(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、前記半導体発光素子の側面において前記発光層を実質的に覆わない樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層は、前記半導体発光素子の近傍で薄く、前記半導体発光素子から離れた部分において厚く形成され、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、上面が前記半導体発光素子の側面において前記発光層よりも低い樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層は、前記半導体発光素子の近傍で薄く、前記半導体発光素子から離れた部分において厚く形成され、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、前記半導体発光素子の側面において前記発光層を実質的に覆わない樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で上方に湾曲してなり、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項４】
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、上面が前記半導体発光素子の側面において前記発光層よりも低い樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で上方に湾曲してなり、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項５】
前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で前記発光層よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記実装部材と前記半導体発光素子との間に設けられ、前記半導体発光素子と接続された半導体素子をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記半導体素子は、ダイオードであることを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記樹脂層は、ＪＩＳ−Ａ値で５０以上の硬度を有するシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記半導体発光素子及び前記樹脂層の上に設けられた封止体をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記封止体及び前記樹脂層の少なくともいずれかは、前記半導体発光素子から放出される光を吸収してそれとは異なる波長の光を放出する蛍光体を含有してなることを特徴とする請求項９記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記封止体は、ＪＩＳ−Ａ値で５０以上の硬度を有するシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項９または１０に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記発光層は、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光装置に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などの半導体発光素子の周囲に光を高率で反射するフィラー層を設けた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＥＤなどの半導体発光素子を搭載した半導体発光装置は、高効率で長寿命しかも安価な発光装置として注目され、各種のインジケータ、光源、平面型表示装置、あるいは液晶ディスプレイのバックライトなどとして広く用いられている。
【０００３】
このような発光装置の典型例として、半導体発光素子を樹脂ステムにマウントしたものがある。
【０００４】
図２４は、このような半導体発光装置の構造を表す概念図である。すなわち、同図（ａ）はその要部構成を表す平面図であり、同図（ｂ）はその中央部における断面図である。
【０００５】
同図に例示した発光装置は、「表面実装型」などと称されるものであり、パッケージ（樹脂ステム）８００と、半導体発光素子８０２と、エポキシ樹脂などからなる封止体８０４とを有する。
【０００６】
樹脂ステム８００は、リードフレームから成形した一対のリード８０５、８０６を熱可塑性樹脂からなる樹脂部８０３によりモールドした構造を有する。そして、樹脂部８０３には開口部８０１が形成されており、その中に半導体発光素子８０２が載置されている。そして、半導体発光素子８０２を包含するようにエポキシ樹脂などからなる封止体８０４により封止されている。
【０００７】
半導体発光素子８０２は、銀ペーストなどの接着剤８０７によってリード８０６の上にマウントされている。そして、半導体発光素子８０２の電極（図示せず）とリード８０５とが、ワイア８０９により接続されている。２本のリード８０５、８０６を通して半導体発光素子８０２に電力を供給すると発光が生じ、その発光が封止体８０４を通して光取り出し面８１２から取り出される。
【０００８】
ところで、集積回路などの一般的な半導体組立に用いるリードフレームの場合、インナーリード部はＡｇ（銀）メッキが施され、アウターリード部は半田メッキまたはリード半田ディップ（ｄｉｐ）が施されることが多い。しかし、図２４に表したような樹脂ステムを用いた半導体発光装置の場合、リードフレームと熱可塑性樹脂部８０３との界面または熱可塑性樹脂部８０３と封止体８０４との界面から水分などが侵入すると、銀（Ａｇ）のマイグレーションが懸念される。
【０００９】
それを解決する手段として、例えばＰｄ（パラジウム）ＰＰＦ（Pre-Plating Frame）を活用すると、信頼性の向上と外装メッキレス化を実現できる。しかし、この場合、リードフレームの最表面メッキ層がＡｕ（金）やＰｄ（パラジウム）であることが多く、Ａｇ（銀）メッキに比べて短波長光に対する反射率が低いという欠点が生ずる。
【００１０】
つまり、半導体発光素子８０２から放出された光がこれらのリードフレーム面に当ると損失（吸収）が生じて光取り出し効率が低下し、半導体発光装置の光度が低下するという問題が生ずる。
【００１１】
この欠点を補う方法として、「フィラー」を用いる構造が提案されている。例えば、特開２０００−１５０９６９号公報には、青色発光ＬＥＤをリードフレームにマウントし、透明樹脂により封止して青色ランプを製造する際に、発光面を除くＬＥＤの側面あるいは底面を光反射性を有するフィラー入りのペーストで覆った構造が開示されている。なおここで、「フィラー」とは、光反射性の微粒子のことであり、同刊行物においては、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＡｌとＳｉＯ２との組み合わせ、ＡｇとＳｉＯ２との組み合わせ、が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の独自の検討の結果、同刊行物に開示された半導体発光装置は、以下の問題を有することが判明した。
【００１３】
まず第１に、この構造は、製造が容易でないという問題がある。すなわち、通常のＬＥＤのチップ厚は、概ね９０ミクロン程度と非常に薄い。このため、反射性フィラー入り液状樹脂（ペースト）の液面を、チップ側面のみ、すなわちチップ上面と同一の高さに管理して充填することは量産工程においては容易でない。そして、この構造の場合、樹脂の充填レベルが僅かでも超過してしまうと、ＬＥＤの上面すなわち発光面を覆ってしまうこととなり、ランプの光度が大幅に低下してしまうという問題が生ずる。
【００１４】
またさらに、仮に、チップの上面の高さに精密に制御して反射性フィラー入り樹脂を注入できたとしても、その後の工程時や保管時、あるいはキュア時の液状樹脂の粘度低下等により、樹脂がＬＥＤ発光面まで這い上がってしまう場合がある。このような「這い上がり」が生ずると、やはり発光面に光反射性フィラーが付着してしまい、ランプの光度が大幅に低下してしまうという問題が生ずることとなる。
【００１５】
例えば白色ランプなど、蛍光体を用いるランプの場合はチップ側面発光層近傍では反射フィラーがなく、むしろ蛍光体があって直接蛍光体を発光させて
上部に光を取り出した方が這い上がりのリスクも少なく、高輝度ランプを量産できる。  すなわち、光反射性フィラー層はむしろ、チップ側面発光層より下側にある方が良い。
第２に、この構造において用いられる光反射性フィラーは、短波長領域における反射率が十分に高くないという問題がある。すなわち、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などのフィラーは、可視光領域ではある程度の反射率を有するが、それより、短波長の波長領域では反射率が著しく低下する。このため、紫外線領域の光を含有する発光色のＬＥＤを発光素子として用いる半導体発光装置の場合には、十分な反射率が得られず、光取り出し効率の改善が少ないという問題があった。
【００１６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、高い光取り出し効率と、良好な生産性を有し、短波長においても高い輝度が得られる半導体発光装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の半導体装置は、
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、前記半導体発光素子の側面において前記発光層を実質的に覆わない樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層は、前記半導体発光素子の近傍で薄く、前記半導体発光素子から離れた部分において厚く形成され、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第２の半導体発光装置は、
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、上面が前記半導体発光素子の側面において前記発光層よりも低い樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層は、前記半導体発光素子の近傍で薄く、前記半導体発光素子から離れた部分において厚く形成され、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第３の半導体発光装置は、
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、前記半導体発光素子の側面において前記発光層を実質的に覆わない樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で上方に湾曲してなり、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第４の半導体発光装置は、
実装部材と、
前記実装部材の上に設けられ、発光層を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の周囲において前記実装部材の上に設けられ、前記発光層から放出される光を反射するフィラーを含有し、上面が前記半導体発光素子の側面において前記発光層よりも低い樹脂層と、
を備え、
前記半導体発光素子から放出される光のピーク波長は、４００ナノメータ以下であり、
前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で上方に湾曲してなり、
前記フィラーは、チタン酸カリウムを主成分とすることを特徴とする。
【００２１】
ここで、前記樹脂層の上面は、前記半導体発光素子から離れた部分で前記発光層よりも高いものとすることができる。
【００２２】
また、前記実装部材と前記半導体発光素子との間に設けられ、前記半導体発光素子と接続された半導体素子をさらに備えたものとすることができる。
【００２３】
また、前記半導体素子は、ダイオードであるものとすることができる。
【００２４】
また、前記樹脂層は、ＪＩＳ−Ａ値で５０以上の硬度を有するシリコーン樹脂からなるものとすることができる。
【００２５】
また、前記半導体発光素子及び前記樹脂層の上に設けられた封止体をさらに備えたものとすることができる。
【００２６】
また、前記封止体及び前記樹脂層の少なくともいずれかは、前記半導体発光素子から放出される光を吸収してそれとは異なる波長の光を放出する蛍光体を含有してなるものとすることができる。
【００２７】
また、前記封止体は、ＪＩＳ−Ａ値で５０以上の硬度を有するシリコーン樹脂からなるものとすることができる。
【００２８】
また、前記発光層は、窒化物半導体からなるものとすることができる。
【００２９】
なお、本願において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の関連技術にかかる半導体発光装置の断面構造を例示する模式図である。
【００３２】
すなわち、同図に例示した発光装置も「表面実装型」であり、パッケージ（樹脂ステム）１００と、半導体発光素子１０２と、エポキシ樹脂などからなる封止体１０４とを有する。
【００３３】
樹脂ステム１００は、リードフレームから成形した一対のリード１０５、１０６を樹脂部１０３によりモールドした構造を有する。樹脂部１０３は、典型的には、熱可塑性樹脂からなるものとすることができる。
【００３４】
熱可塑性樹脂としては、例えば、ナイロン系のもので、不活性な結合基を有するものを用いることができる。より具体的には、熱可塑性樹脂としては、例えば、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：熱可塑性プラスチック）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ：結晶性ポリスチレン）などの高耐熱性樹脂を用いることができる。
【００３５】
そして、樹脂部１０３には開口部１０１が形成されており、その中に半導体発光素子１０２が載置されている。そして、半導体発光素子１０２を包含するようにエポキシ樹脂などからなる封止体１０４により封止されている。後に詳述するように、封止体１０４は、蛍光体を含有しており、半導体発光素子１０２から放出された１次光を波長変換して異なる波長の２次光を放出できるようにしてもよい。
【００３６】
半導体発光素子１０２は、銀ペーストなどの接着剤１０７によってリード１０６の上にマウントされている。そして、半導体発光素子１０２の電極（図示せず）とリード１０５とが、ワイア１０９により接続されている。２本のリード１０５、１０６を通して半導体発光素子１０２に電力を供給すると発光が生じ、その発光が封止体１０４を通して光取り出し面１１２から取り出される。
【００３７】
そして、本具体例においては、光反射性フィラーを混合した樹脂層２００が、半導体発光素子１０２の周囲に設けられている。本具体例の発光装置の場合、樹脂層２００は、その厚みが略均一であり、上面が略平面状に形成されている。そして、この樹脂層２００は、半導体発光素子１０２の側面に接することなく、または、その側面において発光層を覆わないように設けられている。
【００３８】
図２は、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の場合、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００の厚みは均一ではなく、発光素子１０２の近傍において薄く、発光素子１０２から離れると厚く形成されている。または、樹脂層２００の上面は、平面状ではなく、発光素子１０２から離れると上方（光取り出し方向）に向けて湾曲している。
【００３９】
図３は、図１及び図２に例示した半導体発光素子１０２の端部近傍の拡大断面図である。リード１０５の上には、銀ペースト１０７によって発光素子１０２がマウントされている。ここで、多くの場合、発光素子１０２には、発光が実質的に生ずる発光層１２４が積層されている。
【００４０】
図３（ａ）に表した例の場合、光反射性フィラーを混合した樹脂層２００の上面は、半導体発光素子１０２の近傍において、発光素子１０２の下面あるいはそれよりも低くなるように設けられている。銀ペースト１０７の厚みは、例えば、約２０ミクロン程度であるが、このように樹脂層２００の厚みあるいは充填量を調節することは可能である。
【００４１】
また一方、図３（ｂ）に表した例の場合、樹脂層２００の上面は、発光素子１０２の側面の一部を覆っている。ただし、樹脂層２００は、発光層１２４の側面を覆わないように設けられている。
【００４２】
本発明によれば、これら図３（ａ）及び（ｂ）に例示した如く、樹脂層２００が発光素子１０２の近傍において、その発光層１２４の側面よりも低いレベルとなるように設ける。このようにすれば、発光層１２４の側面が樹脂層２００により覆われることがなくなる。その結果として、同図に例示した如く、発光層１２４の側面から放出された光Ｌが樹脂層２００の表面付近で光反射性フィラーにより散乱され、上方に取り出すことができる。
【００４３】
またさらに、特開２０００−１５０９６９号公報に開示された従来構造と比較した場合、本実施形態の構造は、光度が極めて安定する。すなわち、従来構造の場合には、前述したように、樹脂の充填量が僅かでも超過したり、または事後的な「這い上がり」が生ずると、発光素子の上面すなわち光取り出し面が樹脂により覆われて、光度が大幅に低下する。
【００４４】
これに対して、本実施形態の構造によれば、樹脂層２００の充填レベルは、発光素子１０２の側面の発光層１２４の高さ以下とされている。このため、樹脂の充填量が多少超過しても、発光素子１０２の上面までが樹脂により覆われるという事態には至らない。また、事後的な「這い上がり」が生じた場合でも、発光素子１０２の上面までは、マージンが確保されているため、光度の大幅な低下を防ぐことができる。
【００４５】
なお、本発明においては、図３（ａ）及び（ｂ）に例示した如く、発光素子１０２の近傍において光反射性フィラーを含有した樹脂層２００の厚みを制限する。このために、樹脂層２００の反射率が十分に確保できないような場合には、図２に例示した如く、発光素子１０２から離れた部分において樹脂層２００を厚く形成することにより、反射率を高くして、光取り出し効率を上げることができる。
【００４６】
また一方、本発明においては、発光素子１０２の周囲に充填する樹脂層２００に蛍光体も含有させてもよい。すなわち、発光素子１０２の側面などから放出された１次光を光反射性フィラーにより上方に向けて散乱するとともに、蛍光体により波長変換して２次光を外部に取り出すようにしてもよい。なおこの場合に、封止体１０４にも蛍光体を含有させてもよいことはもちろんである。
【００４７】
以下、本発明の半導体発光装置を構成する主要な各要素について説明する。
【００４８】
（封止体１０４及び樹脂層２００について）
封止体１０４や樹脂層２００を構成するマトリクス材料としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン（silicone）樹脂を用いることができる。但し、発光素子１０２から放出される光が紫外線領域の波長を有する場合には、シリコーン樹脂を用いることが望ましい場合が多い。
【００４９】
すなわち、封止体１０４や樹脂層２００は、発光素子１０２から放出される１次光に晒される部材である。このため、これらの部材は、発光素子１０２からの１次光のエネルギーよりも大きな結合エネルギーを有する材料からなることが望ましく、さらに、発光素子１０２からの１次光を透過し、さらに、光反射性フィラーにより散乱された光や、または蛍光体により波長変換された発光も透過する特性を有するものであることが望ましい。
【００５０】
しかし、封止体１０４や樹脂層２００の材料として従来のエポキシ樹脂を用いると、発光素子１０２から放出される１次光に対する耐光性が十分でない場合がある。具体的には、発光素子からの１次光を長期間に亘って受けると、当初は透明なエポキシ樹脂が変色し、黄色から茶褐色さらには黒色になる。その結果として、光の取り出し効率が大幅に低下するという問題が生ずることが判明した。この問題は、１次光の波長が短いほど、顕著となる。
【００５１】
これに対して、シリコーン樹脂を用いると極めて良好な結果が得られる。すなわち、シリコーン樹脂を用いた場合は、比較的短波長の光を長期間照射しても、変色などの劣化は殆ど生じない。その結果として、短波長光を１次光とした発光装置に用いて、高い信頼性を実現することができた。
【００５２】
例えば、シリコーン樹脂は、紫外線から可視光のほぼ全ての波長範囲の光に対して高い透過率を有し、しかも、この波長範囲において、実用的なＬＥＤの発光を１０００時間照射しても、透過率は初期値の６０％以上保持する特性を有している。
【００５３】
ここで、樹脂層２００を形成する際には、シリコーン樹脂に、所定の光反射性フィラーを適宜混合、攪拌し、開口の狭いノズルを通して、開口部１０１にマウントされた発光素子１０２の周囲に塗布する。しかる後に、硬化させて形成する。
【００５４】
また、封止体１０４を形成する際には、シリコーン樹脂に、所定の（複数の）蛍光体を適宜混合、攪拌し、開口の狭いノズルを通して、開口部１０１にマウントされた発光素子１０２の上に塗布する。しかる後に、硬化させて形成する。
【００５５】
これらの工程の際に、特に硬化前の粘度が１００ｃｐ〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂を用いると、光反射性フィラーや蛍光体が樹脂内に均一に分散された後に、沈降や偏析を生ずることがない。このため、励起された蛍光体から放出された発光が他の蛍光体で過度に散乱、吸収されること無く、屈折率の大きな蛍光体で適度に均一に散乱され、光の混合も均一に生ずるため色調の「むら」も抑制できる。
【００５６】
さらに、シリコーン樹脂は、樹脂部１０３との付着強度も強く、耐湿性が高く温度ストレスによるクラック等も少ない。また、シリコーン樹脂を充填することにより周囲の温度変化による発光素子１０２およびＡｕワイア１０９に対する樹脂ストレスを著しく軽減させることができる。
【００５７】
またさらに、「ゴム状シリコーン樹脂」と「ゲル状シリコーン樹脂」とを比較すると、「ゴム状シリコーン樹脂」のほうが有利である。すなわち、ゲル状シリコーンを用いた場合、その内部に分散させた光反射性フィラーや蛍光体がマイグレート（移動）する傾向が見られた。例えば、封止体１０４の材料としてゲル状シリコーン樹脂を用い、蛍光体を分散させて通電動作を継続すると、蛍光体が樹脂中を拡散し、色調が変化する現象が見られた。ＲＧＢ３色混合型の場合、赤色（Ｒ）蛍光体の比重が大きいため、この蛍光体が鉛直下方にマイグレートし、色度座標のｘ値が大きくなる現象が見られた。
【００５８】
図４は、通電時間に対して色度ｘの変化を測定した結果を表すグラフである。
同図に表したように、封止体１０４の材料としてゲル状シリコーン樹脂を用いた場合、通電時間が１００時間付近から色度ｘが上昇し始め、１０００時間を超えると加速度的に上昇する。これに対して、ゴム状のシリコーン樹脂を用いた場合は、通電動作により発光装置の温度が上昇した状態で１００００時間近く動作させても、色調の変化は観察されなかった。これは、ゴム状のシリコーン樹脂の場合は、硬度が高く緻密なため、蛍光体の拡散が生じにくいためであると考えられる。
【００５９】
つまり、ゲル状シリコーン樹脂の代わりにゴム状シリコーン樹脂を用いることにより、発光特性の変動を解消できることが判明した。
【００６０】
同様の事情は、樹脂層２００においても生ずることが考えられる。すなわち、樹脂層２００の材料としゴム状シリコーン樹脂を用いることにより、光反射性フィラーの経時的なマイグレーションを防止し、散乱特性の変動を抑制できる。
【００６１】
以上詳述したように、本発明において、樹脂層２００や封止体１０４のマトリクス材料として、特定の硬度を有するシリコーン樹脂を用いることにより、発光特性や信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
【００６２】
但し、短波長光に対してより向上した耐久性を有するエポキシ樹脂が開発されれば、これを用いて樹脂層２００や封止体１０４を形成することができる。
【００６３】
（光反射性フィラーについて）
樹脂層２００に含有させる光反射性フィラーとしては、発光素子１０２から放出される１次光や、蛍光体により生ずる２次光に対する反射率の高い材料を用いることが望ましい。また、同時に、熱伝導率の高い材料を用いれば、発光素子１０２からの放熱性を改善し、発光特性を向上させることも可能となる。
【００６４】
本発明者の検討によれば、特に、発光素子１０２の発光波長が波長４００ナノメータ程度の短波長のものを用いる場合には、光反射性フィラーとして、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を用いるとよいことが分かった。
【００６５】
図５は、チタン酸カリウムの反射スペクトルを表すグラフ図である。特にチタン酸カリウムは紫外領域でも反射率が大きい。
なお、実験の結果、酸化チタン（ＴｉＯｘ）を用いても、ある程度高い効果が得られることが分かった。
【００６６】
図６は、酸化チタンの反射スペクトルを表すグラフ図である。
【００６７】
図５及び図６から、いずれも５００ｎｍより短波長では高い反射率を有することがわかる。
【００６８】
また、図７は、比較としてリードの表面にコーティングされる金（Ａｕ）の反射スペクトルを表すグラフ図である。
【００６９】
いずれのグラフにおいても、横軸は波長、縦軸は反射率を表す。
【００７０】
まず、図７を見ると、金の場合、波長７００乃至１０００ナノメータの範囲では１００パーセントに近い反射率が得られているが、波長７００ナノメータよりも波長が短くなると、反射率は急減し、波長４００ナノメータにおいては、反射率は４０パーセント以下にまで低下してしまう。
【００７１】
これに対して、チタン酸カリウムでは３８０ｎｍの紫外光領域でも６０パーセント程度の高い反射が得られ、さらに波長が長くなれば反射率は上昇する。また、酸化チタンの場合も、波長約４３０乃至８００ナノメータの範囲において概ね９０パーセント以上の反射率が得られ、波長４００ナノメータにおいても、反射率は５０パーセント前後を維持している。
【００７２】
つまり、酸化チタンやチタン酸カリウムを光反射性フィラーとして用いると、発光素子１０２からの１次光も、蛍光体により生じた２次光も、高い反射率で反射することができる。図５乃至図７のグラフからみると、発光素子１０２からの１次光の波長が５００ナノメータ以下の場合には、金（Ａｕ）よりも酸化チタンまたはチタン酸カリウムのフィラーを用いたほうが高い反射率が得られることが分かる。
【００７３】
本発明者は、図１に例示した構造を採用し、発光素子１０２として発光波長３８５ナノメータのものを用い、封止体１０４に含有させた蛍光体によりＲＧＢ発光させて白色光を取り出す発光装置を試作検討した。
【００７４】
表１は、樹脂層２００に含有させるフィラーとして従来、良く用いられる二酸化ケイ素を用いた場合の試作評価結果を表す。
【表１】
0003655267.tif 000002
また、表２は、同じく樹脂層２００に含有させる光反射フィラーとして今回新規に見いだしたチタン酸カリウムを用いた場合の試作評価結果を表す。
【表２】
0003655267.tif 000003
また、表３は、樹脂層２００に含有させる光反射性フィラーとして酸化チタンを用いた場合の試作評価結果を表す。
【表３】
0003655267.tif 000004
表１乃至表３において、「Ｃｘ」は発光装置から放出された白色光の色座標のｘ値、「Ｃｙ」は同じくｙ値、「Ｉｖ」は白色光の光度、をそれぞれ表す。
【００７５】
表４は、上記３種のフィラー入り樹脂の光度を、比較例として樹脂層２００を設けないサンプルの光度を１００とした場合の相対光度で表した一覧表である。本発明による光反射フィラーを含む樹脂層により、光度が１．４倍にアップしていることがわかる。
【表４】
0003655267.tif 000005
なお、ここで、「ＵＶパワー」は、封止体１０４に蛍光体を含有させず、発光素子１０２からの１次光を直接、外部に取り出した場合の光度を表す。また、「白色光度」は、封止体１０４に蛍光体を含有させて白色発光させた場合の光度を表す。
【００７６】
樹脂層２００を設けない比較例の場合、発光素子１０２から放出された１次光や蛍光体から放出された２次光は、リード１０５、１０６の表面にコーティングされた金（Ａｕ）により反射される。しかし、図５乃至図７から分かるように、金の反射率が、特に短波長領域において劣るため、ＵＶパワー、白色発光ともに、酸化チタンやチタン酸カリウムをフィラーとして用いたサンプルより低くなることが分かる。
【００７７】
つまり、本発明においては、光反射性フィラーとして、チタン酸カリウムを用いることにより、光取り出し効率を改善することができる。これは、フィラーが光を反射する効果と、熱伝導性が改善されるために発光素子１０２からの放熱が良好となり、素子の発光特性が向上するからであると考えられる。酸化チタンをフィラーとして用いた場合も同等のデータを得た。ただし、二酸化ケイ素ではその効果は１０％に満たなかった。
また、発光素子１０２の近傍にフィラーが存在することにより、光学面での効果のみならず、信頼性の点でも非常に大きな効果が得られる。すなわち、光反射性フィラーを用いずに、発光素子１０２を例えばエポキシ樹脂で封止した場合には、温度サイクル２０００サイクルにて、チップ接合面や接着面などでの剥離の傾向が見られるが、フィラー入りの樹脂層２００を設けた場合、温度サイクル５０００サイクルでも、そのような現象はみられない。これは、フィラーを入れたことによる、樹脂の強度アップ、熱膨張率抑制などの効果によるものと考えられる。
【００７８】
なお、本発明者の試作検討によれば、樹脂層２００のマトリクスとして、エポキシまたはＪＩＳ−Ａ値で５０以上の硬度を有するシリコーン樹脂を用いた場合に、酸化チタンあるいはチタン酸カリウムの混合比は、１０乃至５０パーセントとすると、良好な結果が得られた。また、その他のフィラーとしては、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ナトリウムなどを挙げることができる。
【００７９】
（蛍光体について）
本発明においては、封止体１０４や樹脂層２００に蛍光体を含有させることができる。この蛍光体は、発光素子１０２から放出された１次光を吸収して発光する蛍光体、あるいは他の蛍光体から放出された発光を吸収して発光する材料である。蛍光体の変換効率は、１ルーメン／ワット以上であることが望ましい。
【００８０】
白色発光は、赤色 （Ｒ）・緑色（Ｇ）・青色（Ｂ）の３原色の混合か、あるいは補色関係にある２色の混合により実現できる。３原色による白色発光は、発光素子１０２が放出した１次光を吸収して赤色を発光する第１の蛍光体と、緑色を発光する第２の蛍光体と、青色を放出する第３の蛍光体と、を用いることにより実現できる。
【００８１】
または、青色光を放出する発光素子１０２と、その青色光を吸収して赤色を発光する第１の蛍光体と、緑色を発光する第２の蛍光体とを用いて、１次光と２次光とを混合させても実現できる。
【００８２】
補色による白色発光は、上述した具体例の他に、例えば、発光素子１０２からの１次光を吸収して青色を発光する第１の螢光体とその青色発光を吸収して黄色を発光する第２の螢光体とを用いるか、発光素子１０２からの発光を吸収して緑色を発光する第１の螢光体とその緑色光を吸収して赤色に発光する第２の螢光体を用いることなどにより実現できる。
【００８３】
また、発光波長の変化が−４０℃〜１００℃の温度範囲で波長変化が５０ｎｍ以下の螢光体を用いることで発光素子の温度特性に依存しない発光装置が実現できる。また発光素子１０２の実用的な駆動電流範囲において５０ｎｍ以下の波長変化を有する螢光体を用いることで素子駆動電流に伴う発光スペクトルの変化に依存しない発光装置が実現できる。
【００８４】
青色光を発光する螢光体としては、例えば以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ
Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ４・Ｃｌ２
ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ
緑色光を発光する螢光体としては，例えば以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ
Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ
Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
ＺｎＳ：Ｃｕ
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ２Ｏ３
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３，
（Ｚｎ，Ｍｎ）２ＳｉＯ４
ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ２Ｏ３：Ｍｎ
ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ，Ｔｂ
ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ
赤色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用いることができる。
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ
Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）２Ｏ３
ＹＶＯ４：Ｅｕ
Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ
黄色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用いることができる。
ＹＡＧ：Ｃｅ
上記したような赤色螢光体、緑色螢光体及び青色螢光体について、それらの重量比Ｒ：Ｇ：Ｂを調節することにより、任意の色調を実現できる。例えば、白色電球色から白色蛍光灯色までの白色発光は、Ｒ：Ｇ：Ｂ重量比が、１：１：１〜７：１：１及び１：１：１〜１：３：１及び１：１：１〜１：１：３のいずれかとすることで実現できる。
【００８５】
また、混合した螢光体の総重量比を螢光体を含有する封止体の重量に対して１重量％〜５０重量％にすることで実質的な波長変換が実現でき、１０重量％〜３０重量％にすることで高輝度の発光装置が実現できる。
【００８６】
さらに、これらのＲＧＢ蛍光体を適宜選択して配合した場合、封止体１０４の色調を白色とすることができる。つまり、白色に光る発光装置が、非点灯時においても白色に見える点で、「見栄え」が良く、視覚的、デザイン的にも優れた発光装置を提供することができる。
【００８７】
ここで、本発明において用いる螢光体は上記した無機螢光体に限定するものではなく、以下に例示する有機色素体も同様に用いて高輝度の発光装置を実現できる。
キサニセン系色素
オキサジン系色素
シアニン系色素
ローダミンＢ（６３０ｎｍ）
クマリン１５３（５３５ｎｍ）
ポリパラフェニレンビニレン（５１０ｎｍ）
クマリン１（４３０ｎｍ）
クマリン１２０（４５０ｎｍ）
トリスー（８−ヒドロキシノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３又はＡｌＱ）（緑色発光）
４−ジシアノメチレン−２−メチル−６（ｐ−ジメチルアミノスチリン）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（オレンジ色／赤色発光）
複数種類の色素体を用いる場合でも、封止体１０４や樹脂層２００に用いるシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などにそれぞれの色素体を添加して攪拌することによりそれぞれの色素を樹脂中にほぼ均一に分散させることができ、色素の励起効率を高くすることができる。
【００８８】
本発明によれば、発光装置の発光色は、発光素子１０２の１次光と、封止体１０４に含有させる螢光体（色素体も含む）１１０の組み合わせにより多種多様のものが実現できる。つまり、赤色、緑色、青色、および黄色系などの蛍光体（色素体も含む）を配合することで任意の色調が実現できる。
【００８９】
一方、本発明によれば、単一の蛍光体を用いた場合でも、従来の半導体発光素子では実現できなかった発光波長の安定性が実現できる。すなわち、通常の半導体発光素子は、駆動電流や周囲温度や変調条件などに応じて発光波長がシフトする傾向を有する。これに対して、本発明の発光装置により、実質的に２次光のみを取り出すものとすれば、発光波長が駆動電流や温度などの変化に依存せず、極めて安定するという効果が得られる。
【００９０】
また、この場合、発光特性が発光素子１０２の特性に依存することなく添加する蛍光体の特性で決まるため、発光装置ごとの特性が安定し歩留まり高く生産することができる。
【００９１】
（半導体発光素子１０２について）
次に、本発明において用いることができる半導体発光素子１０２について説明する。
【００９２】
図８は、図１及び図２に例示した半導体発光装置において用いることができる半導体発光素子１０２の構造を模式的に表す断面図である。この具体例について簡単に説明すると、導電性基板１２１の上に、バッファ層１２２、ｎ型コンタクト層１２３、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２５、ｐ型コンタクト層１２６が順次形成されている。
【００９３】
例えば、窒化物半導体を用いて半導体発光素子を形成する場合を説明すると、まず、導電性基板１２１としては、例えば、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＳｉＣ、ｎ型ＺｎＯなどを用いることができる。
【００９４】
そして、このような導電性基板１２１の上に、例えば、ＡｌＮからなるバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮコンタクト層１２３、発光層１２４、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１２５、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２６が順次形成する。発光層１２４は、ＧａＮバリア層とＩｎＧａＡｌＮウエル層とを交互に積層した量子井戸（Quantum Well：ＱＷ）構造とすることができる。
【００９５】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１２６上には、厚さ数１０ｎｍのＮｉ／Ａｕ薄膜からなる透光性のｐ側電極１２８、及びこれに接続された金（Ａｕ）からなるボンディングパッド１２９が設けられている。さらに、素子の表面は、ＳｉＯ２からなる保護膜１３０により覆われている。一方、基板１２１の裏面側には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１２７が設けられている。
【００９６】
このような発光素子のｎ側電極１２７とｐ側電極１２８に電圧を印加すると、発光層１２４において発生した光が表面１３１から放出される。発光スペクトルに複数のリップルを設けることにより発光ピーク波長の強度を強くできるため、励起する螢光体の吸収が高くなり、高輝度の発光装置を実現できる。
【００９７】
発光層１２４の半導体材料の組成（例えば、ＱＷのウエル層の組成）を変えることによって発光波長を種々選択することができ、紫外線領域から可視光領域に亘る光が得られる。蛍光体による波長変換を行う場合には、波長２５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は蛍光体の吸収が大きい点で望ましい。また、波長３７０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は、窒化物系化合物半導体を用いた発光素子１０２の発光効率が高い点で、望ましい。さらに、波長３８０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は、発光素子１０２を包囲する封止体１０４の劣化を抑えることもできる点で、望ましい。
【００９８】
発光層１２４を、量子効果が生じる膜厚１ｎｍ〜２０ｎｍの薄膜の１層からなる単一量子井戸構造や２層以上の多重量子井戸構造とすることでスペクトル幅が狭くなり、封止体１０４に含有される蛍光体の励起効率が上昇する。さらに、発光層１２４を平面的に見て数ｎｍから数μｍのサイズのドット状に形成することにより、発光効率及び螢光体の励起効率をさらに向上させることができる。
【００９９】
また、発光層１２４にシリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加することによって、格子不整合に伴う歪により発生したピエゾ電界を低減でき、注入キャリアの発光再結合を促進して発光素子の発光効率を上げることができる。
【０１００】
また、ｎ型ＧａＮ等の導電性基板１２１を用いた場合は、４００ｎｍ未満の波長において反射率が低い金（Ａｕ）ワイアを１本にできるため、発光層１２４からの発光の取り出し効率を向上させることができる。さらに、導電性基板の裏面に設けた電極によって発光層１２４から発光を反射して光取り出し効率を向上させることができる。また、この時に、発光素子１０２をマウントするための銀ペーストなどの接着剤１０７の光による劣化も低減でき、発光装置の信頼性を上げることができる。
【０１０１】
バッファ層１２２は、ＡｌＮに限定するものではなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮの単層、およびそれらを組合せた多層膜でもよい。厚さが数ｎｍ〜数１００ｎｍであれば、蛍光体からの発光の吸収を抑えることができ、輝度が低下することもない。
【０１０２】
ｎ型層１２３は、ＧａＮに限定するものではなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌからなる単層及びそれらの多層膜でもよい。その厚さを１μｍから１０μｍの範囲にすることで、注入された電流がｎ型層１２３の内部で均一に流れ、発光素子が一様に発光し、分散している蛍光体を効率よく励起することができる。また、ｎ型層１２３に添加する不純物としてシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）あるいはセレン（Ｓｅ）を用いると、半導体結晶の点欠陥を置換して通電による蛍光体の半導体中へのマイグレーションを抑えることができ信頼性が向上する。
【０１０３】
ｐ型層１２５は、ＡｌＧａＮに限定するものではなく、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮの単層及びそれらの多層膜でもよい。その厚さは、数ｎｍ〜数μｍの範囲であれば発光層１２４への注入キャリアのオーバーフローを低減でき、発光素子の発光効率が向上する。ｐ型層１２５に添加する不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を用いることにより、半導体結晶の点欠陥を置換して高温通電動作時の蛍光体の半導体中へのマイグレーションを防止できる。
【０１０４】
ｐ型コンタクト層１２６もＧａＮに限定されるものではなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮの単層及びそれらの多層膜でもよい。多層膜として膜厚数ｎｍの複数の薄膜からなる超格子構造を用いると、ｐ型不純物の活性化率が増加し透明電極１２８とのショットキー障壁が低下して接触抵抗を下げることができる。このため、発光素子周辺の蛍光体への発熱の影響を小さくでき高温まで高輝度を維持できる。
【０１０５】
保護膜１３０は、薄膜状の透光性電極１２８を保護するとともに通電による螢光体１１０の透明電極１２８へのマイグレーションを抑える役割も有する。その材料はＳｉＯ２に限定するものではなく、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体材料も用いることができる。
【０１０６】
なお、上述の説明においては、発光素子１０２の材料として窒化物半導体を用いた場合を例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、その他のIII-Ｖ族系化合物半導体、II-IV 族系化合物半導体、IV-VI族系化合物半導体などをはじめとした各種の材料を用いることが可能である。
【０１０７】
図９は、半導体発光素子１０２の構造のもう一つの例を表す断面図である。すなわち、同図に例示したものは、絶縁性基板１３３の上に半導体層を積層したものであり、絶縁性基板１３３上にバッファ層１２２、ｎ型コンタクト層１２３、発光層１２４、ｐ型クラッド層１２５、ｐ型コンタクト層１２６が順次形成されている。この場合も、発光層１２４は、バリア層とウエル層とを交互に積層した量子井戸（Quantum Well：ＱＷ）構造を有するものとすることができる。
【０１０８】
この積層構造体を表面からエッチング除去して露出したｎ型コンタクト層１２３上に、ｎ側電極１２７が設けられている。一方、ｐ型コンタクト層１２６上には、例えば厚さ数１０ｎｍのＮｉ／Ａｕ薄膜からなる透光性のｐ側電極１２８、及びこれに接続された金（Ａｕ）からなるボンディングパッド１２９が設けられている。さらに、素子の表面は、ＳｉＯ２からなる保護膜１３０により覆われている。
【０１０９】
絶縁性基板１３３としては、例えば、サファイアや絶縁性の石英などを採用することできる。サファイアは、４００ｎｍ未満の波長の透過率が高く発光層１２４からの発光を吸収することなく素子外部に有効に取り出すことができる。
【０１１０】
また、サファイア基板を用いた窒化物半導体の場合、基板１３３上にバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮ層１２３を形成した後、成長温度を下げてＡｌＮからなる第２のバッファ層を形成することで発光層１２４の結晶性が改善され、発光素子内の結晶欠陥が減少し、発光素子の発光効率が向上する。同時に、蛍光体から放出された２次光の結晶欠陥における吸収も低減し、信頼性が向上するとともに発光装置の輝度が高くなる。
【０１１１】
以上、図８及び図９を参照しつつ、半導体発光素子１０２の具体例について説明したが、本発明は、これら具体例には限定されず、その他、各種の構造の半導体発光素子を用いることができる。そして、本発明においては、半導体発光素子の側面において、発光層（あるいは発光が実質的に生ずる部分）よりも下側に光反射性フィラーを含有した樹脂層２００を充填する。
【０１１２】
以上、本発明の半導体発光装置を構成する各要素について説明した。
【０１１３】
以下、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置の変型例について説明する。
【０１１４】
図１０は、本実施形態にかかる半導体発光装置の平面構造を例示する模式図である。同図については、図１乃至図９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１１５】
このように、樹脂ステムに設けられた開口の中央付近に半導体発光素子１０２をマウントし、その周囲に、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００を充填することができる。そして、樹脂層２００の上面が、発光素子１０２の側面において、発光層を覆わないように、その充填量が制御されている。樹脂層２００の厚みの分布に関しては、図２に例示したように周辺において厚くする。
【０１１６】
図１１は、本実施形態にかかる半導体発光装置の平面構造のもうひとつの具体例を表す模式図である。すなわち、本変型例の場合、リード１０５の上には半導体発光素子１０２がマウントされ、リード１０６の上にはツェナー・ダイオードなどの保護用ダイオード３００がマウントされている。保護用ダイオード３００は半導体発光素子１０２に対して並列に接続され、サージやその他の電気的な過大入力から発光素子１０２を保護する役割を有する。
【０１１７】
本変型例においても、発光素子１０２の側面においてその発光層を覆わないように発光素子１０２の周囲に光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が設けられている。樹脂層２００の厚みの分布に関しては、図２に例示したように発光素子１０２から離れた部分で厚くする。
【０１１８】
図１２は、本発明の関連技術の変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【０１１９】
すなわち、本変型例においては、リード１０５の上に半導体素子３００がマウントされ、その上に半導体発光素子１０２がマウントされている。そして、この発光素子１０２の側面において発光層１２４を覆わないように、その周囲に光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が充填されている。
【０１２０】
半導体素子３００は、例えば、発光素子１０２を過電圧やサージなどから保護するための保護用のツェナー・ダイオードであったり、または、発光素子１０２を駆動するための駆動回路が集積されたものであってもよい。
【０１２１】
図１３（ａ）は、本変型例の発光装置の素子部分を拡大した部分断面図である。保護用ダイオード（半導体素子）３００は、ｎ型シリコン基板１５０の表面にｐ型領域１５２が形成されたプレーナ構造を有する。そして、ｐ型領域１５２にはｐ側電極１５４が形成され、基板１５０の裏面側にはｎ側電極１５６が形成されている。さらに、ダイオードの表面側にもｎ側電極１５８が形成され、上下のｎ側電極１５６及び１５８を接続する配線層１６０がダイオードの側面に亘って形成されている。
【０１２２】
さらに、ダイオードの表面には高反射膜１６２が形成されている。高反射膜１６２は、発光素子１０２から放出される光に対して高い反射率を有する膜であり、例えば、金属膜としたり、あるいは、互いに屈折率が異なる２種類以上の薄膜を交互に積層したブラッグ反射膜としてもよい。
【０１２３】
一方、半導体発光素子１０２は、図９に例示した如く、透光性基板１３８の上（図面では下方向となる）にバッファ層１２２、ｎ型コンタクト層１２３、ｎ型クラッド層１３２、活性層（発光層）１２４、ｐ型クラッド層１２５、ｐ型コンタクト層１２６がこの順に積層され、さらにｎ側電極１２７とｐ側電極１２８とがそれぞれ設けられた構造を有する。活性層１２４から放出される光は、透光性基板１３８を透過して図面上方に取り出される。
【０１２４】
そして、このような構造の発光素子１０２は、バンプ１４２、１４４によって、それぞれの電極がダイオード（半導体素子）３００の電極と接続されている。バンプ１４２、１４４は、例えば、金（Ａｕ）やインジウム（Ｉｎ）などを用いて形成することができる。
【０１２５】
さらに、ダイオードのｐ側電極１５４にはワイア１０９がボンディングされ、リード１０６と接続されている。
【０１２６】
図１３（ｂ）は、この半導体発光装置の等価回路を表す回路図である。このように保護用ダイオード（半導体素子）３００を発光素子１０２に対して逆方向並列に接続することにより、サージあるいは静電気などに対して発光素子１０２を保護することができる。
【０１２７】
図１４は、このように積層させた素子の周囲に樹脂層２００を充填した状態を表す部分断面図である。
【０１２８】
すなわち、同図（ａ）に例示したように、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００は、ダイオード（半導体素子）３００の側面を覆う程度の高さに充填することができる。
【０１２９】
また、同図（ｂ）に例示したように、樹脂層２００を、発光層１２４を覆わないように、半導体発光素子１０２の側面まで充填することもできる。
【０１３０】
ツェナー・ダイオードなどの保護用ダイオード３００は、例えば、その厚みが３００ミクロン程度ある場合も多い。このため、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００も厚く形成でき、高い光反射率を得ることが容易となる。但し、さらに高い光反射率が必要な場合は、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で樹脂層２００を厚く形成すればよい。
【０１３１】
また、本具体例の場合、樹脂層２００の充填量の調節も容易である。例えば、樹脂層２００の液面の設定レベルをダイオード（半導体素子）３００の側面の途中としておけば、充填量を多少超過しても、発光層１２４の側面まで覆われる心配がなく、製造が容易となる。
【０１３２】
そして、図１乃至図３に関して前述したように、発光素子１０２の発光層１２４の側面から放出される光を樹脂層２００に含有した光反射性フィラーにより散乱して取り出すことができる。その結果として、半導体発光装置の光度を上げることができる。
【０１３３】
またさらに、本変型例によれば、保護用ダイオード（半導体素子）３００と発光素子１０２とを積層することにより、極めて狭いスペースに収容することができる。従って、発光装置の外寸を大きく必要がなくなり、図１あるいは図１０に例示したような従来の樹脂ステム（パッケージ）をそのまま使うことも可能となる。
【０１３４】
また、本変型例によれば、ダイオード（半導体素子）３００の表面に高反射膜１６２を設けることより、発光素子１０２から放出される光を取り出し方向に反射して光取り出し効率を向上させることもできる。同時に、発光素子１０２からの光によりダイオード（半導体素子）３００の動作が影響を受けたり劣化したりするという問題も防ぐことができる。さらに、高反射膜１６２を設けることにより、ダイオード（半導体素子）３００の下に塗布される銀ペースト（接着剤）１０７の光による劣化も防ぐことができる。
【０１３５】
さらに、本変型例によれば、透光性基板１３８の屈折率を、活性層１２４の屈折率と封止体１０４の屈折率との間の値とすることにより、界面での反射損失を低減して、光取り出し効率を向上させることもできる。
【０１３６】
さらに、本変型例によれば、チップからリードに接続するワイアを１本に減らすことができる。その結果として、ワイアの変形や断線に伴う問題を抑制し、信頼性をさらに向上させることができる。
【０１３７】
また、本変型例によれば、発光素子１０２の発光層１２４に接近して熱伝導の良好なバンプ１４２を設け、電極１５８、配線層１６０を介した放熱経路を確保することができる。つまり、発光素子１０２の放熱性を高めることができ、動作温度範囲が広く、長期信頼性も良好な発光装置を実現することができる。
【０１３８】
なお、本発明において、高反射膜１６２が設けられる場所はダイオード（半導体素子）３００の表面には限定されず、発光素子１０２の裏面側に設けても良く、あるいはダイオード（半導体素子）３００と発光素子１０２との間に挿入しても良い。
【０１３９】
図１５は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の要部断面構造を表す模式図である。
【０１４０】
本変型例は、いわゆる「砲弾型」と呼ばれるもので、リード１０５の先端には、カップ部１０５Ｃが設けられ、この中に、保護用ダイオード（半導体素子）３００と半導体発光素子１０２とが積層してマウントされている。これら素子の詳細は、例えば図１３に例示したものと同様とすることができる。
【０１４１】
そして、これら素子の積層体の周囲に光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が充填されている。さらに、その周囲を樹脂からなる封止体１０４が覆っている。封止体１０４は、発光素子１０２から放出される１次光を変換して異なる波長の２次光を放出するための蛍光体を含有していてもよい。また、封止体１０４は、その光取り出し方向に集光曲面が形成され、いわゆる「レンズ効果」により、高い発光輝度が得られる。
【０１４２】
なお、本具体例においても、図１に例示したように樹脂層２００を略均一に充填してもよく、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で厚く形成してもよい。
【０１４３】
また、図１６に例示した如く、発光素子１０２の周囲に、第１の封止体１０４Ａ、その外側に第２の封止体１０４Ｂを設け、第１の封止体１０４Ａにのみ、蛍光体を含有させてもよい。この場合には、外側の第２の封止体１０４Ｂは、その内部から放出される１次光や２次光に対して吸収率の低い材料により構成することが望ましい。
【０１４４】
図１７は、いわゆる「基板タイプ」の半導体発光装置に本発明を適用した具体例を表す斜視図である。
【０１４５】
また、図１８は、その中央付近の断面構造を表す模式図である。
【０１４６】
すなわち、本具体例の場合、ガラス・エポキシ基板（ガラエポ基板）４００の上に一対のリード１０５、１０６が設けられている。そして、一方のリード１０５の上に、銀ペーストなどの接着剤１０７により保護用ダイオード（半導体素子）３００がマウントされ、その上に、半導体発光素子１０２がフリップチップマウントされている。この積層構造については、例えば、図１４に例示したものと同様とすることができる。そして、これら素子の周囲が、樹脂からなる封止体１０４により覆われている。封止体１０４は、例えば、トランスファー・モールドした樹脂により形成できる。また、封止体１０４に、波長変換用の蛍光体を含有させてもよい。
【０１４７】
本具体例においても、保護用ダイオード（半導体素子）３００の周囲に、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が充填されている。図１８には、樹脂層２００の上面が保護用ダイオード（半導体素子）３００の上面とほぼ同一レベルの場合を例示したが、本発明はこれに限定されず、樹脂層２００の上面は、発光素子１０２の側面においてその発光層を覆わないようにすればよい。
【０１４８】
本発明によれば、このような「基板タイプ」の半導体発光装置においても、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００によって、発光素子１０２の側面から放出された光を光取り出し方向に散乱させ、光度を改善することができる。
【０１４９】
なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で厚く形成する。
【０１５０】
図１９は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【０１５１】
本変型例は、いわゆる「ＭＩＤ（Molded Interconnection Device）」タイプの半導体発光装置である。ガラス・エポキシ樹脂４１０には開口が設けられ、その表面には、メッキ法によって金（Ａｕ）などからなるリード１０５、１０６が形成されている。そして、樹脂４１０の開口の底部において、リード１０５の上に、銀ペーストなどの接着剤１０７によって保護用ダイオード（半導体素子）３００がマウントされている。ダイオード（半導体素子）３００の上には、半導体発光素子１０２がフリップチップ・マウントされている。この積層構造も、図１２及び図１３に例示したものと同様とすることができる。
【０１５２】
そして、樹脂４１０の開口の底部には、発光素子１０２の側面において発光層を覆わないように、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が充填されている。
【０１５３】
さらに、その上には、蛍光体を適宜含有した封止体１０４がトランスファー・モールドなどの手法により充填されている。これら樹脂層２００および封止体１０４のマトリクス材料としては、ゴム状シリコーン樹脂を用いることができる。
【０１５４】
本変型例においても、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が、発光素子１０２の側面などから放出された光を上方に散乱させ、光度を上げることができる。なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で厚く形成する。
【０１５５】
図２０は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその中央付近の断面図、同図（ｂ）はその平面構造を表す模式図である。同図についても、図１乃至図１９に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１５６】
本変型例も、一対のリード１０５、１０６を熱可塑性樹脂などからなる樹脂部１０３に埋め込んだ、「樹脂ステム」を用いた半導体発光装置である。そして、保護用ダイオード（半導体素子）３００と半導体発光素子１０２との積層構造が開口１０１の底部にマウントされている。但し、樹脂ステムの開口１０１の側壁に、発光素子１０２を近づけて配置することにより、開口側面における光反射を利用して、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
【０１５７】
そして、本変型例においても、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が、発光素子１０２の側面などから放出された光を上方に散乱させ、光度を上げることができる。なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で厚く形成する。
【０１５８】
図２１は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。同図についても、図１乃至図２０に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１５９】
本変型例においては、樹脂ステムの開口の側面１０３Ｓをパラボラ状などの集光性を有する曲面に形成している。このようにすれば、光取り出し効率をさらに向上させることが可能である。側面１０３Ｓの曲面の断面形状は、半導体発光装置に要求される配向特性や輝度などに応じて適宜決定することができる。
【０１６０】
そして、本変型例においても、光反射性フィラーを含有した樹脂層２００が、発光素子１０２の側面などから放出された光を上方に散乱させ、光度を上げることができる。なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で厚く形成する。
【０１６１】
図２２は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）はその平面構造を表す模式図、同図（ｂ）はその中央付近の断面図である。同図についても、図１乃至図２１に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１６２】
本変型例においては、樹脂層２００の代わりに、熱可塑性樹脂などからなる樹脂部１０３の一部に光反射性フィラーを含有させた反射部１０３Ｒを形成している。この反射部１０３Ｒは、樹脂ステムの開口の底部のうちで、ダイオード（半導体素子）３００及び発光素子１０２がマウントされる部分と、ワイア１０９がボンディングされる部分を除いて、ほぼ全面を覆うように設けられている。図２２（ａ）において斜線で表した部分が、反射部１０３Ｒが設けられた部分に対応する。
【０１６３】
そして、本変型例においても、この反射部１０３Ｒの上面は、発光素子１０２の側面の発光層よりも低くなるように形成されている。このように反射部１０３Ｒを設ければ、図３に関して前述したように、発光素子１０２の側面などから放出される光を散乱させて光度を上げることができる。
【０１６４】
なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で反射部１０３Ｒを厚く形成する。
【０１６５】
図２３は、本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。同図についても、図１乃至図２２に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１６６】
本変型例は、いわゆる「セラミック・パッケージ型」などと称されるものであり、セラミック基板５０１の上に、半導体発光素子１０２がマウントされてワイア１０９により図示しない電極に適宜に配線される。そして、発光素子１０２の上方はシェル５１０及びガラス窓５２０により封止される。このパッケージにおいて、セラミック基板５０１の内壁面の表層部に光反射性フィラーを含有させた反射層５０１Ｒを設ける。このような反射層５０１Ｒを設けることにより、発光素子１０２の側面から放出された光を散乱させて取り出し効率を上げることができる。なお、本具体例においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分で反射層５０１Ｒを厚く形成する。
【０１６７】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１６８】
例えば、本発明の半導体発光装置の構造、およびこれを構成する各要素の材料、不純物、導電型、厚み、サイズ、形状などの具体的な構成については、当業者が公知の範囲から適宜選択したものも、本発明の要旨を含む限り本発明の範囲に包含される。
【０１６９】
具体的には、例えば、光反射性フィラーを含有した樹脂層と、発光素子または保護用ダイオードをマウントするための接着剤とを兼ねることができる。つまり、発光素子または保護用ダイオードをマウントする接着剤として、ペーストに光反射性フィラーを含有させたものを用いる。この場合、接着剤を電気的に絶縁性のものとして、素子の実装面に広く塗布することにより、広い光反射面を形成することができる。但し、マウントされた素子からの電気的な接続は、接着面においては得られないので、別途、ワイアなどにより接続する必要がある。
【０１７０】
また、この場合においても、図２に例示したように、発光素子１０２から離れた部分でこのペーストを厚く形成する。
【０１７１】
また、半導体発光素子１０２の下に、熱伝導性などを改善する目的で、いわゆる「サブマウント」を配置してもよい。
【０１７２】
また、本発明は、いわゆる「樹脂ステム型」や、「砲弾型」、「基板タイプ」などには限定されず、その他の各種のパッケージ形態の半導体発光装置に適用して同様の効果を得ることができる。例えば、金属のステム及びキャップによりシールされた、いわゆる「カン（can）型」のパッケージなどの場合にも、発光素子の周囲に光反射性フィラーを含有した樹脂層を設けることにより、上述のものと同様の作用効果を得ることができる。
【０１７３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高い光取り出し効率と、良好な生産性を有し、短波長においても高い輝度が得られる半導体発光装置を提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の関連技術にかかる半導体発光装置の断面構造を例示する模式図である。
【図２】  本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置を表す模式断面図である。
【図３】  図１及び図２に例示した半導体発光素子１０２の端部近傍の拡大断面図である。
【図４】  通電時間に対して色度ｘの変化を測定した結果を表すグラフである。
【図５】  チタン酸カリウムの反射スペクトルを表すグラフ図である。
【図６】  酸化チタンの反射スペクトルを表すグラフ図である。
【図７】  リードの表面にコーティングされる金（Ａｕ）の反射スペクトルを表すグラフ図である。
【図８】  図１及び図２に例示した半導体発光装置において用いることができる半導体発光素子１０２の構造を模式的に表す断面図である。
【図９】  半導体発光素子１０２の構造のもう一つの例を表す断面図である。
【図１０】  本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の平面構造を例示する模式図である。
【図１１】  本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の平面構造のもうひとつの具体例を表す模式図である。
【図１２】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図１３】  （ａ）は、本変型例の発光装置の素子部分を拡大した部分断面図であり、（ｂ）は、この半導体発光装置の等価回路を表す回路図である。
【図１４】  積層させた素子の周囲に樹脂層２００を充填した状態を表す部分断面図である。
【図１５】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の要部断面構造を表す模式図である。
【図１６】  発光素子１０２の周囲に、第１の封止体１０４Ａ、その外側に第２の封止体１０４Ｂを設け、第１の封止体１０４Ａにのみ、蛍光体を含有させた構造を表す模式図である。
【図１７】  いわゆる「基板タイプ」の半導体発光装置に本発明を適用した具体例を表す斜視図である。
【図１８】  図１７の中央付近の断面構造を表す模式図である。
【図１９】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図２０】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図２１】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図２２】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図２３】  本発明の関連技術のさらなる変型例にかかる半導体発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図２４】  半導体発光装置の構造を表す概念図であり（ａ）はその要部構成を表す平面図であり、（ｂ）はその中央部における断面図である。
【符号の説明】
１０１ 開口部
１０２ 半導体発光素子
１０３ 樹脂部
１０３Ｒ 反射部
１０３Ｓ 側面
１０４ 封止体
１０５、１０６ リード
１０５Ｃ カップ部
１０７ 銀ペースト（接着剤）
１０９ ワイア
１２１ 基板
１２１ 導電性基板
１２２ バッファ層
１２３ コンタクト層
１２４ 発光層
１２５ クラッド層
１２６ コンタクト層
１２７ 電極
１２８ 透光性電極
１２９ ボンディングパッド
１３０ 保護膜
１３１ 表面
１３２ クラッド層
１３３ 絶縁性基板
１３８ 透光性基板
１４２ バンプ
１５０ 基板
１５２ 型領域
１５４、１５６ 電極
１６０ 配線層
１６２ 高反射膜
２００ 樹脂層
４１０ 樹脂
５０１ セラミック基板
５０１Ｒ 反射層
５１０ シェル
５２０ ガラス窓
８００ 樹脂ステム
８０１ 開口部
８０２ 半導体発光素子
８０３ 樹脂部
８０４ 封止体
８０５、８０６ リード
８０７ 接着剤
８０９ ワイア
【図１】
0003655267.tif 000006
【図２】
0003655267.tif 000007
【図３】
0003655267.tif 000008
【図４】
0003655267.tif 000009
【図５】
0003655267.tif 000010
【図６】
0003655267.tif 000011
【図７】
0003655267.tif 000012
【図８】
0003655267.tif 000013
【図９】
0003655267.tif 000014
【図１０】
0003655267.tif 000015
【図１１】
0003655267.tif 000016
【図１２】
0003655267.tif 000017
【図１３】
0003655267.tif 000018
【図１４】
0003655267.tif 000019
【図１５】
0003655267.tif 000020
【図１６】
0003655267.tif 000021
【図１７】
0003655267.tif 000022
【図１８】
0003655267.tif 000023
【図１９】
0003655267.tif 000024
【図２０】
0003655267.tif 000025
【図２１】
0003655267.tif 000026
【図２２】
0003655267.tif 000027
【図２３】
0003655267.tif 000028
【図２４】
0003655267.tif 000029