JPS61184889A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体発光装置に関し、特に光通信における光
源に用いられる面発光型発光装置におけるアセンブリー
構造の改良に係る。

〔発明の技術的背景〕

光通信の光源に用いられる従来の半導体発光装置は、第
２図に示す一般的な構造でアセンブリーされている。同
図において、１は面発光型の発光ダイオードチップ（Ｌ
ＥＤチップ）、２はステムである。ステム２は絶縁層３
によってチップ１がダイボンディングされる中央のマウ
ント部２工と周縁部２２とに電気的に分離され、夫々に
リード４．５が接続されている。前記ＬＥＤチブ１はス
テムのマウント部２１上にダイボンディングされると共
に、ボンディングワイヤ６を介してステムの周縁部２２
との間でワイヤボンディングが施されている。そして、
図示のように光導出孔７を具備したキャップ８が装着さ
れている。

ところで、上記従来の半導体発光装置に用いられる面発
光型ＬＥＤチップ１として、第３図〜第５図に示すもの
が知られている。

第３図は所謂バラス型ＬＥＤとして周知のものであり、
これは次のようにして製造される。まず、Ｎ型ＧａＡｓ
基板１１上にＮ型ＧａＡ　ＩＡｓ層１２、Ｐ型ＧａＡｓ
層１３、Ｐ型ＧａＡｌＡｓ層１４、Ｐ型ＧａＡＳ層１５
を順次エピタキシャル成長させる。次いで５ｉＱ２膜１
６を堆積し、コンタクトホールを開孔した後にオーミッ
ク電極１７を形成する。更に、今度はＧａＡｓ基板１の
裏面にオーミック電極１８を形成した後、該オーミック
電極１８およびＧａＡｓ基板１１の全厚さに亙っで光導
出孔１９を形成する。なお、Ｐ型ＧａＡｓ層１３は活性
層、Ｎ型ＧａＡ　Ｉ　Ａｓ１１１２およびＰ型ＧａＡ　
Ｉ　Ａｓ１ｌ１１４はクラッド層、Ｐ型ＧａＡＳ層１５
はオーミック層である。また、５ｉｎ２膜１６は電流の
流れる領域を所定の範囲に限定する機能を有し、この電
流の流れる領域が発光領域となる。従って、光導出孔１
８は５ｉＯ２１１１１６の開孔部に整合して形成される
。

光導出孔１８を形成しているのは、発光領域で発生した
光を厚いＧａＡｓ基板１１で吸収さることな（外部に取
出すためである。

上記のバラス型ＬＥＤｉツブは光通信用素子として性能
は比較的良好であるが、光導出孔１８を発光領域と整合
して形成しなければならず、また発光部分の厚さが極め
：Ｃ薄い等の理由で製造プロセスや取扱いが困難で、製
造歩留が低い等の問題がある。

第４図＜Ａ）は上記バラス型ＬＥＤチップの問題を解決
したＬＥＤチップで、第３図と同一部分には同一の参照
番号を付しである。図示のように、このＬＥＤチップで
はＮ型ＧａＡＩＡＳクラッド層１２を厚（形成し、エピ
タキシャル成長に用いたＧａＡｓ基板１１を完全に除去
してチップ化したものである。この場合にはＧａＡｓ基
板を除去してしまっているから光導出孔を形成する必要
はないが、その分だけチップ厚さが極めて薄いため、第
２図のように外囲器にアセンブリーする際の取扱いが困
難である。また、ＧａＡＳ程ではないにしても、ＧａＡ
ｌＡｓ層１２を厚くしたことによる光の吸収、散乱の影
響で外部発光出力が低下する。従って、光通信用の光源
としてファイバと結合する際の結合効率を向上するため
に、第４図（Ｂ）に示すようにＮＩＭＧａＡ　Ｉ　Ａｓ
クラッド層１２の光取出し表面に凸状部２０を形成し、
レンズ機能を与える必要があった。そのためにはエピタ
キシャル成長時にＧａＡｓ基板表面に凹部を形成したり
、或いはＧａＡｓ基板を除去した後にＮ型ＧａＡ　Ｉ　
Ａｓクラッド層１２をエツチング加工しなければならず
、プロセス上の困難が増大する問題を派生している。

第５図は上記のような問題を解決するために提案された
ＬＥＤチップである。このＬＥＤチップは、第３図や第
４図のように半導体層表面に形成されたＳｉＯ２膜では
なく、半導体層の内部に電流狭窄機能をもたせた点に特
徴を有し、このため一般には電流狭窄型ＬＥＤと呼ばれ
ている。即ち、第５図ではＮ型ＧａＡｓ基板１１′を用
い、該ＧａＡｓ基板１１′表面の所定領域に選択的にＮ
型ＧａＡｓからなる電流狭窄層２１を成長させ、その上
ＩｃＰ型ＧａＡｌＡｓクラッド層１２’、Ｐ型ＧａＡＳ
活性層１３’　、Ｎ型ＧａＡ　Ｉ　Ａｓクラッド層１４
′を順次エピタキシャル成長させている。この場合、Ｇ
ａＡｓ基板およびＧａＡｌＡｓクラッド層の導電性が第
３図や第４図の場合と逆になっているのは、ＧａＡｓ基
板側を第２図のステム２上に接してマウントするからで
ある。

上記の電流狭窄型ＬＥＤでは半導体層の内部に電流狭窄
層２１を形成したことから、エピタキシャル層の表面に
は電流狭窄のための８１０２膜を形成する必要がなく、
従ってエピタキシャル層表面から光を取出すことができ
る。その結果、ＧａＡｓ基板１１′はそのまま残してい
くことができるから、製造プロセス及びチップ化後の取
扱いが容易で、製造歩留を向上することができる。

また、光取出し側のＧａＡｌＡｓクラッド層１４′を薄
くして光の吸収や散乱を防止できるという優れた特徴を
備えている。

〔背景技術の問題点〕

上記のように、第５図の電流狭窄型の面発光型ＬＥＤチ
ップは種々の面で優れた特徴を有するものではあるが、
これに第２図のアセンブリー構造を適用した場合に次の
問題を生じている。

即ち、第５図のＬＥＤチップのＧａＡＳ基板側をステム
２のマウント部２１上にダイボンディングした場合、厚
いＧａＡＳ基板１１′の分だけステム表面からＰＮ接合
による発光領域までの距離が大きくなる。ステム２は放
熱板としての機能をも有しているが、このようにステム
と発光領域との間の距離が長くなるとステムの放熱作用
が有効に機能せず、このため高電流領域における電流／
光出力特性が第３図や第４図のＬＥＤチップよりも悪く
なってしまう。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電流狭窄型
の面発光型ＬＥＤチップのような厚い基板付きのＬＥＤ
チップに適用して良好な放熱性を得ることができ、高電
流領域における光出力特性を向上することができるアセ
ンブリー構造の半導体発光装置を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明による半導体発光装置は、電気的に相互に絶縁分
離された中央のマウント部および周縁部とからなるステ
ムと、該ステムの前記マウント部表面上にダイボンディ
ングされた面発光型のＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップ
表面に形成された電極と、該電極に形成された光取出し
孔と、一端部を前記電極に接合して前記ＬＥＤチップ上
に固定されると共に他端部が前記ステムの周縁部に結合
された導電性ヒートシンク部材と、前記電極に設けられ
た光取出し孔に整合してこのヒートシンク部材に形成さ
れた開孔部と、上記ステム上に設置された各部を取囲ん
で設けられたキャップと、前記ステムのマウント部およ
び周縁部の夫々に対しその裏面側に接続されたリードと
を具備したことを特徴とするものである。

上記本発明の構造では従来のワイヤボンディングの代り
に、導電性のヒートシンク部材を用いることによりアセ
ンブリー構造における所定の電気的接続が行なわれてい
る。従って、例えば第５図の電流狭窄型ＬＥＤに適用し
た場合、発光領域で発生した熱はこのヒートシンク部材
を通して効率良く放出されることとなり、高電流領域で
も良好な発光出力を得ることができる。

〔発明の実施例〕 第１図（Ａ）は本発明の光通信用の光源として構成され
た本発明の一実施例になる半導体発光装置を示す断面図
であり、同図（Ｂ）はその一部を拡大して示す断面図で
ある。なお、この実施例では第５図の電流狭窄型ＬＥＤ
チップを用いており、また第２図と同じ部分には同一の
参照番号を付しである。即ち、１は第５図の電流狭窄型
ＬＥＤチップ、２は絶縁層３で分離されたマウント部２
１および周縁部２２からなるステム、４．５はリード、
８はキャップ、７は光導出孔である。

図示のように、この実施例では第２図の従来例のような
ワイヤボンディングは行なわれておらず、その代りに導
電性のヒートシンク部材２２が用いられている。即ち、
該導電性ヒートシ・ンク部材２２の一端部はＡＵ／Ｓｎ
半田を介してＬＥＤチップ１の表面に形成された電極１
７′に融着され、他端部は前記ステムの周縁部２２に接
合されている。また、導電性ヒートシンク２２には光導
出用の透孔２３が設けられており、当然ながら、該透孔
２３はＬＥＤチップ１の表面電極に開孔された光導出孔
に整合して設けられている。且つ、透孔２３の端面は図
示のようにテーバ状に形成されている。なお、この実施
例においてＬＥＤペレット１はインジウム（Ｉｎ）を介
してマウント部２１上にダイボンディングされている。

上記実施例のＬＥ［）装置によれば次のような効果が得
られる。

第一の効果は、発光領域に近いチップ表面にヒートシン
ク２２が存在するため発光領域で発生した熱が良好に放
出されるから、第２図の従来の装置に比較して熱の影響
が少なく、従って高電流領域においても直線性の良い電
流／光特性が得られる。第７図はこの効果を説明するた
めの線図で、図示のように従来のＬＥＤ装置は高電流領
域で光出力の低下を生じるのに対し、上記の実施例では
電流に比例した高い発光出力を得ることができる。

第二の効果は、ヒートシンク部材２２の透光端面を上方
に拡開テーバした形状としているから、第６図（Ａ）に
示すように、このテーパ面を利用して球レンズ２４を設
置することで容易に高い結合効率を得ることができる。

また、第６図（Ｂ）に示すようにヒートシンク部材２２
の透孔端面形状を階段状とすれば、光ファイバ２５との
間にも容易に高い結合効率を得ることができる。この態
様は、所謂面発光型レーザダイオードの組立てに適用る
場合に効果的である。

なお、上記実施例の説明から理解できるようにＬＥＤチ
ップ１はヒートシンク部材２２に固定されているから、
ベレット１をステム２上にダイボンディングすることは
必ずしも必要ではない。即ち、ＬＥＤペレット１の基板
側電極とマウント部２１との間の接続はワイヤボンディ
ング方式で行なってもよい。この場合、ヒートシンク部
材２２はＬＥＤチップの載置台をも兼ねることになる。

また、上記の説明では電流狭窄型ＬＥＤチップに適用す
る場合を中心に本発明を説明したが、本発明はこれに限
定されることなく、限られた領域から発光する発光素子
であればどのようなタイプのものにも同様に適用できる
ものである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明によれば電流狭窄型の面発
光型ＬＥＤチップのような厚い基板付きのＬＥＤチップ
を用いる場合にも良好な放熱性を得ることができ、高電
流領域における光出力特性を向上することができる等、
顕著な効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は光通信用の光源として構成された本発明
の一実施例になる半導体発光装置の構造を示す断面図で
あり、同図（Ｂ）はその要部を拡大して示す断面図、第
２図は光通信用の光源に従来用いられている発光半導体
装置の断面図、第３図〜第５図は光通信用の光源に用い
られているＬＥＤチップの例を示す断面図、第６図（Ａ
）および同図（Ｂ）は第１図（Ａ）（Ｂ）に示した実施
例の応用例を示す断面図、第７図は第１図（Ａ）（Ｂ）
の実施例の効果を説明するための線図である。 １・・・ＬＥＤチップ、２・・・ステム、２１・・・マ
ウント部、２２・・・周縁部、３・・・絶縁物層、４．
５・・・リード、６・・・ボンディングワイヤ、７・・
・光導出孔、８・・・キャップ、２１・・・電流狭窄層
、２２・・・ヒートシンク部材、２３・・・透孔、２４
・・・球レンズ、２５・・・光ファイバ 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第５図 第６図 １（ｍＡ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気的に相互に絶縁分離された中央のマウント部
   および周縁部とからなるステムと、該ステムの前記マウ
   ント部表面に接続された面発光型のＬＥＤチップと、該
   ＬＥＤチップ表面に形成された電極と、該電極に形成さ
   れた光取出し孔と、一端部を前記電極に接合して前記Ｌ
   ＥＤチップ上に固定されると共に他端部が前記ステムの
   周縁部に結合された導電性ヒートシンク部材と、前記電
   極に設けられた光取出し孔に整合してこのヒートシンク
   部材に形成された開孔部と、上記ステム上に設置された
   各部を取囲んで設けられたキャップと、前記ステムのマ
   ウント部および周縁部の夫々に対しその裏面側に接続さ
   れたリードとを具備したことを特徴とする半導体発光装
   置。
2. （２）前記面発光型のＬＥＤチップが電流狭窄型である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の半導
   体発光装置。