JP7233301B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

発光ダイオード（ＬＥＤ）等の半導体発光装置に関する。

半導体発光素子の光出射面上に、波長変換材料等を含む透光性の部材を配置した半導体発光装置が知られている。

例えば、特許文献１には、発光素子と、透光性部材と、前記発光素子の上面と前記透光性部材の下面とを接着する透光性の接着部材と、を備えた発光装置が開示されている。また、透光性部材は、その内部に蛍光体や光拡散材等を有していてもよいことが開示されている（明細書の段落［００２０］など）。

特開２０１７－５０３５９号公報

上記のような半導体発光装置において、半導体発光素子から出射した光のうち、例えば蛍光体粒子や透光性部材の側壁等に反射されたものは半導体発光素子側に戻り、半導体発光層に吸収される。これによって高い光取り出し効率が得られないことが課題となっていた。

例えば、上記のような半導体発光装置に、発光層を含む半導体層が支持基板に貼り合わされた構造を有するシンフィルム型の発光素子を用いる場合、半導体発光素子側に戻った光は、支持基板と半導体層との間に形成されている金属層（反射電極）と、透光性部材との間で反射を繰り返しながら減衰する。当該減衰した光は、発光素子から取り出されないので光が損失される。このような場合、高い光取り出し効率を得ることが困難となっていたことが課題の一例として挙げられる。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率が高く、高輝度の発光を効率良く実現可能な半導体発光装置を提供することを目的としている。

本発明の半導体発光装置は、支持基板と、活性層を含み、前記支持基板上に配された半導体積層体と、前記半導体積層体上に設けられ、前記半導体積層体の上面に対向する下面に、前記下面が窪むことによって形成されている凹部を有し、蛍光体粒子を含む透光性の波長変換部材と、を有し、前記半導体積層体の前記上面と前記波長変換部材の前記下面とは、透光性の接着材によって接合されていることを特徴とする。

また、本発明の半導体発光装置は、並置された複数の支持基板と、活性層を含み、前記複数の支持基板の各々の上に各々が配された複数の半導体積層体と、前記複数の半導体積層体上の全体に亘って設けられ、前記複数の半導体積層体の上面に対向する下面に、前記下面が窪むことによって形成されている凹部を有し、蛍光体粒子を含む透光性の波長変換部材と、を有し、前記複数半導体積層体の前記上面と前記波長変換部材の前記下面とは、透光性の接着材によって接合されていることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る半導体発光装置の構成を示す斜視図である。 実施例１に係る半導体発光装置の上面図である。 実施例１に係る半導体発光装置の断面図である。 図３の断面図の部分拡大図である。 実施例２に係る半導体発光装置の上面図である。 実施例２に係る半導体発光装置の断面図である。 実施例３に係る半導体発光装置の上面図である。 実施例３に係る半導体発光装置の断面図である。

以下に本発明の実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。

図１は、本発明の実施例１に係る半導体発光装置１０の構成を示す斜視図である。図１に示すように、半導体発光装置１０は、実装基板１１上に実装された発光素子２０を含んで構成されている。

実装基板１１は、実装面１１Ｓを有し、実装面１１Ｓに垂直な方向から見た平面形状が長方形の平板状の基板である。実装基板１１には、例えば、ＡｌＮ、アルミナ等の基板が用いられる。

ｎ側給電パッド１２は、実装面１１Ｓ上に平面形状が矩形の金属の配線電極パターンである。ｎ側給電パッド１２の１の辺は、実装基板１１の短辺に平行に設けられている。ｎ側給電パッド１２は、例えば実装基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して外部の電源に接続可能に形成されている。

ｐ側給電パッド１３は、実装面１１Ｓ上に形成された平面形状が長方形の金属の配線電極パターンである。ｐ側給電パッド１３は、実装面１１Ｓの一方の長辺と、ｎ側給電パッド１２との間に設けられている。ｐ側給電パッド１３の長辺は、近接するｎ側給電パッド１２の辺に対応する長さ、例えば同じ長さである。ｐ側給電パッド１３は、例えば実装基板１１を貫通するスルーホール（図示せず）を介して外部の電源に接続可能に形成されている。

発光素子２０の支持基板１４は、平面形状が矩形の平板状の基板である。支持基板１４は、Ｓｉ基板等の導電性を有する基板である。支持基板１４は、実装面１１Ｓ上に、主面が実装面１１Ｓに平行となるように配置されている。支持基板１４は、ｎ側給電パッド１２に対応するように配置されている。

裏面電極１５は、支持基板１４の実装面１１Ｓに面する主面、すなわち支持基板１４の下面に形成された金属膜である。裏面電極１５は、支持基板１４の各々に設けられている。裏面電極１５は、例えば導電性の接合材（図示せず）を介して、ｎ側給電パッド１２に接合されている。すなわち、裏面電極１５がｎ側給電パッド１２に接合されることで、支持基板１４と実装基板１１とが接合されている。

半導体積層体１６は、支持基板１４の、裏面電極１５が形成されている面の反対側の主面、すなわち支持基板１４の上面に設けられている。半導体積層体１６は、活性層を含む複数の半導体層からなる。半導体積層体１６は矩形の平面形状を有し、各辺が支持基板１４の各辺に平行となるように配置されている。

半導体積層体１６は、金属の接合層（図示せず）を介して支持基板１４に貼り合わせられている。例えば、当該金属の接合層は、支持基板１４の上面において互いに離間しており、電気的に絶縁されている２つの層からなっている。２つの層の一方は支持基板１４と電気的に接続されており、他方は支持基板１４と、例えば、支持基板１４の上面に形成された絶縁層によって電気的に絶縁されている。

より詳細には、半導体積層体１６は、支持基板１４側から、ｐ型半導体層、活性層及びｎ型半導体層がこの順に積層されて構成されている。活性層から出射される出射光の波長は、半導体積層体１６の材料及び組成に応じた波長となる。半導体積層体１６の上面が光出射面となる。

例えば、ｐ型半導体層は、ＭｇドープＧａＮ層である。活性層（発光層）は、例えば、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造を有する半導体層である。
ｎ型半導体層は、例えばＳｉドープＧａＮ層である。例えば、当該活性層からは、約４５０ｎｍの波長の青色光が出射される。

半導体積層体１６のｐ型半導体層は、上記した接合層のうち支持基板１４と絶縁されている接合層と電気的に接続されている。半導体積層体１６のｎ型半導体層は、支持基板１４と電気的に接続されている接合層と電気的に接続されている。

給電部１７は、支持基板１４上に設けられた金属の電極である。給電部１７は、長方形の形状を有し、長辺が半導体積層体１６の一辺と平行になるように配置されている。

例えば、給電部１７は、例えば支持基板１４の上面に形成された絶縁層（図示せず）によって支持基板１４と絶縁されている。また、給電部１７の各々は、上述した支持基板１４の各々の前記支持基板１４と絶縁されている方の接合層（図示せず）と電気的に接続されている。従って、給電部１７は、半導体積層体１６のｐ型半導体層に電気的に接続されている。

給電部１７は、ボンディングワイヤ１９を介して実装面１１Ｓ上に設けられたｐ側給電パッド１３に電気的に接続されている。

このように、発光素子２０は、支持基板１４、裏面電極１５、半導体積層体１６、及び給電部１７を含んで構成されている。半導体積層体１６は、成長基板（図示せず）上に成長された活性層を含む複数の半導体層が接合層を介して支持基板１４に接合され、例えばレーザーリフトオフ等により成長基板が除去されたものである。

つまり、発光素子２０は、いわゆるシンフィルム（Thin-film）型の貼り合わせ構造を有する上面発光タイプの素子である。半導体積層体１６の上面は、発光素子２０の光出射面となる。

波長変換部材２３は、発光素子２０の半導体積層体１６上に配置されている。波長変換部材２３は、発光素子２０から出射される光に対して透過性を有する透光性の部材である。波長変換部材２３は、直方体の形状を有している。図１に示すように、波長変換部材２３の下面２３Ｂは、半導体積層体１６の上面よりも僅かに大きく、半導体積層体１６の上面の外側まで広がっている。

溝部２３Ｇは、半導体積層体１６の上面に対向する波長変換部材２３の下面２３Ｂに形成されている溝形状の凹部である。溝部２３Ｇは、波長変換部材２３の下面２３Ｂの端部から面内方向に延在している。

波長変換部材２３の下面２３Ｂは、透光性の接着材によって、発光素子２０上の半導体積層体１６の上面に接着されている。すなわち、波長変換部材２３は、透光性の接着材を介して、発光素子２０に接着されている。溝部２３Ｇには、当該透光性の接着材が充填されている。なお、図１においては、図の単純化のため、透光性の接着材を図示していない。

波長変換部材２３は、発光素子２０からの出射光を吸収して蛍光を発する蛍光体等の波長変換材を含んでいる。波長変換部材２３は、例えば、蛍光材料を焼結したセラミックプレートである。本実施例において、例えば、蛍光体粒子が波長変換部材２３中に均一に含まれている。

本実施例において、例えば、波長変換部材２３は、アルミナとＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）蛍光体を高温焼成して作製されたセラミックプレートである。なお、波長変換部材２３は、例えばＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体等の蛍光体粒子を含有する樹脂層であってもよい。あるいは、波長変換部材２３は、ガラス製の支持体の表面に蛍光体を含む薄膜が形成されたものから構成されていてもよい。

上記のような蛍光体粒子は、例えば、青色の光によって励起されて黄色蛍光を発する。例えば、発光素子２０の光出射面から出射された青色光が波長変換部材２３に導入されると、当該青色光と波長変換部材２３に含まれる蛍光体粒子からの蛍光との混色によって、半導体発光装置１０の光取り出し面２３Ｔから、白色光が取り出される。

半導体積層体１６の上面から出射された光は、波長変換部材２３に入り、上面２３Ｔに向かう。波長変換部材２３の上面２３Ｔは、発光素子２０の光取り出し面となる。

反射部材２５は、図１において、波長変換部材２３等の形状を明確にするため、破線で示されている。反射部材２５は、波長変換部材２３の側面を覆うように設けられている。反射部材２５は、光反射性の粒子を含む部材である。反射部材２５は、例えば、樹脂に光反射性の粒子を混合したものである。例えば、反射部材２５の光反射性の材料として、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミナ等の粒子が用いられる。また、反射部材２５には、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

発光素子２０の光出射面から出射されて波長変換部材２３に入射した光のうち、波長変換部材２３の側面に進行した光は、波長変換部材２３と反射部材２５との界面で反射される。

反射部材２５の上面と、波長変換部材２３の２３Ｔとは、光出射面からの高さが同等である。図１に示すように、反射部材２５は、上面に開口部２５ＯＰを有する。開口部２５ＯＰには、波長変換部材２３の上面２３Ｔが収まっている。波長変換部材２３の上面２３Ｔの外縁と開口部２５ＯＰの内縁とが一致していることが好ましい。本実施例において、反射部材２５の上面の開口部２５ＯＰ及び波長変換部材２３の上面２３Ｔによって、半導体発光装置１０の光取出し面が画定されている。

また、反射部材２５によって、発光素子２０、ｐ側給電パッド１３及びボンディングワイヤ１９が、実装基板１１上において埋設されている。反射部材２５は、半導体発光装置１０の封止材としても機能し得る。

図２は、半導体発光装置１０の上面図である。図２は、上述した反射部材２５を省略して示している。図２に示すように、実装基板１１は、上面視において長方形の形状を有している。上述したように、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に、矩形形状の支持基板１４を有する発光素子２０が、支持基板１４の１の辺が実装基板１１の１の辺に平行となるように実装されている。また、支持基板１４上に、矩形形状の半導体積層体１６が設けられている。

上述したように、波長変換部材２３は、半導体積層体１６の上面に設けられている。図２に示すように、上面視において、波長変換部材２３の輪郭は、半導体積層体１６の輪郭と同等であるが僅かに大きく、半導体積層体１６の輪郭を囲んでいる。言い換えれば、波長変換部材２３の下面２３Ｂ（図１参照）は、上面視において半導体積層体１６を覆う大きさを有している。

上述したように、波長変換部材２３の下面２３Ｂには、溝形状の凹部である溝部２３Ｇが形成されている。図２中、溝部２３Ｇを破線で示している。本実施例において、溝部２３Ｇは、１の辺に平行な方向に伸長する溝と、当該１の辺に垂直な方向に伸長する溝とが交差した十字型の溝である。

また、当該交差している２本の溝の各々は、下面２３Ｂの一方の端部から延在してこれに対向する端部に達している。すなわち、溝部２３Ｇは、下面２３Ｂの端部から面内方向に延在する溝を含んでいる。

例えば、波長変換部材２３が半導体積層体１６の上面に接着される際に、接着層２７に用いられる接着材が、流動性のある状態で下面２３Ｂの中心から外周に向かって広がることによって、接着層２７が形成される。上述したように、溝部２３Ｇは、下面２３Ｂの端部に達している。これによって、接着材が下面２３Ｂの中心から外周に向かって広がる際に、下面２３Ｂと半導体積層体１６の上面との間に存在する空気を押し出しながら広がり、接着層２７が形成される際に気泡が混入し難い。なお、接着層２７は、気泡を含んでいてもよい。 図３は、図２に示した半導体発光装置１０を３－３線で切断した断面図である。図３において、反射部材２５も含めた断面の構成を示している。上述したように、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に、支持基板１４が裏面電極１５を介して配置されている。上述したように、半導体積層体１６は、支持基板１４の上面に、導電性の接合層（図示せず）を介して接合されている。

波長変換部材２３は、直方体形状を有し、下面２３Ｂに溝部２３Ｇが形成されている。図３において、波長変換部材２３は、長方形の下面２３Ｂに対応する長辺の中央が欠けている断面形状を有している。

接着層２７は、半導体積層体１６の上面及び側面を覆うように形成されている。接着層２７は、発光素子２０から出射される光に対して透過性を有する透光性の接着材からなる。接着層２７は、光変換部材２３よりも低い屈折率を有している。例えば、接着層２７は、シリコーン樹脂等の樹脂を用いて形成される。

また、接着層２７は、波長変換部材２３の下面２３Ｂを覆っている。本実施例において、波長変換部材２３の下面２３Ｂの外縁と接着層２７の外縁が一致している。また、下面２３Ｂに形成された溝部２３Ｇの空洞部２３Ｃには、接着層２７の接着材が充填されている。従って、溝部２３Ｇの表面２３ＧＳは、波長変換部材２３と接着層２７との間の界面となっている。

上述したように、接着層２７の接着材は、波長変換部材２３よりも屈折率が低いので、波長変換部材２３から接着層２７に向かって入射角が臨界角以下となるように光が入射すると、波長変換部材２３と接着層２７との間の界面、すなわち表面２３ＧＳにおいて全反射が起こり得る。溝部２３Ｇにおいて、半導体積層体１６の上面と、波長変換部材２３の下面の表面２３ＧＳとの間に、表面２３ＧＳにおいて当該全反射が起こるために十分な、すなわち光学的に有意な接着層２７の厚みが確保されている。

反射部材２５は、波長変換部材２３の側面を覆っている。また、反射部材２５の上面は、波長変換部材２３の上面２３Ｔと同一平面上にある。

ｎ側裏面配線３２は、実装面１１Ｓと反対側の主面上の、ｎ側給電パッド１２に対応する部分に設けられた金属配線である。ｎ側裏面配線３２は、スルーホール３２Ｈを介してｎ側給電パッド１２に電気的に接続されている。

ｐ側裏面配線３３は、実装基板１１の実装面１１Ｓと反対側の主面上の、ｐ側給電パッド１３に対応する部分に設けられた金属配線である。ｐ側裏面配線３３は、スルーホール３３Ｈを介してｐ側給電パッド１３に電気的に接続されている。

半導体積層体１６から出射された光は、下面２３Ｂから波長変換部材２３に入射する。上面視において、下面２３Ｂの外縁は、接着層２７の外縁と一致している。また、上述したように、接着層２７の上面視における外縁は、半導体積層体１６の上面を覆う大きさ及び形状を有している。これによって、半導体積層体１６からの出射光が効率良く波長変換部材２３に導入される。

また、接着層２７が半導体積層体１６の側面を覆っていることで、半導体積層体１６の側面からも出射光が出射され得る。出射した光は、直ちに半導体積層体１６側に戻されることなく、接着層２７を介して波長変換部材２３に導入され易くなる。このことからも、半導体積層体１６からの出射光が効率良く波長変換部材２３に導入されるといえる。波長変換部材２３に入射した光は、その一部が蛍光体粒子によって波長変換され、波長変換されていない光と共に上方の光取り出し面２３Ｔに向かう。

図４を参照しつつ、波長変換部材２３の溝部２３Ｇ付近における光の進行方向について説明する。図４は、図３中の破線で囲まれた部分Ａの拡大図である。図４に示すように、支持基板１４と半導体積層体１６との間に、ミラー層２９が形成されている。

ミラー層２９は、例えばＡｇ、Ａｇ合金等の光反射性の高い金属からなる層である。ミラー層２９は、半導体積層体１６の活性層から出射された光のうち、支持基板１４側、すなわち半導体積層体１６の下面側に向かって進んだ光を反射させ、光取り出し面２３Ｔに向かう方向、すなわち半導体積層体１６の上面側に向かわせる。

従って、光出射面である半導体積層体１６の上面からは、活性層から上面に向かう光に加えてミラー層２９によって反射された光が出射される。図４中、半導体積層体１６から出射された光を、矢印Ｌ１によって模式的に示している。

図４に示すように、半導体積層体１６から出射された光Ｌ１は、接着層２７を経て波長変換部材２３に入り、上方に向かう。その後、光Ｌ１は、例えば波長変換部材２３に含まれる蛍光体粒子に反射されて進行方向が変更されて下方に向かう。

その後、光Ｌ１は、溝部２３Ｇの近傍に到達すると、波長変換部材２３と接着層２７との界面である表面２３ＧＳに入射し得る。接着層２７は波長変換部材２３よりも低い屈折率を有している。また、上述したように溝部２３Ｇにおいて接着層２７は十分な厚みを有しているので、光Ｌ１は、表面２３ＧＳに入射角が臨界角以上となるように入射した場合、表面２３ＧＳで全反射されて上方に向かう。

例えば、溝部２３Ｇが形成されていない場合、上述したような接着層２７の十分な厚みが確保されない。半導体積層体１６の近傍で下方に向かった光は、接着層２７を透過して半導体積層体１６に再び入射し易くなる。半導体積層体１６に再び入射した光は、波長変換部材２３とミラー層２９との間で反射を繰り返して減衰する。従って、当該光は光取り出し面から出射せずに損失され易い。

本実施例においては、蛍光体粒子による反射等によって、半導体積層体１６の近傍で進行方向が下方に変更された光は、表面２３ＧＳで反射され得るので、波長変換部材２３中で下方に向かった光を再び上方に向かわせることができる。その結果、当該光が半導体積層体１６に再び入射する光の割合が少なくなる。

従って、半導体発光装置１０の高い光取り出し効率が確保される。ここで、光取り出し効率は、例えば、発光素子２０の光出射面から出射した光の光量と、半導体発光装置１０の光取り出し面から出る光の光量との比によって規定される効率である。

なお、波長変換部材２３の下面２３Ｂのうち、溝部２３Ｇを形成する箇所は、任意である。例えば、溝部２３Ｇは、半導体積層体１６の上面から出て波長変換部材２３側から半導体積層体１６に再び入射する光の量が多い箇所に形成することが好ましい。

また、接着層２７の厚みを波長変換部材２３の下面２３Ｂ全体において大きくするよりも、下面２３Ｂの一部に溝部２３Ｇを設けて局所的に接着層２７が十分に厚い箇所を形成することが好ましい。溝部２３Ｇ以外の部分においては半導体積層体１６と波長変換部材２３との距離を短くして放熱の効率を確保することが好ましい。例えば、溝部２３Ｇの平面形状及び位置は、波長変換部材２３の形状等に応じて適宜調整されてもよい。

以上、説明したように、本実施例の半導体発光装置１０は、支持基板１４上に配置された半導体積層体１６を有するいわゆるシンフィルム型の発光素子２０と、半導体積層体１６上に接着層２７を介して接着された波長変換部材２３とを有している。波長変換部材２３は蛍光体粒子を含む。波長変換部材２３は直方体形状を有し、波長変換部材２３の上面２３Ｔは半導体発光装置１０の光出射面となっている。

波長変換部材２３の下面２３Ｂには、十字型の平面形状を有する溝部２３Ｇが形成されている。溝部２３Ｇの空洞部２３Ｃには、接着層２７の接着材が充填されている。溝部２３Ｇの表面２３ＧＳは、波長変換部材２３接着層２７との界面となっている。接着層２７は、波長変換部材２３よりも低い屈折率を有している。

このような構成により、発光素子２０の光出射面である半導体積層体１６の上面から出射した光は、下面２３Ｂから波長変換部材２３に入射し、上方の光取り出し面２３Ｔに向かう。波長変換部材２３に入射した光のうち、蛍光体粒子による反射等によって進行方向が変更されて下方に向かった光は、溝部２３Ｇに到達すると、界面である表面２３ＧＳで反射されて再び上方に向かって進み得る。当該界面に臨界角以上の角度で入射した光が全反射されることで、当該下方に向かう光が半導体積層体１６に再び入射することが抑制される。その結果、当該下方に向かう光が半導体積層体に再入射して減衰すること、すなわち光吸収が抑制される。

従って、光取り出し効率が高く、高輝度の発光を効率良く実現可能な半導体発光装置を提供することができる。

図５及び図６を参照しつつ、実施例２に係る半導体発光装置３０について説明する。図５は、半導体発光装置３０の上面図である。半導体発光装置３０は、波長変換部材２３の代わりに波長変換部材３１を有している点において実施例１の半導体発光装置１０と異なり、その余の点においては半導体発光装置１０と同様に構成されている。図５は、半導体発光装置３０の反射部材２５を省略して示している。波長変換部材３１は、半導体積層体１６の上面に設けられている。

図５に示すように、波長変換部材３１は、上面視において矩形の輪郭を有している。波長変換部材３１は、上方に向かって窄んだ角錐台形状の部分を含み、矩形の上面３１Ｔを有している。

図５に示すように、波長変換部材３１の輪郭は、半導体積層体１６の輪郭と同等であるが僅かに大きく、半導体積層体１６の輪郭を囲んでいる。言い換えれば、波長変換部材３１は、上面視において半導体積層体１６を覆う大きさを有している。

波長変換部材３１の下面は、上面視において、波長変換部材３１の輪郭に一致する外形を有している。波長変換部材３１の下面には、溝形状の凹部である溝部３１Ｇが形成されている。溝部３１Ｇは、平面視において、当該下面の各辺に沿って形成されている４つの溝を含み、当該４つの溝のうち直交する２つの溝が当該下面の四隅で互いに交差した形状を有している。

本実施例において、溝部３１Ｇは、線対称な形状を有している。また、溝部３１Ｇに含まれる上記の４つの溝は、波長変換部材３１の上面３１Ｔの各辺と平行である。また、当該４つの溝は、波長変換部材３１の下面の外周と、上面３１Ｔの外周との間に形成されている。また、当該４つの溝の各々は、波長変換部材３１の端部から、当該端部に対向する端部まで延在している。

図６は、図５の半導体発光装置３０を６－６線で切断した断面図である。図６において、反射部材２５も含めた断面の構成を示している。実施例１の場合と同様に、半導体積層体１６は、支持基板１４の上面に、導電性の接合層（図示せず）を介して接合されている。

波長変換部材３１は、半導体積層体１６上に設けられている。波長変換部材３１は、
四角錐台形状の部分である四角錐台部３３、四角錐台部３３の底面から下方に向かって伸長する直方体形状の部分である直方体部３４、及び四角錐台部３３の上面から上方に向かって伸長する柱形状の部分である柱形状部３５を有している。

図６に示すように、四角錐台部３３は、台形の断面形状を有している。四角錐台部３３は、半導体積層体１６の上面と対向する底面３３Ｂを有し、当該底面３３Ｂから上方に向かって窄む四角錐台形状の部分である。四角錐台部３３は、底面３３Ｂに平行であり、かつ、底面３３Ｂよりも面積が小さい上面３３Ｔを有している。

また、四角錐台部３３の側面３３Ｓは、光出射面に垂直な方向に対して、底面３３Ｂから上面３３Ｔに向かうに従って、内側に向かって傾斜している。溝部３１Ｇは、四角錐台部３３の底面３３Ｂの各辺に沿って形成されている溝を含むといえる。

直方体部３４は、四角錐台部３３の底面から下方に向かって伸長する直方体形状の部分である。直方体部３４は、波長変換部材３１の下面３１Ｂを底面とする直方体形状を有する。当該下面３１Ｂに、溝部３１Ｇが形成されている。直方体部３４は、半導体積層体１６の上面、すなわち発光素子２０の光出射面に対して垂直な側面３４Ｓを有している。

図６に示すように、本実施例において、溝部３１Ｇの断面形状は矩形となっている。溝部３１Ｇの断面形状は矩形に限られず、例えば半円形等の曲線を含む断面形状を有していてもよい。

柱形状部３５は、直方体部３４と接する下面及び発光素子２０の光出射面よりも小さい上面を有しかつ光出射面に垂直な方向に沿って上方に向かって伸長する柱状の形状（柱形状）を有する部分である。柱形状部３５の上面は波長変換部材３１の上面３１Ｔであり、半導体発光装置３０の光取出し面である。柱形状部３５は、発光素子２０の光出射面に垂直な側面３５Ｓを有している。

接着層２７は、半導体積層体１６の上面及び側面を覆うように形成されている。また、接着層２７は、波長変換部材３１の下面３１Ｂを覆っている。本実施例において、波長変換部材３１下面３１Ｂの外縁と接着層２７の外縁が一致している。下面３１Ｂに形成された溝部３１Ｇの空洞部３１Ｃには、接着層２７の接着材が充填されている。従って、溝部３１Ｇの表面３１ＧＳは、波長変換部材３１と接着層２７との界面となっている。

反射部材２５は、波長変換部材３１の側面を覆っている。波長変換部材３１の側面に到達した光は、波長変換部材３１と反射部材２５との界面で反射される。

また、上述したように、反射部材２５は、上面に開口部２５ＯＰを有する。波長変換部材３１の上面３１Ｔの外縁と開口部２５ＯＰの内縁とが一致していることが好ましい。本実施例において、反射部材２５の上面は、波長変換部材３１の上面３１Ｔと同一平面上にある。反射部材２５の上面の開口部２５ＯＰ及び波長変換部材３１の上面３１Ｔによって、半導体発光装置３０の光取出し面が画定されている。

半導体積層体１６から出射された光は、下面３１Ｂから波長変換部材３１に入射する。波長変換部材３１に入射した光は、その一部が蛍光体粒子によって波長変換され、波長変換されていない光と共に上方の光取り出し面３１Ｔに向かう。

波長変換部材３１に入射した光のうち、蛍光体粒子による反射等によって、進行方向が下方に変更された光は、溝部３１Ｇの表面３１ＧＳに臨界角以上の角度で入射した場合、表面３１ＧＳで全反射されて上方に向かう。従って、波長変換部材３１に入射した光が半導体積層体１６に再び入射することが抑制される。

このように、波長変換部材３１と反射部材２５との界面によって、波長変換部材３１中で下方に向かった光を再び上方に向かわせることができる。従って、半導体発光装置３０の高い光取り出し効率が確保される。

また、波長変換部材３１の四角錘台部３３は、上面３３Ｔが底面３３Ｂよりも小さく、上方に向かって窄んだ形状を有している。具体的には、四角錘台部３３は、内側に向かって傾斜している側面３３Ｓを有している。このような形状により、四角錘台部３３に入射した光は、波長変換部材３１の内方にその進行方向が変化させられる。その結果、四角錘台部３３に入射した光は、上面３３Ｔに向かうに従って絞られて輝度が高くなる。

上面３３Ｔに達した光は、柱形状部３５に導入されて上面３１Ｔから半導体発光装置３０の外部に取り出される。上面３１Ｔは発光素子２０の光出射面よりも小さい。従って、四角錘台部３３によって集光されて高輝度化された出射光が波長変換部材３１の上面３１Ｔから取り出される。

例えば、波長変換部材３１は、蛍光体セラミックプレートを切削加工して製造される。当該切削加工の際に、例えば切削用のブレードが発光素子２０の光出射面に垂直な方向に沿って挿入される。例えば、当該ブレード挿入深さの変動等によって側面３４Ｓ又は３５Ｓの上下方向の寸法が変動する場合がある。そのような場合でも、側面３４Ｓ及び３５Ｓは発光素子２０の光出射面に垂直であることで、上面３１Ｔ及び下面３１Ｂの寸法は変動しない。従って、光出射面からの出射光が導入される下面３１Ｂ及び光取り出し面である上面３１Ｔを、設計値通りに安定して製造することができる。

以上、説明したように、本実施例の半導体発光装置３０は、支持基板１４上に配置された半導体積層体１６を有するいわゆるシンフィルム型の発光素子２０と、半導体積層体１６上に接着層２７を介して接着された波長変換部材３１とを有している。

波長変換部材３１は、上方に向かって窄まる四角錐台形状の部分である四角錐台部３３、四角錐台部３３の底面から下方に向かって伸長し半導体積層体１６に対向する下面３１Ｂを有する直方体形状の部分である直方体部３４、及び四角錐台部３３の上面から上方に向かって伸長する柱形状の部分であり半導体発光装置３０の光取り出し面３１Ｔを有する柱形状部３５を有している。

波長変換部材３１の下面３１Ｂには、溝形状の凹部である溝部３１Ｇが形成されている。溝部３１Ｇは、平面視において、下面３１Ｂの各辺に沿って形成されている４つの溝を含み、当該４つの溝のうちの２つずつが下面３１Ｂの四隅で互いに交差した形状を有している。溝部３１Ｇの空洞部３１Ｃには、接着層２７の接着材が充填されている。溝部３１Ｇの表面３１ＧＳは、波長変換部材３１と接着層２７との界面となっている。接着層２７は、波長変換部材３１よりも低い屈折率を有している。

このような構成により、発光素子２０の光出射面である半導体積層体１６の上面から出射した光は、下面３１Ｂから波長変換部材３１に入射し、上方の光取り出し面３１Ｔに向かう。波長変換部材３１に入射した光のうち、蛍光体粒子による反射等によって進行方向が変更されて下方に向かった光は、溝部３１Ｇに到達すると、表面３１ＧＳで反射されて再び上方に向かって進み得る。表面３１ＧＳに臨界角以上の角度で入射した光が全反射されることで、当該下方に向かう光が半導体積層体１６に再び入射することが抑制される。つまり、当該下方に向かった光が半導体積層体１６に再び入射して減衰すること、すなわち光吸収が抑制される。

また、波長変換部材３１は角錐台形状の部分である四角錘台部３３を含む。このような形状により、四角錘台部３３に入射した光は、上面３３Ｔに向かうに従って絞られて輝度が高くなる。

加えて、下面３１Ｂを含む直方体部３４及び光取り出し面３１Ｔを含む柱形状部３５は、発光素子２０の光出射面に垂直な側面３４Ｓ及び３５Ｓをそれぞれ有している。このような構成により、波長変換部材３１を製造するための加工の際に、下面３１Ｂ及び上面３１Ｔの寸法の変動を少なくすることができる。

従って、光取り出し効率が高く、高輝度の発光を効率良く実現可能であり、加えて歩留まりの高い半導体発光装置を提供することができる。

図７は、実施例３に係る半導体発光装置４０の上面図である。半導体発光装置４０は、支持基板１１上に２つの発光素子２０が配列されて実装されている点、及び波長変換部材３１とは形状が異なる波長変換部材４１を有している点において実施例２の半導体発光装置３０と異なる。半導体発光装置４０は、その余の点においては半導体発光装置３０と同様に構成されている。図７は、半導体発光装置４０の反射部材２５を省略して示している。

図７に示すように、実装基板１１の実装面１１Ｓ上に、支持基板１４を有する２つの発光素子２０が、実装基板１１の長辺に沿って配列されて実装されている。並置された２つの矩形形状の支持基板１４上に、２つの矩形形状の半導体積層体１６がそれぞれ設けられている。

波長変換部材４１は、２つの半導体積層体１６の上面に亘って、当該２つの上面の両方を覆うように設けられている。図７に示すように、上面視において、波長変換部材４１の輪郭は、２つの半導体積層体１６を囲んでいる。波長変換部材４１の下面の外形は波長変換部材４１の輪郭と一致し、当該下面は、上面視において２つの半導体積層体１６の上面全体を覆う大きさを有している。また、波長変換部材４１は、当該下面よりも小さい上面４１Ｔを有している。

波長変換部材４１の下面には、溝形状の凹部である溝部４１Ｇが形成されている。溝部４１Ｇは、平面視において、波長変換部材４１の下面の各辺に沿って形成されている４つの溝を含んでいる。当該４つの溝は、当該下面の四隅においてそれぞれ交差している。さらに、溝部４１Ｇは、隣接する２つの半導体積層体１６の各々の辺のうち隣の半導体積層体１６に対向する２つの辺に沿って形成されている２つの溝を含んでいる。

換言すれば、溝部４１Ｇは、２つの半導体積層体１６の各々の４つの辺に沿って形成されている４つの溝を含んでいる。また、当該各々の４つの辺に沿った溝のうち、波長変換部材４１の下面の長辺に沿っている溝は、当該下面の一方の短辺から他方の短辺までの一続きの溝となっている。１つの発光素子２０について、実施例２と同様の平面形状を有する溝が形成されている。

本実施例において、溝部４１Ｇは、線対称な形状を有している。また、波長変換部材４１の下面の各辺に沿って形成されている４つの溝は、平面視において、波長変換部材４１の下面の外周と、上面４１Ｔとの間に形成されている。

図８は、図７の半導体発光素子４０を８－８線で切断した断面図である。図８に示すように、２つの支持基板１４の各々の上面に、導電性の接合層（図示せず）を介して半導体積層体１６がそれぞれ接合されている。

波長変換部材４１は、２つの半導体積層体１６上に亘って設けられている。波長変換部材４１は、上方に向かって窄まる四角錐台形状の部分である四角錐台部４３、四角錐台部４３の底面から下方に向かって伸長し半導体積層体１６に対向する下面４１Ｂを有する直方体形状の部分である直方体部４４、及び四角錐台部４３の上面から上方に向かって伸長する柱形状の部分であり半導体発光装置４０の光取り出し面４１Ｔを有する柱形状部４５を有している。

四角錐台部４３は、台形の断面形状を有している。四角錐台部４３は、２つの半導体積層体１６と対向する底面４３Ｂから上方に向かって窄む四角錐台形状を有する。四角錐台部４３は、底面４３Ｂに平行であり、かつ、底面４３Ｂよりも面積が小さい上面４３Ｔを有している。

また、四角錐台部４３の側面４３Ｓは、光出射面に垂直な方向に対して、底面４３Ｂから上面４３Ｔに向かうに従って、内側に向かって傾斜している。

直方体部４４は、四角錐台部４３の底面Ｂから下方に向かって伸長し半導体積層体１６に対向する下面４１Ｂを有する直方体形状を有する。当該直方体部４４下面４１Ｂに溝部４１Ｇが形成されている。直方体部４４は、半導体積層体１６の上面、すなわち発光素子２０の光出射面に対して垂直な側面４４Ｓを有している。

柱形状部４５は、四角錐台部４３と接する下面を有し発光素子２０の光出射面に垂直な方向に沿って上方に向かって伸長する柱状の形状（柱形状）を有する。柱形状部４５の上面は波長変換部材４１の上面４１Ｔであり、半導体発光装置４０の光取出し面である。柱形状部４５は、２つの発光素子２０の光出射面に垂直な側面４５Ｓを有している。

接着層２７は、２つの半導体積層体１６の上面及び側面を覆うように形成されている。本実施例において、例えば、隣接する２つの半導体積層体１６の間にも接着層２７が形成されている。なお、２つの支持基板１４の間は、空隙となっていてもよく、反射部材２５が充填されていてもよい。

また、接着層２７は、波長変換部材４１の下面４１Ｂを覆っている。本実施例において、波長変換部材４１下面４１Ｂの外縁と接着層２７の外縁が一致している。下面４１Ｂに形成された溝部４１Ｇの空洞部４１Ｃには、接着層２７の接着材が充填されている。従って、溝部４１Ｇの表面４１ＧＳは、波長変換部材４１と接着層２７との界面となっている。

上記のような構成により、発光素子２０の各々から波長変換部材４１に入射して上方に向かった光のうち、進行方向が下方に変更された光は、溝部４１Ｇに到達すると、表面４１ＧＳで反射されて再び上方に向かって進み得る。従って、実施例１及び実施例２の場合と同様に、溝部４１Ｇの近傍で光吸収が抑制される。

なお、２つの支持基板１４の間にも反射部材２５が充填されている場合、例えば当該反射部材２５と接着層２７又は波長変換部材４１との界面に到達した光が拡散反射され得る。

また、波長変換部材４１は、上方に向かって窄む四角錐台形状の四角錐台部４３を有している。従って、実施例２の場合と同様に、四角錐台部４３に入射した光は、上面４１Ｔに向かうに従って絞られて輝度が高くなる。

また、波長変換部材４１は、光出射面に対して垂直な側面４４Ｓ及び４５Ｓを含む。このような形状によって、実施例２の場合と同様に、波長変換部材４１の製造時の寸法誤差の発生が抑制される。

従って、複数の発光素子２０を用いた場合でも、光取り出し効率が高く、高輝度の発光を効率良く実現可能であり、加えて歩留まりの高い半導体発光装置を提供することができる。

なお、実施例３において、２つの発光素子２０が実装基板１１に実装されている例について説明したが、実装基板１１に実装される発光素子２０の数はこれに限られない。例えば３つ以上の発光素子２０が実装基板１１に実装されていてもよい。並置された複数の支持基板１４の各々の上に複数の半導体積層体１６がそれぞれ配され、当該複数の半導体積層体１６上の全体に亘って波長変換部材４１が設けられていれば良い。

上記の実施例において、発光素子２０及び透光性部材の各部の上面及び下面の平面形状が矩形である場合について説明したが、これに限られない。例えば、発光素子２０及び透光性部材の各部の上面及び下面の平面形状は、多角形又は曲面を含む形状であってもよい。

また、上記の実施例において、波長変換部材の下面の端部に達している溝を含む溝部について説明したが、これに限られない。波長変換部材は、当該端部に達している溝
に代えて、又は当該溝に加えて、波長変換部材の下面の端部に達していない凹部を有していても良い。例えば、波長変換部材の下面には、例えばディンプル形状のような、多角形又は円形の不連続な凹部が形成されていてもよい。

なお、上記の実施例において、溝部２３Ｇ等の溝部の断面形状が矩形となっている例を示した。溝部の断面形状は矩形に限られず、例えば半円形等の曲線を含む断面形状を有していてもよい。

上記の実施例において、波長変換部材の下面に形成された溝部に含まれる溝の各々が、波長変換部材の下面の端部から延在している例について説明した。このような場合、接着層２７が形成される際に気泡が混入し難く、蛍光体粒子からの熱に関する放熱性の観点で好ましい。なお、接着層２７が形成される際に気泡が混入してもよい。波長変換部材と接着層２７との界面で光を全反射させる観点からは気泡が存在してもよい。

なお、上記の実施例において、発光素子２０がいわゆるシンフィルム型の発光素子である場合について説明したが、これに限られない。例えば、発光素子２０の代わりに、フリップチップ型の発光素子を用いてもよい。

また、上記の実施例において、波長変換部材が蛍光体粒子を含む例について説明したが、これに限られない。例えば、波長変換部材に代えて、蛍光体粒子を含まない透光性の光学部材を用いてもよい。この場合においても、例えば発光素子２０の半導体積層体１６の上面から出射されて当該光学部材の側壁で反射された光が再び半導体積層体１６に入射することを抑制することができる。

上述した実施例における構成は例示に過ぎず、用途等に応じて適宜変更可能である。

１０、３０、４０ 半導体発光装置
１１ 実装基板
１２ ｎ側給電パッド
１３ ｐ側給電パッド
１４ 支持基板
１５ 裏面電極
１６ 半導体積層体
１９ ボンディングワイヤ
２０ 発光素子
２３、３１、４１ 波長変換部材
２３Ｇ、３１Ｇ、４１Ｇ 溝部
２３ＧＳ、３１ＧＳ、４１ＧＳ 溝部の表面
２５ 反射部材
２５ＯＰ 開口部
２７ 接着層
２９ ミラー層

Claims (8)

1. 支持基板と、
   活性層を含み、前記支持基板上に配された半導体積層体と、
   前記半導体積層体上に設けられ、前記半導体積層体の上面に対向する下面に、前記下面が窪むことによって形成されている凹部を有し、蛍光体粒子を含む透光性の波長変換部材と、を有し、
   前記半導体積層体の前記上面と前記波長変換部材の前記下面とは、透光性の接着材によって接合されていて、
   前記凹部は、前記波長変換部材の前記下面の端部から前記下面の面内方向に延在していることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記波長変換部材は直方体の形状を有し、
   前記凹部は、前記波長変換部材の前記下面の１の辺に平行な方向に伸長する溝を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記凹部は、前記１の辺に垂直な方向に伸長する溝を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
4. 支持基板と、
   活性層を含み、前記支持基板上に配された半導体積層体と、
   前記半導体積層体上に設けられ、前記半導体積層体の上面に対向する下面に、前記下面が窪むことによって形成されている凹部を有し、蛍光体粒子を含む透光性の波長変換部材と、を有し、
   前記半導体積層体の前記上面と前記波長変換部材の前記下面とは、透光性の接着材によって接合されていて、
   前記波長変換部材は、前記半導体積層体の上面と対向する底面から上方に向かって窄む四角錐台形状の部分である四角錐台部を含み、
   前記凹部は、平面視において、前記底面の各辺の各々に沿って形成されている溝を含むことを特徴とする半導体発光装置。
5. 前記波長変換部材は、前記四角錐台部の前記底面から下方に向かって伸長する直方体形状の部分である直方体部を含むことを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
6. 前記波長変換部材は、前記四角錐台部の上面から前記半導体積層体の上面に垂直な方向に沿って伸長する柱形状の部分である柱形状部を含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光装置。
7. 前記凹部には前記接着材が充填されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
8. 並置された複数の支持基板と、
   活性層を含み、前記複数の支持基板の各々の上に各々が配された複数の半導体積層体と、
   前記複数の半導体積層体上の全体に亘って設けられ、前記複数の半導体積層体の上面に対向する下面に、前記下面が窪むことによって形成されている凹部を有し、蛍光体粒子を含む透光性の波長変換部材と、を有し、
   前記複数の半導体積層体の前記上面と前記波長変換部材の前記下面とは、透光性の接着材によって接合されていることを特徴とする半導体発光装置。

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