JP6139071B2 - 発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子（ダイオードチップ）から照射される光を波長変換して外部に放出する発光装置とその製造方法に関する。
従来、発光素子から照射される光を波長変換して外部に放出する発光装置として、特許文献１には、発光ダイオードチップと蛍光体チップとが透明な接着剤により固着された構成が開示されている。特許文献１において、蛍光体チップは、例えば、基体と基体中に混入された蛍光体を含むものであり、単結晶、多結晶若しくは蛍光体粉末の焼結体等の蛍光体インゴットから切り出した蛍光体チップ、樹脂又はメタロキサンゾル等のバインダに蛍光体粉末を混合し型に注入して乾燥・加熱硬化して形成した蛍光体チップ、蛍光体粉末をバインダに混合して平板状に成形し、乾燥・加熱硬化した後、切り出して形成した蛍光体チップなどが例示されている。
蛍光体チップは、例えば、発光素子が収納される凹部を有し、その凹部に発光ダイオードチップが嵌込まれて接着剤により固定される。接着剤としては、例えば、光透過性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂が使用される。
蛍光体チップは、例えば、発光素子が収納される凹部を有し、その凹部に発光ダイオードチップが嵌込まれて接着剤により固定される。接着剤としては、例えば、光透過性のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリイミド樹脂が使用される。
しかしながら、特許文献１に開示された従来の発光装置は、蛍光体チップを別に作製して発光ダイオードチップを嵌込んで製造しており、また１つ１つ組み立てることになり、工数が多くなり安価に製造することができないという問題があった。
また、例えば、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われている発光装置では、放熱性が悪くなるという問題があった。
また、例えば、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われている発光装置では、放熱性が悪くなるという問題があった。
そこで、本発明は、発光素子から照射される光を波長変換して外部に放出する発光装置を安価に製造できる製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われかつ放熱性が良好な発光装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われかつ放熱性が良好な発光装置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、本発明に係る発光装置の第１の製造方法は、
透光性基板の上に蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、
前記蛍光体層の上に、それぞれ同一面側に正負の電極を有する複数の発光素子を所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記発光素子の少なくとも上面の一部が露出するように樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体層及び前記透光性基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、発光素子の周囲が蛍光体層及び樹脂で覆われた発光装置を効率よく製造することができる。また、この発光装置は蛍光体層を有しているため、従来のように発光素子を、凹部を備えるパッケージに実装して蛍光体含有樹脂で封止する必要がなく、発光装置を小型化することができる。
透光性基板の上に蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、
前記蛍光体層の上に、それぞれ同一面側に正負の電極を有する複数の発光素子を所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記発光素子の少なくとも上面の一部が露出するように樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体層及び前記透光性基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、発光素子の周囲が蛍光体層及び樹脂で覆われた発光装置を効率よく製造することができる。また、この発光装置は蛍光体層を有しているため、従来のように発光素子を、凹部を備えるパッケージに実装して蛍光体含有樹脂で封止する必要がなく、発光装置を小型化することができる。
本発明に係る発光装置の第２の製造方法は、
蛍光体含有基板上に、複数の発光素子を所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記配列された発光素子の間に樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体含有基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、蛍光体含有基板上に発光素子を配列するので、個々に分割した発光装置の色調バラツキを抑制することができる。また、蛍光体含有基板の厚みを調整して、任意の色調かつ均一な発光波長を有する発光装置を効率よく製造することができる。
蛍光体含有基板上に、複数の発光素子を所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記配列された発光素子の間に樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体含有基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含むことを特徴とする。
これにより、蛍光体含有基板上に発光素子を配列するので、個々に分割した発光装置の色調バラツキを抑制することができる。また、蛍光体含有基板の厚みを調整して、任意の色調かつ均一な発光波長を有する発光装置を効率よく製造することができる。
本発明に係る発光装置の第１と第２の製造方法では、前記樹脂が、蛍光体粒子を含むようにしてもよい。
これにより、発光素子の光取り出し面が蛍光体粒子を含む部材で覆われるので、発光素子からの光を効率よく波長変換させる発光装置を製造することができる。
これにより、発光素子の光取り出し面が蛍光体粒子を含む部材で覆われるので、発光素子からの光を効率よく波長変換させる発光装置を製造することができる。
本発明に係る発光装置の第１と第２の製造方法では、前記樹脂が、光反射性物質を含むようにしてもよい。
これにより、発光素子の側面が光反射性物質を含む樹脂で覆われるので、発光素子からの光は主に発光装置の上面方向へ放出されることになる。したがって、点光源に近い発光装置を製造することができる。
これにより、発光素子の側面が光反射性物質を含む樹脂で覆われるので、発光素子からの光は主に発光装置の上面方向へ放出されることになる。したがって、点光源に近い発光装置を製造することができる。
本発明に係る発光装置の第１と第２の製造方法において、前記発光素子が、
第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた第２半導体層と、を有し、
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備えることにより、放熱性に優れた発光装置を製造することができる。
第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた第２半導体層と、を有し、
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備えることにより、放熱性に優れた発光装置を製造することができる。
本発明に係る発光装置は、基板上に第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた第２半導体層と、を有し、
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備える発光素子と、
前記発光素子の前記基板を覆う蛍光体層と、前記発光素子の側面を覆う樹脂層と、を有し、
前記樹脂層が前記発光素子側面に設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る発光装置は、基板上に第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた第２半導体層と、を有し、
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備える発光素子と、
前記発光素子の前記基板を覆う蛍光体含有基板と、前記発光素子の側面を覆う樹脂層と、を有し、
前記樹脂層が前記発光素子側面に設けられていることを特徴とする。
発光素子の基板上と側面とが蛍光体層、蛍光体含有基板及び樹脂層で覆われている構造であれば放熱性が必要となる。本発明の構成により、第１電極を第２半導体層上へ延長して形成することで第１電極の面積を広く設けることができ、発光装置の電極と実装側の部材との接触面積が拡大する。したがって、放熱性が向上する。また、発光素子が樹脂層と直接接していることにより、発光素子と樹脂層との間に光を吸収する部材がないため光取り出し効率が向上する。
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備える発光素子と、
前記発光素子の前記基板を覆う蛍光体層と、前記発光素子の側面を覆う樹脂層と、を有し、
前記樹脂層が前記発光素子側面に設けられていることを特徴とする。
また、本発明に係る発光装置は、基板上に第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた第２半導体層と、を有し、
前記第１半導体層上に第１電極、前記第２半導体層上に第２電極が同一面側に設けられ、
前記第１電極から前記第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備える発光素子と、
前記発光素子の前記基板を覆う蛍光体含有基板と、前記発光素子の側面を覆う樹脂層と、を有し、
前記樹脂層が前記発光素子側面に設けられていることを特徴とする。
発光素子の基板上と側面とが蛍光体層、蛍光体含有基板及び樹脂層で覆われている構造であれば放熱性が必要となる。本発明の構成により、第１電極を第２半導体層上へ延長して形成することで第１電極の面積を広く設けることができ、発光装置の電極と実装側の部材との接触面積が拡大する。したがって、放熱性が向上する。また、発光素子が樹脂層と直接接していることにより、発光素子と樹脂層との間に光を吸収する部材がないため光取り出し効率が向上する。
本発明に係る発光装置のある形態では、前記蛍光体層を介して前記発光素子の前記基板に対向するように設けられた透光性基板をさらに有し、前記蛍光体層と前記透光性基板の間及び／又は前記蛍光体層とは反対側の前記透光性基板の表面に反射防止膜を有する。
これにより、発光装置の光取り出し効率の低下を防ぐことができる。
これにより、発光装置の光取り出し効率の低下を防ぐことができる。
本発明に係る発光装置のある形態では、前記第１電極は、前記第２半導体層に囲まれている。
電流は第１半導体層と第２半導体層のギャップ間で密度が大きいため、第１電極を発光素子の端部に配置すると発光素子の端部で電流が集中しやすい。本発明の構成により、第１電極の周囲で電流が拡散させ、電流密度を均一にすることができる。
電流は第１半導体層と第２半導体層のギャップ間で密度が大きいため、第１電極を発光素子の端部に配置すると発光素子の端部で電流が集中しやすい。本発明の構成により、第１電極の周囲で電流が拡散させ、電流密度を均一にすることができる。
本発明に係る発光装置のある形態では、前記樹脂層は、蛍光体粒子を含む。
これにより、発光素子の光取り出し面が蛍光体粒子を含む部材で覆われるので、発光素子からの光を効率よく波長変換させる発光装置とすることができる。
これにより、発光素子の光取り出し面が蛍光体粒子を含む部材で覆われるので、発光素子からの光を効率よく波長変換させる発光装置とすることができる。
本発明に係る発光装置のある形態では、前記樹脂層は、光反射性物質を含む。
これにより、発光素子の側面が光反射性物質を含む樹脂で覆われるので、発光素子からの光は主に発光装置の上面方向へ放出されることになる。したがって、点光源に近い発光装置とすることができる。
これにより、発光素子の側面が光反射性物質を含む樹脂で覆われるので、発光素子からの光は主に発光装置の上面方向へ放出されることになる。したがって、点光源に近い発光装置とすることができる。
以上のように構成された本発明にかかる製造方法によれば、発光面における蛍光体２の形成及び側面を覆う樹脂の形成を、所定の配置に配列された複数（多数）の発光素子に対して一括して行うことができるので、電極形成面を除く発光面と側面が蛍光体層２及び樹脂５に覆われた発光装置を効率よく安価に製造することができる。
また、以上のように構成された本発明にかかる発光装置によれば、第１電極から第２半導体層上に絶縁膜を介して延びる金属膜を備えているので、発光素子の基板を覆う蛍光体層と発光素子の側面とを覆う樹脂層を備えていても、放熱性を良好にできる。
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。
実施形態１．
本発明に係る実施形態１の製造方法は、以下の手順により発光装置が作製される。
（蛍光体層形成工程）
まず、図１Ａ（ａ）（ｂ）に示すように、透光性基板１上に蛍光体層２を形成する。
透光性基板１としては、例えば、石英やホウケイ酸硝子等からなるガラス基板が用いられる。厚みは３０μｍ〜１ｍｍが好ましい。透光性基板１は、薄いほど光吸収が抑制されるが、薄すぎると製造過程で割れ、厚すぎると後述する分割工程で切断しにくくなるため、５０〜５００μｍであることがさらに好ましい。
蛍光体層２としては、バインダー樹脂に後述の蛍光体を含有させたものを使用することができる。バインダー樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等を使用することが好ましい。また、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の透光性を有する絶縁樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた樹脂も利用できる。
蛍光体層２を形成する方法は、例えば、印刷法、圧縮成形、スピンコート、ディスペンス等公知の方法が挙げられる。
蛍光体層２は、均一な膜厚でかつ蛍光体粒子が偏在することなく形成することが好ましく、上記列挙した蛍光体層形成方法のなかでは特に印刷法又は圧縮成形を用いることが好ましい。
実施形態１．
本発明に係る実施形態１の製造方法は、以下の手順により発光装置が作製される。
（蛍光体層形成工程）
まず、図１Ａ（ａ）（ｂ）に示すように、透光性基板１上に蛍光体層２を形成する。
透光性基板１としては、例えば、石英やホウケイ酸硝子等からなるガラス基板が用いられる。厚みは３０μｍ〜１ｍｍが好ましい。透光性基板１は、薄いほど光吸収が抑制されるが、薄すぎると製造過程で割れ、厚すぎると後述する分割工程で切断しにくくなるため、５０〜５００μｍであることがさらに好ましい。
蛍光体層２としては、バインダー樹脂に後述の蛍光体を含有させたものを使用することができる。バインダー樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等を使用することが好ましい。また、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の透光性を有する絶縁樹脂を用いることができる。また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた樹脂も利用できる。
蛍光体層２を形成する方法は、例えば、印刷法、圧縮成形、スピンコート、ディスペンス等公知の方法が挙げられる。
蛍光体層２は、均一な膜厚でかつ蛍光体粒子が偏在することなく形成することが好ましく、上記列挙した蛍光体層形成方法のなかでは特に印刷法又は圧縮成形を用いることが好ましい。
（発光素子配列工程）
次に、図１Ａ（ｃ）及び図１Ｂに示すように、蛍光体層２の上に、複数の発光素子３を所定の間隔を隔てて配列する。配列する発光素子３の間隔は、１０μｍ以上とすることができ、量産性を考慮して、５０〜１００μｍであることが好ましい。
具体的には、所定の位置に接着部材４を塗布し、その接着部材４の上にそれぞれ発光素子３を配置する。発光素子３は発光面３ｅと反対側の面（電極形成面３ｃ）に正負の電極３ａ，３ｂを有し、発光面３ｅが蛍光体層２に対向するように配置される。
発光素子３間の間隔は、発光素子３間の中央部で蛍光体層２及び透光性基板１を切断したときに作製される発光装置１００の外形と一致するように設定される。
尚、図１Ｂには、発光素子３の上面の平面形状が正方形である場合の例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上面の平面形状が長方形や多角形の発光素子を用いて構成してもよい。
また、図１Ｂの平面図では、発光素子３電極は省略して描いている。
次に、図１Ａ（ｃ）及び図１Ｂに示すように、蛍光体層２の上に、複数の発光素子３を所定の間隔を隔てて配列する。配列する発光素子３の間隔は、１０μｍ以上とすることができ、量産性を考慮して、５０〜１００μｍであることが好ましい。
具体的には、所定の位置に接着部材４を塗布し、その接着部材４の上にそれぞれ発光素子３を配置する。発光素子３は発光面３ｅと反対側の面（電極形成面３ｃ）に正負の電極３ａ，３ｂを有し、発光面３ｅが蛍光体層２に対向するように配置される。
発光素子３間の間隔は、発光素子３間の中央部で蛍光体層２及び透光性基板１を切断したときに作製される発光装置１００の外形と一致するように設定される。
尚、図１Ｂには、発光素子３の上面の平面形状が正方形である場合の例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、上面の平面形状が長方形や多角形の発光素子を用いて構成してもよい。
また、図１Ｂの平面図では、発光素子３電極は省略して描いている。
（樹脂埋込工程）
次に、図１Ａ（ｄ）に示すように、配列された発光素子３の間に樹脂５を埋め込んで、埋め込んだ樹脂（埋込樹脂５）を硬化させる。埋込樹脂５は、発光素子３の少なくとも上面の一部が露出するように、すなわち、埋込樹脂５の上面が発光素子３の電極形成面３ｃを含む平面より突出しないように埋め込まれ、好ましくは上面が電極形成面３ｃを含む平面に一致するように埋め込まれる。このようにすると、発光素子３の側面に形成された樹脂5の厚み(発光素子の側面に直交する方向における厚さ)が比較的厚い場合でも発光素子を実装する際の傾きを抑制できる。また、埋め込む樹脂量及び当該樹脂が発光素子を覆う範囲については、正負の電極３ａ、３ｂが外部電源と接続できればよいので、少なくとも、正負の電極３ａ、３ｂの表面の一部が露出されるように適宜設定される。この場合、正負の電極３ａ、３ｂ全体が樹脂５から露出するようにすると実装しやすい。
次に、図１Ａ（ｄ）に示すように、配列された発光素子３の間に樹脂５を埋め込んで、埋め込んだ樹脂（埋込樹脂５）を硬化させる。埋込樹脂５は、発光素子３の少なくとも上面の一部が露出するように、すなわち、埋込樹脂５の上面が発光素子３の電極形成面３ｃを含む平面より突出しないように埋め込まれ、好ましくは上面が電極形成面３ｃを含む平面に一致するように埋め込まれる。このようにすると、発光素子３の側面に形成された樹脂5の厚み(発光素子の側面に直交する方向における厚さ)が比較的厚い場合でも発光素子を実装する際の傾きを抑制できる。また、埋め込む樹脂量及び当該樹脂が発光素子を覆う範囲については、正負の電極３ａ、３ｂが外部電源と接続できればよいので、少なくとも、正負の電極３ａ、３ｂの表面の一部が露出されるように適宜設定される。この場合、正負の電極３ａ、３ｂ全体が樹脂５から露出するようにすると実装しやすい。
尚、埋め込み樹脂５としては、上述の蛍光体層２のバインダー樹脂と同様のものを使用することができる。
（分割工程）
最後に、図１Ａ（ｅ）に示すように、樹脂５を硬化させた後、硬化した樹脂５、蛍光体層２及び透光性基板１を切断線ｃ７にそってダイシング、ブレイク等により切断して個々の発光装置１００に分割する。切断線ｃ７は、例えば、隣接する発光素子３の間の中心線に一致するよう設定される。切断線ｃ７と発光素子３の側面との間隔は、任意に調整可能であるが、量産性を考慮すると１００μｍ以下であることが好ましい。さらに、発光装置１００の小型化を考慮すると２５〜５０μｍであることが好ましい。
このとき、図１Ａ（ｅ）に示すように、分割後の発光装置１００がシート６上に配列された状態で保持されるように、透光性基板１の裏面に保持シート６を張り付けてシート６を切断しないように分割することが好ましい。
最後に、図１Ａ（ｅ）に示すように、樹脂５を硬化させた後、硬化した樹脂５、蛍光体層２及び透光性基板１を切断線ｃ７にそってダイシング、ブレイク等により切断して個々の発光装置１００に分割する。切断線ｃ７は、例えば、隣接する発光素子３の間の中心線に一致するよう設定される。切断線ｃ７と発光素子３の側面との間隔は、任意に調整可能であるが、量産性を考慮すると１００μｍ以下であることが好ましい。さらに、発光装置１００の小型化を考慮すると２５〜５０μｍであることが好ましい。
このとき、図１Ａ（ｅ）に示すように、分割後の発光装置１００がシート６上に配列された状態で保持されるように、透光性基板１の裏面に保持シート６を張り付けてシート６を切断しないように分割することが好ましい。
以上のように構成された実施形態１の製造方法により、電極形成面３ｃを除く発光面と側面が蛍光体層２及び樹脂５に覆われ、発光素子から照射される光を波長変換して外部に放出する発光装置が作製される。
以上の実施形態１の製造方法によれば、発光面における蛍光体層２の形成及び側面を覆う樹脂５の形成を、所定の配置に配列された複数（多数）の発光素子３に対して一括して行うことができるので、電極形成面３ｃを除く発光面と側面が蛍光体層２及び樹脂５に覆われた発光装置を効率よく安価に製造することができる。
以上の実施形態１の製造方法によれば、発光面における蛍光体層２の形成及び側面を覆う樹脂５の形成を、所定の配置に配列された複数（多数）の発光素子３に対して一括して行うことができるので、電極形成面３ｃを除く発光面と側面が蛍光体層２及び樹脂５に覆われた発光装置を効率よく安価に製造することができる。
本発明に係る実施形態１の製造方法では、蛍光体層２と透光性基板１の間及び／又は蛍光体層２とは反対側の透光性基板１の表面に反射防止膜を形成するようにすることが好ましく、これにより、光の取り出し効率を向上させることができる。
実施形態２．
本発明に係る実施形態２の製造方法は、蛍光体を含有する蛍光体含有基板２１を用いている点が、実施形態１の製造方法とは異なっている。すなわち、実施形態２の製造方法では、図２に示す工程フロー図から明らかなように、透光性基板１の上に蛍光体層２を形成する工程がない他は、実施形態１の製造方法と同様に構成されている。
本発明に係る実施形態２の製造方法は、蛍光体を含有する蛍光体含有基板２１を用いている点が、実施形態１の製造方法とは異なっている。すなわち、実施形態２の製造方法では、図２に示す工程フロー図から明らかなように、透光性基板１の上に蛍光体層２を形成する工程がない他は、実施形態１の製造方法と同様に構成されている。
蛍光体含有基板２１は、無機材料からなる基体と無機材料中に分散された蛍光体との複合材料からなる。基体を構成する無機材料としては、サファイア等の無機結晶、ガラス等のアモルファス材料、セラミック等の種々の無機材料が挙げられる。
この蛍光体含有基板２１を用いた発光装置は、以下のような特徴がある。
一般に、ガラスやサファイア等の無機材料は、無機材料から成る蛍光体との屈折率差が小さい。例えば、アルミニウムを含むガーネット構造の蛍光体の屈折率は約１．７〜１．８であるが、一般的な透光性樹脂の屈折率が約１．５であるのに対し、ガラスの屈折率は約１．６、サファイアの屈折率は約１．７である。このため、蛍光体含有基板２１内における蛍光体による光の散乱が少なく、発光素子３への戻り光を抑えることができる。
また、無機材料は樹脂などの有機材料に比べて硬度が高く、高温での加工も可能であるため、蛍光体含有基板２１上への配線形成も可能であり、それらを利用した応用も考えられる。
この蛍光体含有基板２１を用いた発光装置は、以下のような特徴がある。
一般に、ガラスやサファイア等の無機材料は、無機材料から成る蛍光体との屈折率差が小さい。例えば、アルミニウムを含むガーネット構造の蛍光体の屈折率は約１．７〜１．８であるが、一般的な透光性樹脂の屈折率が約１．５であるのに対し、ガラスの屈折率は約１．６、サファイアの屈折率は約１．７である。このため、蛍光体含有基板２１内における蛍光体による光の散乱が少なく、発光素子３への戻り光を抑えることができる。
また、無機材料は樹脂などの有機材料に比べて硬度が高く、高温での加工も可能であるため、蛍光体含有基板２１上への配線形成も可能であり、それらを利用した応用も考えられる。
さらに、蛍光体含有基板２１は、熱伝導率を樹脂に比べると高くでき、放熱特性を良好にできる。その放熱特性をより効果的に発揮させるために、蛍光体含有基板２１の熱伝導率は、０．８［Ｗ／ｍＫ］以上、より好ましくは１．２［Ｗ／ｍＫ］以上、さらに好ましくは３．５［Ｗ／ｍＫ］以上となる材料であることが望ましい。このような材料で蛍光体含有基板２１を構成することにより、放熱特性を良好にでき、信頼性の高い発光装置２００を実現することができる。
実施形態１及び２の製造方法で使用される蛍光体は、発光素子３の発光により励起される蛍光体が選択されるが、例えば、発光素子３が青色発光素子であり、白色の発光装置を構成したい場合には、青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが好ましい。このような蛍光体として、例えば、セリウムで付活されたガーネット構造を持つ蛍光体（特に、セリウムで付活され、アルミニウムを含みガーネット構造を持つ蛍光体）が挙げられる。セリウムで付活された蛍光体は、黄色にブロードは発光を示すため、青色発光との組合せによって演色性の良い白色を実現できる。また、ガーネット構造、特にアルミニウムを含むガーネット構造の蛍光体は、熱、光、水分に強く、高輝度な黄色発光を長時間維持することができる。例えば、蛍光体として、（Ｒｅ1-xＳｍx）３（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｔｂからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）で表されるＹＡＧ系蛍光体（一般にＹＡＧと略記される）を用いることが好ましい。また、黄色蛍光体の他に、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢｘＮ３＋ｘ：Ｅｕ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕなどの蛍光体を用いて演色性を調整することもできる。
また、特に発光素子３の発光波長が短波長である場合などは、蛍光体層２又は蛍光体含有基板２１が２種類以上の蛍光体を含んでいても良い。発光素子３からの１次光によって１種類目の蛍光体を励起、発光させ、その蛍光体の発する２次光によって別の種類の蛍光体を励起、発光させることもできる。また、色度の異なる２種類の蛍光体を用いれば、２種類の蛍光体の量を調整することにより、色度図上において２種類の蛍光体と発光素子の色度点を結んでできる領域内の任意の色度点に対応する発光を得ることができる。
実施形態１及び２の製造方法で使用される発光素子３は、半導体から成る発光層を備えたものであれば良い。特に窒化物半導体から成る発光層、中でも窒化ガリウム系化合物半導体（特にＩｎＧａＮ）から成る発光層を備えた発光素子であれば、可視光域の短波長域や近紫外域で強い発光が可能であるため、蛍光体と好適に組み合わせることができる。発光素子３は、発光層３８から出力される出射光の発光ピーク波長が近紫外線から可視光の短波長領域である２４０ｎｍ〜５００ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、さらに好ましくは４５０ｎｍ〜４７０ｎｍにある発光スペクトルを有することが望ましい。この波長域で発光をする発光素子であれば、種々の蛍光体との組合せにより、所望の色、特に白色光の発光が可能となる。尚、発光素子２０は、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの半導体から成る発光層を有するものでも良い。
以上の実施形態１及び２の製造方法では、樹脂５に蛍光体粒子を含有させてもよい。例えば、蛍光体層２と同様の蛍光体粒子を含有させると、発光素子３の側面から出射される光を波長変換して利用することも可能である。
また、以上の実施形態１及び２の製造方法では、樹脂５に光反射性物質を含有させるようにしてもよい。このようにすると発光素子３の側面から出射された光を樹脂５に含まれる光反射性物質により蛍光体層２の方向に反射させてその光が波長変換された光を出射させることが可能になり、発光効率を向上させることができる。光反射性物質としては、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇからなる群から選択される１種の酸化物、もしくはＡｌＮ、ＭｇＦの少なくとも１種を用いることができる。具体的にはＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＦ、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＭｇＯよりなる群から選択される少なくとも１種である。
蛍光体層２と蛍光体含有基板２１は、発光素子３の発光波長領域に応じて、厚みや含有させる蛍光体の量を調整することで、個々の発光装置の色調バラツキを制御することができ、また任意の色調を有する発光装置を得ることができる。その厚みは１０〜１００μｍとすることができる。蛍光体層２と蛍光体含有基板２１による光吸収を考慮すると薄い方が好ましい。さらに、蛍光体層２又は蛍光体含有基板２１上に発光素子３を等間隔になるように配列し、個々の発光装置１００、２００に分割するので、均一な色調を有する複数の発光装置を効率よく製造することができる。蛍光体層２又は蛍光体含有基板２１上に配置する発光素子３は、発光特性が類似したものを選択し準備しておけば、より均一な色調を有する複数の発光装置を製造することも可能である。
また、発光素子３の発光波長領域や発光特性に応じて、蛍光体層２又は蛍光体含有基板２１上に配列する発光素子３の間隔を設定することもできる。すなわち、隣り合う発光素子３の間隔を広くすれば発光素子３の側面の埋め込み樹脂５の量を多く、間隔を狭くすれば埋め込み樹脂５の量を少なくすることができ、発光装置１００、２００の色調を調整することができる。
また、発光素子３の発光波長領域や発光特性に応じて、蛍光体層２又は蛍光体含有基板２１上に配列する発光素子３の間隔を設定することもできる。すなわち、隣り合う発光素子３の間隔を広くすれば発光素子３の側面の埋め込み樹脂５の量を多く、間隔を狭くすれば埋め込み樹脂５の量を少なくすることができ、発光装置１００、２００の色調を調整することができる。
実施形態３．
本発明に係る実施形態３の発光装置は、実施形態１又は２の製造方法により作製される発光装置であって、発光素子３を以下のような構成とすることにより、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われた際の放熱性の悪化を防止している。
以下、図面を参照して実施形態３に用いる窒化物半導体発光素子について詳細に説明する。
本発明に係る実施形態３の発光装置は、実施形態１又は２の製造方法により作製される発光装置であって、発光素子３を以下のような構成とすることにより、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われた際の放熱性の悪化を防止している。
以下、図面を参照して実施形態３に用いる窒化物半導体発光素子について詳細に説明する。
図３の窒化物半導体発光素子は、例えばサファイア等からなる基板１１上に、例えば、ＳｉがドープされたＡｌＩｎＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１２、例えば、ＩｎＧａＮからなる発光層１０及び例えば、ＭｇがドープされたＡｌＩｎＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層１３が順に積層された半導体層構造を有し、以下のように構成される。
１）実施形態１の窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層は、その中央部において円形に除去され、開口部３１が形成される。これによって、開口部３１を介してｎ型窒化物半導体層１２の表面が露出される。
２）正電極１９は、図４に示すように、ｐ型窒化物半導体層１３上に、開口部３１の近傍及び外周の近傍を除いて広い面積で形成される。正電極１９は、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｌａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｕ、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。正電極１９は、発光層１０からの光を効率よく反射させることが好ましく、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇから選択された少なくとも一種の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することが好ましい。
３）ｐ側の取り出し電極１６は、正電極１９上の開口部３１と一側面との間に略矩形形状に形成される。取り出し電極１６は、発光装置１００、２００を実装基板に実装するための電極とすることができ、正電極１９と同様の材料を用いることができる。
４）絶縁層１７ａは、正電極１９、ｐ型窒化物半導体層１３及びｎ型窒化物半導体層１２の側面を覆うように形成される。基板１１に達するように形成されていてもよい。
尚、絶縁層１７ａにおいて、開口部３１の内側に開口部３１と同心円の開口部３２が形成され、取り出し電極１６上に開口部３３が形成される。絶縁膜１７ａは、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、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膜、窒化膜、酸化窒化膜等が挙げられる。特に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが挙げられる。絶縁膜は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）膜としてもよい。
５）負電極１４は、正電極１９、ｐ側の取り出し電極１６と同様の材料、積層構造とすることができ、開口部３２を形成することによって露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面１８に接続されるように形成される。ここで、負電極１４は、図４に示すように、ｐ側の取り出し電極１６の側において、いずれの位置においても絶縁膜１７ａを介して正電極１９と重なるように取り出し電極１６に近接する位置まで延在し、かつ反対側においては、絶縁膜１７ａを介して正電極１９を実質的に覆うように形成される。これにより、負電極１４と正電極１９とが絶縁されているので、電極の立体的な構造が可能になっている。負電極１４は、ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８からｐ型窒化物半導体層１３上に延在されてもよいが、ｎ型窒化物半導体層１２とコンタクト性の良好な材料も設け、その上にＡｌ、Ｒｈ、Ａｇ等反射率の高い材料を設けてｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層、正電極１９を覆うように延在させることもできる。これにより、反射率の高い材料で発光素子３の電極形成面を覆うことができるので、光取り出し効率が向上する。
６）さらに絶縁膜１７ｂは、取り出し電極１６上に開口部３３と重なる開口部３５を有しかつ開口部３５の反対側の負電極１４上に開口部３４を有し、各電極及び半導体層を覆うように形成される。絶縁膜１７ｂは、上述の絶縁膜１７ａと同様の材料、積層構造とすることができる。
開口部３４の位置の負電極１４は、発光装置１００、２００を実装基板に実装するための電極として機能することもできるが、負電極１４上に、実装用の電極をさらに形成してもよい。
１）実施形態１の窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層は、その中央部において円形に除去され、開口部３１が形成される。これによって、開口部３１を介してｎ型窒化物半導体層１２の表面が露出される。
２）正電極１９は、図４に示すように、ｐ型窒化物半導体層１３上に、開口部３１の近傍及び外周の近傍を除いて広い面積で形成される。正電極１９は、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗ、Ｌａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｙ、Ａｌ、Ｓｉ、Ａｕ、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。正電極１９は、発光層１０からの光を効率よく反射させることが好ましく、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇから選択された少なくとも一種の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することが好ましい。
３）ｐ側の取り出し電極１６は、正電極１９上の開口部３１と一側面との間に略矩形形状に形成される。取り出し電極１６は、発光装置１００、２００を実装基板に実装するための電極とすることができ、正電極１９と同様の材料を用いることができる。
４）絶縁層１７ａは、正電極１９、ｐ型窒化物半導体層１３及びｎ型窒化物半導体層１２の側面を覆うように形成される。基板１１に達するように形成されていてもよい。
尚、絶縁層１７ａにおいて、開口部３１の内側に開口部３１と同心円の開口部３２が形成され、取り出し電極１６上に開口部３３が形成される。絶縁膜１７ａは、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、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膜、窒化膜、酸化窒化膜等が挙げられる。特に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが挙げられる。絶縁膜は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）膜としてもよい。
５）負電極１４は、正電極１９、ｐ側の取り出し電極１６と同様の材料、積層構造とすることができ、開口部３２を形成することによって露出されたｎ型窒化物半導体層１２の表面１８に接続されるように形成される。ここで、負電極１４は、図４に示すように、ｐ側の取り出し電極１６の側において、いずれの位置においても絶縁膜１７ａを介して正電極１９と重なるように取り出し電極１６に近接する位置まで延在し、かつ反対側においては、絶縁膜１７ａを介して正電極１９を実質的に覆うように形成される。これにより、負電極１４と正電極１９とが絶縁されているので、電極の立体的な構造が可能になっている。負電極１４は、ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８からｐ型窒化物半導体層１３上に延在されてもよいが、ｎ型窒化物半導体層１２とコンタクト性の良好な材料も設け、その上にＡｌ、Ｒｈ、Ａｇ等反射率の高い材料を設けてｎ型窒化物半導体層、ｐ型窒化物半導体層、正電極１９を覆うように延在させることもできる。これにより、反射率の高い材料で発光素子３の電極形成面を覆うことができるので、光取り出し効率が向上する。
６）さらに絶縁膜１７ｂは、取り出し電極１６上に開口部３３と重なる開口部３５を有しかつ開口部３５の反対側の負電極１４上に開口部３４を有し、各電極及び半導体層を覆うように形成される。絶縁膜１７ｂは、上述の絶縁膜１７ａと同様の材料、積層構造とすることができる。
開口部３４の位置の負電極１４は、発光装置１００、２００を実装基板に実装するための電極として機能することもできるが、負電極１４上に、実装用の電極をさらに形成してもよい。
以上のように構成された実施形態３の窒化物半導体発光素子において、ｎ型窒化物半導体層１２及びｐ型窒化物半導体層１３の上方は、正電極１９及び負電極１４のいずれかの電極で覆われており、かつ負電極１４が絶縁膜１７ａを介して正電極１９と重なるように取り出し電極１６に近接する位置まで延在している。
このように、負電極１４が絶縁膜１７ａを介して正電極１９を実質的に覆うように形成されているので、放熱性を良好にできるとともに、発光層１０において発生した光りが上方から漏れるのを防止できる。
このように、負電極１４が絶縁膜１７ａを介して正電極１９を実質的に覆うように形成されているので、放熱性を良好にできるとともに、発光層１０において発生した光りが上方から漏れるのを防止できる。
実施形態３において、ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８（露出部）は発光素子３の中央部に１つ円形形状で形成し、この上に負電極１４を設けているが、これに限らない。すなわち、複数の表面１８を均等に分散配置し、ここに負電極１４を形成することができる。特に、ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８と接する負電極１４は、ｐ型窒化物半導体層１３に周囲を囲まれていることが好ましい。電流はｎ型窒化物半導体層１２の表面１８（露出部）のｐ型窒化物半導体層１３付近で密度が大きくなる。そのため、負電極１４の周囲をｐ型窒化物半導体層１３に囲まれるようにし、かつ複数設けることにより、電流密度を均一化することができる。
そしてｎ型窒化物半導体層１２の表面１８の形状は円形、楕円形、多角形、丸みを帯びた多角形、線状、曲線状等任意の形状とすることができる。ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８を形成すると発光層１０の面積が小さくなるので、表面１８はできるだけ小さい面積の方が好ましい。
そしてｎ型窒化物半導体層１２の表面１８の形状は円形、楕円形、多角形、丸みを帯びた多角形、線状、曲線状等任意の形状とすることができる。ｎ型窒化物半導体層１２の表面１８を形成すると発光層１０の面積が小さくなるので、表面１８はできるだけ小さい面積の方が好ましい。
したがって、本発明に係る実施形態３の発光装置によれば、発光素子の発光面と側面が蛍光体層で覆われかつ放熱性が良好な発光装置を提供することができる。
なお、発光素子３はこれに限らない。言い換えると電極が立体的な構造でなく、例えば、ｐ型窒化物半導体層１３上に正電極１９、ｎ型窒化物半導体層１２上に負電極１４がそれぞれ設けられていてもよい。
なお、発光素子３はこれに限らない。言い換えると電極が立体的な構造でなく、例えば、ｐ型窒化物半導体層１３上に正電極１９、ｎ型窒化物半導体層１２上に負電極１４がそれぞれ設けられていてもよい。
実施形態３の発光装置において、窒化物半導体発光素子の周りを覆う樹脂層には、蛍光体粒子を含んでいてもよいし、光反射性物質を含んでいてもよい。
また、実施形態３の発光装置において、蛍光体層を介して窒化物半導体発光素子の基板１１に対向するように設けられた透光性基板をさらに有していてもよく、また、蛍光体層と透光性基板の間及び／又は蛍光体層とは反対側の透光性基板の表面に反射防止膜を有していてもよい。
変形例
以上の実施形態では、一つの好ましい形態として、樹脂５を上面が電極形成面３ｃを含む平面に一致するように埋め込んだ例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、埋め込む樹脂の量を少なくして発光素子３の間に埋め込まれた樹脂５の中央部の表面が窪むように形成しても良い。図５（ａ）には、量を少なくして樹脂５を埋め込んだ後の状態を示し、図５（ｂ）には切断する際の様子を示している。また、図６（ａ)には、切断後の発光装置３００を示している。このように、樹脂５は、少なくとも発光素子３の側面を被覆していればよく、発光素子３間の間を全て満たさなくてもよい。すなわち、少なくとも配列された個々の発光素子３の周囲に樹脂５を設けていればよい。言い換えると、硬化した樹脂５の上面は、発光素子３の電極形成面３ｃを含む平面に平行であっても、傾斜していてもよい。ここで、傾斜とは、発光素子３から遠ざかるにつれて樹脂５の厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなることをいい、図６（ｂ）に示すように発光素子３から遠ざかるにつれて直線的に厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなっていることも含む。尚、発光装置において発光素子３の側面に形成された樹脂の厚さ(側面に直交する方向に見た厚み)が小さい場合には、図６（ｂ）に示すように、発光素子３から遠ざかるにつれて直線的に厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなる。
さらに本発明では、例えば、ワイヤボンディング等により接続する際には、図６（ｃ）に示すように、発光素子３から遠ざかるにつれて厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が厚くなるように構成してもよい。
以上の実施形態では、一つの好ましい形態として、樹脂５を上面が電極形成面３ｃを含む平面に一致するように埋め込んだ例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、埋め込む樹脂の量を少なくして発光素子３の間に埋め込まれた樹脂５の中央部の表面が窪むように形成しても良い。図５（ａ）には、量を少なくして樹脂５を埋め込んだ後の状態を示し、図５（ｂ）には切断する際の様子を示している。また、図６（ａ)には、切断後の発光装置３００を示している。このように、樹脂５は、少なくとも発光素子３の側面を被覆していればよく、発光素子３間の間を全て満たさなくてもよい。すなわち、少なくとも配列された個々の発光素子３の周囲に樹脂５を設けていればよい。言い換えると、硬化した樹脂５の上面は、発光素子３の電極形成面３ｃを含む平面に平行であっても、傾斜していてもよい。ここで、傾斜とは、発光素子３から遠ざかるにつれて樹脂５の厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなることをいい、図６（ｂ）に示すように発光素子３から遠ざかるにつれて直線的に厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなっていることも含む。尚、発光装置において発光素子３の側面に形成された樹脂の厚さ(側面に直交する方向に見た厚み)が小さい場合には、図６（ｂ）に示すように、発光素子３から遠ざかるにつれて直線的に厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が薄くなる。
さらに本発明では、例えば、ワイヤボンディング等により接続する際には、図６（ｃ）に示すように、発光素子３から遠ざかるにつれて厚み(電極形成面に直交する方向に見た厚み)が厚くなるように構成してもよい。
実施例１．
次に、実施例１について説明する。実施例１は、実施形態１に係る発光装置の製造方法に基づいて発光装置１００を作製する。
図１は、本発明に係る実施例１の製造方法の製造工程の流れを示す断面図である。図３は、本発明に係る実施例１の発光装置に使用する窒化物半導体発光素子の構成を示す断面図である。図４は、図３の窒化物半導体発光素子の平面図である。
次に、実施例１について説明する。実施例１は、実施形態１に係る発光装置の製造方法に基づいて発光装置１００を作製する。
図１は、本発明に係る実施例１の製造方法の製造工程の流れを示す断面図である。図３は、本発明に係る実施例１の発光装置に使用する窒化物半導体発光素子の構成を示す断面図である。図４は、図３の窒化物半導体発光素子の平面図である。
実施例１の発光装置１００は、平面視で１．５ｍｍ四方であり、発光素子３、透光性基板１、蛍光体層２、接着部材４、樹脂５を備える。
発光装置１００は、厚み２００μｍのガラスからなる透光性基板１上にＹＡＧ系の蛍光体を含む厚み５０μｍの蛍光体層２が設けられる。透光性基板１は蛍光体層２と透光性基板１の間及び蛍光体層２とは反対側の透光性基板１の表面に反射防止膜（不図示）を備えている。蛍光体層２の上面に、シリコーン樹脂からなる接着部材４によって、後述する平面視で１．４ｍｍ四方の大きさの発光素子３が接着されている。発光素子３の側面、接着部材４の表面（露出面）及び蛍光体層２の上面は、光反射性物質としてＴｉＯ２を含むシリコーン樹脂からなる樹脂５で覆われている。樹脂５は、発光素子３の電極形成面を覆わないように設けられ、樹脂５の上面は、図５に示すように発光素子３から遠ざかるにつれて厚みが薄くなるように傾斜している。発光装置１００の側面、言い換えると透光性基板１の側面、蛍光体層２の側面、樹脂５の側面は、面一となっている。
発光素子３について説明する。
発光素子３は、表面に凹凸を有するサファイア基板１１上に、半導体層を有する。サファイア基板１１上に、バッファ層を形成する。さらに負電極１４と接続されるｎ型窒化物半導体層１２を積層する。ｎ型窒化物半導体層１２上には、多重量子井戸構造である発光層１０を形成する。発光層１０上には、正電極１９と接続されるｐ型窒化物半導体層１３を積層する。これにより、半導体層を得る。
発光素子３は、表面に凹凸を有するサファイア基板１１上に、半導体層を有する。サファイア基板１１上に、バッファ層を形成する。さらに負電極１４と接続されるｎ型窒化物半導体層１２を積層する。ｎ型窒化物半導体層１２上には、多重量子井戸構造である発光層１０を形成する。発光層１０上には、正電極１９と接続されるｐ型窒化物半導体層１３を積層する。これにより、半導体層を得る。
半導体層は、その中央部においてｐ型窒化物半導体層１２、発光層１０、ｎ型窒化物半導体層１３の一部が円形に除去され、ｎ型窒化物半導体層１２が露出して表面１８と開口部３１が形成される。表面１８及びｐ型窒化物半導体層１３の上面には、それぞれＩＴＯ／Ｒｈ／Ａｕ／Ｒｈ／Ｔｉをこの順に積層して負電極１４、正電極１９が設けられる。正電極１９は、ｐ型窒化物半導体層１３上に、開口部３１の近傍及び外周の近傍を除いて広い面積で形成されている。
次に、Ａｌ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉをこの順に積層したｐ側の取り出し電極１６が、正電極１９上の開口部３１と一側面との間に略矩形形状に形成される。取り出し電極１６は、発光装置１００、２００を実装基板に実装するための電極とする。
絶縁層１７ａとして、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５を３ペア積層したＤＢＲ膜が、上述の負電極１４の上面の一部及びｐ側の取り出し電極１６の上面の一部を除いて、正電極１９、ｐ型窒化物半導体層１３及びｎ型窒化物半導体層１２の側面を覆うように形成される。絶縁層１７ａにおいて、開口部３１の内側に開口部３１と同心円の開口部３２が形成され、ｐ側の取り出し電極１６上に開口部３３が形成される。
なお、本実施例ではｐ側の取り出し電極１６の一部を覆うように絶縁膜１７ａを形成しているが、絶縁膜１７ａ上にｐ側の取り出し電極１６を形成してもよい。
なお、本実施例ではｐ側の取り出し電極１６の一部を覆うように絶縁膜１７ａを形成しているが、絶縁膜１７ａ上にｐ側の取り出し電極１６を形成してもよい。
表面１８上面に形成した負電極１４の上にさらに、ｐ側の取り出し電極１６と同様にＡｌ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉをこの順に積層して負電極１４が延長されている。負電極１４は、絶縁膜１７ａを介して正電極１９を実質的に覆っている。
さらにＳｉＯ２からなる絶縁膜１７ｂが、取り出し電極１６上に開口部３３と重なる開口部３５を有しかつ開口部３５の反対側の負電極１４上に開口部３４を有し、各電極及び半導体層を覆っている。
これにより、平面視で１．５ｍｍ四方の発光装置１００となる。
この実施例１の発光装置１００は、以下の製造方法により製造される。
＜発光素子３の作製＞
まず、凹凸形状を有したサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、サファイア基板１１の凹凸上に、バッファ層としてアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層（図は省略）を形成する。次に、ｎ型コンタクト層として、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、さらにアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層し、ｎ型窒化物半導体層１２を形成する。ｎ型窒化物半導体層１２上には、発光層１０として、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして９セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させた多重量子井戸構造を形成する。発光層１０上には、ｐ型窒化物半導体層１３として、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層する。以上の工程により、半導体層を形成したウエハを得る。
ｐ型窒化物半導体層１３、発光層１０、ｎ型窒化物半導体層１２の一部をエッチングにより除去してｎ型窒化物半導体層１２を露出させ、表面１８を形成する。表面１８とｐ型窒化物半導体層１３上面に、それぞれスパッタリングによりＩＴＯ／Ｒｈ／Ａｕ／Ｒｈ／Ｔｉをこの順に積層して負電極１４、正電極１９を形成する。
絶縁層１７ａとして、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５を３ペア積層したＤＢＲ膜を、表面１８上に形成された上述の負電極１４の上面の一部を除き、またｐ側の取り出し電極１６が正電極１９と接続されるための形成予定領域を除いて、正電極１９、ｐ型窒化物半導体層１３及びｎ型窒化物半導体層１２の上面と側面とを覆うように形成する。
正電極１９に電気的に接続されるようにｐ側の取り出し電極１６を形成する。また、表面１８上の負電極１４に電気的に接続され、絶縁膜１７ａを介して正電極１９に重なるようにさらに負電極１４を延長させる。
ｐ側の取り出し電極１６の上面の一部及び正電極１９上に延長された負電極１４の上面の一部を除いて、ｎ型窒化物半導体層１２、発光層１３、ｐ型窒化物半導体層１３、正電極１９、負電極１４の表面、すなわちウエハの全体を覆うように、絶縁膜１７ｂとしてＳｉＯ２をスパッタリングにより形成する。
以上の方法により得られるウエハをダイシングやブレイク等により所定の箇所で個々に切断し、分割することにより、１．４ｍｍ四方の青色発光の発光素子３が製造される。作製した発光素子３は、後述の発光装置１００の作製のため、発光波長領域や発光特性が類似したものを選択し分類しておく。
まず、凹凸形状を有したサファイア基板１１をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、サファイア基板１１の凹凸上に、バッファ層としてアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層（図は省略）を形成する。次に、ｎ型コンタクト層として、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、さらにアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層し、ｎ型窒化物半導体層１２を形成する。ｎ型窒化物半導体層１２上には、発光層１０として、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして９セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させた多重量子井戸構造を形成する。発光層１０上には、ｐ型窒化物半導体層１３として、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層する。以上の工程により、半導体層を形成したウエハを得る。
ｐ型窒化物半導体層１３、発光層１０、ｎ型窒化物半導体層１２の一部をエッチングにより除去してｎ型窒化物半導体層１２を露出させ、表面１８を形成する。表面１８とｐ型窒化物半導体層１３上面に、それぞれスパッタリングによりＩＴＯ／Ｒｈ／Ａｕ／Ｒｈ／Ｔｉをこの順に積層して負電極１４、正電極１９を形成する。
絶縁層１７ａとして、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５を３ペア積層したＤＢＲ膜を、表面１８上に形成された上述の負電極１４の上面の一部を除き、またｐ側の取り出し電極１６が正電極１９と接続されるための形成予定領域を除いて、正電極１９、ｐ型窒化物半導体層１３及びｎ型窒化物半導体層１２の上面と側面とを覆うように形成する。
正電極１９に電気的に接続されるようにｐ側の取り出し電極１６を形成する。また、表面１８上の負電極１４に電気的に接続され、絶縁膜１７ａを介して正電極１９に重なるようにさらに負電極１４を延長させる。
ｐ側の取り出し電極１６の上面の一部及び正電極１９上に延長された負電極１４の上面の一部を除いて、ｎ型窒化物半導体層１２、発光層１３、ｐ型窒化物半導体層１３、正電極１９、負電極１４の表面、すなわちウエハの全体を覆うように、絶縁膜１７ｂとしてＳｉＯ２をスパッタリングにより形成する。
以上の方法により得られるウエハをダイシングやブレイク等により所定の箇所で個々に切断し、分割することにより、１．４ｍｍ四方の青色発光の発光素子３が製造される。作製した発光素子３は、後述の発光装置１００の作製のため、発光波長領域や発光特性が類似したものを選択し分類しておく。
＜発光装置１００の作製＞
次に、上面と裏面に反射防止膜を有する厚み２００μｍのガラスからなる透光性基板１を準備する。透光性基板１上面の反射防止膜上に成形により厚み５０μｍのＹＡＧ系蛍光体を含む蛍光体層２を形成する。蛍光体層２上に、発光特性によって分類した発光素子３をサファイア基板１１が蛍光体層２に面するようにシリコーン樹脂からなる接着部材４で接着する。このとき、発光素子３は約１００μｍ間隔で行列配置する。配置した発光素子３の側面を覆うようにＴｉＯ２を含むシリコーン樹脂からなる樹脂５を塗布し、１５０℃で２時間加熱して樹脂５を硬化させる。その後、透光性基板１の裏面、すなわち透光性基板１の蛍光体層２と反対側の面にシート６を貼り合わせ、隣り合う発光素子３の間を、発光素子３側から透光性基板１側に向かってダイシングすることにより切断して分割する。これにより、１．５ｍｍ平方の発光装置１００が製造される。
次に、上面と裏面に反射防止膜を有する厚み２００μｍのガラスからなる透光性基板１を準備する。透光性基板１上面の反射防止膜上に成形により厚み５０μｍのＹＡＧ系蛍光体を含む蛍光体層２を形成する。蛍光体層２上に、発光特性によって分類した発光素子３をサファイア基板１１が蛍光体層２に面するようにシリコーン樹脂からなる接着部材４で接着する。このとき、発光素子３は約１００μｍ間隔で行列配置する。配置した発光素子３の側面を覆うようにＴｉＯ２を含むシリコーン樹脂からなる樹脂５を塗布し、１５０℃で２時間加熱して樹脂５を硬化させる。その後、透光性基板１の裏面、すなわち透光性基板１の蛍光体層２と反対側の面にシート６を貼り合わせ、隣り合う発光素子３の間を、発光素子３側から透光性基板１側に向かってダイシングすることにより切断して分割する。これにより、１．５ｍｍ平方の発光装置１００が製造される。
本実施例によれば、発光素子３の負電極１４が立体的に正電極１９の上に延長されて電極面積が拡大されていることにより放熱性がよい。さらに、発光素子３は発光特性の類似したものが選択されており、蛍光体層２の厚みが均一であるため、色調バラツキが抑制された白色発光の発光装置１００を得ることができる。
本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶バックライト用光源、センサー用光源、および信号機等に利用することができる。
１ 透光性基板
２ 蛍光体層
２１ 蛍光体含有基板
３ 発光素子
３ａ、１９ 正電極（ｐ側となる正電極）
３ｂ、１４ 負電極（ｎ側となる負電極）
３ｃ 電極形成面
３ｅ 発光面
４ 接着部材
５ 樹脂（埋込樹脂）
６ シート
ｃ７ 切断線
１０ 発光層
１１ サファイア基板
１２ ｎ型窒化物半導体層
１３ ｐ型窒化物半導体層
１６ ｐ側取り出し電極
１７ａ 絶縁層
３１、３２、３３、３４、３５ 開口部
１００、２００、３００、３００ａ、３００ｂ 発光装置
２ 蛍光体層
２１ 蛍光体含有基板
３ 発光素子
３ａ、１９ 正電極（ｐ側となる正電極）
３ｂ、１４ 負電極（ｎ側となる負電極）
３ｃ 電極形成面
３ｅ 発光面
４ 接着部材
５ 樹脂（埋込樹脂）
６ シート
ｃ７ 切断線
１０ 発光層
１１ サファイア基板
１２ ｎ型窒化物半導体層
１３ ｐ型窒化物半導体層
１６ ｐ側取り出し電極
１７ａ 絶縁層
３１、３２、３３、３４、３５ 開口部
１００、２００、３００、３００ａ、３００ｂ 発光装置
Claims (4)
- 透光性基板の上に蛍光体層を形成する蛍光体層形成工程と、
前記蛍光体層の上に、それぞれ発光面と反対側の電極形成面に正負の電極を有する複数の発光素子を前記正負の電極を上にして所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記電極形成面を含む平面より突出しないように蛍光体粒子を含む樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体層及び前記透光性基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 蛍光体含有基板上に、それぞれ発光面と反対側の電極形成面に正負の電極を有する複数の発光素子を前記正負の電極を上にして所定の間隔を隔てて配列する発光素子配列工程と、
前記配列された発光素子の間に、前記電極形成面を含む平面より突出しないようにかつ前記発光素子から遠ざかるにつれて厚さが薄くなって中央部の表面が窪むように発光素子の間を全て満たす樹脂を埋め込む樹脂埋込工程と、
前記樹脂を硬化させた後、硬化された樹脂、前記蛍光体含有基板を切断して、それぞれ前記発光素子を１又は２以上含む複数の発光装置に分割する分割工程と、
を含む発光装置の製造方法。 - 前記樹脂が、蛍光体粒子を含むことを特徴とする請求項２に記載の発光装置の製造方法。
- 前記樹脂が、光反射性物質を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置の製造方法。
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