JP4418686B2 - 発光デバイス - Google Patents

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Description

本発明は発光デバイスに関する。更に詳しくは、発光素子をマウント部材へ固定するための接着層の改良に関する。
従来、発光素子をそのマウント部材であるリードフレームへ固定するため樹脂製の接着剤が用いられてきた。発光素子から放出される光にはリードフレームへへ向かう成分もあるので、この光をリードフレームで反射させるため、この接着剤にエポキシ等の透光性樹脂を用いることがある。
透光性樹脂を接着剤として使用した場合、耐熱性の点に課題があった。樹脂製の接着剤は放熱性に劣るので、素子で発生した熱をリードフレームへ充分に逃がすことができない。また、樹脂製の接着層を有する発光デバイスは半田リフロー炉などで高熱処理することも不可能であった。
そこで、低融点ガラスを接着剤に使用することが特許文献１等に記載されている。この特許文献１によれば、熱伝導率のよい絶縁性のフィラーを接着剤に混入し、発光素子からの放熱性を向上させる技術も記載されている。
この発明の関連技術が特許文献２に記載されている。
特開平０７−０８６６４０号公報、段落１６及び段落２１ 特開２００１−２１４０９３号公報
上記従来技術に記載の接着剤によれば、樹脂製接着剤に比べて耐熱性や放熱性の向上が期待できる。しかしながら、発光素子の出力は益々増大の傾向にあり、当該接着剤にはより高い耐熱性や放熱性が要求されつつある。
この発明は上記課題を解決するものであり、次の構成を採用する。即ち、
発光素子と、該発光素子をマウント部材へ固定する接着層と、を備えてなる発光デバイスにおいて、
前記接着層は無機材料粒子と透光性無機系連結層とからなり、該無機材料粒子が実質的に連続するように充填されている、ことを特徴とする発光デバイス。
このように構成された発光デバイスによれば、接着層における無機材料粒子の占める割合を最大にすることができる。ここに無機材料をダイヤモンド等の熱伝導率の高い材料とすれば、接着層に大きな熱伝導率を付与することができる。
かかる発光デバイスはその構成要素の全部を無機系の材料で形成することが可能になるので、発光デバイスを半田リフロー炉等の熱処理工程にのせることが可能となる。
以下、この発明の各要素について詳細に説明する。
（発光素子）
発光素子には発光ダイオード、レーザダイオードその他の発光素子が含まれる。発光素子の受発光波長も特に限定されるものではなく、紫外光〜緑色系光に有効なIII族窒化物系化合物半導体素子や赤色系光に有効なＧａＡｓ系半導体素子を用いることができる。
実施例で用いる紫外線を放出するものはIII族窒化物系化合物半導体発光素子である。ここに、III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０＜Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表される。Ａｌを含むものはこのうち、ＡｌＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ及びＡｌｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族窒化物系化合物半導体及びＧａＮにおいて、III族元素の少なくとも一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の少なくとも一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。
また、III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、カーボン（Ｃ）等を用いることができる。ｐ型不純物として、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができるが必須ではない。
III族窒化物系化合物半導体層はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法により形成される。素子を構成する全ての半導体層を当該ＭＯＣＶＤ法で形成する必要はなく、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等を併用することが可能である。
発光素子の構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。発光層として量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。かかるIII族窒化物系化合物半導体発光素子として、主たる光受発光方向（電極面）を光デバイスの光軸方向にしたフェイスアップタイプや主たる光受発光方向を光軸方向と反対方向にして反射光を利用するフリップチップタイプを用いることができる。
（無機材料粒子）
無機材料粒子は熱伝導率の高いものであれば特に限定されるものではなく、ダイヤモンド、窒化アルミ、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化チタン等の粉末材料を好ましく使用することができる。中でも、熱伝導率の最も高いダイヤモンドを好適に使用することができる。
無機材料粒子の粒子形状は特に限定されるものではない。また、粒径も特に限定されるものではないが、数１００ｎｍ〜数１０μｍとすることが好ましい。
無機材料粒子として複数種類のものを併用することができる。
（透光性無機系連結層）
透光性無機系連結層は無機材料粒子を相互に結合させる無機系の材料からなる。従来技術では無機材料粒子、即ち無機フィラーの分散媒として透光性樹脂や低融点ガラスが用いられていたが、この発明の透光性無機系連結層は分散媒として無機材料粒子を分散させるものではない。透光性無機系連結層が接着層に占める体積は無機材料粒子に比べて極端に小さいからである。図１に示すように、無機材料粒子１の平均粒径が数μｍであるのに対し、この無機材料粒子１を被覆する透光性無機系連結層３の膜厚は数ｎｍである。換言すれば、当該数ｎｍの極薄い連結層３を介してその約１０００倍もの大きさの無機材料粒子１が連結されている。
透光性無機系連結層３の膜厚は無機材料粒子１の平均粒径以下とすることが好ましい。
このように薄い透光性無機系連結層３は無機材料粒子の間を充填することができない。従って、無機材料粒子１の間に空間５が形成され、この発明の接着層はポーラスとなる。このように接着層がポーラスになると、一般的には熱の伝導性の低下が予想されるが、この透光性無機系連結層は、非常に薄く、実質無機材料粒子同士が連結されるため、熱伝導性が良くなる。
かかる透光性無機系連結層は無機系被膜形成液から形成することができる。この無機系被膜形成液は、例えば半導体基板の保護被膜を形成するものを用いることができる。この無機系被膜形成液は半導体基板の上に塗布され、乾燥後焼成することによって薄膜（保護膜）となり当該半導体基板に密着する。かかる無機系被膜形成液は、粘度が小さく無機材料粒子と均等に混合して無機材料粒子の周囲に薄い膜を形成し、もってこれらを相互に連結し、更にマウント部材の材料と発光素子に対して強固に接着するものであれば特に限定されるものではない。例えば化学式Ｍｌ＋（ＯＲ１）ｍＲ２ ｌ−ｍ（式中ＭはＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのいずれか１種類を含む元素、Ｒ1は炭素数１〜５の炭化水素基、アルコキシアルキル基またはアシル基、Ｒ2はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基から選ばれる少なくとも一種類を含む有機基、ｌはＭの価数で、ｌ及びｍは整数を表す）で表されるアルコキシド化合物の加水分解物及び加水分解・縮重合物の混合物からなる無機系被膜形成液を用いることができる。ここにＭはＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ等の元素を用いることができる。
一般式Ｍｌ＋（ＯＲ１）ｍＲ２ ｌ−ｍで表されるアルコキシド化合物の加水分解・縮重合は次のようにして行われる。
Figure 0004418686
この発明で用いる無機系被膜形成液は上記アルコキシド化合物の加水分解・縮重合物の混合物であり、水と同程度の流動性を有する。
上記において金属元素ＭがＳｉのときには、次に示されるシラン化合物を用いることができる。ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、γ−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキシシラン、γ−（メタ）アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン、β−シアノエチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシランなどである。
無機系被膜形成液として上記の他に、ポリイミドシロキサンなど特許文献２に記載の被膜形成液を用いることも可能と考えられる（特開平１１−１１０７５４号公報、特開９−１８３９４８号公報参照）。
上記各種無機系被膜形成液として２種以上を併用することもできる。
かかる無機系被膜形成液と無機材料粒子とを混合して接着層前駆材料を得る。この接着層前駆材料はゾル状であって流動性が高い。従って、発光素子をマウントするときこの接着層前駆材料を発光素子の側面、更には表面まで盛り上げることができる。かかる接着層前駆材料を硬化して接着層としたとき、この熱伝導率の高い接着層が発光素子に対して広い面積で接触している。よって、発光素子の放熱が良好になる。
発光素子がフリップチップタイプのとき、その電極が例えばサブマウント等のマウント部材へバンプにより接続される。かかる組み付け構造において、発光素子の電極面とマウント部材との間に空間ができるが、この発明の接着層前駆材料は当該空間まで回り込み、これを充填することができる。これにより、放熱性が向上することはもとより、バンプ接続の接着力補強並びに電極面における絶縁性確保も行える。
勿論、この接着層前駆材料の流動性は無機系被覆形成液と無機材料粒子の混合比を調整することあるいは増粘材等の助剤を加えることにより、適宜調整が可能である。
この無機系被膜形成液は比較的低温で硬化し無機材料粒子を固定し、かつ発光素子をマウント部材へ接着させる。実施例のシラン化合物の場合は２００℃程度で硬化する。更には、５００℃程度の熱処理により有機成分の多くが解離することとなる。なお、５００℃を越えて加熱をするとボンディングワイヤやその接続部位に負担がかかる。したがって、無機系被膜形成液の加熱温度は５００℃以下とすることが好ましい。
この発明の他の局面によれば、無機材料粒子として蛍光体粒子を用いる。接着層において無機材料からなる蛍光体粒子が実質的に連続するように充填することにより、良好な熱伝導率を確保できることはもとより、接着層中において蛍光体粒子が均一かつ密に充填された状態となり単位体積当たりの蛍光体量が最大となる。よって、薄い接着層からも充分な蛍光を取り出すことが可能となり、発光素子からの光を高い効率で波長変換できるとともに、蛍光の波長スペクトルも安定して色むら等の発生を未然に防止できる。
蛍光体粒子には青色系の発光素子とＹＡＧ蛍光体との組合せなど、発光デバイスで汎用的に用いられているものをそのまま使用することができる。
例えば、無機系蛍光体として、以下のものを採用することができる。例えば、赤色系の発光色を有する６ＭｇＯ・Ａｓ２Ｏ５：Ｍｎ４＋、Ｙ（ＰＶ）Ｏ４：Ｅｕ、ＣａＬａ０．１Ｅｕ０．９Ｇａ３Ｏ７、ＢａＹ０．９Ｓｍ０．１Ｇａ３Ｏ７、Ｃａ（Ｙ０．５Ｅｕ０．５）（Ｇａ０．５Ｉｎ０．５）３Ｏ７、Ｙ３Ｏ３：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋、及び（Ｙ・Ｃｄ）ＢＯ２：Ｅｕ等、青色系の発光色を有する（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｍｇ）２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋
、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２・ｎＢ２Ｏ３：Ｅｕ２＋、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）３（ＰＯ４）６Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＬａ０．９５Ｔｍ０．０５Ｇａ３Ｏ７、ＺｎＳ：Ａｇ、ＧａＷＯ４、Ｙ２ＳｉＯ６：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｃａ２Ｂ４ＯＣｌ：Ｅｕ２＋、ＢａＭｇＡｌ４Ｏ３：Ｅｕ２＋、及び一般式（Ｍ１，Ｅｕ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２（Ｍ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種の元素）で表される蛍光体等、緑色系の発光色を有するＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋（ＹＡＧ）、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＺｎＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＬａＰＯ４：Ｔｂ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＬａ０．２Ｔｂ０．８Ｇａ３Ｏ７、ＣａＹ０．９Ｐｒ０．１Ｇａ３Ｏ７、ＺｎＧｄ０．８Ｈｏ０．２Ｇａ３Ｏ７、ＳｒＬａ０．６Ｔｂ０．４Ａｌ３Ｏ７、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ、（Ｚｎ・Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＧｄＯＳ：Ｔｂ、ＬａＯＳ：Ｔｂ、ＹＳｉＯ４：Ｃｅ・Ｔｂ、ＺｎＧｅＯ４：Ｍｎ、ＧｅＭｇＡｌＯ：Ｔｂ、ＳｒＧａＳ：Ｅｕ２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ・Ｃｏ、ＭｇＯ・ｎＢ２Ｏ３：Ｇｅ，Ｔｂ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ，Ｔｍ、及びＬａ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ等を用いることができる。また、白色系の発光色を有するＹＶＯ４：Ｄｙ、黄色系の発光色を有するＣａＬｕ０．５Ｄｙ０．５Ｇａ３Ｏ７を用いることもできる。
発光素子からの光の波長が４００ｎｍ以下の所謂紫外線であった場合、例えば、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅのいずれか又はこれらの中から選ばれる二以上の蛍光体を組み合わせて用いることができる。
異なる種類の蛍光体を二以上組み合わせて用いることもできる。
第２の蛍光体は発光素子からの光を吸収して第３の波長光を放出するばかりでなく、第１の蛍光体から放出された蛍光を吸収して第３の波長光を放出するタイプでもよい。
蛍光体に光拡散材を併用することもできる。これにより発光ムラの減少を図ることもできる。
次に、この発明の実施例について説明する。
（第1実施例）
この実施例では光学素子として図２に示すフェイスアップタイプのIII族窒化物系化合物半導体発光素子１０を用いた。この発光素子は青色系光を放出する。
発光素子１０の各層のスペックは次の通りである。
層 ： 組成
ｐ型層１５ ： ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ
発光する層を含む層１４ ： ＩｎＧａＮ層を含む
ｎ型層１３ ： ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ
バッファ層１２ ： ＡｌＮ
基板１１ ： サファイア
なお、発光する層を含む層のIII族元素の組成比を調整することにより発光素子の発光波長を調整可能である。また、透光性電極１６及びｐ電極１７の代わりにｐ型層１５の上面を被覆する厚膜なｐ型電極を採用するフリップチップタイプの発光素子を用いることもできる。
基板１１の上にはバッファ層１２を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１３を形成する。ここで、基板１１にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１３はＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１３はｎ型不純物としてＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１４中に注入された電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１５を形成する。このｐ型層１５はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法等の方法で形成することもできる。
ｎ電極１８はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１５を形成した後にｐ型層１５、発光する層を含む層１４、及びｎ型層１３の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層１３上に蒸着で形成される。
透光性電極１６は金を含む薄膜であって、ｐ型層１５の上に積層される。ｐ電極１７も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１６の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
接着層前駆材料は次のようにして調製した。
まず、２００ｍｌビーカーにγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン７０．７１ｇと水３２．３２ｇとイソプロピルセロソルブ５４．９７ｇを取り室温で１時間攪拌して、無機系被膜形成液を得る。
この無機系被膜形成液にダイヤモンド粒子（平均粒子径３μｍ）６１．０ｇをボールミルポットに入れて分散し接着層前駆材料とする。
この接着層前駆材料を４００℃で１０分焼成したとき、無機系被膜形成液が硬化して薄い透光性無機系連結層となりダイヤモンド粒子を被覆する。これによりダイヤモンド粒子は相互に連結固定される。
図３に実施例の発光デバイス３０の例を示す。この例では、発光素子１０の基板面がマウントリード３１のカップ部３２の底面へ固定される。マウントリード３１、サブリード３３は砲弾型の封止部材３７で封止されている。
上記において、発光素子１０をカップ部３２へ固定するのに、先ず両者の間に接着層前駆材料を介在させる。その後、４００℃、１０分の熱処理を行うと、接着剤前駆材料が接着層３９となって、発光素子１０をカップ部３２へ強固に固定する（図４参照）。
接着層３９において、各ダイヤモンド粒子はほとんど連続した状態にある（図１参照）。従って、この接着層３９は放熱性に優れたものとなる。
図５の例では、接着層４０が発光素子１０の側面まで回り込んでいる。この発明の接着層４０は熱伝導性が高いので、発光素子１０に対する接触面積が増大するほど、発光素子から多くの熱を外部へ逃がすことができる。発光素子１０では特に発光層において発熱が生じるので、この接着層４０を発光層の領域まで伸ばすことが好ましい。
図６の例では接着層４１は発光素子１０の表面まで回り込んでいる。これにより放熱効率が向上することはもとより、この発明の接着層４１は絶縁性を有するので、発光素子１０の表面におけるリーク電流の発生を未然に防止できる。
図７の例では発光素子としてフリップチップタイプのものを用いた。フリップチップタイプの発光素子５０は、図２に示すフェイスアップタイプのものにおいて、透光性電極１６とパット形のｐ電極１７の代わりにｐ型層の表面を被覆する厚膜のｐ電極を積層した構成である。発光素子５０はバンプ５１、５２を介してサブマウント５５に固定され、サブマウント５５がカップ部３２に接着される。
この実施例では、接着層前駆材料を発光素子５０とサブマウント５５との空間部に充填する。ここに、接着層前駆材料は流動性が高いので当該空間部を隙間なく埋めることができる。この接着層前駆材料を硬化すると熱伝導性に優れた無機材料からなる接着層５９となる。これにより、放熱性が向上し、電極面でのリーク電流の発生を防止できることはもとより、バンプ５１、５２による接着力を補強する効果も生じることとなる。
（第２実施例）
この実施例は、図４、５、６及び７に示す発光デバイスにおいて、その接着層３９、４０、４１及び５９の無機材料粒子として蛍光体粒子を用いたものである。
より具体的には、接着層前駆材料を次のようにして調製する。
まず、２００ｍｌビーカーにγ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン７０．７１ｇと水３２．３２ｇとイソプロピルセロソルブ５４．９７ｇを取り室温で１時間攪拌して、無機系被膜形成液を得る。
この無機系被膜形成液にＹＡＧ系蛍光体粒子（平均粒子径３μｍ）６１．０ｇをボールミルポットに入れて３時間ボールミルにより分散させ蛍光層前駆材料とする。
この接着層前駆材料を発光素子とカップ部との間に介在させ、４００℃で１０分焼成したとき、無機系被膜形成液が硬化して薄い透光性無機系連結層となり蛍光体粒子を被覆する。これにより蛍光体粒子が相互に連結固定されるとともに、無機系皮膜形成液により発光素子がカップ部へ接着される。
（第３実施例）
図８に他の実施例の光学デバイスを示す。なお、第1実施例（図４参照）と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この実施例の光学デバイスは光軸方向に開口した蛍光体枠６１を有し、発光素子は蛍光体枠６１内にマウントされている。この蛍光体枠６１は実施例２の接着層前駆材料をモールド成形して得たものである。蛍光体枠６１の形状は発光デバイスの用途に応じて任意に設計できる。蛍光体枠６１には充填材６３が充填されている。この充填材６３は、接着層材料に含まれる蛍光体粒子と同一の蛍光体粒子を透光性材料中に分散させたものである。実施例２で用いた接着層前駆材料を蛍光体枠６１中に充填し、これを熱処理硬化して充填材６３とすることができる。
図９に示す例では、蛍光体枠６１の下面に金属反射層７１を設けた。これにより、発光素子１０及び蛍光体枠６１から下側へ放出された光が光軸方向へ反射され、発光デバイスにおける光取り出し効率が向上する。
図１０に示す例では、金属反射層７３が蛍光体枠６１の全外側面に形成されている。これにより、発光素子１０及び蛍光体枠６１から下側へ放出された光はもとより、その側方へ放出された光も金属反射層７３で反射される。従って、発光デバイスにおける光取り出し効率が更に向上する。
なお、図９及び図１０において、前の実施例と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
この発明の接着層の構造を模式的に示す図である。 この発明の実施例で用いる発光素子の構成を示す断面図である。 この発明の実施例の発光デバイスの構成を示す断面図である。 この実施例の接着層の態様を示す図３の要部拡大図である。 他の実施例の接着層の態様を示す図である。 他の実施例の接着層の態様を示す図である。 他の実施例の接着層の態様を示す図である。 他の実施例の発光デバイスの構成を示す断面図である。 他の実施例の発光デバイスの構成を示す断面図である。 他の実施例の発光デバイスの構成を示す断面図である。
符号の説明
１ 無機材料粒子
３ 透光性無機系連結層
５ 空間
１０ 発光素子
２０ 発光デバイス
３９、４０、４１、５９ 接着層

Claims (11)

  1. 発光素子と、該発光素子をマウント部材へ固定する接着層と、を備えてなる発光デバイスにおいて、
    前記接着層は無機材料粒子と透光性無機系連結層とからなり、該無機材料粒子が実質的に連続するように充填されている、ことを特徴とする発光デバイス。
  2. 前記無機材料粒子はダイヤモンド粒子である、ことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記透光性無機系連結層は前記無機材料粒子を被覆しており、該透光性無機系連結層の膜厚は前記無機材料粒子の平均粒径以下である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光デバイス。
  4. 前記発光素子はフリップチップタイプであり、該発光素子の電極面と前記マウント部材との間の空間が前記接着層で充填されている、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光デバイス。
  5. 前記透光性無機系連結層は化学式Ｍｌ＋（ＯＲ１）ｍＲ２ l−ｍ（式中ＭはＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのいずれか１種類を含む元素、Ｒ1は炭素数１〜５の炭化水素基、アルコキシアルキル基またはアシル基、Ｒ2はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基から選ばれる少なくとも一種類を含む有機基、lはＭの価数で、
    ｌ及びｍは整数を表す）で表されるアルコキシド化合物の加水分解物及び加水分解・縮重合物の混合物を加熱処理したものからなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光デバイス。
  6. 発光素子用の接着層であって、ダイヤモンド粒子と透光性無機系連結層とからなり、前記ダイヤモンド粒子が実質的に連続するように充填されている、ことを特徴とする接着層。
  7. 前記無機材料粒子は蛍光体粒子である、ことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
  8. 前記透光性無機系連結層は前記蛍光体粒子を被覆しており、該透光性無機系連結層の膜厚は前記蛍光体粒子の平均粒径以下である、ことを特徴とする請求項７に記載の発光デバイス。
  9. 前記発光素子はフリップチップタイプであり、該発光素子の電極面と前記マウント部材との間の空間が前記接着層で充填されている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の発光デバイス。
  10. 前記透光性無機系連結層は化学式Ｍｌ＋（ＯＲ１）ｍＲ２ l−ｍ（式中ＭはＳｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉのいずれか１種類を含む元素、Ｒ1は炭素数１〜５の炭化水素基、アルコキシアルキル基またはアシル基、Ｒ2はビニル、アミノ、イミノ、エポキシ、アクリロイルオキシ、メタクリロイルオキシ、フェニル、メルカプト及びアルキル基から選ばれる少なくとも一種類を含む有機基、lはＭの価数で、ｌ及びｍは整数を表す）で表されるアルコキシド化合物の加水分解物及び加水分解・縮重合物の混合物を加熱処理したものからなる、ことを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の発光デバイス。
  11. 光軸方向に開口した蛍光体枠と該蛍光体枠内に固定される発光素子とを備え、前記蛍光体枠は蛍光体粒子と透光性無機系連結層とからなり、該蛍光体粒子が実質的に連続するように充填されている、ことを特徴とする発光デバイス。
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