JP5781409B2

JP5781409B2 - 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具

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Publication number: JP5781409B2
Application number: JP2011197999A
Authority: JP
Inventors: 原田　光範; 光範原田; 竜舞斎藤; 宮地　護; 護宮地
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2031-09-12
Also published as: JP2013062279A

Description

本発明は、半導体発光素子アレイ及び半導体発光素アレイを用いた車両用灯具に関する。

車両のヘッドランプや照明に用いるためのＬＥＤ素子には大出力が求められているが、単純に素子面積を大きくするだけだと駆動電流が大きくなってしまうということや、均一に電流を流すことが難しくなってしまうことから、複数のＬＥＤ素子に分割し、直列接続したＬＥＤアレイとすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

車両のヘッドランプ等のアプリケーションでは、横長形状のＬＥＤ素子が求められているが、ＬＥＤ素子の分割数を多くすると、素子間の非発光部の占める割合が増加し好ましくない。そこで、ＬＥＤ素子の分割数を少なくするために、各ＬＥＤ素子の形状は横長になってしまう。

図７（Ａ）は、従来のＬＥＤアレイ２００を示す概略平面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示すＬＥＤアレイ２００の簡略化した断面図である。

従来ＬＥＤアレイ２００としては、絶縁性支持基板の上に、４つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）２０１を基板上に配置し直列接続したものが一般的である。ＧａＮ系白色ＬＥＤ素子を例にとると、サファイア基板上にＬＥＤ構造を形成後、支持基板を貼りあわせ、サファイア基板を剥離し、電極を形成することが行われる。

個々のＬＥＤ素子２０１は、ｎ型ＧａＮ層２２１、活性層２２２、ｐ型ＧａＮ層２２３からなるＧａＮ系発光部２０２と、発光部２０２の裏面に形成されたｐ側電極２１２と、発光部２０２の右側短辺に一定間隔を置いて平行に配置される引き出し電極（第１配線層）２１１及び発光部２０２の表面に発光部２０２の長辺と平行に配置され、ｎ型ＧａＮ層２２１と引き出し電極２１１とを接続する引き出し電極（第２配線層）２０８とを有している。左右に隣接するＬＥＤ素子２０１は、右側素子のｐ側電極２１２上に左側素子の引き出し電極２１１が形成されることにより、左側素子のｎ型ＧａＮ層２２１と右側素子のｐ型ＧａＮ層２２３が接続されている。

蛍光体層２３１は、基板２３０上に実装された複数の発光素子２０１を封止する。例えば、発光素子２０１が青色ＬＥＤ素子であるとき、蛍光体として黄色蛍光体を組み合わせることにより、白色発光させるＬＥＤアレイ２００を作成することができる。この場合、透光性樹脂に予め黄色蛍光体を含有させ、蛍光体を含有させた透光性樹脂（蛍光体含有樹脂）で発光素子２０２を封止する。

なお、図７（Ａ）の発光部２０２に施したハッチングは発光輝度分布を表し、ハッチングの密度が高くなるに従い輝度が高くなることを表している。

特開２００１−１５６３３１号公報

図７（Ｃ）及び（Ｄ）は、図７（Ａ）に示すＬＥＤアレイ２００の直線ｅｆ間における輝度分布を概略的に表す図である。図７（Ｃ）は、ＬＥＤアレイ２００が蛍光体層２３１を備えない場合の、青色発光素子としての直線ｅｆ間における輝度分布を表し、図７（Ｄ）は、ＬＥＤアレイ２００が蛍光体層２３１を備えた場合の、白色発光素子としての直線ｅｆ間における輝度分布を表す。

図７（Ｃ）に示すように、蛍光体層２３１がない青色発光の状態では、従来、輝度分布が素子面内において一様でフラットなものとなっている。しかし、このようなフラットな輝度分布を持つ青色発光素子に蛍光体層２３１を形成して白色化すると、素子面内において縦方向（図中Ｈ方向）の中心部の輝度（最大輝度）が端部の輝度（基準輝度）に比べて約１．２〜１．６７倍になり、図７（Ｄ）に示すような縦方向の中心部が明るく、端部に行くに従い徐々に暗くなるという輝度分布（ランバーシアン配光）が形成されてしまう。このようなＬＥＤアレイ２００を用いてヘッドランプ等を構成すると、照射像に大きな輝度ムラが生じる。

本発明の目的は、発光輝度分布の形成を抑制した半導体発光素子アレイを提供することである。

また、本発明の他の目的は、照射像の輝度ムラを抑制した車両用灯具を提供することである。

本発明の一観点によれば、第１の方向に長い基板上に複数の半導体発光素子が形成された半導体発光素子アレイは、前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、前記基板上に形成された電極層と、前記電極層上に形成され、前記電極層に電気的に接続されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型半導体層とを有する半導体発光層と、前記半導体発光層の一辺に沿って、該一辺と平行に形成された第１配線層と、前記第１配線層から前記半導体発光層にかけて延在し、前記半導体発光層の表面において、前記ｎ型半導体層と電気的に接続される複数の第２配線層と、前記半導体発光層の上方に形成される蛍光体層とを有し、前記半導体発光層の平面形状が、前記基板の長辺方向に平行な底辺と、該底辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む少なくとも１つの辺を有し、前記半導体発光層の前記第１の方向の幅が前記底辺から離れるに従い減少する形状であり、前記第１配線層は前記半導体発光層の前記底辺と平行に形成されている。

本発明によれば、発光輝度分布の形成を抑制した半導体発光素子アレイを提供することができる。

また、本発明によれば、照射像の輝度ムラを抑制した車両用灯具を提供することができる。

本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００及びＬＥＤ素子１０１の概略平面図、回路図及び断面図である。本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の発光輝度分布を概略的に表す図である。本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００を組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）５０の構成を表す概念図である。本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明するための概略断面図である。本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明するための概略断面図である。本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の他の製造方法を説明するための概略断面図である。従来例によるＬＥＤアレイ４００の概略平面図、断面図及び発光輝度分布を表す図である。

図１（Ａ）は、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の概略平面図であり、図１（Ｂ）は、ＬＥＤアレイ１００の等価回路図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の直線ａｂ間のＬＥＤアレイ１００の簡略化した断面図である。なお、図１（Ａ）中発光部２に施したハッチングは発光輝度分布を表し、ハッチングの密度が高くなるに従い輝度が高くなることを表している。

本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００は、絶縁層７が形成された図中Ｗ方向に長い支持基板３０上に、該Ｗ方向に沿って８つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１０１（１０１ａ及び１０１ｂ）を配置し、直列接続したものである。

車両のヘッドランプや照明に用いるためのＬＥＤ素子には大出力が求められているが、単純に素子面積を大きくするだけだと駆動電流が大きくなってしまうということや、均一に電流を流すことが難しくなってしまうことから、本実施例では、複数のＬＥＤ素子１０１をアレイ化し、ＬＥＤアレイ１００としている。またそれぞれのＬＥＤ素子１０１に同じ電流値を流すには、直列接続が好ましい。

また、車両のヘッドランプに用いる場合には、地表面近傍を照明することが要求され、ＬＥＤアレイ１００は横方向に長い（図中Ｗ方向に長い）形状であることが好ましい。ＬＥＤアレイ１００の寸法は、例えば、幅５ｍｍ以上、高さ１ｍｍ以下に設定される。

個々のＬＥＤ素子１０１は、支持基板３０の上記Ｗ方向に沿った辺に平行な底辺を有する三角形状であり、ｎ型ＧａＮ層２１、活性層２２、ｐ型ＧａＮ層２３からなるＧａＮ系発光部（デバイス構造層）２と、発光部２の裏面に形成され該発光部の上下いずれかの前記三角形状の頂点から露出するｐ側電極１２と、ｐ側電極が露出する頂点とは逆側の前記三角形状の底辺と一定間隔を置いて平行に配置される引き出し電極（第１配線層）１１及び発光部２の表面上にＬＥＤアレイ１００の短辺に平行に配置され、ｎ型ＧａＮ層２１と引き出し電極１１とを接続する引き出し電極（第２配線層）８とを有している。

蛍光体層３１は、基板３０上に実装された複数の発光素子１０１を封止する。例えば、発光素子１０１が青色ＬＥＤ素子であるとき、蛍光体として黄色蛍光体を組み合わせることにより、白色発光させるＬＥＤアレイ１００を作成することができる。この場合、透光性樹脂に予め黄色蛍光体を含有させ、蛍光体を含有させた透光性樹脂（蛍光体含有樹脂）で発光素子１０２を封止する。

個々のＬＥＤ素子１０１は、それぞれ左右に隣接するＬＥＤ素子１０１と直列に接続されており、ＬＥＤ素子１０１ａの引き出し電極１１は、左側に位置するＬＥＤ素子１０１ｂのｐ側電極１２と電気的に接続され、ＬＥＤ素子１０１ａのｐ側電極１２は右側に位置するＬＥＤ素子１０１ｂの引き出し電極１１と電気的に接続されている。ＬＥＤアレイ１００の端部に位置するＬＥＤ素子１０１ａのｐ側電極１２及びＬＥＤ素子１０１ｂの引き出し電極１１はそれぞれ給電パッド１３に接続されている。

ＬＥＤ素子１０１ａは、ＬＥＤアレイ１００の上長辺側に該長辺に平行に給電側である引き出し電極１１が配置され、そこからｎ型ＧａＮ層２１上にかけて引き出し電極８がＬＥＤアレイ１００の短辺に平行に配置されるため、図中上から下にかけて徐々に注入電流が減少する。発光部２の平面形状が三角形状であるため、下方向に進むにつれ、発光部のＷ方向の幅が減少し、発光部２の三角形状の頂点付近では、輝度が低下する。そのため、上側が明るく、下側が暗くなる発光輝度分布を有する。

ＬＥＤ素子１０１ｂは、ＬＥＤ素子１０１ａとは逆に、ＬＥＤアレイ１００の下長辺側に該長辺に平行に給電側である引き出し電極１１が配置され、そこからｎ型ＧａＮ層２１上にかけて引き出し電極８がＬＥＤアレイ１００の短辺に平行に配置されるため、図中下から上にかけて徐々に注入電流が減少する。発光部２の平面形状が三角形状であるため、上方向に進むにつれ、発光部のＷ方向の幅が減少し、発光部２の三角形状の頂点付近では、輝度が低下する。そのため、下側が明るく、上側が暗くなる発光輝度分布を有する。

すなわち、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面には、引き出し電極１１側にピーク（最大輝度部）を持ち、図中下方向（Ｈ方向）に引き出し電極１１から離れるに従い徐々に減少する輝度分布が形成される。ＬＥＤ素子１０１ｂの発光面にもＬＥＤ素子１０１ａと同様の輝度分布が形成されるが、ＬＥＤ素子１０１ｂでは引き出し電極１１が下側の長辺に沿って形成されるため、ＬＥＤ素子１０１ａの発光面とは逆に、下側長辺にピークを持ち、上方向にかけて徐々に減少する輝度分布が形成される。

なお、ＬＥＤ素子１０１ａとＬＥＤ素子１０１ｂは、ｐ側電極１２、引き出し電極１１、引き出し電極８の配置等の電極パターンが異なり、その他の構造は同一であり、ＬＥＤ素子１０１ａの電極パターンを上下に反転（１８０度回転）したものがＬＥＤ素子１０１ｂである。

本実施例では、発光部２の一方の長辺（図１（Ａ）では下側の長辺）側に引き出し電極（第１配線層）１１を配置し、当該一方の長辺から他方の長辺近傍に向かって延在する引き出し電極（第２配線層）８を有するＬＥＤ素子１０１ａと、他方の長辺（図１（Ａ）では上側の長辺）側に引き出し電極（第１配線層）１１を配置し、当該他方の長辺から上記一方の長辺近傍に向かって延在する引き出し電極（第２配線層）８を有するＬＥＤ素子１０１ｂとをＬＥＤアレイ１００の長辺方向に交互に配列する。

図２（Ａ）は、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００において、蛍光体層３１が形成されていない場合の青色発光輝度分布を表平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の直線ｃｄ間における蛍光体層３１が形成されていない場合のＬＥＤアレイ１００の発光輝度分布を概略的に表す図である。なお、図２（Ａ）に施したハッチングは発光輝度分布を表し、ハッチングの密度が高くなるに従い輝度が高くなることを表している。

図１（Ａ）に示すようにＬＥＤ素子１０１を配列することにより、発光部２の頂点付近の非常に輝度が低い領域は両側に隣接する他のＬＥＤ素子１０１の輝度が高い底辺近傍領域にはさまれることとなる。頂点付近は、輝度が非常に低くなっているものの、Ｗ方向の幅が非常に狭くなっているので、両側に隣接するＬＥＤ素子１０１の底辺近傍の発光が拡散等することにより、ＬＥＤアレイ１００全体としては、当該部分の輝度は低下しない。これに対して、Ｈ方向の中心部では、隣接するＬＥＤ素子１０１のいずれも底辺近傍に比較して低い輝度を有しているので、図２（Ａ）に示すように、蛍光体層３１がない状態の青色発光ＬＥＤアレイ１００全体としては、Ｗ方向の中心部近傍領域では、底辺近傍領域に比較して低い輝度分を有することとなる。

図２（Ｂ）に示すように、本発明の実施例では、Ｗ方向の中心部近傍領域の輝度（基準輝度）が、底辺近傍領域（最大輝度）の約０．６〜０．８３倍（本実施例では、０．６７倍とする）になるように設定される。すなわち、図７（Ｄ）に示したような、蛍光体層によるランバーシアン配光（中心部が明るく周囲に行くほどなだらかに暗くなる輝度分布）とは、逆のＭ型の輝度分布を意図的に形成する。

蛍光体層３１を形成すると、図７（Ｄ）に示したように、Ｗ方向の中心部近傍領域における輝度が、端部近傍領域における輝度に比較して約１．２〜１．６７倍（本実施例では、１．５倍程度とする）になってしまうので、本実施例のように、蛍光体層３１がない状態の青色発光において、Ｗ方向の中心部近傍領域の輝度（基準輝度）が、底辺近傍領域（最大輝度）の約０．６７倍程度になるように、あえて発光輝度分布をつけることにより、図２（Ｃ）に示すように、蛍光体層３１が形成されて白色発光となった場合における発光輝度分布を平坦化することが可能となる。

なお、本明細書において、三角形状とは、完全な三角形に限らず、設計及び製造上の誤差を含むのはもちろん、それぞれの角が丸められたものや面取りされたものなど、三角形に近似する形状を含む。また、三角形は、図に示すような正三角形に限らず、二等辺三角形や、直角三角形等でもよい。要するに、底辺がＬＥＤアレイ１００の長手方向の辺に平行に配置され、頂点が長手方向の他の辺側に配置される三角形状であれば良い。

なお、本実施例では、引き出し電極１１をＬＥＤ素子１０１の長辺に沿って配置するため、短辺に沿って配置する従来技術に比べて、ＬＥＤ素子１０１間の間隔を狭くすることができる。したがって、ＬＥＤ素子１０１間領域の輝度低下をさらに抑制することができる。

図３は、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００を組み込んだ車両用灯具（ヘッドランプ）５０の構成を表す概念図である。

ヘッドランプ５０は、ＬＥＤアレイ１００からなる光源と、複数の小反射領域に区画されたマルチリフレクタである反射面１０３、シェード１０４及び照射レンズ１０５を含む照射光学系５１とを含んで構成される。

光源（ＬＥＤアレイ）１００は、照射方向（発光面）が上向きとなるように配置され、反射面１０３は、第１焦点が光源１０２近傍に設定され、第２焦点がシェード１０４の上端縁近傍に設定された回転楕円形の反射面であり、光源１０２からの光が入射するように、光源１０２の側方から前方にかけての範囲を覆うように配置されている。

反射面１０３は、光源１００の光源像１０６を車両前方に照射し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン（照射面）１０７上に、光源像１０６が照射されるように構成されている。

シェード１０４は、反射面１０３からの反射光の一部を遮光してヘッドランプに適したカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を照射レンズ１０５の焦点近傍に位置させた状態で照射レンズ１０５と光源１０２の間に配置されている。

照射レンズ１０５は、車両前方側に配置され、反射面１０３からの反射光を照射面１０７上に照射する。

図４及び図５を参照して、本発明の実施例によるＬＥＤアレイ１００の製造方法を説明する。図４及び図５は、図１の直線ａｂ間の概略断面図であるので、図中１つの窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１０１ａのみが表されているが、実際には、複数のＬＥＤ素子１０１ａ及び１０１ｂが交互に配列されて同一基板上に同時に形成される。なお、以下の製造方法は、あくまでも一例であり、これに限られるものではない。

まず図４（Ａ）に示すように、サファイアからなる透明基板１を準備し、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて窒化物系半導体からなるデバイス構造層（ＧａＮ系発光部）２を形成する。具体的には、例えば、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置に投入後、サーマルクリーニングを行い、ＧａＮバッファ層２０を成長した後に、Ｓｉ等をドープした膜厚５μｍ程度のｎ型ＧａＮ層２１、ＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸発光層（活性層）２２、Ｍｇ等をドープした膜厚０．５μｍ程度のｐ型ＧａＮ層２３を含むＧａＮ系発光部２を順次成長させる。なお、本願図４及び図５に示す断面図は、説明の便宜上、縮尺を変更している。透明基板１は、ＧａＮのエピタキシャル成長が可能な格子定数を有する単結晶基板であり、後でレーザーリフトオフによる基板剥離を可能にするよう、ＧａＮの吸収端波長である３６２ｎｍの光に対して透明なものから選択される。サファイア以外に、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ等を用いても良い。

次に図４（Ｂ）に示すように、デバイス構造層２表面（ｐ型ＧａＮ層２３表面）に、電子ビーム蒸着法により膜厚２００ｎｍのＡｇ層を形成し、フォトリソグラフィによってパターニングされたｐ電極層（第１電極層）３を形成する。その後、ｐ電極層３の周辺のデバイス構造層２上（ｐ型ＧａＮ層２３上）に、スパッタ法を用いてｐ電極層３と同じ膜厚のＳｉＯ_２からなるエッチングストップ層４を形成する。エッチングストップ層４は、図５（Ｂ）を参照して後述するエッチング工程においてエッチストッパーとして機能する。

次に、ｐ電極層３及びエッチングストップ層４を含む領域に、スパッタ法を用いて膜厚３００ｎｍのＴｉＷからなる拡散防止層５を形成する。拡散防止層５はｐ電極層３に用いた材質の拡散を防止するためのもので、ｐ電極層３にＡｇを含む場合には、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ及びこれらの合金を拡散防止層５として用いることができる。続けて、拡散防止層５上に、スパッタ法等によりＳｉＯ_２からなる絶縁層７ａを形成し、その上に、電子ビーム蒸着法を用いて膜厚２００ｎｍのＡｕからなる第１接着層６を形成する。

なお、ｐ電極層３と拡散防止層５からなるｐ側電極１２の平面形状は、図１（Ａ）に示すように、デバイス構造層２の頂点側からデバイス構造層２外側に一部が突出するように形成される。この突出した領域において、隣接するＬＥＤ素子１０１の引き出し電極１１と電気的に接続される。

次に、図４（Ｃ）に示すように、レジストマスク及び塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、デバイス構造層２を複数の平面形状が三角形状の素子に分割する。分割されたデバイス構造層２の側面は、上方に向かって断面積が減少する形状となる。このとき、各素子間の間隔ｇ（図１（Ｃ））は、１５０μｍ以下、好ましくは３０μｍ程度に設定する。

次に、図４（Ｄ）に示すように、Ｓｉからなる支持基板１０を用意し、その上に抵抗加熱蒸着法を用いて膜厚１μｍのＡｕＳｎ（Ｓｎ：２０ｗｔ％）からなる第２接着層９を形成する。支持基板１０は熱膨張係数がサファイア（７．５×１０^−６／Ｋ）やＧａＮ（５．６×１０^−６／Ｋ）に近く、熱伝導率が高い材料が好ましい。例えば、Ｓｉ、ＡｌＮ、Ｍｏ、Ｗ、ＣｕＷ等を用いることができる。第１接着層６の材質と第２接着層９の材質は、融着接合が可能な、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｉｎ、Ｐｄ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｉｎ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ｎｉ−Ｓｎ等を含む金属や、拡散接合が可能なＡｕを含む金属を用いることができる。

次に、図４（Ｅ）に示すように、第１接着層６と第２接着層９を接触させ、圧力３ＭＰａで加圧した状態で３００℃に加熱して１０分間保持した後、室温まで冷却することにより融着接合を行う。

その後、ＵＶエキシマレーザの光をサファイア基板１の裏面側から照射し、バッファ層２０を加熱分解することで、図４（Ｆ）に示すように、レーザーリフトオフによるサファイア基板１の剥離を行う。なお、基板１の剥離あるいは除去は、エッチング等の別の手法を用いてもよい。

次に、図５（Ａ）に示すように、デバイス構造層２の端部が露出するようにフォトレジストＰＲを形成する。その後、塩素ガスを用いたドライエッチング法により、フォトレジストＰＲから露出したデバイス構造層２の端部をエッチングストップ層４が露出するまでエッチングする。これにより図５（Ｂ）に示すように、デバイス構造層２の側壁は、支持基板１０を下にした場合に上方に向かって断面積が減少するテーパ状となる。

次に、図５（Ｃ）に示すように、上述した工程で形成した素子の上面全体に、スパッタ法等によりＳｉＯ_２からなる保護膜（絶縁膜）７ｂを形成し、その後、デバイス構造層２上に形成された保護膜７ｂの一部を緩衝フッ酸を用いてエッチングして、透明基板１の剥離によって露出したデバイス構造層２の表面（ｎ型ＧａＮ層２１の表面）の一部を露出させる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、電子ビーム蒸着法により、膜厚１０ｎｍのＴｉ層、膜厚３００ｎｍのＡｌ層、膜厚２μｍのＡｕ層をこの順序で積層し、リフトオフによってパターニングすることにより、デバイス構造層２の底辺に近接した位置に、当該底辺に平行な、例えば、幅４０μｍ程度の引き出し電極（第１配線層）１１と、これと電気的に接続された、ＬＥＤアレイ１００の短辺に平行な、例えば、幅１０μｍ程度の引き出し電極（第２配線層）８を同時に形成する。なお、引き出し電極１１の線幅は２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。また、引き出し電極８の線幅は２０μｍ以下３μｍ以上であることが好ましい。また、引き出し電極１１の線幅は、引き出し電極８の線幅よりも広いことが望ましい。なお、引き出し電極８はＬＥＤアレイ１００の短辺に平行で長辺に垂直に形成されるが、例えば、斜辺に平行にするなど、長辺に平行でなければ必ずしも短辺に平行でなくても良い。

引き出し電極１１は、隣接した素子ではお互いに異なる長辺に近接して形成される。引き出し電極８は、上述の工程で露出されたデバイス構造層２の表面（ｎ型ＧａＮ層２１の表面）の一部と電気的に接続されている。ｎ側（ｎ型ＧａＮ層２１）に接続する引き出し電極１１及び引き出し電極８は、ｎ型ＧａＮ層２１の表面上に形成されるので、輝度を損なわないように、図１に示すような引き出し電極１１を基部とし、引き出し電極８を櫛の歯とする櫛歯形の平面形状となっている。

引き出し電極１１を形成する位置は、デバイス構造層２から発せられる光の取り出しを妨げないようにするために、デバイス構造層２以外の領域が望ましい。しかしデバイス構造層２から離れすぎると、引き出し電極８での配線抵抗が大きくなるため、デバイス構造層２の長辺と引き出し電極１１の間隔は５０μｍ以内であることがより望ましい。引き出し電極１１は隣接した素子のｐ電極層３と電気的に接続され、複数の素子が直列に接続された発光素子アレイ１００が形成される。なお、一枚の基板から複数のＬＥＤアレイ１００を製造する場合は、スクライブ後ブレイキングして素子分離を行う。

続いて、図５（Ｄ）に示すように、蛍光体層（蛍光体含有樹脂層）３１で、基板３０上に実装された複数のＬＥＤ素子１０１を封止する。ＬＥＤ素子１０１を蛍光体層３１により封止した後に、高温で樹脂硬化させることにより、ＬＥＤアレイ１００を完成させることができる。

蛍光体層３１の厚さは、例えば、２０〜２００μｍに設定され、好ましくは、５０〜１００μｍ程度である。また、蛍光体含有樹脂は、透光性樹脂材料に対して求める色温度になるように蛍光体を測量し、攪拌によって混合することによって作製する。透光性樹脂材料としては、シリコーン、エポキシ及びシリコーンとエポキシが混合されたハイブリッドタイプの樹脂を用いることが好ましい。黄色蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いることが好ましい。なお、蛍光体含有樹脂には、この他、拡散材や増粘材等を混合することも可能である。ＬＥＤ素子１０１を封止する手法としては、印刷、ディスペンスなどが考えられるが、寸法精度の観点より印刷による封止が好ましい。なお、蛍光体層３１の材料や厚さ等の製造条件を変化させても、中心部の輝度が周辺部に比較して１、５倍程度となることに変わりはない。

なお、デバイス構造層２は、図６に示すように長辺の一辺のみが下方に向かって外側に広がる斜面となるように加工されていても良い。この場合、図５（Ａ）に示すフォトレジスト形成工程において、デバイス構造層の長辺の一辺にのみ露出されるようにフォトレジストを形成し、図５（Ｂ）に示すエッチング工程では、該デバイス構造層２の長辺の一辺のみを塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることにより、長辺の一辺のみが下方に向かって外側に広がる斜面となる形状に加工する。また、引き出し電極８は、長辺の一辺に形成された斜面に沿って形成される。なお、このとき隣接するＬＥＤ素子１０１では、上下に異なる側の長辺が下方に向かって外側に広がる斜面に加工されているようにする。

以上、本発明の実施例によれば、発光部２の平面形状を底辺が長方形のＬＥＤアレイ１００の一方の長辺に沿って平行に形成され、頂点が他方の長辺側に配置されるような形状（例えば、三角形状）にすることにより、蛍光体層３１を形成して白色化する前の青色ＬＥＤ素子１０１を複数有する長方形のＬＥＤアレイ１００の輝度分布を、縦方向（短辺方向）の中心部を基準輝度とした場合に、長方形のＬＥＤアレイ１００の長辺に近い側に、基準輝度の１．２〜１．６７倍の輝度を有する最大輝度領域が形成されるようにする。このようにすることにより、蛍光体層３１を形成して白色化した場合に、面内にフラットな白色輝度分布を得ることが可能となる。

また、引き出し電極１１をＬＥＤ素子１０１の長辺に沿って配置するため、ＬＥＤ素子１０１間の間隔ｇを狭くして、ＬＥＤ素子１０１間の輝度低下を抑制することができる。

また、発光面の斜辺は、直線に限らず曲線で構成されていても良い。また、直線と曲線の組み合わせでも良く、異なる傾斜角の直線の組み合わせでも良い。少なくとも、ＬＥＤアレイの長辺に対して傾斜を有する部分を有する辺であれば良い。すなわち、発光部２の平面形状は三角形状や三角形に近似する形状に限らず、ホームベース形状のような五角形や一つの頂点を鋭角とした四角形、台形など、ＬＥＤアレイ１００の長辺に平行な底辺と、該底辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む少なくとも１つの辺を有する形状であって、底辺から離れるに従い発光部２の横方向の幅が徐々に減少する形状であればよい。

以上、実施例、及び変形例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

１…サファイア基板、２…デバイス構造層（ＧａＮ系発光部）、３…ｐ電極層（第１電極層）、４…エッチングストップ層、５…拡散防止層、６…第１接着層、７…絶縁膜、８…引き出し電極（第２ｎ電極層）、９…第２接着層、１０…シリコン（Ｓｉ）支持基板、１１…引き出し電極（第１ｎ電極層）、１２…電極層、２０…バッファ層、２１…ｎ型ＧａＮ層、２２…活性層、２３…ｐ型ＧａＮ層、３１…蛍光体層（波長変換層）、５０…ヘッドランプ、５１…投射光学系、１００…ＬＥＤアレイ、１０１…窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）、１０３…反射面、１０４…シェード、１０５…照射レンズ、１０６…光源像、１０７…照射面

Claims

第１の方向に長い基板上に複数の半導体発光素子が形成された半導体発光素子アレイであって、
前記複数の半導体発光素子のそれぞれが、
前記基板上に形成された電極層と、
前記電極層上に形成され、前記電極層に電気的に接続されたｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｎ型半導体層とを有する半導体発光層と、
前記半導体発光層の一辺に沿って、該一辺と平行に形成された第１配線層と、
前記第１配線層から前記半導体発光層にかけて延在し、前記半導体発光層の表面において、前記ｎ型半導体層と電気的に接続される複数の第２配線層と、
前記半導体発光層の上方に形成される蛍光体層とを有し、
前記半導体発光層の平面形状が、前記基板の長辺方向に平行な底辺と、該底辺に垂直な線に対して傾斜する部分を含む少なくとも１つの辺を有し、前記半導体発光層の前記第１の方向の幅が前記底辺から離れるに従い減少する形状であり、前記第１配線層は前記半導体発光層の前記底辺と平行に形成されている半導体発光素子アレイ。
前記形状は三角形である請求項１記載の半導体発光素子アレイ。
隣接する半導体発光素子間においては、前記第１配線層が交互に上下に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子アレイ。
前記蛍光体層がない状態の前記半導体発光素子アレイは、前記基板の短辺方向の中心部を基準とした場合に、前記基板の長辺に近い両側により大きな輝度を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子アレイ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子アレイと、
前記半導体発光素子アレイの照射像が照射面において重なるように照射する光学系と
を有する車両用灯具。