JP2008523578A - 半導体発光装置、発光モジュール及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱性を向上させることができる上、高集積化が容易な半導体発光装置を提供する。
【解決手段】半導体多層膜(11)と、半導体多層膜(11)を支持する基材(12)と、第１給電端子(17a)と、第２給電端子(17b)とを含み、基材(12)における半導体多層膜(11)側に配置された主面(12a)に対する裏面(12b)には、凸部(12c)が形成されており、第１及び第２給電端子(17a,17b)は、裏面(12b)における凸部(12c)を除く箇所(12d)及び基材(12)の側面(12e)から選ばれる少なくとも１つに接触して形成されており、凸部(12c)の先端面(121c)は、第１及び第２給電端子(17a,17b)と電気的に絶縁されている半導体発光装置(1)とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置、並びにこれを用いた発光モジュール及び照明装置に関する。
一般にＧａＮ系の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、以下「ＬＥＤ」と称する）は、サファイア基板等の単結晶基板上に、一般式ＢzＡｌxＧａ1-x-y-zＩｎyＮ1-v-wＡｓvＰw（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｖ＋ｗ≦１）で表されるIII−V族窒化物半導体を結晶成長させた半導体多層膜で構成され、この半導体多層膜に電流を流すことにより、紫外域から赤外域（例えば２００〜１７００ｎｍ）の広範囲に亘る光を発光することができる。特に、現時点では青緑色より短波長域の光を発光するＬＥＤの開発が進められている。
なかでも、青色光を発する青色ＬＥＤは、青色光により励起して黄色光や赤色光を発する蛍光体と組み合わせることによって、白色光を発する白色ＬＥＤとして利用することもできる（例えば、特許文献１参照）。白色ＬＥＤは、白熱電球やハロゲン電球に比べて長寿命化が可能であるため、将来的には既存の照明光源に代わる可能性を秘めている。
白色ＬＥＤを含む半導体発光装置の一例として、図８に、特許文献１に提案された半導体発光装置の断面図を示す。図８に示すように、半導体発光装置１００は、サファイア基板１０１と、サファイア基板１０１に接触して形成された、青色ＬＥＤを構成する半導体多層膜１０２と、半導体多層膜１０２を支持するＳｉ基板１０３と、サファイア基板１０１を覆ってＳｉ基板１０３上に形成された蛍光体層１０４とを含む。Ｓｉ基板１０３上には、電気絶縁膜１０５及び導体パターン１０６がこの順に積層されており、導体パターン１０６は、バンプ１０７及び電極１０８を介して半導体多層膜１０２と電気的に接続されている。
このように構成された半導体発光装置１００を照明装置に適用する場合は、通常、図９に示すように、実装基板２０１上に、多数の半導体発光装置１００（図９では１つのみ図示）を実装して発光モジュール２００を作製し、この発光モジュール２００を光源として照明装置（図示せず）を構成する。この発光モジュール２００は、図９に示すように、実装基板２０１と、実装基板２０１上に接着剤層２０２を介して固着された反射板２０３と、反射板２０３の孔部２０３ａ内に収容され、かつ実装基板２０１上に実装された半導体発光装置１００と、半導体発光装置１００及び反射板２０３を覆って実装基板２０１上に形成されたレンズ２０４とを含む。実装基板２０１は、金属層２０５と、金属層２０５上に順次積層された第１電気絶縁層２０６、配線２０７及び第２電気絶縁層２０８とを含む。そして、実装基板２０１の配線２０７と、半導体発光装置１００の導体パターン１０６とが、ボンディングワイヤー２０９を介して電気的に接続されている。
特開平１１−４０８４８号公報
しかし、上述した発光モジュール２００では、ボンディングワイヤー２０９を配置するための領域を確保する必要があるため、半導体発光装置１００の高集積化が困難となる可能性がある。そのため、取り出される光の高光束化が困難となるおそれがある。
また、図１０に示すように、Ｓｉ基板１０３（図８参照）の代わりにＡｌＮ基板３０１を用い、更にボンディングワイヤー２０９（図９参照）の代わりにビア導体３０２を用いて、配線２０７と導体パターン１０６とを電気的に接続して発光モジュール３００を構成することも考えられるが、この場合、ＡｌＮ基板３０１と実装基板２０１（第１電気絶縁層２０６）との間に間隙Ｇが形成されるため、半導体多層膜１０２から発生する熱を効率良く放熱することができなくなるおそれがある。
このような状況に鑑み、本発明は、放熱性を向上させることができる上、高集積化が容易な半導体発光装置、並びにこれを用いた発光モジュール及び照明装置を提供する。
本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と発光層と前記発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、前記半導体多層膜を支持する基材と、前記第１導電型層と電気的に接続された第１給電端子と、前記第２導電型層と電気的に接続された第２給電端子とを含む半導体発光装置であって、前記基材における前記半導体多層膜側に配置された主面に対する裏面には、凸部が形成されており、前記第１及び第２給電端子は、前記凸部を除く前記裏面及び前記基材の側面から選ばれる少なくとも１つに接触して形成されており、前記凸部の先端面は、前記第１及び第２給電端子と電気的に絶縁されていることを特徴とする。
本発明の発光モジュールは、実装基板と、前記実装基板上に実装された、上述した本発明の半導体発光装置とを含み、前記実装基板と、前記半導体発光装置に設けられた前記凸部の先端面とが密着している発光モジュールである。
本発明の照明装置は、上述した本発明の発光モジュールを光源として含む照明装置である。
本発明の半導体発光装置は、第１導電型層と発光層と当該発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、半導体多層膜を支持する基材と、第１導電型層と電気的に接続された第１給電端子と、第２導電型層と電気的に接続された第２給電端子とを含む。
半導体多層膜は、第１導電型層と発光層と第２導電型層とがこの順に積層されたダイオード構造を有する。第１導電型層は、ｐ型又はｎ型の半導体層である。第１導電型層としては、例えば、ｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層や、ｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層等を使用することができる。発光層の構成材料としては、４５０〜４７０ｎｍの光を発することができる材料が好ましい。また、発光層の構成材料として、４１０ｎｍ以下の光を発することができる材料を用いてもよい。発光層の具体例としては、例えば、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸発光層等が挙げられる。第２導電型層は、第１導電型層とは逆の導電型の半導体層である。例えば、第１導電型層がｐ型半導体層の場合、第２導電型層はｎ型半導体層となる。第２導電型層としては、第１導電型層と同様に、例えば、ｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層や、ｎ型半導体層であるｎ−ＧａＮ層等を使用することができる。ｐ型半導体層、発光層及びｎ型半導体層の厚みは、例えばそれぞれ０．１〜０．５μｍ、０．０１〜０．１μｍ及び０．５〜３μｍとすればよい。なお、第１導電型層、発光層及び第２導電型層は、それぞれ単層からなるものでもよいし、複数層からなるものでもよい。複数層からなる場合は、構成層のそれぞれが互いに異なる材料からなるものであってもよい。
また、本発明の半導体発光装置は、第１導電型層の主面又は第２導電型層の主面に接触して設けられ、半導体多層膜を結晶成長させる際に使用したＧａＮ基板等の単結晶基板（厚み：０．０１〜０．５ｍｍ程度）を含んでいてもよい。また、サファイア基板等の単結晶基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層をこの順に結晶成長させた後、前記単結晶基板を除去することにより形成された半導体多層膜を用いてもよい。
基材の構成材料は、特に限定されないが、半導体多層膜から発生する熱を効率良く放熱させるためには、構成材料の熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが最も好ましい。このような材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等の半導体材料や、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ等のセラミック材料等を使用できる。なかでも、ＡｌＮや高純度Ｓｉは、熱伝導率が高い上、加工性が良好であるため好ましい。なお、基材の構成材料として、金属等の導電材料や半導体材料を用いる場合は、基材内や基材表面において、電気絶縁性を確保する必要がある箇所を、酸化シリコンや窒化シリコン等の電気絶縁材料で被覆すればよい。
第１及び第２給電端子は、本発明の半導体発光装置を実装基板に実装して発光モジュールとする際、例えば前記実装基板に含まれる配線と電気的に接続するための端子である。第１及び第２給電端子の構成材料としては、例えばＴｉ／Ａｕ等の慣用の導電材料が使用できる。第１及び第２給電端子の厚みは、例えば０．５〜３μｍとすればよい。
そして、本発明の半導体発光装置は、基材における半導体多層膜側に配置された主面に対する裏面に、凸部が形成されている。これにより、本発明の半導体発光装置を実装基板に実装して発光モジュールを構成すると、凸部と実装基板が密着するので、本発明の半導体発光装置に含まれる半導体多層膜から発生する熱を、凸部を介して実装基板へと効率良く放熱することができる。よって、例えば、発光モジュールの長寿命化が可能となる。また、従来の発光モジュールと同程度の寿命とする場合は、従来の発光モジュールより駆動電流を高く設定することができるため、例えば、発光モジュールから取り出される光の高光束化が可能となる。
また、本発明の半導体発光装置は、第１及び第２給電端子が、前記凸部を除く前記裏面及び基材の側面から選ばれる少なくとも１つに接触して形成されている。これにより、本発明の半導体発光装置を実装基板に実装する際、例えば、第１及び第２給電端子と実装基板に含まれる配線とを、ボンディングワイヤーを介さずに半田等によって電気的に接続することができるため、半導体発光装置の高集積化が容易となる。よって、例えば、発光モジュールから取り出される光の高光束化が可能となる。また、半導体発光装置を実装基板に実装する際、多数個の半導体発光装置をリフロー等の手段を用いて同時に実装できるため、ボンディングワイヤー毎に接続作業を要するワイヤーボンディング方式を採用した場合に比べ工数の低減が可能となる。
また、本発明の半導体発光装置は、凸部の先端面が、第１及び第２給電端子と電気的に絶縁されている。これにより、第１及び第２給電端子からの給電と、凸部から実装基板への放熱とを同時に行うことができる。
本発明の半導体発光装置において上記効果を確実に発揮させるためには、凸部の高さが０．０５〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。なお、凸部の先端面の面積は、上記裏面全体の面積の５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。また、凸部が形成された箇所以外の基材の厚みは、例えば０．１〜１ｍｍの範囲である。
基材に凸部を形成する方法は、凸部の先端面と第１及び第２給電端子とを電気的に絶縁できる限り、特に限定されない。例えば、電気絶縁材料（例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、高純度Ｓｉ等）からなる板材に、同様の電気絶縁材料からなる凸部を熱プレス等により貼り合せてもよいし、導電材料（例えば、Ａｌ等の金属）からなる板材に、電気絶縁材料（例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、高純度Ｓｉ等）からなる凸部を熱プレス等により貼り合せてもよい。また、導電材料からなる板材に、導電材料からなる突起を熱プレス等により貼り合せた後、前記突起の先端面に電気絶縁材料を貼り合せて凸部を形成してもよい。
本発明の発光モジュールは、実装基板と、この実装基板上に実装された、上述した本発明の半導体発光装置とを含み、上記実装基板と、半導体発光装置に設けられた凸部の先端面とが密着している発光モジュールである。これにより、上述と同様に、例えば長寿命化が可能となる上、取り出される光の高光束化が可能となる発光モジュールを提供することができる。なお、実装基板に実装される半導体発光装置の個数は特に限定されず、要求される光量に応じて適宜設定すればよい。
実装基板は、特に限定されず、例えば金属基板、セラミック基板、電気絶縁層（例えば、無機フィラと熱硬化性樹脂とを含むコンポジットシート）と金属層とからなる積層基板等や、これらを組み合わせた複合基板等を使用することができる。なお、実装基板において、半導体発光装置に設けられた凸部の先端面と接触する箇所には、金属材料やセラミック材料等の熱伝導率が高い材料を用いるのが好ましい。半導体多層膜から発生する熱を効率良く放熱することができるからである。また、実装基板の厚みは、例えば１〜２ｍｍ程度である。
また、本発明の発光モジュールは、実装基板に前記凸部と嵌合する嵌合部が設けられ、半導体発光装置が、前記凸部と前記嵌合部とが嵌合した状態で実装されている発光モジュールであってもよい。実装基板上における半導体発光装置の位置決め精度が向上するからである。
また、本発明の発光モジュールは、実装基板と半導体発光装置に設けられた凸部の先端面とが、熱伝導性材料を介して密着している発光モジュールであってもよい。例えば、前記凸部の先端面や実装基板表面に凹凸が形成されている場合であっても、前記凸部の先端面と実装基板との間に介在する熱伝導性材料によって、半導体多層膜から発生する熱を均一に放熱することができる。この場合、放熱性を向上させるためには、熱伝導性材料の熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましい。熱伝導性材料の具体例としては、シリコングリース、半田、金や銅等の金属からなる金属薄膜等が挙げられる。なお、前記凸部の先端面と実装基板との間に介在する熱伝導性材料からなる層の厚みは、前記凸部の先端面や実装基板表面の凹凸を埋めることができる程度の厚みであればよく、例えば１〜１０μｍ程度の範囲であればよい。
本発明の照明装置は、上述した本発明の発光モジュールを光源として含む照明装置である。これにより、上述と同様に、例えば長寿命化が可能となる上、取り出される光の高光束化が可能となる照明装置を提供することができる。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置について図面を参照して説明する。参照する図１は、第１実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、図１Ａは、第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図、図１Ｂは、第１実施形態に係る半導体発光装置の蛍光体層側から見た概略平面図、図１Ｃは、第１実施形態に係る半導体発光装置の基材側から見た概略平面図である。なお、図１Ａは、図１ＢのI−I矢視方向から見た断面図である。
図１Ａ〜Ｃに示すように、第１実施形態に係る半導体発光装置１は、単結晶基板１０と、単結晶基板１０に接触して形成された半導体多層膜１１と、半導体多層膜１１を支持する基材１２と、単結晶基板１０を覆って基材１２上に形成された蛍光体層１３とを含む。半導体多層膜１１は、第１導電型層１１ａと、発光層１１ｂと、発光層１１ｂから発せられた光の取り出し側に配置された第２導電型層１１ｃとがこの順に積層された多層膜からなる。
蛍光体層１３は、発光層１１ｂから発せられた光を吸収して蛍光（例えば黄色光や赤色光の蛍光）を発する蛍光体を含む。黄色光を発する蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+や（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+等が例示でき、赤色光を発する蛍光体としては、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ2+やＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+等が例示できる。なお、蛍光体層１３は、例えば、蛍光体とペースト材料（シリコーン樹脂等）とを含む蛍光体ペーストを、スクリーン印刷等の手段により基材１２上に印刷して得られる。また、蛍光体層１３の平均厚みは、例えば０．０３〜１ｍｍとすればよい。
また、半導体発光装置１は第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂを有しており、この第１及び第２電極１４ａ，１４ｂは、それぞれ第１導電型層１１ａ及び第２導電型層１１ｃに接触して形成されている。第１電極１４ａの構成材料については、特に限定されないが、発光層１１ｂから発せられた光を反射する導電材料が好ましい。半導体発光装置１の光の取り出し効率が向上するからである。上記導電材料としては、例えば、Ｒｈ/Ｐｔ/Ａｕ等が例示できる。第２電極１４ｂについては、特に限定されず、例えば、Ｔｉ/Ａｕ等の慣用の導電材料が使用できる。なお、第１及び第２電極１４ａ，１４ｂの厚みは、例えば０．５〜３μｍとすればよい。
基材１２における半導体多層膜１１側に配置された主面１２ａには、導体パターン１５ａ，１５ｂが形成されている。そして、導体パターン１５ａは、バンプ１６ａを介して第１電極１４ａと電気的に接続されており、導体パターン１５ｂは、バンプ１６ｂを介して第２電極１４ｂと電気的に接続されている。導体パターン１５ａ，１５ｂの構成材料については、特に限定されないが、発光層１１ｂから発せられた光や蛍光体層１３中の蛍光体から発せられた光を反射する導電材料が好ましい。発光層１１ｂや蛍光体層１３から基材１２側へと進む光を、導体パターン１５ａ，１５ｂにより光の取り出し側へと反射することができるため、半導体発光装置１の光の取り出し効率が向上するからである。上記導電材料としては、例えば、Ｔｉ/Ｐｔ/Ａｌ等が例示できる。なお、導体パターン１５ａ，１５ｂの厚みは、例えば、０．５〜３μｍとすればよい。
基材１２の主面１２ａに対する裏面１２ｂには、凸部１２ｃが形成されている。これにより、後述するように半導体発光装置１を実装基板（図示せず）に実装して発光モジュール（図示せず）を構成すると、凸部１２ｃと実装基板が密着するので、半導体発光装置１に含まれる半導体多層膜１１から発生する熱を、凸部１２ｃを介して実装基板へと効率良く放熱することができる。よって、例えば、発光モジュールの長寿命化が可能となる。
また、半導体発光装置１は、裏面１２ｂにおける凸部１２ｃを除く箇所（以下「段差部」という）１２ｄ、基材１２の側面１２ｅ及び基材１２の主面１２ａに跨って、第１給電端子１７ａ及び第２給電端子１７ｂが形成されている。そして、第１給電端子１７ａは、基材１２の角部Ｘにて導体パターン１５ａと接触しており、第２給電端子１７ｂは、基材１２の角部Ｙにて導体パターン１５ｂと接触している。即ち、第１導電型層１１ａと第１給電端子１７ａとは、第１電極１４ａ、バンプ１６ａ及び導体パターン１５ａを介して電気的に接続されており、第２導電型層１１ｃと第２給電端子１７ｂとは、第２電極１４ｂ、バンプ１６ｂ及び導体パターン１５ｂを介して電気的に接続されている。これにより、後述するように半導体発光装置１を実装基板（図示せず）に実装する際、ボンディングワイヤーが不要となり、半導体発光装置１の高集積化が容易となる。よって、例えば、発光モジュール（図示せず）から取り出される光の高光束化が可能となる。
また、本実施形態においては、凸部１２ｃを含む基材１２がＡｌＮにより構成されている。よって、凸部１２ｃの先端面１２１ｃは、第１及び第２給電端子１７ａ，１７ｂと電気的に絶縁されている。これにより、第１及び第２給電端子１７ａ，１７ｂからの給電と、凸部１２ｃから実装基板（図示せず）への放熱とを同時に行うことができる。
以上、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では基材１２として主面が略正方形のものを使用したが、本発明はこれに限定されず、例えば主面が三角形、長方形、六角形等の多角形の基板や、主面が円形の基板を使用することもできる。単結晶基板１０、半導体多層膜１１及び蛍光体層１３についても同様である。また、上記実施形態では単結晶基板を用いたが、本発明では単結晶基板は必須ではない。例えば、半導体多層膜の主面と蛍光体層とが直に接していてもよい。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置について図面を参照して説明する。参照する図２は、第２実施形態に係る半導体発光装置の説明図であり、このうち、図２Ａは、第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図、図２Ｂは、第２実施形態に係る半導体発光装置の基材側から見た概略平面図である。なお、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図２Ａ，Ｂに示すように、第２実施形態に係る半導体発光装置２は、第１及び第２給電端子１７ａ，１７ｂが、基材１２の裏面１２ｂの隅部に形成された段差部１２ｄに設けられている。また、第１及び第２給電端子１７ａ，１７ｂは、第１実施形態に係る半導体発光装置１（図１参照）とは異なり、基材１２の側面１２ｅ及び基材１２の主面１２ａには接触しておらず、それぞれ基材１２の厚み方向に形成されたビア導体２０ａ，２０ｂを介して導体パターン１５ａ，１５ｂと電気的に接続されている。その他は、第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様である。よって、第２実施形態に係る半導体発光装置２によっても、第１実施形態に係る半導体発光装置１と同様の効果を発揮することができる。なお、ビア導体２０ａ，２０ｂとしては、基材１２に形成したビアホール内に、めっき等によってＰｔやＣｕ等の金属材料を充填したものが使用できる。また、ビア導体２０ａ，２０ｂの径は、例えば、２０〜２００μｍとすればよい。
以上、本発明の半導体発光装置の一実施形態として、第１及び第２実施形態の半導体発光装置を例示して説明したが、本発明の半導体発光装置は前記実施形態に限定されない。例えば、前記実施形態では蛍光体層を含む半導体発光装置について例示したが、蛍光体層を使用しない半導体発光装置としてもよい。蛍光体層を使用しない場合は、発光層の構成材料として、例えばＡｌＧａＩｎＰ系の赤色光を発光する材料や、ＧａＡｓ系の赤〜赤外光を発光する材料等を用いることができる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールについて適宜図面を参照して説明する。参照する図３は、第３実施形態に係る発光モジュールの説明図であり、このうち図３Ａは、第３実施形態に係る発光モジュールの概略斜視図、図３Ｂは、図３ＡのII−II線断面図である。また、参照する図４は、図３ＢのＺ部の拡大図である。なお、第３実施形態に係る発光モジュールは、前述した第１実施形態に係る半導体発光装置１を含む発光モジュールである。また、図１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
図３Ａ，Ｂに示すように、第３実施形態に係る発光モジュール３は、実装基板３０と、実装基板３０上に接着剤層３１を介して固着された反射板３２と、反射板３２の孔部３２ａ内に収容され、かつ実装基板３０上に実装された７個の半導体発光装置１と、半導体発光装置１及び反射板３２を覆って実装基板３０上に形成されたレンズ３３とを含む。
図４に示すように、実装基板３０は、金属層３４と、金属層３４上に順次積層された第１電気絶縁層３５、配線３６及び第２電気絶縁層３７とを含む。そして、配線３６の端部は、図３Ａに示す端子３６ａ，３６ｂとなっている。また、隣り合う第１電気絶縁層３５間には、半導体発光装置１の凸部１２ｃと嵌合する嵌合部３５ａが設けられており、半導体発光装置１は、凸部１２ｃと嵌合部３５ａとが嵌合した状態で実装されている。これにより、実装基板３０上における半導体発光装置１の位置決め精度が向上する。そして、実装基板３０の配線３６と、半導体発光装置１の第１及び第２給電端子１７ａ，１７ｂとが、半田３８を介して電気的に接続されている。このように、発光モジュール３では、ボンディングワイヤーが使用されていないため、半導体発光装置１の高集積化が容易となる。よって、例えば、発光モジュール３から取り出される光の高光束化が可能となる。
また、実装基板３０の金属層３４と、半導体発光装置１に設けられた凸部１２ｃの先端面１２１ｃとは、図示しない熱伝導性材料を介して密着している。これにより、半導体発光装置１に含まれる半導体多層膜１１から発生する熱を、凸部１２ｃを介して金属層３４へと効率良く放熱することができる。よって、例えば、発光モジュール３の長寿命化が可能となる。
次に、発光モジュール３の放熱性について評価した結果を説明する。評価に用いた発光モジュール３に含まれる半導体発光装置１（図１参照）の各構成要素の材料、サイズ等は、基材１２：２ｍｍ角のＡｌＮ基材（凸部１２ｃの高さ：０．１ｍｍ、凸部１２ｃの先端面１２１ｃの面積：３ｍｍ2、凸部１２ｃが形成された箇所以外の基材１２の厚み：０．２５ｍｍ）、導体パターン１５ａ，１５ｂを基準としたときの蛍光体層１３の平均高さ：０．４ｍｍ、蛍光体層１３の平均径：１．８ｍｍ、第１導電型層１１ａ：ｐ−ＧａＮ層、発光層１１ｂ：ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸発光層、第２導電型層１１ｃ：ｎ−ＧａＮ層、半導体多層膜１１の厚み：３μｍ、単結晶基板１０：１ｍｍ角のＧａＮ基板（厚み：０．２ｍｍ）とした。
また、評価に用いた発光モジュール３に含まれる実装基板３０（図４参照）の各構成要素の材料及び厚みは、金属層３４：アルミニウム板（厚み：１ｍｍ）、第１電気絶縁層３５及び第２電気絶縁層３７：エポキシ樹脂とアルミナとを含むコンポジット材（厚み：０．０５ｍｍ）とした。なお、実装基板３０のサイズは、図３Ａに示す縦方向の長さ（Ｌ1）及び横方向の長さ（Ｌ2）が、それぞれ２８ｍｍ及び２４ｍｍであった。
また、評価に用いた発光モジュール３に含まれる反射板３２（図４参照）としては、アルミニウム製のものを用い、その厚みは１ｍｍであった。この反射板３２と実装基板３０との間に介在する接着剤層３１には、エポキシ樹脂を用い、その厚みは０．０５ｍｍであった。また、評価に用いた発光モジュール３に含まれるレンズ３３としては、硬質シリコーン樹脂製のレンズを用いた。このレンズ３３の凸部３３ａ（図３Ａ参照）は、最大厚みが５ｍｍであった。なお、実装基板３０の金属層３４と凸部１２ｃの先端面１２１ｃとの間に介在する熱伝導性材料としては、シリコングリースを用いた。
以上ように構成された発光モジュール３について、半導体発光装置１に含まれる発光層１１ｂ（図１Ａ参照）から実装基板３０に含まれる金属層３４（図４参照）の裏面までの熱抵抗を算出したところ、０．１Ｋ／Ｗとなった。一方、比較として、前述した発光モジュール３００（図１０参照）について、同様に熱抵抗を算出したところ、２．５Ｋ／Ｗとなった。なお、比較として用いた発光モジュール３００に含まれるビア導体３０２（図１０参照）の構成材料には銅を使用し、その径は２００μｍであった。また、発光モジュール３００において、ＡｌＮ基板３０１と第１電気絶縁層２０６との間に形成された間隙Ｇ（図１０参照）は、０．０３ｍｍであった。その他の構成材料、厚み等は、上述した発光モジュール３と同様とした。
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールについて適宜図面を参照して説明する。参照する図５は、第４実施形態に係る発光モジュールの断面図であり、前述した第３実施形態に係る発光モジュール３の説明図の図４に相当する図である。なお、第４実施形態に係る発光モジュールは、前述した第１実施形態に係る半導体発光装置１を含む発光モジュールである。また、図４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第４実施形態に係る発光モジュール４では、前述した第３実施形態に係る発光モジュール３に使用される金属層３４（図４参照）の代わりに、図５に示すように、第１金属箔層４０、ガラス・エポキシ材層４１及び第２金属箔層４２が順次積層されたものが使用されている。そして、実装基板３０の第２金属箔層４２と、半導体発光装置１に設けられた凸部１２ｃの先端面１２１ｃとが、図示しない熱伝導性材料を介して密着している。その他は、第３実施形態に係る発光モジュール３と同様である。よって、第４実施形態に係る発光モジュール４によっても、第３実施形態に係る発光モジュール３と同様の効果を発揮することができる。なお、第１及び第２金属箔層４０，４２としては、例えば、厚みが５〜２５μｍの銅箔等が使用できる。また、ガラス・エポキシ材層４１の厚みは、例えば５０〜１００μｍの範囲である。
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る発光モジュールについて適宜図面を参照して説明する。参照する図６は、第５実施形態に係る発光モジュールの断面図であり、前述した第３実施形態に係る発光モジュール３の説明図の図４に相当する図である。なお、第５実施形態に係る発光モジュールは、前述した第１実施形態に係る半導体発光装置１を含む発光モジュールである。また、図４と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
第５実施形態に係る発光モジュール５では、図６に示すように、実装基板３０として、ＡｌＮ等のセラミック材料からなるセラミック層５０と、セラミック層５０上に形成された配線３６とからなるものが使用されている。そして、実装基板３０のセラミック層５０と、凸部１２ｃの先端面１２１ｃとが、図示しない熱伝導性材料を介して密着している。その他は、第３実施形態に係る発光モジュール３と同様である。よって、第５実施形態に係る発光モジュール５によっても、第３実施形態に係る発光モジュール３と同様の効果を発揮することができる。なお、セラミック層５０の厚みは、例えば０．５〜２ｍｍの範囲である。
以上、本発明の発光モジュールの一実施形態として、第３〜第５実施形態の発光モジュールを例示して説明したが、本発明の発光モジュールは前記実施形態に限定されない。例えば、前記実施形態では、第１実施形態に係る半導体発光装置１を含む発光モジュールとしたが、第２実施形態に係る半導体発光装置２を含む発光モジュールであってもよい。また、実装基板と凸部の先端面とは、密着できれば（即ち、双方の接触面が平坦であれば）、熱伝導性材料を介さずに直接接触していてもよい。
［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態に係る照明装置について適宜図面を参照して説明する。参照する図７は、第６実施形態に係る照明装置の概略斜視図である。なお、第６実施形態に係る照明装置は、前述した第３〜第５実施形態のいずれか１つの形態に係る発光モジュールを光源として含む照明装置である。
図７に示すように、第６実施形態に係る照明装置６は、一般の白熱電球用ソケットにねじ込むタイプの口金６０と、口金６０の端部に固定されたケース６１と、ケース６１に取り付けられた発光モジュール６２と、発光モジュール６２を駆動させる駆動回路（図示せず）とを含む。
ケース６１は、口金６０側とは反対側の端面６１ａに、発光モジュール６２を取り付けるための収納部６１ｂを有している。そして、発光モジュール６２は、この収納部６１ｂに収納されている。また、収納部６１ｂ内には、前記駆動回路と接続する給電部（図示せず）が設けられており、この給電部は、発光モジュール６２に対して、所定の駆動電流を流すことができる。
以上のように構成された照明装置６によれば、前述した第３〜第５実施形態のいずれか１つの形態に係る発光モジュール６２を光源として含むため、例えば長寿命化が可能となる上、取り出される光の高光束化が可能となる。
本発明は、照明分野等で使用される光源として好適に利用可能である。
図１Ａは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。 図１Ｂは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の蛍光体層側から見た概略平面図である。 図１Ｃは、本発明の第１実施形態に係る半導体発光装置の基材側から見た概略平面図である。 図２Ａは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の断面図である。 図２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る半導体発光装置の基材側から見た概略平面図である。 図３Ａは、本発明の第３実施形態に係る発光モジュールの概略斜視図である。 図３Ｂは、図３ＡのII−II線断面図である。 図４は、図３ＢのＺ部の拡大図である。 図５は、本発明の第４実施形態に係る発光モジュールの断面図である。 図６は、本発明の第５実施形態に係る発光モジュールの断面図である。 図７は、本発明の第６実施形態に係る照明装置の概略斜視図である。 図８は、従来の半導体発光装置の断面図である。 図９は、従来の発光モジュールの断面図である。 図１０は、図９に示す発光モジュールの変形例の断面図である。
符号の説明
１，２ 半導体発光装置
３，４，５，６２ 発光モジュール
６ 照明装置
１０ 単結晶基板
１１ 半導体多層膜
１１ａ 第１導電型層
１１ｂ 発光層
１１ｃ 第２導電型層
１２ 基材
１２ａ 主面
１２ｂ 裏面
１２ｃ 凸部
１２ｄ 段差部
１２ｅ 側面
１３ 蛍光体層
１４ａ 第１電極
１４ｂ 第２電極
１５ａ，１５ｂ 導体パターン
１６ａ，１６ｂ バンプ
１７ａ 第１給電端子
１７ｂ 第２給電端子
２０ａ，２０ｂ ビア導体
３０ 実装基板
３１ 接着剤層
３２ 反射板
３２ａ 孔部
３３ レンズ
３４ 金属層
３５ 第１電気絶縁層
３５ａ 嵌合部
３６ 配線
３７ 第２電気絶縁層
３８ 半田
４０ 第１金属箔層
４１ ガラス・エポキシ材層
４２ 第２金属箔層
５０ セラミック層
６０ 口金
６１ ケース
１２１ｃ 先端面

Claims (7)

  1. 第１導電型層と発光層と前記発光層から発せられた光の取り出し側に配置される第２導電型層とがこの順に積層された半導体多層膜と、
    前記半導体多層膜を支持する基材と、
    前記第１導電型層と電気的に接続された第１給電端子と、
    前記第２導電型層と電気的に接続された第２給電端子とを含む半導体発光装置であって、
    前記基材における前記半導体多層膜側に配置された主面に対する裏面には、凸部が形成されており、
    前記第１及び第２給電端子は、前記凸部を除く前記裏面及び前記基材の側面から選ばれる少なくとも１つに接触して形成されており、
    前記凸部の先端面は、前記第１及び第２給電端子と電気的に絶縁されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 前記凸部の高さは、０．０５〜０．５ｍｍである請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 実装基板と、前記実装基板上に実装された、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置とを含み、
    前記実装基板と、前記半導体発光装置に設けられた前記凸部の先端面とが密着している発光モジュール。
  4. 前記実装基板には、前記凸部と嵌合する嵌合部が設けられ、
    前記半導体発光装置は、前記凸部と前記嵌合部とが嵌合した状態で実装されている請求項３に記載の発光モジュール。
  5. 前記実装基板と前記凸部の先端面とは、熱伝導性材料を介して密着している請求項３又は請求項４に記載の発光モジュール。
  6. 前記熱伝導性材料は、熱伝導率が５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である請求項５に記載の発光モジュール。
  7. 請求項３〜６のいずれか１項に記載の発光モジュールを光源として含む照明装置。
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