JP2008041841A - 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子の発光面を含む周囲に所望とする形状に形成された透光性樹脂が設けられている半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体発光装置は、基体１０と、前記基体１０に設けられた半導体発光素子２０と、前記半導体発光素子２０を覆う透光性樹脂と、を含み、前記透光性樹脂は、前記半導体発光素子２０が設けられた位置に開口部４４を有する成形用型４２を用いて、前記開口部４４に透光性樹脂材料４６を充填し、気体による圧力５０をかけて気泡を除去した後に硬化して形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体発光素子の発光面を含む周囲に透光性樹脂が形成された半導体発光装置およびその製造方法に関し、特に、成形用型に透光性樹脂材料を充填した後に、硬化して透光性樹脂が形成される半導体発光装置およびその製造方法に関する。

従来、半導体発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を覆い蛍光体を含有した透光性樹脂（以下、「透光性樹脂」と称する。）とを含んで構成される。半導体発光素子から出射される紫外光や可視光により、蛍光体を励起（低いエネルギー状態から高いエネルギー状態へ電子の軌道が変わること）させて発光させている。

この透光性樹脂は、一般的にスピンコート法やスクリーン印刷法などにより形成される。スピンコート法では、形成できる樹脂層の厚さが１００〜９００μｍ程度であり、基板の上面だけしか成形ができないことがある。一方、スクリーン印刷法では、基板の上面および側面にも透光性樹脂材料を成形でき、層厚を０．３〜０．５ｍｍで一様に成形することができる。なお、スクリーン印刷法に用いられる装置の一例を、特許文献１に示す。また、このスクリーン印刷法は、特許文献２に開示されているように、電子部品に実装用の導電材パターンを形成する際に用いられることがある。

特許文献３には、スクリーン印刷法による透光性樹脂の形成方法の一例が開示されている。図８は、特許文献３に開示された半導体発光装置を模式的に示す断面図である。

図８に示す半導体発光装置は、半導体発光素子１１０に透光性樹脂の一例である蛍光体層１０９が発光面１０２を含む表面を被覆して構成されている。半導体発光素子１１０は、サファイア基体１００にｎ型半導体層１０１が積層され、ｎ型半導体層１０１に、ｎ側電極１０６を形成する領域を除いて発光体層１０２が積層され、発光体層１０２にｐ型半導体層１０３が積層され、ｐ型半導体層１０３にｐ側反射電極１０４が積層され、ｐ側反射電極１０４にｐ側電極１０５が形成されている。この半導体発光素子１１０は、配線パターン１０７を成形した基体１０８にｎ側電極１０６とｐ側電極１０５を接続させてフリップチップ実装されている。

蛍光体層１０９は、スクリーン印刷法により形成される。具体的には、成形用型と呼ばれる型に設けられた複数の開口部の中心に、半導体発光素子１１０が収まるように配置し、この開口部へ二酸化珪素分子を含有した蛍光体含有材料を充填し、成形用型を除去し、蛍光体含有材料を硬化させて、蛍光体層１０９を成形する。特許文献３に開示の形成方法では、充填された蛍光含有材料に二酸化珪素分子が含有されることで、成形用型を除去する際に、表面積比を確保することができ、蛍光体含有材料に対して揺るぎ変性を分け与えることができる。そのため、開口部へ充填された蛍光体含有材料は、成形用型を除去した後、崩壊や沈降などを防止し、その形状を保持することができる。

また、特許文献４には、基板上に塔載されたＬＥＤチップを孔版印刷（スクリーン印刷に相当）で透光性樹脂を封止する製造方法が開示されている。具体的には、ＬＥＤチップ塔載面の周囲にマスクを設置し、マスクの開口に樹脂を充填する。その後、不要樹脂の除去工程中に減圧、加圧を繰り返すことで、樹脂中の気泡の除去を行い、気泡による光の反射屈折で発光むら、輝度むらが発生を防止するものである。
特開２０００−２３３４８９号公報（平成１２年８月２９日公開） 特開２００４−８２５１４号公報（平成１６年３月１８日公開） 特開２００５−１２３２３８号公報（平成１７年５月１２日公開） 特開２００３−１７９２６９号公報(平成１５年６月２７日公開)

しかしながら、上記特許文献３に記載の半導体発光装置の製造方法によれば、蛍光体含有材料と半導体発光素子１１０の間に生じうる気泡については何ら考慮されていない。そのため、この場合には成形用型の開口部に注入した蛍光体含有材料が型くずれを起こしたり、または気泡を含んでしまうなどの問題が想定される。

さらに、図８に示すように、半導体発光素子１１０がフリップチップ実装されていることにより、特にｎ側電極１０６近傍に空間があるため、この周囲に注入された蛍光体含有材料は気泡を含み均一に注入されないという問題が生じる。従って、所望とする厚みや形状を有する蛍光体層１０９を備えた半導体発光装置を得ることが困難である。このように蛍光体層１０９中に空隙が生じると、均一な発光を実現できないことがある。

また、特許文献４に開示の製造方法では、不要な樹脂除去工程中に気泡を除去する処理が行われるため、開口部内での樹脂の充填状態が変化し、気泡の含有状態も変化することとなり、樹脂形状を安定して形成することができないことがある。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体発光素子の発光面を含む周囲に所望とする形状に成形された透光性樹脂が設けられている半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供することにある。

本発明に係る半導体発光装置は、基体と、前記基体に設けられた半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆う透光性樹脂と、を含み、前記透光性樹脂は、前記半導体発光素子が設けられた位置に開口部を有する成形用型を配置して、該開口部に透光性樹脂材料を充填し、気体による圧力をかけて気泡を除去した後に硬化して形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、半導体発光素子は、気泡が少ない透光性樹脂によって、半導体発光素子との密着度が高い状態で覆われている。透光性樹脂に気泡が含まれている場合、その空間の分だけ透光性樹脂の厚みが異なってしまうため、発光むらを生じさせる一因となる。しかし、本発明によれば、半導体発光素子は、気泡が少なくまた密着度が高い状態で透光性樹脂に覆われ、さらに、圧力をかけて形成されているため、基体との密着度をも向上した所望の形状の透光性樹脂に覆われることができる。そのため所望の光放射特性を実現できる半導体発光装置を提供できる。また、半導体発光素子間での透光性樹脂の形状のばらつきを低減でき、歩留まりの低下を抑制することができる。

本発明に係る半導体発光装置では、前記透光性樹脂は、蛍光体を含有することが特に好ましい。この構成によれば、用途に応じて各種の色の発光を可能とする半導体発光装置を提供することができる。特に、蛍光体の種類を適宜選択することで、半導体発光素子の発光波長がバラついても色度が安定した白色光の発光を実現した半導体発光装置を提供することができる。白色光の発光が可能な半導体発光装置は、適用用途が広いため発光むらが低減を実現できることは有用である。

本発明に係る半導体発光装置では、前記透光性樹脂は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上であることが好ましい。

本発明に係る半導体発光装置では、前記基体上に少なくとも２個以上の前記半導体発光素子が載置されていることが好ましい。この構成によれば、複数の半導体発光素子が設けられていることにより、発光領域の面積を大きくすることができる。

本発明に係る半導体発光装置では、前記半導体発光素子は、近紫外線から赤外線領域で発光する半導体発光素子であることが好ましい。具体的なピーク波長の値としては２００〜９８０ｎｍである。特に白色光を発生させる場合には、下記に記載する蛍光体との組み合わせを考慮が必要であるが、３８０〜４７０ｎｍまでの領域にピーク波長を有する素子を用いることが好ましい。

本発明に係る半導体発光装置では、前記蛍光体は、ガドリニウムおよびセリウムが添加された、YAG系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、BOS系（Barium Ortho-Silicate）、TAG系（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）の少なくとも１種を含むことが好ましい。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基体に半導体発光素子を配置する工程と、前記基体に、前記半導体発光素子の上に開口部を有する成形用型を設ける工程と、前記開口部に透光性樹脂材料を充填する工程と、前記透光性樹脂材料のうち、前記透光性樹脂材料に気圧をかける工程と、前記透光性樹脂材料を硬化し透光性樹脂を形成する工程と、前記成形用型を除去する工程と、を含むことを特徴とする。

上記の半導体発光装置の製造方法によれば、成形用型の開口部に透光性樹脂材料を充填した後に、加圧を行いその後硬化処理が施されている。そのため、半導体発光素子への密着度を高めると共に透光性樹脂材料中に含まれる気泡を減少させることができる。さらに、加圧を行うことで基体と透光性樹脂との密着度をも向上させることができる。以上のように、本発明の半導体発光装置の製造方法によれば、所望の形状を有し、また空隙の発生が抑制された透光性樹脂を形成することができる。

なお、本発明では、前記開口部に透光性樹脂材料を充填する工程は、開口部の上方に設けられた不要な透光性樹脂材料を除去する工程を含んでいてもよい。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、前記開口部に透光性樹脂材料を充填する工程は、不要な該透光性樹脂材料を除去する工程を含むことが好ましい。この構成によれば、不要な透光性樹脂材料を確実に除去することができるため、透光性樹脂材料に良好に気圧をかけることができ、気泡の除去をより確実に行うことができる。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、前記開口部の深さは、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであることが好ましい。この構成によれば、透光性樹脂材料の注入を深さ方向に対しても均一に行うことができる。なお、ここで、「開口部の深さ」とは、開口部の上端と基体の上面との距離を意味する。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、前記開口部の径は１ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。この構成によれば、開口部内に透光性樹脂材料を良好に充填することができる。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、蛍光体を含有する前記透光性樹脂材料を充填することが好ましい。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、前記空気による加圧は、大気圧と比して１．０ｋPa〜４．０ｋPa大きい圧力であることが好ましい。この構成によれば、気泡の除去を効率よく行うことができ、かつ、透光性樹脂の表面を変形させることがない。そのため、所望の形状を有する透光性樹脂を形成することができる。

本発明に係る半導体発光装置の製造方法では、前記気圧をかける工程は、完全密閉型カバー内で空気による圧力をかけることが好ましい。この構成によれば、透光性樹脂材料に対して均一に圧力をかけることができる。そのため、気泡の除去を効率よく行うことができる。なお、ここで、「完全密閉」とは、完全であることをいうのでなく、完全な状態を目指した条件下であるとの意味である。

本発明によれば、透光性樹脂材料を成形用型の開口部に注入した後、圧力を加えることにより半導体発光素子の近傍に生じる気泡をなくすことができるために所望とする形状の透光性樹脂を形成できる。これにより、歩留まりの低下を抑止すると共に均一な発光が可能な半導体発光装置を提供できる。

１．第１の実施形態
以下に、本発明の第１の実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。

１．１．半導体発光装置
図１は、本実施形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図である。図１に示すように、基体１０の上に、複数の半導体発光素子２０が列状に配置されている。半導体発光素子２０の周囲は、透光性樹脂４０に覆われている。基体１０には、実装基板であり各種導電性のパターン（図２参照）が形成されている。半導体発光素子２０は、導電性パターンと電気的に接続されている。また、透光性樹脂４０は、連続した層ではなく、複数の半導体発光素子２０を個別に覆う形状を有している。本実施形態では、透光性樹脂４０は円柱形状である。なお、本実施形態では、個別に覆われている場合を図示したが、複数の半導体発光素子２０を連続した一の透光性樹脂で覆う構造をとってもよい。

次に、図２を参照しつつ半導体発光素子２０の構造についてさらに詳細に説明する。図２は、図１のＡ部を拡大して示す図である。図２に示すように、本実施形態の発光装置に含まれる半導体発光素子２０は、素子基板２２と、ｎ型半導体層２４と、発光体層２６と、ｐ型半導体層２８とを積層して構成される。ｎ型半導体層２４の上には、発光体層２６と分離された位置に電極３０ａが形成される。つまり、ｎ型半導体層２４の上には、電極３０ａを成形する領域を除いた部分に発光体層２６が形成されている。ｐ型半導体層２８の上には、他方の電極３０ｂが設けられている。電極３０ａおよび電極３０ｂは、金属線３２を介して基体１０に形成されている導電性パターン３４と電気的に接続されている。

素子基板２２は、矩形状に成形され、絶縁性を有するサファイア基板の他、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＧａＮ基板およびＺｎＯ基板などを用いることができる。

ｎ型半導体層２４は、素子基板２２にＧａＮ層，ＡｌＧａＮ層などを積層して形成される。図示しないが、ｎ型半導体層２４と素子基板２２との間に、ＧａＮやＩｎＧａＮで成形したバッファ層を設けることができる。

電極３０ａは、公知の電極材料を用いることができ、例えば、ｎ型半導体層２４と接続するＴｉと、ボンディングするために好適なＡｕとを積層させて構成される。

発光体層２６としては例えばＩｎＧａＮを含む層を、ｐ型半導体層２８としては例えばＧａＮ層を用いることができる。発光体層２６およびｐ型半導体層２８を形成するときには、ｎ型半導体層２４の全面にＩｎＧａＮを含む発光体層２６と、発光体層２６の全面にＧａＮを積層したｐ型半導体層２８とを形成した後に、ドライエッチングによりｎ型半導体層２４の一部を露出させることで形成される。この露出した部分に電極３０ａが形成される。

電極３０ｂは、ｐ型半導体層２８とオーミックコンタクトを取れる材料を用いることが好ましい。ｐ型半導体層２８がＧａＮ層である場合、電極３０ｂは、ＮｉとＡｕから形成されることができる。

透光性樹脂４０は、図２に示すように、基体１０に実装された半導体発光素子の周囲を覆っている。透光性樹脂４０としては、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上を挙げることができる。中でも、耐候性、耐熱性、電気絶縁性、化学安定性に優れ、また、可視〜紫外光領域まで非常に高い光透過率を有するため、シリコーン系樹脂を用いることが好ましい。

また、透光性樹脂４０は、蛍光体を含有していることが好ましい。蛍光体を含有していることで、所望の発色を可能とする半導体発光装置を実現できる。蛍光体としては、粒子状の蛍光体を用いることができ、例えば、下記の化合物を挙げることができる。青色系の半導体発光素子とＹＡＧ蛍光体との組合せなど、発光デバイスで汎用的に用いられているものをそのまま使用することができる。例えば、無機系蛍光体として、以下のものを用いることができる。

赤色系の発光色を有する６ＭｇＯ・Ａｓ_２Ｏ_５：Ｍｎ^４＋、Ｙ（ＰＶ）Ｏ_４：Ｅｕ、ＣａＬａ_０．１Ｅｕ_０．９Ｇａ_３Ｏ_７、ＢａＹ_０．９Ｓｍ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、Ｃａ（Ｙ_０．５Ｅｕ_０．５）（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_３Ｏ_７、Ｙ_３Ｏ_３：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋、及び（Ｙ・Ｃｄ）ＢＯ_２：Ｅｕ等
青色系の発光色を有する（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｍｇ）_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇ_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_３（ＰＯ_４）_６Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ_２Ｏ_５・Ｂ_２Ｏ_５：Ｅｕ、（ＢａＣａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．９５Ｔｍ_０．０５Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ａｇ、ＧａＷＯ_４、Ｙ_２ＳｉＯ_６：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｃａ_２Ｂ_４ＯＣｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_４Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、及び一般式（Ｍ１，Ｅｕ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２（Ｍ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種の元素）で表される蛍光体等
緑色系の発光色を有するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８・２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_２Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＬａＰＯ_４：Ｔｂ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．２Ｔｂ_０．８Ｇａ_３Ｏ_７、ＣａＹ_０．９Ｐｒ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＧｄ_０．８Ｈｏ_０．２Ｇａ_３Ｏ_７、ＳｒＬａ_０．６Ｔｂ_０．４Ａｌ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ、（Ｚｎ・Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＧｄＯＳ：Ｔｂ、ＬａＯＳ：Ｔｂ、ＹＳｉＯ_４：Ｃｅ・Ｔｂ、ＺｎＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＧｅＭｇＡｌＯ：Ｔｂ、ＳｒＧａＳ：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ・Ｃｏ、ＭｇＯ・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｇｅ，Ｔｂ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ，Ｔｍ、及びＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ等
また、白色系の発光色を有するＹＶＯ_４：Ｄｙ、黄色系の発光色を有するＣａＬｕ_０．５Ｄｙ_０．５Ｇａ_３Ｏ_７を用いることもできる。半導体発光素子からの光の波長が４２０ｎｍ以下の近紫外線であった場合、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_３Ｓ：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅのいずれか又はこれらの中から選ばれる二以上の蛍光体を組み合わせて用いることができる。また、種類の異なる蛍光体を二種以上組み合わせて用いることもできる。この場合、一方の蛍光体は半導体発光素子２０からの光を吸収して他の波長光を放出するばかりでなく、他の蛍光体から放出された蛍光を吸収して他の波長光を放出するタイプでもよい。さらに、蛍光体に光拡散材を併用することもできる。この場合、発光むらの減少を図ることができる。

上述したように、蛍光体は、特に限定されずＹＡＧ系蛍光体（Yttrium Aluminum Garnet）、ＢＯＳ系蛍光体（Barium Ortho-silicate）およびＴＡＧ系蛍光体（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）を用いることができる。特に好ましい蛍光体は、前記ＢＯＳ系（Barium Ortho-Silicate）を用いると半導体発光素子２０の発光波長がバラついても白色光の色度が変わらないため、白色ＬＥＤの歩留まりが高まる。また、これらの蛍光体に対する半導体発光素子２０として、紫外線、赤色系光、青色系光、黄色系光及び緑色系光を放出するものの１種又は２種以上を用いることができる。

本実施形態において、透光性樹脂４０は、スクリーン印刷法により形成された樹脂である。製造方法の詳細は後述するが、成型用型がなす開口部に透光性樹脂材料を埋め込んだ後、加圧した後に硬化された樹脂である。そのため、気泡の発生が抑制された層であり、半導体発光素子２０に対する密着度および基体１０と透光性樹脂４０との密着度も高い。

なお、この半導体発光素子２０の上面を覆う透光性樹脂４０の厚みと、側面を覆う透光性樹脂４０の厚みは、透光性樹脂材料の沈降などによる輝度むらによって適宜決めることができる。

第１の実施形態に係る半導体発光装置によれば、半導体発光素子２０は、気泡が少ない透光性樹脂４０により半導体発光素子２０との密着度が高い状態で覆われている。透光性樹脂４０に気泡が含まれている場合、その空間の分だけ透光性樹脂４０の厚みが異なるため、発光むらを生じさせる一因となる。しかし、第１の実施形態によれば、半導体発光素子２０は、気泡が少なくまた密着度が高い状態で透光性樹脂４０に覆われるため所望の光放射特性を実現できる半導体発光装置を提供できる。また、複数の半導体発光素子２０間での透光性樹脂４０の形状のばらつきを低減でき、歩留まりの低下を抑制することができる。

１．２．半導体発光装置の製造方法
次に、本実施形態にかかる発光装置の製造方法について図３（Ａ）〜図３（Ｅ）を参照しつつ説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｅ）は、本実施形態にかかる製造方法を模式的に示す断面図である。

まず、図３（Ａ）に示すように、複数の半導体発光素子２０を基体１０に実装する。基体１０の上に、スクリーン印刷用の成型用型４２を設ける。成型用型４２は、各半導体発光素子２０の位置と合致する開口部４４を有する。第１の実施形態では、開口部４４は円柱状である。この場合、開口部４４の直径は、1ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。開口部４４の直径が１ｍｍより小さい場合、開口部４４中心の透光性樹脂材料（詳細は後述する）が不均一に注入され、開口部４４の直径が１０ｍｍより大きい場合、開口部４４中心の透光性樹脂材料の窪みが発生し均一に成形できなくなる。また、特に好ましい範囲は1ｍｍ〜３ｍｍである。

成形用型４２は、ニッケルやステンレスなどの金属で形成されている。そのため、透光性樹脂材料を開口部４４へ充填した場合でも、腐食等が起きることがない。成形用型４２の幅は、１ｍｍ〜５ｍｍであることができる。また、厚みは、０．４〜０．６ｍｍであることが好ましい。

前記開口部４４の深さは、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲が好ましく、この範囲の場合、後述の透光性樹脂材料の注入を問題なく行うことができる。特に好ましい範囲は０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。また、開口部４４の深さは、半導体発光素子２０（例えば、ＬＥＤチップ）の厚みと、半導体発光素子２０と基体１０上の導電性パターンとを金属線で接続する場合に、金属線の高さを考慮し、金属線が透光性樹脂表面から露出しないように前記深さの下限が決められ、さらに、半導体発光装置の寸法の薄型化の要求から前記深さの上限が定められることもある。

次に、図３（Ｂ）に示すように、透光性樹脂材料４６を成形用型４２の開口部４４に充填する。透光性樹脂材料４６は、半導体発光素子２０の性質に応じて適宜選択された蛍光体を含有していてもよく、硬化処理が施される前の樹脂前駆体である。この工程で、図３（Ｂ）に示すように、気泡４７が形成されてしまう。

次に、図３（Ｃ）に示すように、スキージ４８を用いて過剰な厚さ分の透光性樹脂材料４６を除去する。本実施形態では、図３（Ｄ）に示すように、成形用型４２の上面が露出する程度まで、透光性樹脂材料４６を除去する。このように、圧力をかける前に、不要な透光性樹脂材料の除去を行うと次のような利点がある。透光性樹脂材料の除去の前に気圧をかける工程を行う場合、不要な透光性樹脂材料の除去は、スキージでの除去に代表されるように物理的な力を加えて行われるため、透光性樹脂材料と基板との密着性が変化してしまい、そのため、気泡の除去が良好に行われた場合であっても、透光性樹脂材料の形状が崩れてしまうことがある。しかし、本実施形態では、圧力をかける前に、不要な透光性樹脂材料の除去を行うことでそのような問題を回避することができるのである。

次に、図３（Ｅ）に示すように、透光性樹脂材料４６の上から圧力５０をかける。圧力５０をかける手段としては気体による圧力が好ましい。このとき、気体としては、透光性樹脂材料を変性させることがない気体であれば特に制限はなく、空気または窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。これにより、気泡４７を除去することができる。この場合、圧力５０は、大気圧と比して１．０ｋＰａ〜４．０ｋＰａ大きいことが好ましい。圧力５０が１．０ｋＰａ以下の場合は、透光性樹脂材料４６に含まれる気泡４７を除去することができず、４．０ｋＰａ以上の場合は、透光性樹脂材料４６の表面の形状が不均一になってしまう。特に好ましい範囲は２．０ｋＰａから３．０ｋＰａである。前記圧力５０は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることにより均一に透光性樹脂材料４６に圧力がかかり完全に気泡４７がなくなり、また透光性樹脂材料４６と半導体発光素子２０との密着性強度および基体１０と透光性樹脂４０との密着度も向上する。

次に、硬化処理を施すことで、透光性樹脂材料４６を透光性樹脂４０とする。硬化処理は、透光性樹脂材料４６に応じて、熱処理や光処理などの各種硬化処理を行うことができる。その後、成形用型４２を基体１０から取り除く。以上の工程により、本実施形態に係る半導体発光装置を製造することができる。

第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法によれば、成形用型４２の開口部４４に透光性樹脂材料４６を充填した後に、加圧を行いその後硬化処理が施されている。そのため、半導体発光素子２０への密着度を高めると共に透光性樹脂材料４６中に含まれる気泡４７を除去することができる。これにより、所望の形状を有し、また空隙の発生が抑制された透光性樹脂４０を形成することができる。さらに、透光性樹脂４０が蛍光体を含有している場合には、空隙が存在することによる透光性樹脂４０の厚みの差は、色むらを生じさせる一因となる。しかしながら、本実施形態の製造方法では、加圧する工程を有することで、発光素子２０を覆う透光性樹脂４０の厚みを制御することができる。そのため、色むらが抑制された半導体発光装置を提供できる。さらに、透光性樹脂材料４６に対して加圧する工程が含まれることで、基体１０と透光性樹脂４０との密着度をも高めることができ、所望の形状の透光性樹脂４０を形成することができる。

また、第１の実施形態では、図２に示す構造の半導体発光素子２０について説明したが、この構造に限定されることはない。たとえば、図４および図５に示すような他の構造の半導体発光素子に応用することができる。図４および図５は、他の構造の半導体発光素子２０を説明する断面図である。

図４には、基体１０の上にｐ型半導体層２８、発光体層２６、ｎ型半導体層２４および素子基板２２が順次形成され、発光体層１０を含むように透光性樹脂４０で周囲を覆われている半導体発光装置を示す。

図５には、基体１０の上に素子基板２２、ｐ型半導体層２８、発光体層２６およびｎ型半導体層２４が順次形成され、発光体層２６を含むように透光性樹脂４０で周囲を覆われている半導体発光装置を示す。なお、図５における半導体発光素子では、素子基板２２としてはＣｕ、Ｃｕ−Ｗ（タングステン）、Ｃｕ−Ａｇ、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）を用いてもよい。

２．第２の実施形態
次に、本発明の第２の実施形態について、図６または図７を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態との相違点について説明する。そのため、説明の便宜上、第１の実施形態で説明した部材と同様の機能を有する部材には、同一の番号を付し、その説明は省略する。

２．１．発光装置
図６は、第２の実施形態に係る発光装置を模式的に示す断面図である。図６に示すように、半導体発光装置は、基体１０に複数の半導体発光素子２０が設けられている。複数の半導体発光素子２０の相互間には、反射部６０が形成されている。反射部６０は、半導体発光素子２０からの発光を散乱させて発光面での発光むらの均一化に寄与すると共に、反射部６０の相互間からの光取り出しを向上させる役割を有する。反射部６０は、公知の樹脂からなる部材であり、その表面にはＡｇまたはＡｇ合金、あるいはＡｌが形成（コーティング）されている。

反射部６０は、上面が底面よりも大きい形状を有している。すなわち、基板の上方向に向かって大きくなる形状を有する。図６には、その一例として、第１部分６０ａと、第１部分６０ａの上であって第１部分６０ａと比して大きい第２部分６０ｂとからなる反射部６０を示す。つまり、第２部分６０ｂの下には、空間６２が生じることとなる。

さらに、半導体発光素子２０を覆うように透光性樹脂４０が設けられている。このとき、透光性樹脂４０は、半導体発光素子２０に対して高く密着し、第２部分６０ｂの下方に生じている空間６２をも充填している。また、透光性樹脂４０の上面が反射部６０の上面と比して低い位置にある。

本実施形態にかかる半導体発光装置によれば、反射部６０の形状を問わず、半導体発光素子２０および反射部６０に対して、高い密着状態で空隙が少ない透光性樹脂４０が設けられている。そのため、発光むらが抑制され光放射特性の良好な半導体発光装置を提供することができる。

２．２．発光装置の製造方法
次に、本実施形態にかかる発光装置の製造方法について図７（Ａ）〜図７（Ｅ）を参照しつつ説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｅ）は、本実施形態にかかる製造方法を模式的に示す断面図である。

まず、図７（Ａ）に示すように、複数の半導体発光素子２０を基体１０に実装する。基体１０の上に、スクリーン印刷用の成型用型４２を設ける。第２の実施形態では、成形用型４２は、反射部６０と同一のパターンを有している例を示す。なお、本実施形態では、反射部６０と、成形用型４２とを別々に設けたが、これに限定されることはなく、同一のパターンである場合には、反射部６０自体を成形用型４２として代用することもできる。

次に、図７（Ｂ）に示すように、透光性樹脂材料４６を成形用型４２の開口部４４に充填する。その後、図７（Ｃ）に示すように、スキージ４８を用いて過剰な厚さ分の透光性樹脂材料４６を除去する。本実施形態では、図７（Ｄ）に示すように、成形用型４２の上面が露出する程度まで、透光性樹脂材料４６を除去した場合を示す。

次に、図７（Ｅ）に示すように、透光性樹脂材料４６の上から空気による圧力５０をかける。このとき、透光性樹脂材料４６中に含まれていた気泡４７が除去される共に、第２部分６０ｂの下方である空間６２にまで透光性樹脂材料４６を押し込むことができる。その結果、図６に参照されるように、反射部６０の上面と比してその上面が低い位置にある透光性樹脂４０を形成することができる。なお、透光性樹脂４０は、少なくとも半導体発光素子２０に接続される金属線３４（図２、４、５参照）を覆うことができるだけの高さを有する。本実施形態によれば、圧力をかけた際に透光性樹脂材料４６を空間６２に入りこませることで、透光性樹脂材料４６（透光性樹脂４０）の表面の高さを調整することが可能となる。この場合、空間６２は、圧力を受けなくては透光性樹脂材料が入り込めないような、細長い形状を有することが好ましい。

ついで、硬化処理を施すことで、透光性樹脂材料４６を透光性樹脂４０とすることができる。その後、成形用型４２を半導体発光素子２０を基体１０から取り除く。以上の工程により、第２の実施形態に係る半導体発光装置を製造することができる。

第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法によれば、透光性樹脂４０の上面の高さを反射面６０の上面に対して低くなるように調整できるため、樹脂表面で回折した光が反射面の上部に当たりやすくなり、軸上の光度を大きくできる。また、第２の実施形態に係る製造方法で半導体発光装置を生産する場合、発光輝度の値を透光性樹脂４０の上面の高さの調整（圧力をかける条件）にフィードバックすることで、半導体発光装置の色や発光輝度のばらつきを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、透光性樹脂材料４６を成形する成形用型４２の開口部４４を平面視して円形としたが、矩形状や多角形状や異形状とすることもできる。

さらに、本発明の実施形態では、基体上に複数の半導体発光素子が塔載された半導体発光装置の例について説明したが、該半導体発光装置をダイシングなどで半導体発光素子１個、或いは少数単位毎に分割して液晶バックライト用光源用途などの半導体発光装置とすることも可能である。

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る半導体発光装置およびその製造方法は、半導体発光素子の周囲にスクリーン印刷法で所望の形状を有する透光性樹脂を形成するのに有用である。

本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図であり、図１のＡ部を拡大して示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置を示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す断面図である。 従来技術における半導体発光装置を説明する断面図である。

符号の説明

１０ 基体
２０ 半導体発光素子
２２ 素子基板
２４ ｎ型半導体層
２６ 発光体層
２８ ｐ型半導体層
３０ａ、ｂ 電極
３２ 導電性パターン
３４ 金属線
４０ 透光性樹脂
４２ 成形用型
４４ 開口部
４６ 透光性樹脂材料
４７ 気泡
４８ スキージ
５０ 圧力

Claims (13)

1. 基体と、
   前記基体に設けられた半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子を覆う透光性樹脂と、を含み、
   前記透光性樹脂は、前記半導体発光素子が設けられた位置に開口部を有する成形用型を配置して、該開口部に透光性樹脂材料を充填し、気体による圧力をかけて気泡を除去した後に硬化して形成されていることを特徴とする、半導体発光装置。
2. 前記透光性樹脂は、蛍光体を含有す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. 前記透光性樹脂は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂、シリコーン変形エポキシ系樹脂等の少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記基体上に、少なくとも２個以上の前記半導体発光素子が載置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体発光装置。
5. 前記半導体発光素子は、近紫外線から赤外線領域で発光する半導体発光素子であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記蛍光体は、ガドリニウムおよびセリウムが添加された、YAG系（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、BOS系（Barium Ortho-Silicate）、TAG系（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）の少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の半導体発光装置。
7. 基体に半導体発光素子を配置する工程と、
   前記基体に、前記半導体発光素子の上に開口部を有する成形用型を設ける工程と、
   前記開口部に透光性樹脂材料を充填する工程と、
   前記透光性樹脂材料に気圧をかける工程と、
   前記透光性樹脂材料を硬化し透光性樹脂を形成した後、成形用型を除去する工程と、を含むことを特徴とする、半導体発光装置の製造方法。
8. 前記開口部に透光性樹脂材料を充填する工程は、不要な該透光性樹脂材料を除去する工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
9. 前記開口部の深さは、０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光装置の製造方法。
10. 前記開口部の径は１ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項７〜９に記載の半導体発光装置の製造方法。
11. 蛍光体を含有する前記透光性樹脂材料を充填することを特徴とする、請求項７〜１０の何れか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
12. 前記空気による加圧は、大気圧と比して１．０ｋPa〜４．０ｋPa大きい圧力であることを特徴とする、請求項７〜１１の何れか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
13. 前記気圧をかける工程は、完全密閉型カバー内で空圧をかけることを特徴とする請求項７〜１２の何れか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。

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