(57)【要約】【課題】発光部にて発光した光を効率良く蛍光体へ注入することができ、且つ、封止樹脂にて封止した場合に封止樹脂の劣化を抑制することが可能な発光素子を提供する。【解決手段】発光素子１は、ｎ形窒化物半導体材料からなるｎ形半導体層２およびｐ形窒化物半導体材料からなるｐ形半導体層３を有し各半導体層２，３それぞれに電流注入用の電極２２，２３が積層された発光ダイオード部Ａと、発光ダイオード部Ａの発光部Ｂを保持した絶縁層４とを備えている。ｎ形半導体層２とｐ形半導体層３との間には窒化物半導体材料からなる活性層（図示せず）が設けられている。ｐ形半導体層３と上記活性層とｎ形半導体層２とで発光部Ｂを構成し、発光部Ｂの厚み方向の一面から結晶成長用基板であるサファイア基板が除去されている。発光素子１は、発光部Ｂにて発光した光を色調変換する蛍光体９が発光部Ｂの上記一面からなる光取り出し面に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ形半導体層およびｎ形半導体層を有する発光部を備え、当該発光部の厚み方向の一面から結晶成長用基板が除去された発光素子であって、発光部にて発光した光を色調変換する蛍光体が発光部の前記一面からなる光取り出し面もしくは発光部の内部に配置されてなることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光部にて発光する光が青色光であり、前記蛍光体として、黄色光を発光する蛍光体が配置されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記発光部にて発光する光が青色光であり、前記蛍光体として、緑色光を発光する蛍光体と赤色光を発光する蛍光体とが配置されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記発光部にて発光する光が紫外光であり、前記蛍光体として、赤色光を発光する蛍光体と緑色光を発光する蛍光体と青色光を発光する蛍光体とが配置されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、結晶成長用基板であるサファイア基板の一表面側に窒化物系半導体材料からなる発光部を積層して形成された発光ダイオードチップを実装基板にフリップチップ実装し、サファイア基板の他表面を光取り出し面として発光部にて発光した光を取り出すことが考えられている。
【０００３】
しかしながら、この種の発光ダイオードチップでは、発光部とサファイア基板との屈折率差およびサファイア基板とサファイア基板に接する雰囲気（媒質）との屈折率差に起因して一部の光がチップ内部に閉じ込められて熱となって失われてしまう。
【０００４】
また、発光部におけるサファイア基板側とは反対の表面側から光を取り出すように発光ダイオードチップを実装基板に実装した場合には、発光部と実装基板との間にサファイア基板が介在するので、発光部で発生した熱の放熱効率が低下してしまう。これに対し、結晶成長用基板であるサファイア基板の上記一表面側に発光部を積層した後で発光部からサファイア基板を除去し、その後、発光部においてサファイア基板を除去した面側に、ヒートシンクとして利用する熱伝導性基板を張り合わせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、発光素子を封止する封止樹脂に蛍光体を分散させておくことにより、発光素子にて発光した光を蛍光体で色調変換（波長変換）する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９６１９７号公報
【特許文献２】特開２００１−１４８５１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のように封止樹脂に蛍光体を分散させている場合には、発光素子にて発光した光を蛍光体へ効率良く注入することができず、また、封止樹脂が劣化しやすかった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発光部にて発光した光を効率良く蛍光体へ注入することができ、且つ、封止樹脂にて封止した場合に封止樹脂の劣化を抑制することが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、ｐ形半導体層およびｎ形半導体層を有する発光部を備え、当該発光部の厚み方向の一面から結晶成長用基板が除去された発光素子であって、発光部にて発光した光を色調変換する蛍光体が発光部の前記一面からなる光取り出し面もしくは発光部の内部に配置されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、発光部から結晶成長用基板が除去されているので、発光部にて発光した光を、結晶成長用基板を透過させることなく直接取り出すことができ、また、発光部にて発光した光を色調変換する蛍光体が発光部の一面からなる光取り出し面もしくは発光部の内部に配置されているので、封止樹脂中に蛍光体を分散させたものに比べて、発光部にて発光した光を蛍光体へ効率良く注入することができて、発光部にて発光した光を蛍光体で効率良く色調変換することができ、しかも、封止樹脂にて封止する場合に封止樹脂中に蛍光体を分散させる必要がなく、封止樹脂の劣化を抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記発光部にて発光する光が青色光であり、前記蛍光体として、黄色光を発光する蛍光体が配置されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、青色光と黄色光との混色光からなる白色光を得ることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、前記発光部にて発光する光が青色光であり、前記蛍光体として、緑色光を発光する蛍光体と赤色光を発光する蛍光体とが配置されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、青色光と緑色光と赤色光との混色光からなる白色光を得ることができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記発光部にて発光する光が紫外光であり、前記蛍光体として、赤色光を発光する蛍光体と緑色光を発光する蛍光体と青色光を発光する蛍光体とが配置されてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、赤色光と緑色光と青色光との混色光からなる白色光を得ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、発光部にて発光した光を効率良く蛍光体へ注入することができ、且つ、封止樹脂にて封止した場合に封止樹脂の劣化を抑制することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本実施形態の発光素子について図１を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態の発光素子１は、ｎ形窒化物半導体材料（例えば、ｎ形ＧａＮ）からなるｎ形半導体層２およびｐ形窒化物半導体材料（例えば、ｐ形ＧａＮ）からなるｐ形半導体層３を有し各半導体層２，３それぞれに電流注入用の電極２２，２３が積層された発光ダイオード部Ａと、発光ダイオード部Ａの発光部Ｂを保持した絶縁層４とを備えている。ここにおいて、ｎ形半導体層２とｐ形半導体層３との間には窒化物半導体材料からなる活性層（図示せず）が設けられている。なお、本実施形態では、ｐ形半導体層３と上記活性層とｎ形半導体層２とで発光部Ｂを構成しており、当該発光部Ｂの厚み方向の一面から結晶成長用基板であるサファイア基板（透明結晶基板）が除去されている。要するに、本実施形態の発光素子１では、結晶成長用基板ではなく、絶縁層４が発光部Ｂを保持している。
【００１９】
また、本実施形態の発光素子１は、絶縁層４における発光部Ｂ側とは反対の表面に実装用電極５２，５３が形成されており、発光ダイオード部Ａの電極２２，２３と実装用電極５２，５３とを電気的に接続する導電性材料からなる導通部（貫通配線）６２，６３が絶縁層４の厚み方向に貫設されたビアホール４２，４３内に形成されている。ここで、上記導電性材料としては、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｌ，半田などの熱伝導率の高い材料を採用することが望ましい。また、ビアホール４２，４３内を導通部６２，６３により充実させれば（つまり、各ビアホール４２，４３内に上記導電性材料を充填すれば）、発光部Ｂにて発生した熱が導通部６２，６３を通して放熱されやすくなり、放熱性が向上する。また、絶縁層４は、エポキシ樹脂などの樹脂からなる樹脂層により構成しているが、ビルドアップ用のプリント基板として利用される樹脂付き銅箔の樹脂部分を絶縁層４として採用してもよい。また、絶縁層４は、セラミック基板やシリコン基板などにより構成し、発光部Ｂと接合するようにしてもよい。
【００２０】
ところで、本実施形態の発光素子１は、発光部Ｂにて発光した光を色調変換（波長変換）する蛍光体９が発光部Ｂの上記一面からなる光取り出し面（本実施形態では、ｎ形半導体層２の表面）に配置されている。したがって、本実施形態の発光素子１では、上記活性層の窒化物半導体材料として青色光を発光する材料を採用した場合には、発光部Ｂにて発光する光が青色光となるので、蛍光体９として、例えば、黄色光を発光する蛍光体を採用すれば、青色光と黄色光との混色光からなる白色光を得ることができる。また、発光部Ｂにて発光する光が青色光の場合、蛍光体９として、例えば、緑色光を発光する蛍光体と赤色光を発光する蛍光体とを採用すれば、青色光と緑色光と赤色光との混色光からなる白色光を得ることができる。また、上記活性層の窒化物半導体材料として紫外光を発光する材料を採用した場合には、発光部Ｂにて発光する光が紫外光となるので、蛍光体９として、例えば、赤色光を発光する蛍光体と緑色光を発光する蛍光体と青色光を発光する蛍光体とを採用すれば、赤色光と緑色光と青色光との混色光からなる白色光を得ることができる。
【００２１】
ここで、上述の発光素子１の製造方法について簡単に説明する。
【００２２】
まず、結晶成長用基板の一表面側に、ｎ形半導体層２、上記活性層、ｐ形半導体層３を順次成長し（つまり、ｎ形半導体層２と上記活性層とｐ形半導体層３とからなる発光部Ｂを積層し）、続いて、ｎ形半導体層２の露出表面およびｐ形半導体層３の表面それぞれに電極２２，２３を形成することで、発光ダイオード部Ａを形成する。
【００２３】
次に、発光ダイオード部Ａにおける結晶成長用基板側とは反対側に樹脂からなる絶縁層４を積層し、その後、例えばレーザ加工技術などを利用して絶縁層４にビアホール４２，４３を形成し、続いて、例えばめっき技術などを利用して導通部６２，６３および実装用電極５２，５３を形成した後で、発光部Ｂから結晶成長用基板を除去すればよい。ここにおいて、発光部Ｂから結晶成長用基板を除去するにあたっては、結晶成長用基板側から結晶成長用基板と発光部Ｂとの界面付近にレーザ光を照射して発光部Ｂから結晶成長用基板を除去（剥離）すればよい。
【００２４】
以上説明した本実施形態の発光素子１では、発光部Ｂにて発光した光を、結晶成長用基板を透過させることなく直接取り出すことができ、また、発光部Ｂにて発光した光を色調変換する蛍光体９が発光部Ｂの上記一面からなる光取り出し面に配置されているので、封止樹脂中に蛍光体を分散させたものに比べて、発光部Ｂにて発光した光を蛍光体９へ効率良く注入することができて、発光部Ｂにて発光した光を蛍光体９で効率良く色調変換することができ、しかも、封止樹脂にて封止する場合に封止樹脂中に蛍光体を分散させる必要がなく、封止樹脂の劣化を抑制することが可能となる。
【００２５】
上述の実施形態では、発光部Ｂの上記一面からなる光取り出し面に蛍光体９を配置してあるが、蛍光体９は、発光部Ｂにおいて光取り出し面側に位置するｎ形半導体層２の内部に配置するようにしてもよい。ここにおいて、発光部Ｂの内部に蛍光体９を配置するにあたっては、例えば、発光部Ｂの表面（光取り出し面）にレーザ光を照射して発光部Ｂの表面側の部位を軟化させ、当該部位に加速した粒子状の蛍光体９を照射することで発光部Ｂ内に蛍光体９をドーピングして配置させればよい。発光部Ｂのｎ形半導体層２の表面側の部位を軟化させるにあたっては、例えば、レーザ光の波長が８００ｎｍ、パルス幅が１２０ｆｓ、繰り返し周波数が１ｋＨｚのフェムト秒レーザを用い、レーザ光のエネルギ密度を０．００１〜０．０５Ｊ／ｍｍ２の範囲で設定すればよい。また、レーザ光の波長が２４８ｎｍ、パルス幅が２７０ｆｓ、繰り返し周波数が３５０Ｈｚのエキシマフェムト秒レーザを用い、レーザ光のエネルギ密度を０．０１〜１Ｊ／ｍｍ２の範囲で設定すればよい。なお、蛍光体９として、ナノメータサイズの蛍光体粒子を採用すれば、より高効率な色調変換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態を示す発光素子の概略断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  発光素子
２  ｎ形半導体層
３  ｐ形半導体層
４  絶縁層
９  蛍光体
２２，２３  電極
４２，４３  ビアホール
５２，５３  実装用電極
６２，６３  導通部
Ａ  発光ダイオード部
Ｂ  発光部
【図１】
2007013222.tif 000003