JP6312412B2

JP6312412B2 - 窒化物半導体発光装置

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Publication number: JP6312412B2
Application number: JP2013251044A
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Inventors: 雅也上田; 征孝太田; 上田　吉裕; 吉裕上田; 高谷　邦啓; 邦啓高谷; 伊藤　茂稔; 茂稔伊藤
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Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2018-04-18
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Description

本発明は、窒化物半導体発光装置に関する。

ＡｌＮ、ＧａＮおよびＩｎＮは、それぞれ、約６．０ｅＶ、約３．４ｅＶおよび約０．６ｅＶのバンドギャップエネルギーを有している。そのため、これらの混晶を活性層の材料として用いた窒化物半導体発光素子では、紫外域から赤外域までの波長を有する光の発光が可能である。窒化物半導体発光素子は、液晶テレビもしくは携帯電話などのディスプレイのバックライトまたは照明用光源などの様々な用途に応用されている。

窒化物半導体発光素子を用いた照明用光源としては、窒化物半導体発光素子と、窒化物半導体発光素子から出射された光を励起光とする蛍光体とを有し、所望の発光スペクトルを有する窒化物半導体発光装置が一般的である。

また、照明用光源として用いられる窒化物半導体発光装置の一例としては、窒化物半導体青色発光ダイオード素子と、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体またはＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体とを組み合わせた構成の疑似白色光源を挙げることができる。

また、窒化物半導体発光装置のパッケージ構造としては、窒化物半導体発光素子を樹脂中に包含することにより封止する形式と、窒化物半導体発光素子を樹脂中に包含しない形式とがある。窒化物半導体発光素子として高輝度の窒化物半導体発光ダイオード素子を用いた場合には、放熱または光学設計などの制約により、樹脂による封止をすることができない場合がある。また、窒化物半導体発光素子として紫外線発光ダイオード素子を用いた場合には、樹脂を封止材として用いることは、紫外線の照射による樹脂の劣化の観点から難しい。

また、たとえば特許文献１には、セラミック胴体上に形成された紫外線発光ダイオード素子が、セラミック胴体に形成された第１の電極および第２の電極と電気的に接続されており、紫外線発光ダイオード素子の上部にガラスフィルムを備えた構成の紫外線発光素子パッケージが開示されている。

特開２０１２−２２７５１１号公報

特許文献１に記載の紫外線発光素子パッケージのような形式の発光装置では、台座に設けられた第１の電極および第２の電極と発光ダイオード素子とが金属のワイヤで接続された形式が一般的である。また、フリップチップ方式等で台座に設けられた第１の電極および第２の電極と発光ダイオード素子とが半田等で電気的に接続された形式もある。

また、照明光源用の窒化物半導体発光装置には、台座に設置された窒化物半導体発光素子からの出射光が蛍光体板中の蛍光体を励起し、蛍光体からの蛍光のみが照明として用いられる形式、および蛍光体板中の蛍光体からの蛍光だけではなく窒化物半導体発光素子からの出射光の一部も照明として利用される形式もある。

照明光源用の窒化物半導体発光装置に用いられる窒化物半導体発光素子からの出射光は、紫外光または高輝度可視光等であるため、人間が直視してしまうと、目に損傷をきたす可能性が非常に高く、有害であることが多い。

そのため、照明光源用の窒化物半導体発光装置に用いられる窒化物半導体発光素子から出射された光の強度は、蛍光体板を通過する間に蛍光体に吸収され、人間の目に損傷をきたさない程度まで減衰されるか、人間の視界に入らないように光学設計されたレンズ等を用いることが一般的である。

また、照明光源用の窒化物半導体発光装置の応用例としては、一般照明、自動車等のヘッドライトの光源およびプロジェクタの光源などが挙げられる。

しかしながら、従来の照明光源用の窒化物半導体発光装置においては、蛍光体板が外れること等の要因により、窒化物半導体発光素子が外部に露出することがあった。窒化物半導体発光素子が外部に露出した場合であっても、窒化物半導体発光素子には駆動電流が印加され続けるため、窒化物半導体発光素子からは有害な光が外部に出射し続ける。このような事態は、照明光源用の窒化物半導体発光装置の製造工程中だけでなく、照明光源用の窒化物半導体発光装置の実際の使用中にも起こり得る。

上記の事情に鑑みて、後述の実施態様においては、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際に、窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができる窒化物半導体発光装置を提供することにある。

本発明の実施態様によれば、台座と、台座上の窒化物半導体発光素子と、窒化物半導体
発光素子上の透明絶縁板と、台座上の第一の電極と第二の電極と、透明絶縁板の窒化物半
導体発光素子側の表面上に設けられた透明導電膜とを備え、窒化物半導体発光素子は、第
一の電気接続部と第二の電気接続部とを有し、第一の電極は透明導電膜を介して第一の電
気接続部と電気的に接続されており、第二の電極は第二の電気接続部と電気的に接続され
てなり、透明絶縁板と透明導電膜との接着力は、透明導電膜と第一の電極との間の接着力よりも強固である窒化物半導体発光装置を提供することができる。

上述の実施態様によれば、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際に、窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができる窒化物半導体発光装置を提供することができる。

実施の形態１の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図である。実施の形態１の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図である。実施の形態２および実施の形態３の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図である。実施の形態２および実施の形態３の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図である。実施の形態４および実施の形態６の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図である。実施の形態５および実施の形態７の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図である。実施の形態４および実施の形態６の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図である。実施の形態５および実施の形態７の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図である。実施の形態８の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図である。実施の形態８の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図である。従来の窒化物半導体発光装置（比較例の窒化物半導体発光装置）の模式的な断面図である。

以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、実施の形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

＜実施の形態１＞
［窒化物半導体発光装置の構成］
図１に、実施の形態１の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図を示す。実施の形態１の窒化物半導体発光装置は、台座４と、台座４上の窒化物半導体発光素子６と、窒化物半導体発光素子６上の透明絶縁板１と、透明絶縁板１の窒化物半導体発光素子６側の表面上に設けられた透明導電膜２とを備えている。

台座４は、台座４の表面中央に凹部４１を有している。凹部４１は、正方形状の底面４１ａと、正方形状の底面４１ａの周縁から斜め上方に延在して底面４１ａを取り囲むようにして設けられた側面４１ｂとを有している。また、台座４の表面は、凹部４１を取り囲むようにして設けられた周縁部４２を有している。台座４の周縁部４２の表面上には台座４の凹部４１を取り囲むようにして第一の電極３が設けられており、台座４の凹部４１の底面４１ａ上には第二の電極５が設けられている。なお、底面４１ａを上方から見たときの底面４１ａの外形は、特に限定されないが、たとえば、一辺が１．５ｃｍの正方形とすることができる。

台座４としては、絶縁性材料を用いることができ、たとえば、絶縁性セラミック、ブラスチックまたはエポキシ樹脂などを用いることができる。また、第一の電極３および第二の電極５としては、たとえば金属などの導電性部材を用いることができる。

窒化物半導体発光素子６は、台座４の凹部４１の底面４１ａの第二の電極５上に設置されている。窒化物半導体発光素子６としては、たとえば、ｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層との積層構造を含む縦型構造の青色発光ダイオードなどを用いることができる。

本実施の形態においては、窒化物半導体発光素子６として青色発光ダイオードを用いる場合について説明する。本実施の形態において窒化物半導体発光素子６として用いられている青色発光ダイオードは、ｎ型ＧａＮ層の下面にｎ電極が設けられた構成を有し、当該ｎ電極は第二の電極５と電気的に接続されている。また、ｐ型の活性化処理が完了したｐ型ＧａＮ層が上面に露出しており、当該ｐ型ＧａＮ層と透明導電膜２とが電気的に接続されている。したがって、本実施の形態で用いられている窒化物半導体発光素子６においては、ｐ型ＧａＮ層の上面が第一の電気接続部６１となり、ｎ電極の下面が第二の電気接続部６２となる。なお、第一の電気接続部６１は第一の電極３と導通を図ることができる部材であればよく、第二の電気接続部６２は第二の電極５と導通を図ることができる部材であればよい。また、本実施の形態においては、台座４上に１つの青色発光ダイオードのみが設置されているが、台座４上に複数の青色発光ダイオードが設置されてもよい。

透明絶縁板１の窒化物半導体発光素子６側の表面上の透明導電膜２は、台座４の周縁部４２上の第一の電極３および窒化物半導体発光素子６の第一の電気接続部６１とそれぞれ電気的に接続されている。したがって、第一の電極３は、透明導電膜２を介して、第一の電気接続部６１と電気的に接続されていることになる。

ここで、透明絶縁板１としては、たとえばサファイア、ＳｉＮ（窒化珪素）、ガラスまたは石英からなる基板などを用いることができる。また、透明導電膜２としては、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いることができる。なお、透明導電膜２は、窒化物半導体発光素子６から出射された光の透過率が１００％であることが理想であるが、窒化物半導体発光素子６から出射された光の少なくとも一部が透過すればよい。したがって、透明導電膜２における窒化物半導体発光素子６から出射された光の透過率は、たとえば１％以下であってもよい。

また、台座４には貫通孔４３ａおよび貫通孔４３ｂがそれぞれ設けられている。第一の電極３に電気的に接続する金属リード線７が貫通孔４３ａを通して外部に引き出されているとともに、第二の電極５に電気的に接続する金属リード線８が貫通孔４３ｂを通して外部に引き出されている。また、第二の電極５の表面から台座４の周縁部４２の表面までの鉛直方向の高さｈは、たとえば５００μｍとすることができる。

［窒化物半導体発光装置の製造方法］
以下に、実施の形態１の窒化物半導体発光装置の製造方法の一例について説明する。まず、透明絶縁板１として厚さが４３０μｍで、直径が２インチのＣ面を有するサファイア基板を用意する。ここで、サファイア基板は、両面研磨されていることが好ましい。

次に、上記のサファイア基板からなる透明絶縁板１の片側の表面上にＩＴＯからなる厚さ２５０ｎｍの透明導電膜２をたとえばスパッタリング法などにより形成する。なお、本実施の形態においては、透明導電膜２としてＩＴＯを用いたが、ＩＴＯに限定されるものではなく、たとえば、Ｎｉ膜とＡｕ膜とが積層した金属薄膜（数オングストロームから数十ｎｍ、またそれ以上の厚さでもよい）を用いてもよく、Ｐｔ、Ｐｄ、ＣｕまたはＡｇの金属薄膜を用いてもよい。なお、透明導電膜２に金属薄膜を用いる場合の透明導電膜２の厚さは、窒化物半導体発光素子６から出射された光が透過する程度の厚さに調整することが好ましい。

次に、透明導電膜２の形成後の透明絶縁板１を台座４の周縁部４２の形状に合わせるため、ダイシング装置を用いて１辺が１．５ｃｍの正方形状に成形し、透明絶縁板１の片側の透明導電膜２が台座４を覆うように透明絶縁板１を被せる。このとき、台座４の周縁部４２の表面上に設置された第一の電極３と透明導電膜２とが接触し、窒化物半導体発光素子６のｐ型ＧａＮ層が透明導電膜２と接触する。これにより、窒化物半導体発光素子６の上側のｐ型ＧａＮ層が、透明導電膜２を介して、第１の電極３および金属リード線７と電気的に接続される。また、窒化物半導体発光素子６の下側のｎ型ＧａＮ層は、ｎ電極を介して、第２の電極５および金属リード線８と電気的に接続される。なお、窒化物半導体発光素子６は、たとえば有機金属気相成長法などの従来から公知の方法により作製することができる。

また、透明絶縁板１の固定手段は、特に限定されないが、たとえば、樹脂などによって透明絶縁板１を台座４の周縁部４２と固定してもよく、台座４の周縁部４２にクリップ状の金属などで透明絶縁板１を挟み込むことによって固定してもよい。

［窒化物半導体発光装置の評価］
上述のようにして作製した実施の形態１の窒化物半導体発光装置の金属リード線７と金属リード線８との間に電流制御で順方向の駆動電流２０ｍＡを印加したところ、金属リード線７と金属リード線８との間の電圧が３．６Ｖとなり、窒化物半導体発光素子６が青色の発光を呈した。

実施の形態１の窒化物半導体発光装置の効果を確認するため、事故等によって実施の形態１の窒化物半導体発光装置の透明絶縁板１が外れることを想定して、セラミックピンセットを用いて透明絶縁板１を台座４から取り外した。これにより、青色の発光を呈していた窒化物半導体発光素子６から青色光は観測されなくなった。また、金属リード線７と金属リード線８との間の電圧は開放となった。

これは、透明絶縁板１が台座４から外れることによって、透明絶縁板１に形成されていた透明導電膜２も同時に第一の電極３から外れることで駆動電流が遮断され、窒化物半導体発光素子６の動作が停止したためである。

また、比較のため、図１１の模式的断面図に示される従来の窒化物半導体発光装置（比較例の窒化物半導体発光装置）を作製した。図１１に示す比較例の窒化物半導体発光装置は、透明導電膜２の代わりに金属ワイヤ９を用いて導通を図っている点で実施の形態１の窒化物半導体発光装置と異なっている。

すなわち、比較例の窒化物半導体発光装置においては、窒化物半導体発光素子６の上部の第一の電気接続部６１が金属ワイヤ９を介して、第一の電極３に電気的に接続されている。また、第一の電極３は、貫通孔４３ａを通して台座４の外部に引き出されている金属リード線７と電気的に接続されている。すなわち、窒化物半導体発光素子６の第一の電気接続部６１は、金属ワイヤ９および第１の電極３を介して、第１の金属リード７に電気的に接続されている。

また、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様に、比較例の窒化物半導体発光装置においても、窒化物半導体発光素子６の下側の第二の電気接続部６２は、第２の電極５を介して、貫通孔４３ｂを通して台座４の外部に引き出されている金属リード線８と電気的に接続される。

比較例の窒化物半導体発光装置の金属リード線７と金属リード線８との間に電流制御で順方向の駆動電流２０ｍＡを印加したところ、金属リード線７と金属リード線８との間の電圧が３．６Ｖとなり、窒化物半導体発光素子６が青色の発光を呈した。しかしながら、セラミックピンセットを用いて、透明絶縁板１を台座４から取り外したが、青色の発光を呈していた窒化物半導体発光素子６からは青色光が出射し続けた。これにより、実施の形態１の窒化物半導体発光装置の効果が確認された。

［作用効果］
図１１に示すように、従来の窒化物半導体発光装置においては、１本または複数本の金属ワイヤ９を用いて窒化物半導体発光素子６に駆動電流を供給することが行なわれている。そのため、従来の窒化物半導体発光装置においては、事故等によって透明絶縁板１が外れた場合でも、窒化物半導体発光素子６の駆動電流の供給回路には何の影響も与えないため、窒化物半導体発光素子６からは光が出射し続けていた。

しかしながら、実施の形態１の窒化物半導体発光装置においては、透明絶縁板１に取り付けられた透明導電膜２が窒化物半導体発光素子６の駆動電流の供給回路に組み込まれているため、事故等によって透明絶縁板１が外れた場合には、透明絶縁板１とともに透明導電膜２が窒化物半導体発光素子６の駆動電流の供給回路から外れる。そのため、実施の形態１の窒化物半導体発光装置においては、窒化物半導体発光素子６が外部に露出した際の窒化物半導体発光素子６への駆動電流の供給を遮断することができる。すなわち、実施の形態１の窒化物半導体発光装置においては、透明絶縁板１と透明導電膜２との接着力が、透明導電膜２と第一の電極３との間の接着力よりも強固であればよい。

［窒化物半導体発光素子のその他の実施形態］
実施の形態１においては、窒化物半導体発光素子６としてｐ型窒化物半導体層が上側でｎ型窒化物半導体層が下側の構造を有する青色発光ダイオードを用いる場合について説明したが、これに限定されず、たとえば、ｎ型窒化物半導体層が上側でｐ型窒化物半導体層が下側の構造を有する青色発光ダイオードを用いてもよい。

また、実施の形態１においては、窒化物半導体発光素子６として縦型構造の青色発光ダイオードを用いる場合について説明したが、これに限定されず、たとえば横型構造の青色発光ダイオードを用いてもよい。なお、横型構造の青色発光ダイオードを用いる場合にはたとえば、ｐ型窒化物半導体層に電気的に接続するｐ電極およびｎ型窒化物半導体層に電気的に接続するｎ電極を共に上側とし、ｐ電極およびｎ電極が短絡しないように、ｐ電極またはｎ電極のいずれか一方を透明導電膜２と電気的に接続し、他の一方を金属ワイヤ等を用いて第二の電極５に電気的に接続することによって、窒化物半導体発光素子６への駆動電流の供給回路を形成することができる。

＜実施の形態１の変形例＞
図２に、実施の形態１の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図を示す。図２に示す変形例においては、透明絶縁板１、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出しないように、上方に突出した台座４の周縁部４２ａを有していることを特徴としている。上方に突出した台座４の周縁部４２ａにより、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができることから、透明導電膜２および第一の電極３からの漏電等の電気的な問題の発生を防止することができる。なお、漏電等の電気的な問題の発生を防止する観点からは、上方に突出した台座４の周縁部４２ａによって、少なくとも透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができればよい。

＜実施の形態２＞
図３に、実施の形態２の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図を示す。実施の形態２の窒化物半導体発光装置は、透明絶縁板１の透明導電膜２の設置側とは反対側の表面上に蛍光体板１０を備えている点に特徴がある。

蛍光体板１０は、従来から公知の方法で作製される蛍光体を含む板状材であれば特に限定されないが、本実施の形態においては、ＹＡＧ系蛍光体を含有する１辺が１．５ｃｍの正方形状の表面を有する厚さ５００μｍの樹脂板を用いている。また、蛍光体板１０の固定方法も特に限定されないが、本実施の形態においては、蛍光体板１０の周縁に接着材を塗布した後に透明絶縁板１に重ねて固定している。

実施の形態２の窒化物半導体発光装置を駆動させるため、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様にして、金属リード線７と金属リード線８との間に駆動電流２０ｍＡを印加したところ、窒化物半導体発光装置の上面からは白色光が観測された。これは、窒化物半導体発光素子６である青色発光ダイオードの光の一部によって蛍光体板１０の黄色蛍光体が励起されて黄色の発光を呈するとともに、青色発光ダイオードからの残りの青色光の発光と合成されて白色に見えているためである。実施の形態２においても、台座４上に１つの青色発光ダイオードのみが設置されているが、台座４上に複数の青色発光ダイオードが設置されてもよい。

また、実施の形態２の窒化物半導体発光装置についても、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様に、セラミックピンセットを用いて透明絶縁板１を台座４から取り外した。これにより、青色発光ダイオードからの青色光は観測されなくなった。これにより、実施の形態２の窒化物半導体発光装置についても、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

実施の形態２における上記以外の説明は実施の形態１と同様であるため、ここではその説明については省略する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光素子６として発光波長が３６５ｎｍの近紫外発光ダイオードを用いていること、および蛍光体板１０に含まれる蛍光体としてＲＧＢ蛍光体（紫外光によって励起され青色、緑色および赤色の蛍光を呈する蛍光体）を用いていること以外は実施の形態２の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。なお、実施の形態３の蛍光体板１０は、近紫外光が蛍光体板１０を通過する間に１／１０００の強度まで減衰するように蛍光体板１０内の蛍光体濃度が調整されている。

実施の形態３の窒化物半導体発光装置を駆動させるため、金属リード線７と金属リード線８との間に駆動電流６０ｍＡを印加したところ、窒化物半導体発光装置の上面からは白色光が観測された。これは、窒化物半導体発光素子６である近紫外発光ダイオードの光によってＲＧＢ蛍光体が励起され、青色、緑色および赤色を呈する光がそれぞれ発光したためである。実施の形態３においては、台座４上に１つの近紫外発光ダイオードのみが設置されているが、台座４上に複数の近紫外発光ダイオードが設置されてもよい。

また、実施の形態３の窒化物半導体発光装置についても、実施の形態１と同様に、セラミックピンセットを用いて透明絶縁板１を台座４から取り外した。これにより、近紫外発光ダイオードからの近紫外光は観測されなくなった。これにより、実施の形態３の窒化物半導体発光装置についても、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。なお、近紫外発光ダイオードからの近紫外光の観測は、安全のため、暗幕で覆われたブース内で、防護ゴーグルを着用し、分光器とマルチチャンネルＣＣＤ（Charge Coupled Device）とを用いて行なわれた。

実施の形態３における上記以外の説明は実施の形態１および実施の形態２と同様であるため、ここではその説明については省略する。

＜実施の形態２および実施の形態３の変形例＞
図４に、実施の形態２および実施の形態３の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図を示す。図４に示す変形例においては、透明絶縁板１、透明導電膜２、第一の電極３および蛍光体板１０が外部に露出しないように、上方に突出した台座４の周縁部４２ａを有していることを特徴としている。上方に突出した台座４の周縁部４２ａにより、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができることから、透明導電膜２および第一の電極３からの漏電等の電気的な問題の発生を防止することができる。なお、漏電等の電気的な問題の発生を防止する観点からは、上方に突出した台座４の周縁部４２ａによって、少なくとも透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができればよい。

＜実施の形態４＞
図５に、実施の形態４の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図を示す。実施の形態４の窒化物半導体発光装置は、透明絶縁板１と透明導電膜２との間に蛍光体板１０を備えていること以外は実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。すなわち、実施の形態４においても、台座４上に１つの近紫外発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の近紫外発光ダイオードが設置されていてもよい。

実施の形態４の窒化物半導体発光装置は、たとえば、透明絶縁板１の下面に予め厚さ５００μｍの蛍光体板１０を形成しておき、その後、実施の形態１と同様にして、蛍光体板１０上に透明導電膜２を形成することによって作製することができる。

実施の形態４の窒化物半導体発光装置についても実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。すなわち、実施の形態４の窒化物半導体発光装置においては、透明導電膜２と蛍光体板１０との接着力が、透明導電膜２と第一の電極３との間の接着力よりも強固であればよい。

実施の形態４における上記以外の説明は実施の形態１〜実施の形態３と同様であるためここではその説明については省略する。

＜実施の形態５＞
図６に、実施の形態５の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図を示す。実施の形態５の窒化物半導体発光装置は、蛍光体板１０の代わりに、透明絶縁板１中にＲＧＢ蛍光体１１を分散させていること以外は実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。すなわち、実施の形態５においても、台座４上に１つの近紫外発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の近紫外発光ダイオードが設置されていてもよい。

ＲＧＢ蛍光体１１を分散させた透明絶縁板１は、たとえば、実施の形態２〜実施の形態４の蛍光体板１０と同様にして作製することができる。

実施の形態５の窒化物半導体発光装置についても実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

実施の形態５における上記以外の説明は実施の形態１〜実施の形態４と同様であるためここではその説明については省略する。

＜実施の形態６＞
実施の形態６の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光素子６として青色発光ダイオード素子を用い、蛍光体板１０として黄色蛍光体を含む蛍光体板を用いたこと以外は実施の形態４の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。すなわち、実施の形態６においても、台座４上に１つの近紫外発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の近紫外発光ダイオードが設置されていてもよい。

実施の形態６の窒化物半導体発光装置についても実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

実施の形態６における上記以外の説明は実施の形態１〜実施の形態５と同様であるためここではその説明については省略する。

＜実施の形態７＞
実施の形態７の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光素子６として青色発光ダイオード素子を用い、透明絶縁板１がＲＧＢ蛍光体の代わりに黄色蛍光体を含むこと以外は実施の形態５の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。すなわち、実施の形態７においても、台座４上に１つの近紫外発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の近紫外発光ダイオードが設置されていてもよい。

実施の形態７の窒化物半導体発光装置についても実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態３の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

実施の形態７における上記以外の説明は実施の形態１〜実施の形態６と同様であるためここではその説明については省略する。

＜実施の形態４および実施の形態６の変形例＞
図７に、実施の形態４および実施の形態６の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図を示す。図７に示す変形例においては、透明絶縁板１、透明導電膜２、第一の電極３および蛍光体板１０が外部に露出しないように、上方に突出した台座４の周縁部４２ａを有していることを特徴としている。上方に突出した台座４の周縁部４２ａにより、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができることから、透明導電膜２および第一の電極３からの漏電等の電気的な問題の発生を防止することができる。なお、漏電等の電気的な問題の発生を防止する観点からは、上方に突出した台座４の周縁部４２ａによって、少なくとも透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができればよい。

＜実施の形態５および実施の形態７の変形例＞
図８に、実施の形態５および実施の形態７の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図を示す。図８に示す変形例においては、透明絶縁板１、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出しないように、上方に突出した台座４の周縁部４２ａを有していることを特徴としている。上方に突出した台座４の周縁部４２ａにより、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができることから、透明導電膜２および第一の電極３からの漏電等の電気的な問題の発生を防止することができる。なお、漏電等の電気的な問題の発生を防止する観点からは、上方に突出した台座４の周縁部４２ａによって、少なくとも透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができればよい。

＜実施の形態８＞
図９に、実施の形態８の窒化物半導体発光装置の模式的な断面図を示す。実施の形態８の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光素子６としての青色発光ダイオードの上側のｐ型ＧａＮ層上に接続用電極７１を設置し、接続用電極７１と透明導電膜２とを接触させていること以外は実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同一の構造を有している。この場合に、窒化物半導体発光素子６の第一の電気接続部６１は、接続用電極７１と接続されているｐ型ＧａＮ層の表面となる。

実施の形態８の窒化物半導体発光装置についても実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態１の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

また、実施の形態２〜実施の形態７の窒化物半導体発光装置においても、実施の形態８の窒化物半導体発光装置と同様に、窒化物半導体発光素子６としての青色発光ダイオードの上側のｐ型ＧａＮ層上に接続用電極７１を設置して、実施の形態８の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果の確認をしたところ、実施の形態８の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。

なお、接続用電極７１は、たとえば、透明導電膜２と同様の材質からなる透明電極であってもよい。また、実施の形態８においても、台座４上に１つの青色発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の青色発光ダイオードが設置されていてもよい。

実施の形態８における上記以外の説明は実施の形態１〜実施の形態７と同様であるためここではその説明については省略する。

＜実施の形態８の変形例＞
図１０に、実施の形態８の窒化物半導体発光装置の変形例の模式的な断面図を示す。図１０に示す変形例においては、透明絶縁板１、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出しないように、上方に突出した台座４の周縁部４２ａを有していることを特徴としている。上方に突出した台座４の周縁部４２ａにより、透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができることから、透明導電膜２および第一の電極３からの漏電等の電気的な問題の発生を防止することができる。なお、漏電等の電気的な問題の発生を防止する観点からは、上方に突出した台座４の周縁部４２ａによって、少なくとも透明導電膜２および第一の電極３が外部に露出するのを防止することができればよい。

＜実施の形態９＞
実施の形態９の窒化物半導体発光装置は、実施の形態１〜実施の形態８の窒化物半導体発光装置の透明導電膜２にグラフェンを用いたことを特徴としている。実施の形態９の窒化物半導体発光装置についても実施の形態１〜実施の形態８の窒化物半導体発光装置と同様にして作用効果を確認したところ、実施の形態１〜実施の形態８の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果が確認された。また、実施の形態９においても、台座４上に１つの発光ダイオードのみが設置されていてもよく、複数の発光ダイオードが設置されていてもよい。

グラフェンは炭素原子がｓｐ２混成軌道によるσ結合で２次元的(ｘ−ｙ平面とする)に配列したものであり、残りのｐｚ軌道によるπ電子は面内に自由度がある。透明導電膜２を構成するグラフェンからなる層は単層または複数層のいずれであってもよい。

透明導電膜２の材質としては、窒化物半導体発光素子６から出射される光に対する透過率が高い材料を用いることが好ましいため、以下に、グラフェン、ＩＴＯおよびその他の金属の透過率および熱特性に関して説明する。

グラフェンは単層でエネルギーと波数ｋの関係が線形でバンドギャップを持たない。この特異なバンド構造によりグラフェンでは面内のキャリア移動度が１００００〜２０００００ｃｍ²／Ｖｓと言われている。これは、グラフェンの面内におけるキャリア移動度が高く、飽和電流密度が他の半導体に比べて大きく、電流が流れやすいことを意味する。そのため、グラフェンは、１層〜数層で十分であると考えられる。

［透過率］
グラフェンの１層当たりの光の吸収率は、赤外、可視および紫外域までの波長域においては、光の波長によらず２．３％と一定の値をとり、残りの光は透過する。一方、ＩＴＯは、３．７５ｅＶのバンドギャップ（波長３３０ｎｍの光のエネルギーに相当）を有するため、膜厚にもよるが、一般的に実用的な厚さで、可視域でおよそ８０％以上の透過率を有するように設計されるが、波長２００ｎｍ台の深紫外と呼ばれる波長域では吸収が顕著になり、透過率が極端に低くなる。また、その他の金属においても、一般的に自由電子の高いプラズマ周波数により可視から近紫外に至るまで反射率が高く、また、深紫外では吸収率が高くなる。したがって、グラフェンは、光の波長を問わずに高い透過率を発現することができるため、ＩＴＯやその他の金属と比べて、透明導電膜２の材料としては好ましい特性を有していると考えられる。

［熱特性］
グラフェンの熱伝導率は５０００Ｗ／ｍ／Ｋ以上とであり、ＩＴＯの熱伝導率はおよそ８０Ｗ／ｍ／Ｋであり、Ａｕの熱伝導率はおよそ３２０Ｗ／ｍ／Ｋである。また、透明絶縁板１に用いられたサファイアの熱伝導率およそ４０Ｗ／ｍ／Ｋであり、ガラスの熱伝導率は１Ｗ／ｍ／Ｋである。

したがって、窒化物半導体発光素子６は少なからず熱を放出するが、透明導電膜２にグラフェンを用いることによってその熱を排出することができ、窒化物半導体発光装置の信頼性を向上させることができる。

グラフェンの製法としては、たとえば、グラファイトからの剥離（スコッチテープ法）、ＳｉＣエピタキシャル成長層の真空熱分解、または金属触媒による化学気相成長法等が挙げられるが、グラフェンの製法は特に限定されない。

また、グラフェン以外にも、グラフェンが複数積層した構造であるグラファイトカーボンナノチューブ、またはグラフェン、グラファイトおよびカーボンナノチューブからなる群から選択された２種以上の複合体を透明導電膜２としても用いた場合にも、実施の形態１〜実施の形態９の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果を確認することができる。

また、実施の形態１〜実施の形態９の窒化物半導体発光装置の透明導電膜２として、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＡｌＩｎＧａＮ（窒化アルミニウムインジウムガリウム）、ＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＩＴＯ、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＭｇＺｎＯ（酸化マグネシウム亜鉛）およびＩＧＺＯ（酸化インジウムガリウム亜鉛）からなる群から選択された少なくとも１種を含む材料を用いた場合にも、実施の形態１〜実施の形態９の窒化物半導体発光装置と同様の作用効果を確認することができる。

＜付記＞
（１）本発明の実施態様によれば、台座と、台座上の窒化物半導体発光素子と、窒化物半導体発光素子上の透明絶縁板と、台座上の第一の電極と第二の電極と、透明絶縁板の窒化物半導体発光素子側の表面上に設けられた透明導電膜とを備え、窒化物半導体発光素子は第一の電気接続部と第二の電気接続部とを有し、第一の電極は透明導電膜を介して第一の電気接続部と電気的に接続されており、第二の電極は第二の電気接続部と電気的に接続されてなる窒化物半導体発光装置を提供することができる。このような構成とすることにより、透明絶縁板に設けられた透明導電膜が窒化物半導体発光素子の駆動電流の供給回路に組み込まれているため、事故等によって透明絶縁板が外れた場合には、透明絶縁板とともに透明導電膜が窒化物半導体発光素子の駆動電流の供給回路から外すことができる。そのため、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際の窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができる。

（２）本発明の実施態様の窒化物半導体発光装置は、透明絶縁板の窒化物半導体発光素子側の表面とは反対側の表面上、透明絶縁板と透明導電膜との間、および透明絶縁板の内部からなる群から選択された少なくとも１箇所に、窒化物半導体発光素子より出射される光により励起され可視光を発光する蛍光体を備えていてもよい。この場合には、本発明の実施態様の窒化物半導体発光装置から、様々な種類の色の光を発光させることが可能となる。

（３）本発明の実施態様の窒化物半導体発光装置においては、窒化物半導体発光素子に接続用電極が設けられており、透明導電膜と接続用電極とが電気的に接続されていてもよい。この場合にも、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際の窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができるという作用効果を発現させることができる。

（４）本発明の実施態様の窒化物半導体発光装置において、透明導電膜は、グラファイト、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群から選択された少なくとも１種を含んでいてもよい。この場合にも、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際の窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができるという作用効果を発現させることができる。

（５）本発明の実施態様の窒化物半導体発光装置において、透明導電膜は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯおよびＩＧＺＯからなる群から選択された少なくとも１種を含んでいてもよい。この場合にも、窒化物半導体発光素子が外部に露出した際の窒化物半導体発光素子への駆動電流の供給を遮断することができるという作用効果を発現させることができる。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、窒化物半導体発光装置に利用することができ、特に照明用光源としての窒化物半導体発光装置に好適に利用することができる。

１透明絶縁板、２透明導電膜、３第一の電極、４台座、５第二の電極、６窒化物半導体発光素子、７，８金属リード線、９金属ワイヤ、１０蛍光体板、１１蛍光体、４１凹部、４１ａ凹部の底面、４１ｂ凹部の側面、４２，４２ａ周縁部、４３ａ，４３ｂ貫通孔、６１第一の電気接続部、６２第二の電気接続部。

Claims

台座と、
前記台座上の窒化物半導体発光素子と、
前記窒化物半導体発光素子上の透明絶縁板と、
前記台座上の第一の電極と第二の電極と、
前記透明絶縁板の前記窒化物半導体発光素子側の表面上に設けられた透明導電膜と、を備え、
前記窒化物半導体発光素子は、第一の電気接続部と第二の電気接続部とを有し、
前記第一の電極は、前記透明導電膜を介して、前記第一の電気接続部と電気的に接続されており、
前記第二の電極は、前記第二の電気接続部と電気的に接続されてなり、
前記透明絶縁板と前記透明導電膜との接着力は、前記透明導電膜と前記第一の電極との間の接着力よりも強固である、窒化物半導体発光装置。
前記透明絶縁板の前記窒化物半導体発光素子側の表面とは反対側の表面上、前記透明絶縁板と前記透明導電膜との間、および前記透明絶縁板の内部からなる群から選択された少なくとも１箇所に、前記窒化物半導体発光素子より出射される光により励起され可視光を発光する蛍光体を備え、
前記透明絶縁板と前記透明導電膜との間の前記蛍光体と前記透明導電膜との接着力は、前記透明導電膜と前記第一の電極との間の接着力よりも強固である、請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
前記窒化物半導体発光素子に接続用電極が設けられており、
前記透明導電膜と前記接続用電極とが電気的に接続されてなる、請求項１または請求項２に記載の窒化物半導体発光装置。
前記透明導電膜は、グラファイト、グラフェンおよびカーボンナノチューブからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。
前記透明導電膜は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＭｇＺｎＯおよびＩＧＺＯからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の窒化物半導体発光装置。