(57)【要約】【課題】  交流駆動をしても照明のチラツキがなく、しかもスイッチをオフにすれば殆ど違和感なく消光することができると共に、半導体発光装置自体にチラツキ防止手段が施され、半導体発光装置をどのような状態で照明装置などに組み込んでも照明装置側に特別な処理を施すことなくチラツキを防止することができる半導体発光装置を提供する。【解決手段】  基板１１上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部１７が形成され、その半導体積層部１７が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極１９、２０が設けられることにより、複数個の発光部１が形成されている。この複数個の発光部１は、配線膜３を介して、それぞれ直並列に接続されると共に、複数の発光部１の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層６、および／または蓄光ガラスを含む層を設けられている。【選択図】        図１
2006080442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられてなる半導体発光装置。
【請求項２】
前記蛍光材料が、ＣｕがドープされたＺｎＳ、Ｙ2Ｏ3およびＡｌがドープされたＺｎＳの群れから選ばれる少なくとも１種である請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層の表面に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる請求項１または２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に複数個の発光部が形成され、直並列に接続されることにより、たとえば１００Ｖの商用交流電源で照明用の電灯や蛍光管の代りに使用し得るような交流駆動の半導体発光装置に関する。さらに詳しくは、交流駆動に基づく発光のチラツキを防止することができる構造の半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色系発光ダイオード（ＬＥＤ）の出現により、ディスプレイの光源や信号装置の光源などにＬＥＤが用いられ、さらに電灯や蛍光管の代りにＬＥＤが用いられるようになってきている。この電灯や蛍光管に代ってＬＥＤを用いる場合、１００Ｖの交流駆動でそのまま動作することが好ましく、たとえば図７に示されるように、ＬＥＤを直並列に接続し、交流電源７１に接続する構成のものが知られている。なお、Ｓはスイッチを示す。また、ＬＥＤはダイオードであるため、交流の半波のみで動作し、残りの半波では動作しないことに基づくチラツキを防止するため、照明装置を形成するためのカバーの内面に蓄光性の塗料を塗布して被せることが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−０８３７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述のように、ＬＥＤを交流駆動すると、ＬＥＤに順方向の電圧が印加される時間は動作して発光するが、逆方向の電圧が印加されている時間は動作せず発光もしない。ＬＥＤを逆方向に並列接続しておくことにより、半波ごとに逆並列に接続されたＬＥＤを交互に動作させることができるが、それぞれ別個に動作をし、しかも印加される電圧は０から徐々に増えるため、発光が間欠的に行われることになる。この発光の周期は、通常の商業電源による交流では、５０または６０Ｈｚであるため、その倍の繰返し周波数となり、人間の目には余り気にならない程度であるが、敏感な目にはチラツキとなる。
【０００４】
一方、照明用光源で、ＬＥＤを容器内に入れ、その容器の内側に蓄光性の塗料を塗布する方法では、ＬＥＤとは別に容器などに予め特殊な処理をしなければならない。さらに、蓄光する時間が長いと、スイッチをオフにしても残光がいつまでも残り、違和感を生じるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、交流駆動をしても照明のチラツキがなく、しかもスイッチをオフにすれば殆ど違和感なく消光することができると共に、半導体発光装置自体にチラツキ防止の処理が施してあり、半導体発光装置をどのような状態で照明装置などに組み込んでも照明装置側に特別な処理を施すことなくチラツキを防止することができる構造の半導体発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の目的は、誘導灯や停電時の非常用照明などのように、スイッチをオフにしても、容器などに関係なく半導体発光装置自体で、長時間明るさを維持することができる半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による半導体発光装置は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられている。
【０００８】
ここに残光時間とは、発光部への電圧印加がオフにされてから、発光強度が１／１０程度になるまでの時間を意味する。
【０００９】
前記蛍光材料は、たとえばＣｕがドープされたＺｎＳ、Ｙ2Ｏ3およびＡｌがドープされたＺｎＳの群れから選ばれる少なくとも１種で構成することができる。
【００１０】
前記蛍光体層の表面に蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、さらに交流駆動による切替の際のチラツキの影響が無くなると共に、目的によっては消灯後にさらに数十分以上照明を続けて非常灯や誘導灯などに用いることができる。ここに蓄光ガラス材料とは、発光部への電圧印加がオフにされてから、発光強度が１／１０程度になるまでの時間が１秒以上になるように、たとえばテルビウムのような蓄光特性を有する無機物または有機物がガラス体内に分散されたものを意味する。
【００１１】
本発明による半導体発光装置の他の形態は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数個の発光部が形成された半導体積層部の表面または基板裏面などの光発射面側に残光時間が１０ミリ秒〜１秒の蛍光体材料を含有する蛍光体層および／または残光時間が１秒以上の蓄光ガラス材料を含む層が設けられているため、複数個の発光部が交流駆動により半波のみの発光または逆並列接続による半波ごとのオンオフが繰り返されても、オフになった際は蛍光体層および／または蓄光材料により光の照射が維持され、交流によるオンオフの影響を受けず、連続した光の照射が続けられる。この蛍光体材料または蓄光ガラス材料による光照射の継続は、発光部のダイオードが逆並列に接続されないで、交流の半波だけで発光する場合でも、充分に発光を維持することができ、全くチラツキが生じない。
【００１３】
さらに、蓄光ガラス材料の残光時間が数分ないし数十分以上の長いものを用いることにより、電源をオフにした後も非常に長い時間発光を続けることができ、非常灯や誘導灯などとして利用することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光装置について説明をする。本発明による半導体発光装置は、図１にその一実施形態の断面説明図が示されるように、基板１１上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部１７が形成され、その半導体積層部１７が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極１９、２０が設けられることにより、複数個の発光部１が形成されている。この複数個の発光部１は、配線膜３を介して、それぞれ直列および／または並列に接続されると共に、複数の発光部１の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層６が設けられている。
【００１５】
図１に示される例では、基板１上に積層された半導体積層部１７の基板１１の裏面側を光発射面として、基板１１の裏面に蛍光体層６が設けられている。しかし、半導体積層部１７の表面側で、配線膜３が形成された表面に蛍光体層６が設けられてもよいし、図４で後述するように、半導体積層部表面側に半導体積層部１７を保護する樹脂パッケージとして、またはその樹脂パッケージの表面に形成されてもよい。
【００１６】
蛍光体層６は、一定の残光時間を有する蛍光体材料が、たとえばエポキシ樹脂などの透光性の樹脂材料と混合して基板１１の裏面に塗布して硬化させることにより形成されている。蛍光体材料としては、余り残光時間が長いと消灯した場合にいつまでも明るく違和感を生じるので、残光時間（電圧の印加がオフにされた後に、強度が１／１０程度になるまでの時間）が１０ｍｓｅｃ（ミリ秒）から１ｓｅｃ程度のものが好ましく、たとえばＺｎＳ：Ｃｕ（ＣｕがドープされたＺｎＳ）、Ｙ2Ｏ3、ＺｎＳ：Ａｌ（ＡｌがドープされたＺｎＳ）などを用いることができる。
【００１７】
図１に示される例では、青色発光の発光部１（以下、単にＬＥＤともいう）が窒化物半導体の積層により形成され、その表面に図示しない、たとえば青色光を吸収して黄色に変換し、その黄色の光がＬＥＤチップから発せられる青色光と混色して白色光に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体（１／１０残光時間は１５０〜２００ｎｓｅｃ）やＳｒ-Ｚｎ-Ｌａ蛍光体などからなる発光色変換部材を設けることにより、白色光の発光装置として形成されている。そのため、この発光色変換部材も残光を有する蛍光体材料と一緒に透光性樹脂などに混ぜることにより、発光色変換蛍光体層であると共に、残光を有する蛍光体層とすることもできる。ただし、発光色変換部材は、発光部の発光色および所望の発光色により異なり、発光色変換部材は設けられない場合もある。すなわち、本発明の蛍光体層は、残光時間が１０ｍｓｅｃ〜１ｓの残光時間を有する蛍光体物質を含む層であって、残光による目のチラツキを解消するもので、発光色変換用の蛍光体物質とは異なるが、発光色変換部材も混合することにより、所望の色の発光をする半導体発光装置とすることができる。もちろん、これらを別々の層として設けることもできる。
【００１８】
図１に示される例では、前述のように、青色発光の発光部１が窒化物半導体の積層により形成され、発光色変換部材により、白色光を発光する発光装置として形成されている。そのため、半導体層積層部１７は、窒化物半導体層の積層により形成されている。しかし、赤、緑、青の３原色の発光部を形成して白色光になるようにすることもできるし、必ずしも白色光にする必要はなく、所望の発光色の発光部に形成することができる。また、図１に示される例では、配線膜３の段差による断線や膜厚が薄くなって抵抗が増大するという問題を避けるため、各発光部１間を分離する分離溝１７ａが、分離溝１７ａを挟む半導体積層部の表面が実質的に同一な面に形成されている。このような実質的に同一な面の部分に分離溝１７ａを形成すれば、分離溝１７ａを電気的絶縁が得られる程度に狭く形成することにより、その中に埋めこまれる絶縁膜に窪みができても、配線膜３を殆ど段差なく形成することができるからである。
【００１９】
ここに実質的に同一な面とは、完全な同一面であることを意味するものではなく、配線膜を形成する際に段差によるステップカバレッジの問題が生じない程度の段差以下であることを意味し、具体的には、両面の差が０.３μｍ程度以下であることを意味する。また、窒化物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部または全部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物(窒化物)からなる半導体をいう。
【００２０】
基板１１としては、窒化物半導体を積層するには、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）またはＳｉＣが用いられるが、図１に示される例では、サファイア（Ａｌ2 Ｏ3 単結晶）が用いられている。しかし、基板は積層される半導体層に応じて格子定数や熱膨張係数などの観点から選ばれる。
【００２１】
サファイアからなる基板１１上に積層される半導体積層部１７は、たとえばＧａＮからなる低温バッファ層１２が０.００５〜０.１μｍ程度、ついでアンドープのＧａＮからなる高温バッファ層１３が１〜３μｍ程度、その上にＳｉをドープしたｎ形ＧａＮからなるコンタクト層およびｎ形ＡｌＧａＮ系化合物半導体層からなる障壁層(バンドギャップエネルギーの大きい層)などにより形成されるｎ形層１４が１〜５μｍ程度、バンドギャップエネルギーが障壁層のそれよりも小さくなる材料、たとえば１〜３ｎｍのＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸 (ＭＱＷ)構造の活性層１５が０.０５〜０.３μｍ程度、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層からなるｐ形障壁層(バンドギャップエネルギーの大きい層)とｐ形ＧａＮからなるコンタクト層とによるｐ形層１６が合せて０.２〜１μｍ程度、それぞれ順次積層されることにより形成されている。
【００２２】
図１に示される例では、アンドープで、半絶縁性のＧａＮからなる高温バッファ層１３が形成されている。基板がサファイアのような絶縁性基板からなる場合には、必ずしも半絶縁になっていなくても基板まで後述する分離溝を形成すれば支障はないが、アンドープにした方が積層する半導体層の結晶性が良くなるため、さらには、半絶縁性半導体層が設けられていることにより、各発光部に電気的分離する際に、基板表面までを完全にエッチングしなくても、電気的に分離することができるため好ましい。基板１１がＳｉＣのような半導体基板からなる場合には、隣接する発光部間を電気的に分離させるため、アンドープで半絶縁性の高温バッファ層１３が形成されることが各発光部を独立させるために必要となる。
【００２３】
また、ｎ形層１４およびｐ形層１６は、障壁層とコンタクト層の２種類で構成する例であったが、キャリアの閉じ込め効果の点から活性層６側にＡｌを含む層が設けられることが好ましいものの、ＧａＮ層だけでもよい。また、これらを他の窒化物半導体層で形成することもできるし、他の半導体層がさらに介在されてもよい。さらに、この例では、ｎ形層１４とｐ形層１６とで活性層１５が挟持されたダブルヘテロ接合構造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合するｐｎ接合構造のものでもよい。また、活性層１５上に直接ｐ形ＡｌＧａＮ系化合物層を成長したが、数ｎｍ程度のアンドープＡｌＧａＮ系化合物層を成長することにより、活性層１５の下側にピット発生層を形成して活性層１５にできたピットを埋め込みながら、ｐ形層とｎ形層との接触によるリークを防止することもできる。
【００２４】
半導体積層部１７上には、たとえばＺｎＯなどからなり、ｐ形半導体層１６とオーミックコンタクトをとることができる透光性導電層１８が０.０１〜０.５μｍ程度設けられている。この透光性導電層１８は、ＺｎＯに限定されるものではなく、ＩＴＯや、ＮｉとＡｕとの２〜１００ｎｍ程度の薄い合金層でも、光を透過させながら、電流をチップ全体に拡散することができる。この半導体積層部１７の一部がエッチングにより除去されてｎ形層１４が露出され、さらにそのｎ形層１４の露出部の近傍で間隔ｄだけ離間してエッチングにより分離溝１７ａが形成されている。この分離溝１７ａを、ｎ形層１４の露出部から形成しないで、ｎ形層１４の露出部から間隔ｄだけ離間して形成する理由は、分離溝１７ａとｎ形層１４の露出部の幅が大きくなり、分離溝１７ａ分部での配線膜３の段差が大きくなるのを防止するためであるが、本発明では、この間隔ｄを設けることは必須ではない。
【００２５】
間隔ｄを設ける場合、この離間する部分は発光領域（長さＬ１の部分）としては寄与せずダミー領域５となり、後述するように熱放散部、配線などの形成スペースなどとすることができ、目的に応じて間隔ｄは１〜５０μｍ程度の範囲内で設定される。この分離溝１７ａは、ドライエッチングなどにより形成されるが、電気的に分離できる範囲で、できるだけ狭い幅ｗで形成され、０.６〜５μｍ程度、たとえば１μｍ程度（深さは５μｍ程度）に形成される。
【００２６】
そして、透光性導電層１８上の一部に、ＴｉとＡｕとの積層構造により、ｐ側電極（上部電極）１９が形成され、半導体積層部１７の一部がエッチングにより除去されて露出するｎ形層１４にオーミックコンタクト用のｎ側電極（下部電極）２０が、Ｔｉ-Ａｌ合金などにより形成されている。図１に示される例では、配線膜３の段差をできるだけなくするため、この下部電極２０が、０.４〜０.６μｍ程度の厚さに形成され、上部電極１９とほぼ同程度の高さになるように形成されている。しかし、上部電極１９とほぼ同じ高さにならなくても、配線膜３は真空蒸着などにより下部電極２０上に堆積されるため、それ程段差は形成されず、通常の高さのままでもよい。しかし、下部電極２０の厚さが上部電極１９の厚さより厚く形成されれば配線膜の信頼性が向上し、上部電極１９と同程度の高さになればより好ましい。
【００２７】
そして、この上部電極１９および下部電極２０の表面が露出するように半導体積層部１７の露出する表面および分離溝１７ａ内に、たとえばＳｉＯ2などからなる絶縁膜２１が設けられている。その結果、分離溝１７ａで区切られた発光部１が基板１１上に複数個形成されている。その絶縁膜２１の表面で、１個の発光部１ａのｎ側電極２０とその発光部１ａと隣接する発光部１ｂのｐ側電極１９とが配線膜３により接続されている。この配線膜３は、ＡｕまたはＡｌなどの金属膜を真空蒸着またはスパッタリングなどにより０.３〜１μｍ程度の厚さに形成されている。この配線膜３は、各発光部１が直列または並列の所望の接続になるように形成される。
【００２８】
たとえば、図１に示されるように、分離溝１７ａで分離された１つの発光部１ａのｎ側電極２０と隣接する発光部１ｂのｐ側電極１９とを順次接続していけば、直列に接続することができ、１個当り３.５〜５Ｖの動作電圧の合計が１００Ｖ近く（厳密には抵抗やキャパシタを直列に接続することにより調整できる）になるまで接続して、その組を並列に、しかもｐｎの接続方向が逆方向になるように並列に接続することにより、１００ＶのＡＣ駆動をする明るい光源にすることができる。また、図５に発光部１の配置例の一部が示されるように、ｐｎ関係が逆方向に並列接続された２個１組の発光部１を直列に接続して、合計の動作電圧が１００Ｖに近くなるまで直列接続しもよい。このような配置の等価回路図は図６に示されるようになる。なお、この接続で明るさが充分ではない場合には、さらにこれらの組を並列に形成して接続することもできる。図５に示されるように、２個の発光部を逆並列に接続して１組としたものをさらに直列に接続する場合、縦方向ではなく、横方向に隣接する発光部１間でｎ側電極２０とｐ側電極１９とを配線膜３により接続する必要があり、配線膜３の形成場所が発光部１間に必要となる。このスペースとして、前述のダミー領域５を必要な幅で形成することができる。
【００２９】
つぎに、図１に示される構造の半導体発光装置の製法について説明をする。有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、キャリアガスのＨ2 と共にトリメチリガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、トリメチルアルミニウム(ＴＭＡ)、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとしてのＳｉＨ4 、ｐ形にする場合のドーパントガスとしてのシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）またはジメチル亜鉛(ＤＭＺｎ)などの必要なガスを供給して順次成長する。
【００３０】
まず、たとえばサファイアからなる基板１１上に、たとえば４００〜６００℃程度の低温で、ＧａＮ層からなる低温バッファ層１２を０.００５〜０.１μｍ程度成膜した後、温度を６００〜１２００℃程度の高温に上げて、アンドープのＧａＮからなる半絶縁性の高温バッファ層１３を１〜３μｍ程度、Ｓｉをドープしたｎ形ＧａＮおよびＡｌＧａＮ系化合物半導体からなるｎ形層１４を１〜５μｍ程度成膜する。
【００３１】
つぎに、成長温度を４００〜６００℃の低温に下げて、たとえば１〜３ｎｍのＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸 (ＭＱＷ)構造の活性層６を０.０５〜０.３μｍ程度成膜する。
【００３２】
ついで、成長装置内の温度を６００〜１２００℃程度に上げ、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層およびＧａＮからなるｐ形層１６を合せて０.２〜１μｍ程度積層する。
【００３３】
その後、表面にＳｉ3Ｎ4などの保護膜を設けてｐ形ドーパントの活性化のため、４００〜８００℃程度で１０〜６０分程度のアニールを行い、たとえばＺｎＯ層をＭＢＥ、スパッタ、真空蒸着、ＰＬＤ、イオンプレーティングなどの方法により０.０１〜０.５μｍ程度成膜することにより透光性導電層１８を形成する。ついで、ｎ側電極２０を形成するため、ｎ形層１４が露出するように、積層された半導体積層部１７の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによりエッチングする。さらに引き続き、ｎ形層１４を露出させた近傍で、発光部１間を電気的に分離するため、ｎ形層１４の露出部と離間して半導体積層部１７を１μｍ程度の幅ｗで、同様にドライエッチングにより半導体積層部１７の高温バッファ層１３に至るまでエッチングする。ｎ形層１４の露出部と分離溝１７ａとの間隔ｄは、たとえば１μｍ程度になるように形成される。
【００３４】
つぎに、露出したｎ形層１４の表面にＴｉとＡｌを、それぞれ０.１μｍ程度と、０.３μｍ程度、スパッタリングまたは真空蒸着により連続して付着し、ＲＴＡ加熱により６００℃程度で５秒間の熱処理をすることにより合金化して、ｎ側電極２０を形成する。なお、ｎ側電極はリフトオフ法により形成すれば、マスクを除去することにより所定の形状のｎ側電極を形成することができる。その後、ｐ側電極１９のために透光性導電層１８上にＴｉとＡｕをそれぞれ０.１μｍと０.３μｍ程度づつ真空蒸着することにより、ｐ側電極１９を形成する。その後、全面にＳｉＯ2などの絶縁膜２１を形成し、ｐ側電極１９およびｎ側電極２０の表面が露出するように絶縁膜２１の一部をエッチング除去する。そして、露出するｐ側電極１９およびｎ側電極２０を接続する部分のみ開口したレジスト膜を設けてＡｕ膜またはＡｌ膜などを真空蒸着などにより設けてからレジスト膜を除去するリフトオフ法などにより所望の配線膜３を形成する。
【００３５】
そして、基板１１の裏面に、残光時間が１０ｍｓｅｃ〜１ｓの蛍光体物質、たとえばＺｎＳ：Ｃｕを混入したエポキシ樹脂などの透光性樹脂を塗布し、乾燥させることにより固化して蛍光体層６を形成する。その後、複数個の発光部１からなる発光部群ごとにウェハからチップ化することにより、図１および図５に一部断面と平面の概念図が示される半導体発光装置のチップが得られる。なお、配線膜３を形成する際に、図５に示されるように、配線膜３と同じ材料で同時に外部と接続用の電極パッド４を形成する。
【００３６】
図１に示される例によれば、ｎ側電極２０を形成するためのｎ形層１４の露出部と、発光部１間を分離するための分離溝１７ａとが、近傍であっても（目的に応じてダミー領域５の幅を広くすることができる）別の部分に形成されており、さらにｎ側電極２０が高く形成されているため、隣接する発光部１間のｎ側電極２０とｐ側電極１９とを接続する配線膜３は、分離溝１７ａを介して形成されていても、大きな段差を経て接続する必要がない。すなわち、分離溝１７ａの深さは、３〜６μｍ程度あるが、その幅は０.６〜５μｍ程度、たとえば１μｍ程度と電気的分離が得られる程度の非常に狭い間隔であり、絶縁膜２１が完全に埋め込まれていなくても、表面は殆ど塞がり、その表面に形成される配線膜３には、多少の凹みは生じても大きな段差は生じない。そのため、ステップカバレッジの問題は一切なく、非常に信頼性のある配線膜３を有する半導体発光装置が得られる。
【００３７】
前述の例は、ｎ形層１４の露出部と、分離溝１７ａを異なる場所に形成することにより、分離溝１７ａを挟んだ半導体層の表面を実質的に同一面になるようにしたが、ｎ形層１４を露出させた露出部と連続して分離溝１７ａが形成されていても、傾斜面を有するダミー領域（中間領域）を設けることにより、断線の問題を防止することができる。その例が、図２に同様の断面説明図で示されている。なお、図２に示される例では、発光部１の構造の変形のみではなく、蛍光体層６の表面にさらに蓄光ガラス材料を含む層７が形成されている。
【００３８】
蓄光ガラスとは、テルビウムなどの蓄光材がガラス体内に混入されたもので、このようなガラスを粉末状にして透光性樹脂に取り込むことにより、塗布により所望の場所に設けることができる。この蓄光材の濃度および塗布の厚さを調整することにより、その残光時間を調整することができ、たとえば数秒程度の残光時間になるようにすることにより、微小時間残光させる蛍光体層の残光を補完して、完全に交流駆動によるチラツキを防止することができるし、残光時間をたとえば３０〜１２０分程度になるようにすることにより、停電時の非常灯や誘導灯などに利用することができる。なお、図２に示されるように、蛍光体層６上に設けることにより、蛍光体材料にもよるが、蓄光が主な発光になったときに、光の吸収が少なくなるというメリットがある。
【００３９】
図２において、半導体積層部１７は図１に示される例と同じであるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。この例では、分離溝１７ａが半導体積層部１７のｐ形層１６の上から形成されるのではなく、ｎ形層１４の露出面からさらに高温バッファ層１３に至るように分離溝１７ａが形成されている。ただし、分離溝１７ａを挟んでｎ側電極２０を形成する側と反対側にもｎ形層１４の露出部が形成され、そのｎ形層１４の露出部から半導体積層部１７上の透光性導電層１８の表面に達する傾斜面を有するダミー領域５が形成されていることに特徴がある。
【００４０】
このダミー領域５は、１つの発光部１ａとその隣の発光部１ｂとの間に形成されており、その幅Ｌ２は、１０〜５０μｍ程度に形成される。なお、このときの発光部１の幅Ｌ１は、６０μｍ程度である。また、このダミー領域５は、図２に示されるように、ｎ形層１４の露出部から半導体積層部１７の表面に至る傾斜面１７ｃが形成されている。図２には模式的に構造図が示されているだけで、寸法的には正確な図になっていないが、透光性導電層１８の表面とｎ形層１４との段差は、前述のように、０.５〜１μｍ程度で、ｎ形層１４の露出面から、分離溝１７ａの底までの寸法は３〜６μｍ程度ある。しかし、この分離溝１７ａの幅ｗは、前述のように、１μｍ程度であり、少なくとも分離溝１７ａの表面は、少々の窪みはできても殆ど絶縁膜２１により埋められている。したがって、このダミー領域５のｎ形層１４の露出面を経て配線膜３を形成すれば、殆どステップカバレッジの問題をなくすることができるが、図２に示される例では、このダミー領域５に傾斜面１７ｃが形成されている。これにより、絶縁膜２１および配線膜３は緩やかな勾配になり、より一層配線膜３の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
このような傾斜面１７ｃを形成するには、たとえば傾斜面を形成する場所以外のところをレジスト膜などによりマスクし、基板１１を斜めに傾けてドライエッチングなどによりエッチングすることにより、図２に示されるような傾斜面１７ｃを形成することができる。その後は、前述の図１に示される例と同様に、ｐ側およびｎ側の電極１９、２０を形成し、その電極表面が露出するように絶縁膜２１を形成し、配線膜３を形成すると共に、基板１１の裏面に蛍光体層６および蓄光ガラスを含む層７を設けることにより、図２に示される構造の半導体発光装置を得ることができる。
【００４２】
このダミー領域５が形成されることにより、前述のような傾斜面１７ｃを形成することができる他に、ダミー領域５自身は発光には寄与しないが、隣接する発光部１で発光した光が半導体層を伝ってこのダミー領域５の表面や側面から光を放射させることができ、発光部１が連続して形成される場合よりも、その発光効率（入力に対する出力）が向上する。また、発光部１が連続して形成されていると、通電により発熱した熱が逃げにくくて、結局は発光効率が低下したり、信頼性の低下を来す恐れがあるが、このような発光させないダミー領域５が形成されることにより、発熱しないで熱放散をしやすいため、信頼性の面からも好ましい。さらに、前述の図５に示されるように、横側に並ぶ２つの発光部１を配線膜３で連結する場合、配線膜３の形成場所が必要となるが、このダミー領域５に配線膜３を形成することができるし、後述するインダクタやキャパシタや抵抗（直列抵抗が１００Ｖに適合させるのに用いる場合がある）などの付属部品を形成するスペースとして利用することができる。また、自由に配線膜を形成するスペースがあるため、発光部１自身の構造を四角形状ではなく円形形状（上面図の形状）など、光の取出し構造を考慮した所望の形状にしやすいというメリットもある。すなわち、配線膜の断線防止のみならず、種々のメリットが付随する。このダミー領域５の利用は、図１の例でも同じである。
【００４３】
図２に示される例では、このダミー領域５と半導体積層部１７の高い側で隣接する発光部１とのあいだにも、その表面から高温バッファ層１３に至る第２の分離溝１７ｂが形成されている。この第２の分離溝１７ｂも、半導体積層部表面がほぼ同じ面の場所に形成されており、しかも前述と同様の電気的に分離し得る範囲で、できるだけ狭い間隔、すなわち１μｍ程度の幅で形成されている。そのため、この第２の分離溝１７ｂ上に絶縁膜２１を介して配線膜３が形成されても、断線などの問題は生じない。この第２の分離溝１７ｂは無くても構わないが、第２の分離溝１７ｂが設けられることにより、エッチングのバラツキにより分離溝１７ａが完全に高温バッファ層１３に達していない場合が生じても、隣接する発光部１間の電気的分離を確実にすることができ、その信頼性を向上させることができる。
【００４４】
図３は、配線膜３を形成する構造の他の例と共に、蛍光体層を設けないで、蓄光ガラス材料を含む層７を基板１の裏面に形成した例である。すなわち、照明灯で、電源をオフ後に残光があっても問題のない場合で、しかも停電時の非常灯や誘導灯を兼ねる必要のある場合には、１秒以下の微小時間の残光を有する蛍光体層を設ける必要はなく、数分程度以上の長時間の残光を有する蓄光ガラスを含む層７が設けられていることにより、目的を達成することができる。その例が図３に示されている。
【００４５】
また、この例では、各発光部１に分離するための分離溝１７ａを半導体層の表面が実質的に同一な部分に形成するのではなく、ｎ形層１４の露出面から引き続きその一部で分離溝１７ａを形成したものである。このような場合でも、分離溝１７ａ内に、たとえばクラリアント・ジャパン株式会社の商品名spinfil 130のように、スピンコートして２００℃１０分、４００℃１０分の硬化処理することにより４００℃程度の高温に耐え、透明な絶縁性を有する絶縁膜を形成すれば、分離溝などの凹部を埋めることができ、ｎ形層１４の露出面から上部電極１９層に直接配線膜３を形成しても、それ程段差が問題になることはなく、本発明の半導体発光装置を得ることができる。このように、分離溝１７ａによる段差の問題を解消できれば、分離溝１７ａを挟む半導体層に段差が無いことは、必ずしも必須ではない。なお、分離溝１７ａの位置と、配線膜３の構造以外の半導体積層部１７の構造は図３または４に示される例と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４６】
図４は、本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図である。すなわち、図１〜３に示される各例は、全て基板１１の裏面に蛍光体層６や蓄光ガラスを含む層７を設ける例であったが、この蛍光体層６などは、光が発射される側に設けられておればよく、半導体積層部１７の表面側（配線膜３の表面または他の樹脂層などを介した面）に設けられてもよく、また、図４に示されるように、半導体積層部１７を被覆する樹脂層に前述の蛍光体材料を含有させた蛍光体層６として、所望の外形に形成することもできる。
【００４７】
図４に示される例は、エポキシ樹脂などの透光性樹脂に前述の残光性を有する蛍光材料を含有させたもので、図１〜３に示されるような基板１１上に半導体積層部１７が形成され、図５などのパターンで複数の発光部１が配線膜３により接続された状態のチップが外部配線３１、３２に接続された状態でドーム状または球形状などの所望の形状に蛍光体層６が設けられている。なお、図４では、発光部１が模式的に示されており、配線膜などは省略した図になっているが、この発光部１の構成は、図１〜３に示される例と同様の構造である。また、一対の電極パッド４と接続される外部配線３１、３２も模式的に示されているが、電球のソケットのように形成することができることはいうまでもない。
【００４８】
図１〜４に示されるように、基板１１の裏面側を主として光の発射面とする場合には、配線膜３が形成される側に光が出る必要はなく、ほぼ全面に金属膜などが形成されてもよい。むしろ光を反射させる層が設けられることが好ましい。また、逆に、配線膜３が設けられる側を光発射面とする場合には、配線膜３はできるだけ光を遮断させないように細く形成されたり、ＩＴＯなどの透光性導電膜で形成することが好ましい。また、図１〜３に示される例では、発光部１の構造例と蛍光体層６などの配置例とが共に変る例が示されているが、発光部１の構造例と蛍光体層６などとの組合せはそれぞれ任意にとり得る。
【００４９】
以上のように、本発明によれば、半導体発光装置自体で残光を有する蛍光体層および／または蓄光ガラス材料を含む層が設けられているため、蛍光体層のみが設けられる構造にすることにより、残光が長すぎて違和感を起こさせることなく、交流駆動によるチラツキの不快さを無くすることができる。さらに、蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、完全にチラツキを阻止することができると共に、さらに残光時間が長い蓄光ガラス材料を含む層が設けられることにより、非常灯や誘導灯などに利用することができる。その結果、照明装置などに用いる場合でも、目的に応じた蛍光体層や蓄光ガラス材料を含む層が設けられた半導体発光装置を必要な場所に直接取り付けるだけで、交流駆動を行ってもチラツキのない照明装置とすることができるし、また、停電時の非常灯などとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による半導体発光装置の一実施形態の部分的断面説明図である。
【図２】本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図１と同様の説明図である。
【図３】本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す図１と同様の説明図である。
【図４】本発明による半導体発光装置のさらに他の形態を示す断面説明図である。
【図５】本発明による半導体発光装置の発光部の配置例を示す図である。
【図６】図５の等価回路を示す図である。
【図７】ＬＥＤを用いて照明装置を形成する従来の回路例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１    発光部
３    配線膜
４    電極パッド
６    蛍光体層
７    蓄光ガラス材料を含む層
１１    基板
１３    高温バッファ層
１４    ｎ形層
１５    活性層
１６    ｐ形層
１７    半導体積層部
１７ａ  分離溝
１８    透光性導電層
１９    ｐ側電極（上部電極）
２０    ｎ側電極（下部電極）
２１    絶縁膜
【図１】
2006080442.tif 000003
【図２】
2006080442.tif 000004
【図３】
2006080442.tif 000005
【図４】
2006080442.tif 000006
【図５】
2006080442.tif 000007
【図６】
2006080442.tif 000008
【図７】
2006080442.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月13日(2006.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光部を形成するための電気的分離が、前記半導体積層部に０.６〜５μｍの幅で形成される分離溝および該分離溝内に埋め込まれる絶縁膜により形成されると共に、該分離溝は、該分離溝を挟んだ半導体積層部の表面が実質的に同一面になる場所に形成され、該分離溝の上面上に前記絶縁膜を介して前記配線膜が形成され、かつ、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられてなる半導体発光装置。
【請求項２】
前記分離溝と該分離溝の一方の発光部との間に発光部に寄与しない半導体積層部からなるダミー領域が形成されてなる請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層の表面に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる請求項１または２記載の半導体発光装置。
【請求項４】
基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光部を形成するための電気的分離が、前記半導体積層部に０.６〜５μｍの幅で形成される分離溝および該分離溝内に埋め込まれる絶縁膜により形成されると共に、該分離溝は、該分離溝を挟んだ半導体積層部の表面が実質的に同一面になる場所に形成され、該分離溝の上面上に前記絶縁膜を介して前記配線膜が形成され、かつ、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられてなる半導体発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明による半導体発光装置は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光部を形成するための電気的分離が、前記半導体積層部に０.６〜５μｍの幅で形成される分離溝および該分離溝内に埋め込まれる絶縁膜により形成されると共に、該分離溝は、該分離溝を挟んだ半導体積層部の表面が実質的に同一面になる場所に形成され、該分離溝の上面上に前記絶縁膜を介して前記配線膜が形成され、かつ、前記複数の発光部の光発射面側に残光時間が１０ミリ秒から１秒以内の蛍光材料を含有する蛍光体層が設けられている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記前記分離溝と該分離溝の一方の発光部との間に発光部に寄与しない半導体積層部からなるダミー領域が形成されていることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明による半導体発光装置の他の形態は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の電極が設けられる複数個の発光部と、前記複数個の発光部を、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電極に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光部を形成するための電気的分離が、前記半導体積層部に０.６〜５μｍの幅で形成される分離溝および該分離溝内に埋め込まれる絶縁膜により形成されると共に、該分離溝は、該分離溝を挟んだ半導体積層部の表面が実質的に同一面になる場所に形成され、該分離溝の上面上に前記絶縁膜を介して前記配線膜が形成され、かつ、前記複数の発光部の光発射面側に蓄光ガラス材料を含む層が設けられている。