KR20040022177A - 반도체 장치 및 그것을 이용한 광학 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고 이 오목부의 저면으로부터 상기 반도체 소자가 장착되는 리드 전극의 단부 주면이 노출되어 이루어지는 지지체를 구비한 반도체 장치에 있어서, 상기 지지체의 주면은, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 제2 주면은, 요철 형상을 갖도록 구성되는 것이 바람직하고, 또한 요철 형상은, 내부가 공동의 외주벽을 이루고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성됨으로써, 다른 부재와의 위치 결정 정밀도 및 고착력이 우수한 반도체 장치를 높은 제조 수율로 얻을 수 있다.

Description

반도체 장치 및 그것을 이용한 광학 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE AND OPTICAL DEVICE USING THE SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 액정 디스플레이의 백 라이트, 패널미터, 표시등이나 면 발광 스위치 등에 이용되는 발광 장치, 및 광학 센서 등에 이용되는 수광 장치 및 이들을 이용한 광학 장치에 관한 것이다.
오늘날, 발광 소자나 수광 소자로 대표되는 반도체 소자와, 상기 발광 소자나 수광 소자를 외부 환경으로부터 보호하여, 이들의 전극과 접속하는 리드 전극을구비한 지지체를 갖는 반도체 장치가 제공되어 있다.
특히 발광 장치로서, 발광 소자와 이 발광 소자로부터의 빛을 흡수하여 서로 다른 파장을 갖는 빛을 발광하는 형광체를 조합하여 백색계의 혼색광을 고휘도로 발광하는 것이 가능한 발광 다이오드가 개발되었다. 그 결과, 이들 복수의 발광 다이오드를 배열하여 구성되는 광원이 여러 가지의 분야에서 이용되고 있다. 이러한 발광 다이오드는, 발광 소자가 패키지라고 불리는 지지체에 고정되어, 발광 장치가 되어 있다. 예를 들면, 발광 장치의 발광면이 발광 장치의 실장면에 거의 수직인 방향으로 형성되고, 발광 장치의 실장면에 거의 평행한 방향으로 빛을 조사하는 것이 가능한 표면 실장형 발광 장치(예를 들면, 특개2000-196153호 공보 참조)를 들 수 있다.
또한, 발광 다이오드 등의 발광 장치가 고정된 투광성 부재의 광입사면으로부터 발광 다이오드의 빛을 입사시켜, 투광성 부재 내를 도광시킨 후, 이 투광성 부재의 광출사면측으로부터 빛을 방출하는 광원이 알려져 있다. 이러한 광원으로서 예를 들면, 액정 디스플레이용 백 라이트 등의 면광원을 들 수 있다.
그러나, 상기 특개2000-196153호 공보에 개시되는 패키지는, 박막 전극을 절연성 기판에 형성하여 이루어지고, 이 절연성 기판 만으로 패키지의 외형이 결정된다. 여기서, 절연성 기판은 고온 하에서 수축이 심해 일정형상이 얻어지기 어렵다. 또한, 절연성 기판을 사용하면 패키지의 소형화에 한계가 있다. 또한, 박막 전극을 이용하고 있기 때문에, 소형화가 될수록 방열성이 부족하게 된다.
그래서, 수지의 사출 성형에 의해 형성되는 성형체를 패키지로 함으로써, 발광 장치의 박형화 및 소형화를 도모함과 함께 방열성을 향상시키도록 하고 있다. 이러한 패키지는, 리드 전극이 패키지 내에 삽입되도록 일체 성형되고, 패키지 성형 후 리드 전극은, 패키지 측면으로부터 돌출하고 있는 부분이 절곡되어져서, 실장 기판에 대하여 실장하기 쉬운 형상이 된다. 여기서, 반도체 소자가 장착되는 리드 전극은, 패키지 전체의 크기에 대하여 비교적 크게 하는 것을 용이하게 할 수 있기 때문에, 반도체 장치의 방열성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 수지의 사출 성형에 의해 형성되는 패키지는, 리드 전극을 절곡하는 (포밍) 강도에 따라 공차(tolerance)가 생겨, 일정 형상을 좋은 양산성으로 얻는 것이 곤란하다. 그 때문에, 복수의 반도체 장치를 외부 지지체나 광학 부재 등에 높은 정밀도로 장착할 때, 각각 다른 패키지의 외형에 대응하는 외형을 외부 지지체나 광학 부재 등에 각각 형성하는 것이 필요해져, 효율적으로 장치를 조립하는 것이 곤란하였다.
그래서 본 발명은, 상기 문제점을 해결하여, 양산성 및 실장성이 우수한 반도체 장치 및 그것을 이용한 광학 장치를 제공한다.
도 1a는 본 발명에 따른 발광 장치의 일 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 1b는 본 발명에 따른 발광 장치의 일 실시예를 도시하는 모식적인 단면도.
도 2a는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 2b는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 단면도.
도 3a는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 3b는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 단면도.
도 4a는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 4b는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 발광 장치의 다른 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 평면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 광원의 일 실시예를 도시하는 모식적인 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 광원의 일 실시예를 도시하는 모식적인 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 정면도.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 단면도.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 정면도.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 도시하는 모식적인 정면도.
도 16a 내지 도 16d는, 본 발명의 일 실시예에 있어서의 반도체 장치의 형성공정을 도시하는 모식적인 단면도.
도 17 내지 도 26은 본 발명에 따른 발광 장치의 실시예를 도시하는 모식적인 사시도(도 17a-도 26a)와 모식적인 단면도(도 17b-도 26b).
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 패키지
1a : 제1 주면
1b : 제2 주면
2 : 리드 전극
4 : 발광 소자
8 : 패키지 내벽면
본원 발명의 반도체 장치는, 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부 주면이 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비한 반도체 장치로서, 상기 지지체의 주면은, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다. 이에 따라 반도체 장치는, 반도체 장치의주면 측에 일정 형상의 위치 결정부를 구비하여, 신뢰성 높게 다른 광학 부재나 외부 지지체와 장착할 수 있다.
또한, 제2 주면은, 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖는 것이 바람직하고, 이에 따라, 발광면측에 접착제 등을 이용하여 다른 부재를 장착하는 경우, 접착제가 제2 주면 측에 머물기 쉽게 됨으로써 오목부 내에 유입될 우려가 없어지기 때문에, 광학 특성에 영향을 주는 일 없고, 또한 강도있게 고착할 수 있다.
또한, 제2 주면 상의 요철 형상은, 내부가 공동의 외주벽을 이루고 있는 것이 바람직하고, 이에 따라 접착제의 유출을 방지할 수 있기 때문에, 발광 장치는, 다른 부재와 더 강고하게 밀착할 수 있다.
또한, 제1 주면은, 절개부를 갖고 있는 것이 바람직하고, 이에 따라, 이 절개부와 정합(fitting) 가능한 형상을 형성한 다른 부재와의 위치 결정 정밀도를 더욱 높일 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자가 발광 소자이고, 이 발광 소자는, Al과 Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, Ga, In 및 Sm으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고, 또한 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광 물질을 구비할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자로부터의 빛과 형광 물질에 의해 파장 변환된 빛과의 혼색광을 얻을 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자가 발광 소자이고, 상기 발광 소자는, N을 포함하고, 또한 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Zn으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와, C, Si,Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하며, 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광 물질을 구비할 수 있다. 이에 따라, 발광 소자로부터의 빛과 형광 물질에 의해 파장 변환된 빛과의 혼색광을 얻을 수 있고, 또한 혼색광의 연색성(color rendering property)을 향상시킬 수도 있다.
또한, 본 발명은, 반도체 소자가 발광 소자이고, 이 발광 소자는, n 측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 n형 컨택트층과 p 측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 p형 컨택트층과의 사이에, 질화물 반도체로 이루어지는 활성층을 갖는 반도체 적층 구조를 구비하며, 상기 n형 컨택트층은, 전극 형성면측으로부터 보아, p 측 전극을 갖는 반도체 적층 구조가 형성된 제1 영역과, 상기 제1 영역과는 다른 제2 영역으로 이루어지고, 상기 제2 영역에는, 복수의 볼록부가 형성되고, 상기 볼록부의 꼭대기부는, 상기 발광 소자 단면에 있어서, 상기 활성층보다도 p형 컨택트층측에 위치하는 발광 소자를 구비한 반도체 장치로 할 수 있다.
이러한 발광 소자의 길이 방향과 패키지 오목부 저면의 길이 방향이 평행하게 되도록 오목부 저면에 장착함으로써, 발광 장치를 박형화할 수가 있고, 또 광방출 효율 향상시켜, 신뢰성이 높은 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 상기 볼록부 단면에 있어서, 상기 n형 컨택트층 측으로부터 상기 p형 컨택트층 측을 향하여, 상기 볼록부가 서서히 가늘게 되도록 경사져 있는 것이 보다 바람직하다.
또한 본원 발명의 광학 장치는, 상기 반도체 장치와, 상기 반도체 장치로부터의 빛 또는 상기 반도체 장치로의 빛을 도광하는 투광성 부재를 갖고, 상기 투광성 부재는, 상기 반도체 장치의 주면과 정합하는 광출입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 장치이다.
이에 따라, 복수의 발광 장치나 수광 장치를 높은 정밀도로 투광성 부재에 장착하는 것이 용이하도록 할 수 있고, 반도체 장치와 투광성 부재와의 접합 부분에서 빛이 누설되는 것을 방지하는 것도 할 수 있기 때문에, 신뢰성, 양산성 및 광학 특성이 우수한 광학 장치가 얻어진다.
<실시 형태>
본 발명자는, 여러 가지의 실험의 결과, 인서트형 패키지를 이용한 반도체 장치에서, 열 작용에 의해 형상이 변화하기 어려운 부분에, 다른 부재와의 위치 결정이 가능해지는 외형을 형성함으로써 실장성을 높이는 것이 가능해지는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉 본 발명에 있어서는 패키지의 주면이 반도체 소자를 수납하는 오목부로부터 적어도 제1 주면과 제2 주면을 갖는다. 이와 같은 적어도 하나의 주면의 존재에 의해, 반도체 장치의 위치 결정의 준비를 행할 수 있다.
이하, 도면을 참조하면서 본원 발명에 따른 실시 형태에 대하여, 특히 발광 장치를 예로 들어 설명한다. 도 1 내지 도 5는, 본원 발명에 관한 발광 장치의 모식적인 사시도, 및 상기 발광 장치를 발광면에 대하여 수직인 방향으로 절단했을 때의 모식적인 단면도를 도시한다. 또한, 도 16a∼도 16d는, 본 실시의 형태에 있어서의 패키지의 성형 공정을 도시하는 모식적인 단면도이다.
본 실시의 형태의 발광 장치에서, 예를 들면 도 1에 도시한 바와 같이, 패키지(1)는, 정부 양 리드 전극(2)의 일단부가 패키지(1)에 삽입되도록 일체 성형된다. 상세히 설명하면, 패키지(1)는, 주면 측에 발광 소자(4)를 수납하는 것이 가능한 오목부를 갖고, 그 오목부의 저면에는, 플러스의 리드 전극의 일단부와 마이너스의 리드 전극의 일단부가 상호 분리되어 각각의 주면이 노출하도록 형성되고, 플러스의 리드 전극과 마이너스의 리드 전극의 사이에는 절연성의 성형 재료가 충전되어 있다. 여기서 본 명세서에 있어 「주면」이란, 패키지, 리드 전극 등의 발광 장치의 각 구성 부재의 표면에 대하여, 발광 소자의 빛이 추출되는 발광면 측의 면을 말한다. 또한, 본 발명에 있어서, 발광 장치 주면에 형성되는 발광면의 형상은, 도 1에 도시되는 것 같은 사각 형상에 한정되는 것이 아니고, 도 6에 도시되는 것 같은 타원형이어도 된다. 이러한 형상으로 함으로써, 오목부를 형성하는 패키지 측벽부의 기계적 강도를 유지하면서 발광면을 될 수 있는 한 크게 할 수가 있어, 박형화해도 넓은 범위로 조사 가능한 발광 장치로 할 수 있다.
본 실시의 형태의 발광 장치에서 플러스의 리드 전극 및 마이너스의 리드 전극(2)은, 타단부가 패키지 측면으로부터 돌출하도록 삽입되어 있다. 상기 리드 전극의 돌출한 부분은, 상기 패키지의 주면에 대향하는 이면 측을 향하여, 또는 상기 주면과 수직을 이루는 실장면 측을 향하여 절곡되어 있다. 여기서, 본 실시의 형태의 발광 장치는, 주면과 수직을 이루고 또한 오목부의 길이 방향과 평행을 이루는 면을 실장면으로 하여, 상기 실장면에 대하여 거의 평행한 방향으로 빛을 발광하는 측면 발광형 발광 장치이다.
본 실시의 형태의 발광 장치에 이용되는 패키지(1)는, 주면 측에 패키지 내벽면(8)에 의해 오목부가 형성되고, 상기 오목부에 인접하는 패키지 주면의 측벽부에 단차를 갖고 있다. 구체적으로는, 오목부에 인접하는 제1 주면(1a)과, 상기 제1 주면(1a)보다 한단 낮은 제2 주면(1b)을 적어도 갖고 있다. 즉, 제1 주면(1a) 및 제2 주면(1b) 사이에 단차를 갖는다. 이 단차는 제1 및 제2 주면에 대하여 수직일 필요가 없다. 본 발명의 반도체 장치를 외부 지지체나 광학 부재에 정합하기 쉽게 하기 위해, 기울어지게 하는 것도 있을 수 있다. 또, 제1 주면(1a) 및 제2 주면(1b)을 갖는 형상에 한정되지 않고, 또한 제3 주면, 제4 주면, …과 같이, 3개 이상의 주면을 형성해도 된다. 이와 같이 구성됨으로써, 제1 주면(1a), 제2 주면(1b), 또한 제1 주면(1a)과 제2 주면(1b)의 사이에 형성할 수 있는 단차 구조의 측벽에 의해, 광학 부재와 위치 결정 가능한 외형이 일정 형상으로 형성된다. 즉, 본원 발명의 발광 장치의 휘도를 향상시키기 위해서, 또는 원하는 광학 특성을 갖게 하기 위해서, 특정 형상의 렌즈 등의 광학 부재를 형성하거나, 본원 발명의 발광 장치와 도광판 등을 조합하여 면광원으로 하는 경우가 있다. 그 때, 발광 장치의 제1 주면(1a)과 제2 주면(1b)을 적어도 갖는 주면 측 형상과 간극 없이 끼워 넣는 것이 가능한 형상을 광학 부재 등에 형성함으로써, 용이하게 높은 정밀도로 조립할 수 있어, 양산성 및 광학 특성이 우수한 광원이 얻어진다. 또, 본 실시의 형태에 있어서는, 제1 주면(1a)과 제2 주면(1b)과의 사이에 단차를 갖는 주면으로 하였지만, 본 발명은, 단차를 갖는 형상에 한정되지 않고, 도 17에 도시한 바와 같이 제2 주면(1b)이 제1 주면(1a)에 연속한 주면으로서도 된다. 연속한 제1 주면(1a)과 제2 주면(1b)에 간극 없게 끼워 넣는 것이 가능한 형상으로 다른 광학부재의 장착면을 가공함으로써, 본 발명은, 특히 단차를 갖지 않더라도 다른 광학 부재와의 장착성이 우수한 발광 장치이다.
도 18 내지 도 26에 본 발명의 다양한 실시 형태를 도시한다. 도 17의 실시 형태에 따르면, 제2 주면(1b)은 패키지(1) 양단의 볼록 형상으로 형성된다. 이 볼록 형상은, 패키지(1)의 양단에 있을 필요는 없고, 반도체 장치의 위치 결정에 부합하는 장소에 형성하면 된다. 또한, 이 볼록 형상은 패키지(1)의 길이 방향에 대하여 수직일 필요는 없고, 도 21에 도시하는 홈 형상의 오목부와 같이 경사져도 된다. 또한 볼록 형상과 제1 주면과의 접속선은, 직선일 필요는 없고, 곡선이어도 된다.
도 19 및 도 20은, 제2 주면(1b)이 원반형인 오목부 또는 볼록부로 형성되는 경우의 예이다. 이 원반형의 오목부 또는 볼록부는 원형일 필요는 없고, 다각형이어도 된다.
또한 오목부 또는 볼록부는, 도 21에 도시한 바와 같이, 홈 형상이어도 된다.
또한 오목부 또는 볼록부는, 도 22 및 도 23에 도시한 바와 같이 환형의 홈, 또는 내부가 공동인 환형벽이어도 된다. 본 실시예에 있어서 오목부 또는 볼록부의 형상이 환형에 한정되지 않고, 다각형상이어도 되는 것을 물론이다.
도 24 내지 도 26에 있어서, 제2 주면 상에 오목부 또는 볼록부가 형성되어 있는 실시예를 도시한다.
이상의 실시예로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 패키지에 있어서 제1 주면 및 제2 주면으로 구성되는 형상은, 본 발명의 반도체 장치의 위치 결정이나, 접착제의 유동 또는 그 외의 요인, 예를 들면 반도체 소자의 크기, 형상 등을 고려하여 자유롭게 결정할 수 있다.
도 16a∼도 16d는, 본 실시의 형태에 있어서의 패키지(1)의 성형 공정을 도시하는 모식적인 단면도이다. 이하, 본 발명에 따른 패키지의 성형 방법을 (a)∼(d)로서 순서대로 설명한다. 우선, (a) 금속 평판에 펀칭 가공을 실시하여 형성된 리드 프레임(24)을 볼록 다이(27)과 오목 다이(28)으로써 협지하고, 볼록 다이(27)과 오목 다이(28)의 내벽면에 의해서 형성되는 밀봉 공간 내에 리드 프레임(24)을 배치한다. 이 때, 후 공정에서 정부 한 쌍의 리드 전극으로서 형성되는 리드 프레임(24)의 선단부가 소정의 간격을 두고 상호 대향하도록 배치한다. 또, 볼록 다이(27)은, 관통 구멍에 끼워진 막대 형상의 돌출 부재(25)(예를 들면, 핀 등)를 적어도 하나 이상 갖고, 상기 밀봉 공간 및 오목 다이(28) 방향으로 가동(可動)이다. 다음에, (b) 오목 다이(28)에 대하여 상기 밀봉 공간 방향에 형성된 게이트에 패키지 성형 재료(26)를 주입하여, 상기 밀봉 공간 내를 패키지 성형 재료(26)로 채운다. 또, 패키지 성형 재료의 주입 방향은, 도 16b에 패키지 성형 재료 주입 방향(29)의 화살표로서 도시된다. 또한, 패키지 성형 재료(26)의 주입시, 도 16b에 도시된 바와 같이, 돌출 부재(25)의 하면이 볼록 다이(27)의 내벽면(제2 주면을 형성하는 면)과 거의 동일 평면이 되도록 배치해도 되지만, 제2 주면에 요철을 형성하는 경우에는, 돌출 부재(25)의 하면이 오목 다이(28) 방향으로 어느 정도 돌출하도록 배치한다. (c) 상기 밀봉 공간 내에 충전된 패키지 성형 재료를경화시킨다. (d) 처음에 오목 다이(28)을 분리하고, 패키지 주면의 제2 주면(1b)을 핀 노크면(pin knock face)으로 하여, 상기 제2 주면(1b)에 돌출 부재(25)의 하면을 밀어내려, 돌출 부재(25)를 오목 다이(28)의 방향으로 이동시킴으로써, 패키지(1)를 볼록 다이(27)내로부터 분리된다. 또, 돌출 부재(25)의 이동 방향은, 도 16d에 돌출 방향(30)의 화살표로서 도시된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태의 발광 장치에서 이용되는 패키지(1)와 같이, 성형 다이를 이용한 사출 성형으로써 형성시키는 패키지(1)는, 성형 다이내에서 형성된 후, 형 내부에 구비된 핀 등의 돌출 부재(25)로써 밀어내여지고 형으로부터 분리된다.
그러나, 분리 작업을 행할 때, 패키지의 성형 부재 부분은 아직 열을 갖고 있고, 외압에 의해 변형하기 쉬운 상태로 되어있다. 예를 들면, 오목부 내의 리드 전극(2) 주면을 핀 노크면으로 한 경우, 성형 부재의 기계적 강도가 약하기 때문에, 내부에 삽입된 리드 전극(2)의 유지력이 약하고, 리드 전극(2)의 위치 어긋남이나 리드 전극(2) 자체에 왜곡이 생기기도 하는 경우가 있고, 리드 전극(2) 상에 장착되는 발광 소자(4)는 기운 상태로 배치되어, 각 발광 장치 사이에 지향 특성의 어긋남이 생긴다. 그래서, 패키지(1)의 표면에 핀 노크면을 설치할 필요가 있지만, 이 경우, 발광 장치를 소형화하려고 하면, 패키지(1)의 단부를 노크면으로 하지 않으면 안되게 된다. 그러나, 패키지(1)는 형으로부터 분리될 때, 아직 연약하고, 핀으로써 노크하면 성형 부재의 일부가 형의 내부로 들어가 버린다. 이 핀 노크면이 오목부를 형성하는 측벽의 상면인 경우, 안으로 들어간 성형 부재는 측벽에서 형성되는 광반사면측으로 향하기 때문에 광반사면의 형상이 변형하여, 발광 장치의 광학 특성에 악영향을 미치게 할 위험성이 있다.
한편, 본 실시의 형태의 발광 장치는, 개구부가 발광면이 되는 오목부로부터 발광 장치의 외측을 향하여 제1 주면(1a)과 제2 주면(1b)을 순서대로 갖고 있고, 이 제2 주면(1b)을 핀 노크면으로 하여 패키지를 성형 다이로부터 추출함으로써, 패키지(1)를 소형화했을 때에도, 오목부의 형상으로 변형을 가하게 되는 경우가 없게 되기 때문에, 발광 특성에 영향을 주지 않고 좋은 양산성으로 형성할 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서, 제2 주면(1b)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 제2 주면(1b) 상에 볼록부(1c)를 갖고 있는 것이 바람직하고, 볼록부(1c)의 높이는 제1 주면까지의 높이보다도 낮은 것이 바람직하다. 이에 따라, 본원 발명의 발광 장치를 다른 부재에 고정할 때, 제2 주면(1b) 상에 접착제 등과의 접촉 면적이 증대하여, 접착 강도를 높일 수 있다. 또한, 도 2로부터 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록부(1c)에 의해 내부가 공동인 외주벽이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 내부의 공동에 접착제를 충전시켜 광학 부재 등에 고착시키면, 접착제가 리드 전극이나 제1 주면(1a) 측에까지 유출하는 것은 외주벽에 의해 방지되기 때문에, 신뢰 및 광학 특성이 우수한 발광 장치를 형성할 수 있다. 또, 제2 주면(1b) 상에 볼록부(1c)를 갖는 형상은, 볼록 다이(27)의 내벽면에 볼록부(1c)를 성형하는 형상을 형성하는 것 뿐만 아니라, 돌출 부재(25)를 제2 주면(1b)에 밀어부침으로써, 패키지(1)를 추출하는 공정(도 16d)과 동시에 형성할 수도 있다.
본 실시의 형태의 패키지(1)는, 발광 소자(4)나 수광 소자를 수납하는 것이가능한 오목부를 갖고 있다. 오목부를 형성하는 내벽면의 형상은, 특별히 한정되지 않지만, 발광 소자(4)를 장착하는 경우, 개구측으로 내부 직경이 서서히 커지는 것 같은 테이퍼 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 발광 소자(4)의 단부면으로부터 발광되는 빛을 효율적으로 발광 관측면 방향으로 추출할 수 있다. 또한, 빛의 반사를 높이기 위해서, 오목부의 내벽면에 은 등의 금속 도금을 실시하는 등, 광반사 기능을 갖도록 해도 된다.
본 실시의 형태의 발광 장치는, 이상과 같이 구성된 패키지(1)의 오목부 내에, 발광 소자(4)가 장착되고, 오목부 내의 발광 소자(4)를 피복하도록 투광성 수지가 충전되어, 밀봉 부재(3)가 형성된다.
다음에, 본 실시의 형태에 따른 발광 장치의 제조 공정 및 각 구성 부재에 대하여 상술한다.
[공정1: 리드 전극 형성]
본 실시의 형태에서는, 우선 제1 공정으로서, 금속판에 대하여 펀칭 가공을 실시하여 정부 한 쌍의 리드 전극을 여러쌍 갖는 리드 프레임을 형성하고, 상기 리드 프레임 표면에 금속 도금을 실시한다. 또, 리드 전극의 컷트 포밍 공정으로부터 발광 장치의 분리 공정까지 패키지를 지지하는 행거 리드를 리드 프레임의 일부에 대하여 형성할 수 있다.
(리드 전극(2))
본 실시의 형태에 있어서의 리드 전극(2)은, 발광 소자에 전력을 공급함과 함께, 상기 발광 소자를 장착하는 것이 가능한 도전체이다. 특히, 본 실시의 형태에 따른 리드 전극(2)은, 한쪽의 단부가 패키지 측면으로부터 패키지 내부에 삽입되고, 다른 쪽의 단부가 패키지 측면으로부터 돌출하도록 패키지 성형 시에 일체 성형된다. 또한, 패키지 내부에 삽입된 리드 전극(2)의 단부의 주면은, 패키지의 오목부 저면으로부터 노출하고 있다.
리드 전극(2)의 재료는, 도전성이면 특별히 한정되지 않지만, 반도체 소자와 전기적으로 접속하는 부재인 도전성 와이어(5)나 도전성 범프(6) 등과의 접착성 및 전기 전도성이 좋은 것이 요구된다. 구체적인 전기 저항으로서는, 300μΩ-cm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 3μΩ-cm 이하이다. 이들 조건을 충족시키는 재료로서는, 철, 구리, 철 함유 구리, 주석 함유 구리 및 구리, 금, 은을 도금한 알루미늄, 철, 구리 등이 적합하게 들 수 있다.
프레스 가공 후의 긴 금속판의 각 패키지에 대응하는 부분에서, 플러스의 리드 전극은, 성형 후의 오목부의 저면에 있어서 그 일단면이 마이너스의 리드 전극의 일단면과 대향하도록 마이너스의 리드 전극과는 분리되어 있다. 본 실시 형태에서는, 단부 주면이 오목부 저면에서 노출되는 리드 전극(2)에 특별한 가공을 실시하고 있지 않지만, 오목부의 길이 방향을 축으로 하여 좌우에 관통 구멍을 적어도 한쌍 설치하는 등에 의해 성형 수지와의 결합 강도를 강화하는 것도 가능하다.
[공정2: 패키지 형성]
본 실시의 형태에 있어서의 패키지(1)는, 발광 소자(4)가 장착 가능하고, 발광 소자(4)가 장착되는 리드 전극(2)을 고정 유지하는 지지체로서 기능하고, 발광 소자(4)나 도전성 와이어(5)를 외부 환경으로부터 보호하는 기능도 갖는다.
다음에, 상기 긴 금속판을 성형 다이인 볼록 다이 및 오목 다이의 사이에 배치시키고 이들 형을 닫는다. 이들 형을 닫음으로써 얻어지는 공동부에, 오목 다이 배면에 설치된 게이트로부터 성형 재료를 주입한다. 상기 공동부는, 패키지의 외형에 대응하고 있다. 본 실시의 형태에 있어서, 성형 수지부를 성형하기 위한 성형 다이은, 오목부에 인접하는 패키지 주면에 단차를 갖고, 제1 주면(1a)과, 상기 제1 주면(1a)으로부터 한층 낮게 또한 상기 제1 주면(1a)보다도 오목부로부터 외측에 배치된 제2 주면(1b)을 구비한 패키지(1)가 얻어지는 형상을 갖고 있다. 또한, 성형 다이에 있어서, 프레스 가공된 긴 금속판은, 프레스의 펀칭 방향과 성형 다이 내에 수지를 주입하는 방향이 일치하도록 볼록 다이와 오목 다이의 사이에 삽입 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 긴 금속판의 배치 방향을 결정하면, 플러스 및 마이너스의 리드 전극의 단부에 의해 형성되는 공간에 간극없이 수지를 충전할 수가 있어, 주입되는 성형 수지의 한쪽의 주면 상에의 유출을 저지할 수 있다.
또한, 상술한 행거 리드를 리드 프레임에 설치하면, 도 3a에 도시된 바와 같이, 행거 리드 선단부의 형상에 따라 패키지 측면에 오목부를 갖는 패키지(1)가 성형되고, 포밍 공정 종료까지 행거 리드는 상기 오목부를 이용하여 패키지를 지지할 수 있다.
(성형 재료)
본 발명에서 이용되는 패키지의 성형 재료는 특별히 한정되지 않고, 액정 폴리머, 폴리프탈아미드 수지, 폴리브틸렌 테레프탈레이트(PBT) 등, 종래부터 알려져 있는 모든 열가소성 수지를 이용할 수 있다. 특히, 폴리프탈아미드 수지와 같이고융점 결정이 함유되어 이루어지는 반결정성 폴리머 수지를 이용하면, 표면 에너지가 크고, 개구 내부에 형성할 수 있는 밀봉 수지나 나중에 붙일 수 있는 도광판 등과의 밀착성이 양호한 패키지가 얻어진다. 이에 따라, 밀봉 수지를 충전하여 경화하는 공정에서, 냉각 과정에서의 패키지와 밀봉 수지와의 계면에 박리가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또, 발광 소자 칩으로부터의 빛을 효율적으로 반사시키기 위해서, 패키지 성형 부재 내에 산화 티탄 등의 백색 안료 등을 혼합시킬 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 성형 부재를 형으로부터 분리한다. 구체적으로는, 우선 오목 다이를 열고, 다음에 볼록 다이 내부에 구비된 핀을 패키지의 제2 주면을 향해서 밀어낸다. 이 때, 제2 주면 상에 핀의 직경을 내벽으로 하는 원주 외벽이 형성된다. 이러한 원주 외벽을 가짐으로써, 발광 장치를 접착제 등으로써 다른 부재와 고착시킬 때, 접착제의 흐름을 방지할 수가 있어, 다른 부재와의 고착력이 향상된다.
[공정3: 반도체 소자 장착]
다음에, 패키지(1)에 설치한 오목부의 저면에 노출된 리드 전극(2)에 대하여, 반도체 소자를 고정한다. 본 실시의 형태에서는, 반도체 소자로서 특히 발광 소자에 대하여 설명하지만, 본 발명에 사용할 수 있는 반도체 소자는, 발광 소자에 한정되지 않고, 수광 소자, 정전 보호 소자(제너 다이오드), 또는 이들을 적어도 이종 이상 조합한 것을 사용할 수 있다.
(발광 소자(4))
본 발명에 있어서의 반도체 소자로서, 발광 소자, 수광 소자 등의 반도체 소자가 생각되지만, 본 실시의 형태에 있어서 사용되는 반도체 소자는, 발광 소자로서 사용되는 LED 칩이다. 본 실시의 형태에 있어서의 LED 칩은, 오목부 저면의 크기에 맞추어 복수 이용하여도 되고, 오목부 저면의 형상에 맞추어 여러 가지의 형상으로 할 수 있다.
여기서, 본 발명에 있어서 발광 소자(4)는 특별히 한정되지 않지만, 형광 물질(7)을 함께 이용한 경우, 상기 형광 물질을 여기하는 것이 가능한 파장을 발광할 수 있는 반도체 발광 소자가 바람직하다. 이러한 반도체 발광 소자로서, ZnSe나 GaN 등 여러 가지의 반도체를 예로 들수 있지만, 형광 물질을 효율적으로 여기할 수 있는 단파장이 발광 가능한 질화물 반도체(InXAlYGa1-X-YN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)를 적합하게 예로 들 수 있다. 상기 질화물 반도체는, 소망에 따라 붕소나 인을 함유시킬 수도 있다. 반도체의 구조로서는, MIS 접합, PIN 접합이나 pn 접합 등을 갖는 호모 구조, 헤테로 구조 또는 더블 헤테로 구성의 것을 들 수 있다. 반도체층의 재료나 그 혼정도에 따라서 발광 파장을 여러 가지 선택할 수 있다. 또, 활성층을 양자 효과가 생기는 박막에 형성시킨 단일 양자 웰 구조나 다중 양자 웰 구조로 하는 것도 할 수 있다.
질화물 반도체를 사용한 경우, 반도체용 기판에는 사파이어, 첨정석, SiC, Si, ZnO, GaN 등의 재료가 적합하게 이용된다. 결정성이 좋은 질화물 반도체를 좋은 양산성으로 형성시키기 위해서는 사파이어 기판을 이용하는 것이 바람직하다.이 사파이어 기판 위에 MOCVD 법 등을 이용하여 질화물 반도체를 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 사파이어 기판 위에 GaN, AlN, GaAlN 등의 버퍼층을 형성하고 그 위에 pn 접합을 갖는 질화물 반도체를 형성시킨다. 또한 기판은, 반도층을 적층한 후, 분리하는 것도 가능하다.
질화물 반도체를 사용한 pn 접합을 갖는 발광 소자예로서, 버퍼층 상에, n형 질화갈륨으로 형성한 제1 컨택트층, n형 질화 알루미늄·갈륨으로 형성시킨 제1 클래드층, 질화 인듐·갈륨으로 형성한 활성층, p형 질화 알루미늄·갈륨으로 형성한 제2 클래드층, p형 질화갈륨으로 형성한 제2 컨택트층을 순서대로 적층시킨 더블 헤테로 구성 등을 들 수 있다. 질화물 반도체는, 불순물을 도핑하지 않은 상태에서 n형 도전성을 나타낸다. 발광 효율을 향상시키는 등 원하는 n형 질화물 반도체를 형성시키는 경우에는, n형 도우펀트로서 Si, Ge, Se, Te, C 등을 적절하게 도입하는 것이 바람직하다. 한편, p형 질화물 반도체를 형성시키는 경우에는, p형 도우펀트인 Zn, Mg, Be, Ca, Sr, Ba 등을 도핑시킨다. 질화물 반도체는, p형 도우펀트를 도핑하는 것만으로는 p형화하기 어렵기 때문에 p형 도우펀트 도입 후에, 화로에 의한 가열이나 플라즈마 조사 등에 의해 저저항화시키는 것이 바람직하다. 전극 형성 후, 반도체 웨이퍼로부터 칩 형상으로 컷트시킴으로써 질화물 반도체로 이루어지는 발광 소자를 형성시킬 수 있다. 또한, 패터닝에 의해, 각 전극의 본딩부만을 노출시켜 소자 전체를 덮도록 SiO2등으로 이루어지는 절연성 보호막을 형성하면, 소형화 발광 장치를 신뢰성 높게 형성할 수 있다. 본 발명의 발광 다이오드에있어서 백색계를 발광시키는 경우에는, 형광 물질로부터의 발광 파장과의 보색 관계나 투광성 수지의 열화 등을 고려하여 발광 소자의 발광 파장은 400 ㎚ 이상 530 ㎚ 이하가 바람직하고, 420 ㎚ 이상 490 ㎚ 이하가 보다 바람직하다. 발광 소자와 형광 물질의 여기, 발광 효율을 각각 보다 향상시키기 위해서는, 450 ㎚ 이상 475 ㎚ 이하가 보다 바람직하다. 또, 비교적 자외선에 의해 열화되기 어려운 부재와의 조합에 의해 400 ㎚보다 짧은 자외선 영역 또는 가시광의 단파장 영역을 주 발광 파장으로 하는 발광 소자를 이용하는 것도 할 수 있다.
(범프(6))
본 실시의 형태에 있어서 발광 소자(4)는, 동일면 측에 형성된 한 쌍의 전극을 패키지 오목부로부터 노출된 한 쌍의 리드 전극과 대향시켜 이루어지는 플립칩 방식으로써 실장하면, 발광면 측에 빛을 차단하는 것이 존재하지 않아서, 균일한 발광을 얻을 수 있다. 범프의 재료는, 도전성이면 특별히 한정되지 않지만, 발광 소자의 정부 양 전극 및 정부의 리드 전극의 도금 재료에 포함되는 재료 중 적어도 한 종을 함유하는 것이 바람직하다. 예를 들면 Ag, Au, 공정 땜납(Au-Sn), Pb-Sn, 납 프리 땜납 등을 들 수 있다. 본 실시의 형태에서는, 각 리드 전극(2) 상에 각각 Au로 이루어지는 범프(6)를 형성하고, 각 범프 상에 발광 소자(4)의 각 전극을 대향시키고, 열, 초음파 및 하중을 인가함으로써 범프와 전극을 접합한다. 또는 다른 실시 형태에서는, 우선, 발광 소자의 각 전극 상에 각각 범프(6)를 형성한 후, 각 범프(6)와 각 리드 전극(2)을 대향시켜, 마찬가지로 초음파로써 접합한다. 각각 형성 방법이 서로 다른 범프의 종류로서는, 도전성 와이어의 단부를 본딩한후, 상기 단부를 남기도록 와이어를 절단하여 얻어지는 스터드 범프나, 원하는 마스크 패턴을 실시한 후의 금속 증착에 의해 얻어지는 범프 등이 있다. 또한, 이러한 범프는, 리드 전극의 측에 먼저 설치하는 것도 가능하고, 발광 소자의 전극의 측에 먼저 형성하는 것도 할 수 있고, 리드 전극과 발광 소자의 전극의 측에 각각 나눠 설치하는 것도 할 수 있다.
또한, 플립칩 방식으로써 실장하는 경우, 서브 마운트를 개재하여 실장하는 것이 바람직하다. 도 7은, 서브 마운트를 개재하여 실장하는 실시예의 모식적인 사시도를 도시한다. 플립 칩 방식에서는, 패키지의 열 응력에 의해 리드 전극이 어긋나 움직이기 때문에, 범프를 개재하여 접합되어 있는 발광 소자와 리드 전극과의 사이가 박리하기 쉽다. 또한, 대향하는 정부 양 리드 전극의 선단부의 간격을 발광 소자의 정부 양 전극의 간격 정도까지 좁히는 것이 곤란하고, 발광 소자를 리드 전극에 대하여 안정적으로 접속하는 것이 어렵다. 패키지 재료의 최적화에 의해 상기 문제는 어느 정도 해소되지만, 서브 마운트를 통하여 플립 칩 실장함으로써, 발광 장치의 신뢰성의 향상을 더욱 도모하는 것을 용이하게 할 수 있다.
서브 마운트 기판(11)의 표면에는, 발광 소자(4)에 대향하는 면으로부터 리드 전극(2)에 대향하는 면에 걸쳐서 도전성 부재(12)에 의해 도전성 패턴이 배치되어 있다. 도전성 패턴의 간격은, 에칭 등의 방법에 의해 발광 소자(4)의 정부 양 전극의 간격 정도까지 좁혀 형성하는 것도 가능하다. 서브 마운트 기판(11)의 재료는, 발광 소자(4)와 열팽창 계수가 거의 같은 것, 예를 들면 질화물 반도체 발광 소자에 대하여 질화 알루미늄이 바람직하다. 이러한 재료를 사용함으로써, 서브마운트 기판(11)과 발광 소자(4)와의 사이에 발생하는 열 응력의 영향을 완화할 수 있다. 또는, 서브 마운트 기판(11)의 재료는, 정전 보호 소자의 기능을 내부에 갖게 하는 것도 가능하고 염가이기도 한 실리콘이 바람직하다. 또한, 도전성 부재는, 반사율이 높은 은이나 금으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 서브 마운트 기판(11)에 대하여, 발광 소자(4)의 실장에 악영향을 끼치지 않는 개소에, 구멍이나 요철 형상을 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 형상을 형성함으로써, 발광 소자(4)로부터의 열은 서브 마운트로부터 효율적으로 방열할 수 있다. 서브 마운트 기판(11)의 두께 방향으로 적어도 하나 이상의 관통 구멍을 설치하고, 관통 구멍의 내벽면에 상기 도전성 부재(12)가 연장하도록 형성하면, 방열성이 또한 향상되기 때문에, 바람직하다. 또, 본 실시의 형태에 있어서의 서브 마운트는, 도전성 패턴을 리드 전극과 직접 접속하고 있지만, 도전성 와이어를 통하여 리드 전극과 접속하는 구성이어도 된다.
발광 장치의 신뢰성을 향상시키기 위해서, 발광 소자의 정부 양 전극 사이와 서브 마운트의 사이, 또는 발광 소자의 정부 양 전극 사이와 패키지의 오목부 저면에 노출된 리드 전극(2)과의 사이에 생긴 간극에는 언더필(underfill)이 충전되어도 된다. 언더필의 재료는, 예를 들면 에폭시 수지 등의 열 경화성 수지이다. 언더필의 열 응력을 완화시키기 위해서, 또한 질화 알루미늄, 산화 알루미늄 및 이들의 복합 혼합물 등이 에폭시 수지에 혼입되어도 된다. 언더필의 량은, 발광 소자의 정부 양 전극과 서브 마운트와의 사이에 생긴 간극을 매립할 수 있는 량이다.
서브 마운트에 설치한 도전성 패턴과 발광 소자(4)의 전극과의 접속은, 예를들면 Au, 공정 땜납(eutectic solder)(Au-Sn, Pb-Sn), 납 프리 땜납 등의 접합 부재(10)에 의해서 초음파 접합을 행한다. 또한, 서브 마운트에 설치한 도전성 패턴과 리드 전극(2)과의 접속은, 예를 들면 Au 페이스트, Ag 페이스트 등의 접합 부재(10)에 의해서 행한다.
(도전성 와이어(5))
한편, 발광 소자(4)를 한쪽의 리드 전극 상에 다이 본드 고정한 후, 발광 소자의 각 전극과 리드 전극(2)을 각각 도전성 와이어(5)로써 접속해도 된다. 여기서, 다이 본드에 이용되는 접합 부재는 특별히 한정되지 않고, 에폭시 수지 등의 절연성 접착제, Au-Sn 합금, 도전성 재료가 함유된 수지나 유리 등을 이용할 수 있다. 함유되는 도전성 재료는 Ag이 바람직하고, Ag의 함유량이 80%∼90% 인 Ag 페이스트를 이용하면 방열성이 우수하고 또한 접합 후의 응력이 작은 발광 장치가 얻어진다.
도전성 와이어(5)로서는, 발광 소자(4)의 전극과의 저항성, 기계적 접속성, 전기 전도성 및 열전도성이 좋은 것이 요구된다. 열전도도로서는 0.01 cal/(s)(㎠)(℃/cm) 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 cal/(s)(㎠)(℃/cm) 이상이다. 또한, 작업성 등을 고려하여 도전성 와이어의 직경은, 바람직하게는, Φ10 ㎛ 이상, Φ45 ㎛ 이하이다. 특히, 형광 물질이 함유된 코팅부와 형광 물질이 함유되어 있지 않은 몰드 부재와의 계면에서 도전성 와이어가 단선하기 쉽다. 각각 동일 재료를 이용하였다고 해도 형광 물질이 들어감으로써 실질적인 열팽창량이 달라지기 때문에 단선하기 쉽다고 생각된다. 그 때문에, 도전성 와이어의 직경은, 25㎛이상이 보다 바람직하고, 발광 면적이나 취급 용이의 관점에서 35㎛ 이하가 보다 바람직하다. 이러한 도전성 와이어로서 구체적으로는, 금, 구리, 백금, 알루미늄 등의 금속 및 이들의 합금을 이용한 도전성 와이어를 들 수 있다.
[공정4: 밀봉]
다음에, 발광 소자(4)를 외부 환경에서 보호하기 위해서 밀봉 부재(3)를 설치한다. 발광 소자(4) 또는 도전성 와이어(5) 등을 덮도록 패키지(1)의 오목부 내에, 밀봉 부재(3)의 재료를 충전하여, 경화시킴으로써 발광 소자(4) 등을 밀봉한다.
(밀봉 부재(3))
밀봉 부재(3)의 재료는 투광성이면 특별히 한정되지 않고, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 유리어(urea) 수지, 불소 수지, 및, 이들의 수지를 적어도 한 종 이상 포함하는 하이브리드 수지 등, 내후성이 우수한 투광성 수지를 이용할 수 있다. 또한, 밀봉 부재는 유기물에 한정되지 않고, 유리, 실리카겔 등의 내광성이 우수한 무기물을 이용하는 것도 할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에 있어서 밀봉 부재는, 점도 증량제, 광확산제, 안료, 형광 물질 등, 사용 용도에 따라 모든 부재를 첨가할 수 있다. 광확산제로서 예를 들면, 티탄산 바륨, 산화 티탄, 산화 알루미늄, 산화 규소, 이산화 규소, 중질탄산칼슘, 경질탄산칼슘, 및, 이들을 적어도 한 종 이상 포함하는 혼합물 등을 예로 들 수 있다. 또한, 밀봉 부재의 발광면 측을 원하는 형상으로 함으로써 렌즈 효과를 갖게 할 수 있고, 발광 소자 칩으로부터의 발광을 집속시키거나 할 수 있다. 또, 반도체 소자로서 수광 소자를 사용한 경우에는, 밀봉 부재를 투과하여 수광 소자에 입사하는 빛이, 수광 소자의 방향으로 집광하도록 하면, 수광 장치의 감도를 향상시키는 것이 가능하다. 구체적으로는, 볼록 렌즈 형상, 오목 렌즈 형상 또한, 발광관측면에서 보아 타원형형이나 이들을 복수 조합한 형상으로 할 수 있다.
(형광 물질(7))
본 발명에서는, 반도체 소자로서 발광 소자를 사용한 경우, 상기 발광 소자, 밀봉 부재, 다이 본드재, 언더필 및 패키지 등의 각 구성 부재중 및/또는 그 주변에 무기 형광 물질이나 유기 형광 물질과 같은 여러 가지 형광 물질을 배치시킬 수 있다. 이러한 형광 물질의 일례로서, 무기 형광 물질인 희토류 원소를 함유하는 형광 물질이 있다.
희토류 원소 함유 형광 물질로서, 구체적으로는, Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb 및 Sm의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소와, Al, Ga, 및 In의 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소를 갖는 가넷(석류석)형 형광 물질을 들 수 있다. 특히, 본 실시의 형태에 이용되는 알루미늄 가넷계 형광체란, Al와 Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, Ga, In 및 Sm으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고, 또한 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광체이고, 발광 소자로부터 출광된 가시광이나 자외선으로 여기되어 발광하는 형광체이다. 예를 들면, 이하에 진술하는 이트륨 알루미늄 산화물계 형광체(YAG 계 형광체) 외에, Tb2.95Ce0.05Al5O12, Y2.90Ce0.05Tb0.05Al5O12, Y2.94Ce0.05Pr0.01Al5O12, Y2.90Ce0.05Pr0.05Al5O12등을들 수 있다. 이들 중, 특히 본 실시의 형태에 있어서, Y를 포함하고, 또한 Ce 또는 Pr로 활성화되고 조성이 다른 2 종류 이상의 이트륨 알루미늄 산화물계 형광체가 이용된다.
또한, 본 발명에서 사용되는 질화물계 형광체란, N을 포함하고, 또한 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Zn으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와, C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하고, 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광체이다. 또한, 본 실시의 형태에 이용되는 질화물계 형광체로서는, 발광 소자로부터 출광된 가시광, 자외선, 및 YAG 계 형광체로부터의 발광을 흡수함으로써 여기되어 발광하는 형광체를 말한다. 질화물계 형광체로서, 예를 들면, (Sr0.97Eu0.03)2Si5N8, (Ca0.985Eu0.015)2Si5N8, (Sr0.679Ca0.291Eu0.03)2Si5N8, 등을 들 수 있다.
이하, 각각의 형광체에 대하여 상세히 설명한다.
(이트륨 알루미늄 산화물계 형광체)
본 실시의 형태의 발광 장치에 이용한 형광 물질은, 질화물계 반도체를 활성층으로 하는 반도체 발광 소자로부터 발광된 광에 의해 여기되어, 상이한 파장의 빛을 발광할 수 있는 셀륨으로 활성화된 이트륨 알루미늄 산화물계 형광 물질을 베이스로 한 것이다. 구체적인 이트륨 알루미늄 산화물계 형광 물질로서는, YAlO3:Ce, Y3Al5O12:Ce(YAG:Ce)나 Y4Al2O9:Ce, 또한 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이트륨 알루미늄 산화물계 형광 물질에 Ba, Sr, Mg, Ca, Zn 중 적어도 한 종이 함유되어 있어도 된다. 또한, Si를 함유시킴으로써, 결정 성장의 반응을 억제하여 형광 물질의 입자를 가지런히 할 수 있다. 본 명세서에 있어서, Ce로 활성화된 이트륨 알루미늄 산화물계 형광 물질은 특히 광의로 해석하는 것으로 하고, 이트륨의 일부 또는 전체를, Lu, Sc, La, Gd 및 Sm으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 원소로 치환되거나, 또는, 알루미늄의 일부 또는 전체를 Ba, Tl, Ga, In의 어느 하나 또는 양방으로 치환되어 형광 작용을 갖는 형광 물질을 포함하는 넓은 의미로 사용한다.
더욱 자세하게는, 일반식(YZGd1-Z)3Al5O12:Ce(단, 0<Z≤1)로 나타내어지는 포토루미네센스 형광 물질이나 일반식(Re1-aSma)3Re'5O12:Ce(단, 0≤a<1, 0≤b≤1, Re는, Y, Gd, La, Sc으로부터 선택되는 적어도 한종, Re'은, Al, Ga, In으로부터 선택되는 적어도 한종임)로 나타내어지는 포토루미네센스 형광 물질이다. 이 형광 물질은, 가넷(석류석형) 구조이기 때문에, 열, 빛 및 수분에 강하고, 여기 스펙트럼의 피크를 450 ㎚ 부근에 있게 할 수 있다. 또한, 발광 피크도, 580 ㎚ 부근에 있고 700 ㎚까지 걸쳐 있는 넓은 발광 스펙트럼을 갖는다.
또한 포토루미네센스 형광 물질은, 결정 내에 Gd(가돌리늄)을 함유함으로써, 460 ㎚ 이상의 장파장 대역의 여기 발광 효율을 높게 할 수 있다. Gd의 함유량의 증가에 의해, 발광 피크 파장이 장파장으로 이동하여 전체의 발광 파장도 장파장측으로 시프트한다. 즉, 붉은 빛이 강한 발광색이 필요한 경우, Gd의 치환량을 많게 함으로써 달성할 수 있다. 한편, Gd가 증가함과 함께, 청색광에 의한 광발광의 발광 휘도는 저하하는 경향에 있다. 또한, 소망에 따라 Ce에 더하여 Tb, Cu, Ag, Au, Fe, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, Eu, 및 Pr 등을 함유시킬 수도 있다.
또한, 가넷 구조를 갖는 이트륨 알루미늄 가넷계 형광 물질의 조성 중, Al의 일부를 Ga로 치환하면, 발광 파장은 단파장측으로 시프트하는 것이 가능하다. 한편, 조성의 Y의 일부를 Gd로 치환하면, 발광 파장이 장파장측으로 시프트할 수 있다. Y의 일부를 Gd로 치환하는 경우, Gd 에의 치환을 1할 미만으로 하고, 또한 Ce의 함유(치환)를 0.03 내지 1.0로 하는 것이 바람직하다. Gd 에의 치환이 2할 미만으로는 녹색 성분이 크고 적색 성분이 적어지지만, Ce의 함유량을 늘림으로써 적색 성분을 보충하고, 휘도를 저하시키지 않고 원하는 색조를 얻을 수 있다. 이러한 조성으로 하면 형광 물질 자체의 온도 특성이 양호하게 되어 발광 다이오드의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 적색 성분을 많이 갖도록 조정된 포토루미네센스 형광 물질을 사용하면, 핑크 등의 중간색을 발광하는 것이 가능해지고, 연색성이 우수한 발광 장치를 형성할 수 있다.
이러한 포토루미네센스 형광 물질은, Y, Gd, Al, 및 Ce의 원료로서 산화물, 또는 고온으로 용이하게 산화물이 되는 화합물을 사용하고, 이들을 화학양론비로 충분히 혼합하여 원료를 얻는다. 또는, Y, Gd, Ce의 희토류 원소를 화학양론비로 산에 용해시킨 용해액을 옥살산으로 공침(共沈)한 것을 소성하여 얻어지는 공침산화물과, 산화 알루미늄을 혼합하여 혼합원료를 얻는다. 이것에 플럭스로서 불화바륨이나 불화암모늄 등의 불화물을 적량 혼합하여 도가니에 채우고, 공기중 1350∼1450 ℃의 온도 범위에서 2∼5 시간 소성하여 소성품을 얻고, 이어서 소성품을 수중에서 볼밀(ball-mill)하고, 세정, 분리, 건조, 마지막으로 체를 통과시킴으로써 얻을 수 있다.
또한, 상기 소성은, 형광 물질의 원료를 혼합한 혼합원료와 플럭스로 이루어지는 혼합물을, 대기 중 또는 약환원 분위기 내에서 행하는 제1 소성 공정과, 환원 분위기 내에서 행하는 제2 소성 공정으로 이루어지는, 2단계로 소성하는 것이 바람직하다. 여기서, 약환원 분위기란, 혼합원료로부터 원하는 형광 물질을 형성하는 반응 과정에서 필요한 산소량은 적어도 포함하도록 설정된 약한 환원 분위기를 말하며, 이 약환원 분위기 내에서 소망으로 하는 형광 물질의 구조 형성이 완료할 때까지 제1 소성 공정을 행함으로써, 형광 물질의 흑변(darkening)를 방지하고, 또한 빛의 흡수 효율의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 제2 소성 공정에서의 환원 분위기란, 약환원 분위기보다 강한 환원 분위기를 말한다. 이와 같이 2단계로 소성하면, 여기 파장의 흡수 효율이 높은 형광 물질이 얻어진다. 따라서, 이와 같이 형성된 형광 물질로써 발광 장치를 형성한 경우에, 소망으로 하는 색조를 얻기 위해서 필요한 형광 물질량을 줄일 수 있어, 광방출 효율이 높은 발광 장치를 형성할 수 있다.
(실리콘나이트라이드계 형광 물질)
또한, 발광 소자로부터 발광되는 가시광, 자외선, 및 다른 형광 물질로부터의 가시광을 흡수함으로써 여기되어 발광하는 형광 물질을 이용하는 것도 할 수 있다. 구체적으로는, Mn이 첨가된 Sr-Ca-Si-N:Eu, Ca-Si-N:Eu, Sr-Si-N:Eu, Sr-Ca-Si-O-N:Eu, Ca-Si-O-N:Eu, Sr-Si-O-N:Eu 계 실리콘나이트라이드계 형광 물질을 예로 들 수 있다. 이 형광 물질의 기본 구성 원소는, 일반식 LXSiYN(2X/3+ 4Y/3): EU 또는 LXSiYOZN(2X/3+ 4Y/3-2Z/3): Eu(L은, Sr, Ca, Sr와 Ca 중 어느 하나임)로 나타내어진다. 일반식 중, X 및 Y는, X=2, Y=5또는, X=1, Y=7인 것이 바람직하지만, 임의의 것도 사용할 수 있다.
보다 구체적으로는, 기본 구성 원소는, Mn이 첨가된(SrXCa1-X)2Si5N8:Eu, Sr2Si5N8:Eu, Ca2Si5N8:Eu, SrXCa1-XSi7N10:Eu, SrSi7N10:Eu, CaSi7N10:Eu로 나타내어지는 형광 물질을 사용하는 것이 바람직한데, 이 형광 물질의 조성 중에는, Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이 함유되어 있어도 된다. Sr와 Ca는, 소망에 의해 배합비를 바꿀 수 있다. 또한, 조성에 Si를 이용함으로써 염가로 결정성이 양호한 형광 물질을 제공할 수 있다.
모체의 알칼리토류 금속계 질화 규소에 대하여, Eu2+를 활성화제로서 이용하는 경우, Eu2O3로부터 O를, 계밖으로 제거한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 유로퓸 단체, 질화유로퓸을 이용하는 것이 바람직하다. 단, Mn을 첨가한 경우에는, 그것만은 아니다. Mn을 첨가하면, Eu2+의 확산이 촉진되어, 발광 휘도, 에너지 효율, 양자 효율 등의 발광 효율이 향상시킬 수 있다. Mn은 원료 중에 함유시키거나, 또는, 제조 공정 중에 Mn 단체 또는 Mn 화합물을 함유시켜, 원료와 함께 소성한다. 단, Mn은, 소성 후의 기본 구성 원소 중에 함유되어 있지 않거나, 함유되어 있더라도 당초 함유량과 비교하여 소량밖에 잔존하지 않는다. 이것은, 소성 공정에서, Mn이 비산하였기 때문이라고 생각된다.
또한, Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 갖고 있음으로써, 용이하게 큰 입경을 갖는 형광 물질을 형성할 수 있는 외에, 발광 휘도를 높이거나 할 수 있다. 또, B, Al, Mg, Cr 및 Ni는, 잔광을 억제할 수 있다고 하는 작용을 갖고 있다.
상기 질화물계 형광 물질은, 청색광의 일부를 흡수하여 황색부터 적색 영역의 빛을 발광한다. 이러한 질화물계 형광 물질과, 황색 발광의 형광 물질, 예를 들면 YAG 계 형광 물질과, 청색의 빛을 발광하는 발광 소자를 조합하면, 황색부터 적색광이 혼색에 의해 난색계(暖色系)의 백색으로 발광하는 발광 장치가 얻어진다. 이 백색계의 혼색광을 발광하는 발광 장치는, 색온도 Tcp= 4600 K 부근에서 특수 연색 평가수 R9를 40 부근까지 높일 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 형광 물질((SrXCa1-X)2Si5N8:Eu)의 제조 방법을 설명하지만, 본 제조 방법에 한정되지 않는다. 상기 형광 물질에는, Mn, O가 함유되어 있다.
원료의 Sr, Ca를 분쇄한다. 원료의 Sr, Ca는, 단체를 사용하는 것이 바람직하지만, 이미드 화합물, 아미드 화합물 등의 화합물을 사용할 수도 있다. 또한 원료 Sr, Ca에는, B, Al, Cu, Mg, Mn, Al2O3등을 함유하는 것이어도 된다. 원료의 Sr, Ca는, 아르곤 분위기 내, 글로브 박스 내에서 분쇄를 행한다. 분쇄에 의해 얻어진 Sr, Ca는, 평균 입경이 약 0.1 ㎛ 내지 15㎛ 인 것이 바람직하지만, 이 범위에 한정되지 않는다. Sr, Ca의 순도는, 2N 이상인 것이 바람직하지만, 이것에 한정되지 않는다. 보다 혼합 상태를 좋게 하기 위해서, 금속 Ca, 금속 Sr, 금속 Eu 중 적어도 1 이상을 합금 상태로 한 후, 질화하여, 분쇄 후, 원료로서 이용하는 것도 할 수 있다.
원료의 Si를 분쇄한다. 원료의 Si는, 단체를 사용하는 것이 바람직하지만, 질화물 화합물, 이미드 화합물, 아미드 화합물 등을 사용할 수도 있다. 예를 들면, Si3N4, Si(NH2)2, Mg2Si 등이다. 원료의 Si의 순도는, 3N 이상의 것이 바람직하지만, Al2O3, Mg, 금속붕화물(Co3B, Ni3B, CrB), 산화망간, H3BO3, B2O3, Cu2O, CuO 등의 화합물이 함유되어 있어도 된다. Si도, 원료의 Sr, Ca와 같이, 아르곤 분위기 내에서, 또는, 질소 분위기 내에서, 글로브 박스 내에서 분쇄를 행한다. Si 화합물의 평균 입경은, 약 0.1 ㎛내지 15㎛ 인 것이 바람직하다.
다음에, 원료의 Sr, Ca를, 질소 분위기 내에서 질화한다. 이 반응식을, 이하의 수학식 1 및 수학식 2에 각각 나타낸다.
Sr, Ca를, 질소 분위기 내에서, 600∼900℃로, 약 5 시간, 질화한다. Sr,Ca는, 혼합하여 질화해도 되고, 각각 개별적으로 질화해도 된다. 이에 따라, Sr, Ca의 질화물을 얻을 수 있다. Sr, Ca의 질화물은, 고순도의 것이 바람직하지만, 시판하고 있는 것도 사용할 수 있다.
다음에, 원료의 Si를, 질소 분위기 내에서 질화한다. 이 반응식을, 이하의 수학식 3에 도시한다.
규소 Si도, 질소 분위기 내에서, 800∼1200 ℃, 약 5 시간, 질화한다. 이에 따라, 질화 규소를 얻는다. 본 발명에서 사용하는 질화 규소는, 고순도의 것이 바람직하지만, 시판하고 있는 것도 사용할 수 있다.
Sr, Ca 또는 Sr-Ca의 질화물을 분쇄한다. Sr, Ca, Sr-Ca의 질화물을, 아르곤 분위기 내에서, 또는, 질소 분위기 내에서, 글로브 박스 내에서 분쇄를 행한다.
마찬가지로, Si의 질화물을 분쇄한다. 또한, 마찬가지로, Eu의 화합물 Eu2O3을 분쇄한다. Eu의 화합물로서, 산화유로퓸을 사용하지만, 금속유로퓸, 질화유로퓸 등도 사용 가능하다. 이 외, N의 원료는, 이미드 화합물, 아미드 화합물을 이용하는 것도 할 수 있다. 산화유로퓸은, 고순도의 것이 바람직하지만, 시판하고 있는 것도 사용할 수 있다. 분쇄 후의 알칼리토류 금속의 질화물, 질화 규소 및 산화유로퓸의 평균 입경은, 약 0.1 ㎛ 내지 15㎛ 인 것이 바람직하다.
상기 원료 중에는, Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이 함유되어 있어도 된다. 또한, Mg, Zn, B 등의 상기 원소를 이하의 혼합 공정에서, 배합량을 조절하여 혼합할 수도 있다. 이들 원소는, 단독으로 원료 중에 첨가할 수도 있지만, 통상, 화합물의 형태로 첨가된다. 이러한 종류의 화합물에는, H3BO3, Cu2O3, MgCl2, MgO·CaO, Al2O3, 금속붕화물(CrB, Mg3B2, AlB2, MnB), B2O3, Cu2O, CuO 등이 있다.
상기 분쇄를 행한 후, Sr, Ca, Sr-Ca의 질화물, Si의 질화물, Eu의 화합물 Eu2O3을 혼합하고, Mn을 첨가한다. 이들의 혼합물은, 산화되기 쉽기 때문에, Ar 분위기 내에서, 또는, 질소 분위기 내에서, 글로브 박스 내에서, 혼합을 행한다.
마지막으로, Sr, Ca, Sr-Ca의 질화물, Si의 질화물, Eu의 화합물 Eu2O3의 혼합물을 암모니아 분위기 내에서, 소성한다. 소성에 의해, Mn이 첨가된(SrXCa1-X)2Si5N8:Eu로 나타내어지는 형광 물질을 얻을 수 있다. 단, 각 원료의 배합 비율을 변경함으로써, 목적으로 하는 형광 물질의 조성을 변경할 수 있다.
소성은, 관형 화로, 소형 화로, 고주파 화로, 메탈 화로 등을 사용할 수 있다. 소성 온도는, 1200 내지 1700 ℃의 범위에서 소성을 행할 수 있지만, 1400 내지 1700℃의 소성 온도가 바람직하다. 소성은, 서서히 승온을 행하여 1200 내지 1500 ℃에서 수 시간 소성을 행하는 일단계 소성을 사용하는 것이 바람직하지만, 800 내지 1000 ℃에서 일단계 째의 소성을 행하고, 서서히 가열하여 1200 내지 1500 ℃에서 2단계 째의 소성을 행하는 2단계 소성(다단계 소성)을 사용할 수도 있다. 형광 물질의 원료는, 질화 붕소(BN) 재질의 도가니, 보우트를 이용하여 소성을 행하는 것이 바람직하다. 질화 붕소 재질의 도가니 외에, 알루미나(Al2O3) 재질의 도가니를 사용할 수도 있다.
이상의 제조 방법을 사용함으로써, 목적으로 하는 형광 물질을 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 실시의 형태에 이용하는 것이 가능한 붉은 빛을 띤 빛을 발광하는 형광 물질은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, Y2O2S:Eu, La2O2S:Eu, CaS:Eu, SrS:Eu, ZnS:Mn, ZnCdS:Ag, Al, ZnCdS:Cu, Al 등을 들 수 있다.
이상과 같이하여 형성되는 알루미늄 가넷계 형광체, 및 질화물계 형광체로 대표되는 적색계의 빛을 발광하는 것이 가능한 형광체는, 발광 소자의 주변에서 한 층으로 이루어지는 형광체층 중에 두 종류 이상 존재해도 되고, 2층으로 이루어지는 형광체층 중에 각각 한 종류 또는 두 종류 이상 존재해도 된다. 형광체층의 형성은, 투광성 수지나 유리 등의 투광성 무기 부재를 결착제로 하여 포팅이나 공판 인쇄 등에 의해 행한다. 또한, 반도체 발광 소자가 지지체에 고정된 후 형성하는 방법, 반도체 웨이퍼 상태에서 형성한 후 칩화하는 방법, 또는 이들의 방법을 병용하는 방법이 채용된다. 이러한 구성으로 하면, 서로 다른 종류의 형광체로부터의 빛의 혼색에 의한 혼색광이 얻어진다. 이 경우, 각 형광 물질로부터 발광되는 빛을 보다 좋게 혼색하고 또한 색 얼룩을 감소시키기 위해서, 각 형광체의 평균 입경 및 형상은 유사하게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 질화물계 형광체는, YAG형광체에 의해 파장 변환된 빛의 일부를 흡수하는 것을 고려하고, 질화계 형광체가 YAG 계 형광체보다 발광 소자에 가까운 위치에 배치되도록 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, YAG 형광체에 의해 파장 변환된 빛의 일부가 질화물계 형광체에 흡수되는 일이 없게 되어, YAG 계 형광체와 질화물계 형광체를 혼합하여 함유시킨 경우와 비교하여, 혼색광의 연색성을 더욱 향상시킬 수 있다.
(알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트계 형광 물질)
또한, 적어도 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn으로부터 선택되는 1종을 포함하는 M으로 대표되는 원소와, 적어도 Mn, Fe, Cr, Sn으로부터 선택되는 1종을 포함하는 M'로 대표되는 원소를 갖는 Eu로 활성화된 알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트(halogen apatite) 형광 물질을 이용할 수 있고, 백색계의 혼색광을 고휘도로 발광하는 것이 가능한 발광 장치가 높은 양산성으로 얻어진다. 특히, 적어도 Mn 및/또는 Cl을 포함하는 Eu로 활성화된 알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트 형광 물질은, 내광성이나, 내환경성이 우수하다. 또한, 질화물 반도체로부터 방출된 발광 스펙트럼을 효율적으로 흡수할 수 있다. 또한, 백색 영역을 발광 가능으로 함과 함께 조성에 따라서 그 영역을 조정할 수 있다. 또, 장파장의 자외 영역을 흡수하고 황색이나 적색을 고휘도로 발광하는 것이 가능하다. 그 때문에, 연색성이 우수한 발광 장치로 할 수 있다. 또, 알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트 형광 물질예로서 알칼리토류 금속 클로르애퍼타이트(chlorapatite) 형광 물질이 포함되는 것은 물론이다. 상기 알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트 형광 물질에 있어서, 일반식이 (M1-X-YEuXM'Y)10(PO4)6Q2등으로 나타내어지는 경우(단, M은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종, M'은 Mn, Fe, Cr, Sn으로부터 선택되는 적어도 1종, Q는 할로겐 원소의 F, Cl, Br, 및 I으로부터 선택되는 적어도 1종이다. 0.0001≤X≤0.5, 0.0001≤Y≤0.5이다. 좋은 양산성으로 혼색광이 발광 가능한 발광 장치가 얻어진다.
또한, 상기 알칼리토류 금속 할로겐 애퍼타이트 형광 물질 외에, BaMg2Al16O27:Eu, (Sr, Ca, Ba)5(PO4)3Cl:Eu, SrAl2O4:Eu, ZnS:Cu, Zn2GeO4:Mn, BaMg2Al16O27:Eu, Mn, Zn2GeO4:Mn, Y2O2S:Eu, La2O2S:Eu, Gd2O2S:Eu으로부터 선택되는 적어도 1종의 형광 물질을 함유시키면, 보다 상세한 색조를 조정 가능함과 함께 비교적 간단한 구성으로 연색성이 높은 백색광을 얻을 수 있다. 또한, 상술한 형광 물질은 소망에 대응하여 Eu에 더하여 Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti, 및 Pr 등을 함유시킬 수도 있다.
또한, 본 발명에서 이용되는 형광 물질의 입경은 1 ㎛∼100 ㎛의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎛∼50㎛의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15㎛∼30㎛ 이다. 15㎛보다 작은 입경을 갖는 형광 물질은, 비교적 응집체를 형성하기 쉽고, 액형 수지 내에 있어 밀하게 되어 침강되기 때문에, 빛의 투과 효율을 감소시킨다. 본 발명에서는, 이러한 형광 물질을 갖고 있지 않은 형광 물질을 이용함으로써 형광 물질에 의한 빛의 은폐를 억제하여 발광 장치의 출력을 향상시킨다. 또한 본 발명의 입경 범위인 형광 물질은 빛의 흡수율 및 변환 효율이 높고또한 여기 파장의 폭이 넓다. 이와 같이, 광학적으로 우수한 특징을 갖는 대입경 형광 물질을 함유시킴으로써, 발광 소자의 주 파장 주변의 빛도 양호하게 변환하여 발광할 수가 있어, 발광 장치의 양산성이 향상된다.
여기서 본 발명에 있어서, 입경이란, 체적 기준 입도 분포 곡선에 의해 얻어지는 값이다. 상기 체적 기준 입도 분포 곡선은, 레이저 회절 산란법에 의해 입도 분포를 측정하여 얻어지는 것으로, 구체적으로는, 기온 25 ℃, 습도70%의 환경 하에 있어서, 농도가 0.05% 인 헥사메터인산나트륨(hexametaphosphoric acid) 수용액에 각 물질을 분산시키고, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(SALD-2000A; Shimazu(株) 제)에 의해, 입경 범위 0.03㎛∼700㎛에서 측정하여 얻어진 것이다. 본 명세서에 있어서, 이 체적 기준 입도 분포 곡선에 있어서 적산치가 50% 일 때의 입경치를 중심 입경이라고 하고, 본 발명에서 이용되는 형광 물질의 중심 입경은 15㎛∼50㎛의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 이 중심 입경값을 갖는 형광 물질이 빈도 높게 함유되어 있는 것이 바람직하고, 빈도치는 20%∼50%가 바람직하다. 이와 같이 입경의 변동이 작은 형광 물질을 이용함으로써 색 얼룩이 억제되어 양호한 색조를 갖는 발광 장치가 얻어진다. 또한, 형광 물질은, 본 발명에서 이용되는 확산제와 유사한 형상을 갖는 것이 바람직하다. 본 명세서에 있어서, 유사한 형상이란, 각 입경의 실제 원과의 근사 정도를 나타내는 원형도(원형도= 입자의 투영 면적과 같은 실제 원의 주위 길이/입자의 투영의 주위 길이)의 값의 차가 20% 미만인 경우를 말한다. 이에 따라, 확산제에 의한 빛의 확산과 여기된 형광 물질로부터의 빛이, 이상적인 상태에서 서로 혼합되어, 보다 균일한 발광이 얻어진다.
[공정5: 발광 장치마다 분리]
다음에, 리드 프레임으로부터 각 리드 전극에의 접속부분을 절단하여 개개의 발광 장치로 분리한다. 또, 패키지 측면에 설치된 패키지 측면 오목부(9)에서 패키지를 지지하는 행거 리드를 이용하여, 도 3a 또는 도 6에 도시되는 것 같은 패키지(1)를 성형하는 경우, 이하에 진술하는 포밍을 행한 후, 행거 리드에 의한 지지를 분리하여 개개의 발광 장치로 한다. 행거 리드를 이용함으로써, 포밍 공정이 각 한 쌍의 리드 전극에 대하여 통합하여 행할 수 있기 때문에, 발광 장치의 형성 공정 수를 줄여 작업성을 향상시킬 수 있다.
[공정6: 리드 전극(2)의 포밍]
다음에, 패키지(1)의 단부면으로부터 돌출한 정부 양 리드 전극을, 패키지(1)의 측면에 따라서 절곡되어, J-벤드(Bend)형의 접속 단자부를 형성한다. 여기서, 리드 전극(2)의 접속 단자부란, 리드 전극 중 실장 기판의 도전성 패턴과 접촉하여, 전기적으로 접속할 수 있는 부분을 말한다.
본 실시의 형태에 있어서, 플러스의 리드 전극과 마이너스의 리드 전극이 패키지 주면의 단축측 단부면으로부터 돌출하고 있는 경우, 돌출부는 패키지의 주면에 대향하는 이면 측을 향하여 절곡되는 (예를 들면, 도 1a) 것이 바람직하고, 이에 따라 발광면 측에 실장 땜납 등이 악영향을 미치게 하는 일없이 발광 장치를 배선 기판에 실장할 수 있다. 또, 정부 한 쌍의 리드 전극(2)은 패키지(1) 주면의 길이축측 단부면으로부터 돌출하도록 삽입되어 있고, 리드 전극(2)의 돌출부를 발광면과 수직을 이루는 면을 향하여 절곡되면(예를 들면, 도 4a), 리드 전극의 접속단자부와 실장 기판에 설치한 도전성 패턴과의 접촉 면적을 크게 하여 전기적 접속을 확실하게 할 수가 있어, 실장 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 발광 장치를 실장 기판에 가실장하여 리플로우 공정을 실시할 때에, 발광 장치가 가실장면으로부터 상승하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 리드 전극을 절곡되어 접속 단자부를 형성하는 경우, 성형 부재의 실장면 측의 벽면과 리드 전극의 노출면과는 대략 동일면상에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 발광 장치를 실장 기판에 대하여 안정적으로 실장할 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 접속 단자부의 구조는, J-벤드(Bend)형에 한정되는 것이 아니고, 걸윙형(gull-wing type) 등의 다른 구조이어도 된다. 본 실시의 형태에 있어서, 패키지의 측면 중 리드 전극이 돌출하고 있는 측면 주변은, 도 3a 및 도 6에 도시된 바와 같이 미리 소정의 각도를 주어 테이퍼 형상으로 성형되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 리드 전극(2)의 탄성의 영향을 가미하여 상기 측면에 바짝까지 리드 전극(2)을 절곡함으로써, 발광 장치의 안정된 실장을 고려한 원하는 각도로 리드 전극(2)의 접속 단자부를 형성시키는 것이 용이하게 할 수 있다.
이상과 같은 공정에서 본 실시의 형태의 발광 장치는 제작된다. 또한, 이상과 같이하여 생성되는 실시 형태의 발광 장치를, 기판 위에 외부 전극이 배선되어 이루어지는 배선 기판 위에 소정 간격을 설치하여 배열하여 전기적 도통을 취한다. 배선 기판의 기판 부재는, 열전도성이 우수한 것이 바람직하고, 알루미늄 베이스 기판, 세라믹스 베이스 기판 등을 이용할 수 있다. 또한, 열전도성이 나쁜, 유리 에폭시 기판이나 종이 페놀 기판 위를 이용하는 경우에는, 서멀 패드, 서멀 비아등의 방열 대책을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 발광 다이오드와 배선 기판은, 땜납 등의 도전성 부재로써 도통을 취할 수 있다. 방열성을 고려하면, 은 페이스트를 이용하는 것이 바람직하다.
(투광성 부재)
본원 발명의 반도체 장치는, 렌즈나 도광판 등, 강성의 투광성 수지나 유리로 이루어지는 투광성 부재의 광입사부와 높은 정밀도로 정합하는 형상을 발광면측에 또는 입광측에 설치할 수 있다. 여기서, 본 명세서 중에 있어, 「광출입부」란, 반도체 장치로부터의 빛 또는 반도체 장치로의 빛을 원하는 방향으로 유도하는 투광성 부재에 대하여 설치되는 것으로서, 반도체 장치로부터의 빛이 입사하는 부분(특히「광입사부」라 부르기도 함) 또는 반도체 장치로의 빛이 출사하는 부분(특히「광출사부」라 부르기도 함)이다.
본 실시의 형태에 있어서의 투광성 부재란, 빛의 반사나 굴절을 이용하여, 부재 내에 입사된 발광 장치로부터의 빛을 소정의 방향으로 유도하여, 소정의 배광성을 갖게 하여 부재 외부로 출사시키는 부재이다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서의 투광성 부재란, 부재에 입사하는 수광 장치 외부로부터의 빛을 수광 소자의 방향으로 집광시키는 것이다.
특히 본 실시의 형태에 있어서, 발광 장치에 사용되는 투광성 부재는, 발광 장치에서의 빛을 각각 개별로 도입하는 광입사부를 갖고 있다. 광입사부의 내벽은, 본 실시의 형태에 따른 발광 장치의 제1 주면과 접하는 제1 장착면과, 제2 주면과 접하는 제2 장착면을 적어도 갖고 있다. 또한, 광입사부에는, 발광 장치 주면에 설치한 절개부(13)와 정합 가능한 형상을 형성할 수 있다.
이와 같이, 본원 발명은, 항상 거의 일정 형상이 되어 얻는 성형 부재를 갖고, 상기 성형 부재에 다른 투광성 부재와의 위치 결정 가능한 형상을 형성함으로써, 높은 수율로 원하는 광학 특성을 갖는 광원을 형성할 수 있다.
(면광원)
도광판과 발광 장치로 이루어지는 광원은, 도광판의 측면에 설치된 광입사부로부터 입사된 광을 다른 측면으로부터 출사시키는 면광원으로 할 수 있다.
본 실시의 형태에 있어서의 도광판이란, 부재 내벽에서의 빛의 반사를 이용하여, 부재 내에 입사된 발광 장치에서의 빛을 소정의 방향으로 유도하여, 소정의 면에서 부재 외부로 출사시키는 판형의 투광성 부재이다. 특히, 본 실시의 형태에 있어서의 도광판이란, 예를 들면 액정용 백 라이트 등의 면광원으로서 이용할 수 있는 광출사면을 갖는 판형의 도광체를 말한다.
도광판의 재료는, 광 투과성, 성형성이 우수한 것이 바람직하며, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 비정질 폴리올레핀 수지, 폴리스틸렌 수지 등의 유기 부재나, 유리 등의 무기 부재를 이용할 수 있다. 또한, 도광판의 표면은, 투과율 전반사광율을 향상시키기 위해서, 면세정도(profile irregularity) Ra가 25㎛(JIS 규격 참조) 이하가 바람직하다.
이러한 도광판은, 광입사부에 설치된 장착면과 발광 장치의 주면이 대향하도록 장착된다. 도광판의 장착 방법은, 나사 고정, 접착, 용착 등, 위치 결정이 용이하고 접합 강도가 확실하게 얻어지는 방법을 이용할 수 있어, 사양이나 요구에따라서 선정할 수 있다. 본 실시예의 형태에서는, 패키지의 제2 주면과 도광판의 단부면을 접착제로써 고착한다. 또한, 본원 발명의 면형 발광 광원은, 상측에 확산 시트를 설치할 수 있다. 이와 같이 본원 발명의 면형 발광 광원은, 상측에 배치된 확산 시트 등의 다른 부재를 조사하는 직하형 백 라이트 광원으로서 이용할 수도 있다. 확산 시트의 선정은, 도광판의 막 두께, 성능을 좌우한다. 그 때문에, 사양/요구에 따라서 그 때마다, 검증을 행하고 선정하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 내열성이 우수한 폴리카보네이트제로 막 두께가 20 ㎜인 도광판에 대하여, 헤이즈 값(haze value) 88%∼90%(JIS 규격 참조)로 막 두께 100 ㎛ 정도의 확산 시트를 사용한다. 이에 따라, 각 광원의 도트 사이가 보다 완화되어, 균일한 발광이 얻어진다. 이러한 확산 시트는, 도광판에 직접 접착 또는 용착 등에 의해 장착하는 것이 가능하다. 또한 상측에 커버 렌즈를 설치하는 경우, 상기 커버 렌즈와 도광판의 사이에 끼움으로써 고정할 수도 있다. 확산 시트와 도광판과의 거리는, 0 ㎜∼10 ㎜이 바람직하다. 확산 시트의 재질은, 주로 PET가 이용되지만, 발광 다이오드의 발열에 대하여 변형이나 변질하지 않는 재료이면 특별히 한정되지 않는다.
이와 같이 하여 얻어진 면형 발광 광원은, 발광면 한면에서 균일성으로 또한 고휘도의 발광을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시예에 대하여 상술한다. 또, 본 발명은 이하에 도시하는 실시예에만 한정되지 않은 것은 물론이다.
(실시예1)
도 1에 도시한 바와 같은 표면 실장(SMD)형의 발광 장치를 형성한다. 발광 소자(4)는, 활성층으로서 단색성 발광 피크가 가시광인 475 ㎚의 In0.2Ga0.8N 반도체를 갖는 질화물 반도체 소자를 이용한다. 보다 상세히 설명하면, 발광 소자(4)인 LED 칩은, 세정시킨 사파이어 기판 위에 TMG(트리메틸갈륨) 가스, TMI(트리메틸 인듐) 가스, 질소 가스 및 도우펀트 가스를 캐리어 가스와 함께 흘려, MOCVD 법으로 질화물 반도체를 성막시킴으로써 형성시킬 수 있다. 도우펀트 가스로서 SiH4와 Cp2Mg를 전환함으로써 n형 질화물 반도체나 p형 질화물 반도체가 되는 층을 형성시킨다.
도 8은, 본 실시예에 있어서의 LED 칩의 평면도를 도시하고, 도 9는, 도 8의 파선 AA`에 있어서의 단면도를 도시한다. 본 실시예의 LED 칩의 소자 구조로서는 사파이어 기판(14) 상에, 도핑되지 않은 질화물 반도체인 GaN층, Si 도핑의 n형 전극이 형성된 n형 컨택트층(16)이 되는 n형 GaN층, 도핑되지 않은 질화물 반도체인 GaN 층을 적층시키고, 다음에, 배리어층이 되는 GaN층, 웰층이 되는 InGaN 층을 1 세트로 하여 5 세트 적층하고 마지막으로 배리어층이 되는 GaN 층을 활성층(17)으로 하여 적층시켜 구성하고, 상기 활성층(17)은 다중 양자 웰 구조로 하고 있다. 또한, 활성층(17)상에는 Mg이 도핑된 p형 클래드층(18)으로서 AlGaN층, Mg이 도핑된 p형 컨택트층(19)인 p형 GaN 층을 순차 적층시킨 구성으로 하여 있다. (또, 사파이어 기판(14) 상에는 저온으로 GaN 층을 형성시켜 버퍼층(15)으로 하고 있다. 또한, p형 반도체는, 성막후 400 ℃ 이상으로 어닐링시켜져 있다.)
에칭에 의해 사파이어 기판 위의 질화물 반도체에 동일면 측에서, p형 컨택트층(19) 및 n형 컨택트층(16)의 각 표면을 노출시킨다. 다음에, p형 컨택트층 상에 Rh, Zr를 재료로 하는 스퍼터링을 행하여, 도 8에 도시되는 것 같은 패턴을 갖는 확산 전극(20)을 형성한다. 확산 전극(20)은, p측 시트 전극(21)이 형성되는 위치로부터 LED 칩의 외연 방향으로 연장하는 스트라이부와, 상기 스트라이프의 도중에서 브랜치 분기되고 LED 칩의 외연 방향으로 연신하는 스트라이프로 이루어진다. 보다 상세히 설명하면 본 실시예에 있어서의 확산 전극(20)은, p측 시트 전극(21)의 형성 위치 근방에서 상호 인접하여 LED 칩의 외연을 형성하는 2변에 대하여, 각각 거의 평행하게 상기 형성 위치에서 연신하는 2쌍의 스트라이프와, LED 칩의 대각선 방향(AA` 방향)에 따라 상기 형성 위치로부터 연신하는 부분과, 상기 연신하는 부분의 도중에서 브랜치 분기되어 상기 2변에 대하여 거의 평행하게 되는 방향으로 연신하는 부분을 갖는 스트라이프로 이루어진다. 이러한 확산 전극(20)으로 함으로써, 확산 전극(20)을 흐르는 전류가 p형 컨택트층(19) 상의 광범위에 걸쳐서 넓어지도록 하여, LED 칩의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, W, Pt, Au를 재료로 하는 스퍼터링을 각각 행하여, 확산 전극(20) 및 n형 컨택트층(16)의 일부에 대하여, 각각 W/Pt/Au의 순으로 적층시켜 p측 시트 전극(21)과 n측 시트 전극(22)을 동시에 형성시킨다. 여기서, p측 시트 전극(21)과 n측 시트 전극(22)을 동시에 형성시킴으로써, 전극을 형성하기 위한 공정 수를 줄일 수 있다.
또, 확산 전극(20)에 대신하여, p형 질화물 반도체 상의 전면에ITO(인듐(In)과 주석(Sn)의 복합 산화물)이나, Ni/Au 등의 금속 박막을 투광성 전극으로서 형성시킨 후, 상기 투광성 전극 상의 일부에 p측 시트 전극(21)을 형성해도 된다.
완성된 반도체 웨이퍼에 스크라이브 라인을 그은 후, 외력에 의해 분할시키고 반도체 발광 소자인 LED 칩(광굴절율2.5)을 형성시킨다.
0.15 ㎜ 두께의 철 함유 구리로 이루어지는 긴 금속판에 대하여 펀칭 가공을 실시하여, 각 패키지에 삽입되는 정부 한 쌍의 리드 전극(2)을 복수 갖는 리드 프레임을 형성한다. 또한, 광반사율을 향상시키기 위해서, 리드 프레임 표면에 Ag 도금을 실시한다.
다음에, 정부 한 쌍의 리드 전극(2)이 삽입되어 닫혀진 금형 내에, 패키지(1)의 하면 측에 상당하는 게이트에서 용융된 폴리프탈아미드 수지를 유입시키고 경화시켜, 도 1에 도시하는 패키지를 형성한다. 패키지(1)는, 발광 소자를 수납하는 것이 가능한 오목부를 갖고, 상기 오목부 저면으로부터 플러스 및 마이너스의 리드 전극이 한쪽의 주면이 노출되도록 일체 성형되어 있다. 또한, 패키지(1)의 주면 측은, 측벽부의 주면에 단차를 갖고, 패키지의 내벽면(8)에 의해서 형성되는 오목부측으로부터 제1 주면(1a) 및 제2 주면(1b)을 갖고 있다. 또한, 발광면의 짧은 측인 패키지 측면으로부터 돌출된 리드 전극(2)의 각각은, 패키지 주면에 대향하는 이면 측에서 발광 장치의 내측 방향으로 절곡되어지고 접속 단자부를 형성하고 있다.
이와 같이 형성된 패키지(1)의 오목부의 저면에 노출된 리드 전극(2)의 단부주면에 대하여, 에폭시 수지를 다이 본드재로 하여 LED 칩을 접착하여 고정한다. 다음에, 고정된 LED 칩의 전극과, 패키지(1)의 오목부 저면으로부터 노출된 각 리드 전극(2)을 각각 Au를 주된 재료로 하는 도전성 와이어(5)로써 접속한다.
다음에, 밀봉 부재(3)를 형성한다. 우선, 페닐메틸계 실리콘 수지 조성물 100 wt%(굴절율 1.53)에 대하여, 확산제로서 평균 입경 1.0㎛, 흡유량 70 ml/100 g인 경질탄산칼슘(굴절율 1.62)을 3 wt% 함유시켜, 자전 공전 믹서로써 5분간 교반을 행한다. 다음에 교반처리에 의해 생긴 열을 식히기 위해서, 30분간 방치하여 수지를 실온으로 되돌려 안정화시킨다.
이렇게 해서 얻어진 경화성 조성물을 패키지(1)의 오목부 내에, 오목부의 양단부 상면과 동일 평면 라인까지 충전시킨다. 마지막으로, 70℃ × 3 시간, 및 150 ℃× 1 시간 열 처리를 실시한다. 이에 따라, 오목부의 양단부 상면으로부터 중앙부에 걸쳐서 거의 좌우 대칭의 포물선 형상으로 오목부를 갖는 발광면이 얻어진다. 또한, 경화성 조성물의 경화물로 이루어지는 밀봉 부재(3)는, 확산제의 함유량이 많은 제1 층과, 상기 제1 층보다 확산제의 함유량이 적거나, 또는 함유하지 않은 제2 층의 2층으로 분리해 두고, LED 칩의 표면은 제1 층으로 피복되어 있다. 제1 층은, 오목부의 저면으로부터 LED 칩의 표면에 걸쳐서 연속하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, LED 칩에서 발광되는 빛을 효율적으로 외부로 추출할 수 있음과 함께 양호한 빛의 균일성이 얻어진다.
이와 같이 하여 얻어진 반도체 장치는, 발광면측인 패키지의 주면에서, 제1 주면과 제2 주면이 일정 형상으로 설치되어 있기 때문에, 패키지 주면에 대하여 지지체나 광학 부재 등 모든 부재를 높은 정밀도로 장착할 수 있다.
(실시예2)
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는, 본 실시예에 따른 반도체 장치를 도시한다. 실시예1에 있어서, 패키지(1)의 제2 주면(1b) 상에 원주의 외벽을 구비하는 외에는 같게 하여 반도체 장치를 형성한다.
본 실시예에 따른 반도체 장치는, 외주벽의 내부에 접착제를 배치하여 다른 부재와 접착하면, 접착제는 외주벽 외부(특히, 오목부 내)로 유출하지 않게 되기 때문에, 고착력이 우수하고, 신뢰성이 높은 반도체 장치이다.
(실시예3)
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는, 본 실시예에 따른 반도체 장치를 도시한다. LED 칩의 각 전극 상에 Au 범프를 형성하고, 초음파 접합으로써 패키지 오목부 저면으로부터 노출된 각 리드 전극과 각각 대향시켜 전기적 도통을 취하는 플립칩 실장을 행하는 이외에는 다른 실시예와 마찬가지로 반도체 장치를 형성한다.
본 실시예에 의한 반도체 장치는, 상기 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어지는 것 뿐만 아니라, 반도체 발광 소자의 전극 형성면을 리드 전극에 대한 실장면으로 하여 소자의 기판측으로부터 빛이 추출되기 때문에, 소자의 기판측을 실장면으로 한 발광 장치와 비교하여 방열성 및 빛의 추출 효율이 향상되는 발광 장치이다.
(실시예4)
도 2a, 도 2b, 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b는, 본 실시예에 따른 발광 장치를 도시한다. 실시예3에 있어서, 밀봉 부재 내에 형광 물질을 함유시키는 이외에는, 마찬가지로 하여 발광 장치를 형성한다.
형광 물질은, Y, Gd, Ce의 희토류 원소를 화학양론비로 산에 용해시킨 용해액을 옥살산으로 공침시켜, 이것을 소성하여 얻어지는 공침산화물과, 산화 알루미늄을 혼합하여 혼합원료를 얻는다. 또한 플럭스로서 불화 바륨을 혼합한 후 도가니에 채워, 공기중 1400℃의 온도로 3 시간 소성함으로써 소성품이 얻어진다. 소성품을 수중에서 볼밀하고, 세정, 분리, 건조, 마지막으로 체를 통해서 중심 입경이 8㎛ 인 (Y0.995Gd0.005)2.750Al5O12:Ce0.250형광 물질을 형성한다.
상기 실리콘 수지 조성물(굴절율 1.53)에, 상기 형광 물질(굴절율 1.84) 5.5 wt% 함유시켜, 자전 공전 믹서로써 5분간 교반을 행한다. 이렇게 해서 얻어진 경화성 조성물을 상기 패키지 오목부 내에, 상기 오목부의 양단부 상면과 동일 평면 라인까지 충전시킨다. 마지막으로, 70℃× 2 시간, 및 150 ℃× 1 시간 열 처리를 실시한다.
이에 따라, 발광 소자로부터의 발광과, 상기 발광을 흡수하여 다른 파장을 갖는 빛을 출광하는 형광 물질에 의한 형광과의 혼색광이 발광 가능한 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 오목부의 양단부 상면으로부터 중앙부에 걸쳐서 거의 좌우 대칭의 포물선 형상으로 오목부를 갖는 발광면이 얻어져, 도광판과 조합하면, 상기 도광판에 높은 효율로 빛을 입사시키는 것이 가능하다.
(실시예5)
발광면의 길이축 측인 패키지 측면으로부터 플러스 및 마이너스의 리드 전극을 노출시켜, 그 노출부를 발광면과 수직을 이루는 면측으로 절곡시키는 (예를 들면, 도 4a에 도시된다.) 이외에는 다른 실시예와 마찬가지로 발광 장치를 형성한다.
본 실시예에 따른 발광 장치는, 높은 안정성으로 실장 기판에 실장하는 것이 가능하다.
(실시예6)
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 주면의 대향하는 일단부에 절개부(13)를 설치하는 이외에는 다른 실시예와 마찬가지로 발광 장치를 형성한다. 또한, 본 실시예에 따른 발광 장치의 주면과 대향하는 투광성 부재의 장착면에 대하여, 발광 장치 주면에 설치한 절개부(13)와 정합 가능한 형상을 형성한다.
본 실시예에 따른 발광 장치는, 또한 투광성 부재 등의 다른 부재와의 고착력 및 장착 정밀도를 높일 수 있다.
(실시예7)
도 10은, 본 실시예에 있어서의 면광원의 일 실시예를 도시하는 모식적인 사시도, 도 11은 단면도이다. 또, 도 10에 있어서 보이지 않은 부분은 점선으로 도시한다.
본 실시예에 있어서의 면광원은, 다른 실시예와 마찬가지로 형성되는 발광 장치(32)와, 아크릴 수지를 재료로 하는 투광성 부재인 도광판(31)으로 이루어진다.
본 실시예에 있어서의 도광판(31). 복수의 발광 장치(32)로부터의 빛을 각각 개별로 도광판 내부에 도입하는 광입사부(34)를 일 측면에 갖고, 도광판의 내벽면에서의 반사를 이용하여 다른 일 측면에 설치된 광출사면(35)으로부터 면 형상으로 광을 조사한다. 도광판 내부에 빛을 도입하는 한 측면은, 광입사부(34)의 벽면과, 상기 광입사부(34)의 벽면에 인접하여 발광 장치(32)의 제1 주면(1a)과 접하는 제1 장착면(33a)과, 제2 주면(1b)과 접하는 제2 장착면(33b)을 갖고 있다. 또, 광입사부(34)의 벽면에는, 발광 장치로부터의 빛이 도광판 내에 광범위하게 입사하도록 프리즘 형상(도시하지 않음)을 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 면광원은, 발광 장치의 패키지가 항상 거의 일정 형상이 되어 얻는 성형 부재이고, 상기 성형 부재에 도광판과의 위치 결정 가능한 형상을 형성함으로써, 신뢰성 및 장착성이 우수한 면광원이다.
(실시예8)
도 12, 도 13에 기초하여 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 대하여 설명한다. 도 12는 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 전극 형성면측에서 본 평면도이다. 또한, 도 13은, 도 12의 파선 X-X 에서의 p측 시트 전극(21) 근방의 단면도이고, p측 시트 전극(21)이 형성된 제1 영역의 반도체 적층 구조와, 제2 영역에 설치된 볼록부(23)와의 위치 관계를 나타내고 있다.
본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, p측 시트 전극(21) 및 n측 시트 전극(22)이 동일면 측에 형성되어 있고, 이들의 전극이 형성된 면측으로부터 빛을 방출하는 구성이다. 반도체 발광 소자를 구성하는 반도체 적층 구조는, 다른 실시예와 같이, 사파이어 기판(14)상에 GaN 버퍼층(15), 비도핑 GaN층, n형 컨택트층(16)이 되는 Si 도핑 GaN층, n형 클래드층이 되는 Si 도핑 GaN층, 활성층(17)이 되는 InGaN층, p형 클래드층(18)이 되는 Mg 도핑 AlGaN층, p형 컨택트층(19)이 되는 Mg 도핑 GaN 층이, 순차 적층된 층 구조를 갖는다. 또한, Mg 도핑 GaN층, Mg 도핑 AlGaN층, InGaN층, Si 도핑 GaN층, Si 도핑 GaN 층이 부분적으로 에칭 등에 의해 제거되고, Si 도핑 GaN 층의 노출면에 n측 시트 전극(22)이 형성되고, Mg 도핑 GaN 층에는 p측 시트 전극(21)이 형성되어 있다. n측 시트 전극(22)은, n형 컨택트층 측으로부터 순서대로 W, Pt, Au가 적층되어 이루어진다. p측 시트 전극(21)이 형성되는 확산 전극(20)은 p형 컨택트층의 거의 전면에 형성됨과 함께 p형 컨택트층 측으로부터 순서대로 Ni, Au가 적층되어 이루어지고(또는, Ni와 Au의 합금), p측 시트 전극(21)은 n 측 전극과 같이 W, Pt, Au가 적층되어 이루어진다. 또한, 발광 영역을 확보하기 위해서, 확산 전극(20)은 n측 시트 전극(22)을 부분적으로 둘러싸고 있다.
여기서, n형 컨택트층(16)은, 전극 형성면측으로부터 보아, p측 시트 전극(21)을 갖는 반도체 적층 구조가 형성된 제1 영역과, 상기 제1 영역과는 다른 제2 영역으로 구성되고, 상기 제2 영역에는 n측 시트 전극(22) 및 복수의 볼록부(23)가 형성되어 있다. 도 13에 도시한 바와 같이, 제2 영역에 설치된 각 볼록부(23)의 꼭대기부는, 반도체 발광 소자의 단면에 있어서, 활성층(17)보다도 p형 컨택트층(19)측에 위치한다. 즉, 볼록부(23)의 꼭대기부가 활성층(17)보다도 높아지도록 형성되어 있다. 본 실시예의 반도체 발광 소자는 DH 구조이기 때문에,볼록부(23)의 꼭대기부는, 적어도 활성층(17)과 그것에 인접하는 n형 반도체층과의 계면보다 높으면 되지만, 활성층(17)과 그것에 인접하는 p형 반도체층과의 계면보다 높은 것이 보다 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 활성층(17)으로부터 단부면(측면) 방향으로 출사된 광이, 볼록부(23)에 임한 빛의 진행 방향을, 예를 들면, 전극 형성면측이 되는 관측면측으로 변경할 수 있다. 또한, 단부면으로부터 측면 외부로 출사된 광이 복수의 볼록부(23)에 의해 산란을 일으켜, 그 결과광의 추출, 빛의 지향성 제어를 효과적으로 행할 수 있다. 또한, n형 컨택트층(16) 내를 도파하는 빛이 볼록부(23)의 근본(n형 컨택트층(16)과 볼록부(23)의 접속부분)에서 난반사되어, 빛을 효과적으로 추출할 수 있다. 또한, n형 컨택트층(16)으로부터 볼록부(23) 내부에 빛이 들어가, 볼록부(23)의 꼭대기부 또는 그 도중 부분으로부터 재차 광이 외부로 출사될 수 있다. 특히, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 볼록부(23)에 의해, 활성층(17)으로부터 단부면(측면) 방향으로 직접 출사된 광의 진행 방향을 발광 관측면측으로 변경시킬 수 있기 때문에, 빛의 지향성 제어를 효과적으로 행할 수 있다.
또한, 상기 효과는, 볼록부 단면에 있어서, 반도체 적층 방향 즉 n형 컨택트층(16)측으로부터 p형 컨택트층(19)측을 향하여, 볼록부(23)의 폭이 서서히 가늘게 되도록 경사지게 함으로써, 보다 큰 것이 된다. 즉, 볼록부(23)의 측면에 고의로 각을 줌으로써, 활성층(17)으로부터의 빛을 볼록부(23)의 측면에서 전 반사시켜, 또는, n형 컨택트층(16)을 도파한 빛을 산란시켜, 결과적으로 발광 관측면측으로의광방출을 효과적으로 행할 수 있다. 볼록부(23)의 경사각은, 40°∼80°이 바람직하고, 다음에 50°∼75°, 또한 60°∼65°가 보다 바람직하다. 볼록부 단면이 사다리꼴인 경우도 마찬가지다.
또한, 볼록부(23)는, 제1 영역에 가까운 측의 경사각과 먼 측의 경사각이 대략 동일한 것이 바람직하다. 이 이유는 분명하지 않지만, 각 경사각이 동일하기 때문에, 전체적으로 균일한 광방출(빛 지향성의 제어)이 가능하게 되고 있는 것으로 생각된다. 경사각은 전에 기재한 범위에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 볼록부 단면의 형상이 사다리꼴, 즉 볼록부 자체가 원추대 형상인 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 빛의 지향성 제어가 보다 용이하게 됨과 함께, 전체적으로 보다 균일한 광방출이 가능해진다. p형 컨택트층(19)측으로부터 빛을 방출하고, p 측 컨택트층(19)을 관측면으로 하는 경우에, 볼록부(23)의 관측면측이 정점을 포함하지 않고서 평면을 포함함으로써, 이 효과가 얻어지는 것으로 생각된다.
또한, 볼록부 단면의 형상이 사다리꼴인 경우, 사다리꼴의 상변(p 측)에 있어서, 또한 오목부를 구비하는 것도 할 수 있다. 이에 따라, n형 컨택트층 내를 도파하여 온 빛이 볼록부 내부에 침입했을 때에, 볼록부의 꼭대기부에 형성된 오목부에 의해, 관측면측으로 빛이 출사되기 쉽게 되기 때문에 바람직하다.
또한, 본 실시예에 있어서의 반도체 소자는, n형 컨택트층(16)의 제1 영역에 형성된 반도체 적층 구조의 출사 단부면과 거의 수직을 이루는 방향에서, 2 이상, 바람직하게는 3 이상의 볼록부가 적어도 부분적으로 중복하여 배치되어 있는 것이바람직하다. 이에 따라, 제1 영역으로부터 출사된 광이 높은 확률로 볼록부(23)를 지나게 되기 때문에, 상기 효과를 보다 용이하게 얻을 수 있다.
본 실시예에 있어서의 볼록부(23)는, n측 시트 전극(22)의 형성 시에, n형 컨택트층(16)을 노출하는 공정과 동시에 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 동일면 측에, p 측 및 n 측 전극을 구비하는 구조이기 때문에, 기판 위에 p형 컨택트층까지를 적층한 후에, 반도체 적층 구조의 p 측으로부터 적어도 n 측 전극에 대응하는 영역을 n형 컨택트층이 노출하도록 제거하는 것이 필요해진다. 상세하게는, 예를 들면, p형 컨택트층(19)을 적층한 후에, 레지스트막을 도포하여 원하는 패턴으로 노광하고, 잔존하는 레지스트막을 마스크로 하여 이용하고, 후에 p 측 전극을 형성할 부위(제1 영역), 및 볼록부(23)를 형성하여야 할 부위(제2 영역의 일부분) 이외를 n형 컨택트층(22)이 노출할 때까지 에칭 등에 의해 제거한다. 이에 따라, n 측 전극을 형성하는 노출면을 형성함과 함께 볼록부(23)를 동시에 형성할 수 있으므로, 공정을 간략화하는 것이 가능해진다.
이상과 같이 형성된 볼록부(23)는, 제1 영역에서의 반도체 적층 구조와 동일한 적층 구조를 구비한다. 그러나, 제1 영역에 포함되는 활성층(17)은 발광층으로서 기능하지만, 제2 영역의 볼록부에 포함되는 활성층(17)은 발광층으로서 기능하지 않는다. 이것은, 제1 영역이 p 측 전극을 갖는 데 대하여, 제2 영역(볼록부(23))에는 p 측 전극이 형성되어 있지 않기 때문이다. 즉, 제1 영역의 활성층(17)은 통전에 의해 캐리어(정공 및 전자)가 공급될 수 있는 데 대하여, 제2영역에 설치된 볼록부(23)의 활성층(17)에는 통전에 의해 캐리어는 공급되지 않는다. 이와 같이, 본원 발명의 볼록부(23)는 그것 자체로 발광할 수 있는 것이 아니다. 만일, 볼록부(23)에 p 측 전극을 형성하여 볼록부 내부에 전류를 흘려 볼록부에 포함되는 활성층을 발광시키면, 전류 경로가 좁게 됨으로써 구동 전압이 상승하게 되어 바람직하지 못하다. 또한, 볼록부(23)에 있어서의 활성층 자체의 면적도 작기 때문에 발광에는 거의 관여하지 않기 때문에, 발광에 직접 관여하는 제1 영역과, 발광에 직접 관여하지 않는 제2 영역으로 분할하고 볼록부를 형성하는 것이 바람직하다.
여기까지 설명한 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 가로 방향(LED의 측면 방향)으로 출사하는 빛을 감소시키고, 위 방향(관측면측)으로 선택적으로 출사시키는 것이다. 따라서, 유기물로 이루어지는 지지체에 반도체 발광 소자를 배치했을 때에, 그 지지체 자체의 수명을 길게 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 반도체 발광 소자 측면으로부터 출사되는 빛에 의해 지지체가 열화하는 것을 대폭 경감할 수 있다. 이러한 효과는, 지지체의 표면(특히, 반도체 발광 소자가 장착되는 오목부를 형성하는 내벽면)이 반도체 발광 소자의 측면에 가까울수록 현저하게 된다.
또한, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, n측 시트 전극(22)과 확산 전극(20)과의 사이의 영역에 볼록부(23)를 형성하지 않지만, 상기 영역에 볼록부(23)를 형성해도 된다. n측 시트 전극(22) 주변부는 비교적 발광이 강하기 때문에, n측 시트 전극(22)과 확산 전극(20)과의 사이에 볼록부(23)를 설치함으로써, 상기한 효과를 또한 향상시킬 수 있다.
이상 설명하였던것 같은 길이 방향과 짧은 방향을 갖는 형상의 반도체 발광 소자를 다른 실시예와 같이 패키지의 오목부 저면에 장착한다. 이 때, 오목부 저면의 길이 방향과 반도체 발광 소자의 길이 방향 및 오목부 저면의 짧은 방향과 반도체 발광 소자의 짧은 방향이 각각 거의 평행하게 되도록 위치 결정하여 장착한다. 즉, 길이 방향과 짧은 방향을 갖는 형상의 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자의 크기 및 형상에 대응하는 오목부 저면을 갖는 패키지를 구비하는 발광 장치로 한다. 이에 따라, 패키지를 박형화함으로써 오목부 저면이 길이 방향과 짧은 방향을 갖는 형상이 되더라도, 상기 오목부 저면 전체에 걸쳐 반도체 발광 소자가 장착되는 영역으로 할 수 있고, 또한 발광 장치의 광방출 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 반도체 발광 소자의 크기가 패키지의 오목부 저면의 전체에 걸치는 크기로 하면, 반도체 발광 소자의 측면과 오목부의 내벽면이 근접하여 대향하게 되는데, 반도체 발광 소자에 설치한 상기 볼록부에 의해, 반도체 적층 구조 단부면으로부터의 출광을 관측면 방향으로 향하게 할 수 있다. 그 때문에, 본 실시예에 따른 발광 장치는, 반도체 발광 소자 측면으로부터 출사되는 빛에 의해 생기는 유기 재료 사용의 지지체의 열화를 대폭 경감할 수 있다.
(실시예9)
도 14에 기초하여, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 제1 영역에서의 반도체 적층 구조의 형상과, 그것에 수반하는 확산 전극(20)의 형상과, 볼록부(23)의 형성 영역이상이한 외에는, 상술한 실시예8에 있어서의 반도체 발광 소자와 마찬가지의 구성이다. 즉, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, pn 전극 배치면측으로부터 보아, n측 시트 전극(22)과 p측 시트 전극(21)과의 사이에 위치하는 제1 영역이 잘록한 부분(constricted region)을 갖고 있고, 또한 그 잘록한 부분 내에 복수의 볼록부(23)가 형성되어 있다. 이에 따라, 발광 및 관측면측으로의 광방출을 효과적으로 행할 수 있다.
상세하게는, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, p측 시트 전극(21)과 n측 시트 전극(22)이 파선 X-X 상에 배치되어 있다. 그리고, 도 14에 도시한 바와 같이, 전극 형성면측으로부터 보아, p 측의 확산 전극(20)이 파선 X-X에 따른 길이 형상을 하고 있어, 그에 따라 반도체 발광 소자 자체의 형상도 파선 X-X에 따른 길이 형상을 하고 있다. 또한, p측 시트 전극(21)으로부터 n측 시트 전극(22)으로 흐르는 전류는, 그 경로가 최단이 되도록 주로 파선 X-X의 방향으로 흐른다. 그러나, p측 시트 전극(21)과 n측 시트 전극(22) 사이의 확산 전극(20) 중, 파선 X-X, p측 시트 전극(21), n측 시트 전극(22)의 3 개소로부터 떨어진 영역에는, 전류가 공급되기 어렵고, 그 결과, 다른 영역에 비교하여 발광이 약하다. 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 상기 사정을 고려하여, n측 시트 전극(22)과 p측 시트 전극(21)과의 사이에 위치하는 제1 영역에 잘록한 부분을 설치하여, 본래 발광하여야 할 상기 잘록한 부분에 대응하는 영역의 반도체 적층 구조를 제거하고, 또한 그 잘록한 부분에 복수의 볼록부(23)를 형성함으로써, 결과적으로 양호한 광방출이 실현 가능해 진다. 이것은, 잘록한 부분에 상당하는 발광이 약한 영역을의도적으로 제거하여, 그 제거한 영역에 볼록부를 설치함으로써, 강한 발광이 그대로 측면 외부로 방출되어, 그 방출된 강한 발광이 볼록부를 통하여 관측면측으로 방향 전환하기 때문에, 빛의 추출, 빛의 지향 제어성이 향상되는 것이라고 생각된다.
(실시예10)
도 15에 기초하여, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 제1 영역에서의 반도체 적층 구조의 형상과, 그것에 수반하는 확산 전극(20)의 형상과, 볼록부(23)의 형성 영역이 상이한 외에는, 상기 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자와 마찬가지의 구성이다.
즉, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자는, 볼록부(23)가 설치된 제2 영역이 제1 영역으로 둘러싸이는 것에 의해, 빛의 추출, 빛의 지향 제어성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한 제1 영역으로 둘러싸이는 볼록부(23)를 갖는 제2 영역은, 적어도 그 일부가 파선 X-X 부근에 중복하여 설치되는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 전류는 파선 X-X 방향에 따라서 주로 흐르지만, 제1 영역에서의 파선 X-X 부근의 일부를 의도적으로 제거하고, 그 제거 영역에 복수의 볼록부(23)를 설치함으로써, 결과적으로, 빛의 추출 효율, 빛의 지향성 제어를 효과적으로 향상시킬 수 있다. 이것은, 파선 X-X 상의 일부를 의도적으로 제거함으로써, 전류를 반도체 적층 구조의 보다 넓은 영역으로 넓어지는 것이 가능해짐과 함께, 파선 X-X 상에서 제거한 영역에서의 활성층을 포함하는 반도체 적층 구조 단부면으로부터 출사되는 비교적 강한 빛이, 복수의 볼록부(23)를 통하여 관측면측으로 방향 전환하기 때문에, 빛의 추출, 빛의 지향 제어성이 향상되는 것이라고 생각된다.
또한, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 있어서의 구성은, 상술한 실시예9에 있어서의 반도체 발광 소자의 구성과 병용하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 본 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 대하여, 상기 실시예9에서 설명한 잘록한 부분을 구비함으로써, 상기한 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
또, 상술한 각 실시예에 있어서의 반도체 발광 소자에 있어서의 반도체 적층 구조는, 한정되지 않는다. 각 반도체층에서의 혼정 재료나 혼정비, 적층 수, 적층순 등은, 여러가지의 재료 및 수치로 할 수 있다. 또한, p 측 전극, n 측 전극에 대해서도 마찬가지고, 그 적층순, 구성 재료, 막 두께 등은 임의로 설정할 수 있다.
(실시예11)
본 실시예에 따른 수광 장치는, 실시예1과 같이 형성한 패키지와, 반도체 소자로서 수광 소자를 이용하여, 장치 외부로부터 입사하는 빛을 수광 소자에 집광시키는 렌즈 형상의 투광성 부재를 구비한 광검출기로 한다.
본 실시예에 따른 수광 장치는, 광 입사측인 패키지의 주면에서, 제1 주면과 제2 주면을 형성함으로써, 상기 제1 주면 및 제2 주면에 대응하는 장착면을 갖는 투광성 부재에의 장착 정밀도 및 접착 강도가 높은 수광 장치로 할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 발광 장치는, 발광면측인 패키지의 주면에서, 제1 주면과 제2 주면을 형성함으로써, 다른 부재에의 장착 정밀도 및 접착강도가 높은 발광 장치이다.
길이 방향과 짧은 방향을 갖는 반도체 발광 소자와, 본원 발명에 관한 패키지를 갖는 발광 장치로 함으로써, 발광 장치를 박형화해도 오목부 저면 전체에 걸쳐 반도체 발광 소자가 장착되는 영역으로 할 수 있고, 또한 발광 장치의 광방출 효율을 향상시키고, 유기 재료 사용의 지지체의 열화를 방지할 수 있다.

Claims (14)

  1. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비한 반도체 장치로서,
    상기 지지체의 주면은, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비한 반도체 장치로서,
    상기 지지체의 주면은, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖고, 이 제2 주면은, 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오목 및 볼록 형상은, 내부가 공동의 외주벽을 이루고 있는 반도체 장치.
  4. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비한 반도체 장치로서,
    상기 지지체의 주면은, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖고,
    상기 반도체 소자는, n 측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 n형 컨택트층과 p 측 전극을 갖는 질화물 반도체로 이루어지는 p형 컨택트층을 적어도 갖는 반도체 적층 구조를 구비하며, 상기 n형 컨택트층은, 전극 형성면측으로부터 보아, p 측 전극을 갖는 반도체 적층 구조가 형성된 제1 영역과, 복수의 볼록부를 갖는 제2 영역으로 이루어지고, 상기 볼록부의 꼭대기부는, 상기 반도체 소자 단면에 있어서, 활성층보다도 p형 컨택트층 측에 위치하는 발광 소자인 반도체 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 주면은, 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖고, 상기 오목 및 볼록 형상은, 내부가 공동의 외주벽을 이루고 있는 반도체 장치.
  6. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비하며, 상기 지지체의 주면이, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면 및 제2 주면을 갖는 반도체 장치와,
    상기 반도체 장치로부터의 빛 또는 상기 반도체 장치로의 빛을 도광하는 투광성 부재를 갖고,
    상기 투광성 부재는, 상기 반도체 장치의 주면과 정합(fitting)하는 광출입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비하며, 상기 지지체의 주면이, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면과, 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖는 제2 주면을 갖는 반도체 장치와,
    상기 반도체 장치로부터의 빛 또는 상기 반도체 장치로의 빛을 도광하는 투광성 부재를 갖고,
    상기 투광성 부재는, 상기 반도체 장치의 주면과 정합하는 광출입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오목 및 볼록 형상은, 내부가 공동의 외주벽을 이루고 있는 광학 장치.
  9. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 소자는, Al과 Y, Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, Ga, In 및 Sm으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하며, 또한, 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광 물질, 및/또는, N을 포함하고, 또한 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, 및 Zn으로부터 선택된 적어도 하나의 원소와, C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, 및 Hf으로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하며, 희토류 원소로부터 선택된 적어도 하나의 원소로 활성화된 형광 물질을 구비하는 반도체 장치 또는 광학 장치.
  10. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 도전체에 의해 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극을 갖는 지지체를 구비하는 반도체 장치로서,
    상기 지지체의 주면이, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면과, 제2 주면을 갖고,
    상기 오목부 내에 배치되는 지지 기판에 상기 반도체 소자가 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  11. 반도체 소자와, 상기 반도체 소자를 수납하는 오목부를 갖고, 상기 반도체 소자와 접속하는 리드 전극의 단부가 상기 오목부의 저면으로부터 노출되어 이루어지는 지지체를 구비하며, 상기 지지체의 주면이, 상기 오목부의 측으로부터 적어도 제1 주면을 갖고, 이 제1 주면이 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  12. 적어도 두개의 리드 전극의 단부를 성형용 다이(molding die)에 배치하는 공정과,
    이 성형용 다이에 성형 부재를 공급하여, 상기 적어도 두개의 리드 전극의 단부를 피복하는 공정과,
    상기 성형 부재에 열을 가하고, 또한 상기 성형 부재를 냉각함으로써 적어도 두개의 리드 전극을 갖는 지지체를 형성하는 공정과,
    상기 지지체의 주면에 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상이 형성되도록 상기 지지체를 돌출시킴으로써, 상기 성형용 다이로부터 상기 지지체를 떼어내는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 두개의 리드 전극의 단부를 상기 성형 부재에 배치하는 공정 전에, 복수의 리드 전극을 갖는 리드 프레임을 형성하는 공정을 더 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    열을 가하는 공정 시에 제1 주면과 제2 주면이 형성되도록 적어도 두개의 면을 갖는 성형용 다이를 배치하는 공정을 포함하며, 돌출 부재로 성형용 다이로부터 지지체를 떼어내는 공정에 의해 상기 제2 주면에 오목 형상 및 볼록 형상 중 적어도 하나의 형상이 형성되는 반도체 장치의 제조 방법.
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