(57)【要約】【課題】  封止部材の熱変形に伴う機能劣化がなく、信頼性の高い半導体装置とする。【解決手段】  本発明は、導体配線を有する支持基板に実装された半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置であって、半導体素子１０７は、支持基板１０３との間に空隙を有するように実装されており、封止部材１０２は、該空隙に繋がる開口部１０８を有することを特徴とする半導体装置である。また、半導体素子１０７は、正負一対の電極を有し、該電極の少なくとも一方が導電性部材１０６により支持基板１０３の導体配線１０４に接合されており、開口部１０８を形成する凹部は、導体配線１０４を正負一対の配線パターンに絶縁している。【選択図】  図１
2006066700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体配線を有する支持基板に実装された半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置であって、
前記半導体素子は、前記支持基板との間に空隙を有するように実装されており、前記封止部材は、該空隙に繋がる開口部を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記支持基板は、前記半導体素子が接合されている主面側に凹部を有し、前記開口部は、該凹部と前記封止部材とからなる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体素子は、正負一対の電極を有し、該電極の少なくとも一方が第一の導電性部材により前記支持基板の導体配線に接合されており、前記凹部は、前記導体配線を正負一対の配線パターンに絶縁している請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第一の導電性部材は、バンプである請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記正負一対の配線パターンは、第二の導電性部材を介して外部の電極と接続する領域を有し、その領域の側に前記開口部を有する請求項１乃至４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第二の導電性部材は、導電性ワイヤである請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記封止部材は、前記半導体素子からの光により励起されて異なる波長を有する光を発する蛍光物質を含有する請求項１乃至６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子および封止部材は、中空の透光性部材により気密封止されている請求項１乃至７に記載の半導体装置。
【請求項９】
導体配線が施された支持基板と、該支持基板に接合された正負一対の電極を有する半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置の製造方法であって、
前記半導体素子の電極と、支持基板の導体配線とを第一の導電性部材にて接合し、該半導体素子と該支持基板との間に空隙を形成する第一の工程と、
前記支持基板に接合された半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部まで、封止材料を供給して該半導体素子を被覆し、その封止材料により前記空隙の一部を前記第二の外縁部の側に押出させ、前記第二の外縁部側の封止材料に開口部を形成させる第二の工程と、
前記開口部により、前記空隙と前記封止材料の外側の空間とを繋げた後、前記封止材料を固化させる第三の工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第二の外縁部側の導体配線に第二の導電性部材を接続させる第四の工程とを有する請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体素子の第一の外縁部は、前記第二の外縁部に対して対角方向に位置する請求項９または１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記支持基板は、半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部の方向に延伸する凹部を有する請求項９乃至１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第一の導電性部材は、バンプである請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第二の導電性部材は、導電性ワイヤである請求項１０乃至１３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子が樹脂材料により封止されてなる半導体装置に関し、特に、半導体発光素子と、その半導体発光素子からの光によって励起されて蛍光を発する蛍光物質を含有する封止部材とを組み合わせた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を有する半導体装置は、半導体素子を外部環境から保護するため、半導体素子が樹脂材料からなる封止部材により被覆されている。さらに、その封止部材に蛍光体を含有させることにより、半導体発光素子からの光によって励起された蛍光を発する半導体発光装置とすることもできる。
【０００３】
例えば、特開２０００−２０８８２２号公報に開示される半導体発光装置は、サブマウント素子にフリップチップ実装された発光素子が蛍光物質含有の樹脂により封止されてなる。この発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、該電極がバンプと呼ばれる導電性部材を介してサブマウントの導電性パターンに対向され、荷重、振動および熱を加えることにより、サブマウントに接合されている。さらに蛍光物質含有の封止樹脂は、例えば、蛍光物質を含有する樹脂をスクリーン印刷法によって発光素子に塗布することによって形成される。その形成方法は、まず、サブマウントに発光素子をフリップチップ実装した後、メタルマスクをサブマウントの上に配置する。次に、メタルマスクから露出されている発光素子に対して蛍光体を含有する樹脂を塗布し、メタルマスクを取り外す。さらに、塗布された蛍光体含有樹脂を熱硬化させることにより、発光素子が蛍光体含有樹脂により封止された半導体発光装置とする。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０８８２２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、バンプを介してフリップチップ実装された半導体素子と、サブマウントとの間には隙間が生じる。さらに、半導体素子と、サブマウントとの隙間に存在する気体は、半導体素子の発熱により膨張し、半導体素子とサブマウントとの電気的および機械的接続を妨げることがある。また、発光素子を封止する樹脂が気泡を有すると、その気泡の界面で発光素子からの光が反射あるいは屈折し、所望の光学特性を有する半導体発光装置とすることができない。さらに、蛍光体含有樹脂に気泡が存在すると、発光素子の周囲に蛍光体を均一に分散させることができず、半導体発光装置の出力光に色ズレや色ムラが発生し、発光観測方位によって均一な色度を有する発光装置とすることができない。
【０００６】
一方、フリップチップ実装された半導体素子とサブマウントとの間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を充填し、その隙間を埋め、気泡の発生を抑制することがある。しかし、アンダーフィルとされた樹脂は、半導体素子の発熱により膨張する。そのため、半導体素子とサブマウントとの電気的および機械的接続が妨げられる問題は、アンダーフィルの充填によっても生じることがある。
【０００７】
そこで、本発明は、半導体素子を封止する材料の気泡に伴う問題を解決し、信頼性の高い半導体装置を量産性よく提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の目的を達成するために本発明に係る半導体装置は、導体配線を有する支持基板に実装された半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置であって、上記半導体素子は、上記支持基板との間に空隙を有するように実装されており、上記封止部材は、該空隙に繋がる開口部を有することを特徴とする半導体装置である。これにより、封止部材の変形に伴う半導体装置の品質低下を防ぐことができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【０００９】
また、上記支持基板は、上記半導体素子が接合されている主面側に凹部を有し、上記開口部は、該凹部と上記封止部材とからなることが好ましい。これにより、半導体素子と支持基板との空隙と、封止部材の外側の空間とが繋がった状態を維持することが容易にできる。
【００１０】
また、上記半導体素子は、正負一対の電極を有し、該電極の少なくとも一方が第一の導電性部材により上記支持基板の導体配線に接合されており、上記凹部は、上記導体配線を正負一対の配線パターンに絶縁していることが好ましい。これにより、導体配線の絶縁部分にて開口部を形成することができ、半導体素子と支持基板との空隙と封止部材の外側とを空間的に繋げることが容易にできる。
【００１１】
また、上記正負一対の配線パターンは、第二の導電性部材を介して外部の電極と接続する領域を有し、その領域の側に上記開口部を有することが好ましい。これにより、封止部材の機能に影響を与えない側に開口部を形成し、高品位な半導体装置とすることができる。
【００１２】
また、上記封止部材は、上記半導体素子からの光により励起されて異なる波長を有する光を発する蛍光物質を含有することができる。これにより、蛍光物質が発した蛍光を有する光を放射する発光装置とすることができる。
【００１３】
また、上記半導体素子および封止部材は、中空の透光性部材により気密封止されていることが好ましい。これにより、封止部材が外部環境の影響を受けることなく信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、導体配線が施された支持基板と、該支持基板に接合された正負一対の電極を有する半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置の製造方法であって、上記半導体素子の電極と、支持基板の導体配線とを第一の導電性部材にて接合し、該半導体素子と該支持基板との間に空隙を形成する第一の工程と、上記支持基板に接合された半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部まで、封止材料を供給して該半導体素子を被覆しながら、その封止材料により上記空隙の一部を前記第二の外縁部の側に押出させ、上記第二の外縁部側の封止材料に開口部を形成させる第二の工程と、上記開口部により、上記空隙と前記封止材料の外側の空間とを繋げた後、上記封止材料を固化させる第三の工程と、を有することを特徴とする。これにより、封止部材の変形に伴う半導体装置の品質低下を防ぎ、信頼性の高い半導体装置を製造することが容易にできる。
【００１５】
また、上記第二の外縁部側の導体配線に第二の導電性部材を接続させる第四の工程とを有することができる。これにより、封止部材の機能に悪影響を与えることなく、外部電極との電気的接続を図ることができる。
【００１６】
また、上記半導体素子の第一の外縁部は、前記第二の外縁部に対して対角方向に位置することが好ましい。これにより、所定の方向に上記開口部を形成することが容易にできる。
【００１７】
また、上記支持基板は、半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部の方向に延伸する凹部を有することが好ましい。これにより、所定の方向に上記開口部を形成することが容易にできる。
【００１８】
なお、上述の半導体装置およびその製造方法において、上記第一の導電性部材は、バンプであることが好ましい。これにより、半導体素子と支持基板との間に、容易に隙間を生じさせることができる。また、上記第二の導電性部材は、導電性ワイヤであることが好ましい。これにより、半導体装置の外部との電気的接続を容易にとることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる半導体装置は、封止部材の外側と、半導体素子と支持部材との間に生じた間隙が空間的に繋がるような開口部を有しており、上記間隙内の気圧と封止部材の外側の気圧とが等圧状態に維持される。これにより、半導体素子と支持部材との間に生じた間隙に存在する気体が膨張あるいは収縮しても、その気体は、上記空間と封止部材の外側の空間と間の移動が自由にできる。そのため、封止部材が変形したり、半導体素子と支持基板との間に入り込んだ封止部材の膨張によって、半導体素子と支持部材との接合が断たれたりする恐れがない。したがって、本願発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、高品質な封止部材を有する半導体装置とすることができ、さらに光学特性に優れた信頼性の高い発光装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体装置を例示するものであって、本発明は半導体装置を以下に限定するものではない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、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、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明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。
【００２１】
一般に、半導体素子を有する半導体装置は、半導体素子を外部環境から保護するため、あるいは所望の光学特性を有する発光装置とするため、樹脂材料からなる封止部材により半導体素子が被覆されている。例えば、ＬＥＤチップが透光性樹脂により封止されてなる発光ダイオードは、その透光性樹脂中に蛍光物質を含有させることにより、半導体発光素子からの光によって励起された蛍光を発する発光ダイオードとすることもできる。
【００２２】
また、サブマウント素子にフリップチップ実装された発光素子が蛍光物質含有の樹脂により封止される発光ダイオードもある。このように、発光素子をフリップチップ実装することにより、発光素子からの放熱性を向上させ、高出力発光可能な発光ダイオードとすることができる。このような発光装置において、発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極のうち少なくとも一方がバンプと呼ばれる導電性部材を介してサブマウントの導電性パターンに対向され接合されている。さらに蛍光物質含有の封止樹脂は、例えば、蛍光物質を含有する樹脂をスクリーン印刷法によって発光素子に塗布することによって形成される。その形成方法は、まず、フリップチップ実装された発光素子をサブマウントに対し、メタルマスクをサブマウントの上に配置する。次に、メタルマスクから露出されている発光素子に対して蛍光体を含有する樹脂を塗布し、メタルマスクを取り外す。さらに、塗布された蛍光体含有樹脂を熱硬化させることにより、発光素子が蛍光体含有樹脂により封止された半導体発光装置とする。
【００２３】
バンプを介して半導体素子をフリップチップ実装すると、半導体素子とサブマウントとの間にバンプの厚み分だけの隙間が生じる。この隙間は、封止部材にて半導体素子を被覆した後も残存することとなる。さらに、半導体素子とサブマウントとの隙間に存在する空気は、熱により膨張し、半導体素子とサブマウントとの電気的および機械的接続が断たれることがある。また、半導体装置をエージングさせるときに、半導体素子とサブマウントとの間隙に残留している空気が膨張することにより、封止部材が破損する恐れがある。
【００２４】
一方、フリップチップ実装された半導体素子とサブマウントとの間にアンダーフィルと呼ばれる樹脂を充填し、その隙間を埋めることもできる。しかし、アンダーフィルとされた樹脂も熱を受けて膨張する。そのため、アンダーフィルを充填しないときと同様に、半導体素子とサブマウントとの電気的および機械的接続が断たれることがある。
【００２５】
また、半導体素子を封止材料にて被覆する際、上記隙間に残存する空気が封止樹脂中に入り込み、気泡として残存することがある。これにより、その気泡の界面で発光素子からの光が反射あるいは屈折し、所望の光学特性を有する半導体発光装置とすることができない。さらに、蛍光物質を含む樹脂に気泡が存在すると、発光素子の周囲に蛍光物質を均一な量で分散させることができず、半導体発光装置の出力光に発光観測方位によって色ズレや色ムラが発生し、光学特性に優れた発光装置とすることができない。
【００２６】
（半導体装置）
そこで、本発明者らは、導体配線を有する支持基板に実装された半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置において、種々の検討を行った結果、半導体素子を、支持基板との間に空隙を有するように実装させ、封止部材は該空隙に繋がる開口部を有する半導体装置とすることにより、上述の課題を解決するに至った。
【００２７】
すなわち、本発明にかかる半導体装置は、封止部材の外側と、半導体素子と支持基板との間に生じた間隙が空間的に繋がるような開口部を有しており、上記間隙内の気圧と封止部材の外側の気圧とが等圧状態に維持されることとなる。なお、本明細書中において、「空間的に繋がる」とは、気体の移動が可能な程度の隙間が生じていることをいう。
【００２８】
したがって、半導体素子と支持部材との間隙と、封止部材の外側の空間との間で、気体の移動が自由である。そのため、発光装置を長時間、高出力で使用しても、封止部材が変形したり、半導体素子と支持基板との間に入り込んだ封止部材の膨張によって、半導体素子と支持部材との接合が断たれたりする恐れがない。
【００２９】
また、上記支持基板は、上記半導体素子が接合されている主面側に凹部あるいは溝を有し、上記開口部は、該凹部の内壁面と上記封止部材の外面とから形成されていることが好ましい。さらに、上記半導体素子は、正負一対の電極を有し、その電極の少なくとも一方が導電性部材により上記支持基板の導体配線に接合されており、上記凹部は、上記導体配線を正負一対の配線パターンに絶縁している部分であることが好ましい。これにより、導体配線の絶縁部分を開口部の形成に利用することができ、半導体素子と支持基板との空隙と封止部材の外側とを空間的に繋げることが容易にできる。また、封止材料中に含有される気泡が凹部を介して封止材料の外部に放出され易くなる。また、絶縁部分の延伸方向を所定の方向とすることで、開口部を所望の位置に形成することができると考えられる。例えば、本形態にかかる発光装置と、該発光装置からの出光を光学制御する反射鏡（リフレクタ）とを組み合わせる。このとき、発光素子の側面のうち、リフレクタに対向している側面方向以外から出射する光は、実質的に発光装置の光学特性に影響を及ぼさない。また、上記正負一対の配線パターンは、導電性ワイヤなどの導電性部材を介して外部の電極と接続する領域をリフレクタと反対側に有し、その領域の側に上記開口部を有することができる。したがって、リリフレクタに対向している側面方向以外に開口部が位置するような封止部材とすることにより、発光装置の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、信頼性の高い発光装置とすることができる。さらに、上記凹部を形成することにより、半導体素子と支持基板との空隙と、封止部材の外側の空間とが繋がった状態を確実に維持することができる。すなわち、半導体装置の長時間の使用により、封止部材が多少変形したとしても、上記凹部により開口部の形状およびその機能は十分に維持することができる。
【００３０】
また、上記半導体素子および封止部材は、中空の透光性部材により気密封止されていることが好ましい。すなわち、凹部を有する透光性部材の該凹部の内壁面を、支持基板に載置された半導体素子および該半導体素子を被覆する封止部材に対向させる。さらに、透光性部材の凹部の側壁端部を支持基板に固着させることにより、半導体素子および封止部材を密封する。これにより、凹部内壁面と支持基板の半導体素子実装面とで形成される中空の部分の内圧および半導体素子と支持基板との間隙の気圧は、封止部材の開口部によって一定とすることができる。したがって、封止部材の変形に伴う光学特性の劣化が生じることなく、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００３１】
（半導体装置の製造方法）
上記目的を達成するために本発明に係る半導体装置の製造方法は、導体配線が施された支持基板と、該支持基板に接合された正負一対の電極を有する半導体素子と、該半導体素子を被覆する封止部材とを備える半導体装置の製造方法である。特に、少なくとも以下の工程を有することにより、上述したような課題を解決するに至った。
【００３２】
（１）まず、上記半導体素子の電極と、支持基板の導体配線とを第一の導電性部材にて接合し、該半導体素子と該支持基板との間に空隙を形成する。ここで、半導体素子の電極は、同一面側に正負一対の電極を有するものに限定されない。半導体素子の主面と裏面側で極性が異なる電極を有する半導体素子とすることもできる。第一の導電性部材は、ＡｕＡｇ、Ａｌなどの金属を材料とするバンプ、Ａｕ−Ｓｎなどの半田バンプなどとされ、半導体素子と支持基板との間に間隙が形成されるように、半導体素子の電極あるいは支持基板の導体配線に対してドット状に複数個が配置される。また、本形態におけるバンプは、バンプボンダーにより、ボール状とされた金属細線の先端部を半導体素子の電極あるいは支持基板の導体配線に対して溶着させることにより形成される他、蒸着、鍍金などの方法により形成させることもできる。
【００３３】
なお、本明細書中では、半導体素子と導体配線との接続方法について、荷重、熱および超音波によりバンプを溶着させる方法を例示するが、接続方法はこれに限定されることはない。すなわち、半導体素子と支持基板との間に空隙を形成することができる種々の方法、例えば、スタットバンプボンディング法（ＳＢＢ法）や異方導電シート／接着剤を用いるＡＣＦ法を適用できることは言うまでもない。
【００３４】
（２）次に、上記支持基板に接合された半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部まで、封止材料を連続して供給することにより該半導体素子を被覆しながら、封止材料により上記空隙の一部を第二の外縁部の側に押出させ、その空隙の一部により開口部を形成させる。すなわち、半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部まで、封止材料を連続して供給すると、空隙の一部（特に、半導体素子の外縁近傍に存在する空隙）に供給された封止材料の体積分だけ、第二の外縁部の側に空気が押出され、開口部が形成される。
【００３５】
ここで、第一の外縁部とは、半導体素子が矩形であるとき、隣接する二辺によって形成された半導体素子の角の部分であり、第二の外縁部とは、同じく隣接する二辺によって形成された半導体素子の角の部分、かつ第一の外縁部から最も離れている部分である。また、本発明者らの実験によれば、半導体素子の第一の外縁部は、第二の外縁部に対して対角方向に位置することが好ましい。さらに、上記支持基板は、半導体素子の第一の外縁部から第二の外縁部の方向に延伸する凹部を有することが好ましい。これにより、第二の外縁部の側に開口部を形成することが容易にできる。
【００３６】
封止材料は、封止部材と形成するための材料であり、半導体素子に対して、スクリーン印刷や孔版印刷などの方法により第一の外縁部から第二の外縁部の方向に徐々に配置され、半導体素子を被覆する。本形態において、半導体素子は、まず、側面方向を比較的粘度の高い封止材料で被覆され、次に、主面方向を粘性の低い材料で被覆されることが好ましい。これにより、主面方向の封止材料の表面は容易に平滑化され、側面方向では樹脂ダレを生じさせることなく、所望の厚みの封止部材により半導体素子を被覆させることができる。
【００３７】
（３）さらに、上記第二の外縁部を形成する二辺のうちの一辺の側（例えば、図２に示される矢印の位置）に形成される開口部により、上記空隙と上記封止材料の外側の空間とを繋げた後、上記封止材料を固化させる。なお、封止材料は、形成された開口部の形状が固化されるまで保持できるような所定の粘度に調整される。
【００３８】
また、上記第二の外縁部側の導体配線に第二の導電性部材を接続させることができる。これにより、封止部材の機能に悪影響を与えることなく、半導体素子が外部電極との電気的接続を図ることができる。例えば、上記第二の外縁部側に、導電性ワイヤのような金属細線をワイヤーボンディングさせることができる。さらに、第一の外縁部側に反射鏡を配置させ、発光素子からの光を所定の方向に反射させる発光装置とする。つまり、発光素子から出射する光のうち、出射される光が反射鏡で集光される封止部材の光出射面側には、開口部が形成されていないようにする。これにより、発光素子からの光射する光を開口部の形状により影響を受けることなく反射鏡に集光させることができ、開口部が発光装置の光学特性に悪影響を及ぼさないようにすることができる。
【００３９】
なお、本発明の別の実施態様によれば、別工程で成型された枠体を半導体素子の周囲に配置して封止部材に代えることもでき、封止部材の一部とすることもできる。このような枠体の開口部は、半導体素子の外形が収まる方向、すなわち半導体素子の側面方向に貫通するように形成される。あるいは、開口部とする箇所に所定の間隔が空くように分断された枠体とすることもできる。
【００４０】
枠体は、半導体素子の側面方向を包囲するように、半導体素子が実装された支持基板に固定される。さらに、半導体素子の主面（例えば、半導体素子の半導体成長用基板面）側に透光性樹脂を配置させて、封止部材とすることもできる。以下、本形態の各構成について詳述する。
【００４１】
［半導体素子］
本発明における半導体素子は、発光素子、受光素子、およびそれらの半導体素子を過電圧による破壊から守る保護素子、あるいはそれらを組み合わせたものとすることができる。ここでは特に、発光素子として、ＬＥＤチップについて説明する。ＬＥＤチップを構成する半導体発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を使用したものを挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。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。
【００４２】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ等のバッファ層を形成し、その上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００４３】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子の例として、バッファ層上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構成などが挙げられる。
【００４４】
窒化物半導体は、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型窒化物半導体を形成させる場合は、ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、ｐ型窒化物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、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。
【００４５】
ｐ型半導体層には、発光素子に投入された電流をｐ型半導体層の全面に広げるための拡散電極が設けられる。さらに、拡散電極およびｎ型半導体層には、本形態における導電性部材であるバンプや導電性ワイヤのような導電部材と接続するｐ側台座電極およびｎ側台座電極がそれぞれ設けられる。
【００４６】
本形態において、発光素子は、ｐ型半導体側の正電極およびｎ型半導体側の負電極を有し、発光観測面方向から見て、負電極が正電極の間にあるようにそれぞれの電極が交互に配されている。これにより、本発明にかかる導体配線を有する支持基板に対して安定にフリップチップ実装できるだけでなく、電極間を流れる電流が均一になることにより発光素子の発光面からの発光が均一になるため好ましい。また、上記ｎ型半導体は、発光観測面方向から見て、導電性部材が載置され互いに対向する隅部と、該隅部から半導体素子の内側方向に向かって細くなる括れ部と、互いに対向する括れ部同士を結ぶ延伸部とを有するように半導体層から露出される。これにより、発光素子の発光に寄与しないｎ側半導体の領域を減らし、ｐ側半導体の領域を相対的に増やすことで発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。以下、本形態における発光素子について詳細に説明する。
【００４７】
図７は、本形態における半導体発光素子を電極が形成されている側から見た上面図である。図７に示されるように、ｐ側およびｎ側台座電極の形状は、ドット状に配置されるバンプの配置パターンに対応させて楕円形状に保護膜から露出される。
【００４８】
拡散電極あるいはｐ側台座電極、およびｎ側台座電極の形成は、エッチング等の方法によりｎ型半導体を露出させた後、蒸着法やスパッタリング法により行う。ここで、ｎ型半導体が互いに平行なストライプ状に露出されるように形成し、拡散電極や台座電極を発光素子に形成する。これにより、本発明にかかる導体配線を有する支持基板に対して安定に実装でき、また、電極間を流れる電流が均一になることにより発光素子の発光面からの発光が均一になるため好ましい。
【００４９】
図７に示されるように、電極が形成されている側から見て、露出されたｎ型半導体の領域は、矩形の発光素子の対向する二辺に隅部を有する。その隅部には、ｎ側台座電極１１０が保護膜から露出される。さらに、ｎ側台座電極は、上記隅部の領域から発光素子の内側方向に向かって徐々に幅が細くなっている括れ部１１２を有する。さらに、発光素子は、一方の括れ部１１２から、他方の括れ部１１２まで直線状に延びる延伸部１１１を有している。なお、括れ部１１２および延伸部１１１は、保護膜に被覆されている。
【００５０】
また、電極が形成されている側から見て、ｐ側の拡散電極の幅は、発光素子中央部分において露出されたｎ型半導体領域の幅より広い。また、ｎ型半導体は、ｐ側拡散電極およびｐ型半導体の間に露出され、その露出されたｎ型半導体（主に延伸部１１１）およびｐ側台座電極１０９が交互に配されている。このように、本形態にかかる発光素子は、括れ部分および延伸部を有することによりｐ側拡散電極の領域面積を大きくすることができ、発光素子に投入される電流を均一に拡散させ、その電流量を増大させることができる。したがって、本形態にかかる発光素子は、発光素子からの放熱性を向上させ、従来と比較して高輝度な発光装置を構成することができる。さらに、発光素子の発光に寄与しないｎ型半導体の露出領域を減らし、ｐ型半導体の領域およびｐ側拡散電極の領域を相対的に増やすことで発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【００５１】
本形態において、ｐ側およびｎ側台座電極の材料は、バンプに含有される材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。すなわち、バンプがＡｕを材料とするときは、ｐ側およびｎ側台座電極の材料、特にバンプとの接合面となる最上層の材料は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とする。例えば、ｐ側およびｎ側台座電極は、Ｒｈ／Ｐｔ／ＡｕおよびＷ／Ｐｔ／Ａｕとされ、それぞれの金属の厚みは数百Å〜数千Åである。なお、本明細書中において、記号「Ａ／Ｂ」は、金属Ａおよび金属Ｂが順にスパッタリングあるいは蒸着のような方法により積層されることを示す。
【００５２】
また、ｐ型半導体層側全面に形成される拡散電極は、発光素子の出光を発光素子の透光性基板方向へ反射させる材料とすることが好ましい。例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒが挙げられる。その他、ｐ型半導体層の全面にＩＴＯ（インジウム（Ｉｎ）とスズ（Ｓｎ）の複合酸化物）、ＺｎＯのような酸化物導電膜や、Ｎｉ／Ａｕ等の金属薄膜を透光性の拡散電極として形成させることができる。
【００５３】
基板にサファイア等の透光性の絶縁性基板を用いた場合、正負両電極形成後、半導体ウエハから所望の大きさ、形状のチップ状にカットすることで、同一面側に正負両電極が設けられた窒化物半導体チップが得られ、発光素子を形成することができる。
【００５４】
［支持基板］
本形態における支持基板とは、少なくとも半導体素子の電極に対向する面に導体配線が施され、フリップチップ実装された半導体素子を固定・支持するための部材である。さらに、支持基板を実装基板のリード電極に導通させるときには、半導体素子に対向する面からリード電極に対向する面にかけて導体配線が施される。
【００５５】
導体配線の材料とする金属は、Ａｕや銀白色の金属、特に、反射率の高いＡｌなどとされる。反射率の高い銀白色の金属とすることにより、発光素子からの光が支持基板と反対側の方向に反射され、発光装置の光取り出し効率が向上するため好ましい。ここで、導体配線の材料とする金属は、金属相互間の接着性の良さ、いわゆる濡れ性等を考慮して選択されることが好ましい。例えば、Ａｕバンプを介して、Ａｕを含むＬＥＤチップの電極とを超音波ダイボンドにより接合するとき、導体配線は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とする。導体配線は、所定のパターンを有するマスクを用いた蒸着あるいはスパッタ、あるいは鍍金などの方法により形成される。
【００５６】
支持基板の材料は、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＢＮ、Ｃ（ダイヤモンド）などが使用される。さらに、発光素子と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば窒化物半導体発光素子に対して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。このような材料を使用することにより、支持基板と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。あるいは、支持基板の材料は、静電保護素子の機能を備えさせることもでき安価でもあるＳｉ（シリコン）が好ましい。
【００５７】
保護素子の機能を備えるサブマウントの一例として、例えば、Ｓｉダイオード素子のｎ型シリコン基板内に選択的に不純物イオンの注入を行うことによりｐ型半導体領域を形成し、逆方向ブレークダウン電圧が所定の電圧に設定する。
【００５８】
保護素子の機能を備えるサブマウントの他の一例として、Ｓｉダイオード素子であり、複数のｎ型半導体領域およびｐ型半導体領域が一方の主面方向に形成されているサブマウントが挙げられる。さらに、銀白色の金属を材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ）とする反射膜が上記ｐ型およびｎ型の半導体領域に電気的に接続するように形成される。また、反射膜の一部の領域は、金属材料が蒸着あるいはスパッタリングされることにより、電極とすることができる。その電極は、バンプが載置され、あるいは発光素子の電極と直接接合することができる。また、ｐ型半導体領域および反射膜が形成されていないｎ型半導体領域の一部は、例えば、ＳｉＯ２のような絶縁膜により被覆されている。また、サブマウントは、裏面に、金属材料が蒸着あるいはスパッタリングされた電極を有することができる。
【００５９】
半導体発光素子は、上記保護素子の機能を備えるサブマウントに対してフリップチップ実装される。すなわち、サブマウントのｎ型半導体領域の電極にＡｕバンプを載置した後、半導体発光素子のｐ側台座電極およびｎ側台座電極が、Ａｕバンプを介して対向される。次に、超音波、熱および荷重を加えることにより、半導体発光素子とサブマウント部材とが電気的および機械的に接続される。サブマウント部材のＳｉダイオード素子と半導体発光素子の回路構成は、２つのダイオードの直列接続による双方向ダイオードと、半導体発光素子との並列接続となる。これにより、半導体発光素子は、順方向・逆方向の過電圧から保護され、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００６０】
さらに、支持基板に対し、発光素子の実装に悪影響を与えない箇所に、孔や凹凸形状を設ける。このような形状を設けることにより、半導体素子と支持基板との間に生じた間隙と、封止部材の外郭面の外側へ連絡する空隙を有する半導体装置とすることができる。
【００６１】
また、支持基板の厚さ方向に少なくとも一つ以上の貫通孔を設け、貫通孔の内壁面に導体配線が延材するように形成すると、放熱性がさらに向上するため好ましい。なお、本形態における支持基板の導体配線は、導電性ワイヤーを介して実装基板のリード電極と接続されるが、一方の主面から他方の主面に施された導体配線と外部のリード電極とを接合部材により接続する構成としても構わない。
【００６２】
支持基板に設けた導体配線と半導体素子の電極との接続は、第一の導電性部材として利用可能な接合部材、例えばＡｕ、共晶材（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ）、ハンダ（Ｐｂ−Ｓｎ）、鉛フリーハンダなどによって超音波接合を行う。また、導体配線と実装基板のリード電極とを直接接続する構成とするとき、支持基板の裏面に設けた導電性パターンとリード電極との接続は、例えばＡｕペースト、Ａｇペーストなどの導電性接着剤によって行うことが好ましい。
【００６３】
［封止部材］
本形態において、封止部材とは、被覆する半導体素子を外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護するためのものである。特に、本形態における封止部材は、半導体素子と支持基板との間に生じた空隙と、封止部材の外側の空間とを繋ぐための開口部を有する。開口部の大きさ（内径）は、実装された半導体素子と支持基板との間隔と同程度であり、空気の移動が可能な程度である。また、封止部材は、半導体発光素子からの光により励起されて異なる波長を有する光を発する蛍光物質を含有することもできる。
【００６４】
封止部材は、形状を種々変化させることによって発光素子から放出される光の指向特性を種々選択することができる。即ち、封止部材の形状を凸レンズ形状、凹レンズ形状とすることによってレンズ効果をもたすことができる。そのため、所望に応じて、ドーム型、発光観測面側から見て楕円状、立方体、三角柱など種々の形状を選択することができる。
【００６５】
具体的封止部材としては、耐光性、透光性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂などの有機物質や硝子など無機物質を選択することができる。また、封止部材に発光素子からの光を拡散させる目的で酸化アルミニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化珪素などを含有させることもできる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有させる。また、封止樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。
【００６６】
［蛍光体］
本発明において、半導体素子を発光素子とするとき、半導体発光素子からの光により励起されて異なる波長を有する光を発する蛍光物質を配置することができる。例えば、（１）半導体発光素子の半導体素子構造や保護膜、（２）発光素子あるいはサブマウントを被覆する封止部材、（３）発光素子がフリップチップ実装されたサブマウントを支持体に固着させるダイボンド材、（４）サブマウントおよびパッケージのような支持基体など、各構成部材中および／または各構成部材の周辺に無機蛍光体や有機蛍光体のような種々の蛍光物質を配置または含有させることができる。特に、封止部材と組み合わされる蛍光物質は、封止部材の発光観測面側表面を被覆するようにシート状に設けられる他、封止部材の発光観測面側表面および発光素子から離間させた位置に、蛍光体を含む層、シート、キャップあるいはフィルターとして封止部材の内部に設けることもできる。また、フリップチップ実装された発光素子を被覆するように形成される波長変換部材は、蛍光体を含む結着材を材料として、メタルマスクやスクリーン版によるスクリーン印刷や孔版印刷により形成されることが好ましい。このように形成することにより、発光素子の周囲に均一な膜厚を有する波長変換部材を形成することが容易にできる。
【００６７】
本願発明に利用可能な蛍光体は、発光素子から放出される可視光や紫外光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光するものである。特に、本形態に用いられる蛍光体は、少なくとも発光素子から発光された光によって励起され、波長変換した光を発光する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤とともに波長変換部材を構成する。結着剤としては、例えば、エポキシ樹脂のような透光性樹脂や、耐光性の高いシリコーン樹脂や金属アルコキシドを出発原料としてゾルゲル法により生成される透光性無機材料とすることもできる。
【００６８】
本明細書中における蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【００６９】
本実施の形態において使用される蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体に代表されるアルミニウム酸化物系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物系蛍光体とを組み合わせたものを使用することもできる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合して波長変換部材中に含有させてもよいし、複数の層から構成される波長変換部材中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【００７０】
（アルミニウム酸化物系蛍光体）
本実施の形態に用いられるアルミニウム酸化物系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップから発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。
【００７１】
例えば、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｔｂ２．９５Ｃｅ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｔｂ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９４Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０１Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０５Ａｌ５Ｏ１２等が挙げられる。さらに、本実施の形態において、特にＹを含み、かつＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる二種類以上のアルミニウム酸化物系蛍光体の一種であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）が利用される。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。
【００７２】
ＹＡＧ系蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。
【００７３】
本実施の形態に用いられるセリウムで付活された緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００７４】
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなり、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。
【００７５】
アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、以下のような方法で製造することができる。まず、蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂ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したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを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等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。
【００７６】
（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、一般式（Ｌｕ１−ａ−ｂＲａＭｂ）３（Ａｌ１−ｃＧａｃ）５Ｏ１２（但し、ＲはＣｅを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素である。ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄから選択される少なくとも１種の元素であり、０．０００１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．５、０．０００１≦ａ＋ｂ＜１、０≦ｃ≦０．８である。）で表される蛍光体である。例えば、組成式が（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２、（Ｌｕ０．９０Ｃｅ０．１０）３Ａｌ５Ｏ１２、（Ｌｕ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）５Ｏ１２で表される蛍光体である。
【００７７】
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＬＡＧ系蛍光体」と呼ぶことがある。）は、次のようにして得られる。蛍光体原料として、ルテチウム化合物、希土類元素Ｒの化合物、希土類元素Ｍの化合物、アルミニウム化合物及びガリウム化合物を用い、各化合物について上記一般式の割合になるように秤取し、混合するか、又はこれら蛍光体原料にフラックスを加えて混合し、原料混合物を得る。この原料混合物をルツボに充填後、還元性雰囲気中、１２００〜１６００℃で焼成し、冷却後、分散処理することにより、上記一般式で表される本発明の蛍光体を得る。
【００７８】
蛍光体原料として、酸化物又は熱分解により酸化物となる炭酸塩、水酸化物等の化合物が好ましく用いられる。また、蛍光体原料として、蛍光体を構成する各金属元素を全部又は一部含む共沈物を用いることもできる。例えば、これらの元素を含む水溶液にアルカリ、炭酸塩等の水溶液を加えると共沈物が得られるが、これを乾燥又は熱分解して用いることができる。また、フラックスとしてはフッ化物、ホウ酸塩等が好ましく、蛍光体原料１００重量部に対し０．０１〜１．０重量部の範囲で添加する。焼成雰囲気は、付活剤のセリウムが酸化されない還元性雰囲気が好ましい。水素濃度が３．０体積％以下の水素・窒素の混合ガス雰囲気がより好ましい。焼成温度は１２００〜１６００℃が好ましく、目的の中心粒径の蛍光体を得ることができる。より好ましくは１３００〜１５００℃である。
【００７９】
上記一般式において、Ｒは付活剤であり、Ｃｅを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素であって、具体的には、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｒである。ＲはＣｅのみでもよいが、ＣｅとＣｅ以外の希土類元素から選ばれる少なくとも１種以上の元素とを含んでいてもよい。Ｃｅ以外の希土類元素は、共付活剤として作用するためである。ここで、Ｒには、ＣｅがＲ全量に対し７０ｍｏｌ％以上含有されていることが好ましい。ａ値（Ｒ量）は、０．０００１≦ａ≦０．５が好ましく、０．０００１未満では発光輝度が低下し、０．５を越えても濃度消光によって発光輝度が低下する。より好ましくは、０．００１≦ａ≦０．４、さらに好ましくは、０．００５≦ａ≦０．２である。ｂ値（Ｍ量）は、０≦ｂ≦０．５が好ましく、より好ましくは０≦ｂ≦０．４であり、さらに好ましくは０≦ｂ≦０．３である。例えば、ＭがＹの場合、ｂ値が０．５を越えると長波長紫外線〜短波長可視光、特に３６０〜４１０ｎｍ励起による発光輝度が非常に低下してしまう。ｃ値（Ｇａ量）は、０≦ｃ≦０．８が好ましく、より好ましくは０≦ｃ≦０．５であり、さらに好ましくは０≦ｃ≦０．３である。ｃ値が０．８を越えると発光波長は短波長にシフトし、発光輝度が低下する。
【００８０】
ＬＡＧ系蛍光体の中心粒径は１〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは５〜５０μｍの範囲であり、さらに好ましくは５〜１５μｍの範囲である。１μｍより小さい蛍光体は、凝集体を形成しやすい傾向にある。これに対し、５〜５０μｍの粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高く、光変換部材も形成しやすい。このように、光学的に優れた特徴を有する粒径の大きな蛍光体を含有させることにより、発光装置の量産性も向上する。また、上記中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得られる。
【００８１】
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は３００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域の紫外線又は可視光により効率よく励起され発光することから、光変換部材に含有される蛍光体として有効に利用することができる。さらに、組成式の異なる複数種のＬＡＧ系蛍光体、又はＬＡＧ系蛍光体を他の蛍光体とともに用いることにより、発光装置の発光色を種々変化させることができる。半導体発光素子からの青色系の発光と、該発光を吸収し黄色系の発光する蛍光体からの発光との混色により、白色系の混色光を発光する従来の発光装置は、発光素子からの光の一部を透過させて利用するため、構造自体を簡略化できると共に出力向上を行いやすいという利点がある。その一方、上記発光装置は、２色の混色による発光であるため、演色性が十分でなく、改良が求められている。そこで、ＬＡＧ系蛍光体を利用して白色系の混色光を発する発光装置は、従来の発光装置と比較してその演色性を向上させることができる。また、ＬＡＧ系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体と比較して温度特性に優れるため、劣化、色ずれの少ない発光装置を得ることができる。
【００８２】
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用される蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体も利用することができる。窒化物系蛍光体は、赤色系の光を発光可能な蛍光体であり、可視光、紫外線等又は他の蛍光体（例えば、ＹＡＧ系蛍光体）からの発光を吸収することによって励起され発光する。つまり、この窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された光（例えば、青色光）の一部を吸収して、黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体を励起する発光スペクトルは、３６０〜４９５ｎｍであることが好ましい。さらに、４４０〜４８０ｎｍ近傍の発光スペクトルを有することが好ましい。窒化物系蛍光体の発光スペクトルは、５６０〜７００ｎｍ近傍にピーク波長を有することが好ましい。さらに、６００〜６８０ｎｍ近傍にピーク波長を有することが好ましい。例えば、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｔｂ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｃｅなどが挙げられるがこれに限定されない。
【００８３】
特に本蛍光体は、Ｍｎが添加された窒化物系蛍光体であることが好ましい。添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【００８４】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。
【００８５】
まず、原料のＳｒ、Ｃａを粉砕し、窒素雰囲気中で窒化する。同様に、原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化して、窒化ケイ素を得る。次に、Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。同様に、原料のＳｉを粉砕し窒化したＳｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。最後に、Ｍｎが添加されたＳｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。
【００８６】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。
【００８７】
（アルカリ土類金属珪酸塩）
本実施の形態における発光装置は、発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。アルカリ土類金属珪酸塩は、青色領域の光を励起光とし、暖色系の混色光を発光する発光装置とすることができる。該アルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
ここで、好ましくは、ａ、ｂ、ｃおよびｄの値のうち、少なくとも一つが０．０１より大きい。
【００８８】
本実施の形態における発光装置は、アルカリ土類金属塩からなる蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、または次式で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を有することもできる。
【００８９】
Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ３：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）
次に、本実施の形態におけるアルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。
【００９０】
アルカリ土類金属珪酸塩の製造のために、選択した組成に応じて出発物質アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムの化学量論的量を密に混合し、かつ、蛍光体の製造に常用の固体反応で、還元性雰囲気のもと、温度１１００℃および１４００℃で所望の蛍光体に変換する。この際、０．２モル未満の塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加することが好ましい。また、必要に応じて珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもできるし、ユウロピウムの一部をマンガンで置換することもできる。
【００９１】
上述したような蛍光体、即ち、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋の一つまたはこれらの蛍光体を組み合わせることによって、所望の色温度を有する発光色および高い色再現性を得ることができる。
【００９２】
（その他の蛍光体）
本実施の形態において、蛍光体として紫外から可視領域の光により励起されて発光する蛍光体も用いることができ、具体例として、以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで付活されたアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体；例えば、Ｍ５（ＰＯ４）３（Ｃｌ、Ｂｒ）：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）、Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ，Ｅｕなどの蛍光体。
（２）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体；例えば、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎなどの蛍光体。
（３）Ｅｕで付活された希土類酸硫化物蛍光体；例えば、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどの蛍光体。
（４）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｇａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ、や（５）Ｅｕで付活された有機錯体蛍光体。
【００９３】
また、これらの蛍光体は、一層からなる波長変換部材中に単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。さらに、二層以上が積層されてなる波長変換部材中にそれぞれ単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。
【００９４】
［拡散剤］
更に、本発明において、封止部材中に蛍光物質に加えて拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素およびそれらの混合物が好適に用いられる。これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。
【００９５】
ここで本明細書において拡散剤とは、中心粒径が１ｎｍ以上５μｍ未満のものをいう。１μｍ以上５μｍ未満の拡散剤は、蛍光物質からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光物質を用いることにより生じやすい色ムラを抑制することができ好ましい。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散剤は、発光素子からの光波長に対する干渉効果が低い反面、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。これにより、蛍光物質含有の樹脂などを所望の場所に滴下することにより波長変換部材を形成させる場合、シリンジ内において樹脂中の蛍光物質をほぼ均一に分散させその状態を維持することが可能となり、比較的取り扱いが困難である粒径の大きい蛍光物質を用いた場合でも歩留まり良く生産することが可能となる。このように本発明における拡散剤は粒径範囲により作用が異なり、使用方法に合わせて選択若しくは組み合わせて用いることができる。
【００９６】
［フィラー］
更に、本発明において、封止部材中に蛍光物質に加えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤と中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。更に、封止材料の流動性を長時間一定に調整することが可能となり、所望とする位置に封止部材を形成することができ、歩留まり良く量産することが可能となる。
【００９７】
また、フィラーは蛍光物質と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書中における「類似の粒径」とは、各粒子それぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光物質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光物質を良好に分散させることができ色ムラが抑制される。
【００９８】
例えば、蛍光物質及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍとすることができる。このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。
【００９９】
［導電性ワイヤ］
本形態において、第二の導電性部材として利用することができる導電性ワイヤは、導体配線とのオーミック性、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／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ２)(℃／ｃｍ)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤとして具体的には、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導電性ワイヤが挙げられる。このような導電性ワイヤは、導体配線に形成させたワイヤーボンディング領域と、外部の電極（パッケージに施された配線パターンなど）と、をワイヤー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。
【０１００】
［透光性部材］
本形態にかかる半導体装置は、半導体素子、導電性部材および封止部材を外部環境から保護し、発光素子や受光素子の配光性および集光性を制御する光学形状を有する透光性部材を備えることができる。ここで、透光性部材の形状は、受光素子への集光性や発光素子からの光の配光性を制御するため、種々の形状とされる。また、透光性部材の材料は、ガラスのような透光性無機部材、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性に優れた樹脂が選択される。
【０１０１】
本形態における透光性部材の一例として、透光性部材の一部を空洞（中空）にし、かつ均一な厚みでドーム形状としたレンズが挙げられる。このとき、空洞の部分には空気あるいは窒素ガスのような不活性気体が封入されることが好ましい。特に、窒素ガスのような不活性気体を封入することにより、放熱性を向上させるために金属粒子が含有された導電性接着剤の品質劣化を防止することができる。例えば、保護素子など裏面電極を有する半導体素子の導電性接着剤として利用されるＡｇペーストのマイグレーションを抑制し、信頼性の高い発光装置とすることができる。また、半導体素子は、空洞の部分に収納され、光学部材と支持基板とにより気密封止される。したがって、発光素子から出射した光は、上記不活性気体を媒質としてレンズの発光観測面から出射する。これにより、発光装置として上記空洞部分に収納された光源（発光素子）の部分が見かけ上、大きくならない様にすることができる。つまり、ガラスや樹脂などが満たされ、中空部が存在しない透光性部材は、それら自体が凸レンズとして機能し、見かけ上光源サイズが大きくなり、反射面のような他の光学部材に対する発光面が大きくなる。これを用いて所定の配光特性を実現させるためにはより大きな光学系が必要となる。一方、中空とすることにより、他の光学部材に対する発光面を比較的小さくとることができ、配光性をより制御しやくすなり、優れた配光性を得ることができる。
【実施例１】
【０１０２】
以下、本発明に係る一実施例について詳述する。なお、本発明は、以下に示す発光装置の実施例のみに限定されることなく、受光装置など他の半導体装置に適用できることは言うまでもない。
【０１０３】
図１は、本実施例における発光装置の模式的な断面図を示す。また、図２は、本実施例における発光装置の模式的な上面図を示す。なお、図１は、図２のＣ−Ｃにおける断面図である。本実施例における発光装置は、２つの半導体発光素子が同一の支持基板（本実施例では、「サブマウント」と呼ぶこととする。）にフリップチップ実装され、該半導体発光素子が蛍光物質を含有し、Ｘ方向に開口部を有する封止部材にて被覆されてなる。その開口部は、半導体発光素子とサブマウントとの間に生じた間隙に繋がっている。
【０１０４】
さらに、図８に示されるように、本実施例における発光装置は、その出射光を所定の方向に導くための反射面を有するリフレクタ２０２を備えた照明装置とすることができる。本実施例における発光装置から出射光は、リフレクタ２０２によって集光され、図中Ａの方向に反射される。リフレクタ２０２は、載置されたサブマウント１０３の導体配線に導電性ワイヤ１０５を介して接続される給電手段を有する実装基板２０１に固定される。図９は本実施例にかかる発光装置をＺ方向から見たときの反射面と発光素子との関係を模式的に示す図である。ここでは、簡略化のため、封止部材に被覆された発光素子はＺ方向から見て円形となるような側面について示している。発光素子の中心を基準として、発光素子の側面が反射面と対向している領域を領域Ｉとし、該領域Ｉ以外、つまり発光素子の側面が反射面と対向していない領域を領域ＩＩとして示している。このうち、領域ＩＩに対して導電性ワイヤ１０５の全体を配置させることにより、導電性ワイヤ１０５が発光装置の配光性に悪影響を及ぼすことなくすることができる。
【０１０５】
支持基板に施された導体配線は、半導体発光素子に対向する領域から導線性ワイヤが接続される領域ＩＩの方向にかけてサブマウントの素地面が露出され絶縁領域１０４ｂとされており、正負一対の配線パターンとされている。また、サブマウント１０３の素地面を底面とし、導体配線の厚み（数十μｍ）分だけの側壁を有する凹部が形成されている。本実施例における封止部材の開口部は、該凹部にそって形成されている。なお、図２において、開口部１０８が形成されている四カ所を矢印で示している。また、開口部の開口方向は、図２および図８におけるＸ−Ｙ座標のＸ方向と同じである。
【０１０６】
本実施例におけるサブマウント１０３は、窒化アルミニウムを材料とする板材に、導体配線がＡｕを材料とするスパッタリングにより形成されてなる。本実施例における導体配線は、図３に示されるように、ＬＥＤチップの正電極が対向する正の導体配線１０４ａ、およびＬＥＤチップの負電極が対向する負の導体配線１０４ｃが絶縁部１０４ｃにより絶縁分離され、互いの導体配線の一部を包囲するように形成されている。サブマウントに配される正（＋）極側の導体配線は、外部電極（図示せず）の正極側に導電性部材を介して接続される領域から、上記複数のＬＥＤチップのうち一方のＬＥＤチップ（Ａ）のｐ側台座電極に対向する位置を経由して他方のＬＥＤチップ（Ｂ）のｐ側台座電極に対向する位置まで延伸している。同様に、サブマウント１０３に配される負（−）極側の導体配線は、ＬＥＤチップ（Ａ）およびＬＥＤチップ（Ｂ）の一方のｎ側台座電極に対向する領域から、外部電極（図示せず）の負極側に接続される領域、およびＬＥＤチップ（Ｂ）の他方のｎ側台座電極に対向する領域を経由して、ＬＥＤチップ（Ａ）の他方のｎ側台座電極に対向する領域まで延伸している。したがって、サブマウント１０３に形成される導体配線は、ＬＥＤチップの電極形成面と対向する領域において、ＬＥＤチップの実装方向から見ると、正負の導体配線が互いに挟まれる状態で形成されており、２つのＬＥＤチップは並列接続とされる。
【０１０７】
また、サブマウント１０３に垂直な方向から見て、正極側の導体配線の外縁は、負極側の導体配線の方向に凸な多数の円弧が配列された形状を有し、一方、負極側の導体配線の外縁部は、正極側の凸な円弧列の外縁に対応するような凹形状を有する。
【０１０８】
図５は、本実施例における半導体発光素子であるＬＥＤチップの上面図を示す。本実施例におけるＬＥＤチップは、活性層として単色性発光ピークが可視光である４６０ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より詳細に説明すると、発光素子であるＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【０１０９】
本実施例のＬＥＤチップの素子構造は、透光性基板であるサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されたｎ型コンタクト層となるｎ型ＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層させ、さらに、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして５セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させて活性層とし、該活性層は多重量子井戸構造としてある。さらに、活性層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。
【０１１０】
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐ型コンタクト層およびｎ型コンタクト層の各表面を露出させる。次に、ｐ型コンタクト層上にＩＴＯ（インジウムと錫の複合酸化物）を材料とするスパッタリングを行い、ｐ型コンタクト層のほぼ全面にストライプ状の拡散電極が設けられる。このような電極とすることにより、拡散電極を流れる電流がｐ型コンタクト層の広範囲に広がるようにし、およびＬＥＤチップの発光効率を向上させることができる。
【０１１１】
さらに、ｐ側拡散電極およびｎ型コンタクト層の一部に対し、Ｒｈ／Ｐｔ／ＡｕおよびＷ／Ｐｔ／Ａｕを材料とするスパッタリングをそれぞれ順に行って、金属層として積層させ、ｐ側台座電極とｎ側台座電極とする。最後に、半導体を積層し上記電極が形成されたウエハをダイシングによりチップ化し、□＝１ｍｍ×１ｍｍのＬＥＤチップとする。本実施例において、ストライプ状に露出されたｎ型半導体に形成されたｎ型台座電極は、ＬＥＤチップの対向する二辺の上で絶縁性の保護膜（ＳｉＯ２）から露出される。また、エッチングにより露出されたｎ型半導体は、ＬＥＤチップの上面方向からみて、ｎ型台座電極が露出される隅部の位置からＬＥＤチップの中央方向に向かって細くなった括れ部分を有する。また、互いに対向する一対の括れ部分を結ぶように延伸部を有する。さらに、その延伸部を挟むような位置に、ｐ側の半導体層、拡散電極あるいはｐ側台座電極が保護膜から露出されている。
【０１１２】
ＬＥＤチップは、そのｐ側およびｎ側台座電極がＡｕバンプを介して正負の導体配線とそれぞれ対向され、荷重、超音波および熱をかけることにより、バンプを溶着し、サブマウントの導体配線に接合される。このとき、溶着されたバンプの厚みが２０〜２５μｍである。ｐ側台座電極と正の導体配線を接続するバンプの個数は、三つであり、ｐ側台座電極の露出面が四列あるので、正の導体配線に配置されるバンプの数は、合わせて１２個である。また、ｎ側台座電極と負の導体配線を接続するバンプの個数は、六つである。本実施例における「半導体素子と支持基板との間の空隙」とは、発光素子とサブマウントとの間において、バンプが存在していない箇所の空間をいうものとする。さらに、その空間は、サブマウント１０３の絶縁部１０４ｂを介して封止部材の開口部１０８に繋がっている。
【０１１３】
封止材料に含有させる蛍光物質は、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、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。光変換部材の材料は、シリコーン樹脂に、上記蛍光物質を２０〜７５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行い、蛍光体と結着剤であるシリコーン樹脂との硬化性組成物とする。さらに、その硬化性組成物は、フリップチップ実装された半導体発光素子の発光観測側主面であるサファイア基板面に対し、スクリーン印刷する。
【０１１４】
図５および図６は、ＬＥＤチップにスクリーン印刷する工程を示す上面図である。以下、本実施例における硬化性組成物の印刷方法について述べる。
【０１１５】
本実施例において、硬化性組成物に含まれる樹脂材料の流動性を示す指標として「ＦＬＯＷ値」を定義する。本実施例における「ＦＬＯＷ値」とは、水平面に置かれた樹脂材料が所定の温度において流動して広がる領域の広さを数値化したものとする。即ち、本実施例におけるシリコーン樹脂のＦＬＯＷ値は、水平面に載置された１ｇのシリコーン樹脂を１５０℃で１時間熱したとき、シリコーン樹脂が水平方向に広がった領域の最大径（ｍｍ）とする。
【０１１６】
工程１．まず、ＬＥＤチップの周囲にメタルマスクを配置させ、図５に示されるように、矩形のＬＥＤチップの角からＬＥＤチップの対角方向にスキージを移動させることにより、ＬＥＤチップの側面方向に硬化性組成物を印刷する。本工程におけるＦＬＯＷ値は、８．５ｍｍから１１ｍｍである。この値は、メタルマスクを外した後、硬化性組成物にタレが発生しないように調製された値である。また、図２の矢印の位置に形成される開口部の形状が崩れることがないように調製された値である。
【０１１７】
工程２．次に、図６に示されるように、ＬＥＤチップの角からＬＥＤチップの対角方向にスキージを移動させ、ＬＥＤチップの主面方向に硬化性組成物を印刷する。本工程における硬化性組成物は、側面方向に配置させた硬化性組成物よりＦＬＯＷ値が大きく、１６．５ｍｍから１９ｍｍとする。このようにＦＬＯＷ値を設定することにより、硬化性組成物は容易にレベリングし、ＬＥＤチップ１０７の上面に形成される封止部材の発光観測面は平滑面となる。本実施例の形成方法によれば、ＬＥＤチップの側面と上面とでそれぞれ物性（レオロジー）の異なる硬化性組成物を配置することが容易にできる。即ち、ＬＥＤチップの側面にはタレの生じない硬化性組成物を塗布し、ＬＥＤチップの上面側にはレベリングし易い硬化性組成物を塗布することができる。したがって、ＬＥＤチップ１０７の全方位を均一な膜厚で被覆する封止部材を得ることができ、発光観測方位によって色度変化が少ない発光装置とすることができる。
【０１１８】
工程３．メタルマスクを取り外し、ＬＥＤチップ１０７の上面に配置された硬化性組成物の発光観測面側の表面がレベリングして平滑面となるまで所定の時間放置する。
【０１１９】
工程４．開口部の形状を保持させたままＬＥＤチップ１０７に配置された硬化性組成物を１５０℃、１ｈｒで硬化させることにより、層厚が７０μｍから８０μｍの封止部材得る。
【０１２０】
以上、説明したように、本実施例における発光装置は、熱による封止部材の変形が生じることなく、配光性などの光学特性に優れた発光装置とすることができる。
【実施例２】
【０１２１】
図１０は、本実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図である。また、図１１は、本実施例にかかる発光装置の模式的な断面図である。本実施例にかかる発光装置３００は、サブマウント３０３を載置するための基板３０５と、該基板３０５に固定される透光性部材３０１と、を有する発光装置である。その他は、上述の実施例１と同様に、封止部材に開口部を有する発光装置を形成する。また、基板３０５を実施例１における実装基板２０１に固定させ、照明装置とすることもできる。
【０１２２】
本実施例における透光性部材３０１は、蛍光物質を含有する封止部材で被覆されたＬＥＤチップからの光の配光性を向上させるため、ＬＥＤチップに向かい合う側に凹部を設け、かつ均一な厚みでドーム形状とさせたガラスレンズである。さらに、透光性部材３０１は、基板３０５に対向する平面を有する端部３０６を備えており、その端部３０６がエポキシ樹脂などの接着剤３０４により基板３０５に固定される。これにより、透光性部材３０１の凹部内壁面と、基板３０５のサブマウント実装面とからなる中空の部分が形成される。また、発光素子および封止部材は、中空の部分に収納され、透光性部材３０１と基板３０５とにより気密封止されている。このとき、中空の部分に、水分を多く含む空気と置換して窒素ガスのような不活性気体を封入する。このように、窒素ガスのような不活性気体を封入することにより、放熱性を向上させるために金属粒子が含有された導電性接着剤の品質劣化を防止することができる。本実施例において、サブマウント３０３は、熱伝導性の高いＡｇペーストにて基板３０５に接着されており、Ａｇのマイグレーションが抑制され、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【０１２３】
本実施例において、ＬＥＤチップとサブマウント３０３との空隙は、封止部材３０２に設けられた開口部により、中空の部分と繋がっている。したがって、窒素ガスは、ＬＥＤチップとサブマウント３０３との空隙と、中空の部分との移動が自由にできる。そのため、本実施例における発光装置は、熱による封止部材の変形が生じることなく、配光性などの光学特性に優れた発光装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明にかかる半導体装置は、封止部材の熱変形に伴う機能劣化がなく、信頼性の高い半導体装置として、高出力かつ高信頼性発光が求められる車両用灯具などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】図１は、本発明の一実施例における発光装置を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例における発光装置を示す模式的な上面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例における支持基板を示す模式的な上面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例における発光装置の形成方法を示す模式的な上面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例における発光装置の形成方法を示す模式的な上面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例における発光装置の形成方法を示す模式的な上面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例における発光素子を示す模式的な上面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例における発光装置を利用した照明装置を示す模式的な断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例における発光装置を利用した照明装置を示す模式的な上面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例における発光装置を示す模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例における発光装置を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１００、３００・・・発光装置
１０１・・・蛍光物質
１０２・・・封止部材
１０３・・・支持基板
１０４ａ・・・正の導体配線
１０４ｂ・・・絶縁部
１０４ｃ・・・負の導体配線
１０５・・・導電性ワイヤ
１０６・・・導電性部材
１０７・・・半導体発光素子
１０８・・・開口部
１０９・・・ｐ側台座電極
１１０・・・ｎ側台座電極
１１１・・・延伸部
１１２・・・括れ部
１１３・・・硬化性組成物
２０１・・・実装基板
２０２・・・リフレクタ
２０３・・・封止部材で被覆された半導体発光素子
３０１・・・透光性部材
３０４・・・接着剤
３０５・・・基板
【図１】
2006066700.tif 000003
【図２】
2006066700.tif 000004
【図３】
2006066700.tif 000005
【図４】
2006066700.tif 000006
【図５】
2006066700.tif 000007
【図６】
2006066700.tif 000008
【図７】
2006066700.tif 000009
【図８】
2006066700.tif 000010
【図９】
2006066700.tif 000011
【図１０】
2006066700.tif 000012
【図１１】
2006066700.tif 000013