(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する第１面と第２面を有し、ＧａＮから成る透光性基板と、
前記透光性基板の前記第１面上にｎ型の窒化物半導体層とｐ型の窒化物半導体層とを積層して形成された発光機能を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体から出射された発光の少なくとも一部を波長変換する蛍光物質を含む波長変換層と、を備えた半導体発光装置であって、
前記透光性基板の実装面である前記第１面は光出射面である前記第２面よりも広く、前記第１面と前記第２面を接続する側面は、前記第１面に対して傾斜した傾斜面と、前記傾斜面よりも前記第１面側にあって前記第１面とほぼ直交する垂直面とを含み、
前記波長変換層は、前記透光性基板の前記傾斜面と前記垂直面を含む光出射面に略均一な厚みで形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記透光性基板の側面において、前記垂直面の表面粗さは、前記傾斜面よりも小さな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】
前記波長変換層は、さらに前記蛍光物質を固着する結着材を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記結着材が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物であることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
さらに、前記透光性基板を前記第１面の側から支持する支持基板を備えた請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、半導体発光素子からの発光を波長変換する蛍光物質を備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体を用いて構成された発光素子に蛍光物質を組み合わせた半導体発光装置が広く用いられている。例えば、特許文献１には、窒化ガリウム系化合物半導体から成る青色発光素子にＹＡＧ系蛍光物質を組み合わせた白色発光装置が開示されている。図６に示すように、この白色発光装置は、凹状カップ２０の底面に青色発光素子５０を固定し、そのカップ２０内にＹＡＧ系蛍光物質を分散させた透光性樹脂４２を充填することによって構成されている。この白色発光装置は、青色発光素子５０から発する青色光の一部によってＹＡＧ系蛍光物質を励起し、透光性樹脂４２に含まれるＹＡＧ系蛍光物質から発する黄色光を青色発光素子の青色光と混色することによって白色を発光する。
【０００３】
一方、ＳｉＣ基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体を形成した半導体発光素子において、ＳｉＣ基板からの光取出し効率を高めるために、ＳｉＣ基板の側面に傾斜面を形成することが特許文献２に開示されている。ＳｉＣ基板は窒化物半導体からの発光に対して透光性を示すため、ＳｉＣ基板を通じて光を取出すことができる。しかし、ＳｉＣ基板から外部に光が出射する際に、基板表面で光の一部が反射して発光素子内に戻り、発光素子内で反射を繰り返す場合がある。ＳｉＣ基板の側面が傾斜面を有することにより、ＳｉＣ基板の表面における多重反射を減少し、光の取出し効率を高めることができる。
【０００４】
【特許文献１】特許３５０３１３９号公報
【特許文献２】特表２００４−５３７１７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２に開示された半導体発光素子を用いて特許文献１に開示された白色発光装置を構成すれば、高輝度の白色発光装置を構成することができる。図７は、そのような発光装置の例を示す模式断面図である。ＳｉＣ基板２の上に、窒化物半導体から成る半導体積層体４、オーミック電極を含む金属層６、ボンディング層７が積層されて発光素子１が構成される。ＳｉＣ基板２の側面は、途中に傾斜面２ｄを有するように加工されており、下面２ａ側から順に、第１垂直面２ｃ、傾斜面２ｄ、第２垂直面２ｅを有する。凹状のサブマウント２０の底面に発光素子１を半導体積層体４が下側となるようにハンダ１６で固定し、凹状のサブマウント２０の内部には蛍光物質を含む透光性樹脂層４２を充填する。このようにして構成した発光装置では、発光素子１から出射した青色光の一部が透光性樹脂層４２内の蛍光物質によって黄色光に変換され、発光素子１の青色光と混色されて白色発光が得られる。
【０００６】
しかしながら、このようにして白色発光装置を構成した場合、以下のような種々の問題があった。まず第１に、図６に示したような白色発光装置に比べて、白色光の面内色度分布が生じやすいという問題があった。即ち、図７のように側面が傾斜した基板２を用いた発光素子の場合、基板２の側面、特に傾斜面２ｄから取出される発光の割合が、図６に示したような発光装置に比べて高くなる。しかしながら、図７に示すように、基板２の側面中の傾斜面２ｄから出射した光が蛍光物質を含む透光性樹脂４２中を進む光路長は、基板２の上面２ｂから出射した光に比べて長い。特に、基板２の側面において傾斜面２ｄと上面２ｂの間に第２垂直面２ｅが形成されていると、上記の光路長差は一層大きくなる。発光素子の青色光と蛍光物質の黄色光との混色で得られる白色の色度は、青色光が蛍光物質含有層を通過する光路長に依存するため、基板２の上面２ｂから出射した青色光に基づく白色光と、基板２の傾斜面２ｄから出射した青色光に基づく白色光とでは、色度が異なってしまう。このため図７に示したような発光装置では、図６に示したような発光装置に比べて白色光の面内色度分布が生じやすくなる。
【０００７】
また、第２に、図７に示した発光装置において、基板２の第１垂直面２ｃから出射した光は、斜めの出射光となるため、角度を調整した反射鏡などを用いない限り発光装置の正面輝度に寄与しない。さらに、特に図７に示すように発光素子１を半導体層４が下側になるように実装した場合、第１垂直面２ｃは、光が正面方向に出射する上面２ｂから最も離れた位置になる。そのため第１垂直面２ｃから出射した光は、蛍光物質層を通過する光路長が上面２ｂから出射する光に比べて非常に大きくなり、色度ムラにも寄与し易い。
【０００８】
さらに、第３に、図７に示した発光装置では、サブマウント２０と基板２の間で電気的な短絡が生じやすいという問題もあった。即ち、発光素子１において半導体積層体４に電圧を印加して発光させるには、半導体積層体４の上下に異なる極性の電極を接続する必要がある。半導体積層体４の表面側に形成した電極４は、ボンディング層７とハンダ１６を通じてサブマウント２０の所定の電極に接続される。一方、半導体積層体４の裏面側は、導電性の基板２を通じて逆の極性の電極にワイヤ１８などで接続される。特許文献２では、ハンダ１６と半導体積層体４の側面との接触を防止するために、半導体積層体４の側面を絶縁保護膜で保護することが開示されている。しかし、その場合であっても、図８に示すように、ハンダ１６の回り込みによってハンダ１６と基板２が接触してしまう場合がある。上述の説明からわかる通り、ハンダ１６と基板２は互いに逆の極性になっているため、ハンダ１６と基板２が接触すると電気的な短絡が生じ、素子破壊や素子の動作不良の原因となる。
【０００９】
尚、上記第１から第３の問題のうち、第１及び第２の問題は、発光素子１を半導体積層体４が上側となるように実装した場合にも同様に生じる問題である。
【００１０】
そこで本件発明は、発光素子からの発光を波長変換する蛍光物質を有し、基板の側面に傾斜面を設けて光の取出し効率を高めた半導体発光装置において、上記第１乃至第３の問題点の少なくとも１つを解決し、優れた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】
【００１１】
上記目的を達成するために、本件発明に係る半導体発光装置は、互いに対向する第１面と第２面を有し、ＧａＮから成る透光性基板と、前記透光性基板の前記第１面上にｎ型の窒化物半導体層とｐ型の窒化物半導体層とを積層して形成された発光機能を有する半導体積層体と、前記半導体積層体から出射された発光の少なくとも一部を波長変換する蛍光物質を含む波長変換層と、を備えた半導体発光装置であって、前記透光性基板の実装面である前記第１面は光出射面である前記第２面よりも広く、前記第１面と前記第２面を接続する側面は、前記第１面に対して傾斜した傾斜面と、前記傾斜面よりも前記第１面側にあって前記第１面とほぼ直交する垂直面とを含み、前記波長変換層は、前記透光性基板の前記傾斜面と前記垂直面を含む光出射面に略均一な厚みで形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体発光装置によれば、透光性基板の第１面は第２面よりも広く、第１面と第２面を接続する側面は、第１面に対して傾斜した傾斜面を含んでいるため、多重反射を抑制して、光の取出し効率が向上することができる。しかも、透光性基板の表面のうち、半導体積層体の発光が出射する面（光出射面）に波長変換層が略均一な厚みで形成されているため、従来の発光装置で問題となっていた色ムラの問題を大幅に抑制することができる。即ち、従来の発光装置では、透光性基板の上面と側面との間で波長変換層を通過する厚さ（光路長）が異なっていたため、側面に傾斜面を形成して側面からの光取出し効率を高めると、面内の色ムラが顕著になっていた。これに対して本発明の半導体発光装置では、透光性基板の光出射面に波長変換層が略均一な厚みで形成されているため、側面からの光取出し効率を高めながら、色ムラを大幅に抑制することができる。このような均一な厚みの波長変換層は、例えば蛍光物質を分散させた電解液中で行う電気泳動沈着によって形成することができる。
【００１３】
また、本件発明の半導体発光装置は、透光性基板が導電性であり、透光性基板の側面を波長変換層で覆われていることが好ましく、それによって半導体積層体を形成した透光性基板を半導体積層体の形成面を下側にして支持基板上に実装する際に、ハンダなどの導電接合層による短絡が生じにくいという利点も得られる。即ち、透光性基板が導電性である場合、半導体積層体の表面に形成する電極と透光性基板は逆の極性となる場合が多い。従って、ハンダなどによって半導体積層体の表面に形成した電極と透光性基板とが接触すると、電気的な短絡が生じて素子破壊や素子の動作不良の原因となる。透光性基板の第１面又は第２面を絶縁性保護膜で覆うことは工程上容易であるが、透光性基板の側面は素子分割の際に形成されるため、絶縁性保護膜で覆うことが工程上容易ではない。そこで波長変換層によって透光性基板の側面を覆うことにより、ハンダなどの導電接合層による電極と透光性基板の間の短絡を容易に防止することができる。
【００１４】
透光性基板の側面において、垂直面の表面粗さは、傾斜面よりも小さなことが好ましい。これによって発光装置の正面輝度を高めると共に、色ムラも一層抑制することができる。即ち、透光性基板が傾斜面よりも第１面側にあって第１面とほぼ直交する垂直面（以下、第１垂直面）を有する場合、第１垂直面を出射した光は斜めの出射光となるため、角度を調整した反射鏡などを用いない限り発光装置の正面輝度に寄与しない。また、半導体積層体が下側になるように支持基板に実装して半導体発光装置を構成した場合、発光は透光性基板の第２面から正面方向に出射することになる。ところが、第１垂直面は、第２面から最も離れた位置になるため、この第１垂直面２ｃから出射した光は、正面方向に向かう成分が含まれていたとしても波長変換層を斜めに通過することとなって波長変換層中の光路長が第２面から出射する光に比べて大きくなり易く、色ムラにも寄与し易い。そこで第１垂直面の表面粗さを傾斜面よりも小さくすることにより、第１垂直面から出射する光量が抑制され、傾斜面などの他の面から出射できるようになる。従って、正面輝度を高めると共に、色ムラも一層抑制することができる。
【００１５】
波長変換層は、さらに前記蛍光物質を固着する結着材を含むことが好ましく、これによって蛍光物質の脱落などを防止して、より信頼性の高い発光装置とすることができる。ここで結着材としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物であることが好ましい。こうした結着材は、蛍光物質を結着する力が強いため、波長変換層内の蛍光物質が剥離しにくく、信頼性の高い発光装置とすることができる。また、これらの結着剤は、絶縁性も良好であるため、ハンダなどの導電接合層による電極と透光性基板の間の短絡を有効に防止することができる。また、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物を含む結着材は、上記元素を含む有機金属化合物（好ましくはさらに酸素を含む）を加水分解させたゾルとして電解液中に含ませておくことができる。そのゾル溶液に蛍光物質を分散させ、電気泳動沈着させた後、乾燥して溶媒を除去すれば、上記元素を含む酸化物が容易に得られる。また、これらの有機金属材料から成るゾル溶液に蛍光物質を分散させると、蛍光物質が有機金属材料から成るゾルによって内包されて帯電するため、特別な帯電剤を用いなくても良い。また、これらの有機金属化合物を非水系溶媒にゾルとして含ませれば、電気泳動沈着の際に水素ガスなどが発生しにくく、蛍光物質を固着させる結着材に気泡が残存することなく、均一な形状となる。これにより、蛍光物質により波長変換された出射光の色度を発光観測方位により均一とすることができる。
【００１６】
透光性基板が、ＧａＮから成ることが好ましい。特に、窒化物半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体から成る場合は、熱膨張係数差や屈折率差の小さなＧａＮを透光性基板に用いることにより、発光効率や信頼性に優れた発光装置を得ることができる。また、ＧａＮは、４５０ｎｍ付近の短波長域においても可視光に対する吸収率が低いため膜厚を厚くしても発光効率が低下しないため好ましい。
【００１７】
さらに、半導体発光装置は、透光性基板を第１面の側から支持する支持基板を備えることが好ましい。透光性基板の第１面が下側となるように支持基板に実装すれば、発光面が狭くなって点光源に近くなる、安定な実装が可能となる、といった利点が得られる。また、このような実装形態では透光性支持基板と電極の間の短絡が起きやすくなるが、前述のように透光性基板の側面に波長変換層を形成しておけば、そのような短絡も効果的に防止することができる。
【００１８】
尚、本件発明において、「透光性」とは半導体積層体から出射した発光が少なくとも外部から観測できる程度に透過できることを指す。
【発明の効果】
【００１９】
本件発明によれば、発光素子からの発光を波長変換する蛍光物質を有し、基板の側面に傾斜面を設けて光の取出し効率を高めた半導体発光装置において、色ムラなどの問題を解決し、優れた発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す模式断面図である。図１の半導体発光装置は、サブマウント２０（＝支持基板）の上に、半導体発光素子１が実装されて成る。半導体発光素子１は、互いに対向する第１面２ａと第２面２ｂを有し、導電性の透光性基板２の第１面２ａ上に、ｎ型の窒化物半導体層とｐ型の窒化物半導体層とを順に積層して形成された発光機能を有する半導体積層体４を有する。半導体積層体４の側面は絶縁保護膜４で覆われている。半導体積層体４中のｎ型窒化物半導体層は、透光性基板２の裏面に形成されたｎ側電極１０、ｎ側パッド電極１２、ワイヤ１８を通じて外部電源の負極に接続されている。一方、半導体積層体４中のｐ型窒化物半導体層は、ｐ側電極６、ハンダなどの導電接合層１６、サブマウント２０内の配線層を通じて外部電源の正極に接続されている。半導体積層体４は、外部から電圧を印加することによって発光するように構成されている。また、半導体積層体４から出射される発光の少なくとも一部を波長変換する蛍光物質を含む波長変換層１４が透光性基板２の表面に形成されている。
【００２１】
本実施の形態では、透光性基板２とｎ側電極１０は半導体積層体４の発光を透過できる材料から形成されており、透光性基板２とｎ側電極１０を通じて発光が外部に放出される。また、透光性基板２を通じた光の取出し効率が向上するように、透光性基板の第１面２ａは第２面２ｂよりも広く、第１面２ａと第２面２ｂを接続する側面は、第１面２ａに対して傾斜した傾斜面２ｄを含んでいる。また、本実施の形態では、透光性基板２の第１面２ａと傾斜面２ｄの間に第１面と直交した第１垂直面２ｃが形成され、第２面２ｂと傾斜面２ｄの間に第２面と直交した第２垂直面２ｅが形成されている。このように形成された透光性基板２は、傾斜面２ｄによって光の取出し効率が向上する。即ち、半導体積層体４で生じた発光は透光性基板２を通じて外部に取り出されるが、透光性基板２の表面に入射する際の入射角（入射面の法線と入射光線のなす角）が臨界角よりも大きいと表面で全反射して素子内部に戻ってしまう。透光性基板２が垂直な側面を有している場合には、このような全反射を起こした光は同じ面に対しては常に同じ入射角を持つことになり、全反射を繰り返し易い（多重反射）。そして多重反射するうちに、素子内部で光が吸収され、光が減衰してしまう。透光性基板２の側面が傾斜面２ｄを有することにより、傾斜面２ｄにおいて入射角が変化するため、多重反射を防止して光の取出し効率を高めることができる。また、特に傾斜面２ｄは、第１垂直面２ｃや第２垂直面２ｅに比べて光の入射角が小さくなり易いため、傾斜面２ｄを通じて光が取り出され易くなる。尚、透光性基板２の傾斜面２ｄが第１面２ａに対して有する傾斜角度は40°〜70°、より好ましくは45°〜60°であることが望ましい。傾斜角度をこのような範囲に設定することにより、透光性基板２の多重反射をより抑制し、光取出し効率を一層高めることができる。
【００２２】
また、本実施の形態において、透光性基板２の表面のうち、半導体積層体４の発光が出射する面（光出射面）に波長変換層１４が略均一な厚みで形成されている。ここで透光性基板２の光出射面とは、透光性基板の表面（第１面２ａ、第２面２ｂ、及び側面２ｃ〜ｅ）のうち、遮光性部材が直接又は間接に形成されておらず、半導体積層からの発光を透過させるような部分を指す。図１の例では、透光性基板２の全ての側面２ｃ〜ｅ、及び第２面２ｂのうちｎ側パッド電極１２が形成されていない部分が光出射面となる。この光出射面に蛍光物質を含む波長変換層１４が略均一な厚みで形成されているため、従来の発光装置で問題となっていた色ムラの問題を大幅に抑制することができる。即ち、従来の発光装置では、透光性基板２の上面と側面との間で波長変換層を通過する厚さ（光路長）が異なっていたため、側面に傾斜面２ｄを形成して側面からの光取出し効率を高めると、面内の色ムラが顕著になっていた。これに対して本実施の形態の発光装置では、透光性基板２の光出射面である上面（＝第２面）２ｂ及び側面２ｃ〜ｅに波長変換層１４が略均一な厚みで形成されているため、側面からの光取出し効率を高めながら、色ムラを大幅に抑制することができる。このような均一な厚みの波長変換層１４は、後述するように、例えば蛍光物質を分散させた電解液中で行う電気泳動沈着によって形成することができる。尚、単一の発光素子内の波長変換層１４の持つ厚みバラツキの標準偏差が、平均膜厚の１２％以下、より好ましくは１０％であることが望ましい。波長変換層１４がこのような厚みを有することによって、色ムラの少ない良好な混色光を得ることができる。
【００２３】
また、透光性基板２の側面において、第１垂直面２ｃの表面粗さは、傾斜面２ｄよりも小さなことが好ましい。これによって発光装置の正面輝度を高めると共に、色ムラも一層抑制することができる。即ち、側面のうち第１垂直面２ｃを出射した光は斜めの出射光となるため角度を調整した反射鏡などを用いない限り発光装置の正面輝度に寄与しない。また、図１に示すように半導体層４が下側になるように実装した場合、第１垂直面２ｃは、光が正面方向に出射する第２面２ｂから最も離れた位置になる。従って、この第１垂直面２ｃから出射した光は、正面方向に向かう成分が含まれていたとしても波長変換層１４を斜めに通過することとなって波長変換層１４中の光路長が上面２ｂから出射する光に比べて大きくなり易く、色ムラにも寄与し易い。そこで第１垂直面２ｃの表面粗さを傾斜面２ｄよりも小さくすることにより、第１垂直面２ｃから出射する光量が抑制され、傾斜面２ｄなどの他の面から出射できるようになる。従って、正面輝度を高めると共に、色ムラも一層抑制することができる。第１垂直面２ｃの表面粗さを小さくすることによって第１垂直面２ｃからの出射光量を抑制できるのは、第１垂直面２ｃにおける散乱を抑制して、入射角の大きな成分をそのまま素子内に反射させることができるためである。反射した光は素子内でさらに反射して傾斜面２ｄなどの他の面から出射される。尚、本件発明における「表面粗さ」は、例えば、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）によって測定することができる。
【００２４】
また、本実施の形態では、透光性基板２の側面が波長変換層１４で覆われているため、半導体積層体４を形成した透光性基板２を支持基板２０上に実装する際に、ハンダなどの導電接合層１６による短絡が生じにくいという利点も得られる。即ち、透光性基板２はｎ側電極１０と接続しており、ｐ側電極６とは逆の極性となっている。従って、ハンダ１６によってｐ側電極６と透光性基板２とが接触すると、電気的な短絡が生じて素子破壊や素子の動作不良の原因となる。透光性基板２の第１面又は第２面を絶縁性保護膜で覆うことは工程上容易であるが、透光性基板の側面は素子分割の際に形成されるため、絶縁性保護膜で覆うことが工程上容易ではない。そこで波長変換層１４によって透光性基板２の側面を覆うことにより、ハンダなどの導電接合層１６によるｐ側電極６と透光性基板２の間の短絡を容易に防止することができる。
【００２５】
波長変換層１４は、少なくとも半導体積層体４からの発光を波長変換する蛍光物質を含むが、さらに蛍光物質を固着する絶縁性の結着材を含むことが好ましい。また、蛍光物質と結着材は、さらに透光性樹脂により被覆されていても良い。これにより、蛍光物質と結着材を半導体発光素子に対して更に強固に固定させ、外部環境から保護することができる。なお、透光性樹脂は、結着材によって半導体発光素子から離間して形成することが好ましく、それによって半導体発光素子からの光による着色劣化が抑制される。また、結着材の屈折率は、透光性樹脂の屈折率より大きいことが好ましい。光取り出し方向へ徐々に屈折を小さくすることにより、発光素子からの光、あるいは結着材に含有される蛍光物質により波長変換された光が全反射されることなく、発光観測方向に効率よく出力される。従って、光の取り出し効率が高い発光装置とすることができる。
【００２６】
結着材は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物であることが好ましい。一部にこれら元素の水酸化物を含んでいても良い。こうした結着材は、蛍光物質を結着する力が強い。したがって、半導体発光素子に形成された波長変換層内の蛍光物質が剥離しにくく、信頼性の高い発光装置とすることができる。また、これらの結着剤は、絶縁性も良好であるため、ハンダなどの導電接合層１６によるｐ側電極６と透光性基板２の間の短絡を有効に防止することができる。上記元素を含む酸化物の中でも、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭＳｉＯ3（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂなど）といった無機材料を結着材とすることが好ましい。これらの無機材料は、透光性が良好であるため発光素子の発光効率を高くでき、また、発光素子の強い光に対する耐久性も高い。
【００２７】
また、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物を含む結着材は、上記元素を含む有機金属化合物（好ましくはさらに酸素を含む）のゾルとして電解液中に含ませておくことで容易に形成できる。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。このような有機金属化合物は、加水分解などの化学反応をして酸化物となりやすい。従って、これらの有機金属材料から成るゾル溶液に蛍光物質を分散させ、電気泳動沈着させた後、乾燥して溶媒を除去すれば、上記元素を含む酸化物によって蛍光物質を固着させることができる。また、これらの有機金属材料から成るゾル溶液に蛍光物質を分散させると、蛍光物質が有機金属材料から成るゾルによって内包されて帯電する。従って、特別な帯電剤を用いなくても良い。また、これらの有機金属化合物を非水系溶媒にゾルとして含ませれば、電気泳動沈着の際に水素ガスなどが発生しにくく、蛍光物質を固着させる結着材に気泡が残存することなく、均一な形状となる。これにより、蛍光物質により波長変換された出射光の色度を発光観測方位により均一とすることができる。
【００２８】
次に、図１に示す半導体発光装置の製造方法について、図３Ａ〜Ｆ、及び図４を参照しながら説明する。
（１）窒化物半導体素子１の製造
図３Ａ〜Ｆは、窒化物半導体素子の製造工程を示す模式断面図である。まず、図３Ａに示すように、導電性を持つ透光性基板２の一方の主面（＝第１面）に、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層を積層して形成した半導体積層体４を複数形成する。図３Ａに示すように、半導体積層体４は素子ごとに分離しておく。
【００２９】
次に、図３Ｂに示すように、半導体積層体４の表面に、半導体積層体４にオーミック接触するオーミック電極層を含むｐ側電極６を形成する。ｐ側電極６には、窒化物半導体素子１をサブマウント２０に実装する際の導電接合層の拡散を防止できるようなバリア層が含まれていても良い。そして、半導体積層体４及びｐ側電極６の側面をＳｉＯ２等の絶縁保護膜８で覆う。絶縁保護膜８によって半導体積層体４の側面を覆うことにより、後から形成する導電接合層１６によるｐ型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層の間の短絡や、寄生ダイオードの形成を防止することができる。
【００３０】
次に、図３Ｃに示すように、透光性基板２の反対側の主面（＝第２面）にｎ側電極１０とｎ側パッド電極１２を形成する。ｎ側電極１０は、適当な導電性酸化物（例えばＩＴＯ）など透光性を有する材料で構成することが好ましい。ｎ側パッド電極１２は、後からワイヤを安定に接合できるように、ワイヤとの密着性が良い金属材料とすることが好ましい。ｎ側パッド電極１２は、ある程度の厚膜とする必要があり、透光性とすることは困難である。従って、ｎ側パッド電極１２は、ワイヤボンディングに必要最小限の面積とすることが好ましい。その後、透光性基板２の半導体積層体４を形成した側の主面（＝第１面）を粘着シート２２に固定する。
【００３１】
次に、図３Ｄに示すように、ダイサーによって碁盤目状にハーフカットを行う。このときダイサーブレード２４のＶ字状のブレード先端によって透光性基板２の傾斜面２ｄが形成され、ダイサーブレード２４の垂直な側面によって第２垂直面２ｅが形成される。傾斜面２ｄの傾斜角度や面積、及び第２垂直面２ｅの面積はダイサーブレード２４の形状によって制御することができる。尚、第２垂直面２ｅがなく、傾斜面２ｄと第２面２ｂが直接接続していても構わない。
【００３２】
次に、図３Ｅ及びＦに示すように、ダイシングによって形成された溝に沿ってスクライブ又はブレーキングを行うことによって、素子ごとに分割する。この工程によって透光性基板２の第１垂直面２ｃが形成される。こうしてスクライブ又はブレーキングによって形成された第１垂直面２ｃは、ダイシングによって形成された傾斜面２ｄ及び第２垂直面２ｅよりも表面粗さが小さくなる。従って、図２に示したような表面粗さの関係を持った透光性基板２が得られる。こうして半導体発光素子１を得ることができる。
【００３３】
（２）波長変換層１４の形成
次に、図３Ａ〜Ｆの製造工程によって得られた窒化物半導体素子１に蛍光物質を含む波長変換層１４を形成する方法について説明する。本件実施の形態において、波長変換層１４は、略均一な膜厚となるように電気泳動沈着によって形成することが好ましい。図４は、蛍光物質を含む波長変換層１４を電気泳動沈着によって形成する工程を示す模式断面図である。
【００３４】
図４に示すように、半導体発光素子１を支持電極２６の上に固定し、電着浴３２内の電解液３４に浸漬させる。電解液３４には、帯電した蛍光物質３６が分散されている。支持電極２６と対向するように対極２８を設置し、外部電源３０によって支持電極２６と対極２８の間に電圧を印加する。このとき支持電極２６に対して蛍光物質３６の帯電と異なる極性の電圧を印加することにより、電解液３４中の蛍光物質３６が半導体発光素子１に向かって泳動する。そして半導体発光素子１の表面のうち、導電性の部分は蛍光物質３６と逆の極性に帯電しているため、その表面に蛍光物質３６が均一な膜厚で沈着する。その沈着物を乾燥させることによって余分な電解液３４の溶媒などを除去すれば、図１に示されるような、蛍光物質を含む波長変換層１４を略均一な膜厚で形成することができる。電解液３４は、蛍光物質３６に加えて結着材や帯電材を含んでいても良い。その場合、形成される波長変換層１４には、蛍光物質３６以外に結着材や帯電材が含まれることになる。さらに波長変換層１４は、蛍光物質や結着材を覆う透光性樹脂を有していても良い。波長変換層１４内において、蛍光物質は半導体発光素子からの発光を波長変換できるように配置されていればよく、半導体発光素子と蛍光物質との間に透光性の他の部材などを介在していても構わない。
【００３５】
以下、電気泳動沈着の詳細について説明する。
（ａ）電着浴３２
電着浴３２中の電解液３４には、種々のものを用いることができる。溶媒としてはイソプロピルアルコール、アセトン等の非水系溶媒が好ましい。電解質としては、例えば、硝酸マグネシウム等を加えることができる。この中にＹＡＧ等の蛍光物質を分散させれば、ＹＡＧ蛍光物質のゼータ電位がプラスであるため、ＹＡＧ蛍光物質はプラスに帯電する。そこで半導体発光素子１をマイナス極性に帯電させれば窒化物半導体素子１に向かって蛍光物質が泳動し、窒化物半導体１の表面に蛍光物質を堆積させることができる。窒化物半導体素子１の表面に蛍光物質が固着できるように蛍光物質粒子の表面に適当な結着作用を持つ樹脂層などを形成しておいても良いが、電解液３４に適当な結着材を含ませることが好ましい。
【００３６】
電解液３４に含ませる結着材は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ及びアルカリ土類金属から選択された少なくとも１種の元素を含む有機金属化合物（好ましくはさらに酸素を含む）から形成することが好ましい。これらの有機金属化合物を非水系ゾル溶液にして電気泳動沈着を行えば、水素ガスなどの気泡を発生させることなく、均一な形状の波長変換層を形成させることができる。また、有機金属化合物は加水分解反応などによって最終的に酸化物からなる結着材となる。ここで、有機金属化合物には、アルキル基、アリール基を含む化合物等も含まれる。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。中でも金属アルコキシドが好ましい。有機金属化合物のうち常温で液体の有機金属化合物を使用すれば、ＩＰＡ等の溶媒に容易に溶かすことができる。そうすれば作業性を考慮した電解液の粘度調節や、電解液中での有機金属化合物等の凝固物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させることができる。また、このような有機金属化合物は、加水分解などの化学反応によって酸化物となりやすい。従って、これらの有機金属材料から成るゾル溶液に蛍光物質を分散させ、電気泳動沈着させた後、乾燥して溶媒を除去すれば、上記元素を含む酸化物によって蛍光物質を固着することができる。また、これらの有機金属材料から成るゾル溶液に蛍光物質を分散させると、蛍光物質が有機金属材料から成るゾルによって内包されて帯電する。したがって、予め蛍光物質を帯電させる工程を有することなく、結着材の材料自体で蛍光物質を帯電させることができるため、作業性よく発光装置を製造することができる。
【００３７】
以下、結着材のより具体的な例について説明する。
（ＳｉＯ２による結着材）
ＳｉＯ２により蛍光物質が固着されてなる結着材は、アルキルシリケートとアルコールやアセトンのような非水溶媒とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光物質（粉体）を均一に分散させた混合溶液を調整して、その混合溶液中で電気泳動沈着することにより形成することができる。尚、この場合はシリカゾル自身が電解質の役割も果たす。
【００３８】
アルキルシリケートは、以下の［式１］のような一般式で表される単量体（モノマー）が加水分解してさらに縮重合したものである。ここで、Ｒはアルキル基であり、メチル基の場合メチルシリケート、エチル基の場合エチルシリケート、ｎ−プロピル基の場合Ｎ−プロピルシリケート、ｎ−ブチル基の場合Ｎ−ブチルシリケートとなる。
［式１］
0005308618.tif 000002
【００３９】
アルキルシリケートの一種であるエチルシリケートは、次に示すような構造をもち、主に四塩化ケイ素とエタノールとの反応、あるいは金属ケイ素とエタノールとの反応から合成される無色透明の液体である。即ち、上記一般式において、Ｒをエチル基とした構造式によって示される単量体（モノマー）が、加水分解してヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子（中間体としてシラノールの単量体等が挙げられる）となり、さらにヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子同士から水分子（Ｈ２Ｏ）が取れて縮合し、Ｓｉが酸素を介して繋がったシロキサン結合が生成して、次の［式２］のような構造となる。
［式２］
0005308618.tif 000003
【００４０】
エチルシリケートの溶液を触媒の存在下で水と反応させると、以下の［式３］に示されるような加水分解反応により、溶液はＳｉＯ２のコロイド粒子が分散したゾル溶液となる（ゾル化）。さらに、加水分解反応が進み、溶液を乾燥することにより、溶液濃度が高くなりゲル化する。反応が進行するに従って粘度が高くなるが、作業性等を考慮して反応の進行を調節する。
［式３］
0005308618.tif 000004
【００４１】
加水分解反応は、中性条件では極めて緩やかに進行するが、触媒として酸または塩基が存在すると発熱を伴い急速に進行する。塩基性触媒を使用する場合、得られる加水分解溶液は不安定で過度にゲル化しやすく作業性を低下させるため、塩酸等の酸性触媒を少量使用し、長時間かけて加水分解反応させることが好ましい。
【００４２】
エチルシリケートの加水分解反応は温度が高いほど速く進行し、生成物のエタノールが除去されるとそれはさらに進行し易くなる。また、エチルシリケートの加水分解を進行させて生成するゲルを加熱するとＳｉＯ２が形成される。従って、エチルシリケートのゾル溶液に蛍光物質を含有させて発光素子の表面上に電気泳動沈着させ、乾燥させて溶媒を除去すると、ＳｉＯ２により蛍光物質が固着されてなる結着材が発光素子に形成される。
特に、本形態において、予めエチルシリケートをゾル状態の加水分解溶液とし、該加水分解溶液に蛍光物質を含有させた後、発光素子表面に電気泳動沈着させる。蛍光物質等を混合した電解液に水分が多く含まれていると、電気泳動沈着したときに水素が発生して波長変換層の表面状態が悪化し、発光装置の光学特性に悪影響を及ぼす場合がある。ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は水分を殆ど含まない。従って、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、波長変換層を容易に形成することができる。
【００４３】
尚、反応条件を適宜調整することにより、結着材中に、ＳｉＯ２生成の中間体であるＳｉ（ＯＨ）４や、出発物質であるエチルシリケート、エタノールを微量に含ませることができる。結着材にＳｉ（ＯＨ）２などの無機物、および未反応のエチルシリケートやエタノールなどの有機物が微量に存在することにより、結着材表面には、ヒドロキシル基やエチル基などの極性の強い官能基が存在することになる。このような官能基の存在により、フッ素樹脂のような極性を有する疎水性材料あるいは分子構造の末端にヒドロキシル基を有する封止樹脂との馴染み、或いは濡れ性が良好となる。従って、少量の封止樹脂を使用しても、結着材上に封止樹脂を接着性よく配置することができる。また、結着材にＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などの無機物が多量に存在することにより、半導体素子からの高出力光による結着材の劣化を防ぐことができるだけでなく、半導体素子あるいは半導体発光素子の表面に形成する導電層（後述）との馴染み或いは濡れ性がよくなる。これは、ＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などと、半導体素子あるいは導電層に含まれる金属イオンとの静電気的な結合が生じていると考えられる。そのため、結着材の固着力が高まる。
【００４４】
即ち、エチルシリケートのような有機金属化合物を使用して、ＳｉＯ２により蛍光物質が固着されてなる結着材を形成すると、結着材は、ほぼ無機物で形成されていながら、有機物としての性質も僅かながら残しているため、半導体発光素子や導電層の表面、あるいは必要に応じて配される封止樹脂等に対してよく馴染み、製造歩留まりが向上し、かつ紫外線による劣化もほとんどない信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００４５】
（Ａｌ２Ｏ３による結着材）
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする結着材は、アルミニウムアルコレート、あるいはアルミニウムアルコキサイドと有機溶剤とを所定の割合で混合してなるアルミナゾル中に粒子状蛍光物質を均一に分散させた混合溶液を材料として、電気泳動沈着を行うことにより形成することができる。例えば、イソプロピルアルコールを母液とする溶液に、有機溶剤としてアセトン、アルミナゾルおよび蛍光物質を含有させて混合溶液とする。
【００４６】
アルミニウムアルコレート、あるいはアルミニウムアルコキサイドの一種であるアルミニウムイソプロポキサイド、アルミニウムエトキサイド、およびアルミニウムブトキサイドは、常温で無色透明の液体であり、水酸化アルミニウムを生成し、その後、乾燥させると酸化アルミニウムを生成する。例えば、アルミニウムイソプロポキサイドは、以下の［式４］のように反応し、最終的には、水酸化アルミニウムからアルミナとなる。
［式４］
0005308618.tif 000005
【００４７】
アルミニウムイソプロポキサイドを含むゾル溶液に、粒子状蛍光物質を含有させて混合液とし、その混合液中で粒子状蛍光物質を帯電させることができる。さらに、その混合液を材料として電気泳動沈着させた後、生成するＡｌ2Ｏ3にて蛍光物質を半導体発光素子に固着させることができる。
【００４８】
（ｂ）半導体発光素子１／支持電極２６
電気泳動沈着では、半導体発光素子１の表面のうち、蛍光物質３６を堆積させたい領域は支持電極２６を通じて蛍光物質と逆の極性に帯電させる必要がある。本実施の形態のように透光性基板２が導電性材料から成る場合、ｐ側電極６及び半導体積層体４を通じて透光性基板２の全体が支持電極２６と同一極性に帯電する。従って、絶縁保護膜８によって覆われた領域や支持電極２６によって遮蔽された領域を除いて、透光性基板２の全面に蛍光物質３６が沈着する。このような導電性材料としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２、Ｇａ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＧａＡｓ（１１１）、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が好ましい。これらの材料によって透光性基板２を構成すれば、導電性である上に、その上にIII−Ｖ族窒化物半導体を成長可能であるため好ましい。一方、蛍光物質３６を堆積させたくない領域が導電性である場合には、マスクなどで覆う必要がある。例えば、本実施の形態であれば、ｎ側パッド電極１２は後からワイヤボンディングが行えるように、適当な絶縁性のマスク３６で覆っておくことが好ましい。
【００４９】
尚、本実施の形態では、透光性基板２が導電性材料である場合を例に説明しているが、透光性基板２としてサファイアなどの絶縁性材料を用いることも可能である。その場合には、ｐ側電極６及びｎ側電極１０をいずれも半導体層４側に形成すれば良い。また、この場合、透光性基板２を支持電極２６と同一の極性に帯電させるために、透光性基板２の表面に導電層を予め形成しておくことが好ましい。この導電層は、蛍光物質を沈着させる部分が露出されるようなマスクを施した後、蒸着法、スパッタリング、スクリーン印刷、インクジェット塗布、スプレー塗布などの方法により形成することができる。導電層と半導体発光素子との間に、他の部材（例えば、透光性の樹脂やガラスなど）を介在していても良い。導電層の材料としては、例えば、ｉ）Ａｌのような金属材料の薄膜や、ｉｉ）亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）及びスズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物（酸化亜鉛、インジウムとスズの複合酸化物（ＩＴＯ）など）、が挙げられる。半導体発光素子からの光に対して透光性の高い導電層とすることにより、半導体発光素子からの光が損失することなく、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
【００５０】
導電層は、波長変換層を電気泳動沈着によって形成しながら、又はした後、透光性を向上する処理を行うことが好ましい。即ち、半導体発光素子を被覆する導電層の材料の選択によっては、形成された発光装置の光学特性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、導電層がＩＴＯなどの導電性酸化物である場合、電気泳動沈着中に印加される電圧の極性によっては着色することがある。このように着色したＩＴＯが発光素子の上に残存すると、発光素子からの光が吸収され、発光装置の光取り出し効率が低下してしまう。その場合には、導電層を加熱することにより、発光素子の光に対して高い透光性を有する酸化物にすることが好ましい。
【００５１】
また、アルミニウムのような金属材料を導電層とすると、膜厚が厚いほど発光素子からの光の透過率が低下する。また、半導体発光素子の側面に直接アルミニウムのような導電層が付着すると導電層自身によって半導体発光素子の電気的な短絡やリークが起きる場合がある。一方で、電気泳動沈着によって蛍光物質を沈着させるためにはある導電層にある程度の膜厚が必要である。そこでアルミニウムなどの導電層をある程度の厚さに形成しておき、電気泳動沈着の電解液に導電層を構成する金属材料を溶解させる材料を含有させることにより、電気泳動沈着中に導電層を溶解させることができる。これによって金属材料から成る導電層を薄膜化すれば、半導体発光素子の発光効率の低下や電気的リークを抑制することができる。
【００５２】
この方法を用いる場合、導電層の材料は、電解液に可溶な金属であり、且つ発光素子を形成している透光性基板と密着性が良好な金属とすることが好ましい。このような導電層の材料として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）あるいはＷ（タングステン）から選択された少なくとも一種を含む金属材料が挙げられる。一方、電解液も導電層の組成に応じて、導電層を溶解可能な組成とする。例えば、導電層がアルミニウムであるとき、有機金属化合物のゾルを、アルミニウムアルコレートを材料とするアルミナゾルとしたり、電解液にアルミニウムを溶解させる酸やアルカリ、例えば、塩酸や硝酸を含有させたりすれば、電着浴に浸漬している間にアルミニウムを溶解させることができる。導電層の厚みは、電気泳動沈着の開始から終了まで導電性を有し、且つ電気泳動沈着の工程後は、十分な透光性を有する部材に変換されるように設定することが好ましい。具体的には、電解液に含有されて導電層を溶解させる物質の量、電気泳動沈着の工程における電圧、その電圧の印加時間などを考慮して決定される。
【００５３】
このようにして形成された波長変換層１４には、その厚み方向に、導電層を構成する物質が濃度勾配をもった領域が形成される。例えば、導電層の材料をアルミニウムとし、電解液に塩酸を含有させると、アルミニウムが塩酸により溶解された成分（例えば、アルミニウムイオン）が濃度勾配をもった領域が形成される。この濃度勾配は、半導体発光素子の側で濃度が高く、半導体発光素子から遠ざかるに従って徐々に濃度が低下する濃度分布となっている。なお、この濃度分布の分析方法として、ＧＤＳ（グロー放電発光分光分析）やＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）などを採用することができる。
【００５４】
尚、導電層の透光性を高める処理は、電気泳動沈着の間に行っても良いし、電気泳動沈着が終了してから行っても良い。例えば、電着浴３２から半導体発光素子１を取り出した後、導電層及びその上への沈着物を自然乾燥又は加熱しながら乾燥する。この間にも、電気泳動沈着後に残存している導電層の透光性部材への変換を促進させることができる。導電層は、少なくとも発光素子の光を透過させれば、ある程度残存していてもよい。
【００５５】
半導体発光素子１を帯電させる支持電極２６としては、種々のものを用いることができる。例えば、図３Ｆの後で半導体発光素子１を別の粘着シートに転写した後、さらに導電性を有する粘着シートに転写し、その導電性の粘着シートを支持電極２６としても良い。また、図３Ｆで用いた粘着シート２２に半導体発光素子１を保持したまま、全体に導電層を形成することにより、導電層を形成した粘着シート２２を支持電極２６として機能させても良い。さらに本実施の形態では、波長変換層１４を電着によって形成した後に透光性基板２を支持基板２０に実装する例について説明したが、波長変換層１４の電着を透光性基板２の実装後に行っても構わない。その場合、支持基板２０が支持電極として機能することになる。また、その場合、支持基板２０の導体配線上など、発光素子１以外の導電部分は絶縁部材にてマスクすることが好ましい。マスクに用いる絶縁部材としては、二酸化ケイ素からなる無機材料や、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような絶縁性材料が好ましい。尚、支持基板２０への実装後に波長変換層１４を形成した場合、波長変換層１４によるｐ側電極６と透光性基板２との短絡防止という効果は得られないが、本件発明の他の利点は維持される。
【００５６】
以下、本形態の各構成について詳述する。
（半導体発光素子１）
本実施の形態における半導体発光素子１について、ＬＥＤチップを例として説明する。尚、半導体発光素子１は、ＥＬ素子など、ＬＥＤチップ以外の適当な半導体発光素子であっても良い。ＬＥＤチップを構成する発光素子としては、ＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体により形成された半導体発光素子を挙げることができるが、蛍光物質を使用する場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体発光素子の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００５７】
窒化物半導体を積層して半導体積層体を形成するための透光性基板２の材料として、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＺｒＢ２、Ｇａ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＧａＡｓ（１１１）、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等などの導電性基板が好適に用いられる。特に、窒化物半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体から成る場合は、熱膨張係数差や屈折率差の小さなＧａＮを用いることが好ましい。また、ＧａＮは、４５０ｎｍ付近の短波長域においても可視光に対する吸収率が低いため膜厚を厚くしても発光効率が低下しないため好ましい。即ち、透光性基板２が厚い方が多重反射の回数が減るため、光取り出し効率が効率する。しかし、ＳｉＣ等の可視光域における吸収率がある程度高いため、ＳｉＣ等から成る透光性基板を厚くしていくと、ある程度の厚さまでは光取りだし効率が向上していくが、ある一定以上に厚くすると、透光性基板２による吸収が影響して光取りだし効率が却って低下する。これに対して、ＧａＮから成る透光性基板２の場合には、吸収の影響が少ないため、２００μｍ程度までは光取りだし効率が単調に増加していき、それより厚くしても光取りだし効率が低下することはない。従って、ＳｉＣ等に比べて、より高い光取りだし効率を得ることができる。尚、ＧａＮから成る透光性基板２には、Ａｌ、Ｉｎ等が少量含まれていても良く、導電性を付与するためにＳｉ等の不純物が含まれていても良い。
【００５８】
また、透光性基板２は、サファイアなどの絶縁性基板であっても良い。中でも、サファイア基板が好適に利用される。サファイア基板は、窒化物半導体を結晶性良く積層させることができるからである。その場合の導電層として、サファイア基板に対して密着性がよい金属材料、例えば、アルミニウムを選択することが好ましい。これによって導電層の剥離が起きにくく、信頼性の高い発光素子にできる。
【００５９】
（支持基板：サブマウント２０）
本実施の形態ではサブマウント２０が支持基板であるが、支持基板は少なくとも発光素子１を実装可能な基板であれば特に限定されない。また、その実装の仕方も、図１に示す方法に限らず、フリップチップ実装など種々の方法が可能である。支持基板の材料は、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＢＮ、Ｃ（ダイヤモンド）などが好ましい。より好ましくは、発光素子１と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体を材料とする発光素子に対して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が選択される。これにより、支持体と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。
【００６０】
（波長変換層１４）
本形態における波長変換層１４は、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光物質を含有する。波長変換層は、レンズのような光学素子に配置させたり、光ファイバの先端に配置させたりすることもできる。このような波長変換層１４は、蛍光物質と、その蛍光物質を固着させるための結着材と、を含むことが好ましい。特に、結着材は、金属アルコキシドのゾル溶液のゲル化生成物とすることが好ましい。また、波長変換層の発光素子への固定を強化させるため、電気泳動沈着により形成された蛍光物質層に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透光性樹脂やガラスなどの、他の結着材を含浸させることが好ましい。
【００６１】
本実施の形態における蛍光物質は、発光素子１の光を変換させるものであり、発光素子１からの光をより長波長に変換させるものの方が効率がよい。特に、発光素子１の発光する青色光を黄色光に変換する蛍光物質を用いれば、白色を発光可能は発光装置が得られるため好ましい。特に、発光素子１からの光がエネルギーの高い短波長の可視光の場合、アルミニウム酸化物系蛍光物質の一種であるセリウムで付活されたアルミニウム・ガーネット系蛍光物質が好適に用いられる。アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、耐久性に優れるため、発光素子１の出力が高い場合には特に好ましい。特に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光物質（ＹＡＧ：Ｃｅ）蛍光物質は、その含有量によってＬＥＤチップからの青色系の光を一部吸収して補色となる黄色系の光を高効率に発するため、白色系の混色光を発する高出力な発光ダイオードを、比較的簡単に形成することができる。
【００６２】
本形態の形成方法における蛍光物質は、媒質中を電気泳動しやすい形状および大きさとされていることが好ましい。特に、電解液中での電気泳動について、蛍光物質の形状は、ほぼ球形の粒子状とされていることが好ましい。さらに、粒子状の蛍光物質の粒径は、電気泳動されやすい粒径に調整されている。本形態における粒子状蛍光物質の中心粒径は、７μｍから８μｍが好ましく、平均粒径は、６μｍ程度とすることが好ましい。
なお、本明細書中における蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【００６３】
尚、本実施の形態では、透光性基板２上に、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層を順に積層する例について説明したが、ｐ型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層は逆の順に積層されていても良い。その場合、透光性基板２は別の基板に成長させた半導体積層体４に貼りあわせたものであっても良い。また、半導体積層体４には、少なくともｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層が発光機能を発揮できるように含まれていれば良く、例えばｉ型層が薄膜で含まれていても良い。
【００６４】
また、本実施の形態では、透光性基板２の第１面２ａが下側となるように半導体発光素子１を支持基板に実装する例について説明したが、図５に示すように、透光性基板２の第２面２ｂが下側となるように実装しても良い。但し、透光性基板２の第１面２ａが下側となるように半導体発光素子１を支持基板に実装すれば、発光面が狭くなって点光源に近くなる、安定な実装が可能となる、といった種々の利点が得られる。
【実施例１】
【００６５】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
本実施例は、図１に示す形状の半導体発光装置を、窒化ガリウム系半導体により形成された発光素子１に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を電気泳動沈着により蛍光体層１４を形成させることで作製する。これにより、発光素子１からの光と、その光の少なくとも一部を吸収して蛍光体層１４により波長変換された光との混色光を発する半導体発光装置とすることができる。
【００６６】
本実施例の半導体発光素子１は、絶縁性のサファイア基板２に窒化ガリウム系半導体積層体４を形成したものである。この半導体発光素子１の表面に、蛍光体層１４を次のようにして形成する。まず、電着浴３２の電解液３４は、アルミニウムアルコレートを材料とするゾル溶液に硝酸を含有させたものである。このアルミナゾルは、蛍光体層１４において蛍光体を発光素子１に固定する結着材とすることができる。この電解液３４に、（Y０．８Gd０．２）３Al５O１２：Ce（Ce含有率０．３％）で平均粒径５．０μｍ、中心粒径８．０μｍの蛍光体を分散しておく。電解液３４の組成は、蛍光体（２０重量部）、イソプロピルアルコール（３００重量部）、硝酸マグネシウム（３重量部）、アルミナゾル（１重量部）とする。支持電極２６に半導体層４が下面となるように実装された発光素子１のサファイア基板２の側に、導電部材としてアルミニウムの薄膜をスパッタリングにより、数百Åの膜厚で形成させておく。半導体発光素子１にスパッタリングにより形成したアルミニウムは、電気泳動沈着の電解液に含有させた硝酸に可溶である。また、電解液のｐＨは、アルミニウムが溶解する程度に調整されている。これにより、アルミニウムは、電気泳動沈着させているとき、蛍光体層１４が所定の膜厚に達するまで徐々に溶解していき、電気泳動終了後は、殆ど溶解してアルミニウムイオンとなっている。電気泳動は、支持電極２６と対極２８の間に、１００Vの電圧を３０秒間印加して行う。電気泳動終了後のアルミニウムイオンの濃度は、蛍光体層１４の膜厚方向のＧＤＳによる測定により、発光素子に向かって濃度が徐々に高くなっている。なお、電気泳動沈着後に残存しているアルミニウムは、蛍光体層を乾燥、焼成する際に酸化させることもできる。
【００６７】
その後、電着浴３２から半導体発光装置１を取り出せば、本実施例の半導体発光装置１が得られる。このようにして作製した半導体発光装置は、基板側面に傾斜面を設けた半導体発光素子１の表面に蛍光体層１４が略均一な厚みで形成されているため、光の取出し効率が高くなると共に、色ムラなどの問題も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明に係る半導体発光装置の一例を示す模式断面図である。
【図２】図２は、透光性基板の一例を示す模式断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、半導体発光素子の製造工程を示す模式断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す模式断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｅの次の工程を示す模式断面図である。
【図４】図４は、電気泳動沈着工程を示す模式断面図である。
【図５】図５は、本発明に係る半導体発光装置の別の一例を示す模式断面図である。
【図６】図６は、従来の半導体発光素子を示す模式断面図である。
【図７】図７は、従来の半導体発光装置を示す模式断面図である。
【図８】図８は、図７に示す半導体発光装置の接合部近傍を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  半導体発光素子、
２  基板、
４  半導体積層体、
６  ｐ側電極、
７  ｐ側パッド電極、
８  絶縁保護膜、
１０  ｎ側電極、
１２  ｎ側パッド電極、
１４  波長変換層、
１６  導電接合層、
１８  ワイヤー、
２０  サブマウント、
２２  粘着シート、
２４  ダイサーブレード、
２６  支持電極、
２８  対極、
３０  電源、
３２  電着浴、
３４  電解液
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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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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