JP5308618B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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(1)窒化物半導体素子1の製造
図3A〜Fは、窒化物半導体素子の製造工程を示す模式断面図である。まず、図3Aに示すように、導電性を持つ透光性基板2の一方の主面(=第1面)に、n型窒化物半導体層とp型窒化物半導体層を積層して形成した半導体積層体4を複数形成する。図3Aに示すように、半導体積層体4は素子ごとに分離しておく。
次に、図3A〜Fの製造工程によって得られた窒化物半導体素子1に蛍光物質を含む波長変換層14を形成する方法について説明する。本件実施の形態において、波長変換層14は、略均一な膜厚となるように電気泳動沈着によって形成することが好ましい。図4は、蛍光物質を含む波長変換層14を電気泳動沈着によって形成する工程を示す模式断面図である。
(a)電着浴32
電着浴32中の電解液34には、種々のものを用いることができる。溶媒としてはイソプロピルアルコール、アセトン等の非水系溶媒が好ましい。電解質としては、例えば、硝酸マグネシウム等を加えることができる。この中にYAG等の蛍光物質を分散させれば、YAG蛍光物質のゼータ電位がプラスであるため、YAG蛍光物質はプラスに帯電する。そこで半導体発光素子1をマイナス極性に帯電させれば窒化物半導体素子1に向かって蛍光物質が泳動し、窒化物半導体1の表面に蛍光物質を堆積させることができる。窒化物半導体素子1の表面に蛍光物質が固着できるように蛍光物質粒子の表面に適当な結着作用を持つ樹脂層などを形成しておいても良いが、電解液34に適当な結着材を含ませることが好ましい。
(SiO2による結着材)
SiO2により蛍光物質が固着されてなる結着材は、アルキルシリケートとアルコールやアセトンのような非水溶媒とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光物質(粉体)を均一に分散させた混合溶液を調整して、その混合溶液中で電気泳動沈着することにより形成することができる。尚、この場合はシリカゾル自身が電解質の役割も果たす。
[式1]
[式2]
[式3]
特に、本形態において、予めエチルシリケートをゾル状態の加水分解溶液とし、該加水分解溶液に蛍光物質を含有させた後、発光素子表面に電気泳動沈着させる。蛍光物質等を混合した電解液に水分が多く含まれていると、電気泳動沈着したときに水素が発生して波長変換層の表面状態が悪化し、発光装置の光学特性に悪影響を及ぼす場合がある。ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は水分を殆ど含まない。従って、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、波長変換層を容易に形成することができる。
Al2O3を主成分とする結着材は、アルミニウムアルコレート、あるいはアルミニウムアルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるアルミナゾル中に粒子状蛍光物質を均一に分散させた混合溶液を材料として、電気泳動沈着を行うことにより形成することができる。例えば、イソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、アルミナゾルおよび蛍光物質を含有させて混合溶液とする。
[式4]
電気泳動沈着では、半導体発光素子1の表面のうち、蛍光物質36を堆積させたい領域は支持電極26を通じて蛍光物質と逆の極性に帯電させる必要がある。本実施の形態のように透光性基板2が導電性材料から成る場合、p側電極6及び半導体積層体4を通じて透光性基板2の全体が支持電極26と同一極性に帯電する。従って、絶縁保護膜8によって覆われた領域や支持電極26によって遮蔽された領域を除いて、透光性基板2の全面に蛍光物質36が沈着する。このような導電性材料としては、GaN、AlN、ZnO、ZrB2、Ga2O3、SiC、GaAs(111)、AlGaN、InGaN等が好ましい。これらの材料によって透光性基板2を構成すれば、導電性である上に、その上にIII−V族窒化物半導体を成長可能であるため好ましい。一方、蛍光物質36を堆積させたくない領域が導電性である場合には、マスクなどで覆う必要がある。例えば、本実施の形態であれば、n側パッド電極12は後からワイヤボンディングが行えるように、適当な絶縁性のマスク36で覆っておくことが好ましい。
(半導体発光素子1)
本実施の形態における半導体発光素子1について、LEDチップを例として説明する。尚、半導体発光素子1は、EL素子など、LEDチップ以外の適当な半導体発光素子であっても良い。LEDチップを構成する発光素子としては、ZnSeやGaNなど種々の半導体により形成された半導体発光素子を挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体発光素子の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
本実施の形態ではサブマウント20が支持基板であるが、支持基板は少なくとも発光素子1を実装可能な基板であれば特に限定されない。また、その実装の仕方も、図1に示す方法に限らず、フリップチップ実装など種々の方法が可能である。支持基板の材料は、AlN、Al2O3、SiC、GaAs、BN、C(ダイヤモンド)などが好ましい。より好ましくは、発光素子1と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体を材料とする発光素子に対して窒化アルミニウム(AlN)が選択される。これにより、支持体と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。
本形態における波長変換層14は、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質を含有する。波長変換層は、レンズのような光学素子に配置させたり、光ファイバの先端に配置させたりすることもできる。このような波長変換層14は、蛍光物質と、その蛍光物質を固着させるための結着材と、を含むことが好ましい。特に、結着材は、金属アルコキシドのゾル溶液のゲル化生成物とすることが好ましい。また、波長変換層の発光素子への固定を強化させるため、電気泳動沈着により形成された蛍光物質層に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂やガラスなどの、他の結着材を含浸させることが好ましい。
なお、本明細書中における蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温25℃、湿度70%の環境下において、濃度が0.05%であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置(SALD−2000A)により、粒径範囲0.03μm〜700μmにて測定し得られたものである。
本実施例は、図1に示す形状の半導体発光装置を、窒化ガリウム系半導体により形成された発光素子1に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を電気泳動沈着により蛍光体層14を形成させることで作製する。これにより、発光素子1からの光と、その光の少なくとも一部を吸収して蛍光体層14により波長変換された光との混色光を発する半導体発光装置とすることができる。
2 基板、
4 半導体積層体、
6 p側電極、
7 p側パッド電極、
8 絶縁保護膜、
10 n側電極、
12 n側パッド電極、
14 波長変換層、
16 導電接合層、
18 ワイヤー、
20 サブマウント、
22 粘着シート、
24 ダイサーブレード、
26 支持電極、
28 対極、
30 電源、
32 電着浴、
34 電解液
Claims (5)
- 互いに対向する第1面と第2面を有し、GaNから成る透光性基板と、
前記透光性基板の前記第1面上にn型の窒化物半導体層とp型の窒化物半導体層とを積層して形成された発光機能を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体から出射された発光の少なくとも一部を波長変換する蛍光物質を含む波長変換層と、を備えた半導体発光装置であって、
前記透光性基板の実装面である前記第1面は光出射面である前記第2面よりも広く、前記第1面と前記第2面を接続する側面は、前記第1面に対して傾斜した傾斜面と、前記傾斜面よりも前記第1面側にあって前記第1面とほぼ直交する垂直面とを含み、
前記波長変換層は、前記透光性基板の前記傾斜面と前記垂直面を含む光出射面に略均一な厚みで形成されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記透光性基板の側面において、前記垂直面の表面粗さは、前記傾斜面よりも小さなことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光装置。
- 前記波長変換層は、さらに前記蛍光物質を固着する結着材を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体発光装置。
- 前記結着材が、Si、Al、Ga、Ti、Ge、P、B、Zr、Y、Sn、Pb及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも1種の元素を含む酸化物であることを特徴とする請求項3に記載の半導体発光装置。
- さらに、前記透光性基板を前記第1面の側から支持する支持基板を備えた請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
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