JP6062431B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を光源として備える半導体発光装置に関する。

従来、半導体発光素子を光源として備える半導体発光装置が知られている。こうした半導体発光装置には、一般的に、窒化物系半導体を用いた発光素子（発光ダイオード素子）が搭載される。窒化物系半導体を用いた発光素子として、サファイア基板等の透明基板を用いた半導体発光素子が知られている。このような半導体発光素子では、透明基板上に発光層を含む窒化物系半導体の多層膜が形成される。多層膜上には、通常、透光性電極及びパッド電極等の電極層が形成される。

半導体発光素子において、発光層から下方に出射された光は透明基板に入射し、基板裏面側にて反射される。基板裏面側で反射された光は、半導体発光素子の上部に戻っていき、その一部は半導体の多層膜に入射する。多層膜に入射した光は多層膜等を透過して発光素子の外部に取出されるが、一部の光は透光性電極、パッド電極及び発光層等に吸収される。そのため、基板裏面側で反射した光を発光素子の上面側（多層膜が形成されている側）から取出すよりも、透明基板の側面から取出す方が光取出し効率が向上する。

例えば、透明基板としてサファイア基板を用い、サファイア基板の側面から直接空気中に光が取出される場合を考えると、サファイア基板（屈折率＝１．７８）の側面と、空気（屈折率＝１．０）の界面における全反射角度（θ_ｓｉｄｅ：光が基板側面に垂直方向に対しこの角度以上の角度で入射すると全反射するという角度）は、θ_ｓｉｄｅ≧３４．１８°となる。つまり、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射した光のうち、直接あるいはサファイア基板の裏面で反射してサファイア基板の側面方向へ向かった光の中で、基板側面の垂直方向に対し３４．１８°≦θ_ｓｉｄｅ≦９０°でサファイア基板の側面に入射した光は、サファイア基板側面から取り出されることなく、サファイア基板上に形成された発光層を含む窒化物系半導体の多層膜側に戻ることになり、一方、θ_ｓｉｄｅ＜３４．１８°の入射角度を持った光は、サファイア基板の側面から空気中に出射される。

半導体発光素子は、通常、ステム等にマウントされた後、屈折率が１．４〜１．５程度の透明樹脂で封止される。この場合、透明基板と透明樹脂との屈折率差は、透明基板と空気との屈折率差に比べて小さいため、透明基板の側面が空気と接している場合に比べて、透明基板の側面において光が全反射し難くなる。そのため、透明基板の側面から効率よく光を取出し易くなる。

例えば、封止樹脂の屈折率を１．５とすると、サファイア基板の側面との界面における全反射角度は、θ_ｓｉｄｅ≧５７．４３°となる。つまり、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射した光のうち、直接又はサファイア基板の裏面で反射してサファイア基板の側面方向へ向かった光の中で、基板側面の垂直方向に対し５７．４３°≦θ_ｓｉｄｅ≦９０°でサファイア基板の側面に入射した光は、サファイア基板側面から取り出されることなく、サファイア基板上に形成された発光層を含む窒化物系半導体の多層膜側に戻ることになり、一方、θ_ｓｉｄｅ＜５７．４３°の入射角度を持った光は、サファイア基板の側面から透明樹脂中に出射される。この様に、半導体発光素子を透明樹脂で封止することにより、サファイア基板の側面からより多くの光を取出すことが可能になるが、サファイア基板の側面で全反射する光も一定量残るため、全反射光を極力少なくするような、光取出し効率の更なる向上が必要であった。

こうした問題に対して、後掲の特許文献１は、透明基板の裏面に凹凸を形成することを提案している。特許文献１では、従来、発光層から下方に出射されサファイア基板に入射し、サファイア基板の裏面で鏡面反射して再び発光層側へ戻っていた光が、この凹凸によって従来と異なる角度で反射されるため、基板の側面から光を取出しやすくなる。特許文献１において、透明基板の裏面が空気と接している場合は、その屈折率差が大きいため、凹凸構造によって強い光散乱効果が得られる。そのため、外部光取出し効率が改善する。

特開２００２−３６８２６１号公報

しかし、一般に、発光素子をステム等にマウントする際には、ダイボンドペーストとして屈折率１．５程度の透明シリコーン樹脂等を用いるため、そうした場合、屈折率差が小さくなり、凹凸構造による光散乱効果が抑制される。そのため、特許文献１に記載の発光素子を用いて半導体発光装置を構成した場合、外部光取出し効率を向上させることが困難となる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発明の１つの目的は、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の一の局面に係る半導体発光装置は、透明基板を含む半導体発光素子と、半導体発光素子が搭載される基板と、蛍光体を含み、半導体発光素子を基板上に固定する透光性を有する接着層と、蛍光体を含み、半導体発光素子を封止する封止部材とを含む。接着層は封止部材に含まれる蛍光体の平均粒径以下の厚みを有する。

透明基板を含む半導体発光素子は、透光性を有する接着層を介して、基板上に固定される。半導体発光素子から下方に出射された光は透明基板を透過して接着層に入射する。接着層には蛍光体が含有されているため、半導体発光素子からの光はこの蛍光体に一旦吸収されて、より長波長の光に波長が変換される。波長が変換された光は蛍光として蛍光体から出射される。さらに、接着層に含有される蛍光体によって、光の反射方向（蛍光の出射方向）が変えられるため、透明基板の側面から光を取出しやすくできる。

接着層中の蛍光体から上方に出射された光は、その出射角度によって、透明基板の側面又は半導体発光素子の上部に達する。ここで、半導体発光素子から出射される光よりも波長が長い光は半導体発光素子での再吸収が抑制される。蛍光体から出射される光は、長波長側に波長変換されているので、半導体発光素子の上部に達した場合でも、半導体発光素子での再吸収が抑制される。このように、接着層に蛍光体を含有することによって、透明基板の側面からの光取出しを容易にできるとともに、半導体発光素子での再吸収を抑制できるので、外部光取出し効率を向上できる。

さらに、接着層の厚みを封止部材に含まれる蛍光体の平均粒径以下とすることによって、接着層の厚みが大きくなり過ぎるのを抑制できる。これにより、接着層の厚みが大きくなり過ぎることに起因する放熱性の低下を抑制できる。その結果、放熱性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できるので、輝度の高い半導体発光装置が得られる。

好ましくは、接着層に含まれる蛍光体の平均粒径は２００ｎｍ以下である。

接着層に含まれる蛍光体の平均粒径を２００ｎｍ以下とすることにより、容易に、接着層の厚みを封止部材に含まれる蛍光体の平均粒径以下にできる。そのため、容易に、放熱性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できる。

この場合において、好ましくは、接着層に含まれる蛍光体の平均粒径は１００ｎｍ以下である。

接着層に含まれる蛍光体の平均粒径を１００ｎｍ以下とすることにより、より容易に、放熱性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できる。

さらに好ましくは、基板は、光反射面を有し、半導体発光素子は、上記光反射面上に搭載されている。

基板の光反射面上に半導体発光素子を搭載することにより、接着層中の蛍光体から下方（基板側）に出射された光は、光反射面によって上方（半導体発光素子側）に反射される。また、接着層中の蛍光体に入射されずに基板の光反射面に達した光も、光反射面によって上方（半導体発光素子側）に反射できる。光反射面で反射された光は、透明基板の側面及び半導体発光素子の上面から取出される。そのため、外部光取出し効率が一層向上する。

さらに好ましくは、接着層に含まれる蛍光体は、封止部材に含まれる蛍光体に比べて、発光波長の長い蛍光を発する。

封止部材に含まれる蛍光体に比べて、発光波長の長い蛍光を発する蛍光体を接着層に含有することにより、接着層中の蛍光体から出射された光（蛍光）が封止部材中の蛍光体で吸収されるのを抑制できる。これにより、外部光取出し効率がより一層向上する。

透明基板は、サファイア基板、窒化物系半導体基板及びＳｉＣ基板のいずれかであるのが好ましい。

さらに好ましくは、接着層はシリコーン樹脂からなる。

シリコーン樹脂は、半導体発光素子から出射される光の透過性が高い。接着層にシリコーン樹脂を用いることにより、接着層中の蛍光体によって効率よく光を波長変換できる。そのため、透明基板の側面からの光取出しをより一層容易にできる。

以上より、本発明によれば、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光装置を容易に得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光装置を模式的に示す断面図である。 図１に示す半導体発光装置に搭載される半導体発光素子の断面図である。 金属材料の反射率を示す図である。 接着層に含有される蛍光体の平均粒径と半導体発光装置の光束との関係を示す図である。 接着層に含有される蛍光体の平均粒径とジャンクション温度との関係を示す図である。 半導体発光素子から出射された光の光路を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明及び図面においては、同一の部品又は構成要素には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同様である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（第１の実施の形態）
［全体構成］
図１を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置５０は、光源としての半導体発光素子１００と、この半導体発光素子１００が搭載（実装）される反射基板６０（パッケージ基体）と、反射基板６０における半導体発光素子１００が搭載される面上に形成され、半導体発光素子１００を封止する封止部材８０とを含む。

半導体発光素子１００は窒化物半導体を用いて形成された発光ダイオード素子（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップ）からなる。

反射基板６０は例えばメタルコア基板からなる。メタルコア基板は、銅ベースの金属基板からなり、その表面に反射率を高めるためのＡｇメッキ等が施されている。この反射基板６０は、半導体発光素子１００から発せられる光を反射する光反射面６２を含む。メタルコア基板において、Ａｇメッキ等が施された面が光反射面６２である。光反射面６２上には、接着層７０を介して、上記半導体発光素子１００が固定されている。接着層７０はダイボンドペーストによって形成されている。この接着層７０には蛍光体７２が分散されている。

さらに、反射基板６０には２本のリード端子６４及び６６が取付けられている。これらリード端子６４及び６６は、反射基板６０の厚み方向に貫通するように取付けられることによって、一方の端部が半導体発光素子１００が搭載される面側に突出している。リード端子６４及び６６は、反射基板６０に対して絶縁固定されている。リード端子６４及び６６は、半導体発光素子１００が搭載される面側に突出している部分において、それぞれ、例えば金線からなるワイヤ９０及び９２を介して半導体発光素子１００と電気的に接続されている。

封止部材８０は、透光性を有する透明樹脂からなり、反射基板６０の光反射面６２上において、半導体発光素子１００を封止するように形成されている。封止部材８０中には、半導体発光素子１００からの光で励起されて蛍光を発する蛍光体８２が分散されている。

［半導体発光素子１００］
図２を参照して、半導体発光素子１００は、自身が発する光に対して透光性を有する透明基板１１０を備える。透明基板１１０は、主面１１０ａと側面１１０ｂとを持つ。本実施の形態では、透明基板１１０にサファイア基板を用いている。この透明基板１１０の厚みは例えば約１２０μｍである。透明基板１１０の主面１１０ａ上には、半導体多層膜を含む多層構造体１５０が形成されている。この多層構造体１５０は、透明基板１１０側から順に形成された、ｎ型層１２０、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有するＭＱＷ発光層１３０、及び、ｐ型層１４０を含む。

ｎ型層１２０は、透明基板１１０の主面１１０ａ上に、バッファ層、下地層、ｎ型窒化物半導体層、低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造、及び、中間層である超格子層（以上、いずれも図示せず。）が主面１１０ａ側からこの順に形成されることによって構成されている。なお、本明細書において、超格子層とは、非常に薄い結晶層を交互に積層することにより、その周期構造が基本単位格子よりも長い結晶格子からなる層を意味する。ｐ型層１４０は、ＭＱＷ発光層１３０上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層及び高濃度ｐ型ＧａＮ層（以上、いずれも図示せず。）がＭＱＷ発光層１３０側からこの順に形成されることによって構成されている。

バッファ層は、例えばＡｌ_ｓ０Ｇａ_ｔ０Ｎ（０≦ｓ０≦１、０≦ｔ０≦１、ｓ０＋ｔ０≠０）からなる。バッファ層は、ＡｌＮ層又はＧａＮ層から構成されているとより好ましい。Ｎ（窒素）の極一部（例えば０．５％〜２％程度）をＯ（酸素）に置き換えてもよい。そうすることにより、透明基板１１０の主面１１０ａの法線方向に伸張するようにバッファ層が形成されるので、結晶粒の揃った柱状結晶の集合体からなるバッファ層が得られる。バッファ層の厚みは、特に限定されないが、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるのが好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下であればより好ましい。

下地層は、例えばＡｌ_ｓ１Ｇａ_ｔ１Ｉｎ_ｕ１Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、０≦ｕ１≦１、ｓ１＋ｔ１＋ｕ１≠０）からなる。下地層は、Ａｌ_ｓ１Ｇａ_ｔ１Ｎ（０≦ｓ１≦１、０≦ｔ１≦１、ｓ１＋ｔ１≠１）から構成されているとより好ましく、ＧａＮ層から構成されているとさらに好ましい。下地層の厚みは、１μｍ以上８μｍ以下であるのが好ましい。

ｎ型窒化物半導体層は、例えばＡｌ_ｓ２Ｇａ_ｔ２Ｉｎ_ｕ２Ｎ（０≦ｓ２≦１、０≦ｔ２≦１、０≦ｕ２≦１、ｓ２＋ｔ２＋ｕ２≒１）にｎ型不純物がドーピングされた層からなる。ｎ型窒化物半導体層は、Ａｌ_ｓ２Ｇａ _{（１−ｓ２）} Ｎ（０≦ｓ２≦１、好ましくは０≦ｓ２≦０．５、より好ましくは０≦ｓ２≦０．１）にｎ型不純物がドーピングされた層から構成されているとより好ましい。ｎ型不純物にはＳｉが用いられている。ｎ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は、特に限定されないが、１×１０^１９ｃｍ^−３以下であるのが好ましい。

低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造は、ＭＱＷ発光層１３０に対する透明基板１１０及び下地層からの応力を緩和する機能を有する。この低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造は、約７ｎｍの厚みを有するｎ型ＩｎＧａＮ層、約３０ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層、約７ｎｍの厚みを有するｎ型ＩｎＧａＮ層、及び、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ層を交互に積層した多層構造からなる。

超格子層（中間層）は、ワイドバンドギャップ層とナローバンドギャップ層とが交互に積層された超格子構造を有する。その周期構造は、ワイドバンドギャップ層を構成する半導体材料の基本単位格子及びナローバンドギャップ層を構成する半導体材料の基本単位格子よりも長い。超格子層の一周期の長さ（ワイドバンドギャップ層の厚みとナローバンドギャップ層の厚みとの合計厚み）は、ＭＱＷ発光層１３０の一周期の長さよりも短い。超格子層の具体的な厚みは、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。各ワイドバンドギャップ層は、例えばＡｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{（１−ａ−ｂ）}Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）からなる。各ワイドバンドギャップ層は、ＧａＮ層から構成されていると好ましい。各ナローバンドギャップ層は、ワイドバンドギャップ層よりバンドギャップが小さく、かつ、ＭＱＷ発光層１３０の各井戸層（図示せず）よりもバンドギャップが大きい半導体材料から構成されているのが好ましい。各ナローバンドギャップ層は、例えばＡｌ_ａＧａ_ｂＩｎ_{（１−ａ−ｂ）}Ｎ（０≦ａ＜１、０＜ｂ≦１）からなる。各ナローバンドギャップ層は、Ｇａ_ｂＩｎ_{（１−ｂ）}Ｎ（０＜ｂ≦１）から構成されていると好ましい。なお、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層の両方がアンドープであると駆動電圧が上昇するため、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層の少なくとも一方は、ｎ型不純物がドーピングされているのが好ましい。

ＭＱＷ発光層１３０は、バリア層及び井戸層（いずれも図示せず。）が交互に積層された多重量子井戸構造を有する。ＭＱＷ発光層１３０の一周期（バリア層の厚みと井戸層の厚みとの合計厚み）の長さは、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。各井戸層の組成は、半導体発光素子に求められる発光波長に合わせて調整される。例えば、各井戸層の組成は、Ａｌ_ｃＧａ_ｄＩｎ_{（１−ｃ−ｄ）}Ｎ（０≦ｃ＜１、０＜ｄ≦１）とすることができる。各井戸層の組成は、Ａｌを含まない、Ｉｎ_ｅＧａ_{（１−ｅ）}Ｎ（０＜ｅ≦１）であればより好ましい。各井戸層の組成は同じであるのが好ましい。そうすることにより、各井戸層において、電子とホールとの再結合により発光する波長を同じにできる。そのため、半導体発光素子の発光スペクトル幅を狭くできるため好ましい。各井戸層の厚みは、１ｎｍ以上７ｎｍ以下であるのが好ましい。

各バリア層は、各井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きい方が好ましい。各バリア層の組成は、Ａｌ_ｆＧａ_ｇＩｎ_{（１−ｆ−ｇ）}Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）とすることができる。各バリア層の組成は、Ａｌを含まないＩｎ_ｈＧａ_{（１−ｈ）}Ｎ（０＜ｈ≦１）、又は、井戸層との格子定数をほぼ一致させたＡｌ_ｆＧａ_ｇＩｎ_{（１−ｆ−ｇ）}Ｎ（０≦ｆ＜１、０＜ｇ≦１）であればより好ましい。各バリア層の厚みは、小さいほど駆動電圧が低下する一方、極端に小さくすると発光効率が低下する傾向にある。そのため、各バリア層の厚みは、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であるのが好ましく、３ｎｍ以上７ｎｍ以下であればより好ましい。

井戸層及びバリア層には、ｎ型不純物がドーピングされている。ただし、井戸層及びバリア層には、ｎ型不純物がドーピングされていなくてもよい。

ｐ型層１４０は、例えばＡｌ_ｓ４Ｇａ_ｔ４Ｉｎ_ｕ４Ｎ（０≦ｓ４≦１、０≦ｔ４≦１、０≦ｕ４≦１、ｓ４＋ｔ４＋ｕ４≠０）にｐ型不純物がドーピングされた層からなる。ｐ型層１４０は、Ａｌ_ｓ４Ｇａ _{（１−ｓ４）} Ｎ（０＜ｓ４≦０．４、好ましくは０．１≦ｓ４≦０．３）にｐ型不純物がドーピングされた層から構成されていればより好ましい。ｐ型層１４０におけるキャリア濃度は、１×１０^１７ｃｍ^−３以上であるのが好ましい。ここで、ｐ型不純物の活性率は０．０１程度であることから、ｐ型層１４０におけるｐ型ドーピング濃度（キャリア濃度とは異なる）は１×１０^１９ｃｍ^−３以上であるのが好ましい。ただし、ＭＱＷ発光層１３０に近い層（例えばｐ型ＡｌＧａＮ層）では、ｐ型ドーピング濃度はこれより低くてもよい。ｐ型層１４０の厚み（３層の合計厚み）は、特に限定されないが、例えば５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることができる。ｐ型層１４０の厚みを小さくすれば、その成長時における加熱時間を短縮できるため、ｐ型不純物のＭＱＷ発光層１３０への拡散を抑制できる。

上記多層構造体１５０はさらに、ｎ型層１２０の一部が露出された領域である露出部と、露出部の外側の領域であるメサ部とを含む。

露出部の上面上（ｎ型層１２０上）には、ｎ側電極１６０が形成されている。このｎ側電極１６０は、ワイヤボンド領域であるパッド部１６０ａと、このパッド部１６０ａと一体に形成された電流拡散を目的とする細長い突出部（枝電極：図示せず）とを含む。ｎ側電極１６０（パッド部１６０ａ）には、ワイヤ９０が電気的に接続されている。メサ部の上面上（ｐ型層１４０上）には、透明電極１７０を介してｐ側電極１８０が形成されている。ｎ側電極１６０及びｐ側電極１８０は、半導体発光素子１００に駆動電力を供給するための電極である。

透明電極１７０は、メサ部上において、比較的広い範囲にわたって広面積に形成されている。ｐ側電極１８０は、透明電極１７０上の一部の領域に形成されている。このｐ側電極１８０は、ワイヤボンド領域であるパッド部１８０ａと、このパッド部１８０ａと一体に形成された電流拡散を目的とする細長い突出部（枝電極：図示せず）とを含む。ｐ側電極１８０（パッド部１８０ａ）には、ワイヤ９２が電気的に接続されている。

ｎ側電極１６０は、ｎ型層１２０上に、例えばチタン層、アルミニウム層及び金層がこの順に積層された多層構造を有する。ｎ側電極１６０の厚みは例えば約１μｍである。ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると、ｎ側電極１６０は１μｍ程度の厚みを有していればよい。

透明電極１７０は、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から構成されている。その厚みは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

ｐ側電極１８０は、透明電極１７０上に、例えばニッケル層、アルミニウム層、チタン層及び金層がこの順に積層された多層構造を有する。ｐ側電極１８０の厚みは例えば約１μｍである。ｐ側電極１８０においても、ワイヤボンドを行なう場合の強度を想定すると、その厚みは１μｍ程度であればよい。

半導体発光素子１００の上面には、ＳｉＯ_２からなる絶縁性の透明保護膜１９０が設けられている。この透明保護膜１９０は、半導体発光素子１００の上面のほぼ全体を覆うように形成されている。ただし、透明保護膜１９０は、ｐ側電極１８０のパッド部１８０ａ及びｎ側電極１６０のパッド部１６０ａを露出させるようにパターニングされている。

［接着層７０］
接着層７０は、上記のように、ダイボンドペーストからなる。ダイボンドペーストは、熱硬化性樹脂であるシリコーン樹脂から構成されている。ダイボンドペーストは、硬化することによって半導体発光素子１００を反射基板６０上に固定する。この接着層７０は、半導体発光素子１００を反射基板６０上に固定した状態で透明であり、その内部に上記蛍光体７２が分散されている。接着層７０を構成するシリコーン樹脂は、青色から紫外領域の短波長の光に対する透過性が高いため、半導体発光素子１００から出射される光がこうした短波長の光である場合、接着層７０中の蛍光体７２によって効率よく光を波長変換できる。

接着層７０に含まれる蛍光体７２には、平均粒径が２００ｎｍ以下のものが用いられる。この蛍光体７２の平均粒径は１００ｎｍ以下であればより好ましく、１００ｎｍより小さければさらに好ましい。なお、接着層７０の平均粒径の下限値は、０より大きい値であり、製造可能な範囲内において最低値とすることができる。また、本明細書において、「平均粒径」とは、レーザ回折・散乱法によって求めた粒度分布における積算値５０％での粒径（平均粒径ｄ５０）を意味する。

接着層７０の厚みＴは、例えば２μｍ〜６μｍ程度とされている。後述するように、封止部材８０に分散される蛍光体８２には平均粒径が６μｍ〜２０μｍ程度のものが用いられる。そのため、接着層７０の厚みＴは、封止部材８０に分散される蛍光体８２の平均粒径以下とされている。

ここで、ダイボンドペーストに用いられるシリコーン樹脂等の樹脂材料は、一般に熱抵抗が非常に高い。そのため、接着層の厚みが大きくなると半導体発光素子１００の放熱特性が急激に低下する。接着層７０に分散される蛍光体に、封止部材８０に分散される蛍光体８２と同程度の粒径の蛍光体を用いた場合、接着層７０の厚みが大きくなり過ぎるので、半導体発光素子１００の放熱特性が著しく低下する。このため、本実施の形態では、封止部材８０に分散される蛍光体８２よりも平均粒径が小さい蛍光体７２を接着層７０に分散させることによって、接着層７０の厚みＴを封止部材８０に分散される蛍光体８２の平均粒径以下としている。これにより、接着層７０に蛍光体を分散させた場合でも、接着層７０の厚みが大きくなり過ぎるのを抑制できる。

蛍光体７２の含有量は、熱抵抗の上昇等を考慮すると、重量比で０．５％程度〜３０％程度が好ましく、０．５％程度〜１０％程度であればより好ましい。

平均粒径が２００ｎｍ以下の蛍光体には、例えば平均粒径が１００ｎｍ以下のナノ蛍光体（ナノ粒子蛍光体）及び現状１０μｍ程度の粒径で使用されている蛍光体を小さく精製したもの、又は砕いて小さい粒径にしたもの等を用いることができる。

ナノ蛍光体の材料としては、例えば、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋ナノ蛍光体、ＺｎＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ^２＋ナノ蛍光体、ＹＡＧ：Ｃｅ^３＋ナノ粒子、ＬａＰＯ_４：Ｌｎナノ蛍光体、色素ドープシリカナノ蛍光体、ＧａＮナノピラー蛍光体、ＴｉＯ_２：Ｅｕ^３＋微小球蛍光体、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋／ＳｉＯ_２ナノ蛍光体、ＣｄＳｅ−ＺｎＳ量子ドット等のこれまで知られている材料等を用いることができる。

白色光を発する白色ＬＥＤにおいてよく用いられるＹＡＧ（イットリウム・アルミ・ガーネット）蛍光体では、現在、１００ｎｍ程度の粒径のものが得られている。そのため、接着層７０中に分散する蛍光体７２として、このような蛍光体を用いることもできる。

さらに、接着層７０に含有される蛍光体７２としては、例えば、Ｃｅ：ＹＡＧ（セリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ，（Ｙ，Ｇｄ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ等）、Ｅｕ：ＢＯＳＥ（ユーロピウム賦活バリウム・ストロンチウム・オルソシリケート）蛍光体、Ｅｕ：ＳＯＳＥ（ユーロピウム賦活ストロンチウム・バリウム・オルソシリケート）蛍光体、ユーロピウム賦活αサイアロン蛍光体、Ｃｅ：ＴＡＧ（セリウム附活テルビウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体（Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ等）、アルカリ土類（Ｅｕ附活Ｍ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ，ＭＳｉ_１２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ等、Ｃｅ附活Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２）、カズン−Ｅｕ（Ｅｕ附活ＣａＡｌＳｉ_３Ｎ_３）、Ｌａ酸窒化物−Ｃｅ Ｃｅ附活ＬａＡｌ（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_２）Ｎ_１０−ｚ０、βサイアロン系等が適用できる。

さらに、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、Ｃａ_３（Ｓｃ，Ｍｇ）_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ等からなる緑色蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等からなる赤色蛍光体、及び、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ等からなる黄色蛍光体等を用いることもできる。

接着層７０に含有される蛍光体７２には、上記のように、黄色蛍光体、赤色蛍光体及び緑色蛍光体等を用いることが可能であるが、この蛍光体は、これら蛍光体のうちのいずれか１種類から構成されていてもよく、複数種類を組合せて構成されていてもよい。複数種類の組合せとしては、例えば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体の組合せが挙げられる。

上記接着層７０には、蛍光体７２とともに拡散剤を含有してもよい。拡散剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、炭酸カルシウム、及び二酸化珪素等が好適に用いられる。拡散剤は、蛍光体７２と同様、平均粒径の小さいものが好ましい。

なお、蛍光体の平均粒径が小さくなると発光効率が低下するおそれがある。そのため、発光効率の低下を考慮した場合、接着層７０に分散する蛍光体には、封止部材８０に分散される蛍光体８２と同程度の平均粒径のものを用いるのが好ましい。一方、平均粒径の小さい蛍光体は発光効率が低下するおそれがあるものの、接着層７０に多くの蛍光体を充填できるので、接着層７０に多くの蛍光体を充填することによって発光効率の低下を小さくできる。さらに、平均粒径の小さい蛍光体は、接着層７０に多くの蛍光体を充填した場合でも、接着層７０の厚みの増加を抑制できるので、発光効率の低下を極力抑えながら、放熱性の低下を抑制できる。

［封止部材８０］
封止部材８０は透光性材料から構成されている。封止部材８０は、透光性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、当分野において従来から広く知られた材料を適宜用いて形成できる。封止部材８０の構成材料には、例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の耐候性に優れた透光性樹脂材料、耐光性に優れたシリカゾル、及び、硝子等の透光性無機材料が好適に用いられる。本実施の形態では、封止部材８０の構成材料である封止材にはシリコーン樹脂を用いている。

封止部材８０には、平均粒径が６μｍ〜２０μｍ程度の蛍光体８２が分散されている。封止部材８０に含有される蛍光体８２には、接着層７０に含有される蛍光体７２として用いることが可能な材料のものを用いることができる。

本実施の形態では、接着層７０中の蛍光体７２によって半導体発光装置５０の色度等が全て決定されるのではなく、主として、封止部材８０中の蛍光体８２によって半導体発光装置５０の色度等が制御される。そのため、接着層７０に含有される蛍光体７２との関係により、封止部材８０に含有される蛍光体８２の種類が決定される。例えば、半導体発光素子１００の出射光が４５０ｎｍにピーク波長を有する青色光であり、接着層７０に緑色蛍光体が含有されている場合、封止部材８０の蛍光体８２として、赤色蛍光体を用いることができる。これにより、半導体発光装置５０の発光色を白色光にできる。また、接着層７０に含有される蛍光体７２及び封止部材８０に含有される蛍光体８２はいずれも黄色蛍光体とすることもできる。これにより、半導体発光素子１００から発せられる青色系の光と、半導体発光素子１００からの光により励起された蛍光体から発せられる黄色系の光とが混色することによって、白色光が得られる。

［半導体発光素子１００から出射された光の進路］
図６を参照して、接着層に蛍光体が含有されていない場合、活性層（発光層１３０）から下方に出射された光は、透明基板（サファイア基板）１１０に入射し、基板裏面にて反射されて透明基板１１０の上方（上面側）へと戻っていく。また、透明基板１１０に入射した光の一部は、透明基板１１０の側面１１０ｂへと出射される。

半導体発光素子は、通常、屈折率が１．４〜１．５程度の透明樹脂（封止部材）で封止される。例えば、屈折率１．５の透明樹脂により半導体発光素子を封止した場合、透明基板１１０（サファイアの屈折率＝１．７８）の側面１１０ｂと透明樹脂との界面において、その全反射角度は、θ_ｓｉｄｅ≧５７．４３°となる。すなわち、透明基板１１０の裏面で鏡面反射すると仮定すると、０°≦θ_ｔｏｐ≦３２．５７°の角度で透明基板１１０の上面から入射した光は、透明基板１１０の側面１１０ｂから取出されることはなく、透明基板１１０上に形成された多層構造体１５０に戻ることになる。

一方、θ_ｔｏｐ＞３２．５７°の入射角度を持った光は、透明基板１１０に入射する位置によって、透明基板１１０の側面１１０ｂに出射される光（一点鎖線矢印参照）と、多層構造体１５０に戻る光とに分かれる。この場合、透明基板１１０の側面１１０ｂに出射された光は、透明基板１１０の側面１１０ｂから外部に取出される。

透明基板１１０の裏面が鏡面である場合には、０°≦θ_ｔｏｐ≦３２．５７°の入射角度を持った光は、全て透明基板１１０から取出されることはなく、透明基板１１０の底面から接着層（図示せず）に入射し、反射基板（図示せず）で反射されて透明基板１１０に入射して多層構造体１５０に戻る（破線矢印参照）。多層構造体１５０に戻った光は、一部はチップ外（発光素子外）に取出され、一部は透明電極１７０、ｐ側電極１８０、活性層（発光層１３０による再吸収）等の様々な光吸収体により吸収される。

図１及び図２を参照して、接着層７０に蛍光体７２が含有されている本実施の形態では、半導体発光素子１００からの出射光は蛍光体７２によって波長変換され、かつ、蛍光体７２によって反射角度が変えられる。以下では、半導体発光素子１００からの出射光を４５０ｎｍにピーク波長を有する青色光として説明する。

半導体発光素子１００から出射され、透明基板１１０に入射した光のうち、０°≦θ_ｔｏｐ≦３２．５７°の入射角を持った光は、透明基板１１０の底面において透明基板１１０／接着層７０の界面にて全反射することなくほとんどが接着層７０に入射する。一部フレネル反射により界面で反射されるが、その反射率は入射角０°で０．７３％、入射角３２°で０．９１％と比較的低い値である。

接着層７０には蛍光体７２が含有されているため、接着層７０に入射した光は、蛍光体７２によって波長変換される。接着層７０中の蛍光体７２は、半導体発光素子１００からの出射光によって励起され、この出射光よりも波長の長い蛍光（例えば、波長６３５ｎｍの赤色光、波長５３０ｎｍの緑色光等）を出射する。蛍光体７２から上方に出射された光は、接着層７０の下にある反射基板６０を利用することなく上方に出射され、その出射角度によっては、透明基板１１０の側面１１０ｂ又は上方へと出射される。蛍光体７２から下方に出射された光は、反射基板６０によって反射されて、透明基板１１０の側面１１０ｂ又は上方へと出射される。

半導体発光素子１００を封止する封止部材８０（シリコーン樹脂）は、その屈折率が１．５であるため、透明基板１１０の側面１１０ｂの法線に対して５７．４°以下の角度で入射する光は透明基板１１０の側面１１０ｂから出射されることになる。そのため、その光は、透明電極１７０（ＩＴＯ）等による吸収のロスを受けないで半導体発光素子１００外に取出される。

半導体発光素子１００の出射光と同じ波長（４５０ｎｍ）の光は、半導体発光素子１００の上部に戻る場合、活性層（発光層１３０）による再吸収のロスを受けることになる。一方、本実施の形態では、半導体発光素子１００からの出射光が接着層７０中の蛍光体７２によってより長波長側に波長変換されるので、活性層（発光層１３０）による再吸収を抑制することが可能となり、光取出し効率を効果的に向上できる。

図３を参照して、反射膜等の構成材料である銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びロジウム等の金属材料は、光の波長が長波長になるほど、その反射率が高くなる傾向がある。具体的には、Ａｇの反射率の波長分散は、波長４５０ｎｍの光では９６．６％、波長５５０ｎｍの光では９７．９％、波長６５０ｎｍの光では９８．３％と長波長になるほど光の反射率が徐々に高くなる傾向がある。電極の表面、ワイヤ、ボールボンド等に用いられるＡｕにおいては、波長４５０ｎｍの光では３８．７％、波長５５０ｎｍの光では８１．７％、波長６５０ｎｍの光では９５．５％と長波長になると光の反射率が急激に高くなる傾向がある。さらに、電極の反射膜等に用いられるロジウムにおいても、長波長の光の反射率が高いという傾向が見られる。

本実施の形態では、反射基板６０の表面にＡｇメッキが施されている。また、リード端子６４及び６６と半導体発光素子１００とを電気的に接続するワイヤ９０及び９２に、金線を用いている。このように、半導体発光装置５０においては、長波長の光の方が、反射率が高くなる金属が非常に多く用いられている。したがって、半導体発光素子１００から出射された光が、早く長波長の光に変換された方がこれら金属での反射率が高くなるため、光取出し効率が向上する。接着層７０に入射した光が、反射基板６０のＡｇ（光反射面６２）で反射される前に、例えば緑色光又は赤色光等の長波長側の波長に変換されていることで、より高い反射率で反射されるため、ロスが少なくなるというメリットがある。そのため、接着層７０中の蛍光体７２によって波長を変換することにより、光取出し効率をより効果的に向上できる。

さらに、接着層７０中に含まれる蛍光体７２に吸収された励起光（半導体発光素子１００からの出射光）は、蛍光体７２で吸収されて蛍光として再出射されたときには、出射の前後で進行方向を大きく変えることができる。このため、透明基板１１０に０°≦θ_ｔｏｐ≦３２．５７°の入射角で入射した光は、蛍光体７２に吸収されることで、大きく角度を変えるので、透明基板１１０の側面１１０ｂから封止部材８０に出射させ易くなる。このように、接着層７０中に蛍光体７２を含有することにより、光の進行方向が変わり、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出し易くなるため、これによっても、光取出し効率が向上する。

なお、半導体発光素子１００から出射される光は自然放出光であり、素子から離れるにしたがって空間を広がっていく。そのため、素子から遠いところで蛍光体に当てる場合には、多くの量の蛍光体が必要となる。できるだけ発光点（半導体発光素子１００の位置）に近いところで、蛍光体に当てるように配置することで、少ない蛍光体量で効率よく蛍光体に素子から出射した光を当てることができる。このため、半導体発光素子１００の直下の接着層７０中に蛍光体７２を入れることにより、その蛍光体７２は、発光点に非常に近くなる。加えて、透明基板１１０の裏面から出射される光の量は多いため、接着層７０中に蛍光体７２を入れることにより、非常に効果的に半導体発光素子１００から出射された光を蛍光体７２に当てることができる。その結果、接着層７０中の蛍光体７２でより効率よく波長変換を行なうことができる。

［製造方法］
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る半導体発光装置５０の製造方法について説明する。

《半導体発光素子１００》
約４００μｍ〜約１３００μｍの厚みを有するサファイアからなる透明基板を準備する。この透明基板の主面（窒化物半導体層が形成される側の面）を鏡面研磨することにより、その面を鏡面状態（表面粗さＲａで１ｎｍ以下程度）とする。

次に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法及びＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法等の気相成長法を用いて、透明基板の主面上に窒化物半導体からなる多層膜を形成する。具体的には、図２を参照して、透明基板の主面上に、バッファ層、下地層、ｎ型窒化物半導体層、低温ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多層構造及び超格子層からなるｎ型層１２０、ＭＱＷ発光層１３０、ｐ型層１４０をこの順に形成する。これにより、多層膜を含む多層構造体１５０が透明基板上に形成される。

次に、ｎ型層１２０の一部が露出するように、ｐ型層１４０、ＭＱＷ発光層１３０及びｎ型層１２０の一部をエッチングする。このエッチングにより露出したｎ型層１２０の上面上にｎ側電極１６０を形成する。また、ｐ型層１４０の上面上に、透明電極１７０及びｐ側電極１８０をこの順に形成する。その後、透明電極１７０及びエッチングによって露出した各層の側面を覆うように、透明保護膜１９０を形成する。

続いて、電極を形成した状態の基板に対して熱処理を行なうことで、電極を合金化する。これにより、電極と半導体層との良好なオーミック接触が得られるとともに、電極と半導体層との接触抵抗を低下させることができる。熱処理温度は、２００℃〜１２００℃の範囲が好ましく、３００℃〜９００℃の範囲であればより好ましく、４５０℃〜６５０℃の範囲であればさらに好ましい。上記以外の熱処理の条件としては、雰囲気ガスを酸素及び窒素の少なくとも一方を含有する雰囲気とする。また、例えばＡｒ等の不活性ガスを含有する雰囲気、及び、大気条件での熱処理も可能である。

次に、上記工程により作製したウェハーを研削、研磨し、透明基板の厚みを小さくする。具体的には、ウェハーを研削機にセットし、基板の厚みが約１６０μｍになるまで、基板の裏面（半導体層が形成されていない面）を研削する。次に、このウェハーを研磨機にセットし、研磨剤の番手を段階的に小さいものに変えながら、基板の裏面の表面が鏡面（光学的鏡面）になるまで研磨して、基板の厚みを約１２０μｍにする。このように、基板に鏡面処理を施すのは、基板の表面に凹凸があると、スクライブ時（分割時）の応力が分散しやすくなるため、不正劈開及びチッピングの原因となるからである。鏡面研磨を施した後の基板の裏面の表面は、例えば、二乗平均平方根粗さＲｑ（旧ＲＭＳ）で１０ｎｍ以下であるのが好ましい。

なお、基板の厚みは、２０μｍ〜５００μｍの範囲内であるのが好ましく、８０μｍ〜３００μｍの範囲内であればより好ましい。基板の厚みをこのような範囲内の厚みとすることにより、意図する方向に基板を容易に分割することが可能となる。

続いて、チップ分割に用いる破断線（図示せず）を透明基板１１０中に形成する。破断線は、チップ（半導体発光素子）を所定のサイズに分割するために透明基板１１０中に直線状に形成する。破断線は、レーザ光線を照射することにより形成するのが好ましい。特に、サファイアに対して透過するレーザ光線を照射することによって形成するのが好ましい。ここで透過するとは、レーザ光線を透明基板１１０（サファイア基板）に照射した直後、つまり、サファイアが変質していない状態において透過率が７０％以上であることを意味する。ただし、上記透過率が８０％以上であればより好ましく、９０％以上であればさらに好ましい。

破断線を形成する際のレーザ光線の照射は、窒化物半導体が形成されている側（多層構造体１５０が形成されている側）から行なってもよいが、窒化物半導体での吸収を考慮して、透明基板１１０の裏面（多層構造体１５０が形成されていない側）から行なうのが好ましい。透明基板１１０の裏面側からレーザ光線の照射を行なうことにより、活性層等への影響を低減できる。

最後に、形成した破断線を起点とすることにより、ウェハーを個々のチップ（半導体発光素子）に分割する。これにより、半導体発光素子１００が得られる。

《素子のダイボンド》
上記のようにして得られた半導体発光素子１００を、ダイボンドペーストを用いて反射基板６０（パッケージ基体）上に実装（固定）する。

ダイボンドペーストには、透光性のシリコーン樹脂に蛍光体を混練したものを用いる。蛍光体の平均粒径は２００ｎｍ以下とする。このような蛍光体として、例えば平均粒径が１００ｎｍ以下のナノ蛍光体（ナノ粒子蛍光体）及び現状１０μｍ程度の粒径で使用されている蛍光体を小さく精製したもの、又は砕いて小さい粒径にしたもの等を用いることができる。

ナノ蛍光体の合成方法としては、例えば以下の方法を用いることができる。

１．ゾルゲル法（錯体重合法）
錯体重合法によるＹＶＯ_４：Ｅｕ^３＋蛍光体の合成
ＰＶＡ法によるＹＮｂＯ_４：Ｅｕ^３＋蛍光体の合成
錯体均一沈殿法によるＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋蛍光体の合成
２．逆ミセル法及びコロイド析出法
コロイド析出法によるＣｄＳナノ形成
３．ホットソープ法、超臨界水熱法、ソルボサーマル法（希土類アルミニウムガーネットの合成、複合酸化物の合成、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ^２＋ナノ蛍光体、ＬａＰＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋ナノ蛍光体）、スプレー熱分解法、グリコサーマル法（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ：Ｃｅ^３＋）、ＭｇＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ^２＋、ＺｎＧａ_２Ｏ_４：Ｍｎ^２＋等の酸化物ナノ蛍光体）、ポリオール法によるＹ_２Ｏ_３：Ｂｉ^３＋，Ｅｕ^３＋等のナノ蛍光体

ナノ蛍光体は、上記のような様々な方法により合成、形成することができ、どのような方法を用いても特に問題はない。

このようなダイボンドペーストを、反射基板６０の光反射面６２上に適量塗布し、半導体発光素子１００をダイボンドする。その後、１５０℃で３時間、オーブンで加熱することにより、ダイボンドペーストを硬化させる。これにより、蛍光体７２が含有された接着層７０が形成され、この接着層７０を介して、半導体発光素子１００が反射基板６０上に固定される。接着層７０は、例えば２μｍ〜６μｍ程度の厚みに形成する。

蛍光体が含まれていないダイボンドペーストを用いた場合の接着層の厚みは、通常２μｍ〜６μｍ程度である。一方、ダイボンドペーストに入れる蛍光体の粒径が大きくなると、半導体発光素子１００を固定した状態において、ダイボンドペースト（接着層）の厚みが大きくなる傾向がある。例えば、白色ＬＥＤ等に一般的に用いられている蛍光体の平均粒径は１０μｍ〜２０μｍ程度と非常に大きい。このような粒径の大きい蛍光体を用いた場合、ダイボンドペースト（接着層）の厚みは２０μｍ〜４０μｍ程度と非常に大きくなる。ダイボンドペーストは熱伝導率が非常に悪いため、接着層の厚みが大きくなることによって放熱特性が著しく低下する。

一方、ダイボンドペーストに、平均粒径が２００ｎｍ以下の蛍光体を入れることによって、接着層７０の厚みＴが大きくなるのを抑制することが可能となる。そのため、接着層７０の厚みＴを、蛍光体が含まれていないダイボンドペーストを用いた場合の接着層の厚みと同程度にできる。

続いて、図１を参照して、反射基板６０上に固定された半導体発光素子１００を、ワイヤ９０及び９２を介して、リード端子６４及び６６と電気的に接続する。

《封止部材８０による半導体発光素子１００の封止》
反射基板６０上に実装した半導体発光素子１００を封止部材８０で封止する。封止部材８０には、透光性のシリコーン樹脂に蛍光体７２を混練したものを用いる。蛍光体７２の平均粒径は例えば６μｍ〜２０μｍ程度である。

蛍光体７２が含有されたシリコーン樹脂によって、半導体発光素子１００、ワイヤ９０及び９２、並びにリード端子６４及び６６の一部を封止し、１５０℃で３時間、オーブンで加熱することにより、シリコーン樹脂を硬化させる。これにより封止部材８０が形成され、この封止部材８０によって半導体発光素子１００が封止される。

以上のようにして、本実施の形態に係る半導体発光装置５０が製造される。

［本実施の形態の効果］
以上の説明から明らかなように、本実施の形態に係る半導体発光装置５０は、以下に述べる効果を奏する。

透明基板１１０を含む半導体発光素子１００は、透光性を有する接着層７０を介して、反射基板６０上に固定される。半導体発光素子１００から下方に出射された光は透明基板１１０を透過して接着層７０に入射する。接着層７０には蛍光体７２が含有されているため、半導体発光素子１００からの光はこの蛍光体７２に一旦吸収されて、より長波長の光に波長が変換される。波長が変換された光は蛍光として蛍光体７２から出射される。さらに、接着層７０に含有される蛍光体７２によって、光の反射方向（蛍光の出射方向）が変えられるため、透明基板１１０の側面１１０ｂから光を取出しやすくできる。

接着層７０中の蛍光体７２から上方に出射された光は、その出射角度によって、透明基板１１０の側面１１０ｂ又は半導体発光素子１００の上部に達する。ここで、半導体発光素子１００から出射される光よりも波長が長い光は半導体発光素子１００での再吸収が抑制される。蛍光体７２から出射される光は、長波長側に波長変換されているので、半導体発光素子１００の上部に達した場合でも、半導体発光素子１００での再吸収が抑制される。このように、接着層７０に含有された蛍光体７２は、半導体発光素子１００から出射された光を波長変換する機能と、半導体発光素子１００から出射された光を散乱させる機能とを有している。したがって、接着層７０に蛍光体７２を含有することによって、透明基板１１０の側面１１０ｂからの光取出しを容易にできるとともに、半導体発光素子１００での再吸収を抑制できるので、外部光取出し効率を向上できる。

上述のように、ダイボンドペーストの熱伝導率は非常に悪いため、接着層７０の厚みＴが大きくなり過ぎると、放熱特定が低下して発光効率が低下する。封止部材８０に含有される蛍光体８２と同程度の平均粒径を有する蛍光体を接着層に含有した場合、上記蛍光体８２の平均粒径は非常に大きいため、接着層の厚みが大きくなり、放熱特性が著しく低下する。

封止部材８０に含有される蛍光体８２よりも平均粒径が小さい蛍光体７２を接着層７０に含有することにより、接着層７０の厚みを封止部材８０に含まれる蛍光体８２の平均粒径以下とすることができる。これにより、接着層７０の厚みが大きくなり過ぎるのを抑制することができるので、接着層７０の厚みが大きくなり過ぎることに起因する放熱特性の低下を抑制できる。その結果、放熱特性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できるので、輝度の高い半導体発光装置５０が得られる。

接着層７０に含有される蛍光体７２の平均粒径を２００ｎｍ以下とすることにより、容易に、接着層７０の厚みＴを封止部材８０に含まれる蛍光体８２の平均粒径以下にできる。そのため、容易に、放熱特性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できる。

接着層７０に含まれる蛍光体７２の平均粒径を１００ｎｍ以下とすることにより、より容易に、放熱性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できる。なお、上記蛍光体７２の平均粒径は、１００ｎｍより小さければさらに好ましい。

さらに、反射基板６０の光反射面６２上に半導体発光素子１００を搭載することにより、接着層７０中の蛍光体７２から下方（基板側）に出射された光は、光反射面６２によって上方（半導体発光素子１００側）に反射される。また、接着層７０中の蛍光体７２に入射されずに反射基板６０の光反射面６２に達した光も、光反射面６２によって上方（半導体発光素子１００側）に反射できる。光反射面６２で反射された光は、透明基板１１０の側面１１０ｂ及び半導体発光素子１００の上面から取出される。そのため、外部光取出し効率が一層向上する。

なお、接着層７０の構成材料にシリコーン樹脂を用いることによって、シリコーン樹脂は半導体発光素子１００から出射される光の透過性が高いため、接着層７０中の蛍光体７２によって効率よく光を波長変換できる。そのため、透明基板１１０の側面１１０ｂからの光取出しをより一層容易にできる。

［評価］
接着層中に平均粒径の異なるＹＡＧ蛍光体が含有された複数の半導体発光装置を作製し、これら半導体発光装置から出射される光の光束（ｌｍ）を測定した。半導体発光装置の色度特性は、ＪＩＳ ２８７２２の条件Ｃ、ＤＩＮ５０３３ｔｅｉｌ７、ＩＳＯｋ７７２４１１に準拠のｄ・８（拡散照明・８°受光方式）光学系を採用した測定装置を用いて測定できる。例えば、ＣＩＥの色度表でｘ、ｙ＝（０．２５９、０．２２５）となる光を発するように、封止材（シリコーン樹脂）に入れた蛍光体と封止部材（シリコーン樹脂）とを２：１００の重量比で混合したものを用いた。この際、封止部（シリコーン樹脂）に入れた蛍光体と、接着層（ダイボンドペースト）に入れた蛍光体の量を調整することで上記色度を実現できる。

図４を参照して、図４の横軸は接着層に含有された蛍光体の平均粒径を示しており、図４の縦軸は半導体発光装置の光束を示している。図４より、蛍光体の平均粒径が２００ｎｍより大きくなるにしたがい、光束が低下していく傾向が認められる。これより、接着層に含有される蛍光体の平均粒径を２００ｎｍ以下とすることにより、光束の低下を抑制して、光取出し効率を向上できることが確認された。なお、蛍光体の平均粒径が１００ｎｍ以下であれば、光束の低下はより小さくなり、蛍光体の平均粒径が１００ｎｍより小さければ、光束の低下はさらに小さくなっている。そのため、蛍光体の平均粒径は、１００ｎｍ以下であればより好ましく、１００ｎｍより小さければさらに好ましい。

続いて、光束を測定した半導体発光装置と同じ半導体発光装置を用いて、ジャンクション温度を測定した。その結果を図５に示す。図５の横軸は、図４の横軸と同様、接着層に含有された蛍光体の平均粒径を示している。図５の縦軸は、平均粒径１０ｎｍの蛍光体を用いた半導体発光装置のジャンクション温度を基準温度として、その温度よりどの程度ジャンクション温度が上昇したかをジャンクション温度上昇分として示している。

図５より、蛍光体の平均粒径が２００ｎｍより大きくなるにしたがい、ジャンクション温度の上昇分が大きくなる傾向が認められる。これは、接着層に含有される蛍光体の平均粒径が２００ｎｍより大きくなると、平均粒径の増加に伴って接着層の厚みが大きくなり放熱性が悪化するために、ジャンクション温度が上昇したものと考えられる。そのため、図４において、蛍光体の平均粒径が２００ｎｍより大きくなるにしたがい光束が低下していく傾向が認められた理由として、接着層の厚みが大きくなることによる放熱性の悪化により、発光効率が低下しているためと考えられる。

接着層に含有する蛍光体の平均粒径を２００ｎｍ以下まで小さくすることにより、放熱特性の低下を抑えることができ、発光効率及び光取出し効率が改善するために、光束が増加すると考えられる。

《実施例１》
実施例１の半導体発光装置として、上記実施の形態で示した半導体発光装置５０と同様の構成を有する半導体発光装置を作製した。実施例１の半導体発光装置は、白色光を発光する半導体発光装置である。搭載されている半導体発光素子は、４５０ｎｍにピーク波長を有する青色光を出射する。

接着層にはシリコーン樹脂からなるダイボンドペーストを用いた。蛍光体を入れていないダイボンドペーストの熱抵抗は０．３Ｋ・ｃｍ^２／Ｗであった。接着層に含有される蛍光体には緑色蛍光体を用い、封止部材に含有される蛍光体には赤色蛍光体を用いた。

《実施例２》
実施例２の半導体発光装置として、上記実施例１と同様の半導体発光装置を作製した。ただし、実施例２では、接着層に含有される蛍光体、及び、封止部材に含有される蛍光体のいずれもＹＡＧ蛍光体（黄色蛍光体）を用いた。接着層に含有される蛍光体の平均粒径は、５０ｎｍ以下とした。

（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光装置では、接着層に、封止部材に含有される蛍光体よりも波長の長い蛍光を出射する蛍光体が含有されている。その他の構成は、上記第１の実施の形態に係る半導体発光装置５０と同様である。

封止部材に含まれる蛍光体に比べて、発光波長の長い蛍光を発する蛍光体を接着層に含有することにより、接着層中の蛍光体から出射された光（蛍光）が封止部材中の蛍光体で吸収されるのを抑制できる。これにより、外部光取出し効率をより一層向上できる。

このように、接着層には、封止部材に含まれる蛍光体の発光波長より長波長の蛍光を発する蛍光体が少なくとも１種類含まれているのが好ましい。接着層に、封止部材に含まれる蛍光体の発光波長と同程度の波長の蛍光を発する蛍光体が少なくとも１種類含まれる構成も好ましい構成であるといえる。

《実施例３》
実施例３の半導体発光装置は、白色光を発光する半導体発光装置である。搭載されている半導体発光素子は、４５０ｎｍにピーク波長を有する青色光を出射する。実施例３では、封止部材に含有される蛍光体を緑色蛍光体とし、接着層に含有される蛍光体を赤色蛍光体とした。その他の構成は上記した実施例１の半導体発光装置と同様である。

実施例３の半導体発光装置では、接着層中の赤色蛍光体で赤色に変換された光は、反射基板（パッケージ）の表面で反射され、半導体発光素子の表面及び透明基板の側面等から出射され、封止部材中に出射される。封止部材中に出射された赤色の光は長波長であるため、封止部材中にある緑色蛍光体によって再吸収される可能性が低い。そのため、光取出し効率をより向上できる。

《実施例４》
実施例４の半導体発光装置は、実施例３の半導体発光装置とほぼ同様である。ただし、実施例４は、接着層に含有される蛍光体が黄色蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）である点において、実施例３とは異なる。

このように、接着層に含有される蛍光体に黄色蛍光体を用いることも、上記理由により、封止部材に含まれる緑色蛍光体に再吸収される可能性が小さいため好ましい。

（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光装置は、光源としての半導体発光素子に、窒化物半導体からなる透明基板を用いている点において、上記第１の実施の形態とは異なる。窒化物半導体からなる透明基板には、ｃ面ＧａＮ基板を用いている。その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の傾向を示した。さらに、接着層に含有される蛍光体の平均粒径を小さくすることによる光束の向上効果は、サファイア基板を用いた場合に比べて数％程度さらに向上する傾向が見られた。透明基板としてＧａＮ基板を用いた半導体発光素子では、基板の屈折率がサファイア基板の１．７８に比べて２．５と大きいため、基板側面からの光取出し効率がサファイア基板を用いた半導体発光素子に比べて低下する。このため、本構造が側面からの光取出し効率に関して効果的に働いたために、光束（光出力）が向上したと考えられる。また、ＧａＮ基板の熱伝導率がサファイア基板に比べて高いため、ジャンクション温度の上昇分が低く抑えられたことも原因の一つであると考えられる。

なお、透明基板にＳｉＣ基板を用いた場合も、透明基板にＧａＮ基板を用いた場合と同様の結果が得られた。ＳｉＣ基板は、ＧａＮ基板と同様に大きな屈折率を有するため、改善効果が効果的に働いたためであると考えられる。これより、ＳｉＣ基板の場合においても有効であることが分かった。

（第４の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光装置は、発光波長３００ｎｍの紫外光ＬＥＤ（半導体発光素子）が搭載されている。本実施の形態では、発光波長３００ｎｍの紫外光を発するように、ＭＱＷ発光層の組成及び厚み等が調整されている。具体的には、ＭＱＷ発光層は、ＡｌＧａＮにＩｎを添加したＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の発光層としている。Ａｌ組成比が７０％〜９０％程度のＡｌＧａＮにＩｎを数％添加している。発光層（バリア層、井戸層）の厚みによっても波長が変わる。そのため、波長を調整するために組成及び厚みは適宜調整している。

さらに、本実施の形態では、封止部材の中に青色蛍光体をいれることで、ＲＧＢ３色の蛍光体を用いて、色度を調整している。本実施の形態に係る半導体発光装置においても、上記第１の実施の形態と同様の傾向を示し、同様の効果が得られた。

（第５の実施の形態）
本実施の形態に係る半導体発光装置は、上記第１の実施の形態とほぼ同様の構成を有している。ただし、本実施の形態では、接着層中に入れる蛍光体にＣｄＳｅナノ粒子を用いている。ＣｄＳｅナノ粒子は、粒子サイズにより、発光波長を変えることが出来る。粒径２．５ｎｍでは、青色の波長４５０ｎｍの蛍光を発し、粒径３．３ｎｍでは、緑色の波長５２０ｎｍの蛍光を発し、粒径５．２ｎｍでは、赤色の波長６３０ｎｍの蛍光を発する。本実施の形態では、平均粒径３．３ｎｍの蛍光体と平均粒径５．２ｎｍの蛍光体とを用いた。このように、同じ材料で、粒径だけが異なり、発光色の異なる蛍光体を用いてもよい。この場合においても、蛍光体を入れていない場合にくらべ、ジャンクション温度の上昇は見られず、良好な発光特性の発光装置を得ることができた。

［変形例］
上記実施の形態では、透明基板に、サファイア基板及びｃ面ＧａＮ基板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明基板は、自身が発する光に対して透光性を有する基板であればよい。そのような透明基板として、上記以外に、例えば窒化物半導体基板、ＳｉＣ基板及び石英基板等の単結晶透明基板を用いることができる。窒化物半導体基板としては、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）からなる基板を用いることができる。窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ又はＢｅがドーピングされていてもよい。ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ及びＣｌが特に好ましい。さらに、窒化物半導体基板には、非極性基板を用いることもできる。非極性基板は、無極性基板及び半極性基板を含む。無極性基板の主面方位には、Ａ面｛１１−２０｝、Ｍ面｛１−１００｝及び｛１−１０１｝面等がある。半極性基板の主面方位には、緑色領域等での発光効率が高いことで知られる｛２０−２１｝等がある。これらの主面方位を持つ窒化物半導体基板についても本発明を適用できる。

透明基板にサファイア基板を用いる場合、基板の上面は平坦であってもよいし、例えば特開２００８−１７７５２８号公報に記載されているような、上面に凹凸形状が形成されたＰＳＳ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｓａｐｐｈｉｒｅ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）であってもよい。

上記実施の形態では、約１２０μｍの厚みを有する透明基板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明基板の厚みは特に限定されず、例えば２０μｍ以上５００μｍ以下（好ましくは８０μｍ以上３００μｍ以下）の厚みを有する透明基板を適宜用いることができる。

上記実施の形態において、ｎ型層の各層にドーピングするｎ型不純物は、特に限定されないが、Ｓｉ、Ｐ、Ａｓ又はＳｂ等であればよく、好ましくはＳｉである。また、超格子層は、ワイドバンドギャップ層及びナローバンドギャップ層とは異なる１層以上の半導体層と、ワイドバンドギャップ層と、ナローバンドギャップ層とが順に積層されて超格子構造を構成していてもよい。

上記実施の形態では、ＩＴＯからなる透明電極を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明電極はＩＴＯ以外に例えばＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜を用いることもできる。また、ｎ側電極は上記以外に例えばＷ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ及びＡｌ／Ｐｔ／Ａｕ等であってもよい。

上記実施の形態では、ＳｉＯ_２からなる透明保護膜を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。透明保護膜は、ＳｉＯ_２以外に例えばＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、又はＶ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａより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、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を用いることができる。透明保護膜は絶縁性を有する膜であるのが好ましい。

上記実施の形態では、ｎ側電極及びｐ側電極を、突出部（枝電極）を含むように形成した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ｎ側電極及びｐ側電極は、突出部（枝電極）を含まない構成であってもよい。また、ｐ側電極の直下の領域に、ｐ側電極の下部において電流の注入を止めるための絶縁層を設けてもよい。

上記実施の形態では、封止部材に含有される蛍光体に、平均粒径の大きい蛍光体を用いた例を示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、接着層に含有される蛍光体と同程度の平均粒径を有する蛍光体を、封止部材に含有してもよい。その場合、接着層の厚みが、封止部材に含有される蛍光体の平均粒径より大きくなる場合も起こり得るが、接着層に含有される蛍光体の平均粒径を２００ｎｍ以下とすることにより、接着層の厚みが大きくなるのを抑制できるため、放熱特性の低下に起因する発光効率の低下を抑制できる。

上記実施の形態では、主として、封止部材中の蛍光体によって半導体発光装置の色度等を制御する例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、主として、接着層中の蛍光体によって半導体発光装置の色度等を制御するようにしてもよい。

上記実施の形態では、接着層の構成するダイボンドペーストとして、シリコーン樹脂からなるダイボンドペーストを用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。ダイボンドペーストには、シリコーン樹脂以外に、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂及びイミド樹脂等の熱硬化樹脂からなるものを用いてもよい。上記実施の形態では、従来から用いられているダイボンドペースト（樹脂）を用いて半導体発光素子をダイボンドすることができる。

上記実施の形態では、パッケージ基体としてメタルコア基板からなる反射基板を用いた例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。反射基板には、メタルコア基板以外の種々の反射基板を用いることができる。例えば、反射基板として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）等を用いたセラミック基板、ＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ Ｒｅｔａｒｄａｎｔ Ｔｙｐｅ ４）、ＢＴレジン（Ｂｉｓｍａｌｅｉｍｉｄｅ−Ｔｒｉａｚｉｎｅ Ｒｅｓｉｎ）等の樹脂を用いた有機基板、銅／樹脂が混在した複合基板等を用いることもできる。窒化アルミの基体では、反射率が低いため、反射率の高い白樹脂等のコーティング、及びＡｇメッキ等が施されることがある。

半導体発光装置のパッケージ（ＰＫＧ）形態は、上記実施の形態で示したパッケージ形態以外の形態であってもよい。なお、プリモールドＰＫＧでは、パッケージ基体（反射基板）の材料として、例えばＰＰＯ樹脂（ポリフェニレンオキサイド樹脂）を用いることができ、セラミックＰＫＧでは、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミ（ＡｌＮ）等を用いることができる。焼結セラミック基板は、例えばアルミナを用いた場合、９０％以上と高い反射率を有する反射基板としてそのまま用いることができる。反射基板の表面（光反射面）の反射率は、可視光領域において、光取出し効率の観点から８０％以上であるのが好ましい。

上記実施の形態では、半導体発光装置（パッケージ）に１個の半導体発光素子を搭載した例について示したが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。半導体発光装置（パッケージ）に搭載される半導体発光素子は、複数個であってもよい。その場合、各発光素子を固定する接着層には、同じ種類の蛍光体が含有されていてもよいし、異なる種類の蛍光体が含有されていてもよい。

さらに、上記実施の形態において、接着層及び封止部材に含有する蛍光体は、１種類であってもよいし、複数種類であってもよい。

上記で開示された技術を適宜組合せて得られる実施の形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

今回開示された実施の形態は単に例示であって、この発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。この発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

本発明によれば、外部光取出し効率を向上させることが可能な半導体発光装置を提供できる。

５０ 半導体発光装置
６０ 反射基板
６２ 光反射面
６４、６６ リード端子
７０ 接着層
７２、８２ 蛍光体
８０ 封止部材
９０、９２ ワイヤ
１００ 半導体発光素子
１１０ 透明基板
１１０ｂ 側面
１２０ ｎ型層
１３０ ＭＱＷ発光層
１４０ ｐ型層
１５０ 多層構造体
１６０ ｎ側電極
１８０ ｐ側電極

Claims (7)

1. 透明基板を含む半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が搭載される基板と、
   蛍光体を含み、前記半導体発光素子を前記基板上に固定する透光性を有する接着層と、
   蛍光体を含み、前記半導体発光素子を封止する封止部材とを含み、
   前記接着層は前記封止部材に含まれる蛍光体の平均粒径以下の厚みを有する、半導体発光装置。
2. 前記接着層に含まれる蛍光体の平均粒径は２００ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記接着層に含まれる蛍光体の平均粒径は１００ｎｍ以下である、請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 前記基板は、光反射面を有し、
   前記半導体発光素子は、前記光反射面上に搭載されている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置。
5. 前記接着層に含まれる蛍光体は、前記封止部材に含まれる蛍光体に比べて、発光波長の長い蛍光を発する、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体発光装置。
6. 前記透明基板は、サファイア基板、窒化物系半導体基板及びＳｉＣ基板のいずれかである、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体発光装置。
7. 前記接着層は、シリコーン樹脂からなる、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体発光装置。

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