JP3505353B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置に
関する。より詳しくは、本発明は、透光性を有する基板
の上に積層された構造を有する半導体素子を用いた発光
装置において、基板側から出る光を効率的に取り出すこ
とができる半導体発光装置に関する。
関する。より詳しくは、本発明は、透光性を有する基板
の上に積層された構造を有する半導体素子を用いた発光
装置において、基板側から出る光を効率的に取り出すこ
とができる半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体発光素子をリードフレームなどの
実装部材に実装した半導体発光装置は、コンパクトで高
信頼性、且つ高効率で、しかも材料を選択することによ
って、赤外領域から、青紫領域までの広範な波長領域で
発光させることができるという特徴を有する。このよう
な特徴を生かして、産業分野と民生分野とを問わず、幅
広く利用されている。
実装部材に実装した半導体発光装置は、コンパクトで高
信頼性、且つ高効率で、しかも材料を選択することによ
って、赤外領域から、青紫領域までの広範な波長領域で
発光させることができるという特徴を有する。このよう
な特徴を生かして、産業分野と民生分野とを問わず、幅
広く利用されている。
【０００３】このような半導体発光装置のうちで、透光
性の基板上に複数の半導体層が積層されている構成を有
する半導体発光素子を光源として用いたものがある。そ
の一例としては、サファイア基板上に積層された窒化ガ
リウム系半導体を用いた発光素子を挙げることができ
る。窒化ガリウム系半導体発光素子を開示する参考文献
としては、例えば、特開平６−３１４８２２号公報を挙
げることができる。
性の基板上に複数の半導体層が積層されている構成を有
する半導体発光素子を光源として用いたものがある。そ
の一例としては、サファイア基板上に積層された窒化ガ
リウム系半導体を用いた発光素子を挙げることができ
る。窒化ガリウム系半導体発光素子を開示する参考文献
としては、例えば、特開平６−３１４８２２号公報を挙
げることができる。
【０００４】図９は、このような窒化ガリウム系半導体
発光素子を用いた発光装置の構成を例示する概略断面図
である。その概略構成について説明すると以下の如くで
ある。すなわち、発光装置９００は、リードフレーム３
の上に発光素子１０が実装された構成を有する。
発光素子を用いた発光装置の構成を例示する概略断面図
である。その概略構成について説明すると以下の如くで
ある。すなわち、発光装置９００は、リードフレーム３
の上に発光素子１０が実装された構成を有する。
【０００５】ここで、まず、発光素子１０について説明
すると、発光素子１０は、サファイア基板１２上に積層
された半導体の多層構造を有する。サファイア基板１２
上には、バッファ層１４、ｎ型コンタクト層１６、ｎ型
クラッド層１８、活性層２０、ｐ型クラッド層２２およ
びｐ型コンタクト層２４がこの順序で形成されている。
すると、発光素子１０は、サファイア基板１２上に積層
された半導体の多層構造を有する。サファイア基板１２
上には、バッファ層１４、ｎ型コンタクト層１６、ｎ型
クラッド層１８、活性層２０、ｐ型クラッド層２２およ
びｐ型コンタクト層２４がこの順序で形成されている。
【０００６】バッファ層１４の材料は、例えばｎ型のＧ
ａＮとすることができる。ｎ型コンタクト層１６は、ｎ
側電極３４とのオーミック接触を確保するように高いキ
ャリア濃度を有するｎ型の半導体層であり、その材料
は、例えば、ＧａＮとすることができる。ｎ型クラッド
層１８およびｐ型クラッド層２２は、それぞれ活性層２
０に光を閉じこめる役割を有し、活性層よりも低い屈折
率を有することが必要とされる。その材料は、例えば、
活性層２０よりもバッドギャップの大きいＡｌＧａＮと
することができる。活性層２０は、発光素子に電流とし
て注入された電荷が再結合することにより発光を生ずる
半導体層である。その材料としては、例えば、アンドー
プのＩｎＧａＮを用いることができる。ｐ型コンタクト
層２４は、ｐ側電極とのオーミック接触を確保するよう
に高いキャリア濃度を有するｐ型の半導体層であり、そ
の材料は、例えば、ＧａＮとすることができる。
ａＮとすることができる。ｎ型コンタクト層１６は、ｎ
側電極３４とのオーミック接触を確保するように高いキ
ャリア濃度を有するｎ型の半導体層であり、その材料
は、例えば、ＧａＮとすることができる。ｎ型クラッド
層１８およびｐ型クラッド層２２は、それぞれ活性層２
０に光を閉じこめる役割を有し、活性層よりも低い屈折
率を有することが必要とされる。その材料は、例えば、
活性層２０よりもバッドギャップの大きいＡｌＧａＮと
することができる。活性層２０は、発光素子に電流とし
て注入された電荷が再結合することにより発光を生ずる
半導体層である。その材料としては、例えば、アンドー
プのＩｎＧａＮを用いることができる。ｐ型コンタクト
層２４は、ｐ側電極とのオーミック接触を確保するよう
に高いキャリア濃度を有するｐ型の半導体層であり、そ
の材料は、例えば、ＧａＮとすることができる。
【０００７】ｐ型コンタクト層２４の上には、ｐ側電極
層２６が堆積されている。また、ｎ型コンタクト層１６
の上には、ｎ側電極層３４が堆積されている。
層２６が堆積されている。また、ｎ型コンタクト層１６
の上には、ｎ側電極層３４が堆積されている。
【０００８】ｐ型コンタクト層２４の上の一部分には、
電流阻止層３０が形成されている。電流阻止層３０の上
にはＡｕからなるボンディング・パッド３２が堆積さ
れ、その一部分はｐ側電極２６と接触している。ボンデ
ィング・パッド３２には、駆動電流を素子に供給するた
めの図示しないワイアがボンディングされる。
電流阻止層３０が形成されている。電流阻止層３０の上
にはＡｕからなるボンディング・パッド３２が堆積さ
れ、その一部分はｐ側電極２６と接触している。ボンデ
ィング・パッド３２には、駆動電流を素子に供給するた
めの図示しないワイアがボンディングされる。
【０００９】電流阻止層３０は、Ａｕ電極３２の下部で
発光が生ずるのを抑制する役割を有する。すなわち、発
光素子１０では、活性層２０で生じた発光を電極層２６
を透過させて上方に取り出すようにされている。しか
し、ボンディング・パッド３２では電極の厚さが厚いた
めに光を透過させることができない。そこで、電流阻止
層３０を設けることにより、ボンディング・パッド３２
の下に駆動電流が注入されないようにして、無駄な発光
を抑制するようにしている。
発光が生ずるのを抑制する役割を有する。すなわち、発
光素子１０では、活性層２０で生じた発光を電極層２６
を透過させて上方に取り出すようにされている。しか
し、ボンディング・パッド３２では電極の厚さが厚いた
めに光を透過させることができない。そこで、電流阻止
層３０を設けることにより、ボンディング・パッド３２
の下に駆動電流が注入されないようにして、無駄な発光
を抑制するようにしている。
【００１０】また、ｎ側電極層３４の上にもボンディン
グ・パッド３２が積層されている。ボンディング・パッ
ド３２は、Ａｕを厚く堆積することにより形成すること
ができる。さらに、ボンディング・パッド３２以外の表
面部分は、酸化シリコン層４５により覆われている。
グ・パッド３２が積層されている。ボンディング・パッ
ド３２は、Ａｕを厚く堆積することにより形成すること
ができる。さらに、ボンディング・パッド３２以外の表
面部分は、酸化シリコン層４５により覆われている。
【００１１】以上説明した発光素子１０は、エポキシ樹
脂や金属半田などの接着部材４によって、基板１２の裏
面を接着面として、リードフレーム３Ａにマウントさ
れ、さらにボンディング・パッド３２、３２にそれぞれ
ワイア５、５がボンディングされて、半導体発光装置と
して完成する。
脂や金属半田などの接着部材４によって、基板１２の裏
面を接着面として、リードフレーム３Ａにマウントさ
れ、さらにボンディング・パッド３２、３２にそれぞれ
ワイア５、５がボンディングされて、半導体発光装置と
して完成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示した
ような従来の発光装置においては、活性層２０からの発
光を電極２６を介して外部に取り出す構造であったため
に、種々の問題があった。以下、この問題について詳述
する。
ような従来の発光装置においては、活性層２０からの発
光を電極２６を介して外部に取り出す構造であったため
に、種々の問題があった。以下、この問題について詳述
する。
【００１３】まず、従来の発光装置では、電極２６の膜
厚が厚いと、光の透過率が低下し、外部量子効率が低下
するという問題があった。一方、電極２６の光透過率を
上げるために、金やニッケルなどの電極材料を十分に薄
く堆積すると、電極２６のシート抵抗が増加してしま
い、電流広がりが劣化して、動作電圧が高くなるという
問題があった。
厚が厚いと、光の透過率が低下し、外部量子効率が低下
するという問題があった。一方、電極２６の光透過率を
上げるために、金やニッケルなどの電極材料を十分に薄
く堆積すると、電極２６のシート抵抗が増加してしま
い、電流広がりが劣化して、動作電圧が高くなるという
問題があった。
【００１４】また、動作電圧と外部量子効率とを両立さ
せるためには、電極２６の膜厚の最適化と精密な制御が
必要とされるが、このような膜厚の制御は容易でなく、
製造工程において歩留まりの低下が生じていた。
せるためには、電極２６の膜厚の最適化と精密な制御が
必要とされるが、このような膜厚の制御は容易でなく、
製造工程において歩留まりの低下が生じていた。
【００１５】また、電極２６の材料として、透光性の導
電材料である酸化スズ、あるいは酸化インジウム・スズ
などを用いることも考えられるが、これらの材料は窒化
ガリウム層とのコンタクト抵抗が必ずしも低くくないた
めに、発光素子の動作電圧が高くなりやすいという問題
がある。
電材料である酸化スズ、あるいは酸化インジウム・スズ
などを用いることも考えられるが、これらの材料は窒化
ガリウム層とのコンタクト抵抗が必ずしも低くくないた
めに、発光素子の動作電圧が高くなりやすいという問題
がある。
【００１６】これらの問題を解決する方法として、特開
平７−８６６４０号公報においては、透明で絶縁性を有
する接着剤を用いて発光素子を接着することにより、基
板面からの光取り出し効率を改善せんとしている。しか
し、この構成においては基板側から出た光は、リードフ
レームにより反射されて再びｐ型オーミック電極に反射
され、外部に効率良く取り出すことができないという問
題があった。
平７−８６６４０号公報においては、透明で絶縁性を有
する接着剤を用いて発光素子を接着することにより、基
板面からの光取り出し効率を改善せんとしている。しか
し、この構成においては基板側から出た光は、リードフ
レームにより反射されて再びｐ型オーミック電極に反射
され、外部に効率良く取り出すことができないという問
題があった。
【００１７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、簡略な構成により、基板
側から出る光の取り出し効率を改善することができる半
導体発光装置を提供することを目的とするものである。
である。すなわち、本発明は、簡略な構成により、基板
側から出る光の取り出し効率を改善することができる半
導体発光装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
窒化ガリウム系半導体発光装置は、実装面を有するリー
ドフレームと、前記リードフレームの前記実装面の上に
実装された半導体発光素子とを備えた半導体発光装置で
あって、前記半導体発光素子は、所定の波長帯の光を放
出する発光層と、前記発光層が放出する光に対して透光
性を有する基板と、を有し、前記リードフレームの前記
実装面は、前記半導体発光素子の前記基板から放出され
る光を散乱して外部に取り出すことかできるように、凹
凸面を有するものとして構成され、この凹凸面における
凸部に前記基板が接触した状態で前記半導体発光素子が
実装されており、従来よりも高い効率で光を取り出すこ
とができる。
窒化ガリウム系半導体発光装置は、実装面を有するリー
ドフレームと、前記リードフレームの前記実装面の上に
実装された半導体発光素子とを備えた半導体発光装置で
あって、前記半導体発光素子は、所定の波長帯の光を放
出する発光層と、前記発光層が放出する光に対して透光
性を有する基板と、を有し、前記リードフレームの前記
実装面は、前記半導体発光素子の前記基板から放出され
る光を散乱して外部に取り出すことかできるように、凹
凸面を有するものとして構成され、この凹凸面における
凸部に前記基板が接触した状態で前記半導体発光素子が
実装されており、従来よりも高い効率で光を取り出すこ
とができる。
【００１９】また、その実装部材の凸部の頂部の角度
を、４０度以上１４０度以下とすると、光の取り出し効
率を最大値の半分以上とすることができる。
を、４０度以上１４０度以下とすると、光の取り出し効
率を最大値の半分以上とすることができる。
【００２０】
【００２１】さらに、その凹凸面に、複数の針状部材を
設けることにより、半導体素子を安定に支持することが
できる。
設けることにより、半導体素子を安定に支持することが
できる。
【００２２】 一方、実装部材の実装面上に光散乱材を
設けることによっても同様の効果を得ることができる。
この場合には、前記リードフレームの前記実装面上に接
触した状態で複数の光散乱部材が設けられ、この光散乱
部材の表面上に前記基板が接触した状態で前記半導体発
光素子が実装され、これにより前記半導体発光素子の前
記基板から放出される光を散乱して外部に取り出すこと
ができる。
設けることによっても同様の効果を得ることができる。
この場合には、前記リードフレームの前記実装面上に接
触した状態で複数の光散乱部材が設けられ、この光散乱
部材の表面上に前記基板が接触した状態で前記半導体発
光素子が実装され、これにより前記半導体発光素子の前
記基板から放出される光を散乱して外部に取り出すこと
ができる。
【００２３】これらの発光素子と実装部材とは、透光性
の材料により接着することにより、光を効率的に取り出
すことができる。
の材料により接着することにより、光を効率的に取り出
すことができる。
【００２４】また、半導体発光素子として、サファイア
基板上に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子をも
ちい、接着剤として、エポキシ樹脂、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｍｇ
Ｏ、ＳｎＯ2 、ＬａＦ3 、ＣｅＦ3 、およびＳｉＯ2 の
うちのいずれかを用いることにより、高効率の短波長発
光装置を実現することができる。
基板上に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子をも
ちい、接着剤として、エポキシ樹脂、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｍｇ
Ｏ、ＳｎＯ2 、ＬａＦ3 、ＣｅＦ3 、およびＳｉＯ2 の
うちのいずれかを用いることにより、高効率の短波長発
光装置を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明による第
１の半導体発光装置の概略構成を表す断面図である。本
発明による発光装置１００は、発光素子１０が接着剤１
０５によってリードフレーム１０３に接着された構成を
有する。ここで、発光素子１０としては、例えば図９に
示したものと同様に、サファイア基板１２上にｎ型窒化
物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを積層したものを用
いることができる。なお、図１においては、発光素子の
詳細な層構造は便宜的に省略して示した。
実施の形態について説明する。図１は、本発明による第
１の半導体発光装置の概略構成を表す断面図である。本
発明による発光装置１００は、発光素子１０が接着剤１
０５によってリードフレーム１０３に接着された構成を
有する。ここで、発光素子１０としては、例えば図９に
示したものと同様に、サファイア基板１２上にｎ型窒化
物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを積層したものを用
いることができる。なお、図１においては、発光素子の
詳細な層構造は便宜的に省略して示した。
【００２６】発光素子１０の電極３２、３２は、それぞ
れワイア５、５によってリードフレーム１０３Ａ、１０
３Ｂに接続されている。さらに、リードフレームの先端
部は、図示しない樹脂によりモールドして封止されるよ
うにしても良い。本発明においては、リードフレーム１
０３Ａのカップ底部の実装面に凹凸面１０３Ｗが形成さ
れている。この凹凸面１０３Ｗによって、発光素子１０
の基板側から放出した光は散乱され、外部に効率的に取
り出すことができるようになる。また、このように基板
面から出射される光を効率的に外部に取り出すことがで
きるので、発光素子の上面の電極２６を厚く形成しても
良い。その結果として駆動電圧の低減を実現できる。
れワイア５、５によってリードフレーム１０３Ａ、１０
３Ｂに接続されている。さらに、リードフレームの先端
部は、図示しない樹脂によりモールドして封止されるよ
うにしても良い。本発明においては、リードフレーム１
０３Ａのカップ底部の実装面に凹凸面１０３Ｗが形成さ
れている。この凹凸面１０３Ｗによって、発光素子１０
の基板側から放出した光は散乱され、外部に効率的に取
り出すことができるようになる。また、このように基板
面から出射される光を効率的に外部に取り出すことがで
きるので、発光素子の上面の電極２６を厚く形成しても
良い。その結果として駆動電圧の低減を実現できる。
【００２７】ここで、接着剤１０５は発光素子１０を固
定すると同時に、リードフレームの凹凸面１０３Ｗを充
填して平坦にする役割も有する。接着剤１０５は、透光
性を有することが望ましいが、可視光での反射率が高い
粉末を含んでいてもよく、必ずしも絶縁性である必要は
ない。また、発光素子１０の基板１２側から効率良く光
を取り出すためには、基板１２よりも屈折率が小さい材
料であることが望ましい。以上説明したような要求を満
たす接着剤１０５の材料としては、エポキシ樹脂（屈折
率約１．５）、Ａｌ2 Ｏ3 （屈折率約１．６）、ＭｇＯ
（屈折率約１．７５）、ＳｎＯ2 （屈折率約１．９）、
ＬａＦ3 （屈折率約１．５９）、ＣｅＦ3 （屈折率約
１．６３）、ＳｉＯ2 （屈折率約１．４）などを挙げる
ことができる。
定すると同時に、リードフレームの凹凸面１０３Ｗを充
填して平坦にする役割も有する。接着剤１０５は、透光
性を有することが望ましいが、可視光での反射率が高い
粉末を含んでいてもよく、必ずしも絶縁性である必要は
ない。また、発光素子１０の基板１２側から効率良く光
を取り出すためには、基板１２よりも屈折率が小さい材
料であることが望ましい。以上説明したような要求を満
たす接着剤１０５の材料としては、エポキシ樹脂（屈折
率約１．５）、Ａｌ2 Ｏ3 （屈折率約１．６）、ＭｇＯ
（屈折率約１．７５）、ＳｎＯ2 （屈折率約１．９）、
ＬａＦ3 （屈折率約１．５９）、ＣｅＦ3 （屈折率約
１．６３）、ＳｉＯ2 （屈折率約１．４）などを挙げる
ことができる。
【００２８】また、同図に示したような凹凸面を設ける
と、発光素子１０をマウントする際に、素子に「クラッ
ク」や「欠け」などの損傷が生ずることもある。しか
し、例示した窒化ガリウム系半導体発光素子の場合に
は、基板として極めて硬質な硬度９を有するサファイア
が用いられるために、図示したような凹凸面にマウント
してもこのような損傷が生ずることがない。一方、窒化
ガリウム系半導体以外の発光素子を用いる場合には、凹
凸面を予め前述したような接着剤により充填して、略平
滑な実装面を形成した後に、発光素子をマウントするこ
とにより、素子の損傷を容易に防ぐことができる。
と、発光素子１０をマウントする際に、素子に「クラッ
ク」や「欠け」などの損傷が生ずることもある。しか
し、例示した窒化ガリウム系半導体発光素子の場合に
は、基板として極めて硬質な硬度９を有するサファイア
が用いられるために、図示したような凹凸面にマウント
してもこのような損傷が生ずることがない。一方、窒化
ガリウム系半導体以外の発光素子を用いる場合には、凹
凸面を予め前述したような接着剤により充填して、略平
滑な実装面を形成した後に、発光素子をマウントするこ
とにより、素子の損傷を容易に防ぐことができる。
【００２９】図２は、本発明による発光装置の光出力を
従来の発光装置を比較して表した特性図である。同図か
ら分かるように、本発明によれば、動作電流２０ｍＡで
比較すると、従来よりも発光出力が２〜３倍改善されて
いる。これは、発光素子１０のサファイア基板側に出射
した光をリードフレームの凹凸面で散乱させて効率的に
取り出すことができるからである。すなわち、本発明に
よれば、発光素子の内部において発光層２０から基板１
２側に向かって放出される光だけでなく、発光層２０か
ら表面側に向かって放出され、ｐ側電極２６などにより
反射されて基板１２方向に向かう光も効率的に取り出す
ことができるために、従来と比較して発光出力の飛躍的
な改善が達成される。
従来の発光装置を比較して表した特性図である。同図か
ら分かるように、本発明によれば、動作電流２０ｍＡで
比較すると、従来よりも発光出力が２〜３倍改善されて
いる。これは、発光素子１０のサファイア基板側に出射
した光をリードフレームの凹凸面で散乱させて効率的に
取り出すことができるからである。すなわち、本発明に
よれば、発光素子の内部において発光層２０から基板１
２側に向かって放出される光だけでなく、発光層２０か
ら表面側に向かって放出され、ｐ側電極２６などにより
反射されて基板１２方向に向かう光も効率的に取り出す
ことができるために、従来と比較して発光出力の飛躍的
な改善が達成される。
【００３０】本発明者は、独自の試作検討を行い、本発
明の有する効果について、さらに定量的な結果を得た。
明の有する効果について、さらに定量的な結果を得た。
【００３１】図３は、この試作検討において用いた発光
装置の概略構成を例示する断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置２００においては、結果の解析を簡
略化するために、リードフレーム２０３Ａには、発光素
子と同程度の幅を有する凸部２０３Ｅをひとつだけ設け
た。また、発光素子１０としては、図９に示したような
窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた。さらに、その
発光素子１０の上面には遮光マスクＭを設け、素子の表
面側から光が出射しないようにした。すなわち、発光素
子の基板面側からの光だけを観測できるようにした。そ
して、図３に示した凸部２０３Ｅの頂部の角度２θが、
種々に異なるリードフレーム２０３を用いて、発光装置
２００を試作した。さらに、それぞれの発光装置の光強
度を測定して、基板面からの光取り出し効率を評価し
た。
装置の概略構成を例示する断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置２００においては、結果の解析を簡
略化するために、リードフレーム２０３Ａには、発光素
子と同程度の幅を有する凸部２０３Ｅをひとつだけ設け
た。また、発光素子１０としては、図９に示したような
窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた。さらに、その
発光素子１０の上面には遮光マスクＭを設け、素子の表
面側から光が出射しないようにした。すなわち、発光素
子の基板面側からの光だけを観測できるようにした。そ
して、図３に示した凸部２０３Ｅの頂部の角度２θが、
種々に異なるリードフレーム２０３を用いて、発光装置
２００を試作した。さらに、それぞれの発光装置の光強
度を測定して、基板面からの光取り出し効率を評価し
た。
【００３２】図４は、この評価結果を表すグラフ図であ
る。すなわち、同図は、リードフレームの凸部の頂部の
角度θに対して、光の取り出し効率を任意単位で示した
ものである。同図から分かるように、リードフレームの
凸部の角度θが４５度の場合に、基板面からの光取り出
し効率が最も高くなる。これは、図３に矢印Ａで例示し
たように、基板面から出射した光が凹凸面で反射されて
観測方向に取り出すことができるからである。この評価
から、光取り出し効率として、最大値の半分以上の効率
を得るためには、角度θを２０度から７０度の範囲とす
ることが望ましいことが分かった。
る。すなわち、同図は、リードフレームの凸部の頂部の
角度θに対して、光の取り出し効率を任意単位で示した
ものである。同図から分かるように、リードフレームの
凸部の角度θが４５度の場合に、基板面からの光取り出
し効率が最も高くなる。これは、図３に矢印Ａで例示し
たように、基板面から出射した光が凹凸面で反射されて
観測方向に取り出すことができるからである。この評価
から、光取り出し効率として、最大値の半分以上の効率
を得るためには、角度θを２０度から７０度の範囲とす
ることが望ましいことが分かった。
【００３３】このように、本発明によれば、極めて高い
効率で基板側に出射される光を外部に取り出すことがで
きるようになる。
効率で基板側に出射される光を外部に取り出すことがで
きるようになる。
【００３４】図５は、本発明による半導体発光装置の変
形例を表す概略図である。すなわち、同図（ａ）は、そ
の概略断面図であり、同図（ｂ）は、リードフレームの
実装面３０３Ｗの概略平面図である。同図に示した発光
装置３００は、発光素子１０が接着剤１０５によってリ
ードフレーム３０３に接着された構成を有する。前述し
た発光装置と同一の部材については、同一の符合を付し
て説明を省略する。
形例を表す概略図である。すなわち、同図（ａ）は、そ
の概略断面図であり、同図（ｂ）は、リードフレームの
実装面３０３Ｗの概略平面図である。同図に示した発光
装置３００は、発光素子１０が接着剤１０５によってリ
ードフレーム３０３に接着された構成を有する。前述し
た発光装置と同一の部材については、同一の符合を付し
て説明を省略する。
【００３５】発光装置３００においては、リードフレー
ム３０３Ａのカップ底部に凹凸面３０３Ｗが設けられる
と共に、複数の針状部材３０３Ｎが設けられている。針
状部材３０３Ｎは、発光素子１０を支持する役割を有す
る。また、発光素子１０の基板側から出射した光を過度
に遮ることがないように、その材質は透光性を有するこ
とが望ましく、若しくは、凹凸面３０３Ｗによって反射
される光の光路に対する断面積が小さくなるような断面
形状を有することが望ましい。
ム３０３Ａのカップ底部に凹凸面３０３Ｗが設けられる
と共に、複数の針状部材３０３Ｎが設けられている。針
状部材３０３Ｎは、発光素子１０を支持する役割を有す
る。また、発光素子１０の基板側から出射した光を過度
に遮ることがないように、その材質は透光性を有するこ
とが望ましく、若しくは、凹凸面３０３Ｗによって反射
される光の光路に対する断面積が小さくなるような断面
形状を有することが望ましい。
【００３６】このような針状部材３０３Ｎを設けること
によって、発光素子１０を安定した向きでリードフレー
ムの凹凸面３０３Ｗの上に実装することができるように
なる。また、接着剤１０５として前述したような材料を
用いて、凹凸面３０３Ｗを充填して平滑面を形成すれ
ば、さらに安定して発光素子１０を実装することができ
る。
によって、発光素子１０を安定した向きでリードフレー
ムの凹凸面３０３Ｗの上に実装することができるように
なる。また、接着剤１０５として前述したような材料を
用いて、凹凸面３０３Ｗを充填して平滑面を形成すれ
ば、さらに安定して発光素子１０を実装することができ
る。
【００３７】また、発光素子１０の基板に対して、電気
的な接続を確保する必要が生ずるような場合には、針状
部材３０３Ｎを導電性の材料により構成して、基板に接
触させることにより電気的接触を大幅に改善することが
できる。
的な接続を確保する必要が生ずるような場合には、針状
部材３０３Ｎを導電性の材料により構成して、基板に接
触させることにより電気的接触を大幅に改善することが
できる。
【００３８】図６は、本発明による半導体発光装置の別
の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同図に示
した発光装置４００においては、リードフレーム４０３
Ａのカップ底部の凹凸面４０３Ｗは、曲面状あるいは波
形の断面形状を有するものとして構成されている。
の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同図に示
した発光装置４００においては、リードフレーム４０３
Ａのカップ底部の凹凸面４０３Ｗは、曲面状あるいは波
形の断面形状を有するものとして構成されている。
【００３９】このような曲面状の凹凸面４０３Ｗも、発
光素子１０から放出される光を広い角度に散乱するの
で、基板側から放出される光の取り出し効率を改善する
ことができる。また、このように曲面状の凹凸面４０３
Ｗを設けることによって、発光素子のマウントの際の応
力集中を避けることができ、発光素子の損傷を防ぐこと
ができる。また、平面で構成された鋭い凹凸面よりも、
曲面状の凹凸面の法が形成しやすいという利点も有す
る。なお、本変形例においても、前述した他の発光装置
と同一の部材については、図６に同一の符合を付して説
明を省略する。
光素子１０から放出される光を広い角度に散乱するの
で、基板側から放出される光の取り出し効率を改善する
ことができる。また、このように曲面状の凹凸面４０３
Ｗを設けることによって、発光素子のマウントの際の応
力集中を避けることができ、発光素子の損傷を防ぐこと
ができる。また、平面で構成された鋭い凹凸面よりも、
曲面状の凹凸面の法が形成しやすいという利点も有す
る。なお、本変形例においても、前述した他の発光装置
と同一の部材については、図６に同一の符合を付して説
明を省略する。
【００４０】図７は、本発明による半導体発光装置のさ
らに別の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置５００においては、リードフレーム
５０３Ａのカップ底面上に、透光性を有する球状あるい
は多角形状の光散乱部材５０８が敷かれている。そし
て、発光素子１０は、この光散乱部材５０８の上に接着
剤１０５によってマウントされている。
らに別の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置５００においては、リードフレーム
５０３Ａのカップ底面上に、透光性を有する球状あるい
は多角形状の光散乱部材５０８が敷かれている。そし
て、発光素子１０は、この光散乱部材５０８の上に接着
剤１０５によってマウントされている。
【００４１】発光装置５００においては、発光素子の基
板１２から出た光は光散乱部材５０８により、反射ある
いは屈折を繰り返して、リードフレームのカップ側面５
０３Ｃに反射されて外部に有効に取り出すことができ
る。この光散乱部材５０８が発光素子の基板１２と近い
屈折率を有する場合には、さらに取り出し効率の改善が
期待される。この理由は、基板の裏面を散乱面としたの
と同様の効果が得られるからである。例えば、発光素子
１０が窒化ガリウム系半導体発光素子の場合には、光散
乱部材５０８は、基板材料であるサファイアの屈折率に
近い材料からなることが望ましい。また、このような光
散乱部材５０８をカップ底面に一面に敷いた場合は、マ
ウント時に発光素子１０に対する応力は緩和され、損傷
を防ぐことができるという効果も得られる。さらに、こ
のような光散乱材をもいちれば、リードフレーム自体を
凹凸状に加工する必要がなくなり、製造がさらに容易と
なるという効果も得られる。
板１２から出た光は光散乱部材５０８により、反射ある
いは屈折を繰り返して、リードフレームのカップ側面５
０３Ｃに反射されて外部に有効に取り出すことができ
る。この光散乱部材５０８が発光素子の基板１２と近い
屈折率を有する場合には、さらに取り出し効率の改善が
期待される。この理由は、基板の裏面を散乱面としたの
と同様の効果が得られるからである。例えば、発光素子
１０が窒化ガリウム系半導体発光素子の場合には、光散
乱部材５０８は、基板材料であるサファイアの屈折率に
近い材料からなることが望ましい。また、このような光
散乱部材５０８をカップ底面に一面に敷いた場合は、マ
ウント時に発光素子１０に対する応力は緩和され、損傷
を防ぐことができるという効果も得られる。さらに、こ
のような光散乱材をもいちれば、リードフレーム自体を
凹凸状に加工する必要がなくなり、製造がさらに容易と
なるという効果も得られる。
【００４２】また、光散乱部材５０８は、透明であるこ
とが望ましいが、可視光に対して一定の反射率を有して
いてもよい。さらに、必ずしも絶縁性である必要はな
い。また、光散乱部材５０８の形状も、図示した球状の
ものに限定されず、楕円、円柱、多角柱、不定形粒状な
どあらゆる形状から適宜選択することができる。一方、
リードフレーム５０３の形状は、図示したものに限定さ
れるわけではなく、カップ底面が凹凸状とされていても
良い。
とが望ましいが、可視光に対して一定の反射率を有して
いてもよい。さらに、必ずしも絶縁性である必要はな
い。また、光散乱部材５０８の形状も、図示した球状の
ものに限定されず、楕円、円柱、多角柱、不定形粒状な
どあらゆる形状から適宜選択することができる。一方、
リードフレーム５０３の形状は、図示したものに限定さ
れるわけではなく、カップ底面が凹凸状とされていても
良い。
【００４３】なお、本変形例においても、前述した他の
発光装置と同一の部材については、図６に同一の符合を
付して説明を省略する。
発光装置と同一の部材については、図６に同一の符合を
付して説明を省略する。
【００４４】図８は、本発明による半導体発光装置のさ
らに別の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置６００においては、リードフレーム
６０３に、発光素子５０が実装されている。この発光素
子５０は、前述した発光装置において例示した窒化ガリ
ウム系半導体発光素子１０とは異なる発光素子を例示す
るものであり、例えば、ｎ型ＧａＰ基板５２上に形成さ
れた、ＩｎＧａＰ活性層６０を挟むｎ−ＧａＰ層５８と
ｐ−ＧａＰ層６２とからなるものとすることができる。
このような発光素子５０も、活性層６０から発光は、Ｇ
ａＰ基板５２を透過して出射されるために、本発明を同
様に適用して、上述した他の発光装置と同様の効果を得
ることができる。
らに別の変形例を表す概略断面図である。すなわち、同
図に示した発光装置６００においては、リードフレーム
６０３に、発光素子５０が実装されている。この発光素
子５０は、前述した発光装置において例示した窒化ガリ
ウム系半導体発光素子１０とは異なる発光素子を例示す
るものであり、例えば、ｎ型ＧａＰ基板５２上に形成さ
れた、ＩｎＧａＰ活性層６０を挟むｎ−ＧａＰ層５８と
ｐ−ＧａＰ層６２とからなるものとすることができる。
このような発光素子５０も、活性層６０から発光は、Ｇ
ａＰ基板５２を透過して出射されるために、本発明を同
様に適用して、上述した他の発光装置と同様の効果を得
ることができる。
【００４５】なお、本発明において用いられる発光素子
は、その基板として上述したサファイアやＧａＰに限定
されず、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＭｇＯ，ＭｎＯ，ＣｏＯ，Ｎ
ｉＯ，ＭｇＡｌ２０４，ＮｄＧａＯ３，ＺｎＯ，ＬｉＡ
ｌＯ２，ＬｉＧａＯ２，ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３な
どの材料からなる基板を用いたものでも良く、活性層か
らの発光を透過する構成であれば良い。
は、その基板として上述したサファイアやＧａＰに限定
されず、ＳｉＣ，ＧａＮ，ＭｇＯ，ＭｎＯ，ＣｏＯ，Ｎ
ｉＯ，ＭｇＡｌ２０４，ＮｄＧａＯ３，ＺｎＯ，ＬｉＡ
ｌＯ２，ＬｉＧａＯ２，ＬｉＮｂＯ３，ＬｉＴａＯ３な
どの材料からなる基板を用いたものでも良く、活性層か
らの発光を透過する構成であれば良い。
【００４６】また、本変形例におけるリードフレーム６
０３のカップ底部の凹凸面６０３Ｗの形状は、図示した
ような曲面状に限定されるものではなく、その他の前述
したいずれかの発光装置と同様のものであれば良い。な
お、本変形例においても、前述した他の発光装置と同一
の部材については、図８に同一の符合を付して説明を省
略した。
０３のカップ底部の凹凸面６０３Ｗの形状は、図示した
ような曲面状に限定されるものではなく、その他の前述
したいずれかの発光装置と同様のものであれば良い。な
お、本変形例においても、前述した他の発光装置と同一
の部材については、図８に同一の符合を付して説明を省
略した。
【００４７】以上の説明では、実装部材としてリードフ
レームを用いた場合について例示したが本発明はこれに
限定されるものではない。この他にも、例えば、ステ
ム、実装基板、チップ・キャリアなど、種々の実装部材
に対して、本発明は同様に適用することが可能である。
レームを用いた場合について例示したが本発明はこれに
限定されるものではない。この他にも、例えば、ステ
ム、実装基板、チップ・キャリアなど、種々の実装部材
に対して、本発明は同様に適用することが可能である。
【００４８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。
施され、以下に説明する効果を奏する。
【００４９】まず、本発明によれば、半導体発光素子の
基板面から出射される光をリードフレームの凹凸面で散
乱することにより、外部に効率的に取り出すことができ
る。その結果として、従来よりも発光出力を顕著に向上
することができる。
基板面から出射される光をリードフレームの凹凸面で散
乱することにより、外部に効率的に取り出すことができ
る。その結果として、従来よりも発光出力を顕著に向上
することができる。
【００５０】また、本発明によれば、このように基板面
から出射される光を効率的に外部に取り出すことができ
るので、発光素子の上面の電極を厚く形成しても良い。
その結果として駆動電圧の低減を実現できる。
から出射される光を効率的に外部に取り出すことができ
るので、発光素子の上面の電極を厚く形成しても良い。
その結果として駆動電圧の低減を実現できる。
【００５１】以上説明したように、本発明によれば、簡
易な構成で極めて高い光取り出し効率を有する半導体発
光装置を提供することができるようになり、産業上のメ
リットは多大である。
易な構成で極めて高い光取り出し効率を有する半導体発
光装置を提供することができるようになり、産業上のメ
リットは多大である。
【図１】本発明による第１の半導体発光装置の概略構成
を表す断面図である。
を表す断面図である。
【図２】本発明による発光装置の光出力を従来の発光装
置を比較して表した特性図である。
置を比較して表した特性図である。
【図３】本発明者の試作検討において用いた発光装置の
概略構成を例示する断面図である。
概略構成を例示する断面図である。
【図４】本発明者の試作検討の評価結果を表すグラフ図
である。
である。
【図５】本発明による半導体発光装置の変形例を表す概
略図である。
略図である。
【図６】本発明による半導体発光装置の別の変形例を表
す概略断面図である。
す概略断面図である。
【図７】本発明による半導体発光装置のさらに別の変形
例を表す概略断面図である。
例を表す概略断面図である。
【図８】本発明による半導体発光装置のさらに別の変形
例を表す概略断面図である。
例を表す概略断面図である。
【図９】窒化ガリウム系半導体発光素子を用いた発光装
置の構成を例示する概略断面図である。
置の構成を例示する概略断面図である。
３Ａ、Ｂ リードフレーム
４ 接着剤
５ ワイア
１０、５０ 半導体発光素子
１２、５２ 透光性基板
１４ バッファ層
１６ コンタクト層
１８、５８ クラッド層
２０、６０ 発光層
２２、６２ クラッド層
２４ コンタクト層
２６、３４、２６、３４ 電極
３０ 電流阻止層
４５ 保護膜
１００、２００、３００、４００、５００、６００、９
００ 半導体発光装置 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ リ
ードフレーム １０５ 接着剤 ５０８ 光散乱材
００ 半導体発光装置 １０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３ リ
ードフレーム １０５ 接着剤 ５０８ 光散乱材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−204481（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−227078（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−22648（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−288341（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−31292（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−101090（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−112028（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−78727（ＪＰ，Ａ)
実開 昭61−81171（ＪＰ，Ｕ)
実開 平１−160864（ＪＰ，Ｕ)
特公 昭49−13916（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
Claims (6)
- 【請求項１】実装面を有するリードフレームと、前記リ
ードフレームの前記実装面の上に実装された半導体発光
素子とを備えた半導体発光装置であって、 前記半導体発光素子は、所定の波長帯の光を放出する発
光層と、前記発光層が放出する光に対して透光性を有す
る基板と、を有し、 前記リードフレームの前記実装面は、前記半導体発光素
子の前記基板から放出される光を散乱して外部に取り出
すことができるように凹凸面を有し、この凹凸面におけ
る凸部に前記基板が接触した状態で前記半導体発光素子
が実装されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】前記リードフレームの前記凹凸面は、略平
面状の斜面により構成され、その凸部の頂部の角度は、
４０度以上１４０度以下であることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】前記リードフレームの前記凹凸面には、前
記半導体発光素子を安定に支持するために、その凸部の
頂部とほぼ同一の高さまで達する複数の針状部材がほぼ
垂直に設けられていることを特徴とする請求項１又は２
記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】実装面を有するリードフレームと、前記リ
ードフレームの前記実装面の上に実装された、半導体発
光素子と、を備えた半導体発光装置であって、 前記半導体発光素子は、所定の波長帯の光を放出する発
光層と、前記発光層が放出する光に対して透光性を有す
る基板と、を有し、 前記リードフレームの前記実装面上に接触した状態で複
数の光散乱部材が設けられ、この光散乱部材の表面上に
前記基板が接触した状態で前記半導体発光素子が実装さ
れ、前記半導体発光素子の前記基板から放出される光を
散乱して外部に取り出すことができるようにしてなるこ
とを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項５】前記リードフレームと、前記半導体発光素
子とは、前記基板から放出される光に対して透光性を有
する材料により接着されていることを特徴とする請求項
１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。 - 【請求項６】前記半導体発光素子は、サファイア基板上
に形成された窒化ガリウム系半導体発光素子であり、 前記接着剤は、エポキシ樹脂、Ａｌ2 Ｏ3 、ＭｇＯ、Ｓ
ｎＯ2 、ＬａＦ3 、ＣｅＦ3 、およびＳｉＯ2 からなる
群から選択された材料からなることを特徴とする請求項
５記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17681597A JP3505353B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17681597A JP3505353B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126811A JPH1126811A (ja) | 1999-01-29 |
| JP3505353B2 true JP3505353B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=16020337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17681597A Expired - Fee Related JP3505353B2 (ja) | 1997-07-02 | 1997-07-02 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505353B2 (ja) |
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| AU2003211646A1 (en) | 2002-02-28 | 2003-09-09 | Rohm Co., Ltd. | Light emitting diode lamp |
| JP4643918B2 (ja) * | 2004-03-10 | 2011-03-02 | シチズン電子株式会社 | 光半導体パッケージ |
| JP2007109908A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Nichia Chem Ind Ltd | 発光素子搭載用の支持体 |
| JP5068472B2 (ja) * | 2006-04-12 | 2012-11-07 | 昭和電工株式会社 | 発光装置の製造方法 |
| JP2007288067A (ja) * | 2006-04-19 | 2007-11-01 | Hitachi Cable Ltd | 発光ダイオード |
| DE102007004302A1 (de) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips |
| US9178121B2 (en) | 2006-12-15 | 2015-11-03 | Cree, Inc. | Reflective mounting substrates for light emitting diodes |
| TW200903866A (en) * | 2007-05-17 | 2009-01-16 | Asahi Glass Co Ltd | Glass coated light emitting element, illuminator and projector |
| JP4771179B2 (ja) * | 2007-05-31 | 2011-09-14 | 東芝ライテック株式会社 | 照明装置 |
| KR101283282B1 (ko) | 2007-07-25 | 2013-07-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자 패키지 및 그 제조방법 |
| JP2009289918A (ja) * | 2008-05-28 | 2009-12-10 | Alps Electric Co Ltd | 半導体発光装置 |
| US8723201B2 (en) * | 2010-08-20 | 2014-05-13 | Invenlux Corporation | Light-emitting devices with substrate coated with optically denser material |
| DE102010036180A1 (de) * | 2010-09-02 | 2012-03-08 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Leuchtdiodenchip |
| JP2013093533A (ja) | 2011-10-27 | 2013-05-16 | Seoul Semiconductor Co Ltd | 発光ダイオード |
| JP2013120824A (ja) * | 2011-12-07 | 2013-06-17 | Citizen Holdings Co Ltd | 発光デバイス |
| JP2013197505A (ja) * | 2012-03-22 | 2013-09-30 | Toyoda Gosei Co Ltd | 発光装置 |
| JP2014120514A (ja) * | 2012-12-13 | 2014-06-30 | Sharp Corp | 半導体発光装置 |
| KR20170075966A (ko) * | 2015-12-24 | 2017-07-04 | 삼성전자주식회사 | 광추출 효율이 개선된 발광소자 패키지 |
-
1997
- 1997-07-02 JP JP17681597A patent/JP3505353B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH1126811A (ja) | 1999-01-29 |
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