(57)【要約】【課題】本発明は、半導体発光素子の発光面から外部への光取り出し効率に優れた半導体発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】光取り出し面側に複数の突起物を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆うように設けられた波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下の封止材とを有することを特徴とする半導体発光装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光取り出し面側に複数の突起物を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆うように設けられた波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下の封止材とを有することを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記封止材の波長４０８ｎｍにおける屈折率が、１．４２以下である請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記封止材が、フッ素原子含有ポリシロキサンを含有する封止材である請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子を封止して形成される半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、湿気やゴミ等から保護するために透明樹脂などの封止材で封止される。半導体発光素子から発せられた光が、屈折率の高い半導体発光素子と封止材との界面での反射を防ぐには、封止材の屈折率を上げる必要がある。例えば、特許文献１には、アルケニル基を分子鎖末端に有するジフェニルシロキサン系化合物を含有する組成物から形成される封止材を用いた半導体発光装置が記載されている。特許文献２には、金属酸化物微粒子を含有する組成物から形成される封止材を用いた半導体発光装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０３２３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１６２６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
封止材の屈折率を高くすると、半導体発光素子の発光面から封止材への光の取り出し効率は向上するが、封止材の屈折率が高くなると、封止材と外部（空気：屈折率＝約１．００）との屈折率差が大きくなり、封止材と外部との界面で反射し、最終的に半導体発光素子の発光面から外部への光の取り出し効率は低下する。
【０００５】
半導体素子の半導体層に高屈折率のＧａＮやＩｎＧａＮなどを用いる場合、半導体発光素子の発光面と封止材との界面の反射を抑制するために、封止材の屈折率を高くする必要があり、最終的に半導体発光素子の発光面から外部への光の取り出し効率は低下する問題があった。
【０００６】
本発明は、半導体発光素子の発光面から外部への光取り出し効率に優れた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】
【０００７】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、以下の構成を有する半導体発光装置により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明は、例えば以下の［１］〜［３］に関する。
【０００８】
［１］光取り出し面側に複数の突起物を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆うように設けられた波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下の封止材とを有することを特徴とする半導体発光装置。
［２］前記封止材の波長４０８ｎｍにおける屈折率が、１．４２以下である前記［１］に記載の半導体発光装置。
［３］前記封止材が、フッ素原子含有ポリシロキサンを含有する封止材である前記［１］または前記［２］のいずれかに記載の半導体発光装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体発光素子からでる光を効率よく外部に取り出すことができる。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について説明する。
１．半導体発光素子
【００１１】
本発明における半導体発光素子は、光取り出し面側に複数の突起物を有する。
【００１２】
屈折率が３．００以上の半導体発光素子と、屈折率が１．４５以下の封止材との間の臨界角は約２９度以下である。半導体発光素子の発光層から封止材に向かう光のうち、半導体発光素子と封止材との界面に対する入射角が臨界角より大きい光は全反射することから、臨界角が２９度以下では、多くの光が界面で反射することになる。
【００１３】
しかしながら、本発明の半導体発光素子の光取り出し面側には複数の突起物を有していることから、臨界角より大きい入射角を有する光が、半導体発光素子と封止材との界面で全反射しても、反射光は別の界面に向かい、その反射光の入射角が臨界角よりも小さければ、光を封止材側に取り出すことができる。
【００１４】
このように半導体発光素子の光取り出し面側に複数の突起物を有することにより、一度、界面で全反射しても、その反射光は別の界面に向かい光を取り出せる可能性があることから、結果的に、半導体発光素子の発光層から封止材に向かう光の取り出し効率は向上することができる。
【００１５】
図１にその原理を示す。半導体発光素子の光取り出し面側に突起物を有しない場合（（ａ）参照）、半導体発光素子と封止材との界面で反射した光は、半導体発光素子の内部に向かい、封止材側へ光を取り出すことはできない。一方、半導体発光素子の光取り出し面側に突起物を有する場合（（ｂ）参照）、半導体発光素子と封止材との界面で反射した光は、別の界面に臨界角より小さい入射角で向かう可能性があり、その結果、一度全反射した光を封止材側へ光を取り出すことができる。
【００１６】
半導体発光素子は、特に限定なく、例えば、特開２００９−１７０６５５号公報、特開２００７−１７３５３０号公報、特開２００７−１５７７７８号公報、特開２００５−２９４８７０号公報、特開２００４−２９６９７９号公報、特開２００４−０４７６６２号公報、特開２００３−２４３７０３号公報、特開２００３−８６８４１号公報、特開２００２−３２９８８５号公報、特開２００２−０６４２２１号公報、特開２００１−２７４４５６号公報、特開２００１−１９６６２９号公報、特開２００１−１７７１４７号公報、特開２００１−０６８７８６号公報、特開２０００−２６１０２９号公報、特開２０００−１２４５０２号公報、特開平１０−２９４５３１号公報、特開平０９−３１２４４２号公報及び特開平０９−２３７９１６号公報に記載の公知の構造や材料や製法の半導体発光素子を用いることができる。
【００１７】
半導体発光素子の構造は、例えば、ダブルへテロ接合型、量子井戸接合型などを挙げることができる。また、半導体発光素子には、電流阻止層、パッシベーション層、カラーフィルター層等を設けてもよい。
【００１８】
半導体発光素子の半導体層の材質は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物や、ＳｉＣ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰなどの他の無機化合物、銅フタロシアニン系誘導体、ポリフェニレンビニレン系誘導体、ポリアルキルチオフェン系誘導体、ポリアルキルフルオレン系誘導体などの有機化合物が挙げられる。これらの中でも、より顕著に本発明の効果を示せることから、高屈折率の窒化ガリウム系化合物が好ましい。
【００１９】
突起物は、どのような構造や数であってもよいが、半導体発光素子から封止材への光の取り出し効率を向上させるためには、突起物の形状は錐体状であり、突起物の底面と側面との交差角が異なる、できるだけ多くの突起物（少なくとも、１０個以上）を有している方が好ましい。
【００２０】
突起物は突起物を形成する際に半導体層へのダメージを防ぐため、通常、パッシベーション層に形成する。突起物は、レジストを用いたフォトファブリケーションや、インプリントにより形成することができる。
２．封止材
【００２１】
本発明における封止材は、前記半導体発光素子を覆うように設けられ、波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下である。
【００２２】
封止材から外部への光取り出し効率を向上させるには、できるだけ封止材と外部との屈折率の差を小さくする、つまり、外部の屈折率は一定であることから、封止材の屈折率をできるだけ小さくするのが好ましい。ただし、封止材の屈折率を下げすぎると、半導体発光素子と封止材との間の臨界角が低くなりすぎ、半導体発光素子の発光面に形成した複数の突起物だけでは、半導体発光素子から封止材へ光りを取り出せなくなることから、封止材の屈折率は通常１．５０以下好ましくは１．４２以下、下限値は通常１．２０以上好ましくは１．３０以上である。
【００２３】
封止材の屈折率が１．５０以下であれば、封止材と外部との間の臨界角は、約４２度以下となり、多くの光を封止材から外部へ取り出すことができる。また、封止材の屈折率が１．４２以下であれば、封止材と外部との間の臨界角は、約４５度以下となり、大部分の光を封止材から外部へ取り出すことができる。
【００２４】
なお、本発明における屈折率は、１気圧、２５℃、波長４０８ｎｍにおける絶対屈折率を意味する。屈折率は分光エリプソメータ（例えばＪ．Ａ．Ｗｏｏｌｌａｍ社製の装置名「Ｍ−２０００」など）により測定できる。
【００２５】
封止材の材質は、屈折率が１．５０以下であり、且つ、可視光領域でできるだけ透明な材料であれば、有機系材料であっても、無機系材料であってもよい。これらの中でも、耐熱性、耐光性に優れる無機系材料の方が好ましい。また、無機系材料の中では、汎用性が高いことから、通常、ポリシロキサンを含有する材料を用いる。ポリシロキサンを含有する材料の中でも、フッ素原子を含有するポリシロキサンは、屈折率を容易に下げることができることから好ましい。
【００２６】
本発明における封止材には、粘度を調整するためのシリカなどの無機粒子や、光の波長を変換するための蛍光体、熱を放出するための窒化硼素などの伝熱性粒子などを含有することができる。
また、半導体発光素子と同じく、封止材から外部への光取り出し効率を向上させるために、封止材の光取り出し面に複数の突起物を形成してもよい。
３．半導体発光装置
【００２７】
本発明の半導体発光装置は、光取り出し面側に複数の突起物を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子を覆うように設けられた波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下の封止材とを有することを特徴とする。
【００２８】
本発明の半導体発光装置は、半導体発光素子の光取り出し面側に複数の突起物を形成した後、半導体発光素子と外部電極を電気的に接続し、その後、波長４０８ｎｍにおける屈折率１．５０以下の封止材で半導体発光素子を被覆することにより製造することができる。
【００２９】
なお、本発明の半導体発光装置における半導体発光素子と外部電極との電気的接続は、ワイヤーボンディング型であっても、フリップチップ型であってもよい。
【００３０】
図２に半導体発光装置の製法を模式的に示した例を示す。
図２（ａ）に示すように、有機金属気相成長法などにより、サファイヤ基板上２００上に、バッファ層２０１並びにｎ型ＧａＮのクラッド層２０２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの活性層２０３及びｐ型のＧａＮクラッド層２０４を順次形成する。次いで、クラッド層２０４上にスパッタ法にてスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ膜２０５）を形成する。
【００３１】
次いで図２（ｂ）に示すように、パッシベーション膜２０６を形成し、インプリント法によりパッシベーション膜２０６に複数の突起物２０７を形成する。次いで、フォトファブリケーション法などにより、ｎ型クラッド層２０２を露出させた後、スパッタ法などにより、外部接続用電極２０８を形成する。その後、レーザーダイシングにより素子を分離し、半導体発光素子２１０を形成する。
【００３２】
次いで図２（ｃ）に示すように、半導体発光素子２１０を、すり鉢状の溝を有するパッケージ２１１の溝の底面に配置し、ワイヤーボンディングにより、外部電極２１２と外部接続用電極２０６とを電気的に接続する。
【００３３】
次いで図２（ｄ）に示すように、パッケージ２１１の溝内に蛍光体２１４などを含む封止材を形成するための塗料（フッ素原子含有ポリシロキサンを含有する組成物）を注型し、加熱処理により塗料を硬化させて、封止材２１３を形成し、半導体発光装置を形成することができる。
【００３４】
本発明の半導体発光装置はあらゆる用途の光源として用いることができる。例えば、液晶ディスプレイのバックライト、ディスプレイの画素、赤外線センサーなどのセンサー光源、信号機や車両などのランプなどを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】半導体発光素子の発光層から封止材に向かう光の取り出し効率は向上する原理を模式的に示した図。
【図２】半導体発光装置の製法を模式的に示した図。
【符号の説明】
【００３６】
１００  半導体発光素子と封止材との界面。
１０１  発光層から封止材に向かう光（臨界角より大きい入射角を有する光）。
１０２  １０１が半導体発光素子と封止材との界面で全反射した光。
１０３  封止材へ向かう光。
１０４  １０２が半導体発光素子と封止材との界面で反射した光。
２００  サファイヤ基板。
２０１  バッファ層。
２０２  ｎ型ＧａＮのクラッド層。
２０３  ＩｎＧａＮ／ＧａＮの活性層。
２０４  ｐ型のＧａＮクラッド層。
２０５  ＩＴＯ膜。
２０６  パッシベーション膜。
２０７  突起物。
２０８  外部接続用電極。
２１０  半導体発光素子。
２１１  パッケージ。
２１１ａ  溝
２１２  外部電極。
２１３  封止材。
２１４  蛍光体。
２１５  ワイヤー
【図１】
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【図２】
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