(57)【要約】【課題】半導体発光装置からの出射光の軸上光度を高め、その輝度も高めること。【解決手段】半導体発光装置は、基板と、基板の一方の主面上に設けられた半導体発光素子とを備える。基板は、一方の主面に、半導体発光素子から該基板に向けて放射された光の少なくとも一部を半導体発光素子に向けて反射させる凹凸構造を有する。凹凸構造の凹部の内部の屈折率は、基板の一方の主面に対向する半導体発光素子の対向面を構成する材料の屈折率よりも低い。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の主面上に設けられた半導体発光素子とを備え、
前記基板は、前記一方の主面に、前記半導体発光素子から該基板に向けて放射された光の少なくとも一部を前記半導体発光素子に向けて反射させる凹凸構造を有し、
前記凹凸構造の凹部の内部の屈折率は、前記基板の前記一方の主面に対向する前記半導体発光素子の対向面を構成する材料の屈折率よりも低い、半導体発光装置。
【請求項２】
前記凹凸構造の前記凹部の内部には、前記半導体発光素子の前記対向面を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料が設けられている請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子の前記対向面を構成する材料は、サファイアであり、
前記低屈折率材料の屈折率は、１．７８以下である請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記低屈折率材料は、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂である請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記凹凸構造の前記凹部の内部には、前記低屈折率材料とは別に、前記半導体発光素子が発する光の少なくとも一部の光の波長を変換する蛍光体材料が設けられている請求項２〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記凹凸構造の前記凹部の内部は、前記低屈折率材料で充填されている請求項２〜４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記凹凸構造の前記凹部の内部は、空洞である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記凹凸構造の前記凹部上には、前記半導体発光素子から該基板に向けて放射された光の少なくとも一部を前記半導体発光素子に向けて反射させる反射層が設けられている請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記半導体発光素子が発する光の波長は、２６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、
前記反射層は、ＡｌまたはＡｇを含む請求項８に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記凹凸構造の前記凹部は、側面視円弧状の外形を有する請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記凹凸構造の前記凹部は、側面視多角形状の外形を有する請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記凹凸構造は、前記基板の前記一方の主面の全面に設けられている請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関し、好適には半導体発光素子が基板の一方の主面上に設けられてなる半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードなどの半導体発光素子は、小型で消費電力が少なく、高輝度の発光を安定して行なうことができるという利点を有している。近年、白熱灯などの照明器具を、白色光を発する発光ダイオードを備えた発光装置に置き換える動きが進んでいる。
【０００３】
半導体発光素子は、平面視において３００μｍ角程度の大きさの直方体状の外形を有するチップを含み、半導体発光素子では、そのチップの全方位に光が放射される。そのため、液晶表示装置のバックライトまたは一般照明などに半導体発光素子を用いる場合は、光の放射方向を一定方向に制御する必要がある。そこで、一般には、半導体発光素子を搭載する実装基板、または、半導体発光素子を封止するパッケージに、半導体発光素子が発する光の波長に対して高い反射率を有する材料が用いられる。反射体などを実装基板またはパッケージに設ける場合もある。
【０００４】
反射部材を有する発光装置を開示した先行文献として特開２００５−３１７５９２号公報（特許文献１）がある。特許文献１に記載された発光装置は、平面視形状が長方形状のセラミックスからなる基体と、この基体の上側主面の対向する長辺間にかけて短辺と平行に形成された、上面に発光素子の搭載部を有する凸部とを有する。また、発光装置は、下面に凹部が形成され、基体の上側主面に凹部が凸部に嵌合するとともに搭載部を取り囲むように接合された、内周面が発光素子が発光する光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、凸部の上面に形成された、発光素子が電気的に接続される導体層とを有している。
【０００５】
発光ダイオード用パッケージを開示した先行文献として、特開２００６−２８７１３２号公報（特許文献２）がある。特許文献２に記載された発光ダイオード用パッケージにおいては、発光ダイオード素子を実装するためのベース体の上部に、反射面を有する開口を形成したカバー体を貼着している。ベース体およびカバー体を、気孔直径が０．１０〜１．２５μｍのアルミナセラミックス、または、気孔率が１０％以上のアルミナセラミックスを用いて形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１７５９２号公報
【特許文献２】特開２００６−２８７１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体発光素子が実装される基板（実装基板）の上面の反射率を高くするだけでは、半導体発光素子から実装基板に向けて放射された光を効率よく利用することができない。なぜならば、半導体発光素子から実装基板に向けて放射された光を実装基板の上面に対して直交する方向に反射しなければ光の利用効率を向上させることができないからである。
【０００８】
また、半導体発光素子が平坦な基板上に設けられてなる半導体発光装置の指向特性においては、図１１に示すように軸上光度が最大とならないケースが多い。しかし、半導体発光装置の用途によっては、たとえばモバイルＢＬ（back light）用途などの光源として半導体発光装置を用いる場合には、輝度だけでなく軸上光度の高さも要求されている。そのため、エピタキシャル構造を成長させるための基板に凹凸構造を設けて、更なる高効率および高輝度を達成することが検討されている。
【０００９】
さらに、図１２に示すように、実装基板９０１の凹部内に半導体発光素子９０２（図１３参照）を設け、この半導体発光素子を封止樹脂９０３で封止すると、封止樹脂９０３の表面は、封止樹脂９０３に働く表面張力により実装基板９０１側に凹む、または、フラットとなる。この場合には、図１３に示すように、封止樹脂９０３と空気との屈折率の差によって、半導体発光素子９０２から出力された光が封止樹脂９０３と空気との界面で全反射する。そのため、斜めに出射されるはずの光が封止樹脂９０３の中に閉じ込められ、よって、ロスが発生する。これにより、デバイスの効率およびその輝度の低下を招く。（たとえば、封止樹脂９０３の屈折率が１．５２である場合には、全反射角度はａｒｃｓｉｎ（１／１．５２）＝４１°）。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体発光装置からの出射光の軸上光度を高め、その光の輝度も高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、更なる高効率および高輝度を達成するためには、半導体発光素子が実装される基板（実装基板）上面の反射率を高める以外に、軸上光度を高めることと半導体発光素子の指向特性の半値角を狭くすること（狭指向特性の実現）とが有効な手段だと考えた。そして、本発明を完成した。
【００１２】
半導体発光装置は、基板と、基板の一方の主面上に設けられた半導体発光素子とを備える。基板は、一方の主面に、半導体発光素子から該基板に向けて放射された光の少なくとも一部を半導体発光素子に向けて反射させる凹凸構造を有する。凹凸構造の凹部の内部の屈折率は、基板の一方の主面に対向する半導体発光素子の対向面を構成する材料の屈折率よりも低い。
【００１３】
凹凸構造の凹部の内部には半導体発光素子の対向面を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料が設けられていても良いし、凹凸構造の凹部の内部は空洞であっても良い。
【００１４】
半導体発光素子の対向面を構成する材料がサファイアであるときには、低屈折率材料の屈折率はサファイアの屈折率（１．７８）以下であることが好ましく、低屈折率材料はたとえばシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂であれば良い。凹凸構造の凹部の内部には、低屈折率材料とは別に、半導体発光素子が発する光の少なくとも一部の光の波長を変換する蛍光体材料が設けられていても良い。または、凹凸構造の凹部の内部は、低屈折率材料で充填されていても良い。
【００１５】
凹凸構造の凹部上には、半導体発光素子から該基板に向けて放射された光の少なくとも一部を半導体発光素子に向けて反射させる反射層が設けられていることが好ましい。反射層の材料としては、紫外領域から赤外領域までの広い波長範囲において高い反射率を有するＡｌまたはＡｇを含むことが好ましい。
【００１６】
凹凸構造の凹部は、側面視円弧状の外形を有しても良いし、側面視多角形状の外形を有しても良い。凹凸構造は、基板の一方の主面の全面に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る半導体発光装置では、当該半導体発光装置からの出射光の軸上光度が高く、またその光の輝度に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の半導体発光装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成の一例を示す断面図であり、（ｂ）は半導体発光素子から基板に向けて放射された光を模式的に示す斜視図であり、（ｃ）は図２（ａ）に示すＩＩＣ領域の拡大図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ領域の拡大図である。
【図４】（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成の別の一例を示す断面図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示すＩＶＢ領域の拡大図である。
【図５】（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成のまた別の一例を示す断面図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示すＶＢ領域の拡大図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の基板の構成の一例を示す平面図である。
【図７】（ａ）は本発明の基板の構成の別の一例を示す平面図であり、（ｂ）は図７（ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線における断面図である。
【図８】本発明の半導体発光装置に含まれる蛍光体材料の励起スペクトルおよびその発光スペクトルを示すグラフである。
【図９】本発明の半導体発光装置の構成の別の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の半導体発光装置の構成のまた別の一例を示す断面図である。
【図１１】半導体発光装置からの出射光の指向特性を示す半円グラフである。
【図１２】半導体発光装置の一例を模式的に示す断面図である。
【図１３】半導体発光装置の別の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の半導体発光装置について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００２０】
［半導体発光装置の構成］
図１は、本発明の半導体発光装置の構成の一例を示す断面図である。図１に示す半導体発光装置１００は、基板１１０と、基板１１０の一方の主面１１０Ａ上に設けられた半導体発光素子１３０とを備えている。基板１１０は、一方の主面１１０Ａに、半導体発光素子１３０から基板１１０に向けて放射された光（以下では「成長用基板１３１から下方に漏れた光」と記す）の少なくとも一部を半導体発光素子１３０に向けて反射させる凹凸構造１１３（図２（ａ）参照）を有している。半導体発光素子１３０は蛍光体層１８１に覆われていることが好ましく、蛍光体層１８１は透明樹脂層１８２に覆われていることが好ましい。なお、蛍光体層１８１と透明樹脂層１８２とで封止部１８０が構成されている。
【００２１】
＜基板＞
基板１１０の材料は、特に限定されないが、波長が２６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光に対する反射率が高い材料であることが好ましく、たとえばセラミックスであることが好ましい。基板１１０には、ボンディング用パッド電極１５０とスルーホール電極１６０と電極部１７０とが設けられていることが好ましい。電極部１７０は、基板１１０の一方の主面１１０Ａとは反対側の面に設けられている。スルーホール電極１６０は、電極部１７０に接続されて基板１１０の一方の主面１１０Ａまで延びている。ボンディング用パッド電極１５０は、基板１１０の一方の主面１１０Ａに設けられ、スルーホール電極１６０に接続されている。ボンディング用パッド電極１５０には、半導体発光素子１３０に設けられた電極パッド１３３がワイヤ１４０を介して接続されている。これにより、半導体発光素子１３０は、基板１１０に設けられた電極部１７０に電気的に接続されることとなる。なお、ワイヤ１４０はたとえば金線であることが好ましく、ボンディング用パッド電極１５０、スルーホール電極１６０および電極部１７０は導電性材料からなることが好ましい。
【００２２】
＜半導体発光素子＞
半導体発光素子１３０は、成長用基板１３１と、成長用基板１３１上に設けられた半導体層１３２とを有することが好ましい。半導体発光素子１３０は、可視光だけでなく紫外線も発することが好ましく、別の言い方をすると波長が２６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を発することが好ましい。半導体発光素子１３０は、その発光波長に応じて、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰなどを含むことが好ましい。たとえば、半導体発光素子１３０が青色光を発する場合には、成長用基板１３１はサファイアからなることが好ましく、半導体層１３２はＩｎＧａＮ層とＧａＮ層とがこの順で成長用基板１３１上に積層されてなることが好ましい。なお、上述の電極パッド１３３は、半導体層１３２の上面の周縁に設けられていることが好ましい。
【００２３】
＜封止部＞
蛍光体層１８１は、半導体発光素子１３０が発した光を透過させる樹脂からなることが好ましく、たとえば透明なエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などからなることが好ましい。蛍光体層１８１には、複数の蛍光粒子が分散して含有されていることが好ましい。これにより、半導体発光素子１３０が発した光は、蛍光粒子により波長変換される。その結果、半導体発光素子１３０が発した光とは異なる波長の光が、蛍光体層１８１から発せられる。蛍光粒子としては、たとえばＢＯＳＥ（Ｂａ、Ｏ、Ｓｒ、Ｓｉ、Ｅｕ）などを好適に用いることができる。またＢＯＳＥの他、ＳＯＳＥ（Ｓｒ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｏ、Ｅｕ）、ＹＡＧ（Ｃｅ賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、αサイアロン（（Ｃａ）、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｅｕ）またはβサイアロン（Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎ、Ｅｕ）などを蛍光粒子として好適に用いることができる。
【００２４】
なお、本発明に係る半導体発光装置１００は、蛍光体層１８１に替えて、光拡散層を備えていても良い。光拡散層には、半導体発光素子１３０が発した光を散乱させる散乱粒子が分散して含有されていることが好ましい。散乱粒子は、たとえばＴｉＯ2、ＳｉＯ2、アルミナ、窒化アルミニウム、または、粒径が１０ｎｍ以上１０μｍ以下程度のムライトの粉末などを成分として含むことが好ましい。また、色むらを抑えるために、光拡散層に蛍光粒子および散乱粒子を混合して含有させてもよい。
【００２５】
透明樹脂層１８２は、半導体発光素子１３０および蛍光体層１８１が発した光を透過させる樹脂からなることが好ましく、たとえば透明なエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などからなることが好ましい。半導体発光素子１３０からの光の取り出し効率を向上させるためには、透明樹脂層１８２は蛍光体層１８１より低い屈折率を有することが好ましい。
【００２６】
このような半導体発光装置１００では、半導体発光素子１３０が発した１次光と、蛍光体層１８１から発せられた２次光とが混合された光が、透明樹脂層１８２を透過して出射する。半導体発光素子１３０の発光色と蛍光体層１８１の発光色とを適宜組み合わせることによって、半導体発光装置１００からの出射光の色を自由に選択することができる。
【００２７】
＜凹凸構造＞
図２（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は成長用基板１３１から下方に漏れた光を模式的に示す斜視図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）に示すＩＩＣ領域の拡大図である。図３は、図２に示すＩＩＩ領域の拡大図である。図４（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成の別の一例を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＩＶＢ領域の拡大図である。図５（ａ）は本発明の半導体発光装置の要部の構成のまた別の一例を示す断面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＶＢ領域の拡大図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明の基板の構成の一例を示す平面図である。図７（ａ）は本発明の基板の構成の別の一例を示す平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ線における断面図である。
【００２８】
凹凸構造が基板に設けられていない場合、半導体発光素子が実装される基板（実装基板）の上面の反射率を高くするだけでは、半導体発光素子から実装基板に向けて放射された光を効率よく利用することができない。なぜならば、半導体発光素子から実装基板に向けて放射された光を実装基板の上面に対して直交する方向に反射しなければ光の利用効率を向上させることができないからである。つまり、実装基板の上面の反射率を高くしただけでは、指向特性（軸上強度）の改善が得られにくいからである。
【００２９】
しかし、図１に示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３が基板１１０の一方の主面１１０Ａに形成されている。また、凹部１１５の内部の屈折率は、基板１１０の一方の主面１１０Ａに対向する半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料（上述の具体例ではサファイア）の屈折率よりも低い。これらのことから、成長用基板１３１から下方に漏れた光の少なくとも一部は、凹凸構造１１３の凹部１１５の内壁面１１５Ａで反射され、凹部１１５への入射角度θよりも小さな角度（θ1）で半導体発光素子１３０へ再入射されて、１次光または２次光となって半導体発光装置１００から出射される。よって、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）の改善により、半導体発光装置１００における光の利用効率が高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率も向上するため、半導体発光装置１００の輝度が向上する。
【００３０】
成長用基板１３１から下方に漏れた光は、図３に示す光Ｌ１〜Ｌ４に大別される。光Ｌ４は、入射角度θ＞ａｒｃｓｉｎ（ｎrecess／ｎsub）（「ａｒｃｓｉｎ（ｎrecess／ｎsub）」は臨界角θcである）を満たす。ここで、ｎrecessは凹部１１５の内部の屈折率であり、ｎsubは成長用基板１３１の屈折率である。そのため、全反射が起こり、よって、光Ｌ４は鏡面反射されるので半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）の改善に寄与しない。
【００３１】
図３に示す光Ｌ１〜Ｌ３は、いずれも、Ｅｓｃａｐｅ  ｃоｎｅ（図２（ｂ）において実線で表わされる円錐形または図３において破線で表わされる円錐形）の内部を通過する。光Ｌ２は、入射角度θ＝ａｒｃｓｉｎ｛（ｎrecess／ｎsub）×ｓｉｎα｝を満たす（ここで、αは凹部１１５の内壁面１１５Ａと半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａとがなす角度のうちの小さい方の角度である）。別の言い方をすると、光Ｌ２は、図２（ｂ）において、斜線が付された領域と斜線が付されていない領域との境界上を通過する。そのため、光Ｌ２は、凹部１１５の内壁面１１５Ａで反射されてその入射経路に沿って反射されるので、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）の改善に寄与しない。
【００３２】
図３に示す光Ｌ１は、入射角度θ＞ａｒｃｓｉｎ｛（ｎrecess／ｎsub）×ｓｉｎα｝を満たす。別の言い方をすると、光Ｌ１は、図２（ｂ）において、斜線が付されていない領域内を通過する。そのため、光Ｌ１は、入射角度θよりも小さな角度（θ1）で半導体発光素子１３０へ再入射されて、１次光または２次光となって半導体発光装置１００から出射される。よって、光Ｌ１は、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）の改善に寄与すると考えられる。
【００３３】
図３に示す光Ｌ３は、入射角度θ＜ａｒｃｓｉｎ｛（ｎrecess／ｎsub）×ｓｉｎα｝を満たす。別の言い方をすると、光Ｌ１は、図２（ｂ）において、斜線が付された領域内を通過する。そのため、光Ｌ３は、入射角度θよりも大きな角度で半導体発光素子１３０へ再入射されるので、軸上強度の低下を引き起こす。
【００３４】
以上のことから、光Ｌ３の量が少なくなれば軸上強度の低下を防止することができると考えられる。具体的には、αが小さければ、ａｒｃｓｉｎ｛（ｎrecess／ｎsub）×ｓｉｎα｝が小さいので、よって、図２（ｂ）において斜線が付された領域が狭い。これにより、光Ｌ３の量が少なくなる。その結果、光Ｌ３による不具合が光Ｌ１による効果により打ち消されることとなるため、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）の改善に寄与すると考えられる。よって、半導体発光装置１００における光の利用効率が高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率も向上するため、半導体発光装置１００の輝度が向上する。
【００３５】
凹部１１５の外形は特に限定されない。凹部１１５は、側面視多角形状の外形を有していても良いし、側面視円弧状の外形を有していても良い。また、凹部１１５の側面視形状は、左右対称であっても良いし、左右非対称であっても良い。しかし、上述の事項を考慮すると、図２（ａ）に示す凹部１１５よりも、図４（ａ）に示す凹部２１５の方が好ましく、図５（ａ）に示す凹部３１５の方がより好ましい。
【００３６】
詳細には、図４（ａ）に示す凹部２１５では、側面視中央における底面は平坦である。これにより、光Ｌ３の多くは凹部２１５の底面のうち平坦な部分に入射して反射すると考えられる。よって、図４（ｂ）に示すように、光Ｌ３が半導体発光素子１３０へ再入射するときの入射角度は図３に示す場合よりも小さくなるので、光Ｌ３による不具合の発生を抑制することができる。したがって、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）がさらに改善されると考えられるので、半導体発光装置１００における光の利用効率がさらに高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率もさらに向上するため、半導体発光装置１００の輝度がさらに向上する。この効果を有効に得るためには、図２（ｂ）において斜線が付された領域内における凹部２１５の底面が平坦であることが好ましい。
【００３７】
図５（ａ）に示す凹部３１５は、側面視円弧状の外形を有している。そのため、凹部３１５の内壁面の接線と半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａとがなす角度のうちの小さい方の角度は、凹部３１５の側面視中央から側面視周縁へ向かうにつれて大きくなる（α2＜α1＜α）。これにより、成長用基板１３１から下方に漏れた光のほとんどが光Ｌ１となるため、光Ｌ３による不具合の発生が図３に示す場合よりも抑制される。よって、半導体発光装置１００の指向特性（軸上強度）がさらに改善されると考えられるので、半導体発光装置１００における光の利用効率がさらに高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率もさらに向上するため、半導体発光装置１００の輝度がさらに向上する。
【００３８】
基板１１０の一方の主面１１０Ａにおける凹部１１５の配置は特に限定されない。凹部１１５は、基板１１０の一方の主面１１０Ａにおいて、図６（ａ）に示すように格子状に配置されていても良いし、図６（ｂ）に示すように任意の一方向に延びていても良いし、図６（ｃ）に示すように基板１１０の周方向に延びていても良い。凹部１１５が基板１１０の一方の主面１１０Ａに複数設けられる場合には、隣り合う凹部１１５の間隔は、互いに同一であっても良いし、異なっても良い。
【００３９】
凹部１１５は、基板１１０の一方の主面１１０Ａのうち半導体発光素子１３０が設けられる部分に設けられていることが好ましい。これにより、上述の効果を得ることができる。しかし、パッケージ汎用性と加工性との観点では、凹部１１５は、基板１１０の一方の主面１１０Ａの全面に設けられていることが好ましい。
【００４０】
凹部１１５の外形は、基板１１０の一方の主面１１０Ａの場所によって異なっても良い。たとえば、図７（ａ）〜（ｂ）に示すように、基板５１０の一方の主面５１０Ａのうち半導体発光素子１３０が設けられる部分には、図２（ａ）に示す凹部１１５（パターン１）が形成されており、残りの部分には、側面視鋸歯状の外形を有する凹部５１５（パターン２）が形成されていても良い。これにより、半導体発光素子１３０の側方へ漏れた光も凹部５１５により基板５１０の主面５１０Ａに対して直交する方向に反射されるので、半導体発光装置の指向特性（軸上強度）がさらに改善されると考えられる。
【００４１】
凹部１１５の内部の屈折率を半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低くするためには、たとえば、凹部１１５の内部に半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料を設けることが好ましい。半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料がサファイアである場合には、低屈折率材料は１．７８以下の屈折率を有することが好ましく、たとえばシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂であることが好ましい。凹部１１５の内部の屈折率を有効に低下させるという観点では、凹部１１５の内部は低屈折率材料で充填されていることが好ましい。ここで、凹部１１５の内部が低屈折率材料で充填されている場合には、その凹部１１５の内部の屈折率は当該低屈折率材料の屈折率となる。
【００４２】
また、凹部１１５の内部を空洞としても良い。これにより、凹部１１５の内部の屈折率は１となるため、凹部１１５の内部の屈折率は半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低くなる。ここで、「凹部１１５の内部が空洞である」には、凹部１１５の内部に空気が存在していることが含まれ、凹部１１５の内部が真空状態であることも含まれる。
【００４３】
凹部１１５の内部の屈折率が１である場合、臨界角θcは小さくなる。そのため、成長用基板１３１から下方に漏れた光の大部分は、基板１１０の一方の主面１１０Ａにおいて全反射するので、１次光または２次光として半導体発光装置１００から出射される。また、成長用基板１３１から下方に漏れた光が基板１１０に吸収されることを防止できる。これらのことから、半導体発光装置１００における光の利用効率がさらに高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率もさらに向上するため、半導体発光装置１００の輝度がさらに向上する。
【００４４】
凹部１１５の内部の屈折率が１よりも大きく半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低い場合には、成長用基板１３１から下方に漏れた光は基板１１０の一方の主面１１０Ａにおいて全反射し難く、凹部１１５の内部へ入射される。そのため、上述した理由から、半導体発光装置１００からの出射光の軸上光度の増加を十分に図ることができる。また、凹部１１５の内部に低屈折率材料などが設けられているため、凹部１１５の内部が空洞である場合に比べて半導体発光素子１３０を基板１１０の一方の主面１１０Ａ上に実装し易くなる。また、成長用基板１３１から下方に漏れた光の一部が基板１１０に吸収された場合であっても、その吸収により生じる熱は凹部１１５の内部の低屈折率材料などにも吸収されるため、基板１１０にこもる熱量を少なく抑えることができる。
【００４５】
凹部１１５の内部には、低屈折率材料だけでなく、たとえば蛍光体材料も設けられていることが好ましい。蛍光体材料は、半導体発光素子１３０が発する光の少なくとも一部の波長を変換する材料であり、たとえばβサイアロン蛍光体であることが好ましい。これにより、成長用基板１３１から下方に漏れた光が凹部１１５の内部に入射されると、その光の波長は蛍光体材料により変換される。このとき、図６に示すように蛍光体材料の発光スペクトルのピーク波長はその励起スペクトルのピーク波長よりも長くなるため、蛍光体材料は入射された光よりも長波長の光を発光することとなる。よって、蛍光体材料により波長変換されて半導体発光素子１３０に再入射された光が半導体層１３２などに吸収されることを防止できる。したがって、１次光または２次光の光量のさらなる増加を図ることができるので、半導体発光装置１００における光の利用効率がさらに高くなる。なお、図８には、βサイアロン蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルを示す。
【００４６】
図９は、本発明の半導体発光装置の構成の別の一例を示す断面図である。図９に示すように、凹部１１５上には、反射層７１０が設けられていることが好ましい。これにより、成長用基板１３１から下方に漏れた光は反射層７１０により反射されるため、半導体発光素子１３０へ再入射される光の量が多くなる。よって、半導体発光装置１００における光の利用効率がさらに高くなる。また、半導体発光装置１００からの光の取り出し効率もさらに向上するため、半導体発光装置１００の輝度がさらに向上する。反射層７１０の材料は、半導体発光素子１３０が発する光の波長に応じて選択されることが好ましい。半導体発光素子１３０が発する光の波長が２６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であるので、反射層７１０はＡｌまたはＡｇを含むことが好ましい。
【００４７】
なお、本発明は、図１に示す半導体発光装置以外の半導体発光装置についても適用可能である。たとえば、本発明は、図１２に示すように封止樹脂９０３の表面が実装基板９０１側に凹んでいる半導体発光装置にも適用可能であり、図１３に示すように封止樹脂９０３の表面が平坦である半導体発光装置にも適用可能である。図１２または図１３に示す半導体発光装置では、デバイスの効率低下または輝度の低下を招くことがあるが、本発明を適用すればこれらの不具合が解消されるという顕著な効果が得られる。よって、本発明は、図１に示すように透明樹脂層１８２の表面が基板１１０とは反対側に突出している半導体発光装置に適用されるよりも、図１２または図１３に示す半導体装置に適用される方が、顕著な効果を発揮する。
【００４８】
［半導体発光装置の製造方法］
以下では、図１に示す半導体発光装置を製造する方法を説明する。まず、凹凸構造１１３が一方の主面１１０Ａ上に形成されてなる基板１１０を準備する。凹凸構造１１３を形成する方法は特に限定されない。たとえば、基板１１０の材料がセラミックスである場合には、所望の凹凸形状が形成されたグリーンシートを焼成するという方法が挙げられる。または、表面に凹凸構造１１３を有する金属プレートを別途準備し、この金属プレートをセラミックス基板の所望部分に嵌め込むという方法であっても良い。なお、準備した基板１１０には、ボンディング用パッド電極１５０とスルーホール電極１６０と電極部１７０とが設けられていることが好ましい。
【００４９】
次に、基板１１０の一方の主面１１０Ａ上に半導体発光素子１３０を設ける。このとき、大気圧下、減圧下または真空状態下において半導体発光素子１３０を設ければ、凹部１１５の内部が空洞となる。また、半導体発光素子１３０を設ける前に、低屈折率材料または低屈折率材料と蛍光体材料との混合物を凹部１１５の内部に設けても良い。
【００５０】
続いて、必要に応じて、ワイヤ１４０を用いて半導体発光素子１３０の電極パッド１３３と基板１１０に設けられたボンディング用パッド電極１５０とを接続する。そののち、公知の手法により、蛍光体層１８１および透明樹脂層１８２を順に形成する。このようにして図１に示す半導体発光装置を製造することができる。
【００５１】
なお、図７に示す半導体発光装置を製造するときには、たとえば蒸着法または印刷法などによって、基板１１０の凹凸構造１１３の凹部１１５上に反射層７１０を設ければ良い。
【００５２】
以上説明したように、図１などに示す半導体発光装置１００は、基板１１０と、基板１１０の一方の主面１１０Ａ上に設けられた半導体発光素子１３０とを備える。基板１１０は、一方の主面１１０Ａに、半導体発光素子１３０から該基板１１０に向けて放射された光（成長用基板１３１から下方に漏れた光）の少なくとも一部を半導体発光素子１３０に向けて反射させる凹凸構造１１３を有する。凹凸構造１１３の凹部１１５の内部の屈折率は、半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低い。
【００５３】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部には、半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料が設けられていることが好ましい。これは、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部の屈折率を低下させる手法の一例である。
【００５４】
半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料がサファイアであるとき、低屈折率材料は、１．７８以下の屈折率を有することが好ましく、たとえばシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂であることが好ましい。これにより、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部の屈折率を半導体発光素子１３０の対向面１３０Ａを構成する材料の屈折率よりも小さくすることができる。
【００５５】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部には、低屈折率材料とは別に、半導体発光素子１３０が発する光の少なくとも一部の光の波長を変換する蛍光体材料が設けられていることが好ましい。これにより、半導体発光素子１３０へ再入射された光が当該半導体発光素子１３０に吸収されることを防止できる。
【００５６】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部は低屈折率材料で充填されていても良い。これにより、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部の屈折率をさらに低下させることができる。
【００５７】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部は空洞であってもよい。これは、凹凸構造１１３の凹部１１５の内部の屈折率を低下させる手法の別の一例である。
【００５８】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５上には、半導体発光素子１３０から基板１１０に向けて放射された光の少なくとも一部を半導体発光素子１３０に向けて反射させる反射層７１０が設けられていることが好ましい。これにより成長用基板１３１から下方に漏れた光は反射層７１０により反射されるため、半導体発光素子１３０へ再入射される光の量が多くなる。半導体発光素子１３０が発する光の波長が２６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であるときには、反射層７１０はＡｌまたはＡｇを含むことが好ましい。
【００５９】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３の凹部１１５は、側面視円弧状の外形を有しても良いし、側面視多角形状の外形を有しても良い。
【００６０】
図１などに示す半導体発光装置１００では、凹凸構造１１３は、基板１１０の一方の主面１１０Ａの全面に設けられていることが好ましい。これにより、半導体発光素子１３０の側方へ漏れた光も凹部１１５により基板１１０の主面１１０Ａに対して直交する方向に反射されるので、半導体発光装置の指向特性（軸上強度）がさらに改善されると考えられる。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６２】
＜実施例１＞
まず、所望の凹凸形状が形成されたグリーンシート（セラミックス製）を焼成して、図２（ａ）に示す凹凸構造１１３が一方の主面１１０Ａ上に形成されてなる基板１１０を準備した。このとき、凹凸構造１１３の凹部１１５の内壁面１１５Ａの傾斜角度αは４５°であった。また、一方の主面１１０Ａにおける凹部１１５の配置は図６（ｂ）に示すとおりであった。さらに、凹部１１５は、側面視逆三角形状の外形を有していた。そののち、基板１１０に、ボンディング用パッド電極１５０とスルーホール電極１６０と電極部１７０とを設けた。
【００６３】
次に、シリコーン樹脂（低屈折率材料）で凹部１１５の内部を充填した。そののち、基板１１０の一方の主面１１０Ａ上に半導体発光素子１３０をダイボンディングしてから、ワイヤ１４０を用いて半導体発光素子１３０の電極パッド１３３とボンディング用パッド電極１５０とを接続した。
【００６４】
続いて、ボンディング用パッド電極１５０上にダムシートを設けてから、βサイアロンおよびカゼン（蛍光粒子）を含むシリコン樹脂をダムシートよりも内側に注入した。そののち、１５０℃の温度下で１２０分間加熱することにより蛍光体層１８１を形成し、ダムシートを除去した。
【００６５】
続いて、蛍光体層１８１が形成された基板１１０を下側金型に固定してから、シリコン樹脂（透明樹脂）がキャビティ内に設けられた上側金型を蛍光体層１８１上に配置した。上側金型と下側金型とを互いに固定した状態で１５０℃の温度下で１分間加熱した。これにより、実施例１の半導体発光装置を製造した。
【００６６】
＜実施例２＞
図４（ａ）〜（ｂ）に示す凹部２１５を形成したことを除いては上記実施例１と同様の方法にしたがって、実施例２の半導体発光装置を製造した。
【００６７】
＜実施例３＞
図５（ａ）〜（ｂ）に示す凹部３１５を形成したことを除いては上記実施例１と同様の方法にしたがって、実施例３の半導体発光装置を製造した。
【００６８】
＜実施例４＞
シリコーン樹脂で凹部１１５の内部を充填しなかったことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、実施例４の半導体発光装置を製造した。
【００６９】
＜実施例５＞
シリコーン樹脂で凹部１１５の内部を充填する前に蒸着法によりＡｇ層（反射層）を凹凸構造１１３の凹部１１５上に設けたことを除いては上記実施例１に記載の方法にしたがって、実施例５の半導体発光装置を製造した。
【００７０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。たとえば、図１０に示すように基板１１０の上面にガラスビーズ１１９を埋め込むことによっても、半導体発光装置からの出射光の軸上光度を高めることができ、出射光の輝度に優れた半導体発光装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１００  半導体発光装置、１１０，５１０  基板、１１０Ａ，５１０Ａ  一方の主面、１１３  凹凸構造、１１５，２１５，３１５，５１５  凹部、１１５Ａ  内壁面、１３０  半導体発光素子、１３０Ａ  対向面、１３１  成長用基板、１３２  半導体層、１３３  電極パッド、１４０  ワイヤ、１５０  ボンディング用パッド電極、１６０  スルーホール電極、１７０  電極部、１８０  封止部、１８１  蛍光体層、１８２  透明樹脂層、７１０  反射層、９０１  実装基板、９０３  封止樹脂。
【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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