JP2019096872A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高品質の半導体発光装置を提供する。【解決手段】 半導体発光素子と、半導体発光素子の上方に配置され、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材とを有し、透光部材は、すべての側面が垂直面である第１部分、第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に傾斜面を含む第２部分、第２部分上に配置され、すべての側面が垂直面である第３部分によって構成され、上面から見た第３部分の上面サイズは、第１部分の下面サイズよりも小さい半導体発光装置を提供する。【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光装置に関する。
半導体発光素子上に波長変換層を配置した半導体発光装置の発明が知られている（たとえば特許文献１参照）。
特許文献１に記載される半導体発光装置においては、波長変換層の側面は、上面が下面より小さくなるようにテーパ状とされる。
波長変換層上に透明部材が配置されていてもよい（たとえば特許文献２参照）。
特許文献２には、フィレット部を備える波長変換層上に、側面をテーパ状とした透明部材を配置する半導体発光装置の発明が開示されている。
特許文献１記載の半導体発光装置においては、波長変換層側面の傾斜を水平面に対して小さくする（波長変換層の上面サイズを小さくする）と、半導体発光素子及び波長変換層の側面に光反射部材を配置した場合に、光反射部材が波長変換層上面に被りやすくなるという問題がある。
特許文献２記載の半導体発装置においては、波長変換層がフィレット構造を備えるため、半導体発光素子側面の波長変換材料（蛍光体）の量が素子上面に比べて多くなり、発光領域の縁部で色むらが発生する。また、第１、第５の実施形態では、透明部材の傾斜部と下面が鋭利形状となるため、バリが発生したり形状の安定性が損なわれたりしやすい。
特許５８３７４５６号公報 特開２０１４−１４３３００号公報
本発明の目的は、高品質の半導体発光装置を提供することである。
本発明の一観点によると、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の上方に配置され、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材とを有し、前記透光部材は、すべての側面が垂直面である第１部分、該第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に傾斜面を含む第２部分、該第２部分上に配置され、すべての側面が垂直面である第３部分によって構成され、上面から見た前記第３部分の上面サイズは、前記第１部分の下面サイズよりも小さい半導体発光装置、が提供される。
本発明の他の観点によると、半導体発光素子と、前記半導体発光素子の上方に配置され、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材とを有し、前記透光部材は、すべての側面が垂直面である第１部分、該第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に前記透光部材の内側方向に湾曲した曲面を含む第２部分、該第２部分上に配置され、該第２部分に連続した側面を備え、すべての側面が前記第２部分より垂直に近い第３部分によって構成され、上面から見た前記第３部分の上面サイズは、前記第１部分の下面サイズよりも小さい半導体発光装置、が提供される。
本発明によれば、高品質の半導体発光装置を提供することができる。
図１Ａ、図１Ｂは、第１実施例による半導体発光装置の概略的な斜視図、断面図であり、図１Ｃは、蛍光体セラミックプレート１３、及び、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭を示す概略的な平面図である。 図２Ａは、波長変換部材１８を示す概略的な断面図であり、図２Ｂは、蛍光体セラミックプレートの変形例１３´を示す概略的な断面図である。 図３Ａ、図３Ｂは、第２実施例による半導体発光装置の概略的な斜視図、断面図であり、図３Ｃは、蛍光体セラミックプレート２３、及び、２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂの配置領域の輪郭を示す概略的な平面図である。 図４は、第２実施例による半導体発光装置において、蛍光体セラミックプレート２３に代え、波長変換部材２８を用いた半導体発光装置を示す概略的な断面図である。 図５Ａ〜図５Ｅは、第１実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート１３の側面形状加工方法を示す概略的な断面図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、変形例による半導体発光装置を示す概略的な断面図である。 図６Ｃ及び図６Ｄは、変形例による半導体発光装置を示す概略的な断面図である。 図７Ａ及び図７Ｂは、変形例による半導体発光装置を示す概略的な断面図である。 図７Ｃ及び図７Ｄは、変形例による半導体発光装置を示す概略的な断面図である。 図８Ａ及び図８Ｂは、傾斜面１３ｂの傾斜角度による輝度分布の相違を示すグラフである。 図９Ａは、バイビームＬＥＤヘッドランプを示す概略的な断面図であり、図９Ｂ、図９Ｃは、それぞれすれ違いビーム配光、走行ビーム配光を示す概略図である。
図１Ａ、図１Ｂは、第１実施例による半導体発光装置の概略的な斜視図、断面図（Ｘ軸方向に沿う断面図）である。
ここで、水平面を構成するＸ軸およびＹ軸、ならびに、それらの軸と直交するＺ軸、からなるＸＹＺ直交座標系を設定する。半導体発光装置は、ＸＹ平面に平行な面に設置され、半導体発光装置から出射される光はＺ軸正方向に進行するものとする。以下では、Ｚ軸正方向を「上」または「上方」と呼び、Ｚ軸負方向を「下」または「下方」と呼ぶことがある。また、「垂直」は、Ｚ軸に平行な方向とする。
第１実施例による半導体発光装置は、実装基板１０、実装基板１０上方に配置されたＬＥＤ(light emitting diode)素子１１、ＬＥＤ素子１１上方に配置された蛍光体セラミックプレート１３、及び、光反射部材１４を含んで構成される。
実装基板１０は、ＡｌＮ等のセラミックで構成される。また、表面に給電用パッド１０ａ、裏面に裏面配線１０ｂを備える。
ＬＥＤ素子１１は、たとえばＳｉ基板（支持基板）１１ｂ上面に、たとえば矩形状の半導体層１１ａを貼り合わせた、上面発光タイプのＬＥＤ素子である。Ｓｉ基板１１ｂ上面には、半導体層１１ａの配置位置とは異なる位置に給電部１１ｄが形成されている。また、下面には裏面金属層１１ｃが形成されている。
半導体層１１ａは、Ｓｉ基板１１ｂ側から順に、たとえばＭｇ等をドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ型半導体層、ＩｎＧａＮで形成される井戸層とＧａＮで形成される障壁層とを含む多重量子井戸構造からなる活性層（発光層）、Ｓｉ等をドープしたｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層を含む。
なお、ＬＥＤ素子１１は、更に、ｐ型半導体層と電気的に接続されたｐ側電極、及び、ｎ型半導体層と電気的に接続されたｎ側電極を含む。ｐ側電極及びｎ側電極は、たとえばＳｉ基板１１ｂと半導体層１１ａの間に配置される（図示せず）。
第１実施例においては、複数（２個）のＬＥＤ素子１１がＹ軸方向に沿い、実装基板１０上に配置（ダイボンディング）されている。給電部１１ｄは、ワイヤ１５を用いて、実装基板１０の給電用パッド１０ａと電気的に接続（ワイヤボンディング）されている。
半導体層１１ａに電流を供給することにより、ＬＥＤ素子１１（半導体層１１ａ（発光層部分））から青色光が出射される。
ＬＥＤ素子１１上方に、透明接着剤１２を用い、蛍光体セラミックプレート１３が接合される。
蛍光体セラミックプレート１３は、たとえばアルミナとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）蛍光体材料を高温焼成して作製される、光透過性の波長変換部材である。蛍光体セラミックプレート１３下面の形状及びサイズは、図１Ｃに示すように、平面視上（Ｚ軸正方向から見たとき）、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の配置領域の輪郭（２個のＬＥＤ素子１１の発光層部分によって規定される矩形）のそれらと同等である。また、蛍光体セラミックプレート１３上面はたとえば矩形状であり、そのサイズは、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭のサイズよりも小さい。
蛍光体セラミックプレート１３は、平面視上、下面が２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭と一致するように位置合わせして配置される。
ＬＥＤ素子１１から出射された青色光は、蛍光体セラミックプレート１３に、その下面から入射する。蛍光体セラミックプレート１３に入射した青色光の一部は蛍光体材料に入射して異なる波長の光（たとえば黄色光）に変換され、蛍光体材料に入射しなかった他の一部とともに、蛍光体セラミックプレート１３上面（半導体発光装置の光出射面）から外部に出射される。蛍光体材料に入射し、波長変換されて蛍光体セラミックプレート１３を出射する黄色光と、蛍光体材料に入射せず、蛍光体セラミックプレート１３を出射する青色光とで白色光が得られる。
光反射部材１４は、ＬＥＤ素子１１及び蛍光体セラミックプレート１３の側面を覆って配置され、ＬＥＤ素子１１、蛍光体セラミックプレート１３等を封止する機能、及び、光反射機能を有する。蛍光体セラミックプレート１３に入射した光のうち、蛍光体セラミックプレート１３の側面に進行した光は、蛍光体セラミックプレート１３の側面と光反射部材１４の界面で反射される。光反射部材１４の上面高さは、蛍光体セラミックプレート１３の上面高さと等しい。
光反射部材１４は、たとえば光を反射する材料の粉末を含む樹脂で構成される。光を反射する材料として、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ等（白色フィラー）を使用することができる。樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の硬化型樹脂を使用可能である。
光反射部材１４により、蛍光体セラミックプレート１３の上面（半導体発光装置の光出射面）以外からの光漏れが抑止される。また、半導体発光装置の光取り出し効率が向上される。
蛍光体セラミックプレート１３について詳述する。
蛍光体セラミックプレート１３は、ＬＥＤ素子１１側から順に、垂直面１３ａを４側面とする直方体部分（垂直部分）、傾斜面１３ｂを４側面とする四角錐台部分（傾斜部分）、及び、垂直面１３ｃを４側面とする直方体部分（垂直部分）を含んで構成される。垂直面１３ａ、１３ｃは底面から垂直（Ｚ軸正方向）に立ち上がる垂直側面であり、傾斜面１３ｂは、底面から所定角度で内側（蛍光体セラミックプレート１３の中心側）に傾斜して立ち上がる傾斜側面である。
なお、上述のように、垂直面１３ａを側面とする直方体部分の下面の形状及びサイズは、平面視上、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭のそれらと同等である。また、垂直面１３ｃを側面とする直方体部分の上面のサイズは、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭のサイズよりも小さい。
第１実施例による半導体発光装置においては、蛍光体セラミックプレート１３の下面近傍が２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域と同等の形状及びサイズである垂直部分（ＬＥＤ素子１１の光出射面に対し垂直に立ち上がる側面を有する直方体部分）を備えることにより、ＬＥＤ素子１１で発光された光を高効率で蛍光体セラミックプレート１３に導入することができる。
また、蛍光体セラミックプレート１３が傾斜部分（傾斜面１３ｂを側面とする四角錐台部分）を備えることにより、蛍光体セラミックプレート１３の上面は下面よりも小さくなる。ＬＥＤ素子１１で発光され、蛍光体セラミックプレート１３に導入された光は、直進し、または傾斜面１３ｂと光反射部材１４の界面で反射され、蛍光体セラミックプレート１３上面に進行する。蛍光体セラミックプレート１３の上面（半導体発光装置の光出射面）サイズが下面サイズよりも小さいため、半導体発光装置を出射する光の輝度を向上させることができる。第１実施例による半導体発光装置においては、ＬＥＤ素子のサイズを小さくすることなく半導体発光装置の光出射面サイズが小さくされ、高輝度化が実現される。高輝度発光する半導体発光装置は、たとえば自動車用前照灯に好適に用いられる。また、光出射面サイズが小さいため、レンズを含めた光学系の構成部材を小型化できるという点においても、第１実施例による半導体発光装置は、自動車用前照灯に好適に利用可能である。
更に、第１実施例による半導体発光装置を製造するに当たっては、ＬＥＤ素子１１を実装基板１０上に搭載（ダイボンディング及びワイヤボンディング）した後、透明接着剤１２を用い、ＬＥＤ素子１１上方に蛍光体セラミックプレート１３を接着する。その後、たとえば実装基板１０の周囲に枠材を配置し、その内側に液状の樹脂材料（光反射材料の粉末を含む樹脂材料）を注入し、樹脂材料を硬化させて光反射部材１４を形成する。
第１実施例による半導体発光装置においては、蛍光体セラミックプレート１３の上面近傍が垂直部分（垂直面１３ｃを側面とする直方体部分）とされるため、その側面に光反射部材１４を形成する（液状の樹脂材料を充填、硬化させる）際、液体材料の高さを確実に蛍光体セラミックプレート１３の上面高さに制御し、液体材料が蛍光体セラミックプレート１３の上面に被ることを防止することができる。製造された半導体発光装置においては、光反射部材１４の上面高さは、蛍光体セラミックプレート１３の上面高さと等しくなり、半導体発光装置の形状やサイズの安定性が実現される。
また、蛍光体セラミックプレート１３の上面近傍を垂直部分とすることは、半導体発光装置の出射光のにじみの抑制にも寄与する。
なお、たとえば傾斜面と水平面が連続する領域を有する蛍光体セラミックプレートとした場合、蛍光体セラミックプレート作製時、一例としてダイシングブレードの摩耗に起因してサイズ等、たとえば上面サイズの変動が生じやすい。また、バリが発生しやすい。これに対し、蛍光体セラミックプレート１３の上面及び下面近傍の垂直部分は、たとえば切削加工（ダイシングブレードやレーザー等を用いた加工）により、所望の形状やサイズに制御可能である。ダイシングブレードの摩耗によるサイズの変動は、ピッチを変更することで防止することができる。蛍光体セラミックプレート１３における形状やサイズの不安定性が抑制されるため、半導体発光装置の形状やサイズの安定性を向上させることができる。
第１実施例による半導体発光装置は、高品質の半導体発光装置である。
なお、第１実施例は、実装基板１０に搭載された複数（２個）のＬＥＤ素子１１上に１個の蛍光体セラミックプレート１３を配置する半導体発光装置であるが、実装基板１０に１個のＬＥＤ素子１１を搭載してもよい（チップサイズパッケージ）。その場合、蛍光体セラミックプレート１３下面の形状及びサイズを、ＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の平面形状及び平面サイズと同等とする。（１個のＬＥＤ素子１１の発光層の配置領域の輪郭の形状及びサイズと同等とする。）また、蛍光体セラミックプレート１３上面のサイズを、ＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の平面サイズよりも小さくする。（１個のＬＥＤ素子１１の発光層の配置領域の輪郭のサイズよりも小さくする。）更に、蛍光体セラミックプレート１３を、平面視上、下面がＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）と一致するように配置する。
第１実施例による半導体発光装置において、蛍光体セラミックプレート１３に代えて他の波長変換部材（波長変換材料を含む透光部材）を使用してもよい。
図２Ａは、波長変換部材の他の例（波長変換部材１８）を示す概略的な断面図である。
波長変換部材１８の形状は、蛍光体セラミックプレート１３と同様の特徴を備える。すなわち、波長変換部材１８の下面は、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の配置領域の輪郭と形状及びサイズが同等（サイズが同等の矩形状）である。また、波長変換部材１８の上面は、２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の配置領域の輪郭のサイズよりも小さいサイズの矩形状である。更に、波長変換部材１８も、垂直面１８ａを４側面とする直方体部分（垂直部分）、傾斜面１８ｂを４側面とする四角錐台部分（傾斜部分）、及び、垂直面１８ｃを４側面とする直方体部分（垂直部分）を含んで構成される。なお、波長変換部材１８も、平面視上、下面が２個のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭と一致するように位置合わせして配置される。
波長変換部材１８は、光透過性部材１８ｓ、及び、光透過性部材１８ｓの下面上に配置された波長変換層１８ｔを含んで構成される。波長変換部材１８は、一部（波長変換層１８ｔの配置部分）に波長変換材料を含む透光部材である。
光透過性部材１８ｓは、たとえばガラスで形成される。サファイア等の光透過性材料で形成してもよい。波長変換層１８ｔは、たとえば波長変換材料としてＹＡＧ蛍光体材料を含む蛍光体層である。一例として、耐熱ガラス基板の片面に、無機バインダーとＹＡＧ蛍光体材料を混合したスラリーを印刷したものを焼成する工程を経て、厚さが２０μｍ〜３０μｍの無機蛍光体層１８ｔを有する波長変換部材１８を作製することができる。
波長変換部材１８においては、垂直面１８ａを側面とする直方体部分（垂直部分）は、光透過性部材１８ｓの一部と波長変換層１８ｔで構成され、傾斜面１８ｂを側面とする四角錐台部分（傾斜部分）、及び、垂直面１８ｃを側面とする直方体部分（垂直部分）は、光透過性部材１８ｓの他の一部で構成される。
蛍光体セラミックプレート１３に代えて波長変換部材１８を用いた半導体発光装置も、第１実施例と同様の効果を奏することができる。
図２Ｂは、蛍光体セラミックプレートの変形例１３´を示す概略的な断面図である。
蛍光体セラミックプレート１３´は、蛍光体セラミックプレート１３と同様の特徴を備える。すなわち、蛍光体セラミックプレート１３´の下面は、その下に配置されるＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の配置領域の輪郭と形状及びサイズが同等（サイズが同等の矩形状）である。また、蛍光体セラミックプレートの上面は、その下に配置されるＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａ（発光層）の配置領域の輪郭のサイズよりも小さいサイズの矩形状である。蛍光体セラミックプレート１３´も、平面視上、下面がその下のＬＥＤ素子１１の半導体層１１ａの配置領域の輪郭と一致するように位置合わせして配置される。
蛍光体セラミックプレート１３の垂直面１３ｃおよび傾斜面１３ｂに該当する部分は、蛍光体セラミックプレート１３´においては、連続する面となっている。便宜上、図２Ｂでは垂直面１３ｃ´および湾曲面１３ｂ´とした。垂直面１３ｃ´および湾曲面１３ｂ´は、平面ではなく蛍光体セラミックプレート１３´の内側方向に湾曲した曲面状である。そして、垂直面１３ｃ´、すなわち蛍光体セラミックプレート１３´端面上方付近は、湾曲面１３ｂ´、すなわち蛍光体セラミックプレート１３´端面中央付近よりも、より垂直に近い。
蛍光体セラミックプレート１３に代えて蛍光体セラミックプレート１３´を用いた半導体発光装置も、第１実施例と同様の効果を奏することができる。
図３Ａ、図３Ｂは、第２実施例による半導体発光装置の概略的な斜視図、断面図（Ｘ軸方向に沿う断面図）である。
第２実施例による半導体発光装置は、実装基板２０、実装基板２０上方に配置されたＬＥＤ素子２１、ＬＥＤ素子２１上方に透明接着層２２を介して配置された蛍光体セラミックプレート２３、及び、光反射部材２４を含んで構成される。
実装基板２０は、フリップチップ実装基板である。表面に表面配線２０ａ、裏面に裏面配線２０ｂを備える。
ＬＥＤ素子２１は、透明サファイア基板２１ｂを成長基板として半導体層２１ａを成長した、上面及び側面発光タイプのＬＥＤ素子である。半導体層２１ａは、サファイア基板２１ｂ側から順に、たとえばＳｉ等をドープしたｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層、ＩｎＧａＮで形成される井戸層とＧａＮで形成される障壁層とを含む多重量子井戸構造からなる活性層（発光層）、Ｍｇ等をドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ型半導体層を含む。
ＬＥＤ素子２１は、サファイア基板２１ｂ、サファイア基板２１ｂ上に配置された半導体層２１ａ、半導体層２１ａのｎ型半導体層と電気的に接続されたｎ側電極２１ｃ、及び、半導体層２１ａのｐ型半導体層と電気的に接続されたｐ側電極２１ｄを含んで構成される。
ＬＥＤ素子２１の平面視上の形状（サファイア基板２１ｂ上面の形状）は、たとえば矩形である。
第２実施例においては、複数（２個）のＬＥＤ素子２１が、Ｙ軸方向に沿い、実装基板２０に搭載されている。具体的には、ＬＥＤ素子２１のｎ側電極２１ｃ、ｐ側電極２１ｄが、Ａｕバンプ等を用いて実装基板２０の表面配線２０ａに電気的に接続されるとともに機械的に固定される。
実装基板２０の表面配線２０ａを介して半導体層２１ａに電流を供給することにより、半導体層２１ａ（発光層部分）から青色光が発光される。青色光はＬＥＤ素子２１の上面及び側面から出射される。
ＬＥＤ素子２１上面（サファイア基板２１ｂ上面）に、透明接着層２２を介し、蛍光体セラミックプレート２３が接合される。透明接着層２２は、ＬＥＤ素子２１上面と蛍光体セラミックプレート２３の間に配置されるにとどまらず、そこからＬＥＤ素子２１側面までつながる領域に配置される。
蛍光体セラミックプレート２３の接合に当たっては、サファイア基板２１ｂ上面に透明接着剤を、接着に必要な量より多く塗布し、その上に蛍光体セラミックプレート２３を載置する。こうすることで、透明接着剤がサファイア基板２１ｂ上面直上の領域からはみ出し、透明接着層２２がサファイア基板２１ｂ上面から側面まで繋がって形成される。硬化した透明接着剤（透明接着層２２）のうち、サファイア基板２１ｂ側面領域に形成された部分をフィレット部２２ａと呼ぶ。
蛍光体セラミックプレート２３は、たとえばアルミナとＹＡＧ蛍光体材料を高温焼成して作製される、光透過性の波長変換部材である。
蛍光体セラミックプレート２３下面は、たとえば矩形状であり、そのサイズは、図３Ｃに示すように、平面視上、２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂ（ＬＥＤ素子２１の光出射部分）の配置領域の輪郭（２個のＬＥＤ素子２１の光出射部分によって規定される矩形）のサイズより大きい。また、蛍光体セラミックプレート２３上面は、たとえば矩形状であり、そのサイズは、２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂ（ＬＥＤ素子２１の光出射部分）の配置領域の輪郭のサイズよりも小さい。
蛍光体セラミックプレート２３は、ＬＥＤ素子２１側から順に、垂直面２３ａを４側面とする直方体部分（垂直部分）、傾斜面２３ｂを４側面とする四角錐台部分（傾斜部分）、及び、垂直面２３ｃを４側面とする直方体部分（垂直部分）を含んで構成される。垂直面２３ａ、２３ｃは底面から垂直（Ｚ軸正方向）に立ち上がる垂直側面であり、傾斜面２３ｂは、底面から所定角度で内側（蛍光体セラミックプレート２３の中心側）に傾斜して立ち上がる傾斜側面である。
蛍光体セラミックプレート２３は、平面視上、下面が２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂ（ＬＥＤ素子２１の光出射部分）の配置領域の輪郭を含むように、また、たとえば上面が２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂ（ＬＥＤ素子２１の光出射部分）の配置領域の輪郭に含まれるように配置される。
光反射部材２４は、ＬＥＤ素子２１、透明接着層２２、及び、蛍光体セラミックプレート２３の側面を覆って配置され、ＬＥＤ素子２１、透明接着層２２、及び、蛍光体セラミックプレート２３を封止する機能を有する。更に、光反射機能を有する。
光反射部材２４は、第１実施例の光反射部材１４と同様の材料を用いて形成することができる。また、光反射部材２４の上面高さは、蛍光体セラミックプレート２３の上面高さと等しい。
ＬＥＤ素子２１の上面及び側面から出射された青色光は、蛍光体セラミックプレート２３に入射する。この際、ＬＥＤ素子２１側面から出射された青色光は、たとえば透明接着層２２のフィレット部２２ａと光反射部材２４の界面で反射されて、高効率で蛍光体セラミックプレート２３の下面に入射する。
蛍光体セラミックプレート２３に入射した青色光の一部は蛍光体材料に入射して異なる波長の光（たとえば黄色光）に変換され、蛍光体材料に入射しなかった他の一部とともに、蛍光体セラミックプレート２３上面（半導体発光装置の光出射面）から外部に出射される。蛍光体材料に入射し、波長変換されて蛍光体セラミックプレート２３を出射する黄色光と、蛍光体材料に入射せず、蛍光体セラミックプレート２３を出射する青色光とで白色光が得られる。
なお、蛍光体セラミックプレート２３に入射した光のうち、蛍光体セラミックプレート２３の側面に進行した光は、蛍光体セラミックプレート２３の側面と光反射部材２４の界面で反射される。
光反射部材２４により、蛍光体セラミックプレート２３の上面（半導体発光装置の光出射面）以外からの光漏れが抑止される。また、半導体発光装置の光取り出し効率が向上される。
第２実施例による半導体発光装置においては、透明接着層２２がフィレット部２２ａを備えること、及び、蛍光体セラミックプレート２３の下面近傍が、平面視上、２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂの配置領域の輪郭のサイズよりサイズが大きい垂直部分を備えることにより、ＬＥＤ素子２１で発光された光を高効率で蛍光体セラミックプレート２３に導入することができる。
また、蛍光体セラミックプレート２３が傾斜部分を備えることにより、蛍光体セラミックプレート２３の上面は下面より小さくなるとともに、ＬＥＤ素子２１で発光され、蛍光体セラミックプレート２３に導入された光は、直進し、または傾斜面２３ｂと光反射部材２４の界面で反射され、蛍光体セラミックプレート２３上面に進行する。蛍光体セラミックプレート２３の上面（半導体発光装置の光出射面）サイズが２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂの配置領域の輪郭のサイズよりも小さいため、半導体発光装置を出射する光の輝度を向上させることができる。第２実施例による半導体発光装置においても、ＬＥＤ素子のサイズを小さくすることなく半導体発光装置の光出射面サイズが小さくされ、高輝度化が実現される。
更に、第２実施例による半導体発光装置を製造するに当たっては、ＬＥＤ素子２１を実装基板２０上に搭載した後、透明接着剤を用い、ＬＥＤ素子２１上方に蛍光体セラミックプレート２３を接着する。その後、たとえば実装基板２０の周囲に枠材を配置し、その内側に液状の樹脂材料（光反射材料の粉末を含む樹脂材料）を注入し、樹脂材料を硬化させて光反射部材２４を形成する。
第２実施例による半導体発光装置においても、蛍光体セラミックプレート２３の上面近傍が垂直部分（垂直面２３ｃを側面とする直方体部分）とされるため、その側面に光反射部材２４を形成する（液状の樹脂材料を充填、硬化させる）際、液体材料の高さを、確実に蛍光体セラミックプレート２３の上面高さに制御し、液体材料が蛍光体セラミックプレート２３の上面に被ることを防止することができる。製造された半導体発光装置においては、光反射部材２４の上面高さは、蛍光体セラミックプレート２３の上面高さと等しくなり、半導体発光装置の形状やサイズの安定性が実現される。
なお、第１実施例と同様に、蛍光体セラミックプレート２３の上面及び下面近傍の垂直部分は、たとえば切削加工により、所望の形状やサイズに制御可能である。この点等からも蛍光体セラミックプレート２３における形状やサイズの不安定性が抑制され、半導体発光装置の形状やサイズの安定性が向上される。
また、蛍光体セラミックプレート２３の上面近傍を垂直部分とすることは、半導体発光装置の出射光のにじみの抑制にも寄与する。
更に、蛍光体セラミックプレート２３の下面近傍を垂直部分とすることで、蛍光体セラミックプレート２３をＬＥＤ素子２１上に接着する際、蛍光体セラミックプレート２３側面に透明接着剤が被りにくくなるという効果も奏される。また、チッピング欠け等が生じにくくなるため、この点からも半導体発光装置の形状安定が実現される。
第２実施例による半導体発光装置も、高品質の半導体発光装置である。
なお、第２実施例は、実装基板２０に搭載された複数（２個）のＬＥＤ素子２１上に１個の蛍光体セラミックプレート２３を配置する半導体発光装置であるが、実装基板２０に１個のＬＥＤ素子２１を搭載してもよい（チップサイズパッケージ）。その場合、蛍光体セラミックプレート２３下面のサイズを、ＬＥＤ素子２１の光出射部分（サファイア基板２１ｂ）上面のサイズよりも大きくする。（１個のＬＥＤ素子２１の光出射部分の配置領域の輪郭のサイズよりも大きくする。）また、蛍光体セラミックプレート２３上面のサイズを、ＬＥＤ素子２１の光出射部分（サファイア基板２１ｂ）上面のサイズよりも小さくする。（１個のＬＥＤ素子２１の光出射部分の配置領域の輪郭のサイズよりも小さくする。）更に、蛍光体セラミックプレート２３を、平面視上、下面がＬＥＤ素子２１の光出射部分（サファイア基板２１ｂ）を含むように、また、たとえば上面がＬＥＤ素子２１の光出射部分（サファイア基板２１ｂ）に含まれるように配置する。
なお、蛍光体セラミックプレート２３を、平面視上、たとえば上面がＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂ（ＬＥＤ素子２１の光出射部分）の配置領域の輪郭に含まれるように配置する配置態様は必須ではない。
図４は、第２実施例による半導体発光装置において、蛍光体セラミックプレート２３に代え、図２Ａに示す波長変換部材１８と構成の等しい波長変換部材２８を用いた半導体発光装置を示す概略的な断面図である。
波長変換部材２８は、たとえば蛍光体セラミックプレート２３と同形状であり、光透過性部材２８ｓ、及び、光透過性部材２８ｓの下面上に配置された波長変換層２８ｔを含んで構成される。波長変換部材２８も、一部（波長変換層２８ｔの配置部分）に波長変換材料を含む透光部材である。
波長変換部材２８においても、垂直面２８ａを側面とする直方体部分（垂直部分）は、光透過性部材２８ｓの一部と波長変換層２８ｔで構成され、傾斜面２８ｂを側面とする四角錐台部分（傾斜部分）、及び、垂直面２８ｃを側面とする直方体部分（垂直部分）は、光透過性部材２８ｓの他の一部で構成される。
蛍光体セラミックプレート２３に代えて波長変換部材２８を用いた半導体発光装置も、第２実施例と同様の効果を奏することができる。
図５Ａ〜図５Ｅを参照し、第１実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート１３の側面形状加工方法について説明する。第２実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート２３、図２Ａ，図４に示す波長変換部材１８，２８、さらには図２Ｂに示す蛍光体セラミックプレート１３´の側面も同様に加工することができる。
図５Ａを参照する。ダイシングテープ３０上に蛍光体セラミックプレート３１を配置する。
図５Ｂを参照する。ダイシングブレード３２を用い、蛍光体セラミックプレート３１に、切り込みを入れる。ダイシングブレード３２は、先端部に、蛍光体セラミックプレート１３の傾斜面１３ｂの傾斜角度に調整された傾斜側面を備える。また、ダイシングブレード３２は、先端部の頂部が平坦に作製されており、これによりハーフカット及び切り込み深さを所望の値とすることが可能である。図５Ｂに示す工程においては、蛍光体セラミックプレート３１の厚さの７０％〜９０％の深さまで切り込みを入れる。具体的には、ダイシングブレード３２の先端部の頂部（平坦部）を、蛍光体セラミックプレート１３の垂直部１３ａの中間付近となる部分まで到達させ、薄肉部を残す。
図５Ｃを参照する。切り込みを入れた部分に蛍光体セラミックプレート１３の垂直部１３ｃと傾斜部１３ｂに対応する側面が形成される。垂直部１３ｃはダイシングブレード３２の垂直側面によって形成され、傾斜部１３ｂは傾斜側面によって形成される。
図５Ｄ及び図５Ｅを参照する。垂直カット用のダイシングブレード３３を用いて、垂直フルカットを実施し個片化を行う。ダイシングブレード３３の側面により、蛍光体セラミックプレート１３の垂直部１３ａが形成される。
蛍光体セラミックプレート１３の垂直部１３ａ、１３ｃ及び傾斜部１３ｂは、ダイシングブレード３２、３３の厚み、傾斜側面角度、頂部（平坦部）幅を調整することで、任意の寸法とすることができる。蛍光体セラミックプレート１３´の垂直面１３ａ、湾曲面１３ｂ´、垂直面１３ｃ´は、ダイシングブレード３２の先端形状を丸く調整した上で、図５に説明された工程を用いることで、任意の寸法で作製できる。
図６Ａ〜図６Ｄを参照し、変形例による半導体発光装置について説明する。
第１、第２実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート１３、２３、図２Ａ、図４に示す波長変換部材１８、２８は、４つの側面がすべて等しい傾斜角度で傾斜する傾斜面１３ｂ、２３ｂ、１８ｂ、２８ｂを有するが、傾斜面１３ｂ、２３ｂ、１８ｂ、２８ｂの各々について、傾斜角度は一様でなくてもよい。
図６Ａには、第１実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート１３の対向する傾斜側面１３ｂ（Ｘ軸正方向側の側面とＸ軸負方向側の側面）が、相互に異なる角度で傾斜している例を示した。図６Ａに示す例においては、Ｘ軸負方向側の側面１３ｂの傾斜角度（水平面（ＸＹ平面）に対する傾斜角度）が大きく、Ｘ軸正方向側の側面１３ｂの傾斜角度が小さい。
図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄには、それぞれ、図２Ａに示す波長変換部材１８、第２実施例による半導体発光装置に用いられる蛍光体セラミックプレート２３、図４に示す波長変換部材２８の傾斜面１８ｂ、２３ｂ、２８ｂの傾斜角度が一様でない例を示す。図６Ｂ、図６Ｃ、図６Ｄに示す例においても、Ｘ軸負方向側の側面１８ｂ、２３ｂ、２８ｂの傾斜角度が大きく、Ｘ軸正方向側の側面１８ｂ、２３ｂ、２８ｂの傾斜角度が小さい。
傾斜角度を異ならせることで、半導体発光装置を出射する光の輝度に分布を形成することができる。図６Ａ〜図６Ｄに示す例においては、傾斜角度が小さい側（Ｘ軸正方向側）の輝度が相対的に高く、傾斜角度が大きい側（Ｘ軸負方向側）の輝度が相対的に低い輝度分布、たとえば、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側に向かって輝度が高くなる輝度分布が形成される。
出射光に輝度傾斜をもたせた半導体発光装置は、たとえば自動車用前照灯に好適に用いられる。自動車用前照灯の配光を形成する際、ホット領域（すれ違いビーム配光中心部の明暗境界部）の輝度を向上させることができるため、遠方視認性が格段に向上する。
図７Ａ〜図７Ｄは、半導体発光装置の他の変形例を示す概略的な断面図である。
図７Ａ〜図７Ｄに示すように、一部の側面が垂直面である（傾斜面をもたない）蛍光体セラミックプレート１３、２３、波長変換部材１８、２８を用いることも可能である。図７Ａ〜図７Ｄに示す変形例においては、Ｘ軸負方向側の側面が垂直面である。
図７Ａ〜図７Ｄに示す例においても、半導体発光装置を出射する光の輝度に分布が形成される。具体的には、傾斜面１３ｂ、１８ｂ、２３ｂ、２８ｂを含む側面側（Ｘ軸正方向側）の輝度が相対的に高く、垂直面である側面側（Ｘ軸負方向側）の輝度が相対的に低い輝度分布、たとえば、Ｘ軸負方向側からＸ軸正方向側に向かって輝度が高くなる輝度分布が形成される。図７Ａ〜図７Ｄに示す半導体発光装置も、たとえば自動車用前照灯に好適に用いられる。上述のように、たとえば明暗境界（カットオフライン）の配光形成に適している。
なお、図７Ｃ、図７Ｄに示す変形例においても、蛍光体セラミックプレート２３、波長変換部材２８の上面（半導体発光装置の光出射面）サイズは２個のＬＥＤ素子２１のサファイア基板２１ｂの配置領域の輪郭のサイズよりも小さい。
図８Ａ及び図８Ｂは、傾斜面１３ｂの傾斜角度（水平面（ＸＹ平面）に対する傾斜角度）による輝度分布（半導体発光装置を出射する光の輝度分布）の相違を示すグラフである。両図のグラフの横軸は、半導体発光装置の光出射面（蛍光体セラミックプレート１３上面）の短手方向（Ｘ軸方向）の位置を単位「ｍｍ」で表し、縦軸は、相対輝度を表す。
図８Ａは、図１Ａ〜図１Ｃに示す第１実施例による半導体発装置において、傾斜面１３ｂの傾斜角度を変化させた場合を示す。先端の傾斜側面角度が異なるダイシングブレード３２（図５Ｂ参照）を使用し、傾斜面１３ｂの傾斜角度が異なる蛍光体セラミックプレート１３を加工した。本図には、傾斜面１３ｂの傾斜角度が９０°、７５°、６５°、５０°である半導体発光装置の出射光輝度分布を示した。傾斜面１３ｂの傾斜角度（９０°、７５°、６５°、５０°）に応じて、蛍光体セラミックプレート１３上面の短手方向のサイズは、０．９８ｍｍ、０．９６ｍｍ、０．８４ｍｍ、０．７５ｍｍとなる。なお、傾斜角度が９０°のグラフは、側面が垂直面である比較例の輝度分布である。
傾斜面１３ｂの傾斜角度が９０°、７５°、６５°、５０°であるとき、半導体発光装置を出射する光の短手方向中心部（０ｍｍ位置）における相対輝度は、１．００、１．０３、１．２４、１．４０である。本図に示すグラフより、傾斜面１３ｂの傾斜角度が小さくなる（蛍光体セラミックプレート１３上面サイズが小さくなる）と、半導体発光装置の出射光輝度が高くなることがわかる。
図８Ｂは、図６Ａに示す変形例による半導体発装置において、傾斜面１３ｂの傾斜角度の組み合わせを変化させた場合を示す。本図には、傾斜面１３ｂの傾斜角度の組み合わせ（Ｘ軸負方向側傾斜面の傾斜角度／Ｘ軸正方向側傾斜面の傾斜角度）を、５０°／５０°、６０°／５０°、７５°／５０°とした半導体発光装置の出射光輝度分布を示した。なお、傾斜角度の組み合わせが５０°／５０°のグラフは、図１Ａ〜図１Ｃに示す構成の半導体発光装置における出射光の輝度分布である。
本図に示すグラフより、傾斜角度の組み合わせ（Ｘ軸方向に対向する側面の傾斜面１３ｂの傾斜角度）に差がある場合、Ｘ軸方向に沿って輝度傾斜が形成されること、及び、その差が大きくなるにつれ輝度傾斜が大きくなることがわかる。出射光輝度が最大となる位置は、傾斜角度が５０°である側（Ｘ軸正方向側）にある。
図９Ａは、バイビームＬＥＤヘッドランプ（自動車用前照灯）を示す概略的な断面図である。
ヘッドランプは、たとえばハウジング４０内に配置されたＬＥＤ光源４１、リフレクタ４２、シェード４３、投影レンズ４４、電源４５、及び、ハウジング４０に嵌め込み配置されたアウターレンズ４６を含んで構成される。
ＬＥＤ光源４１として、たとえば実施例及び変形例においてＹ軸方向に配置されるＬＥＤ素子の数を増やした半導体発光装置が使用される。既に述べたように、実施例及び変形例による半導体発光装置は、たとえば高輝度発光が可能であるため、また、光出射面サイズが小さく、レンズを含めた光学系の構成部材を小型化できるという観点から、更に、出射光に輝度傾斜をもたせることができるという理由から、自動車用前照灯の光源に好適に用いられる。
電源４５によって電流の供給を受け、ＬＥＤ光源４１から白色光が出射される。出射された白色光は、リフレクタ４２で反射され、投影レンズ４４、アウターレンズ４６を透過して、自動車前方に照射される。可動式のシェード４３を用いることにより、１灯のＬＥＤ光源４１ですれ違いビーム配光（図９Ｂ参照）と走行ビーム配光（図９Ｃ参照）を切り替え可能である。シェード４３は、カットオフライン（明暗境界）より上に向かう光を遮断し、すれ違いビーム配光を実現する。
以上、実施例、変形例等に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
たとえば、実施例、変形例においては、半導体発光素子としてＬＥＤ素子を用いるが、ＬＥＤ素子に限らず、種々の半導体発光素子、たとえばＬＤ(laser diode)素子等を使用することができる。
また、実施例、変形例には、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材（蛍光体セラミックプレート１３、波長変換部材１８等）が長手方向（Ｙ軸方向）の側面にも短手方向（Ｘ軸方向）の側面にも傾斜面を有する構成を示すが、長手方向と短手方向のいずれか一方の側面のみに、たとえば短手方向の側面のみに傾斜面を有する構成（他の方向の２側面はともに垂直面）としてもよい。傾斜面は、全側面ではなく、一部の側面に設けることができる。一側面の一部に設ける構成も可能である。
少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材は、半導体発光素子側から、すべての側面が垂直面である第１部分、第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に傾斜面を含む第２部分、第２部分上に配置され、すべての側面が垂直面である第３部分によって構成される。第３部分の上面サイズは、第１部分の下面サイズよりも小さい。
なお、傾斜面は平面に限らず、曲面を含む構成とすることが可能である。たとえば、内側に凹んだ曲面や、外側に凸状である曲面を含む構成とすることができる。
更に、図２Ａ、図４等に示す波長変換部材１８、２８においては、垂直面１８ａ、２８ａを側面とする直方体部分（垂直部分）を、光透過性部材１８ｓ、２８ｓの一部と波長変換層１８ｔ、２８ｔで構成したが、波長変換層１８ｔ、２８ｔのみで構成してもよい。
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
実施例及び変形例による半導体発光装置は、たとえば車両用灯具、一例として自動車用前照灯に好適に利用可能である。
１０ 実装基板
１０ａ 給電用パッド
１０ｂ 裏面配線
１１ ＬＥＤ素子
１１ａ 半導体層
１１ｂ Ｓｉ基板
１１ｃ 裏面金属層
１１ｄ 給電部
１２ 透明接着剤
１３、１３´ 蛍光体セラミックプレート
１３ａ、１３ａ´、１３ｃ、１３ｃ´ 垂直面
１３ｂ 傾斜面
１３ｂ´ 湾曲面
１４ 光反射部材
１５ ワイヤ
１８ 波長変換部材
１８ａ、１８ｃ 垂直面
１８ｂ 傾斜面
１８ｓ 光透過性部材
１８ｔ 波長変換層
２０ 実装基板
２０ａ 表面配線
２０ｂ 裏面配線
２１ ＬＥＤ素子
２１ａ 半導体層
２１ｂ サファイア基板
２１ｃ ｎ側電極
２１ｄ ｐ側電極
２２ 透明接着層
２２ａ フィレット部
２３ 蛍光体セラミックプレート
２３ａ、２３ｃ 垂直面
２３ｂ 傾斜面
２４ 光反射部材
２８ 波長変換部材
２８ａ、２８ｃ 垂直面
２８ｂ 傾斜面
２８ｓ 光透過性部材
２８ｔ 波長変換層
３０ ダイシングテープ
３１ 蛍光体セラミックプレート
３２、３３ ダイシングブレード
４０ ハウジング
４１ ＬＥＤ光源
４２ リフレクタ
４３ シェード
４４ 投影レンズ
４５ 電源
４６ アウターレンズ

Claims (8)

  1. 半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子の上方に配置され、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材と
    を有し、
    前記透光部材は、すべての側面が垂直面である第１部分、該第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に傾斜面を含む第２部分、該第２部分上に配置され、すべての側面が垂直面である第３部分によって構成され、
    上面から見た前記第３部分の上面サイズは、前記第１部分の下面サイズよりも小さい
    半導体発光装置。
  2. 上面から見た前記透光部材の前記第１部分の下面の形状及びサイズは、前記半導体発光素子の発光層の配置領域の輪郭の形状及びサイズと同等である
    請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 上面から見た前記透光部材の前記第１部分の下面のサイズは、前記半導体発光素子の光出射部分の配置領域の輪郭のサイズよりも大きく、
    上面から見た前記透光部材の前記第３部分の上面のサイズは、前記半導体発光素子の光出射部分の配置領域の輪郭のサイズよりも小さく、
    前記透光部材は、透明接着層を介し、前記半導体発光素子上に配置され、
    前記透明接着層は、前記半導体発光素子と前記透光部材の間から、前記半導体発光素子の側面までつながって、前記半導体発光素子の側面領域にフィレット部を備える
    請求項１に記載の半導体発光装置。
  4. 前記透光部材は、光透過性部材、及び、該光透過性部材の下面上に配置された波長変換層を含み、
    前記第２部分及び前記第３部分は前記光透過性部材で構成され、前記波長変換層は、前記第１部分の少なくとも一部を構成する
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  5. 前記透光部材の前記第２部分は、相互に異なる傾斜角度で対向する側面を有する
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  6. 前記透光部材は、一部の側面が垂直面である
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  7. 自動車用前照灯の光源として用いられる
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
  8. 半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子の上方に配置され、少なくとも一部分に波長変換材料を含む透光部材と
    を有し、
    前記透光部材は、すべての側面が垂直面である第１部分、該第１部分上に配置され、少なくとも一部の側面に前記透光部材の内側方向に湾曲した曲面を含む第２部分、該第２部分上に配置され、該第２部分に連続した側面を備え、すべての側面が前記第２部分より垂直に近い第３部分によって構成され、
    上面から見た前記第３部分の上面サイズは、前記第１部分の下面サイズよりも小さい
    半導体発光装置。
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