明材料で形成した外囲容器によって発光素子
を密封して外部雰囲気から完全に遮断し、外囲容器内に
窒素等の不活性の又は安定な封止気体を充填してハーメ
チックシール構造（hermetic-sealing;気密封止構造）
を形成した。樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチ
ックシール構造は、高価な材料を必要とする上、その製
造工程も比較的複雑なため、最終製品が高価と成る難点
がある。また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と
大きく相違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内
に充填するため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性
気体との界面に反射面が形成される。従って、発光素子
から放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体と不
活性気体との界面で反復して反射する間に減衰して、発
光効率が低下する欠点があった。本発明は、耐環境性及
び耐紫外線性を有する半導体発光装置及びその製法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
装置は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接
続された電極(2f, 2g)を備えた半導体発光素子(2)と、
半導体発光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び第二の外
部端子(4)の半導体発光素子(2)側の端部を被覆する第一
の被覆体(8)とを備えている。半導体発光素子(2)は、金
属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金
属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液又はこれらの組み合わせを固化
したガラス材料である第二の被覆体(10)によって直接被
覆される。第二の被覆体(10)は、半導体発光素子(2)か
ら照射される光に対して光透過性を有し、第二の被覆体
(10)は第一の被覆体(8)により被覆される。
装置は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接
続された電極(2f, 2g)を備えた半導体発光素子(2)と、
半導体発光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び第二の外
部端子(4)の半導体発光素子(2)側の端部を被覆する第一
の被覆体(8)とを備えている。半導体発光素子(2)は、金
属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金
属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液又はこれらの組み合わせを固化
したガラス材料である第二の被覆体(10)によって直接被
覆される。第二の被覆体(10)は、半導体発光素子(2)か
ら照射される光に対して光透過性を有し、第二の被覆体
(10)は第一の被覆体(8)により被覆される。
【０００７】耐紫外線性を有するガラス材料により構成
される第二の被覆体(10)により第一の被覆体(8)の黄変
・着色を防止して、半導体発光装置の光学特性の劣化を
防止すると共に、第一の被覆体(8)と第二の被覆体(10)
との二重被覆体により耐環境性を維持することができ
る。
される第二の被覆体(10)により第一の被覆体(8)の黄変
・着色を防止して、半導体発光装置の光学特性の劣化を
防止すると共に、第一の被覆体(8)と第二の被覆体(10)
との二重被覆体により耐環境性を維持することができ
る。
【０００８】本発明の実施の形態では、ガラス材料は焼
成により固化される。第二の被覆体(10)を構成するガラ
ス材料は半導体発光素子(2)に強固に密着する。第一の
外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部
(3a)が形成され、半導体発光素子(2)は第二の被覆体(1
0)と共に凹部(3a)の底部(3b)に固着される。
成により固化される。第二の被覆体(10)を構成するガラ
ス材料は半導体発光素子(2)に強固に密着する。第一の
外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部
(3a)が形成され、半導体発光素子(2)は第二の被覆体(1
0)と共に凹部(3a)の底部(3b)に固着される。
【０００９】金属アルコキシドはSi(OCH3)4（テトラメ
トキシシラン）、Si(OC2H5)4（テトラエトキシシラ
ン）、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等のシリコンテトラ
アルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC
3H7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC2H5)3、Al(iso-O
C3H7)3、Al(OC4H9)3から選択された１種又は２種以上で
ある。金属アルコキシドは、一般式：Ｍ(ＯＲ)ｎで表さ
れ、Ｍは珪素(Si)、アルミニウム(Al)又は亜鉛(Zn)から
成る群から選ばれた少なくとも一種の金属、Ｒは同種又
は異種の炭素数１〜２２の飽和又は不飽和脂肪属炭化水
素基、ｎは金属の原子価に相当する数をいう。セラミッ
ク前駆体ポリマーはペルヒドロポリシラザンである。第
二の被覆体(10)は、ガラス材料を半導体発光素子(2)の
融点よりも低い温度で焼成して形成される。第二の被覆
体(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を主体とす
る透明な固形ガラス層である。
トキシシラン）、Si(OC2H5)4（テトラエトキシシラ
ン）、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等のシリコンテトラ
アルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC
3H7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC2H5)3、Al(iso-O
C3H7)3、Al(OC4H9)3から選択された１種又は２種以上で
ある。金属アルコキシドは、一般式：Ｍ(ＯＲ)ｎで表さ
れ、Ｍは珪素(Si)、アルミニウム(Al)又は亜鉛(Zn)から
成る群から選ばれた少なくとも一種の金属、Ｒは同種又
は異種の炭素数１〜２２の飽和又は不飽和脂肪属炭化水
素基、ｎは金属の原子価に相当する数をいう。セラミッ
ク前駆体ポリマーはペルヒドロポリシラザンである。第
二の被覆体(10)は、ガラス材料を半導体発光素子(2)の
融点よりも低い温度で焼成して形成される。第二の被覆
体(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を主体とす
る透明な固形ガラス層である。
【００１０】半導体発光素子(2)の上面に形成された電
極(2f, 2g)は、第一のリード細線(5)及び第二のリード
細線(6)により第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)に電気的に接続される。半導体発光素子(2)、電極(2
f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部は第二の被覆体(10)
により被覆され、第二の被覆体(10)を構成するガラス材
料は半導体発光素子(2)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部に強固に密着する。
極(2f, 2g)は、第一のリード細線(5)及び第二のリード
細線(6)により第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)に電気的に接続される。半導体発光素子(2)、電極(2
f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部は第二の被覆体(10)
により被覆され、第二の被覆体(10)を構成するガラス材
料は半導体発光素子(2)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部に強固に密着する。
【００１１】絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)が
形成され、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互いに
反対方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)が形成され、凹部(3a)の底部(3b)にて第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方に半導体発光素子
(2)が固着される。第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)は絶縁性基板(11)の一方の主面から側面に沿って
他方の主面に延びる。
形成され、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互いに
反対方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)が形成され、凹部(3a)の底部(3b)にて第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方に半導体発光素子
(2)が固着される。第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)は絶縁性基板(11)の一方の主面から側面に沿って
他方の主面に延びる。
【００１２】本発明による半導体発光装置の製法は、第
一の外部端子(3)若しくは第二の外部端子(4)又は絶縁性
基板(11)に凹部(3a)を形成する工程と、半導体発光素子
(2)を凹部(3a)の底部(3b)に固着すると共に、半導体発
光素子(2)に形成された電極(2f, 2g)を第一の外部端子
(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接続する工程と、
半導体発光素子から照射される光に対して光透過性を有
し且つ金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若
しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法
により加水分解重合して成る溶液又はこれらの組み合わ
せから成るガラス材料を凹部(3a)内に注入して、半導体
発光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続さ
れた第一のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)の端
部を被覆する工程と、ガラス材料を焼成して第一の被覆
体(8)を形成する工程と、第一の被覆体(8)を更に第二の
被覆体(10)により封止する工程とを含む。第一の被覆体
(8)は、半導体発光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)と強固に密着する。
一の外部端子(3)若しくは第二の外部端子(4)又は絶縁性
基板(11)に凹部(3a)を形成する工程と、半導体発光素子
(2)を凹部(3a)の底部(3b)に固着すると共に、半導体発
光素子(2)に形成された電極(2f, 2g)を第一の外部端子
(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接続する工程と、
半導体発光素子から照射される光に対して光透過性を有
し且つ金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若
しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法
により加水分解重合して成る溶液又はこれらの組み合わ
せから成るガラス材料を凹部(3a)内に注入して、半導体
発光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続さ
れた第一のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)の端
部を被覆する工程と、ガラス材料を焼成して第一の被覆
体(8)を形成する工程と、第一の被覆体(8)を更に第二の
被覆体(10)により封止する工程とを含む。第一の被覆体
(8)は、半導体発光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)と強固に密着する。
【００１３】本発明の実施の形態では、第一の外部端子
(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3a)を形
成する工程と、半導体発光素子(2)を凹部(3a)の底部(3
b)に固着する工程とを含んでもよい。また、絶縁性基板
(11)の一方の主面に凹部(3a)を形成する工程と、絶縁性
基板(11)の一方の主面に沿って互いに反対方向に延びる
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)を形成する工
程とを含んでもよい。半導体発光素子(2)の電極(2f, 2
g)と第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)とを第一
のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)により電気的
に接続する工程を含んでもよい。第一の被覆体(10)は、
半導体発光素子(2)の融点よりも低い温度でガラス材料
を焼成して形成される。
(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3a)を形
成する工程と、半導体発光素子(2)を凹部(3a)の底部(3
b)に固着する工程とを含んでもよい。また、絶縁性基板
(11)の一方の主面に凹部(3a)を形成する工程と、絶縁性
基板(11)の一方の主面に沿って互いに反対方向に延びる
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)を形成する工
程とを含んでもよい。半導体発光素子(2)の電極(2f, 2
g)と第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)とを第一
のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)により電気的
に接続する工程を含んでもよい。第一の被覆体(10)は、
半導体発光素子(2)の融点よりも低い温度でガラス材料
を焼成して形成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】窒化ガリウム系化合物から成る発
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１〜図３について以下説明する。
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１〜図３について以下説明する。
【００１５】図１に示すように、本実施の形態による発
光ダイオード装置(1)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3a)及び第一のワイヤ接続部(9a)が形成された
第一の外部端子(3)と、一方の端部側に第二のワイヤ接
続部(9b)が形成された第二の外部端子(4)と、凹部(3a)
の底面に固着された発光ダイオードチップ(2)と、第一
及び第二のワイヤ接続部(9a, 9b)と発光ダイオードチッ
プ(2)との間に接続された第一及び第二のリード細線(5,
6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ(2)
を被覆する第二の被覆体(10)と、第二の被覆体(10)の外
側を被覆する第一の被覆体(8)とを備えている。第一の
外部端子(3)と第二の外部端子(4)は周知のリードフレー
ムから構成され、凹部(3a)は第一の外部端子(3)を長さ
方向に押し潰して形成される。
光ダイオード装置(1)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3a)及び第一のワイヤ接続部(9a)が形成された
第一の外部端子(3)と、一方の端部側に第二のワイヤ接
続部(9b)が形成された第二の外部端子(4)と、凹部(3a)
の底面に固着された発光ダイオードチップ(2)と、第一
及び第二のワイヤ接続部(9a, 9b)と発光ダイオードチッ
プ(2)との間に接続された第一及び第二のリード細線(5,
6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ(2)
を被覆する第二の被覆体(10)と、第二の被覆体(10)の外
側を被覆する第一の被覆体(8)とを備えている。第一の
外部端子(3)と第二の外部端子(4)は周知のリードフレー
ムから構成され、凹部(3a)は第一の外部端子(3)を長さ
方向に押し潰して形成される。
【００１６】発光ダイオードチップ(2)は、窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成り、約３７０〜４００nmの波長
を有する近紫外線で発光する。窒化ガリウム系半導体
は、周知のエピタキシャル成長方法等でサファイア等よ
り成る絶縁性基板上に形成されたGaXAl1-XN（但し、０
＜Ｘ≦１）で表される。図２に示す実施の形態では、発
光ダイオードチップ(2)は、周知のエピタキシャル成長
方法によってサファイアの絶縁性基板(2a)上に例えば、
GaNから成る窒化ガリウム系半導体によってバッファ層
(2b)が形成される。例えば、GaNから成る窒化ガリウム
系半導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導体領域
(2c)が形成される。エピタキシャル成長方法によってｎ
形半導体領域(2c)上に、例えば、InGaNから成る窒化ガ
リウム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性
層(2d)上に形成される半導体基体(2e)は、例えば、GaN
から成るｐ形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体
である。半導体基体(2e)上に形成されたアノード電極(2
f)は半導体基体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に
電気的に接続される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基
体(2e)と活性層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が
露出する切欠部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)
上に形成されたカソード電極(2g)は、ｎ形半導体領域(2
c)に電気的に接続される。
ム系化合物半導体から成り、約３７０〜４００nmの波長
を有する近紫外線で発光する。窒化ガリウム系半導体
は、周知のエピタキシャル成長方法等でサファイア等よ
り成る絶縁性基板上に形成されたGaXAl1-XN（但し、０
＜Ｘ≦１）で表される。図２に示す実施の形態では、発
光ダイオードチップ(2)は、周知のエピタキシャル成長
方法によってサファイアの絶縁性基板(2a)上に例えば、
GaNから成る窒化ガリウム系半導体によってバッファ層
(2b)が形成される。例えば、GaNから成る窒化ガリウム
系半導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導体領域
(2c)が形成される。エピタキシャル成長方法によってｎ
形半導体領域(2c)上に、例えば、InGaNから成る窒化ガ
リウム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性
層(2d)上に形成される半導体基体(2e)は、例えば、GaN
から成るｐ形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体
である。半導体基体(2e)上に形成されたアノード電極(2
f)は半導体基体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に
電気的に接続される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基
体(2e)と活性層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が
露出する切欠部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)
上に形成されたカソード電極(2g)は、ｎ形半導体領域(2
c)に電気的に接続される。
【００１７】発光ダイオード装置(1)では、図示しない
が、発光ダイオードチップ(2)の下面は、無機材料を含
有する接着性樹脂から成る接着剤を介して凹部(3a)の底
面に固着される。接着性樹脂は、例えばエポキシ樹脂又
はシリコーン樹脂が好適である。接着性樹脂に混合する
無機材料は、銀、アルミニウム、酸化チタン、シリカ等
が好ましい。無機材料の混合によって発光ダイオードチ
ップ(2)から放出される近紫外光の照射による接着性樹
脂の劣化変色及び劣化変色に伴う光吸収を防止できる。
接着性樹脂の変色及び光吸収を防止できる本実施の形態
の発光ダイオード装置(1)は発光ダイオードチップ(2)の
保護樹脂との機能と相俟って発光輝度を向上することが
できる。
が、発光ダイオードチップ(2)の下面は、無機材料を含
有する接着性樹脂から成る接着剤を介して凹部(3a)の底
面に固着される。接着性樹脂は、例えばエポキシ樹脂又
はシリコーン樹脂が好適である。接着性樹脂に混合する
無機材料は、銀、アルミニウム、酸化チタン、シリカ等
が好ましい。無機材料の混合によって発光ダイオードチ
ップ(2)から放出される近紫外光の照射による接着性樹
脂の劣化変色及び劣化変色に伴う光吸収を防止できる。
接着性樹脂の変色及び光吸収を防止できる本実施の形態
の発光ダイオード装置(1)は発光ダイオードチップ(2)の
保護樹脂との機能と相俟って発光輝度を向上することが
できる。
【００１８】凹部(3a)の深さは、発光ダイオードチップ
(2)の高さよりも十分大きく、凹部(3a)の底面に固着さ
れた発光ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面
よりも内側に位置する。このため、発光ダイオード装置
(1)では、凹部(3a)の内側に十分な量の第二の被覆体(1
0)を形成することができる。
(2)の高さよりも十分大きく、凹部(3a)の底面に固着さ
れた発光ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面
よりも内側に位置する。このため、発光ダイオード装置
(1)では、凹部(3a)の内側に十分な量の第二の被覆体(1
0)を形成することができる。
【００１９】発光ダイオードチップ(2)のアノード電極
(2f)は、第一のリード細線(5)により第一の外部端子(3)
に形成された第一のワイヤ接続部(9a)に電気的に接続さ
れる。発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)
は、第二のリード細線(6)により第二の外部端子(4)に形
成された第二のワイヤ接続部(9b)に電気的に接続され
る。従って、第一の外部端子(3)はアノード電極として
機能し、第二の外部端子(4)はカソード電極として機能
する。第一のリード細線(5)と第二のリード細線(6)の接
続は周知のワイヤボンディング方法によって容易に行う
ことができる。
(2f)は、第一のリード細線(5)により第一の外部端子(3)
に形成された第一のワイヤ接続部(9a)に電気的に接続さ
れる。発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)
は、第二のリード細線(6)により第二の外部端子(4)に形
成された第二のワイヤ接続部(9b)に電気的に接続され
る。従って、第一の外部端子(3)はアノード電極として
機能し、第二の外部端子(4)はカソード電極として機能
する。第一のリード細線(5)と第二のリード細線(6)の接
続は周知のワイヤボンディング方法によって容易に行う
ことができる。
【００２０】凹部(3a)の内側に配置された第二の被覆体
(10)によって発光ダイオードチップ(2)の上面及び側面
が被覆される。第二の被覆体(10)は金属アルコキシド、
セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを
含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成
る溶液又はこれらの組み合わせを出発原料とする塗布型
ガラス材料又はセラミック前駆体ポリマー（ペルヒドロ
ポリシラザン等）等から成る塗布型ガラス材料から成
る。これらの塗布型ガラス材料は、耐紫外線特性に優れ
高温環境下又は紫外線下でも実質的に黄変・着色を生じ
ない。このため、第二の被覆体(10)は、発光ダイオード
チップ(2)から生ずる近紫外線光が比較的長時間照射さ
れ温度上昇が生じても、発光ダイオードチップ(2)から
の発光を減衰させる黄変・着色が発生しない。従来の発
光ダイオードの樹脂封止体と同様に、第一の被覆体(8)
は耐紫外線特性にあまり優れていないエポキシ系樹脂か
ら成るが、発光ダイオードチップ(2)と第一の被覆体(8)
との間に介在する耐紫外線特性に優れた第二の被覆体(1
0)によって、紫外線による第一の被覆体(8)の黄変・着
色も良好に防止される。第一の被覆体(8)の上部には発
光ダイオードチップ(2)から照射され又は凹部(3a)の表
面で反射した紫外光又は近紫外光を集光するレンズ部(8
a)が形成される。
(10)によって発光ダイオードチップ(2)の上面及び側面
が被覆される。第二の被覆体(10)は金属アルコキシド、
セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを
含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成
る溶液又はこれらの組み合わせを出発原料とする塗布型
ガラス材料又はセラミック前駆体ポリマー（ペルヒドロ
ポリシラザン等）等から成る塗布型ガラス材料から成
る。これらの塗布型ガラス材料は、耐紫外線特性に優れ
高温環境下又は紫外線下でも実質的に黄変・着色を生じ
ない。このため、第二の被覆体(10)は、発光ダイオード
チップ(2)から生ずる近紫外線光が比較的長時間照射さ
れ温度上昇が生じても、発光ダイオードチップ(2)から
の発光を減衰させる黄変・着色が発生しない。従来の発
光ダイオードの樹脂封止体と同様に、第一の被覆体(8)
は耐紫外線特性にあまり優れていないエポキシ系樹脂か
ら成るが、発光ダイオードチップ(2)と第一の被覆体(8)
との間に介在する耐紫外線特性に優れた第二の被覆体(1
0)によって、紫外線による第一の被覆体(8)の黄変・着
色も良好に防止される。第一の被覆体(8)の上部には発
光ダイオードチップ(2)から照射され又は凹部(3a)の表
面で反射した紫外光又は近紫外光を集光するレンズ部(8
a)が形成される。
【００２１】第二の被覆体(10)を構成する塗布型ガラス
材料は、通常は液状であるが、空気中又は酸素雰囲気中
で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化
物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体とする透明
な固形ガラス層を生成する。また、金属アルコキシドか
ら成る塗布型ガラス材料又はセラミック前駆体ポリマー
から成る塗布型ガラス材料は、凹部(3a)内に注入して、
発光ダイオードチップ(2)の融点よりも低い温度である
１５０℃前後の温度で焼成可能であり、低温領域でのガ
ラス層の形成が可能である。従って、第二の被覆体(10)
は、液状の塗布型ガラス材料を発光ダイオードチップ
(2)の固着された凹部(3a)に滴下等により供給した後、
焼成等の熱処理を施すことにより第一の被覆体(10)を容
易に形成することができる。第二の被覆体(10)の焼成温
度は発光ダイオードチップ(2)の融点よりも十分に低
い。
材料は、通常は液状であるが、空気中又は酸素雰囲気中
で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化
物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体とする透明
な固形ガラス層を生成する。また、金属アルコキシドか
ら成る塗布型ガラス材料又はセラミック前駆体ポリマー
から成る塗布型ガラス材料は、凹部(3a)内に注入して、
発光ダイオードチップ(2)の融点よりも低い温度である
１５０℃前後の温度で焼成可能であり、低温領域でのガ
ラス層の形成が可能である。従って、第二の被覆体(10)
は、液状の塗布型ガラス材料を発光ダイオードチップ
(2)の固着された凹部(3a)に滴下等により供給した後、
焼成等の熱処理を施すことにより第一の被覆体(10)を容
易に形成することができる。第二の被覆体(10)の焼成温
度は発光ダイオードチップ(2)の融点よりも十分に低
い。
【００２２】凹部(3a)内に充填された第二の被覆体(10)
は、発光ダイオードチップ(2)の周囲と第一のリード細
線(5)及び第二のリード細線(6)の発光ダイオードチップ
(2)との接続部分を被覆する。このとき、発光ダイオー
ドチップ(2)の上面が凹部(3a)の主面より内側に配置さ
れるため、発光ダイオードチップ(2)を十分な厚さの第
二の被覆体(10)で封止することができる。ガラス中の珪
素原子が金属又はセラミックの表面酸化物層の酸素原子
と強固に結合するので、第二の被覆体(10)は発光ダイオ
ードチップ(2)、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)との密着性がよい。
は、発光ダイオードチップ(2)の周囲と第一のリード細
線(5)及び第二のリード細線(6)の発光ダイオードチップ
(2)との接続部分を被覆する。このとき、発光ダイオー
ドチップ(2)の上面が凹部(3a)の主面より内側に配置さ
れるため、発光ダイオードチップ(2)を十分な厚さの第
二の被覆体(10)で封止することができる。ガラス中の珪
素原子が金属又はセラミックの表面酸化物層の酸素原子
と強固に結合するので、第二の被覆体(10)は発光ダイオ
ードチップ(2)、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)との密着性がよい。
【００２３】第一の被覆体(8)は、エポキシ系樹脂など
から成る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のト
ランスファモールド方法等によって容易に形成すること
ができる。第一の被覆体(8)は発光ダイオードチップ(2)
から発生する近紫外線の光によって黄変・着色の生じる
虞のあるエポキシ系樹脂などから成るが、発光ダイオー
ドチップ(2)との界面には近紫外線の光によって黄変・
着色が生じ難い第二の被覆体(10)が介在するため、第一
の被覆体(8)の黄変・着色は実質的に生じない。従っ
て、第二の被覆体(10)を介して発せられた近紫外光を第
一の被覆体(8)を通じてさほど減衰させずに第一の被覆
体(8)の外部に導出させることができる。
から成る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のト
ランスファモールド方法等によって容易に形成すること
ができる。第一の被覆体(8)は発光ダイオードチップ(2)
から発生する近紫外線の光によって黄変・着色の生じる
虞のあるエポキシ系樹脂などから成るが、発光ダイオー
ドチップ(2)との界面には近紫外線の光によって黄変・
着色が生じ難い第二の被覆体(10)が介在するため、第一
の被覆体(8)の黄変・着色は実質的に生じない。従っ
て、第二の被覆体(10)を介して発せられた近紫外光を第
一の被覆体(8)を通じてさほど減衰させずに第一の被覆
体(8)の外部に導出させることができる。
【００２４】図３は、絶縁性基板を使用するチップ形発
光ダイオード装置(1)に適用した本発明による他の実施
の形態を示す。
光ダイオード装置(1)に適用した本発明による他の実施
の形態を示す。
【００２５】チップ形発光ダイオード装置(1)は、絶縁
性基板(11)と、絶縁性基板(11)に相互に離間した配線導
体として形成された第一の外部端子(3)及び第二の外部
端子(4)と、第一の外部端子(3)のカップ部(3a)に接着剤
(12)を介して固着された発光ダイオードチップ(2)と、
発光ダイオードチップ(2)のアノード電極(2f)と第一の
外部端子(3)とを電気的に接続する第一のリード細線(5)
と、発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)と第
二の外部端子(4)とを電気的に接続する第二のリード細
線(6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ
(2)を被覆する第二の被覆体(10)と、絶縁性基板(11)の
一方の主面に形成され且つ第二の被覆体(10)の外側を被
覆する台形状断面の第一の被覆体(8)とを備えている。
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の各他方の端
部は、絶縁性基板(11)の側面及び他方の主面に延びて配
置される。図３の発光ダイオード装置(1)でも、発光ダ
イオードチップ(2)と第一の被覆体(8)との間に介在する
耐紫外線特性に優れた第二の被覆体(10)によって、紫外
線による第一の被覆体(8)の黄変・着色も良好に防止さ
れる。
性基板(11)と、絶縁性基板(11)に相互に離間した配線導
体として形成された第一の外部端子(3)及び第二の外部
端子(4)と、第一の外部端子(3)のカップ部(3a)に接着剤
(12)を介して固着された発光ダイオードチップ(2)と、
発光ダイオードチップ(2)のアノード電極(2f)と第一の
外部端子(3)とを電気的に接続する第一のリード細線(5)
と、発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)と第
二の外部端子(4)とを電気的に接続する第二のリード細
線(6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ
(2)を被覆する第二の被覆体(10)と、絶縁性基板(11)の
一方の主面に形成され且つ第二の被覆体(10)の外側を被
覆する台形状断面の第一の被覆体(8)とを備えている。
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の各他方の端
部は、絶縁性基板(11)の側面及び他方の主面に延びて配
置される。図３の発光ダイオード装置(1)でも、発光ダ
イオードチップ(2)と第一の被覆体(8)との間に介在する
耐紫外線特性に優れた第二の被覆体(10)によって、紫外
線による第一の被覆体(8)の黄変・着色も良好に防止さ
れる。
【００２６】本発明の前記実施の形態は変更が可能であ
る。例えば、サファイア等から成る絶縁性基板の代わり
に使用するシリコンカーバイド（SiC）等から成る低抵
抗性の半導体基板の上にバッファ層及び活性層を形成し
た窒化ガリウム系半導体素子を発光ダイオードチップ
(2)として用い、半導体素子の上面と半導体基体の下面
にそれぞれアノード電極とカソード電極を形成すること
ができる。この場合、発光ダイオードチップ(2)に切欠
部(2h)を形成せずに発光ダイオードチップ(2)の縦方向
に電流を流すことができる。
る。例えば、サファイア等から成る絶縁性基板の代わり
に使用するシリコンカーバイド（SiC）等から成る低抵
抗性の半導体基板の上にバッファ層及び活性層を形成し
た窒化ガリウム系半導体素子を発光ダイオードチップ
(2)として用い、半導体素子の上面と半導体基体の下面
にそれぞれアノード電極とカソード電極を形成すること
ができる。この場合、発光ダイオードチップ(2)に切欠
部(2h)を形成せずに発光ダイオードチップ(2)の縦方向
に電流を流すことができる。
【００２７】本実施の形態の発光ダイオード装置(1)で
は、次の作用効果を得ることができる。 第二の被覆体(10)により第一の被覆体(8)の黄変・
着色を防止できる。 比較的安価な材料を使用してトランスファモールド
法により樹脂封止が可能となり、製造コストの低減を実
現できる。 ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、安
価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現で
きる。 第二の被覆体(10)による光減衰は比較的小さい。 発光ダイオードチップ(2)と第二の被覆体(10)との
屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール構造
を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)の界
面での反射を減少できる。 発光ダイオードチップ(2)から放射される光の発光
効率を向上できる。 第二の被覆体(10)と第一の被覆体(8)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、有害イオ
ンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高くなり、内部に水
分を浸透させないため耐湿性に優れ、発光ダイオード装
置(1)の耐環境性が向上する。
は、次の作用効果を得ることができる。 第二の被覆体(10)により第一の被覆体(8)の黄変・
着色を防止できる。 比較的安価な材料を使用してトランスファモールド
法により樹脂封止が可能となり、製造コストの低減を実
現できる。 ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、安
価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現で
きる。 第二の被覆体(10)による光減衰は比較的小さい。 発光ダイオードチップ(2)と第二の被覆体(10)との
屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール構造
を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)の界
面での反射を減少できる。 発光ダイオードチップ(2)から放射される光の発光
効率を向上できる。 第二の被覆体(10)と第一の被覆体(8)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、有害イオ
ンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高くなり、内部に水
分を浸透させないため耐湿性に優れ、発光ダイオード装
置(1)の耐環境性が向上する。
【００２８】
【発明の効果】前記のように、本発明では、ガラス材料
から成る第二の被覆体により半導体発光素子を被覆する
ので、有害物質の浸透を防ぎ、紫外線耐性に優れ且つ安
価で信頼性の高い半導体発光装置が得られる。従って、
湿度、温度又は紫外線等によって第一の被覆体及び第二
の被覆体並びに半導体発光素子に対する劣化が抑制さ
れ、半導体発光装置の耐環境性が向上する。
から成る第二の被覆体により半導体発光素子を被覆する
ので、有害物質の浸透を防ぎ、紫外線耐性に優れ且つ安
価で信頼性の高い半導体発光装置が得られる。従って、
湿度、温度又は紫外線等によって第一の被覆体及び第二
の被覆体並びに半導体発光素子に対する劣化が抑制さ
れ、半導体発光装置の耐環境性が向上する。
【図１】 発光ダイオード装置に適用した本発明による
半導体発光装置の断面図
半導体発光装置の断面図
【図２】 半導体発光素子の断面図
【図３】 チップ型発光ダイオード装置に適用した本発
明の実施の形態を示す断面図
明の実施の形態を示す断面図
(1)・・発光ダイオード装置（発光半導体装置）、 (2)
・・半導体発光素子（発光ダイオードチップ）、 (2a)
・・絶縁性基板、 (2b)・・バッファ層、 (2c)・・ｎ
形半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体基
体、 (3)・・第一の外部端子、 (3a)・・凹部、 (3
b)・・底部、 (4)・・第二の外部端子、 (5)・・第一
のリード細線、 (6)・・第二のリード細線、 (8)・・
第一の被覆体、 (9a)・・第一のワイヤ接続部、 (9b)
・・第二のワイヤ接続部、 (10)・・第二の被覆体、
・・半導体発光素子（発光ダイオードチップ）、 (2a)
・・絶縁性基板、 (2b)・・バッファ層、 (2c)・・ｎ
形半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体基
体、 (3)・・第一の外部端子、 (3a)・・凹部、 (3
b)・・底部、 (4)・・第二の外部端子、 (5)・・第一
のリード細線、 (6)・・第二のリード細線、 (8)・・
第一の被覆体、 (9a)・・第一のワイヤ接続部、 (9b)
・・第二のワイヤ接続部、 (10)・・第二の被覆体、
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−314816（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−115129（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−96368（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−104493（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−140509（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−44159（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−204838（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−251640（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291304（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−130773（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 33/00
Claims (16)
- 【請求項１】 第一の外部端子及び第二の外部端子と、
該第一の外部端子及び第二の外部端子に電気的に接続さ
れた電極を備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子
及び前記第一の外部端子及び第二の外部端子の前記半導
体発光素子側の端部を被覆する第一の被覆体とを備えた
半導体発光装置において、 前記半導体発光素子は、金属アルコキシド、セラミック
前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを含有する溶
液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液又は
これらの組み合わせを固化したガラス材料である第二の
被覆体によって直接被覆され、 前記第二の被覆体は、前記半導体発光素子から照射され
る光に対して光透過性を有し、 前記第二の被覆体は前記第一の被覆体により被覆された
ことを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記ガラス材料は焼成により固化された
請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記第二の被覆体を構成する前記ガラス
材料は前記半導体発光素子に強固に密着する請求項１又
は２に記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記第一の外部端子及び第二の外部端子
の一方の端部に凹部が形成され、前記半導体発光素子は
前記第二の被覆体と共に前記凹部の底部に固着された請
求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 金属アルコキシドはSi(OCH3)4、Si(OC2H
5)4、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等のシリコンテトラ
アルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC
3H7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC2H5)3、Al(iso-O
C3H7)3、Al(OC4H9)3から選択された１種又は２種以上で
ある請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装
置。 - 【請求項６】 セラミック前駆体ポリマーはペルヒドロ
ポリシラザンである請求項１〜５のいずれか１項に記載
の半導体発光装置。 - 【請求項７】 前記第二の被覆体は、前記ガラス材料を
前記半導体発光素子の融点よりも低い温度で焼成して形
成された請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項８】 前記第二の被覆体は、メタロキサン（me
taloxane）結合を主体とする透明な固形ガラス層である
請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項９】 前記半導体発光素子の上面に形成された
電極は、第一のリード細線及び第二のリード細線により
前記第一の外部端子及び第二の外部端子に電気的に接続
され、前記半導体発光素子、前記電極及び前記電極に接
続された前記第一のリード細線及び第二のリード細線の
端部は前記第二の被覆体により被覆され、前記第二の被
覆体を構成する前記ガラス材料は前記半導体発光素子に
接続された前記第一のリード細線及び第二のリード細線
の端部に強固に密着する請求項４に記載の半導体発光装
置。 - 【請求項１０】 絶縁性基板の一方の主面に凹部が形成
され、前記絶縁性基板の一方の主面に沿って互いに反対
方向に延びる前記第一の外部端子及び第二の外部端子が
形成され、前記凹部の底部にて前記第一の外部端子及び
第二の外部端子の一方に前記半導体発光素子が固着され
た請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１１】 前記第一の外部端子及び第二の外部端
子は前記絶縁性基板の一方の主面から側面に沿って他方
の主面に延びる請求項１０に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１２】 第一の外部端子若しくは第二の外部端
子又は絶縁性基板に凹部を形成する工程と、 半導体発光素子を前記凹部の底部に固着すると共に、前
記半導体発光素子に形成された電極を第一の外部端子及
び第二の外部端子に電気的に接続する工程と、 前記半導体発光素子から照射される光に対して光透過性
を有し且つ金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマ
ー若しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲ
ル法により加水分解重合して成る溶液又はこれらの組み
合わせから成るガラス材料を前記凹部内に注入して、前
記半導体発光素子、前記電極及び前記電極に接続された
前記第一のリード細線及び第二のリード細線の端部を被
覆する工程と、 前記ガラス材料を焼成して第一の被覆体を形成する工程
と、 前記第一の被覆体を更に第二の被覆体により封止する工
程とを含み、 前記第一の被覆体は、前記半導体発光素子及び前記第一
の外部端子及び第二の外部端子と強固に密着することを
特徴とする半導体発光装置の製法。 - 【請求項１３】 前記第一の外部端子及び第二の外部端
子の一方の端部に前記凹部を形成する工程と、前記半導
体発光素子を前記凹部の底部に固着する工程とを含む請
求項１２に記載の半導体発光装置の製法。 - 【請求項１４】 前記絶縁性基板の一方の主面に前記凹
部を形成する工程と、前記絶縁性基板の一方の主面に沿
って互いに反対方向に延びる第一の外部端子及び第二の
外部端子を形成する工程とを含む請求項１２に記載の半
導体発光装置の製法。 - 【請求項１５】 前記半導体発光素子の電極と前記第一
の外部端子及び第二の外部端子とを第一のリード細線及
び第二のリード細線により電気的に接続する工程を含む
請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の半導体発光装
置の製法。 - 【請求項１６】 前記第一の被覆体は、前記半導体発光
素子の融点よりも低い温度で前記ガラス材料を焼成して
形成される請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の半
導体発光装置の製法。
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