JP2008135588A - 発光装置用の支持体及びそれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたって高い反射率を維持できる反射層を備え、発光素子からの発光の波長域に関係なく光取り出し性能に優れた発光素子用の支持体と、その支持体を用いた発光素子とを提供する。
【解決手段】本発明の支持体１２は、発光素子３２を載置するための素子載置領域１４と、素子載置領域１４の底部１６に露出した一対の電極層２０、４０と、素子載置領域１４の内壁１８に形成された周辺部反射層２６と、を備え、電極層２０、４０が、電極反射層２２、４２と、電極反射層２２、４２の上側に積層された形成された接合層２４、４４とを含み、電極反射層２２、４２と周辺部反射層２６とはＡｇ合金膜から形成され、接合層２４、４４は、発光素子３２での発光を透過可能な薄さのＡｕ膜又はＡｕ合金膜から形成されていることを特徴とする。本発明の発光装置１０は、上記の支持体１２と、支持体１２に固定された発光素子３２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置用の支持体及びそれを用いた発光装置に関し、特に、セラミック支持体及びそれを用いた発光装置に関する。

発光ダイオードなどの発光素子を用いた発光装置には、発光素子を保護する支持体を備えた発光装置が知られている。支持体は、発光素子を収納するための凹部と、凹部の内面に形成された電極とを備えている。凹部内に固定された発光素子は、電極から通電されて発光し、その光は、凹部の内壁に反射しながら凹部の開口から出射される。

近年の高輝度発光素子の開発により、支持体には耐熱性と放熱性が求められるようになった。また、発光装置の屋外使用の用途が増えるに従って、耐候性に優れた支持体が好まれるようになった。そして、発光ダイオードのような長寿命の発光素子に適した耐光性の高い支持体が必要である。セラミックは、耐熱性、放熱性、耐候性及び耐光性に優れているため、セラミックから形成されたパッケージ（支持体）が利用されるようになっている。

しかしながら、セラミックは光の反射率が低いため、支持体の凹部内で発光素子が高輝度で発光しても、凹部内での光損失が大きいために、発光装置から出射される光の輝度は低下してしまう。この問題を解決するため、支持体の凹部の内周面表面に銀めっき層を、また電極（搭載部と配線層）の表面に金めっき層をそれぞれ露出させて、凹部内の光の反射率を改善した支持体が知られている（例えば特許文献１参照。）。
また、Ａｇ基体と、その表面に形成されたＡｇ−Ｍｇ合金から成る保護膜とから構成された反射膜であって、リフレクタ用に使用できるものが知られている（例えば特許文献２参照）。
特開２００４−３１９９３９号公報 特開平８−５８０１４号公報 特開２００６−１６５４９１号公報

特許文献１に開示されたセラミックパッケージは、銀めっき膜と金めっき膜とのそれぞれに以下のような問題点があると考えられる。
まず、銀めっき層の問題点を述べる。銀は硫黄成分と反応しやすく、空気中の硫黄成分と反応して表面に硫化物を形成するという性質がある。硫化物が形成されると、銀の表面は黄色〜茶色に変色して反射率が低下する。つまり、セラミック支持体に形成された銀めっき層も、経時的に表面が硫化して反射率が低下するといえる。また、硫黄成分は空気中や様々な材料中に潜在的に含まれているため、凹部を封止材料で封止した場合であっても、銀めっき層と硫黄成分との接触を完全に遮断することは困難である。よって、特許文献１のようなセラミックパッケージは、長期間にわたって使用すると銀めっき層の表面が硫化して、反射率が低下していくものと考えられる。

これに対して、特許文献２は、保護膜によってＡｇ基体の硫化を抑制できることが開示されているが、その保護膜による保護機構とは、保護膜中のＭｇがＡｇより先に酸化して表面にＭｇ酸化被膜を形成し、Ａｇを外気から遮断するというものである。そのため、単に反射膜とする場合には問題ないが、Ａｇ基体に電気を通電したい場合や、表面に他の金属材料を接合したい場合など、Ｍｇ酸化被膜によって阻害されて、十分な通電や接合が達成できない。

次に、金めっき層の問題点について述べる。金は、長波長の可視光に対しては反射率が高いものの、青色〜緑色（波長４００〜５５０ｎｍ）の短波長の可視光に対しては反射率が低く、照射された光の多くを吸収してしまう。すなわち、特許文献１のセラミック支持体に青色〜緑色を発光する発光素子を実装した発光装置では、搭載部の金めっき層が光を吸収して、発光装置の光損失が増加する。なお、金めっき層の厚みが０．１〜３μｍと比較的厚いので、搭載層に到達した光はその下側のニッケルめっき層まで到達することはない。

そこで、本発明は、長期間にわたって高い反射率を維持できる反射層を備え、発光素子からの発光の波長域に関係なく光取り出し性能に優れた発光素子用の支持体と、その支持体を用いた発光素子とを提供することを目的とする。

本発明の発光装置用の支持体は、発光素子を載置するための素子載置領域に形成された電極層と、前記電極層の周辺部に形成された周辺部反射層と、を備えた発光装置用の支持体であって、前記電極層が、表面側から、電極反射層と、接合層と、をこの順に有し、前記電極反射層と前記周辺部反射層とはＡｇ合金膜から形成され、前記接合層は、前記発光素子での発光を透過可能な薄さのＡｕ膜又はＡｕ合金膜から形成されていることを特徴とする。

本発明では、素子載置領域に反射層を備えることによって、支持体の光取り出し性能を高めている。素子載置領域の周辺部には、耐食性の高いＡｇ合金から成る反射層（周辺部反射層）を形成しているので、周辺部反射層の表面が硫化しにくく、長期間にわたって高い反射率を維持することができる。
また、本発明に使用される電極層は、Ａｇ合金から成る電極反射層と、この電極反射層の表面側に形成された接合層とを備えている。接合層は、ワイヤボンディング性を向上させるために、Ａｕ又はＡｕ合金が使用されている。しかしながら、接合層を薄膜にすることにより、電極層に到達した光は、接合層を通過して電極反射層で反射されるため、引用文献１に比べると光の損失を抑制することができる。
接合層は、ワイヤボンディング性が向上できれば十分なので、例えば、薄膜にしすぎてピンホールや未成膜部分が残っているような薄膜であっても問題ない。このとき、接合層から電極反射層が部分的に露出するが、電極反射層がＡｇ合金から形成されているので硫化等が起こりにくく、電極反射層の反射率が低下しにくい。
そして、本発明では、同じＡｇ合金から電極反射層と周辺部反射層を形成しているので、例えば電解メッキにより同時に成膜することができ、工程数を低減できる利点もある。

また、本発明は上記の支持体を使用した発光装置であり、
前記支持体の前記素子載置領域の内部に固定され、前記電極層と導通された発光素子と、を備えている。
本発明の発光装置は、支持体の電極層に到達した光が、Ａｇ合金から成る反射層（電極反射層）で反射されるので、使用される発光素子の発光が短波長光でも長波長光でも、光損失の小さい発光装置になる。また、２つの反射層（電極反射層と周辺部反射層）がいずれも耐食性の高いＡｇ膜で形成されているので、長期間にわたって使用しても、反射層の反射率が低下しにくい。よって、反射層の反射率低下に起因する発光装置の輝度低下が起こりにくい。

本発明の支持体は、電極反射層及び周辺部反射層が長期間にわたって高い反射率を維持でき、また、その反射率が発光波長に関係なく高いので、様々な発光色の発光素子用の支持体に好適である。また、本発明の発光装置は、使用している支持体の反射率が長期間にわたって高く維持されるので、長寿命で且つ品質劣化しにくい発光装置を得ることができる。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明にかかる発光装置１０であり、発光素子３２と、その発光素子３２を保護する支持体１２と、発光素子３２を外部環境から密封する封止樹脂３６とから構成されている。支持体１２は、発光素子３２を載置するための凹状の素子載置領域１４を備えている。図１では、この素子載置領域１４内に発光素子３２を実装した後に、封止樹脂３６によって素子載置領域１４内を充填している。本実施の形態では、発光素子３２は、絶縁性基板に形成された半導体発光素子であり、半導体側（図中で上側）に２つの素子電極が形成されている。

支持体１２は、素子載置領域１４の底部１６に２つの第１電極層２０と第２電極層４０とを備えている。第１電極層２０及び第２電極層４０は、支持体１２の外部と電気的に接続できる通電経路（図示せず）を備えている。よって、素子載置領域１４内に設置された発光素子３２は、導電ワイヤ３４により第１電極層２０及び第２電極層４０と導通されることにより、支持体１２の外部から給電することができる。なお、通電経路は、支持体１２を貫通する孔に導電材料を充填する等により形成することができる。

第１電極層２０及び第２電極層４０は、電極反射層２２、４２と、接合層２４、４４とを積層して構成されている。
電極反射層２２、４２は、第１電極層２０及び第２電極層４０に到達した光を反射するための層であり、Ａｇ合金膜から形成されている。電極反射層２２、４２の膜厚は、光を透過しないだけの厚さが必要であるが、特に、２μｍ以上２０μｍ以下であるのが好ましい。膜厚が２μｍより薄いと、Ａｇ合金膜の結晶性を充分なものとできないので反射率が十分でなく、また、光が透過して光の損失が起こる可能性があるので好ましくない。膜厚が２０μｍより厚くなっても、膜厚の増加による耐久性や反射性能が改善されることはなく、単に製造コストが高くなるだけなので好ましくない。

接合層２４、４４は、導電ワイヤ３４をワイヤボンディングするときの密着性を高めるための層であり、Ａｕ又はＡｕ合金の薄膜から形成されている。本発明の発光装置１０では、第１電極層２０及び第２電極層４０に向かった光を電極反射層２２、４２で反射させるので、接合層２４、４４は、電極反射層２２、４２まで光が透過可能な程度の薄膜にされている。接合層は、ワイヤボンディング性が向上できればよく、例えば、膜厚が薄くピンホールや未成膜部分が残っているような薄膜を用いることもできる。このとき、接合層から電極反射層が部分的に露出するが、電極反射層がＡｇ合金から形成されているので硫化等が起こりにくく、電極反射層の反射率が低下しにくい。接合層２４、４４の膜厚は、導電ワイヤ３４との密着性と、光の透過性との観点から、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下にするのが好ましい。膜厚が０．１ｎｍより薄いと、導電ワイヤ３４との密着性が低くなるので好ましくない。膜厚が１００ｎｍより厚いと、光の透過性が低くなるので好ましくない。
接合層２２、２４の材料として用いられるＡｕ又はＡｕ合金は、上述したように青色〜緑色の光に対する反射率が低いため、特に青色〜緑色の光を発光する発光素子３２を用いる場合に、このような膜厚とすることで反射率の高い支持体とすることができる。

図１では、発光素子３２は、樹脂等のダイボンド４８により第１電極層２０に固着されている。ダイボンド４８の接着性は、接着する物体の表面、すなわち第１電極層２４の表面と、発光素子３２の基板側表面との表面粗さに影響を受ける。原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて１５０μｍ^２の範囲を測定したときの第１電極層２４の表面粗さ（Ｒａ）は、１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるのが好ましい。Ｒａが１５０ｎｍ未満であると、ダイボンド４８の接着性が低くなり、３５０ｎｍより大きいと表面積の増加による光劣化の影響が顕著になるので好ましくない。

支持体１２は、電極層の周辺部に、電極層と電気的に分離された周辺部反射層を備えており、本実施形態では、素子載置領域１４の内壁１８に、周辺部反射層として、内壁反射層２６を形成している。内壁１８は、発光素子３２からの発光を反射させながら集光させる機能がある。よって、内壁反射層２６を、発光素子３２が載置された領域、ここでは第１電極層２０の一部を取り囲むように形成することで、発光素子からの光を効率よく反射することができ、さらに好ましくは全て取り囲むように形成される。
よって、内壁１８の反射率を高くすることにより、同じ発光素子３２を用いたとしても発光装置１０の輝度を高めることができる。本実施の形態では、この内壁１８に、Ａｇ合金膜から成る内壁反射層２６を形成している。内壁反射層２６の膜厚は、光を透過しないだけの厚さが必要であるが、特に、２μｍ以上２０μｍ以下であるのが好ましい。膜厚が２μｍより薄いと、Ａｇ合金膜の結晶性を充分なものとできないので反射率が十分でなく、また、光が透過して光の損失が起こる可能性があるので好ましくない。膜厚が２０μｍより厚くなっても、膜厚の増加による耐久性や反射性能が改善されることはなく、単に製造コストが高くなるだけなので好ましくない。

内壁反射層２６は、電極反射層２２、４２と同じＡｇ合金で同じ膜厚にすることにより、同一工程で形成して製造工程を減らすことができる。
ただし、内壁反射層２６と電極反射層２２、４２とは、それぞれ電気的に分離されている必要がある。これは、電極反射層２２、４２の表面のみに、続けて接合層をメッキして電極層２０、４０を形成するが、そのとき内壁反射層２６に接合層がメッキされないようにするためである。

図１に示した支持体１２の素子載置領域１４は、内壁を傾斜させて、底部１６で狭く開口１５で広いテーパ状にしている。このようにテーパ状にすると、発光素子３２からの光が内壁反射層２６に入射したときに開口１５方向に反射されるので、光の取り出しが良好になり、また発光装置１０から出射した光の集光性が高くなる。発光装置１０の集光性は、内壁の傾斜角によって調節できるが、より集光性を高めるには、内壁反射層２６の表面を平滑にすることが効果的である。内壁反射層２６の表面が粗いと、発光素子３２からの発光を乱反射しやすくなり、集光性が低くなるので好ましくない。内壁反射層２６の表面は、少なくとも上述の第１電極層２４の表面よりも滑らであるのが好ましい。第１電極層２４では、光劣化を抑えるためにＲａを３５０ｎｍ以下にしているが、ダイボンド４８との密着性を考慮してＲａを１５０ｎｍ未満にすることができない。これに対して、内壁反射層２６は、ダイボンド４８との密着性を考慮する必要がないので、Ｒａを１５０ｎｍ未満にすることも可能である。すなわち、内壁反射層２６は、少なくとも第１電極層２０よりも表面粗さが小さいのが好ましい。
なお、内壁反射層２６の表面粗さＲａは、第１電極層２０及び第２電極層４０と同程度であれば、いずれの金属層も同様のめっき条件で形成できる。

本発明の支持体１２の本体を形成する材料は、絶縁体材料であれば限定されない。電極層２０、４０及び内壁反射層２６を電解めっき法によって形成する場合は、例えば、セラミックやガラスエポキシ樹脂等の絶縁性部材を積層して形成した積層基板を用いることが好ましい。特に、セラミックから形成した支持体本体は反射率が低いので、本発明の構成を適用することにより、光反射を効果的に改善できる。よって、耐熱性、放熱性、耐候性及び耐劣化性に優れ、長期間にわたり高い反射率を維持でき、さらに、波長に関係なく光取り出し性能に優れた支持体１２を提供することができる。
セラミック材料からなる支持体の本体に、内壁反射層２６や電極反射層２２、４２等の金属膜を密着させるには、まずセラミック材料の表面のうち、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２を形成する位置をメタライズし、そして、そのメタライズにより形成されたメタライズ層５０の表面に、順次金属膜を内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２を形成する。メタライズ層５０は、セラミックの表面と強力に固着しており、その上に形成される内壁反射層２６や電極反射層２２、４２が剥離しにくくなる。
なお、メタライズ層５０は、ＷやＭｏ等を有する導電ペーストを塗布することで形成できる。

内壁反射層２６は、内壁１８全体に形成することもできるが、構造上の理由から、上端や下端が部分的に形成されていなくても十分に効果が期待できる。発光素子３２から内壁方向に向かう光のほぼ全てが、活性層３３の水平位置よりも開口１５向きに傾いた光路になる。よって、素子載置領域１４内の光の反射効率を向上させるには、内壁反射層２６の下端が発光素子３２の活性層３３よりも底部１６側になるように、内壁反射層２６を形成するのが好ましい。言い換えると、高さの基準を電極層２０、４０の上面（すなわち、接合層２４、４４の上面）とし、そこから開口方向に測定した距離（いわゆる「高さ」）を比較した場合に、内壁反射層２６の下端までの高さＨ_ｒｅｆが、発光素子２８の活性層３３までの高さＨ_ａｃｔよりも低いのが好ましい。なお、内壁反射層２６の下端が、接合層２４、４４の上面と同じ高さ又は接合層２４、４４より底部１６側に位置する場合には、Ｈ_ｒｅｆは、０以下の値として表記される。

半導体発光素子の実装形態によって、活性層３３の高さＨ_ａｃｔが異なるので、それぞれの実装形態ごとに、内壁反射層２６の下端の高さＨ_ｒｅｆの好適範囲は異なる。
例えば、発光素子３２をフェースアップ実装すると、活性層３３の高さＨ_ａｃｔは８０〜１３０μｍ程度になるので、フェースアップ実装用の支持体１２では、内壁反射層２６の下端の高さＨ_ｒｅｆは、少なくとも１３０μｍ未満にされ、好ましくは８０μｍ未満にされる。
また、発光素子３２をフリップチップ実装すると、活性層３３の高さＨ_ａｃｔは１０〜２０μｍ程度になるので、フリップチップ実装用の支持体１２では、内壁反射層２６の下端の高さＨ_ｒｅｆは、少なくとも２０μｍ未満にされ、好ましくは１０μｍ未満にされる。
よって、いずれの実装方法にも好適な支持体１２とするには、内壁反射層２６の下端の高さＨ_ｒｅｆを１０μｍ未満にするのが好ましい。
上述のように、内壁反射層２６の下端は、活性層３３よりも底部１６側に位置するのが好ましいが、底部１６に達しても構わない。さらに、内壁反射層２６は、電極層２０、４０に接触しない範囲であれば、底部１６まで延設してもよい。

以下に、セラミック支持体１２を含む発光素子１０の製造方法について説明する。なお、セラミックから支持体１２を成形する場合には、素子載置領域１４の凹状部分の底部１６の高さを境として上下別体にグリーンシートを成形し、焼結前に積層してか一体化している。

（１．セラミックグリーンシートの成形）
セラミック用の原料粉末に有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状とし、これをドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形して２枚のセラミックグリーンシートを得る。上側用のセラミックグリーンシートには、素子載置領域１４形成用の貫通孔を打ち抜き加工で形成し、そして、下側用のセラミックグリーンシートの上に積層する。

（２．メタライズ層５０の形成とセラミック支持体１２の焼結）
メタライズ層５０をセラミック材料の表面に形成するには、セラミックグリーンシートの段階で所定位置にＷやＭｏ等を含む導電ペーストを塗布し、その後にセラミックグリーンシートを焼結する。本実施の形態では、素子載置領域１４の底部１６と内壁１８とに、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２に対応した形状寸法の導電ペーストを印刷法により塗布し、その後に焼結して形成することができる。

（３．内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の形成）
焼結が完了したセラミック支持体１２には、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２に対応するメタライズ層５０が形成されている。それぞれのメタライズ層５０の上に、内壁反射層２６と電極反射層２２、４２とを電解めっき法により形成する。
内壁反射層２６と電極反射層２２、４２に対応したメタライズ層５０のそれぞれに電極を取り付け、Ａｇ合金用のめっき浴に浸漬する。そして、電解めっき用の対極をめっき浴に入れて、導通することにより、メタライズ層５０の上にＡｇ合金層（内壁反射層２６と電極反射層２２、４２）を形成する。内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２が所定の膜厚になったら、めっき浴から取り出し、洗浄する。

（４．接合層２４、４４の形成）
電極反射層２２、４２の表面に、Ａｕ合金から成る接合層を電解めっき法により形成する。セラミック支持体１２をＡｕ合金用のめっき浴に浸漬し、電極反射層２２、４２に対応したメタライズ層５０に取り付けた電極と、電解めっき用の対極との間に通電して、電極反射層２２、４２の表面のみにＡｕ合金薄膜（接合層２４、４４）を形成する。接合層２４、４４は薄膜であるので、フラッシュメッキで形成する。接合層２４、４４が所定の膜厚になったら、めっき浴から取り出し、洗浄する。
ここまでの工程より、セラミック支持体１２が得られる。

なお、この例では、内壁反射層２６、電極反射層２２、４２、及び接合層２４、４４等の金属材料から形成される層は、電解めっき法により形成されている。これは、通電させるメタライズ層５０の領域を変更するだけで、所望の金属材料層を所望の部分のみ選択的に形成することができるからである。よって、積層構造の異なる層が混合するような支持体１２であっても効率よく製造することができる。
しかしながら、それらの金属材料の層は、スパッタ法や蒸着法等によって形成することもできる。この場合には、メタライズ層５０を必要としないので、メタライズ層５０の形成工程を減らすことができる点で有利である。
また、素子載置領域に形成する接合層よりも下、支持体側の各層と、その周辺部に形成する各層とを、同様の材料、同様の層構成、及び同様の膜厚から形成すれば、それらの層を同時に形成して工程を少なくすることができるので好ましい。例えば、本実施の形態では、電極反射層２２、４２と、内壁反射層２６とを同様の材料、同様の層構成、及び同様の膜厚から形成すれば、それらの反射層を同時に形成して工程を少なくすることができるので好ましい。

（５．発光素子の実装）
得られたセラミック支持体１２の素子載置領域１４に発光素子３２を実装する。第１電極層２０と、発光素子３２の絶縁基板の表面とを、ダイボンド４８によって接着する。そして、発光素子３２の各電極と、第１電極層２０及び第２電極層４０とを、それぞれ導電ワイヤ３４によって接続する。

（６．封止樹脂３６の充填）
液体状の封止樹脂３６を凹状の素子載置領域１４の中にポッティングし、その後に固化させることにより、発光素子３２を外部環境から封止し、図１の発光装置１０を得ることができる。

＜実施の形態２＞
図２に図示した実施の形態２にかかる発光装置１０は、第１電極層２０及び第２電極層４０の構造、及び内壁反射層２６の構造が、実施の形態１とは異なっている以外は、実施の形態１と同様である。
本実施の形態では、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の上面には、保護層２８が形成されている。また、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の下面には密着層３０が形成されている。以下に保護層２８及び密着層３０について説明する。また、本実施の形態の特徴をより判りやすくするために、発光素子３２の直下部分を拡大して、図３に示す。

本発明は、周辺部反射層である内壁反射層２６、及び電極反射層２２、４２に、硫化しにくいＡｇ合金を使用しているため、通常の環境であれば、長期間にわたって反射率を高く維持できると考えられる。しかしながら、空気中の硫黄成分濃度が高く、硫化が起こりやすい環境下で使用された場合には、Ａｇ合金の有する耐食性だけでは、硫化を抑制できない可能性がある。その結果、電極反射層２２や内壁反射層２６の反射率が低下し、発光素子の輝度が低下する前に、発光装置１０の輝度低下が起こると考えられる。この問題を解決するために、電極反射層２２及び内壁反射層２６の上面に保護層２８を形成して耐食性を高めることができる。

保護層２８は、耐食性の向上という目的より、耐食性の高い材料から形成されるが、さらに、反射率も高い材料から形成するのが好ましい。保護層２８は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の上面に形成されることから、反射率の高い材料を使用すると、素子載置領域１４内の反射性低下を抑制することができる。しかしながら、反射率の高い材料を用いたとしても、Ａｇ合金の反射率よりも低いので、発光装置１０の光取り出し性を高めるには、保護層２８を薄くして光を透過させて、その光を内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２で反射させるのが好ましい。

保護層２８の厚さは、膜厚が０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましい。保護層２８の膜厚が０．１ｎｍより薄いと、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の耐食性が殆ど向上しないので好ましくなく、膜厚が１００ｎｍより厚いと、光の透過性が低くなるので好ましくない。
保護層２８は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２を形成した後に、電解めっき法を用いて形成することができる。保護層２８は膜厚が薄いので、フラッシュメッキで形成する。

本実施の形態では、保護層２８は内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２に形成されているが、保護層２８を内壁反射層２６のみ、又は電極反射層２２、４２のみに形成する形態にすることもできる。
また、保護層２８は、接合層２４の表面側に形成することもできる。その場合には、接合層２４と導電ワイヤ３４等の導電性部材とが直接接合可能なように、保護層２８を一部除去して接合層２４の表面を露出させる等の処理が必要となり、工程が増えることになる。よって、保護層２８は好ましくは接合層２４の下に形成される。

密着層３０は、メタライズ層５０と内壁反射層２６の密着性、及びメタライズ層５０と電極反射層２２、４２との密着性を高めるために形成されている。よって、密着層３０は、メタライズ層５０、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２との密着性のよい材料から形成される。また、密着層３０が支持体１２に直接形成される場合、例えばスパッタ法や蒸着法等を用いて形成される場合には、密着層３０の材料は、支持体１２、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２との密着性のよい材料から選択される。
密着層３０は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２を形成する前に、電解めっき法により形成することができるが、特に、ストライクめっきにより形成すると、密着性を向上させることができるので好ましい。ストライクめっきとは、金属成分の少ないストライク浴で、高い電流密度で短時間にめっきする手法であり、メタライズ層５０表面の酸化物の除去、活性化とめっきとが同時に進行し、次工程のめっきの密着性を向上させることができる。
本実施の形態では、密着層３０は内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２に形成されているが、密着層３０を内壁反射層２６のみ、又は電極反射層２２、４２のみに形成する形態にすることもできる。しかしながら、密着層や保護層を設ける場合は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２の両方に同様の材料及び膜厚で設ける構造とすれば、同時に形成して工程を少なくすることができるので好ましい。

本実施の形態では、内壁反射層２６、電極反射層２２、４２、接合層２４、４４、保護層２８、及び密着層３０は、電解メッキ以外に、スパッタ法や蒸着法等によって成膜することもできる。

＜実施の形態３＞
図４に図示した実施の形態３にかかる発光装置１０は、第１電極層２０を小さくして、代わりに素子載置部４６を形成している点で実施の形態１とは異なっているが、それ以外は実施の形態１と同様である。
実施の形態１では、発光素子３２は、大きく形成した第１電極層２０の上に固定されていたが、本実施の形態では、第１電極層２０の寸法を第２電極層４０と同等とし、代わりに発光素子３２を実装するための素子載置部４６を形成する。なお、第１電極層２０の寸法と第２電極層４０との寸法は必ずしも同等でなくてもよく、一方が他方よりも大きく形成することもできる。素子載置部４６は、電極反射層２２、４２と同様に、反射率が高く耐食性に優れたＡｇ合金から形成されている。素子載置部４６は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、４２と同じＡｇ合金で同じ膜厚にすることにより、同一工程で形成して製造工程を減らすことができる。また、素子載置部４６には、電極反射層２２、４２と同様に、上述の保護層２８や密着層３０を形成することもできる。

発光素子３２を第１電極層２０に代えて素子載置部４６に実装することは、発光素子３２直下から接合層２４を排除できるので好ましい。すなわち、実施の形態１では、第１電極層２０は、ワイヤボンディング性を高めるために表面にＡｕ又はＡｕ合金から成る接合層２４を備えているので、発光素子３２も接合層２４の上に固定される。これに対して、本実施の形態では、第１電極層２０と素子載置部４６とを分離しているので、素子載置部４６には接合層２４を形成しなくてもよい。よって、発光波長の短い発光素子３２を用いた場合に、光の損失を抑えることができる。

発光素子３２は、樹脂等のダイボンド４８により素子載置部４６に固着されている。ダイボンド４８の接着性は、接着する物体の表面、すなわち素子載置部４６の表面と、発光素子３２の基板側表面との表面粗さに影響を受ける。素子載置部４６の表面粗さ（Ｒａ）は、１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であるのが好ましい。Ｒａが１５０ｎｍ未満であると、ダイボンド４８の接着性が低くなり、３５０ｎｍより大きいと表面積の増加による光劣化の影響が顕著になるので好ましくない。

＜実施の形態４＞
図５〜図７に図示した実施の形態４にかかる発光装置１０は、封止樹脂３６の一部又は全部を、蛍光体を含有する蛍光封止樹脂３８に変更した点で実施の形態１〜３とは異なっているが、それ以外は実施の形態１〜３と同様である。
蛍光体封止樹脂３８に含まれる蛍光体は、発光素子３２からの光の一部を異なる波長に変換し、元の発光と混色させて発光装置１０の発光色を決定するのに使用される。例えば、発光素子３２に青色発光の窒化物半導体発光素子を使用し、蛍光体に青色光を励起光として黄色に発光するものを使用すれば、青色と黄色とは補色の関係にあるため、白色発光の発光装置１０を得ることができる。

蛍光体封止樹脂３８は、発光素子３２の近傍に配置すると、発光装置１０から取り出される光の色のばらつきを抑制することができるので好ましい。特に、蛍光体封止樹脂３８は、発光素子３２の上面を覆うように充填されることが好ましい。
図５は、蛍光体封止樹脂３８を、発光素子３２を完全に覆う程度に充填している。蛍光体封止樹脂３８の上面から開口１５までの間には、何も充填されていない。
図６及び図７は、蛍光体封止樹脂３８が素子載置領域１４の底部１６に配置され、その上側に蛍光体封止樹脂３８よりも蛍光体量の少ない封止樹脂３６が配置されている。すなわち、素子載置領域１４は封止樹脂によって完全に封止されている。図６のように蛍光体封止樹脂３８を配置するには、まず蛍光体封止樹脂３８を素子載置領域１４全体に充填し、その後に蛍光体を沈降させて２層化する。図７のように蛍光体封止樹脂３８を配置するには、図５のように蛍光体封止樹脂３８を部分的に充填し、その上に封止樹脂３６を充填する。

このように、発光素子３２近傍に蛍光体封止樹脂３８を配置すると、内壁反射層２６の下端近傍は蛍光体封止樹脂３８に接触するが、それ以外の部分は、外気と接触するか、又は蛍光体量の少ない封止樹脂３６に接触することになる。このように、蛍光体封止樹脂３８に接触していない内壁反射層２６の表面は、第１電極層２０の表面よりも滑らかであるのが好ましい。内壁反射層２６の表面を平滑にして乱反射を抑えることにより集光性を高め、効率よく光を取り出すことができるからである。しかしながら、蛍光体封止樹脂３８に接触する第１電極層２０や、蛍光体封止樹脂３８に接触した内壁反射層２６では、それらの表面の乱反射による集光性の低下よりも、蛍光体による散乱の影響が大きいため、表面を滑らかにしても集光性向上や光取り出し効率の改善効果は小さい。このため、封止樹脂３８の蛍光体量は、内壁反射層２６の表面を滑らかにすることによる改善効果が得られる程度に少ないことが好ましく、更には蛍光体を含まない樹脂とすることが好ましい。

内壁反射層２６と第１電極層２０の表面粗さを異ならせる方法としては、以下の方法がある。
（１）接合層２４を形成するときのメッキ条件やメッキ液を調節する。
接合層２４を電解めっきで形成するときに、電流量を増やす、又はめっき液に添加する平滑剤の量を反射層形成時よりも少なくするもしくは平滑剤を添加しない。
（２）電極反射層２２の表面、又は接合層２４の表面を粗面化する。
表面の粗面化は、化学的又は機械的に行うことができる。

＜発光装置１０の構成部材＞
以下に、実施の形態１〜４の発光装置１０の各構成部材について詳述する。
なお、本発明では、反射層２２、２６、４２や、接合層２４、４４等の金属層が複数積層されているが、各層の間に明瞭な界面が存在しても、しなくてもよい。すなわち、隣接する層の界面において、各層を構成する材料が一部混在するような形態であっても、本発明の効果が得られる程度に各層の材料が配置されていれば本発明に好ましく利用できる。

（内壁反射層２６、電極反射層２２、２４、素子載置部４６）
内壁反射層２６、電極反射層２２、２４及び素子載置部４６は、Ａｇ合金膜から形成されている。Ａｇ合金には、良好な耐硫化性と高い反射率とが求められている。特に、合金元素としてＭｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ及びＰｔのうち、少なくとも１種を含有するＡｇ合金は、耐硫化性を有し、反射率も高いので、内壁反射層２６、電極反射層２２、２４及び素子載置部４６に好適である。

（接合層２４、４４）
接合層２４、４４は、Ａｕ又はＡｕ合金の薄膜から形成されている。好適なＡｕ合金としては、合金元素として、Ｃｅ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｈｇ、Ｉｎ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ又はＴｌから成る群から選択された少なくとも１種を含有するものが挙げられる。

（保護層２８）
保護層２８は、Ａｇ合金よりも耐食性の高い金属材料から形成されており、特に、反射率も高いと好ましい。好適な金属材料としては、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ又はＩｒ等がある。

（メタライズ層５０／密着層３０）
メタライズ層５０及び密着層３０は、内壁反射層２６、電極反射層２２、２４を支持体１２の表面に固定するための層である。
メタライズ層５０は、セラミック表面に固着する材料が選択される。例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕが好適である。
密着層３０は、内壁反射層２６及び電極反射層２２、２４と密着性の良い金属材料から形成されている。好適な金属材料としては、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ又はＩｒ等がある。

（導電ワイヤ３４）
支持体１２の電極層２０、４０と半導体発光素子３２とは、導電性部材を用いて電気的に接続されている。導電性部材に好適な材料は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｕである。実施の形態１〜４では、導電性部材として導電ワイヤ３４を用いている。
導電ワイヤ３４は、電気抵抗が小さく、ワイヤボンディングしても切れにくく、そして接合層２４、４４との密着性が高い材料から形成されている。特に、本発明では、電極層２０及び４０の表面に形成される接合層２４、４４の膜厚が、通常の発光装置に比べて薄いので、導電ワイヤ３４には、接合層２４、４４と強い結合を形成できる材料が選択される。導電ワイヤ３４に好適な材料は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｕである。
なお、実施の形態１〜４では、支持体１２に半導体発光素子３２をフェースアップ実装する形態を示しており、支持体１２の電極層２０、４０と半導体発光素子３２とを導電ワイヤ３４を用いて電気的に接続している。しかしながら、本発明の半導体発光素子１０では、半導体発光素子３２をフリップチップ実装することもでき、この場合には、導電ワイヤ３４に代えて、バンプや金属ペースト等の導電性接着剤を導電性部材として用いて電極層２０、４０と半導体発光素子３２とを電気的に接続することができる。導電性接着剤は、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｕを含むと、接合層２４、４４との密着性が高くできるので好ましい。

（支持体１２）
支持体１２の本体は、ガラスエポキシ樹脂やセラミック材料から形成することができる。好適なセラミック材料としては、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体又はガラスセラミックス質焼結体等がある。
なお、実施の形態１〜４では、支持体１２として、図１、２、４〜７に示すように凹部を有する支持体を用いているが、平板状の支持体を用いることもできる。平板状の支持体を用いる場合には、周辺部反射層と電極層は同じ平面上に形成される。平板状の支持体は、凹部を有する支持体よりも容易に製造することができる。一方、凹部を有する支持体は、傾斜した内壁に周辺部反射層を形成でき、上述のように発光素子３２からの発光を反射させながら集光可能であることから、集光性や光取り出し効率の点からは、平板状の支持体よりも凹部を有する支持体を用いる方が好ましい。

（封止材料３６）
支持体１２の素子載置領域１４内には、発光ダイオード３２と蛍光体の発光を透過する材料から成る封止材料３６が充填されている。封止部材３６に適した透光性の封止材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、オキセタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリイミド、及びそれらの樹脂材料を複数混合した混合樹脂等の樹脂材料や、ガラス等の無機材料が挙げられる。

（発光素子３２）
発光素子３２には、半導体発光素子が好適である。特に、本発明の支持体１２の性能が発揮できる発光装置１０には、緑色〜青色に発光する発光素子が利用でき、例えば、窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた発光ダイオードが挙げられる。この発光ダイオードは、Ｉｎ_ｘＧａ_1-ｘＮ（０＜ｘ＜１）を活性層として有しており、その混晶比によって発光波長を約３６５ｎｍから６５０ｎｍで任意に変えることができる。

（蛍光体）
蛍光体は、発光素子３２からの光の一部を異なる波長に変換し、元の発光と混色させて発光装置１０の発光色を決定するのに使用される。例えば、青色の窒化物半導体発光素子と組み合わせて使用される黄色の蛍光体としては、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上が利用できる。

本発明の支持体及び発光装置は、自動車用前照灯や車内光源のように、高出力かつ高信頼性が必要な発光装置に利用可能である。

実施の形態１にかかる発光装置の概略断面図である。 実施の形態２にかかる発光装置の概略断面図である。 実施の形態２にかかる発光装置の部分拡大断面図である。 実施の形態３にかかる発光装置の概略断面図である。 実施の形態４にかかる発光装置の概略断面図である。 実施の形態４にかかる発光装置の概略断面図である。 実施の形態４にかかる発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ 半導体発光素子、 １２ 支持体、 １４ 素子載置領域、 １５ 開口、 １６ 底部、 １８ 内壁、 ２０ 第１電極層、 ２２、４２ 電極反射層、 ２４、４４ 接合層、 ２６ 内壁反射層、 ２８ 保護層、 ３０ 密着層、 ３２ 半導体発光素子、 ３３ 活性層、 ３４ 導電ワイヤ、 ３６ 封止樹脂、 ３８ 蛍光体封止樹脂、 ４０ 第２電極層、 ４６ 素子載置部、 ４８ ダイボンド、 ５０ メタライズ層。

Claims (15)

1. 発光素子を載置するための素子載置領域に形成された電極層と、
   前記電極層の周辺部に形成された周辺部反射層と、
   を備えた発光装置用の支持体であって、
   前記電極層が、表面側から、電極反射層と、接合層と、をこの順に有し、
   前記電極反射層と前記周辺部反射層とはＡｇ合金膜から形成され、
   前記接合層は、前記発光素子での発光を透過可能な薄さのＡｕ膜又はＡｕ合金膜から形成されていることを特徴とする発光装置用の支持体。
2. 前記Ａｇ合金膜が、合金元素として、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｐｄ及びＰｔから成る群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置用の支持体。
3. 前記接合層の膜厚が０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置用の支持体。
4. 前記電極反射層及び／又は前記周辺部反射層の表面側に、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ及びＩｒから成る群から選択された少なくとも１種から成る保護層が、前記発光素子からの光を透過可能な薄さで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
5. 前記保護層の膜厚が０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
6. 前記電極反射層及び前記周辺部反射層の膜厚が、２μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
7. 前記電極反射層及び前記周辺部反射層の支持体側に、さらに、Ｎｉ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｏｓ及びＩｒから成る群から選択された１種から成る密着層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
8. 前記電極層は、その上に前記発光素子を固定可能であり、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて１５０μｍ^２の範囲を測定したときの表面粗さ（Ｒａ）が１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
9. 前記素子載置領域に、前記電極層とは別体に、発光素子を載置するために形成された表面粗さ１５０ｎｍ以上３５０ｎｍ以下のＡｇ合金膜から成る素子載置部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
10. 前記支持体が、絶縁性部材又は絶縁性の積層基板から形成されており、
    前記電極層及び前記周辺部反射層が、メタライズ層を介して前記支持体に固着されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体。
11. 前記支持体が、セラミック又はガラスエポキシ樹脂から形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の発光装置用の支持体。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置用の支持体と、
    前記支持体の前記素子載置領域に固定され、前記電極層と導通された発光素子と、を備えた発光装置。
13. 前記発光素子と、前記電極層の接合層とが導電ワイヤによって導通されており、
    前記導電ワイヤが、Ａｇ、Ｃｕ又はＡｕから成ることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
14. 前記周辺部反射層の下端が、少なくとも前記発光素子の活性層よりも底部側にあることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発光装置。
15. 前記発光素子が蛍光体を含む封止樹脂で覆われており、前記周辺部反射層の少なくとも一部が前記封止樹脂から露出しており、前記封止樹脂から露出した前記周辺部反射層の表面粗さ（Ｒａ）が、前記電極層の表面粗さ（Ｒａ）よりも小さいことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の発光装置。

Images