JP3412152B2 - 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、半導体発光装置、
特にバンプ電極（突起形状電極）を有する半導体発光素
子を使用する半導体発光装置に属する。
特にバンプ電極（突起形状電極）を有する半導体発光素
子を使用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で発光する半導体発光装置を実
現することができる。短波長の光を発生する半導体発光
素子としては、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の窒素ガ
リウム系化合物半導体があり、小型、低消費電力、長寿
命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利用す
ることができる。
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で発光する半導体発光装置を実
現することができる。短波長の光を発生する半導体発光
素子としては、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の窒素ガ
リウム系化合物半導体があり、小型、低消費電力、長寿
命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利用す
ることができる。
【０００３】また、図４は、発光ダイオードチップ(2)
から照射される光の波長を蛍光物質(13)によって変換す
る従来の発光ダイオード装置の断面図を示す。図４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(3)の凹部(3a)の底面(3b)に発光ダ
イオードチップ(2)が固着され、リード細線(5)により発
光ダイオードチップ(2)のカソード電極はカソード側の
外部端子(3)の上端部(9a)に接続される。また、発光ダ
イオードチップ(2)のアノード電極はリード細線(6)によ
りアノード側リードとしての第二の外部端子(4)の上端
部(9b)に接続される。凹部(3a)に固着された発光ダイオ
ードチップ(2)は、凹部(3a)内に充填され且つ蛍光物質
(13)が混入された光透過性の保護樹脂(7)により被覆さ
れる。発光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)の
凹部(3a)及び上端部(9a)、第二の外部端子(4)の上端部
(9b)、リード細線(5, 6)は、更に光透過性の被覆体(18)
内に封入される。
から照射される光の波長を蛍光物質(13)によって変換す
る従来の発光ダイオード装置の断面図を示す。図４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(3)の凹部(3a)の底面(3b)に発光ダ
イオードチップ(2)が固着され、リード細線(5)により発
光ダイオードチップ(2)のカソード電極はカソード側の
外部端子(3)の上端部(9a)に接続される。また、発光ダ
イオードチップ(2)のアノード電極はリード細線(6)によ
りアノード側リードとしての第二の外部端子(4)の上端
部(9b)に接続される。凹部(3a)に固着された発光ダイオ
ードチップ(2)は、凹部(3a)内に充填され且つ蛍光物質
(13)が混入された光透過性の保護樹脂(7)により被覆さ
れる。発光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)の
凹部(3a)及び上端部(9a)、第二の外部端子(4)の上端部
(9b)、リード細線(5, 6)は、更に光透過性の被覆体(18)
内に封入される。
【０００４】発光ダイオード装置(1)の第一の外部端子
(3)と第二の外部端子(4)との間に電圧を印加し、発光ダ
イオードチップ(2)に通電すると、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は、保護樹脂(7)内を通り外部端
子(3)の凹部(3a)の側壁(3c)で反射した後に、透明な被
覆体(18)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(2)の上面から放射
されて凹部(3a)の側壁(3c)で反射されずに直接に保護樹
脂(7)及び被覆体(18)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。被覆体(18)の先端にはレン
ズ部(8a)が形成され、被覆体(18)内を通過する光は、レ
ンズ部(8a)によって集光され指向性が高められる。発光
ダイオードチップ(2)の発光時に、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は保護樹脂(7)内に混入された蛍
光物質(13)によって異なる波長に変換されて放出される
結果、発光ダイオードチップ(2)から照射された光とは
異なる波長の光が発光ダイオード装置(1)から放出され
る。
(3)と第二の外部端子(4)との間に電圧を印加し、発光ダ
イオードチップ(2)に通電すると、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は、保護樹脂(7)内を通り外部端
子(3)の凹部(3a)の側壁(3c)で反射した後に、透明な被
覆体(18)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(2)の上面から放射
されて凹部(3a)の側壁(3c)で反射されずに直接に保護樹
脂(7)及び被覆体(18)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。被覆体(18)の先端にはレン
ズ部(8a)が形成され、被覆体(18)内を通過する光は、レ
ンズ部(8a)によって集光され指向性が高められる。発光
ダイオードチップ(2)の発光時に、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は保護樹脂(7)内に混入された蛍
光物質(13)によって異なる波長に変換されて放出される
結果、発光ダイオードチップ(2)から照射された光とは
異なる波長の光が発光ダイオード装置(1)から放出され
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体発光素
子は炭素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合し
た有機高分子化合物によって構成される樹脂封止体によ
り被覆されるが、エポキシ系樹脂から成る外囲体と成る
樹脂封止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分
子の繋ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特
性が劣化することが知られている。例えばGaN（窒化ガ
リウム）系の発光ダイオードチップは、波長３６５nm程
度まで紫外線を発光することができるため、樹脂封止体
は光強度の強い発光ダイオードチップの周囲から次第に
黄変し、着色現象が発生する。このため、発光ダイオー
ドチップが発した光は着色部で吸収され減衰する。更
に、樹脂封止体の劣化に伴って耐湿性が低下すると共
に、イオン透過性が増大するため、樹脂封止体の外部か
ら侵入した汚染物質イオンにより発光ダイオードチップ
自体も劣化し、その結果、発光ダイオード装置の発光強
度は相乗的に低減する。
子は炭素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合し
た有機高分子化合物によって構成される樹脂封止体によ
り被覆されるが、エポキシ系樹脂から成る外囲体と成る
樹脂封止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分
子の繋ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特
性が劣化することが知られている。例えばGaN（窒化ガ
リウム）系の発光ダイオードチップは、波長３６５nm程
度まで紫外線を発光することができるため、樹脂封止体
は光強度の強い発光ダイオードチップの周囲から次第に
黄変し、着色現象が発生する。このため、発光ダイオー
ドチップが発した光は着色部で吸収され減衰する。更
に、樹脂封止体の劣化に伴って耐湿性が低下すると共
に、イオン透過性が増大するため、樹脂封止体の外部か
ら侵入した汚染物質イオンにより発光ダイオードチップ
自体も劣化し、その結果、発光ダイオード装置の発光強
度は相乗的に低減する。
【０００６】また、例えば順方向電圧が高いGaN（窒化
ガリウム）系の発光ダイオードチップは、比較的低い順
方向電流でも電力損失が大きく、作動時にチップ温度は
かなり上昇する。樹脂は一般に高温に加熱されると次第
に劣化して黄変・着色を起こすことが知られている。従
ってGaN系の発光ダイオードチップを従来の発光ダイオ
ード装置に用いると、発光ダイオードチップからの短波
長の光の照射とあいまって高温の発光ダイオードチップ
と接する部分から樹脂が次第に黄変・着色するため、発
光ダイオード装置の外観品質と発光強度は次第に低下す
る。このように、従来の発光ダイオード装置では、選択
する材料種類の減少、信頼性の低下、光変換機能の不完
全性、製品価格の上昇を招来する原因となる。
ガリウム）系の発光ダイオードチップは、比較的低い順
方向電流でも電力損失が大きく、作動時にチップ温度は
かなり上昇する。樹脂は一般に高温に加熱されると次第
に劣化して黄変・着色を起こすことが知られている。従
ってGaN系の発光ダイオードチップを従来の発光ダイオ
ード装置に用いると、発光ダイオードチップからの短波
長の光の照射とあいまって高温の発光ダイオードチップ
と接する部分から樹脂が次第に黄変・着色するため、発
光ダイオード装置の外観品質と発光強度は次第に低下す
る。このように、従来の発光ダイオード装置では、選択
する材料種類の減少、信頼性の低下、光変換機能の不完
全性、製品価格の上昇を招来する原因となる。
【０００７】このように、紫外光によって樹脂封止体は
短時間で劣化して発光効率が低下するため、外囲容器に
よって半導体発光素子を密封して外部雰囲気から完全に
遮断し、外囲容器内に窒素等の不活性の又は安定な封止
気体を充填してハーメチックシール構造（hermetic-sea
ling;気密封止構造）を形成した発光装置がある。しか
し、樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチックシー
ル構造は、高価な材料を必要とする上、その製造工程も
比較的複雑なため、最終製品が高価と成る難点がある。
また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と大きく相
違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内に充填す
るため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性気体との
界面に反射面が形成される。従って、半導体発光素子か
ら放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体と不活
性気体との界面で反復して反射する間に減衰して、発光
効率が低下する欠点があった。
短時間で劣化して発光効率が低下するため、外囲容器に
よって半導体発光素子を密封して外部雰囲気から完全に
遮断し、外囲容器内に窒素等の不活性の又は安定な封止
気体を充填してハーメチックシール構造（hermetic-sea
ling;気密封止構造）を形成した発光装置がある。しか
し、樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチックシー
ル構造は、高価な材料を必要とする上、その製造工程も
比較的複雑なため、最終製品が高価と成る難点がある。
また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と大きく相
違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内に充填す
るため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性気体との
界面に反射面が形成される。従って、半導体発光素子か
ら放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体と不活
性気体との界面で反復して反射する間に減衰して、発光
効率が低下する欠点があった。
【０００８】また、蛍光物質(13)を含有する保護樹脂
(7)で発光ダイオードチップ(2)を包囲し、更に全体を被
覆体(18)で包囲する従来の発光ダイオード装置(1)で
は、次のような問題がある。
(7)で発光ダイオードチップ(2)を包囲し、更に全体を被
覆体(18)で包囲する従来の発光ダイオード装置(1)で
は、次のような問題がある。
【０００９】第一に、保護樹脂(7)及び被覆体(18)の耐
環境性が必ずしも十分でないとき、保護樹脂(7)に配合
できる蛍光体が特定の種類に限定される。即ち、一般に
樹脂は水分を透過し、高湿度の雰囲気中に放置される
と、時間の経過と共に樹脂の内部に水分が浸透する。こ
の場合、侵入する水分によって分解又は変質して光波長
変換機能が低下し又は消失する耐湿性の悪い蛍光体もあ
る。例えば、水分によって加水分解する公知の代表的な
硫化カルシウム系の蛍光物質(13)は従来の発光ダイオー
ド装置(1)に使用できない。
環境性が必ずしも十分でないとき、保護樹脂(7)に配合
できる蛍光体が特定の種類に限定される。即ち、一般に
樹脂は水分を透過し、高湿度の雰囲気中に放置される
と、時間の経過と共に樹脂の内部に水分が浸透する。こ
の場合、侵入する水分によって分解又は変質して光波長
変換機能が低下し又は消失する耐湿性の悪い蛍光体もあ
る。例えば、水分によって加水分解する公知の代表的な
硫化カルシウム系の蛍光物質(13)は従来の発光ダイオー
ド装置(1)に使用できない。
【００１０】また、水分のみならずナトリウム又は塩素
等の不純物イオンも樹脂を透過し、発光ダイオードチッ
プに有害な影響を与える。従って、清浄な環境で製造さ
れた発光ダイオード装置(1)でも、不純物イオンを含む
雰囲気中に放置すると、不純物イオンが樹脂の内部に次
第に浸透して発光ダイオードチップ(2)の電気的特性が
劣化する難点がある。特に、重大な問題は、有害不純物
イオンが遊離する化学的に不安定な有機蛍光体も少なく
ない点である。従って、従来の発光ダイオード装置(1)
では、この種の有機蛍光体を使用することができない。
等の不純物イオンも樹脂を透過し、発光ダイオードチッ
プに有害な影響を与える。従って、清浄な環境で製造さ
れた発光ダイオード装置(1)でも、不純物イオンを含む
雰囲気中に放置すると、不純物イオンが樹脂の内部に次
第に浸透して発光ダイオードチップ(2)の電気的特性が
劣化する難点がある。特に、重大な問題は、有害不純物
イオンが遊離する化学的に不安定な有機蛍光体も少なく
ない点である。従って、従来の発光ダイオード装置(1)
では、この種の有機蛍光体を使用することができない。
【００１１】第二に、発光ダイオードチップ(2)から発
生する短波長の光成分によって被覆樹脂蛍光体が劣化す
る問題がある。一般に、炭素、水素、酸素、窒素等の元
素が網目状に結合した有機高分子化合物によって構成さ
れる保護樹脂(7)及び被覆体(18)は、紫外線が照射され
ると、有機高分子の繋ぎ目が切断され、各種の光学的特
性及び化学的特性が劣化することが知られている。例え
ばGaN（窒化ガリウム）系の発光ダイオードチップは、
可視光成分以外にも波長３８０nm以下の紫外波長域にも
発光成分を持つものがあるため、被覆樹脂は光強度の強
い発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変し、着色
現象が発生する。このため、発光ダイオードチップが発
した光は着色部で吸収され減衰する。更に、被覆樹脂の
劣化に伴って耐湿性が低下すると共にイオン透過性が増
大するため、発光ダイオードチップ(2)自体も劣化する
結果、発光ダイオード装置(1)の発光強度は相乗的に低
減する。
生する短波長の光成分によって被覆樹脂蛍光体が劣化す
る問題がある。一般に、炭素、水素、酸素、窒素等の元
素が網目状に結合した有機高分子化合物によって構成さ
れる保護樹脂(7)及び被覆体(18)は、紫外線が照射され
ると、有機高分子の繋ぎ目が切断され、各種の光学的特
性及び化学的特性が劣化することが知られている。例え
ばGaN（窒化ガリウム）系の発光ダイオードチップは、
可視光成分以外にも波長３８０nm以下の紫外波長域にも
発光成分を持つものがあるため、被覆樹脂は光強度の強
い発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変し、着色
現象が発生する。このため、発光ダイオードチップが発
した光は着色部で吸収され減衰する。更に、被覆樹脂の
劣化に伴って耐湿性が低下すると共にイオン透過性が増
大するため、発光ダイオードチップ(2)自体も劣化する
結果、発光ダイオード装置(1)の発光強度は相乗的に低
減する。
【００１２】更に、被覆樹脂の劣化等の問題から、紫外
線を発する発光ダイオードチップを使用できないため、
蛍光体の材料選択と発光ダイオード装置の発光特性が大
きな制限を受けることが第三の問題である。蛍光ランプ
又は水銀ランプ等に使用する紫外線で励起される紫外線
用の蛍光体は、古くから開発・改良が行われた結果、現
在では様々な発光波長分布を持つ安価で光変換効率の高
い数多くの蛍光体が実用化されている。紫外線を発光ダ
イオードチップと紫外線で励起される蛍光体を組み合わ
せると、一層明るく且つ変化に富む色調の発光ダイオー
ド装置が得られると予想される。しかしながら、紫外線
により樹脂が劣化する従来の発光ダイオード装置では、
紫外線発光ダイオードチップを使用できず、光変換効率
に優れた蛍光体を利用できない。
線を発する発光ダイオードチップを使用できないため、
蛍光体の材料選択と発光ダイオード装置の発光特性が大
きな制限を受けることが第三の問題である。蛍光ランプ
又は水銀ランプ等に使用する紫外線で励起される紫外線
用の蛍光体は、古くから開発・改良が行われた結果、現
在では様々な発光波長分布を持つ安価で光変換効率の高
い数多くの蛍光体が実用化されている。紫外線を発光ダ
イオードチップと紫外線で励起される蛍光体を組み合わ
せると、一層明るく且つ変化に富む色調の発光ダイオー
ド装置が得られると予想される。しかしながら、紫外線
により樹脂が劣化する従来の発光ダイオード装置では、
紫外線発光ダイオードチップを使用できず、光変換効率
に優れた蛍光体を利用できない。
【００１３】最後の問題は、耐熱性が低い被覆樹脂が黄
変・着色するため、発光ダイオードチップから照射され
た光が被覆樹脂を通過する際に減衰する点にある。例え
ば順方向電圧が高いGaN（窒化ガリウム）の青色発光ダ
イオードチップは、比較的低い順方向電流でも電力損失
が大きく、作動時にチップ温度はかなり上昇する。一般
に、樹脂は高温に加熱されると次第に劣化して黄変・着
色を起こすことが知られている。従ってGaNの発光ダイ
オードチップを従来の発光ダイオード装置に用いると、
高温の発光ダイオードチップと接する部分から樹脂が次
第に黄変・着色するため、発光ダイオード装置の外観品
質と発光強度は次第に低下する。このように、従来の発
光ダイオード装置では、蛍光体を樹脂中に配合すると前
記問題が生じ、このため選択する材料種類の減少、信頼
性の低下、光変換機能の不完全性、製品価格の上昇を招
来する原因となる。
変・着色するため、発光ダイオードチップから照射され
た光が被覆樹脂を通過する際に減衰する点にある。例え
ば順方向電圧が高いGaN（窒化ガリウム）の青色発光ダ
イオードチップは、比較的低い順方向電流でも電力損失
が大きく、作動時にチップ温度はかなり上昇する。一般
に、樹脂は高温に加熱されると次第に劣化して黄変・着
色を起こすことが知られている。従ってGaNの発光ダイ
オードチップを従来の発光ダイオード装置に用いると、
高温の発光ダイオードチップと接する部分から樹脂が次
第に黄変・着色するため、発光ダイオード装置の外観品
質と発光強度は次第に低下する。このように、従来の発
光ダイオード装置では、蛍光体を樹脂中に配合すると前
記問題が生じ、このため選択する材料種類の減少、信頼
性の低下、光変換機能の不完全性、製品価格の上昇を招
来する原因となる。
【００１４】本発明は、発光量が低下せず且つ封止樹脂
が劣化しない半導体発光装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は耐環境性及び耐紫外線性を有する半
導体発光装置を提供することを目的とする。
が劣化しない半導体発光装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は耐環境性及び耐紫外線性を有する半
導体発光装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
装置は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)に固着された
半導体発光素子(2)と、半導体発光素子(2)を被覆するコ
ーティング材(10)とを備えている。半導体発光素子(2)
は、光取出面を形成する一方の主面(2i)を有し且つ光透
過性を有する基体(2a)と、一方の主面(2i)の反対側で基
体(2a)の他方の主面(2j)に固着された半導体層(2b〜2e)
とを備えている。半導体層(2b〜2e)に形成された一対の
電極(2f, 2g)は、それぞれ第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)に固着される。金属アルコキシド又はセ
ラミック前駆体ポリマー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成るコーテ
ィング材(10)は、基体(2a)の少なくとも一方の主面(2i)
を含む半導体発光素子(2)に密着する。有機樹脂と異な
り、紫外線等どの波長の短い光が照射されても、ポリメ
タロキサン又はセラミックより成るコーティング材(10)
は劣化しない。
装置は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)に固着された
半導体発光素子(2)と、半導体発光素子(2)を被覆するコ
ーティング材(10)とを備えている。半導体発光素子(2)
は、光取出面を形成する一方の主面(2i)を有し且つ光透
過性を有する基体(2a)と、一方の主面(2i)の反対側で基
体(2a)の他方の主面(2j)に固着された半導体層(2b〜2e)
とを備えている。半導体層(2b〜2e)に形成された一対の
電極(2f, 2g)は、それぞれ第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)に固着される。金属アルコキシド又はセ
ラミック前駆体ポリマー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成るコーテ
ィング材(10)は、基体(2a)の少なくとも一方の主面(2i)
を含む半導体発光素子(2)に密着する。有機樹脂と異な
り、紫外線等どの波長の短い光が照射されても、ポリメ
タロキサン又はセラミックより成るコーティング材(10)
は劣化しない。
【００１６】本発明の実施の形態では、コーティング材
(10)は高純度のガラス状であるため、硼素や酸化鉛等を
含む低融点ガラスなどに比べて極めて不純物が少なく、
半導体発光素子(2)の特性に悪影響を及ぼさない。ま
た、コーティング材(10)は耐熱性の高いガラス状である
ため、黄変等による光透過性の低下を生じない。
(10)は高純度のガラス状であるため、硼素や酸化鉛等を
含む低融点ガラスなどに比べて極めて不純物が少なく、
半導体発光素子(2)の特性に悪影響を及ぼさない。ま
た、コーティング材(10)は耐熱性の高いガラス状である
ため、黄変等による光透過性の低下を生じない。
【００１７】第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
に半導体発光素子(2)を固着し、金属アルコキシドより
得られたポリメタロキサン・ゾル又はセラミック前駆体
ポリマーを塗布した後、乾燥及び熱処理を施してコーテ
ィング材(10)を形成する。コーティング材(10)は、金属
アルコキシドのゾル・ゲル法又はセラミック前駆体ポリ
マーにより形成されるので、低温でガラス化して透明な
非晶質金属酸化物を得ることができる。
に半導体発光素子(2)を固着し、金属アルコキシドより
得られたポリメタロキサン・ゾル又はセラミック前駆体
ポリマーを塗布した後、乾燥及び熱処理を施してコーテ
ィング材(10)を形成する。コーティング材(10)は、金属
アルコキシドのゾル・ゲル法又はセラミック前駆体ポリ
マーにより形成されるので、低温でガラス化して透明な
非晶質金属酸化物を得ることができる。
【００１８】ゾル・ゲル法では、有機金属化合物の一種
である金属アルコキシドを出発物質とし、その溶液を加
水分解、縮重合させゾルを形成させた後、空気中の水分
等によって更に反応を進めてゲル化させ、固体の金属酸
化物が得られる。例えば、シリカガラス膜の形成過程で
は、珪素の金属アルコキシドであるテトラエトキシシラ
ン(Si(OC2H5)4)を用いる場合、テトラエトキシシランを
アルコール等の溶媒に溶解し、酸等の触媒と少量の水を
加えて十分に混合することにより下記の反応式に従い液
状のポリシロキサン・ゾルが形成される。 加水分解反応： Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH 脱水縮合反応： nSi(OH)4→[SiO2]n+2nH2O
である金属アルコキシドを出発物質とし、その溶液を加
水分解、縮重合させゾルを形成させた後、空気中の水分
等によって更に反応を進めてゲル化させ、固体の金属酸
化物が得られる。例えば、シリカガラス膜の形成過程で
は、珪素の金属アルコキシドであるテトラエトキシシラ
ン(Si(OC2H5)4)を用いる場合、テトラエトキシシランを
アルコール等の溶媒に溶解し、酸等の触媒と少量の水を
加えて十分に混合することにより下記の反応式に従い液
状のポリシロキサン・ゾルが形成される。 加水分解反応： Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH 脱水縮合反応： nSi(OH)4→[SiO2]n+2nH2O
【００１９】ポリシロキサン・ゾルは、上記の反応によ
って生成されたSiO2（シリカ）が何重にも結合してポリ
マーを構成し、この微粒子がアルコール溶液中に分散す
る状態となる。ポリシロキサン・ゾルを第一の外部端子
(3)及び第二の外部端子(4)に固着された半導体発光素子
(2)に塗布して乾燥させると、溶媒や反応によって生じ
たエチルアルコール（C2H5OH）と水の蒸発に伴いゾルの
体積が収縮し、その結果、隣り合うポリマー末端の残留
OH基同士が脱水縮合反応を起こして結合し、塗膜はゲル
（固化体）となる。更に、得られたゲル被膜を焼成し
て、ポリシロキサン粒子同士の結合を強化すると高強度
のゲル被膜を得ることができる。
って生成されたSiO2（シリカ）が何重にも結合してポリ
マーを構成し、この微粒子がアルコール溶液中に分散す
る状態となる。ポリシロキサン・ゾルを第一の外部端子
(3)及び第二の外部端子(4)に固着された半導体発光素子
(2)に塗布して乾燥させると、溶媒や反応によって生じ
たエチルアルコール（C2H5OH）と水の蒸発に伴いゾルの
体積が収縮し、その結果、隣り合うポリマー末端の残留
OH基同士が脱水縮合反応を起こして結合し、塗膜はゲル
（固化体）となる。更に、得られたゲル被膜を焼成し
て、ポリシロキサン粒子同士の結合を強化すると高強度
のゲル被膜を得ることができる。
【００２０】コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)から照射された光の少なくとも一部を受光して波長
変換を行う蛍光物質(13)を含む。半導体発光素子(2)の
発光をコーティング材(10)中の蛍光物質(13)によって所
望の発光波長に変換し、半導体発光素子(2)を包囲する
コーティング材(10)を通して外部に放出させることがで
きる。コーティング材(10)の外部には、半導体発光素子
(2)から照射された光と蛍光物質(13)により波長変換さ
れた光とが混合されて放出される。コーティング材(10)
は、光散乱材が混入された樹脂により形成される被覆体
(18)により被覆される。半導体発光素子(2)から照射さ
れた光は、コーティング材(10)を透過して被覆体(18)の
外部に放出される。被覆体(18)は凹部(3a)に嵌合し、コ
ーティング材(10)は凹部(3a)の底面(3b)と被覆体(18)の
間に形成される。絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3
a)が形成され、凹部(3a)の底面(3b)に半導体発光素子
(2)が固着され、半導体発光素子(2)の一対の電極(2f, 2
g)が絶縁性基板(11)の一方の主面に形成された一対の外
部端子(3, 4)に電気的に接続される。リードフレームを
構成する第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一
方に凹部(3a)が形成され、凹部(3a)の底面(3b)に半導体
発光素子(2)が固着され、半導体発光素子(2)の一対の電
極(2f, 2g)が第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
に電気的に接続される。
(2)から照射された光の少なくとも一部を受光して波長
変換を行う蛍光物質(13)を含む。半導体発光素子(2)の
発光をコーティング材(10)中の蛍光物質(13)によって所
望の発光波長に変換し、半導体発光素子(2)を包囲する
コーティング材(10)を通して外部に放出させることがで
きる。コーティング材(10)の外部には、半導体発光素子
(2)から照射された光と蛍光物質(13)により波長変換さ
れた光とが混合されて放出される。コーティング材(10)
は、光散乱材が混入された樹脂により形成される被覆体
(18)により被覆される。半導体発光素子(2)から照射さ
れた光は、コーティング材(10)を透過して被覆体(18)の
外部に放出される。被覆体(18)は凹部(3a)に嵌合し、コ
ーティング材(10)は凹部(3a)の底面(3b)と被覆体(18)の
間に形成される。絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3
a)が形成され、凹部(3a)の底面(3b)に半導体発光素子
(2)が固着され、半導体発光素子(2)の一対の電極(2f, 2
g)が絶縁性基板(11)の一方の主面に形成された一対の外
部端子(3, 4)に電気的に接続される。リードフレームを
構成する第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一
方に凹部(3a)が形成され、凹部(3a)の底面(3b)に半導体
発光素子(2)が固着され、半導体発光素子(2)の一対の電
極(2f, 2g)が第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
に電気的に接続される。
【００２１】
【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〜図３について以下説明する。図
１〜図３に示す実施の形態では、図４に示す箇所と同一
の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
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〜図３について以下説明する。図
１〜図３に示す実施の形態では、図４に示す箇所と同一
の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２２】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、一方の主面に凹部(3a)が形成
された基体となる絶縁性基板(11)と、絶縁性基板(11)に
相互に離間して形成された第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)と、第一の外部端子(3)に接着されたカソ
ード電極(2g)及び第二の外部端子(4)に接着されたアノ
ード電極(2f)を有し且つ凹部(3a)内に配置された発光ダ
イオードチップ(2)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイ
オードチップ(2)、アノード電極(2f)及びカソード電極
(2g)を被覆するコーティング材(10)と、絶縁性基板(11)
の一方の主面に形成され且つコーティング材(10)の外側
を被覆する台形状断面の被覆体(18)とを備えている。第
一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部
は、凹部(3a)内に配置される。第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)の各他方の端部は、絶縁性基板(11)
の側面及び他方の主面に延びて配置される。コーティン
グ材(10)は凹部(3a)の上端部(3d)から突出しない。凹部
(3a)の深さは、発光ダイオードチップ(2)の高さよりも
大きく、凹部(3a)の底面(3b)に固着された発光ダイオー
ドチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面よりも内側に位置
する。このため、発光ダイオード装置(1)では、凹部(3
a)の内側に十分な量のコーティング材(10)を形成するこ
とができる。コーティング材(10)は更に被覆体(18)によ
り封止され、半導体発光素子(2)から照射される光は、
コーティング材(10)内を通過した後、被覆体(18)の外部
に放出される。
光ダイオード装置(20)は、一方の主面に凹部(3a)が形成
された基体となる絶縁性基板(11)と、絶縁性基板(11)に
相互に離間して形成された第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)と、第一の外部端子(3)に接着されたカソ
ード電極(2g)及び第二の外部端子(4)に接着されたアノ
ード電極(2f)を有し且つ凹部(3a)内に配置された発光ダ
イオードチップ(2)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイ
オードチップ(2)、アノード電極(2f)及びカソード電極
(2g)を被覆するコーティング材(10)と、絶縁性基板(11)
の一方の主面に形成され且つコーティング材(10)の外側
を被覆する台形状断面の被覆体(18)とを備えている。第
一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部
は、凹部(3a)内に配置される。第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)の各他方の端部は、絶縁性基板(11)
の側面及び他方の主面に延びて配置される。コーティン
グ材(10)は凹部(3a)の上端部(3d)から突出しない。凹部
(3a)の深さは、発光ダイオードチップ(2)の高さよりも
大きく、凹部(3a)の底面(3b)に固着された発光ダイオー
ドチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面よりも内側に位置
する。このため、発光ダイオード装置(1)では、凹部(3
a)の内側に十分な量のコーティング材(10)を形成するこ
とができる。コーティング材(10)は更に被覆体(18)によ
り封止され、半導体発光素子(2)から照射される光は、
コーティング材(10)内を通過した後、被覆体(18)の外部
に放出される。
【００２３】発光ダイオードチップ(2)は、窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成り、約４４０〜４７０nmの青色
光を発光する。窒化ガリウム系半導体は、周知のエピタ
キシャル成長方法等でサファイア等より成る光透過性の
基板となる基体(2a)上に形成されたIn(1-X)GaXN（但
し、０＜Ｘ≦１）で表される。図２に示す実施の形態で
は、発光ダイオードチップ(2)は、例えば、周知のエピ
タキシャル成長方法によって光透過性を有するサファイ
アの基体(2a)上にGaNから成る窒化ガリウム系半導体に
よってバッファ層(2b)が形成され、GaNから成る窒化ガ
リウム系半導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導
体領域(2c)が形成される。エピタキシャル成長方法によ
ってｎ形半導体領域(2c)上に、InGaNから成る窒化ガリ
ウム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性層
(2d)上に形成される半導体基体(2e)は、GaNから成るｐ
形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体である。バ
ッファ層(2b)、ｎ形半導体領域(2c)、活性層(2d)及び半
導体基体(2e)は半導体層を構成する。半導体基体(2e)上
に形成されたアノード電極（外部電極）(2f)は半導体基
体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に電気的に接続
される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基体(2e)と活性
層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が露出する切欠
部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)上に形成され
たカソード電極（外部電極）(2g)は、ｎ形半導体領域(2
c)に電気的に接続される。
ム系化合物半導体から成り、約４４０〜４７０nmの青色
光を発光する。窒化ガリウム系半導体は、周知のエピタ
キシャル成長方法等でサファイア等より成る光透過性の
基板となる基体(2a)上に形成されたIn(1-X)GaXN（但
し、０＜Ｘ≦１）で表される。図２に示す実施の形態で
は、発光ダイオードチップ(2)は、例えば、周知のエピ
タキシャル成長方法によって光透過性を有するサファイ
アの基体(2a)上にGaNから成る窒化ガリウム系半導体に
よってバッファ層(2b)が形成され、GaNから成る窒化ガ
リウム系半導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導
体領域(2c)が形成される。エピタキシャル成長方法によ
ってｎ形半導体領域(2c)上に、InGaNから成る窒化ガリ
ウム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性層
(2d)上に形成される半導体基体(2e)は、GaNから成るｐ
形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体である。バ
ッファ層(2b)、ｎ形半導体領域(2c)、活性層(2d)及び半
導体基体(2e)は半導体層を構成する。半導体基体(2e)上
に形成されたアノード電極（外部電極）(2f)は半導体基
体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に電気的に接続
される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基体(2e)と活性
層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が露出する切欠
部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)上に形成され
たカソード電極（外部電極）(2g)は、ｎ形半導体領域(2
c)に電気的に接続される。
【００２４】半導体発光素子(2)では、光透過性を有す
る基体(2a)に活性層(2d)で発生した光を導いて、半導体
発光素子(2)の上面から光を取り出すことができる。基
体(2a)は光取出面を構成する一方の主面(2i)と、半導体
層が形成される他方の主面(2j)とを有し、半導体層は絶
縁性基板(11)に対向して配置されて一対の電極(2g, 2f)
に接続され、基体(2a)の一方の主面(2i)は絶縁性基板(1
1)に対向する側とは反対側に配置される。基体(2a)の光
取出面には電極等が形成されないので、図２の半導体発
光素子(2)では良好な光取出効率が得られる。
る基体(2a)に活性層(2d)で発生した光を導いて、半導体
発光素子(2)の上面から光を取り出すことができる。基
体(2a)は光取出面を構成する一方の主面(2i)と、半導体
層が形成される他方の主面(2j)とを有し、半導体層は絶
縁性基板(11)に対向して配置されて一対の電極(2g, 2f)
に接続され、基体(2a)の一方の主面(2i)は絶縁性基板(1
1)に対向する側とは反対側に配置される。基体(2a)の光
取出面には電極等が形成されないので、図２の半導体発
光素子(2)では良好な光取出効率が得られる。
【００２５】半導体発光素子(2)から放射された光成分
はコーティング材(10)に達し、その一部はコーティング
材(10)内で異なる波長に波長変換され、波長変換されな
い半導体発光素子(2)からの光成分と混合して被覆体(1
8)を通して外部に放出される。特定の発光波長を吸収す
る光吸収物質、半導体発光素子(2)の発光を散乱する光
散乱物質又はコーティング材(10)のクラックを防止する
結合材をコーティング材(10)内に配合してもよい。
はコーティング材(10)に達し、その一部はコーティング
材(10)内で異なる波長に波長変換され、波長変換されな
い半導体発光素子(2)からの光成分と混合して被覆体(1
8)を通して外部に放出される。特定の発光波長を吸収す
る光吸収物質、半導体発光素子(2)の発光を散乱する光
散乱物質又はコーティング材(10)のクラックを防止する
結合材をコーティング材(10)内に配合してもよい。
【００２６】絶縁性基板(11)を備えた半導体発光装置を
製造する際に、絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)
を形成した後、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互
いに反対方向に延びる一対の外部端子(3, 4)を形成し、
その後、凹部(3a)の底部(3b)にて一対の外部端子(3, 4)
のそれぞれに半導体発光素子(2)のアノード電極(2f)及
びカソード電極(2g)を電気的に接続して固着する。金属
アルコキシド又はセラミック前駆体から成る塗布型の出
発材料を凹部(3a)内に注入して、半導体発光素子(2)を
被覆する。出発材料は、半導体発光素子(2)から照射さ
れる光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物質(13)
を含む。その後、約１５０℃の温度で出発材料を焼成し
固化して絶縁物封止体としてコーティング材(10)を形成
する。コーティング材(10)の焼成温度は発光ダイオード
チップ(2)の融点よりも十分に低い。蛍光物質(13)を含
有するコーティング材(10)を更に透明な被覆体(18)によ
り封止する。コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
製造する際に、絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)
を形成した後、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互
いに反対方向に延びる一対の外部端子(3, 4)を形成し、
その後、凹部(3a)の底部(3b)にて一対の外部端子(3, 4)
のそれぞれに半導体発光素子(2)のアノード電極(2f)及
びカソード電極(2g)を電気的に接続して固着する。金属
アルコキシド又はセラミック前駆体から成る塗布型の出
発材料を凹部(3a)内に注入して、半導体発光素子(2)を
被覆する。出発材料は、半導体発光素子(2)から照射さ
れる光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物質(13)
を含む。その後、約１５０℃の温度で出発材料を焼成し
固化して絶縁物封止体としてコーティング材(10)を形成
する。コーティング材(10)の焼成温度は発光ダイオード
チップ(2)の融点よりも十分に低い。蛍光物質(13)を含
有するコーティング材(10)を更に透明な被覆体(18)によ
り封止する。コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
【００２７】発光ダイオード装置(20)の外部端子(3, 4)
間に電圧を印加して発光ダイオードチップ(2)に通電し
て発光ダイオードチップ(2)を発光させると、コーティ
ング材(10)内の蛍光物質(13)によってその一部又は全部
がその発光波長と異なる他の波長に変換された後、被覆
体(18)から発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。例えば、半導体発光素子には発光波長のピークが約
４４０nmから約４７０nmのGaN系の青色の発光ダイオー
ドチップ(2)を用い、蛍光物質(13)には付活剤としてCe
（セリウム）を添加したYAG（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット、化学式Y3Al5O12、励起波長のピーク
約４５０nm、発光波長のピーク約５４０nmの黄緑色光）
を用いる。コーティング材(10)は、YAG蛍光物質(13)の
粉末状微細結晶粒を含有する出発材料を凹部(3a)内に凹
部(3a)の上端部(3d)から突出しない量で注入した後に焼
成して得られる。凹部(3a)の上端部(3d)より上方に突出
しないようにコーティング材(10)の充填量を調整すれ
ば、隣接して他の発光ダイオード装置(20)を設置しても
偽灯を発生しない。
間に電圧を印加して発光ダイオードチップ(2)に通電し
て発光ダイオードチップ(2)を発光させると、コーティ
ング材(10)内の蛍光物質(13)によってその一部又は全部
がその発光波長と異なる他の波長に変換された後、被覆
体(18)から発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。例えば、半導体発光素子には発光波長のピークが約
４４０nmから約４７０nmのGaN系の青色の発光ダイオー
ドチップ(2)を用い、蛍光物質(13)には付活剤としてCe
（セリウム）を添加したYAG（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット、化学式Y3Al5O12、励起波長のピーク
約４５０nm、発光波長のピーク約５４０nmの黄緑色光）
を用いる。コーティング材(10)は、YAG蛍光物質(13)の
粉末状微細結晶粒を含有する出発材料を凹部(3a)内に凹
部(3a)の上端部(3d)から突出しない量で注入した後に焼
成して得られる。凹部(3a)の上端部(3d)より上方に突出
しないようにコーティング材(10)の充填量を調整すれ
ば、隣接して他の発光ダイオード装置(20)を設置しても
偽灯を発生しない。
【００２８】コーティング材(10)は、発光ダイオードチ
ップ(2)から生ずる光が比較的長時間照射され温度上昇
が生じても、発光ダイオードチップ(2)からの発光を減
衰させる黄変・着色が発生しない。従来の発光ダイオー
ドの樹脂封止体(8)と同様に、被覆体(18)は耐紫外線特
性にあまり優れていないエポキシ系樹脂から成るが、発
光ダイオードチップ(2)と被覆体(18)との間に介在する
耐紫外線特性に優れたコーティング材(10)によって、短
波長の光による被覆体(18)の黄変・着色も良好に防止さ
れる。発光ダイオード装置(20)から外部に放出される光
の指向角を広げるため、必要に応じて粉末シリカ等の散
乱剤を被覆体(18)に混合させてもよい。
ップ(2)から生ずる光が比較的長時間照射され温度上昇
が生じても、発光ダイオードチップ(2)からの発光を減
衰させる黄変・着色が発生しない。従来の発光ダイオー
ドの樹脂封止体(8)と同様に、被覆体(18)は耐紫外線特
性にあまり優れていないエポキシ系樹脂から成るが、発
光ダイオードチップ(2)と被覆体(18)との間に介在する
耐紫外線特性に優れたコーティング材(10)によって、短
波長の光による被覆体(18)の黄変・着色も良好に防止さ
れる。発光ダイオード装置(20)から外部に放出される光
の指向角を広げるため、必要に応じて粉末シリカ等の散
乱剤を被覆体(18)に混合させてもよい。
【００２９】コーティング材(10)を構成する塗布型出発
材料は、通常は液状であるが、空気中又は酸素雰囲気中
で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化
物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体とする透明
なコーティング材を生成する。これらの出発材料に蛍光
物質(13)の粉末を混合して半導体発光素子(2)の周囲に
塗布すれば、光変換作用を発揮する蛍光物質(13)を含有
するコーティング材(10)を形成することができる。本実
施の形態では、YAG蛍光物質(13)の波長変換効率の最大
値が比較的高く、発光ダイオードチップ(2)の発光波長
とYAG蛍光物質(13)の励起波長とが約４５０nmのピーク
でほぼ一致するため、実効波長変換効率の高い明るい発
光ダイオード装置(20)が得られる。また、YAG蛍光物質
(13)の結晶粒がコーティング材(10)中に分散しているの
で、発光ダイオード装置(20)から外部に放出される光
は、蛍光物質(13)で波長変換された光成分以外に蛍光物
質(13)の結晶粒を透過せず波長変換されない本来の発光
成分即ち発光ダイオードチップ(2)から照射された光成
分も含まれる。
材料は、通常は液状であるが、空気中又は酸素雰囲気中
で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化
物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体とする透明
なコーティング材を生成する。これらの出発材料に蛍光
物質(13)の粉末を混合して半導体発光素子(2)の周囲に
塗布すれば、光変換作用を発揮する蛍光物質(13)を含有
するコーティング材(10)を形成することができる。本実
施の形態では、YAG蛍光物質(13)の波長変換効率の最大
値が比較的高く、発光ダイオードチップ(2)の発光波長
とYAG蛍光物質(13)の励起波長とが約４５０nmのピーク
でほぼ一致するため、実効波長変換効率の高い明るい発
光ダイオード装置(20)が得られる。また、YAG蛍光物質
(13)の結晶粒がコーティング材(10)中に分散しているの
で、発光ダイオード装置(20)から外部に放出される光
は、蛍光物質(13)で波長変換された光成分以外に蛍光物
質(13)の結晶粒を透過せず波長変換されない本来の発光
成分即ち発光ダイオードチップ(2)から照射された光成
分も含まれる。
【００３０】従って、発光波長ピーク約４４０nm〜約４
７０nmの青色光である発光ダイオードチップ(2)の発光
成分と、半値幅約１３０nmの幅広い波長分布を持つ発光
波長ピーク約５４０nmの黄緑色光であるYAG蛍光物質(1
3)の発光成分とが混合された白色光が発光ダイオード装
置(20)から外部に放出される。この場合、出発材料に混
合するYAG蛍光物質(13)の粉末量を調整し、コーティン
グ材(10)内の分布濃度を変更することにより発光ダイオ
ード装置(20)の発光色の色調を調整することができる。
また、YAG蛍光物質(13)の製造時に適当な添加物を適量
添加して結晶構造を一部変更して発光波長分布をシフト
すると、発光ダイオード装置(20)の発光色を更に異なる
色調に調整することができる。例えばGa（ガリウム）又
はLu（ルテチウム）を添加して短波長側にシフトし、Gd
（ガドリニウム）を添加して長波長側にシフトすること
ができる。
７０nmの青色光である発光ダイオードチップ(2)の発光
成分と、半値幅約１３０nmの幅広い波長分布を持つ発光
波長ピーク約５４０nmの黄緑色光であるYAG蛍光物質(1
3)の発光成分とが混合された白色光が発光ダイオード装
置(20)から外部に放出される。この場合、出発材料に混
合するYAG蛍光物質(13)の粉末量を調整し、コーティン
グ材(10)内の分布濃度を変更することにより発光ダイオ
ード装置(20)の発光色の色調を調整することができる。
また、YAG蛍光物質(13)の製造時に適当な添加物を適量
添加して結晶構造を一部変更して発光波長分布をシフト
すると、発光ダイオード装置(20)の発光色を更に異なる
色調に調整することができる。例えばGa（ガリウム）又
はLu（ルテチウム）を添加して短波長側にシフトし、Gd
（ガドリニウム）を添加して長波長側にシフトすること
ができる。
【００３１】本発明では更に光学的特性や作業性を向上
するため、種々の改善も可能である。例えば、コーティ
ング材(10)内に散乱剤を混入して発光ダイオードチップ
(2)の光を散乱させ、蛍光物質(13)に当たる発光ダイオ
ードチップ(2)の光量が増加し、波長変換効率を向上す
ると共に、発光ダイオード装置(20)から外部に放出され
る光の指向角を広げることができる。コーティング材(1
0)のクラックを防止する結合材を配合する。塗布型ガラ
ス材料の粘度を高くする。塗布型ガラス材料の使用量を
減らす。このような場合は、塗布型ガラス材料に蛍光物
質(13)の粉末と共にシリカ、酸化チタン等のセラミック
粉末(10b)を目的に応じて適量混合すればよい。
するため、種々の改善も可能である。例えば、コーティ
ング材(10)内に散乱剤を混入して発光ダイオードチップ
(2)の光を散乱させ、蛍光物質(13)に当たる発光ダイオ
ードチップ(2)の光量が増加し、波長変換効率を向上す
ると共に、発光ダイオード装置(20)から外部に放出され
る光の指向角を広げることができる。コーティング材(1
0)のクラックを防止する結合材を配合する。塗布型ガラ
ス材料の粘度を高くする。塗布型ガラス材料の使用量を
減らす。このような場合は、塗布型ガラス材料に蛍光物
質(13)の粉末と共にシリカ、酸化チタン等のセラミック
粉末(10b)を目的に応じて適量混合すればよい。
【００３２】形成されたコーティング材(10)は、光変換
作用のみならず、下記の優れた特性を備えている。 [１] 半導体発光素子(2)の上部から効率よく光を取り
出すことができ、且つこの光がリード細線に妨げられ
ず、半導体発光素子(2)から十分な量の光が外部に放出
される。 [２] コーティング材(10)により被覆体(18)の黄変・着
色を防止できる。 [３] 比較的安価な材料を使用してポッティング法やト
ランスファモールド法により樹脂封止が可能となり、製
造コストの低減を実現できる。 [４] ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、
安価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 [５] 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現
できる。 [６] コーティング材(10)による光減衰は比較的小さ
い。 [７] 発光ダイオードチップ(2)とコーティング材(10)
との屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール
構造を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)
の界面での反射を減少できる。 [８] 発光ダイオードチップ(2)から放射される光の発
光効率を向上できる。 [９] 耐湿性に優れ、内部に水分を浸透させず、半導体
発光素子(2)及び蛍光物質(13)を劣化させない。 [１０] 有害イオンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高
いため、半導体発光装置(20)の外部や蛍光物質(13)から
の有害イオンで半導体発光素子(2)を劣化させない。 [１１] コーティング材(10)と被覆体(18)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、発光ダイ
オード装置(1)の耐環境性が向上する。 [１２] 紫外線耐性に優れ、高温環境下又は紫外線発光
下でも黄変・着色を起こさず、半導体発光素子(2)の発
光を減衰させない。
作用のみならず、下記の優れた特性を備えている。 [１] 半導体発光素子(2)の上部から効率よく光を取り
出すことができ、且つこの光がリード細線に妨げられ
ず、半導体発光素子(2)から十分な量の光が外部に放出
される。 [２] コーティング材(10)により被覆体(18)の黄変・着
色を防止できる。 [３] 比較的安価な材料を使用してポッティング法やト
ランスファモールド法により樹脂封止が可能となり、製
造コストの低減を実現できる。 [４] ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、
安価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 [５] 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現
できる。 [６] コーティング材(10)による光減衰は比較的小さ
い。 [７] 発光ダイオードチップ(2)とコーティング材(10)
との屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール
構造を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)
の界面での反射を減少できる。 [８] 発光ダイオードチップ(2)から放射される光の発
光効率を向上できる。 [９] 耐湿性に優れ、内部に水分を浸透させず、半導体
発光素子(2)及び蛍光物質(13)を劣化させない。 [１０] 有害イオンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高
いため、半導体発光装置(20)の外部や蛍光物質(13)から
の有害イオンで半導体発光素子(2)を劣化させない。 [１１] コーティング材(10)と被覆体(18)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、発光ダイ
オード装置(1)の耐環境性が向上する。 [１２] 紫外線耐性に優れ、高温環境下又は紫外線発光
下でも黄変・着色を起こさず、半導体発光素子(2)の発
光を減衰させない。
【００３３】このように、コーティング材(10)を使用す
ることにより従来の半導体発光装置の種々の弱点を克服
でき、安価で信頼性の高い、蛍光物質(13)による波長変
換機能を有する半導体発光装置(20)を得ることができ
る。特に、半導体発光素子(2)の上面から光を取り出す
ように構成された場合には、半導体発光素子(2)からの
光が強くコーティング材に照射されるので、本発明の効
果が顕著に得られる。
ることにより従来の半導体発光装置の種々の弱点を克服
でき、安価で信頼性の高い、蛍光物質(13)による波長変
換機能を有する半導体発光装置(20)を得ることができ
る。特に、半導体発光素子(2)の上面から光を取り出す
ように構成された場合には、半導体発光素子(2)からの
光が強くコーティング材に照射されるので、本発明の効
果が顕著に得られる。
【００３４】また、金属アルコキシドから成る出発材料
又はセラミック前駆体から成る出発材料は、凹部(3a)内
に注入して、発光ダイオードチップ(2)の融点よりも低
い１５０℃前後の温度で焼成可能であり、低温領域での
光透過性コーティング材の形成が可能である。従って、
コーティング材(10)は、液状の出発材料を発光ダイオー
ドチップ(2)の固着された凹部(3a)に滴下等により供給
した後、焼成等の熱処理を施すことによりコーティング
材(10)を容易に形成することができる。コーティング材
(10)の焼成温度は発光ダイオードチップ(2)の融点より
も十分に低い。コーティング材(10)中の金属原子が金属
又はセラミックの表面酸化物層の酸素原子と強固に結合
するので、コーティング材(10)は発光ダイオードチップ
(2)、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)との密
着性がよい。
又はセラミック前駆体から成る出発材料は、凹部(3a)内
に注入して、発光ダイオードチップ(2)の融点よりも低
い１５０℃前後の温度で焼成可能であり、低温領域での
光透過性コーティング材の形成が可能である。従って、
コーティング材(10)は、液状の出発材料を発光ダイオー
ドチップ(2)の固着された凹部(3a)に滴下等により供給
した後、焼成等の熱処理を施すことによりコーティング
材(10)を容易に形成することができる。コーティング材
(10)の焼成温度は発光ダイオードチップ(2)の融点より
も十分に低い。コーティング材(10)中の金属原子が金属
又はセラミックの表面酸化物層の酸素原子と強固に結合
するので、コーティング材(10)は発光ダイオードチップ
(2)、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)との密
着性がよい。
【００３５】被覆体(18)は、エポキシ系樹脂などから成
る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のポッティ
ング法や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。被覆体(18)は発光ダイオードチッ
プ(2)から発生する短波長の光によって黄変・着色の生
じる虞のあるエポキシ系樹脂等から成るが、発光ダイオ
ードチップ(2)との界面には短波長の光によって黄変・
着色が生じ難いコーティング材(10)が介在するため、被
覆体(18)の黄変・着色は実質的に生じない。従って、コ
ーティング材(10)を介して発せられた光を被覆体(18)を
通じてさほど減衰させずに被覆体(18)の外部に導出させ
ることができる。
る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のポッティ
ング法や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。被覆体(18)は発光ダイオードチッ
プ(2)から発生する短波長の光によって黄変・着色の生
じる虞のあるエポキシ系樹脂等から成るが、発光ダイオ
ードチップ(2)との界面には短波長の光によって黄変・
着色が生じ難いコーティング材(10)が介在するため、被
覆体(18)の黄変・着色は実質的に生じない。従って、コ
ーティング材(10)を介して発せられた光を被覆体(18)を
通じてさほど減衰させずに被覆体(18)の外部に導出させ
ることができる。
【００３６】発光ダイオードチップ(2)と蛍光物質(13)
の前記組合わせは例示に過ぎず、発光ダイオードチップ
(2)の発光波長に適合する励起波長分布を持ち且つ波長
変換効率が高ければ、いかなる蛍光物質(13)でも使用で
きる。例えばハロ燐酸カルシウム系、燐酸カルシウム
系、珪酸塩系、アルミン酸塩系、タングステン酸塩系等
の蛍光物質(13)から所望の特性を持つ蛍光物質(13)を選
択することができる。
の前記組合わせは例示に過ぎず、発光ダイオードチップ
(2)の発光波長に適合する励起波長分布を持ち且つ波長
変換効率が高ければ、いかなる蛍光物質(13)でも使用で
きる。例えばハロ燐酸カルシウム系、燐酸カルシウム
系、珪酸塩系、アルミン酸塩系、タングステン酸塩系等
の蛍光物質(13)から所望の特性を持つ蛍光物質(13)を選
択することができる。
【００３７】本発明の前記実施の形態は変更が可能であ
る。コーティング材中に蛍光物質を含有しない近紫外線
等を発光する半導体発光装置とすることもできる。ま
た、図３に示すように、リードフレームを使用する第一
の外部端子及び第二の外部端子とすることもできる。
る。コーティング材中に蛍光物質を含有しない近紫外線
等を発光する半導体発光装置とすることもできる。ま
た、図３に示すように、リードフレームを使用する第一
の外部端子及び第二の外部端子とすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】前記のように、本発明では、耐紫外線特
性・耐熱特性に優れるコーティング材により半導体発光
素子を被覆するので、有害物質の浸透を防ぎ、紫外線耐
性に優れ且つ安価で信頼性の高い半導体発光装置が得ら
れる。また、半導体発光素子の底部に形成された一対の
電極は、基体に形成された一対の外部端子にそれぞれ電
気的に接続されるので、半導体発光素子の上部から光を
効率よく取り出すことができ、この光をリード細線に妨
げられたり、コーティング材によって減衰されたりする
ことなく、半導体発光素子から十分な量の光が外部に放
出される。従って、湿度、温度又は紫外線等によって被
覆体及びコーティング材並びに半導体発光素子に対する
劣化が抑制され、半導体発光装置の耐環境性が向上す
る。また、蛍光物質による発光波長変換機能を有しつつ
も信頼性が高く安価な半導体発光装置を得ることができ
る。
性・耐熱特性に優れるコーティング材により半導体発光
素子を被覆するので、有害物質の浸透を防ぎ、紫外線耐
性に優れ且つ安価で信頼性の高い半導体発光装置が得ら
れる。また、半導体発光素子の底部に形成された一対の
電極は、基体に形成された一対の外部端子にそれぞれ電
気的に接続されるので、半導体発光素子の上部から光を
効率よく取り出すことができ、この光をリード細線に妨
げられたり、コーティング材によって減衰されたりする
ことなく、半導体発光素子から十分な量の光が外部に放
出される。従って、湿度、温度又は紫外線等によって被
覆体及びコーティング材並びに半導体発光素子に対する
劣化が抑制され、半導体発光装置の耐環境性が向上す
る。また、蛍光物質による発光波長変換機能を有しつつ
も信頼性が高く安価な半導体発光装置を得ることができ
る。
【図１】 チップ型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
明による半導体発光装置の断面図
【図２】 半導体発光素子の断面図
【図３】 リードフレームを使用する本発明による実施
の形態を示す断面図
の形態を示す断面図
【図４】 従来の発光ダイオード装置の断面図
【符号の説明】
(2)・・半導体発光素子（発光ダイオードチップ）、
(2a)・・基板、 (2b)・・バッファ層、 (2c)・・ｎ形
半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体基
体、 (2f, 2g)・・電極、 (2i)・・一方の主面、 (2
j)・・他方の主面、 (3)・・第一の外部端子、 (3a)
・・凹部、 (3b)・・底部、 (3c)・・側壁、 (3d)・
・上端部、 (4)・・第二の外部端子、 (8)・・被覆体
(封止樹脂)、 (10)・・コーティング材、 (11)・・絶
縁性基板、 (13)・・蛍光物質、(20)・・発光ダイオー
ド装置（発光半導体装置）、
(2a)・・基板、 (2b)・・バッファ層、 (2c)・・ｎ形
半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体基
体、 (2f, 2g)・・電極、 (2i)・・一方の主面、 (2
j)・・他方の主面、 (3)・・第一の外部端子、 (3a)
・・凹部、 (3b)・・底部、 (3c)・・側壁、 (3d)・
・上端部、 (4)・・第二の外部端子、 (8)・・被覆体
(封止樹脂)、 (10)・・コーティング材、 (11)・・絶
縁性基板、 (13)・・蛍光物質、(20)・・発光ダイオー
ド装置（発光半導体装置）、
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−8414（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−314816（ＪＰ，Ａ)
特許2924961（ＪＰ，Ｂ２)
特許3307316（ＪＰ，Ｂ２)
特許3275308（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 33/00
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (22)
- 【請求項１】 第一の外部端子及び第二の外部端子と、
該第一の外部端子及び第二の外部端子に固着された半導
体発光素子と、該半導体発光素子を被覆するコーティン
グ材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、光取出面を形成する一方の主面
を有し且つ光透過性を有する基体と、前記一方の主面の
反対側で前記基体の他方の主面に固着された半導体層と
を備え、 前記半導体層に形成された一対の電極は、それぞれ前記
第一の外部端子及び第二の外部端子に固着され、 金属アルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーにより
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
ラミックから成る前記コーティング材は、前記基体の少
なくとも一方の主面を含む前記半導体発光素子に密着す
ることを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 前記コーティング材は、メタロキサン
（metaloxane）結合を主体とするガラスである請求項１
に記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記コーティング材は、ゲル状のシロキ
サン（siloxane）結合を主体とする請求項１又は２のい
ずれかに記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ドから形成されたポリメタロキサンから成る請求項１〜
３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ドからゾル−ゲル法を施して形成されたポリメタロキサ
ンから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体
発光装置。 - 【請求項６】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ド又は金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法
により加水分解重合して形成されたポリメタロキサンか
ら成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光
装置。 - 【請求項７】 前記金属アルコキシドはSi(OCH3)4、Si
(OC2H5)4、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等のシリコンテ
トラアルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H5)4、Zr(OC3H
7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC2H5)3、Al(iso-OC3
H7)3、Al(OC4H9)3、Ti(OCH3)4、Ti(OC2H5)4、Ti(iso-OC
3H7)4、Ti(OC4H9)4等の単一金属アルコキシド又はLa[Al
(iso-OC3H7)4]3、Mg[Al(iso-OC3H7)4]2、Mg[Al(sec-OC4
H9)4]2、Ni[Al(iso-OC3H7)4]2、Ba[Zr2(C2H5)9]2、(OC3
H7)2Zr[Al(OC3H7)4]2等の二金属アルコキシド又は多金
属アルコキシドから選択される請求項５又は６に記載の
半導体発光装置。 - 【請求項８】 前記セラミック前駆体は、ポリシラザン
である請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項９】 前記コーティング材は、セラミック前駆
体に熱処理を施して形成されたセラミックから成る請求
項１〜３又は８のいずれか１項に記載の半導体発光装
置。 - 【請求項１０】 前記コーティング材は、前記一対の電
極及び前記半導体発光素子の下面を含む全面を被覆する
請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１１】 前記第一の外部端子及び第二の外部端
子を支持する絶縁性基体は、前記コーティング材が充填
された凹部を有する請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１２】 前記半導体発光素子は、３６５nm〜５
５０nmの光波長で発光する請求項１〜１１のいずれか１
項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１３】 前記半導体発光素子の前記半導体層
は、窒化ガリウム系化合物半導体から成り、前記半導体
層は、前記絶縁性基板に対向して配置されて前記一対の
電極に接続され、前記基体の一方の主面は前記絶縁性基
板に対向する側とは反対側に配置された請求項１１に記
載の半導体発光装置。 - 【請求項１４】 前記コーティング材は、前記半導体発
光素子から照射された光の少なくとも一部を受光して波
長変換を行う蛍光物質を含む請求項１〜１３のいずれか
１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１５】 前記蛍光物質は、前記半導体発光素子
から照射された光の少なくとも一部を吸収し、これより
も長い波長の光を放出する請求項１４に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項１６】 前記コーティング材の外部には、前記
半導体発光素子から照射された光と前記蛍光物質により
波長変換された光とが混合されて放出される請求項１４
又は１５に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１７】 前記コーティング材は、被覆体により
被覆された請求項１〜１６のいずれか１項に記載の半導
体発光装置。 - 【請求項１８】 前記被覆体は、光散乱材が混入された
樹脂により形成された請求項１７に記載の半導体発光装
置。 - 【請求項１９】 前記半導体発光素子から照射された光
は、前記コーティング材を透過して前記被覆体の外部に
放出される請求項１８に記載の半導体発光装置。 - 【請求項２０】 前記被覆体は前記凹部に嵌合し、前記
コーティング材は前記凹部の底面と前記被覆体の間に形
成された請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の半導
体発光装置。 - 【請求項２１】 前記凹部の底面に前記半導体発光素子
が固着され、前記半導体発光素子の一対の電極が前記絶
縁性基板の一方の主面に形成された前記第一の外部端子
及び第二の外部端子に電気的に接続された請求項１１に
記載の半導体発光装置。 - 【請求項２２】 前記第一の外部端子及び第二の外部端
子の一方に凹部が形成され、該凹部の底面に前記半導体
発光素子が固着された請求項１に記載の半導体発光装
置。
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