JP7252820B2 - 半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(窒化物半導体紫外線発光装置)
図1は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体紫外線発光装置の構成を概略的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体紫外線発光装置(以下、単に「発光装置」ともいう。)1は、発光波長が360nm以下の紫外線(「紫外光」ともいう。以下同様とする。)を発光する窒化物半導体発光素子(以下、単に「発光素子」ともいう。)2と、この発光素子2を収容するパッケージ基板3と、発光素子2を封止する封止材4と、パッケージ基板3上に形成され、パッケージ基板3と封止材4との間に位置して封止材4との濡れ性を抑制し、封止材4とパッケージ基板3との接触角θを大きくする薄膜層(以下、単に「薄膜」ともいう。)5と、パッケージ基板3と薄膜層5とを接着する接着層6とを備えている。
図2は、図1に示す発光素子2の積層構造を拡大して説明する説明図である。発光素子2には、例えば、波長360nm以下の紫外線(深紫外線を含む)を発光する発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)が該当する。図2に示すように、発光素子2は、透明基板21と、透明基板21上に形成された窒化物半導体層22と、電極23と、を有している。以下、窒化物半導体層22として、AlGaN系の窒化物半導体で形成された層を例に挙げて説明する。
パッケージ基板3は、略直方体状の形状を有している。パッケージ基板3は、例えば高温焼成セラミック多層基板(High Temperature Co-fired Ceramic:HTCC)や低温焼成セラミック多層基板(Low Temperature Co-fired Ceramic:LTCC)により形成される。また、パッケージ基板3は、窒化アルミニウム(AlN)、あるいはアルミナ(Al2O3)を用いて形成される。特にAlNを用いた場合、熱伝導率が高いため、放熱性が良く、信頼性が高いという特徴がある。
封止材4は、発光素子2を封止する。封止材4には、紫外線に対する一定の耐光性を有する材料により形成されている。ここで、「耐光性」とは、光により劣化する度合い示す指標をいう。一例として、封止材4は、シリコーンを主成分として含む樹脂(以下、単に「シリコーン樹脂」ともいう。)により形成されている。封止材4は、空気の屈折率よりも大きい屈折率(例えば、1.10~1.80程度)を有している。なおシリコーン樹脂の場合、屈折率は概ね1.40程度である。
0.075×d(mm)≦h・・・(1)
を満たしていることが好ましい。なお、少なくとも、h≧0.075×d(mm)であれば、接触角θ≧15度は満たされている。
薄膜層5は、パッケージ基板3の縁面3cと、シリコーン樹脂により形成された封止材4との濡れ性を低くし、すなわち、封止材4がパッケージ基板3の縁面3cにはじかれやすくすることによって、接触角θを大きくする機能を有する層又は薄膜である。薄膜層5は、封止材4を形成するシリコーン樹脂との間において、シリコーン樹脂とパッケージ基板3との濡れ性よりも小さい濡れ性を有する。なお、薄膜層5は、必ずしも完全な撥液性は有しなくてもよい。
接着層6は、パッケージ基板3の縁面3cと薄膜層5の下面とを接着する。接着層6は、例えば、ニッケル(Ni)やクロム(Cr)等の金属層としてよく、さらに、ニッケル(Ni)やクロム(Cr)等の金属層とパッケージ基板3の縁面3cとの間に、タングステン(W)等の金属層がさらに形成されていてもよい。
次に、本発明の実施の形態に係る発光装置1の製造方法について説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る発光装置1の製造方法の一例を示すフローチャートである。
350mAの電流で駆動した時の光出力が約60mWである発光波長310nmの発光素子2を用いて上述した発光装置1を作製した。なお、比較例として、図4に示すように、上面4aが平坦状に形成された封止材4を有する発光装置を用意した。なお、本実施例においては、薄膜層5は、厚さ1μmの金(Au)とし、パッケージ基板3の縁面3cと薄膜層5の下面とを接着する接着層6としては、パッケージ基板3の縁面3c上に、タングステン(W)(厚さ不問)を形成しさらに、その上に、厚さ1μmのニッケル(Ni)を形成し、薄膜層5の密着性を向上させた。
図6は、本発明の一変形例に係る発光装置1の構成を概略的に示す断面図である。図6に示すように、発光装置1は、接着層6を必ずしも備えなくてもよい。この場合、薄膜層5は、例えば、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)のうち1種類以上の金属と、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)のうちの1種類以上の金属を含む合金の単層、あるいは、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)のうちいずれかの金属の単層、あるいは、これらの金属を1種類以上含む金属の合金の単層からなるものであってよい。
本発明の実施の形態及び変形例によれば、パッケージ基板3上に薄膜層5が形成され、この薄膜層5上に封止材4を形成することにより、封止材4を薄膜層との接触角が15度以上となるように形成することができる。これにより、封止材4がシリコーン樹脂により形成されている場合であっても、自然成形による方法で封止材4を一定以上の大きさの曲率を有するレンズ状の形状にすることができ、封止材4及び空気の界面で発生する光の全反射を抑制して光取り出し効率の向上効果を得ることができる。
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
[2]前記薄膜層(5)は、前記シリコーン樹脂との間において、前記シリコーン樹脂と前記パッケージ基板(3)との濡れ性よりも小さい濡れ性を有する、前記[1]に記載の半導体発光装置(1)。
[3]前記薄膜層(5)は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びロジウム(Rh)のうち少なくとも1つを含む金属により形成された金属層である、前記[2]に記載の半導体発光装置(1)。
[4]前記薄膜層(5)と前記パッケージ基板(3)との間に、前記パッケージ基板(3)と前記薄膜層(5)とを接着する接着層(6)がさらに設けられている、前記[1]から[3]のいずれか1つに記載の半導体発光装置(1)。
[5]前記接着層(6)は、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)及びタングステン(W)のうち少なくとも1つを含んで形成されている、前記[4]に記載の半導体発光装置(1)。
[6]前記接触角は、30度以上80度以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体発光装置(1)。
[7]パッケージ基板(3)上に所定の厚さを有する薄膜層(5)を形成する工程と、パッケージ基板(3)に半導体発光素子(2)を収容する工程と、前記パッケージ基板(3)上に前記半導体発光素子(2)を封止するシリコーン樹脂により形成された封止材(4)を塗布する工程と、塗布された前記封止材(4)を前記薄膜層(5)との接触角が15度以上になるように形成するとともに、レンズ状の形状に形成する工程と、前記レンズ状の形状に形成された前記封止材(4)を硬化する工程と、を含む半導体発光装置(1)の製造方法。
2…発光素子(窒化物半導体発光素子)
21…透明基板
22…窒化物半導体層
22a…バッファ層
22b…クラッド層
22c…発光層
22d…クラッド層
22e…コンタクト層
23…電極
23a…アノード電極(p電極)
23b…カソード電極(n電極)
3…パッケージ基板
3a…凹部
3b…底面
3c…縁面
3d…下面
3e…縁部
4…封止材
4a…上面
5…薄膜層
6…接着層
Claims (6)
- 波長360nm以下の紫外線を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を収容する凹部が形成されたパッケージ基板と、
前記パッケージ基板における前記凹部が開口する側の縁面上に形成された所定の厚さを有する薄膜層と、
前記薄膜層上に設けられ、シリコーン樹脂により形成されレンズ状の形状を有し、前記半導体発光素子を封止する封止材と、
前記薄膜層と前記パッケージ基板との間に設けられ、前記パッケージ基板と前記薄膜層とを接着する接着層と、
を備える半導体発光装置であって、
前記薄膜層は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びロジウム(Rh)のうち少なくとも1つを含む金属により形成された金属層であり、
前記封止材は、前記薄膜層との接触角が15度以上となるように形成されている、
半導体発光装置。 - 前記封止材の上面全体は、滑らかな曲面形状となるよう形成されている、
請求項1に記載の半導体発光装置。 - 前記薄膜層は、前記シリコーン樹脂との間において、前記シリコーン樹脂と前記パッケージ基板との濡れ性よりも小さい濡れ性を有する、
請求項1又は2に記載の半導体発光装置。 - 前記接着層は、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)及びタングステン(W)のうち少なくとも1つを含んで形成されている、
請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記接触角は、30度以上80度以下である、
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 凹部が形成されたパッケージ基板における前記凹部が開口する側の縁面上に所定の厚さを有する薄膜層を形成する工程と、
前記パッケージ基板の前記凹部内に、波長360nm以下の紫外線を発光する半導体発光素子を収容する工程と、
前記パッケージ基板上に前記半導体発光素子を封止するシリコーン樹脂により形成された封止材を塗布する工程と、
塗布された前記封止材を前記薄膜層との接触角が15度以上になるように形成するとともに、レンズ状の形状に形成する工程と、
前記レンズ状の形状に形成された前記封止材を硬化する工程と、を含み、
前記薄膜層は、金(Au)、銀(Ag)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)及びロジウム(Rh)のうち少なくとも1つを含む金属により形成された金属層であり、
前記薄膜層と前記パッケージ基板との間に、前記パッケージ基板と前記薄膜層とを接着する接着層を形成する工程をさらに有する、
半導体発光装置の製造方法。
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