JPH11298047A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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JPH11298047A
JPH11298047A JP10101243A JP10124398A JPH11298047A JP H11298047 A JPH11298047 A JP H11298047A JP 10101243 A JP10101243 A JP 10101243A JP 10124398 A JP10124398 A JP 10124398A JP H11298047 A JPH11298047 A JP H11298047A
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light
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emitting element
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顕正 阪野
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Nichia Chemical Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は発光素子から放出された発光波長を蛍
光体によって変換し少なくとも蛍光体からの光を外部に
取り出す発光装置に関し、特に熱衝撃が加えられた場合
においてもワイヤ切れの少ない信頼性の高い発光装置を
提供することにある。 【解決手段】基板の凹部底面に配置された発光素子と、
発光素子の電極と凹部の外に設けられたリード電極をワ
イヤボンディングしたワイヤと、凹部に充填され発光素
子からの発光波長を変換する色変換部材と、色変換部材
及び色変換部材から露出したワイヤを被覆するモールド
部材とを有する発光装置である。特に、色変換部材とモ
ールド部材との界面は発光素子の電極とボールボンディ
ングされてできるボール部に接している発光装置であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は発光素子から放出さ
れた発光波長を蛍光体によって変換し少なくとも蛍光体
からの光を外部に取り出す発光装置に関し、特に熱衝撃
が加えられた場合においてもワイヤ切れの少ない信頼性
の高い発光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】近年、半導体発光素子の発光色を増やすな
どの目的で、半導体発光素子からの発光波長を蛍光物質
により波長変換して発光する発光ダイオードなどが開発
されてきている。このような発光ダイオードの具体的構
成として、マウント・リードのカップ上に紫外線、可視
光や赤外線が発光可能なＬＥＤチップを樹脂によってマ
ウントさせてある。ＬＥＤチップにはマウント・リード
及びインナー・リードと金線などによりワイヤボンドな
どされ導通が取られる。このＬＥＤチップ上から蛍光体
含有の樹脂を塗布する。その後、蛍光体が塗布されたＬ
ＥＤチップ、マウントリード及びインナー・リードの先
端をモールド樹脂で被覆することにより発光ダイオード
を形成することができる。
【０００３】発光ダイオードに電流を供給するとＬＥＤ
チップが発光する。ＬＥＤチップからの発光波長が蛍光
体に吸収され、蛍光体によって所望波長に変換されて発
光する。具体的には、発光層に窒化物半導体を用いたＬ
ＥＤチップからの青色光によって励起されたセリウム付
活のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
は、青色光をより長波長の黄色光に変換して発光する。
蛍光体の含有量を調節することなどによりＬＥＤチップ
からの青色光及び蛍光体からの黄色光により発光ダイオ
ードからは混色光が放出され白色発光が可能となる。
【０００４】このような発光ダイオードなどは、半導体
発光素子の優れた特性を利用して種々の分野に利用され
始めている。具体的には、野外での使用を始め、様々な
車載用など多岐にわたっている。このような利用分野の
広がりに伴い極めて厳しい使用環境下での駆動が要求さ
れる。しかしながら、発光素子を色変換部材及びモール
ド部材で被覆した発光装置は、色変換部材がない発光ダ
イオードなどと比較して熱衝撃などに弱い傾向にある。
そのため、上記構成の発光装置では十分ではなく、更な
る改良が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は基板の凹部底面
に配置された発光素子と、発光素子の電極と凹部の外に
設けられたリード電極をワイヤボンディングしたワイヤ
と、凹部に充填され発光素子からの発光波長を変換する
色変換部材と、色変換部材及び色変換部材から露出した
ワイヤを被覆するモールド部材とを有する発光装置であ
る。特に、本発明において色変換部材とモールド部材と
の界面は発光素子の電極とボールボンディングされてで
きるボール部に接している発光装置である。これにより
発光素子から発光波長を変換させた色変換部材から均一
光を放出しつつ、ワイヤ切れがない信頼性の高い発光装
置とすることができる。
【０００６】本発明の請求項２に記載の発光装置は、マ
ウント・リードのカップ上に配置された発光素子と、発
光素子の電極とインナー・リードを電気的に接続するワ
イヤと、前記カップ内に充填された色変換部材と、マウ
ント・リード及びインナー・リードの先端をモールド部
材で被覆したものである。特に、色変換部材は主として
発光素子の電極上にワイヤボンディングされたボール部
の上端よりも低く充填されている発光装置である。これ
によって種々の環境下でも比較的簡単に利用可能な発光
装置とすることができる。
【０００７】本発明の請求項３に記載の発光装置は、色
変換部材が硬化された樹脂中に蛍光体が含有されたもの
であると共に、樹脂の主成分がモールド部材を構成する
樹脂の主成分とほぼ同じである。これにより、発光素子
からの発光波長が比較的短波長の可視光などであっても
樹脂劣化による発光効率の低下を抑制することができ
る。また、ワイヤにかかる力をより低減させることがで
きる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、色
変換部材及びモールド部材を発光素子上のワイヤボンデ
ィングを考慮した特定の形状とすることにより、熱衝撃
に強い発光装置とできることを見出し本発明を成すに至
った。
【０００９】即ち、熱衝撃により不灯となった発光装置
を詳細に調べたところ、色変換部材とモールド部材の界
面やボールボンディング時に形成されたボール部とワイ
ヤとの界面において発光素子に電流を供給するワイヤが
断線していた。このような断線はモールド部材や色変換
部材を構成する樹脂などを同一組成のもとしても起こ
る。このワイヤ断線の原因は定かではないが、色変換部
材の形成時に色変換部材の表面が酸化されることによ
り、熱衝撃時に色変換部材とモールド部材との界面でワ
イヤに応力がかかる、或いはモールド部材及び色変換部
材を構成する樹脂などの主材が同じであっても色変換部
材は蛍光体が含有されることによって実質的に熱膨張や
熱収縮率が異なり、その界面に力が掛かる。このような
力により樹脂界面やボール部の形成によって脆くなった
ボール部とワイヤとの接続部分が断線するなどと考えら
れる。
【００１０】このような、ワイヤの断線はワイヤ径を太
くし強度を高めることによりある程度防止することがで
きると考えられるものの以下の理由により一定径以上ワ
イヤを太くすることができない。１．ワイヤを太くする
と密着強度を向上させるためにボールボンディング用の
ボールも大きくならざるを得ない。ワイヤ先端のボール
を精度良く発光素子の電極上にボールボンディングさせ
ることが難しい。そのため、ワイヤの先端に形成された
ボールがボールボンディング用の発光素子の電極からは
み出す場合がある。はみ出したボールはその電極が設け
られた半導体層と逆極性の半導体層に接触すると短絡を
生ずる。２．これを防止するために電極以外を保護膜で
被覆することができる。しかしながら保護膜上にボール
ボンディングさせた場合は、ボールボンディングの密着
性が低下するという問題がある。３．また、大きくなっ
たボールを密着性よくボールボンディングするため、ボ
ールボンディングされる電極の面積を大きくすると、発
光素子の発光取り出し面積が小さくならざるを得ない。
４．更に、ワイヤは電気伝導性をよくするなどの観点か
ら貴金属が用いられる場合がある。この場合、コストの
面からも使用量を少なくするためワイヤ径が細いことが
望まれる。
【００１１】したがって、本発明は上述の問題がなくワ
イヤ自体の径を太くすることなく発光素子上に配置され
るボールボンディングされたワイヤを利用した比較的簡
単な構成でワイヤ切れを防止しうる発光装置である。
【００１２】具体的には、発光素子に第１のボンディン
グとしてボールボンディングを行う。発光素子の電極に
ボールボンドするためには、キャピラリに通したワイヤ
の先端を放電や水素ガス炎などによりボールを形成す
る。形成されたボールを発光素子の電極上に押しつけた
ままで超音波、或いは超音波エネルギーと共に熱エネル
ギーを加え融着させる。他方、キャピラリからワイヤを
延ばしつつ、移動させ第２のボンディングさせるリード
電極上にキャピラリごと押しつけ超音波融着させる。
【００１３】発光素子上の第１のボンディング（ボール
ボンディング）は、予め形成されたボールが押しつぶさ
れ半球状の金属片（以下、ボール部ともいう）からワイ
ヤが延びることとなる。ワイヤ径に対して、電極と接す
るボール部となる金属片は２倍から４倍程度の大きさと
することができる。金属片の大きさは、放電量や放電時
間を制御することによりある程度制御することができ
る。そのため、形成された金属片はワイヤ径に対して極
めて強い強度を持つ。
【００１４】本発明はボールボンディングされたワイヤ
のボール部に色変換部材とモールド部材との界面を形成
させる。これにより、色変換部材とモールド部材との界
面で応力がかかったとしてもワイヤ径に較べ太いボール
部分が切断されることは実質的にないものである。これ
により、色変換部材の厚みをワイヤ径よりも太いボール
径に留めておくのみの比較的簡単な構成で極めて熱衝撃
に強い発光ダイオードとすることができる。
【００１５】以下、本発明の一実施形態としてチップタ
イプＬＥＤを図２を用いて詳述する。シリコンカーバイ
ド上にバッファ層を介して窒化物半導体が形成されたＬ
ＥＤチップを青色が発光可能な発光素子２０５として利
用する。基板２０９に設けられたキャビティは２段階の
階段状に形成されており、底面と底面を有する凹部の外
に設けられた１段目の表面にそれぞれリード電極２０
６、２０７が形成されている。発光素子２０５はキャビ
ティ底面に外部と電気的導通が可能な第１のリード電極
２０６上にＡｇペースト２０８を用いてダイボンディン
グさせる。これによりＬＥＤチップ２０５の一方の電極
と第１のリード電極２０６とは電気的に接続される。
【００１６】また、階段状になった１段目の表面に一部
が露出し、外部と電気的に接続可能な第２のリード電極
２０７が形成されている。ＬＥＤチップ２０５の他方の
電極と第２のリード電極２０７とを電気的に接続させる
ために金属ワイヤ２０４として金線を用いる。金線の先
端には放電により予めボールが形成されたものをキャピ
ラリごとＬＥＤチップ２０５の電極に押しつけ超音波融
着させた後、金線を延ばし第２のリード電極２０７上に
ステッチボンディングしてある。ＬＥＤチップ２０５の
電極上にはボールボンディングされたことにより半球状
の金属片（ボール部２０１）からワイヤ２０４が延びる
こととなる。
【００１７】次に、ＬＥＤチップ２０５上には色変換部
材２０２としてセリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット蛍光体（Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ）
を含有させたシリコン樹脂を塗布させてある。色変換部
材２０２はキャビティ内に配置されたＬＥＤチップ全体
を覆っているものの、色変換部材２０２表面はＬＥＤチ
ップ２０５の電極上に形成されたボール部２０１の高さ
までしか実質的に配置されていない。色変換部材を加熱
硬化させた。断面が略階段状のキャビティ内に透明なモ
ールド部材２０３としてエポキシ樹脂を流し込み硬化さ
せることにより本発明の発光装置２００とすることがで
きる。
【００１８】形成されたチップタイプＬＥＤにおいて、
ＬＥＤチップ２０５が配置された第１のリード電極２０
６及びワイヤ２０４と接続された第２のリード電極２０
７に電流を流すとＬＥＤチップ２０５が青色に発光する
と共にＬＥＤチップ２０５から放出された光はその一部
が蛍光体により変換され黄色光が放出される。ＬＥＤチ
ップ２０５及び色変換部材２０２の混色光が放出されチ
ップタイプＬＥＤ２００からは電球色（黄色）が放出観
測される。また、熱衝撃を加えてもワイヤ２０４が断線
することなく発光することができる。以下、本発明の各
構成について詳述する。
【００１９】（ボール部１０１、２０１）本発明のボー
ル部１０１とは、発光素子１０５とワイヤ１０４との密
着性を向上させ得るものであり、色変換部材１０２及び
モールド部材１０３との界面が形成されるものである。
具体的には、ボールボンディング時に形成される半球状
の金属片をいう。ワイヤボンディング機器での接続で
は、発光素子１０５の電極上を第１のボンド（ボールボ
ンディング）とし、色変換部材１０２の外部で形成され
るインナー・リード１０７などとの接続部を第２のボン
ド（ステッチボンディング）とすることができる。具体
的には、キャピラリを通してはみ出した金線に放電を照
射してボールを形成する。形成されたボールを発光素子
の電極上に押しつけると共に超音波、超音波及び熱を加
える。これにより、電極上にボールが押しつぶされ融着
される。
【００２０】融着されたボール部１０１は、半球状の金
属片となりワイヤ１０４の径に対して電極と接するボー
ル部１０１となる金属片は２倍から４倍程度の大きさと
することもできる。本発明において発光素子１０５の電
極上に形成された金属片は色変換部材１０２とモールド
部材１０３との主な界面が形成されるものであり、熱収
縮や熱膨張などにより力が掛かりやすいものであるから
色変換部材１０２とモールド部材１０３を考慮してボー
ル部１０１上での界面位置やボール部１０１の大きさを
種々選択することができる。
【００２１】何れにしても本発明は、色変換部材１０２
とモールド部材１０３の界面のずれなどに対してワイヤ
１０４よりも強いボール部１０１（ワイヤ径よりも太い
ボール部）を利用して発光素子１０５の導通を確保する
ものであるから発光素子１０５への影響を少なくする範
囲で種々選択することができる。色変換部材１０２とモ
ールド部材１０４との熱収縮や熱膨張率等の違いなどが
大きければ発光素子１０５の電極に近くボール部１０１
の径が大きい部位に色変換部材１０２とモールド部材１
０３との界面を形成する、或いはボール部１０１自体を
大きくすることで断線を防ぐことができる。なお、本発
明においてボール部の上端とは、ボール部からワイヤが
延びるワイヤとの界面をいう。
【００２２】（色変換部材１０２）本発明に用いられる
色変換部材としては、発光素子からの発光波長をより長
波長側に変換可能な蛍光物質を有するものであり、無機
や有機の蛍光物質が含有された種々の樹脂やガラス、有
機蛍光体そのものなどが挙げられる。発光素子から放出
された可視発光波長と蛍光物質からの蛍光を共に外部に
放出させる場合は、発光装置の外部に発光素子からの可
視発光波長と蛍光物質からの蛍光とがモールド部材など
を透過する必要がある。なお、本発明においては色変換
部材とは可視光から可視光に変換させるもののみなら
ず、紫外域の波長を可視光に変換させたものをも含む。
【００２３】このような色変換部材に利用される蛍光物
質として具体的には、単色性ピーク波長を持った窒化物
半導体などのＬＥＤチップからの青色光など比較的高エ
ネルギーの可視光によって発光可能な蛍光物質として、
セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガ
ーネット系蛍光体（Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳ
ｍからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素と、Ａ
ｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれる少なくとも
１つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネ
ット系蛍光体）、ペリレン系誘導体や銅で付活された硫
化亜鉛などが挙げられる。一方、蛍光物質からの可視域
光のみを外部に放出させるためには、発光素子から放出
され蛍光物質を励起する励起波長を紫外域にする。或い
は、発光素子が放出した発光波長を実質的に全て蛍光物
質で波長変換させる。さらには、蛍光物質で変換されな
かった発光素子からの光をピグメントなどにより吸収さ
せることで蛍光物質からの可視域光のみ外部に放出させ
ることができる。
【００２４】ＬＥＤチップから放出される発光波長が紫
外域の発光波長である場合、種々の蛍光物質を利用する
ことができる。具体的には、紫外域の励起波長により赤
色が発光可能な蛍光物質として３．５ＭｇＯ・０．５Ｍ
ｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ3：Ｅ
ｕ、ＣａＴｉＯ3：Ｐｒ、Ｙ（ＰＶ）Ｏ4：Ｅｕ、ＹＶＯ
4：Ｅｕなどが好適に挙げられる。同様に緑色が発光可
能な蛍光物質としてＺｎＳｉＯ4：Ｍｎ、Ｚｎ2Ｓｉ
Ｏ4：Ｍｎ、ＬａＰＯ4：Ｔｂ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕなど
が好適に挙げられる。同様に青色が発光可能な蛍光物質
としてＳｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅ
ｕ、（ＳｒＣａＢａ）3（ＰＯ4）6Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭ
ｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ2Ｏ5・Ｂ2Ｏ5：Ｅ
ｕ、（ＢａＣａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕなどが好適に
挙げられる。白色が発光可能な蛍光物質としてＹＶ
Ｏ4：Ｄｙなどが好適に挙げられる。また、これら複数
の蛍光物質の混合比率を調節させつつ、含有させること
により発光装置からの放出されるＲＧＢ（赤色、緑色、
青色）波長成分を増やすことや混色光を含め任意の発光
色を発光させることもできる。
【００２５】色変換部材１０２が蛍光体を含有する透光
性部材から構成される場合、透光性部材の具体的材料と
しては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、シ
リコン樹脂などの耐候性に優れた透光性樹脂や酸化珪素
などの透光性無機部材が好適に用いられる。ガラスなど
の無機部材を用いた場合は発光素子の劣化を考慮して低
温で形成できるものが好ましい。また、本発明の蛍光物
質と共に着色顔料、着色染料や拡散剤を含有させても良
い。着色顔料や着色染料を用いることによって発光装置
から放出される光の色味を調節させることもできる。ま
た、拡散剤を含有させることによって、より指向角を増
すこともできる。具体的な拡散剤としては、無機系であ
る酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等や有機系
であるグアナミン樹脂などが好適に用いられる。
【００２６】なお、色変換部材を構成する樹脂が未硬化
では蛍光体が流動し発光色のバラツキなどが生ずる恐れ
がある。同様に、色変換部材を構成する樹脂が未硬化で
は、発光素子自体からの熱や発光素子から放出される短
波長の波長によって劣化しやすい傾向にある。このよう
な樹脂劣化は発光素子からの発光波長や蛍光体からの蛍
光が樹脂によって吸収などされるため発光効率が低下す
る場合がある。そのため、色変換部材を構成する樹脂は
（実質的に完全）硬化させておくことが望ましい。
【００２７】（モールド部材１０３）モールド部材１０
３は、色変換部材１０２、ワイヤ１０４、発光素子１０
５などを外部から保護するために設けられる。また、蛍
光物質によって発光素子１０５から放出される光の視野
角を増やすことができるが、モールド部材１０３に拡散
剤を含有させることによって発光素子１０５からの指向
性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。
【００２８】また、モールド部材１０３中にも着色顔料
や着色染料を含有させることもできる。モールド部材と
色変換部材の主材を同一のものを用いることによりワイ
ヤに掛かる力を低減することができるが、蛍光体が含有
された樹脂と拡散材や着色剤が含有されたモールド部材
を選択することで互いの熱膨張率差等をより小さくさせ
ることもできる。
【００２９】モールド部材１０３を所望の形状にするこ
とにより、発光素子１０５からの発光を集束させたり拡
散させたりするレンズ効果を持たせることができる。し
たがって、モールド部材１０３は複数積層した構造でも
よい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらに
は、発光観測面側から見て楕円形状やそれらを複数組み
合わせたものが挙げられる。モールド部材１０３の具体
的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、
シリコン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や低融点ガ
ラスなどが好適に用いられる。ワイヤへの応力を考慮し
た場合、収縮や膨張などが少ないものが望ましい。更
に、色変換部材を構成する主材とモールド部材とが主と
して同じ部材から構成されていることが望ましい。ま
た、拡散剤としては、無機系である酸化チタン、酸化ア
ルミニウム、酸化珪素等や有機系のグアナミン樹脂など
が好適に用いられる。
【００３０】（ワイヤ１０４）電気的接続部材であるワ
イヤ１０４としては、発光素子１０５の電極及びリード
電極などとのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性
及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度として
は０．０１ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上が好ましく、
より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上で
ある。また、発光装置１００の効率、作業性、コストな
どを考慮してワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ
以上、Φ４５μｍ以下である。より好ましくは、Φ２５
μｍ以上、Φ３５μｍ以下である。このようなワイヤ１
０４として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等
の金属及びそれらの合金を用いたワイヤが挙げられる。
ワイヤ１０４は、発光素子１０５の電極と、インナー・
リードなどのリード電極とをワイヤボンディング機器に
よって容易に接続させることができる。
【００３１】（発光素子１０５）本発明に用いられる半
導体発光素子とは、蛍光物質を励起し発光させることが
できるものであれば、シリコンカーバイド、窒化ホウ
素、インジウム・リンなど種々の半導体を利用したＬＥ
ＤやＬＤなどを用いることができる。特に、蛍光物質を
効率良く励起できる紫外域や近紫外域さらには、比較的
高エネルギーの可視光が効率よく発光可能な半導体発光
素子として窒化物半導体を用いたものが好適に挙げられ
る。
【００３２】発光素子１０５は、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰ
Ｅ法等により基板上に半導体を形成させることにより構
成することができる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接
合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテ
ロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。
半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選
択することができる。また、半導体活性層を量子効果が
生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井
戸構造とすることもできる。
【００３３】ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（ただし、０≦
ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を発光層として形成させた窒
化物半導体としては、比較的高いエネルギを高輝度に発
光させることができるため、蛍光体を励起させる発光素
子として好適に利用することができる。以下、窒化物半
導体素子について詳述する。窒化物半導体を用いた発光
素子用の基板にはサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主
面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１
2Ｏ4）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４
Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ結
晶等の材料を用いることができる。結晶性の良い窒化物
半導体を比較的簡単に形成させるためにはサファイヤ基
板（Ｃ面）やＧａＮ単結晶を用いることが好ましい。
【００３４】サファイア基板上に結晶性の良い窒化物半
導体を形成させるためには、格子不整合を是正するため
にバッファ層を形成することが望ましい。バッファ層上
には、ｎ型コンタクト層兼クラッド層として窒化ガリウ
ム、ｐ型クラッド層として窒化アルミニウム・ガリウ
ム、ｐ型コンタクト層として窒化ガリウムが積層するこ
とができる。ｎ型コンタクト層兼クラッド層とｐ型クラ
ッド層との間には活性層として窒化インジウム・ガリウ
ムを単一量子井戸構造とされる膜厚で形成することがで
きる。
【００３５】なお、窒化ガリウム系半導体は、不純物を
ドープしない状態でｎ型導電性を示す。発光効率を向上
させるなど所望のｎ型窒化ガリウム半導体を形成させる
場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ
ｅ、Ｔｅ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型
窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパン
トであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドー
プさせる。窒化ガリウム系化合物半導体は、ｐ型ドーパ
ントをドープしただけではｐ型化しにくいためｐ型ドー
パント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラ
ズマ照射等によりアニールすることでｐ型化させること
が好ましい。
【００３６】こうして形成された発光素子は、絶縁性基
板を用いている。そのため、絶縁性基板の一部を除去す
る、或いは半導体表面側からｐ型半導体及びｎ型半導体
の露出面をエッチングなどすることによりｐ型及びｎ型
用の電極面をそれぞれ形成させる。各半導体層上にスパ
ッタリング法や真空蒸着法などによりＡｕ、Ａｌやそれ
ら合金を用いて所望の形状の電極を形成させる。発光面
側に設ける電極は、全被覆せずに発光領域を取り囲むよ
うにパターニングするか、或いは金属薄膜や金属酸化物
などの透明電極を用いることができる。なお、ｐ型Ｇａ
Ｎと好ましいオーミックが得られる電極材料としては、
Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属やこれら合金が好適に
挙げることができる。ｎ型ＧａＮと好ましいオーミック
が得られる電極材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金等が好適に挙げる
ことができる。このように形成された発光素子をそのま
ま利用することもできるし、個々に分割してＬＥＤチッ
プの如き構成とし使用してもよい。
【００３７】ＬＥＤチップとして利用する場合は、形成
された半導体ウエハをダイヤモンド製の刃先を有するブ
レードが回転するダイシングソーにより直接フルカット
するか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後
（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハを割る。
あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するス
クライバーにより半導体ウエハに極めて細いスクライブ
ライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によ
って半導体ウエハを割り半導体ウエハからチップ状にカ
ットする。このようにして窒化物半導体であるＬＥＤチ
ップなどの発光素子を形成させることができる。なお、
絶縁性基板上に形成された半導体は、ｐ型及びｎ型の窒
化物半導体を同一平面側から取り出さざるを得ないため
ワイヤのボールボンディングにより短絡しやすくなる。
そのため本発明の構成が特に有効となる。
【００３８】本発明の発光装置１００において蛍光物質
からの可視光を発光させる場合は、発光素子１０５の主
発光波長は効率を考慮して３６５ｎｍ以上５３０ｎｍ以
下が好ましく、３６５ｎｍ以上４９０ｎｍ以下が好まし
い。蛍光物質からの光のみを発光させる場合は、主とし
て紫外域である３６５ｎｍ以上４００ｎｍ未満がより好
ましい。また、発光素子１０５に用いられる樹脂部材の
劣化、白色系など蛍光物質との補色関係等を考慮する場
合は、可視域である４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好
ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好まし
い。可視光を利用して発光素子１０５と蛍光物質との効
率をそれぞれより向上させるためには、４３０ｎｍ以上
４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３９】（マウント・リード１０６）マウント・リ
ード１０６は発光素子１０５を配置させるものであり、
ダイボンド機器などで発光素子１０５を積載するのに十
分な大きさがあれば良い。また、発光素子１０５を複数
設置しマウント・リード１０６を発光素子１０５の共通
電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性
とワイヤ１０４等との接続性が求められる。
【００４０】発光素子１０５とマウント・リード１０６
のカップとの接着は熱硬化性樹脂などによって行うこと
ができる。具体的には、エポキシ樹脂や水ガラスなどが
挙げられる。マウント・リード１０６の具体的な電気抵
抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ま
しくは、３μΩ・ｃｍ以下である。マウント・リード１
０６上に複数の発光素子１０５を積載する場合は、発光
素子１０５からの発熱量が多くなるため熱伝導度がよい
ことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／ｃｍ
2／ｃｍ／℃以上が好ましくより好ましくは ０．５ｃａ
ｌ／ｃｍ2／ｃｍ／℃以上である。これらの条件を満た
す材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、金、銀
をメッキしたアルミニウム、銅や鉄等が挙げられる。
【００４１】（インナー・リード１０７）インナー・リ
ード１０７としては、マウント・リード１０６上に配置
された発光素子１０５と接続されたワイヤ１０４との電
気的接続を図るものである。インナー・リード１０７
は、ワイヤ１０４であるボンディングワイヤ等との接続
性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電
気抵抗としては、３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、よ
り好ましくは３μΩ・ｃｍ以下である。これらの条件を
満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び
銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げ
られる。
【００４２】以下、本発明の具体的実施例について詳述
する。
【００４３】
【実施例】（実施例１）発光素子としてサファイア基板
上に窒化物半導体が形成されたＬＥＤチップを利用した
（主発光ピークが４７０ｎｍ）。ＬＥＤチップはＭＯＣ
ＶＤ法を用いて形成させた。加熱基体上に洗浄されたサ
ファイア基板を配置し原料ガスとしてトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）及び窒素ガス、キャリア
ガスとして水素ガス、ｐ型不純物ガスとしてシクロペン
タジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ｎ型不純物ガ
スとしてシラン（ＳｉＨ4）を種々供給することにより
窒化物半導体膜を形成することができる。
【００４４】サファイア基板上には、バッファ層として
窒化ガリウム、ｎ型コンタクト層兼クラッド層として窒
化ガリウム、ｐ型クラッド層として窒化アルミニウムガ
リウム、ｐ型コンタクト層として窒化ガリウムを積層さ
せてある。ｎ型コンタクト層とｐ型クラッド層との間に
は量子井戸構造とされる厚さ３ｎｍの窒化インジュウ・
ガリウムからなる発光層が形成されている。（なお、ｐ
型半導体は成膜後４００℃以上でアニールしてある。）
ｎ型及びｐ型の電極を形成させるためにｎ型コンタクト
層までを部分的にエッチングさせ、ｐ型コンタクト層及
びｎ型コンタクト層表面を同一面側に露出させる。ま
た、各ＬＥＤチップごとの大きさに分離できるよう各半
導体層をサファイア基板までエッチングしてある。
【００４５】ｐ型コンタクト層上のほぼ全面には、電流
を均一に流すために透明電極として金薄膜をスパッタリ
ング法により形成させてある。金薄膜上には一片が１２
０μｍ角の金及びニッケルをワイヤボンディング用の電
極として厚膜に形成させてある。他方、ｎ型コンタクト
層がエッチングにより露出された表面にはスパッタリン
グ法によりアルミニウムを形成しワイヤボンディング用
のパッド電極として形成させてある。ＬＥＤチップ上の
全面には、保護膜としてボールボンディングされる電極
表面を除いて酸化珪素を形成させてある。こうして形成
された半導体ウエハを予めエッチングされた溝に沿って
ダイサーを用いて切断し一片が３５０μｍのＬＥＤチッ
プを形成させる。
【００４６】次に、銅入り鉄の平板を押圧加工及び打ち
抜きによりタイバで接続されたマウント・リード及びイ
ンナー・リードを形成させる。マウント・リード及びイ
ンナー・リードに銀メッキを施した後、ダイボンド機器
を用いて上述のＬＥＤチップをエポキシ樹脂を用いてマ
ウント・リードのカップ内にマウントさせる。エポキシ
樹脂を硬化後、直径３０μｍの金線を用いてＬＥＤチッ
プの電極とボールボンディングする。第１のボンディン
グとしてＬＥＤチップ上にボールボンディングされた金
線はインナー・リード或いはマウント・リードのカップ
外部に第２のボンディングとしてステッチボンディング
される。
【００４７】ＬＥＤチップの各電極上にボールボンディ
ングさせた後、マウント・リードのカップ内に色変換部
材用原料をノズルの先端から注入させる。色変換部材用
原料としては脂環式エポキシ樹脂である３，４エポキシ
シクロメチルカルボキレート及び酸無水物であるメチル
ヘキサヒドロ無水フタル酸からなるエポキシ樹脂組成物
１００重量部にセリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム・ガーネット系蛍光体８０重量部を含有させ
たものをよく混合して用いてある。
【００４８】セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム・ガーネット系蛍光体として（Ｙ0.8Ｇａ0.2）
3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅを用いた。蛍光体は以下のようにして
形成される。Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比
で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成
して得られる共沈酸化物と酸化アルミニウム、酸化ガリ
ウムと混合して混合原料を得る。これにフラックスとし
てフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中１
４００℃の温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品
を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩
を通して形成させた。
【００４９】マウント・リードのカップ内に４分の３程
度に色変換部材用原料を注入し１２０℃３時間で硬化さ
せた。硬化後の色変換部材は、硬化に伴い半球状のボー
ル部の上部分までは覆わない厚みとして形成させてい
る。なお、表面張力により部分的にワイヤまで薄い色変
換部材の膜が形成されていたが、モールド部材の主部と
色変換部材の主部との実質的な界面はＬＥＤチップ上に
形成されたボール部よりも下である。色変換部材が形成
されたリード電極先端を内部が砲弾型の空洞となったキ
ャスティングケースに配置させ色変換部材を構成するエ
ポキシ樹脂とほぼ同様の主成分からなるエポキシ樹脂組
成物を注入させた。エポキシ樹脂組成物を１５０℃３時
間で硬化させキャスティングケースから取り出した後、
タイバを切断することで発光ダイオードを形成させた。
【００５０】こうして形成された白色径が発光可能な発
光ダイオードを１２００個用いて熱衝撃試験を行った。
熱衝撃試験は−４０℃、３０分と１００℃、３０分を１
０００サイクルまで繰り返し発光ダイオードの特性を調
べた。１００サイクルごとに発光可能かどうかを全て調
べたが不灯となった発光ダイオードは全くなかった。
【００５１】（比較例１）カップ内に充填される色変換
部材用原料を構成するエポキシ樹脂組成物量を多くした
以外は実施例１と同様にして１２００個の白色発光ダイ
オードを形成させた。色変換部材を硬化させた段階でマ
ウントリードのカップ内ほぼ一杯に色変換部材が充填さ
れており、発光観測面側から観測すると色変換部材中か
らワイヤが延びているように見える。モールド部材を形
成させた発光ダイオードを実施例１と同様の条件で熱衝
撃試験を行ったところ、１００サイクルから不灯となる
ものが出始め１０００サイクルを行うと２１６個も断線
するものがあった。不灯となった発光ダイオードを調べ
たところ図３（Ａ）の如くボール部よりも上の色変換部
材とモールド部材の界面やボール部直上でワイヤが断線
していることが確認された。これにより本発明の発光装
置が熱衝撃に極めて強いことが分かった。
【００５２】
【発明の効果】本発明は発光素子からの発光波長を色変
換部材で波長変換させる発光装置において生ずるワイヤ
の断線を比較的簡単な構成で防止しうるものである。即
ち、色変換部材やモールド部材により生ずる力をワイヤ
径ではなく、ワイヤよりも太いボールボンディングされ
たボール部径により受けることでワイヤの断線を防止し
うるものである。
【００５３】本発明の請求項２に記載の構成とすること
により、比較的簡単な構成の発光装置において野外にで
も使用可能な発光装置とすることができる。
【００５４】本発明の請求項３に記載の構成とすること
により、色変換部材を構成する樹脂の劣化を抑制し、発
光効率の低下を防止しうる。また、蛍光体の分散状態を
硬化時のまま保持することができ使用によって色ずれが
生ずることがない。さらに、同じ主材を利用することで
より、ワイヤにかかる力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の別の発光装置を示す模式的断面図であ
る。
【図３】本発明の作用を示す模式的拡大図であり、図３
（Ａ）は本発明と比較のために示す発光装置のワイヤが
断線する様子を示した模式的断面図であり、図３（Ｂ）
は本発明での色変換部材及びモールド部材が受ける力を
示す模式的断面図を示す。
【符号の説明】
１００、２００・・・発光装置 １０１、２０１、３０１・・・ボール部 １０２、２０２、３０２・・・色変換部材 １０３、２０３、３０３・・・モールド部材 １０４、２０４、３０４・・・ワイヤ １０５、２０５、３０５・・・発光素子 １０６・・・マウント・リード １０７・・・インナー・リード ２０６・・・第１のリード電極 ２０７・・・第２のリード電極 ２０８・・・ダイボンド樹脂 ２０９・・・凹部を有する基板となるパッケージ ３０８・・・エポキシ樹脂 ３１４・・・色変換部材とモールド部材の界面で断線し
たワイヤ ３２４・・・ボール部の直上で断線したワイヤ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の凹部底面に配置された発光素子
    と、該発光素子の電極と凹部の外に設けられたリード電
    極をワイヤボンディングしたワイヤと、前記凹部に充填
    され発光素子からの発光波長を変換する色変換部材と、
    該色変換部材及び色変換部材から露出したワイヤを被覆
    するモールド部材とを有する発光装置であって、 前記色変換部材とモールド部材との界面は発光素子の電
    極とボールボンディングされてできるボール部に接して
    いることを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項２】 マウント・リードのカップ上に配置され
    た発光素子と、該発光素子の電極とインナー・リードを
    電気的に接続するワイヤと、前記カップ内に充填された
    色変換部材と、前記マウント・リード及びインナー・リ
    ードの先端をモールド部材で被覆した発光装置であっ
    て、 少なくとも発光素子上に形成された色変換部材は発光素
    子の電極上にワイヤボンディングされたボール部の上端
    よりも低く充填されていることを特徴とする発光装置。
  3. 【請求項３】 前記色変換部材は硬化された樹脂中に蛍
    光体が含有されたものであると共に、該樹脂の主成分が
    モールド部材を構成する樹脂の主成分とほぼ同じである
    請求項１或いは請求項２に記載の発光装置。
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