(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マウント・リード（１０６）のカップ上に配置された発光素子（１０５）と、該発光素子の電極とインナー・リード（１０７）を電気的に接続するワイヤ（１０４）と、前記カップ内に充填された色変換部材（１０２）と、前記マウント・リード及びインナー・リードの先端をモールド部材（１０３）で被覆した発光装置であって、
前記色変換部材（１０２）は、少なくとも発光素子上に形成されると共に発光素子の電極上にワイヤボンディングされたワイヤ（１０４）のボール部（１０１）の上端よりも低く充填されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
発光素子（２０５）の一方の電極と電気的に接続された第１のリード電極（２０６）と、前記発光素子の他方の電極とワイヤを介して接続された第２のリード電極（２０７）と、前記発光素子を覆っている色変換部材（２０２）と、該色変換部材及び色変換部材から露出したワイヤ（２０４）を被覆するモールド部材（２０３）とを有する発光装置であって、
前記発光素子からの発光波長を変換する前記色変換部材（２０２）とモールド部材（２０３）との界面は、前記発光素子の他方の電極上にワイヤボンディングされたワイヤ（２０４）のワイヤ径より太いボール部（２０１）に接してなることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記色変換部材は、硬化された樹脂中に蛍光体が含有されたものであると共に、該樹脂の主成分がモールド部材を構成する樹脂の主成分とほぼ同じである請求項１或いは請求項２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は発光素子から放出された発光波長を蛍光体によって変換し少なくとも蛍光体からの光を外部に取り出す発光装置に関し、特に熱衝撃が加えられた場合においてもワイヤ切れの少ない信頼性の高い発光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、半導体発光素子の発光色を増やすなどの目的で、半導体発光素子からの発光波長を蛍光物質により波長変換して発光する発光ダイオードなどが開発されてきている。このような発光ダイオードの具体的構成として、マウント・リードのカップ上に紫外線、可視光や赤外線が発光可能なＬＥＤチップを樹脂によってマウントさせてある。ＬＥＤチップにはマウント・リード及びインナー・リードと金線などによりワイヤボンドなどされ導通が取られる。このＬＥＤチップ上から蛍光体含有の樹脂を塗布する。その後、蛍光体が塗布されたＬＥＤチップ、マウントリード及びインナー・リードの先端をモールド樹脂で被覆することにより発光ダイオードを形成することができる。
【０００３】
発光ダイオードに電流を供給するとＬＥＤチップが発光する。ＬＥＤチップからの発光波長が蛍光体に吸収され、蛍光体によって所望波長に変換されて発光する。具体的には、発光層に窒化物半導体を用いたＬＥＤチップからの青色光によって励起されたセリウム付活のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、青色光をより長波長の黄色光に変換して発光する。蛍光体の含有量を調節することなどによりＬＥＤチップからの青色光及び蛍光体からの黄色光により発光ダイオードからは混色光が放出され白色発光が可能となる。
【０００４】
このような発光ダイオードなどは、半導体発光素子の優れた特性を利用して種々の分野に利用され始めている。具体的には、野外での使用を始め、様々な車載用など多岐にわたっている。このような利用分野の広がりに伴い極めて厳しい使用環境下での駆動が要求される。しかしながら、発光素子を色変換部材及びモールド部材で被覆した発光装置は、色変換部材がない発光ダイオードなどと比較して熱衝撃などに弱い傾向にある。そのため、上記構成の発光装置では十分ではなく、更なる改良が求められている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明はマウント・リード（１０６）のカップ上に配置された発光素子（１０５）と、発光素子の電極とインナー・リード（１０７）を電気的に接続するワイヤ（１０４）と、カップ内に充填された色変換部材（１０２）と、マウント・リード及びインナー・リードの先端をモールド部材（１０３）で被覆した発光装置であって、色変換部材（１０２）は、少なくとも発光素子上に形成されると共に発光素子の電極上にワイヤボンディングされたワイヤ（１０４）のボール部（１０１）の上端よりも低く充填されてなる発光装置である。特に、色変換部材は主として発光素子の電極上にワイヤボンディングされたボール部の上端よりも低く充填されている発光装置である。これによって種々の環境下でも比較的簡単に利用可能な発光装置とすることができる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載の発光装置は、発光素子（２０５）の一方の電極と電気的に接続された第１のリード電極（２０６）と、発光素子の他方の電極とワイヤを介して接続された第２のリード電極（２０７）と、発光素子を覆っている色変換部材（２０２）と、色変換部材及び色変換部材から露出したワイヤ（２０４）を被覆するモールド部材（２０３）とを有する発光装置であって、発光素子からの発光波長を変換する色変換部材（２０２）とモールド部材（２０３）との界面は、発光素子の他方の電極上にワイヤボンディングされたワイヤ（２０４）のワイヤ径より太いボール部（２０１）に接してなる。特に、本発明において色変換部材とモールド部材との界面は発光素子の電極とボールボンディングされてできるボール部に接している発光装置である。これにより発光素子から発光波長を変換させた色変換部材から均一光を放出しつつ、ワイヤ切れがない信頼性の高い発光装置とすることができる。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の発光装置は、色変換部材が硬化された樹脂中に蛍光体が含有されたものであると共に、樹脂の主成分がモールド部材を構成する樹脂の主成分とほぼ同じである。これにより、発光素子からの発光波長が比較的短波長の可視光などであっても樹脂劣化による発光効率の低下を抑制することができる。また、ワイヤにかかる力をより低減させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、色変換部材及びモールド部材を発光素子上のワイヤボンディングを考慮した特定の形状とすることにより、熱衝撃に強い発光装置とできることを見出し本発明を成すに至った。
【０００９】
即ち、熱衝撃により不灯となった発光装置を詳細に調べたところ、色変換部材とモールド部材の界面やボールボンディング時に形成されたボール部とワイヤとの界面において発光素子に電流を供給するワイヤが断線していた。このような断線はモールド部材や色変換部材を構成する樹脂などを同一組成のもとしても起こる。このワイヤ断線の原因は定かではないが、色変換部材の形成時に色変換部材の表面が酸化されることにより、熱衝撃時に色変換部材とモールド部材との界面でワイヤに応力がかかる、或いはモールド部材及び色変換部材を構成する樹脂などの主材が同じであっても色変換部材は蛍光体が含有されることによって実質的に熱膨張や熱収縮率が異なり、その界面に力が掛かる。このような力により樹脂界面やボール部の形成によって脆くなったボール部とワイヤとの接続部分が断線するなどと考えられる。
【００１０】
このような、ワイヤの断線はワイヤ径を太くし強度を高めることによりある程度防止することができると考えられるものの以下の理由により一定径以上ワイヤを太くすることができない。１．ワイヤを太くすると密着強度を向上させるためにボールボンディング用のボールも大きくならざるを得ない。ワイヤ先端のボールを精度良く発光素子の電極上にボールボンディングさせることが難しい。そのため、ワイヤの先端に形成されたボールがボールボンディング用の発光素子の電極からはみ出す場合がある。はみ出したボールはその電極が設けられた半導体層と逆極性の半導体層に接触すると短絡を生ずる。２．これを防止するために電極以外を保護膜で被覆することができる。しかしながら保護膜上にボールボンディングさせた場合は、ボールボンディングの密着性が低下するという問題がある。３．また、大きくなったボールを密着性よくボールボンディングするため、ボールボンディングされる電極の面積を大きくすると、発光素子の発光取り出し面積が小さくならざるを得ない。４．更に、ワイヤは電気伝導性をよくするなどの観点から貴金属が用いられる場合がある。この場合、コストの面からも使用量を少なくするためワイヤ径が細いことが望まれる。
【００１１】
したがって、本発明は上述の問題がなくワイヤ自体の径を太くすることなく発光素子上に配置されるボールボンディングされたワイヤを利用した比較的簡単な構成でワイヤ切れを防止しうる発光装置である。
【００１２】
具体的には、発光素子に第１のボンディングとしてボールボンディングを行う。発光素子の電極にボールボンドするためには、キャピラリに通したワイヤの先端を放電や水素ガス炎などによりボールを形成する。形成されたボールを発光素子の電極上に押しつけたままで超音波、或いは超音波エネルギーと共に熱エネルギーを加え融着させる。他方、キャピラリからワイヤを延ばしつつ、移動させ第２のボンディングさせるリード電極上にキャピラリごと押しつけ超音波融着させる。
【００１３】
発光素子上の第１のボンディング（ボールボンディング）は、予め形成されたボールが押しつぶされ半球状の金属片（以下、ボール部ともいう）からワイヤが延びることとなる。ワイヤ径に対して、電極と接するボール部となる金属片は２倍から４倍程度の大きさとすることができる。金属片の大きさは、放電量や放電時間を制御することによりある程度制御することができる。そのため、形成された金属片はワイヤ径に対して極めて強い強度を持つ。
【００１４】
本発明はボールボンディングされたワイヤのボール部に色変換部材とモールド部材との界面を形成させる。これにより、色変換部材とモールド部材との界面で応力がかかったとしてもワイヤ径に較べ太いボール部分が切断されることは実質的にないものである。これにより、色変換部材の厚みをワイヤ径よりも太いボール径に留めておくのみの比較的簡単な構成で極めて熱衝撃に強い発光ダイオードとすることができる。
【００１５】
以下、本発明の一実施形態としてチップタイプＬＥＤを図２を用いて詳述する。シリコンカーバイド上にバッファ層を介して窒化物半導体が形成されたＬＥＤチップを青色が発光可能な発光素子２０５として利用する。基板２０９に設けられたキャビティは２段階の階段状に形成されており、底面と底面を有する凹部の外に設けられた１段目の表面にそれぞれリード電極２０６、２０７が形成されている。発光素子２０５はキャビティ底面に外部と電気的導通が可能な第１のリード電極２０６上にＡｇペースト２０８を用いてダイボンディングさせる。これによりＬＥＤチップ２０５の一方の電極と第１のリード電極２０６とは電気的に接続される。
【００１６】
また、階段状になった１段目の表面に一部が露出し、外部と電気的に接続可能な第２のリード電極２０７が形成されている。ＬＥＤチップ２０５の他方の電極と第２のリード電極２０７とを電気的に接続させるために金属ワイヤ２０４として金線を用いる。金線の先端には放電により予めボールが形成されたものをキャピラリごとＬＥＤチップ２０５の電極に押しつけ超音波融着させた後、金線を延ばし第２のリード電極２０７上にステッチボンディングしてある。ＬＥＤチップ２０５の電極上にはボールボンディングされたことにより半球状の金属片（ボール部２０１）からワイヤ２０４が延びることとなる。
【００１７】
次に、ＬＥＤチップ２０５上には色変換部材２０２としてセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ）を含有させたシリコン樹脂を塗布させてある。色変換部材２０２はキャビティ内に配置されたＬＥＤチップ全体を覆っているものの、色変換部材２０２表面はＬＥＤチップ２０５の電極上に形成されたボール部２０１の高さまでしか実質的に配置されていない。色変換部材を加熱硬化させた。断面が略階段状のキャビティ内に透明なモールド部材２０３としてエポキシ樹脂を流し込み硬化させることにより本発明の発光装置２００とすることができる。
【００１８】
形成されたチップタイプＬＥＤにおいて、ＬＥＤチップ２０５が配置された第１のリード電極２０６及びワイヤ２０４と接続された第２のリード電極２０７に電流を流すとＬＥＤチップ２０５が青色に発光すると共にＬＥＤチップ２０５から放出された光はその一部が蛍光体により変換され黄色光が放出される。ＬＥＤチップ２０５及び色変換部材２０２の混色光が放出されチップタイプＬＥＤ２００からは電球色（黄色）が放出観測される。また、熱衝撃を加えてもワイヤ２０４が断線することなく発光することができる。以下、本発明の各構成について詳述する。
【００１９】
（ボール部１０１、２０１）
本発明のボール部１０１とは、発光素子１０５とワイヤ１０４との密着性を向上させ得るものであり、色変換部材１０２及びモールド部材１０３との界面が形成されるものである。具体的には、ボールボンディング時に形成される半球状の金属片をいう。ワイヤボンディング機器での接続では、発光素子１０５の電極上を第１のボンド（ボールボンディング）とし、色変換部材１０２の外部で形成されるインナー・リード１０７などとの接続部を第２のボンド（ステッチボンディング）とすることができる。具体的には、キャピラリを通してはみ出した金線に放電を照射してボールを形成する。形成されたボールを発光素子の電極上に押しつけると共に超音波、超音波及び熱を加える。これにより、電極上にボールが押しつぶされ融着される。
【００２０】
融着されたボール部１０１は、半球状の金属片となりワイヤ１０４の径に対して電極と接するボール部１０１となる金属片は２倍から４倍程度の大きさとすることもできる。本発明において発光素子１０５の電極上に形成された金属片は色変換部材１０２とモールド部材１０３との主な界面が形成されるものであり、熱収縮や熱膨張などにより力が掛かりやすいものであるから色変換部材１０２とモールド部材１０３を考慮してボール部１０１上での界面位置やボール部１０１の大きさを種々選択することができる。
【００２１】
何れにしても本発明は、色変換部材１０２とモールド部材１０３の界面のずれなどに対してワイヤ１０４よりも強いボール部１０１（ワイヤ径よりも太いボール部）を利用して発光素子１０５の導通を確保するものであるから発光素子１０５への影響を少なくする範囲で種々選択することができる。色変換部材１０２とモールド部材１０４との熱収縮や熱膨張率等の違いなどが大きければ発光素子１０５の電極に近くボール部１０１の径が大きい部位に色変換部材１０２とモールド部材１０３との界面を形成する、或いはボール部１０１自体を大きくすることで断線を防ぐことができる。なお、本発明においてボール部の上端とは、ボール部からワイヤが延びるワイヤとの界面をいう。
【００２２】
（色変換部材１０２）
本発明に用いられる色変換部材としては、発光素子からの発光波長をより長波長側に変換可能な蛍光物質を有するものであり、無機や有機の蛍光物質が含有された種々の樹脂やガラス、有機蛍光体そのものなどが挙げられる。発光素子から放出された可視発光波長と蛍光物質からの蛍光を共に外部に放出させる場合は、発光装置の外部に発光素子からの可視発光波長と蛍光物質からの蛍光とがモールド部材などを透過する必要がある。なお、本発明においては色変換部材とは可視光から可視光に変換させるもののみならず、紫外域の波長を可視光に変換させたものをも含む。
【００２３】
このような色変換部材に利用される蛍光物質として具体的には、単色性ピーク波長を持った窒化物半導体などのＬＥＤチップからの青色光など比較的高エネルギーの可視光によって発光可能な蛍光物質として、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（Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれた少なくとも１つの元素と、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体）、ペリレン系誘導体や銅で付活された硫化亜鉛などが挙げられる。一方、蛍光物質からの可視域光のみを外部に放出させるためには、発光素子から放出され蛍光物質を励起する励起波長を紫外域にする。或いは、発光素子が放出した発光波長を実質的に全て蛍光物質で波長変換させる。さらには、蛍光物質で変換されなかった発光素子からの光をピグメントなどにより吸収させることで蛍光物質からの可視域光のみ外部に放出させることができる。
【００２４】
ＬＥＤチップから放出される発光波長が紫外域の発光波長である場合、種々の蛍光物質を利用することができる。具体的には、紫外域の励起波長により赤色が発光可能な蛍光物質として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ、Ｙ（ＰＶ）Ｏ４：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕなどが好適に挙げられる。同様に緑色が発光可能な蛍光物質としてＺｎＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＬａＰＯ４：Ｔｂ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕなどが好適に挙げられる。同様に青色が発光可能な蛍光物質としてＳｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ）３（ＰＯ４）６Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ５：Ｅｕ、（ＢａＣａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕなどが好適に挙げられる。白色が発光可能な蛍光物質としてＹＶＯ４：Ｄｙなどが好適に挙げられる。また、これら複数の蛍光物質の混合比率を調節させつつ、含有させることにより発光装置からの放出されるＲＧＢ（赤色、緑色、青色）波長成分を増やすことや混色光を含め任意の発光色を発光させることもできる。
【００２５】
色変換部材１０２が蛍光体を含有する透光性部材から構成される場合、透光性部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、シリコン樹脂などの耐候性に優れた透光性樹脂や酸化珪素などの透光性無機部材が好適に用いられる。ガラスなどの無機部材を用いた場合は発光素子の劣化を考慮して低温で形成できるものが好ましい。また、本発明の蛍光物質と共に着色顔料、着色染料や拡散剤を含有させても良い。着色顔料や着色染料を用いることによって発光装置から放出される光の色味を調節させることもできる。また、拡散剤を含有させることによって、より指向角を増すこともできる。具体的な拡散剤としては、無機系である酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等や有機系であるグアナミン樹脂などが好適に用いられる。
【００２６】
なお、色変換部材を構成する樹脂が未硬化では蛍光体が流動し発光色のバラツキなどが生ずる恐れがある。同様に、色変換部材を構成する樹脂が未硬化では、発光素子自体からの熱や発光素子から放出される短波長の波長によって劣化しやすい傾向にある。このような樹脂劣化は発光素子からの発光波長や蛍光体からの蛍光が樹脂によって吸収などされるため発光効率が低下する場合がある。そのため、色変換部材を構成する樹脂は（実質的に完全）硬化させておくことが望ましい。
【００２７】
（モールド部材１０３）
モールド部材１０３は、色変換部材１０２、ワイヤ１０４、発光素子１０５などを外部から保護するために設けられる。また、蛍光物質によって発光素子１０５から放出される光の視野角を増やすことができるが、モールド部材１０３に拡散剤を含有させることによって発光素子１０５からの指向性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。
【００２８】
また、モールド部材１０３中にも着色顔料や着色染料を含有させることもできる。モールド部材と色変換部材の主材を同一のものを用いることによりワイヤに掛かる力を低減することができるが、蛍光体が含有された樹脂と拡散材や着色剤が含有されたモールド部材を選択することで互いの熱膨張率差等をより小さくさせることもできる。
【００２９】
モールド部材１０３を所望の形状にすることにより、発光素子１０５からの発光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。したがって、モールド部材１０３は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面側から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせたものが挙げられる。モールド部材１０３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、シリコン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や低融点ガラスなどが好適に用いられる。ワイヤへの応力を考慮した場合、収縮や膨張などが少ないものが望ましい。更に、色変換部材を構成する主材とモールド部材とが主として同じ部材から構成されていることが望ましい。また、拡散剤としては、無機系である酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等や有機系のグアナミン樹脂などが好適に用いられる。
【００３０】
（ワイヤ１０４）
電気的接続部材であるワイヤ１０４としては、発光素子１０５の電極及びリード電極などとのオーミック性、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／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上である。また、発光装置１００の効率、作業性、コストなどを考慮してワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。より好ましくは、Φ２５μｍ以上、Φ３５μｍ以下である。このようなワイヤ１０４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ワイヤが挙げられる。ワイヤ１０４は、発光素子１０５の電極と、インナー・リードなどのリード電極とをワイヤ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。
【００３１】
（発光素子１０５）
本発明に用いられる半導体発光素子とは、蛍光物質を励起し発光させることができるものであれば、シリコンカーバイド、窒化ホウ素、インジウム・リンなど種々の半導体を利用したＬＥＤやＬＤなどを用いることができる。特に、蛍光物質を効率良く励起できる紫外域や近紫外域さらには、比較的高エネルギーの可視光が効率よく発光可能な半導体発光素子として窒化物半導体を用いたものが好適に挙げられる。
【００３２】
発光素子１０５は、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法等により基板上に半導体を形成させることにより構成することができる。半導体の構造としては、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。
【００３３】
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を発光層として形成させた窒化物半導体としては、比較的高いエネルギを高輝度に発光させることができるため、蛍光体を励起させる発光素子として好適に利用することができる。以下、窒化物半導体素子について詳述する。窒化物半導体を用いた発光素子用の基板にはサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ結晶等の材料を用いることができる。結晶性の良い窒化物半導体を比較的簡単に形成させるためにはサファイヤ基板（Ｃ面）やＧａＮ単結晶を用いることが好ましい。
【００３４】
サファイア基板上に結晶性の良い窒化物半導体を形成させるためには、格子不整合を是正するためにバッファ層を形成することが望ましい。バッファ層上には、ｎ型コンタクト層兼クラッド層として窒化ガリウム、ｐ型クラッド層として窒化アルミニウム・ガリウム、ｐ型コンタクト層として窒化ガリウムが積層することができる。ｎ型コンタクト層兼クラッド層とｐ型クラッド層との間には活性層として窒化インジウム・ガリウムを単一量子井戸構造とされる膜厚で形成することができる。
【００３５】
なお、窒化ガリウム系半導体は、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、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ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型ドーパントである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によりアニールすることでｐ型化させることが好ましい。
【００３６】
こうして形成された発光素子は、絶縁性基板を用いている。そのため、絶縁性基板の一部を除去する、或いは半導体表面側からｐ型半導体及びｎ型半導体の露出面をエッチングなどすることによりｐ型及びｎ型用の電極面をそれぞれ形成させる。各半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などによりＡｕ、Ａｌやそれら合金を用いて所望の形状の電極を形成させる。発光面側に設ける電極は、全被覆せずに発光領域を取り囲むようにパターニングするか、或いは金属薄膜や金属酸化物などの透明電極を用いることができる。なお、ｐ型ＧａＮと好ましいオーミックが得られる電極材料としては、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕ等の金属やこれら合金が好適に挙げることができる。ｎ型ＧａＮと好ましいオーミックが得られる電極材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金等が好適に挙げることができる。このように形成された発光素子をそのまま利用することもできるし、個々に分割してＬＥＤチップの如き構成とし使用してもよい。
【００３７】
ＬＥＤチップとして利用する場合は、形成された半導体ウエハ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、外力によって半導体ウエハを割り半導体ウエハからチップ状にカットする。このようにして窒化物半導体であるＬＥＤチップなどの発光素子を形成させることができる。なお、絶縁性基板上に形成された半導体は、ｐ型及びｎ型の窒化物半導体を同一平面側から取り出さざるを得ないためワイヤのボールボンディングにより短絡しやすくなる。そのため本発明の構成が特に有効となる。
【００３８】
本発明の発光装置１００において蛍光物質からの可視光を発光させる場合は、発光素子１０５の主発光波長は効率を考慮して３６５ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、３６５ｎｍ以上４９０ｎｍ以下が好ましい。蛍光物質からの光のみを発光させる場合は、主として紫外域である３６５ｎｍ以上４００ｎｍ未満がより好ましい。また、発光素子１０５に用いられる樹脂部材の劣化、白色系など蛍光物質との補色関係等を考慮する場合は、可視域である４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。可視光を利用して発光素子１０５と蛍光物質との効率をそれぞれより向上させるためには、４３０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３９】
（マウント・リード１０６）
マウント・リード１０６は発光素子１０５を配置させるものであり、ダイボンド機器などで発光素子１０５を積載するのに十分な大きさがあれば良い。また、発光素子１０５を複数設置しマウント・リード１０６を発光素子１０５の共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とワイヤ１０４等との接続性が求められる。
【００４０】
発光素子１０５とマウント・リード１０６のカップ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、エポキシ樹脂や水ガラスなどが挙げられる。マウント・リード１０６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。マウント・リード１０６上に複数の発光素子１０５を積載する場合は、発光素子１０５からの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上が好ましくより好ましくは  ０．５ｃａｌ／ｃｍ２／ｃｍ／℃以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、銅や鉄等が挙げられる。
【００４１】
（インナー・リード１０７）
インナー・リード１０７としては、マウント・リード１０６上に配置された発光素子１０５と接続されたワイヤ１０４との電気的接続を図るものである。インナー・リード１０７は、ワイヤ１０４であるボンディングワイヤ等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。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。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【００４２】
以下、本発明の具体的実施例について詳述する。
【００４３】
【実施例】
（実施例１）
発光素子としてサファイア基板上に窒化物半導体が形成されたＬＥＤチップを利用した（主発光ピークが４７０ｎｍ）。ＬＥＤチップはＭＯＣＶＤ法を用いて形成させた。加熱基体上に洗浄されたサファイア基板を配置し原料ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及び窒素ガス、キャリアガスとして水素ガス、ｐ型不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ｎ型不純物ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）を種々供給することにより窒化物半導体膜を形成することができる。
【００４４】
サファイア基板上には、バッファ層として窒化ガリウム、ｎ型コンタクト層兼クラッド層として窒化ガリウム、ｐ型クラッド層として窒化アルミニウムガリウム、ｐ型コンタクト層として窒化ガリウムを積層させてある。ｎ型コンタクト層とｐ型クラッド層との間には量子井戸構造とされる厚さ３ｎｍの窒化インジュウ・ガリウムからなる発光層が形成されている。（なお、ｐ型半導体は成膜後４００℃以上でアニールしてある。）ｎ型及びｐ型の電極を形成させるためにｎ型コンタクト層までを部分的にエッチングさせ、ｐ型コンタクト層及びｎ型コンタクト層表面を同一面側に露出させる。また、各ＬＥＤチップごとの大きさに分離できるよう各半導体層をサファイア基板までエッチングしてある。
【００４５】
ｐ型コンタクト層上のほぼ全面には、電流を均一に流すために透明電極として金薄膜をスパッタリング法により形成させてある。金薄膜上には一片が１２０μｍ角の金及びニッケルをワイヤボンディング用の電極として厚膜に形成させてある。他方、ｎ型コンタクト層がエッチングにより露出された表面にはスパッタリング法によりアルミニウムを形成しワイヤボンディング用のパッド電極として形成させてある。ＬＥＤチップ上の全面には、保護膜としてボールボンディングされる電極表面を除いて酸化珪素を形成させてある。こうして形成された半導体ウエハを予めエッチングされた溝に沿ってダイサーを用いて切断し一片が３５０μｍのＬＥＤチップを形成させる。
【００４６】
次に、銅入り鉄の平板を押圧加工及び打ち抜きによりタイバで接続されたマウント・リード及びインナー・リードを形成させる。マウント・リード及びインナー・リードに銀メッキを施した後、ダイボンド機器を用いて上述のＬＥＤチップをエポキシ樹脂を用いてマウント・リードのカップ内にマウントさせる。エポキシ樹脂を硬化後、直径３０μｍの金線を用いてＬＥＤチップの電極とボールボンディングする。第１のボンディングとしてＬＥＤチップ上にボールボンディングされた金線はインナー・リード或いはマウント・リードのカップ外部に第２のボンディングとしてステッチボンディングされる。
【００４７】
ＬＥＤチップの各電極上にボールボンディングさせた後、マウント・リードのカップ内に色変換部材用原料をノズルの先端から注入させる。色変換部材用原料としては脂環式エポキシ樹脂である３，４エポキシシクロメチルカルボキレート及び酸無水物であるメチルヘキサヒドロ無水フタル酸からなるエポキシ樹脂組成物１００重量部に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８０重量部を含有させたものをよく混合して用いてある。
【００４８】
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として（Ｙ０．８Ｇａ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅを用いた。蛍光体は以下のようにして形成される。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、酸化ガリ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て坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成させた。
【００４９】
マウント・リードのカップ内に４分の３程度に色変換部材用原料を注入し１２０℃３時間で硬化させた。硬化後の色変換部材は、硬化に伴い半球状のボール部の上部分までは覆わない厚みとして形成させている。なお、表面張力により部分的にワイヤまで薄い色変換部材の膜が形成されていたが、モールド部材の主部と色変換部材の主部との実質的な界面はＬＥＤチップ上に形成されたボール部よりも下である。色変換部材が形成されたリード電極先端を内部が砲弾型の空洞となったキャスティングケースに配置させ色変換部材を構成するエポキシ樹脂とほぼ同様の主成分からなるエポキシ樹脂組成物を注入させた。エポキシ樹脂組成物を１５０℃３時間で硬化させキャスティングケースから取り出した後、タイバを切断することで発光ダイオードを形成させた。
【００５０】
こうして形成された白色径が発光可能な発光ダイオードを１２００個用いて熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験は−４０℃、３０分と１００℃、３０分を１０００サイクルまで繰り返し発光ダイオードの特性を調べた。１００サイクルごとに発光可能かどうかを全て調べたが不灯となった発光ダイオードは全くなかった。
【００５１】
（比較例１）
カップ内に充填される色変換部材用原料を構成するエポキシ樹脂組成物量を多くした以外は実施例１と同様にして１２００個の白色発光ダイオードを形成させた。色変換部材を硬化させた段階でマウントリードのカップ内ほぼ一杯に色変換部材が充填されており、発光観測面側から観測すると色変換部材中からワイヤが延びているように見える。モールド部材を形成させた発光ダイオードを実施例１と同様の条件で熱衝撃試験を行ったところ、１００サイクルから不灯となるものが出始め１０００サイクルを行うと２１６個も断線するものがあった。不灯となった発光ダイオードを調べたところ図３（Ａ）の如くボール部よりも上の色変換部材とモールド部材の界面やボール部直上でワイヤが断線していることが確認された。これにより本発明の発光装置が熱衝撃に極めて強いことが分かった。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は発光素子からの発光波長を色変換部材で波長変換させる発光装置において生ずるワイヤの断線を比較的簡単な構成で防止しうるものである。即ち、色変換部材やモールド部材により生ずる力をワイヤ径ではなく、ワイヤよりも太いボールボンディングされたボール部径により受けることでワイヤの断線を防止しうるものである。
【００５３】
本発明の請求項１に記載の構成とすることにより、比較的簡単な構成の発光装置において野外にでも使用可能な発光装置とすることができる。
【００５４】
本発明の請求項３に記載の構成とすることにより、色変換部材を構成する樹脂の劣化を抑制し、発光効率の低下を防止しうる。また、蛍光体の分散状態を硬化時のまま保持することができ使用によって色ずれが生ずることがない。さらに、同じ主材を利用することでより、ワイヤにかかる力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の別の発光装置を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の作用を示す模式的拡大図であり、図３（Ａ）は本発明と比較のために示す発光装置のワイヤが断線する様子を示した模式的断面図であり、図３（Ｂ）は本発明での色変換部材及びモールド部材が受ける力を示す模式的断面図を示す。
【符号の説明】
１００、２００・・・発光装置
１０１、２０１、３０１・・・ボール部
１０２、２０２、３０２・・・色変換部材
１０３、２０３、３０３・・・モールド部材
１０４、２０４、３０４・・・ワイヤ
１０５、２０５、３０５・・・発光素子
１０６・・・マウント・リード
１０７・・・インナー・リード
２０６・・・第１のリード電極
２０７・・・第２のリード電極
２０８・・・ダイボンド樹脂
２０９・・・凹部を有する基板となるパッケージ
３０８・・・エポキシ樹脂
３１４・・・色変換部材とモールド部材の界面で断線したワイヤ
３２４・・・ボール部の直上で断線したワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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