(57)【要約】【課題】板状でなく細長いファイバー状とした基板を用いた発光素子を提供することにある。【解決手段】発光素子１００は、サファイア又はスピネルで構成されたファイバー１０と、前記ファイバー１０の外周面に形成された半導体発光構造２０とを備える。ファイバー１０は、サファイア又はスピネルで構成された内部に該ファイバー１０の延長方向に沿って延長された金属製の芯体１２を備える。これにより、金属製の芯体１２をファイバー基板の内部に設けたことで、芯体１２を利用して製造時の加熱が容易となる。また得られた発光素子１００を発光させた際の放熱にも、金属製の芯体１２を利用することで、安定動作が可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア又はスピネルで構成されたファイバーと、
前記ファイバーの外周面に形成された半導体発光構造と、
を備え、
前記ファイバーは、サファイア又はスピネルで構成された内部に該ファイバーの延長方向に沿って延長された金属製の芯体を備える発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の発光素子であって、
前記芯体は、タングステン又はイリジウムである発光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光素子であって、
前記半導体発光構造は、窒化物半導体積層構造である発光素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記サファイアの＜０００１＞又はスピネルの＜１１１＞が、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致している発光素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記ファイバーの断面が円形状に形成されてなる発光素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記ファイバーの延長方向に沿って、前記半導体発光構造が複数離間されて形成されてなる発光素子。
【請求項７】
請求項６に記載の発光素子であって、
前記離間された半導体発光構造はそれぞれ正負の電極部を有し、各半導体発光構造が各々の電極部を介して直列接続されてなる発光素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子であって、
前記芯体が、放熱部材に接続されてなる発光素子。
【請求項９】
発光素子の製造方法であって、
サファイア又はスピネルで構成され、繊維状に延長された金属製の芯体を内部に含むファイバーを準備する工程と、
前記芯体を加熱した状態で、前記ファイバーの外周面に半導体発光構造を成長させる工程と、
を含む発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の発光素子の製造方法であって、
前記サファイアの＜０００１＞又はスピネルの＜１１１＞が、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致している発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ファイバーを準備する工程が、μ−ＰＤ法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含む発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載の発光素子の製造方法であって、
前記ファイバーを準備する工程が、ＬＨＰＤ法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含む発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバー及びこれを用いた発光素子並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光素子は、平面状の成長基板の上に窒化物半導体の積層構造を形成し、チップ状にカットして、セラミック基板等にダイボンドした後、アノード電極やカソード電極をワイヤーボンディングにて電気的に接続し、ＬＥＤデバイスに組立てを行っている。また、従来のフリップチップＬＥＤは、ＬＥＤチップ片面側にあるアノードやカソードのバンプ電極を、ろう剤を用いてセラミック基板等に電気的に接続している。
【０００３】
このような従来の発光素子では、数インチの円形状の成長基板上に半導体層を成長させることになるため、板状の成長基板の管理が面倒という問題があった。これを解決するため、繊維状の基板を用いて、このファイバー基板上に半導体を成長させることが提案されている（例えば特許文献１〜３）。
【０００４】
しかしながら、ファイバーを成長基板として基板上に半導体を成長させるには基板を加熱する必要があるところ、ファイバーの加熱は容易でない。さらに製造された発光素子の放熱性の確保も問題となっていた。そうであるにも拘わらず、上記特許文献には具体的な解決方法が示されておらず、実用性に乏しいものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５４５８９号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３４６号公報
【特許文献３】特開２０１５−３８８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の一は、板状でなく細長いファイバーを基板として用いた発光素子であって実用性のある発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る発光素子によれば、サファイア又はスピネルで構成されたファイバーと、前記ファイバーの外周面に形成された半導体発光構造とを備え、前記ファイバーは、サファイア又はスピネルで構成された内部に該ファイバーの延長方向に沿って延長された金属製の芯体を備えることができる。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成により、金属製の芯体をファイバーの内部に設けたことで、芯体を利用して製造時の加熱が容易となる。また得られた発光素子の放熱にも、金属製の芯体を利用することで、安定動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る発光素子を示す模式斜視図である。
【図２】図２Ａは実施形態１に係る発光素子の縦断面図、図２Ｂは横断面図である。
【図３】図２Ａの半導体発光構造を示す拡大断面図である。
【図４】ファイバーの一例を示す模式斜視図である。
【図５】発光素子をフィラメントとして用いた電球を示す側面図である。
【図６】図６Ａは実施形態１に係る発光素子のファイバーの断面図、図６Ｂは実施形態２に係る発光素子のファイバーの断面図、図６Ｃは実施形態３に係る発光素子のファイバーの断面図、図６Ｄは実施形態４に係る発光素子のファイバーの断面図である。
【図７】変形例に係る発光素子を示す模式図である。
【図８】図８Ａは実施形態５に係る発光素子の縦断面図、図８Ｂは横断面図である。
【図９】図９Ａは実施形態６に係る発光素子の縦断面図、図９Ｂは横断面図である。
【図１０】図１０Ａは実施形態７に係る発光素子の縦断面図、図１０Ｂは横断面図である。
【図１１】図１１Ａは実施形態８に係る発光素子の縦断面図、図１１Ｂは横断面図である。
【図１２】図１２Ａは実施形態９に係る発光素子の縦断面図、図１２Ｂは横断面図である。
【図１３】図１３Ａは発光素子の製造工程の一工程を示す縦断面図、図１３Ｂは横断面図である。
【図１４】発光素子の製造工程の一工程を示す側面図である。
【図１５】図１５Ａは発光素子の製造工程の一工程を示す縦断面図、図１５Ｂは横断面図である。
【図１６】図１６Ａは発光素子の製造工程の一工程を示す縦断面図、図１６Ｂは横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る発光素子によれば、前記芯体として、タングステン又はイリジウムを好適に利用できる。
【００１１】
また他の実施形態に係る発光素子によれば、前記半導体発光構造は、窒化物半導体積層構造とすることができる。
【００１２】
さらに他の実施形態に係る発光素子によれば、前記サファイアの＜０００１＞又はスピネルの＜１１１＞を、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致させることができる。
【００１３】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記ファイバーの断面を円形状に形成することができる。
【００１４】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記ファイバーの延長方向に沿って、前記半導体発光構造を複数離間して形成することができる。
【００１５】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記離間された半導体発光構造がそれぞれ正負の電極部を有し、各半導体発光構造を各々の電極部を介して直列接続することができる。
【００１６】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子によれば、前記芯体を、放熱部材に接続することができる。
【００１７】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、サファイア又はスピネルで構成され、繊維状に延長された金属製の芯体を内部に含むファイバーを準備する工程と、前記芯体を加熱した状態で、前記ファイバーの外周面に半導体発光構造を成長させる工程とを含むことができる。
【００１８】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記サファイアの＜０００１＞又はスピネルの＜１１１＞を、前記ファイバーの延長方向と交差する断面方向と一致させることができる。
【００１９】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記ファイバーを準備する工程に、μ−ＰＤ法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含むことができる。
【００２０】
さらにまた他の実施形態に係る発光素子の製造方法によれば、前記ファイバーを準備する工程に、ＬＨＰＤ法により前記サファイア又はスピネルを成長させる工程を含むことができる。
【００２１】
以下、本発明に係る実施形態及び実施例を、図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態及び実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに限定されるものでない。また各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略する。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。さらに、本発明に係る実施形態及び実施例を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。さらに、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」および、それらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。なお、本明細書において「備える」とは、別部材として備えるもの、一体の部材として構成するものの何れをも含む意味で使用する。
［実施形態１］
【００２２】
本発明の実施形態１に係る発光素子１００を、図１〜図３に示す。これらの図において、図１は実施形態１に係る発光素子１００の斜視図、図２Ａは実施形態１に係る発光素子１００の縦断面図、図２Ｂは横断面図、図３は図２Ａの半導体発光構造２０を示す拡大断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す発光素子１００は、ファイバー１０と、その外周面に形成された半導体発光構造２０とを備えている。ここでは、図２Ａに示すように、半導体発光構造２０を複数、ファイバー１０の長さ方向に沿って並べると共に、隣接する半導体発光構造２０同士の間は絶縁されている。各半導体発光構造２０は、図３の拡大断面図に示すように、ファイバー１０上に成長された半導体層の積層構造を有している。このように発光素子１００は、ファイバー１０を成長基板として、その外周面上に半導体の半導体発光構造２０を形成したものである。
【００２３】
ここで単結晶のファイバー基板の一例を、図４に示す。このファイバー１０は、ファイバー１０の内部に、ファイバー１０の延長方向に沿って延長された金属製の芯体１２を備えている。このファイバー１０を基板として、その周囲に半導体発光構造２０を成長させることで、図１の発光素子１００を得ることができる。これにより、ＬＥＤ等の発光素子をフィラメントのような紐状とすることができる。このように発光素子をフィラメント状としたことで、巻き取りが可能となり、円形状の基板上に半導体発光構造２０を成長させる場合と比較して、維持管理が容易となる。またこの構成であれば、従来必要であったセラミック等の実装基板を無くすことができる。
【００２４】
さらに、このような紐状の発光素子１００は、直径が極小のフィラメント形状とできるので、例えば液晶ディスプレイのバックライト光源として使用する場合には、導光板の周囲を紐状に取り囲むことでエッジライト方式のバックライトして利用できる。
【００２５】
あるいは、図５に示すように電球ＬＢのフィラメントとして紐状の発光素子１００を用いることで、フィラメント状の発光素子の周囲に発光させて電球型の照明として好適に利用できる。
（ファイバー１０）
【００２６】
ファイバー１０の基材としては、優れた透光性、熱伝導性を備える材質として、サファイアが好適に利用できる。特に単結晶のサファイアが、上面に半導体発光構造２０を成長させやすく、好ましい。また、サファイア以外にスピネルを用いてもよい。
【００２７】
ファイバー１０の断面寸法は、任意の大きさとすることができるが、ファイバーの入手の容易さ、製造のし易さ等の観点から、５０〜５００μｍφとすることが好ましい。またファイバー１０の長さは、用途に応じて適宜選択でき、例えば数ｃｍ〜数ｋｍ等に設計できる。
【００２８】
ファイバー１０の断面の外形は、円形状とすることが好ましい。ただ本発明は、ファイバーの断面の外形の形状を円形に限定するものでなく、図６Ａ〜図６Ｃに示すように種々の形態とすることができる。これらの図において図６Ａは実施形態１に係る発光素子１００のファイバー１０の断面図、図６Ｂは実施形態２に係る発光素子のファイバー１０Ｂの断面図、図６Ｃは実施形態３に係る発光素子のファイバー１０Ｃの断面図、図６Ｄは実施形態４に係る発光素子のファイバー１０Ｄの断面図を、それぞれ示している。まず図６Ａは実施形態１に係る発光素子１００のファイバー１０の断面図であり、円形状としている。またファイバー１０は円形状に限らず、楕円形状としてもよい。実施形態２においては、ファイバー基板の断面の外形の形状を楕円形状としている。これにより、楕円形状を真の楕円と見た時の短軸と重なる方向に半導体発光構造２０を効率よく成長できる軸（例えばサファイアの＜０００１＞）を合わせることで、効率よく成長できる領域を多く確保することができる。また円形状や楕円形状に限らず、断面の外形の形状を矩形状としてもよい。例えば図６Ｃに示す実施形態３においては、ファイバー１０の断面形状を正方形状としている。また図６Ｄに示す実施形態４においては、ファイバー１０の断面形状を長方形状としている。これにより、配置する際の位置決めを容易に行える利点が得られる。例えば上述した導光板の周囲に紐状の発光素子を配置する例では、断面視矩形状をなす平面を、導光板の周囲と当接させることで、光学的結合を確立し易くできる。
（芯体１２）
【００２９】
またファイバー１０の内部には、金属製の芯体１２が配置される。金属製の芯体１２をファイバー１０の内部に設けたことで、芯体１２を利用して製造時の加熱が容易となる。また得られた発光素子１００を発光させた際の放熱にも、金属製の芯体１２を利用することができ、熱引きを向上させて発光素子の安定動作が見込まれる。
【００３０】
このような芯体１２を構成する金属としては、タングステンやイリジウムが好適に利用できる。特にタングステンは熱伝導性に優れ、好ましい。また芯体１２の太さは、１０μｍφ〜５ｍｍφとする。
【００３１】
また芯体１２を、放熱部材に接続させることが好ましい。図７に示す変形例に係る発光素子２００の例では、フィラメント状の発光素子２００の両端の周囲に、外部接続端子３０としてアノード端子、カソード端子を設ける一方で、端面の中心に表出された芯体１２を、外部の放熱部材４０と熱結合させている。これにより、ファイバー１０の端面から給電を行いつつ、給電とは別の経路で発熱を外部に伝導させる熱伝導経路を設けて、効率良く放熱を行うことが可能となる。外部の放熱部材４０には、放熱フィンや放熱ファン、ペルチェ素子、水冷ユニット等の熱交換器等が利用できる。
【００３２】
なお図７の例では、外部接続端子３０をファイバー１０の両端に設けた例を示したが、本発明はこの構成に限らず、ファイバーの任意の位置に外部接続端子を設けてもよい。例えばファイバーの中間に外部接続端子を設けてもよい。
（半導体発光構造２０）
【００３３】
半導体発光構造２０は、ファイバー１０Ａに形成される。図３の拡大断面図に示すように、半導体発光構造２０は発光層２３と、発光層２３を挟むｎ型半導体層２２およびｐ型半導体層２４とを含む。ｎ型半導体層２２およびｐ型半導体層２４には、ｎ側電極２７およびｐ側電極２６がそれぞれ電気的に接続される。また必要に応じて、ファイバー基板１０Ａとｎ型半導体層２２との間には、低温成長バッファ層２１が形成される。さらにｐ型半導体層２４とｐ側電極２６との間には、ｐ側コンタクト層２５が形成される。
【００３４】
ｎ側電極２７、ｐ側電極２６は、それぞれｎ型半導体層２２、ｐ型半導体層２４と電気的接続されている。これらの電極は外部と半田付けなどを行うためのパッド電極として利用され、例えばＡｕまたはＡｕを主成分とする合金とすることができる。
【００３５】
半導体発光構造２０は、窒化物半導体積層構造とすることが好ましい。窒化物系半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、ここで、Ｘ及びＹは、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１を満たす。）を用いた半導体発光素子を得ることによって、紫外光や青色光、緑色光等の幅広い波長の光を効率良く得られる。
【００３６】
複数の半導体発光構造２０は、図２Ａの縦断面図に示すように、絶縁層２８で絶縁されている。このような絶縁層２８は、ＳｉＯ2等の透光性を有する安定な酸化物が好適に利用できる。また絶縁層２８は、半導体発光構造２０の表面を被覆して外部から保護する保護膜と兼用することもできる。あるいは、図２Ａ等に示すように、絶縁層２８とは別に保護膜を形成してもよい。
［実施形態５］
【００３７】
以上の例では、ファイバーの長さ方向に複数の半導体発光構造を隣接された例を説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、一の半導体発光構造を備える発光素子としてもよい。このような例を実施形態５に係る発光素子５００として、図８Ａ〜図８Ｂに示す。この例では、短く切断したファイバー１０の周囲に、半導体発光構造２０が形成されている。半導体発光構造２０を構成する各層は、上述した実施形態１と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この発光素子５００は、例えば図２Ａに示した発光素子１００を、所定長さで切断して個片化して得ることができる。
【００３８】
また、発光素子５００に外部から給電を行うため、ｐ側電極２６及びｎ側電極２７にはそれぞれ、バンプ５０を形成することが好ましい。パンプは半田等の導電性部材が好適に利用できる。このバンプ５０を利用して、フリップチップ型のＬＥＤとして利用することもできる。
［実施形態６］
【００３９】
さらに、実施形態６に係る発光素子を図９Ａの縦断面図及び図９Ｂの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造２０を構成する各層は、上述した実施形態１等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子６００は、実施形態１と同様、ファイバー１０の延長方向に、複数の半導体発光構造２０を互いに絶縁層２８で絶縁して形成している。ファイバー１０の外周上で分離された半導体発光構造２０のｐ側電極２６及びｎ側電極２７は、隣接する半導体発光構造２０間で直列に接続されるように、蒸着やスパッタや導体印刷によるメタライズを行って接続層２９が接続されている。すなわち、リング状に分離された半導体発光構造２０のｐ側電極２６及びｎ側電極２７を、正負交互に電気的に直列接続している。これにより、複数の発光部が直列に接続された長尺のＬＥＤを構成できる。また、ＬＥＤの端面には、全体の電極端子としてバッド電極５２が設けられている。なお図９Ｂに示すように、この例ではファイバー１０の断面形状を縦長の楕円形状としているが、これに限らず、例えば横長の楕円形状としたり、矩形状等とすることもできる。
［実施形態７］
【００４０】
さらにまた、実施形態７に係る発光素子を図１０Ａの縦断面図及び図１０Ｂの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造２０を構成する各層は、上述した実施形態１等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子７００は、実施形態５と同様、ファイバー１０の外周に一の半導体発光構造２０を形成している。またｐ型電極は、ｎ側電極２７と近い側に形成されており、外部電極との接続が容易等の利点が得られる。
［実施形態８］
【００４１】
以上の例では、ファイバー１０の中心に芯体１２を保持したまま、ファイバー１０の周囲に半導体発光構造２０を成長させて、また発光素子の形成後もこの芯体１２を放熱等に利用する態様を説明した。ただ本発明はこの構成に限られず、半導体発光構造の成長後には芯体を抜き取り、別の部材を挿入するように構成してもよい。このような例を、実施形態８に係る発光素子として、図１１Ａの縦断面図及び図１１Ｂの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造２０を構成する各層は、上述した実施形態１等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子９００も、実施形態７等と同様、ファイバー１０の外周に一の半導体発光構造２０を形成したＬＥＤとして利用できる。この発光素子９００は、半導体発光構造２０の成長後に芯体を抜き取った上で、この空洞内に別の芯体として、放熱部材４０Ｂを挿入している。放熱部材４０Ｂは、棒状に形成されて、端部に円板状の端面板を連結している。この構造の放熱部材４０Ｂを新たな芯材として挿入することで、発光素子９００の端面により広い面積の放熱板を表出できるので、更に放熱性を向上させることができる。ここでは、芯体は抜き取ることが前提であるため、その材質はタングステンやイリジウムなどに限定されない。また芯体の太さは、予めファイバー１０から抜き取りを可能とし、更に抜き取った空洞内に放熱部材４０Ｂを挿入することを考慮し、ある程度の大きさに形成することが好ましい。例えば２５μｍ〜５０ｍｍφとする。
【００４２】
なお図１１Ａに示す例では、ファイバー１０の両側から、ファイバー１０の長さの約１／２の棒状の部分を備えた同じ形状の放熱部材４０Ｂを挿入する例を示したが、この構成に限らず、例えば棒状の部分を、ファイバーの長さとほぼ同じ長さに延長させた放熱部材を、ファイバーの一方の端面から挿入するように構成してもよい。
［実施形態９］
【００４３】
以上の実施形態１等の例では、ファイバー１０の延長方向に沿って、半導体発光構造２０を分割して、複数の半導体発光構造２０を延長方向に配列する構成を説明したが、本発明はこの構成に限られない。例えば、ファイバーの断面視において、周方向に分割して半導体発光構造を配列する構成としてもよい。このような例を実施形態９に係る発光素子１０００として、図１２Ａの縦断面図及び図１２Ｂの横断面図に示す。ここでも半導体発光構造２０を構成する各層は、上述した実施形態１等と同様であり、同じ符号を付して詳細説明を省略する。この図に示す発光素子１０００は、図１２Ａに示すように、ファイバー１０の延長方向においては半導体発光構造２０を分割せず、図１２Ｂに示すようにファイバー１０の断面視において周方向に、一定間隔で半導体発光構造２０を分割している。離間された半導体発光構造２０の間は、適宜絶縁層２８等で絶縁する。また、周方向に分離された半導体発光構造２０のｐ側電極２６及びｎ側電極２７は、隣接する半導体発光構造２０間で直列に接続されている。これにより、長尺のＬＥＤを構成できる。
【００４４】
さらに、半導体発光構造の分離を、ファイバーの延長方向と、断面視における周方向の両方に分割することもできる。この場合は、ファイバーの周囲を展開した状態で、島状の半導体発光構造をマトリクス状に並べた状態に配列できる。
【００４５】
以上のようにファイバー１０は、その面上に発光層を含む半導体発光構造を成長させるための繊維状の部材である。このファイバー１０は、サファイア又はスピネルで構成されている。またその内部に、繊維状の延長方向に沿って金属製の芯体１２を備えている。
【００４６】
またサファイアの＜０００１＞、又はスピネルの＜１１１＞が、ファイバー１０の延長方向と交差する断面方向と一致するように構成することが好ましい。これにより、ファイバー１０の側面に半導体発光構造２０を効率良く成長させることができる。図２Ａの例では、ファイバー１０の上下方向がサファイアのｃ軸となる。
【００４７】
このようにして、ファイバー１０の周囲に半導体発光構造２０を配置したことで、紐状の発光素子を実現することが可能となる。従来、紐状の発光素子を得ようとすれば、個別に作成したＬＥＤチップを線状に貼り付ける必要があった。すなわち、平面状の成長基板上に窒化物半導体等の積層構造を形成し、チップ状にカットして、セラミック等の実装基板にダイボンドした後、アノード電極とカソード電極をワイヤーボンディング等にて電気的に接続してＬＥＤチップを得る。このようにして得られたＬＥＤチップを多数、細長いセラミック基板等に線状に並べて配置していた。この方法では製造組立の効率が悪かったが、上述の通り本実施形態に係る発光素子によれば、ファイバー１０の側面に直接半導体発光構造２０を形成することで、効率良く多数の発光部を形成することが可能となる。また従来の構成では、多数のＬＥＤチップを並べて発光させた際の発熱を効率良く放熱することが困難であった。特に円柱状の周囲に沿って円環状にＬＥＤチップを複数並べると、円柱の中心方向に熱伝導された発熱を排出する経路がなく、熱による劣化が懸念されていた。これに対して本実施形態に係る発光素子によれば、ファイバー１０中に金属製の芯体１２を備えることで、ファイバー１０の中心方向に伝熱された熱を効果的に外部に排出することが可能となり、熱引きが大幅に改善される。加えて、発光素子の製造工程においても、ファイバー基板の加熱に芯体１２を利用できる。すなわち上記と逆に芯体１２をヒータ等の外部の熱源と接続することで、ファイバー１０を内部から加熱すること可能となり、このファイバー１０の周囲に半導体発光構造２０を成長させる際の加熱を容易に行える利点も得られる。
［ファイバーの製造方法］
【００４８】
ここで、ファイバーの製造方法について説明する。このファイバー１０は、半導体発光構造２０をその面上に成長させるための繊維状の部材である。
【００４９】
まず、繊維状に延長された金属製の芯体１２を準備する。次に、この芯体１２の周囲にサファイア又はスピネルを成長させる。
【００５０】
サファイアやスピネル等のファイバー１０を形成するには、μ−ＰＤ法による成長法を利用することが好ましい。これにより、半導体発光構造を成長しやすいファイバーが得られるとともに、高速でファイバーを形成しやすい。加えて自由な断面形状で育成可能である、ニアネットシェイプで作製可能である、結晶の同時育成が可能である、高速育成で低原料ロス、低加工ロスといった利点も得られる。あるいは、これに代えてＬＨＰＤ法を用いることもできる。これにより、半導体発光構造を成長しやすいファイバーが得られるとともに、ファイバーを形成するための熱量を少なくできる。すなわち、一般のファイバー育成方法では原材料をすべて溶融させる必要があるところ、ＬＨＰＤ法では必要な分だけ溶融させることができるので、加える熱量が少なくて済むという利点が得られる。また、るつぼを不要とでき、効率も優れる。
［発光素子の製造方法］
【００５１】
次に、発光素子の製造方法を図１３Ａ〜図１６Ｂに基づいて説明する。まず、ファイバー１０を準備する。この工程は、上述したファイバーの製造方法等を用いて、サファイアやスピネルで構成された、金属製の芯体１２を内部に含むファイバー１０を作製する。これによって、図１３Ａの縦断面図、図１３Ｂの横断面図に示すファイバー１０が得られる。
【００５２】
次に、芯体１２を加熱した状態で、ファイバー１０の外周面に半導体発光構造２０を成長させる。この工程を一例を図１４に示す。ここでは、作成したファイバー１０を第一ドラムに巻き付けておき、この第一ドラムから送り出したファイバー１０を、第一ドラムと離間させて配置した第二ドラムで巻き取る。この間に、側面から加熱を行い、半導体発光構造２０を成長させる。この図では左から右方向にファイバー１０を送出しており、複数の工程毎に区画している。各工程同士の間は、ＡｒカーテンシールＣＳなどを用いて区画している。
【００５３】
まず左端の第一工程ではＨＣｌでファイバー１０の洗浄を行う。次に第二工程としてファイバー１０を単結晶のサファイアを成長基板として、このファイバー基板の周囲に低温成長バッファ層２１（例えばＧａＮ層）を成長させる。
【００５４】
次に第三工程として、低温成長バッファ層２１の上面にｎ型半導体層２２（ここではｎ−ＧａＮ層）を成長させる。次いで第四工程として、ｎ型半導体層２２の上面に発光層２３（ここではＩｎＧａＮ層）を成長させる。さらに第五工程として、発光層２３の上面にｐ型半導体層２４（ここではｐ−ＡｌＧａＮ層）を成長させる。そして第六工程として、ｐ型半導体層２４の上面にｐ側コンタクト層２５（ここではｐ−ＧａＮ層）を成長させる。またこれらの工程において加熱には、例えばＣＯ2レーザを照射させる。
【００５５】
このようにして、半導体発光素子構造を成長させたファイバー１０を、第二ドラムに巻き取る。さらに必要に応じて、半導体発光構造２０を分離する。ここでは、エッチングにより、図１５Ａの縦断面図、図１５Ｂの横断面図に示すように、ファイバー１０の長さ方向に一定間隔で半導体発光構造２０を分離する。分離された半導体発光構造２０同士の間には、絶縁層２８が形成される。
【００５６】
さらに蒸着やスパッタや導体印刷によるメタライズを行って、隣接する半導体発光構造２０同士を接続層２９で電気的に接続する。ここでは図１６Ａの縦断面図、図１６Ｂの横断面図に示すように、ｎ側電極２７、ｐ側電極２６を半導体発光構造２０毎に形成する。そして保護膜を形成した後、さらにｎ側電極２７と隣接するｐ側電極２６とを接続させる接続層２９を形成して配線する。また、直列接続された半導体発光構造２０の端縁に位置する電極部には、外部と接続するための端子を形成する。このようにして、複数の半導体発光構造２０が直列に接続された発光素子が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の発光素子及びその製造方法は、白熱電球型のＬＥＤランプのフィラメントや、液晶バックライトの導光板の周囲に配置する紐状の光源などに好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１００、２００、５００、６００、７００、９００、１０００…発光素子
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…ファイバー
１２…芯体
２０…半導体発光構造
２１…低温成長バッファ層
２２…ｎ型半導体層
２３…発光層
２４…ｐ型半導体層
２５…ｐ側コンタクト層
２６…ｐ側電極
２７…ｎ側電極
２８…絶縁層
２９…接続層
３０…外部接続端子
４０、４０Ｂ…放熱部材
５０…バンプ
５２…バッド電極
ＬＢ…電球
ＣＳ…Ａｒカーテンシール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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