JP3230518B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード装
置等の半導体発光装置、特に半導体発光素子から照射さ
れる光を波長変換して外部に放出する半導体発光装置に
属する。
置等の半導体発光装置、特に半導体発光素子から照射さ
れる光を波長変換して外部に放出する半導体発光装置に
属する。
【０００２】
【従来の技術】禁止帯幅（エネルギーギャップ）の大き
い半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫
外域までの比較的短い波長の光を発光する半導体発光装
置を実現することができる。このような波長の光を発光
する半導体発光素子としては、GaN、GaAlN、InGaN、InG
aAlN等の窒素ガリウム系化合物半導体が公知であり、小
型、低消費電力、長寿命等の種々の利点を備えた新しい
発光源に利用することができる。
い半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫
外域までの比較的短い波長の光を発光する半導体発光装
置を実現することができる。このような波長の光を発光
する半導体発光素子としては、GaN、GaAlN、InGaN、InG
aAlN等の窒素ガリウム系化合物半導体が公知であり、小
型、低消費電力、長寿命等の種々の利点を備えた新しい
発光源に利用することができる。
【０００３】図３は、発光ダイオードチップから照射さ
れる光を蛍光体によって波長変換して、発光ダイオード
チップから照射される光とは異なる色調の光を得る従来
の発光ダイオード装置の断面図を示す。図３に示す発光
ダイオード装置(1)では、カソード側リードとしての第
一の外部端子(2)に凹部(3)と第一のワイヤ接続部(4)と
を設け、凹部(3)の底面(3a)に発光ダイオードチップ(5)
を固着すると共に、発光ダイオードチップ(5)のカソー
ド電極(5h)は第一のリード細線(6)により第一のワイヤ
接続部(4)に電気的に接続される。発光ダイオードチッ
プ(5)のアノード電極(5g)は第二のリード細線(7)により
アノード側リードとしての第二の外部端子(8)に形成さ
れた第二のワイヤ接続部(9)に電気的に接続される。凹
部(3)に固着された発光ダイオードチップ(2)は、凹部
(3)内に充填され且つ蛍光体(10)が混入された光透過性
の保護樹脂(11)により被覆され、発光ダイオードチップ
(5)、第一の外部端子(2)の凹部(3)及び第一のワイヤ接
続部(4)、第二の外部端子(8)の第二のワイヤ接続部(9)
並びにリード細線(6, 7)は、更に光透過性の外部被覆体
と成る樹脂封止体(12)によって被覆される。
れる光を蛍光体によって波長変換して、発光ダイオード
チップから照射される光とは異なる色調の光を得る従来
の発光ダイオード装置の断面図を示す。図３に示す発光
ダイオード装置(1)では、カソード側リードとしての第
一の外部端子(2)に凹部(3)と第一のワイヤ接続部(4)と
を設け、凹部(3)の底面(3a)に発光ダイオードチップ(5)
を固着すると共に、発光ダイオードチップ(5)のカソー
ド電極(5h)は第一のリード細線(6)により第一のワイヤ
接続部(4)に電気的に接続される。発光ダイオードチッ
プ(5)のアノード電極(5g)は第二のリード細線(7)により
アノード側リードとしての第二の外部端子(8)に形成さ
れた第二のワイヤ接続部(9)に電気的に接続される。凹
部(3)に固着された発光ダイオードチップ(2)は、凹部
(3)内に充填され且つ蛍光体(10)が混入された光透過性
の保護樹脂(11)により被覆され、発光ダイオードチップ
(5)、第一の外部端子(2)の凹部(3)及び第一のワイヤ接
続部(4)、第二の外部端子(8)の第二のワイヤ接続部(9)
並びにリード細線(6, 7)は、更に光透過性の外部被覆体
と成る樹脂封止体(12)によって被覆される。
【０００４】図３の発光ダイオード装置(1)では、第一
の外部端子(2)と第二の外部端子(8)との間に電圧を印加
して発光ダイオードチップ(5)に通電すると、発光ダイ
オードチップ(5)から照射される光は、保護樹脂(11)内
で第一の外部端子(2)の凹部(3)の側壁(3b)で反射した後
に、透明な樹脂封止体(12)を通り発光ダイオード装置
(1)の外部に放出される。また、発光ダイオードチップ
(5)の上面から放射される光のうち、凹部(3)の側壁(3b)
で反射されずに直接に保護樹脂(11)及び樹脂封止体(12)
を通って発光ダイオード装置(1)の外部に放出される光
もある。発光ダイオードチップ(5)から照射される光の
うち、保護樹脂(11)内に混入された蛍光体(10)によって
異なる波長に変換されて放出される光もある。この結
果、発光ダイオードチップ(5)から照射された光と蛍光
体(10)によって異なる波長に変換された光とが混合した
光が発光ダイオード装置(1)から放出される。従って、
発光ダイオードチップ(5)と蛍光体(10)とを適宜選択す
ることによって、波長の異なる種々の色調の発光を得る
ことができる。特に、発光ダイオードチップ(5)としてI
nGaN系化合物半導体から成る青色系発光ダイオードチッ
プを使用し、蛍光体(10)としてYAG：Ce、即ちCe（セリ
ウム）で付括したYAG（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット、化学式Y3Al5O12）系蛍光体で代表されるガ
ーネット構造のランタノイド・アルミン酸塩系蛍光体を
使用すると、比較的高輝度の白色発光ダイオード装置を
実現することができる。
の外部端子(2)と第二の外部端子(8)との間に電圧を印加
して発光ダイオードチップ(5)に通電すると、発光ダイ
オードチップ(5)から照射される光は、保護樹脂(11)内
で第一の外部端子(2)の凹部(3)の側壁(3b)で反射した後
に、透明な樹脂封止体(12)を通り発光ダイオード装置
(1)の外部に放出される。また、発光ダイオードチップ
(5)の上面から放射される光のうち、凹部(3)の側壁(3b)
で反射されずに直接に保護樹脂(11)及び樹脂封止体(12)
を通って発光ダイオード装置(1)の外部に放出される光
もある。発光ダイオードチップ(5)から照射される光の
うち、保護樹脂(11)内に混入された蛍光体(10)によって
異なる波長に変換されて放出される光もある。この結
果、発光ダイオードチップ(5)から照射された光と蛍光
体(10)によって異なる波長に変換された光とが混合した
光が発光ダイオード装置(1)から放出される。従って、
発光ダイオードチップ(5)と蛍光体(10)とを適宜選択す
ることによって、波長の異なる種々の色調の発光を得る
ことができる。特に、発光ダイオードチップ(5)としてI
nGaN系化合物半導体から成る青色系発光ダイオードチッ
プを使用し、蛍光体(10)としてYAG：Ce、即ちCe（セリ
ウム）で付括したYAG（イットリウム・アルミニウム・
ガーネット、化学式Y3Al5O12）系蛍光体で代表されるガ
ーネット構造のランタノイド・アルミン酸塩系蛍光体を
使用すると、比較的高輝度の白色発光ダイオード装置を
実現することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ある光透過
性物質Ａの任意の点から放射された光が光透過性物質Ａ
に隣接する別の光透過性物質Ｂとの境界面に達したと
き、境界面で光の進路が変わる屈折現象は良く知られて
いる。即ち、光透過性物質Ａを進む光が境界面の法線と
成す角度を入射角θ1、光透過性物質Ｂに進入した光が
境界面の法線と成す角度を屈折角θ2、光透過性物質Ａ
の屈折率をｎ1、光透過性物質Ｂの屈折率をｎ 2とする
と、屈折の法則（スネルの法則）に従ってθ1、θ2、ｎ
1、ｎ2の関係は次式で示される。 sinθ1／sinθ2＝ｎ2／ｎ1 （１）
性物質Ａの任意の点から放射された光が光透過性物質Ａ
に隣接する別の光透過性物質Ｂとの境界面に達したと
き、境界面で光の進路が変わる屈折現象は良く知られて
いる。即ち、光透過性物質Ａを進む光が境界面の法線と
成す角度を入射角θ1、光透過性物質Ｂに進入した光が
境界面の法線と成す角度を屈折角θ2、光透過性物質Ａ
の屈折率をｎ1、光透過性物質Ｂの屈折率をｎ 2とする
と、屈折の法則（スネルの法則）に従ってθ1、θ2、ｎ
1、ｎ2の関係は次式で示される。 sinθ1／sinθ2＝ｎ2／ｎ1 （１）
【０００６】屈折率の大きい光透過性物質Ａから屈折率
の小さい光透過性物質Ｂに光がある角度以上の入射角で
入射すると、光透過性物質Ａからの光が光透過性物質Ｂ
に伝わらずに境界面で全反射される。全反射の生じる限
界の臨界角と成る入射角θcは、式（１）にθ1＝θc、
θ2＝π／２を代入して次式で示される。 sinθc＝ｎ2／ｎ1 θc＝sin-1(ｎ2／ｎ1) （２）
の小さい光透過性物質Ｂに光がある角度以上の入射角で
入射すると、光透過性物質Ａからの光が光透過性物質Ｂ
に伝わらずに境界面で全反射される。全反射の生じる限
界の臨界角と成る入射角θcは、式（１）にθ1＝θc、
θ2＝π／２を代入して次式で示される。 sinθc＝ｎ2／ｎ1 θc＝sin-1(ｎ2／ｎ1) （２）
【０００７】図３に示す発光ダイオード装置(1)では、
半導体発光素子(5)を光透過性物質Ａとし、保護樹脂(1
1)を光透過性物質Ｂとして同様の屈折現象を考えること
ができる。InGaN系化合物半導体から成る半導体発光素
子(5)の屈折率はｎ1＝２.０程度であるのに対し、YAG蛍
光体の屈折率と樹脂の屈折率は、それぞれｎ2＝１.８３
とｎ2＝１.５程度であるため、蛍光体(10)を含有する保
護樹脂(11)の全体としての屈折率は半導体発光素子(5)
の屈折率よりもかなり小さく、屈折率比ｎ2／ｎ1は小さ
い値と成る。従って、図３の発光ダイオード装置(1)で
は、式（２）に示されるように、光透過性物質Ａと光透
過性物質Ｂとの屈折率比が小さいため、半導体発光素子
(5)と保護樹脂(11)との界面での臨界角は狭小となり、
半導体発光素子(5)から保護樹脂(11)に入射する光量が
減少すると共に、全反射される光量が増加する。このよ
うに、従来では、保護樹脂(11)との界面で半導体発光素
子(5)から照射された光が反射され易いため、半導体発
光素子(5)から照射された光を保護樹脂(11)の外部に効
率よく導出することができず、結果として高い光取出効
率を得ることができなかった。
半導体発光素子(5)を光透過性物質Ａとし、保護樹脂(1
1)を光透過性物質Ｂとして同様の屈折現象を考えること
ができる。InGaN系化合物半導体から成る半導体発光素
子(5)の屈折率はｎ1＝２.０程度であるのに対し、YAG蛍
光体の屈折率と樹脂の屈折率は、それぞれｎ2＝１.８３
とｎ2＝１.５程度であるため、蛍光体(10)を含有する保
護樹脂(11)の全体としての屈折率は半導体発光素子(5)
の屈折率よりもかなり小さく、屈折率比ｎ2／ｎ1は小さ
い値と成る。従って、図３の発光ダイオード装置(1)で
は、式（２）に示されるように、光透過性物質Ａと光透
過性物質Ｂとの屈折率比が小さいため、半導体発光素子
(5)と保護樹脂(11)との界面での臨界角は狭小となり、
半導体発光素子(5)から保護樹脂(11)に入射する光量が
減少すると共に、全反射される光量が増加する。このよ
うに、従来では、保護樹脂(11)との界面で半導体発光素
子(5)から照射された光が反射され易いため、半導体発
光素子(5)から照射された光を保護樹脂(11)の外部に効
率よく導出することができず、結果として高い光取出効
率を得ることができなかった。
【０００８】また、発光ダイオード装置(1)に使用され
るYAG蛍光体は、生成過程中にYAM(Y4Al2O3)、YAP(YAl
O3)等の中間生成物が形成されやすい問題がある。一般
にYAG蛍光体は、原料であるY2O3、Al2O3等に融剤を加え
高温で焼成して製造されるが、最も生成されやすいのが
YAMであり、次に温度の上昇に伴いYAP、YAGの順で相変
化が起こる。従って、得られた蛍光体は純粋なYAGだけ
ではなく不純物であるYAM、YAPが含まれやすい。しかし
ながら、目的の波長に対する蛍光体の変換効率はYAG相
の生成量に比例するので、高効率の蛍光体では極力純粋
なYAGで構成しなければならない。このため、一般には
１５００℃程度の高温で約２時間、場合により繰り返し
焼成する必要があり、YAG蛍光体の製造及びYAG蛍光体を
用いる発光ダイオード装置(1)は必然的に高価となっ
た。
るYAG蛍光体は、生成過程中にYAM(Y4Al2O3)、YAP(YAl
O3)等の中間生成物が形成されやすい問題がある。一般
にYAG蛍光体は、原料であるY2O3、Al2O3等に融剤を加え
高温で焼成して製造されるが、最も生成されやすいのが
YAMであり、次に温度の上昇に伴いYAP、YAGの順で相変
化が起こる。従って、得られた蛍光体は純粋なYAGだけ
ではなく不純物であるYAM、YAPが含まれやすい。しかし
ながら、目的の波長に対する蛍光体の変換効率はYAG相
の生成量に比例するので、高効率の蛍光体では極力純粋
なYAGで構成しなければならない。このため、一般には
１５００℃程度の高温で約２時間、場合により繰り返し
焼成する必要があり、YAG蛍光体の製造及びYAG蛍光体を
用いる発光ダイオード装置(1)は必然的に高価となっ
た。
【０００９】また、発光ダイオード装置(1)に使用され
るInGaN系化合物半導体から成る半導体発光素子(5)はエ
ネルギの大きい４３０nm〜４８０nm程度の短波長光を発
し、且つ順電圧が大きく、消費電力も大きいため、発光
ダイオード装置(1)に通電すると、半導体発光素子(5)が
発する光と熱によって保護樹脂(11)が半導体発光素子
(5)の周囲から次第に劣化、黄変する問題が生じる。保
護樹脂(11)が黄変すると半導体発光素子(5)から発した
光が保護樹脂(11)中で吸収されるため、発光ダイオード
装置(1)から外部に放出される光は著しく減少するの
で、長寿命で信頼性の高い発光ダイオード装置を得るこ
とはできなかった。
るInGaN系化合物半導体から成る半導体発光素子(5)はエ
ネルギの大きい４３０nm〜４８０nm程度の短波長光を発
し、且つ順電圧が大きく、消費電力も大きいため、発光
ダイオード装置(1)に通電すると、半導体発光素子(5)が
発する光と熱によって保護樹脂(11)が半導体発光素子
(5)の周囲から次第に劣化、黄変する問題が生じる。保
護樹脂(11)が黄変すると半導体発光素子(5)から発した
光が保護樹脂(11)中で吸収されるため、発光ダイオード
装置(1)から外部に放出される光は著しく減少するの
で、長寿命で信頼性の高い発光ダイオード装置を得るこ
とはできなかった。
【００１０】そこで、本発明の第一の目的は、半導体発
光素子と半導体発光素子を被覆する被覆体との界面での
全反射を抑制して光取出効率の優れた半導体発光装置を
提供することにある。本発明の第二の目的は、半導体発
光素子を被覆する内側被覆体とこれを被覆する外側被覆
体との界面及び外側被覆体と外部空気との界面での全反
射を抑制してより光取出効率の優れた半導体発光装置を
提供することにある。本発明の第三の目的は、比較的安
価な波長変換型の半導体発光装置を提供することにあ
る。更に、本発明の第四の目的は、短波長の光が長期間
照射されても、また、半導体発光素子の発熱によって高
温度に達しても、発光特性が低下しない信頼性の高い半
導体発光装置を提供することにある。
光素子と半導体発光素子を被覆する被覆体との界面での
全反射を抑制して光取出効率の優れた半導体発光装置を
提供することにある。本発明の第二の目的は、半導体発
光素子を被覆する内側被覆体とこれを被覆する外側被覆
体との界面及び外側被覆体と外部空気との界面での全反
射を抑制してより光取出効率の優れた半導体発光装置を
提供することにある。本発明の第三の目的は、比較的安
価な波長変換型の半導体発光装置を提供することにあ
る。更に、本発明の第四の目的は、短波長の光が長期間
照射されても、また、半導体発光素子の発熱によって高
温度に達しても、発光特性が低下しない信頼性の高い半
導体発光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体発光装置は、基体(2)と、基体
(2)に固着された半導体発光素子(5)と、半導体発光素子
(5)を被覆する光透過性の被覆体(12, 21)とを備えてい
る。被覆体(12, 21)は半導体発光素子(5)が照射する光
の少なくとも一部を吸収して励起され、これとは異なる
波長の光を放出する蛍光体(22)を含み、半導体発光素子
(5)の発光層(5d)と蛍光体(22)とが実質的に同一の組成
の化合物半導体から構成される。本発明による半導体発
光装置によれば、被覆体(12, 21)は、半導体発光素子
(5)の発光層(5d)の屈折率と実質的に同一の屈折率を有
する蛍光体(22)を含むため、被覆体(12, 21)全体を発光
層(5d)の屈折率に近い屈折率で構成できるので、全反射
の生じる限界の臨界角と成る入射角θcを大きくでき、
半導体発光素子(5)から照射された光による被覆体(12,
21)との界面での反射を著しく抑制することができる。
即ち、半導体発光素子(5)の屈折率をｎ1とし被覆体(12,
21)の屈折率をｎ2とすれば、半導体発光素子(5)の屈折
率ｎ1と被覆体(12, 21)の屈折率ｎ2が近似する場合、前
式（１）より半導体発光素子(5)と被覆体(12, 21)との
界面での入射角θ1と屈折率θ2はほぼ等しくなり、いか
なる角度の入射光に対しても屈折は起こらないので、半
導体発光素子(5)と被覆体(12, 21)とを光学的に一体構
造体とみなすことができる。従って、半導体発光素子
(5)と被覆体(12, 21)との界面での反射を実質的に考慮
しなくてよい。
め、本発明による半導体発光装置は、基体(2)と、基体
(2)に固着された半導体発光素子(5)と、半導体発光素子
(5)を被覆する光透過性の被覆体(12, 21)とを備えてい
る。被覆体(12, 21)は半導体発光素子(5)が照射する光
の少なくとも一部を吸収して励起され、これとは異なる
波長の光を放出する蛍光体(22)を含み、半導体発光素子
(5)の発光層(5d)と蛍光体(22)とが実質的に同一の組成
の化合物半導体から構成される。本発明による半導体発
光装置によれば、被覆体(12, 21)は、半導体発光素子
(5)の発光層(5d)の屈折率と実質的に同一の屈折率を有
する蛍光体(22)を含むため、被覆体(12, 21)全体を発光
層(5d)の屈折率に近い屈折率で構成できるので、全反射
の生じる限界の臨界角と成る入射角θcを大きくでき、
半導体発光素子(5)から照射された光による被覆体(12,
21)との界面での反射を著しく抑制することができる。
即ち、半導体発光素子(5)の屈折率をｎ1とし被覆体(12,
21)の屈折率をｎ2とすれば、半導体発光素子(5)の屈折
率ｎ1と被覆体(12, 21)の屈折率ｎ2が近似する場合、前
式（１）より半導体発光素子(5)と被覆体(12, 21)との
界面での入射角θ1と屈折率θ2はほぼ等しくなり、いか
なる角度の入射光に対しても屈折は起こらないので、半
導体発光素子(5)と被覆体(12, 21)とを光学的に一体構
造体とみなすことができる。従って、半導体発光素子
(5)と被覆体(12, 21)との界面での反射を実質的に考慮
しなくてよい。
【００１２】この結果、半導体発光素子(5)から照射さ
れた光を被覆体(12, 21)の外部に効率よく導出すること
ができ、高い光取出効率を得ることができる。また、被
覆体(12, 21)の屈折率が半導体発光素子(5)の屈折率と
完全に同一ではなく、被覆体(12, 21)の屈折率が半導体
発光素子(5)の屈折率よりも小さい場合でも、半導体発
光素子(5)の屈折率に極力近い値の屈折率を有する被覆
体(12, 21)を選択すれば、半導体発光素子(5)と被覆体
(12, 21)との界面での臨界角は大きくなり、全反射量を
著しく低減することができる。
れた光を被覆体(12, 21)の外部に効率よく導出すること
ができ、高い光取出効率を得ることができる。また、被
覆体(12, 21)の屈折率が半導体発光素子(5)の屈折率と
完全に同一ではなく、被覆体(12, 21)の屈折率が半導体
発光素子(5)の屈折率よりも小さい場合でも、半導体発
光素子(5)の屈折率に極力近い値の屈折率を有する被覆
体(12, 21)を選択すれば、半導体発光素子(5)と被覆体
(12, 21)との界面での臨界角は大きくなり、全反射量を
著しく低減することができる。
【００１３】本発明の実施の形態では、半導体発光素子
(5)はInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）から成る発光層(5
d)を有し、被覆体(12, 21)はInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成り且つ半導体発光素子(5)の発光する光の
少なくとも一部を吸収して励起され、これとは異なる波
長の光を放出する蛍光体(22)を含む。InXGa1-XNから成
る蛍光体(22)は、YAG系蛍光体と同様に耐熱特性等に優
れるため、信頼性の高い波長変換型の半導体発光装置を
得ることができる。また、YAG系蛍光体ほどの高温、長
時間の熱処理を施さずに生成できるInXGa1-XNによって
蛍光体(22)を安価に製造できるため、比較的安価な波長
変換型の半導体発光装置を実現できる。更に、InXGa1-X
Nから成る蛍光体(22)は、生成過程中にYAG系蛍光体のよ
うにＹＡＭ、ＹＡＰ等の中間生成物が形成されないた
め、不純物の少ない高純度の蛍光体(22)を容易に且つ歩
留まり良く得ることができ、半導体発光装置の信頼性向
上、高輝度化、生産コストの低減などが可能と成る。
(5)はInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）から成る発光層(5
d)を有し、被覆体(12, 21)はInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成り且つ半導体発光素子(5)の発光する光の
少なくとも一部を吸収して励起され、これとは異なる波
長の光を放出する蛍光体(22)を含む。InXGa1-XNから成
る蛍光体(22)は、YAG系蛍光体と同様に耐熱特性等に優
れるため、信頼性の高い波長変換型の半導体発光装置を
得ることができる。また、YAG系蛍光体ほどの高温、長
時間の熱処理を施さずに生成できるInXGa1-XNによって
蛍光体(22)を安価に製造できるため、比較的安価な波長
変換型の半導体発光装置を実現できる。更に、InXGa1-X
Nから成る蛍光体(22)は、生成過程中にYAG系蛍光体のよ
うにＹＡＭ、ＹＡＰ等の中間生成物が形成されないた
め、不純物の少ない高純度の蛍光体(22)を容易に且つ歩
留まり良く得ることができ、半導体発光装置の信頼性向
上、高輝度化、生産コストの低減などが可能と成る。
【００１４】更に、本実施の形態の半導体発光装置は、
基体(2)と、基体(2)に固着された半導体発光素子(5)
と、半導体発光素子(5)を被覆する光透過性を有する内
部被覆体(21)と、内部被覆体(21)を被覆する光透過性を
有する外部被覆体(12)とを備えている。内部被覆体(21)
はその先端側に半球状の内側レンズ部(21b)を有し、外
部被覆体(12)も同様にその先端側に半球状の外側レンズ
部(12b)を有する。内側レンズ部(21b)と外側レンズ部(1
2b)の中心点（焦点）は、半導体発光素子(5)に対して実
質的に同軸上に配置されるので、内側レンズ部(21b)と
外側レンズ部(12b)の中心点は、半導体発光素子(5)から
照射される光の光軸上に配置される。
基体(2)と、基体(2)に固着された半導体発光素子(5)
と、半導体発光素子(5)を被覆する光透過性を有する内
部被覆体(21)と、内部被覆体(21)を被覆する光透過性を
有する外部被覆体(12)とを備えている。内部被覆体(21)
はその先端側に半球状の内側レンズ部(21b)を有し、外
部被覆体(12)も同様にその先端側に半球状の外側レンズ
部(12b)を有する。内側レンズ部(21b)と外側レンズ部(1
2b)の中心点（焦点）は、半導体発光素子(5)に対して実
質的に同軸上に配置されるので、内側レンズ部(21b)と
外側レンズ部(12b)の中心点は、半導体発光素子(5)から
照射される光の光軸上に配置される。
【００１５】内部被覆体(21)と外部被覆体(12)を半球状
に形成すると共に、内部被覆体(21)の直径に対し外部被
覆体(12)の直径を十分に大きくとると同時に、半球状の
外部被覆体(12)の中心点にに略一致して半球状の内部被
覆体(21)の中心点を配置すれば、半導体発光素子(5)及
び内部被覆体(21)は外部被覆体(12)に対して実質的に点
光源と見なすことができる。半導体発光素子(5)から放
射されて内部被覆体(21)を透過する光は内部被覆体(21)
と外部被覆体(12)との界面に対しほぼ垂直に入射するの
で、内部被覆体(21)と外部被覆体(12)との屈折率の差が
比較的大きく臨界角が小さい場合でも全反射は実質的に
起こらず、同様に、外部被覆体(12)と外部空気との界面
でも全反射が起こらない。このように、内部被覆体(21)
と外部被覆体(12)との界面での全反射及び外部被覆体(1
2)と外部空気との界面での全反射を有効に抑制すること
ができる。
に形成すると共に、内部被覆体(21)の直径に対し外部被
覆体(12)の直径を十分に大きくとると同時に、半球状の
外部被覆体(12)の中心点にに略一致して半球状の内部被
覆体(21)の中心点を配置すれば、半導体発光素子(5)及
び内部被覆体(21)は外部被覆体(12)に対して実質的に点
光源と見なすことができる。半導体発光素子(5)から放
射されて内部被覆体(21)を透過する光は内部被覆体(21)
と外部被覆体(12)との界面に対しほぼ垂直に入射するの
で、内部被覆体(21)と外部被覆体(12)との屈折率の差が
比較的大きく臨界角が小さい場合でも全反射は実質的に
起こらず、同様に、外部被覆体(12)と外部空気との界面
でも全反射が起こらない。このように、内部被覆体(21)
と外部被覆体(12)との界面での全反射及び外部被覆体(1
2)と外部空気との界面での全反射を有効に抑制すること
ができる。
【００１６】従って、本実施の形態による半導体発光装
置では、半導体発光素子(5)と内部被覆体(21)との界面
での全反射、内部被覆体(21)と蛍光体(22)との界面での
全反射、内部被覆体(21)と外部被覆体(12)との界面での
全反射、及び外部被覆体(12)と外部空気との界面での全
反射をそれぞれ抑制して、光取出効率を著しく増大する
ことができる。
置では、半導体発光素子(5)と内部被覆体(21)との界面
での全反射、内部被覆体(21)と蛍光体(22)との界面での
全反射、内部被覆体(21)と外部被覆体(12)との界面での
全反射、及び外部被覆体(12)と外部空気との界面での全
反射をそれぞれ抑制して、光取出効率を著しく増大する
ことができる。
【００１７】更に、本実施の形態の半導体発光装置で
は、被覆体(21, 12)又は内部被覆体(21)はInXGa1-XNか
ら成る発光層(5d)の屈折率に容易に近似させられる屈折
率を有するポリメタロキサン又はセラミックから構成さ
れ且つInXGa1-XNから成る蛍光体(22)を含むため、蛍光
体(22)を含む被覆体(21, 12)全体としての屈折率を半導
体発光素子(5)の発光層(5d)の屈折率に更に容易に近似
させることができ、光取出効率を高水準に向上すること
ができる。
は、被覆体(21, 12)又は内部被覆体(21)はInXGa1-XNか
ら成る発光層(5d)の屈折率に容易に近似させられる屈折
率を有するポリメタロキサン又はセラミックから構成さ
れ且つInXGa1-XNから成る蛍光体(22)を含むため、蛍光
体(22)を含む被覆体(21, 12)全体としての屈折率を半導
体発光素子(5)の発光層(5d)の屈折率に更に容易に近似
させることができ、光取出効率を高水準に向上すること
ができる。
【００１８】また、金属アルコキシド又はセラミック前
駆体ポリマーなどにより形成され且つ光透過性を有する
ポリメタロキサン又はセラミックから構成される被覆体
(21,12)又は内部被覆体(21)は、有機樹脂から構成され
る従来の保護樹脂に比べて耐紫外線性及び耐熱性に優
れ、エネルギの大きい光である紫外線が照射される高温
環境下で長期間使用しても劣化しない。従って、半導体
発光素子(5)を被覆する被覆体(21, 12)又は内部被覆体
(21)に黄変等による光透過性が低下せずに、長期間高い
光取出効率を維持することができる。半導体発光素子
(5)から発生する紫外線及び熱は樹脂を分解し変質させ
るが、内部被覆体(21)は半導体発光素子(5)からの紫外
線及び熱によって分解されず変質もしない。また、外部
被覆体(12)は内部被覆体(21)を介して半導体発光素子
(5)から光を受けるため、直接高熱に曝されず、半導体
発光素子(5)から照射される紫外線は蛍光体(22)によっ
て波長変換されるため、外部被覆体(12)を構成する樹脂
は化学的に分解されない。
駆体ポリマーなどにより形成され且つ光透過性を有する
ポリメタロキサン又はセラミックから構成される被覆体
(21,12)又は内部被覆体(21)は、有機樹脂から構成され
る従来の保護樹脂に比べて耐紫外線性及び耐熱性に優
れ、エネルギの大きい光である紫外線が照射される高温
環境下で長期間使用しても劣化しない。従って、半導体
発光素子(5)を被覆する被覆体(21, 12)又は内部被覆体
(21)に黄変等による光透過性が低下せずに、長期間高い
光取出効率を維持することができる。半導体発光素子
(5)から発生する紫外線及び熱は樹脂を分解し変質させ
るが、内部被覆体(21)は半導体発光素子(5)からの紫外
線及び熱によって分解されず変質もしない。また、外部
被覆体(12)は内部被覆体(21)を介して半導体発光素子
(5)から光を受けるため、直接高熱に曝されず、半導体
発光素子(5)から照射される紫外線は蛍光体(22)によっ
て波長変換されるため、外部被覆体(12)を構成する樹脂
は化学的に分解されない。
【００１９】また、被覆体(21, 12)又は内部被覆体(21)
を構成するポリメタロキサン又はセラミックは、硼素や
酸化鉛等を含む低融点ガラス等に比べて極めて不純物が
少ない高純度のガラス状に形成され、半導体発光素子
(5)の光学特性に悪影響を及ぼさないため、半導体発光
装置の良好な発光特性を長期間維持し、高い信頼性を実
現できる。
を構成するポリメタロキサン又はセラミックは、硼素や
酸化鉛等を含む低融点ガラス等に比べて極めて不純物が
少ない高純度のガラス状に形成され、半導体発光素子
(5)の光学特性に悪影響を及ぼさないため、半導体発光
装置の良好な発光特性を長期間維持し、高い信頼性を実
現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】窒化ガリウム系化合物から成る発
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１及び図２について以下に説明す
る。図１及び図２に示す実施の形態では、図３に示す箇
所と同一の部分には同一の符号を付す。
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１及び図２について以下に説明す
る。図１及び図２に示す実施の形態では、図３に示す箇
所と同一の部分には同一の符号を付す。
【００２１】図１に示すように、本実施の形態による発
光ダイオード装置(20)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3)及び第一のワイヤ接続部(4)が形成された第
一の外部端子(2)と、一方の端部側に第二のワイヤ接続
部(9)が形成された第二の外部端子(8)と、凹部(3)の底
面に固着された発光ダイオードチップ(5)と、第一及び
第二のワイヤ接続部(4, 9)と発光ダイオードチップ(5)
との間に接続された第一及び第二のリード細線(6, 7)
と、凹部(3)内に充填されて発光ダイオードチップ(5)を
被覆する被覆体(21, 12)又は内部被覆体(21)としてのコ
ーティング材(21)と、コーティング材(21)の外側を被覆
する外部被覆体(12)としての樹脂封止体(12)とを備えて
いる。第一の外部端子(2)と第二の外部端子(8)は周知の
リードフレームから基体として構成され、凹部(3)は第
一の外部端子(2)を長さ方向に押し潰して形成される。
光ダイオード装置(20)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3)及び第一のワイヤ接続部(4)が形成された第
一の外部端子(2)と、一方の端部側に第二のワイヤ接続
部(9)が形成された第二の外部端子(8)と、凹部(3)の底
面に固着された発光ダイオードチップ(5)と、第一及び
第二のワイヤ接続部(4, 9)と発光ダイオードチップ(5)
との間に接続された第一及び第二のリード細線(6, 7)
と、凹部(3)内に充填されて発光ダイオードチップ(5)を
被覆する被覆体(21, 12)又は内部被覆体(21)としてのコ
ーティング材(21)と、コーティング材(21)の外側を被覆
する外部被覆体(12)としての樹脂封止体(12)とを備えて
いる。第一の外部端子(2)と第二の外部端子(8)は周知の
リードフレームから基体として構成され、凹部(3)は第
一の外部端子(2)を長さ方向に押し潰して形成される。
【００２２】半導体発光素子としての発光ダイオードチ
ップ(5)は、発光波長のピークが約４３０nm〜４８０nm
である窒化ガリウム系化合物半導体から成る青色発光ダ
イオードチップである。発光ダイオードチップ(5)は、
一般的にサファイア等から成る絶縁性基板又はSiC（炭
化珪素）等から成る導電性基体の上面にInXGa1-XN（但
し、０≦Ｘ≦１）から成る半導体領域を周知のエピタキ
シャル成長方法等により積層形成され、作動時に３６５
nm〜５５０nmの波長で発光する。図２は、本実施の形態
の発光ダイオードチップ(5)を示す。図示のように、発
光ダイオードチップ(5)は、サファイアから成る絶縁性
基板(5a)と、この上面に周知のエピタキシャル成長方法
によって形成された半導体基体(5f)と、半導体基体(5f)
の上面に形成されたアノード電極(5g)及びカソード電極
(5h)とを備えている。半導体基体(5f)は、絶縁性基板(5
a)上に順次積層形成されたGaNから成るバッファ層(5b)
と、GaNから成るｎ形半導体領域(5c)と、InGaNから成る
発光層（活性層）(5d)と、GaNから成るｐ形半導体領域
(5e)とを備えている。
ップ(5)は、発光波長のピークが約４３０nm〜４８０nm
である窒化ガリウム系化合物半導体から成る青色発光ダ
イオードチップである。発光ダイオードチップ(5)は、
一般的にサファイア等から成る絶縁性基板又はSiC（炭
化珪素）等から成る導電性基体の上面にInXGa1-XN（但
し、０≦Ｘ≦１）から成る半導体領域を周知のエピタキ
シャル成長方法等により積層形成され、作動時に３６５
nm〜５５０nmの波長で発光する。図２は、本実施の形態
の発光ダイオードチップ(5)を示す。図示のように、発
光ダイオードチップ(5)は、サファイアから成る絶縁性
基板(5a)と、この上面に周知のエピタキシャル成長方法
によって形成された半導体基体(5f)と、半導体基体(5f)
の上面に形成されたアノード電極(5g)及びカソード電極
(5h)とを備えている。半導体基体(5f)は、絶縁性基板(5
a)上に順次積層形成されたGaNから成るバッファ層(5b)
と、GaNから成るｎ形半導体領域(5c)と、InGaNから成る
発光層（活性層）(5d)と、GaNから成るｐ形半導体領域
(5e)とを備えている。
【００２３】半導体基体(5f)の上面には、ｐ形半導体領
域(5e)、発光層(5d)及びｎ形半導体領域(5c)の一部を除
去する切欠部(5i)が形成されている。この結果、切欠部
(5i)の底面にはｎ形半導体領域(5c)が露出し、カソード
電極(5h)は切欠部(5i)の底面に形成されてｎ形半導体領
域(5c)に電気的に接続される。また、アノード電極(5g)
は、切欠部(5i)が形成されない半導体基体(5f)の上面で
ｐ形半導体領域(5e)に電気的に接続される。発光ダイオ
ードチップ(5)の発光波長を決定する発光層(5d)は、本
発明に基づいてInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）で表さ
れる窒化ガリウム系化合物半導体領域から構成される。
域(5e)、発光層(5d)及びｎ形半導体領域(5c)の一部を除
去する切欠部(5i)が形成されている。この結果、切欠部
(5i)の底面にはｎ形半導体領域(5c)が露出し、カソード
電極(5h)は切欠部(5i)の底面に形成されてｎ形半導体領
域(5c)に電気的に接続される。また、アノード電極(5g)
は、切欠部(5i)が形成されない半導体基体(5f)の上面で
ｐ形半導体領域(5e)に電気的に接続される。発光ダイオ
ードチップ(5)の発光波長を決定する発光層(5d)は、本
発明に基づいてInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）で表さ
れる窒化ガリウム系化合物半導体領域から構成される。
【００２４】発光ダイオード装置(20)では、発光ダイオ
ードチップ(5)の下面即ち絶縁性基板(5a)の下面が、無
機材料を含有する樹脂性の接着剤又はポリメタロキサン
又はセラミックから成る接着剤（図示せず)を介して凹
部(3)の底面に固着される。樹脂性接着剤に使用する樹
脂としては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン樹脂又
はポリイミド樹脂等が好適である。また、ポリメタロキ
サン又はセラミックから成る接着剤に混合する無機材料
としては、銀、アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム、アルミナ、シリカ等が好適である。ここで、ポ
リメタロキサン又はセラミックから成る接着剤を使用す
れば、銀、アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム、アルミナ、シリカ等から成る無機材料は耐候性に優
れるため、発光ダイオードチップ(5)から放出される短
波長の光が比較的長い期間照射され又は発光ダイオード
チップ(5)から発生する熱が比較的長時間加えられて
も、接着剤の劣化・変色及び劣化・変色に伴う光吸収を
防止することができる。本実施の形態では、紫外線等エ
ネルギの大きい光が照射される高温環境下で長期間使用
しても劣化しないポリメタロキサン又はセラミックから
成る接着剤を使用すれば、コーティング材(21)の機能と
相俟って信頼性がより向上し且つ安定する。
ードチップ(5)の下面即ち絶縁性基板(5a)の下面が、無
機材料を含有する樹脂性の接着剤又はポリメタロキサン
又はセラミックから成る接着剤（図示せず)を介して凹
部(3)の底面に固着される。樹脂性接着剤に使用する樹
脂としては、例えばエポキシ系樹脂、シリコーン樹脂又
はポリイミド樹脂等が好適である。また、ポリメタロキ
サン又はセラミックから成る接着剤に混合する無機材料
としては、銀、アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム、アルミナ、シリカ等が好適である。ここで、ポ
リメタロキサン又はセラミックから成る接着剤を使用す
れば、銀、アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウ
ム、アルミナ、シリカ等から成る無機材料は耐候性に優
れるため、発光ダイオードチップ(5)から放出される短
波長の光が比較的長い期間照射され又は発光ダイオード
チップ(5)から発生する熱が比較的長時間加えられて
も、接着剤の劣化・変色及び劣化・変色に伴う光吸収を
防止することができる。本実施の形態では、紫外線等エ
ネルギの大きい光が照射される高温環境下で長期間使用
しても劣化しないポリメタロキサン又はセラミックから
成る接着剤を使用すれば、コーティング材(21)の機能と
相俟って信頼性がより向上し且つ安定する。
【００２５】凹部(3)の底面(3a)から凹部(3)の入口(3c)
までの凹部(3)の深さは、発光ダイオードチップ(5)の高
さよりも大きく、凹部(3)の底面(3a)に固着された発光
ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3)の入口(3c)よりも
下側に位置する。このため、発光ダイオード装置(20)で
は、凹部(3)の内側に十分な量のコーティング材(21)を
形成することができ、発光ダイオードチップ(5)の上面
まで十分な量のコーティング材(21)によって被覆するこ
とができる。
までの凹部(3)の深さは、発光ダイオードチップ(5)の高
さよりも大きく、凹部(3)の底面(3a)に固着された発光
ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3)の入口(3c)よりも
下側に位置する。このため、発光ダイオード装置(20)で
は、凹部(3)の内側に十分な量のコーティング材(21)を
形成することができ、発光ダイオードチップ(5)の上面
まで十分な量のコーティング材(21)によって被覆するこ
とができる。
【００２６】発光ダイオードチップ(5)のカソード電極
(5h)は、第一のリード細線(5)によりカソード電極と成
る第一の外部端子(2)に形成された第一のワイヤ接続部
(4)に電気的に接続され、発光ダイオードチップ(5)のア
ノード電極(5g)は、第二のリード細線(7)によりアノー
ド電極と成る第二の外部端子(8)に形成された第二のワ
イヤ接続部(9)に電気的に接続される。周知のワイヤボ
ンディング方法によって第一のリード細線(6)と第二の
リード細線(7)を容易に接続することができる。
(5h)は、第一のリード細線(5)によりカソード電極と成
る第一の外部端子(2)に形成された第一のワイヤ接続部
(4)に電気的に接続され、発光ダイオードチップ(5)のア
ノード電極(5g)は、第二のリード細線(7)によりアノー
ド電極と成る第二の外部端子(8)に形成された第二のワ
イヤ接続部(9)に電気的に接続される。周知のワイヤボ
ンディング方法によって第一のリード細線(6)と第二の
リード細線(7)を容易に接続することができる。
【００２７】凹部(3)の底面に配置された発光ダイオー
ドチップ(5)の上面及び側面は、凹部(3)の内側に充填さ
れたコーティング材(21)によって被覆される。コーティ
ング材(21)は金属アルコキシドをゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマーを
含有する溶液又はこれらの組み合わせによるコーティン
グ材形成溶液から形成することができる。この種のコー
ティング材形成溶液は、通常は液状であるが、空気中又
は酸素雰囲気中で乾燥、加熱すると成分の分解及び水分
又は酸素の吸収により金属酸化物のメタロキサン（meta
loxane）結合を主体とする透明な固形のコーティング材
を生成する。
ドチップ(5)の上面及び側面は、凹部(3)の内側に充填さ
れたコーティング材(21)によって被覆される。コーティ
ング材(21)は金属アルコキシドをゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマーを
含有する溶液又はこれらの組み合わせによるコーティン
グ材形成溶液から形成することができる。この種のコー
ティング材形成溶液は、通常は液状であるが、空気中又
は酸素雰囲気中で乾燥、加熱すると成分の分解及び水分
又は酸素の吸収により金属酸化物のメタロキサン（meta
loxane）結合を主体とする透明な固形のコーティング材
を生成する。
【００２８】また、前記コーティング材形成溶液から形
成されたコーティング材(21)は、耐紫外線特性、耐熱性
に優れ高温環境下又は紫外線下でも実質的に黄変・着色
を生じない。このため、コーティング材(21)は、発光ダ
イオードチップ(5)から生ずる短波長の光が比較的長時
間照射され又は発光ダイオードチップ(5)の発熱による
温度上昇が生じても、発光ダイオードチップ(5)からの
発光を減衰させる黄変・着色が発生しない。
成されたコーティング材(21)は、耐紫外線特性、耐熱性
に優れ高温環境下又は紫外線下でも実質的に黄変・着色
を生じない。このため、コーティング材(21)は、発光ダ
イオードチップ(5)から生ずる短波長の光が比較的長時
間照射され又は発光ダイオードチップ(5)の発熱による
温度上昇が生じても、発光ダイオードチップ(5)からの
発光を減衰させる黄変・着色が発生しない。
【００２９】本実施の形態では、コーティング材形成溶
液としてシリコンテトラエトキシドSi(OC2H5)4、ジルコ
ニウムプロポキシドZr(OC3H7)4、チタンイソプロポキシ
ドTi(iso−OC3H7)4等複数の金属アルコキシドを混合し
ゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液を用いた
ポリメタロキサンから成るコーティング材(21)を使用す
る。各金属アルコキシド間の配合比を調整することによ
り、コーティング材(21)の屈折率を１.５〜２.４程度ま
での任意の値に設定することができる。本実施の形態で
は、コーティング材(21)の屈折率は発光ダイオードチッ
プ(5)の発光層(5d)及び後述の蛍光体(22)と略同一の屈
折率である。
液としてシリコンテトラエトキシドSi(OC2H5)4、ジルコ
ニウムプロポキシドZr(OC3H7)4、チタンイソプロポキシ
ドTi(iso−OC3H7)4等複数の金属アルコキシドを混合し
ゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液を用いた
ポリメタロキサンから成るコーティング材(21)を使用す
る。各金属アルコキシド間の配合比を調整することによ
り、コーティング材(21)の屈折率を１.５〜２.４程度ま
での任意の値に設定することができる。本実施の形態で
は、コーティング材(21)の屈折率は発光ダイオードチッ
プ(5)の発光層(5d)及び後述の蛍光体(22)と略同一の屈
折率である。
【００３０】図１に示すように、コーティング材(21)
は、凹部(3)の内側で逆截頭円錐型に形成されたコーテ
ィング本体(21a)と、コーティング本体(21a)に連続して
形成されて凹部(3)の主面から凸状に突出する半球状の
内側レンズ部(21b)とを有する。発光ダイオードチップ
(5)を収容する凹部(3)内に凹部(3)の体積よりも若干多
い量でコーティング材形成溶液を滴下して、コーティン
グ材(21)を形成することができる。この場合、コーティ
ング材形成溶液の自重と粘度、表面張力等のバランスを
適切に制御することにより先端側に半球状を有する内側
レンズ部(21b)をコーティング材(21)と共に形成するこ
とができる。別法として、容器にコーティング材形成溶
液を満たし、一対の外部端子(2, 8)全体を倒立させた状
態で、凹部(3)をコーティング材形成溶液に接触させる
プリディップ法も採用することができる。発光ダイオー
ドチップ(5)の周囲をコーティング材形成溶液で被覆し
た後に、一対の外部端子(2, 8)全体を正立状態又は倒立
状態に設置したままコーティング材形成溶液を固化させ
て、コーティング材(21)を形成できる。コーティング材
(21)の先端に内側レンズ部(21b)を設ける構造は一例に
過ぎず、例えば、光取出効率向上よりも製造工程の簡便
さを優先させる場合は、内側レンズ部(21b)を設けずに
コーティング本体(21a)のみとしてもよい。
は、凹部(3)の内側で逆截頭円錐型に形成されたコーテ
ィング本体(21a)と、コーティング本体(21a)に連続して
形成されて凹部(3)の主面から凸状に突出する半球状の
内側レンズ部(21b)とを有する。発光ダイオードチップ
(5)を収容する凹部(3)内に凹部(3)の体積よりも若干多
い量でコーティング材形成溶液を滴下して、コーティン
グ材(21)を形成することができる。この場合、コーティ
ング材形成溶液の自重と粘度、表面張力等のバランスを
適切に制御することにより先端側に半球状を有する内側
レンズ部(21b)をコーティング材(21)と共に形成するこ
とができる。別法として、容器にコーティング材形成溶
液を満たし、一対の外部端子(2, 8)全体を倒立させた状
態で、凹部(3)をコーティング材形成溶液に接触させる
プリディップ法も採用することができる。発光ダイオー
ドチップ(5)の周囲をコーティング材形成溶液で被覆し
た後に、一対の外部端子(2, 8)全体を正立状態又は倒立
状態に設置したままコーティング材形成溶液を固化させ
て、コーティング材(21)を形成できる。コーティング材
(21)の先端に内側レンズ部(21b)を設ける構造は一例に
過ぎず、例えば、光取出効率向上よりも製造工程の簡便
さを優先させる場合は、内側レンズ部(21b)を設けずに
コーティング本体(21a)のみとしてもよい。
【００３１】
【表１】
【００３２】このように、コーティング材(21)の屈折率
は、１.５〜３.０の間にある。
は、１.５〜３.０の間にある。
【００３３】コーティング材(21)には、発光ダイオード
チップ(5)から照射された光の一部を吸収して波長の異
なる光を放出する蛍光体(22)が混入される。本実施の形
態では、蛍光体(22)は、本発明に基づいてInXGa1-XN
（但し、０≦Ｘ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物
半導体から成る。蛍光体(22)は、高純度石英管のチャン
バー内でTMGa（トリメチルガリウム）とTMIn（トリメチ
ルインジウム）にH2（水素）及びNH3（アンモニア）を
加え６００℃〜１０００℃で加熱するとTMGa、TMInの分
解とGa（ガリウム）、In（インジウム）の窒化及び化合
が起こり、チャンバーの管壁にInXGa1-XN（但し、０≦
Ｘ≦１）の微結晶が成長するので、これを収集して使用
される。これは一例に過ぎず、他の方法でも蛍光体(22)
の生成は可能である。例えば、特開昭５１−４１６８６
号公報は、粉末のGa2O3（酸化ガリウム）をNH3雰囲気中
で加熱させて窒化しGaNを生成する方法を示す。また、
特開平９−２３５５４８号公報は、粉末のGa2S3（硫化
ガリウム）及びIn2S3（硫化インジウム）をNH3雰囲気中
で加熱させて窒化しInGaNを生成する方法を開示する。
従って、蛍光体(22)はいずれの方法を用いても生成可能
である。蛍光体(22)を混入したコーティング材形成溶液
を発光ダイオードチップ(5)の周囲に塗布する方法によ
って、コーティング材(21)中に容易に分散させることが
できる。
チップ(5)から照射された光の一部を吸収して波長の異
なる光を放出する蛍光体(22)が混入される。本実施の形
態では、蛍光体(22)は、本発明に基づいてInXGa1-XN
（但し、０≦Ｘ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物
半導体から成る。蛍光体(22)は、高純度石英管のチャン
バー内でTMGa（トリメチルガリウム）とTMIn（トリメチ
ルインジウム）にH2（水素）及びNH3（アンモニア）を
加え６００℃〜１０００℃で加熱するとTMGa、TMInの分
解とGa（ガリウム）、In（インジウム）の窒化及び化合
が起こり、チャンバーの管壁にInXGa1-XN（但し、０≦
Ｘ≦１）の微結晶が成長するので、これを収集して使用
される。これは一例に過ぎず、他の方法でも蛍光体(22)
の生成は可能である。例えば、特開昭５１−４１６８６
号公報は、粉末のGa2O3（酸化ガリウム）をNH3雰囲気中
で加熱させて窒化しGaNを生成する方法を示す。また、
特開平９−２３５５４８号公報は、粉末のGa2S3（硫化
ガリウム）及びIn2S3（硫化インジウム）をNH3雰囲気中
で加熱させて窒化しInGaNを生成する方法を開示する。
従って、蛍光体(22)はいずれの方法を用いても生成可能
である。蛍光体(22)を混入したコーティング材形成溶液
を発光ダイオードチップ(5)の周囲に塗布する方法によ
って、コーティング材(21)中に容易に分散させることが
できる。
【００３４】先端側に半球状の内側レンズ部(21b)を有
するコーティング材(21)を被覆する樹脂封止体(12)は、
従来の発光ダイオードと同様に耐熱性及び耐光性にあま
り優れないエポキシ系樹脂から成るが、本実施の形態で
は、発光ダイオードチップ(5)と樹脂封止体(12)との間
に耐熱性及び耐光性に優れたコーティング材(21)が介在
するため、発光ダイオードチップ(5)の発する熱及び光
による樹脂封止体(12)の黄変・着色を良好に防止でき
る。また、樹脂封止体(12)は発光ダイオードチップ(5)
等を被覆する円筒形状の封止体本体(12a)と、封止体本
体(12a)に連続して形成された半球状の外側レンズ部(12
b)とを備えている。外側レンズ部(12b)は、発光ダイオ
ードチップ(2)から照射された光を集光して、外部に放
出する機能をする。樹脂封止体(12)は、周知のトランス
ファモールド方法等によって容易に形成することができ
る。
するコーティング材(21)を被覆する樹脂封止体(12)は、
従来の発光ダイオードと同様に耐熱性及び耐光性にあま
り優れないエポキシ系樹脂から成るが、本実施の形態で
は、発光ダイオードチップ(5)と樹脂封止体(12)との間
に耐熱性及び耐光性に優れたコーティング材(21)が介在
するため、発光ダイオードチップ(5)の発する熱及び光
による樹脂封止体(12)の黄変・着色を良好に防止でき
る。また、樹脂封止体(12)は発光ダイオードチップ(5)
等を被覆する円筒形状の封止体本体(12a)と、封止体本
体(12a)に連続して形成された半球状の外側レンズ部(12
b)とを備えている。外側レンズ部(12b)は、発光ダイオ
ードチップ(2)から照射された光を集光して、外部に放
出する機能をする。樹脂封止体(12)は、周知のトランス
ファモールド方法等によって容易に形成することができ
る。
【００３５】樹脂封止体(12)の外側レンズ部(12b)の直
径はコーティング材(21)の内側レンズ部(21b)の直径よ
りも十分に大きく、且つ樹脂封止体(12)の外側レンズ部
(12b)とコーティング材(21)の内側レンズ部(21b)の中心
点（焦点）は、実質的に同軸上に配置される。即ち、発
光ダイオードチップ(5)の上面（光取出面）と樹脂封止
体(12)の外側レンズ部(12b)の中心点とを結ぶ軸上にコ
ーティング材(21)のレンズ部(21b)の中心点が配置さ
れ、換言すれば、発光ダイオードチップ(5)の略中心か
ら照射される光の光軸上に外側レンズ部(12b)と内側レ
ンズ部(21b)の中心点が配置される。
径はコーティング材(21)の内側レンズ部(21b)の直径よ
りも十分に大きく、且つ樹脂封止体(12)の外側レンズ部
(12b)とコーティング材(21)の内側レンズ部(21b)の中心
点（焦点）は、実質的に同軸上に配置される。即ち、発
光ダイオードチップ(5)の上面（光取出面）と樹脂封止
体(12)の外側レンズ部(12b)の中心点とを結ぶ軸上にコ
ーティング材(21)のレンズ部(21b)の中心点が配置さ
れ、換言すれば、発光ダイオードチップ(5)の略中心か
ら照射される光の光軸上に外側レンズ部(12b)と内側レ
ンズ部(21b)の中心点が配置される。
【００３６】この結果、発光ダイオードチップ(5)及び
コーティング材(21)は樹脂封止体(12)に対して実質的に
点光源と見なすことができ、発光ダイオードチップ(5)
から放射されてコーティング材(21)を透過する光はコー
ティング材(21)と樹脂封止体(12)との界面に対してほぼ
垂直に入射する。このため、樹脂封止体(12)がエポキシ
系樹脂等から成り、コーティング材(21)と樹脂封止体(1
2)との屈折率の差が大きく臨界角が小さい場合でも、コ
ーティング材(21)と樹脂封止体(12)との界面での全反射
は殆ど起こらない。また同様に、樹脂封止体(12)と外部
空気との界面での全反射も起こらない。
コーティング材(21)は樹脂封止体(12)に対して実質的に
点光源と見なすことができ、発光ダイオードチップ(5)
から放射されてコーティング材(21)を透過する光はコー
ティング材(21)と樹脂封止体(12)との界面に対してほぼ
垂直に入射する。このため、樹脂封止体(12)がエポキシ
系樹脂等から成り、コーティング材(21)と樹脂封止体(1
2)との屈折率の差が大きく臨界角が小さい場合でも、コ
ーティング材(21)と樹脂封止体(12)との界面での全反射
は殆ど起こらない。また同様に、樹脂封止体(12)と外部
空気との界面での全反射も起こらない。
【００３７】図１に示す半導体発光装置を製造する際に
は、一対の外部端子(2, 8)の一方の端部に凹部(3)を形
成した後、凹部(3)の底部(3a)に発光ダイオードチップ
(5)を固着する。次に、発光ダイオードチップ(5)の上面
に形成された電極(5g, 5h)と一対のワイヤ接続部(4, 9)
との間をリード細線(6, 7)により電気的に接続した後、
金属アルコキシドから成るコーティング材形成溶液を凹
部(3)内に注入して、発光ダイオードチップ(5)、電極(5
g, 5h)及び電極(5g, 5h)に接続されたリード細線(6, 7)
の端部を被覆する。コーティング材形成溶液は、発光ダ
イオードチップ(5)から照射される光を吸収して他の発
光波長に変換するInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）化合
物半導体から成る蛍光体(22)を含む。その後、コーティ
ング材形成溶液を固化して内側レンズ部(21b)を備える
コーティング材(21)を形成し、更にコーティング材(21)
を被覆する樹脂封止体(12)を樹脂成形する。
は、一対の外部端子(2, 8)の一方の端部に凹部(3)を形
成した後、凹部(3)の底部(3a)に発光ダイオードチップ
(5)を固着する。次に、発光ダイオードチップ(5)の上面
に形成された電極(5g, 5h)と一対のワイヤ接続部(4, 9)
との間をリード細線(6, 7)により電気的に接続した後、
金属アルコキシドから成るコーティング材形成溶液を凹
部(3)内に注入して、発光ダイオードチップ(5)、電極(5
g, 5h)及び電極(5g, 5h)に接続されたリード細線(6, 7)
の端部を被覆する。コーティング材形成溶液は、発光ダ
イオードチップ(5)から照射される光を吸収して他の発
光波長に変換するInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）化合
物半導体から成る蛍光体(22)を含む。その後、コーティ
ング材形成溶液を固化して内側レンズ部(21b)を備える
コーティング材(21)を形成し、更にコーティング材(21)
を被覆する樹脂封止体(12)を樹脂成形する。
【００３８】図１の発光ダイオード装置(20)の外部端子
(2, 8)間に順方向電圧を印加し、発光ダイオードチップ
(5)に通電して発光ダイオードチップ(5)を発光させる
と、発光ダイオードチップ(5)から照射された光はコー
ティング材(21)内の蛍光体(22)によってその一部がその
発光波長と異なる他の波長に変換された後、樹脂封止体
(12)の先端部に形成された外側レンズ部(12a)によって
集光されて発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。本実施の形態では、発光ダイオードチップ(5)が約
４３０nm〜４８０nmの発光ピーク波長を有し、蛍光体(2
2)にはInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）で表される窒化
ガリウム系化合物半導体から構成される蛍光体を使用す
る。蛍光体(22)は、発光ダイオードの蛍光体として従来
使用されたCe付活のYAG系蛍光体と類似する励起波長の
ピークが約４５０nm、発光波長のピークが約５５０nm〜
５８０nmの幅広いスペクトルを持つ黄色光である。本実
施の形態では、蛍光体(22)による波長変換を利用して白
色の発光を良好に得るために、発光波長のピークが約４
３０nm〜４８０nmと成るように、発光ダイオードチップ
(5)の発光層(5d)の禁制帯幅が決定されている。従っ
て、発光ダイオードチップ(5)から照射された光と、こ
れが蛍光体(22)によって波長変換された光とが混ざるこ
とによって白色の光を樹脂封止体(12)の外部に放出させ
ることができる。
(2, 8)間に順方向電圧を印加し、発光ダイオードチップ
(5)に通電して発光ダイオードチップ(5)を発光させる
と、発光ダイオードチップ(5)から照射された光はコー
ティング材(21)内の蛍光体(22)によってその一部がその
発光波長と異なる他の波長に変換された後、樹脂封止体
(12)の先端部に形成された外側レンズ部(12a)によって
集光されて発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。本実施の形態では、発光ダイオードチップ(5)が約
４３０nm〜４８０nmの発光ピーク波長を有し、蛍光体(2
2)にはInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）で表される窒化
ガリウム系化合物半導体から構成される蛍光体を使用す
る。蛍光体(22)は、発光ダイオードの蛍光体として従来
使用されたCe付活のYAG系蛍光体と類似する励起波長の
ピークが約４５０nm、発光波長のピークが約５５０nm〜
５８０nmの幅広いスペクトルを持つ黄色光である。本実
施の形態では、蛍光体(22)による波長変換を利用して白
色の発光を良好に得るために、発光波長のピークが約４
３０nm〜４８０nmと成るように、発光ダイオードチップ
(5)の発光層(5d)の禁制帯幅が決定されている。従っ
て、発光ダイオードチップ(5)から照射された光と、こ
れが蛍光体(22)によって波長変換された光とが混ざるこ
とによって白色の光を樹脂封止体(12)の外部に放出させ
ることができる。
【００３９】本実施の形態による半導体発光ダイオード
では、次の作用効果が得られる。 ［１］ 発光ダイオードチップ(5)から照射された光
が、発光ダイオードチップ(5)とコーティング材(21)と
の界面で反射することを抑制できると共に、コーティン
グ材(21)と蛍光体(22)との界面での光の乱反射を抑制す
ることができる。この結果、発光ダイオードチップ(5)
から照射された光を、コーティング材(21)の外部に効率
よく導出することができる。 ［２］ 発光ダイオードチップ(5)から照射されてコー
ティング材(21)を透過する光は、界面で樹脂封止体(12)
に対し垂直に入射するので、界面での全反射も起こらな
い。また、樹脂封止体(12)と外部空気との界面での全反
射も抑制することができる。この結果、上記［１］の効
果と相俟って、光取出効率を最大限に高めることが可能
である。 ［３］ 耐熱特性等に優れるInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成る蛍光体(22)によって、信頼性の高い発光
ダイオード装置を得ることができる。 ［４］ YAG系蛍光体ほど高温の熱処理を施すこと無く
且つ安価に生成できるInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）
から成る蛍光体(22)によって、波長変換型の発光ダイオ
ード装置を比較的安価に製造できる。 ［５］ YAG系蛍光体のようにYAM、YAP等の中間生成物
が形成されず且つ純度が高いInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成る蛍光体(22)によって、製品の信頼性を向
上することができる。 ［６］ ポリメタロキサンから構成されるコーティング
材(21)は紫外線等エネルギの大きい光が照射される高温
環境下で長期間使用しても劣化しないので、黄変等によ
り光透過性が低下せず、長期間高い光取出効率が得られ
る。 ［７］ ポリメタロキサンから構成されるコーティング
材(21)は極めて不純物が少なく発光ダイオードチップ
(5)の特性に悪影響を及ぼさないため、発光特性を長期
間良好に維持できる信頼性の高い発光ダイオード装置を
実現できる。
では、次の作用効果が得られる。 ［１］ 発光ダイオードチップ(5)から照射された光
が、発光ダイオードチップ(5)とコーティング材(21)と
の界面で反射することを抑制できると共に、コーティン
グ材(21)と蛍光体(22)との界面での光の乱反射を抑制す
ることができる。この結果、発光ダイオードチップ(5)
から照射された光を、コーティング材(21)の外部に効率
よく導出することができる。 ［２］ 発光ダイオードチップ(5)から照射されてコー
ティング材(21)を透過する光は、界面で樹脂封止体(12)
に対し垂直に入射するので、界面での全反射も起こらな
い。また、樹脂封止体(12)と外部空気との界面での全反
射も抑制することができる。この結果、上記［１］の効
果と相俟って、光取出効率を最大限に高めることが可能
である。 ［３］ 耐熱特性等に優れるInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成る蛍光体(22)によって、信頼性の高い発光
ダイオード装置を得ることができる。 ［４］ YAG系蛍光体ほど高温の熱処理を施すこと無く
且つ安価に生成できるInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）
から成る蛍光体(22)によって、波長変換型の発光ダイオ
ード装置を比較的安価に製造できる。 ［５］ YAG系蛍光体のようにYAM、YAP等の中間生成物
が形成されず且つ純度が高いInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ
≦１）から成る蛍光体(22)によって、製品の信頼性を向
上することができる。 ［６］ ポリメタロキサンから構成されるコーティング
材(21)は紫外線等エネルギの大きい光が照射される高温
環境下で長期間使用しても劣化しないので、黄変等によ
り光透過性が低下せず、長期間高い光取出効率が得られ
る。 ［７］ ポリメタロキサンから構成されるコーティング
材(21)は極めて不純物が少なく発光ダイオードチップ
(5)の特性に悪影響を及ぼさないため、発光特性を長期
間良好に維持できる信頼性の高い発光ダイオード装置を
実現できる。
【００４０】
【発明の効果】前記のように、本発明による半導体発光
装置では、半導体発光素子と半導体発光素子を被覆する
被覆体との界面、半導体発光素子を被覆する内側被覆体
とこれを被覆する外側被覆体との界面又は外側被覆体と
外部空気との界面での全反射を抑制して光取出効率を改
善することができる。また、短波長の光が長期間照射さ
れて高温度に達しても、発光特性が低下しない信頼性の
高い波長変換型の半導体発光装置を比較的安価に製造す
ることができる。
装置では、半導体発光素子と半導体発光素子を被覆する
被覆体との界面、半導体発光素子を被覆する内側被覆体
とこれを被覆する外側被覆体との界面又は外側被覆体と
外部空気との界面での全反射を抑制して光取出効率を改
善することができる。また、短波長の光が長期間照射さ
れて高温度に達しても、発光特性が低下しない信頼性の
高い波長変換型の半導体発光装置を比較的安価に製造す
ることができる。
【図１】 窒化ガリウム系化合物から成る発光ダイオー
ド装置に適用した本発明による半導体発光装置の断面図
ド装置に適用した本発明による半導体発光装置の断面図
【図２】 図１に示す発光ダイオード装置に使用する半
導体発光素子の断面図
導体発光素子の断面図
【図３】 従来の発光ダイオード装置の断面図
(2)・・第一の外部端子（基体）、 (3)・・凹部（皿形
状の電極）、 (3a)・・底面、 (4)・・第一のワイヤ
接続部、 (5)・・発光ダイオードチップ、 (6)・・第
一のリード細線、 (7)・・第二のリード細線、 (8)・
・第二の外部端子、 (9)・・第二のワイヤ接続部、
(12)・・樹脂封止体（外部被覆体）、 (12a)・・封止
体本体、 (12b)・・外側レンズ部、 (20)・・発光ダ
イオード装置（半導体発光装置）、 (21)・・コーティ
ング材（内部被覆体）、 (21a)・・コーティング本
体、 (21b)・・内側レンズ部、 (22)・・蛍光体、
状の電極）、 (3a)・・底面、 (4)・・第一のワイヤ
接続部、 (5)・・発光ダイオードチップ、 (6)・・第
一のリード細線、 (7)・・第二のリード細線、 (8)・
・第二の外部端子、 (9)・・第二のワイヤ接続部、
(12)・・樹脂封止体（外部被覆体）、 (12a)・・封止
体本体、 (12b)・・外側レンズ部、 (20)・・発光ダ
イオード装置（半導体発光装置）、 (21)・・コーティ
ング材（内部被覆体）、 (21a)・・コーティング本
体、 (21b)・・内側レンズ部、 (22)・・蛍光体、
Claims (5)
- 【請求項１】 基体と、該基体に固着された半導体発光
素子と、該半導体発光素子を被覆する光透過性を有する
被覆体とを備えた半導体発光装置において、 前記被覆体は前記半導体発光素子の発光する光の少なく
とも一部を吸収して励起され、これとは異なる波長の光
を放出する蛍光体を含み、前記半導体発光素子の発光層
と前記蛍光体とは同一の組成の化合物半導体から成るこ
とを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 基体と、該基体に固着された半導体発光
素子と、該半導体発光素子を被覆する光透過性を有する
被覆体とを備えた半導体発光装置において、 前記半導体発光素子はInXGa1-XN（但し、０≦Ｘ≦１）
から成る発光層を有し、前記被覆体はInXGa1-XN（但
し、０≦Ｘ≦１）から成り且つ前記半導体発光素子の発
光する光の少なくとも一部を吸収して励起され、これと
は異なる波長の光を放出する蛍光体を含むことを特徴と
する半導体発光装置。 - 【請求項３】 基体と、該基体に固着された半導体発光
素子と、該半導体発光素子を被覆する光透過性を有する
内部被覆体と、前記内部被覆体を被覆する光透過性を有
する外部被覆体とを備えた半導体発光装置において、 前記内部被覆体は、前記半導体発光素子の発光する光の
少なくとも一部を吸収して励起され、これとは異なる波
長の光を放出する蛍光体を含み、且つ半球状の内側レン
ズ部を有し、 前記半導体発光素子は前記蛍光体と同一の組成の化合物
半導体から成る発光層を有し、前記外部被覆体は前記内
部被覆体の内側レンズ部と同軸上に配置された半球状の
外側レンズ部を有することを特徴とする半導体発光装
置。 - 【請求項４】 前記内部被覆体は、ポリメタロキサン又
はセラミックから成る請求項１〜３のいずれか１項に記
載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記内部被覆体は、前記半導体発光素子
の発光層と略同一の屈折率を有する請求項４に記載の半
導体発光装置。
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|---|---|---|---|
| JP29618499A JP3230518B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 半導体発光装置 |
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| JP29618499A JP3230518B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 半導体発光装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001119067A JP2001119067A (ja) | 2001-04-27 |
| JP3230518B2 true JP3230518B2 (ja) | 2001-11-19 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29618499A Expired - Fee Related JP3230518B2 (ja) | 1999-10-19 | 1999-10-19 | 半導体発光装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-10-19 JP JP29618499A patent/JP3230518B2/ja not_active Expired - Fee Related
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