(57)【要約】      （修正有）【課題】  ＬＥＤチップを使用し、高輝度の発光ダイオード、特に高輝度の白色発光ダイオード及びその製造方法を提供することである。【解決手段】  ＬＥＤチップ２４の上に、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体層２６を有する発光ダイオード２１であって、該無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率が６０〜９７％であることを特徴とする発光ダイオード。【選択図】  図２
2006303001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップの上に、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体層を有する発光ダイオードであって、該無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率が６０〜９７％であることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率が８０〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光ダイオードの製造方法であって、発光ダイオードの無機蛍光体層をエアロゾルデポジション法により形成することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系青色発光ダイオード（以下、発光ダイオードをＬＥＤともいう）の発明以来、ＬＥＤ技術の進展が目覚しい。中でも白色ＬＥＤは、近年、高効率、高信頼性の白色照明光源として注目され、一部が微小電力小型光源として既に使用に供されている。この種のＬＥＤは、青色ＬＥＤ素子を、黄色蛍光体と透明樹脂との混合物で被覆したものが一般的であり、この方式の白色ＬＥＤ及び白色ＬＥＤ用蛍光体が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
しかしながら、青色光はエネルギーが大きいので樹脂を劣化させやすい。それゆえ、このような構造の白色ＬＥＤは、長時間使用していると樹脂が変色して色調が変化する。また最近では、高出力ＬＥＤ素子を使用して白色照明光源を開発する動きがあるが、この場合限られた部分に極めて強い青色光が照射されるので樹脂の劣化が著しく、発光色の変化が極めて短期間に起こる。また樹脂モールドされたＬＥＤ素子からの放熱性が悪いため、温度が上昇しやすく、温度上昇に伴って発光色の色調が黄色側にシフトするという問題があった。
【０００４】
さらに、紫外ＬＥＤ素子と、青色、緑色、赤色の３種類の蛍光体を組み合わせた形態の白色ＬＥＤも知られている（例えば、特許文献４参照）。この方式の白色ＬＥＤでは、より演色性の高い白色が実現できるという利点があるが、紫外線の方が前述の青色光よりエネルギーが大きいために、樹脂の劣化もより著しいという問題がある。
【０００５】
また、形成された白色ＬＥＤの色が所望通りに形成されにくい傾向にある。すなわち、ＬＥＤチップは、３００μｍ角程度と極めて小さい。また、ＬＥＤチップからの光を変換する蛍光体は極めて少量ですむ。そのため蛍光体の塗布及び配置が極めて難しい。特に、ＬＥＤチップからの光と、その光により励起され、ＬＥＤからの光とは異なる光の混色によって発光色を決める白色ダイオードにおいては、少しの色ずれにより表示色が大きく異なることとなる。蛍光体の混色を用いた発光ダイオードを量産させた場合、この色ずれの範囲が広く、そのため所望の色度範囲に形成させることが難しく歩留まりが低下する傾向にある。
【０００６】
このような課題を解決するために、ＬＥＤチップ上に無機蛍光体をスパッタリング法により薄膜を形成する発光ダイオードの形成方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。この方法によれば上記課題を一部解決することが可能であるが、無機蛍光体層の発光輝度が不十分であるという問題があった。この他にも、スパッタリング法による無機蛍光体薄膜形成には、以下のような課題がある。まず、高真空が必要であり生産設備が高価である。次に成膜速度が極めて遅く、生産性が不十分である。これに関連して、十分な膜厚の蛍光体層を形成することが困難である。
【０００７】
上記のような理由により、ＬＥＤチップ上に無機蛍光体層を樹脂を用いずに形成し高輝度な無機蛍光体層を得る方法、またその方法によって製造される高輝度な白色発光ダイオードが求められていた。
【特許文献１】特開平１０−１６３５３５号公報
【特許文献２】国際公開第９８／０５０７８号パンフレット
【特許文献３】特開２００２−４３６２４号公報
【特許文献４】特開２００２−２２６８４６号公報
【特許文献５】特許第３４０７６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ＬＥＤチップを使用し、高輝度の発光ダイオード、特に高輝度の白色発光ダイオード及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の上記課題は、以下の構成により達成される。
【００１０】
（請求項１）
ＬＥＤチップの上に、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体層を有する発光ダイオードであって、該無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率が６０〜９７％であることを特徴とする発光ダイオード。
【００１１】
（請求項２）
前記無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率が８０〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【００１２】
（請求項３）
請求項１または２に記載の発光ダイオードの製造方法であって、発光ダイオードの無機蛍光体層をエアロゾルデポジション法により形成することを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＬＥＤチップを使用し、高輝度の発光ダイオード、特に高輝度の白色発光ダイオード及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者は鋭意検討の結果、ＬＥＤチップの上に、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する無機蛍光体層を有する発光ダイオードであって、該無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率を６０〜９７％とする発光ダイオードにより、高輝度の発光ダイオード、特に高輝度の白色発光ダイオードが得られることを見出した。
【００１５】
本発明者はスパッタリング法以外の樹脂バインダを用いない薄膜形成法を種々検討した結果、新規な薄膜形成法であるエアロゾルデポジション（ＡＤ）法により形成した無機蛍光体薄膜（無機蛍光体層）が高い輝度をもたらすことが分かった。ＡＤ法により形成した膜は、スパッタリング法により形成した同等膜厚のものと比べて数％程度高い輝度を示した。
【００１６】
この原因については定かではないが、種々調査した結果、スパッタリング法により形成した膜は充填率１００％の緻密な膜となるが、ＡＤ法により形成した膜は充填率９５％程度となり、極僅かな空隙の存在が確認できた。微小な空隙がＬＥＤチップからの励起光を散乱し、蛍光体薄膜からの励起光の取り出しを若干低下させるが、薄膜内の励起光密度が高くなることにより、無機蛍光体層（以下、蛍光体層ともいう）により変換される発光の効率は高くなると考えている。そこで種々検討の結果、無機蛍光体層中の無機蛍光体の充填率を６０〜９７％とすることにより、本発明の効果が選択的に得られることを見出し、本発明を成すに至った。
【００１７】
以下、本発明の発光ダイオード、特に白色発光ダイオード及びその製造方法を詳細に説明する。
【００１８】
図２は、本発明の白色発光ダイオードの断面構成の１例を示す図である。ＬＥＤチップ２４は半導体層の表面にバンプ電極２５を形成した後、裏返して基板２２上の電極２３と接続する、いわゆるフリップチップ接続されている。さらに、ＬＥＤチップ２４上に、本発明に係る蛍光体粒子を高速衝突させて堆積する成膜法、いわゆるエアロゾル・デポジション法により、蛍光体層２６が形成される。図２に示すように、蛍光体層２６の上に、さらに透明無機酸化物による封止層２７が形成されている態様であってもよい。
【００１９】
別の一例を図３、４に示す。この態様では、ＬＥＤチップの半導体層２０２の表面に直接、蛍光体層２０１を形成する。ＬＥＤチップ表面の凹凸によらず均一な膜厚の蛍光体層を得ることが可能である。ただし、電極配線部位はあらかじめレジストにより保護し、蛍光体層を形成した後にレジスト除去、接続（ボンディング）する必要がある。
【００２０】
以下、個々の構成要素を、主に図３、４の態様に基づいて詳述する。
【００２１】
（ＬＥＤチップ１０２）
本発明に用いられるＬＥＤチップ１０２とは、蛍光体層２６、２０１を励起可能なものである。好ましくは蛍光体層２６、２０１を効率よく励起できる比較的短波長な紫外光や可視光を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体（一般式ＩｎiＧａjＡｌkＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）等が挙げられる。発光素子であるＬＥＤチップ２４は、ＭＯＣＶＤ法等により基板２０３上にＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体層２０２を発光層として形成させる。半導体層２０２の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合等を有するホモ構造、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２０２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。
【００２２】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、基板２０３にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性のよい窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に半導体層２０２を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にＳｉＯ2をマスクとして選択成長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層を形成後ＳｉＯ2をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。
【００２３】
ただし、図２に示すようなフリップチップ接続の場合には、サファイヤ基板のような可視光全域に亘り透明な基板に限定される。
【００２４】
窒化ガリウム系化合物半導体は、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等、所望のＮ型窒化ガリウム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型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。窒化ガリウム系化合物半導体は、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、低速電子線照射やプラズマ照射等することでＰ型化させることが好ましい。
【００２５】
具体的なＬＥＤチップの層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウム等を低温で形成させたバッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及びＳｉをドープさせた窒化インジュウム・ガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。
【００２６】
ＬＥＤチップを形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップの場合、エッチング等によりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、図２、３の態様の場合には、半導体層上に本発明による成膜法を用いて所望の形状の蛍光体層２６、２０１を形成する。さらにスパッタリング法、蒸着法、または本発明の成膜法等により各導電型と接続された第１の電極２０４、第２の電極２０５を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の導電性を利用して半導体を介して一対の電極を形成させることもできる。
【００２７】
次に、蛍光体層が形成された半導体ウエハ等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、または刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハを割り半導体ウエハからチップ状にカットする。このようにして本発明に利用可能な窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０２を形成させることができる。
【００２８】
（蛍光体層）
本発明においては蛍光体層中の無機蛍光体（以下、蛍光体ともいう）の充填率は６０〜９７％であることが必要であり、より好ましくは８０〜９５％である。
【００２９】
蛍光体層中の蛍光体の充填率とは、蛍光体層中に無機蛍光体が占める体積の比率である。蛍光体層中で無機蛍光体が占めない領域は空隙であり、空隙の容積を測定する方が比較的容易なので、充填率は（１−空隙率）で定義される。具体的には、蛍光体層断面の電子顕微鏡写真から空隙部分の体積を求めて算出する。
【００３０】
蛍光体層中の蛍光体の充填率を６０〜９７％とするには、プラズマ溶射法をはじめとする各種溶射技術、ガスデポジション法、コールドスプレー法、エアロゾルデポジション法等が挙げられる。なかでも、本発明においてはエアロゾルデポジション法が好ましい。
【００３１】
本発明に用いられる蛍光体層としては、少なくともＬＥＤチップ１０２の半導体発光層から放出された光で励起されて発光する蛍光体層２６、２０１をいう。
【００３２】
ＬＥＤチップ１０２から発光した光と、非粒子状性の蛍光体層から発光する光が補色関係等にある場合、それぞれの光を混色させることで白色を発光させることができる。
【００３３】
具体的には、ＬＥＤチップ１０２からの光とそれによって励起され発光する蛍光体層２６、２０１の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）やＬＥＤチップ１０２から発光された青色とそれによって励起され黄色を発光する蛍光体層２６、２０１の光等が挙げられる。蛍光体層２６、２０１で用いる蛍光体種類及び発光素子であるＬＥＤチップ１０２の主発光波長を選択することにより白色を含め電球色等任意の色調を提供させることができる。
【００３４】
ＬＥＤチップ１０２からの光によって励起される蛍光体層２６、２０１は、励起光源となるＬＥＤチップ１０２から放出される光により種々選択することができる。
【００３５】
（ＬＥＤチップの主発光ピークが４００〜５３０ｎｍの場合に選択できる蛍光体組成）
ＬＥＤチップの主発光ピークが４００〜５３０ｎｍの場合、ＬＥＤチップの発光は青色光であり、蛍光体層の発光色としては、発光ピークが５８０ｎｍ付近でブロードな黄色光の発光が必要となる。
【００３６】
具体的な蛍光体層の組成としては、クロムで賦活されたサファイア、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や酸化エルビウム（III）等が挙げられる。特に、高輝度か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、ただし、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。）等が好ましい。蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅが好ましい。
【００３７】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ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付近等にさせることができる。また、発光ピークも５８０ｎｍ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。しかも、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長へシフトする。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。従って、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられる等、高輝度に発光可能な窒化物系化合物半導体の青色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。
【００３８】
この蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、また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。または、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ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加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中で１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
【００３９】
（ＬＥＤチップの主発光ピークが４００ｎｍ以下の場合に選択できる蛍光体組成）
ＬＥＤチップの発光波長が２５０〜４００ｎｍの場合、ＬＥＤチップからの励起光は紫外線であり、蛍光体はさまざまな組み合わせで白色を構成することが可能だが、所謂３原色である青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の組み合わせで白色を構成することが望ましい。
【００４０】
青色蛍光体とは発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍ、緑色蛍光体とは発光ピーク波長が５００〜６００ｎｍ、赤色蛍光体とは発光ピーク波長が６００〜８００ｎｍであり、全ての蛍光体の励起スペクトルのピークが２５０〜４００ｎｍであることが望ましい。
【００４１】
具体的な例として、青色蛍光体では、Ｓｒ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、ＣａＳ：Ｂｉ、ＣａＳｒＳ：Ｂｉ、Ｂａ1-aＥｕaＭｇＡｌ10Ｏ17、緑色蛍光体では、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｂａ2ＳｉＯ4：Ｅｕ、ＺｎＧｅ2Ｏ4：Ｅｕ、赤色蛍光体では、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+、ＣａＳ：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ、Ｋ5Ｅｕ２．５（ＷＯ4）6.25等が挙げられる。
【００４２】
本発明に係る蛍光体層には、前記蛍光体の他に透明無機酸化物を混合してもよい。本発明で使用可能な透明無機酸化物としては、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
【００４３】
（蛍光体層の形成方法）
本発明では蛍光体層の形成には、原料である蛍光体の微粒子や透明無機酸化物の微粒子を、基板であるＬＥＤチップに高速で衝突させ成膜する、所謂エアロゾル・デポジション法を用いる。
【００４４】
エアロゾル・デポジション法による成膜装置としては、「応用物理」誌６８巻１号４４ページ、特開２００３−２１５２５６号公報等に開示されている構成が利用できる。
【００４５】
図１は本発明に用いられるエアロゾル・デポジション成膜装置の概略構成図を示す。エアロゾル・デポジション成膜装置は基板１０を保持するホルダー９、ホルダーをＸＹＺθで３次元に作動させるＸＹＺθステージ１１、基板に原料を噴出させる細い開口を備えたノズル８、ノズルをエアロゾル化室４とつなぐ配管６を備えたチャンバー７、さらに、搬送ガスを貯留する高圧ガスボンベ１、微粒子原料１２とキャリアガスが攪拌・混合されるエアロゾル化室４、及びこれらをつなぐ配管２によって構成される。ステージの裏面にはペルチェ素子による温度制御機構が設置され、基板を最適な温度に保つことができる。
【００４６】
さらに、エアロゾル化室内の微粒子原料は、以下のような手順によって基板であるＬＥＤチップ上に形成される。
【００４７】
エアロゾル化室内に充填された、好ましくは０．０２〜５μｍ、より好ましくは０．１〜２μｍの粒径の微粒子原料は、キャリアガスを貯留する高圧ガスボンベより配管を通ってエアロゾル化室に導入されキャリアガスとともに、振動・撹拌されてエアロゾル化される。
【００４８】
原料粒子の粒径測定方法としては、一般的なレーザー回折式粒径測定装置が挙げられ、具体的には、ＨＥＬＯＳ（ＪＥＯＬ社製）、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃ  ＨＲＡ（日機装社製）、ＳＡＬＤ−１１００（島津製作所社製）、コールターカウンター（ベックマン・コールター社製）等が挙げられる。特に好ましくはＭｉｃｒｏｔｒａｃ  ＨＲＡである。
【００４９】
エアロゾル化された微粒子原料は配管を通り、チャンバー内の細い開口を備えたノズルから基板にキャリアガスと共に吹き付けられ塗膜を形成する。チャンバーは真空ポンプ等で排気され、チャンバー内の真空度は必要に応じて調整されている。本発明では真空度は、好ましくは０．０１〜１００００Ｐａであり、さらに好ましくは０．１〜１０００Ｐａである。以下さらに、基板のホルダーはＸＹＺθステージにより３次元に動くことができるため、基板の所定の部分に必要な厚みの蛍光体層が形成できる。基板に形成された蛍光体層上には必要に応じて封止層を設けることができる。
【００５０】
エアロゾル化された原料粒子は、好ましくは流速１００〜４００ｍ／ｓｅｃのキャリアガスによって搬送され、基板上に衝突することによって堆積することができる。キャリアガスにより搬送された粒子は、互いに衝突の衝撃によって接合し膜を形成する。
【００５１】
本発明の製造方法において、原料粒子を加速・噴出するためのキャリアガスとしては、窒素ガスやＨｅガス等の不活性ガスが好ましい。窒素ガスは特に好ましく用いることができる。
【００５２】
また、原料微粒子を衝突させる基板の温度は、−１００℃〜２００℃に保持することが好ましい。基板温度を３００℃以上に加熱した時には膜が白濁化し、光が取り出せず白色ＬＥＤの輝度が低下する場合がある。
【００５３】
蛍光体層の形成には、少なくとも前記蛍光体の微粒子が必要であり、さらに必要に応じ前記透明無機酸化物の微粒子を混合してもよい。前記成膜装置のエアロゾル化室を、蛍光体用と透明無機酸化物用に併設し、適宜供給原料を切り替えること等により、蛍光体層中の蛍光体分布を制御できる。透明無機酸化物は、蛍光体と適宜混合されることにより、蛍光体層中の蛍光体濃度を制御できる。最表面に透明無機酸化物だけの層を形成した場合には、透明封止層として用いることができる。これとは逆にＬＥＤチップ表面に透明無機酸化物だけの層を形成してもよい。また、透明無機酸化物を用いずに蛍光体だけからなる層を形成することも可能である。
【００５４】
（導電性ワイヤー１０３）
導電性ワイヤー１０３としては、ＬＥＤチップ１０２の電極２０４、２０５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。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ーが挙げられる。このような導電性ワイヤー１０３は、各ＬＥＤチップ１０２の電極２０４、２０５と、インナー・リード及びマウント・リード等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。
【００５５】
（パッケージ１０４）
パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２を凹部内に固定保護すると共に外部との電気的接続が可能な外部電極１０５を有するものである。
【００５６】
パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２をさらに外部環境から保護するため透光性保護体であるモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０４は、モールド部材１０６との接着性がよく剛性の高いものが好ましい。ＬＥＤチップ１０２と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さらに、パッケージ１０４は、ＬＥＤチップ１０２等からの熱の影響をうけた場合、モールド部材１０６との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。
【００５７】
パッケージ１０４は、外部電極１０５と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０４が複数に分かれ、はめ込み等により組み合わせて構成させてもよい。このようなパッケージ１０４は、インジェクション成形等により比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミック等が挙げられる。
【００５８】
ＬＥＤチップ１０２とパッケージ１０４との接着は、熱硬化性樹脂等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等が挙げられる。また、ＬＥＤチップ１０２を配置固定させると共にパッケージ１０４内の外部電極１０５と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いられる。
【００５９】
（外部電極１０５）
外部電極１０５は、パッケージ１０４外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤチップ１０２に供給させるために用いられる。パッケージ１０４上に設けられた導電性を有するパターンやリードフレームを利用したもの等種々のものが挙げられる。また、外部電極１０５は放熱性、電気伝導性、ＬＥＤチップ１０２の特性等を考慮して種々の大きさに形成させることができる
外部電極１０５の具体的材料としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウムあるいは金等の金属メッキや半田メッキ等を施したものが好適に用いられる。
【００６０】
（モールド部材１０６）
モールド部材１０６は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ１０２、導電性ワイヤー１０３、蛍光体層１０１等を外部から保護するために設けることができる。モールド部材１０６は、各種樹脂や硝子等を用いて形成させることができる。モールド部材１０６の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の耐候性に優れた透明樹脂やガラス等が好適に用いられる。
【００６１】
以上のような構成から本発明の白色の発光ダイオードが形成される。
【００６２】
本発明の白色の発光ダイオードには、最大５Ｖ、３０ｍＡまでの定格直流負荷を加え発光させて白色発光を得ることができる。
【実施例】
【００６３】
以下、実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの記載に限定されるものではない。
【００６４】
実施例
〔発光ダイオードの作製〕
（発光ダイオード１の作製）
ＬＥＤチップとして主発光ピークが４６０ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を用いた。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（トリメチルインジュウム）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させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム、［Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2］）とを切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成し、ＰＮ接合を形成させる。半導体発光素子としては、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と、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、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を形成させた。Ｎ型導電性を有するコンタクト層とＰ型導電性を有するクラッド層との間に厚さ約３ｎｍの、単一量子井戸構造とされるノンドープＩｎＧａＮの活性層を形成させた。なお、サファイア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とさせた。また、Ｐ型導電性を有する半導体は、成膜後４００℃以上でアニールした。
【００６５】
その後、エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体表面を露出させた。また、ＰＮ各半導体表面が露出された部位は、最終的に形成される各ＬＥＤチップごとに複数ある。さらに、各ＬＥＤチップの大きさごと矩形に分割できるよう半導体層をサファイア基板まで部分的に除去し電気的にも分離させてある。導電性ワイヤーとなる金線を付着させるためのパッド電極形成面には、レジストを予め形成させ半導体ウエハを形成した。
【００６６】
作製したＬＥＤチップの上に、図１に示すエアロゾル・デポジション成膜装置を用いて黄色蛍光体層を形成した。平均粒径０．２μｍの（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ０．０３５蛍光体粒子をエアロゾル化室に充填し、キャリアガスとして流速２００ｍ／ｓのＮ2ガスを用い、チャンバーの真空度は１００Ｐａ、基板温度を２０℃として、ＬＥＤチップ上に吹きつけて２μｍの成膜を行なった。この後、レジストをリフトオフにより除去して所望の半導体ウエハ上内のみに平滑で無機蛍光体層が形成された。
【００６７】
こうして蛍光体層を形成させた半導体ウエハをＬＥＤチップに分割させるためのエッチングラインに沿ってダイサーでダイシングした後、スクライバーでスクライブラインを形成させた。スクライブラインに沿ってサファイア基板側からローラにより加圧して、個々に分割し蛍光体層を持ったＬＥＤチップを形成させた。
【００６８】
また、インサート成形によりポリカーボネート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥＤチップが配される開口部を備えている。パッケージ中には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてある。パッケージ内部で蛍光体層が形成されたＬＥＤチップをエポキシ樹脂等を用いて固定させた。導電性ワイヤーである金線をＬＥＤチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続させた。こうして本発明の白色の発光ダイオード１を４０００個作製した。
【００６９】
（発光ダイオード２の作製）
平均粒径０．４μｍの（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ０．０３５蛍光体粒子を用いた以外は発光ダイオード１の作製と同様にして、２μｍの成膜を行ない、本発明の白色の発光ダイオード２を４０００個作製した。
【００７０】
（発光ダイオード３の作製）
平均粒径０．９μｍの（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ０．０３５蛍光体粒子を用い、流速１７０ｍ／ｓのＮ2ガスを用いた以外は発光ダイオード１の作製と同様にして、２μｍの成膜を行ない、本発明の白色の発光ダイオード３を４０００個作製した。
【００７１】
（発光ダイオード４の作製）
蛍光体層の形成は、エポキシ樹脂中に（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ０．０３５蛍光体を混合させたコーティング部をＬＥＤチップ上に形成させた以外は、発光ダイオード１の作製と同様にして、比較例の白色の発光ダイオード４を４０００個作製した。
【００７２】
（発光ダイオード５の作製）
蛍光体層を形成するために、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た。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混合して混合原料を得た。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合した後、４００Ｎ／ｃｍ2を５秒で成形体を形成した。成型体を坩堝に詰め、空気中１３５０℃で３時間焼成して焼成品を得た。
【００７３】
焼成品の端面を平滑になるようカットした後、（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ０．０３５蛍光体組成をもったターゲットとして利用した。２極スパッタリング装置の真空チャンバー内にターゲットとＬＥＤチップを固定させた。スパッタリング装置の真空チャンバー内にアルゴンガスを流すと共にそれぞれの電極に交流電圧を印加した。電圧を印加させて２μｍ蛍光体膜をＬＥＤチップ上に形成した。蛍光体層の形成以外は発光ダイオード１の作製と同様にして、比較例の白色の発光ダイオード５を４０００個作製した。
【００７４】
〔測定及び評価〕
（充填率の測定）
蛍光体層断面の電子顕微鏡写真から空隙部分の体積を求めて計算した。具体的には、断面像の濃淡差から空隙部分を特定し、蛍光体部分との断面積比で大まかな充填比率を求めた。蛍光体断面の切片を５０個作製し、断面積比を平均化することで、蛍光体の充填率を算出した。
【００７５】
発光ダイオード２についてはさらに大量の切片を作製し、水銀ポロシメータによる充填率の測定も併せて行なった。電子顕微鏡法とポロシメータ法による充填率の値は２桁の精度で一致した。
【００７６】
（白色光強度、４６０ｎｍピーク強度、５６０ｎｍピーク強度の評価）
得られた発光ダイオードに電力を供給させることによって発光させ、発光ダイオードの正面から白色光強度（４００〜８００ｎｍの積分値）、４６０ｎｍの発光強度、５６０ｎｍの発光強度を評価した。
【００７７】
（発光のバラツキの評価）
得られた発光ダイオードに電力を供給させることによって発光させ、発光ダイオードの正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し、バラツキを色度座標上の面積として測定した。
【００７８】
白色光強度、４６０ｎｍピーク強度、５６０ｎｍピーク強度及びバラツキは発光ダイオード５を１．００とする相対値で示す。測定及び評価の結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】
2006303001.tif 000003
【００８０】
表１から、本発明の発光ダイオードは比較例に比べ白色光強度に優れ、発光のバラツキが小さいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】エアロゾル・デポジション成膜装置の概略構成図である。
【図２】本発明の白色の発光ダイオードの断面構成の１例である。
【図３】本発明の発光ダイオードであるＬＥＤチップの模式図であり、図３（Ａ）は、模式的断面図であり、図３（Ｂ）は、概略正面図である。
【図４】本発明の発光ダイオードであるチップタイプＬＥＤの模式的断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  高圧ガスボンベ
２、６  配管
３、５  バルブ
４  エアロゾル化室
７  チャンバー
８  ノズル
９  ホルダー
１０、２２、２０３  基板
１１  ＸＹＺθステージ
１２  微粒子原料
２１  白色ＬＥＤ
２２、２０３  基板
２３  電極
２４、１０２  ＬＥＤチップ
２５  バンプ電極
２６、２０１  蛍光体層
２７  封止層
１００  チップタイプＬＥＤ
１０１、２０１  非粒子状性の無機蛍光体層
１０３  導電性ワイヤー
１０４  パッケージ
１０５  外部電極
１０６  モールド部材
２０２  半導体層
２０４  Ｎ型導電性を有する半導体層に接続された第１の電極
２０５  Ｐ型導電性を有する半導体層に接続された第２の電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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