JPH1146015A - 発光ダイオード及びその形成方法 - Google Patents

発光ダイオード及びその形成方法

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JPH1146015A
JPH1146015A JP20131097A JP20131097A JPH1146015A JP H1146015 A JPH1146015 A JP H1146015A JP 20131097 A JP20131097 A JP 20131097A JP 20131097 A JP20131097 A JP 20131097A JP H1146015 A JPH1146015 A JP H1146015A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ＬＥＤチップからの発光を波長変換
して発光可能な蛍光体を有する発光ダイオードにおい
て、発光方位、色調ムラを改善した発光ダイオード及び
その形成方法に関する。 【解決手段】本発明は、ＬＥＤチップからの発光の少な
くとも一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体を
有する発光ダイオードであって、ＬＥＤチップ上に非粒
子状性の蛍光層を有する発光ダイオードである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＥＤディスプレイ、
バックライト光源、信号機、照光式スイッチ、各種セン
サー及び各種インジケータなどに利用される発光装置に
係わり、特に発光素子であるＬＥＤチップからの発光を
波長変換して発光可能な蛍光体を有する発光ダイオード
において、発光方位、色調ムラを改善した発光ダイオー
ド及びその形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】発光装置である発光ダイオード（以下、Ｌ
ＥＤとも呼ぶ。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発
光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心
配がない。駆動特性が優れ、振動やON／OFF点灯の繰り
返しに強いという特徴を有する。そのため各種インジケ
ータや種々の光源として利用されている。しかしなが
ら、ＬＥＤは優れた単色性ピーク波長を有するが故に白
色系などの発光波長を発光することができない。
【０００３】そこで、本願出願人は、青色発光ダイオー
ドと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色
変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとし
て、特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３
４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発し
た。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤ
チップを用いて白色系や青色ＬＥＤチップを用いた緑色
など他の発光色を発光させることができる。
【０００４】具体的には、青色系が発光可能なＬＥＤチ
ップなどをリードフレームの先端に設けられたカップ上
などに配置する。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップが設け
られたメタルステムやメタルポストとそれぞれ電気的に
接続させる。そして、ＬＥＤチップを被覆する樹脂モー
ルド部材中などにＬＥＤチップからの光を吸収し波長変
換する蛍光物質を含有させて形成させてある。青色系の
発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する
蛍光物質などとを選択することにより、これらの発光の
混色を利用して白色系を発光させることができる。この
ような発光ダイオードは、白色系を発光する発光ダイオ
ードとして利用した場合においても十分な輝度を発光す
る発光ダイオードとして利用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、形成さ
れた各発光ダイオードの色が所望通りに形成されにくい
傾向にある。すなわち、ＬＥＤチップは、３００μｍ角
程度の極めて小さい。また、ＬＥＤチップからの光を変
換する蛍光体は極めて少量ですむ。そのため蛍光体の塗
布及び配置が極めて難しい。特に、ＬＥＤチップからの
光と、その光により励起され、ＬＥＤからの光とは異な
る光の混色によって発光色を決める発光ダイオードにお
いては、少しの色ずれにより表示色が大きく異なること
となる。蛍光体の混色を用いた発光ダイオードを量産さ
せた場合、この色ずれの範囲が広く。そのため所望の色
度範囲に形成させることが難しく歩留まりが低下する傾
向にある。
【０００６】また、マウント・リード上の反射カップ内
に単にＬＥＤチップ及び蛍光体を実装しモールド部材を
形成させると、発光ダイオードの発光観測面において僅
かながら色むらを生じる場合がある。具体的には、発光
観測面側から見て発光素子であるＬＥＤチップが配置さ
れた中心部が青色ぽく、その周囲方向にリング状に黄、
緑や赤色ぽい部分が見られる場合がある。人間の色調感
覚は、白色において特に敏感である。そのため、わずか
な色調差でも赤ぽい白、緑色ぽい白、黄色っぽい白等と
感じる。
【０００７】このような発光観測面を直視することによ
って生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく
表示装置に利用したときの表示面における色むらや、光
センサーなど精密機器における誤差を生ずることにもな
る。
【０００８】本発明は上記問題点を解決し発光観測面に
おける色調むらや発光ダイオードごとのバラツキが極め
て少なく、量産性の良い発光ダイオードなどを形成させ
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＬＥＤチップ
からの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光
する無機蛍光体を有する発光ダイオードである。特に、
本発明は、ＬＥＤチップ上に形成された無機蛍光体が非
粒子状性の蛍光層である。
【００１０】本発明の請求項２に記載された発光ダイオ
ードは、ＬＥＤチップの発光層が窒化物系化合物半導体
であり、且つ蛍光層がセリウムで付活されたイットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。
【００１１】本発明の請求項３に記載された発光ダイオ
ードは、ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍから
５３０ｎｍであり、且つ蛍光層の主発光波長がＬＥＤチ
ップの主ピークよりも長いものである。
【００１２】本発明の請求項４に記載された発光ダイオ
ードは、蛍光層が（Ｒｅ1-xＳｍx） 3（Ａｌ1-yＧａy）5
Ｏ12：Ｃｅである。ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、
Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種
の元素である。
【００１３】本発明の請求項５に記載された発光ダイオ
ードの形成方法は、ＬＥＤチップからの発光の少なくと
も一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体を有す
る発光ダイオードの形成方法である。特に、ＬＥＤチッ
プ上の無機蛍光体をスパッタリング法により形成させる
ものである。
【００１４】
【作用】本発明は、ＬＥＤチップ上に無機蛍光体を非粒
子性状の薄膜として形成することができるために、蛍光
体の量が一定となり均一な発光特性を得ることができ
る。そのため発光面における色むらや発光ダイオードご
とのバラツキの極めて少なく歩留まりを高くすることが
できる。また、高輝度高エネルギー光が発光可能なＬＥ
Ｄチップからの光に対しても信頼性よく発光させること
ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明者は種々の実験の結果、Ｌ
ＥＤチップ上に直接蛍光体の薄膜を形成することによ
り、発光観測面における色調むらや発光装置ごとの色バ
ラツキが改善できることを見出し本発明を成すに到っ
た。
【００１６】本発明による特性向上の理由は定かでない
が、ＬＥＤチップ上にスパッタリング法を用いて形成さ
れた無機蛍光体薄膜は、一定の膜厚の蛍光層を形成する
ことができるため色むらや色バラツキが低減すると考え
られる。
【００１７】即ち、ＬＥＤチップには、リードフレーム
などと電気的に接続させるために電極や金属ワイヤーな
どが設けられている。このような金属ワイヤーや電極
は、その上に形成される蛍光体にとって凹凸となる。凹
凸が大きければ、蛍光体の量が部分的に異なる。本発明
は、スパッタリング法によりＬＥＤチップ上に蛍光体薄
膜を形成したことにより、凹凸に関係なく一定の膜厚を
有する蛍光層を形成することができる。
【００１８】したがって、ＬＥＤチップの凹凸に左右さ
れず、無機蛍光体の膜厚が一定となることより、発光観
測面における色調むらや発光ダイオードごとのバラツキ
が生じないこととなる。また、蛍光体は、通常数μから
数十μｍ程度の粒径で形成される。半導体素子の発光部
は、３００μｍ程度に形成されるため均一にさせるには
半導体素子に対して蛍光体が大きすぎる。そのため、非
粒子状性の蛍光層を利用することにより粒子径に依存す
ることはない均一発光が可能となる。
【００１９】具体的には、図２の如く、マウント・フレ
ーム上にＬＥＤチップをダイボンディングさせると共に
ＬＥＤチップの電極と導電性ワイヤーである金線をイン
ナー・リードにワイヤーボンディングする。次に、ＬＥ
Ｄチップが配置されたマウント・リードを真空チャンバ
ー内に配置させる。真空チャンバー内には、マウント・
リードと対向する位置に蛍光体の固まりを電極となる支
持体に固定してある。真空チャンバー内にアルゴンガス
を注入して電圧を加えるとアルゴンイオンが蛍光体をた
たく。たたかれた蛍光体が飛散して対向するマウント・
リード上に付着することになる。無機蛍光体の薄膜を形
成後、モールド部材を形成し砲弾型の発光ダイオードを
形成させた。形成された発光ダイオードは、複数形成さ
せてもバラツキの少ない発光ダイオードとすることがで
きる。以下、本発明の構成部材について詳述する。
【００２０】（非粒子状性の蛍光層１０１、２０１）本
発明に用いられる蛍光層としては、少なくともＬＥＤチ
ップ１０２の半導体発光層から放出された光で励起され
て発光する非粒子状性の無機蛍光体１０１、２０１をい
う。ここで非粒子状性とは、蛍光体自体が粉体ではなく
層状に形成されたものをいう。ＬＥＤチップ１０２から
発光した光と、非粒子状性の蛍光層から発光する光が補
色関係などにある場合、それぞれの光を混色させること
で白色を発光させることができる。
【００２１】具体的には、ＬＥＤチップ１０２からの光
とそれによって励起され発光する非粒子状性の蛍光層１
０１、２０１の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色
系、青色系）やＬＥＤチップ１０２から発光された青色
とそれによって励起され黄色を発光する非粒子状性の蛍
光層１０１、２０１の光などが挙げられる。非粒子状性
の蛍光層１０１、２０１の膜厚及び発光素子であるＬＥ
Ｄチップ１０２の主発光波長を選択することにより白色
を含め電球色など任意の色調を提供させることができ
る。したがって、発光ダイオードの外部には、ＬＥＤチ
ップ１０２からの発光と非粒子状性の蛍光層１０１、２
０１からの発光がモールド部材１０６を効率よく透過す
ることが好ましい。
【００２２】半導体発光層からの光によって励起される
非粒子状性の蛍光層１０１、２０１は、励起光源となる
ＬＥＤチップ１０２から放出される光により種々選択す
ることができる。具体的な非粒子状性の蛍光層の組成と
しては、クロムで付活されたサファイア、セリウムで付
活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍
光体や酸化エルビウム(３)などが挙げられる。特に、高
輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3
（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦
１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ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。）などが好まし
い。蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａ
y）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップ１０２
と接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅ
ｅ）＝３Ｗ・ｃｍ-2以上１０Ｗ・ｃｍ -2以下においても
高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードとするこ
とができる。
【００２３】（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）
5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光
及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ
付近などにさせることができる。また、発光ピークも５
８０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな
発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成
のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長
にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換すること
で、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を
変化することで発光色を連続的に調節することが可能で
ある。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連
続的に変えられるなど高輝度に発光可能な窒化物系化合
物半導体の青色発光を利用して白色系発光に変換するた
めの理想条件を備えている。
【００２４】この蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａ
ｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易
に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で
十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓ
ｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚
酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸
化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を
得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等の
フッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を
坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲
で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結
体を得ることができる。
【００２５】本発明の発光ダイオードにおいて、非粒子
状性の蛍光層は、２種類以上の非粒子状性の蛍光層を積
層させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄ
やＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）
3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を多層に積層させ
てＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在
のところ半導体発光素子であるＬＥＤチップ１０２の発
光波長には、バラツキが生ずるものがあるため可視光を
利用する場合、２種類以上の蛍光体の膜厚を調整させて
一定の白色光などを得ることができる。具体的には、発
光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる非粒子状性
の蛍光層をそれぞれ形成させる。非粒子状性の蛍光層が
形成される膜厚を調整させることで、各非粒子状性の蛍
光層から放出される色間とＬＥＤチップから放出される
色で結ばれる色度図上の任意範囲を発光させることがで
きる。
【００２６】非粒子状性の蛍光層を形成させるスパッタ
リング装置例として図３に示す。図３は、スパッタリン
グ装置である。真空チャンバー３００内にアルゴンガス
を注入すると共にバルブ３０４を介して排気する。ター
ゲットとなる蛍光体３０１をグランドに落とされた電極
３０３に固定する。他方、ＬＥＤの各半導体層が形成さ
れたウエハ３０２が配置された電極に交流電圧を加える
とアルゴンイオンがターゲットとなる蛍光体３０１に衝
突する。衝突された衝撃で蛍光体３０１がはじき出され
対向するウエハ３０２上に堆積することができる。本発
明に用いられるスパッタリング装置としては、種々のマ
グネトロンスパッタ装置や多極スパッタリング装置を用
いることもできる。なお、非粒子状性の蛍光層は、スパ
ッタリング法の他、真空蒸着法や放電、熱、光などの各
種ＣＶＤ法によって形成することも可能である。
【００２７】（ＬＥＤチップ１０２）本発明に用いられ
るＬＥＤチップ１０２とは、非粒子状性の蛍光層１０
１、２０１を励起可能なものである。好ましくは無機蛍
光体１０１、２０１を効率良く励起できる比較的短波長
な紫外光や可視光を効率よく発光可能な窒化物系化合物
半導体（一般式ＩｎiＧａjＡｌkＮ、但し、０≦ｉ、０
≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）などが挙げられる。発
光素子であるＬＥＤチップ１０２は、ＭＯＣＶＤ法等に
より基板２０３上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体２０２を発
光層として形成させる。半導体２０２の構造としては、
ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構
造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げ
られる。半導体層２０２の材料やその混晶度によって発
光波長を種々選択することができる。また、半導体活性
層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構
造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００２８】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体基板２０３にはサファイヤ、スピネル、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられ
る。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサ
ファイヤ基板を用いることがより好ましい。サファイヤ
基板上に半導体膜２０２を成長させる場合、ＧａＮ、Ａ
ｌＮ等のバッファー層を形成しその上にＰＮ接合を有す
る窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。ま
た、サファイア基板上にＳｉＯ2をマスクとして選択成
長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することも
できる。この場合、各半導体層を形成後ＳｉＯ2をエッ
チング除去させることによって発光素子とサファイア基
板とを分離させることもできる。
【００２９】窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物を
ドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を向上
させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成させる
場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型窒
化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンド
であるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープ
させる。窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドーパン
トをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ドーパ
ント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズ
マ照射等することでＰ型化させることが好ましい。
【００３０】具体的なＬＥＤチップの層構成としては、
窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させ
たバッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、
窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アル
ミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ
及びＳｉをドープさせた窒化インジュウム・ガリウム半
導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体
であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型
コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。
【００３１】ＬＥＤチップ１０２を形成させるためには
サファイア基板を有するＬＥＤチップの場合、エッチン
グなどによりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成
させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法
などを用いて所望の形状の非粒子状蛍光体１０１、２０
１や各導電型と接続された第１の電極２０４、第２の電
極２０５を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の
導電性を利用して半導体を介して一対の電極を形成させ
ることもできる。少なくとも半導体接合を被覆するよう
に非粒子状性の蛍光層２０１を形成させることにより、
無機蛍光体の層自体をＬＥＤの保護膜として機能させる
こともできる。
【００３２】次に、非粒子状性の蛍光層が形成された半
導体ウエハ等をダイヤモンド製の刃先を有するブレード
が回転するダイシングソーにより直接フルカットする
か、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハー
フカット）、外力によって半導体ウエハを割る。あるい
は、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライ
バーにより半導体ウエハに極めて細いスクライブライン
（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウ
エハを割り半導体ウエハからチップ状にカットする。こ
のようにして本発明に利用可能な窒化物系化合物半導体
であるＬＥＤチップ１０２を形成させることができる。
【００３３】本発明の発光ダイオードにおいて白色系を
発光させる場合は、非粒子状性の蛍光層からの光との補
色等を考慮してＬＥＤチップ１０２の主発光波長は４０
０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上
４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップと蛍光体
との効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎ
ｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３４】（導電性ワイヤー１０３）導電性ワイヤー
１０３としては、ＬＥＤチップ１０２の電極２０４、２
０５とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び
熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては
０．０１ｃａｌ／(Ｓ)(ｃｍ2）（℃／ｃｍ）以上が好ま
しく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(Ｓ)(ｃｍ2）（℃
／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電
性ワイヤー１０３の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以
上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤー
１０３として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム
等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙
げられる。このような導電性ワイヤー１０３は、各ＬＥ
Ｄチップ１０２の電極２０４、２０５と、インナー・リ
ード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディ
ング機器によって容易に接続させることができる。
【００３５】（パッケージ１０４）パッケージ１０４
は、ＬＥＤチップ１０２を凹部内に固定保護すると共に
外部との電気的接続が可能な外部電極１０５を有するも
のである。したがって、ＬＥＤチップ１０２の数や大き
さに合わせて複数の開口部を持ったパッケージ１０４と
することもできる。また、好適には遮光機能を持たせる
ために黒や灰色などの暗色系に着色させる、或いはパッ
ケージ１０４の発光観測表面側が暗色系に着色されてい
る。
【００３６】パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２
をさらに外部環境から保護するため透光性保護体である
モールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ
１０４は、モールド部材１０６との接着性がよく剛性の
高いものが好ましい。ＬＥＤチップ１０２と外部とを電
気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれ
る。さらに、パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２
などからの熱の影響をうけた場合、モールド部材１０６
との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。
パッケージ１０４の凹部内表面は、エンボス加工させて
接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材
１０６との密着性を向上させることもできる。
【００３７】パッケージ１０４は、外部電極１０５と一
体的に形成させてもよく、パッケージ１０４が複数に分
かれ、はめ込みなどにより組み合わせて構成させてもよ
い。このようなパッケージ１０４は、インジェクション
成形などにより比較的簡単に形成することができる。パ
ッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣ
Ｐ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ア
クリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミックなどが挙
げられる。また、パッケージ１０４を暗色系に着色させ
る着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられ
る。具体的には、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ 3やカー
ボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００３８】ＬＥＤチップ１０２とパッケージ１０４と
の接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。
具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂
などが挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０２を配置固
定させると共にパッケージ１０４内の外部電極１０５と
電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペ
ースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いら
れる。
【００３９】（外部電極１０５）外部電極１０５は、パ
ッケージ１０４外部からの電力を内部に配置されたＬＥ
Ｄチップ１０２に供給させるために用いられる。パッケ
ージ１０４上に設けられた導電性を有するパターンやリ
ードフレームを利用したものなど種々のものが挙げられ
る。また、外部電極１０５は放熱性、電気伝導性、ＬＥ
Ｄチップ１０２の特性などを考慮して種々の大きさに形
成させることができる。外部電極１０５は、各ＬＥＤチ
ップ１０２を配置すると共にＬＥＤチップ１０２から放
出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよいこと
が好ましい。外部電極１０５の具体的な電気抵抗として
は３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、
３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的な熱伝導度は、
０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2）（℃／ｃｍ）以上が好ま
しく、より好ましくは ０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ2）
（℃／ｃｍ）以上である。
【００４０】外部電極１０５の具体的材料としては、銅
やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金
属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いら
れる。外部電極１０５としてリードフレームを利用した
場合は、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できる
が加工性の観点から板厚０．１ｍｍから２ｍｍが好まし
い。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの基板上など
に設けられた外部電極１０５としては、銅箔やタングス
テン層を形成させることができる。プリント基板上に金
属箔を用いる場合は、銅箔などの厚みとして１８〜７０
μｍとすることが好ましい。また、銅箔等の上に金、半
田メッキなどを施しても良い。
【００４１】（モールド部材１０６）モールド部材１０
６は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ
１０２、導電性ワイヤー１０３、非粒子状性の蛍光層１
０１などを外部から保護するために設けることができ
る。モールド部材１０６は、各種樹脂や硝子などを用い
て形成させることができる。モールド部材１０６の具体
的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、
シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子な
どが好適に用いられる。また、モールド部材１０６に拡
散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０２から
の指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。以
下、本発明の実施例について説明するが、本発明は具体
的実施例のみに限定されるものではないことは言うまで
もない。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）ＬＥＤチップとして主発光ピークが４６０
ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤチップ
は、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチル
ガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガ
ス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に
流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成
膜させることにより形成させた。ドーパントガスとして
ＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替えることによってＮ型
導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有
する窒化ガリウム系半導体を形成しＰＮ接合を形成させ
る。半導体発光素子としては、Ｎ型導電性を有する窒化
ガリウム半導体であるコンタクト層と、Ｐ型導電性を有
する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド
層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコン
タクト層を形成させた。Ｎ型導電性を有するコンタクト
層とＰ型導電性を有するクラッド層との間に厚さ約３ｎ
ｍであり、単一量子井戸構造とされるノンドープＩｎＧ
ａＮの活性層を形成させた。（なお、サファイア基板上
には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層と
させてある。また、Ｐ型導電性を有する半導体は、成膜
後４００℃以上でアニールさせてある。） その後、エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半
導体表面を露出させた。また、ＰＮ各半導体表面が露出
された部位は、最終的に形成される各ＬＥＤチップごと
に複数ある。さらに、各ＬＥＤチップの大きさごと矩形
に分割できるよう半導体層をサファイア基板まで部分的
に除去し電気的にも分離させてある。導電性ワイヤーと
なる金線を付着させるためのパッド電極形成面には、レ
ジストを予め形成させ半導体ウエハを形成した。
【００４３】一方、非粒子状性の蛍光層を形成するため
に、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶
解した溶解液を蓚酸で共沈させた。これを焼成して得ら
れる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混合して混合原
料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム
を混合した後、４０ｋｇｆ／ｃｍ2を５秒で成形体を形
成した。成型体を坩堝に詰め、空気中１３５０°Ｃの温
度で３時間焼成して焼成品を得た。
【００４４】焼成品の端面を平滑になるようカットした
後、（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.035蛍光体組
成をもったターゲットとして利用した。２極スパッタリ
ング装置の真空チャンバー内にターゲットと上述のレジ
ストまで形成された半導体ウエハを固定させた。スパッ
タリング装置の真空チャンバー内にアルゴンガスを流す
と共にそれぞれの電極に交流電圧を印加した。電圧を印
加させて蛍光体膜を半導体ウエハ上に形成させた後、レ
ジストをリフトオフにより除去して所望の半導体ウエハ
上内のみに平滑で非粒子状性の無機蛍光層が形成させ
た。
【００４５】こうして蛍光層を形成させた半導体ウエハ
をＬＥＤチップに分割させるためのエッチングラインに
沿ってダイサーでダイシングした後、スクライバーでス
クライブラインを形成させた。スクライブラインに沿っ
てサファイア基板側からローラにより加圧して、個々に
分割し蛍光層を持ったＬＥＤチップを形成させた。
【００４６】また、インサート成形によりポリカーボネ
ート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形
成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥ
Ｄチップが配される開口部を備えている。パッケージ中
には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてあ
る。パッケージ内部で蛍光層が形成されたＬＥＤチップ
をエポキシ樹脂などを用いて固定させる。導電性ワイヤ
ーである金線をＬＥＤチップの各電極とパッケージに設
けられた各外部電極とにそれぞれワイヤーボンディング
させ電気的に接続させてある。こうしてＬＥＤチップが
配置されたパッケージを４０００個形成させた。
【００４７】得られた発光ダイオードに電力を供給させ
ることによって白色系を発光させることができる。発光
ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し
た。色温度７１５０Ｋ、Ｒａ（演色性指数）＝７８．５
を示した。また、発光光率は６．８ ｌｍ／ｗであっ
た。また、バラツキを色度座標上の面積として測定し
た。
【００４８】（比較例１）ＬＥＤチップ上には、非粒子
状性の蛍光層を形成させない代わりにエポキシ樹脂中に
（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.035蛍光体を混合
させたコーティング部をＬＥＤチップ上に形成させた以
外は、実施例１と同様にして発光ダイオードを４０００
個形成させた。形成された発光ダイオードの断面は、コ
ーティング部の端面がはい上がっていると共に蛍光物質
の量が不均一であった。こうして形成された発光ダイオ
ードの色度点を実施例１と同様に測定した。形成された
発光ダイオードは、ＬＥＤチップの発光波長と蛍光体の
発光波長を結んだ線上に略位置したが、バラツキが大き
かった。実施例１と同様にして色度座標上のバラツキ面
積を測定した。比較例１の面積は、実施例１の面積の約
２６倍でありバラツキが大きかった。
【００４９】
【発明の効果】ＬＥＤチップ上に配置された非粒子状性
の蛍光層は、均一な膜厚を持った蛍光体薄膜として形成
される。そのために各方位による色度のずれが極めて少
なく発光観測面から見て色調ずれがない発光ダイオード
とさせることができる。また、歩留まりの高い発光ダイ
オードとすることができる。さらに、非粒子状性の蛍光
層自体が半導体活性層である半導体接合部を被覆するこ
とができるため極めて信頼性の高い発光ダイオードを形
成させることができる。この場合、導電性接着剤を用い
て外部電極と電気的接続をさせても短絡のない発光ダイ
オードとすることもできる。
【００５０】特に、本発明の請求項１に記載の構成とす
ることにより、ＬＥＤチップ上の無機蛍光体は非粒子状
性であるため粒子径に依存することのない均一発光が可
能となる。また、蛍光層がそのまま形成されることによ
りバインダーが不要となる。さらに、ウエハ単位で処理
が可能で効率よく形成することができる。形成された蛍
光体は、ＬＥＤチップの保護膜としても機能する。
【００５１】本発明の請求項２に記載の構成とすること
により、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低
下や色ずれの少ない発光ダイオードとすることができ
る。
【００５２】本発明の請求項３に記載の構成とすること
により、より耐光性及び発光効率の高い白色系が発光可
能な発光ダイオードとすることができる。
【００５３】本発明の請求項４に記載の構成とすること
により、高輝度、長時間の使用においてもより輝度の低
下や色ずれの少ない発光ダイオードとすることができ
る。
【００５４】本発明の請求項５に記載の方法とすること
により、発光観測方位や量産時おけるバラツキが少ない
発光ダイオードを量産性よく形成することができる。ま
た、膜厚を調節することにより発光効率を容易に最適化
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の発光ダイオードであるチップ
タイプＬＥＤの模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明の発光ダイオードであるＬＥＤ
チップの模式図であり、図２（Ａ）は、模式的断面図で
あり、図２（Ｂ）は、概略正面図である。
【図３】図３は、本発明の発光ダイオードを形成させる
形成装置を示した模式的説明図である。
【符号の説明】
１００・・・チップタイプＬＥＤ １０１、２０１・・・非粒子状性の無機蛍光層 １０２・・・ＬＥＤチップ １０３・・・導電性ワイヤー １０４・・・パッケージ １０５・・・外部電極 １０６・・・モールド部材 ２０２・・・半導体層 ２０３・・・基板 ２０４・・・Ｎ型導電性を有する半導体層に接続された
第１の電極 ２０５・・・Ｐ型導電性を有する半導体層に接続された
第２の電極 ３００・・・真空チャンバー ３０１・・・蛍光体のターゲット ３０２・・・半導体ウエハ ３０３・・・ターゲットを支持する電極 ３０４・・・排気バルブ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発
    光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機
    蛍光体と、を有する発光ダイオードであって、 前記無機蛍光体がＬＥＤチップ上に形成された非粒子状
    性の蛍光層であることを特徴とする発光ダイオード。
  2. 【請求項２】前記ＬＥＤチップは発光層が窒化物系化合
    物半導体であり、且つ前記蛍光層がセリウムで付活され
    たイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体で
    ある請求項１記載に記載された発光ダイオード。
  3. 【請求項３】前記ＬＥＤチップの主発光ピークが４００
    ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ前記蛍光層の主発光波
    長が前記ＬＥＤチップの主ピークよりも長い請求項２記
    載に記載された発光ダイオード。
  4. 【請求項４】前記蛍光層が（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-y
    Ｇａy）5Ｏ12：Ｃｅである請求項１記載に記載された発
    光ダイオード。ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、Ｒｅ
    は、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａから選択される少なくとも一種の元
    素である。
  5. 【請求項５】ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発
    光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機
    蛍光体と、を有する発光ダイオードの形成方法であっ
    て、 前記ＬＥＤチップ上に前記無機蛍光体をスパッタリング
    法により薄膜を形成させることを特徴とする発光ダイオ
    ードの形成方法。
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