[发明专利]半导体发光器件

说明书

此非临时申请基于2006年4月5日向日本专利局提交的日本专利申请No.2006-104481，其全部内容合并在此，作为参考。

技术领域

本发明涉及用于照明设备、投影机光源等的半导体发光器件，这些设备采用主要使用白光的发光元件。

背景技术

高输出型的半导体发光器件包括大尺寸的发光元件，该发光元件功耗大，需要至少5W的输入功率，并且发光元件每一边至少是1mm，需要散热措施。常规上采用图6所示的结构作为散热措施。具体地，这种结构是用钎焊(brazing)材料103并插入子安装座(submount)101而将发光元件100固定在散热部件102上。

通常，当用金锡合金(AuSn)之类的钎焊材料将大约1毫米见方大小的发光元件直接晶粒结合(die-bond)在金属上，而不插入子安装座时，钎焊材料吸收由于发光元件与金属之间的热膨胀系数不同而产生的应力并在一定程度上减小了该应力。因此，发光元件几乎不会劣化。

日本专利公开公报No.2003-303999公开了一种减小应力的技术，该技术通过将子安装座基板的热膨胀系数设为发光元件与金属核基板的热膨胀系数之间的中间值，来减小应力。根据日本专利公开公报No.2003-303999公开的技术，金属核基板由用于散热的金属制成，并分成两部分以绝缘。

还有一种用于吸收应力的常规技术，其中通过在大面积的基板上排列多个发光元件(LED)时插入低弹性模量的软粘合剂，来吸收应力(例如，见日本专利公开公报2000-183403)。不仅限于发光元件，还考虑到用于互连的配线。即，将作为配线金属的金(Au)和用于封装的封装树脂的热膨胀系数设为彼此相近，以避免配线的剥离或断开(例如，见日本专利公开公报2004-172636)。此外，日本专利No.3712532公开了对发光元件与电极之间以及电极与后备(backup)部件(用于限制钎焊材料和电极的收缩的部件，具有与半导体元件的热膨胀系数相近的热膨胀系数)之间的热膨胀系数的优化。

对于高输出和大尺寸的发光元件，可以通过用钎焊材料将发光元件直接晶粒结合并固定到由金属制成的散热部件上，来达到散热目的。但是，当发光元件的每一边超过1mm时，由于发光元件本身与作为散热部件的金属之间的热膨胀系数不同而产生的应力变得不可忽略。由此，钎焊材料部分无法减小应力，从而导致以下问题。即，可能出现晶粒结合部分的剥离，或发光元件本身受到应力，可能很快劣化或损坏。

在一些情况下，为了减小发光元件受到的应力，将热膨胀系数基本上与发光元件材料的热膨胀系数相同的陶瓷(AIN)、碳化硅(SiC)等用作子安装座。另一方面，当发光元件的每一边超过1mm并达到3到5mm时，相应地需要较大的子安装座。因此，较大子安装座与作为散热部件的金属之间的应力变得非常大。这也导致子安装座与金属散热部件之间的晶粒结合部分剥离或损坏。为了解决这一问题，可以采用用作子安装座的AIN或SiC取代金属，作为散热部件的材料。也可以增大子安装座本身的尺寸，从而成为封装的一部分。但是，因为这些材料很昂贵，并且难以加工，所以可能出现发光器件变得昂贵的问题。

因此，存在的问题是，当将较大发光元件晶粒结合到散热部件并在其间插入子安装座时，由于部件受热膨胀而产生的部件间的应力导致子安装座与散热部件之间的剥离或损坏。

发明内容

为了解决常规技术中的上述问题，提出了本发明。本发明的目的是提供一种散热性能优良且高度可靠的半导体发光器件，该半导体发光器件适用于需要至少5W的输入功率并且每一边至少为1mm的大尺寸发光元件。

为了解决上述问题，本发明的半导体发光器件包括：发光元件；散热部件；以及子安装座，插入在发光元件与散热部件之间。发光元件通过钎焊材料以及插入的子安装座固定到散热元件上。固定子安装座的散热元件的表面上具有凹槽。

优选地，凹槽至少设置在散热部件中面对子安装座底表面的表面上。优选地，凹槽不直接形成在发光元件的中心正下方。优选地，子安装座由碳化硅或氮化铝形成。优选地，凹槽的深度等于发光元件的厚度或子安装座的厚度。子安装座的热膨胀系数也可以优选地在4×10^-6/k到6×10^-6/k的范围内，散热部件由铜或铜合金形成，子安装座和散热部件的设置有发光元件的表面由光反射率至少为90％的材料覆盖。

根据本发明，因为固定子安装座的散热元件的表面上具有凹槽，所以散热部件容易变形。利用这种变形吸收或减小由于热膨胀而产生的应力，从而可以防止子安装座从散热部件剥离或损坏。