(57)【要約】【課題】  半導体装置の放熱性を向上させる。【解決手段】  本発明は、半導体素子１０７と、該半導体素子１０７を保持する支持体１０１とを有する半導体装置であって、支持体１０１は、その側面の方向に開口する凹部１０２を有し、該凹部１０２の内壁面のうち、少なくとも半導体素子１０７の実装面側の内壁面は、導電性材料により被覆されていることを特徴とする半導体装置である。また、支持体１０１は、半導体素子の実装面側の内壁面から半導体素子の方向に延伸する貫通孔を有し、該貫通孔の内壁面が導電性材料により被覆されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子と、該半導体素子を保持する支持体とを有する半導体装置であって、
前記支持体は、その側面の方向に開口する凹部１０２を有し、該凹部１０２の内壁面のうち、少なくとも前記半導体素子側の内壁面は、導電性材料により被覆されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記支持体は、前記凹部１０２の内壁面から前記半導体素子の方向に延伸する貫通孔を有し、該貫通孔の内壁面が前記導電性材料により被覆されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記半導体素子の方向に向かって徐々に内径が狭くなる請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記半導体素子が載置される側の開口部が前記導電性材料により塞がれている請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記凹部１０２の内壁面は、その断面が前記半導体素子の方向に向かって徐々に狭くなる形状とされている請求項１乃至４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記導電性材料は、前記凹部１０２の側壁上面を被覆している請求項１乃至５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記支持体は、前記半導体素子を載置する凹部１０４を有し、該凹部１０４の底面から内壁面および側壁上面を経由し該支持体１０１の側面まで延伸する導体配線を有しており、
前記支持体１０１の側面に施された導体配線は、前記側壁上面から所定の間隔を空けて施された第一の配線領域１０５ａと、該第一の配線領域１０５ａと前記側壁上面の導体配線とを接続する第二の配線領域１０５ｂとからなり、
前記第一の配線領域１０５ａは、前記第二の配線領域１０５ｂより面積が広い請求項１乃至６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記支持体は、その側面により画定される外郭の隅角に切欠部２０４を有し、該切欠部２０４の壁面は、隣接する支持体の側面に対して略垂直あるいは鋭角をなす平面部２０４ａを有する請求項１乃至７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記平面部２０４ａが隣接する支持体の側面は、前記凹部１０２が開口している側の側面である請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記支持体は、セラミックス材料からなる請求項１乃至９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、発光素子や受光素子のような半導体素子が支持体に実装された半導体装置に関し、特に放熱性に優れた表面実装型の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子が支持体に搭載されてなる半導体装置は、その支持体の側面が外部の配線基板に対向され、実装されることがある。このような表面実装型の半導体装置は、半導体素子から実装基板への放熱性の向上が課題となっている。例えば、特開平１１−１２１８０５号公報に開示される発光装置は、発光素子から支持基板の方向に延伸する貫通孔に存在する空気やシリコーン樹脂を媒質として、発光素子から発生する熱を発光装置の外部へ放熱させている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２１８０５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、半導体素子が配置された箇所から半導体装置の実装面へ最短経路で結ぶ方向には、支持体を構成する絶縁性材料が存在するため、放熱性が十分ではない。
【０００５】
そこで、本発明は、従来の半導体装置と比較して放熱性がさらに向上された半導体装置とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、半導体素子と、該半導体素子を保持する支持体とを有する半導体装置であって、上記支持体は、その側面の方向に開口する凹部を有し、該凹部の内壁面は、少なくとも上記半導体素子側の内壁面が導電性材料により被覆されていることを特徴とする。
【０００７】
このように構成すると、従来の半導体装置と比較して、半導体素子からの放熱経路を短縮でき、放熱性の高い半導体装置とすることができる。
【０００８】
また、上記支持体は、上記凹部１０２の内壁面から上記半導体素子の方向に延伸する貫通孔を有し、該貫通孔の内壁面が上記導電性材料により被覆されている。これにより、半導体装置の放熱性をさらに向上することができる。
【０００９】
また、上記貫通孔は、上記半導体素子の方向に向かって徐々に内径が狭くなる。さらに、上記貫通孔は、上記半導体素子が載置される側の開口部が前記導電性材料により塞がれていることが好ましい。これにより、半導体装置の放熱性をさらに向上することができる。
【００１０】
また、上記支持体の側面の方向に開口する凹部を形成する内壁面のうち、上記凹部１０２の内壁面は、その断面が上記半導体素子の方向に徐々に狭くなるテーパ形状とされている。つまり、内壁面の断面が半導体装置の実装面の方向に徐々に広くなるテーパ形状とされている。これにより、半導体装置の放熱性をさらに向上することができる。また、半導体装置を基板に安定な姿勢で実装することができ、実装時のリフローにおいて、半田のような導電性部材が第一の凹部の壁面を被覆することが容易となる。
【００１１】
また、上記支持体は、上記半導体素子を載置する凹部１０４を有し、該凹部１０４の底面から内壁面および側壁上面を経由し該支持体１０１の側面まで延伸する導体配線を有しており、上記支持体１０１の側面に施された導体配線は、上記側壁上面から所定の間隔を空けて施された第一の配線領域１０５ａと、該第一の配線領域１０５ａと上記側壁上面の導体配線とを接続する第二の配線領域１０５ｂとからなり、上記第一の配線領域１０５ａは、前記第二の配線領域１０５ｂより面積が広いことが好ましい。
【００１２】
これにより、半導体装置を基板に実装する際に、半田のような導電性部材が導体配線の上を伝って第二の凹部の開口部まで濡れ広がることを防止できる。したがって、量産性よく信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００１３】
また、上記導電性材料は、上記第一の凹部１０２の側壁上面を被覆している。これにより、半導体装置を基板に実装する際に、半田が側壁上面を濡れ広がるため、半田の状態を基板の直上から視認することが容易にできる。
【００１４】
上記支持体は、その側面により画定される外郭の隅に切欠部を有し、該切欠部の壁面は、隣接する支持体の側面にして略垂直あるいは鋭角をなす平面部２０４ａを有する。これにより、切欠部の壁面に延出された導体配線と実装基板とを半田にて電気的および機械的に強固に接続することができる。
【００１５】
また、上記平面部２０４ａが隣接する支持体の側面は、上記凹部１０２が開口している側の側面であることが好ましい。これにより、半導体素子の直下に位置する凹部１０２の内壁面と、切欠部の平面部とを半田にて配線基板に固定することができるため、配線基板に強固に固定され放熱性の高い半導体装置とすることができる。
【００１６】
また、上記支持体は、セラミックス材料からなる。これにより、耐久性および耐熱性に優れた半導体装置とすることができる。例えば、鉛フリー半田を使用した高温下でのリフローも信頼性高く行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、従来と比較して、半導体素子が実装された方向からの放熱性が向上された表面実装型の半導体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】
【００１８】
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。
【００１９】
半導体素子と、該半導体素子を保持する支持体とを有する半導体装置において、本発明者は、上記支持体が、その側面の方向に開口する凹部を有し、該凹部の内壁面のうち、少なくとも上記半導体素子が実装されている部位に対向する内壁面は、導電性材料により被覆されていることにより上述したような課題を解決するに至った。
【００２０】
半導体素子と、該半導体素子を配置する支持体とを有し、該半導体素子が配置される面に対して略垂直な実装面を有する半導体装置として、例えば、特開平１１−１２１８０５号公報に開示される半導体装置が挙げられる。このような従来の半導体装置は、半導体素子が配置された箇所から半導体装置の実装面へ最短経路で結ぶ方向に、支持体を形成する絶縁性材料が存在している。この絶縁性材料は、導電性材料と比較して熱伝導性が低いため、半導体装置全体の放熱性の向上を図ることができない。
【００２１】
そこで、本願発明にかかる半導体装置は、支持体の少なくとも一方の側面、特に、外部基板に対する半導体装置の実装面とする方向に開口する凹部（以下、「第一の凹部」と呼ぶ。）を支持体に形成し、その凹部のうち少なくとも半導体素子の直下に位置する内壁面を熱良導性の導電性材料にて被覆する。これにより、従来の半導体装置と比較して、半導体素子から半導体装置の実装面方向への放熱経路を短縮でき、放熱性の高い半導体装置とすることができる。
【００２２】
図４は、本形態における支持体１０１の背面方向からの断面斜視図であり、図８は、背面方向からの斜視図である。図４および図８に示されるように、本形態における支持体１０１は、第一の凹部１０２内壁面のうち、半導体素子側の底面から半導体素子が実装されている方向に延伸する穴１０３ａや穴１０３ｂを有する。図４に示される孔１０３ａは、第一の凹部の内壁面から半導体素子１０７の方向に断面が楔形となるように二つ形成されている。また、図８に示される穴１０３ｂは、円錐形をしており、第一の凹部の内壁面に対し複数個形成させている。さらに、穴１０３ａおよび穴１０３ｂの内壁面は、導電性材料により被覆されていることが好ましい。また、穴１０３ａおよび穴１０３ｂは、半導体素子の方向に向かって徐々に内径が狭くなることがさらに好ましい。さらに、半導体素子が載置される側まで穴が貫通されるときには、その開口部は、例えば、導体配線の電解メッキによる金属膜など、導電性材料により塞がれていることが好ましい。これにより、半導体素子の熱は、貫通孔内の導電性材料を介して効率よく放熱され、半導体装置の放熱性をさらに向上することができる。
【００２３】
図５は、本形態における支持体１０１の背面方向からの断面斜視図である。第一の凹部１０２内壁面のうち、上記半導体素子側に位置する内壁面は、その断面が半導体装置の実装面の方向に徐々に広くなるテーパ形状とされていることが好ましい。これにより、半導体装置から該半導体装置の実装基板方向への放熱性をさらに向上することができる。また、半導体装置を実装基板に対して安定な姿勢で実装することができる。さらに、実装時のリフローにおいて、半田、鉛フリー半田のような導電性部材は、支持体の壁面を這い上がるフィレットを形成し易くなり、第一の凹部の壁面（あるいは該壁面を被覆する導電性材料）を被覆することが容易となる。
【００２４】
また、図３に示されるように、支持体１０１は、半導体素子を内部に載置する第二の凹部１０４を有し、該第二の凹部１０４の底面から内壁面および凹部の側壁上面を経由して支持体の側面まで延伸する導体配線１０５を有している。このように、支持体は、半導体素子を載置する凹部１０４を有し、該凹部１０４の底面から内壁面および側壁上面を経由し該支持体１０１の側面まで延伸する導体配線を有し、支持体１０１の側面に施された導体配線は、上記側壁上面から所定の間隔を空けて施された第一の配線領域１０５ａと、該第一の配線領域１０５ａと上記側壁上面の導体配線とを接続する第二の配線領域１０５ｂとからなり、第一の配線領域１０５ａは、第二の配線領域１０５ｂより面積が広いことが好ましい。例えば、支持体１０１の側面に施された導体配線１０５は、該側面に垂直な方向から見て、半導体装置の実装面の方向にコの字、ジグザグ形状あるいはＳ（エス）字形状となるように延伸されていることが好ましい。ここで、半導体装置の実装面から凹部側壁上面に至る導体配線の延伸距離および第一の配線領域１０５ａと第二の配線領域１０５ｂの面積は、導体配線および半田のそれぞれの材質や半田の量を考慮して調整される。これにより、半導体装置を基板に実装する際に、半田のような導電性部材が導体配線上を第二の凹部内まで濡れ広がることを確実に防止することができ、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００２５】
また、導電性材料は、第一の凹部の側壁上面を被覆していることが好ましい。これにより、半導体装置を基板に実装する際に、半田が側壁上面を濡れ広がりフィレットを形成するため、半田の状態を基板の直上から視認することが容易にでき、作業性が向上する。
【００２６】
また、本願発明は、上述の半導体装置と、該半導体装置が実装される基板とを有し、第一の凹部内壁面のうち、少なくとも半導体素子の実装面の直下に位置する内壁面は、上記基板の実装面とともに、半田のような導電性部材により被覆されていることを特徴とする装置である。また、導電性部材は、第一の凹部の底面から半導体素子の方向に延伸する貫通孔内にも延在していることが好ましい。これにより、半導体素子の直下に位置する内壁面から導電性部材および基板への放熱経路が形成され、半導体装置の熱が半田を介して効率よく基板の方向へ放熱される。また、上記貫通孔は、基板の方向に傾斜していることが好ましい。これにより、導電性部材が貫通孔内に入り込みやすくなり、放熱性の高い装置とすることができる。以下、本形態の各構成について詳述する。
【００２７】
［支持体］
本形態における支持体とは、半導体素子を搭載して、外部環境などから該半導体素子を保護し、該半導体素子へ給電を行う導体配線（回路部）が施されている部材である。特に、本発明における支持体は、半導体素子から発生する熱を外部の基板の方向へ放熱するための第一の凹部とを有する。さらに、本発明における支持体は、第一の凹部に加えて、半導体素子を収納するための第二の凹部を有することもできる。
【００２８】
第一の凹部は、第二の凹部とは反対側に形成されており、第一の凹部内壁面の一部（底面）は、実装された半導体素子の直下に位置する。また、第一の凹部の内壁面は、回路部あるいは光反射部を形成する工程において、一体的かつ同時に形成される後述の回路部あるいは光反射部と同じ金属材料により被覆されている。さらに、第一の凹部は、少なくとも支持体の側面側に開口部を有するように形成されている。例えば、図２に示される第一の凹部１０２は、半導体装置が外部の基板に実装されるとき、その実装面側および支持体の背面に開口部を有するように形成されている。これにより、半田にてリフローする際に、半田は第一の凹部の内壁面（その内壁面を被覆する導電性材料の表面）を伝って延在し、半田の這い上がり（フィレット）を形成することが容易にできる。したがって、半導体素子から第二の凹部の内壁面および該内壁面を被覆する半田を介して、半導体装置の実装基板方向への放熱性が向上された半導体装置とすることができる。
【００２９】
図６および図７は、本発明の他の形態における支持体を背面方向から見た模式的な斜視図である。ここで、図６に示される溝の数や図７に示される円錐部の数は、図示されるものに限定されることなく、半導体装置の放熱特性を考慮して適宜選択されることは言うまでもない。
【００３０】
本形態における支持体は、図６および図７にそれぞれ示されるように、第一の凹部１０２の内壁面形状を凹凸形状や円錐形の突起形状とし、支持体の外壁面の表面積を増やすことができる。これにより、半導体装置の放熱性をさらに向上させることができる。ここで、図６に示される凹凸形状における溝の方向は、半導体装置の実装面の方向に延伸されていることが好ましい。これにより、溝に沿って、半田の這い上がり（フィレット）が容易に形成される。そのため、半導体装置の半田を介した放熱経路が形成され、半導体装置の放熱性を向上させることができる。
【００３１】
一方、支持体正面の第二の凹部１０４は、半導体素子や、該半導体素子の電極を導体配線１０５と電気的に接続する導電性ワイヤなどを内部に配置させるためのものである。したがって、半導体素子をダイボンド機器などで直接積載などす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。第二の凹部は、半導体素子の数、大きさおよび形状を考慮し、種々の形状および大きさが選択される。また、発光装置の配光性などを考慮し、複数の形状および大きさの凹部を設けることもできる。
【００３２】
半導体素子と凹部の底面との接着は、熱硬化性樹脂など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た半導体素子と配線と電気的に接続させるためには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。このような支持体として、例えば、ＭＩＤ基板やセラミックパッケージなどが挙げられる。以下、本形態における支持体について、詳細に説明する。
【００３３】
（ＭＩＤ基板）
ＭＩＤ基板は、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、液晶ポリマ等の電気絶縁性材料を用い、射出成型によって絶縁性基材を形成する。そして、半導体素子の実装箇所に第二の凹部、および該第二の凹部の反対側に第一の凹部を設けるなどして、三次元の立体形状の絶縁性基材を形成する。
【００３４】
この絶縁性基材をアルカリ脱脂した後、その表面をプラズマ処理して表面の活性化及び微細な粗面化を行う。その後、絶縁性基材の表面にスパッタリングや真空蒸着等により、銅、銀、金、ニッケル、白金またはパラジウム等の金属膜（めっき下地層）を形成する。
【００３５】
そして、ＹＡＧレーザやエキシマレーザのようなレーザの電磁波を照射して、上記金属膜を除去する。すなわち、ガルバノミラーでレーザ光を照射することにより、絶縁性基材の表面のうち回路を形成する箇所である回路部以外の部分、すなわち回路部間の絶縁スペースとなる非回路部において照射されるものであり、非回路部の少なくとも回路部との境界領域に非回路部のパターンに沿って照射することにより、非回路部の回路部との境界領域の金属膜を除去するものである。
【００３６】
次に、回路部に給電を行い、所定厚の金属膜を形成した支持体を得る。例えば、電解メッキにより、Ｃｕ、ＮｉさらにＡｕの順にメッキする。なお、非回路部の残存した金属膜は、必要に応じてソフトエッチング等で除去してもよい。
【００３７】
（セラミックパッケージ）
セラミックパッケージとは、セラミック材料で形成されたものであり、半導体素子が配置されると共に半導体素子と外部とを電気的に接続する回路部が設けられた支持体である。
【００３８】
セラミック材料は、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。
【００３９】
このようなセラミック材料とバインダーとしての樹脂との混合物を材料とした射出成型によって絶縁性基材を形成する。そして、半導体素子の実装箇所に第二の凹部、該第二の凹部の反対側に第一の凹部を設けるなどして、三次元の立体形状の絶縁性基材を形成し、焼成する。さらに、上述のＭＩＤ基板と同様にして絶縁性基材に回路部を形成して、支持体とする。セラミック材料の射出成型によって絶縁性基材を形成する方法は、以下に述べるセラミックグリーンシートを積層させる方法と比較して、図６から図８に示されるような種々の形状を有する支持体をセラミック材料にて形成することが容易にできる。
【００４０】
一方、セラミックグリーンシートを積層させ、焼成することにより形成されるセラミックパッケージがある。このセラミックグリーンシートを材料として形成されるセラミックパッケージは、焼成前のグリーンシートの段階で種々の形状をとることができる。パッケージ内の導体配線は、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。まず、スクリーン印刷などの方法により、ペースト状の材料をグリーンシートに設けたスルーホールに押し込んで所望の形状とし、セラミック材料の焼成によって導体パターンとする。次に、この導体パターンに通電し、ニッケルや銀、金などを材料とする電解メッキを行うことにより、スルーホールの内壁面から半導体素子が搭載される部位までパターニングされた導体配線を形成される。なお、スルーホールの開口部を含む断面の位置で分割して個片とすることによって、スルーホールの分割痕からなる切欠部を支持体の隅角に電極として形成することができる。
【００４１】
半導体素子を載置するための凹部は、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形成される。したがって、円状、楕円状や孔径の異なるグリーンシートを積層することで階段状の開口部内壁などを形成することも可能である。さらに、一定の方向に内径が大きくなる貫通孔を有するグリーンシートと、種々の形状および大きさの貫通孔を有するグリーンシートを組み合わせることにより、開口方向に向かって内径が広くなる形状を有する凹部とすることができる。
【００４２】
なお、支持体の背面側において一方の側面方向に開口する凹部は、凹部を有するグリーンシートの積層体を焼成し金属メッキをした後、凹部を含む断面の位置で分割して個片とすることによって形成することができる。例えば、図１０に示されるように、支持体の背面側から見て、一方の側面方向と他方の側面方向に開口する二つの凹部が形成されることとなる。その二つの凹部のうち、一方の凹部は、凹部の内壁面の少なくとも一つが支持体に載置される半導体素子の直下に位置するように、その大きさが調整されている。
【００４３】
図１１は、本発明の別の形態における半導体装置を正面方向から見た模式的な斜視図である。本形態における支持体は、図１１に示されるように、内壁面に導体配線が施されたスルーホールの分割痕からなる切欠部２０４を有する。この切欠部２０４のうち、最も直近かつ隣接して形成される切欠部２０４同士が繋がるような第三の凹部２０５を支持体２０１の一方の側面（例えば、幅狭側）に形成することもできる。このような第三の凹部２０５を形成し、支持体２０１の他方の側面（例えば、幅広側）を外部の実装基板に対する実装面とし、切欠部２０４の壁面と実装基板とが半田付けされる。このとき、半導体装置の直上（半田付けされていない方の切欠部２０４側）から第三の凹部２０５を通して半田付けの具合を確認することができる。そのため、作業性よく信頼性の高い実装が可能な半導体装置とすることができる。
【００４４】
図１２は、本発明の別の形態における半導体装置を正面方向から見た模式的な斜視図である。図１２に示されるように、半導体素子を収納する第二の凹部を形成している側壁の外壁面に対し、複数の突状部２０６を設けることができる。なお、突状部２０６は、支持体の一方の側面方向あるいは他方の側面方向のうち、少なくとも一方に設けることができる。これにより、支持体の外壁面の表面積が増加し、半導体装置の放熱性をさらに向上させることができる。特に、第二の凹部の側壁から直接放熱される傾向が強くなるため、半導体素子を被覆する樹脂に蛍光体を含有させたとき、その蛍光体の熱劣化が抑制され、光学特性の低下がない信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００４５】
さらに、封止部材が充填される凹部を形成する際に、所定の大きさだけ内径の小さい貫通孔を有するグリーンシートを適宜配置し、凹部内に充填された樹脂の保持手段を有するセラミックパッケージとすることができる。この保持手段は、凹部の内側方向に突出しており、凹部内に充填された樹脂は、凹部内から剥離することなく、信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【００４６】
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など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。
【００４７】
［光反射部］
発光素子や受光素子のような半導体素子を凹部に収納するとき、その凹部の内壁面には光反射部を形成することが好ましい。光反射部は、セラミックパッケージの正面側において、凹部を形成する内壁面に対して設けられ、セラミックパッケージのセラミック素地部と直接接し第二の金属層の下地となる第一の金属層と、発光素子から放出された光を反射させ効率よく外部に取り出すための反射機能を有する第二の金属層とを含む。なお、本形態における光反射部、第一の凹部の内壁面を被覆する導電性材料および導体配線は、以下に詳述する形成方法により一体的に形成することができる。
【００４８】
（第一の金属層）
第一の金属層は、セラミックパッケージに直接接して形成されると共に第二の金属層を形成させる下地となるものである。したがって、セラミック焼成と同時に形成される第一の金属層は、セラミックの焼成時に溶融しないことが必要となる。このような第一の金属層に用いられる高融点金属としては、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が挙げられる。例えば、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の凹部内壁に塗布或いは印刷などし、グリーンシートと共に焼成することによって第一の金属層を形成することができる。金属粒子の粒径を制御することによってセラミックや第一の金属層上に形成される第二の金属層さらには、その上に形成されるモールド部材との密着性をも制御することができる。第一の金属層に用いられる金属粒径によって、その上に形成される第二の金属層の表面粗さも制御することができる。そのため、第一の金属層に含有される金属粒子の粒径としては、０．３から１００μｍであることが好ましく、１から２０μｍがより好ましい。
【００４９】
また、内壁面をスクリーン印刷する以外の反射導体層形成の方法としては、グリーンシートの開口部に完全に導体ペーストを流入し埋め込んだ後、内壁に導体層を残す範囲で開口部中心をレーザで穴開けする方法を用いても良い。この場合、レーザ光源としては、炭酸ガスレーザー及びＹＡＧレーザ、エキシマレーザなどが好適に挙げられる。さらに、第一の金属層は、必ずしも内壁の全面に形成させる必要はない。部分的に第一の金属層及び第二の金属層を形成させないことにより所望方向のみ光の反射をさせる。金属層が形成されていない部位は、セラミックを透過して光が広がったように見える。このように内壁に形成させる金属層を部分的に形成させることによって視野角を所望方向に広げることもできる。また、導体配線を構成する高融点金属含有の樹脂ペーストを内壁に塗布などすることにより光反射部を構成する第一の金属層として形成することもできる。
【００５０】
（第二の金属層）
本形態の第二の金属層は、第一の金属層上に形成させるものであって、発光素子から放出された光を効率よく外部に取り出すための反射機能を有するものである。このような第二の金属層は、第一の金属層上にメッキや蒸着などを利用して比較的簡単に形成させることができる。第二の金属層として具体的には、金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウムやそれらの合金、それらの多層膜など発光素子から放出された光に対して９０％以上の反射率を有する金属が好適に挙げられる。
【００５１】
第二の金属層は、セラミックパッケージ内に配線された導体配線パターンの表面処理と同時に形成させることもできる。即ち、セラミック パッケージに設けられた導体配線に半田接続性などを考慮してＮｉ／Ａｇ又はＮｉ／Ａｕを第二の金属層形成と同時にメッキさせる場合もある。また、第二の金属層の形成と導電配線の表面とを別々に電気メッキを行っても良い。凹部の底面に配されている導電配線の表面を第二の金属層にて被覆することによって、発光素子の下方における光の損失を抑制することができる。
【００５２】
［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（例えば、ツェナーダイオードやコンデンサー）、あるいはそれらを複数種組み合わせたものとすることができる。ここでは、半導体素子の一例として、発光素子（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、蛍光物質を有する発光装置とする場合には、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、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。ここで、バンプの材料としては、例えばＡｕやＡｕ−Ｓｎ共晶、鉛フリー半田が挙げられる。また、導電性ワイヤの材料としては、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕあるいはそれらを含む合金からなる細線が挙げられる。
【００５７】
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。また、拡散電極あるいはｐ側台座電極の形状は、発光素子全面に電流が均一に広がるように、種々の形状とされる。
【００５８】
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、Ｗ／Ｐｔ／ＡｕやＲｈ／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。
【００５９】
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。さらに、これらの材料と組み合わせて、或いは単独で、ｐ型半導体の全面に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電極として形成させることができる。
【００６０】
［光変換部材］
本形態にかかる半導体装置は、発光ダイオードやレーザダイオードなどの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蛍光物質を備えることができる。特に、本形態に用いられる蛍光物質は、少なくとも半導体発光素子から発光された光によって励起され、波長変換された光を発する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤とともに光変換部材を構成する。
【００６１】
ここで、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。また、光変換部材の形成方法としては、スクリーン印刷、インクジェット塗布、ポッティング、孔版印刷等種々の形成方法とすることができる。また、蛍光体は、例えば第二の凹部の開口側に配されるレンズのような透光性部材に含有させることもできる。以下、本形態の光変換部材に含有させることができる蛍光体について詳述する。
【００６２】
（アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
本形態におけるアルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、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、発光素子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。
【００６３】
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イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体（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。
【００６４】
（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。
【００６５】
また、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、上述したＹＡＧ系蛍光体について言えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
【００６６】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系の光と、赤色系の光とを混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの透光性無機物中に含有させることもできる。このように蛍光体が含有されたものは、発光素子からの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と透光性無機物との比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００６７】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。
【００６８】
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ−２以上１０００Ｗ・ｃｍ−２以下の発光素子と接する或いは近接して配置された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発光装置とすることができる。
【００６９】
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。
【００７０】
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、赤味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。
【００７１】
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。
【００７２】
組成の異なる２種類以上のセリウムで付活されたアルミニウム・ガーネット系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子から光をより短波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
【００７３】
本実施の形態において使用される蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体やルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体に代表されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体と、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、混合して光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光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。
【００７４】
（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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
（窒化物系蛍光体）
本形態における窒化物系蛍光体とは、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蛍光体である。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から発光された可視光、紫外線、及び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蛍光体をいう。
【００８１】
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。窒化物蛍光体に含有される希土類元素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕのうち少なくとも１種以上が含有されていることが好ましいが、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂが含有されていてもよい。これらの希土類元素は、単体の他、酸化物、イミド、アミド等の状態で原料中に混合する。Ｍｎを用いると粒径を大きくすることができ、発光輝度の向上を図ることができる。
【００８２】
特に本蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。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。
【００８３】
本蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。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。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。
【００８４】
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ、Ｎａ，Ｋ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｆｅ，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種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【００８５】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された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ＹＡＧ系蛍光体と共に使用して、発光素子により発光された光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色系の混色光を発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、アルミニウム・ガーネット系蛍光体が含有されていることが好ましい。アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。例えば、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蛍光物質は、発光素子光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により白色系の混色光を発する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有する光変換部材中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光、あるいは蛍光体により波長変換された青色光とを組み合わせることにより白色系の光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色系の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子と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蛍光物質との組合せのみの白色系発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【００８６】
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。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
【００８７】
原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【００８８】
原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、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。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００８９】
次に、Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。また、原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。
【００９０】
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、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００９１】
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。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【００９２】
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【００９３】
最後に、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。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【００９４】
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。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
【００９５】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００９６】
以上のようにして形成されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の周辺において一層からなる光変換部材中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる光変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子に近い位置に配置されるように光変換部材を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、混色光の演色性を向上させることができる。
【００９７】
（酸窒化物系蛍光体）
上述の蛍光物質の他、本形態における蛍光物質には、さらに下記の一般式で表される酸窒化物蛍光体を含有させることができる。
ＬxＭyＯzＮ｛(2/3x+(4/3)y−(2/3)z｝：Ｒ
ただし、ＬはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選択される少なくとも１種の元素を有し、ＭはＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群より選択される少なくとも１種の元素を有する。また、Ｎは窒素で、Ｏは酸素、Ｒは希土類元素である。ｘ、ｙ、ｚは以下の数値を満足する。
ｘ＝２、４．５≦ｙ≦６、０．０１＜ｚ＜１．５
またはｘ＝１、６．５≦ｙ≦７．５、０．０１＜ｚ＜１．５
またはｘ＝１、１．５≦ｙ≦２．５、１．５≦ｚ≦２．５
以下、酸窒化物蛍光体の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されないことは言うまでもない。まず、所定配合比となるように、Ｌの窒化物、Ｍの窒化物および酸化物、希土類元素の酸化物を原料として混合する。各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【００９８】
次に、上記原料の混合物を坩堝に投入し、焼成を行う。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、特に限定されないが、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことが好ましく、１４００から１７００℃の焼成温度が、さらに好ましい。本蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質の坩堝、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質の坩堝の他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質の坩堝を使用することもできる。また、焼成は、還元雰囲気中で行うことが好ましい。還元雰囲気は、窒素雰囲気、窒素−水素雰囲気、アンモニア雰囲気、アルゴン等の不活性ガス雰囲気等である。以上の製造方法を使用することにより、目的とするオキシ窒化物蛍光体を得ることができる。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
（その他の蛍光体）
本形態における蛍光体として、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
【実施例１】
【０１０５】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【０１０６】
図１は、本実施例における発光装置１００の模式的な斜視図である。また、図２は、本実施例における発光装置１００の背面方向からの斜視図である。図３は、本実施例における支持体１０１の模式的な斜視図である。
【０１０７】
本実施例にかかる発光装置１００の支持体１０１は、セラミックス材料の射出成型により立体的に形成された基体に、導体配線および第二の凹部内については光反射部として、ＮｉおよびＡｇを順に電解メッキしたものである。また、支持体１０１の大きさは、横が約４．５ｍｍ、縦が約２．０ｍｍ、高さが約２．０ｍｍとさせてある。
【０１０８】
本実施例における発光装置１００は、発光素子を載置するための第二の凹部１０４を支持体１０１の正面に有する。さらに、支持体１０１は、その背面に、発光素子の直下から支持体の一方の側面方向および背面の方向に開口する第一の凹部１０２を有する。本実施例における第一の凹部１０２は、その凹部の底部から第二の凹部１０４底部の方向に向かって内径が徐々に狭くなる複数の貫通孔１０３を有する。さらに、図４に断面斜視図として示されるように、その貫通孔１０３の断面は楔形となるようにされている。なお、第二の凹部１０４の底面において、貫通孔１０３の開口部は、導体配線を施す際の電解メッキにより所定の膜厚（数十μｍ）の金属により塞がれている。また、本実施例における発光素子１０７は、図４に示されるように、塞がれた貫通孔１０３の開口部の直上に接着剤により固定される。また、貫通孔１０３の数は、図示されるものに限定されることなく、半導体装置の放熱特性や大きさに併せて適宜選択されることは言うまでもない。
【０１０９】
図３に示されるように、本実施例における導体配線１０５は、第二の凹部１０４の底面からその内壁面、側壁上面、支持体の側面および支持体１０１の実装面にかけて施されている。ここで、支持体１０１の側面にかけて施されている導体配線１０５について、第一の配線領域１０５ａは、第二の配線領域１０５ｂの面積より広くなるように施されている。また、導体配線と一体的に施された導電性材料は、貫通孔１０３の内壁面から第一の凹部１０２の内壁面、支持体１０１の実装側壁面にかかて被覆している。
【０１１０】
本実施例における発光素子１０７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のＬＥＤチップを用いる。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。
【０１１１】
本実施例のＬＥＤチップの素子構造として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。
【０１１２】
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）およびＲｈを材料とするスパッタリングを順に行い、ストライプ状に露出されたｐ型コンタクト層のほぼ全面に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、均一発光させることができる。
【０１１３】
さらに、Ｗ、ＰｔおよびＡｕを材料とするスパッタリングを順に行い、拡散電極およびｎ型コンタクト層の一部に対し、積層させｐ側台座電極とｎ側台座電極とする。最後にダイシングによりチップ化し、□＝６００μｍ×６００μｍの半導体発光素子チップとする。
【０１１４】
本実施例の発光素子は、エッチングによりチップの対角方向に櫛状に露出されたｎ型半導体にｎ型台座電極を有する。また、ｐ型半導体に対し、チップの対角方向に櫛状に拡散電極およびｐ側台座電極が形成されている。
【０１１５】
図４は、本実施例における発光装置１００の模式的な断面図である。図４に示されるように、発光素子１０７は、支持体１０１正面の第二の凹部１０４底面にエポキシ樹脂にてダイボンドされ、発光素子１０７のｐ側台座電極およびｎ側台座電極は、第二の凹部１０４の底面に露出された導体配線１０５と、導電性ワイヤにて接続される。
【０１１６】
さらに、発光素子１０７は、第二の凹部１０４内に充填された蛍光物質を含む光変換部材１０６により被覆されている。これにより、本実施例における発光装置１００は、発光素子１０７からの光と、その光により励起されて発光する蛍光物質からの光との混色光を発光することができる。
【０１１７】
本実施例における蛍光物質は、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混合物とする。さらに、その混合物は、発光素子１０７が載置された第二の凹部１０４内に充填され、硬化されることにより光変換部材１０６とされる。
【実施例２】
【０１１８】
図９は、本実施例における半導体装置２００の正面方向からの模式的な斜視図である。図１０は、本実施例における半導体装置２００の背面方向からの模式的な斜視図である。本実施例にかかる半導体装置２００の支持体２０１は、種々の形状のセラミックスグリーンシートを積層させ、焼成することにより形成されるものである。このような支持体２０１の形成方法が異なる他は、実施例１と同様に発光素子および光変換部材１０６を形成することにより発光装置を形成する。
【０１１９】
図１０に示されるように、本実施例における支持体２０１において、第一の凹部は、壁２０２により仕切られた凹部２０３ａおよび凹部２０３ｂとされており、それぞれの内壁面が導電性材料により被覆されている。このうち、凹部２０３ｂは、支持体２０１正面の第二の凹部底面に配置された発光素子の直下にその内壁面が位置するように形成されており、支持体２０１の一方の側面方向に開口している。また、凹部２０３ｂと壁２０２を隔てて形成されている凹部２０３ａは、凹部２０３ａと比較して凹部の大きさが小さい。これは、凹部２０３ｂの内壁面を発光素子の直下に位置させるべく、壁２０２が形成される位置を調整したことによるものである。また、支持体２０１の側面のうち、凹部２０３ｂの側を実装基板に対する実装面とすることにより、発光素子の直下に位置する凹部２０３ｂの内壁面に、比較的大きな半田の這い上がり（フィレット）を形成することができる。したがって、本実施例にかかる半導体装置は、実装基板に対して強固に固定され、さらに放熱性が向上された半導体装置とすることができる。
【０１２０】
また、本実施例における支持体２０１は、導電性材料により内壁面が被覆された切欠部２０４を一方の側面側と他方の側面側とに、それぞれ二対有している。本実施例における切欠部２０４は、支持体２０１の正面方向から背面方向まで貫通して延伸させることなく形成されたものである。そのため、支持体２０１の一方の側面を外部の配線基板に対する実装面として、発光装置２００を半田により配線基板に固定するとき、半田は切欠部２０４の底部に形成されている壁によりその流動が妨げられる。これにより、本実施例における発光装置２００と配線基板との接続は、主に支持体２０１の正面方向において半田の状態を確認しながら作業性よく行うことができる。
【実施例３】
【０１２１】
実施例１または実施例２における発光装置１００、２００を、導体配線が施された実装基板に対して電気的および機械的に接続する。すなわち、実施例１または実施例２における発光装置の支持体に施された導体配線のうち、実装基板と対向する側の導体配線と、実装基板の導体配線とをリフローにより半田付けする。また、支持体の背面に形成された凹部の内壁面と、実装基板とを半田にて接合する。このとき、実装基板から凹部の内壁面にかけて半田の這い上がり（フィレット）が形成される。これにより、支持体の背面に形成された第一の凹部の内壁面と、実装基板とが半田を介して電気的および機械的に接続されるだけでなく、熱的にも接続される。したがって、発光素子の発熱は、半田を介して実装基板の方向に効率よく放熱されるため、本実施例にかかる発光装置は、放熱性が向上され、高出力発光することができる。
【実施例４】
【０１２２】
図１３は、本実施例における半導体装置に利用することができる支持体３０１の正面図である。また、図１４は、本実施例の支持体３０１における切欠部２０４の部分的な拡大図である。なお、本実施例の支持体３０１は、上述したようにセラミックスを材料として成型されており、大きさが横４．８ｍｍ、縦２．０ｍｍ、高さ１．４ｍｍとさせてある。
【０１２３】
図１３に示されるように、本実施例における支持体３０１は、その側面により画定される外郭の隅角となる四隅に、支持体３０１の正面側（第二の凹部１０４の側）から背面側へ延伸するように形成された切欠部２０４を有する。その切欠部２０４の壁面は、平面部２０４ａと曲面部２０４ｂとからなり、第二の凹部１０４底面に配された導体配線１０５と電気的に接続する導体配線が各壁面に施されている。ここで、第二の凹部１０４の方向から見て、平面部２０４ａの縦方向の距離は、０．４ｍｍであり、一方、曲面部２０４ｂは、半径０．２ｍｍの扇形である。また、支持体３０１の正面側から背面側へ延伸する切欠部２０４の延伸距離は、約１．４ｍｍである。さらに、平面部２０４ａは、支持体３０１の外郭面を形成する側面のうち、該平面部２０４ａが隣接する側面に対して略垂直である。なお、平面部２０４ａと支持体３０１の側面とがなす角度は、垂直に限定されることなく、支持体の方向に鋭角をなすように該平面部が隣接する側面に対して傾斜されていてもよい。また、切欠部２０４の壁面において、曲面部２０４ｂは必ずしも必要ではなく、壁面が平面部のみにより形成されていてもよい。
【０１２４】
このように、少なくとも平面部からなる壁面を有する切欠部とすることにより、半田は、その切欠部の壁面を這い上がり易くなる。また、平面部２０４ａが隣接する支持体の側面は、第一の凹部１０２が開口している側の側面であることが好ましい。これにより、半導体素子の直下に位置する凹部１０２の内壁面と、切欠部の平面部２０４ａとを配線基板に対する接合面とすることができる。すなわち、放熱経路確保のための熱的接続と機械的および電気的接続とを支持体の同一側面方向において、半田を介して配線基板に行うことができる。したがって、本実施例にかかる半導体装置は、配線基板に強固に固定され、かつ放熱性の高い半導体装置とすることが容易にできる。以下、本実施例における切欠部の効果について詳述する。
【０１２５】
本実施例の切欠部を接合部位として支持体と実装基板の導体配線とを半田にて固定する。ここで、図９に示されるような曲面のみからなる切欠部２０４と、本実施例のように平面部を有する切欠部とを比較すると、半田は、平面部を有する切欠部の方がより這い上がり易く、より広い壁面を被覆することができる。一方、図９に示されるように、切欠部が曲面のみから形成された支持体において、支持体の大きさを一定にして半田が被覆する切欠部の壁面の面積を大きくしようとすれば、切欠部を第二の凹部１０４の方向に大きくせざるを得ず、その第二の凹部１０４における開口部の大きさや形状を制限してしまう。また、曲面のみからなる切欠部とし、第二の凹部１０４における開口部の大きさや形状を保持しつつ切欠部を大きくすれば、支持体自体も大きくなってしまう。
【０１２６】
そこで、本実施例における支持体の切欠部は、少なくとも平面部を有する壁面からなる。これにより、切欠部は、その切欠部の形状を第二の凹部１０４方向に大きくすることなく、より広い壁面が半田にて被覆される。このように、本実施例における支持体は、平面部を有する切欠部の壁面を半田が這い上がることにより、実装基板に対し更に強固に固定され、半田を介しての放熱性を更に向上させることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明にかかる半導体装置は、放熱性に優れるため、高出力な光を照射する液晶バックライト光源としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】図１は、本発明の一実施例におけ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おける半導体装置を背面方向から見た模式的な斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例における支持体の模式的な斜視図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例におけ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おける半導体装置を背面方向から見た模式的な斜視図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例における半導体装置を背面方向から見た模式的な斜視図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例における半導体装置を背面方向から見た模式的な斜視図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例における半導体装置を背面方向から見た模式的な斜視図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例における半導体装置の模式的な斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例における半導体装置を背面方向から見た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半導体装置の模式的な斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例における半導体装置の模式的な斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例における半導体装置の模式的な正面図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施例における半導体装置の一部を拡大した模式的な正面図である。
【符号の説明】
【０１２９】
１００、２００・・・発光装置
１０１、２０１、３０１・・・支持体
１０２、２０３ａ、２０３ｂ・・・第一の凹部
１０３ａ、１０３ｂ・・・貫通孔
１０４・・・第二の凹部
１０５・・・導体配線
１０６・・・光変換部材
１０７・・・発光素子
２０２・・・壁
２０４・・・切欠部
２０４ａ・・・平面部
２０４ｂ・・・曲面部
２０５・・・第三の凹部
２０６・・・突状部
【図１】
2006054410.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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