(57)【要約】【課題】  耐熱性に優れるとともに耐環境性および耐紫外線性が良好であり、高出力の半導体発光装置を提供する。【解決手段】  光を放射する半導体発光素子（１０）と、前記半導体発光素子上に設けられ、蛍光体（６）および２５ｗｔ％以下の量で配合された平均粒子径０．００１μｍ以上１μｍ以下の無機フィラーを含有する光透過性の無機材料からなる封止材（５）とを具備することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を放射する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子上に設けられ、蛍光体および２５ｗｔ％以下の量で配合された平均粒子径０．００１μｍ以上１μｍ以下の無機フィラーを含有する光透過性の無機材料からなる封止材と
を具備することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記無機フィラーは、０．１ｗｔ％以上の量で前記封止材に含有されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記無機材料の少なくとも９０％は、ＳｉＯ2であ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装置。
【請求項４】
前記ＳｉＯ2中は、アルコキシシロキサンから得られたものであることを特徴とする請求項３記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体発光装置、発光ダイオード等の発光素子を樹脂封止体で被覆することによって構成される（例えば、特許文献１、２参照）。この樹脂封止体は、炭素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合した有機高分子化合物である。例えばエポキシ系樹脂の硬化物からなる樹脂封止体の場合、紫外線等が照射されると、有機高分子の繋ぎ目が切断されて各種の光学的特性および化学的特性が劣化する。
【０００３】
また、発光ダイオードチップから発生する紫外線等の短波長の光によって、被覆樹脂が劣化する。有機高分子化合物の硬化物から構成される封止樹脂は、紫外線が照射されると、有機高分子における元素の結合が切断され、各種の光学的特性および化学的特性が劣化する。
【０００４】
ＧａＮ系の青色発光ダイオードチップは、可視光成分に加えて、波長３８０ｎｍ以下の紫外波長域に発光成分を有する。こうしたダイオードチップを被覆する封止樹脂は、次第に黄変して着色し、ダイオードチップからの可視光は着色部で吸収され減衰する。被覆樹脂の劣化に伴って耐湿性が低下するとともにイオン透過性が増大するため、発光ダイオードチップ自体も劣化する。その結果、発光ダイオード装置の発光強度は相乗的に低減する。また、耐熱性が低い被覆樹脂が黄変・着色するため、発光ダイオードチップから照射された光が被覆樹脂を通過する際に減衰する。
【０００５】
例えば順方向電圧が高いＧａＮの青色発光ダイオードチップは、比較的低い順方向電流でも電力損失が大きく、作動時に発光ダイオードチップの温度はかなり上昇する。樹脂は高温に加熱されると徐々に劣化して黄変・着色を起こす。従来の発光ダイオード装置では、蛍光体を樹脂中に配合すると前記問題が生じ、このため選択する材料種類の減少、信頼性の低下、光変換機能の不完全性、製品価格の上昇の原因となる。
【特許文献１】特開２００５−２５２２１９号公報
【特許文献２】特開２００６−４９７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、耐熱性に優れるとともに耐環境性および耐紫外線性が良好であり、高出力の半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様にかかる半導体発光装置は、光を放射する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子上に設けられ、蛍光体および２５ｗｔ％以下の量で配合された平均粒子径０．００１μｍ以上１μｍ以下の無機フィラーを含有する光透過性の無機材料からなる封止材とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、耐熱性に優れるとともに耐環境性および耐紫外線性が良好であり、高出力の半導体発光装置半導体発光装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる半導体発光装置の断面図である。図示するように、半導体発光装置１は、導電性基材としてのＣｕフレーム２ａ，２ｂの上に、無機材料からなる封止材５、カバー樹脂封止材７、樹脂フレーム８および半導体発光素子としてのＬＥＤチップ１０を備えている。Ｃｕフレーム２ａにはマウント部３となる凹所が形成されている。ＬＥＤチップ１０は、Ａｕ系はんだ接合部１８によってマウント部３のほぼ中央に接合されている。なお、符号２０は負極側のＣｕフレーム２ａと正極側のＣｕフレーム２ｂとを絶縁する絶縁体である。
【００１１】
ＬＥＤチップ１０は次のようにしてマウント部３に接合される。公知のめっき法を用いてマウント部３に下地導電層としてのＡｇめっき層４を被覆形成し、Ａｕ系はんだ材料（例えばＡｕ−Ｓｎはんだ合金）を用いてＬＥＤチップ１０の負極側をマウント部３にはんだ付けする。これにより、ＬＥＤチップ１０の負極側は、図示しない負極端子に電気的に接続される。
【００１２】
マウント部３には、封止材５が充填され、ＬＥＤチップ１０は封止材５のなかに完全に埋没している。封止材５の厚さは、４０μｍ程度であり、この封止材５は、光透過性の無機材料からなり、その中には、蛍光体粒子６および無機フィラー（図示せず）が含有されている。
【００１３】
樹脂フレーム８が、装置１の発光面を覆うようにＣｕフレーム２ａ，２ｂに取り付けられている。樹脂フレーム８の凹所には、カバー樹脂封止材７が充填されている。このカバー樹脂封止材７は、マウント部３の封止材５の全面を覆っている。ＬＥＤチップ１０から発光される光は、蛍光体６入り封止材５により所望の波長に変換され、カバー樹脂封止材７を透過して装置１から外部へ出射される。なお、樹脂フレーム８は白樹脂（例えばエポキシ樹脂）からなる。また、カバー樹脂封止材７の上部には、ＬＥＤチップ１０から照射され、またはマウント部３の表面で反射した光を集光するためのレンズ部（図示せず）が配置されている。
【００１４】
封止材５中の蛍光体粒子６は、ＬＥＤチップ１０から放出された光の一部を吸収して、特定の波長に変換する。したがって、封止材５は、波長変換部として機能する。
【００１５】
封止材５に含有される蛍光体粒子６は、例えば、ＹＡＧ系（（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12）：Ｃｅ3＋、珪酸塩系：Ｅｕ2+等からなる群から選択することができ、３〜８０μｍ程度であることが好ましい。なお、蛍光体粒子の平均粒子径は、例えばグレン法といった手法により求めることができる。蛍光体粒子６は、通常、５〜８０ｗｔ％程度の濃度で封止材５中に含有される。蛍光体の粒子は、図２に示すようにＬＥＤチップ１０の発光面の近傍に分散している。
【００１６】
無機フィラーは、白色または透明の材料からなることが好ましく、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等からなるフィラーを用いることができる。より具体的には、９０％以上がＳｉＯ2からなる無機フィラーが挙げられる。無機フィラーにおけるＳｉＯ2の含有量が９０％以上であれば、封止材の透明性が保持され、光透過性の点で有利である。無機フィラーの平均粒子径は、０．００１〜１μｍに規定される。ここで、無機フィラーの平均粒子径とは、無機フィラーを球とみなした場合の直径の平均値を示しておりをさし、例えば、レーザーマイクロトラック法といった手法により求めることができる。封止材５中における無機フィラーの含有量は、２５ｗｔ％以下に規定される。
【００１７】
本発明の実施形態にかかる発光装置における封止材５には、平均粒子径０．００１〜１μｍの無機フィラーが、２５ｗｔ％以下の量で含有される。こうした条件を満たす無機フィラーが含有されることに起因して、高い出力で光を放出することができる。発光効率を考慮すると、無機フィラーは、０．００１ｗｔ％以上の量で封止材５中に含有されることが望まれる。
【００１８】
ＬＥＤチップ１０の拡大図を図２に示し、その構造について図面を参照して説明する。
【００１９】
図示するようにＬＥＤチップ１０のｎ側電極１６は、Ａｕ系はんだ接合部１８、Ａｇめっき層４およびＣｕフレーム２ａを介して負極端子に電気的に導通している。一方、ｐ側電極１７はワイヤボンディングされたＡｕ配線９によりＣｕフレーム２ｂ（図示せず）を介して正極端子に導通している。
【００２０】
ＬＥＤチップ１０は、ｎ型ＳｉＣ基板１１の上に、バッファ層１２、ｎ型ＧａＮクラッド層１３、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層１４、ｐ型ＧａＮクラッド層１５がこの順に積層されている。ｎ型アノード電極１６がｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面側に設けられ、ｐ型カソード電極１７がｐ型ＧａＮクラッド層１５の上面側に設けられている。アノード電極１６には、導電性はんだ接合部１８およびＡｇ下地めっき層４を介してＣｕフレーム２ａが接続されている。また、カソード電極１７にはＡｕワイヤ９が他方のＣｕフレーム２ｂに接続されている。両電極１６，１７間に所定の電流を流すと、チップ１０の発光面から特定波長の着色光（例えば青色光）が放射される。
【００２１】
ＬＥＤチップ１０には、３６５〜５５０ｎｍの波長で発光する窒化ガリウム系化合物半導体を用いることができる。本実施の形態ではＬＥＤチップ１０に発光波長のピークが約４４０〜４７０ｎｍのＧａＮ系の青色発光ダイオードチップを用いた。
【００２２】
窒化ガリウム系化合物半導体は、化学式Ｉｎ(1-X)ＧａXＮ（但し、０＜Ｘ≦１）で表わされ、公知のエピタキシャル成長方法等でサファイア等より成る基体としての絶縁性基板上に形成されるものである。
【００２３】
半導体発光装置１では、封止材５によってＬＥＤチップ１０の上面および側面が被覆される。封止材５は、アルコキシシロキサンを出発原料（前駆体）に含む封止材形成溶液を用いて形成される。得られる封止材５は、基本的にＳｉＯ2からなり、耐紫外線特性、耐熱性に優れ、高温環境下または紫外線下でも実質的に劣化（黄変、吸湿、熱劣化など）を生じない。このため、封止材５は、ＬＥＤチップ１０からの短波長の光が比較的長時間照射された場合であっても、化学的特性が安定しているため、ＬＥＤチップ１０からの発光を減衰させる劣化を生じない。具体的には、封止材５に用いられる無機材料はガラス状であるため、硼素や酸化鉛等を含む低融点ガラス等に比べて極めて不純物が少なく、有害物質の浸透も防止される。したがって、半導体発光素子の特性に悪影響が及ぼされるは回避され、信頼性が高く安価な半導体発光装置が得られる。
【００２４】
また、ＬＥＤチップ１０の発熱により温度上昇を生じた場合であっても、封止材５は、ＬＥＤチップ１０からの発光を減衰させる劣化を生じない。なお、アルコキシシロキサンを出発原料として得られるＳｉＯ2には、５〜１０ｗｔ％以下程度の不可避不純物が含有されることがある。また、したがって、少なくとも９０ｗｔ％がＳｉＯ2であることが好ましい。
【００２５】
本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の製造に当たっては、所定の平均粒子径の無機フィラーが所定の濃度で含有された封止材形成溶液を用いて封止材５が形成される。溶液のみでは、非常に低粘度であるためにチップ上部への形成が非常に困難であるが、無機フィラーを少量添加することにより、粘度が高められる。その結果、ＬＥＤチップ１０を覆うのに十分な厚さで、封止材５を形成することが可能となった。
【００２６】
封止材５の原料となる封止材形成溶液は液状であり、空気中または酸素雰囲気中で加熱すると成分の分解または酸素の吸収により透明な封止材を生成する。これらの封止材形成溶液に蛍光体を混合して半導体発光素子の周囲に塗布すれることにより、光変換作用を有する蛍光体を含有する封止材を形成することができる。
【００２７】
封止材５の製造の際には、発光ダイオードチップの上部より蛍光体を含む封止材形成溶液を凹部内に注入する。約１５０℃〜２００℃の温度で焼成し、蛍光体を含有する封止材を固化形成した後、外部端子の端部全体を透明な封止樹脂で封止する。封止材の焼成温度は、発光ダイオードチップ接合部の融点よりも十分に低い。
【００２８】
得られる封止材５は、無機材料からなるので、耐紫外線特性が良好である。封止材５の耐紫外線特性に起因して、この上に配置されるカバー樹脂封止材７の黄変・着色も良好に防止される。
【００２９】
以下、本実施形態に係る半導体発光装置について具体的に説明する。
【００３０】
（実施例１〜１１）
まず、アルコキシシロキサンを、溶媒としてのイソプロピルアルコールに９０ｗｔ％の濃度で溶解して溶液を調製した。アルコキシシロキサンは、具体的には、メチルシロキサンである。得られた溶液に、平均粒子径５０μｍのストロンチウムオルソシリケートを２５ｗｔ％の濃度で分散させて、無機混合物を調製した。
【００３１】
さらに、２５ｗｔ％の無機フィラーを添加して、封止材形成溶液を得た。ここで用いた無機フィラーとしては、９９％以上がＳｉＯ2からなり、平均粒子径は０．００１μｍであった。
【００３２】
半導体発光素子としては、ピーク波長４５５ｎｍのＧａＮ系青色発光ダイオードチップを用いて、導電性基材のマウント部に配置した。前述の封止材形成溶液をマウント部内に注入し、１８０℃で焼成して実施例１（Ｎｏ．１）の白色の半導体発光装置（以下ＬＥＤ）を作製した。得られた白色ＬＥＤにおいては、無機材料としてのＳｉＯ2と、これに分散された蛍光体および無機フィラーとを含む封止材によって、半導体発光素子が覆われている。
【００３３】
発光スペクトルを全光束測定装置により測定したところ、実施例１のＬＥＤの発光色は色度値ｘ＝０．３２、ｙ＝０．３１であり、色温度は５０００Ｋであった。
【００３４】
無機フィラーの平均粒子径および添加量を変更した以外は実施例１の場合と同様にして、種々の封止材形成溶液を調製し、得られた溶液を用いて実施例２から１１のＬＥＤを作製した。
【００３５】
各白色ＬＥＤの出力を全光束測定装置によりそれぞれ求め、無機フィラーを添加しない（後述の参考例４）ＬＥＤの出力を１とした場合の、実施例１〜１１の白色ＬＥＤの白色相対値を算出した。その結果を、無機フィラーの平均粒子径および添加量とともに下記表１にまとめる。
【表１】
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【００３６】
（参考例１〜４）
無機フィラーの平均粒子径および添加量を変更した以外は実施例１の場合と同様にして種々の封止材形成溶液を調製し、得られた溶液を用いて参考例１から３のＬＥＤを作製した。
【００３７】
また無機フィラー添加しない以外は実施例１の場合と同様にして、参考例４のＬＥＤを作製した。
【００３８】
各白色ＬＥＤの出力を全光束測定装置によりそれぞれ求め、参考例４のＬＥＤの出力を１とした場合の白色相対値を算出した。その結果を、無機フィラーの平均粒子径および添加量とともに下記表１に併記する。
【００３９】
上記表１に示されるように、平均粒子径０．００１〜１μｍの微細フィラーが、０．１〜２５ｗｔ％の量で添加された実施例１〜１１の白色ＬＥＤは、いずれも高い出力を有する。封止材は無機材料からなるので、耐熱性に優れるとともに耐環境性および耐紫外線性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体発光装置の断面図。
【図２】半導体発光素子の断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１…半導体発光装置；  ２ａ，２ｂ…導電性基材（Ｃｕフレーム）
３…マウント部（凹部）；  ４…下地導電層（Ａｇめっき層）；  ５…封止材
６…蛍光体；  ７…カバー樹脂封止材；  ８…樹脂フレーム（白樹脂）
９…配線（Ａｕワイヤ）；  １０…半導体発光素子（ＬＥＤチップ）
１１…ｎ型ＳｉＣ基板；  １２…バッファ層；  １３…ｎ型ＧａＮクラッド層
１４…ＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性層；  １５…ｐ型ＧａＮクラッド層
１６…カソード電極；  １７…アノード電極；  １８…はんだ接合部
２０…絶縁体。
【図１】
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【図２】
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