(57)【要約】【課題】半導体発光素子が発する紫外線の取り出し効率や耐久性を向上する新たな技術を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、紫外線を発する発光部１２と、発光部が発する紫外線が取り出される取り出し面１２ａを覆う被覆部と、を有する。被覆部は、取り出し面１２ａを構成する無機材料の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂マトリックス１４ｂと、樹脂マトリックス１４ｂに分散されることで被覆部全体の屈折率を下げる中空体１４ｃと、を含有する。中空体１４ｃは、発光部１２が発する紫外線のピーク波長よりも平均粒径が小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を発する発光部と、
前記発光部が発する紫外線が取り出される取り出し面を覆う被覆部と、を有し
前記被覆部は、前記取り出し面を構成する無機材料の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂マトリックスと、該樹脂マトリックスに分散されることで被覆部全体の屈折率を下げる中空体と、を含有し、
前記中空体は、前記発光部が発する紫外線のピーク波長よりも平均粒径が小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記中空体は、平均粒径が１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記発光部は、ピーク波長が２５０〜３５０ｎｍの紫外線を発することを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記樹脂マトリックスは、シリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記被覆部は、前記中空体を４０〜９０ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記取り出し面は、サファイア基板または窒化アルミニウム基板で構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを被覆し、蛍光体粒子及び封止樹脂を含み、ＬＥＤチップからの特定波長の光を、他の特定波長の光に変換する波長変換層と、波長変換層と接し、無機粒子及びバインダを含む無機粒子含有層とを有し、無機粒子の屈折率が、バインダの屈折率より低い、ＬＥＤ装置が考案されている（特許文献１参照）。このＬＥＤ装置は、ＬＥＤチップが発する青色光と、青色光の一部が波長変換層の蛍光体で励起された黄色光と、を混色することで擬似的な白色光を実現している。
【０００３】
近年、青色よりも波長の短い紫外線を発する半導体発光素子の開発が進められている。このような紫外線用の半導体発光素子は、窒化物系の半導体層で構成されたｎ型層、活性層、ｐ型層などの各層が基板上に所定の順に積層されている。このような半導体発光素子は、活性層が発する紫外線を基板や各半導体層を介して外部へ取り出さなければならないが、通常の窒化物系の半導体層の屈折率が空気より非常に大きいこと、また、半導体層を構成する窒化物系の一部の材料（例えば窒化ガリウム）において紫外線の吸収が大きいことにより、そのままでは光取り出し効率の向上が難しい。
【０００４】
そこで、屈折率が空気よりも高い樹脂で半導体発光素子の発光面を封止することで、発光面を挟んだ屈折率差による内面反射を低減することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第１３／１０５５１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、半導体発光素子の発光面を樹脂で覆うことで発光面での内面反射を低減することが可能である。また、発光素子の発光面や樹脂から紫外線が出射する出射面での内面反射を減らして光取り出し効率を更に向上するためには、発光素子の発光面の屈折率と空気の屈折率を考慮した適切な屈折率を有する樹脂を選ぶことが望ましい。
【０００７】
しかしながら、紫外線に対して耐久性の高い樹脂の種類は限られるため、常に好ましい屈折率を有する樹脂を選ぶことができるとは限らない。
【０００８】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、半導体発光素子が発する紫外線の取り出し効率や耐久性を向上する新たな技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の半導体発光素子は、紫外線を発する発光部と、発光部が発する紫外線が取り出される取り出し面を覆う被覆部と、を有する。被覆部は、取り出し面を構成する無機材料の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂マトリックスと、該樹脂マトリックスに分散されることで被覆部全体の屈折率を下げる中空体と、を含有する。中空体は、発光部が発する紫外線のピーク波長よりも平均粒径が小さい。
【００１０】
一般的に、紫外線を発する発光部を構成する無機材料は、空気と比較して大きな屈折率を有するものが多い。そのため、光取り出し面が空気に露出している状態では、発光部内で内面反射する紫外線が多くなり、光取り出し効率は低くなる。そこで、この態様によると、樹脂マトリックスを有する被覆部で取り出し面を覆うことで、取り出し面と被覆部との界面での屈折率差が少なくなり、光取り出し効率が向上する。一方、被覆部の屈折率が空気に対して高すぎると、被覆部から外部（空気）へ出射する出射面での内面反射が多くなる。したがって、被覆部の屈折率は、無機材料の屈折率よりも低く、空気の屈折率よりも高い、ある程度の範囲の値が好ましいことになる。そこで、樹脂マトリックス単独で被覆部を構成した場合には実現できないような屈折率を、中空体を樹脂マトリックスに分散させることで実現できる。
【００１１】
中空体は、平均粒径が１０〜１００ｎｍであってもよい。これにより、中空体の平均粒径が紫外線のピーク波長に対して十分小さいため、紫外線が中空体で散乱されることが防止される。
【００１２】
発光部は、ピーク波長が２５０〜３５０ｎｍの紫外線を発してもよい。
【００１３】
樹脂マトリックスは、シリコーン系樹脂であってもよい。これにより、紫外線に対する耐久性と発光部の封止性能を両立できる。
【００１４】
被覆部は、中空体を４０〜９０ｗｔ％含有してもよい。これにより、被覆部の屈折率を適切に下げることができる。また、中空部分を増加することで、被覆部の線膨張係数を下げることができるため、取り出し面を構成する無機材料の線膨張係数に近づけることができる。その結果、取り出し面と被覆部との界面で生じる引っ張り応力や圧縮応力が緩和され、界面での被覆部の剥離やクラックの発生が低減される。
【００１５】
取り出し面は、サファイア基板または窒化アルミニウム基板で構成されていてもよい。
【００１６】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体発光素子が発する紫外線の取り出し効率や耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施の形態に係る半導体発光素子の概略構成の断面図である。
【図２】光取り出し面における反射率および封止樹脂の出射面における反射率と、封止樹脂の屈折率との関係を示した図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】実施例および比較例に係る半導体発光素子の出力変化を示す図である。
【図５】中空シリカの含有率と、発光素子の寿命及び封止樹脂の屈折率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。
【００２０】
前述のように、屈折率が空気よりも高い樹脂で半導体発光素子の発光面を封止することで、発光面を挟んだ屈折率差による内面反射を低減することが可能である。しかしながら、樹脂はガラスやセラミックスと比較して耐光性は劣る。特に紫外線を発する半導体発光素子の場合、紫外線に対して耐久性のある樹脂は限られている。当然、適切な屈折率の樹脂があるとは限らない。
【００２１】
そこで、本発明者は、樹脂マトリックスとしては耐光性を優先しつつ、屈折率や線膨張係数を充填材で調整することに想到した。なお、樹脂マトリックスや充填材の構成は、必ずしも一義的に決まるものではなく、発光部の構成（発光波長や取り出し面の材質等）によって適切な範囲は変わり得る。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る半導体発光素子の概略構成の断面図である。半導体発光素子１０は、紫外線を発する発光部１２と、発光部を搭載する素子搭載基板１３と、発光部１２の内部で生じた紫外線を取り出す取り出し面１２ａおよび側面１２ｂを被覆して封止する封止樹脂１４と、を有する。発光部１２の取り出し面１２ａは、一辺の大きさが０．５〜３ｍｍ程度の四角形であり、例えば、サファイアや窒化アルミニウムといった透明なセラミックス基板で構成されているが、これらの基板は屈折率が非常に高い（１．８〜２．４）。そのため、基板の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する封止樹脂で取り出し面１２ａを被覆することで、光取り出し効率の向上が図られている。
【００２３】
図２は、光取り出し面における反射率および封止樹脂の出射面における反射率と、封止樹脂の屈折率との関係を示した図である。なお、図２に示す結果は光取り出し面がサファイア基板（屈折率ｎ１＝１．８２）の場合である。
【００２４】
取り出し面１２ａを構成するセラミック基板と樹脂とは屈折率が近い（樹脂の屈折率ｎ２が高い）ほど取り出し面１２ａにおける反射率Ｒ１２は低下し、光取り出し効率は向上する。一方、樹脂の屈折率ｎ２が高いほど出射面１４ａ（図１参照）における反射率Ｒ２３が高くなり、出射面１４ａにおける光取り出し効率が低下する。
【００２５】
したがって、樹脂の屈折率ｎ２は、反射率Ｒ１２と反射率Ｒ２３の総和が小さい範囲が好ましく、おおよそ１．３〜１．４程度である。なお、光取り出し面が窒化アルミニウム基板（屈折率ｎ１＝２．１）の場合、サファイア基板の場合と比較して結果は相違するが、図２に示す傾向は同じである。
【００２６】
図２に示す結果から、封止樹脂１４の屈折率は１．３５程度が好ましいことがわかるが、一般的なシリコーン系樹脂は屈折率が１．４以上のものがほとんどである。したがって、シリコーン系樹脂では、最適な屈折率を有する被覆部を実現できない。
【００２７】
そこで、図１に示すように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、ピーク波長が２５０〜３５０ｎｍの紫外線を発する発光部１２と、発光部１２が発する紫外線が取り出される取り出し面１２ａを覆う被覆部としての封止樹脂１４と、を有し、封止樹脂１４は、取り出し面１２ａを構成する無機材料の屈折率よりも低い屈折率を有する樹脂マトリックス１４ｂと、樹脂マトリックス１４ｂに分散されることで被覆部全体の屈折率を下げる中空体１４ｃと、を含有する。樹脂マトリックス１４ｂは、シリコーン系樹脂である。これにより、紫外線に対する耐久性と発光部１２の封止性能を両立できる。
【００２８】
中空体１４ｃは、発光部１２が発する紫外線のピーク波長よりも平均粒径が小さい。具体的には、中空体１４ｃの平均粒径は、１０ｎｍ以上４００ｎｍ以下である。好ましくは、深紫外線のピーク波長の範囲である３６５ｎｍ以下、より好ましくは３１０ｎｍ以下である。更に、中空体１４ｃの平均粒径が２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下であれば、中空体の平均粒径が紫外線のピーク波長に対して十分小さいため、紫外線が中空体で散乱されることが防止される。
【００２９】
中空体１４ｃの材質としては種々あるが、中空シリカや中空ガラス等が挙げられる。中空体は、中空部分の屈折率が実質的に１である。そのため、充填された層の屈折率を下げる機能がある。このような観点で言えば、気泡も屈折率を下げるものとして機能し得る。本実施の形態に係る封止樹脂１４は、中空体を３０ｗｔ％以上含有している。これにより、被覆部の屈折率を適切に下げることができる。
【００３０】
このように、本実施の形態に係る半導体発光素子１０は、樹脂マトリックス１４ｂを有する封止樹脂１４で取り出し面１２ａを覆うことで、取り出し面１２ａと封止樹脂１４との界面での屈折率差が少なくなり、光取り出し効率が向上する。一方、封止樹脂１４の屈折率が空気に対して高すぎると、封止樹脂１４から外部（空気）へ出射する出射面１４ａでの内面反射が多くなる。したがって、前述のように、封止樹脂１４の屈折率は、無機材料の屈折率よりも低く空気の屈折率よりも高い、ある程度の範囲の値が好ましいことになる。そこで、樹脂マトリックス１４ｂ単独で封止樹脂１４を構成した場合には実現できないような屈折率を、中空体１４ｃを樹脂マトリックス１４ｂに分散させることで実現できる。これにより、半導体発光素子１０の光取り出し効率を向上できる。
【００３１】
次に、封止樹脂１４の耐久性の向上について説明する。紫外線に対して耐久性が高い樹脂であるシリコーン系樹脂は、セラミックス基板と比較して線膨張係数が１〜２桁程度大きい。そのため、発光部１２を覆うように封止樹脂１４をポッティングし、加熱して硬化した後、使用環境まで温度を下げると、封止樹脂１４は内部に応力が残留した状態となる。
【００３２】
つまり、サファイア基板とシリコーン樹脂との界面には、熱硬化後に使用環境まで温度を下げる過程で、過大な残留応力が生じることになる。また、この応力は、封止樹脂１４の厚みに比例するので、図１に示すように発光部１２を半球状に封止する場合、残留応力は非常に大きなものとなる。そのため、形状に起因して応力が集中しやすい発光部１２の角部にクラックが生じやすい。また、発光部１２の取り出し面１２ａの、特に紫外線出力強度の高い中央部において、取り出し面１２ａと封止樹脂１４との間で剥離を生じることがある。
【００３３】
このような現象は、取り出し面の材料の線膨張係数に対して被覆部の線膨張係数が大きく異なるときに顕著であるが、仮に取り出し面の材料の線膨張係数に対して被覆部の線膨張係数が少しでも異なっていても（例えば、取り出し面の材料の線膨張係数の２倍以上）生じ得る。
【００３４】
このように、発光部の取り出し面を発光部の材料よりも屈折率の低い材料で被覆することで、光取り出し効率を向上できる一方、このような低屈折率材料の内部の残留応力が耐久性に影響を及ぼすことがわかる。
【００３５】
そこで、本発明者は、これらの知見に基づいて、低屈折率材料の内部の残留応力を低減することで半導体発光素子の耐久性や信頼性を向上できることに想到した。具体的には、封止樹脂１４に中空体１４ｃを４０〜９０ｗｔ％含有させることで、封止樹脂１４の線膨張係数を下げることができるため、取り出し面を構成する無機材料の線膨張係数に近づけることができる。その結果、取り出し面と被覆部との界面で生じる引っ張り応力や圧縮応力が緩和され、界面での被覆部の剥離やクラックの発生が低減される。
【００３６】
図３は、本実施の形態に係る半導体発光素子の構成を概略的に示す断面図である。なお、図３では、発光部１２以外の構成は図示を省略している。
【００３７】
半導体発光素子１０は、紫外線を発する発光部１２を有する。発光部１２は、ベース構造体２０と、発光構造体３０とを備える。ベース構造体２０は、基板２２、第１ベース層２４、第２ベース層２６を含む。発光構造体３０は、ｎ型クラッド層３２、活性層３４、電子ブロック層３６、ｐ型クラッド層３８、ｐ側電極４０、ｎ側電極４２を含む。
【００３８】
発光部１２は、中心波長が約３６５ｎｍ以下となる「深紫外線」を発するように構成されている。このような波長の深紫外線を出力するため、活性層３４は、バンドギャップが約３．４ｅＶ以上となる窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系半導体材料で構成される。本実施の形態では、特に中心波長が約３１０ｎｍ以下の深紫外線を発する場合について示す。
【００３９】
本明細書において、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」とは、主に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）を含む半導体材料のことをいい、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の材料を含有する半導体材料を含むものとする。したがって、本明細書にいう「ＡｌＧａＮ系半導体材料」は、例えば、Ｉｎ１−ｘ−ｙＡｌｘＧａｙＮ（０≦ｘ＋ｙ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成で表すことができ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＩｎＡｌＧａＮ）を含むものとする。
【００４０】
また「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＡｌＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＧａＮ系半導体材料」ということがある。「ＧａＮ系半導体材料」には、主にＧａＮやＩｎＧａＮが含まれ、これらに微量のＡｌＮを含有する材料も含まれる。同様に、「ＡｌＧａＮ系半導体材料」のうち、ＧａＮを実質的に含まない材料を区別するために「ＡｌＮ系半導体材料」ということがある。「ＡｌＮ系半導体材料」には、主にＡｌＮやＩｎＡｌＮが含まれ、これらに微量のＧａＮが含有される材料も含まれる。
【００４１】
基板２２は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板である。基板２２は、変形例において窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板であってもよい。基板２２は、第１主面２２ａと、第１主面２２ａの反対側の第２主面２２ｂとを有する。第１主面２２ａは、結晶成長面となる一主面であり、例えば、サファイア基板の（０００１）面である。第２主面２２ｂは、紫外線を取り出す取り出し面１２ａとなる一主面である。
【００４２】
基板２２の厚さｔは、１μｍ以上であり、例えば、５μｍ、１０μｍ、１００μｍ、３００μｍ、５００μｍ程度の厚さを有する。基板２２の第１主面２２ａ上には、第１ベース層２４および第２ベース層２６が積層される。第１ベース層２４は、ＡｌＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、高温成長させたＡｌＮ（ＨＴ−ＡｌＮ）層である。第２ベース層２６は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ（ｕ−ＡｌＧａＮ）層である。
【００４３】
基板２２、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、ｎ型クラッド層３２から上の層を形成するための下地層（テンプレート）として機能する。また、これらの層は、活性層３４が発する深紫外線を外部に取り出すための光取出層として機能し、活性層３４が発する深紫外線が透過する。第１ベース層２４および第２ベース層２６は、活性層３４が発する深紫外線の透過率が高まるように、活性層３４よりもＡｌＮ比率の高いＡｌＧａＮ系またはＡｌＮ系材料で構成されることが好ましく、活性層３４より低屈折率の材料で構成されることが好ましい。
【００４４】
また、第１ベース層２４および第２ベース層２６は、基板２２より高屈折率の材料で構成されることが好ましい。例えば、基板２２がサファイア基板（屈折率ｎ１＝１．８程度）であり、活性層３４がＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ３＝２．４〜２．６程度）である場合、第１ベース層２４や第２ベース層２６は、ＡｌＮ層（屈折率ｎ２＝２．１程度）や、ＡｌＮ組成比が相対的に高いＡｌＧａＮ系半導体材料（屈折率ｎ２＝２．２〜２．３程度）で構成されることが好ましい。
【００４５】
ｎ型クラッド層３２は、第２ベース層２６の上に設けられるｎ型半導体層である。ｎ型クラッド層３２は、ｎ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、例えば、ｎ型の不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされるＡｌＧａＮ層である。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外線を透過するように組成比が選択され、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、活性層３４が発する深紫外線の波長よりも大きいバンドギャップを有し、例えば、バンドギャップが４．３ｅＶ以上となるように形成される。ｎ型クラッド層３２は、１μｍ〜３μｍ程度の厚さを有し、例えば、２μｍ程度の厚さを有する。
【００４６】
活性層３４は、ｎ型クラッド層３２の一部領域上に形成される。活性層３４は、ＡｌＧａＮ系半導体材料で形成され、ｎ型クラッド層３２と電子ブロック層３６に挟まれてダブルヘテロ接合構造を構成する。活性層３４は、単層若しくは多層の量子井戸構造を構成してもよい。このような量子井戸構造は、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成されるバリア層と、アンドープのＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される井戸層とを積層させることにより形成される。活性層３４は、波長３５５ｎｍ以下の深紫外線を出力するためにバンドギャップが３．４ｅＶ以上となるように構成され、例えば、波長３１０ｎｍ以下の深紫外線を出力できるようにＡｌＮ組成比が選択される。
【００４７】
電子ブロック層３６は、活性層３４の上に形成される。電子ブロック層３６は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、アンドープのＡｌＧａＮ層である。電子ブロック層３６は、例えば、ＡｌＮのモル分率が４０％以上、好ましくは、５０％以上となるように形成される。電子ブロック層３６は、ＡｌＮのモル分率が８０％以上となるように形成されてもよく、実質的にＧａＮを含まないＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、ｐ型の不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされるＡｌＧａＮ系半導体材料またはＡｌＮ系半導体材料で形成されてもよい。電子ブロック層３６は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、２ｎｍ〜５ｎｍ程度の厚さを有する。
【００４８】
ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６の上に形成される。ｐ型クラッド層３８は、ｐ型のＡｌＧａＮ系半導体材料で形成される層であり、例えば、ＭｇドープのＡｌＧａＮ層である。ｐ型クラッド層３８は、電子ブロック層３６よりもＡｌＮのモル分率が低くなるように組成比が選択される。ｐ型クラッド層３８は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚さを有し、例えば、４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さを有する。
【００４９】
ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８の上に設けられる。ｐ側電極４０は、ｐ型クラッド層３８との間でオーミック接触が実現できる材料で形成され、例えば、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の積層構造により形成される。
【００５０】
ｎ側電極４２は、ｎ型クラッド層３２の上に設けられる。ｎ側電極４２は、Ｔｉ／Ａｌ系電極であり、例えば、チタン（Ｔｉ）／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層構造により形成される。
【００５１】
上述のような半導体発光素子において、封止樹脂１４に中空体を含有させたもの（実施例）と、中空体を含有させていないもの（比較例）とで耐久試験を行った。
【００５２】
実施例の封止樹脂１４は、シリコーン系樹脂３０ｗｔ％、平均粒径が２０ｎｍの中空シリカ７０ｗｔ％を混合したものであり、発光部を封止した後、１８０℃で硬化させた。用いた中空シリカは形状がほぼ球状である。また、中空シリカの粒度分布は粒径が１６ｎｍ〜２４ｎｍの粒子が９０％以上占めている。封止樹脂１４の厚みは、最厚部で約０．５ｍｍである。また、発光部１２が発する深紫外線のピーク波長は約２８０ｎｍである。
【００５３】
図４は、実施例および比較例に係る半導体発光素子の出力変化を示す図である。図４に示すように、比較例に係る半導体発光素子は、初期出力が６５ｍＷ程度であるが、封止樹脂１４に中空体１４ｃが含まれていない。そのため、通電が５００時間を超えたあたりから出力が低下し、通電が９００時間で発光しなくなった。発光停止の主原因は樹脂の劣化によるものである。具体的には、通電試験中に封止樹脂が割れる、封止樹脂と発光部との界面で剥離が生じる、といった現象が確認されている。
【００５４】
一方、実施例に係る半導体発光素子は、封止樹脂１４に中空体１４ｃを含有させたことで、初期出力が７０ｍＷを超えており、通電が１０００時間になってもほとんど出力の低下は見られなかった。
【００５５】
次に、中空シリカの含有率と寿命との関係について説明する。図５は、中空シリカの含有率と、発光素子の寿命及び封止樹脂の屈折率との関係を示す図である。図５に示すように、中空シリカの含有率が高くなるにつれて素子の寿命が改善されていくのが分かる。その理由は、中空シリカの含有率が増えることによって熱硬化後の封止樹脂に内在する引っ張り応力が低減し、封止樹脂全体の耐久性が向上したためである。
【００５６】
また、図５に示す結果より、中空シリカの含有率が４０ｗｔ％を超えたあたりから発光素子の寿命が延び始めており、５０ｗｔ％以上で寿命の延びが明らかとなり、更には６０ｗｔ％以上、少なくとも９０ｗｔ％程度までの範囲で寿命の延びが顕著になっている。
【００５７】
一方、半導体発光素子１０の光取り出し効率を高めるために有効な封止樹脂１４の屈折率は、前述のように１．３〜１．４の範囲にあるとより好ましい。そのため、中空シリカの含有率は、光取り出し効率の観点では、屈折率が１．４を下回る５０ｗｔ％以上が好ましく、より好ましくは６０ｗｔ％以上であればよい。また、中空シリカの含有率が６０ｗｔ％以上であれば、前述のように発光素子の寿命も大きく延ばすことができる。
【００５８】
このように、本実施の形態に係る半導体発光素子は、封止樹脂１４に中空体１４ｃを含有させることで、発光部の取り出し面と封止樹脂との界面および封止樹脂と空気との界面の全体としての反射損失を低減し、光取り出し効率を向上した。加えて、封止樹脂１４に中空体１４ｃを含有させることで、封止樹脂１４全体の線膨張係数が下がり、封止樹脂１４の内部の残留応力が小さくなる。その結果、残留応力に起因する樹脂部分のクラックや剥離が抑制され、半導体発光素子の出力低下の観点での耐久性が向上する。
【００５９】
以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  半導体発光素子、  １２  発光部、  １２ａ  取り出し面、  １４  封止樹脂、  １４ａ  出射面、  １４ｂ  樹脂マトリックス、  １４ｃ  中空体、  ２２  基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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