(57)【要約】【課題】  素子と蛍光材料層との間に光子バンドギャップ材料を設けた半導体発光素子を提供する。【解決手段】  発光構造は、第１ピーク波長を有する第１光を放射可能な半導体発光素子と、半導体発光素子を覆って配置された、第２ピーク波長を有する第２光を放射可能な蛍光材料と、発光素子と蛍光材料の間に配置された光子バンドギャップ材料を含んでいる。光子バンドギャップ材料は、第１光及び第２光の入射角にかかわらず、第１光を透過させ第２光を反射することができる。【選択図】          図３
2005340850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピーク波長を有する第１光を放射可能な活性領域を含んでいる半導体発光素子と、
前記第１光の少なくとも一部の経路に配置された蛍光材料であって、第２ピーク波長を有する第２光を放射可能な蛍光材料と、
前記発光素子と前記蛍光材料の間に配置された光子バンドギャップ材料であって、少なくとも二次元での屈折率の周期的な変動を備え、前記第１光を透過させ前記第２光を反射することのできる光子バンドギャップ材料と、を備えていることを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記半導体発光素子は、少なくとも１つのIII群窒化物層を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第１光は、ピーク波長が４９０ｎｍ未満の光を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記蛍光材料はリン光体であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記光子バンドギャップ材料は、前記半導体発光素子の表面に接触していることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記蛍光材料は、前記光子バンドギャップ材料の表面に接触していることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記光子バンドギャップ材料は、前記半導体発光素子から離して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記蛍光材料は、前記光子バンドギャップ材料から離して配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記光子バンドギャップ材料は、三次元での屈折率の周期的な変動を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記光子バンドギャップ材料は、複数の球を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記球はポリスチレンであることを特徴とする、請求項１０に記載の構造体。
【請求項１２】
前記光子バンドギャップ材料は、複数の材料層を備えており、前記各材料層は周期的な孔の配列を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記孔には空気が充満していることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１４】
前記材料層は、結晶質、ガラス、又は誘電体の内の１つであることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１５】
前記各材料層の前記周期的な孔の配列は、上方及び下方の前記材料層の周期的な孔の配列からずれていることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１６】
前記第１光は青色であり、前記第２光は赤色又は緑色であることを特徴とする、請求項１２に記載の構造体。
【請求項１７】
前記第１光はＵＶであり、前記第２光は青色、緑色、及び赤色の内の一色であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項１８】
前記第１光は青色であり、前記第２光は黄色であることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項１９】
前記蛍光材料は前記第１光の一部を吸収し、
前記蛍光材料は、前記第１光の少なくとも９０％が前記蛍光材料に吸収されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２０】
前記蛍光材料は前記第１光の一部を吸収し、
前記蛍光材料は、前記第１光の少なくとも５０％が前記蛍光材料に吸収されるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２１】
前記蛍光材料は第１蛍光材料であり、前記構造体は、第３ピーク波長を有する第３光を放射可能な第２蛍光材料を更に備えていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２２】
前記第１光は青色であり、前記第２光は黄色又は緑色であり、前記第３光は赤色であることを特徴とする、請求項２１に記載の構造体。
【請求項２３】
前記第１光はＵＶであり、前記第２光は青色であり、前記第３光は黄色であることを特徴とする、請求項２１に記載の構造体。
【請求項２４】
第４ピーク波長を有する第４光を放射可能な第３蛍光材料を更に備えており、前記第１光はＵＶ、前記第２光は青色、前記第３光は緑色、前記第４光は赤色であることを特徴とする、請求項２１に記載の構造体。
【請求項２５】
前記蛍光材料は、前記第１光の一部が、前記蛍光材料に入射することなく前記構造体を脱出するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２６】
前記光子バンドギャップ材料は、前記第１及び第２光の、前記光子バンドギャップ材料への入射角にかかわらず、前記第１光を透過させ、前記第２光を反射することができることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項２７】
前記光子バンドギャップ材料は、前記光子バンドギャップ材料に入射する前記第１光の少なくとも９０％を透過させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２８】
前記光子バンドギャップ材料は、前記光子バンドギャップ材料に入射する前記二次光の少なくとも５０％を反射するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【請求項２９】
前記光子バンドギャップ材料は、前記光子バンドギャップ材料に入射する前記二次光の少なくとも９０％を反射するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子と蛍光材料層との間に光子バンドギャップ材料を設けた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の様な半導体発光素子は、現在利用可能な最も効率のよい光源の１つである。可視スペクトル範囲で作動可能な高輝度ＬＥＤの製造において現在関心が寄せられている材料システムとして、第III−Ｖ群半導体、特に、ガリウムとアルミニウムとインジウムと窒素の二元、三元、四元合金で、III群窒化物材料とも呼ばれるもの、及びガリウムとアルミニウムとインジウムとリンの二元、三元、四元合金で、III群リン化物材料とも呼ばれるものが挙げられる。たいていは、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技法により、III群窒化物素子は、サファイア、炭化ケイ素、又はIII群窒化物基板上にエピタキシャル成長させ、III群リン化物素子は、ガリウムヒ素又はガリウム燐の基板上にエピタキシャル成長させる。素子は、ｎ型領域とｐ型領域の間に活性発光領域を挟んで構成されている。電気的接点は、ｎ型及びｐ型領域上に設けられる。
【０００３】
半導体発光素子から発せられる光の色は、チップを出て行く光の経路に波長変換材料を置くことにより変えることができる。波長変換材料は、例えばリンである。リンは、励起エネルギー（大抵は放射エネルギー）を吸収し、このエネルギーを短期間貯めておくことができる蛍光材料である。貯められたエネルギーは、次いで最初の励起エネルギーとは異なるエネルギーの光子の形で放射される。例えば、「ダウン変換」とは、放射された光子のエネルギーが励起光子エネルギーよりも低い状態をいう。光子の波長は長くなり（Ｅ＝hc/λより）、光の色は赤の方に移行する。
【０００４】
図１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの先行技術によるリン変換型ＬＥＤ１０を示しており、詳しくはMiller他への米国特許第６，１５５，６９９号に記載されている。ＬＥＤ１０は、活性化すると青色の一次光を発生するＧａＮダイ１２を含んでいる。Ｇａｎダイ１２は、リフレクタカップ・リードフレーム１４上に配置されており、リード線１６及び１８に電気的に連結されている。リード線１６及び１８は、Ｇａｎダイ１２に電力を供給する。ＧａＮダイ１２は、リン光性材料の領域２０に覆われている。領域２０の形成に使用されるリン光性材料は、領域２０によって生成される所望の二次光の色次第で変わる。ＧａＮダイ１２とリン光性領域２０は、レンズ２２で密封されている。レンズ２２は、通常は透明なエポキシで作られている。
【０００５】
作動時、ＧａＮダイを活性化するため、ＧａＮダイ１２に電流が供給される。ＧａＮダイ１２は、活性状態になると、一次光、即ち青色光を、ＧａＮダイ１２の上面から放射する。放射された一次光は、リン光性領域２０に吸収される。するとリン光性領域２０は、一次光の吸収に応えて、二次光、即ち長いピーク波長を有する変換された光を放射する。二次光は、リン光性領域２０によって様々な方向にランダムに放射される。二次光の一部は、ＧａＮダイ１２から離れる方向に放射され、レンズ２２中を伝播して、出力光としてＬＥＤ１０を出る。レンズ２２は、出力光を矢印２４で示す一般的な方向に出力する。
【０００６】
しかしながら、二次光の一部は、リン光性領域２０をからＧａＮダイ１２に向かって放射される。ＧａＮａダイ１２に向けて放射される二次光の量は、生成された二次光の約半分程度である。この光の多くは、ＧａＮダイ１２内の半導体層と接点金属に吸収される。従って、最終的に出力光としてＬＥＤ１０を出て行く二次光の量は非常に少ない。ＬＥＤ１０のような代表的な先行技術によるＬＥＤの最大外部変換効率は、約６０％であると推定される。最大外部変換効率は、放射された一次光に対する出力光の百分率である。
【０００７】
Singer他への米国特許第５，８１３，７５２号には、上に説明した非効率の原因を緩和するために「短波パス」（ＳＷＰ）フィルタを含んでいるリン変換型ＬＥＤについて記載がある。Singer他のＬＥＤは、ＧａＮダイ１２の上面に、ＧａＮダイ１２とリン光性領域２０の間に挟まれてＳＷＰフィルタが配置されている点以外は、ＬＥＤ１０と実質的に同じである。ＳＷＰフィルタは、ＧａＮダイ１２からの一次光を透過させるが、リン光性領域２０から放射された二次光の一部を反射する。従って、リン光性領域２０からＧａＮダイ１２に向けて放射された二次光の一部は、ＳＷＰフィルタで反射され、レンズ２２を透過して総出力光に寄与する。ＳＷＰフィルタによる二次光の反射は、外部変換効率を高めるように設計されている。
【０００８】
Singer他のＬＥＤに関する懸念点は、ＳＷＰフィルタは、一次光と二次光をそれぞれ或る角度範囲に亘って効果的に透過及び反射するには、透過性と反射率特性があまり優れていないという事である。ＳＷＰフィルタは、ＧａＮダイ１２からリン光性領域２０への一次光の全てを透過させ、リン光性領域２０からＧａＮダイ１２に向け逆に放射される二次光の全てを反射するよう作動するのが理想的である。上記懸念は、放射された一次光が広い入射角範囲でＳＷＰフィルタに当たるという事実に起因している。入射角は、垂線、即ちＳＷＰフィルタの面に対して垂直な線に対する入射光の伝播方向から測定された角度である。ＳＷＰフィルタは、角度依存性が高いので、入射角の範囲が広いと、望ましくない透過性及び反射率特性を呈することになる。具体的には、ＳＷＰフィルタは、ＧａＮダイ内で発生しＳＷＰフィルタに向けて大きい入射角度で放射される一次光のかなりの部分を反射して、ＧａＮダイ１２に戻す。従って、放射された一次光の当該部分は、ＳＷＰフィルタを通過してリン光性領域２０に向かうことはできない。ＳＷＰフィルタを透過する一次光の量が減少すると、リン光性領域２０で変換される一次光の量も減少することになる。従って、リン光性領域２０により発生する二次光の量も減る。結果として全体では、Singer他のＬＥＤからの出力光の量は、ＳＷＰフィルタの最適透過率よりも低くなる。
【０００９】
Miller他では、Singer他により提示された問題点に対する解を提案しており、これを図２に示す。ＧａＮダイ１２は、透明な材料で作られた封止層２８で覆われている。透明な材料は、透明なエポキシ又はガラスである。封止層２８は、ダイ１２を取り囲むドーム形の構造である。Miller他の好適な実施形態では、ドーム形の構造は、ＡからＣまでの距離に等しい半径を有する略半球状の構造である。ＡからＣまでの距離は、ＡからＢまでの距離の３倍以上である。封止層２８に隣接して、分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー３０が設けられている。ＤＢＲミラー３０は、封止層２８の上面を覆って形成されているので、ドーム形の殻となっている。ＤＢＲミラー３０を覆ってリン光性材料の層３６が設けられている。ＤＢＲミラーは、一次光の多くがＤＢＲミラーを透過してリン光性層に到ることができるようにしている。ＤＢＲミラーを透過する一次光の量は、ＤＢＲミラーの透過特性によって決まる。ＤＢＲミラーをＧａＮダイから或る距離だけ離すことにより、入射角の範囲が狭くなる。入射角の範囲が狭いと、一次光の透過率は高くなる。
【００１０】
Miller他により提案された設計には幾つか問題点がある。第１に、ＤＢＲミラー３０をダイ１２から離すことにより入射角の範囲を狭めても、MillerのＤＢＲ３０は、限られた範囲の入射角の一次光しか透過させない。第２に、MillerのＤＢＲ３０は、限られた入射角の範囲でしか、Millerのリン光性材料層３６の放射した二次光を反射しない。光は、リン光性材料層３６によりランダムな方向に放射されるので、二次光のかなりの部分はＤＢＲ３０を透過してダイ１２に入射し吸収される。第３に、所望の反射率と透過特性を達成するには、MillerのＤＢＲ３０の層の厚さを精密に制御せねばならない。ＤＢＲ３０は湾曲した面上に形成されるので、厚さを調整しながらＤＢＲ３０を製作するのは、難しく費用が掛かる。第４に、MillerのＤＢＲ３０はダイ１２から離れているので、Millerのソースサイズは、ＤＢＲ３０を設けていない素子の場合よりも大きくなってしまい、Millerの素子の実用的用途が制限されることになり望ましくない。
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，１５５，６９９号
【特許文献２】米国特許第５，８１３，７５２号
【特許文献３】米国特許第６，６５０，０４４号
【特許文献４】米国特許第６，５７６，４８８号
【特許文献５】米国特許第６，６９６，７０３号
【特許文献６】米国特許出願第１０／７８５，６１６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の実施形態によれば、発光構造は、第１ピーク波長を有する第１光を発光可能な半導体発光素子と、半導体発光素子を覆って配置された、第２ピーク波長を有する第２光を発光可能な蛍光材料と、発光素子と蛍光材料の間に配置された三次元光子バンドギャップ材料とを含んでいる。光子バンドギャップ材料は、第１光及び第２光の入射角にかかわらず、第１光を透過させ、第２光を反射することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３は、本発明の実施形態による発光構造体を示している。フリップチップ半導体発光素子は、基板４０、ｎ型領域４２、活性発光領域４４、及びｐ型領域４５を含んでいる。接点４６は、ｐ型及びｎ型領域に接続されており、相互接続部４７を介して素子をマウント４８に電気的且つ物理的に接続している。
【００１４】
蛍光材料層４９は、発光素子を覆って設けられている。蛍光材料層４９は、活性領域４４の放射した光を吸収し、その光を異なる波長の光に変換するのに適していれば、どの様な材料でもよい。大抵は、蛍光層４９は、蛍光材料としてリン光体材料を含んでいるが、有機染料の様な他の蛍光材料も使用できる。蛍光材料層４９は、２種以上の蛍光材料を含んでいてもよいし、また蛍光以外の材料を含んでいてもよい。蛍光材料層４９は、樹脂又は他の透明材料のスラリーとして堆積させた、又は例えば、電子ビーム蒸発、加熱蒸発、ｒｆスパッタリング、化学蒸着、又は原子層エピタキシーにより薄膜として堆積させた、又は例えば、米国特許第６，６５０，０４４号に記載のスクリーン印刷、ステンシルにより、又は米国特許第６，５７６，４８８号に記載の電気泳動堆積により、ＬＥＤ１上に共役層として堆積させた、１つ又はそれ以上のリン光体を含んでいてもよい。薄膜については、米国特許第６，６９６，７０３号に更に詳しく記載されている。米国特許第６，６９６，７０３号、米国特許第６，６５０，０４４号、及び米国特許第６，５７６，４８８号の各特許を、参考文献として本願に援用する。
【００１５】
発光素子と蛍光材料層４９の間に、二次元又は三次元光子バンドギャップ（ＰＧＢ）材料５０が配置されている。光子バンドギャップ材料５０は、二次元又は三次元の屈折率の周期的変動を含んでいる。周期的変動は、光が光子バンドギャップ材料を通って伝播する仕方に影響を及ぼし、その結果、光子バンドギャップ材料に或る範囲の許容されたエネルギーが生じ、これはバンドギャップにより分離されたエネルギーバンド又は光子バンドを含めエネルギーバンド線図で表されることが多い。光子バンド内のエネルギーを有する光子は光子バンドギャップ材料内を伝播することができるが、バンドギャップ内のエネルギーを有する光子は伝播できない。これらの光子は反射される。光子バンドギャップ材料５０は、活性領域によって放射される光の波長が光子バンド内にあり、且つ蛍光材料により放射される光の波長が光子バンドギャップ内にあるように選択し形成される。光子バンドギャップ材料５０は、こうして、活性領域４４によって放射された光の波長を透過させるが、蛍光材料層４９によって放射された光の波長は反射する。適切な波長の光が、光の入射角度に関係なく、透過され、反射される。
【００１６】
光子バンドギャップ材料は、例えば、格子状に配設されたポリスチレン球であり、屈折率が、球の屈折率から球の間の空気又は他の材料の屈折率へと周期的に変化する。ポリスチレン球は、溶液から発光素子の表面上に堆積させる。他の例では、光子バンドギャップ材料は、結晶質、ガラス、又は誘電体材料の様な光を吸収しない材料の多重層に形成された、空気又は別の材料で充填された孔の周期的配列であり、屈折率が、主材料の屈折率から孔を充填している空気又は他の材料の屈折率に周期的に変化する。各層内の周期的配列の孔は、屈折率に三次元の変動を作り出すため、ずれている。結晶質光子バンドギャップ材料は、従来の技術を使って多重層としてエピタキシャル成長させパターン化する。ガラス又は誘電体の光子バンドギャップ材料は、従来の技術を使って複数層として堆積させ、次いでパターン化する。或る実施形態では、ガラス又は誘電体材料は、例えば、層内にポリスチレン球を配して堆積させ、次いで孔の周期配列を形成するためにエッチングを施して球を除去する。例えば、球又は孔の大きさ又は周期性を変化させることによって周期的変動を変えることで、新しいエネルギー準位が導入される。許容波長及び禁止波長は、この様に、屈折率の周期的変動の格子定数を適切に選択することにより作り出すことができる。適した光子バンドギャップ材料には、例えば、複数の球体又は１つの結晶質、誘電体の単層、又は二次元光子バンドギャップ材料としての周期的配列の孔を設けたガラス層、複数の球体の多重層又は結晶質、誘電体の多重層、又は三次元光子バンドギャップ材料としての周期的配列の孔を設けたガラス層、が含まれる。光子バンドギャップ材料の周期性は約λ／４程度で、λは光子バンドギャップ材料内の二次光の有効波長である。或る実施形態では、二次元又は三次元光子バンドギャップ材料は、立方体又は六角形の対称性を呈する。
【００１７】
光子バンドギャップ材料は、活性領域により放射された一次光に対して高い透過性を有し、蛍光材料層により放射された二次光を少なくとも部分的には反射するように選択される。光子バンドギャップ材料の二次光の反射性が或る程度しかない場合でも、素子の効率は、光子バンドギャップ材料の無い素子に比較してかなり改善されたものとなる。或る実施形態では、光子バンドギャップ材料は、一次光の透過率が少なくとも９０％、二次光の反射率が少なくとも５０％である。光子バンドギャップは、二次光の反射率が少なくとも９０％であるのが更に望ましい。
【００１８】
図４は、図３に示す素子内の４つの光線の挙動を示している。図４の実線は、素子の活性領域からの変換されなかった光を示し、点線は蛍光材料層４９により変換された光を示す。光線Ａは、活性領域により放射され、光子バンドギャップ材料５０を透過し、再度バンドギャップ材料５０に入射するまで変換されずに、蛍光材料層４９内の粒子により散乱される。光線Ａは変換されていないので、光子バンドギャップ材料５０を通過して素子に戻り、そこで吸収される。光線Ｂは、活性領域により放射され、光子バンドギャップ材料５０を透過し、蛍光材料層４９内の粒子に入射するが、蛍光材料層４９は、光線Ｂを吸収し、それを変換された光として放射する。変換光線Ｂは、光子バンドギャップ材料５０に入射するまで、蛍光材料層４９内で散乱される。光線Ｂは変換されているので、どの様な入射角でも光子バンドギャップ材料５０によって反射される波長を有している。光線Ｂは、従って、素子に再突入し、そこで吸収されるのが防止される。光線Ｃ及びＤは、活性領域により放射され、光子バンドギャップ材料層４９を透過して、蛍光材料層４９の粒子に入射し、そこで吸収されて変換光として放射される。その後、光線Ｃ及びＤは、蛍光材料から直接に（Ｄ）、或いは更に散乱（Ｃ）してから出て行く。図４に示すように、光子バンドギャップ構造を使用する場合、未変換の光は、散乱して素子に戻る可能性が依然として存在する。しかしながら、変換された光で素子に向けて散乱した光は反射されるので、光損失は減り素子全体での効率は上がる。
【００１９】
或る実施形態では、光子バンドギャップ材料は、ＵＶ光を放射する活性領域と赤、緑、又は青の光を放射する単一のリン光体とを組み合わせた素子や、青い光を放射する活性領域と赤又は緑の光を放射する単一のリン光体とを組み合わせた素子の様な、単色光を放射する波長変換素子に使用される。単色光を放射する素子では、蛍光材料層は、活性領域により放射される光のうち、蛍光材料層によって変換されずに素子を出て行く光が１０％未満になるように構成されることが多い。
【００２０】
或る実施形態では、光子バンドギャップ材料は、ＵＶ光を放射する活性領域と、２つ又は３つのリン光体、例えば、２個のリン光体システムとしては青色及び黄色発光リン光体、３個のリン光体システムとしては青色、黄色又は緑色、及び赤色発光リン光体、とを組み合わせた素子の様な、白色光を放射する波長変換素子に使用される。ＵＶ光を放射する活性領域を備えた白色光素子では、蛍光材料層は、活性領域により放射される光の中で蛍光材料によって変換されずに素子を出て行く光が１０％未満となるように構成される。青色光を放射する活性領域を備えた白色光素子では、蛍光材料層は、活性領域により放射される光の中で蛍光材料によって変換されずに素子を出て行く光の部分が例えば５０％未満となるように、そして、活性領域により放射される光の未変換分が、蛍光材料層により放射される光と合体して、合体した光が白色となるように構成されている。
【００２１】
複数のリン光体を備えた実施形態では、２００４年２月２３日出願の米国特許出願第１０／７８５，６１６号に記載されているように、リン光体は、混合してもよいし、又は個別層として形成してもよく、同出願を参考文献として本願に援用する。各リン光体は、活性領域により放射された光、又は他のリン光体層により放射された光の何れかで励起される。光子バンドギャップ材料の特性は、各リン光体により放射された光を反射するように選択される。或る実施形態では、別々のリン光体の間に追加の光子バンドギャップ材料が配置されている。
【００２２】
適した黄色又は緑色発光リン光体の例としては、(Lu1-x-y-a-bYxGdy)3(Al1-zGaz)5O12:Cea3+Prb3+、但し０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２、０＜ｂ≦０．１、が挙げられ、これには、例えばLu3Al5O12:Ce3+及びY3Al5O12:Ce3+が含まれ、また、(Sr1-a-bCabBac)SixNyOz:Eua2+（ａ＝０．００２−０．２、ｂ＝０．０−０．２５、ｃ＝０．０−０．２５、ｘ＝１．５−２．５、ｙ＝１．５−２．５、ｚ＝１．５−２．５）が挙げられ、これには、例えばSrSi2N2O2:Eu2+が含まれ、また、(Sr1-u-v-xMguCavBax)(Ga2-y-zAlyInzS4):Eu2+が挙げられ、これには、例えばSrGa2S4:Eu2+が含まれ、そしてSr1-xBaxSiO4:Eu2+が挙げられる。適した赤色発光リン光体の例としては、(Ca1-xSrx)S:Eu2+、但し０＜ｘ≦１、が挙げられ、これには、例えばCaS:Eu2+及びSrS:Eu2+が含まれ、また、(Sr1-x-yBaxCay)2-zSi5-aAlaN8-aOa:Euz2+、但し０≦ａ＜５、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｚ≦１、が挙げられ、これには、例えばSr2Si5N8:Eu2+が含まれる。適した青色発光リン光体の例としては、例えば、MgSrSiO4が挙げられる。
【００２３】
図５は、蛍光材料層４９にパターンを設けて未変換光が素子を脱出できるようにした、本発明の或る実施形態を示している。この蛍光材料層の特性と、被覆面対非被覆面の比を選択すれば、素子を脱出する未変換光の量を制御することができる。図５の例では、活性領域４４は青色光を放射し、蛍光材料層４９は２つのリン光体を含んでおり、一方は青色光を吸収して緑色光を放射し、もう一方は青色又は緑色光の何れかを吸収して赤色光を放射する。変換された光は未変換光と混ざり合って白色に見える複合光を形成する。
【００２４】
図３及び図５に示す実施形態では、光子バンドギャップ材料５０は、フリップチップ発光素子の、光が素子から抽出される面に設けられている。或る実施形態では、光子バンドギャップ材料は素子から離して配置され、蛍光材料層は光子バンドギャップ層から離して配置されている。図３及び図５に示す素子は、光子バンドギャップ材料と蛍光材料の両方が素子の側面を覆って広がっているが、他の実施形態では、それら材料の何れか又は両方が素子の表面しか覆っていない。そのような実施形態では、発光素子のウェーハを個々の素子に切り分ける前に、光子バンドギャップ材料及び蛍光材料を堆積させることができるので、それら材料を適用するのが簡単になる。
【００２５】
変換された光が発光素子に再突入するのを防ぐために光子バンドギャップ構造を使用することは、活性領域により放射された光のかなりの部分を変換することが求められる素子にとっては特に有用である。そのような例としては、ＵＶ又は青色の一次光をリン光体変換して、主として緑色、黄色、又は赤色発光素子を製作する場合、又は緑色、黄色、及び／又は赤色発光リン光体を使用して青色の一次光を部分変換し、カラー温度（ＣＣＴ）が５５００Ｋ未満の白色ＬＥＤを製作する場合がある。通常、活性領域により放射される光の中で蛍光材料層によって変換されずに素子を脱出する光が１０％未満になるような高い変換率は、素子に蛍光材料を大量「充填」することにより実現される。そのような大量充填は、変換された光子及び未変換の光子の両方が反射されてチップに戻る可能性を高め、素子全体の効率を下げる。
【００２６】
図６は、パッケージ化された発光素子の分解図である。挿入モールド成形されたリードフレーム１０６の中に放熱スラグ１００が入っている。挿入モールド成形されたリードフレーム１０６は、例えば、素子に電気経路を提供する金属フレーム１０５の周りにモールド成形された充填プラスチック材料である。スラグ１００は、随意でリフレクタカップ１０２を含んでいてもよい。代わりに、スラグ１００は、リフレクタカップなしの受け台であってもよい。発光素子ダイ１０４は、上記の素子の何れでもよいが、スラグ１００に直接に、又は熱伝導性サブマウント１０３を介して間接的に取り付けられる。随意でレンズ１０８を加えてもよい。
【００２７】
以上、本発明を詳細に説明してきたが、当業者には理解頂けるように、本開示内容に照らして、ここに記述した発明的概念の精神から逸脱することなく、本発明に変更を加えることできる。例えば、図３及び図５は、フリップチップ素子を示しているが、他の素子構成を使用することもできる。更に、上記の例ではIII群窒化物素子に言及しているが、他のIII−Ｖ群材料システム及びII−Ｖ群材料システムを含め他の材料システムの素子も、使用することができる。また、上記の例は三次元光子バンドギャップ材料に言及しているが、二次元光子バンドギャップ材料も使用することができる。従って、本発明の範囲は、ここに図示し説明した特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】先行技術によるリン変換式発光素子を示している。
【図２】先行技術によるリン変換式発光素子を示している。
【図３】本発明の実施形態による発光素子の断面図である。
【図４】図３に示す素子の一部の断面図である。
【図５】本発明の実施形態による発光素子の断面図である。
【図６】パッケージ化された発光素子の分解図である。
【符号の説明】
【００２９】
４０  基板
４２  ｎ型領域
４４  発光領域
４５  ｐ型領域
４６  接点
４７  相互接続部
４８  マウント
４９  蛍光材料層
５０  光子バンドギャップ材料
【図１】
2005340850.tif 000003
【図２】
2005340850.tif 000004
【図３】
2005340850.tif 000005
【図４】
2005340850.tif 000006
【図５】
2005340850.tif 000007
【図６】
2005340850.tif 000008
【外国語明細書】
2005340850.tif 000009
2005340850.tif 000010
2005340850.tif 000011
2005340850.tif 000012
2005340850.tif 000013
2005340850.tif 000014
2005340850.tif 000015
2005340850.tif 000016
2005340850.tif 000017
2005340850.tif 000018
2005340850.tif 000019
2005340850.tif 000020
2005340850.tif 000021
2005340850.tif 000022
2005340850.tif 000023
2005340850.tif 000024
2005340850.tif 000025
2005340850.tif 000026
2005340850.tif 000027
2005340850.tif 000028