(57)【要約】【課題】光出射面全面に亘って均一な色度分布及び輝度分布の出射光を得ることができる半導体発光装置及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】四角錐台形状の成長基板１１と、成長基板１１の底面上に積層された、活性層１３を含むエピタキシャル成長層１５とで発光素子１０を構成し、成長基板１１の上面２１及び側面２２を覆うように波長変換層４０を設けると共に波長変換層４０の上に透明板４５を配設し、発光素子１０のエピタキシャル成長層１５、波長変換層４０及び透明板４５の夫々の側面２５、４１、４８を一体に覆うように拡散反射部材５０を配置した。このとき、発光素子１０、波長変換層４０及び透明板４５の夫々は、透明板４５の上方から見た上方視において互いにほぼ重なり合っている。【選択図】図２
2015026753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する１個の半導体発光素子と、
前記成長基板の上面上及び側面上に設けられた、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換層と、
前記波長変換層の上に設けられた透明板と、
前記半導体発光素子の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように設けられた、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材とを備え、
前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板はいずれも、前記半導体発光素子の光軸に垂直な方向の外形寸法がほぼ同じであり、且つ、夫々の側面同士は前記光軸に平行な略同一平面上に位置していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する複数個の半導体発光素子と、
前記複数個の半導体発光素子の夫々の成長基板の上面上及び側面上に一体に設けられた、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換層と、
前記波長変換層の上の設けられた透明板と、
前記複数個の半導体発光素子の夫々の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように設けられた、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材とを備え、
前記波長変換層及び前記透明板は前記複数個の半導体発光素子の実装領域とほぼ同一の外形寸法であり、且つ、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面と前記複数個の半導体発光素子の実装領域の最外周同士は前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置していることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１のバインダー及び前記第２のバインダーはいずれも、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１つからなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記透明板は、ガラス、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂のうちの１つからなることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する１個の半導体発光素子の前記成長基板の上面上に第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換樹脂を塗布する工程と、
前記波長変換樹脂が未硬化の状態において、前記波長変換樹脂を前記エピタキシャル成長層と略同一外形寸法の透明板で前記エピタキシャル成長層側に押圧移動することにより押し潰された前記波長変換樹脂が前記成長基板の上面から側面に流れ下って上面及び側面を覆う工程と、
前記エピタキシャル成長層、前記波長変換樹脂の硬化後の波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材を設ける工程と、を有し、
前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面同士を前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置させたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項７】
四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する複数個の半導体発光素子の夫々の前記成長基板の上面上に該上面を覆うように、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換樹脂を塗布する工程と、
前記波長変換樹脂が未硬化の状態において、前記波長変換樹脂の夫々を前記複数個の半導体発光素子の実装領域とほぼ同一の外形寸法の透明板で前記エピタキシャル成長層側に一括押圧移動することにより押し潰された各波長変換樹脂が前記成長基板の上面から側面に流れ下って夫々の成長基板の上面及び側面を一体に覆う工程と、
前記複数個の半導体発光素子の夫々の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換樹脂の硬化後の波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材を設ける工程と、を有し、
前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面と前記複数個の半導体発光素子の実装領域の最外周同士を前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置させたことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１のバインダー及び前記第２のバインダーはいずれも、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１つからなることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記透明板は、ガラス、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂のうちの１つからなることを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれかに記載の半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置及びその製造方法に関するものであり、詳しくは、発光源の半導体発光素子と、半導体発光素子からの出射光で励起されて励起光よりも長波長の波長変換光を放出する波長変換部材とを組み合わせた構成により、半導体発光素子の発光色とは異なる色相の光を出射する半導体発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の半導体発光装置としては、例えば、図９に示す構造のものが、特許文献１に「発光装置」として開示されている。
【０００３】
それは、実装基板８０上に形成された回路パターンに、フリップチップ実装タイプの複数個の半導体発光素子８１が金属バンプ８２を介して電気的且つ機械的に接合され、複数個の半導体発光素子８１の夫々の上面及び側面を一体に覆うように透明樹脂に蛍光体を含有してなる蛍光体含有樹脂からなる波長変換層８３が設けられており、波長変換層８３の上には透明板８４が配置されている。そして、波長変換層８３及び透明板８４の夫々の側面が拡散反射部材８５で一体に覆われた構造となっている。
【０００４】
透明板８４は、下方に位置する複数個の半導体発光素子８１の実装領域よりも大きく、上面（光出射面）８６には粗面化処理が施されている。
【０００５】
そこで、発光源の半導体発光素子８１の上面（主光出射面）８７から出射した光は、その一部が波長変換層８３内をそのまま透過し、一部が波長変換層８３内の蛍光体を励起して励起光よりも長波長の波長変換光を放出させ、半導体発光素子８１からの出射光の一部と波長変換光との加法混色光が、透明板８４の粗面化された光出射面８６から拡散光として外部に出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−７９８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の特許文献１で開示された発光装置は、透明板８４の上方から透明板８４の光出射面８６を観視（上方視）した場合、下方に位置する半導体発光素子８１の直上領域とそれ以外の領域では、出射光に色相の違いが認められる。つまり、半導体発光装置の上方視において、透明板８４の光出射面８６からの出射光に色度ムラが生じることになり、演色性に劣るものとなる。
【０００８】
具体的には、半導体発光素子８１を青色光を発光する青色半導体発光素子とし、波長変換層８３に含有される蛍光体を青色半導体発光素子８１からの青色光に励起されて青色光の補色光の黄色光に波長変換して放出する黄色蛍光体とした場合、透明板８４の光出射面８６の青色半導体発光素子８１の直上領域からは、青色半導体発光素子８１からの青色光の一部の直接光と青色半導体発光素子８１からの青色光の一部が波長変換層８３内の黄色蛍光体を励起することにより波長変換された黄色光との加法混色により白色光が出射される。
【０００９】
一方、透明板８４の光出射面８６の青色半導体発光素子８１の直上領域以外の領域からは、下方に青色半導体発光素子８１が位置していないために、青色半導体発光素子８１から透明板８４の下面（光入射面）８８に向かう青色光のうち青色半導体発光素子８１の直上領域以外の領域に向かう光量は青色半導体発光素子８１の直上領域に向かう光量に比べて極めて少なく、そのため、加法混色された光は青色成分が少なく黄色成分が多い黄色みがかった白色光となって外部に出射される。
【００１０】
同時に、青色半導体発光素子８１から透明板８４の光入射面８８に向かう青色光の光量の違いによって、青色半導体発光素子８１の直上領域とそれ以外の領域では、半導体発光装置からの出射光に輝度の違いが生じる。つまり、発光装置の上方視において、出射光に輝度ムラが生じることになる。
【００１１】
なお、上記色度ムラ及び輝度ムラは、透明板８４の光出射面８６に粗面化処理を施して出射光を拡散光とすることにより抑制するように図られているが、上述のように青色半導体発光素子８１から出射して透明板８４の光入射面８８に向かう青色光の光量が異なるために、色度ムラ及び輝度ムラの抑制効果は限定的なものにならざるを得ない。
【００１２】
また、透明板８４が、下方に位置する複数個の青色半導体発光素子８１の実装領域よりも大きいことは、透明板８４の大きさが青色半導体発光素子８１の実装面積よりも大きいことを意味するものであり、透明板８４が、色度ムラ及び輝度ムラのない光の出射に寄与しない無駄な領域を有するものとなっている。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、光出射面全面に亘って均一な色度分布及び輝度分布の出射光を得ることができる半導体発光装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する１個の半導体発光素子と、前記成長基板の上面上及び側面上に設けられた、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換層と、前記波長変換層の上に設けられた透明板と、前記半導体発光素子の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように設けられた、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材とを備え、前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板はいずれも、前記半導体発光素子の光軸に垂直な方向の外形寸法がほぼ同じであり、且つ、夫々の側面同士は前記光軸に平行な略同一平面上に位置していることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する複数個の半導体発光素子と、前記複数個の半導体発光素子の夫々の成長基板の上面上及び側面上に一体に設けられた、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換層と、  前記波長変換層の上の設けられた透明板と、前記複数個の半導体発光素子の夫々の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように設けられた、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材とを備え、前記波長変換層及び前記透明板は前記複数個の半導体発光素子の実装領域とほぼ同一の外形寸法であり、且つ、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面と前記複数個の半導体発光素子の実装領域の最外周同士は前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置していることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１又は請求項２において、前記第１のバインダー及び前記第２のバインダーはいずれも、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、前記光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１つからなることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、前記透明板は、ガラス、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂のうちの１つからなることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項６に記載された発明は、四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する１個の半導体発光素子の前記成長基板の上面上に第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換樹脂を塗布する工程と、前記波長変換樹脂が未硬化の状態において、前記波長変換樹脂を前記エピタキシャル成長層と略同一外形寸法の透明板で前記エピタキシャル成長層側に押圧移動することにより押し潰された前記波長変換樹脂が前記成長基板の上面から側面に流れ下って上面及び側面を覆う工程と、前記エピタキシャル成長層、前記波長変換樹脂の硬化後の波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材を設ける工程と、を有し、前記エピタキシャル成長層、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面同士を前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置させたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項７に記載された発明は、四角錐台形状の成長基板と、前記成長基板の底面上に積層された、活性層を含むエピタキシャル成長層を有する複数個の半導体発光素子の夫々の前記成長基板の上面上に該上面を覆うように、第１のバインダーに蛍光体粒子が混入・分散されてなる波長変換樹脂を塗布する工程と、前記波長変換樹脂が未硬化の状態において、前記波長変換樹脂の夫々を前記複数個の半導体発光素子の実装領域とほぼ同一の外形寸法の透明板で前記エピタキシャル成長層側に一括押圧移動することにより押し潰された各波長変換樹脂が前記成長基板の上面から側面に流れ下って夫々の成長基板の上面及び側面を一体に覆う工程と、前記複数個の半導体発光素子の夫々の前記エピタキシャル成長層、前記波長変換樹脂の硬化後の波長変換層及び前記透明板の夫々の側面を一体に覆うように、第２のバインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材を設ける工程と、を有し、前記波長変換層及び前記透明板の夫々の側面と前記複数個の半導体発光素子の実装領域の最外周同士を前記半導体発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置させたことを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項８に記載された発明は、請求項６又は請求項７において、前記第１のバインダー及び前記第２のバインダーはいずれも、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂からなることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項９に記載された発明は、請求項６〜請求項８のいずれかにおいて、前記光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のうちの１つからなることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の請求項１０に記載された発明は、請求項６〜請求項９のいずれかにおいて、前記透明板は、ガラス、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂のうちの１つからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の半導体発光装置は、成長基板と、活性層を含むエピタキシャル成長層とで構成した半導体発光素子の該成長基板上に波長変換層を設けて更に波長変換層の上に透明板を設け、エピタキシャル成長層、波長変換層及び透明板の夫々の側面を一体に覆うように拡散反射部材を設けた。このとき、エピタキシャル成長層、波長変換層及び透明板はいずれも、半導体発光素子の光軸に垂直な方向の外形寸法がほぼ同じであり、且つ、夫々の側面同士は光軸に平行な略同一平面上に位置している。
【００２５】
これにより、半導体発光装置の光出射面となる透明板の光出射面からは、該光出射面全面に亘って均一な色度分布及び輝度分布の出射光を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の半導体発光装置に係わる実施形態の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３−１】半導体発光素子の製造工程の説明図である。
【図３−２】半導体発光素子の製造工程の説明図である。
【図４】半導体発光素子の底面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６−１】半導体発光装置の製造工程の説明図である。
【図６−２】半導体発光装置の製造工程の説明図である。
【図７】実施形態（実施例）の光学的な説明図である。
【図８】従来例（比較例）の光学的な説明図である。
【図９】従来例の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
【００２８】
図１は本発明の半導体発光装置に係わる実施形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
本発明の半導体発光装置１は、回路パターン２が形成された半導体発光素子実装基板（以下、「実装基板」と略称する）３上に、該実装基板３の周縁部から該周縁部に沿って立ち上がる所定の高さの環状の側壁４が設けられている。
【００３０】
実装基板は３、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板が用いられ、回路パターン２は、例えば、銅箔上に電解あるいは無電解のメッキによって金（Ａｕ）メッキ層が設けられている。
【００３１】
側壁４は、例えば、セラミックスにより形成されている。
【００３２】
実装基板３と側壁４によって囲まれた凹部５内の中央部の実装基板３上には、半導体発光素子（以下、「発光素子」と略称する）１０が実装され、実装基板３の回路パターン２と発光素子１０のｎ側電極（バンプ電極）１７及びｐ側電極（バンプ電極）１８とが電気的且つ機械的に接合されている。バンプ電極１７、１８は、例えば、金（Ａｕ）等の金属材料で形成される。
【００３３】
上記発光素子１０は、図３（ａ）〜（ｆ）に示す工程を経て作製される。
【００３４】
まず、図３（ａ）に示す半導体成長工程において、透明なｎ型ＧａＮの成長基板１１上に、ＭＯＣＶＤ等の結晶成長方法によってｎ型半導体層１２、活性層１３及びＰ型半導体層１４を順次成長させて半導体層の積層構造のエピタキシャル成長層１５を形成し、エピタキシャル基板（以下、「エピ基板」と略称する）１９を作製する。なお、結晶成長方法、成長基板及び半導体層の構成は上記に限らず、夫々、公知の技術、材料及び層構成を用いることができる。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示す、素子化工程のうちの電極形成工程において、ｎ型半導体層１２及びＰ型半導体層１４の夫々に電気的且つ機械的に接合されたｎ側電極（バンプ電極）１７及びｐ側電極（バンプ電極）１８の組み合わせを、縦横夫々所定の間隔で複数箇所に形成する。なお、ｎ側電極となるバンプ電極１７を形成する際には、予め、ｐ型半導体層１４及び活性層１３の、バンプ電極１７を形成する領域をエッチングにより除去しておく。電極の配置構成、材料及び形成方法は公知技術を適用できる。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示す、素子化工程のうちの成長基板薄肉化工程において、板状のサンプルホルダー２７上に全面に亘って均一な厚みで溶剤に溶けるワックス２８を塗布し、エピ基板１９のｐ型半導体層１４側をワックス２８によりサンプルホルダー２７に接着固定する。そして、成長基板１１を研削・研磨等の方法によって適宜な厚みに加工する。成長基板１１の厚みは、活性層１３からの発光光の吸収、機械的強度及び発光素子の光取り出し効率等を考慮して設定される。
【００３７】
次に、図３（ｄ）に示す、素子化工程のうちの成長基板端面テーパ加工工程において、成長基板１１を薄肉化し且つバンプ電極１７、１８を形成したエピ基板１９を、刃先がテーパ状のダイシングブレード３０によるハーフカットダイシングによって、成長基板１１の厚み方向に沿って厚み全長に亘って縦横夫々所定の間隔で格子状にダイシングし、ハーフカット溝３１を形成する。なお、ダイシングの代わりにドライエッチング等の手法によってハーフカット溝３１に相当する形状の溝を形成してもよい。
【００３８】
次に、図３（ｅ）に示す、素子化工程のうちの粗面化工程において、成長基板１１の上面２１及び側面２２からなる表面２０をＫＯＨ溶液等のアルカリ性溶液に所定の時間浸漬すことにより、粗面化して凹凸１６を有する面を形成する。凹凸１６の大きさは、発光素子の光取り出し効率や製造時の歩留まり等を考慮して設定される。
【００３９】
最後に、図３（ｆ）に示す、素子化工程のうちの個片化工程において、ハーフカット溝３１に沿って、刃先がストレート形状のダイシングブレード（図示せず）によってフルカットダイシングし、その後、溶剤によってワックスを溶解することにより、格子状に切断されて個片化した複数個の半導体発光素子１０を得る。あるいは、ダイシングブレードによるスクライブ後にブレイクする方法でもよい。
【００４０】
なお、上記工程の中に、研磨等によるダメージ層の除去や、ＳｉＯ２等の保護膜を形成する工程を適宜入れてもよい。
【００４１】
以上の工程により作製された発光素子１０は、図４（下面図）及び図５（図４のＢ−Ｂ断面図）にあるように、透明なｎ型ＧａＮの成長基板１１上にｎ型半導体層１２、活性層１３及びＰ型半導体層１４の積層構造のエピタキシャル成長層１５が形成され、ｎ型半導体層１２に電気的且つ機械的に接合されたｎ側電極（バンプ電極）１７及びｐ型半導体層１４に電気的且つ機械的に接合されたｐ側電極（バンプ電極）１８の夫々がｐ型半導体層１４側から突出して設けられている。
【００４２】
成長基板１１は、上面２１及び側面２２からなる表面２０が粗面化されて凹凸１６を有する面を形成すると共に側面２２が上面２１の垂直面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面を形成している。
【００４３】
図１及び図２に戻って、成長基板１１の、上面２１及び側面２２からなる表面２０上には、バインダーに蛍光体粒子を混入・分散してなる波長変換層４０が形成されている。
【００４４】
波長変換層４０を構成するバインダーは、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を用いることが好ましい。
【００４５】
同様に、波長変換層４０を構成する蛍光体粒子（以下、「蛍光体」と略称する）は、発光素子１０からの出射光で励起されて励起光よりも長波長の所望の波長からなる波長変換光を放出する蛍光体が用いられる。
【００４６】
具体的には、発光素子１０に青色光を発光する青色発光素子を用いた場合、波長変換層４０を構成する蛍光体として、青色発光素子からの青色光に励起されて青色光の補色光の黄色光に波長変換して放出する黄色蛍光体を用いると、波長変換層４０からは、青色発光素子からの青色光の一部の直接光と、青色発光素子からの青色光の一部が波長変換層４０内の黄色蛍光体を励起することにより波長変換された黄色光との加法混色による白色光が出射される。
【００４７】
同様に、発光素子１０に青色光を発光する青色発光素子を用いた場合、波長変換層４０を構成する蛍光体として、青色発光素子からの青色光に励起されて赤色光に波長変換して放出する赤色蛍光体と青色発光素子からの青色光に励起されて緑色光に波長変換して放出する緑色蛍光体との混合蛍光体を用いると、青色発光素子からの青色光の一部の直接光と、青色発光素子からの青色光の一部が波長変換層４０内の赤色蛍光体及び緑色蛍光体の夫々の蛍光体を励起することにより波長変換された赤色光及び緑色光との加法混色による白色光が出射される。
【００４８】
更に、発光素子１０からの出射光の色相（波長）と蛍光体の種類とを適宜に組み合わせることにより、発光素子１０の発光色とは異なる種々の色相の光を得ることができる。
【００４９】
波長変換層４０の上には、発光素子１０を保護するための透明板４５が配設されている。透明板４５は、発光素子１０からの出射光及び波長変換層４０による波長変換光に対して良好な光透過性を有しており、例えば、ガラス等の透明無機材料やシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料が用いられる。
【００５０】
また、透明板４５の上面（光出射面）４６は、粗面化が施されて所定の粗さの凹凸面が形成されている。光出射面４６の粗面化は、例えば、フッ酸（ＨＦ）等を用いたウェットエッチングによる化学的方法、あるいはサンドブラスト等の機械的方法により行われる。粗面化により形成される凹凸面は、規則的あるいは幾何学的な形状でもよいし、規則性がなく幾何学的でもないランダムな形状でもよい。
【００５１】
波長変換層４０と透明板４５とは、互いに接する界面に空気等の気体が存在しないように互いの面が全面に亘って密着している。これにより、発光素子１０から出射して波長変換層４０に入射した光が、該波長変換層４０から出射して透明板４５に入射するときの光の損失を抑制している。また、透明板４５は、波長変換層４０を構成するバインダーの屈折率以上の屈折率を有する材料が用いられる。これにより、波長変換層４０から出射した光が全反射されることなく透明板４５の下面（光入射面）４７から該透明板４５内に入射するように図られ、光入射効率の低下が抑制されている。
【００５２】
発光素子１０（発光素子１０のエピタキシャル成長層１５）、発光素子１０の上に位置する波長変換層４０及び波長変換層４０の上に位置する透明板４５はいずれも、発光素子１０の光軸Ｘの方向から見た外形寸法がほぼ同じであり、透明板４５の上方から見た上方視において互いにほぼ重なり合っている。つまり、発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４からなるエピタキシャル成長層１５の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換層４０の側面４１及び透明板４５の側面４８はいずれも、光軸Ｘに平行な略同一平面上に位置している。
【００５３】
発光素子１０と波長変換層４０と透明板４５による三重構造と側壁４との間の隙間には、バインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材５０が充填されている。
【００５４】
拡散反射部材５０を構成するバインダーは、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を用いることが好ましい。
【００５５】
同様に、拡散反射部材５０を構成する光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の金属酸化物を用いることが好ましい。
【００５６】
拡散反射部材５０は、発光素子１０のｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換層４０の側面４１及び透明板４５の側面４８を覆うと共に、透明板４５の光出射面４６にかからないように且つ側壁４から溢れ出ないように充填されている。
【００５７】
次に、半導体発光装置の製造方法について図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００５８】
まず、図６（ａ）に示す発光素子実装工程において、回路パターン２が形成された実装基板３と該実装基板３の周縁部から該周縁部に沿って立ち上がる所定の高さの環状の側壁４からなるパッケージ６の凹部５内の中央部の実装基板３上に発光素子１０を実装する。なお、ここでは、パッケージ６の凹部５内に１個の発光素子１０を実装した半導体発光装置について説明する。
【００５９】
実装基板は３、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板が用いられ、回路パターン２は、例えば、銅箔上に電解あるいは無電解のメッキによって金メッキ層が設けられている。側壁４は、例えば、セラミックスにより形成されている。
【００６０】
発光素子１０は、透明なｎ型ＧａＮの成長基板１１上にエピタキシャル成長によってｎ型半導体層１２、活性層１３及びＰ型半導体層１４が積層形成され、ｎ型半導体層１２に電気的且つ機械的に接合されたｎ側電極（バンプ電極）１７及びｐ型半導体層１４に電気的且つ機械的に接合されたｐ側電極（バンプ電極）１８の夫々がｐ型半導体層１４側から突出して設けられている。成長基板１１は、上面２１及び側面２２からなる表面２０が粗面化されて凸凹面を形成すると共に側面２２が上面２１の垂直面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面を形成している。バンプ電極１７、１８は、例えば、金（Ａｕ）等の金属材料で形成されている。
【００６１】
パッケージ６の凹部５内に実装された発光素子１０は、ｎ側電極（バンプ電極）１７及びｐ側電極（バンプ電極）１８が実装基板３の回路パターン２に電気的且つ機械的に接合している。
【００６２】
次に、図６（ｂ）に示す波長変換樹脂塗布工程において、発光素子１０の成長基板１１の上面２１に、バインダーに蛍光体粒子を混入・分散してなる波長変換樹脂５５を、例えば、印刷法あるいはポッティング等により所定の量だけ塗布する。
【００６３】
波長変換樹脂５５を構成するバインダーは、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂を用いることが好ましい。
【００６４】
同様に、波長変換樹脂５５を構成する蛍光体は、発光素子１０からの出射光で励起されて励起光よりも長波長の所望の波長からなる波長変換光を放出する蛍光体が用いられる。
【００６５】
具体的には、発光素子１０に青色光を発光する青色発光素子を用いた場合、波長変換樹脂５５を構成する蛍光体として、青色発光素子からの青色光に励起されて青色光の補色光の黄色光に波長変換して放出する黄色蛍光体を用いると、波長変換樹脂５５からは、青色発光素子からの青色光の一部の直接光と、青色発光素子からの青色光の一部が波長変換樹脂５５内の黄色蛍光体を励起することにより波長変換された黄色光との加法混色による白色光が出射される。
【００６６】
同様に、発光素子１０に青色光を発光する青色発光素子を用いた場合、波長変換樹脂５５を構成する蛍光体として、青色発光素子からの青色光に励起されて赤色光に波長変換して放出する赤色蛍光体と青色発光素子からの青色光に励起されて緑色光に波長変換して放出する緑色蛍光体との混合蛍光体を用いると、青色発光素子からの青色光の一部の直接光と、青色発光素子からの青色光の一部が波長変換樹脂５５内の赤色蛍光体及び緑色蛍光体の夫々の蛍光体を励起することにより波長変換された赤色光及び緑色光との加法混色による白色光が出射される。
【００６７】
更に、発光素子１０からの出射光の色相（波長）と蛍光体の種類とを適宜に組み合わせることにより、発光素子１０の発光色とは異なる種々の色相の光を得ることができる。
【００６８】
次に、図６（ｃ）に示す透明板配設工程において、発光素子１０の成長基板１１の上面２１に塗布された波長変換樹脂５５が未硬化の状態において、該波長変換樹脂５５の上の発光素子１０の直上位置に、発光素子１０の該発光素子１０の光軸と垂直な方向の外形寸法とほぼ同じ外形寸法の透明板４５を静置し、静置した透明板４５を発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４からなるエピタキシャル成長層１５の側に押圧移動して波長変換樹脂５５を挟んで対向する、透明板４５の下面４７と発光素子１０の成長基板１１の上面２１とが互いに平行に且つ所定の間隔を持つように位置させる。
【００６９】
その際、発光素子１０の成長基板１１の上面２１に塗布された未硬化の波長変換樹脂５５は、透明板４５の押圧移動によって押し潰されて透明板４５の下面に沿って広がると同時に成長基板１１の、傾斜面からなる側面２２に沿って流れ下る。但し、成長基板１１の、傾斜面からなる側面２２が流れ下る波長変換樹脂５５の樹脂溜まりとなって流れを止める。
【００７０】
その結果、波長変換樹脂５５が、成長基板１１の上面２１及び側面２２からなる表面２０全面と透明板４５の下面４７全面の間に挟持された状態となり、透明板４５の上方から見た上方視において、発光素子１０、発光素子１０の上に位置する波長変換樹脂５５及び波長変換樹脂５５の上に位置する透明板４５はいずれも、互いにほぼ重なり合って位置することになる。
【００７１】
つまり、発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４からなる発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４からなるエピタキシャル成長層１５の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換樹脂５５の側面４１及び透明板４５の側面４８はいずれも、発光素子１０の光軸Ｘに平行な略同一平面上に位置している。
【００７２】
この状態で、未硬化の波長変換樹脂５５を所定の条件で硬化して波長変換層４０を形成する。これにより、波長変換層４０は、透明板４５を発光素子１０に固定するための接着層としての働きも有することになる。
【００７３】
透明板４５は、発光素子１０からの出射光及び波長変換層４０による波長変換光に対して良好な光透過性を有しており、例えば、ガラス等の透明無機材料やシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透明樹脂材料が用いられる。
【００７４】
また、透明板４５の上面（光出射面）４６は、粗面化が施されて所定の粗さの凹凸面が形成されている。光出射面４６の粗面化は、例えば、フッ酸（ＨＦ）等を用いたウェットエッチングによる化学的方法、あるいはサンドブラスト等の機械的方法により行われる。粗面化により形成される凹凸面は、規則的あるいは幾何学的な形状でもよいし、規則性がなく幾何学的でもないランダムな形状でもよい。
【００７５】
最後に、図６（ｄ）に示す拡散反射部材充填工程において、発光素子１０と波長変換層４０と透明板４５による三重構造と側壁４との間の隙間に、バインダーに光散乱粒子を混入・分散してなる拡散反射部材５０を充填し、所定の条件で硬化させる。
【００７６】
拡散反射部材５０を構成するバインダーは、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂を用いることが好ましい。
【００７７】
同様に、拡散反射部材５０を構成する光散乱粒子は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化硼素（Ｂ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の金属酸化物を用いることが好ましい。
【００７８】
拡散反射部材５０は、発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換層４０の側面４１及び透明板４５の側面４８を覆うと共に、透明板４５の光出射面４６にかからないように且つ側壁４から溢れ出ないように充填される。
【００７９】
次に、上述の製造方法で作製された上記構成の半導体発光装置について、図７（半導体発光装置の部分断面図）を参照して光学的な説明を行なう。
【００８０】
外部電源（図示せず）から実装基板３上の回路パターン２及びバンプ電極１７、１８を介して発光素子１０に電力が供給されると、発光素子１０の活性層１３において発光する。活性層１３で発光した発光光（青色光）のうち透明板４５側に位置するｎ型半導体層１２の方向に向かう青色光は、ｎ型半導体層１２及び成長基板１１を透過して成長基板１１の上面２１及び側面２２からなる表面２０（発光素子の主光出射面）から波長変換層４０に入射する。
【００８１】
波長変換層４０内に入射した青色光は、その一部が青色光Ｂ１のまま波長変換層４０内を透過して透明板４５に入射し、一部は蛍光体（黄色蛍光体）を励起して波長変換された、青色光の補色光となる黄色光Ｙ１が透明板４５に入射する。そして、透明板４５に入射した青色光Ｂ１及び黄色光Ｙ１の夫々が透明板４５内を透過して粗面化により形成される凹凸面からなる光出射面４６から外部に向けて拡散出射され、青色拡散光Ｂ１と黄色拡散光Ｙ１からなる拡散出射光の加法混色によって白色拡散光Ｗ１が得られる。
【００８２】
一方、活性層１３で発光した発光光（青色光）のうち該活性層１３の側方の方向に向かう青色光は、活性層１３の側面１３ａが、発光素子１０と波長変換層４０と透明板４５による三重構造と側壁４との間の隙間に充填された拡散反射部材５０によって覆われており、活性層１３の側面１３ａに到達した青色光は、拡散反射部材５０の、活性層１３の側面１３ａとの接触面及びその近傍で反射されてその一部が波長変換層４０側に向かう。
【００８３】
波長変換層４０側に向かう青色光は、その一部が青色光Ｂ２のまま波長変換層４０内を透過して透明板４５に入射し、一部は蛍光体（黄色蛍光体）を励起して波長変換された、青色光の補色光となる黄色光Ｙ２が透明板４５に入射する。そして、透明板４５に入射した青色光Ｂ２及び黄色光Ｙ２の夫々が透明板４５内を透過して粗面化により形成される凹凸面からなる光出射面４６から外部に向けて拡散出射され、青色拡散光Ｂ２と黄色拡散光Ｙ１からなる拡散出射光の加法混色によって白色拡散光Ｗ２が得られる。
【００８４】
このように、本実施形態の半導体発光装置（実施例）は、発光素子１０と波長変換層４０と透明板４５による三重構造と側壁４との間の隙間に拡散反射部材５０を充填し、発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換層４０の側面４１及び透明板４５の側面４８を覆うようにした。
【００８５】
これにより、発光素子１０の活性層１３で発光して半導体発光装置１の光出射方向（透明板４５方向）に向かう光が半導体発光装置１の出射光を構成すると同様に、活性層１３の側方に向かう光も発光素子１０の直上の出射光を構成するものとなる。
【００８６】
比較例は、透明板８４の上方から透明板８４の光出射面８６を上方視した場合、下方に位置する半導体発光素子８１の直上領域（Ａ）とそれ以外の領域（Ｂ）では、出射光に色相の違いが認められる。つまり、半導体発光装置の上方視において、透明板８４の光出射面８６からの出射光に色度ムラが生じることになり、演色性に劣るものとなる。
【００８７】
同時に、青色半導体発光素子８１から透明板８４の光入射面８８に向かう青色光の光量の違いによって、半導体発光素子８１の直上領域（Ａ）とそれ以外の領域（Ｂ）では、照射光に輝度の違いが生じる。つまり、半導体発光装置の上方視において、出射光に輝度ムラが生じることになる。
【００８８】
そこで、上記色度ムラ及び輝度ムラは、透明板８４の光出射面８６に粗面化処理を施して出射光を拡散光とすることにより抑制するように図られているが、上述のように青色半導体発光素子８１から出射して透明板８４の光入射面８８に向かう青色光の光量が異なるために、色度ムラ及び輝度ムラの抑制効果は限定的なものにならざるを得ない。
【００８９】
これに対し、実施例は、発光素子１０、発光素子１０の上に位置する波長変換層４０及び波長変換層４０の上に位置する透明板４５がいずれも、発光素子１０の光軸Ｘに垂直な方向の外形寸法がほぼ同じであり、透明板４５の上方から見た上方視において互いにほぼ重なり合っている。つまり、発光素子１０の、ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４の夫々の側面１２ａ、１３ａ、１４ａからなる側面２５、波長変換層４０の側面４１及び透明板４５の側面４８はいずれも、光軸Ｘに平行な略同一平面上に位置している。
【００９０】
そのため、半導体発光装置１の上方視において、出射光に色度ムラ及び輝度ムラの夫々が大幅に低減され、光出射面全面からより均一な色度分布及び輝度分布の出射光を得ることができる。
【００９１】
また、実施例は、発光素子１０の成長基板１１の側面２２を、上面２１の垂直面に対して所定の角度で傾斜した傾斜面とすることにより、この傾斜面が、上面２１に塗布された未硬化の波長変換樹脂５５が透明板４５の押圧移動によって押し潰された際に、側面２２に沿って流れ下る波長変換樹脂５５の樹脂溜まりとなって流れを止める働きをする。
【００９２】
そのため、下方に位置する活性層１３の側面１３ａが波長変換樹脂５５で覆われるのを防止して拡散反射部材５０で覆われるようにした。その結果、活性層１３で発光した発光光のうち該活性層１３の側方に向かう光を拡散反射部材５０で反射して半導体発光装置１の出射光として構成することができ、発光素子１０から出射された光の利用効率の向上に寄与するものとなる。
【００９３】
また、実施例の透明板４５と比較例の透明板８４を同一の外形寸法とすると、比較例は透明板８４より小さい半導体発光素子８１を有し、実施例は透明板４５と同じ大きさの発光素子１０を有することから、実施例は比較例よりも大きい発光素子を実装することが可能となる。そのため、半導体発光装置１の駆動（点灯）時に、比較例と同一電流密度で駆動して比較例よりも高い輝度を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施形態は、パッケージ６の凹部５内に１個の発光素子１０を実装した半導体発光装置であったが、パッケージ６内に実装する発光素子１０の数は１個に限られるものではなく、複数個の発光素子１０を実装することも可能である。その場合、波長変換層４０及び透明板４５は、複数個の発光素子１０が実装された実装領域と同一の外形寸法とし、且つ、発光素子１０の実装領域の直上に配設されており、波長変換層及び透明板の夫々の側面と複数の発光素子１０の実装領域の最外周同士は発光素子の光軸に平行な略同一平面上に位置する。
【００９５】
なお、本実施形態における透明板４５の代わりに、蛍光体セラミックスや蛍光体ガラス等の波長変換機能を備えた板状部材を使用することも可能である。その場合、波長変換層４０の代わりに透明材料層を用いると好適である。
【符号の説明】
【００９６】
１…  半導体発光装置
２…  回路パターン
３…  半導体発光素子実装基板（実装基板）
４…  側壁
５…  凹部
６…  パッケージ
１０…  半導体発光素子（発光素子）
１１…  成長基板
１２…  ｎ型半導体層
１２ａ…  側面
１３…  活性層
１３ａ…  側面
１４…  Ｐ型半導体層
１４ａ…  側面
１５…  エピタキシャル成長層
１６…  凹凸
１７…  ｎ側電極（バンプ電極）
１８…  ｐ側電極（バンプ電極）
１９…  エピタキシャル基板（エピ基板）
２０…  表面
２１…  上面
２２…  側面
２５…  側面
２７…  サンプルホルダー
２８…  ワックス
３０…  ダイシングブレード
３１…  ハーフカット溝
３２…  ダイシングブレード
４０…  波長変換層
４１…  側面
４５…  透明板
４６…  上面（光出射面）
４７…  下面（光入射面）
４８…  側面
５０…  拡散反射部材
５５…  波長変換樹脂
【図１】
2015026753.tif 000003
【図２】
2015026753.tif 000004
【図３−１】
2015026753.tif 000005
【図３−２】
2015026753.tif 000006
【図４】
2015026753.tif 000007
【図５】
2015026753.tif 000008
【図６−１】
2015026753.tif 000009
【図６−２】
2015026753.tif 000010
【図７】
2015026753.tif 000011
【図８】
2015026753.tif 000012
【図９】
2015026753.tif 000013