(57)【要約】【課題】  リフロー工程を行う半導体装置の信頼性を向上させる。【解決手段】  本発明は、半導体素子１０４と、該半導体素子を保持する支持基板１０３と、支持基板に配され半導体素子を被覆する被覆部材１０１と、支持基板１０３の主面と被覆部材１０１の凹状の内壁面とからなる中空部１０７と、を備える半導体装置であって、支持基板１０３は、中空部１０７まで挿通された貫通孔１０８を有することを特徴とする半導体装置である。また、貫通孔１０８は、所定の温度で溶融および固化する密栓１０９により密封されている。さらに、中空部１０７は、不活性ガスが封入されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を保持する支持基板と、該支持基板に配される被覆部材とを有し、該被覆部材と前記支持基板とからなる中空部に半導体素子を収納する半導体装置であって、
前記支持基板は、前記中空部まで挿通された貫通孔を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、所定の温度で溶融および固化する密栓により密封されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記中空部は、不活性ガスが封入されている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記中空部の方から先細りとなっている請求項１乃至３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記支持基板および前記被覆部材は、ロー材、ポリイミド、エポキシ樹脂、セラミック、ガラス、ホットメルト、変性シリコーンあるいはフッ素樹脂から選択された少なくとも一種からなる材料で接着されている請求項１乃至４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記密栓は、低融点ガラス、半田、ホットメルト、樹脂あるいは低融点合金から選択された少なくとも一種からなる請求項１乃至５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記支持基板は、光反射面を有している請求項１乃至６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体素子は、主発光ピーク波長が３５０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内である発光スペクトルの光を発する発光素子である請求項１乃至７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記被覆部材は、前記発光素子からの光を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質が含有された波長変換部材を備える請求項１乃至８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記波長変換部材と前記被覆部材との間に、前記発光素子からの光のうち、４００ｎｍ以下の波長の光を反射あるいは吸収する部材を有する請求項８または９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記蛍光物質は、少なくとも前記発光素子からの光により励起され可視光領域の光を発する二種以上の蛍光体からなり、それらの蛍光体の発光が合成され白色系の混色光を発する請求項９または１０に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード等の半導体装置、例えば高出力の発光素子が収納された半導体装置として、家庭用照明や車両用照明に用いることができ、耐熱性に優れる半導体装置に関する。特に本発明は、リフロー後に不良率の少ない半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザーダイオード等の半導体発光素子は、発光装置の光源として利用することができる。さらに、近年、半導体発光素子と該半導体発光素子からの光を吸収して発光する蛍光物質とを組合せ、白色系の混色光を発光する発光装置が実用化され、電化製品のインジケーターや液晶のバックライトなどの表示用に使用されている。そして、高い発光効率及び高輝度化により室内照明や車載用照明等に広く利用されていることが期待されている。
【０００３】
一般的に知られている半導体装置は、パッケージ内に半導体素子が実装され、その半導体素子がエポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような透光性の被覆部材によって被覆されてなる。その被覆部材は、半導体装置の光学特性を考慮すれば、レンズ状、砲弾型など種々の形状に成型されている。
【０００４】
これらの発光装置における半導体発光素子は、発光によって発熱し、発光装置全体の急激な温度変化によって、樹脂を材料とする被覆部材が膨張あるいは収縮する。これにより、被覆している金属細線に樹脂の応力が働き、その金属細線の断線などが生じることがあった。また、青色系の短波長光を発する半導体発光素子においては、高エネルギー光の照射を受ける樹脂の着色および劣化によって、透光性が変化するため、長時間の使用による半導体装置の信頼性や、発光色の色ズレ、発光ムラなどの光学特性上の問題が生じていた。
【０００５】
そこで、支持基板に搭載された半導体素子や該半導体素子に接続する金属細線を中空の被覆部材で気密封止する半導体装置が提案されている（例えば、特許文献２００３−２８２９５３参照）。本特許文献に開示される半導体装置は、半導体素子が載置される支持基板と、半導体素子を外部環境から保護する被覆部材とを有し、支持基板と被覆部材とからなり半導体素子を収納する中空部を有する。さらに、その中空部に不活性ガスが封入され、あるいは真空雰囲気のもと支持基板と被覆部材が接着されている。このような半導体装置とすることにより、樹脂の熱応力や着色劣化による半導体装置の信頼性の低下を防止することができる。また、湿気による半導体素子や線材への腐食等による劣化を防ぐことができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２８２９５３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に開示される発光装置において、支持基板と被覆部材は、エポキシ樹脂のような接着剤にて固定されており、支持基板と被覆部材とからなる中空部に空気または不活性ガスが充填されている。そのため、発光装置を外部の配線基板に半田接続させるリフロー工程において、半田を溶融させる時の温度（２４０℃〜２６０℃）により、中空部に封入されている気体の膨張により、中空部の内圧が上昇する。それにより、被覆部材を支持基板に接着している部分に力が加わり、被覆部材が支持基板から外れたり、接着性が低下したりすることによって、信頼性の高い半導体装置とすることができない。
【０００８】
また、紫外線など短波長の光を放射する半導体発光素子のパッケージとして、キャンパッケージが挙げられる。このキャンパッケージは、金属製のステムとリッドとが溶接されて強固に接合されており、紫外線など高エネルギーを放射する半導体発光素子を搭載しても安全性および信頼性の高いパッケージである。このようなキャンパッケージと比較して、上述したような半導体装置は、支持基板と被覆部材とを接着剤にて容易に固定できるため量産性に優れる反面、被覆部材と支持基板との接着力が低い。したがって、高エネルギーを放射する半導体発光素子を搭載するとき、被覆部材が支持基板から外れたり、接着性が低下したりすることによって、安全性および信頼性の高い半導体装置とすることができない。
【０００９】
一方、中空部の内圧を上昇させないことを目的として、中空部内を減圧状態にするとすれば、被覆部材の取り付け工程を真空装置内で行う必要があり、量産性の低下を招き、製造工程のさらなる簡略化が望まれることとなる。
【００１０】
また、透光性の被覆部材と支持基板とを接着する際に使用するエポキシ樹脂系の接着剤の中には、硬化時に発生する反応性の高い有機ガス（アウトガス）が結露することによって、被覆部材の内面に曇りが生じ、半導体装置の光学特性に悪影響を及ぼす。さらに、そのアウトガスが蛍光体を半導体発光素子に固着させている結着剤を劣化させたりすることがある。
【００１１】
また、従来のエポキシ樹脂系の接着剤の中にはリフロー温度で不可逆的な変化を生じることもあり、リフロー後に支持基板と被覆部材の接着性が低下し、気密性を保持できないという問題点もあった。
【００１２】
以上のことから、本発明は、リフロー時の温度に耐え、接着剤からのアウトガスを排出することもできるパッケージを有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、半導体素子を保持する支持基板と、該支持基板に配される被覆部材とを有し、該被覆部材と前記支持基板とからなる中空部に半導体素子を収納する半導体装置であって、上記支持基板は、上記中空部まで挿通された貫通孔を有することを特徴とする。これにより、リフロー工程の高温に耐え、接着剤からのアウトガスを排出することもできる半導体装置とすることができる。
【００１４】
上記貫通孔は、所定の温度で溶融および固化する密栓により密封されていることが好ましい。リフロー工程の温度にて密栓を溶融させ、リフロー工程後その密栓を固化させることにより、気密性の高い半導体装置とすることができる。
【００１５】
上記中空部は、不活性ガスが封入されていることが好ましい。これにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１６】
上記貫通孔は、上記中空部の方から先細りとなっていることが好ましい。これにより、密栓は溶融しても貫通孔内に滞留しやすくなり、量産性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１７】
支持基板および被覆部材は、ロー材、ポリイミド、エポキシ樹脂、セラミック、ガラス、ホットメルト、変性シリコーンあるいはフッ素樹脂から選択された少なくとも一種からなる材料で接着されていることが好ましい。これにより、支持基板と被覆部材との強固な接着を維持することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１８】
密栓は、低融点ガラス、半田、ホットメルト系材料、樹脂あるいは低融点合金から選択された少なくとも一種からなることが好ましい。これにより、リフロー工程の高温に耐え、気密性の高い半導体装置とすることができる。
【００１９】
上記支持基板は、光反射面を有していることが好ましい。これにより、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
【００２０】
上記半導体素子は、主発光ピーク波長が３５０ｎｍから４８０ｎｍの範囲内の光を発する発光素子である。これにより、短波長の光を発する発光素子を利用した安全性の高い半導体装置とすることができる。
【００２１】
上記被覆部材は、上記発光素子に対面する内壁面に、上記発光素子からの光を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質が含有された波長変換部材を備えることが好ましい。これにより、波長変換部材に含有される蛍光体は熱源となる発光素子から離間されて配置されるため、蛍光体の熱劣化を抑え、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００２２】
上記波長変換部材と上記被覆部材との間に、上記発光素子からの光のうち、４００ｎｍ以下の波長の光を反射あるいは吸収する部材が配置されていることが好ましい。これにより、さらに安全性の高い半導体装置とすることができる。
【００２３】
上記蛍光物質は、少なくとも上記発光素子からの光により励起され可視光領域の光を発する二種以上の蛍光体からなり、それらの蛍光体の発光が合成され白色系の混色光を発する発光装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、耐熱性が向上され信頼性の高い半導体装置を低コストで量産性良く得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。
【００２６】
半導体素子を保持する支持基板と、該支持基板に配される被覆部材とを有し、該被覆部材と前記支持基板とからなる中空部に半導体素子を収納する半導体装置において、種々の検討を行った結果、本発明者は、上記支持基板は、上記中空部まで挿通された貫通孔を有することを特徴とすることにより上述の課題を解決するに至った。
【００２７】
本形態における「中空部」とは、半導体素子を収納し、その半導体素子を外部環境から保護する被覆部材と該被覆部材が配置された支持基板とによって囲まれてなる空間をいい、被覆部材が凹状の内壁面を有する後述の形態に限定されることはない。すなわち、「中空部」とは、支持基板に形成され半導体素子を載置するための凹部を有する支持基板においては、その凹部の内壁面と、該凹部内壁面に対面する被覆部材とによって囲まれてなる空間をもいうものとする。
【００２８】
本形態における半導体装置のように、中空部まで挿通された貫通穴は、リフロー工程など、半導体装置が高温に曝される条件下で、圧抜き孔として作用する。すなわち、半導体装置が高温に曝されると、中空部において膨張し体積を増した気体は、貫通孔から外部に排出される。したがって、支持基板と被覆部材とを接合している部分に接合力を越える力がかかることを防ぎ、支持基板と被覆部材の接着性を保つことができる。また、被覆部材と支持基板とを接着する接着剤を硬化させる際に、反応性の高い有機ガス（アウトガス）が発生し、蛍光体層（特に、蛍光体を結着するバインダー）に悪影響を及ぼすことがある。また、アウトガスが被覆部材の内壁面にて結露し、透光性の被覆部材の内壁面が曇ることがあり、光半導体装置の光学特性に悪影響を及ぼすこととなる。一方、本願発明によれば、発生するアウトガスを貫通孔から排出させることができ、アウトガスによる透光性の被覆部材の曇りや蛍光体層の劣化を防止することができる。
【００２９】
さらに、貫通孔は、所定温度で溶融および固化する密栓により密封されていることが好ましい。貫通孔を封止している密栓は、リフロー工程の温度で溶融し、中空部の膨張した気体が貫通孔に生じた隙間から排出される。さらに、リフロー工程終了後、溶融された密栓が固化されることにより中空部が密封される。これにより、中空部内の気密性を良好に保つことができ、外気から湿気が浸入することによる半導体素子の劣化を防ぐことができる。ここで、所定温度とは、リフロー工程における温度であってもいいし、上記低融点ガラス、半田、ホットメルトの溶融温度であってもよい。また、密栓の溶融温度において、被覆部材と支持基板との接着剤の接合強度が保持できる温度であることが好ましい。具体的には、密栓の溶融温度は、被覆部材と支持基板とを接着する樹脂材料のガラス転移温度や、ロー材などの接合部材の融点以下とすることが好ましい。
【００３０】
密栓を設置する場所としては、支持基板上面側に形成された貫通孔の開口部であってもよいし、支持基板下面側に形成された貫通孔の開口部に設置することもできる。密栓を設置する方法としては、ポッティング、スクリーン印刷、孔版印刷など種々の形成方法とすることができる。さらに、密栓を固着させる方法の一例として、半導体装置がリフロー工程を経た後、密栓の材料にレーザを照射することにより融着させることもできる。また、支持基板の形成工程において、支持基板の所定の位置に、密栓を予め成型させておくこともできる。
【００３１】
また、上記密栓にて密封された中空部は、真空雰囲気または不活性ガス雰囲気であることが望ましい。被覆部材と支持基板とを真空雰囲気または不活性ガス雰囲気のもとで接着することにより、中空部を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気とすることができる。これにより、水分などが原因による半導体素子や導電性ワイヤなどの腐食を防ぐことができる。また、リフロー工程において密栓を施すこともできる。その際は、リフロー装置内の雰囲気を減圧下あるいは不活性ガス雰囲気とすることにより、中空部内を真空状態にしたり、Ｎ２（窒素）やＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスを充填したりすることができる。
【００３２】
また、上記貫通孔形状について、図４に示されるように、貫通孔の一方の開口部は上記半導体素子が実装された支持基板の側にあり、他方の開口部近傍において、支持基板の一方の主面側から他方の主面方向にむけて先細りとなっていることが望ましい。このように形成すると、半導体素子の載置した支持基板側の開口部の面積が大きくなっているため、密栓となる部材を貫通孔に設置しやすい。また、加熱溶融後、液状化した密栓が先細り方向に流動し、先細り部で固化しやすくなるため、密封性を向上させることができる。
【００３３】
また、上記支持基板と上記被覆部材とが少なくともロー材（鑞材）またはポリイミド、エポキシ樹脂、ガラスあるいはセラミックのいずれかから選択された少なくとも一種からなる材料で接着されていることが好ましい。ここで、ロー材は、例えば、金と錫、銅と金、や銅と銀の合金をいう。これらの材料は、耐熱性があり、リフロー温度下でも接着性を保つことができる。また、被覆部材がガラスなど透光性無機部材からなるときには、支持基板との接合部分を溶融させることにより支持基板に固着させることもできる。
【００３４】
また、上記貫通孔を密封する密栓の部材は、低融点ガラス、半田（鉛フリー半田を含む。）、ホットメルト系材料から選択された少なくとも一種からなることが好ましい。ここで、ホットメルト系材料とは、少なくとも熱可塑性樹脂を含み、固化状態において柔軟性に富む絶縁性材料である。本形態におけるホットメルト系材料の融点は約２００℃とし、リフロー温度で溶融するようにさせてある。したがって、ホットメルト系材料は、貫通孔を封止することができ、中空部分を良好な気密状態にできるので、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
また、上記支持基板の半導体素子が載置される主面は、光反射面を有し、該光反射面は、光反射率を高めるための表面処理がなされていることが好ましい。なお、光反射面は、支持基板に鍍金により施された導体配線の表面からなるものでもよい。また、本形態における表面処理とは、支持基板の主面を研磨することによりその光沢度を上げ、光反射率を高めることなどをいう。これにより、光の反射率を高めることができ、半導体装置全体の光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３６】
［実施の形態１］
図１は、本形態にかかる半導体装置の模式的な斜視図であり、図２は、本形態にかかる半導体装置の模式的な断面図である。ここで、図２は、図１に示される半導体装置を、貫通孔を含む鉛直面で切断した断面を示す。
【００３７】
図１に示すように本実施の形態の半導体装置は、セラミックスからなる支持基板の上面に施された導体配線に半導体発光素子が電気的に接続された構造を有する。例えば、半導体発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有し、それらの電極がバンプにより、サブマウントに施された導体配線に溶着されることにより、電気的および機械的に接続されている。さらに、そのサブマウントは、上記支持基板に載置されている。本形態における支持基板は、耐熱性および耐候性の高いセラミックスからなることが好ましいが、ガラスエポキシ、樹脂などの他の部材を使用することができる。以下、セラミックからなる支持基板について説明するが、これに限定することなく、ガラスエポキシ、樹脂からなる支持基板にも適用できることは言うまでもない。
【００３８】
本形態に係る半導体装置は、発光素子と、その発光素子を載置するセラミックからなる支持基板と発光素子からの光を透過し、所定の光学特性を有するレンズ形状の被覆部材とを有する。支持基板の一部には、中空部から半導体装置の外部環境へ繋がる貫通孔が設けられており、支持基板には所定の導体配線パターンが設けられている。支持基板の導体配線のパターンと、サブマウントに施された導体配線のパターンとが導電性ワイヤのような金属細線により電気的に接続される。これにより、発光素子は、支持基板の導体配線と電気的に接続することができる。なお、本形態において、半導体素子はサブマウントを介して支持基板に載置されているが、これに限定されることはない。すなわち、サブマウントや導電性ワイヤを利用することなく、Ａｕバンプ、半田バンプなどの導電性部材により半導体素子が支持基板の導体配線に対してフリップチップ実装されていてもよい。以下、図面を参照しながら本発明の各構成部材について詳述する。
【００３９】
＜支持基板＞
本形態における支持基板とは、搭載された半導体素子を保持し、該半導体素子や外部の電極と電気的に接続される導体配線が施され、さらに被覆部材を配置することもできる板材である。ここで、「半導体素子が搭載される」とは、半導体素子が支持基板に直接配置されるものに限定されることなく、サブマウントのような補助的な別の支持基板を介して搭載されるものも含むものとする。あるいは、支持基板は、正負一対のリード電極が成型樹脂にてインサート成型され、半導体素子を載置するための凹部を有する部材とすることもできる。さらに、本形態における支持基板は、その支持基板に配置された被覆部材とからなる中空部まで挿通された貫通孔を有する。ここで、貫通孔の形状は、図２に示されるように、支持基板の主面方向に円柱状に貫通された形状に限定されることはない。図示することはないが、例えば、支持基板の主面に、中空部を形成する領域から被覆部材の外縁まで延伸する溝を形成させておき、その溝と被覆部材の端面とからなる貫通部としてもよい。また、搭載される半導体素子の数や、被覆部材の形状などにより種々の大きさ、数および形状とすることができる。また、貫通孔の形状を支持基板の上面から下面にかけて先細りにすることが好ましい。これにより、半導体装置のリフロー工程において、溶融された密栓を貫通孔内に留めることができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。貫通孔の内径は、その貫通孔に密栓を配置させる工程の作業性に影響を与えず、貫通孔から密栓が脱落しない程度の大きさとし、０．０１ｍｍから２．０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍから１．０ｍｍである。
【００４０】
このような支持基板の材料としては、ガラスエポキシ基板やセラミックス材料とし、耐熱性の高い半導体装置とすることができる。また、被覆部材の材料と膨張係数の等しい材料を選択することにより、被覆部材と支持基板との剥がれを発生させることなく、信頼性の高い半導体装置とすることができる。支持基板を構成するセラミックス材料は、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどが好ましい。特に、原料粉末の９０〜９６重量％がアルミナであり、焼結助剤として粘度、タルク、マグネシア、カルシア及びシリカ等が４〜１０重量％添加され１５００から１７００℃の温度範囲で焼結させたセラミックスや原料粉末の４０〜６０重量％がアルミナで焼結助剤として６０〜４０重量％の硼珪酸ガラス、コージュライト、フォルステライト、ムライトなどが添加され８００〜１２００℃の温度範囲で焼結させたセラミックス等が挙げられる。
【００４１】
このようなセラミックスからなる支持基板は、焼成前のグリーンシート段階で貫通孔を形成させたり、先細りの形状としたり、種々の形状をとることができる。セラミックスからなる支持基板に施される配線パターンは、タングステンやモリブデンなど高融点金属を樹脂バインダーに含有させたペースト状の材料から形成される。スクリーン印刷などの方法により、ペースト状の材料グリーンシートに設けたスルーホールを介して所望の形状とし、セラミックス焼成によって導体の配線パターンとなる。このようにスルーホールを利用して配線パターンを形成することにより、半導体素子が搭載される主面の側の配線パターンから半導体装置の実装面となる側の配線パターンまで導通された配線パターンとすることができる。また、貫通孔を有するグリーンシートを多層に張り合わせることなどにより、半導体素子を載置する側の主面と、半導体装置の実装面となる側の主面とに開口する貫通孔を形成することができる。
【００４２】
このようなグリーンシートを積層させた後、焼結させることによってセラミックスパッケージとすることができる。また、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３から選択された少なくとも一種以上をグリーンシート自体に含有させることによって暗色系にさせることもできる。
【００４３】
セラミックスからなる支持基板は、半導体素子や導電性ワイヤなどを配置させるものである。したがって、半導体素子をダイボンド機器などで直接搭載させると共に半導体素子との電気的接続をワイヤボンディングなどで採れるだけの十分な大きさがあれば良い。セラミックスからなる支持基板と半導体素子との固定は熱硬化性樹脂などの絶縁性接着剤によって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、フリップチップ実装される半導体素子は、導体配線と電気的に接続させるため、Ａｇペースト、ＩＴＯペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。また、半導体素子は、導体配線のパターンから露出されているセラミックス素地面に絶縁性接着剤を介して直接固定されてもよい。このように構成することによって、半導体素子は、導体配線に絶縁性接着剤を介して固定する場合と比較して支持基板に対し強固に固定される。
【００４４】
導体配線は、導電性を有すると共に、光を反射させる機能を合わせ持つことが好ましい。導体配線の材料として、タングステン、クロム、チタン、コバルト、モリブデンやこれらの合金などの高融点金属が挙げられる。まず、これらの金属粒子を樹脂ペーストに混合させグリーンシートに所定のパターンに塗布あるいは印刷などを行いグリーンシートと共に焼成する。さらに、上記高融点金属に対してＮｉやＡｕ、Ａｇなどの金属を鍍金することによって導体配線のパターンを形成することができる。特に、Ａｇは、他の金属と比較して、本形態における発光素子からの光に対して高い反射率を有するため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
【００４５】
＜被覆部材＞
本形態における被覆部材とは、半導体素子や該半導体素子に電気的に接続される導電性ワイヤなどを外部環境から保護するため、それらの部材を覆うように支持基板に配置されるものである。半導体発光素子や受光素子においては、半導体素子の光学特性を考慮して種々の光学形状を有する透光性部材とすることもできる。特に、本形態における被覆部材は、図１および図２に示されるように、半導体装置の視認側に凸であり、半導体素子に対向する側に半球状の空洞を有する球面部と、該球面部との外縁となり支持基板に固定される部位とを有する透光性のレンズである。
【００４６】
本形態にかかる被覆部材の材料は、ソーダガラス、シリカガラス、ホウ珪酸塩ガラス、アルミノホウ珪酸塩ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラスから選択された少なくとも一種を含む透光性無機材料からなる。これにより、耐光性の高い半導体装置とすることができる。また、被覆部材の材料は、支持基板の材料と線膨張係数の等しい材料を選択することにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００４７】
また、被覆部材を支持基板に接着するための接着剤は、ロー材（例えば、金と錫、銅と金、または銅と銀の合金）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素系エラストマー（例えば、商品名；サイフェル、（株）信越化学製）、ガラス、ホットメルト系材料、変性シリコーンおよび有機無機ハイブリッド樹脂から選択された少なくとも一種を含む材料とすることができる。あるいは、低融点ガラスからなる被覆部材は、支持基板に接触する部分を溶着することにより支持基板に固定させることもできる。
【００４８】
特に、図１に示されるような被覆部材としての半球面レンズの装着は、エポキシ樹脂を接着剤として固定され、約１００度でエポキシ樹脂を硬化し、半球面レンズと支持基板とを接着させる。エポキシ樹脂硬化時に発生した有機ガスは、貫通穴から外部に排出させることができ、その後、不活性ガスによって中空部内を不活性ガスで置換することもできる。あるいは、貫通孔内の密栓が溶融する温度で半導体装置を加熱することにより、溶融された密栓と貫通孔との隙間からアウトガスが排出され、密栓が固化することにより中空部内は気密に保たれる。
【００４９】
＜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（ツェナーダイオードやコンデンサーなど）、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。特に、本形態における発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有する発光素子チップが好適に用いられる。また、蛍光物質を用いた場合、該蛍光物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、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。また所望に応じて、窒化物半導体にボロンやリンを含有させることも可能である。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。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ヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、およびＧａＮ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ヤ基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基板上に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。サファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ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。窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子例として、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。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。また、前記ｐ型層上に金属層を積層した後、半導体用基板を除去してもよい。このように構成された発光素子を前記金属層が実装面側となるように実装すると、放熱性の高い発光装置が得られる。それぞれ露出されたｐ型層及びｎ型層上に各電極を形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【００５０】
本形態の発光装置において、白色系の光を発光させるには、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、発光素子の発光波長は３６５ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００５１】
なお本形態では、発光素子が耐光性に優れ且つ柔軟性を有する被覆部材にて信頼性高く封止されているため、近紫外線や紫外線による構成部材の局所的劣化を抑制することができる。よって、本発明の発光装置に４００ｎｍより短い紫外線領域を主発光波長とする発光素子を用い、発光素子からの光の一部を吸収して他の波長を発光することが可能な蛍光物質とを組み合わせることで、色ムラの少ない色変換型発光装置が得られる。ここで、蛍光物質を発光素子に直に結着させる際には、比較的紫外線に強い樹脂や無機物であるガラス等を用いることが好ましい。
【００５２】
ここで、発光素子は、例えば、青色の発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体素子であり、この発光素子は、例えばサファイヤ基板上にｎ型層、活性層及びｐ型層を含む窒化物半導体層が形成され、活性層及びｐ型層の一部を除去して露出させたｎ型層の上にｎ電極が形成され、ｐ型層の上にｐ電極が形成されてなる。
【００５３】
＜密栓＞
本形態における密栓とは、支持基板に形成された貫通孔を密封するための部材であり、所定の温度で溶融および固化する材料からなる。具体的に述べると、密栓は、２４０℃〜２６０℃で溶融し、加熱溶融時に透光性の被覆部材の内面を曇らせたり、半導体素子を劣化させる有機ガスなどの成分を放出したりすることがない部材が好適に用いられる。具体的な材料として、半田、鉛フリー半田、ホットメルト系材料、樹脂、低融点合金などが用いられる。密栓は、半導体素子を載置する支持基板上面側の貫通孔に載置することもできるし、支持基板下面側の貫通孔に載置することもできる。溶融温度が異なる密栓の材料の種類を種々選択することによって、リフロー工程で密栓することもできるし、リフロー工程後に密栓することもできる。
【００５４】
＜蛍光体＞
本形態において、半導体発光素子を有する半導体装置とするとき、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覆う被覆部材、（３）発光素子や、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、被覆部材と組み合わされる蛍光物質は、被覆部材の発光観測面側を被覆するようにシート状に設けられる他、被覆部材の発光観測面側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被覆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。
【００５５】
本形態の半導体装置に利用することができる蛍光体は、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、ガラス、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、Ｌｕ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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。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。
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
［実施の形態２］
図１は、本形態にかかる半導体装置の模式的な斜視図であり、図５および図６は、本形態にかかる半導体装置の模式的な断面図である。ここで、図５および図６は、図１に示される半導体装置を、貫通孔を含む鉛直面で切断した断面を示す。本形態にかかる半導体素子は、紫外線領域の波長を含む光を発する発光素子である。また、本形態における被覆部材は、発光素子と対面する凹状の内壁面に蛍光体層やフィラー含有層とを有する半球面レンズである。なお、蛍光体層とフィラー含有層を有する被覆部材とするときは、発光素子の側から、蛍光体層、フィラー含有層の順に凹部の内壁面に対して積層される。以上の他は、上述の実施の形態１と同様にして半導体装置を形成する。
【００８２】
以下、本形態にかかる半導体装置をより詳細に説明する。本形態におけるフィラー含有層とは、発光素子からの光のうち、蛍光体に吸収されることなく、蛍光体層を透過された短波長の光を反射あるいは吸収する材料を含有する部材である。フィラー含有層に含有されるフィラーの材料として、酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン（アナターゼ型、ルチル型）、酸化亜鉛、酸化セリウムおよびα−酸化鉄から選択された少なくとも一種を含むものとすることができる。特に、二酸化チタンは、３８０ｎｍ以下の短波長の光を効率よく吸収するため、好適に用いられる。
【００８３】
また、蛍光体層は、発光素子からの光により励起され可視光領域の第一の発光スペクトルを有する光を発する第一の蛍光体と、発光素子からの光あるいは第一の蛍光体からの光により励起され、可視領域の第二の発光スペクトルを有する光を発する第二の蛍光体とが混合されバインダーにより結着されてなる。蛍光体含有層やフィラー含有層は、スラリー法、塗布液をスプレーで吹き付ける方法、電気沈着塗装あるいはそれらを組み合わせた方法など、種々の方法とすることができる。
【００８４】
また、被覆部材の表面にバインダー（結着剤）にて蛍光物質を付着させる場合、バインダーの材質は特に限定されず、有機物及び無機物のいずれをも用いることができる。
【００８５】
バインダーとして有機系材料を使用する場合、具体的材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。特に、シリコーンを用いると信頼性に優れ且つ蛍光物質の分散性を向上させることができ好ましい。
【００８６】
また、被覆部材をガラスレンズとしたとき、バインダーとしてガラスレンズの熱膨張率と近似である無機物を使用すると、蛍光物質を良好に壁面に密着させることができ好ましい。具体的方法として、沈降法やゾル−ゲル法等を用いることができる。例えば、蛍光物質、シラノール（Ｓｉ（ＯＥｔ）３ＯＨ）、及びエタノールを混合してスラリーを形成し、スラリーをノズルから被覆部材の透光性部分に吐出させた後、３００℃にて３時間加熱してシラノールをＳｉＯ２とし、蛍光物質を被覆部材に固着させることができる。
【００８７】
また、無機物である結着剤をバインダーとして用いることもできる。結着剤とは、いわゆる低融点ガラスであり、微細な粒子であり且つ紫外から可視領域のふく射線に対して吸収が少なくバインダー中にて極めて安定であることが好ましく、沈殿法により得られた細かい粒子であるアルカリ土類のほう酸塩が適している。また、大きい粒径を有する蛍光物質を付着させる場合、融点が高くても粒子が超微粉体である結着剤、例えば、デグサ製のシリカ、アルミナ、あるいは沈殿法で得られる細かい粒度のアルカリ土類金属のピロリン酸塩、正りん酸塩などを使用することが好ましい。これらの結着剤は、単独、若しくは互いに混合して用いることができる。
【００８８】
ここで、結着剤の塗布方法について述べる。結着剤は、ビヒクル中に湿式粉砕しスラリー状にして用いると、結着効果を十分に高めることができ好ましい。ビヒクルとは、有機溶媒あるいは脱イオン水に少量の粘結剤を溶解して得られる高粘度溶液である。例えば、有機溶媒である酢酸ブチルやテルピネオールに対して粘結剤であるエチルセルロースやニトロセルロースを１ｗｔ％含有させることにより、有機系ビヒクルが得られる。
【００８９】
このようにして得られた結着剤スラリーに蛍光体を含有させて塗布液を作製する。塗布液中の蛍光体量に対して、スラリー中の結着剤の総量は２０ｗｔ％以下が好ましく、これにより蛍光体を良好に固着させることができ且つ光束維持率を保つことができる。結着剤の添加量が多すぎると光束維持率が低下する傾向にあるため、結着剤の使用量は最小限の使用にとどめることが好ましい。
【００９０】
塗布液を被覆部材の内壁面に塗布する。その後、温風あるいは熱風を吹き込み乾燥させる。最後に４００℃〜７００℃の温度でベーキングを行い、ビヒクルを飛散させる。これにより、被覆部材の表面に蛍光体層が結着剤にて付着される。
【００９１】
支持基板の主面に固定される被覆部材の材料は、ソーダガラス、シリカガラス、ホウ珪酸ガラス、オキシナイトライドガラス、カルコゲナイドガラスから選択された少なくとも一種からなる透光性無機材料からなる。これにより、耐光性の高い半導体装置とすることができる。また、透光性部材を支持基板に接着する接着剤は、エポキシ樹脂、フッ素系エラストマー（例えば、商品名；サイフェル、（株）信越化学製）とすることができる。あるいは、低融点ガラスからなる被覆部材は、支持基板に接触する部分を溶着することにより支持基板に固定させることもできる。なお、紫外線を含む短波長の光に曝されることによる樹脂劣化を抑制するため、樹脂を主材料とする接着剤は、発光素子の紫外線から遮蔽された位置に配されていることが好ましい。例えば、発光素子の側方において、支持基板の主面にＡｇなどの反射率の高い金属層を形成させることができる。また、このような反射率の高い金属層を形成させることにより発光素子からの光を蛍光体層の方へ反射させることもできる。あるいは、接着剤を発光素子から遮蔽することができる形状をレンズの一部に形成させておくこともできる。また、接着剤は、発光素子と対面する部位に、二酸化チタンなどの紫外線を吸収する無機部材を含有させておくこともできる。
【００９２】
本形態による半導体装置により、第一の蛍光体および第二の蛍光体からの出力光、あるいは発光素子の光との混色光を観測することができる。また、蛍光体層より発光観測面側に配されているフィラー含有層は、第一の蛍光体あるいは第二の蛍光体に吸収されることなく蛍光体層を透過した４００ｎｍ以下の短波長の光を吸収あるいは反射させ、半導体装置の発光観測面から出射される短波長の光を少なくすることができる。したがって、本形態にかかる半導体装置により、安全性および信頼性の高い発光装置とすることができる。すなわち、リフロー工程を経た後の半導体装置において、被覆部材と支持基板との強固な接着が維持されており、被覆部材と支持基板との接着部分に隙間が生じることがない。そのため、人体に有害な紫外線が漏れ出すことがなく、安全性および信頼性の高い半導体装置とすることができる。また、フィラー含有層にて蛍光体層の方に反射された光は、蛍光体の励起光として利用されるため、光変換効率の高い半導体装置とすることができる。
【実施例１】
【００９３】
以下、本発明に係る半導体装置の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。
【００９４】
＜実施例１＞
本発明の一実施例にかかる発光装置の模式図を図１に示す。図３は、本実施例にかかる発光装置の模式的な断面図である。ここで、図３は、図１に示される発光装置を、貫通孔を含む鉛直面で切断した断面を示す。発光ピークが４５０ｎｍのＩｎ０．０５Ｇａ０．９５ＮのＬＥＤチップを発光装置として利用した。ＬＥＤチップは洗浄したサファイヤ基板上に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法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜することにより形成させた。
【００９５】
ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣＰ２Ｍｇと、を切り替えることにより所望の導電型を形成させてある。Ｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層、クラッド層と、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層、クラッド層との間にＩｎＧａＮの活性層を形成しＰＮ接合を形成させた。また、サファイヤ基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層させてある。さらにＰ型半導体は成膜後４００℃以上でアニールさせてある。
【００９６】
エッチングによりＰＮ各半導体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極を形成させた。その後、半導体ウエハーをスクライブした後、外力により分割し、発光素子を得た。
【００９７】
図１に示されるように、窒化アルミニウムを材料とする平板状のセラミックス基板（寸法９．０ｍｍ×１２ｍｍ×２．０ｍｍ）１０３に対し、Ａｕを材料とするスパッタリングを行い、導体配線を形成する。本実施例における貫通孔１０８は、中空部の側とセラミックス基板の裏面側（被覆部材１０１が装着されてないい側）に開口するように形成されており、その内径は、０．０１ｍｍから２．０ｍｍ程度とする。
【００９８】
発光素子１０４は、導電配線が施されたサブマウント１０５の上に、Ａｕバンプを介して発光素子の電極を導体配線に対向させ、荷重、超音波、および熱をかけることによりフリップチップ実装させる。また、サブマウント１０５の導体配線は、Ａｕを材料とする導電性ワイヤ（図示せず）にて支持基板１０３の導体配線と導通させる。
【００９９】
さらに、被覆部材１０１として、ホウ珪酸ガラスからなる内径７ｍｍの半球面レンズと、セラミック基板１０３との接着面に、接着剤１０６としてエポキシ樹脂を配し、１００℃で硬化させて両者を接着させた。エポキシ樹脂を硬化させるとき、発生した有機ガスをレンズ内から貫通穴を経由して中空部から吸引した後、窒素ガスを注入し中空部に充填させた。さらに、セラミック基板の裏面側に設けられた貫通孔の開口部に、密栓として半田を載置する。
【０１００】
以上のようにして半導体装置を形成後、窒素雰囲気にて、リフロー試験を行った。リフロー終了後の半導体装置を確認したところ、レンズに曇りはなく、セラミック基板とレンズは強固に接着されていた。また、密栓としての半田は、リフロー温度で溶融するものの、貫通孔を完全に封止した状態で固化していた。
【０１０１】
本実施例にかかる半導体装置は、支持基板と被覆部材であるレンズとの接着性を維持でき、レンズ内を気密封止することができるリフロー対応の半導体装置とすることができる。
【０１０２】
＜比較例＞
以下、本発明の実施例１の比較例を述べる。支持基板に貫通孔を設けなかった以外は、実施例１と同様に、同じ構成の発光装置を得る。目視にてレンズを確認したところ、エポキシ樹脂硬化時に発生したとみられるアウトガスにより、レンズに曇りが生じていた。また、本比較例で形成させた発光装置に対し、リフロー試験を行ったところ、レンズが支持基板から完全に剥離していたものや支持基板とレンズとの接着性が弱くなっている発光装置が確認された。
【実施例２】
【０１０３】
図１は、本実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図であり、図５は、断面図である。本実施例にかかる半導体素子１０４は、発光スペクトルの主発光ピークが４００から４６０ｎｍの紫外線領域の波長を含む光を発する発光素子である。また、本実施例における被覆部材１０１は、発光素子１０４と対面する凹状の内壁面に蛍光体層１１０が塗布された半球状のレンズである。本実施例における蛍光体層１１０は、スラリー法により塗布されている。以上の他は、上述の実施例１と同様にして発光装置を形成する。
【０１０４】
本実施例にかかる発光装置をより詳細に説明すると、蛍光体層１１０は、発光素子１０４からの光により励起され可視光領域の発光スペクトルを有する光を発する第一の蛍光体と、発光素子からの光あるいは第一の蛍光体からの光により励起され、可視領域の発光スペクトルを有する光を発する第二の蛍光体とが混合されバインダーにより結着されてなる。本実施例における第一の蛍光体および第二の蛍光体は、それぞれＣＣＡ（例えば、Ｃａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ）、ＹＡＧ（例えば、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ）とする。また、バインダーは、ニトロセルロース数％含有の酢酸ブチルとする。バインダーと上記蛍光体とを１０：９の割合で混合し、スラリーとしたものをレンズの凹状内壁面に滴下し、内壁面全体を塗布して乾燥させることにより蛍光体層を形成する。
【０１０５】
本実施例にかかる被覆部材１０１である半球状のレンズは、ホウ珪酸ガラスからなり、絶縁性接着剤１０６であるエポキシ樹脂により、窒化アルミニウムからなる支持基板１０３の主面に接着されている。
【０１０６】
本実施例による発光装置４００は、第一の蛍光体および第二の蛍光体からの出力光、あるいは発光素子の光との混色光を観測することができる。したがって、本実施例により、信頼性の高い発光装置とすることができる。すなわち、リフロー工程後の発光装置においてもレンズと支持基板との強固な接着が維持されており、レンズと支持基板との間に隙間が生じることがない。したがって、リフロー工程前の発光出力および発光色度を維持することができるため、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【実施例３】
【０１０７】
図１は、本実施例にかかる発光装置の模式的な斜視図であり、図６は、断面図である。本実施例にかかる半導体素子１０４は、発光スペクトルの主発光ピークが４００ｎｍから４６０ｎｍの紫外線領域の波長を含む光を発する発光素子である。また、本実施例における被覆部材１０１は、発光素子と対面する凹状の内壁面に蛍光体層１１０とフィラー含有層１１１とを有する半球状のレンズである。なお、蛍光体層１１０とフィラー含有層１１１とは、発光素子の側から、蛍光体層１１０、フィラー含有層１１１の順に凹状の内壁面に対して積層されている。なお、本実施例における蛍光体層１１０およびフィラー含有層１１１は、スラリー法により塗布されている。以上の他は、上述の実施例１と同様にして発光装置を形成する。
【０１０８】
本実施例にかかる発光装置をより詳細に説明すると、フィラー含有層１１１は、二酸化チタンの薄膜からなる。その膜厚は、１００μｍ以下とすることが好ましい。また、蛍光体層１１０は、発光素子からの光により励起され可視光領域の発光スペクトルを有する光を発する第一の蛍光体と、発光素子からの光あるいは第一の蛍光体からの光により励起され、可視領域の発光スペクトルを有する光を発する第二の蛍光体とが混合されバインダーにより結着されてなる。本実施例における第一の蛍光体および第二の蛍光体は、それぞれＣＣＡ、ＹＡＧとする。また、蛍光体を結着させるバインダーは、ニトロセルロース数％含有の酢酸ブチルとする。バインダーと蛍光体を１０：９の割合で混合しスラリーとしたものを、予め二酸化チタンの薄膜が塗布されたレンズの凹状内壁面に滴下し、乾燥させることにより蛍光体層を形成する。
【０１０９】
本実施例にかかる半球状レンズは、実施例２と同様に、ホウ珪酸ガラスからなり、絶縁性接着剤１０６であるエポキシ樹脂により、窒化アルミニウムからなる支持基板１０３の主面に接着されている。
【０１１０】
本実施例による発光装置により、第一の蛍光体および第二の蛍光体からの出力光、並びに発光素子の光との混色光を観測することができる。また、蛍光体層より発光観測面側に配されているフィラー含有層１１１は、第一の蛍光体あるいは第二の蛍光体に吸収されることなく蛍光体層を透過した４００ｎｍ以下の短波長の光を反射あるいは吸収させ、発光装置の発光面方向から出射される短波長の光を少なくすることができる。したがって、本実施例により、さらに安全性および信頼性の高い発光装置とすることができる。また、フィラー含有層にて蛍光体層の方に反射された光は、蛍光体の励起に利用されるため、光変換効率の高い発光装置とすることができる。
【０１１１】
＜比較例＞
以下、本発明の実施例３の比較例を述べる。図７に示されるように、支持基板に貫通孔を設けなかった以外は、実施例３と同様に、同じ構成の発光装置を得る。また、本比較例で形成させた発光装置に対し、リフロー試験を行ったところ、レンズが支持基板から完全に剥離していたものや支持基板とレンズとの接着性が弱くなっている発光装置が確認された。
【実施例４】
【０１１２】
本実施例においては、蛍光体層を以下のように形成する。まず、酢酸ブチル（ニトロセルロース１〜１０％含有）：ＹＡＧ（ＣＣＡ含む）＝８〜１５：５〜２０で混練して、ホウ珪酸ガラスレンズの内壁面に塗布する。さらに、Ｎ２雰囲気のもと５０〜１００℃で予備加熱後、４００℃程度で焼き付けることにより形成することができる。以上の他は、実施例２あるいは実施例３と同様にして、発光装置を形成する。
【実施例５】
【０１１３】
本実施例においては、蛍光体層を以下のように形成する。まず、ＩＴＯ（インジウムと錫との複合酸化物）をスパッタや蒸着などで成膜することにより導電性薄膜をガラスレンズの内壁面に形成する。次に、溶媒（イオン交換水８０〜９０％、アクリル系樹脂、シリコーンやエポキシ樹脂系１０％程度、蛍光体適宜、ＩＰＡ５％程度）に投入し、５０〜３００［Ｖ］の電圧を印加することにより、電気沈着塗装する。さらに、Ｎ２雰囲気のもと５０〜１００℃で予備加熱後、４００℃程度で焼き付けることにより形成することができる。以上の他は、実施例２あるいは実施例３と同様にして、発光装置を形成する。
【実施例６】
【０１１４】
本実施例においては、蛍光体層を以下のように形成する。まず、シリコーン樹脂：蛍光体＝１０：３〜１２の割合で混合する。次に、Ｎ２雰囲気のもと、５０〜１２０℃程度で仮硬化する。さらに、１５０〜２００℃程度で本硬化させることにより形成することができる。以上の他は、実施例２あるいは実施例３と同様にして、発光装置を形成する。
【実施例７】
【０１１５】
本実施例においては、蛍光体層を以下のように形成する。蛍光体層を形成する材料は、エチルセルロース１２％含有テルピネオールと蛍光物質を２：１の割合で混合させたものとする。ここで、本実施例における蛍光物質は、ＣＣＡ、ＹＡＧ、ＢＡＭ（例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）およびその他の蛍光体を含有させたものとする。また、形成方法および条件は、上述の実施例４と同様にして、発光装置を形成する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の半導体装置は、リフロー工程を行っても信頼性の高い半導体装置として、一般照明や車両用ヘッドランプ光源として広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例にかかる半導体装置の模式的な断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に対する比較例として示す半導体装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１００、２００、３００、４００、５００、６００・・・半導体装置
１０１・・・被覆部材
１０２・・・被覆部材の端部
１０３・・・支持基板
１０４・・・半導体素子
１０５・・・サブマウント
１０６・・・接着剤
１０７・・・中空部
１０８・・・貫通孔
１０９・・・密栓
１１０・・・蛍光体層
１１１・・・フィラー含有層
【図１】
2006093372.tif 000003
【図２】
2006093372.tif 000004
【図３】
2006093372.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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