WO2006030734A1

WO2006030734A1 - 半導体発光装置

Info

Publication number: WO2006030734A1
Application number: PCT/JP2005/016752
Authority: WO
Inventors: Yukio Shakuda; Toshio Nishida; Masayuki Sonobe
Original assignee: Rohm Co., Ltd
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2006-03-23
Also published as: JP2006080442A; US20070278502A1; JP3802911B2

Abstract

　交流駆動をしても照明のチラツキがなく、しかもスイッチをオフにすれば殆ど違和感なく消光することができると共に、半導体発光装置自体にチラツキ防止手段が施され、半導体発光装置をどのような状態で照明装置などに組み込んでも照明装置側に特別な処理を施すことなくチラツキを防止することができる半導体発光装置を提供する。　基板１１上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部１７が形成され、その半導体積層部１７が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極１９、２０が設けられることにより、複数個の発光部１が形成されている。この複数個の発光部１は、配線膜３を介して、それぞれ直並列に接続されると共に、複数の発光部１の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層６、および／または蓄光ガラスを含む層を設けられている。

Description

明細書

半導体発光装置

技術分野

[0001] 本発明は基板上に複数個の発光部が形成され、直並列に接続されることにより、たとえば電圧が 100Vなどの商用交流電源で照明用の電灯や蛍光管の代りに使用し得るような交流駆動の半導体発光装置に関する。さらに詳しくは、交流駆動に基づく発光のチラツキを防止することができる構造の半導体発光装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、青色系発光ダイオード（LED)の出現により、ディスプレイの光源や信号装置の光源などに LEDが用いられ、さらに電灯や蛍光管の代りに LEDが用いられるようになってきている。この電灯や蛍光管に代って LEDを用いる場合、 100Vなどの交流駆動でそのまま動作することが好ましぐたとえば図 7に示されるように、 LEDを直並列に接続し、交流電源 71に接続する構成のものが知られている。なお、 Sはスィッチを示す。また、 LEDはダイオードであるため、交流の半波のみで動作し、残りの半波では動作しないことに基づくチラツキを防止するため、照明装置を形成するための力バーの内面に蓄光性の塗料を塗布して被せることが提案されている（たとえば特許文献 1参照）。

特許文献 1 :特開平 10— 083701号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 前述のように、 LEDを交流駆動すると、 LEDに順方向の電圧が印加される時間は動作して発光するが、逆方向の電圧が印加されている時間は動作せず発光もしない。 LEDを逆方向に並列接続しておくことにより、半波ごとに逆並列に接続された LED を交互に動作させることができるが、それぞれ別個に動作をし、し力印加される電圧は 0から徐々に増えるため、発光が間欠的に行われることになる。この発光の周期は、通常の商業電源による交流では、 50または 60Hzであるため、その倍の繰返し周波数となり、人間の目には余り気にならない程度である力敏感な目にはチラツキとなる。

[0004] 一方、照明用光源で、 LEDを容器内に入れ、その容器の内側に蓄光性の塗料を塗布する方法では、 LEDとは別に容器などに予め特殊な処理をしなければならない。さらに、蓄光する時間が長いと、スィッチをオフにしても残光がいつまでも残り、違和感を生じるという問題がある。

[0005] 本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、交流駆動をしても照明のチラツキがなぐし力スィッチをオフにすれば殆ど違和感なく消光することができると共に、半導体発光装置自体にチラツキ防止の処理が施してあり、半導体発光装置をどのような状態で照明装置などに組み込んでも照明装置側に特別な処理を施すことなくチラツキを防止することができる構造の半導体発光装置を提供することを目的とする。

[0006] 本発明の他の目的は、誘導灯や停電時の非常用照明などのように、スィッチをオフにしても、容器などに関係なく半導体発光装置自体で、長時間明るさを維持すること力 Sできる半導体発光装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明による半導体発光装置は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および Zまたは並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられている。

[0008] ここに残光時間とは、発光部への電圧印加がオフにされてから、発光強度が 1/10 程度になるまでの時間を意味する。

[0009] 前記蛍光材料は、たとえば Cuがドープされた ZnS、 Y Oおよび A1がドープされた

2 3

ZnSの群れから選ばれる少なくとも 1種で構成することができる。

[0010] 前記蛍光体層の表面に蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、さらに交流駆動による切替の際のチラツキの影響が無くなると共に、目的によっては消灯後にさらに数十分以上照明を続けて非常灯や誘導灯などに用いることができる。ここに蓄光ガラス材料とは、発光部への電圧印加がオフにされてから、発光強度が ιΖιο程度になるまでの時間が 1秒以上になるように、たとえばテルビウムのような蓄光特性を有する無機物または有機物がガラス体内に分散されたものを意味する。

[0011] 本発明による半導体発光装置の他の形態は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および Zまたは並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられている。

[0012] 前記半導体積層部が窒化物半導体からなり、該半導体積層部の少なくとも発光面側に、前記発光層で発光する光の波長を変換する発光色変換部材と、残光時間が 1 0ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも一つとが設けられることにより、白色光を発光するように形成されることにより、照明として用いることができながら、チラツキを防止したり、電源をオフ後も長い時間発光させたりすること力 Sできる。前記半導体積層部が窒化物半導体からなり、前記発光層で発光する光の波長を変換する発光色変換部材をさらに混入して白色光を発光するように形成することもできる。

[0013] 前記半導体積層部が透光性の基板上に形成され、該基板の裏面が前記発光層で発光する光の取出し面とされ、該基板の裏面に前記発光色変換部材と、前記蛍光材料および蓄光材料の少なくとも一つとが設けられてもよい。

[0014] また、前記複数の発光部を有する半導体チップを被覆する樹脂層が設けられ、該樹脂層内に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも一つが混入されてもよいし、該樹脂層の表面に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも一つが被覆するように設けられてもよい。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、複数個の発光部が形成された半導体積層部の表面または基板裏面などの光発射面側に残光時間が 10ミリ秒〜 1秒の蛍光体材料を含有する蛍光体層および Zまたは残光時間が l秒以上の蓄光ガラス材料を含む層が設けられているため、複数個の発光部が交流駆動により半波のみの発光または逆並列接続による半波ごとのオンオフが繰り返されても、オフになった際は蛍光体層および Zまたは蓄光材料により光の照射が維持され、交流によるオンオフの影響を受けず、連続した光の照射が続けられる。この蛍光体材料または蓄光ガラス材料による光照射の継続は、発光部のダイオードが逆並列に接続されないで、交流の半波だけで発光する場合でも、充分に発光を維持することができ、全くチラツキが生じない。

[0016] さらに、蓄光ガラス材料の残光時間が数分ないし数十分以上の長いものを用いることにより、電源をオフにした後も非常に長い時間発光を続けることができ、非常灯や誘導灯などとして利用することもできる。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]本発明による半導体発光装置の一実施形態の部分的断面説明図である。

[図 2]本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図 1と同様の説明図である。

[図 3]本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図 1と同様の説明図である。

[図 4]本発明による半導体発光装置のさらに他の形態を示す断面説明図である。

[図 5]本発明による半導体発光装置の発光部の配置例を示す図である。

[図 6]図 5の等価回路を示す図である。

[図 7]LEDを用いて照明装置を形成する従来の回路例を示す図である。

符号の説明

[0018] 1 発光部

3 配線膜

4 電極パッド

6 蛍光体層

7 蓄光ガラス材料を含む層

11 基板 14 n形層

15 活性層

16 P形層

17 半導体積層部

17a 分離溝

18 透光性導電層

19 P側電極（上部電極)

20 n側電極（下部電極)

21 絶縁膜

発明を実施するための最良の形態

[0019] つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光装置について説明をする。本発明による半導体発光装置は、図 1にその一実施形態の断面説明図が示されるように、基板 11上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部 17が形成され、その半導体積層部 17が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極 19、 20が設けられることにより、複数個の発光部 1が形成されている。この複数個の発光部 1は、配線膜 3を介して、それぞれ直列および/または並列に接続されると共に、複数の発光部 1の光発射面側に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層 6が設けられている。

[0020] 図 1に示される例では、基板 1上に積層された半導体積層部 17の基板 11の裏面側を光発射面として、基板 11の裏面に蛍光体層 6が設けられている。しかし、半導体積層部 17の表面側で、配線膜 3が形成された表面に蛍光体層 6が設けられてもよいし、図 4で後述するように、半導体積層部表面側に半導体積層部 17を保護する樹脂パッケージとして、またはその樹脂パッケージの表面に形成されてもょレ、。

[0021] 蛍光体層 6は、一定の残光時間を有する蛍光体材料が、たとえばエポキシ樹脂などの透光性の樹脂材料と混合して基板 11の裏面に塗布して硬化させることにより形成されている。蛍光体材料としては、余り残光時間が長いと消灯した場合にいつまでも明るく違和感を生じるので、残光時間（電圧の印加がオフにされた後に、強度が 1 /10程度になるまでの時間）が 10msec (ミリ秒）から lsec程度のものが好ましぐたとえば ZnS： Cu (Cuがドープされた ZnS)、 Y O、 ZnS :Al (Alがドープされた ZnS)な

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どを用いることができる。

[0022] 図 1に示される例では、青色発光の発光部 1 (以下、単に LEDともいう）が窒化物半導体の積層により形成され、その表面に図示しない、たとえば青色光を吸収して黄色に変換し、その黄色の光が LEDチップから発せられる青色光と混色して白色光に変換する YAG (イットリウム 'アルミニウム 'ガーネット）蛍光体（1Z10残光時間は 150〜 200nsec)や Sr- Zn- La蛍光体などからなる発光色変換部材を設けることにより、白色光の発光装置として形成されている。そのため、この発光色変換部材も残光を有する蛍光体材料と一緒に透光性樹脂などに混ぜることにより、発光色変換蛍光体層であると共に、残光を有する蛍光体層とすることもできる。ただし、発光色変換部材は、発光部の発光色および所望の発光色により異なり、発光色変換部材は設けられない場合もある。すなわち、本発明の蛍光体層は、残光時間が 10msec〜： Isの残光時間を有する蛍光体物質を含む層であって、残光による目のチラツキを解消するもので、発光色変換用の蛍光体物質とは異なるが、発光色変換部材も混合することにより、所望の色の発光をする半導体発光装置とすることができる。もちろん、これらを別々の層として設けることもできる。

[0023] 図 1に示される例では、前述のように、青色発光の発光部 1が窒化物半導体の積層により形成され、発光色変換部材により、白色光を発光する発光装置として形成されている。そのため、半導体層積層部 17は、窒化物半導体層の積層により形成されている。しかし、赤、緑、青の 3原色の発光部を形成して白色光になるようにすることもできるし、必ずしも白色光にする必要はなぐ所望の発光色の発光部に形成することができる。また、図 1に示される例では、配線膜 3の段差による断線や膜厚が薄くなつて抵抗が増大するという問題を避けるため、各発光部 1間を分離する分離溝 17aが、分離溝 17aを挟む半導体積層部の表面が実質的に同一な面に形成されている。このような実質的に同一な面の部分に分離溝 17aを形成すれば、分離溝 17aを電気的絶縁が得られる程度に狭く形成することにより、その中に坦めこまれる絶縁膜に窪みができても、配線膜 3を殆ど段差なく形成することができるからである。

[0024] ここに実質的に同一な面とは、完全な同一面であることを意味するものではなぐ配線膜を形成する際に段差によるステップカバレッジの問題が生じない程度の段差以下であることを意味し、具体的には、両面の差が 0.3 z m程度以下であることを意味する。また、窒化物半導体とは、 III族元素の Gaと V族元素の Nとの化合物または III 族元素の Gaの一部または全部が Al、 Inなどの他の ΠΙ族元素と置換したものおよび Zまたは V族元素の Nの一部が P、 Asなどの他の V族元素と置換した化合物（窒化物）からなる半導体をいう。

[0025] 基板 11としては、窒化物半導体を積層するには、サファイア (Al O 単結晶）または

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SiCが用いられる力図 1に示される例では、サファイア (A1〇単結晶）が用いられ

2 3

ている。しかし、基板は積層される半導体層に応じて格子定数や熱膨張係数などの観点から選ばれる。

[0026] サファイアからなる基板 11上に積層される半導体積層部 17は、たとえば GaNからなる低温バッファ層 12が 0.005〜0.1 x m程度、ついでアンドープの GaN力らなる高温バッファ層 13が:!〜 3 /i m程度、その上に Siをドープした n形 GaNからなるコンタクト層および n形 AlGaN系化合物半導体層からなる障壁層（バンドギャップエネルギーの大きい層）などにより形成される n形層 14が l〜5 /i m程度、バンドギャップェネルギ一が障壁層のそれよりも小さくなる材料、たとえば:!〜 3nmの In Ga Nからなる

0.13 0.87 ゥエル層と 10〜20nmの GaNからなるバリア層とが 3〜8ペア積層される多重量子井戸（MQW)構造の活性層 15が 0.05〜0.3 x m程度、 p形の AlGaN系化合物半導体層からなる p形障壁層（バンドギャップエネルギーの大きい層）と p形 GaNからなるコンタクト層とによる p形層 16が合せて 0.2〜1 x m程度、それぞれ順次積層されることにより形成されている。

[0027] 図 1に示される例では、アンドープで、半絶縁性の GaNからなる高温バッファ層 13 が形成されている。基板がサファイアのような絶縁性基板からなる場合には、必ずしも半絶縁になっていなくても基板まで後述する分離溝を形成すれば支障はないが、ァンドープにした方が積層する半導体層の結晶性が良くなるため、さらには、半絶縁性半導体層が設けられていることにより、各発光部に電気的分離する際に、基板表面までを完全にエッチングしなくても、電気的に分離することができるため好ましい。基板 11が SiCのような半導体基板からなる場合には、隣接する発光部間を電気的に分離させるため、アンド一プで半絶縁性の高温バッファ層 13が形成されることが各発光部を独立させるために必要となる。

[0028] また、 n形層 14および p形層 16は、障壁層とコンタクト層の 2種類で構成する例であつたが、キャリアの閉じ込め効果の点から活性層 6側に A1を含む層が設けられることが好ましいものの、 GaN層だけでもよレ、。また、これらを他の窒化物半導体層で形成することもできるし、他の半導体層がさらに介在されてもよい。さらに、この例では、 n 形層 14と p形層 16とで活性層 15が挟持されたダブルへテロ接合構造であるが、 n形層と P形層とが直接接合する pn接合構造のものでもよい。また、活性層 15上に直接 p 形 AlGaN系化合物層を成長した力数 nm程度のアンドープ AlGaN系化合物層を成長することにより、活性層 15の下側にピット発生層を形成して活性層 15にできたピットを埋め込みながら、 p形層と n形層との接触によるリークを防止することもできる。

[0029] 半導体積層部 17上には、たとえば Zn〇などからなり、 p形半導体層 16とォーミックコンタクトをとることができる透光性導電層 18が 0·01〜0.5 μ m程度設けられている。この透光性導電層 18は、 Zn〇に限定されるものではなぐ ITOや、 Niと Auとの 2〜1 OOnm程度の薄い合金層でも、光を透過させながら、電流をチップ全体に拡散することができる。この半導体積層部 17の一部がエッチングにより除去されて n形層 14が露出され、さらにその n形層 14の露出部の近傍で間隔 dだけ離間してエッチングにより分離溝 17aが形成されている。この分離溝 17aを、 n形層 14の露出部から形成しないで、 n形層 14の露出部から間隔 dだけ離間して形成する理由は、分離溝 17aと n形層 14の露出部の幅が大きくなり、分離溝 17a分部での配線膜 3の段差が大きくなるのを防止するためである力本発明では、この間隔 dを設けることは必須ではない。

[0030] 間隔 dを設ける場合、この離間する部分は発光領域 (長さ L1の部分)としては寄与せずダミー領域 5となり、後述するように熱放散部、配線などの形成スペースなどとすること力 Sでき、目的に応じて間隔 dは:!〜 50 x m程度の範囲内で設定される。この分離溝 17aは、ドライエッチングなどにより形成されるが、電気的に分離できる範囲で、できるだけ狭い幅 wで形成され、 0.6〜5 μ m程度、たとえば 1 μ m程度（深さは 5 μ m 程度）に形成される。

[0031] そして、透光性導電層 18上の一部に、 Tiと Auとの積層構造により、 p側電極（上部電極） 19が形成され、半導体積層部 17の一部がエッチングにより除去されて露出する n形層 14にォーミックコンタクト用の n側電極（下部電極） 20が、 Ti_Al合金などにより形成されている。図 1に示される例では、配線膜 3の段差をできるだけなくするため、この下部電極 20力 0.4〜0.6 z m程度の厚さに形成され、上部電極 19とほぼ同程度の高さになるように形成されている。しかし、上部電極 19とほぼ同じ高さにならなくても、配線膜 3は真空蒸着などにより下部電極 20上に堆積されるため、それ程段差は形成されず、通常の高さのままでもよい。しかし、下部電極 20の厚さが上部電極 1 9の厚さより厚く形成されれば配線膜の信頼性が向上し、上部電極 19と同程度の高さになればより好ましい。

[0032] そして、この上部電極 19および下部電極 20の表面が露出するように半導体積層部 17の露出する表面および分離溝 17a内に、たとえば Si〇などからなる絶縁膜 21が設けられている。その結果、分離溝 17aで区切られた発光部 1が基板 11上に複数個形成されている。その絶縁膜 21の表面で、 1個の発光部 laの n側電極 20とその発光部 laと隣接する発光部 lbの p側電極 19とが配線膜 3により接続されている。この配線膜 3は、 Auまたは A1などの金属膜を真空蒸着またはスパッタリングなどにより 0.3 〜l x m程度の厚さに形成されている。この配線膜 3は、各発光部 1が直列または並列の所望の接続になるように形成される。

[0033] たとえば、図 1に示されるように、分離溝 17aで分離された 1つの発光部 laの n側電極 20と隣接する発光部 lbの p側電極 19とを順次接続していけば、直列に接続することができ、 1個当り 3.5〜5Vの動作電圧の合計が 100Vなどの商用電源電圧近く（厳密には抵抗やキャパシタを直列に接続することにより調整できる）になるまで接続して、その組を並列に、し力も pnの接続方向が逆方向になるように並列に接続することにより、 100Vなどの AC駆動をする明るい光源にすることができる。また、図 5に発光部 1の配置例の一部が示されるように、 pn関係が逆方向に並列接続された 2個 1組の発光部 1を直列に接続して、合計の動作電圧が 100Vに近くなるまで直列接続しもよい。このような配置の等価回路図は図 6に示されるようになる。なお、この接続で明るさが充分ではない場合には、さらにこれらの組を並列に形成して接続することもできる。図 5に示されるように、 2個の発光部を逆並列に接続して 1組としたものをさらに直列に接続する場合、縦方向ではなぐ横方向に隣接する発光部 1間で n側電極 20と p側電極 19とを配線膜 3により接続する必要があり、配線膜 3の形成場所が発光部 1間に必要となる。このスペースとして、前述のダミー領域 5を必要な幅で形成することができる。

[0034] つぎに、図 1に示される構造の半導体発光装置の製法について説明をする。有機金属化学気相成長法 (MOCVD法）により、キャリアガスの H と共にトリメチリガリウム

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(TMG)、アンモニア（NH )、トリメチルアルミニウム（TMA)、トリメチルインジウム（T

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MIn)などの反応ガスおよび n形にする場合のドーパントガスとしての SiH 、 p形にす

4 る場合のドーパントガスとしてのシクロペンタジェニルマグネシウム（Cp Mg)または

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ジメチル亜鉛（DMZn)などの必要なガスを供給して順次成長する。

[0035] まず、たとえばサファイアからなる基板 11上に、たとえば 400〜600°C程度の低温で、 GaN層力なる低温バッファ層 12を 0.005〜0.1 /i m程度成膜した後、温度を 6 00〜： 1200°C程度の高温に上げて、アンドープの GaNからなる半絶縁性の高温バッファ層 13を：!〜 3 μ m程度、 Siをドープした n形 GaNおよび AlGaN系化合物半導体力もなる n形層 14を l〜5 /i m程度成膜する。

[0036] つぎに、成長温度を 400〜600°Cの低温に下げて、たとえば:!〜 3nmの In Ga

0.13 0.87

N力なるゥエル層と 10〜20nmの GaN力なるバリア層とが 3〜8ペア積層される多重量子井戸（1^(3 )構造の活性層6を0.05〜0.3 111程度成膜する。

[0037] ついで、成長装置内の温度を 600〜1200°C程度に上げ、 p形の AlGaN系化合物半導体層および GaNからなる p形層 16を合せて 0.2〜1 μ m程度積層する。

[0038] その後、表面に Si Nなどの保護膜を設けて p形ドーパントの活性化のため、 400〜

3 4

800°C程度で 10〜60分程度のァニールを行レ、、たとえば Zn〇層を MBE、スパッタ、真空蒸着、 PLD、イオンプレーティングなどの方法により 0.0：!〜 0.5 z m程度成膜することにより透光性導電層 18を形成する。ついで、 n側電極 20を形成するため、 n 形層 14が露出するように、積層された半導体積層部 17の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによりエッチングする。さらに引き続き、 n形層 14を露出させた近傍で、発光部 1間を電気的に分離するため、 n形層 14の露出部と離間して半導体積層部 17を 1 μ η程度の幅 wで、同様にドライエッチングにより半導体積層部 17 の高温バッファ層 13に至るまでエッチングする。 n形層 14の露出部と分離溝 17aとの間隔 dは、たとえば 1 μ m程度になるように形成される。

[0039] つぎに、露出した n形層 14の表面に Tiと A1を、それぞれ 0.1 μ m程度と、 0.3 μ m 程度、スパッタリングまたは真空蒸着により連続して付着し、 RTA加熱により 600°C 程度で 5秒間の熱処理をすることにより合金化して、 n側電極 20を形成する。なお、 n 側電極はリフトオフ法により形成すれば、マスクを除去することにより所定の形状の n 側電極を形成することができる。その後、 p側電極 19のために透光性導電層 18上に Tiと Auをそれぞれ 0.1 μ mと 0·3 μ m程度づっ真空蒸着することにより、 p側電極 19 を形成する。その後、全面に SiOなどの絶縁膜 21を形成し、 p側電極 19および n側

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電極 20の表面が露出するように絶縁膜 21の一部をエッチング除去する。そして、露出する P側電極 19および n側電極 20を接続する部分のみ開口したレジスト膜を設けて Au膜または A1膜などを真空蒸着などにより設けてからレジスト膜を除去するリフトオフ法などにより所望の配線膜 3を形成する。

[0040] そして、基板 11の裏面に、残光時間が 10msec〜： Isの蛍光体物質、たとえば ZnS ： Cuを混入したエポキシ樹脂などの透光性樹脂を塗布し、乾燥させることにより固化して蛍光体層 6を形成する。その後、複数個の発光部 1からなる発光部群ごとにゥェノ、からチップ化することにより、図 1および図 5に一部断面と平面の概念図が示される半導体発光装置のチップが得られる。なお、配線膜 3を形成する際に、図 5に示されるように、配線膜 3と同じ材料で同時に外部と接続用の電極パッド 4を形成する。

[0041] 図 1に示される例によれば、 n側電極 20を形成するための n形層 14の露出部と、発光部 1間を分離するための分離溝 17aとが、近傍であっても (目的に応じてダミー領域 5の幅を広くすることができる）別の部分に形成されており、さらに n側電極 20が高く形成されているため、隣接する発光部 1間の n側電極 20と p側電極 19とを接続する配線膜 3は、分離溝 17aを介して形成されていても、大きな段差を経て接続する必要がない。すなわち、分離溝 17aの深さは、 3〜6 x m程度ある力その幅は 0.6〜5 μ m程度、たとえば 1 μ m程度と電気的分離が得られる程度の非常に狭い間隔であり、絶縁膜 21が完全に埋め込まれていなくても、表面は殆ど塞がり、その表面に形成される配線膜 3には、多少の凹みは生じても大きな段差は生じなレ、。そのため、ステツプカバレッジの問題は一切な非常に信頼性のある配線膜 3を有する半導体発光装置が得られる。

[0042] 前述の例は、 n形層 14の露出部と、分離溝 17aを異なる場所に形成することにより、分離溝 17aを挟んだ半導体層の表面を実質的に同一面になるようにしたが、 n形層 14を露出させた露出部と連続して分離溝 17aが形成されていても、傾斜面を有するダミー領域（中間領域)を設けることにより、断線の問題を防止することができる。その例が、図 2に同様の断面説明図で示されている。なお、図 2に示される例では、発光部 1の構造の変形のみではなぐ蛍光体層 6の表面にさらに蓄光ガラス材料を含む層 7が形成されている。

[0043] 蓄光ガラスとは、テルビウムなどの蓄光材がガラス体内に混入されたもので、このようなガラスを粉末状にして透光性樹脂に取り込むことにより、塗布により所望の場所に設けることができる。この蓄光材の濃度および塗布の厚さを調整することにより、その残光時間を調整することができ、たとえば数秒程度の残光時間になるようにすることにより、微小時間残光させる蛍光体層の残光を補完して、完全に交流駆動によるチラツキを防止することができるし、残光時間をたとえば 30〜120分程度になるようにすることにより、停電時の非常灯や誘導灯などに利用することができる。なお、図 2に示されるように、蛍光体層 6上に設けることにより、蛍光体材料にもよるが、蓄光が主な発光になったときに、光の吸収が少なくなるというメリットがある。

[0044] 図 2において、半導体積層部 17は図 1に示される例と同じであるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。この例では、分離溝 17aが半導体積層部 17の p形層 16の上から形成されるのではなぐ n形層 14の露出面からさらに高温バッファ層 13に至るように分離溝 17aが形成されている。ただし、分離溝 17aを挟んで n 側電極 20を形成する側と反対側にも n形層 14の露出部が形成され、その n形層 14 の露出部から半導体積層部 17上の透光性導電層 18の表面に達する傾斜面を有するダミー領域 5が形成されていることに特徴がある。

[0045] このダミー領域 5は、 1つの発光部 laとその隣の発光部 lbとの間に形成されており、その幅 L2は、 10〜50 x m程度に形成される。なお、このときの発光部 1の幅 L1は、 60 x m程度である。また、このダミー領域 5は、図 2に示されるように、 n形層 14の露出部から半導体積層部 17の表面に至る傾斜面 17cが形成されている。図 2には模式的に構造図が示されているだけで、寸法的には正確な図になっていなレ、が、透光性導電層 18の表面と n形層 14との段差は、前述のように、 0.5〜l x m程度で、 n形層 1 4の露出面から、分離溝 17aの底までの寸法は 3〜6 z m程度ある。しかし、この分離溝 17aの幅 wは、前述のように、 l x m程度であり、少なくとも分離溝 17aの表面は、少々の窪みはできても殆ど絶縁膜 21により坦められている。したがって、このダミー領域 5の n形層 14の露出面を経て配線膜 3を形成すれば、殆どステップカバレッジの問題をなくすることができる力図 2に示される例では、このダミー領域 5に傾斜面 17 cが形成されている。これにより、絶縁膜 21および配線膜 3は緩やかな勾配になり、より一層配線膜 3の信頼性を向上させることができる。

[0046] このような傾斜面 17cを形成するには、たとえば傾斜面を形成する場所以外のところをレジスト膜などによりマスクし、基板 11を斜めに傾けてドライエッチングなどによりエッチングすることにより、図 2に示されるような傾斜面 17cを形成することができる。その後は、前述の図 1に示される例と同様に、 p側および n側の電極 19、 20を形成し、その電極表面が露出するように絶縁膜 21を形成し、配線膜 3を形成すると共に、基板 11の裏面に蛍光体層 6および蓄光ガラスを含む層 7を設けることにより、図 2に示される構造の半導体発光装置を得ることができる。

[0047] このダミー領域 5が形成されることにより、前述のような傾斜面 17cを形成することができる他に、ダミー領域 5自身は発光には寄与しないが、隣接する発光部 1で発光した光が半導体層を伝ってこのダミー領域 5の表面や側面から光を放射させることができ、発光部 1が連続して形成される場合よりも、その発光効率 (入力に対する出力）が向上する。また、発光部 1が連続して形成されていると、通電により発熱した熱が逃げにくくて、結局は発光効率が低下したり、信頼性の低下を来す恐れがあるが、このような発光させないダミー領域 5が形成されることにより、発熱しないで熱放散をしやすいため、信頼性の面からも好ましい。さらに、前述の図 5に示されるように、横側に並ぶ 2 つの発光部 1を配線膜 3で連結する場合、配線膜 3の形成場所が必要となるが、このダミー領域 5に配線膜 3を形成することができるし、後述するインダクタやキャパシタゃ抵抗（直列抵抗力 S100Vに適合させるのに用いる場合がある）などの付属部品を形成するスペースとして利用することができる。また、自由に配線膜を形成するスペースがあるため、発光部 1自身の構造を四角形状ではなく円形形状（上面図の形状)など、光の取出し構造を考慮した所望の形状にしゃすいというメリットもある。すなわち、配線膜の断線防止のみならず、種々のメリットが付随する。このダミー領域 5の利用は、図 1の例でも同じである。

[0048] 図 2に示される例では、このダミー領域 5と半導体積層部 17の高い側で隣接する発光部 1とのあいだにも、その表面から高温バッファ層 13に至る第 2の分離溝 17bが形成されている。この第 2の分離溝 17bも、半導体積層部表面がほぼ同じ面の場所に形成されており、しかも前述と同様の電気的に分離し得る範囲で、できるだけ狭い間隔、すなわち l x m程度の幅で形成されている。そのため、この第 2の分離溝 17b上に絶縁膜 21を介して配線膜 3が形成されても、断線などの問題は生じない。この第 2 の分離溝 17bは無くても構わないが、第 2の分離溝 17bが設けられることにより、エツチングのバラツキにより分離溝 17aが完全に高温バッファ層 13に達していない場合が生じても、隣接する発光部 1間の電気的分離を確実にすることができ、その信頼性を向上させることができる。

[0049] 図 3は、配線膜 3を形成する構造の他の例と共に、蛍光体層を設けないで、蓄光ガラス材料を含む層 7を基板 1の裏面に形成した例である。すなわち、照明灯で、電源をオフ後に残光があっても問題のない場合で、しかも停電時の非常灯や誘導灯を兼ねる必要のある場合には、 1秒以下の微小時間の残光を有する蛍光体層を設ける必要はなぐ数分程度以上の長時間の残光を有する蓄光ガラスを含む層 7が設けられていることにより、目的を達成することができる。その例が図 3に示されている。

[0050] また、この例では、各発光部 1に分離するための分離溝 17aを半導体層の表面が実質的に同一な部分に形成するのではなぐ n形層 14の露出面から引き続きその一部で分離溝 17aを形成したものである。このような場合でも、分離溝 17a内に、たとえばクラリアント'ジャパン株式会社の商品名 spinfil 130のように、スピンコートして 200 °C 10分、 400°C10分の硬化処理することにより 400°C程度の高温に耐え、透明な絶縁性を有する絶縁膜を形成すれば、分離溝などの凹部を埋めることができ、 n形層 1 4の露出面から上部電極 19層に直接配線膜 3を形成しても、それ程段差が問題になることはなぐ本発明の半導体発光装置を得ることができる。このように、分離溝 17a による段差の問題を解消できれば、分離溝 17aを挟む半導体層に段差が無いことは、必ずしも必須ではない。なお、分離溝 17aの位置と、配線膜 3の構造以外の半導体積層部 17の構造は図 3または 4に示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。

[0051] 図 4は、本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図である。すなわち、図 1〜3に示される各例は、全て基板 11の裏面に蛍光体層 6ゃ蓄光ガラスを含む層 7を設ける例であった力この蛍光体層 6などは、光が発射される側に設けられておればよぐ半導体積層部 17の表面側（配線膜 3の表面または他の樹脂層などを介した面）に設けられてもよぐまた、図 4に示されるように、半導体積層部 17を被覆する樹脂層に前述の蛍光体材料を含有させた蛍光体層 6として、所望の外形に形成することちでさる。

[0052] 図 4に示される例は、エポキシ樹脂などの透光性樹脂に前述の残光性を有する蛍光材料を含有させたもので、図 1〜3に示されるような基板 11上に半導体積層部 17 が形成され、図 5などのパターンで複数の発光部 1が配線膜 3により接続された状態の半導体チップが外部配線 31、 32に接続された状態でドーム状または球形状などの所望の形状に樹脂層がパッケージとして形成され、その樹脂層内に蛍光体材料が混入されることにより蛍光体層 6が設けられている。なお、図 4では、発光部 1が模式的に示されており、配線膜などは省略した図になっているが、この発光部 1の構成は、図 1〜3に示される例と同様の構造である。また、一対の電極パッド 4と接続される外部配線 31、 32も模式的に示されている力電球のソケットのように形成することができることはいうまでもない。

[0053] 図 1〜4に示されるように、基板 11の裏面側を主として光の発射面とする場合には、配線膜 3が形成される側に光が出る必要はなぐほぼ全面に金属膜などが形成されてもよレ、。むしろ光を反射させる層が設けられることが好ましい。また、逆に、配線膜 3 が設けられる側を光発射面とする場合には、配線膜 3はできるだけ光を遮断させなレ、ように細く形成されたり、 IT〇などの透光性導電膜で形成することが好ましい。また、図 1〜3に示される例では、発光部 1の構造例と蛍光体層 6などの配置例とが共に変る例が示されているが、発光部 1の構造例と蛍光体層 6などとの組合せはそれぞれ任意にとり得る。

[0054] 以上のように、本発明によれば、半導体発光装置自体で残光を有する蛍光体層および Zまたは蓄光ガラス材料を含む層が設けられているため、蛍光体層のみが設けられる構造にすることにより、残光が長すぎて違和感を起こさせることなぐ交流駆動によるチラツキの不快さを無くすることができる。さらに、蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、完全にチラツキを阻止することができると共に、さらに残光時間が長い蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、非常灯や誘導灯などに利用すること力 Sできる。その結果、照明装置などに用いる場合でも、目的に応じた蛍光体層ゃ蓄光ガラス材料を含む層が設けられた半導体発光装置を必要な場所に直接取り付けるだけで、交流駆動を行ってもチラツキのない照明装置とすることができるし、また、停電時の非常灯などとして用いることができる。

産業上の利用可能性

[0055] 商用交流電源を利用した蛍光灯に代る一般的な照明装置、信号機など、各種の照明装置に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および/または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられてなる半導体発光装置。

[2] 前記蛍光材料が、 Cuがドープされた ZnS、 Y〇および A1がドープされた ZnSの群れ力選ばれる少なくとも 1種である請求項 1記載の半導体発光装置。

[3] 前記蛍光体層の表面に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる請求項 1記載の半導体発光装置。

[4] 基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および Zまたは並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる半導体発光装置。

[5] 前記蓄光ガラス材料が、テルビウムが混入されたガラス材料である請求項 4記載の半導体発光装置。

[6] 前記半導体積層部が窒化物半導体からなり、該半導体積層部の少なくとも発光面側に、前記発光層で発光する光の波長を変換する発光色変換部材と、残光時間が 1 0ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも 1つとが設けられることにより、白色光を発光するように形成されてなる請求項 1記載の半導体発光装置。

[7] 前記半導体積層部が透光性の基板上に形成され、該基板の裏面が前記発光層で発光する光の取出し面とされ、該基板の裏面に前記発光色変換部材と、前記蛍光材料および蓄光材料の少なくとも 1つとが設けられてなる請求項 6記載の半導体発光装置。

[8] 前記複数の発光部を有する半導体チップを被覆する樹脂層が設けられ、該樹脂層内に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも 1つが混入されてなる請求項 1記載の半導体発光装置。

[9] 前記複数の発光部を有する半導体チップを被覆する樹脂層が設けられ、該樹脂層の表面に残光時間が 10ミリ秒から 1秒以内の蛍光材料および残光時間が 1秒以上の蓄光材料の少なくとも 1つが被覆するように設けられてなる請求項 1記載の半導体発光装置。

[10] 前記半導体積層部が窒化物半導体からなり、前記樹脂層内に前記発光層で発光する光の波長を変換する発光色変換部材が混入されて白色光を発光するように形成されてなる請求項 8記載の半導体発光装置。