JP2007273764A - 半導体発光装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光取り出し効率の高い半導体発光装置を提供する。
【解決手段】中間基板２０上に突起電極４０を介して半導体チップ３０をフリップチップ接続して構成された発光部１０と、半導体チップ３０上に設けられた封止部５０とを備える。封止部５０は屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率１．６以上１．８以下）により構成されている。これにより、半導体チップ３０の光射出側の表面がエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率１．５程度）よりも高い材料、例えばサファイア（屈折率１．７６程度）からなる場合には、封止部５０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が基板３１側から封止部５０側に進んだときの、基板３１と封止部５０との界面３１Ａにおける臨界角が極めて大きくなる。
【選択図】図１

Description

本発明はレンズ兼用の封止部を備えた半導体発光装置およびその製造方法に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）等の半導体発光装置はその用途に応じて様々な構成を採り得るが、例えば、インターポーザ上に半導体チップをフリップチップ接続してなる半導体発光素子と、半導体チップを覆う封止部とを備えたものがある。この半導体発光装置は、主に照明装置に適用されるものであり、封止部は、半導体チップを外部環境から保護するだけでなく、レンズとして兼用されている。

なお、眼鏡用レンズの技術分野では、眼鏡用レンズの材料として、例えば、特許文献１〜特許文献４に記載の材料が用いられている。
特許２９８９７８７号 特許３１５５９２５号 特許３４３９５８２号 特許３４９１６６０号

封止部の材料としては、従来から、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などが主に用いられている。ところが、これらの樹脂では屈折率が１．５程度しかないので、半導体チップの光射出側の表面が屈折率１．５よりも大きい材料、例えば、屈折率１．７６程度のサファイアで構成されている場合には、半導体チップと封止部との界面における屈折率差が大きくなる。そのため、光が半導体チップ側から封止部側に進んだときの、半導体チップと封止部との界面における臨界角が小さくなるので、光が半導体チップ側から封止部側に進んだときに、半導体チップと封止部との界面で全反射を起こす割合が多くなる。その結果、反射された光の多くは半導体チップ内の活性層などで吸収されてしまうので、従来の材料では、光取り出し効率を向上させることが容易ではなかった。

そこで、上記特許文献１〜特許文献４に記載されているような、エポキシ樹脂などよりも屈折率の大きな熱硬化性樹脂を封止部の材料として用いることが考えられる。この熱硬化性樹脂は、短時間で硬化させると硬化の過程で反応ガスが発生しやすく、硬化後にその内部に気泡が残留しやすい性質を有している。そのため、一般的には２０時間前後、あるいはさらに長時間をかけてゆっくりと重合硬化させることが好ましい。しかし、そのように熱硬化性樹脂をゆっくりと重合させることにより封止部を製造していたのでは、製造コストが上昇してしまう。そこで、上記した時間よりも短時間で製造することが考えられるが、単に製造時間を短縮すると、封止部内に気泡による空洞が生じ易い。この空洞は光を散乱する作用を有するので、封止部内に空洞が生じた場合には、光の散乱により光取り出し効率が低下してしまう虞がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光取り出し効率の高い半導体発光装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体発光装置は、１または複数の半導体発光素子と、１または複数の封止部とを備えたものである。封止部は、屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を含んで構成され、各半導体発光素子の光出力側の表面に設けられている。

本発明の半導体発光装置の製造方法は、１または複数の半導体発光素子を内部に固定するための固定部を有する母型を用意したのち、以下の（Ａ）〜（Ｄ）の工程を行うものである。
（Ａ）各半導体発光素子を固定部に固定する工程
（Ｂ）母型内部を減圧する工程
（Ｃ）母型内部に屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を注入する工程
（Ｄ）各半導体発光素子が固定部に固定され、母型内部に熱硬化性樹脂が注入され、かつ母型内部が減圧された状態で、母型内部に注入した熱硬化性樹脂を加熱し硬化させる工程

本発明の半導体発光装置およびその製造方法では、封止部の材料として屈折率が１．６以上１．８以下の高屈折率の熱硬化性樹脂を用いるようにしたので、半導体発光素子の光射出側の表面がエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率１．５程度）よりも高い材料、例えば屈折率１．７６程度のサファイアにより構成されている場合には、封止部の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が半導体チップ側から封止部側に進んだときの、半導体チップと封止部との界面における臨界角が極めて大きくなる。

また、本発明の半導体発光装置の製造方法では、母型内を減圧した状態で、熱硬化性樹脂を加熱し硬化させるようにしたので、硬化の過程で発生する反応ガスが熱硬化性樹脂から母型の外部に排出される。

本発明の半導体発光装置によれば、封止部の材料として屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を用いるようにしたので、光が半導体チップ側から封止部側に進んだときの、半導体チップと封止部との界面における臨界角を極めて大きくすることができる。これにより、半導体チップ側から封止部側に進む光が半導体チップと封止部との界面で全反射を起こす割合を極めて小さくすることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。ここで、封止部を製造する際に、減圧した状態で、熱硬化性樹脂を加熱し硬化させるなど、硬化の過程で発生する反応ガスを熱硬化性樹脂内から外部へ排出するようにした場合には、封止部の内部に散乱因子の空洞が生じる虞がなくなる。これにより、封止部の内部の空洞に起因する光の散乱が生じなくなるので、光取り出し効率をさらに向上させることができる。

本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、封止部の材料として屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を用いるようにしたので、光が半導体チップ側から封止部側に進んだときの、半導体チップと封止部との界面における臨界角を極めて大きくすることができる。これにより、半導体チップ側から封止部側に進む光が半導体チップと封止部との界面で全反射を起こす割合を極めて小さくすることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。また、母型内を減圧した状態で、熱硬化性樹脂を加熱し硬化させるようにしたので、硬化の過程で発生する反応ガスが熱硬化性樹脂から母型の外部に排出され、硬化後に封止部の内部に空洞が残留する虞がなくなる。これにより、封止部の内部の空洞に起因する光の散乱が生じなくなるので、光取り出し効率をさらに向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１の実施の形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード１（半導体発光装置）の断面構造（図１（Ｂ）のＡ−Ａ矢視方向の断面構造）を表すものである。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の発光ダイオード１の底面を表すものである。なお、図１（Ａ），（Ｂ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

発光ダイオード１は、発光部１０上に封止部５０を備えたものである。発光部１０は、中間基板２０上に半導体チップ３０を、突起電極４０を介してフリップチップ接続して構成されたものである。なお、半導体チップ３０および突起電極４０からなる素子が、本発明の「半導体発光素子」の一例に相当する。

中間基板２０は絶縁基板２１を有しており、発光ダイオード１側の面にはパターニングされた複数の電極部２２が設けられている。その電極部２２は絶縁基板２１内に設けられたビア２３を介して、発光ダイオード１とは反対側の面にパターニングされた下部配線２４に電気的に接続されている。ここで、絶縁基板２１は、例えば、絶縁性の樹脂やセラミック材料からなり、電極部２２および下部配線２４は、高反射率の金属材料、例えば、金（Ａｕ），銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ）などからなり、ビア２３は、例えば、Ｃｕからなる。

半導体チップ３０は、基板３１（図２参照）の一面側に、ｎ型半導体層、発光領域を含む活性層、ｐ型半導体層をこの順に積層した半導体積層構造（いずれも図示せず）を有する。また、半導体チップ３０の中間基板２０側にｎ側電極およびｐ側電極（図示せず）がそれぞれ設けられている。ここで、基板３１は、半導体チップ３０の中間基板２０とは反対側に設けられており、発光領域からの光を透過することが可能な材料、例えばサファイアからなる。つまり、発光部１０は、発光領域からの光を、基板３１側（上面側）から出力することの可能な上面発光型の発光素子である。半導体積層構造は、例えば、ＧａＮ系またはＩｎＧａＮ系の半導体材料からなる。ｐ側電極は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）およびＡｕをこの順に積層した構造を有しており、ｐ型半導体層と電気的に接続されている。ｎ側電極は、例えば、Ａｕとゲルマニウム（Ｇｅ）との合金，ＮｉおよびＡｕをこの順に積層した構造を有しており、ｎ型半導体層と電気的に接続されている。

突起電極４０は、中間基板２０の電極部２２と、半導体チップ３０のｎ側電極およびｐ側電極とを互いに接着させると共に、互いに電気的に接続させることの可能な金属材料、例えばＡｕ半田からなる。

封止部５０は、発光部１０の半導体チップ３０側に設けられており、半球面と平面とを有する多面体である。平面側の中央部分に突起電極４０および半導体チップ３０が埋め込まれており、平面の一部および中間基板２０の電極部２２が互いに接している。これにより、封止部５０は、半導体チップ３０を外部環境から保護するだけでなく、光の発散角を狭めるレンズとして機能するようになっている。また、この封止部５０は中間基板２０の幅よりも広い幅を有しており、発光ダイオード１を底面側から見ると、中間基板２０が封止部５０の中央部分に配置されているように見える。このように、封止部５０の幅を中間基板２０の幅よりも大きくすることにより、後述の製造工程において、混合溶液５０Ｂ（図４（Ａ）参照）を下母型１２０の窪み１２１に注入する際に、中間基板２０が混合溶液５０Ｂの注入口１１４と窪み１２１との間が遮られるのを防止することができる。

この封止部５０は、屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）により構成されている。このような高屈折率の熱硬化性樹脂としては、例えば、硫黄や環状炭化水基を含有するエポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂がある。なお、この熱硬化性樹脂は、モノマーの熱硬化性樹脂と重合触媒との混合溶液５０Ｂを、重合反応による硬化によって得られるものである。これにより、半導体チップ３０の光射出側の表面（基板３１の表面）がエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えばサファイア（屈折率ｎ１＝１．７６程度）からなる場合（図２参照）には、封止部５０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が基板３１側から封止部５０側に進んだときの、基板３１と封止部５０との界面３１Ａにおける臨界角が極めて大きくなる。なお、基板３１の表面が封止部５０よりも低い屈折率の材料からなる場合には、光が基板３１側から封止部５０側に進んだときに、界面３１Ａで全反射することはない。

このような構成を有する発光ダイオード１は、例えば次のようにして製造することができる。なお、発光部１０は公知の製造方法で製造することが可能であることから、その製造方法についての説明は省略し、以下では、発光部１０に封止部５０を設ける工程の一例について説明する。

さて、発光部１０に封止部５０を設けるに際しては、図３（Ａ）に示したような母型が用いられる。この母型は、上母型１１０と、下母型１２０とを備えており、上母型１１０には、その外縁部にオーリング１１１が、中央部に発光部１０を保持するためのチャック１１２がそれぞれ設けられている。ここで、オーリング１１１は、母型内部から混合溶液５０Ｂが漏れ出さないようにするためのものである。上母型１１０にはまた、母型内の空気を排気するための排気口１１３と、母型内に混合溶液５０Ｂを注入するための注入口１１４とがそれぞれ設けられている。注入口１１４には混合溶液５０Ｂの注入を制御する弁１１５が設けられており、注入口１１４はその弁１１５を介して樹脂供給管１１６に接続されている。また、下母型１２０には、その中央部に混合溶液５０Ｂを成型するための窪み１２１が形成されており、その窪み１２１は、本実施の形態では半球形状となっている。なお、図示していないが、この母型は真空ポンプに接続されたチャンバ内に配置されており、排気口１１３を介して母型内を減圧することができるようになっている。また、このチャンバ内には、加熱・冷却する加熱冷却器（図示せず）が設けられており、これを用いて母型内の混合溶液５０Ｂを加熱・冷却することができるようになっている。

まず、上母型１１０のチャック１１２に発光部１０を保持させたのち、上母型１１０と、下母型１２０とを重ね合わせ、母型内を気密状態とする（図３（Ｂ））。続いて、真空ポンプを駆動させて、チャンバ内の空気を排気すると共に、母型内の空気を排気口１１３から排気する。その後、母型内が減圧されて真空状態になったら、弁１１５を開けて混合溶液５０Ｂを母型内に注入し、所定の量に達したところで弁１１５を閉じる（図４（Ａ））。なお、混合溶液５０Ｂを注入する際には母型内は真空状態となっていることから、気泡を巻き込む虞はない。さらに、母型内に注入される混合溶液５０Ｂはあらかじめ脱泡されているので、母型内に注入される前から混合溶液５０Ｂが気泡を含んでいる虞はない。

次に、加熱冷却器を用いて、４０℃付近から１００℃程度の温度範囲で適切な温度制御を行いながら、例えば２時間以下の期間で、混合溶液５０Ｂを加熱し重合硬化させる。その後、母型を開いて発光ダイオード１を取り出す（図４（Ｂ））。このようにして、本実施の形態の発光ダイオード１が製造される。

ところで、混合溶液５０Ｂは、上記のように短時間で硬化させると硬化の過程で反応ガスが発生しやすく、硬化後にその内部に気泡が残留しやすい性質を有している。そのため、一般的には２０時間前後、あるいはさらに長時間をかけてゆっくりと重合硬化させることが好ましい。しかし、そのように混合溶液５０Ｂをゆっくりと重合させることにより封止部５０を製造していたのでは、製造コストが上昇してしまい、この点ではむしろ好ましくない。そこで、上記した時間よりも短時間で製造することが考えられるが、単に製造時間を短縮すると、封止部５０内に気泡による空洞が生じ易くなる。

しかし、本実施の形態では、母型内を減圧した状態で、混合溶液５０Ｂを加熱し重合硬化させるようにしたので、反応ガスは混合溶液５０Ｂから母型内の空隙に排出され、空隙に排出された反応ガスは排気口１１３を介して母型の外部に排出される。これにより、短時間で硬化させた場合であっても、硬化後にその内部に気泡が残留する虞はないので、硬化によって生成される封止部５０には気泡による空洞は存在しない。

次に、本実施の形態の発光ダイオード１の作用・効果について説明する。この発光ダイオード１では、ｐ側電極とｎ側電極との間に所定の電圧が印加されると、ｎ側電極から電子が、ｐ側電極から正孔がそれぞれ活性層へ注入される。そして、この活性層に注入された電子と正孔が再結合することにより活性層から光子が発生し、その結果、発光光が基板１０の裏面から封止部５０を介して外部に射出される。このとき、外部に射出される光は封止部５０の半球状の界面によって発散角が狭められる。

ここで、封止部５０の材料として、仮にエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率（ｎ３＝１．５程度）の材料を用いた場合に、半導体チップ３０の基板３１として例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いたときには、図２（Ａ）に示したように、界面３１Ａにおける屈折率差が大きくなる。そのため、光が基板３１側から封止部５０側に進んだときの、界面３１Ａにおける臨界角が小さくなるので、光が半導体チップ３０側から封止部５０側に進んだときに、界面３１Ａで全反射を起こす割合が多くなる。その結果、反射された光の多くは半導体チップ３０内の活性層などで吸収されてしまうので、このような構成をとった場合には、光取り出し効率は低くなる。

一方、本実施の形態では、封止部５０の材料として屈折率の高い熱硬化性樹脂（屈折率ｎ２＝１．６以上１．８以下）を用いるようにしたので、半導体チップ３０の基板３１としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの屈折率（屈折率ｎ３＝１．５程度）よりも高い材料、例えば屈折率ｎ１が１．７６程度のサファイアを用いた場合には、封止部５０の材料としてエポキシ樹脂やシリコン樹脂などの低屈折率材料を用いた場合と比べて、光が半導体チップ３０側から封止部５０側に進んだときに、界面３１Ａにおける臨界角を極めて大きくすることができる。なお、半導体チップ３０の基板３１として封止部５０よりも低い屈折率の材料を用いた場合には、光が基板３１側から封止部５０側に進んだときに、界面３１Ａで全反射することはない。したがって、基板３１側から封止部５０側に進む光が界面３１Ａで全反射を起こす割合を極めて小さくすることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、上記したように、母型内を減圧した状態で、混合溶液５０Ｂを加熱し重合硬化させるようにしたので、短時間で製造した場合であっても、硬化後にその内部に気泡が残留する虞はない。これにより、封止部５０の内部の空洞に起因する光の散乱が生じなくなるので、光取り出し効率をさらに向上させることができる。また、光の散乱がなくなるので、封止部５０側から外部に射出される光の方向を封止部５０と外部との界面のプロファイルによって規定することができる。これにより、所望の光線制御を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図５（Ａ）は、第２の実施の形態に係る発光ダイオード２（半導体発光装置）の断面構造（図５（Ｂ）のＢ−Ｂ矢視方向の断面構造）を表すものである。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の発光ダイオード２の底面を表すものである。なお、図５（Ａ），（Ｂ）は、模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。

この発光ダイオード２は、発光部６０（半導体発光素子）上に封止部５０を備えたものである。発光部６０は、中間基板７０上に半導体チップ３０を、突起電極４０を介してフリップチップ接続して構成されている。つまり、この発光ダイオード２は、中間基板７０を備えている点で、中間基板２０を備えている上記実施の形態の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態と相違する中間基板７０について主に説明し、上記実施の形態と同一の構成要素や、作用、効果についての記載を適宜省略する。

中間基板７０は、封止部５０の幅よりも広い幅を有すると共に、下部配線２４、絶縁基板２１および電極部２２を貫通する２つの穴（注入穴２５，排気穴２６）を有している。つまり、この中間基板７０は、上記の点で、封止部５０の幅よりも狭い幅を有すると共に、下部配線２４、絶縁基板２１および電極部２２を貫通する穴を有しない上記実施の形態の中間基板２０の構成と相違する。

ここで、注入穴２５は、発光部６０を母型内に配置したときに注入口１１４と対応する領域に設けられており、発光ダイオード２を製造する過程で、この穴を介して母型内に混合溶液５０Ｂを注入するための穴である。他方、排気穴２６は、発光部６０を母型内に配置したときに排気口１１３と対応する領域に設けられており、発光ダイオード２を製造する過程で、この穴を介して母型内の空気や反応ガスなどを母型の外へ排気するための穴である。

これら注入穴２５および排気穴２６は、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも広くしたことに起因して設けられたものである。つまり、製造工程において、発光部６０を下母型１２０の切欠き１２２に載置すると、下母型１２０の窪み１２１が中間基板７０によって覆われてしまうので、上母型１１０側から窪み１２１に対して混合溶液５０Ｂを注入したり、窪み１２１の内部の空気や反応ガスを母型の外へ排気するための間隙を確保するために設けられたものである。

このような構成を有する発光ダイオード２は、例えば次のようにして製造することができる。なお、発光部６０は公知の製造方法で製造することが可能であることから、その製造方法についての説明は省略する。そこで、以下では、発光部６０に封止部５０を設ける工程の一例について説明する。

さて、発光部６０に封止部５０を設けるに際しては、図６（Ａ）に示したような母型が用いられる。この母型は、上母型１１０の中央部にチャック１１２の代わりにばね１１７を備え、下母型１２０の外縁部に切欠き１２２を新たに備える点で、上記実施の形態において説明した母型の構成と相違する。ここで、ばね１１７は、発光部６０を下母型１２０の切欠き１２２に押し当てて固定するためのものである。

まず、下母型１２０の切欠き１２２に発光部１０を載置したのち、上母型１１０と、下母型１２０とを重ね合わせ、母型内を気密状態とすると共に、ばね１１７の力で発光部６０を切欠き１２２側に押しあてて固定する（図６（Ｂ））。このとき、注入穴２５が注入口１１４と対応した領域に配置され、排気穴２６が排気口１１３と対応した領域に配置されている。

次に、真空ポンプを駆動させて、チャンバ内の空気を排気すると共に、排気穴２６を介して母型内の空気を排気口１１３から排気する。その後、母型内が減圧されて真空状態になったら、弁１１５を開けて注入穴２５を介して混合溶液５０Ｂを母型内に注入し、所定の量に達したところで弁１１５を閉じる（図７（Ａ））。

このように、本実施の形態では、中間基板７０に注入穴２５，排気穴２６を設けるようにしたので、中間基板７０の幅が封止部５０の幅よりも大きい場合であっても、上母型１１０側から窪み１２１に対して混合溶液５０Ｂを注入したり、窪み１２１の内部の空気や反応ガスを母型の外へ排気することができる。

次に、加熱冷却器を用いて、４０℃付近から１００℃程度の温度範囲で適切な温度制御を行いながら、例えば２時間以下の期間で、混合溶液５０Ｂを加熱し重合硬化させる。その後、母型を開いて発光ダイオード２を取り出す。このようにして、本実施の形態の発光ダイオード２が製造される。

ところで、本実施の形態では、上記したように、中間基板７０は封止部５０の幅よりも広い幅を有する。これは、封止部５０が中間基板７０の電極部２２と接する割合と、封止部５０が上記実施の形態の中間基板２０の電極部２２と接する割合とを比べると、下部配線２４の２つの穴（注入穴２５，排気穴２６）の分だけ前者（本実施の形態）の割合は減少するものの、前者の割合の方が後者（上記実施の形態）の割合よりも極めて大きいことを意味する。このように、封止部５０が中間基板７０の電極部２２と接する割合を大きくするようにしたので、封止部５０側から外部に向かう光が封止部５０と外部との界面で反射して発光部６０側に戻ってきたときに、その光のほとんどを中間基板７０の電極部２２で反射させて再び封止部５０側に向かわせることが可能となる。そして、再び封止部５０側に向かった光の多くは首尾よく封止部５０から外部に射出されるので、上記実施の形態よりも光取り出し効率を向上させることができる。

［第２の実施の形態の第１の変形例］
第２の実施の形態では、中間基板７０上に１つの半導体チップ３０を突起電極４０を介して設けると共に、その半導体チップ３０上に封止部５０を設けるようにしていたが、中間基板７０上に複数の半導体チップ３０を突起電極４０を介して設けると共に、各半導体チップ３０上に封止部５０を設けるようにしてもよい。例えば、図８（Ａ），（Ｂ）に示したように、６つの半導体チップ３０を２×３のアレイ状に配置することが可能である。なお、図８（Ａ）は本変形例に係る発光ダイオード３の断面構造（図８（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視方向の断面構造）を表すものであり、図８（Ｂ）は発光ダイオード３の底面図である。

このように、本変形例では、中間基板７０上に複数の半導体チップ３０を設けるようにしたので、プリント基板上に複数の発光ダイオード２を１つ１つ実装する必要がなく、実装工程におけるスループットを向上させることができる。

また、複数の半導体チップ３０を中間基板７０を介さずに直接プリント基板上に設けるようにすることももちろん可能である。このように構成した場合には、複数の半導体チップ３０を中間基板７０上に設ける工程が不要となるので、実装工程におけるスループットをさらに向上させることができる。

ところで、発光ダイオード３を製造するに際して、各封止部５０を順次形成してもよいが、一度に設けることが好ましい。各封止部５０を一度に設けるようにした場合には、製造工程におけるスループットを向上させることができるからである。ただし、そのようにするためには、下母型１２０に、各半導体チップ３０の配置に対応した窪み１２１を設けることが必要となるが、本変形例では、各窪み１２１に対応して、中間基板７０に排気穴２６を設けるようにしたので、別個独立に設けられた各窪み１２１の内部の空気や反応ガスを外部に排気して、各窪み１２１の内部を減圧することができる。これにより、上記実施の形態と同様、短時間で製造した場合であっても、硬化後に各封止部５０の内部に空洞が生じる虞はない。従って、光取り出し効率を向上させることができ、また、所望の光線制御を行うことができる。

［第２の実施の形態の第２の変形例］
第２の実施の形態では、２つの穴（注入穴２５，排気穴２６）を中間基板７０に設けるようにしていたが、図９（Ａ），（Ｂ）に示したように、注入穴２５の代わりに切欠き２７を設けるようにしてもよい。なお、図９（Ａ）は本変形例に係る発光ダイオード４の断面構造（図９（Ｂ）のＤ−Ｄ矢視方向の断面構造）を表すものであり、図９（Ｂ）は発光ダイオード４の底面図である。

この切欠き２７は、絶縁基板２１および電極部２２を注入穴２５と同等の面積だけ切り欠いたものである。つまり、混合溶液５０Ｂの注入にとっては、第２の実施の形態のような注入穴２５を中間基板７０に設けることが不可欠であるという訳でなく、混合溶液５０Ｂを下母型１２０の窪み１２１に適切に注入することができる間隙が中間基板７０のいずれかの領域に設けられていれば足りる。ただし、注入穴２５の代わりに切欠き２７を設けるに伴い、図１０に示すように、切欠き２７に対応する位置に上母型１１０の注入口１１４を設けておくことが必要となる。

このように、本変形例では、注入穴２５の代わりに切欠き２７を設けるようにしたので、混合溶液５０Ｂを下母型１２０の窪み１２１に適切に注入することができる間隙の大きさは特に変化しておらず、封止部５０が中間基板７０の電極部２２と接する割合は第２の実施の形態の場合と同等である。従って、本変形例では、第２の実施の形態と同様、第１の実施の形態よりも光取り出し効率を向上させることができる。

［第２の実施の形態の第３の変形例］
第２の実施の形態では、封止部５０の幅よりも広い中間基板７０に２つの穴（注入穴２５，排気穴２６）を設けるようにしていたが、図１１（Ａ），（Ｂ）、図１２に示したように、注入穴２５の代わりに切欠き２７を設け、さらに、排気穴２６を設ける代わりに、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも狭くして、中間基板７０の脇から母型内の空気や反応ガスを排気する間隙１２３を設けるようにしてもよい。なお、図１１（Ａ）は本変形例に係る発光ダイオード５の断面構造（図１１（Ｂ）のＥ−Ｅ矢視方向の断面構造）を表すものであり、図１１（Ｂ）は発光ダイオード５の底面図である。また、図１２は、母型内に発光部６０を載置したときの母型の断面構成を表すものである。

ここで、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも狭める割合は、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも狭くしたことによる電極部２２の面積の減少量と、中間基板７０から排気穴２６をなくしたことによる電極部２２の面積の増加量とが互いに同等程度となるように設定されることが好ましい。つまり、母型内の空気や反応ガスの、母型外への排気にとっては、第２の実施の形態のような排気穴２６を中間基板７０に設けることが不可欠であるという訳でなく、母型内の空気や反応ガスを母型の外へ適切に排出することができる間隙が母型内のいずれかの領域に設けられていれば足りる。

このように、本変形例では、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも狭くし、さらに中間基板７０に切欠き２７を設けるようにしたので、中間基板７０の幅を封止部５０の幅よりも狭くしたことによって電極部２２の面積の減少分と、中間基板７０から排気穴２６をなくしたことによって電極部２２の面積の増加分との関係で、封止部５０が中間基板７０の電極部２２と接する割合は多少増減するが、封止部５０が第１の実施の形態の中間基板２０の電極部２２と接する割合よりも概して大きい。従って、本変形例では、第２の実施の形態と同様、第１の実施の形態よりも光取り出し効率を向上させることができる。

［第２の実施の形態の第４の変形例］
第２の実施の形態では、封止部５０の幅よりも広い中間基板７０に２つの穴（注入穴２５，排気穴２６）を設けるようにしていたが、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したように、注入穴２５をなくしてもよい。なお、図１３（Ａ）は本変形例に係る発光ダイオード６の断面構造（図１３（Ｂ）のＦ−Ｆ矢視方向の断面構造）を表すものであり、図１３（Ｂ）は発光ダイオード６の底面図である。

ただし、注入穴２５をなくしたことに伴い、下母型１２０の窪み１２１に混合溶液５０Ｂを注入するために、上記した製造方法とは異なる方法を用いることが必要となる。具体的には、図１４に示したように、発光部６０を下母型１２０の切欠き１２２に載置する前に、あらかじめ窪み１２１に混合溶液５０Ｂを満たしておき、その後、発光部６０を混合溶液５０Ｂに浸すようにする。これにより、中間基板７０に注入穴２５を設けなくても、下母型１２０の窪み１２１に混合溶液５０Ｂを注入することができる。

このように、本変形例では、排気穴２６だけを設けるようにしたので、注入穴２５の分だけ、封止部５０が中間基板７０の電極部２２と接する割合が増加し、第２の実施の形態よりも光取り出し効率を向上させることができる。

以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々変形可能である。

例えば、上記実施の形態および変形例では、封止部５０を半球面と平面とを有する多面体としていたが、発光ダイオードの用途などに応じて他の形状とすることはもちろん可能である。例えば、図１５（Ａ），（Ｂ）に示したように、封止部５０を非球面と平面とを有する多面体としてもよい。

また、上記実施の形態および変形例では、中間基板またはプリント基板上に半導体チップをフリップチップ接続して構成された発光ダイオードに対して本発明を適用した場合について説明したが、他の種類の発光ダイオード、例えば、リードフレーム上に半導体チップを有する発光ダイオードに対してももちろん適用可能である。

また、上記実施の形態では、本発明を発光ダイオードに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の半導体発光装置に適用することも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオードの断面構成図である。 基板と封止部との界面およびその近傍における屈折率の分布図である。 図１の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。 図３の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオードの断面構成図である。 図５の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。 図６の続きの製造工程を説明するための断面構成図である。 一変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。 他の変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。 図９の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。 他の変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。 図１１の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。 他の変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。 図１３の発光ダイオードの製造工程を説明するための断面構成図である。 他の変形例に係る発光ダイオードの断面構成図である。

符号の説明

１，２，３，４，５，６…発光ダイオード、１０，６０…発光部、２０，７０…中間基板、２１…絶縁基板、２２…電極部、２３…ビア、２４…下部配線、２５…注入穴、２６…排気穴、２７…切欠き、３０…半導体チップ、３１…基板、３１Ａ…界面、４０…突起電極、５０…封止部、５０Ｂ…混合溶液、１１０…上母型、１１１…オーリング、１１２…チャック、１１３…排気口、１１４…注入口、１１５…弁、１１６…樹脂供給管、１１７…ばね、１２０…下母型、１２１…窪み、１２２…切欠き、１２３…間隙。

Claims (11)

1. １または複数の半導体発光素子と、
   屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を含んで構成されると共に、各半導体発光素子の光出力側の表面に設けられた１または複数の封止部と
   を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記半導体発光素子は、サファイア基板上に半導体積層構造を有し、
   前記各半導体発光素子の光出力側の表面は、前記サファイア基板からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 各半導体発光素子の光出力側とは反対の表面に設けられると共に、前記熱硬化性樹脂から発生する反応ガスを排出するための排出穴を有する絶縁基板をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
4. 前記絶縁基板は、前記熱硬化性樹脂を注入するための注入穴をさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記絶縁基板は、前記封止樹脂を注入するための切欠きをさらに有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
6. 前記絶縁基板は、前記封止部の表面と接する金属部を有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
7. 前記絶縁基板は、中間基板またはプリント基板である
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
8. １または複数の半導体発光素子を内部に固定するための固定部を有する母型を用意する工程と、
   各半導体発光素子を前記固定部に固定する工程と、
   前記母型内部を減圧する工程と、
   前記母型内部に、屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂を注入する工程と、
   各半導体発光素子が前記固定部に固定され、前記母型内部に熱硬化性樹脂が注入され、かつ前記母型内部が減圧された状態で、前記母型内部に注入した熱硬化性樹脂を加熱し硬化させる工程と
   を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
9. 各半導体発光素子の光出力側とは反対の表面に設けられると共に前記熱硬化性樹脂から発生する反応ガスを排出するための排出穴を有する絶縁基板を介して、各半導体発光素子を前記固定部に固定する
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 前記絶縁基板は、前記封止樹脂を注入するための注入穴をさらに有し、
    前記注入穴を介して前記母型内部に前記熱硬化性樹脂を注入する
    ことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。
11. 前記絶縁基板は、前記封止樹脂を注入するための切欠きをさらに有し、
    前記切欠きを介して前記母型内部に前記熱硬化性樹脂を注入する
    ことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置の製造方法。

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