(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部を備えた基体と、この凹部の底面に配置された半導体発光素子と、この半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換層とを備えている半導体発光装置であって、
上記凹部の底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて配置された第一の波長変換層と、
上記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に配置された第二の波長変換層と、を含んでいることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
上記凹部内に充填され、上記半導体発光素子からの光を吸収しない透光性材料から構成されている封止部を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
上記第一の波長変換層が、二段構成の封止部の下段の表面付近に配置されてい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】
上記第二の波長変換層が、二段構成の封止部の上段の表面付近に配置されていることを特徴とする、請求項１から３の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項５】
上記半導体発光素子の直上に、上記第一の波長変換層を貫通する透明基体が載置されていることを特徴とする、請求項１から４の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項６】
上記第一の波長変換層が、透明基板の下面に形成されていることを特徴とする、請求項１，２または４の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項７】
上記第二の波長変換層が、透明基板の上面に形成されていることを特徴とする、請求項１，２または３に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
上記第一の波長変換層が、半導体発光素子に対向する内縁から半径方向外側に向かって上方に湾曲するほぼ放物線状の断面を備えていることを特徴とする、請求項１から７の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項９】
上記封止部の上面が、半導体発光素子の直上の中央付近に凹部を備えていることを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
上記第一の波長変換層及び第二の波長変換層が、Ａ3 Ｂ5 Ｏ12：Ｍ（Ａ：Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ、Ｂ：Ａｌ，Ｇａ、Ｍ：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，Ｅｕ3+，Ｃｒ3+，Ｎｄ3+またはＥｒ3+）、ＢＡＭ蛍光体（希土類をドープしたバリウム−アルミニウム−マグネシウム系化合物蛍光体）、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ3+やＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ等の硫化物系化合物蛍光体または（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ2+，ＣａＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+やＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+等の希土類をドープしたチオガレート系蛍光体またはＴｂＡｌＯ3 ：Ｃｅ3+等のアルミン酸塩または（Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）x Ｓｉy Ｏz ：Ｅｕ2+等のオルトケイ酸塩の少なくとも一つの組成を含有した蛍光体を含んでいることを特徴とする、請求項１から９の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
上記封止部が、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体，オキセタン樹脂，アクリル樹脂またはシクロオレフィン樹脂の少なくとも一つ以上の樹脂を含有している樹脂から構成されていることを特徴とする、請求項１から１０の何れかに記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
上面に凹部を備えた基体と、
この凹部の底面に配置された半導体発光素子と、
前記凹部の底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて配置された、前記半導体発光素子からの光を波長変換する第一の波長変換層と、
前記第一の波長変換層と前記凹部底面との間にあり、前記半導体発光素子を封止する第一の封止部と、
前記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に配置された、前記半導体発光素子からの光を波長変換する第二の波長変換層と、を含んでいる半導体発光装置の製造方法であって、以下の工程を含む；
前記第一の封止部に用いる材料と、前記第一の波長変換層に用いる材料とを混合する第一の工程；
前記第一の工程で混合した材料を前記凹部内に、途中の高さ位置まで充填する第二の工程；
前記基体を天地反転させた状態で前記第一の工程で混合した材料を硬化させて、第一の封止部と第一の波長変換層とを形成する第三の工程。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体発光装置の製造方法であって、
前記半導体発光装置は、前記第二の波長変換層と前記第一の波長変換層との間に配置された第二の封止部を更に含み、
前記半導体発光装置の製造方法は、以下の工程を更に含む；
前記第二の封止部に用いる材料と、前記第二の波長変換層に用いる材料とを混合する第四の工程；
前記第四の工程で混合した材料を、前記第一の封止部と前記第一の波長変換層の上であって、前記凹部内に、前記凹部上縁の高さ位置まで充填する第五の工程；
前記基体を天地反転させた状態で前記第四の工程で混合した材料を硬化させて、第二の封止部と第二の波長変換層を形成する第六の工程。
【請求項１４】
前記第二の工程の前に、前記半導体発光素子の直上に、第一の波長変換層を越えた高さ位置まで上方に延びる透明基材を配置する第七の工程を更に含むことを特徴とする、請求項１２または１３に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第三の工程の後に、上面に第二の波長変換層が設けられた透明基板を前記第一の波長変換層と前記第一の封止部の上に配置する第八の工程を更に含む、請求項１２に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１６】
基体上面に備えられた凹部内に半導体発光素子を配置し、この凹部底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて第一の波長変換層を配置すると共に、上記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に第二の波長変換層を配置して、上記発光素子チップからの出射光を第一の波長変換層及び第二の波長変換層で波長変換して、波長変換した光と半導体発光素子からの光との混色光を外部に出射する、半導体発光装置の製造方法であって、
上記凹部内に、下面に第一の波長変換層が、また上面に第二の波長変換層がそれぞれ設けられた透明基板を配置することにより、第一の波長変換層及び第二の波長変換層を形成する段階を含んでいることを特徴とする、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、半導体発光素子を用いた半導体発光装置に関し、特に半導体発光素子からの光を波長変換層を介して出射させて、発光素子チップからの出射光と波長変換層からの励起光とを混合して、外部に出射するようにした半導体発光装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような半導体発光装置は、例えば特許文献１に示すように構成されている。
即ち、特許文献１によれば、図８に示すように、半導体発光装置１は、基体２と、基体２の上面に設けられた凹部２ａ内に配置された半導体発光素子３と、上記凹部２ａの底面に形成された第一の波長変換層４と、上記凹部２ａ内に充填された封止部５と、凹部２ａの上縁にて封止部５の表面付近に形成された第二の波長変換層６と、から構成されている。
【０００３】
ここで、上記基体２は、上面に一対の引出し電極７ａ，７ｂを備えた基板部２ｂと、この基板部２ｂ上に載置された中央に上述した凹部２ａを備えた反射枠部２ｃと、から構成されている。
上記基板部２ｂは、絶縁性材料から構成されていると共に、上記反射枠部２ｃは、耐熱性を有する絶縁性材料から構成されている。
そして、上記引出し電極７ａ，７ｂは、それぞれ一端が上記凹部２ａ内にてその底面に露出していると共に、上記基板部２ｂの側縁から下面にまで回り込んで、他端がそれぞれ表面実装用の端子部を形成している。
【０００４】
上記反射枠部２ｃは、図示の場合、中心に配置される半導体発光素子３を両側から包囲するように形成されたほぼ垂直または上に向かって広がる側壁を備えた凹部２ａを備えていると共に、その凹部２ａの内面が反射特性を有するように、白色材料から成形され、あるいは上記内面に塗布，メッキ，蒸着等による反射面を備えるようになっている。
尚、上記反射枠部２ｃは、半導体発光素子３を全周から包囲するように逆円錐台状に形成されていてもよい。
【０００５】
尚、上記反射枠部２ｃは、上記基板部２ｂに対して、上記引出し電極７ａ，７ｂがインサート成形されるように、一体成形されていてもよく、また半導体発光素子３が実装された基板部２ｂの上面に貼り付けられてもよい。
【０００６】
上記半導体発光素子３は、後述する波長変換材料を励起可能な波長の光を出射するように構成されている。
そして、上記半導体発光素子３は、上記基体２の凹部２ａの底面に露出している一方の引出し電極７ａの先端上にダイボンディングされることにより、この引出し電極７ａに対して機械的そして電気的に接続される。
また、上記半導体発光素子３は、その上面の電極部（図示せず）が他方の引出し電極７ｂの先端にワイヤボンディングされることにより、この引出し電極７ｂに対して電気的に接続されるようになっている。
【０００７】
尚、半導体発光素子３は、上面に二つの電極部を備えるように構成されていてもよく、その場合、各電極部がそれぞれワイヤボンディングにより双方の引出し電極７ａ，７ｂに対してそれぞれ電気的に接続されることになる。
【０００８】
上記第一の波長変換層４は、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を含んでおり、半導体発光素子３からの光により励起され、波長変換された光（第一波長光）を出射するようになっている。
そして、上記第一の波長変換層４は、上記基体２の凹部２ａの底面領域に配置されており、図示の場合には、基板部２ｂの表面及び半導体発光素子３の上面に位置している。
【０００９】
上記封止部５は、半導体発光素子３からの光及び第一の波長変換層４からの第一波長光そして好ましくは第二の波長変換層６からの第二波長光（後述）を透過し得る透光性材料から構成されており、例えば熱硬化樹脂や低融点ガラス等から成る。
ここで、上記封止部５は、好ましくは、その上面が凹状に湾曲して形成されている。
【００１０】
上記第二の波長変換層６は、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を含んでおり、半導体発光素子３からの光により励起され、波長変換された光（第二波長光）を出射するようになっている。
そして、上記第二の波長変換層４は、上記半導体発光素子３から上方に離反して、即ち上記基体２の凹部２ａの上縁の比較的広い中央領域に、具体的にはこの凹部２ａ内に充填された封止部５の上面に配置されている。
【００１１】
ここで、上記第一の波長変換層４は、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を熱硬化性樹脂中に混合して、上記凹部２ａの底面に塗布し、あるいは封止部５を構成する透光性樹脂材料中に波長変換材料を混入し、凹部２ａ内に充填して、この波長変換材料を沈降させることにより、形成されるようになっている。
そして、上記凹部２ａ内にて、半導体発光素子３を覆うように封止部５が充填された後、その上に所定量の粒子状の波長変換剤としての蛍光体を含む第二の波長変換層６が塗布される。
【００１２】
このような構成の半導体発光装置１によれば、一対の引出し電極７ａ，７ｂを介して半導体発光素子３に駆動電圧が印加されると、半導体発光素子３が発光する。
そして、半導体発光素子３からの光Ｌのうち、上方に向かってほぼ垂直に光軸方向に出射する光は、第一の波長変換層４を透過して、一部が第二の波長変換層６を透過すると共に、他の一部が第二の波長変換層６により波長変換されて第二の波長光Ｌ２となって下方に反射され、さらに残りの光が第二の波長変換層６で反射された後、再び第一の波長変換層４に入射する。
この入射光は、その一部が、第一の波長変換層４で反射されて、上方に向かって放射すると共に、他の一部が第一の波長変換層４で波長変換されて第一波長光Ｌ１となって、上方に放射されることになる。
【００１３】
これに対して、光軸から外れて側面から斜め下方に向かって出射した光は、その一部が第一の波長変換層４に入射して波長変換され第一波長光Ｌ１となると共に、他の一部が第一の波長変換層４で反射されて、上方に向かって出射する。
従って、上述した第一波長光Ｌ１及び第二波長光Ｌ２が、半導体発光素子３からの光Ｌと混色されることにより、全体として均一な色の発光特性が得られるようになっている。
【００１４】
このようにして、簡単な構成により低コストで、色ムラ及び輝度ムラの少ない半導体発光装置が構成され得ることになる。
尚、第一の波長変換層４及び第二の波長変換層６に含まれる波長変換材が同じものである場合には、第一波長光Ｌ１及び第二波長光Ｌ２が同じ色の光となることから、全体としてより均一な色ムラのない発光特性が得られることになる。
【特許文献１】特開２００５−１９１４２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、このような構成の半導体発光装置１においては、以下のような不具合がある。
即ち、第一の波長変換層４が半導体発光素子３の直上にも配置されていることから、半導体発光素子３からの光Ｌのうち、上方に向かってほぼ垂直に光軸方向に出射する最も励起強度が強い光は、まず第一の波長変換層４を透過し、第二の波長変換層６で反射された後、第一の波長変換層４で反射されることになり、波長変換層による透過／反射が三回にわたって繰り返されることになる。
【００１６】
このため、最も励起強度が強い光が、これらの透過／反射によって大きく減衰することになってしまうことから、光取出し効率が比較的低く、例えば一般的なポッティングによる蛍光体充填による白色ＬＥＤの場合と同程度の光取出し効率になってしまう。
従って、半導体発光装置の高出力化の要請に伴って、より高い光取出し効率を有する半導体発光装置が要求されるようになってきている。
【００１７】
このような不具合は、種々の半導体発光素子からの光と波長変換剤の励起光の混色光を出射するＬＥＤ等の各種半導体発光装置においても、同様に存在する。  また、リードフレームをインサート成形したタイプのＬＥＤだけでなく、例えば半導体基板の上面に凹部を形成して、この凹部の底部から側面を介して基板の上面そして場合によっては下面まで回り込む導電薄膜から成る電極層を備えたタイプのＬＥＤ等の半導体発光装置においても、同様である。
【００１８】
本発明は、以上の点から、簡単な構成により、発光素子チップからの出射光と波長変換剤による励起光との混色光に色ムラが発生せず、しかも高い光取出し効率を有するようにした半導体発光装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的は、本発明の第一の構成によれば、上面に凹部を備えた基体と、この凹部の底面に配置された半導体発光素子と、この半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換層とを備えている半導体発光装置であって、上記凹部の底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて配置された第一の波長変換層と、上記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に配置された第二の波長変換層と、を含んでいることを特徴とする半導体発光装置により、達成される。
【００２０】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記凹部内に充填され、上記半導体発光素子からの光を吸収しない透光性材料から構成されている封止部を含んでいる。
【００２１】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第一の波長変換層が、二段構成の封止部の下段の表面付近に配置されている。
【００２２】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第二の波長変換層が、二段構成の封止部の上段の表面付近に配置されている。
【００２３】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記半導体発光素子の直上に、上記第一の波長変換層を貫通する透明基体が載置されている。
【００２４】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第一の波長変換層が、透明基板の下面に形成されている。
【００２５】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第二の波長変換層が、透明基板の上面に形成されている。
【００２６】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第一の波長変換層が、半導体発光素子に対向する内縁から半径方向外側に向かって上方に湾曲するほぼ放物線状の断面を備えている。
【００２７】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記封止部の上面が、半導体発光素子の直上の中央付近に凹部を備えている。
【００２８】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記第一の波長変換層及び第二の波長変換層が、Ａ3 Ｂ5 Ｏ12：Ｍ（Ａ：Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ、Ｂ：Ａｌ，Ｇａ、Ｍ：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，Ｅｕ3+，Ｃｒ3+，Ｎｄ3+またはＥｒ3+）、ＢＡＭ蛍光体（希土類をドープしたバリウム−アルミニウム−マグネシウム系化合物蛍光体）、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ3+やＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ等の硫化物系化合物蛍光体または（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ2+，ＣａＧａ2   Ｓ4 ：Ｅｕ2+やＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+等の希土類をドープしたチオガレート系蛍光体またはＴｂＡｌＯ3 ：Ｃｅ3+等のアルミン酸塩または（Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）x Ｓｉy Ｏz ：Ｅｕ2+等のオルトケイ酸塩の少なくとも一つの組成を含有した蛍光体を含んでいる。
【００２９】
本発明による半導体発光装置は、好ましくは、上記封止部が、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体，オキセタン樹脂，アクリル樹脂またはシクロオレフィン樹脂の少なくとも一つ以上の樹脂を含有している樹脂から構成されている。
【００３０】
上記目的は、本発明の第二の構成によれば、基体上面に備えられた凹部内に半導体発光素子を配置し、この凹部底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて第一の波長変換層を配置すると共に、上記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に第二の波長変換層を配置して、上記発光素子チップからの出射光を第一の波長変換層及び第二の波長変換層で波長変換して、波長変換した光と半導体発光素子からの光との混色光を外部に出射する、半導体発光装置の製造方法であって、上記凹部内に充填すべき封止部を形成する材料中に、第一の波長変換層の波長変換材を混合して、上記凹部内の途中の高さ位置まで充填して、上記基体を天地反転させた状態で硬化させることにより、第一の波長変換層及び封止部の下段を形成する段階を含んでいることを特徴とする、半導体発光装置の製造方法により、達成される。
【００３１】
本発明による半導体発光装置の製造方法は、好ましくは、第一の波長変換層が形成された凹部内に、さらに上記凹部内に充填すべき封止部を形成する材料中に、第二の波長変換層の波長変換材を混合して、上記凹部上縁の高さ位置まで充填して、上記基体を天地反転させた状態で硬化させることにより、第二の波長変換層及び封止部の上段を形成する段階を含んでいる。
【００３２】
本発明による半導体発光装置の製造方法は、好ましくは、上記第一の波長変換層及び封止部の下段を形成する段階の前に、上記半導体発光素子の直上に、第一の波長変換層を越えた高さ位置まで上方に延びる透明基材を配置する段階を備えている。
【００３３】
本発明による半導体発光装置の製造方法は、好ましくは、第一の波長変換層が形成された凹部内に、上面に第二の波長変換層が設けられた透明基板を配置することにより、第二の波長変換層を形成する段階を含んでいる。
【００３４】
上記目的は、本発明の第三の構成によれば、基体上面に備えられた凹部内に半導体発光素子を配置し、この凹部底面から上方に離れた高さ位置にて半導体発光素子の直上領域を除いて第一の波長変換層を配置すると共に、上記半導体発光素子の上面から上方に離れた高さ位置に第二の波長変換層を配置して、上記発光素子チップからの出射光を第一の波長変換層及び第二の波長変換層で波長変換して、波長変換した光と半導体発光素子からの光との混色光を外部に出射する、半導体発光装置の製造方法であって、上記凹部内に、下面に第一の波長変換層が、また上面に第二の波長変換層がそれぞれ設けられた透明基板を配置することにより、第一の波長変換層及び第二の波長変換層を形成する段階を含んでいることを特徴とする、半導体発光装置の製造方法により、達成される。
【発明の効果】
【００３５】
上記第一の構成によれば、半導体発光素子に駆動電圧が印加されると、半導体発光素子３が発光する。そして、半導体発光素子３からの光のうち、上方に向かってほぼ垂直に光軸方向に出射する光は、一部が第二の波長変換層を透過すると共に、他の一部が第二の波長変換層により波長変換されて第二の波長光となって下方に反射され、さらに残りの光が第二の波長変換層で反射された後、下方に向かって進み、第一の波長変換層に入射する。
この入射光は、その一部が、第一の波長変換層で反射されて、上方に向かって放射すると共に、他の一部が第一の波長変換層で波長変換されて第一波長光となって、上方に放射されることになる。
【００３６】
また、光軸から外れて側面から斜め下方に向かって出射した光は、その一部が第一の波長変換層に入射して波長変換され第一波長光となると共に、他の一部が第一の波長変換層を透過して、上方に向かって出射する。
従って、上述した第一波長光及び第二波長光が、半導体発光素子からの光と混色されることにより、全体として均一な色の発光特性が得られるようになっている。
【００３７】
この場合、半導体発光素子の直上領域には第一の波長変換層が設けられていないので、半導体発光素子から光軸方向に出射する光が、第一の波長変換層を透過する必要がないことから、この第一の波長変換層の透過の際の透過損失が排除されることになり、光取出し効率が向上することになる。
また、第一の波長変換層が基体凹部の底面から上方に配置されていることにより、半導体発光素子の側面から出射した光は、すべて第一の波長変換層に入射することになるので、第一の波長変換層における波長変換効率が向上することになる。
【００３８】
上記凹部内に充填され、上記半導体発光素子からの光を吸収しない透光性材料から構成されている封止部を含んでいる場合には、この封止部により基体凹部内の半導体発光素子が固定保持され且つ保護されることになる。
【００３９】
上記第一の波長変換層が、二段構成の封止部の下段の表面付近に配置されている場合には、第一の波長変換層が封止部の下段表面に安定して保持されると共に、製造の際には、封止部を構成する材料に第一の波長変換層のための波長変換剤を混合して凹部内に充填して、天地逆転させて硬化させることにより、波長変換剤が重力により封止部の下段表面付近に沈降するので、第一の波長変換層が容易に形成され得ることになる。
【００４０】
上記第二の波長変換層が、二段構成の封止部の上段の表面付近に配置されている場合には、同様にして第二の波長変換層が封止部の上段表面に安定して保持されると共に、製造の際には、封止部を構成する材料に第二の波長変換層のための波長変換剤を混合して凹部内に充填して、天地逆転させて硬化させることにより、波長変換剤が重力により封止部の上段表面付近に沈降するので、第二の波長変換層が容易に形成され得ることになる。
【００４１】
上記半導体発光素子の直上に、上記第一の波長変換層を貫通する透明基体が載置されている場合には、第一の波長変換層の形成の際に、半導体発光素子の直上に第一の波長変換層が形成されることが確実に阻止され得る。
【００４２】
上記第一の波長変換層が、透明基板の下面に形成されている場合、あるいは上記第二の波長変換層が、透明基板の上面に形成されている場合には、透明基板の下面または上面にそれぞれ第一の波長変換層及び第二の波長変換層を形成しておくことにより、基体凹部内に上記透明基板を配置することにより、凹部内の所定箇所に第一の波長変換層及び／または第二の波長変換層が配置されることになり、簡単な構成により、容易に組み立てられ得ることになる。
【００４３】
上記第一の波長変換層が、半導体発光素子に対向する内縁から半径方向外側に向かって上方に湾曲するほぼ放物線状の断面を備えている場合には、天地逆転した状態で封止部の下段が凹部内にて硬化する際に、半径方向外側に向かって第一の波長変換層の上下方向の厚さが徐々に厚くなるので、比較的入射光量が少なくなる周辺領域で第一の波長変換層による波長変換光の光量が多くなるので、波長変換光の光量が均一化されることになる。
【００４４】
上記封止部の上面が、半導体発光素子の直上の中央付近に凹部を備えている場合には、前もって形成した封止部の凹部内にポッティング等により第二の波長変換層の材料を充填することにより、容易に第二の波長変換層が形成され得ることになる。
【００４５】
上記第一の波長変換層及び第二の波長変換層が、Ａ3 Ｂ5 Ｏ12：Ｍ（Ａ：Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ、Ｂ：Ａｌ，Ｇａ、Ｍ：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，Ｅｕ3+，Ｃｒ3+，Ｎｄ3+またはＥｒ3+）、ＢＡＭ蛍光体（希土類をドープしたバリウム−アルミニウム−マグネシウム系化合物蛍光体）、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ3+やＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ等の硫化物系化合物蛍光体または（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ2+，ＣａＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+やＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+等の希土類をドープしたチオガレート系蛍光体またはＴｂＡｌＯ3 ：Ｃｅ3+等のアルミン酸塩または（Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）x Ｓｉy Ｏz ：Ｅｕ2+等のオルトケイ酸塩の少なくとも一つの組成を含有した蛍光体を含んでいる場合には、これらの一般的な波長変換剤を使用することにより、容易に波長変換層が形成され得ることになる。
【００４６】
上記封止部が、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体，オキセタン樹脂，アクリル樹脂またはシクロオレフィン樹脂の少なくとも一つ以上の樹脂を含有している樹脂から構成されている場合には、これらの一般的な樹脂材料を使用することにより、半導体発光素子からの光そして各波長変換層からの波長変換光に対して透光性を備えた封止部が容易に形成され得ることになる。
【００４７】
上記第二の構成によれば、封止部を構成する材料に第一の波長変換層のための波長変換剤を混合して凹部内に充填して、天地逆転させて硬化させることにより、波長変換剤が重力により封止部の下段表面付近に沈降するので、基材の凹部内にて、封止部の下段表面付近、即ち凹部の底面から上方に離れた高さ位置にて、半導体発光素子の直上領域を除いて第一の波長変換層が形成されることになる。  従って、半導体発光素子の直上領域には第一の波長変換層が設けられていないので、半導体発光素子から光軸方向に出射する光が、第一の波長変換層を透過する必要がないことから、この第一の波長変換層の透過の際の透過損失が排除されることになり、光取出し効率が向上することになる。
また、第一の波長変換層が基体凹部の底面から上方に配置されていることにより、半導体発光素子の側面から出射した光は、すべて第一の波長変換層に入射することになるので、第一の波長変換層における波長変換効率が向上することになる。
【００４８】
第一の波長変換層が形成された凹部内に、さらに上記凹部内に充填すべき封止部を形成する材料中に、第二の波長変換層の波長変換材を混合して、上記凹部上縁の高さ位置まで充填して、上記基体を天地反転させた状態で硬化させることにより、第二の波長変換層及び封止部の上段を形成する段階を含んでいる場合には、同様にして封止部を構成する材料に第二の波長変換層のための波長変換剤を混合して凹部内に充填して、天地逆転させて硬化させることにより、波長変換剤が重力により封止部の上段表面付近、即ち半導体発光素子の表面から上方に離れた高さ位置にて、第二の波長変換層が形成されることになる。
これにより、半導体発光素子の上面から光軸方向に沿って上方に出射した光は、第一の波長変換層を透過することなく、第二の波長変換層に入射することになるので、第二の波長変換層における波長変換効率が向上することになる。
【００４９】
上記第一の波長変換層及び封止部の下段を形成する段階の前に、上記半導体発光素子の直上に、第一の波長変換層を越えた高さ位置まで上方に延びる透明基材を配置する段階を備えている場合には、第一の波長変換層及び封止部の下段を形成する際に、凹部内に封止部の材料を充填したとき、半導体発光素子の直上領域には、封止部の材料が充填されない。従って、半導体発光素子の直上領域に第一の波長変換層が形成されることが確実に阻止され得る。
【００５０】
第一の波長変換層が形成された凹部内に、上面に第二の波長変換層が設けられた透明基板を配置することにより、第二の波長変換層を形成する段階を含んでいる場合には、透明基板を凹部内に配置することにより、封止部上段の硬化を待つ必要がなく、短時間で第二の波長変換層を形成することができる。
【００５１】
上記第三の構成によれば、透明基板の下面または上面にそれぞれ第一の波長変換層及び第二の波長変換層を形成しておくことにより、基体凹部内に上記透明基板を配置することにより、凹部内の所定箇所に第一の波長変換層及び／または第二の波長変換層が配置されることになり、簡単な構成により、容易に組み立てられ得ることになると共に、封止部を形成する材料の硬化時間が不要であるので、短時間で組立が行なわれ得ることになる。
【００５２】
このようにして、本発明によれば、半導体発光素子の直上領域には第一の波長変換層が設けられていないので、半導体発光素子から光軸方向に出射する光が、第一の波長変換層を透過する必要がないことから、この第一の波長変換層の透過の際の透過損失が排除されることになり、光取出し効率が向上することになる。  また、第一の波長変換層が基体凹部の底面から上方に配置されていることにより、半導体発光素子の側面から出射した光は、すべて第一の波長変換層に入射することになるので、第一の波長変換層における波長変換効率が向上することになる。
さらに、本発明によれば、従来の引出し電極としてのリードフレームをそのまま利用することができるので、新たな設備コストが不要であり、透過及び反射型半導体発光装置を低コストで製造することが可能である。
【００５３】
また、励起光源としての半導体発光素子が近紫外光を出射する場合には、輝度ムラが低減されると共に、外部に出射する透過励起光が抑制され得るので、導光板等の紫外光による劣化が防止され得ることになる。
さらに、励起光と波長変換光との混色により白色光を外部に出射する半導体発光装置の場合には、色ムラ及び輝度ムラが低減され得ることになり、品質の良い白色ＬＥＤ等の白色半導体発光装置が製造され得ることになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５４】
以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図７を参照しながら、詳細に説明する。
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、これらの態様に限られるものではない。      
【００５５】
［実施例１］
図１は、本発明による半導体発光装置の第一の実施形態を示している。
図１において、半導体発光装置１０は、基体１１と、基体１１の上面に設けられた凹部１１ａ内に配置された半導体発光素子１２と、上記凹部１１ａの底面から上方に離れて形成された第一の波長変換層１３と、上記凹部１１ａ内に充填された封止部１４と、凹部１１ａの上縁にて封止部１４の表面付近に形成された第二の波長変換層１５と、から構成されている。
【００５６】
ここで、上記基体１１は、上面に一対の引出し電極１６ａ，１６ｂを備えた基板部１１ｂと、この基板部１１ｂ上に載置された中央に上述した凹部１１ａを備えた反射枠部１１ｃと、から構成されている。
上記基板部１１ｂは、例えばガラス，エポキシ樹脂等の絶縁性材料から構成されていると共に、上記反射枠部１１ｃは、耐熱性を有する絶縁性材料から構成されている。
そして、上記引出し電極１６ａ，１６ｂは、それぞれ一端が上記凹部１１ａ内にてその底面に露出していると共に、上記基板部１１ｂの側縁から下面にまで回り込んで、他端がそれぞれ表面実装用の端子部を形成している。
尚、基体１１及び引出し電極１６ａ，１６ｂの形態は、基体１１上に半導体発光素子１２が固定され、且つ各引出し電極１６ａ，１６ｂと電気的に接続されていれば、任意の形態が採用され得る。
【００５７】
上記反射枠部１１ｃは、図示の場合、中心に配置される半導体発光素子１２を両側（または全周）から包囲するように形成されたほぼ垂直または上に向かって広がる側壁を備えた凹部１１ａを備えていると共に、その凹部１１ａの内面が反射特性を有するように、白色材料から成形され、あるいは上記内面に塗布，メッキ，蒸着等による高反射率を有する反射面を備えるようにしてもよい。
ここで、上記凹部１１ａは、その内面が例えば逆円錐台状または逆四角錐台状に上方に向かって広がるように傾斜して形成されている。尚、上記内面は、ほぼ垂直に形成されていてもよい。
また、上記反射枠部１１ｃは、基板部１１ｂと一体に形成されていてもよく、また基板部１１ｂに対して接着等により接合されてもよい。
【００５８】
尚、上記反射枠部１１ｃは、上記基板部１１ｂに対して、上記引出し電極１６ａ，１６ｂがインサート成形されるように、一体成形されていてもよく、また半導体発光素子１２が実装された基板部１１ｂの上面に貼り付けられてもよい。
【００５９】
上記半導体発光素子１２は、後述する波長変換材料を励起可能な波長の光、例えば紫外光から青色光の光（発光ピークの波長範囲が３００〜４９０ｎｍ程度）を出射するように構成されている。
具体的には、上記半導体発光素子１２は、代表的なものとして、III 族−窒素化合物系（ＩｎＧａＡｌＮ系）半導体，酸化亜鉛化合物系（ＺｎＭｇＯ系）半導体，セレン化亜鉛化合物系（ＺｎＭｇＳｅＳＴｅ系）半導体，炭化ケイ素化合物系（ＳｉＧｅＣ系）半導体等が使用される。
【００６０】
そして、上記半導体発光素子１２は、上記基体１１の凹部１１ａの底面に露出している一方の引出し電極１６ａの先端上または凹部１１ａの底面に、エポキシ樹脂等の接着剤により固定される。
また、上記半導体発光素子１２は、その上面の二つの電極部（図示せず）がそれぞれ各引出し電極１６ａ，１６ｂの先端にワイヤボンディングされることにより、この引出し電極１６ａ及び１６ｂに対してそれぞれ電気的に接続されるようになっている。
【００６１】
尚、半導体発光素子１２は、下面及び上面にそれぞれ電極部を備えるように構成されていてもよく、その場合、半導体発光素子１２が一方の引出し電極１６ａ上にダイボンディングされると共に、上面の電極部がワイヤボンディングにより他方の引出し電極１６ｂに対して電気的に接続されることになる。
また、半導体発光素子１２は、下面の両側縁にそれぞれ電極部を備えるように構成されていてもよく、その場合、半導体発光素子１２が、その下面両側縁の電極部が、それぞれ対応する引出し電極１６ａ，１６ｂに当接するように、引出し電極１６ａ，１６ｂ間を跨ぐように、Ａｕ−Ｓｎ等の共晶材料やＡｕバンプ，異方性を有する導電性シートやＡｇペースト等の導電性樹脂等により凹部１１ａの底面に固定され、且つ双方の引出し電極１６ａ，１６ｂに対してそれぞれ電気的に接続されることになる。
さらには、基体１１が金属等の導電性材料から構成されていて、上記基体１１が一方の引出し電極１６ａとしても作用するようになっていてもよい。
【００６２】
上記第一の波長変換層１３は、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を含んでおり、半導体発光素子１２からの光により励起され、波長変換された光（第一波長光）を出射するようになっている。
そして、上記第一の波長変換層１３は、上記基体１１の凹部１１ａ内にて、底面から上方に離れた高さ位置に配置されていると共に、その上面が内縁から半径方向外側に向かって上方に湾曲するように、ほぼ放物線状の断面を備えている。尚、上記第一の波長変換層１３の上面は、任意の形状、例えば平坦に形成されていてもよい。
さらに、上記第一の波長変換層１３は、半導体発光素子１２の上面付近の高さ位置に、図示の場合には、その半導体発光素子１２に対向する内縁が、上記半導体発光素子１２の上面付近の高さ位置に位置している。
【００６３】
上記封止部１４は、半導体発光素子１２からの光の発光ピーク波長から短波長領域まで透明である透光性材料から構成されている。
上記封止部１４の材料は、さらに第一の波長変換層１３の波長変換材料を混合可能であって、加熱や放置等により第一の波長変換層１３の波長変換材料が沈降可能であればよく、熱硬化性樹脂，低融点ガラス等が使用可能である。
尚、一般的な樹脂の比重は約１．１程度であり、使用される波長変換材料として一般的なＢＡＭ蛍光体の比重は３．８程度であるので、波長変換材料が沈降可能である。
【００６４】
具体的には、封止部１４の材料として、本発明実施形態においては、熱硬化性樹脂が使用され、エポキシ樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体，オキセタン樹脂，アクリル樹脂またはシクロオレフィン樹脂の少なくとも一つ以上の樹脂を含有している樹脂が使用され得る。
【００６５】
上記封止部１４は、図示の場合、上下二段構成で構成されていると共に、下段１４ａの上面に第一の波長変換層１３が配置され、また上段１４ｂの上面に第二の波長変換層１５が配置されるようになっている。
さらに、上記封止部１４の上段１４ｂは、その上面が凹状に湾曲して形成されることにより、凹陥部１４ｃを備えている。
ここで、上記封止部の上段１４ｂは、下段１４ａと異なる材料から構成されていてもよい。この場合、上段１４ｂの材料は、下段１４ａとの密着性に優れ、且つ半導体発光素子１２からの励起光による劣化がないものであればよい。
【００６６】
上記第二の波長変換層１５は、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を含んでおり、半導体発光素子１２からの光により励起され、波長変換された光（第二波長光）を出射するようになっている。
そして、上記第二の波長変換層１３は、上記半導体発光素子１２から上方に離反して、即ち上記基体１１の凹部１１ａの上縁の比較的広い中央領域に、具体的にはこの凹部１１ａ内に充填された封止部１４の上面に配置されている。
【００６７】
ここで、上記第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５の位置関係は、例えば半導体発光素子１２が紫外光を出射し、第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５の蛍光体をこの紫外光により励起して白色または他の色の光を取り出すような場合には、半導体発光素子１２からの紫外光が直接外部に出射しないように配置され、さらに各波長変換層１３，１５の厚さ及び材料が選定されるようになっている。
【００６８】
上記第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５そして封止部１４は、本発明の製造方法によれば、以下のように形成されるようになっている。
即ち、上記第一の波長変換層１３は、上記封止部１４を形成すべき樹脂材料中に、例えば無機蛍光体粒子等の波長変換材料を混合して、上記凹部１１ａの途中の高さ位置まで充填し、上記基体１１を天地反転させた状態で硬化させることにより、樹脂材料中にて波長変換材料が重力に基づいて沈降し、上面がほぼ放物線状の断面を備える封止部１４の下段１４ａと共に、その表面に同時に形成されるようになっている。その際、凹部１１ａ内に充填された樹脂材料の表面張力に基づいて、樹脂材料が凹部１１ａの内面に沿って這い上がることになり、前述した第一の波長変換層１３の上面のほぼ放物線状の断面が容易に形成され得る。
この場合、第一の波長変換層１３は、封止部１４の下段１４ａ上面の前述したほぼ放物線状の断面形状に基づいて、半径方向外側に向かって徐々にその厚さが厚くなり、周辺に向かって波長変換材料の量即ち濃度が増大するようになっている。
【００６９】
この放物線状の断面形状は、半導体発光素子１２の配光特性に対応して、設定されるようになっている。
即ち、半導体発光素子１２が例えばＣｒｅｅ製のＭＢチップのように専ら凹部１１ａの底面方向に光を照射する場合には、上記第一の波長変換層１３の放物線状の断面形状は、その頂点が半導体発光素子１２の上端またはそれより高い位置に在ることが望ましい。
【００７０】
尚、上記第一の波長変換層１３の放物線状の断面形状の頂点が半導体発光素子１２の上端より低い位置に在る場合等においては、第一の波長変換層１３と第二の波長変換層１５との間に、封止部１４の樹脂材料により形成されたスペーサ部が配置されてもよい。
ここで、スペーサ部は、第二の波長変換層１５の形成を容易にすると共に、第二の波長変換層１５の底面での半導体発光素子１２からの励起光及び第一の波長変換層１３で波長変換された光を効率良く拡散するために、半導体発光素子１２の直上領域にて凹状に形成され得る。
この凹状の形状は、硬化時の溶剤揮発による収縮を利用し、あるいは樹脂材料の制御によりメニスカス現象を発生させたり、さらには圧縮成形等によって、形成され得る。
【００７１】
ここで、凹部１１ａ内への樹脂材料の充填は、通常は凹部１１ａの上縁と同じ高さまで、あるいは上縁よりやや凹んだ状態まで行なわれる。
しかしながら、樹脂材料の溶媒の蒸発量が比較的多い場合には、樹脂材料は、凹部１１ａの上縁より凸状に盛り上がった状態まで充填されることもある。
尚、上記第一の波長変換層１３は、その厚さが波長変換材料の波長変換効率に基づいて決定され、好ましくは２０〜１５０μｍ程度に選定される。
【００７２】
これに対して、上記第二の波長変換層１５は、第一の波長変換層１３と同様にして、封止部１４を形成すべき樹脂材料中に波長変換材料を混合して、上記凹部１１ａの上縁付近の高さ位置までディスペンサー等を使用してポッティングにより充填し、上記基体１１を天地反転させた状態で硬化させることにより、樹脂材料中にて波長変換材料が重力に基づいて沈降し、上記封止部１４の上段１４ｂと共に、その表面に同時に形成される
尚、上記第二の波長変換層１５は、上記凹部１１ａ内にて、半導体発光素子１２を覆うように封止部１４の上段１４ｂが充填され硬化された後、その上に形成された凹陥部１４ｃ内に、所定量の粒子状の波長変換剤を含む第二の波長変換層６がポッティング等により塗布されるようにしてもよい。この場合、基体１１を天地反転させた状態での硬化は不要である。
【００７３】
ここで、上記第二の波長変換層１５の厚さは、波長変換材料の粒子が一層だけ形成されるような厚さでも波長変換効果が得られ、第一の波長変換層１３の上面から凹部１１ａの上縁までの高さ位置の間にて波長変換効果が得られるが、好ましくは２０〜１５０μｍ程度に選定される。
また、上記第二の波長変換層１５の水平方向の大きさは、第一の波長変換層１３を透過しない半導体発光素子１２からの直接光が外部に出射しないように選定される。
【００７４】
ここで、上記第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５のための波長変換材料は、半導体発光素子１２の発光ピーク波長より長波長側の発光ピークに変換する材料を一つ以上含むものから構成されると共に、色ムラを考慮すると、一般的には第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５のための波長変換材料は互いに同じものが使用される。
しかしながら、反射率等の構成材料の物性的特性によっては、第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５のための波長変換材料は互いに異なるものが使用されてもよい。
【００７５】
上記第一の波長変換層１３及び第二の波長変換層１５のための波長変換材料は、一般的には、Ａ3 Ｂ5 Ｏ12：Ｍ（Ａ：Ｙ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｔｂ、Ｂ：Ａｌ，Ｇａ、Ｍ：Ｃｅ3+，Ｔｂ3+，Ｅｕ3+，Ｃｒ3+，Ｎｄ3+またはＥｒ3+）、希土類をドープしたＢＡＭ蛍光体（バリウム−アルミニウム−マグネシウム系化合物蛍光体）、Ｙ2 Ｏ2 Ｓ：Ｅｕ3+やＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ等の硫化物系化合物蛍光体または（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ2+，ＣａＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+やＳｒＧａ2 Ｓ4 ：Ｅｕ2+等の希土類をドープしたチオガレート系蛍光体、またはＴｂＡｌＯ3 ：Ｃｅ3+等のアルミン酸塩または（Ｂａ，Ｃａ，Ｅｕ）x Ｓｉy Ｏz ：Ｅｕ2+等のオルトケイ酸塩の少なくとも一つの組成を含有した蛍光体を含んでいる。
尚、必要に応じて、これらの材料に、励起光及び波長変換された光の反射を補助するために、硫酸バリウム，酸化マグネシウム，酸化ケイ素等の散乱材が混入されていてもよい。
【００７６】
本発明実施形態による半導体発光装置１０は、以上のように構成されており、一対の引出し電極１６ａ，１６ｂを介して半導体発光素子１２に駆動電圧が印加されると、半導体発光素子１２が発光する。
そして、半導体発光素子１２からの光Ｌは、全方位に放射するが、そのうち、上方に向かってほぼ垂直に光軸方向に出射する最も励起強度が強い光Ｌは、封止部１４の下段１４ａから、第一の波長変換層１３を透過することなく、封止部１４の上段１４ｂを介して、一部が第二の波長変換層１５を透過すると共に、他の一部が第二の波長変換層１５により波長変換されて第二の波長光Ｌ２となって下方に反射され、さらに残りの光Ｌが第二の波長変換層１５で反射された後、第一の波長変換層１３に入射する。
【００７７】
この入射光は、その一部が、第一の波長変換層１３で反射されて、上方に向かって放射すると共に、光Ｌの一部が第一の波長変換層１３で波長変換されて第一波長光Ｌ１となって、上方に放射されることになる。
【００７８】
これに対して、光軸から外れて半導体発光素子１２の側面から出射した光は、その一部が凹部１２ａの底面または側面で反射され、また他の一部が直接に第一の波長変換層１３に入射する。そして、一部の光が波長変換され第一波長光Ｌ１となると共に、他の一部が第一の波長変換層１３を透過して、上方に向かって出射する。
従って、上述した第一波長光Ｌ１及び第二波長光Ｌ２が、半導体発光素子１２からの光Ｌと混色されることにより、外部に向かって出射されるようになっている。
【００７９】
この場合、本発明の特徴として、半導体発光素子１２の直上領域には第一の波長変換層１３が設けられていないので、半導体発光素子１２から光軸方向に出射する光が、第一の波長変換層１３を透過する必要がないことから、この第一の波長変換層１３の透過の際の透過損失が排除されることになり、光取出し効率が向上し、高効率化が実現され得ることになる。
また、第一の波長変換層１３が基体１１の凹部１１ａの底面から上方に配置されていることにより、半導体発光素子１２から側方に出射した光がすべて第一の波長変換層１３に入射することになるので、半導体発光素子１２からの光が直接に外部に出射するようなことがなく、従って第二の波長変換部１５とその周囲の間における色ムラが低減され得ることになる。
さらに、第一の波長変換層１３の上面が上方に向かってほぼ放物線状の断面を有していることから、中央に向かって波長変換材料の濃度が低くなるので、半導体発光素子１２からの励起光の取出し効率が向上することになる。
【００８０】
［実験例１］
上述した半導体発光素子１０の実験例について、以下に説明する。
まず基体１１として、絶縁性セラミック材の中に、Ａｇメッキされた引出し電極１６ａ，１６ｂが配線されたものを用意した。
そして、基体１１の凹部１１ａ（端面角度約６０度，深さ１０００μｍ）の内面に、Ａｇ系合金を蒸着して反射率を高めた金属リングを、基体１１及び引出し電極１６ａ，１６ｂに対して電気的絶縁を取りながら、基体１１に対してロウ付けした。
次に半導体発光素子１２として、ｎ型ＳｉＣ基板上に形成されたＩｎＧａＮ系化合物半導体（発光波長ピーク４０５ｎｍ，高さ３５０μｍ）を、ｎ型基板に形成されたカソード電極と対応する引出し電極１６ａに対してＡｇペーストにより電気的に接続し且つ基体１１に固定すると共に、そのＩｎＧａＮ系半導体に形成されたアノード電極と対応する引出し電極１６ｂに対して、Ａｕワイヤによりワイヤボンディングし、電気的に接続した。
【００８１】
このような基体１１に対して、第一の波長変換層１３として、シリコーン樹脂に白色になるように調合されたＢＡＭ系青色蛍光体＋ＢＡＭ系緑色蛍光体＋酸化ゲルマニウム系赤色蛍光体を１０重量％混合させた樹脂材料を、凹部１１ａの上縁と半導体発光素子１２上端を結ぶほぼ放物線状の断面となるように凹部１１ａ内に充填し、基体１１を天地反転させた状態で１５０℃で１時間保持して、樹脂材料を硬化させると共に、上記各蛍光体を沈降させて、第一の波長変換層１３及び封止部１４の下段１４ａを形成した。
その後、凹部１１ａ内で封止部１４の下段１４ａの上に、凹部１１ａの上縁付近まで透明シリコーン樹脂を、その表面が僅かに凹むように充填し、１５０℃で１時間保持して、シリコーン樹脂を硬化させて、スペーサ部としての封止部１４の上段１４ｂを形成した。
最後に、封止部１４の上段１４ｂの凹部１４ｃ内に、前述した蛍光体をシリコーン樹脂に１０重量％混合させたものを充填し、１５０℃で１時間保持して、第二の波長変換層１５を形成した。
【００８２】
これに対して、特許文献１に基づく比較例１として、第一の波長変換層１３の形成時に、基体１１を天地反転させずに硬化させたものを作製した。
完成した実験例１及び比較例１を動作させたところ、外部への出射光に関し、色度座標は、共に（０．３６，０．３８）であった。また、電力効率（ｌｍ／Ｗ）及び全光束（ｌｍ）は、比較例１を１００％とした総対値がそれぞれ１０２％，１０３％であり、電力効率及び光取出し効率が向上していることが確認された。
【００８３】
［実施例２］
図２は、本発明による半導体発光装置の第二の実施形態の構成を示している。  図２において、半導体発光装置２０は、図１に示した半導体発光装置１０とほぼ同様の構成であって、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光素子１２の直上に、透明基体２１が配置されている。
この透明基体２１は、半導体発光素子１２からの励起光を吸収しない透明材料、例えば封止部１４を構成する樹脂材料と同じ材料から構成されている。
【００８４】
そして、この透明基体２１は、半導体発光装置２０の製造の際には、第一の波長変換層１３及び封止部１４の下段１４ａの形成前に、半導体発光素子１２の上面に接着等により形成される。
その後、上記透明基体２１の上面付近まで、蛍光体を混入した樹脂材料が充填され、基体１１を天地反転した状態で硬化させることにより、第一の波長変換層１３及び封止部１４の下段１４ａが形成される。
この場合、半導体発光素子１２の直上に第一の波長変換層１３が形成されることが確実に排除され得ることになる。
【００８５】
［実施例３］
図３は、本発明による半導体発光装置の第三の実施形態の構成を示している。  図３において、半導体発光装置３０は、図１の半導体発光装置１０とは以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光装置３０においては、基体１１の基板部１１ｂ及び反射枠部１１ｃが一体に形成されていると共に、封止部１４の代わりに、透明基板３１を備えており、この透明基板３１の下面に第一の波長変換層１３が形成され、その上面に第二の波長変換層１５が形成されていて、さらに基体１１の底面に、一対の引出し電極１６ａ，１６ｂが形成されている。
【００８６】
上記透明基板３１は、半導体発光素子１２からの励起光及び第一及び第二の波長変換層１３，１５で波長変換された光を吸収しない材料から形成されており、好ましくは封止部１４と同じ屈折率またはそれより低い屈折率を有している。
【００８７】
また、上記透明基板３１は、一般的には凹部１１ａ内に設置可能な平行平板から構成されている。
尚、上記透明基板３１は、凹部１１ａより大きくてもよく、また平行平板である必要はない。この場合、透明基板３１は、第一及び第二の波長変換層１３，１５の形成前または形成後に、研磨，加熱成形，圧縮成形等によって、所定形状を付与したり、あるいは半導体発光素子１２を覆うような凹陥部や貫通穴を設けることも可能である。
さらに、上記透明基板３１は、図示の場合、凹部１１ａ内に設けられた段部１１ｄに載置されることにより、凹部１１ａ内に固定保持され得るようになっている。尚、上記透明基板３１は、凹部１１ａ内にて固定用爪やカシメ等によって固定されるようにしてもよい。
【００８８】
上記透明基板３１に対する第一及び第二の波長変換層１３，１５の形成は、スクリーン印刷法等の印刷技術を利用したり、反応性スパッタ法や抵抗加熱蒸着法等の蒸着により、あるいはシート状の波長変換層を作製して、透明基板の間に挟み込むようにして、行なわれ得る。
この場合、第二の波長変換層１５は、その厚さが例えば５０〜１５０μｍ程度に選定される。
【００８９】
このような構成の半導体発光装置３０によれば、図１に示した半導体発光装置１０と同様に作用すると共に、凹部１１ａ内に封止部１４を備えていないので、封止部１４の樹脂材料の充填工程及び天地反転した状態での硬化工程が不要になり、組立時間が短縮され得ることになる。
尚、透明基板３１の下方にて、凹部１１ａ内に封止部１４（下段１４ａ）を充填するようにしてもよい。この場合、封止部１４の材料としては、第一の波長変換層１３を沈降させる必要がないことから、前述した樹脂材料に限らず、例えば大気圧以下の低圧の空気やＮ2 ，Ａｒ等の不活性ガスのような気体を封入することにより封止部１４（下段１４ａ）を形成するようにしてもよい。
【００９０】
［実験例２］
上述した半導体発光素子１０の実験例について、以下に説明する。
まず基体１１として、高反射率を有する樹脂板の中に、Ａｇメッキされた引出し電極１６ａ，１６ｂが配線されたものを用意した。
この基体１１の凹部１１ａ（深さ５００μｍ）は、底面から４００μｍの高さに段部１１ｄを備えており、この段部１１ｄの下方では端面角度約６０度であり、上記段部１１ｄの上方では端面角度約９０度に形成されている。
次に半導体発光素子１２として、透明サファイア基板上に形成されたＩｎＧａＮ系化合物半導体（発光波長ピーク４７０ｎｍ，高さ１００μｍ）を、基体１１の凹部１１ａの底面に対して透明エポキシ樹脂により固定した。
そして、そのＩｎＧａＮ系半導体に形成されたアノード電極及びカソード電極を、対応する引出し電極１６ａ，１６ｂに対して、Ａｕワイヤによりワイヤボンディングし、電気的に接続した。
【００９１】
また、透明基板３１としての厚さ１００μｍの石英ガラス基板の下面に、シリコーン樹脂にオルトケイ酸塩系黄色蛍光体を４重量％混合させたものを、スクリーン印刷により厚さ２０μｍで塗布し、１５０℃で１時間保持して、シリコーン樹脂を硬化させて、第一の波長変換層１３を形成した。
さらに、上記石英ガラス基板の上面に、シリコーン樹脂にオルトケイ酸系黄色蛍光体を６重量％混合させたものを、スクリーン印刷により厚さ１５μｍで塗布し、１５０℃で１時間保持して、第二の波長変換層１５を形成した。
最後に、凹部１１ａ内に透明シリコーン樹脂を段部１１ｄ付近の高さ位置まで充填した状態にて、上記透明基板３１を、端から気泡が内部に入り込まないように載置し、透明基板３１と凹部１１ａの最上縁の間に設けられた僅かな間隙（図示せず）から、余分のシリコーン樹脂を排出させて、１５０度で１時間保持して、シリコーン樹脂を硬化させて、基体１１に対して透明基板３１を固定した。
【００９２】
これに対して、特許文献１に基づく比較例２として、透明基板３１の代わりに、凹部１１ａの段部１１ｄより上方領域に、エポキシ樹脂にオルトケイ酸塩系黄色蛍光体を６重量％混合させたものを充填し、十分に蛍光体を沈降させた後、１５０度で１時間保持してエポキシ樹脂を硬化させて、第一の波長変換層１３を形成いすると共に、その後凹部１１ａ内に、エポキシ樹脂にオルトケイ酸塩系黄色蛍光体を８重量％混合させたものを充填し、十分に蛍光体を沈降させた後、１５０度で１時間保持して、エポキシ樹脂を硬化させたものを作製した。
【００９３】
完成した実験例２及び比較例２を動作させたところ、外部への出射光に関し、色度座標は、共に（０．３２，０．３４）であった。また、電力効率（ｌｍ／Ｗ）及び全光束（ｌｍ）は、比較例１を１００％とした総対値がそれぞれ１０２％，１０３％であり、電力効率及び光取出し効率が向上していることが確認された。
【００９４】
［実施例４］
図４は、本発明による半導体発光装置の第四の実施形態の構成を示している。  図４において、半導体発光装置４０は、図１に示した半導体発光装置１０とほぼ同様の構成であって、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光装置４０においては、封止部１４の上部１４ｂの上面が平坦に形成されており、凹部１４ｃを備えていない。
そして、第二の波長変換層１５は、封止部１４の上部１４ｂの上面から上方に凸状に盛り上がるように、好ましくはほぼ放物線状断面を有するように形成されている。
【００９５】
このような構成の半導体発光装置４０によれば、図１に示した半導体発光装置１０と同様に作用すると共に、第二の波長変換層１５の上面が凸状に盛り上がって形成されているので、第二の波長変換層１５から上方に出射する光の全反射が低減され得ることになり、外部への光の取出し効率が向上することになる。
【００９６】
［実施例５］
図５は、本発明による半導体発光装置の第五の実施形態の構成を示している。  図５において、半導体発光装置５０は、図１に示した半導体発光装置１０とほぼ同様の構成であって、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光装置５０においては、封止部１４の上部１４ｂの上面に、凸状透明部材５１が形成されている。
この凸状透明部材５１は、第二の波長変換層１５及び封止部１４の上部１４ｂの形成後に、上部１４ｂの上面に貼付け等により設けられるようになっている。  この場合、凸状透明部材５１は、封止部１４を構成する透明な樹脂材料、あるいは高反射率剤を含んだ透明材料から構成され得る。
【００９７】
このような構成の半導体発光装置５０によれば、図１に示した半導体発光装置１０と同様に作用すると共に、第二の波長変換層１５の上に、凸状透明部材５１が配置されているので、第二の波長変換層１５から上方に出射する光の全反射が低減され得ることになり、外部への光の取出し効率が向上することになる。
【００９８】
［実施例６］
図６は、本発明による半導体発光装置の第六の実施形態の構成を示している。  図６において、半導体発光装置６０は、図１に示した半導体発光装置１０とほぼ同様の構成であって、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光装置６０においては、封止部１４の上部１４ｂの上面の凹部１４ｃ内にて、第二の波長変換層１５の上面が上方に向かって凹状に形成されている。
【００９９】
このような構成の半導体発光装置６０によれば、図１に示した半導体発光装置１０と同様に作用すると共に、第二の波長変換層１５の上面が凹状に形成されているので、第二の波長変換層１５から上方に出射する光の全反射が低減され得ることになり、外部への光の取出し効率が向上することになる。
【０１００】
［実施例７］
図７は、本発明による半導体発光装置の第七の実施形態の構成を示している。  図７において、半導体発光装置７０は、図１に示した半導体発光装置１０とほぼ同様の構成であって、以下の点でのみ異なる構成になっている。
即ち、半導体発光装置７０においては、封止部１４の上部１４ｂの上面に、多数のドット形状の凸部を備えた光学部材７１が形成されている。
この光学部材７１は、第二の波長変換層１５及び封止部１４の上部１４ｂの形成後に、上部１４ｂの上面に貼付け等により設けられるようになっている。
この場合、光学部材７１は、封止部１４を構成する透明な樹脂材料、あるいは高反射率剤を含んだ透明材料から構成され得る。
【０１０１】
このような構成の半導体発光装置５０によれば、図１に示した半導体発光装置１０と同様に作用すると共に、第二の波長変換層１５の上に、光学部材７１が配置されているので、第二の波長変換層１５から上方に出射する光の全反射が低減され得ることになり、外部への光の取出し効率が向上することになる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
上述した実施形態においては、凹部１１ａは、上方に向かって広がるように形成されているが、これに限らず、凹部１１ａの側壁は底面に対して垂直であってもよい。
また、上述した実施形態においては、上記半導体発光素子１２は、紫外光から青色光を発光するものが使用されているが、これに限らず、前述した化合物系半導体またはその他の化合物系半導体であっても、上記発光ピーク波長範囲内にて発光するような半導体発光素子であれば、本発明の範囲内で使用され得、さらにサブマウント上に半導体発光素子が固定されたものも含まれることは明らかである。
【０１０３】
さらに、上述した実施形態においては、第一の波長変換層１３は、その樹脂材料の表面張力に基づいて、表面が上方に向かって凹状のほぼ放物線状の断面を備えると共に、基材１１を天地反転させた状態にて沈降により封止部１４の下部１４ａの表面に形成されるようになっているが、これに限らず、封止部１４の下部１４ａを成形型を使用して成形した後、その表面に第一の波長変換層１３を蒸着法や印刷法等により形成するようにしてもよい。
【０１０４】
また、上述した実施形態のうち、半導体発光装置１０，２０，４０，５０，６０，７０において、凹部１１ａ内に第一の波長変換層１３及び封止部１４の下部１４ａを形成した後、上面または下面に第二の波長変換層１５を備えた透明基板を凹部１１ａ内に設置するようにしてもよい。
さらに、半導体発光装置３０と同様に凹部１１ａ内に、第一の波長変換層１３を備えた透明基板を配置した後に、上記透明基板上に、第二の波長変換層１５の波長変換材料を混合した透明樹脂を充填して、天地反転した状態で硬化させることにより、第二の波長変換層１５を封止部１４の上部１４ａの表面に形成するようにしてもよい。
【０１０５】
このようにして、本発明によれば、簡単な構成により、発光素子チップからの出射光と波長変換剤による励起光との混色光に色ムラが発生せず、しかも高い光取出し効率を有するようにした半導体発光装置及びその製造方法が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明による半導体発光装置の第一の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明による半導体発光装置の第二の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明による半導体発光装置の第三の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明による半導体発光装置の第四の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明による半導体発光装置の第五の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明による半導体発光装置の第六の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明による半導体発光装置の第七の実施形態の構成を示す概略断面図である。
【図８】従来の半導体発光装置の一例の構成を示す（Ａ）概略断面図及び（Ｂ）概略平面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０    半導体発光装置
１１    基体
１１ａ  凹部
１１ｂ  基板部
１１ｃ  反射枠部
１１ｄ  段部
１２    半導体発光素子
１３    第一の波長変換層
１４    封止部
１４ａ  下部
１４ｂ  上部
１４ｃ  凹陥部
１５    第二の波長変換層
１６ａ，１６ｂ  引出し電極
２１    透明基体
３１    透明基板
５１    凸状透明部材
７１    ドット状の光学部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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