JP4622253B2 - 発光デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子とその半導体発光素子を覆う蛍光体とを備え、それらの光の混色光を出射する発光デバイスに関する。
近年、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光デバイスが開発され、主として白色光を必要とする用途に使用されている。この半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光デバイスは、例えば、特許文献１に示されているように、透光性のサファイア基板の上に窒化物半導体からなる半導体層が積層された半導体発光素子と、それを覆うように形成された蛍光体とによって構成され、半導体発光素子の光と蛍光体の光の混色により白色が実現されている。
特開２００２−３１７１７８号公報
しかしながら、従来の半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光デバイスは、混色光における半導体発光素子の光と蛍光体の光の強度比の変動に起因する色むらが生じるという問題があった。例えば、半導体発光素子を覆っている蛍光体層の厚さが均一でないと、蛍光体層が厚い部分では、蛍光体の発光強度が相対的に高くなって蛍光体の発光色に近い色となり、蛍光体層の薄い部分では蛍光体の発光強度が相対的に低くなって半導体発光素子の発光色に近い発光色になり、その結果、発光色にむらが生じる。
そこで、本発明は、色むらの小さい発光デバイスを提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために、本発明に係る発光デバイスは、透光性基板と該透光性基板の一方の主面上に積層された半導体層とを含んでなる半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光出射面と側面とを覆い前記半導体発光素子が発光する第１の光の一部を吸収してその第１の光とは異なる波長の第２の光を発光する蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記蛍光体に吸収された一部を除く第１の光と、前記第２の光とが混合された混色光を出射する発光デバイスにおいて、前記半導体発光素子の側面が遮光膜を介して前記蛍光体層によって覆われたことを特徴とする。
本発明に係る発光デバイスのように、透光性基板上に半導体層を積層した半導体発光素子を覆うように蛍光体を形成して構成した発光デバイスでは、半導体発光素子の主面を覆う蛍光体の量及び層の厚さ管理は比較的容易であるのに対して、半導体発光素子の側面を覆う蛍光体の量及び層の厚さを一定に管理することは困難である。
しかしながら、本発明に係る発光デバイスでは、半導体発光素子の側面が遮光膜によって覆われているので、半導体発光素子の側面に配置された蛍光体が半導体発光素子により励起されることはほとんどなく、半導体発光素子の一方又は他方の主面（光出射面）上に配置された蛍光体のみが励起されて発光に寄与する。
従って、本発明に係る発光デバイスでは、比較的管理が容易な半導体発光素子の光出射面となる一方又は他方の主面上に配置された蛍光体の量及び層の厚さのみを管理することにより、色むらの発生を防止できる。
しかしながら、本発明に係る発光デバイスでは、半導体発光素子の側面が遮光膜によって覆われているので、半導体発光素子の側面に配置された蛍光体が半導体発光素子により励起されることはほとんどなく、半導体発光素子の一方又は他方の主面（光出射面）上に配置された蛍光体のみが励起されて発光に寄与する。
従って、本発明に係る発光デバイスでは、比較的管理が容易な半導体発光素子の光出射面となる一方又は他方の主面上に配置された蛍光体の量及び層の厚さのみを管理することにより、色むらの発生を防止できる。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の発光デバイスは、パッケージ１０の凹部の底部にサブマウント３２を介して実装された半導体発光素子３を、蛍光体層６で覆い、透光性樹脂１５で封止することによって構成されている。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の発光デバイスは、パッケージ１０の凹部の底部にサブマウント３２を介して実装された半導体発光素子３を、蛍光体層６で覆い、透光性樹脂１５で封止することによって構成されている。
具体的に説明すると、本実施の形態１において、半導体発光素子３は、例えばサファイアからなる透光性基板１の一方の主面上に半導体層２（例えば、ｎ型半導体層２ａ、活性層及びｐ型半導体層２ｂ）が積層され、その上に正負の電極３ａ，３ｂが形成されてなり、透光性基板１を介して発光した光を出力する。
本実施の形態１において、半導体発光素子３は、正電極３ａと負電極３ｂがサブマウント３２の配線電極に対向するようにフリップチップ実装され、そのサブマウント３２がパッケージ１０の凹部底面に接着剤３７で接着されている。このようにして、半導体発光素子３は、サブマウント３２を介してパッケージ１０の凹部（素子収納部）の底面に実装されている。そてて、正電極３ａが接続された配線電極３１と負電極３ｂが接続された配線電極３１はそれぞれ、パッケージ１０のリードフレーム１３ａ，１３ｂに導電性ワイヤー４４を用いてワイヤーボンディングされる。
ここで、フリップチップ実装とは、半導体発光素子の電極を、バンプと呼ばれる導電部材と介してサブマウントのような支持基板の導電パターンに対向させ接合することにより機械的および電気的接続を行う実装方法をいい、具体的なステップについては、実施の形態２において説明する。
所定の配線が施された半導体発光素子３は、半導体発光素子３が発光する光を吸収してその吸収した光とは異なる波長の光を発光する蛍光体Ｆ６が分散された蛍光体層６により覆われており、さらに透光性樹脂１５によって封止される。
ここで、蛍光体層６は、例えば、バインダー樹脂に蛍光体Ｆ６が分散された樹脂をポッティング等により塗布して硬化させることにより形成する。
ここで、蛍光体層６は、例えば、バインダー樹脂に蛍光体Ｆ６が分散された樹脂をポッティング等により塗布して硬化させることにより形成する。
以上のように構成された実施の形態１の発光デバイスにおいて、半導体発光素子３が発光する光（第１の光）の一部は蛍光体層６に含まれる蛍光体Ｆ６によって吸収され、残りは透光性樹脂１５を通過して外部に出射される。また、半導体発光素子３が発光する第１の光を吸収した蛍光体Ｆ６は、その第１の光とは異なる波長の光（第２の光）を発光して、その第２の光は透光性樹脂１５を通過して外部に出射される。透光性樹脂１５を通過して外部に出射された第１の光と第２の光は互いに混ざり合ってそれらの中間的な発光色の混色光となり、発光デバイスの光として観測される。
ここで、特に本実施の形態１の発光デバイスでは、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われていることを特徴とし、この遮光膜５を形成することによって発光色における色むらが抑制されている。
すなわち、本実施の形態１の発光デバイスのように、例えば、ポッティング方法を用いて半導体発光素子３を覆うように蛍光体層６を形成した場合、半導体発光素子３の実装面を除く他の面がすべて蛍光体層６によって覆われることになるが、半導体発光素子の主面（透光性基板１の半導体層２が形成されている面とは反対側の主面、すなわち光出射面）を覆う蛍光体層６ａの厚さと半導体発光素子３の側面を覆う蛍光体層６ｂの厚さは異なる。
また。蛍光体層６を形成する際、水平となる半導体発光素子の主面を覆う蛍光体層の厚さの管理及びその蛍光体層６ａに含まれる蛍光体の量の管理（蛍光体層６ａ内における蛍光体の面内分布を均一に保つこと）することは比較的容易であるのに対して、半導体発光素子の側面を覆う蛍光体層６ｂの厚さ及びその蛍光体層６ｂに含まれる蛍光体の量の一定に管理することは樹脂の硬化前における変形及び蛍光体の沈降等により困難である。
また。蛍光体層６を形成する際、水平となる半導体発光素子の主面を覆う蛍光体層の厚さの管理及びその蛍光体層６ａに含まれる蛍光体の量の管理（蛍光体層６ａ内における蛍光体の面内分布を均一に保つこと）することは比較的容易であるのに対して、半導体発光素子の側面を覆う蛍光体層６ｂの厚さ及びその蛍光体層６ｂに含まれる蛍光体の量の一定に管理することは樹脂の硬化前における変形及び蛍光体の沈降等により困難である。
このように、蛍光体層６の厚さ又は蛍光体の分布に不均一が生じると、従来技術の欄でも説明したように、蛍光体層が厚い部分では、蛍光体の発光強度が相対的に高くなって蛍光体の発光色に近い色となり、蛍光体層の薄い部分では蛍光体の発光強度が相対的に低くなって半導体発光素子の発光色に近い発光色になり、その結果、発光色にむらが生じる。
また、発光デバイスを見る角度によって発光色が異なって観測されることもある。例えば、図１に模式的に示すように光出射面の上より半導体発光素子の側面のほうが蛍光体層が厚く形成されたとすると、発光デバイスを斜めから見た場合には半導体発光素子の側面から出射された光はより厚い側面の蛍光体層を通過するので、蛍光体の発光強度が相対的に高くなって蛍光体の発光色に近い色となり、発光デバイスを正面（図面上の真上）から発光デバイスを見た場合には、半導体発光素子の光はより薄い光出射面上の蛍光体層を通過するので、蛍光体の発光強度が相対的に低くなって半導体発光素子の発光色に近い発光色として観測される。
しかしながら、本実施の形態１の発光デバイスでは、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、半導体発光素子３の側面に形成された蛍光体層６ｂに含まれる蛍光体が半導体発光素子３により励起されることはほとんどなく、半導体発光素子３の主面上に形成された蛍光体層６ａに含まれる蛍光体のみが励起されて発光に寄与する。
従って、本実施の形態１に係る発光デバイスでは、比較的管理が容易な半導体発光素子３の主面上に形成される蛍光体層６ａの厚さとそこに含まれる蛍光体の面内分布のみを管理することにより、色むらの発生を防止できる。
従って、本実施の形態１に係る発光デバイスでは、比較的管理が容易な半導体発光素子３の主面上に形成される蛍光体層６ａの厚さとそこに含まれる蛍光体の面内分布のみを管理することにより、色むらの発生を防止できる。
また、半導体発光素子３において、その主面である光出射面から出射される光の強度と側面から出射される光の強度は異なっていることから、半導体発光素子３の側面に形成された蛍光体層６ｂに含まれる蛍光体を半導体発光素子３の側面から出射された光により励起されるようにすると、発光デバイスを視認する角度によって発光色が異なることになり、色むらの原因となる。
しかしながら、本実施の形態１の発光デバイスでは、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、半導体発光素子３の側面に配置された蛍光体が半導体発光素子により励起されることはほとんどなく、色むらを抑えることができる。
さらに、透光性基板１を用いて構成され、半導体層２と反対側から光を出射する半導体発光素子３において、光出射面における発光強度の面内における均一性を確保することは比較的容易であるが、主面である光出射面から出射される光の強度と側面から出射される光の強度を同程度にすることは困難である。従って、半導体発光素子３の側面に遮光膜５を形成する本願の構成によれば、半導体発光素子３における光出射面の発光強度と側面の発光強度の差に起因する色むらの発生を抑えることができる。
また、半導体発光素子の側面を覆う蛍光体の量及び層の厚さを一定に管理することは困難であること、及び半導体発光素子の主面と側面との間に発光強度差があることは、大量生産時における発光デバイス間の色調バラツキの原因となっていた。
しかしながら、本実施の形態１の発光デバイスでは、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、半導体発光素子の側面に配置された蛍光体が半導体発光素子により励起されることはほとんどなく、大量生産時における発光デバイス間の色調バラツキを低減することもできる。
しかしながら、本実施の形態１の発光デバイスでは、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、半導体発光素子の側面に配置された蛍光体が半導体発光素子により励起されることはほとんどなく、大量生産時における発光デバイス間の色調バラツキを低減することもできる。
次に、本実施の形態１において、半導体発光素子３の側面のみに遮光膜５を形成する方法について説明する。
本方法では、まず、通常の方法で半導体発光素子を作製した後、図２Ａに示すように、粘着シート７の上に半導体発光素子３を並べて配置する。
本方法では、まず、通常の方法で半導体発光素子を作製した後、図２Ａに示すように、粘着シート７の上に半導体発光素子３を並べて配置する。
次に、スパッタリング法により、図２Ｂに示すように、それぞれの半導体発光素子３の粘着シートに対向した半導体側の実装面を除く、光出射面及び側面にＡｌからなる遮光膜材料層５ａを形成する。この遮光膜材料層５ａの膜厚は、半導体発光素子３の側面部分の膜厚が１０００Å〜１００００Åの膜厚になるようにする。好ましくは、１０００Å〜３０００Åの膜厚になるようにする。この範囲の膜厚であれば、半導体発光素子の側面部分からの透過光を実質的に無くすことができ、又遮光膜の剥がれも抑制することができる。
遮光膜材料層５ａを形成した後、半導体発光素子３の光出射面に形成された遮光膜材料層５ａを研磨により除去した後（図２Ｃ）、半導体発光素子３を粘着シート７から分離する。
以上の方法で、側面に遮光膜５が形成された半導体発光素子３が作製される。
遮光膜材料層５ａを形成した後、半導体発光素子３の光出射面に形成された遮光膜材料層５ａを研磨により除去した後（図２Ｃ）、半導体発光素子３を粘着シート７から分離する。
以上の方法で、側面に遮光膜５が形成された半導体発光素子３が作製される。
以上のように構成された実施の形態１の発光デバイスは、上述した色むらが抑制できるという効果の他に以下のような効果を有する。
すなわち、半導体発光素子３をフリップチップ実装して、半導体層が形成された面とは反対側の主面を光出射面とし、かつ遮光膜５をＡｌで形成しているので、遮光膜５が反射膜としても機能し、側面で反射した光が光出射面から出射されるので、光の取り出し効率を高くできる。
また、半導体発光素子３をフリップチップ実装しているので、発光素子の発光面から出た光を遮ったり、乱反射させたりするワイヤーが発光面の前方には存在しない。これにより、ワイヤーに起因した色むらの発生をなくせるので、より色むらの少ない発光素子とでき、さらにワイヤーに起因した取り出し効率の劣化もないので、取り出し効率も高くできる。
すなわち、半導体発光素子３をフリップチップ実装して、半導体層が形成された面とは反対側の主面を光出射面とし、かつ遮光膜５をＡｌで形成しているので、遮光膜５が反射膜としても機能し、側面で反射した光が光出射面から出射されるので、光の取り出し効率を高くできる。
また、半導体発光素子３をフリップチップ実装しているので、発光素子の発光面から出た光を遮ったり、乱反射させたりするワイヤーが発光面の前方には存在しない。これにより、ワイヤーに起因した色むらの発生をなくせるので、より色むらの少ない発光素子とでき、さらにワイヤーに起因した取り出し効率の劣化もないので、取り出し効率も高くできる。
以下、本実施の形態１における各構成要素について説明する。
＜半導体発光素子＞
本発明において、半導体発光素子は、種々の窒化物半導体を用いて構成することができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上に成長されたＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）で表わされる複数の層により構成されたものが好適に用いられる。
＜半導体発光素子＞
本発明において、半導体発光素子は、種々の窒化物半導体を用いて構成することができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上に成長されたＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ，０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）で表わされる複数の層により構成されたものが好適に用いられる。
また、その層構成としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果の生じる薄膜で構成した単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることができる。
より具体的な例として、単一または多重量子井戸構造のＩｎＧａＮを発光層を有する青色ＬＥＤ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子井戸構造の近紫外ＬＥＤを挙げることができる。
より具体的な例として、単一または多重量子井戸構造のＩｎＧａＮを発光層を有する青色ＬＥＤ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子井戸構造の近紫外ＬＥＤを挙げることができる。
尚、基板はサファイアに限られず、例えば、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。また、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることによりｐ電極及びｎ電極を対向して配置させることもできる。
本実施の形態の半導体発光素子は、例えば、サファイア基板上にＧａＮバッファ層、ノンドープＧａＮ層、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層、活性層となるＩｎＧａＮ層、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層、が順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＳｉドープＧａＮ層、ＳｉドープＧａＮ層が部分的に除去され、ＳｉドープＧａＮ層の露出面に負電極が形成され、ＭｇドープＧａＮ層の上面の略全面に正電極が設けられている。
＜半導体発光素子の電極＞
本発明において半導体発光素子３は、正電極３ａを有するｐ型半導体層２ｂと、ｎ電極３ｂを有するｎ型半導体層２ｂとを有する半導体発光素子である。正電極３ａは少なくとも反射機能を備えた層からなることが好ましい。
本発明において半導体発光素子３は、正電極３ａを有するｐ型半導体層２ｂと、ｎ電極３ｂを有するｎ型半導体層２ｂとを有する半導体発光素子である。正電極３ａは少なくとも反射機能を備えた層からなることが好ましい。
正電極３ａは、反射機能を備えた単一層であってもよいが、半導体発光素子のｐ型半導体層とのオーミック接触する第一の層と、その第一の層の上に形成された反射機能を有する第二の層とを含む多層構成とすることもできる。
正電極３ａの材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属、合金あるいは酸化物からなることが好ましい。この正電極の膜厚は、好ましくは２００Å〜１００００Åとする。
また、正電極３ａを多層構成とする場合には、第一の層は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とすることが好ましい。第一の層の好適な具体例として、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎの複合酸化物）、ＭｇＯ等で表わされるＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇ等の酸化物を含む抵抗の低い透明導電膜が挙げられる。
また、第二の層は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属、合金あるいは酸化物からなることが好ましい。
この多層構造とする場合、第一の層の膜厚は、１００Å〜１００００Åであることが好ましく、第二の層の膜厚は、２００Å〜１００００Åであることが好ましい。
また、第二の層は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属、合金あるいは酸化物からなることが好ましい。
この多層構造とする場合、第一の層の膜厚は、１００Å〜１００００Åであることが好ましく、第二の層の膜厚は、２００Å〜１００００Åであることが好ましい。
正電極及び負電極の形成は、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層に対し、電極を構成する材料の蒸着、スパッタリング等、通常の成膜手段を用いて行うことができる。あるいは、蒸着法、スパッタリング法等、異なる成膜方法を使い分けて形成することができる。また、正電極は、反射機能を有する層と、その層とは別に設けられて最終的に外部リード電極と接続するために導電性部材が接続されるパッド部からなっていてもよい。
本実施の形態において、負電極は、ｎ型コンタクト層側から順に、少なくとも２層構成とすることが好ましい。この場合、負電極の第一の層を構成する材料は、特に限定されるものではないが、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｒｃ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、ＩＴＯの少なくとも１種を好適に用いることができる。その中でも特に、ｎ型コンタクト層との接着性、接触抵抗、光透過性を総合的に考慮すると、Ｔｉ、Ｎｂ、ＩＴＯがより好ましい。
また、第二の層を構成する材料は、特に限定されるものではないが、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒからなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む金属、合金、あるいは酸化物を好適に用いることができる。
負電極の膜厚は、材料によっても異なるが、好ましくは１００Å以上、より好ましくは１５０Å、以上とする。また、膜厚の上限は、製造効率を考慮すると１００００Å以下であることが好ましい。
負電極の膜厚は、材料によっても異なるが、好ましくは１００Å以上、より好ましくは１５０Å、以上とする。また、膜厚の上限は、製造効率を考慮すると１００００Å以下であることが好ましい。
また、本実施の形態の半導体発光素子では、負電極とｐパッド電極を同様の構成とすることにより、負電極とｐパッド電極を同時に形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
さらに、本発明において、半導体発光素子は、上述したような反射率の高い正電極及び／または上述したような負電極を用いることにより、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
さらに、本発明において、半導体発光素子は、上述したような反射率の高い正電極及び／または上述したような負電極を用いることにより、発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
＜蛍光体＞
本発明においては、半導体発光素子３によって励起され、その励起光とは異なる波長の光を発光する種々の蛍光体を用いることができる。
本発明に用いる蛍光体は、平均粒径が３μｍ以上であり、かつ粒度分布測定で２μｍ以下の粒径の粒子が体積分布で１０％以下である蛍光体粒子から構成されることが好ましい。より好ましくは平均粒径が５μｍ以上１５μｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が１０μｍ以上１２μｍ以下である。蛍光体層を形成する際の形成ばらつきを抑えることが可能となり、配向ばらつきの少ない高輝度を得ることができる。
本発明においては、半導体発光素子３によって励起され、その励起光とは異なる波長の光を発光する種々の蛍光体を用いることができる。
本発明に用いる蛍光体は、平均粒径が３μｍ以上であり、かつ粒度分布測定で２μｍ以下の粒径の粒子が体積分布で１０％以下である蛍光体粒子から構成されることが好ましい。より好ましくは平均粒径が５μｍ以上１５μｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が１０μｍ以上１２μｍ以下である。蛍光体層を形成する際の形成ばらつきを抑えることが可能となり、配向ばらつきの少ない高輝度を得ることができる。
例えば、紫外線照射により青色発光が可能なものとして、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活バリウムマグネシウムアルミネート系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行う（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活ハロリン酸カルシウム系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ立方体形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行う（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類クロロボレート系蛍光体、
破断面を有する破断粒子から構成され、青緑色領域の発光を行う（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕまたは（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類アルミネート系蛍光体が挙げられる。
紫外線照射により緑色発光が可能なものとして、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類マグネシウムシリケート系蛍光体が挙げられる。
破断面を有する破断粒子から構成され、青緑色領域の発光を行う（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕまたは（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類アルミネート系蛍光体が挙げられる。
紫外線照射により緑色発光が可能なものとして、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類マグネシウムシリケート系蛍光体が挙げられる。
紫外線照射により赤色発光が可能な蛍光体として、赤色破断面を有する破断粒子から構成され、赤色領域の発光を行う（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンナイトライド系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、赤色領域の発光を行う（Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活希土類オキシカルユゲナイト系蛍光体等が挙げられる。
また、他の例として、アルミニウム・ガーネット系蛍光体がある。
アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、半導体発光素子から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、上述したＹＡＧ系蛍光体の他、Ｔｂ２．９５Ｃｅ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｔｂ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９４Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０１Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０５Ａｌ５Ｏ１２等が挙げられる。
アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、半導体発光素子から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。例えば、上述したＹＡＧ系蛍光体の他、Ｔｂ２．９５Ｃｅ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｔｂ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９４Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０１Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０５Ａｌ５Ｏ１２等が挙げられる。
さらに、他の例として、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体を挙げることができる。
またさらに、他の例として、アルカリ土類金属塩蛍光体を用いることができる。例えば、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩である。
アルカリ土類金属塩蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、または式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ３：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を用いることもできる。
アルカリ土類金属塩蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、または式Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ３：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を用いることもできる。
尚、本発明では、２種類以上の蛍光体を混合して用いてもよい。この場合、半導体発光素子３の発光波長に合わせて色度点の異なる２以上の蛍光体の配合比を調整することで種々の色度を実現できる。例えば、発光層に窒化物系化合物半導体を用いて構成した半導体発光素子３から発光した青色系の光と、青色光を吸収してボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系の光と、赤色系の光を発光する蛍光体の光との混色により電球色など所望の白色系発光色を実現できる。
＜バインダー樹脂＞
本発明において、蛍光体層を形成するためのバインダー樹脂は、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
本発明において、蛍光体層を形成するためのバインダー樹脂は、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
＜透光性樹脂（モールド部材）＞
本発明において、透光性樹脂は、外部環境からの外力や水分などから蛍光体層やＬＥＤチップを保護すると共に発光素子からの光を効率よく外部に放出させるための部材である。具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂が挙げられる。また、本発明では、金属アルコキシドなどを出発原料としゾルゲル法により生成される透光性無機部材、ガラスなどを用いることもできる。熱衝撃による導電性ワイヤーの断線などを考慮しエポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらの組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。
本発明において、透光性樹脂は、外部環境からの外力や水分などから蛍光体層やＬＥＤチップを保護すると共に発光素子からの光を効率よく外部に放出させるための部材である。具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂が挙げられる。また、本発明では、金属アルコキシドなどを出発原料としゾルゲル法により生成される透光性無機部材、ガラスなどを用いることもできる。熱衝撃による導電性ワイヤーの断線などを考慮しエポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらの組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の発光デバイスは、蛍光体層６に代えて半導体発光素子３の光出射面のみを覆う蛍光体層３６を形成した以外は、実施の形態１の発光デバイスと同様に構成される。
本発明に係る実施の形態２の発光デバイスは、蛍光体層６に代えて半導体発光素子３の光出射面のみを覆う蛍光体層３６を形成した以外は、実施の形態１の発光デバイスと同様に構成される。
実施の形態２の蛍光体層３６は、半導体発光素子３が発光する光を吸収して吸収した光とは異なる波長の発光する蛍光体を含み、後述するようにスクリーン印刷によって形成されており、均一の膜厚でかつ蛍光体が均一に分散されている。
このように形成された蛍光体層３６を備えた実施の形態２の発光デバイスは、実施の形態１の発光デバイスに比較してよりいっそう効果的に色むらを抑制できる。
このように形成された蛍光体層３６を備えた実施の形態２の発光デバイスは、実施の形態１の発光デバイスに比較してよりいっそう効果的に色むらを抑制できる。
図３に示されるように、本実施の形態２の発光デバイスでは、サブマウント３２にフリップチップ実装された半導体発光素子３の光出射面（透光性基板１の半導体層が形成された面の反対側の主面）を覆っている。
図４Ａから図４Ｄは、実施の形態２の発光デバイスにおける蛍光体層３６の形成工程を示す模式的な断面図である。以下、図面を参照しながら蛍光体層３６の形成方法の一例について説明する。
本方法では、まず、複数のサブマウントが一体化されたサブマウント用マザー基板３２ａを準備する。このサブマウント用マザー基板３２ａの一方の主面には、各サブマウントにそれぞれ対応する部分で分離された配線電極３１が形成されている。この配線電極を形成するための導電性部材は、反射率の高いアルミニウム、銀や金およびそれらの合金を使用することが好ましい。サブマウント用基板の基板材料は、半導体発光素子３の材料と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体発光素子に対しては窒化アルミニウムが好ましく、これにより接続部における熱膨張差に起因した歪を小さくでき、発光デバイスの信頼性を向上させることができる。
また、シリコン基板を用いてサブマウント用マザー基板３２ａを構成することもでき、その場合には、サブマウントに一体化された保護素子（ツェナーダイオード）を形成することも可能になる。
また、シリコン基板を用いてサブマウント用マザー基板３２ａを構成することもでき、その場合には、サブマウントに一体化された保護素子（ツェナーダイオード）を形成することも可能になる。
本方法では、上述のように構成したサブマウント用マザー基板３２ａの上に、図４Ａに示すように、半導体発光素子３を並べて実装する。各半導体発光素子３の正負両電極はそれぞれ、対応する配線電極にバンプ３３により電気的に導通するように固定される。具体的には、配線電極３１上の各半導体発光素子３の正負両電極３ａ，３ｂと対向する部分にそれぞれ、Ａｕからなるバンプ３３を形成する。次に、半導体発光素子３の正負の電極３ａ，３ｂとサブマウント３２の配線電極３１とをそれぞれバンプ３３を介して対向させ、荷重、熱および超音波をかけることによりバンプ３３を溶着し、半導体発光素子３の正負の電極３ａ，３ｂと配線電極３１とを接合する。なお、バンプ３３の材料として、Ａｕの他、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。
この際、正負の電極間の絶縁性を向上させて信頼性を向上させるために、半導体発光素子３の正負両電極３ａ，３ｂ間及びサブマウント側の配線電極３１の分離部分とに絶縁体からなるアンダフィルを充填することが好ましい。このアンダフィルの材料としては、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂がある。
次に、図４Ｂに示すように、半導体発光素子３の透光性基板１側からサブマウント用マザー基板３２ａに対向させてスクリーン版３４ａを配置する。スクリーン版３４ａは、半導体発光素子の光出射面のみを開口し、それ以外はマスクするような構成としてある。
そして、蛍光体Ｆ６が樹脂（例えば、シリコーン樹脂）に分散されてなりスクリーン印刷用に調整された蛍光体ペースト３６ａを、図４Ｃに示すように、スキージ３５を使ってスクリーン印刷する。以上の工程により、図４Ｄに示されるように、半導体発光素子３の光出射面に蛍光体ペースト３６ａが形成される。
以上のようにして形成された光出射面の蛍光体ペースト３６ａを硬化させると、蛍光体層３６が形成される。
最後に、パーティングラインに沿って各半導体発光素子がそれぞれサブマウント３２に載置されるようにサブマウント用マザー基板３２ａをカットする。
以上の工程を経て、サブマウント３２上にフリップチップボンディングされた状態の、蛍光体層３６が半導体発光素子３の光出射面のみに形成された半導体発光素子３が得られる。
最後に、パーティングラインに沿って各半導体発光素子がそれぞれサブマウント３２に載置されるようにサブマウント用マザー基板３２ａをカットする。
以上の工程を経て、サブマウント３２上にフリップチップボンディングされた状態の、蛍光体層３６が半導体発光素子３の光出射面のみに形成された半導体発光素子３が得られる。
以上のように構成された実施の形態２の発光デバイスにおいて、蛍光体層３６は蛍光体が均一分散された蛍光体ペースト３６ａを使用して膜厚が精度よく管理できるスクリーン印刷法により形成されているので、実施の形態１で説明したポッティング方法を用いた場合に比較してよりいっそう色むらが抑制できる。
尚、本実施の形態２の発光デバイスは、実施の形態１と同様、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、実施の形態１で説明した効果は全て得られる。
尚、本実施の形態２の発光デバイスは、実施の形態１と同様、半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、実施の形態１で説明した効果は全て得られる。
また、本実施の形態２では、半導体発光素子３の光出射面のみが蛍光体層３６によって覆われている形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、スクリーン印刷時に半導体発光素子３の側面に蛍光体層が形成されていてもよく、この場合でも半導体発光素子３の側面が遮光膜５によって覆われているので、実施の形態２と同様の作用効果が得られる。
１ 透光性基板
２ 半導体層
３ 発光素子
５ 遮光膜
５ａ 遮光膜材料層
６，６ａ，６ｂ，３６ 蛍光体層
７ 粘着シート
１０ パッケージ
１３ａ、１３ｂ リードフレーム
１５ 透光性樹脂
３１ 配線電極
３２ サブマウント
３２ａ サブマウント用マザー基板
３３ バンプ
３４ａ スクリーン版
３５ スキージ
３６ａ 蛍光体ペースト
３７ 接着剤
４４ 導電性ワイヤ
２ 半導体層
３ 発光素子
５ 遮光膜
５ａ 遮光膜材料層
６，６ａ，６ｂ，３６ 蛍光体層
７ 粘着シート
１０ パッケージ
１３ａ、１３ｂ リードフレーム
１５ 透光性樹脂
３１ 配線電極
３２ サブマウント
３２ａ サブマウント用マザー基板
３３ バンプ
３４ａ スクリーン版
３５ スキージ
３６ａ 蛍光体ペースト
３７ 接着剤
４４ 導電性ワイヤ
Claims (6)
- 透光性基板と該透光性基板の一方の主面上に積層された半導体層とを含んでなる半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光出射面と側面とを覆い前記半導体発光素子が発光する第１の光の一部を吸収してその第１の光とは異なる波長の第２の光を発光する蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記蛍光体に吸収された一部を除く第１の光と、前記第２の光とが混合された混色光を出射する発光デバイスにおいて、
前記半導体発光素子の側面が遮光膜を介して前記蛍光体層によって覆われたことを特徴とする発光デバイス。 - 前記遮光膜は、半導体発光素子で発光した光を反射させる反射膜である請求項１記載の発光デバイス。
- 前記透光性基板の他方の主面を、前記半導体発光素子の光出射面とした請求項１又は２記載の発光デバイス。
- 前記透光性基板の他方の主面上に設けられた蛍光体の厚さが略一定である請求項３記載の発光デバイス。
- 前記遮光膜は、Ａｌ又はＡｇからなる金属膜である請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の発光デバイス。
- 透光性基板と該透光性基板の一方の主面上に積層された半導体層とを含んでなる半導体発光素子と、前記半導体発光素子の光出射面を覆い前記半導体発光素子が発光する第１の光の一部を吸収してその第１の光とは異なる波長の第２の光を発光する蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記蛍光体に吸収された一部を除く第１の光と、前記第２の光とが混合された混色光を出射する発光デバイスの製造方法において、
前記半導体発光素子の実装面に対向して粘着シートに複数の半導体発光素子を配置し、前記複数の半導体発光素子の側面及び光出射面となる発光素子の透光性基板の他方の主面上に、遮光膜材料層を形成する工程と、
前記複数配置された発光素子を研磨して、前記透光性基板の他方の主面上の遮光膜を除去する工程と、
前記半導体発光素子をサブマウントに実装して、前記半導体発光素子の光出射面及び側面に蛍光体層を形成する工程と、を有する発光デバイスの製造方法。
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