(57)【要約】【課題】簡単な構成を有し、紫外光が発光されている状態であるか否かの確認を容易にかつ確実に行うことができる半導体発光装置を提供する。【解決手段】紫外又は深紫外領域の紫外光を発光する半導体発光素子１と、上部に紫外光が通過する貫通孔６３を有し、半導体発光素子１を囲むキャップ部６と、貫通孔６３を気密に塞ぐように配置され、紫外光が透過する透光性カバー７と、キャップ部６の内部に配置され、紫外光によって励起され可視光を発光する紫外光励起蛍光体８とを備えた半導体発光装置Ａ。【選択図】図１
2013042079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外又は深紫外領域の波長を有する紫外光を発光する半導体発光素子と、
上部に紫外光が通過する貫通孔を有し、前記半導体発光素子を囲むキャップ部と、
前記貫通孔を気密に塞ぐように配置され、前記紫外光の一部又は全部が透過する透光性カバーと、
前記キャップ部の内部に配置され、前記紫外光によって励起され可視光を発光する紫外光励起蛍光体とを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記紫外光励起蛍光体は、前記透光性カバーの少なくとも一部に配置される請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子より出射される紫外光を反射するための反射カップをさらに備え、
前記紫外光励起蛍光体は、前記反射カップの少なくとも一部に配置されている請求項１又は請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記反射カップに配置された前記半導体励起蛍光体が、紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料と接している請求項３に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記反射カップが、紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料で構成されている請求項３又は請求項４に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料は、アルミニウムである請求項４又は請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記キャップ部と前記透光性カバーとで囲まれた空間は気密になるように構成されており、該空間内部を乾燥させたガスにより封止している請求項１から６のいずれかに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
内部に封止された乾燥させたガスは、露点が−１０℃以下である請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記乾燥させたガスは、乾燥空気である請求項７に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記乾燥させたガスは、窒素である請求項７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、紫外線を照射する半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体は、直接遷移型の半導体材料であり、ＡｌＧａＩｎＡｓ系半導体やＡｌＧａＩｎＰ系半導体に比べてバンドギャップエネルギーが大きいという特徴を有している。このため、これらの窒化物半導体は、紫領域で発光する半導体レーザ素子や、紫外領域あるいは深紫外領域（約３２０ｎｍから約２００ｎｍの波長域）で発光するＬＥＤ素子等の半導体発光素子を構成する材料として注目されている。
【０００３】
波長が２６０ｎｍ〜２８０ｎｍの紫外領域あるいは深紫外領域の光（以下、紫外光と呼ぶ場合がある）が水の殺菌に効率が良いことは周知であり、紫外光はこれ以外にも、浄水、殺菌、公害物質の高速分解処理あるいは医療分野等に有効であることが知られている。上述したような紫外領域から深紫外領域で発光する半導体発光素子を利用した半導体発光装置を採用することで、紫外光を利用する装置を小型化、低消費電力化することが可能である。
【０００４】
可視光領域の光を出射する半導体発光装置は、安価で、光の放射特性の制御が容易な樹脂によるモールドにより、パッケージされる。しかし、紫外光は、樹脂モールドに用いられる樹脂に、吸収されてしまい効率よく光を取り出せない。また、紫外光の強いエネルギーにより樹脂が劣化し、光吸収が強くなるといった問題を引き起こす。このため、紫外領域で発光する半導体発光装置では、樹脂モールドによるパッケージは難しい。
【０００５】
このため、紫外領域で発光する半導体発光装置では、ＣＡＮと呼ばれるパッケージが利用されている。図１１は従来の半導体発光装置のパッケージを示す図である。図１１に示すように、半導体発光装置Ｄは、ＬＥＤ素子９１と、ＬＥＤ素子９１に電力を供給するワイヤ９５と、ＬＥＤ素子９１から出射される光を上方に導く反射板の役割を果たす反射カップ９３と、電力を供給する外部ピン９４と、ＣＡＮと呼ばれるキャップ部９６とを備えている。さらにキャップ部９６には、光を取り出すための透光性カバー９７が接着されている（特開２００７−３１１７０７号公報、特開２００８−２５８６１７号公報等参照）。
【０００６】
また、紫外領域から深紫外領域の光は、エネルギーも大きく、目や皮膚等、人体に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、半導体発光装置より紫外光が出射されていることを認識する必要がある。また、紫外がどの範囲を照射しているのかを判断できないと、実際にデバイスを使用する際にも、安全上の問題がおこる。使用者が発光しているのか、発光していないのか、さらに発光強度がどの程度か、また、光が放射されている範囲をすぐに判断できる必要がある。
【０００７】
紫外領域から深紫外領域（約３２０ｎｍから約２００ｎｍ）の光は人間の目では感知することができず、紫外領域で発光する半導体発光装置において、発光しているか否かの確認は視認で行うことができない。そのため、紫外領域から深紫外領域で発光する半導体発光装置の発光状態は、紫外光を検出することができる検出器を利用して確認可能であるが、確認のために検出器を用いるのは煩わしい。また、一般の衛生器具や医療器具に利用されると、一般の使用者が検出器を所持していることが少なく紫外光の出射の確認が容易ではない。
【０００８】
そこで、特開２００９−１７７０９８号公報の紫外光発光装置では、紫外光を出射される紫外光ＬＥＤチップと、紫外光を検出する受光素子を備えている。そして、点灯モニタ用の可視光ＬＥＤチップを設け、前記受光素子の出力に基づいて点灯、消灯させることで、紫外光ＬＥＤチップが点灯しているか否かモニタリングすることが可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−３１１７０７号公報
【特許文献２】特開２００８−２５８６１７号公報
【特許文献３】特開２００９−１７７０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特開２００９−１７７０９８号公報に記載の紫外光発光装置では、機器を用いずに紫外光の検出が可能であるが、パッケージに取り付ける受光素子やモニタ用の可視光ＬＥＤチップが必要である。このことから、特開２００９−１７７０９８号公報に記載の紫外光発光装置は構成部材が多く、小型化、低コスト化が困難である。
【００１１】
また、前記紫外光発光装置が別の装置の内部に配置される場合もあり、その場合、モニタ用の開始光ＬＥＤチップを視認するのが困難であったり、不可能であったりする場合があり、前記紫外光発光装置では、点灯しているか否かの確認を正確に行うことが困難な場合がある。
【００１２】
そこで本発明は、簡単な構成を有し、紫外光が発光されている状態であるか否かの確認を容易にかつ確実に行うことができる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】
【００１３】
上記目的を達成するため本発明は、紫外又は深紫外領域の紫外光を発光する半導体発光素子と、上部に紫外光が通過する貫通孔を有し、前記半導体発光素子を囲むキャップ部と、前記貫通孔を気密に塞ぐように配置され、前記紫外光の一部又は全部が透過する透光性カバーと、前記キャップ部の内部に配置され、前記紫外光によって励起され可視光を発光する紫外光励起蛍光体とを備えている半導体発光装置を提供する。
【００１４】
この構成によると、前記半導体発光素子から出射された紫外光の一部が前記紫外光励起蛍光体に照射される。これにより、前記半導体発光素子から前記紫外光が発光されたとき、前記紫外光と同時に前記紫外光励起蛍光体より可視光も外部に出射される。
【００１５】
これにより、可視光を視認することで使用者あるいは近隣にいる人間が、半導体発光装置から紫外光が出射されている状態か否かを容易に認識することが可能である。すなわち、簡単な構成で紫外光が発光されているか否かを容易に確認することが可能である。
【００１６】
上記構成において、前記紫外光励起蛍光体は、前記透光性カバーの少なくとも一部に配置されていてもよい。
【００１７】
上記構成において、前記半導体発光素子より出射される紫外光を反射するための反射カップをさらに備え、前記紫外光励起蛍光体は、前記反射カップの少なくとも一部に配置されていてもよい。
【００１８】
上記構成において、前記反射カップに配置された前記半導体励起蛍光体が、紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料と接していてもよい。
【００１９】
上記構成において、前記反射カップが、紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料で構成されていてもよい。
【００２０】
上記構成において、前記紫外又は深紫外領域の紫外光を反射する材料として、アルミニウムを挙げることができる。
【００２１】
上記構成において、前記キャップ部と前記透光性カバーとで囲まれた空間は気密になるように構成されており、該空間内部を乾燥させたガスにより封止していてもよい。
【００２２】
上記構成において、内部に封止された乾燥させたガスは、露点が−１０℃以下とすることを挙げることができる。
【００２３】
上記構成において、前記乾燥させたガスは、乾燥空気であってもよく窒素であってもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、紫外光により励起され可視光を出射する紫外光励起蛍光体を備えることで、半導体発光素子から出射された紫外光の一部が前記紫外光励起蛍光体に照射される構造となっているので、前記半導体発光素子から前記紫外光が発光されたとき、前記紫外光と同時に前記紫外光励起蛍光体より可視光も外部に出射される。この可視光を視認することで使用者あるいは近隣にいる人間が、半導体発光装置から紫外光が出射されている状態か否かを容易に認識することが可能である。また、紫外光の一部が透光性カバーで吸収される場合、その吸収される紫外光を可視光として透光性カバーの外部に透過させることが可能であるので、前記半導体発光素子から出射される光を有効に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明にかかる半導体発光装置の一例を示す図である。
【図２】本発明にかかる半導体発光装置に用いられる半導体発光素子の一例を示す図である。
【図３】図２に示す半導体発光素子の活性層を示す概略図である。
【図４】厚さ１ｍｍのホウケイ酸ガラスの光透過率の波長依存性を示す図である。
【図５】本発明にかかる透光性カバー及び紫外光励起蛍光体の製造に用いる坩堝を示す図である。
【図６Ａ】本発明にかかる透光性カバー及び紫外光励起蛍光体を示す図である。
【図６Ｂ】本発明にかかる透光性カバー及び紫外光励起蛍光体を示す図である。
【図７】厚さ１ｍｍのサファイアガラスの光透過率の波長依存性を示す図である。
【図８】本発明にかかる半導体発光装置の他の例を示す図である。
【図９】本発明にかかる半導体発光装置のさらに他の例を示す図である。
【図１０】本発明にかかる半導体発光装置のさらに他の例を示す図である。
【図１１】従来の半導体発光装置のパッケージを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる半導体発光装置の一例を示す図である。
【００２７】
（第１実施形態）
図１に示すように、本発明にかかる半導体発光装置Ａはパッケージされている。本発明にかかる半導体発光装置Ａは、紫外光を出射する窒化物半導体発光素子１（以下、単にＬＥＤ素子１と称する場合もある）が、ＣＡＮパッケージと称する金属製のパッケージ内に配置された構成を有している。
【００２８】
半導体発光装置Ａは、ＬＥＤ素子１と、ＬＥＤ素子１を保持する円板状の保持基体（ステム）２と、保持基体２に取り付けられ、ＬＥＤ素子１より出射された光を反射し、上方に導く反射カップ３と、保持基体２より突出し、半導体発光装置Ａに電力を供給する外部ピン４と、外部ピン４を介して供給された電力をＬＥＤ素子１に供給するためのワイヤ５と、ＬＥＤ素子１を囲みＣＡＮと呼ばれる金属製のキャップ部６とを備えている。さらに、キャップ部６に取り付けられ、ＬＥＤ素子１より出射された紫外光を取り出すための透光性カバー７と、透光性カバー７の一部に接触配置され、紫外光によって励起される紫外光励起蛍光体８とを備えている。
【００２９】
窒化物半導体発光素子１について図面を参照して詳しく説明する。図２は本発明にかかる半導体発光装置に用いられる窒化物半導体発光素子の一例を示す図であり、図３は図２に示す窒化物半導体発光素子の活性層を示す概略図である。
【００３０】
図２に示すように窒化物半導体発光素子１は、異種基板１００と、窒化物半導体バッファ層１０１と、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０と、活性層１２０と、キャリアブロック層１３０と、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１４０と、ｐ型コンタクト層１５０とを備えている。なお、以下の説明において、窒化物半導体バッファ層１０１、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０、活性層１２０、キャリアブロック層１３０、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１４０、ｐ型コンタクト層１５０を合わせて窒化物半導体層１０２と称する場合もある。
【００３１】
半導体発光素子１は、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、グラファイト基板、スピネル基板などの異種基板１００の上に窒化物半導体層１０２が形成されている。なお、異種基板１００は、窒化物半導体からなる基板からなる構成でも良い。
【００３２】
図２に示すように、異種基板１００の上面に、ＡｌＮからなる窒化物半導体バッファ層１０１が形成されている。窒化物半導体バッファ層１０１の上面に、約１．８μｍ〜約３．５μｍの厚みを有するｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０が形成されている。ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０の上面に、活性層１２０が形成されている。活性層１２０の上面には、たとえば、約１５ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＩｎＧａＮからなるキャリアブロック層１３０が形成されている。キャリアブロック層１３０の上面には、約１０ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１４０が形成されている。ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１４０の上面には、約５０ｎｍの厚みを有するｐ型コンタクト層１５０が形成されている。なお、ｐ型コンタクト層１５０は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮまたは、ＡｌＩｎＧａＮなどから構成されていてもよい。
【００３３】
次に、活性層について詳しく説明する。図３に示すように、活性層１２０は、障壁層１２０ｂと量子井戸層１２０ａとが交互に積層された量子井戸構造を有している。活性層１２０を構成する量子井戸層１２０ａは、Ａｌｘ１Ｉｎｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０＜ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）の組成式で表される半導体層から構成されている。また、障壁層１２０ｂは、Ａｌｘ２Ｉｎｙ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ｎ（０＜ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）の組成式で表される半導体層から構成されている。
【００３４】
量子井戸層１２０ａは、Ｉｎを含むＡｌＩｎＧａＮから構成されていてもよいし、Ｉｎを含まないＡｌＧａＮから構成されていてもよい。同様に、障壁層１２０ｂも、Ｉｎを含むＡｌＩｎＧａＮから構成されていてもよいし、Ｉｎを含まないＡｌＧａＮから構成されていてもよい。
【００３５】
量子井戸層１２０ａのＡｌ組成比ｘ１は、０．１５≦ｘ１≦１．００の範囲にあるのが好ましく、０．３０≦ｘ１≦１．００の範囲にあればより好ましい。０．４５≦ｘ１≦１．００の範囲にあればさらに好ましい。また、量子井戸層はＩｎを含有しても良く、Ｉｎ組成比ｙ１は、０．００≦ｙ１≦０．１２の範囲にあるのが好ましい。Ｉｎ組成比が１２％以下の範囲にすることで、Ｉｎ組成が高いことに起因する、結晶品質の劣化を抑制できる。
【００３６】
なお、Ａｌ組成比が３０％以上、更に、４５％以上と高くすることで、窒化物半導体発光素子１から出射される光の波長が短くなる。なお、後述するが、透光性カバー７の光吸収スペクトルは波長２５０ｎｍ付近で急激に上昇している（後述の図４において、光透過率が急激に下がっている）。このことから、ＬＥＤ素子１から出射される紫外光の波長が短いほど、紫外光励起蛍光体８で光吸収の影響を受けない可視光に変換する効果が大きくなるので、より好ましい。
【００３７】
一方、障壁層１２０ｂのＡｌ組成比ｘ２は、０．２０≦ｘ２≦１．００の範囲にあるのが好ましい。また、障壁層１２０ｂのＡｌ組成比ｘ２は、０．３５≦ｘ２≦１．００の範囲にあればより好ましい。０．５０≦ｘ２≦１．００の範囲にあればさらに好ましい。
【００３８】
障壁層１２０ｂの組成が上記範囲に設定されることで、量子井戸層１２０ａのバンドギャップよりも高いバンドギャップを形成することができ、キャリアの閉じ込めが効果的に行われる。Ｉｎ組成比ｙ２は、０．００≦ｙ２≦０．０８の範囲にあるのが好ましい。Ｉｎ組成比が８％以下の範囲にすることで、高いＩｎ組成に起因する、結晶品質の劣化を抑制できる。
【００３９】
また、障壁層１２０ｂがＩｎを含む場合、そのＩｎ組成比ｙ２は、量子井戸層１２０ａのＩｎ組成比ｙ１より小さくなるように構成されているのが好ましい。障壁層１２０ｂのＩｎ組成比ｙ２を量子井戸層１２０ａのＩｎ組成比ｙ１よりも低くすることで、量子井戸層１２０ａのバンドギャップよりも高いバンドギャップを形成することができる。
【００４０】
なお、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０のＡｌ組成比およびＩｎ組成比は、障壁層１２０ｂと同じに設定されていてもよい。ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０と障壁層１２０ｂとの組成比は異なっていてもよいが、上記のように同じに設定されていると、界面での格子不整合差がなくなるため好ましい。また、組成が異なる場合は、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０のバンドギャップが障壁層１２０ｂのバンドギャップよりも大きくなるように構成されているとよい。このように構成されていると、キャリアを活性層１２０に効果的に閉じ込めることが可能となる。また、ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層１４０のＡｌ組成比およびＩｎ組成比は、ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０と同様、障壁層１２０ｂと同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００４１】
また、図２に示すように、窒化物半導体発光素子１は、いわゆる横型構造の発光ダイオード素子であり、異種基板１００の上面に形成された窒化物半導体層１０２の一部が、ドライエッチング等によって、ｐ型コンタクト層１５０側からｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０の途中に至る深さまで掘り込まれている。そして、掘り込まれた部分の底面（ｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０）に、ｎ側電極１７０が形成されている。このｎ側電極１７０は、Ａｌ電極、又は、基板側からＡｇ層、Ｃｕ層が順次積層された多層構造のＡｇ／Ｃｕ電極を利用することができる。一方、ｐ型コンタクト層１５０上には、ｐ側電極１６０が形成されている。このｐ側電極１６０は、ｐ型コンタクト層１５０側からＮｉ層（図示せず）およびＡｕ層（図示せず）が順に積層された多層構造のＮｉ／Ａｕ電極を用いることができる。なお、ｎ側電極１７０及びｐ側電極１６０の電極材料は一例であり、これに限定されない。また、図１に示すように、ｎ側電極１７０とｐ側電極１６０にはワイヤ２が接続されている。
【００４２】
窒化物半導体発光素子１は、異種基板１００のウエハの上面に上述の窒化物半導体層１０２を形成する。窒化物半導体層１０２の各半導体層は、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのエピタキシャル成長法などの成膜方法で成膜される。そして、ドライエッチング等の方法で、ｐ型コンタクト層１５０側からｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０の途中に至る深さまで掘り込む。ｐ型コンタクト層１５０の上面にｐ側電極１６０及びｎ型ＡｌＩｎＧａＮ層１１０の上面にｎ側電極１７０を形成する。ｐ側電極１６０、ｎ側電極１７０も電子ビーム法や抵抗加熱法、スパッタ法などの成膜方法で形成される。このとき、ウエハの上面には、複数個の窒化物半導体発光素子１が並んで形成されている。
【００４３】
そして、ウエハにレーザスクライブ装置で、窒化物半導体発光素子１の境界部分に分割溝を形成し、ブレーク装置で分割（割断）し、チップ形状に形成する。以上のように構成した窒化物半導体発光素子１の発光波長は、約２８０ｎｍの光を発光する。そして、図１に示すように、チップ形状に形成された窒化物半導体発光素子１をＣＡＮパッケージに搭載することで、半導体発光装置Ａが形成される。
【００４４】
また、保持基体２は、金属製の円板状の部材であり、保持基体２の一方の面に反射カップ３が取り付けられており、反対側の面より外部ピン４が突出している。保持基体２がある程度の体積及び表面積を持つように形成されていることで、ＬＥＤ素子１の駆動により発生する熱を外部に放出する放熱板として作用する。
【００４５】
反射カップ３はすり鉢形状の有底箱型形状を有しており、円形状の底部３１と、底部３１の辺縁部より拡がる側壁部３２とを備えている。円形状の底部３１の中央に、ＬＥＤ素子１が固定されている。反射カップ３の側壁部３２の内面はＬＥＤ素子１より出射された紫外光を効率よく反射できる鏡面に形成されている。反射カップ３の形状は、すり鉢形状の有底箱型形状に限定されるものではなく、光を上方に導く構成であれば良い。
【００４６】
外部ピン４は、半導体発光装置Ａの外部に配置された電源より、ＬＥＤ素子１を駆動するための電力を供給するための電極である。なお、図１に示す半導体発光装置Ａでは、外部ピン４が３本であるものを例に説明しているが、これに限定されるものではなく、安定して電力を供給することができる構成を広く採用することが可能である。外部ピン４は、ワイヤ５と電気的に接続されている。
【００４７】
図１に示すように、ワイヤ５はＬＥＤ素子１に対して２本備えられており、一本はｐ側電極１６０に、もう一本はｎ側電極１７０にそれぞれ接続されている。そして、ワイヤ５を介して外部ピン４に供給された電力がＬＥＤ素子１に供給する。
【００４８】
キャップ部６は、金属製の円筒状の部材であり、保持基体２にＬＥＤ素子１を覆うように配置される。キャップ部６は曲面部６１と、曲面部６１の保持基体２に固定されているのと反対側の端部を覆う平板部６２と、平板部６２の中央に形成された円形の貫通孔６３とを備えている。なお、キャップ部６の保持基体２への固定は、例えば、溶接等の従来よく知られた方法で行われる。
【００４９】
キャップ部６は金属製であるので、ＬＥＤ素子１より出射された光は遮断される。そのため、ＬＥＤ素子１より出射された光は、貫通孔６３からのみ外部に出射される。なお、反射カップ３はＬＥＤ素子１より出射された光が、効率よく貫通孔６３に向くように、側壁部３２の形状が決定されている。
【００５０】
図１に示すように、半導体発光装置Ａは、キャップ部６の平板部６２の内側に貫通孔６３を覆うように取り付けられ、少なくとも、所定の波長域の光が一定以上の透過率で透過する円板状の透光性カバー７を備えている。半導体発光装置Ａでは、透光性カバー７を取り付けたキャップ部６でＬＥＤ素子１を覆うことで、ＬＥＤ素子１を封止することが可能となっている。
【００５１】
透光性カバー７についてさらに詳しく説明する。通常、ＬＥＤ素子１を備えた発光装置の透光性カバーの材料として、よく用いられる一般的なガラスは、紫外線を吸収する特性を有している。ＬＥＤ素子１は紫外線を出射する素子であるので、一般的なガラスで透光性カバー７を形成すると、半導体発光装置Ａの発光効率が悪くなる場合がある。そこで、半導体発光装置Ａでは、透光性カバー７は、ホウケイ酸ガラスで形成されている。なお、ホウケイ酸ガラスは、半導体レーザ素子のＣＡＮパッケージの透光性カバーとしても広く用いられている物質である。
【００５２】
ホウケイ酸ガラスは図４に示すような特性を有している。図４は厚さ１ｍｍのホウケイ酸ガラスの光透過率の波長依存性を示す図である。図４に示すようにホウケイ酸ガラスは、およそ２５０ｎｍ〜３００ｎｍあたりで光透過率が低下している。つまり、ホウケイ酸ガラスの透光性カバー７は、およそ２５０ｎｍ〜３００ｎｍの波長の紫外光もしくは深紫外光の吸収率が高く、紫外光よりも波長の長い可視光では透過率が高くなっている。すなわち、このホウケイ酸ガラスで形成された透光性カバー７を用いることで、波長約３００ｎｍ以上の紫外光又は深紫外光の吸収が抑えられ、半導体発光装置Ａの発光効率を上げることが可能である。
【００５３】
透光性カバー７の平板部６２と接触する面と反対側の面には、紫外光励起蛍光体８が備えられている。紫外光励起蛍光体８は、紫外、もしくは深紫外領域の光により励起され、可視光領域の光を発光する蛍光体である。
【００５４】
半導体発光装置Ａにおいて、透光性カバー７の中央部分は、ＬＥＤ素子１から出射される、紫外もしくは深紫外光の強度が強い領域である。そのため、中央部分に紫外光励起蛍光体８を形成すると、紫外もしくは深紫外光の吸収量が多くなり、光出力の大きなロスになる。そのため、紫外光励起蛍光体８は、透光性カバー７の中央部分を除き、周辺部分に配置される円環状の部材としている。紫外光もしくは深紫外光により励起される紫外光励起蛍光体８は、透光性カバー７の内側（キャップ部６の内側）に形成されている。
【００５５】
半導体発光装置Ａでは、ＬＥＤ素子１より発光され貫通孔６３から外部に出射される光は、透光性カバー７を通過する。透光性カバー７の周辺部分には、紫外光励起蛍光体８が形成されているので、透光性カバー７の中央部分は紫外光もしくは深紫外光がそのまま（一部吸収されて）透過する。また、透光性カバー７の周辺部分には紫外光励起蛍光体８が形成されているので、透光性カバー７の周辺部分では紫外光励起蛍光体８が紫外光により励起された可視光が透過する。このことから、キャップ部６の貫通孔６３より出射される光は、中央部分が紫外光（深紫外光も含む）であり、周辺部分では大部分が可視光である。透光性カバー７で吸収される波長域の紫外光が紫外光励起蛍光体８で可視光に変換され、透光性カバー７を透過するので、ＬＥＤ素子１より出射される光を有効に利用することができる。
【００５６】
紫外光励起蛍光体８を構成する材料として、例えば、次のような材料を挙げることができる。
Ca3（PO4）2Ca（F,Cl）2Sb3+、Mn2+
BaMgAl10O17：Eu2+
Zn2SiO4：Mn2+
LaPo4:Tb3+
YBO3:Eu3+
Y2O3:Eu3+
また，窒化物・酸窒化物ホスト結晶にEu2+イオンを付活した、Ｃａ-αサイアロン黄色蛍光体、CaAlSiN3（CASN）赤色蛍光体、βサイアロン緑色蛍光体、などを用いても良い。
【００５７】
また、上述の材料以外にも、紫外、もしくは深紫外領域の励起光により励起され、可視光を発光する材料を広く採用することができる。なお、紫外光励起蛍光体８は、その材料によって出射される可視光の波長が変化する。紫外光励起蛍光体８の材料は、紫外光を効率よく可視光に変換できる材料で、可視化された光の波長が、人間の目の視感度が高い緑色に近い波長となるものが好ましい。半導体発光装置Ａのように、紫外光励起蛍光体８がＬＥＤ素子１からはなれた透光性カバー７の内側に形成することで、ＬＥＤ素子１からの発熱の影響を受けにくいというメリットもある。
【００５８】
以下に、透光性カバー７と紫外光励起蛍光体８の製造方法について説明する。図５は本発明にかかる透光性カバー及び紫外光励起蛍光体の製造に用いる坩堝を示す図である。透光性カバー７及び紫外光励起蛍光体８は、焼結により一体的に形成する。図５に示すように、透光性カバー７は底部を有する円筒形状のガラス焼結用の坩堝７００でホウケイ酸を焼結することで形成される。坩堝７００は、底部の辺縁部に円環状の溝７０１が形成されている。円環状の溝７０１に上述の紫外光励起蛍光体８の材料を入れ、さらに上部にホウケイ酸を入れたのち、焼結することで、透光性カバー７と紫外光励起蛍光体８とが一体化されて形成される（特開２００８−１９１０９号公報等参照）。  
【００５９】
図６Ａ、図６Ｂは透光性カバーと紫外光励起蛍光体の他の例を示す図である。また、図６Ａに示すように、紫外光励起蛍光体８の材料をホウケイ酸に混ぜてリング状に焼結させた紫外光励起蛍光体８を、透光性カバー７に接着させて製造してもよい。この場合、可視光領域で透過性が高い接着剤で接着されることが好ましい。上記焼結方法を用いると、接着剤の吸収や接着剤の紫外光による劣化等などを考慮しなくてもよいのでより、好ましい。但し、製法は、本手法に限定されるものではない。
【００６０】
また、坩堝７００の溝７０１を途中で分断された不連続な円環状とすることで、図６Ｂに示すような不連続なものを形成することができる。また、溝７０１を坩堝７００の底部の辺縁部の一か所に形成することで、紫外光励起蛍光体８を透光性カバー７の一か所に形成することも可能である。周辺部に配置可能な構成を広く採用することができる。
【００６１】
この構成によると、ＬＥＤ素子１から出射された紫外光（深紫外領域の波長の光も含む）が紫外光励起蛍光体８に照射されることで、可視光が出射される。可視光が出射されることから、使用者が検出器等を用いなくても半導体発光装置Ａが点灯しているか否かを確認することができ、誤って、目や皮膚に紫外光を照射してしまう事故を抑制することができる。
【００６２】
次に、半導体発光装置Ａの具体的な例について説明する。半導体発光装置Ａ、紫外光励起蛍光体８の材料としてBaMgAl10O17：Eu2+を用いた。上述したように、ＬＥＤ素子１から約２８０ｎｍの波長の光が素子から出射され、出射された光は、紫外光励起蛍光体８に吸収され紫外光励起蛍光体８を励起し、紫外光励起蛍光体８から、約４５０ｎｍの可視光が発光される。
【００６３】
本発明の発明者は、実験を繰り返すことで、保持基体２、キャップ部６及び透光性カバー７で囲まれた空間を、乾燥させた空気（ドライエアー）もしくは、窒素（N2）を封入し、さらに気密に封止することで、内部に配置された紫外光励起蛍光体８の経時劣化を大幅に抑制できる知見を得た。
【００６４】
また、これらのガスで封止する際、内部露点の制御が、窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）１の特性安定化のために重要であることもわかった。露点が高いと、封止した内部の残留水分が多いと予想され、水の構成元素である水素によって、窒化物半導体発光素子１が劣化した（電圧上昇）ものと考えられる。具体的には、ｐ型ドーパントであるＭｇと水素が反応し、電圧が上昇したものと考えられる。このような現象は、Ａｌの組成比が高いｐ型のＡｌＧａＮを有し、紫外発光する窒化物半導体素子で顕著に現れると考えられる。
【００６５】
そこで、初期特性と、室温・ＣＷ駆動、２０ｍＡにて５００時間駆動させた後の電圧上昇を比較した。窒化物半導体発光素子１は図２に示す構造であり、コンタクト層１５０をｐ型ドープしたＧａＮとし、そのコンタクト層と接する層１４０をｐ型ドープしたＡｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎとしたサンプルで比較を行った。その結果、露点５℃では、０．３１Ｖの電圧上昇が観測されたが、露点０℃では、０．２５Ｖ、露点−１０℃では、０．１０Ｖの電圧上昇であった。以上のことより、露点温度を下げるにつれて、素子劣化の影響が少なくなることが分かった。中でも、−１０℃以下でその影響が大幅に減少した。
【００６６】
また、層１４０をｐ型ドープしたＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎとしたサンプルで同様の比較を行ったところ、露点が変化しても電圧の変化が０．０６Ｖ程度であり、あまり変化がなかった。Ａｌ組成が０％のＧａＮでも、同様の比較を行ったが、電圧変化は殆ど観察されなかった。このことから、Ａｌ組成比が高いＡｌＩｎＧａＮから構成される窒化物半導体発光素子１に特有の現象であると考えられる。
【００６７】
そこで、Ａｌ組成比が高い場合の例として、層１４０をｐ型ドープしたＡｌ０．５０Ｇａ０．５０Ｎとしたサンプルで同様の比較を行った。その結果、露点５℃では、０．５３Ｖの電圧上昇が観測されたが、露点０℃では、０．４２Ｖ、露点−１０℃では、０．２３Ｖであった。また、さらに露点を−２０℃にしたところ、０．１４Ｖの電圧上昇が観測された。Ａｌ組成比が５０％以上の層を有する窒化物半導体発光素子では、内部に封入するガスの露点温度が−１０℃を更に−２０℃にすることで、素子劣化の抑制が確認された。Ａｌ組成が高いほど、露点が低い方が良いと考えられる。
【００６８】
以上のことから、Ａｌ組成比が高い領域、たとえば、Ａｌ組成比が５０％以上の領域では、Ａｌ組成比が低いもの（例えば、Ａｌ組成１０％程度のもの）に比べ、内部に封入するガスの露点を下げることによる効果が顕著に見られた。なお、内部に封入するガスの露点は、−１０℃以下が好ましく、更に好ましくは、−２０℃以下が好ましい。
【００６９】
また、深紫外領域の光は、水による吸収が多くなり、半導体発光装置Ａの特性に悪影響を与える。内部に封止するガスの露点を低くすることで、残留水分を減少させることができ、水による深紫外領域の光の吸収を抑制し、半導体発光装置Ａの発光効率の低下を抑制することができる。
【００７０】
さらに、波長約２４０ｎｍより短い波長の光は、酸素により吸収される。これは酸素原子が光を吸収してオゾンと活性酸素に分解されるためである。発生した活性酸素は、強い酸化力を有しており、パッケージ内部に存在するものを酸化してしまうため、素子劣化の原因なる場合もある。一方、窒素は、約２００ｎｍより長い波長の光では、ほぼ分解されないため、約２４０ｎｍ以下の酸素による吸収が大きくなる波長より短い波長で発光する窒化物半導体発光素子１を利用する場合、封入されるガスとして、酸素が含まれる乾燥空気よりも窒素ガスが好ましい。また、以上の説明では、封止するガスとして、乾燥空気と窒素を挙げているがこれに限定されるものではなく、紫外光の吸収率が低く、窒化物半導体発光素子の各層と化学的に反応しない（しにくい）ガスを用いることも可能である。
【００７１】
また、透光性カバー７の材料として、ホウケイ酸を利用しているが、サファイアを材料としてもよい。図７は厚さ１ｍｍのサファイアガラスの光透過率の波長依存性を示す図である。図７に示すようにサファイアガラスは、およそ２００ｎｍあたりで光透過率が低下している。つまり、透光性カバー７をサファイアガラスで作製することで、ＬＥＤ素子１が発する光のうち２００ｎｍのよりも長い波長の紫外光もしくは深紫外光の吸収を抑えることができ、半導体発光装置Ａの発光効率を上げることが可能である。また、ホウケイ酸、サファイア以外にも詳細は省略するが紫外光の吸収が低い石英ガラスを利用することも可能である。
【００７２】
（第２実施形態）
本発明にかかる半導体発光装置の他の例について図面を参照して説明する。図８は本発明にかかる半導体発光装置の他の例を示す図である。図８に示すように、半導体発光装置Ｂはキャップ部６の内部配置された、反射カップ３の側壁部３２に、紫外光励起蛍光体８１を配置しており、それ以外は、半導体発光装置Ａと同じ構成を有している。実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。なお、窒化物半導体素子１も半導体発光装置Ａと同じ構成のものを用いている。
【００７３】
反射カップ３の側壁部３２の一部に紫外光励起蛍光体８１を備えた構成であっても、紫外光励起蛍光体８より可視光が出射され、視認による半導体発光装置Ｂの発光状態の確認が可能である。
【００７４】
半導体発呼装置Ａに比べ、窒化物半導体発光素子１と紫外光励起蛍光体８１の距離が近い。波長が短い光ほど、空気中などを伝播する際の光の損失が大きくなる。ことから、半導体発呼装置Ａに比べ、窒化物半導体発光素子１と紫外光励起蛍光体８１の距離が近い半導体発光装置Ｂでは、窒化物半導体発光素子１から放射された紫外光を効率よく可視光に変換することができる。
【００７５】
紫外光励起蛍光体８１の作成方法は、例えば、Ａｌを用いた電気泳動法が考えられる。半導体発光装置Ｂでは、支持基板にＡｌを用いている。Ａｌは、短波長でも高い反射率を有するからである。高い反射率を有することで、蛍光体を透過した光の吸収による発熱を抑制することができるため、蛍光体の特性劣化を抑制することができる。また、高い反射率を有する支持基板を用いることで、より効果的に光の変換が可能となるためである。さらにＡｌは放熱性が高いため、好ましい。故に、Ａｌ以外の金属材料を選択する場合は、反射率の高い金属を用いると良い。また、放熱性の高い材料を選択すると良い。
【００７６】
また、カップ部３自体をＡｌで形成し、その側壁部３２に電気泳動法を用いて、紫外光励起蛍光体８を形成してもよい。また、カップ部３が異なる材料で形成された場合（例えば導電性がないものなどの場合、電気泳動法での作成ができない場合がある）は、Ａｌ支持基板上に紫外光励起蛍光体８１を形成したものを側壁部３２に貼り付けても良い。接着剤で貼り付けを行った場合は、接着剤の劣化が危惧されるが、反射率の高い金属(たとえばＡｌ)を用いることで、光の吸収を減らし、金属の発熱を抑制して、蛍光体の劣化や接着剤の劣化を抑制することができる。もちろん、接着剤の材質も、紫外光に耐性のある材料を選択するとより好ましい。
【００７７】
上述したように、カップ部３に直接紫外光励起蛍光体８１を形成する場合や支持基板に紫外光励起蛍光体８１を形成しカップ部３に貼り付ける場合、紫外光励起蛍光体８１が形成される材料として、紫外光に対し反射率が高く、放熱性が良好な材料が用いられることが好ましい。このような、条件を満たし、入手が容易であることからも材料としてＡｌを用いることが好ましい。また、Ａｌ以外の金属材料として、短波長領域で比較的反射率の高いＮｉ、Ｐｄなどを挙げることができる。
【００７８】
（第３実施形態）
本発明にかかる半導体発光装置のさらに他の例について図面を参照して説明する。図９は本発明にかかる半導体発光装置のさらに他の例を示す図である。図９に示す半導体発光装置Ｃは、透光性カバー７がキャップ部６の外部に配置されている以外は、図１に示す半導体発光装置Ａと同じ構成を有しており、実質上同じ部分の詳細な説明は省略する。なお、窒化物半導体素子１も半導体発光装置Ａと同じ構成のものを用いている。
【００７９】
透光性カバー７がキャップ部６の外部に配置されていることで、キャップ部６によるＬＥＤ素子１からの光の遮蔽により、透光性カバー７とキャップ部６との接続部への紫外光の照射を抑制できる。透光性カバー７とキャップ部６との接続には接着剤が用いられている場合が多く、その場合、接着剤に紫外光が照射されて劣化するのを抑制することができる。接着剤を用いない接合方法を用いた場合も、接合場所への紫外光の照射を抑制できるため、紫外光の照射による劣化を抑制できる。なお、この構成の半導体発光装置Ｃでは、紫外光励起蛍光体８２は、透光性カバー７をキャップ部６に取り付けたとき、貫通孔６３の外周部に近接するように形成される。これにより、貫通孔６３の外周部を通過する光を可視化することができる。
【００８０】
図１０は本発明にかかる半導体発光装置のさらに他の例を示す図である。図１０に示すように、半導体発光装置Ｃ２では、透光性カバー７をキャップ部６の外部に配置する構成であるので、透光性カバー７の一方の面を、例えば、透過する光を集光するための凸レンズ形状にすることができる。
【００８１】
以上示した、各実施形態において、窒化物半導体発光素子が横型構造のものを例に説明したが、縦型構造のものや、フリップチップ構造などを用いることも可能である。また、窒化物半導体発光素子構造は、発光ダイオードに限定されず、半導体レーザなど、広く、紫外又は深紫外領域の紫外光を発光する半導体発光素子構造を意味する。素子構造や電極材料なども一例であり、これに限定されるものではない。また、紫外光励起蛍光体８（８１、８２）を透光性カバー７に形成する場合や、カップ部３に形成したものを示しているが、両方に形成する構成であってもよい。また、紫外光励起蛍光体８を不連続に形成する構成（図５参照）の場合、紫外光励起蛍光体８で可視化された光（可視光）は同一の波長の光でなくてもよく、場所により、異なる波長の光が出射されるようにしてもよい。
【００８２】
また、紫外光励起蛍光体８で可視化された光が、キャップ部６の貫通孔６３を通過したのち、広く拡散するように配置してもよい。このように可視光が拡散するように照射されることで、半導体発光装置から出射される光のエネルギーの高い光軸付近の光を観察しなくても、半導体発光装置が点灯しているか否か確認でき、目や皮膚にダメージを受ける危険性を減らすことができる。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの内容に限定されるものではない。また本発明の実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない限り、種々の改変を加えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明にかかる、半導体発光装置は、水や空気の殺菌、消毒を行う清浄装置や、紫外線を照射することで治療を行う医療機器等に採用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１  窒化物半導体発光素子（ＬＥＤ素子）
２  保持基体
３  反射カップ
４  外部ピン
５  ワイヤ
６  キャップ
６１  曲面部
６２  平板部
６３  貫通孔
７  透光性カバー
８、８１、８２  紫外光励起蛍光体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013042079.tif 000012
【図１０】
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【図１１】
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