(57)【要約】【課題】  色むらを抑えた発光色を得ることができる発光ダイオード及び半導体発光装置を提供する。【解決手段】  発光ダイオード１は、半導体積層部６と、光反射層１７及び１９と、光反射膜２５と、蛍光板２７とを備える。半導体積層部６は、基板７上に、ｎ型クラッド層９、活性層１１、ｐ型クラッド層１３、及びｐ型コンタクト層１５が順次積層されてなる。光反射層１７及び１９は、それぞれｐ型コンタクト層１５上及び基板７の裏面７ｂ上に設けられる。光反射膜２５は、半導体積層部６の３つの側面上に設けられる。蛍光板２７は、半導体積層部６の側面のうち光反射膜２５がない側面に取り付けられる。活性層１１から出た青色光Ｌ１は、各光反射層において反射し、蛍光板２７が設けられた側面に集められる。青色光Ｌ１の一部は蛍光板２７において黄色光Ｌ２となり、青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２による白色光が出射される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなり、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられ第１の波長帯の光を発生する活性層を有する半導体積層部と、
前記第１導電型半導体層の前記活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第１の光反射層と、
前記第２導電型半導体層の前記活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第２の光反射層と、
前記半導体積層部の側面上に設けられ、前記第１の波長帯の光を受けて第２の波長帯の光を発生する蛍光体と、
を備える、発光ダイオード。
【請求項２】
前記半導体積層部が、前記第１導電型半導体層と前記第１の光反射層との間にＧａＮ系化合物からなる基板をさらに備える、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記蛍光体が、前記半導体積層部の前記側面に貼付された蛍光板である、請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
窒化物半導体からなり、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び前記第１導電型半導体層と前記第２導電型半導体層との間に設けられ第１の波長帯の光を発生する活性層を有する半導体積層部と、
前記第１導電型半導体層の前記活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第１の光反射層と、
前記第２導電型半導体層の前記活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第２の光反射層と、
を備え、
前記半導体積層部が、前記第１導電型半導体層と前記第１の光反射層との間に位置しておりＧａＮ系化合物からなる基板をさらに有し、前記基板が、前記第１の波長帯の光を受けて第２の波長帯の光を発生する蛍光源を含む、発光ダイオード。
【請求項５】
前記半導体積層部の複数の側面のうち光出射面を除く側面上に設けられた光反射膜をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光ダイオードが、積層方向に複数重ねて配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光ダイオードを少なくとも一つ備える半導体発光装置であって、
光取出し面と、前記光取出し面の反対側にあって前記第１及び第２の波長帯の光を反射する光反射面と、前記光取出し面が延びている方向及び前記反射面が延びている方向と交差する側面とを有する導光板をさらに備え、
前記発光ダイオードが、前記半導体積層部の前記側面と前記導光板の前記側面とが対向するように前記導光板に取り付けられている、半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード及び半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や紫外ＬＥＤといった短波長のＬＥＤと、これらのＬＥＤからの光によって蛍光を発する蛍光体とを用いた白色ＬＥＤが盛んに開発され、実用化されている。このような白色ＬＥＤは、例えば液晶画面のバックライト用の光源として用いられる。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、白色ＬＥＤの例を示す断面図である。図１３（ａ）に示す白色ＬＥＤ１００ａ、及び図１３（ｂ）に示す白色ＬＥＤ１００ｂは、青色ＬＥＤ１０１と、青色ＬＥＤ１０１を窪み１０２ａ内に収容するケース１０２と、窪み１０２ａを覆い、青色ＬＥＤ１０１からの青色光Ｌ５を受けて黄色光Ｌ６を発光する固体状の蛍光体１０３とを備えている。そして、青色ＬＥＤ１０１からの青色光Ｌ５と、蛍光体１０３からの黄色光Ｌ６とが混色することにより白色光が実現される。
【０００３】
また、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示したもの以外にも、例えば蛍光体を含む樹脂で青色ＬＥＤを覆った構成が、特許文献１及び２に開示されている。また、青色ＬＥＤ上に蛍光体を塗布した構成が、特許文献３及び４に開示されている。また、スパッタ法を用いて青色ＬＥＤ上に蛍光体膜を形成した構成が、特許文献５に開示されている。
【特許文献１】特開平０７−９９３４５号公報
【特許文献２】特開平１０−９３１４６号公報
【特許文献３】特開平１１−３１８４５号公報
【特許文献４】特開平１１−４６０１９号公報
【特許文献５】特開平１１−４６０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に開示された構成のように、蛍光体を含む樹脂で青色ＬＥＤを覆う構成の白色ＬＥＤには次のような問題がある。すなわち、樹脂に蛍光体を混入する際には一般的に粉末状の蛍光体を用いるが、この粉末状の蛍光体が樹脂内において凝集し易く、均一な蛍光（黄色光）を得ることが難しい。従って、白色光も均一ではなく色むらが生じてしまう。
【０００５】
また、特許文献３及び４に開示された構成では、青色ＬＥＤ上に蛍光体を塗布している。しかし、蛍光体を均一な厚さで塗布することは難しく、また蛍光体の粉末あるいはペーストを塗布するための特別な装置が必要となる。また、特許文献５のようにスパッタ法を用いて蛍光体膜を形成する方法は、必要な厚さの蛍光体膜を形成するために多くの時間を要するので、生産性が悪く実用的ではない。
【０００６】
上記した各問題点に鑑み、本発明者らは、固体状の蛍光体を用いれば厚さを調整し易いので均一な蛍光が得られ、白色光の色むらを抑えることができると考えた。しかし、例えば図１３（ａ）に示した構成では、リードピン１０４ａと青色ＬＥＤ１０１とを繋ぐワイヤ１０５を通すために蛍光体１０３でもって窪み１０２ａを全て覆うことができず、黄色光Ｌ６の分布に偏りが生じるおそれがある。また、図１３（ｂ）に示した構成では、蛍光体１０３が窪み１０２ａを完全に覆っているが、窪み１０２ａが青色ＬＥＤ１０１の横方向に広がっているので、青色ＬＥＤ１０１の直上と周辺部とで青色光Ｌ５の光強度に差が生じるおそれがある。従って、これらの構成では、白色光に色むらが生じる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、色むらを抑えた発光色を得ることができる発光ダイオード及び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】
【０００８】
上記した課題を解決するために、本発明による第１の発光ダイオードは、（１）窒化物半導体からなり、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられ第１の波長帯の光を発生する活性層を有する半導体積層部と、（２）第１導電型半導体層の活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第１の光反射層と、（３）第２導電型半導体層の活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第２の光反射層と、（４）半導体積層部の側面上に設けられ、第１の波長帯の光を受けて第２の波長帯の光を発生する蛍光体と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記した第１の発光ダイオードでは、半導体積層部が第１及び第２の反射層に挟まれているので、活性層から出た第１の波長帯の光は、第１及び第２の反射層において反射し、半導体積層部の側面から出射することとなる。そして、半導体積層部の側面には蛍光体が設けられているので、蛍光体が第１の波長帯の光によって励起され、第２の波長帯の光が発生する。こうして、第１の波長帯の光と第２の波長帯の光とによって、変換された発光色が得られる。上記した第１の発光ダイオードによれば、活性層からの第１の波長帯の光が半導体積層部の側面に集められるとともに、蛍光体が半導体積層部の側面に設けられているので、蛍光体の厚さを任意に調整することにより第２の波長帯の光の強度を第１の波長帯の光の強度と適合させることが容易にできる。従って、色むらを抑えた発光色を得ることができる。
【００１０】
また、発光ダイオードは、半導体積層部が、第１導電型半導体層と第１の光反射層との間にＧａＮ系化合物からなる基板をさらに備えることを特徴としてもよい。一般的に、基板は、例えばエピタキシャル成長などにより形成される半導体層よりも充分に厚い。従って、第１導電型半導体層、活性層、及び第２導電型半導体層が基板上に設けられることにより、これらの層に供給される電流が基板内において拡散するので、活性層において発生する第１の波長帯の光が活性層の面方向に（すなわち、半導体積層部の側面に向かって）拡がることとなる。従って、この発光ダイオードによれば、半導体積層部の側面から第１の波長帯の光をより効率的に取り出すことができる。
【００１１】
また、発光ダイオードは、蛍光体が、半導体積層部の側面に貼付された蛍光板であることを特徴としてもよい。蛍光板は、その厚さを調整することが容易なので、発光ダイオードが蛍光体として蛍光板を備えることにより、色むらを抑えた発光色を容易に得ることができる。
【００１２】
また、本発明による第２の発光ダイオードは、（５）窒化物半導体からなり、第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、及び第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に設けられ第１の波長帯の光を発生する活性層を有する半導体積層部と、（６）第１導電型半導体層の活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第１の光反射層と、（７）第２導電型半導体層の活性層と対向する面とは反対側の面上に設けられた第２の光反射層と、を備え、半導体積層部が、第１導電型半導体層と第１の光反射層との間に位置しておりＧａＮ系化合物からなる基板をさらに有し、基板が、第１の波長帯の光を受けて第２の波長帯の光を発生する蛍光源を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記した第２の発光ダイオードでは、半導体積層部が蛍光源を含む基板を有しているので、活性層から出た第１の波長帯の光の一部によって基板の蛍光源が励起され、基板内において第２の波長帯の光が発生する。そして、第１及び第２の波長帯の光は、第１及び第２の光反射層において反射し、互いに混ざり合って半導体積層部の側面から出射することとなる。こうして、第１の波長帯の光と第２の波長帯の光とによって、変換された発光色が得られる。上記した第２の発光ダイオードによれば、活性層からの第１の波長帯の光、及び基板内において発生した第２の波長帯の光が半導体積層部の側面に集められるので、半導体積層部の側面から出射する第１及び第２の波長帯の光の光強度を互いに適合させることが容易にできる。従って、色むらを抑えた発光色を得ることができる。
【００１４】
また、発光ダイオードは、半導体積層部の複数の側面のうち光出射面を除く側面上に設けられた光反射膜をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、半導体積層部の側面のうち特定の側面（光出射面）に第１の波長帯の光（及び第２の波長帯の光）を集めることができるので、光の出射方向を限定して光の取り出し効率を高めることができる。
【００１５】
また、本発明による第１の半導体発光装置は、上記したいずれかの発光ダイオードが、積層方向に複数重ねて配置されていることを特徴とする。この半導体発光装置によれば、比較的大きな光量の光を容易に得ることができるとともに、比較的小型にすることができる。
【００１６】
また、本発明による第２の半導体発光装置は、上記したいずれかの発光ダイオードを少なくとも一つ備える半導体発光装置であって、光取出し面と、光取出し面の反対側にあって第１及び第２の波長帯の光を反射する光反射面と、光取出し面が延びている方向及び反射面が延びている方向と交差する側面とを有する導光板をさらに備え、発光ダイオードが、半導体積層部の側面と導光板の側面とが対向するように導光板に取り付けられていることを特徴とする。この半導体発光装置では、発光ダイオードの半導体積層部の側面から導光板の側面に光を提供するので、導光板の厚さは半導体積層部の厚さと同様であればよい。従って、従来のバックライトなどの半導体発光装置と比較して、導光板を薄くすることができる。また、発光ダイオードとして上記したいずれかの発光ダイオードを備えているので、発光色の色むらが抑えられた光を光取出し面から出射することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による発光ダイオード及び半導体発光装置によれば、色むらを抑えた発光色を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明による発光ダイオード及び半導体発光装置の実施の形態を詳細に説明する。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、重複する説明を省略する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明による発光ダイオードの第１実施形態を示す一部切欠斜視図である。図１を参照すると、本実施形態による発光ダイオード１は、発光部３と、発光部３の側面に取り付けられた蛍光部５とを有している。発光部３は、半導体積層部６と、半導体積層部６上に設けられた光反射層１９（第１の光反射層）と、光反射層１９上に設けられたカソード電極２１と、半導体積層部６の光反射層１９とは反対側の面上に設けられた光反射層１７（第２の光反射層）と、半導体積層部６の側面上に設けられた絶縁層２３と、絶縁層２３上に設けられた光反射膜２５とを備えている。
【００２０】
半導体積層部６は、基板７を備えている。また、半導体積層部６は、基板７上に積層されたｎ型クラッド層９といった第１導電型半導体層を備えている。また、半導体積層部６は、ｎ型クラッド層９上に設けられた活性層１１を備えている。また、半導体積層部６は、活性層１１上に順に積層されたｐ型クラッド層１３及びｐ型コンタクト層１５といった第２導電型半導体層を備えている。
【００２１】
基板７は、導電性を有するＧａＮ系化合物からなる。本実施形態では、基板７はＧａＮからなる。基板７は、活性層１１において発生する光Ｌ１を透過することができる。基板７の比抵抗率は、例えば０．５Ωｃｍ以下である。なお、基板７の厚さは、例えば１００μｍ〜２００μｍである。また、基板７の平面寸法は、例えば一辺０．５〜３０ｍｍの矩形である。
【００２２】
ｎ型クラッド層９は、ｎ型の不純物がドープされた窒化物半導体からなる。例えば、本実施形態ではｎ型クラッド層９はＳｉがドープされたＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ（０≦Ｘ１＜１）からなる。ｎ型クラッド層９は、基板７の主面７ａ上に形成されている。
【００２３】
活性層１１は、電流（キャリア）が注入されることにより第１の波長帯の光Ｌ１を発生する層である。本実施形態では、第１の波長帯は例えば青色光となる波長帯（４２０ｎｍ〜４９０ｎｍ）である。活性層１１は、ｎ型クラッド層９上に形成されており、多重量子井戸構造を有している。ここで、図２は、本実施形態における活性層１１の構成を示す断面図である。図２を参照すると、活性層１１は、バリア層３８ａ〜３８ｃ並びに井戸層３９ａ及び３９ｂを有している。すなわち、活性層１１は、バリア層３８ａ、井戸層３９ａ、バリア層３８ｂ、井戸層３９ｂ、及びバリア層３８ｃが順に積層されることにより構成されている。
【００２４】
バリア層３８ａ〜３８ｃ並びに井戸層３９ａ及び３９ｂは、ＡｌＸ２ＩｎＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２＜１、０≦Ｙ２＜１、０≦Ｘ２＋Ｙ２＜１）などのＧａＮ系半導体からなる。本実施形態では、バリア層３８ａ〜３８ｃの組成は０＜Ｘ２＜１且つＹ２＝０であり、井戸層３９ａ及び３９ｂの組成は０＜Ｘ２＜１且つ０＜Ｙ２＜１である。バリア層３８ａ〜３８ｃ並びに井戸層３９ａ及び３９ｂの組成は、バリア層３８ａ〜３８ｃのバンドギャップが井戸層３９ａ及び３９ｂよりも大きくなるように調整されている。この構成により、活性層１１に注入されたキャリアが井戸層３９ａ及び３９ｂに閉じ込められる。
【００２５】
再び図１を参照して、ｐ型クラッド層１３は、ｐ型の不純物がドープされた窒化物半導体からなる。例えば、本実施形態ではｐ型クラッド層１３はＭｇがドープされたＡｌＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ（０≦Ｘ１＜１）からなる。ｐ型クラッド層１３は、活性層１１上に形成されており、活性層１１は、ｎ型クラッド層９とｐ型クラッド層１３との間に設けられることとなる。
【００２６】
ｐ型コンタクト層１５は、ｐ型クラッド層１３とアノード電極（後述）とを電気的に接続するための層であり、ｐ型の不純物がドープされた窒化物半導体からなる。例えば、本実施形態ではｐ型コンタクト層１５はＭｇがドープされたＧａＮからなる。ｐ型コンタクト層１５は、ｐ型クラッド層１３上に形成されている。
【００２７】
光反射層１７は、ｐ型コンタクト層１５の活性層１１と対向する面とは反対側の面上に設けられている。光反射層１７は、ｐ型コンタクト層１５上の全面にわたって設けられていることが好ましい。光反射層１７は、例えばＡｇやＡｌといった金属からなり、活性層１１において発生した光Ｌ１を反射する。本実施形態では、光反射層１７はアノード電極を兼ねている。アノード電極は、光反射層１７とは別に設けられても良い。また、光反射層１７とｐ型コンタクト層１５との間にオーミック接触が実現されていてもよい。
【００２８】
光反射層１９は、ｎ型クラッド層９において活性層１１と対向する面とは反対側の面上に設けられている。光反射層１７は、ｎ型クラッド層９上の全面にわたって設けられていることが好ましい。本実施形態では半導体積層部６が基板７を有するため、光反射層１９は基板７の裏面７ｂ上に設けられている。光反射層１９は、光反射層１７と同様に、例えばＡｇやＡｌといった金属からなり、活性層１１において発生した光Ｌ１を反射する。本実施形態では、光反射層１９はカソード電極２１とは別に設けられているが、光反射層１９がカソード電極を兼ねていてもよい。また、光反射層１９と基板７との間にオーミック接触が実現されていてもよい。
【００２９】
光反射膜２５は、半導体積層部６の側面のうち光出射面６ａを除く側面上に絶縁層２３を介して設けられている。本実施形態では、光反射膜２５及び絶縁層２３は、半導体積層部６の４つの側面のうち３つの側面上に設けられている。そして、光反射膜２５が設けられていない側面が、光出射面６ａとなる。光反射膜２５は、絶縁層２３によって、半導体積層部６、光反射層１７及び１９、並びにカソード電極２１と絶縁されている。光反射膜２５は、光反射層１７及び１９と同様に、例えばＡｇやＡｌといった金属からなる。光反射膜２５は、活性層１１において発生した光Ｌ１を反射する。
【００３０】
蛍光部５は、蛍光板２７及び接着層２９を有している。蛍光板２７は、光Ｌ１を受けて該光Ｌ１よりも長波長の第２の波長帯の光Ｌ２を発生する蛍光体が固体状に成形されてなる。本実施形態では、第２の波長帯は、例えば黄色光となる波長帯（５００ｎｍ〜７００ｎｍ）であり、蛍光体は、例えばＺｎＳＳｅである。蛍光板２７は、半導体積層部６の側面上に接着層２９によって貼付されている。本実施形態では、蛍光板２７は、半導体積層部６の４つの側面のうち光反射膜２５が設けられていない１つの側面（すなわち光出射面６ａ）上に設けられている。なお、半導体積層部６の側面と交差する方向の蛍光板２７の厚さは、蛍光板２７において発生する蛍光（黄色光）Ｌ２の光量が、該黄色光Ｌ２と青色光Ｌ１とにより所望の色合いの白色光となるように調整されている。
【００３１】
上記した構成を備える発光ダイオード１の動作は、以下のとおりである。アノード電極を兼ねる光反射層１７とカソード電極２１との間に発光ダイオード１の外部から駆動電圧が印加されると、光反射層１７とカソード電極２１との間に電界が発生する。そして、キャリアが活性層１１内の井戸層３９ａ、３９ｂに集中する。これにより、活性層１１において青色光Ｌ１が発生する。活性層１１において発生した青色光Ｌ１は、光反射層１７及び１９、並びに光反射膜２５において反射した後、光出射面６ａに集中する。青色光Ｌ１の一部は蛍光板２７を励起して黄色光Ｌ２となる。また、他の青色光Ｌ１は、蛍光板２７を透過する。こうして、青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ２が生成され、白色光となって発光ダイオード１の外部へ出射される。
【００３２】
次に、本実施形態による発光ダイオード１の製造方法について説明する。図３〜６は、発光ダイオード１の製造方法について説明するための図である。
【００３３】
まず、図３（ａ）に示すように、導電性のＧａＮからなるウェハ状の基板７を用意する。そして、図３（ｂ）に示すように、ウェハ状の基板７の主面７ａ上にｎ型クラッド層９、活性層１１、ｐ型クラッド層１３、及びｐ型コンタクト層１５を順にエピタキシャル成長させる。続いて、図３（ｃ）に示すように、ｐ型コンタクト層１５上に光反射層１７を蒸着等により形成し、基板７の裏面７ｂ上に光反射層１９及びカソード電極２１を蒸着等により順に形成する。
【００３４】
続いて、図４（ａ）に示すように、カソード電極２１及び光反射層１７の上にそれぞれレジスト５０ａ及び５０ｂを塗布する。続いて、図４（ｂ）に示すように、ウェハ状の基板７及び各層を厚さ方向に切断して所定の大きさのチップ４を形成する。このとき、基板７、ｎ型クラッド層９、活性層１１、ｐ型クラッド層１３、及びｐ型コンタクト層１５を含む半導体積層部６が形成される。続いて、図５（ａ）に示すように、チップ４の１つの側面を下にして各チップ４を並べ、チップ４の露出している面に絶縁層２３及び光反射膜２５をスパッタや蒸着等により順に形成する。こうして、図５（ｂ）に示すように、チップ４の一側面以外の全ての面に絶縁層２３及び光反射膜２５が形成される。
【００３５】
続いて、図６（ａ）に示すように、レジスト５０ａ及び５０ｂを除去する。これにより、カソード電極２１上及び光反射層１７上に形成されていた絶縁層２３及び光反射膜２５が除去され、絶縁層２３及び光反射膜２５は半導体積層部６の３つの側面上にのみ形成されることとなる。こうして、発光部３が完成する。続いて、図６（ｂ）に示すように、半導体積層部６の側面のうち絶縁層２３及び光反射膜２５が設けられていない側面に接着層２９を塗布し、その上から蛍光板２７を貼付する。こうして蛍光部５が形成され、発光ダイオード１が完成する。
【００３６】
以上に説明した本実施形態による発光ダイオード１は、以下の効果を有する。すなわち、発光ダイオード１によれば、活性層１１からの青色光Ｌ１が半導体積層部６の側面に集められるとともに、蛍光板２７が半導体積層部６の側面に設けられているので、蛍光板２７の厚さを任意に調整することにより黄色光Ｌ２の強度を青色光Ｌ１の強度と適合させることが容易にできる。従って、色むらを抑えた白色光を発光することができる。
【００３７】
また、本実施形態のように、発光ダイオード１では、半導体積層部６が、ｎ型クラッド層９と光反射層１９との間に基板７を備えていることが好ましい。基板７は、例えばエピタキシャル成長などにより形成される半導体層よりも充分に厚い。従って、ｎ型クラッド層９、活性層１１、及びｐ型クラッド層１３が基板７上に設けられることにより、これらの層に供給される電流が基板７内において拡散するので、活性層１１における青色光Ｌ１の発生部分が、活性層１１の積層方向と交差する方向に（すなわち、半導体積層部６の側面に向かって）拡がることとなる。従って、この発光ダイオード１によれば、半導体積層部６の側面から青色光Ｌ１をより効率的に取り出すことができる。
【００３８】
また、発光ダイオードは、本実施形態のように蛍光体として蛍光板２７を備えていることが好ましい。蛍光板２７の厚さを調整することによって容易に黄色光Ｌ２の強度を調整できるので、本実施形態による発光ダイオード１によれば、色むらを抑えた白色光を容易に得ることができる。
【００３９】
また、本実施形態のように、発光ダイオード１では、半導体積層部６の４つの側面のうち、３つの側面上に光反射膜２５が設けられていることが好ましい。これによって、半導体積層部６の側面のうち特定の側面（光出射面６ａ）に青色光Ｌ１を集めることができるので、白色光の出射方向を限定して光の取り出し効率を高めることができる。
【００４０】
また、本実施形態による発光ダイオード１は、従来の面発光型の発光ダイオードとは異なり側面から光を取り出すため、複数の発光ダイオード１を重ねても比較的小さな寸法で済む。従って、所望の光量を得るために複数の発光ダイオード１を設けることが容易になる。また、本実施形態による発光ダイオード１は、蛍光体混入樹脂を用いた従来の発光ダイオードとは異なり固体状の蛍光体（蛍光板２７）を用いているので、半導体積層部６に蛍光体を容易に取り付けることができ、発光ダイオード１の生産性及び歩留まりが向上する。
【００４１】
（変形例）
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、上記した第１実施形態の変形例を説明するための図である。図７（ａ）は、第１実施形態による発光ダイオード１を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、その変形例による発光ダイオード１ａを示す斜視図である。本発明による発光ダイオードは、図７（ａ）の発光ダイオード１のように半導体積層部の４つの側面のうち１つの側面に蛍光板２７を有する構成以外にも、図７（ｂ）の発光ダイオード１ｂのように４つの側面すべてに蛍光板２７を有する構成であってもよい。この場合、光反射膜は側面には設けられない。このように、半導体積層部の側面のうち、１つ以上の任意の側面に蛍光板２７を設け、該側面を光出射面とすることができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図８は、本発明による発光ダイオードの第２実施形態として、発光ダイオード１ｂを示す一部切欠斜視図である。発光ダイオード１ｂが第１実施形態の発光ダイオード１と異なる点は、（１）発光ダイオード１ｂが蛍光板２７及び接着層２９を備えていない点、及び（２）基板８が蛍光源２０を含んでいる点、の２点である。発光ダイオード１ｂの他の構成については、第１実施形態の発光ダイオード１と同様なので説明を省略する。
【００４３】
基板８は、導電性を有するＧａＮ系化合物からなる。また、基板８は、第１の波長帯の光（青色光Ｌ１）を受けて第２の波長帯の光（黄色光Ｌ３）を発生する蛍光源２０を含んでいる。すなわち、ＧａＮ基板８を気相成長法等によって成長させる際に、酸素や炭素等の不純物を添加したり、結晶欠陥（窒素空孔）を導入することができる。酸素、炭素などの不純物、或いは窒素空孔などの結晶欠陥は、青色光Ｌ１を受けて蛍光（黄色光Ｌ３）を発生する蛍光源２０となる。例えば、このような蛍光源２０に４８０ｎｍより短い波長の光を照射すると、５２０ｎｍ〜６５０ｎｍの広い波長範囲の蛍光が発生する。蛍光の中心波長及び発光スペクトルは、不純物の種類、不純物の添加量、或いは結晶欠陥の量によって調整される。
【００４４】
発光ダイオード１ｂにおいては、蛍光源２０を含む基板８を半導体積層部６が有しているので、活性層１１から出た青色光Ｌ１の一部によって基板８の蛍光源２０が励起され、基板８内において黄色光Ｌ３が発生する。そして、青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ３は、光反射層１７及び１９、並びに光反射膜２５において反射し、互いに混ざり合って、半導体積層部６の一側面である光出射面６ａから出射することとなる。こうして、青色光Ｌ１と黄色光Ｌ３とによる白色光が得られる。
【００４５】
本変形例による発光ダイオード１ｂによれば、活性層１１からの青色光Ｌ１、及び基板８内において発生した黄色光Ｌ３が半導体積層部６の側面（光出射面６ａ）に集められるので、半導体積層部６の側面から出射する青色光Ｌ１及び黄色光Ｌ３の光強度を互いに適合させることが容易にできる。従って、色むらを抑えた白色光を発光することができる。
【００４６】
（変形例）
図９（ａ）及び（ｂ）は、上記した第２実施形態の変形例を説明するための図である。図９（ａ）は、第２実施形態による発光ダイオード１ｂを示す斜視図であり、図９（ｂ）は、その変形例による発光ダイオード１ｃを示す斜視図である。本発明による発光ダイオードは、図９（ａ）の発光ダイオード１ｂのように半導体積層部の４つの側面のうち３つの側面に光反射膜２５を備える構成以外にも、図９（ｂ）の発光ダイオード１ｃのように光反射膜２５を備えないような構成であってもよい。このように、半導体積層部の側面のうち、任意の側面に光反射膜２５を設け、それ以外の側面を光出射面６ａとすることができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明による半導体発光装置の第３実施形態を示す断面図である。まず、図１０（ａ）を参照すると、本実施形態による半導体発光装置２は、第１実施形態の発光ダイオード１と、ケース４１と、リードピン４７ａ及び４７ｂとを備えている。発光ダイオード１は、ケース４１に設けられた窪み４１ａ内に載置されている。また、発光ダイオード１は、蛍光板２７を有する側面（光出射面）とは反対側の側面が窪み４１ａの底面と対向するように載置されている。なお、発光ダイオード１を保護するために、窪み４１ａを透明な樹脂で埋めてもよい。
【００４８】
また、窪み４１ａの底面にはケース４１と一体に形成された凸状部４５が設けられており、発光ダイオード１のカソード電極２１及びアノード電極（光反射層１７）（ともに図１参照）のうち一方の電極が凸状部４５の側面に当接するように発光ダイオード１が位置決めされている。ケース４１はリードピン４７ｂと電気的に接続されており、したがって、発光ダイオード１の一方の電極は、リードピン４７ｂと電気的に接続される。発光ダイオード１の他方の電極は、ワイヤ４９を介してリードピン４７ａに電気的に接続されている。リードピン４７ａは、ケース４１に絶縁材料を介して固定されている。
【００４９】
図１０（ｂ）には、本実施形態による別の半導体発光装置２ａが示されている。この半導体発光装置２ａが上記した半導体発光装置２と異なる点は、発光ダイオード１を複数備えている点である。すなわち、半導体発光装置２ａは第１実施形態の発光ダイオード１を２個備えており、これらの発光ダイオード１が、光出射面とは反対側の側面が窪み４１ａの底面と対向するように窪み４１ａ内にそれぞれ載置されている。すなわち、これらの発光ダイオード１は、活性層が延びる方向が窪み４１ａの底面と交差するように載置されている。また、２個の発光ダイオード１は、厚さ方向に重ねて配置されている。また、２個の発光ダイオード１は互いの電極が直列に接続されており、リードピン４７ａ及び４７ｂを介して駆動電圧が印加されるしくみとなっている。
【００５０】
図１０（ａ）に示した半導体発光装置２、または図１０（ｂ）に示した半導体発光装置２ａにおいて、リードピン４７ａ及び４７ｂに半導体発光装置２の外部から駆動電圧が印加されると、該駆動電圧は発光ダイオード１のアノード電極（光反射層１７）及びカソード電極２１の間に加えられる。そして、第１実施形態において説明したように、発光ダイオード１の一側面、すなわち蛍光板２７が設けられた半導体積層部６の側面から青色光及び黄色光による白色光が出射される。白色光は、半導体発光装置２（または２ａ）の外部へ向けて出射される。
【００５１】
本実施形態による半導体発光装置２または２ａによれば、第１実施形態の発光ダイオード１を備えることによって、色むらが抑えられた白色光を発光することができる。また、半導体発光装置２ａによれば、発光ダイオード１を複数備えることによって、比較的大きな光量の白色光を容易に得ることができる。また、発光ダイオード１は側面から光を出射する構成なので、発光ダイオード１を厚さ方向に重ねることができ、複数の発光ダイオード１を備えながら比較的小型にすることができる。
【００５２】
（第４の実施の形態）
図１１は、本発明による半導体発光装置の第４実施形態を示す斜視図である。また、図１２（ａ）は、図１１に示す半導体発光装置２ｂのＩ−Ｉ断面を示す断面図である。本実施形態の半導体発光装置２ｂは、液晶表示装置などに用いられる、いわゆるバックライトである。図１１及び図１２（ａ）を参照すると、本実施形態による半導体発光装置２ｂは、発光ダイオード１ｄと、導光板３７とを備えている。発光ダイオード１ｄは、第１実施形態の発光ダイオード１と同様の構成を有しており、発光部３の平面形状が例えば０．５ｍｍ×３０ｍｍといった長方形状となっている。発光ダイオード１ｄにおいて、蛍光板２７は、半導体積層部６の長辺側の側面に設けられている。また、発光ダイオード１ｄは、半導体積層部６の長辺側の側面と導光板３７の側面とが対向するように、導光板３７に取り付けられている。
【００５３】
導光板３７は、白色光を導光して面発光する部材である。導光板３７は、例えばアクリルやポリカーボネートといった、白色光を拡散する部材からなることが好ましい。導光板３７は、側面に取り付けられた発光ダイオード１ｄから白色光Ｌ４を取り込み、該白色光Ｌ４を主面３７ａから出射する。すなわち、主面３７ａが、導光板３７における光取出し面となっている。また、導光板３７の主面３７ａとは反対側の裏面３７ｂには、例えばＡｌ等からなる金属膜３５が形成されており、白色光Ｌ４を反射する。すなわち、導光板３７の裏面３７ｂは、青色光及び黄色光からなる白色光Ｌ４を反射する光反射面となっている。
【００５４】
発光ダイオード１ｄから出射された白色光Ｌ４は、導光板３７の内部を通り、その一部が金属膜３５において反射して、導光板３７の主面３７ａに達する。このとき、白色光Ｌ４は導光板３７の内部で拡散される。こうして、白色光Ｌ４が導光板３７の主面３７ａ（光取出し面）から略均一に出射し、導光板３７が面発光する。
【００５５】
本実施形態による半導体発光装置２ｂは、以下の効果を有する。すなわち、半導体発光装置２ｂでは、発光ダイオード１ｄの半導体積層部６の側面から導光板３７の側面に光を提供するので、導光板３７の厚さは半導体積層部６の厚さと同様であればよい。従って、従来のバックライトなどの半導体発光装置と比較して、導光板３７を薄くすることができる。
【００５６】
ここで、図１２（ｂ）は、比較のために従来のバックライトを示す断面図である。図１２（ｂ）を参照すると、従来のバックライト１１０は、導光板１１３と、面発光型の発光ダイオード１１４とを備えている。発光ダイオード１１４は、光出射面である主面１１４ａが導光板１１３の側面と対向するように導光板１１３の側面に取り付けられている。導光板１１３の裏面１１３ｂには蛍光体１１２が取り付けられており、発光ダイオード１１４からの青色光Ｌ７の一部が蛍光体１１２に入射することによって黄色光Ｌ８が発生する。導光板１１３の主面１１３ａには拡散層１１５が設けられており、青色光Ｌ７及び黄色光Ｌ８が拡散層１１５内部において拡散する。こうして、白色光Ｌ９が出射される。
【００５７】
図１２（ｂ）に示したような従来のバックライト１１０では、発光ダイオード１１４の光出射面である主面１１４ａの幅に応じた厚さが導光板１１３に必要なので、導光板１１３が比較的厚くなってしまう。また、導光板１１３の裏面に蛍光体１１２を設けているため、バックライト１１０の厚さがさらに増すこととなる。近年の携帯電話等のように、液晶画面を有する装置は次第に小型化がなされており、液晶画面用のバックライトも薄型化が切望されている。本実施形態による半導体発光装置２ｂによれば、導光板３７の厚さを薄くすることが可能となり、液晶画面を有する装置の小型化に寄与することができる。
【００５８】
また、本実施形態による半導体発光装置２ｂは、発光ダイオードとして第１実施形態の発光ダイオード１と同様の構成を有する発光ダイオード１ｄを備えているので、色むらが抑えられた白色光Ｌ４を、裏面３７ｂにおいて反射しつつ主面３７ａ（光取出し面）から出射することができる。なお、本実施形態の半導体発光装置２ｂは１個の発光ダイオード１ｄを備えているが、光出射方向を揃えた複数の発光ダイオードを導光板３７の側面に取り付けてもよい。
【００５９】
本発明による発光ダイオード及び半導体発光装置は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記した各実施形態の発光ダイオードは、基板としてＧａＮ系化合物からなる基板を備えている。基板はこれに限らず、例えば導電性のＳｉＣ、ＡｌＮ、或いはＳｉ等からなってもよい。
【００６０】
また、光反射層及び光反射膜として金属が用いられているが、光反射層及び光反射膜の材料としては、これ以外にも例えば光を反射するように屈折率が調整されたフォトニック結晶などを好適に用いることができる。また、光反射膜は、蛍光板の厚さ方向に沿う側面にもさらに設けられてもよい。これにより、蛍光板の側面から光が漏洩することを防ぎ、白色光の色むらをより抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、本発明による発光ダイオードの第１実施形態を示す一部切欠斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態における活性層の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、発光ダイオードの製造方法について説明するための図である。
【図４】図４は、発光ダイオードの製造方法について説明するための図である。
【図５】図５は、発光ダイオードの製造方法について説明するための図である。
【図６】図６は、発光ダイオードの製造方法について説明するための図である。
【図７】図７（ａ）は、第１実施形態による発光ダイオードを示す斜視図である。図７（ｂ）は、第１実施形態の変形例による発光ダイオードを示す斜視図である。
【図８】図８は、本発明による発光ダイオードの第２実施形態を示す一部切欠斜視図である。
【図９】図９（ａ）は、第２実施形態による発光ダイオードを示す斜視図である。図９（ｂ）は、第２実施形態の変形例による発光ダイオードを示す斜視図である。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、本発明による半導体発光装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明による半導体発光装置の第４実施形態を示す斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は、図１１に示す半導体発光装置のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。図１２（ｂ）は、比較のために従来のバックライトを示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、白色ＬＥＤの例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１、１ａ〜１ｄ…発光ダイオード、２、２ａ、２ｂ…半導体発光装置、３…発光部、４…チップ、５…蛍光部、６…半導体積層部、６ａ…光出射面、７、８…基板、９…ｎ型クラッド層、１１…活性層、１３…ｐ型クラッド層、１５…ｐ型コンタクト層、１７、１９、２５…光反射層、２０…蛍光源、２１…カソード電極、２３…絶縁層、２７…蛍光板、２９…接着層、３５…金属膜、３７…導光板、３８ａ〜３８ｃ…バリア層、３９ａ、３９ｂ…井戸層、４１…ケース、４１ａ…窪み、４５…凸状部、４７ａ、４７ｂ…リードピン、４９…ワイヤ、５０ａ、５０ｂ…レジスト。
【図１】
2005158795.tif 000003
【図２】
2005158795.tif 000004
【図３】
2005158795.tif 000005
【図４】
2005158795.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005158795.tif 000009
【図８】
2005158795.tif 000010
【図９】
2005158795.tif 000011
【図１０】
2005158795.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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