JPH0634410B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH0634410B2 JPH0634410B2 JP1813984A JP1813984A JPH0634410B2 JP H0634410 B2 JPH0634410 B2 JP H0634410B2 JP 1813984 A JP1813984 A JP 1813984A JP 1813984 A JP1813984 A JP 1813984A JP H0634410 B2 JPH0634410 B2 JP H0634410B2
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- JP
- Japan
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- light emitting
- lens
- protrusions
- semiconductor light
- center
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/85—Packages
- H10H20/855—Optical field-shaping means, e.g. lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
- H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
- H10H20/80—Constructional details
- H10H20/84—Coatings, e.g. passivation layers or antireflective coatings
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Led Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、半導体発光素子の構造に関する。半導体発
光素子は、ＧaＡs系、ＧaＰ系、ＩnＰ系のものがある。
また、発光ダイオード（LED）とレーザダイオード（L
D）がある。
光素子は、ＧaＡs系、ＧaＰ系、ＩnＰ系のものがある。
また、発光ダイオード（LED）とレーザダイオード（L
D）がある。
これらの発光素子は、光通信、光計測の光源として用い
られることが多い。このような場合、光フアイバの中へ
効率よく、光を入射させなければならない。
られることが多い。このような場合、光フアイバの中へ
効率よく、光を入射させなければならない。
(イ) 従来技術とその問題点 従来、半導体発光素子、特に発光ダイオードの光を、光
フアイバ端面に入射させるため、球状レンズ、又は半球
状レンズを発光領域上に装荷して、光の指向性を高め、
大部分の光を光フアイバへ入射させるようにしている。
フアイバ端面に入射させるため、球状レンズ、又は半球
状レンズを発光領域上に装荷して、光の指向性を高め、
大部分の光を光フアイバへ入射させるようにしている。
従来の、レンズ装荷構造は、平坦なLED基板上へそのま
ま、又はLED基板に嵌合凹部を設けてその上へレンズを
接着していた。
ま、又はLED基板に嵌合凹部を設けてその上へレンズを
接着していた。
第７図〜第１１図は従来のレンズ装荷構造を説明する。
第７図に示すものは、LED基板１の平坦な面の上に、直
接、球レンズ２を接着剤４によつて固定したものであ
る。発光領域７から生じた光は拡散する光であるが、球
レンズ２によつて光路が中央寄りに曲げられ、収束光と
なる。
接、球レンズ２を接着剤４によつて固定したものであ
る。発光領域７から生じた光は拡散する光であるが、球
レンズ２によつて光路が中央寄りに曲げられ、収束光と
なる。
第８図に示すものは、球レンズ２のかわりに半球レンズ
３を、平坦なLED基板１の上に接着したものである。
３を、平坦なLED基板１の上に接着したものである。
これらは、簡単な構造であるが、狭い発光領域７の中心
とレンズ２、３の中心とを面に対して直角な軸上に並ぶ
よう位置合わせしなければならない。軸が合つていない
と、レンズから出た光は、基板１の面に対して直角では
なく、斜めに進み、光フアイバとの結合効率が低いもの
になる。ところが、発光領域の中心は、外観だけからは
分りにくく、位置合わせが難しい。なんの突起物もない
からである。
とレンズ２、３の中心とを面に対して直角な軸上に並ぶ
よう位置合わせしなければならない。軸が合つていない
と、レンズから出た光は、基板１の面に対して直角では
なく、斜めに進み、光フアイバとの結合効率が低いもの
になる。ところが、発光領域の中心は、外観だけからは
分りにくく、位置合わせが難しい。なんの突起物もない
からである。
そこで、発光領域７に合致するよう、予め嵌合凹部６を
設けておく、という構成が発明された（特願昭５１−７
８７６４、特公昭５７−２９０６７、三菱電機(株)）。
第９図〜第１１図に示している。
設けておく、という構成が発明された（特願昭５１−７
８７６４、特公昭５７−２９０６７、三菱電機(株)）。
第９図〜第１１図に示している。
球レンズを装荷したものが、第９図、第１０図の例であ
る。LED基板１の上に、発光領域７と中心が合致するよ
う円形の嵌合凹部６をフオトリングラフイーによつてエ
ツチングして形成しておく。球レンズ２を嵌合凹部６へ
嵌まりこむように置いて接着する。
る。LED基板１の上に、発光領域７と中心が合致するよ
う円形の嵌合凹部６をフオトリングラフイーによつてエ
ツチングして形成しておく。球レンズ２を嵌合凹部６へ
嵌まりこむように置いて接着する。
第１１図は半球状レンズ３を用いた例を示す。
いずれにしても、レンズ２、３の位置合わせは精密に行
うことができる。
うことができる。
しかし、反面、嵌合凹部６にたまつた接着剤４は外部に
出にくい。このため、LED基板１とレンズ２、３が接触
せず、中間に接着剤層が形成されることになる。さら
に、接着剤層の厚みがバラつくから、光線５の収束点が
異なつてくる。特に第１１図に示す半球状レンズ３の場
合に、接着剤層の厚みのバラつきが著しくなる。このた
めは、光フアイバとの結合パワーがばらついて、歩留り
を下げる原因になつている。
出にくい。このため、LED基板１とレンズ２、３が接触
せず、中間に接着剤層が形成されることになる。さら
に、接着剤層の厚みがバラつくから、光線５の収束点が
異なつてくる。特に第１１図に示す半球状レンズ３の場
合に、接着剤層の厚みのバラつきが著しくなる。このた
めは、光フアイバとの結合パワーがばらついて、歩留り
を下げる原因になつている。
接着剤の粘度を下げれば良いわけであるが、接着の安定
性、速さから、あまり低粘度の接着剤は使用できない。
性、速さから、あまり低粘度の接着剤は使用できない。
むしろ、一般に、基板１とレンズを接着するのはシリコ
ン樹脂など、粘度の高いものを用いる事が多い。
ン樹脂など、粘度の高いものを用いる事が多い。
(ウ) 目的 レンズの位置合せが容易で、しかも接着剤層が薄く、し
かも厚みのバラつきの少ないレンズの装荷構造を与え、
光フアイバとの結合効率の高い半導体発光素子を提供す
る。
かも厚みのバラつきの少ないレンズの装荷構造を与え、
光フアイバとの結合効率の高い半導体発光素子を提供す
る。
(エ) 発明の構成 LED基板上に、互に離隔した３つ以上の突起物を形成
し、突起物によつてレンズの位置を定めて、接着する。
もちろん、突起物の中心を、発光領域の中心に、一致さ
せる。
し、突起物によつてレンズの位置を定めて、接着する。
もちろん、突起物の中心を、発光領域の中心に、一致さ
せる。
第１図は球レンズを用いた本発明の一例を示す斜視図、
第２図は断面図である。
第２図は断面図である。
ここでは、４個の突起物９を、その中心が発光領域７の
中心に一致するよう設けている。この突起物９は直方体
形状である。
中心に一致するよう設けている。この突起物９は直方体
形状である。
突起物９はレンズ２と接触し、レンズ２はLED基板１に
接触するようにする。
接触するようにする。
このためには、次のように寸法を決める。
球レンズ２の中心をＯ、発光領域７の中心をＭとする。
LED基板１の上面Ｓと、直線ＯＭの交点をＡとする。位
置合わせをしているので、ＯＭは、面Ｓに直角である。
ＯＡは、Ａ点に立てた面Ｓの法線である。
LED基板１の上面Ｓと、直線ＯＭの交点をＡとする。位
置合わせをしているので、ＯＭは、面Ｓに直角である。
ＯＡは、Ａ点に立てた面Ｓの法線である。
突起物９の中心側の上辺の中心点をＢ点とすると、Ｂ点
に於て球レンズ２が接触すべきである。
に於て球レンズ２が接触すべきである。
突起物の高さをｈ、球レンズ２の半径をｒ、Ａ点からの
突起物９の中心側の辺までの距離を(d/2)とする。直線
ＯＭの円Ｏとの反対側の交点をＣとし、直径ＡＣへＢ点
から下した垂線の足をＤとする。ＡＤ＝ｈ、ＣＤ＝2r−
ｈ、ＢＤ＝d/2であり、かつ ＡＤ・ＡＣ＝ＢＤ2 (1) であるから、 である。
突起物９の中心側の辺までの距離を(d/2)とする。直線
ＯＭの円Ｏとの反対側の交点をＣとし、直径ＡＣへＢ点
から下した垂線の足をＤとする。ＡＤ＝ｈ、ＣＤ＝2r−
ｈ、ＢＤ＝d/2であり、かつ ＡＤ・ＡＣ＝ＢＤ2 (1) であるから、 である。
第１図から分るように、突起物９、…の間には、広い隙
間があつて、接着剤４は、レンズ２をLED基板１へ押し
つけると、隙間から四周へ流れ出る。このため、レンズ
はＡ点でLED基板１に接触できる。Ａ点以外では、レン
ズ２と基板１の間に接着剤４が介在するが、従来の嵌合
凹部を用いるものに比して、接着層は薄い。
間があつて、接着剤４は、レンズ２をLED基板１へ押し
つけると、隙間から四周へ流れ出る。このため、レンズ
はＡ点でLED基板１に接触できる。Ａ点以外では、レン
ズ２と基板１の間に接着剤４が介在するが、従来の嵌合
凹部を用いるものに比して、接着層は薄い。
第３図、第４図は半球状レンズの場合を示している。突
起物９の全てにレンズ３が接触して安定な位置が決まる
ようにしてある。
起物９の全てにレンズ３が接触して安定な位置が決まる
ようにしてある。
断面を見れば、第１１図の構成と似ている。しかし、突
起物９が嵌合凹部のような閉じられた空間を形成するの
ではない。斜視図に見るように突起物９の間には、間隙
がある。このため、接着剤４は、シリコン樹脂のように
粘度の高いものであつても、側方にはみ出るから、半球
レンズ３の大円面１０は、LED基板１の上面に密着する
ことができる。
起物９が嵌合凹部のような閉じられた空間を形成するの
ではない。斜視図に見るように突起物９の間には、間隙
がある。このため、接着剤４は、シリコン樹脂のように
粘度の高いものであつても、側方にはみ出るから、半球
レンズ３の大円面１０は、LED基板１の上面に密着する
ことができる。
突起物の中心Ａが、半球レンズ３の中心に一致してお
り、発光領域７の中心Ｍと、基板１の上下方向で合致し
ている。
り、発光領域７の中心Ｍと、基板１の上下方向で合致し
ている。
突起物の高さは、球レンズの場合のような厳密な制限が
ない。高さは、５μｍ以上で、レンズ３の高さ以下であ
れば良い。
ない。高さは、５μｍ以上で、レンズ３の高さ以下であ
れば良い。
突起物９の個数は、３個以上であればよく、中心の位置
が確定すればよいのである。
が確定すればよいのである。
第５図は突起物９の個数が３個である例を示す斜視図で
ある。
ある。
逆に、突起物の数は５、６、…など５以上でも差支えな
い。突起物の間に隙間があり、しかも、内側の端辺が球
レンズ、半球レンズに接触するようになつていれば良
い。
い。突起物の間に隙間があり、しかも、内側の端辺が球
レンズ、半球レンズに接触するようになつていれば良
い。
(オ) 突起物の形成方法 (1) LED基板の上へ、ウエハプロセスに於て、所定の位
置に、金などの金属を厚くメツキして突起物を形成す
る。
置に、金などの金属を厚くメツキして突起物を形成す
る。
この場合は、基板と突起物は異なる物質である。
(2) エツチングにより基板の一部を除去して突起物を
形成する。
形成する。
ＧaＡs基板の場合は、Ｈ3ＰＯ4系エツチング液でエツチ
ングし、ホトリソグラフイ技術を用いて突起物を形成す
る。
ングし、ホトリソグラフイ技術を用いて突起物を形成す
る。
ＩnＰ基板の場合は、ＨＣl系エツチング液で、同様に突
起物を形成できる。
起物を形成できる。
(カ) 効果 (1) レンズが、球状レンズ、半球状レンズのいずれの
場合でも、発光領域の中心Ｍ部上にレンズの中心部を重
ね合わせる位置合わせが容易である。
場合でも、発光領域の中心Ｍ部上にレンズの中心部を重
ね合わせる位置合わせが容易である。
レンズを突起物に接触させた状態で固定するためであ
る。
る。
(2) 球状レンズ、半球状レンズどちらの場合でも、レ
ンズとLED基板の間の接着剤層の厚みは、嵌合凹部構造
のものに比して薄く、ばらつきも少い。
ンズとLED基板の間の接着剤層の厚みは、嵌合凹部構造
のものに比して薄く、ばらつきも少い。
レンズを固定するものが突起物のみであり、これらには
隙間があつて、接着剤が、レンズ下部から外部へ極めて
簡単にはみ出すことができるからである。
隙間があつて、接着剤が、レンズ下部から外部へ極めて
簡単にはみ出すことができるからである。
このため、光フアイバへの高い結合効率が、再現性良く
実現される。
実現される。
第６図は本発明の発光素子（第１図、第２図に示す球レ
ンズを用いるもの）と、従来例の発光素子（第７図に示
す球レンズを用いるもの）の、光フアイバとの結合効率
（％）の頻度分布を示すグラフである。横軸は結合効率
で、縦軸は、そのような結合効率の素子が製造される頗
度を相対値で示している。
ンズを用いるもの）と、従来例の発光素子（第７図に示
す球レンズを用いるもの）の、光フアイバとの結合効率
（％）の頻度分布を示すグラフである。横軸は結合効率
で、縦軸は、そのような結合効率の素子が製造される頗
度を相対値で示している。
本発明のものは、結合効率の頻度のピークが15.5％にあ
り、従来例のものは、14％にある。また、ピークを与え
る効率の頻度が、本発明の方が２倍近く大きい。つま
り、バラつきが少い。従つて、例えば、結合効率が14％
以上のものを合格品とすれば、本発明のものの方が歩留
りが極めてよい、という事が分る。
り、従来例のものは、14％にある。また、ピークを与え
る効率の頻度が、本発明の方が２倍近く大きい。つま
り、バラつきが少い。従つて、例えば、結合効率が14％
以上のものを合格品とすれば、本発明のものの方が歩留
りが極めてよい、という事が分る。
(キ) 用途 本発明は、球状レンズ、半球状レンズを装荷する半導体
発光素子に広く適用できる。
発光素子に広く適用できる。
(1) 面発光型のＧaＡs系、ＩnＰ系、ＧaＰ系の発光ダ
イオード (2) 面発光型のＧaＡs系、ＩnＰ系レーザダイオード
イオード (2) 面発光型のＧaＡs系、ＩnＰ系レーザダイオード
第１図は本発明の実施例を示す半導体発光素子の斜視
図。球レンズを用いる例である。 第２図は第１図のものの縦断面図。 第３図は本発明の他の実施例を示す発光素子の縦断面
図。半球レンズを用いる例である。 第４図は半球レンズの例を示す斜視図。 第５図は突起物の数が３個で半球レンズを用いた実施例
を示す斜視図。 第６図は本発明の発光素子と、従来の発光素子の、光フ
アイバへの結合効率（％）の分布を示すグラフ。横軸は
光フアイバと発光素子の結合効率（％）で、縦軸はその
結合効率を持つ発光素子が得られる頻度の相対値を示
す。 第７図は球レンズを用いた従来例の発光素子の縦断面
図。 第８図は半球レンズを用いた従来例の発光素子の縦断面
図。 第９図はLED基板に嵌合凹部を形成し球レンズを接着し
た従来例の発光素子の斜視図。 第１０図は第９図の縦断面図。 第１１図はLED基板に嵌合凹部を形成し半球レンズを接
着した従来例の発光素子の縦断面図。 １……LED基板 ２……球状レンズ ３……半球状レンズ ４……接着剤 ５……光線 ６……嵌合凹部 ７……発光領域 ９……突起物
図。球レンズを用いる例である。 第２図は第１図のものの縦断面図。 第３図は本発明の他の実施例を示す発光素子の縦断面
図。半球レンズを用いる例である。 第４図は半球レンズの例を示す斜視図。 第５図は突起物の数が３個で半球レンズを用いた実施例
を示す斜視図。 第６図は本発明の発光素子と、従来の発光素子の、光フ
アイバへの結合効率（％）の分布を示すグラフ。横軸は
光フアイバと発光素子の結合効率（％）で、縦軸はその
結合効率を持つ発光素子が得られる頻度の相対値を示
す。 第７図は球レンズを用いた従来例の発光素子の縦断面
図。 第８図は半球レンズを用いた従来例の発光素子の縦断面
図。 第９図はLED基板に嵌合凹部を形成し球レンズを接着し
た従来例の発光素子の斜視図。 第１０図は第９図の縦断面図。 第１１図はLED基板に嵌合凹部を形成し半球レンズを接
着した従来例の発光素子の縦断面図。 １……LED基板 ２……球状レンズ ３……半球状レンズ ４……接着剤 ５……光線 ６……嵌合凹部 ７……発光領域 ９……突起物
Claims (1)
- 【請求項１】発光領域７を有する半導体発光素子基板１
と、その中心Ａが発光領域７の中心Ｍと素子基板の面に
垂直方向で合致するように半導体発光素子基板１の上に
直接に形成され互いに離隔した３個以上の突起物９、
９、・・と、半導体素子基板１と突起物９、９・・に接
触しかつ接着剤４により半導体素子基板１と突起物９、
９、・・に接着された球状レンズ２又は半球状レンズ３
とより構成され隣接突起物９、９の間には空隙があり接
着した際接着剤が空隙より外部に洩れることができるよ
うにした事を特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1813984A JPH0634410B2 (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1813984A JPH0634410B2 (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60161684A JPS60161684A (ja) | 1985-08-23 |
| JPH0634410B2 true JPH0634410B2 (ja) | 1994-05-02 |
Family
ID=11963266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1813984A Expired - Lifetime JPH0634410B2 (ja) | 1984-02-02 | 1984-02-02 | 半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0634410B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0629577A (ja) * | 1992-07-10 | 1994-02-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体発光素子の製造方法 |
| JP3412224B2 (ja) * | 1994-01-07 | 2003-06-03 | 住友電気工業株式会社 | レンズ実装方法と装置 |
| EP1345059A1 (en) | 2002-03-16 | 2003-09-17 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Integrated micro-optical elements |
| US7213982B2 (en) * | 2004-10-07 | 2007-05-08 | Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Optoelectronic module with high coupling efficiency |
| US8172434B1 (en) | 2007-02-23 | 2012-05-08 | DeepSea Power and Light, Inc. | Submersible multi-color LED illumination system |
| JP2016122731A (ja) * | 2014-12-25 | 2016-07-07 | ローム株式会社 | 光半導体装置およびその製造方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57160182A (en) * | 1981-03-27 | 1982-10-02 | Fujitsu Ltd | Photosemiconductor device |
-
1984
- 1984-02-02 JP JP1813984A patent/JPH0634410B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60161684A (ja) | 1985-08-23 |
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