(57)【要約】【課題】色度の制御性に優れた半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、半導体発光装置は、発光層を有する発光素子と、前記発光素子の上に設けられた第１透明体と、前記第１透明体中に分散され前記発光層から放射される光とは異なる波長の光を発光する蛍光体と、前記発光素子の上の領域で前記第１透明体に囲まれた第１透明部と、前記第１透明体上および前記第１透明部上に設けられた第２透明部と、を有する第２透明体と、を備える。前記第２透明部は、前記第１透明部の上に形成され、前記発光層に対して垂直な第１方向に対して傾斜した傾斜部を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する発光素子と、
前記発光素子の上に設けられた第１透明体と、
前記第１透明体中に分散され前記発光層から放射される光とは異なる波長の光を発光する蛍光体と、
前記発光素子の上の領域で前記第１透明体に囲まれた第１透明部と、前記第１透明体上および前記第１透明部上に設けられた第２透明部と、を有する第２透明体と、
を備え、
前記第２透明部は、前記第１透明部の上に形成され、前記発光層に対して垂直な第１方向に対して傾斜した傾斜部を有する半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１透明部は、柱状に設けられている請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１透明部は、前記第２透明体から前記発光素子を見た方向において前記発光層と重なり、前記発光層がない領域には重なっていない請求項１または２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
発光層を有する発光素子と、
前記発光素子の上に設けられた第１透明体と、
前記発光素子の上の領域で前記第１透明体に囲まれた第２透明体と、前記第２透明体中に分散され前記発光層から放射される光とは異なる波長の光を発光する複数の蛍光体と、を有する複数の柱状の蛍光体層と、
を備え、
それぞれの前記蛍光体層の前記複数の蛍光体の総体積は、それぞれの前記蛍光体層の前記第２透明体の体積よりも大きい半導体発光装置。
【請求項５】
前記複数の蛍光体層は、
第１蛍光体を含む第１蛍光体層と、
前記第１蛍光体とは異なる波長の光を発光する第２蛍光体を含む第２蛍光体層と、
を有する請求項４記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第２蛍光体は、前記第１蛍光体よりも短波長の光を発光し、
前記第２蛍光体層は、前記第１蛍光体層よりも前記第１透明体の側面側に設けられている請求項５記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記第１透明体は、前記複数の蛍光体層の上にも設けられている請求項４〜６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第１透明体における前記複数の蛍光体層よりも上の層に、前記発光層に対して垂直な第１方向に対して傾斜した傾斜部が設けられている請求項７記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記複数の蛍光体層は、
前記第１透明体の下層部に設けられ、第１蛍光体を含む第１蛍光体層と、
前記第１透明体の上層部に、前記第１蛍光体層と重ならずに設けられ、前記第１蛍光体よりも短波長の光を発光する第２蛍光体を含む第２蛍光体層と、
を有する請求項４記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
それぞれが発光層を含み、互いに分離された複数の半導体層と、前記複数の半導体層を一体に支持する支持体とを有するマルチチップパッケージ部と、
前記マルチチップパッケージ部上に設けられた透明体と、
前記複数の半導体層のうちいずれか１つ以上の半導体層の上に設けられ、前記透明体に周囲を囲まれ、第１蛍光体を含む第１蛍光体層と、
前記複数の半導体層のうちいずれか１つ以上の半導体層の上に設けられ、前記透明体に周囲を囲まれ、前記第１蛍光体とは異なる波長の光を発光する第２蛍光体を含む第２蛍光体層と、
を備え、
前記複数の半導体層のうちいずれか１つ以上の半導体層の上には、蛍光体が設けられず、前記透明体が設けられている半導体発光装置。
【請求項１１】
前記複数の半導体層から放射される光のピーク波長は、３６０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であり、
前記第１蛍光体から放射される光のピーク波長は、６１０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下であり、
前記第２蛍光体から放射される光のピーク波長は、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下である請求項１０記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子と、蛍光体と、を組み合わせ、白色光などの可視光やその他の波長帯の光を放射する半導体発光装置として、チップサイズパッケージ構造の半導体発光装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、色度の制御性に優れた半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、半導体発光装置は、発光層を有する発光素子と、前記発光素子の上に設けられた第１透明体と、前記第１透明体中に分散され前記発光層から放射される光とは異なる波長の光を発光する蛍光体と、前記発光素子の上の領域で前記第１透明体に囲まれた第１透明部と、前記第１透明体上および前記第１透明部上に設けられた第２透明部と、を有する第２透明体と、を備える。前記第２透明部は、前記第１透明部の上に形成され、前記発光層に対して垂直な第１方向に対して傾斜した傾斜部を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図２】図２（ａ）は、実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図２（ｂ）は、実施形態の半導体発光装置の一部の模式断面図。
【図３】図３（ａ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図３（ｂ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図４】図４（ａ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図４（ｂ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図６】第１実施形態の半導体発光装置の模式平面図。
【図７】図７（ａ）は、第２実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図７（ｂ）は、第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図８】第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図９】図９（ａ）は、第２実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図９（ｂ）は、第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図１０】第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図１１】図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、第２実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図１２】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、第２実施形態の半導体発光装置の製造方法を示す模式断面図。
【図１３】図１３（ａ）は、第３実施形態の半導体発光装置の模式平面図であり、図１３（ｂ）は、第３実施形態の半導体発光装置の模式断面図。
【図１４】第３実施形態の半導体発光装置の模式平面図。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、蛍光体の模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１は、実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。  
図２（ａ）は、実施形態の半導体発光装置におけるｐ側電極１６とｎ側電極１７の平面レイアウトの一例を示す模式平面図である。図１は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ'断面に対応する。  
図３（ａ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式上面図であり、図３（ｂ）は、第１実施形態の半導体発光装置の模式断面図である。  
図３（ｂ）では、図１に示す発光素子１０を簡略化して表している。図１では、図３（ｂ）に示す光学層３０を簡略化して表している。
【０００９】
第１実施形態の半導体発光装置１００は、発光素子１０と、光学層３０とを有する。発光素子１０は、発光層１３を有する半導体層１５を有する。半導体層１５は、第１の面１５ａと、その反対側の第２の面１５ｂとを有する。
【００１０】
半導体層１５の第２の面１５ｂは、発光層１３を含む部分１５ｅ（発光領域）と、発光層１３を含まない部分１５ｆとを有する。発光層１３を含む部分１５ｅは、半導体層１５のうちで、発光層１３が積層されている部分である。発光層１３を含まない部分１５ｆは、半導体層１５のうちで、発光層１３が積層されていない部分である。発光層１３を含む部分１５ｅは、発光層１３から発光された光を外部に取り出し可能な積層構造となっている領域を示す。
【００１１】
第２の面１５ｂ側において、発光層１３を含む部分１５ｅの上にｐ側電極１６が設けられ、発光層１３を含まない部分１５ｆの上にｎ側電極１７が設けられている。
【００１２】
図２（ａ）に示す例では、発光層１３を含まない部分１５ｆが発光層１３を含む部分１５ｅを囲んでおり、ｎ側電極１７がｐ側電極１６を囲んでいる。
【００１３】
ｐ側電極１６とｎ側電極１７を通じて発光層１３に電流が供給され、発光層１３は発光する。そして、発光層１３から放射される光は、第１の面１５ａ側から半導体発光装置１００の外部に放射される。
【００１４】
半導体層１５の第２の面１５ｂ側には、図１に示すように支持体２００が設けられている。半導体層１５、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７を含む発光素子は、第２の面１５ｂ側に設けられた支持体２００によって支持されている。
【００１５】
半導体層１５の第１の面１５ａ側には、半導体層１５から放射される光に所望の光学特性を与える層として、光学層３０が設けられている。光学層３０は、複数の粒子状の蛍光体３３を含む。蛍光体３３は、発光層１３から放射された光により励起され、その光とは異なる波長の光を発光する。
【００１６】
蛍光体３３は、例えば第１透明樹脂３１（第１透明体）中に分散されている。第１透明樹脂３１は、発光層１３から放射された光および蛍光体３３から放射された光を透過する。ここで「透過」とは、透過率が１００％であることに限らず、光の一部を吸収する場合も含む。なお、第１透明樹脂３１として、例えばガラス等の透明材料が用いられてもよい。
【００１７】
半導体層１５は、第１の半導体層１１と、第２の半導体層１２と、発光層１３とを有する。発光層１３は、第１の半導体層１１と、第２の半導体層１２との間に設けられている。第１の半導体層１１および第２の半導体層１２は、例えば、窒化ガリウムを含む。
【００１８】
第１の半導体層１１は、例えば、下地バッファ層、ｎ型ＧａＮ層を含む。第２の半導体層１２は、例えば、ｐ型ＧａＮ層を含む。発光層１３は、青、紫、青紫、紫外光などを発光する材料を含む。発光層１３の発光ピーク波長は、例えば、３６０〜４７０ｎｍがよく、好ましくは４３０〜４７０ｎｍである。
【００１９】
半導体層１５の第２の面１５ｂは、凹凸形状に加工される。その凸部は、発光層１３を含む部分１５ｅであり、凹部は、発光層１３を含まない部分１５ｆである。発光層１３を含む部分１５ｅの表面は第２の半導体層１２の表面であり、第２の半導体層１２の表面にｐ側電極１６が設けられている。発光層１３を含まない部分１５ｆの表面は第１の半導体層１１の表面であり、第１の半導体層１１の表面にｎ側電極１７が設けられている。
【００２０】
半導体層１５の第２の面において、発光層１３を含む部分１５ｅの面積は、発光層１３を含まない部分１５ｆの面積よりも広い。また、発光層１３を含む部分１５ｅの表面に設けられたｐ側電極１６の面積は、発光層１３を含まない部分１５ｆの表面に設けられたｎ側電極１７の面積よりも広い。これにより、広い発光面が得られ、光出力を高くできる。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ｎ側電極１７は例えば４本の直線部を有し、そのうちの１本の直線部には、その直線部の幅方向に突出したコンタクト部１７ｃが設けられている。そのコンタクト部１７ｃの表面には、図１に示すようにｎ側配線層２２のビア２２ａが接続される。
【００２２】
半導体層１５の第２の面１５ｂ、ｐ側電極１６およびｎ側電極１７は、図１に示すように、絶縁膜１８で覆われている。絶縁膜１８は、例えば、シリコン酸化膜などの無機絶縁膜である。絶縁膜１８は、発光層１３の側面及び第２の半導体層１２の側面にも設けられ、それら側面を覆っている。
【００２３】
また、絶縁膜１８は、半導体層１５における第１の面１５ａから続く側面（第１の半導体層１１の側面）１５ｃにも設けられ、その側面１５ｃを覆っている。
【００２４】
さらに、絶縁膜１８は、半導体層１５の側面１５ｃの周囲のチップ外周部にも設けられている。チップ外周部に設けられた絶縁膜１８は、第１の面１５ａ側で、側面１５ｃから遠ざかる方向に延在している。
【００２５】
第２の面側の絶縁膜１８上には、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２とが互いに分離して設けられている。絶縁膜１８には、ｐ側電極１６に通じる複数の第１の開口と、ｎ側電極１７のコンタクト部１７ｃに通じる第２の開口とが形成される。なお、第１の開口は、大きな１つの開口でも良い。
【００２６】
ｐ側配線層２１は、絶縁膜１８上および第１の開口の内部に設けられている。ｐ側配線層２１は、第１の開口内に設けられたビア２１ａを介してｐ側電極１６と電気的に接続されている。
【００２７】
ｎ側配線層２２は、絶縁膜１８上および第２の開口の内部に設けられている。ｎ側配線層２２は、第２の開口内に設けられたビア２２ａを介してｎ側電極１７のコンタクト部１７ｃと電気的に接続されている。
【００２８】
ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２が、第２の面側の領域の大部分を占めて絶縁膜１８上に広がっている。ｐ側配線層２１は、複数のビア２１ａを介してｐ側電極１６と接続している。
【００２９】
また、半導体層１５の側面１５ｃを、絶縁膜１８を介して反射膜５１が覆っている。反射膜５１は側面１５ｃに接しておらず、半導体層１５に対して電気的に接続されていない。反射膜５１は、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２に対して分離している。反射膜５１は、発光層１３の放射光及び蛍光体３３から放射された光に対して反射性を有する。
【００３０】
反射膜５１、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２は、図２（ｂ）に示す共通の金属膜６０上に例えばめっき法により同時に形成される銅膜を含む。
【００３１】
反射膜５１、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２を構成する例えば銅膜は、絶縁膜１８上に形成された金属膜６０上にめっき法で形成される。反射膜５１、ｐ側配線層２１およびｎ側配線層２２のそれぞれの厚さは、金属膜６０の厚さよりも厚い。
【００３２】
金属膜６０は、絶縁膜１８側から順に積層された、下地金属膜６１と、密着層６２と、シード層６３とを有する。
【００３３】
下地金属膜６１は、発光層１３から放射された光に対して高い反射性を有する例えばアルミニウム膜である。
【００３４】
シード層６３は、めっきで銅を析出させるための銅膜である。密着層６２は、アルミニウム及び銅の両方に対するぬれ性に優れた例えばチタン膜である。
【００３５】
なお、半導体層１５の側面１５ｃに隣接するチップ外周部においては、金属膜６０上にめっき膜（銅膜）を形成せずに、金属膜６０で反射膜５１を形成してもよい。反射膜５１は、少なくともアルミニウム膜６１を含むことで、発光層１３から放射された光及び蛍光体３３から放射された光に対して高い反射率を有する。
【００３６】
また、ｐ側配線層２１及びｎ側配線層２２の下にも下地金属膜（アルミニウム膜）６１が残されるので、第２の面側の大部分の領域にアルミニウム膜６１が広がって形成されている。これにより、光学層３０側に向かう光の量を増大できる。
【００３７】
ｐ側配線層２１における半導体層１５とは反対側の面には、ｐ側金属ピラー２３が設けられている。ｐ側配線層２１及びｐ側金属ピラー２３は、ｐ側配線部４１を形成している。
【００３８】
ｎ側配線層２２における半導体層１５とは反対側の面には、ｎ側金属ピラー２４が設けられている。ｎ側配線層２２及びｎ側金属ピラー２４は、ｎ側配線部４３を形成している。
【００３９】
ｐ側配線部４１とｎ側配線部４３との間には、樹脂層２５が設けられている。樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の側面とｎ側金属ピラー２４の側面に接するように、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に設けられている。すなわち、ｐ側金属ピラー２３とｎ側金属ピラー２４との間に、樹脂層２５が充填されている。
【００４０】
また、樹脂層２５は、ｐ側配線層２１とｎ側配線層２２との間、ｐ側配線層２１と反射膜５１との間、およびｎ側配線層２２と反射膜５１との間に設けられている。
【００４１】
樹脂層２５は、ｐ側金属ピラー２３の周囲およびｎ側金属ピラー２４の周囲に設けられ、ｐ側金属ピラー２３の側面およびｎ側金属ピラー２４の側面を覆っている。
【００４２】
また、樹脂層２５は、半導体層１５の側面１５ｃに隣接するチップ外周部にも設けられ、反射膜５１を覆っている。
【００４３】
ｐ側金属ピラー２３におけるｐ側配線層２１とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｐ側外部端子２３ａとして機能する。ｎ側金属ピラー２４におけるｎ側配線層２２とは反対側の端部（面）は、樹脂層２５から露出し、実装基板等の外部回路と接続可能なｎ側外部端子２４ａとして機能する。ｐ側外部端子２３ａ及びｎ側外部端子２４ａは、例えば、はんだ、または導電性の接合材を介して、実装基板のランドパターンに接合される。
【００４４】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、光学層３０として、第１透明樹脂３１（第１透明体）、第２透明樹脂３２（第２透明体）および蛍光体３３が設けられている。第２透明樹脂３２は、第１透明部３２ａと、第２透明部３２ｂと、傾斜部３２ｓと、を有する。
【００４５】
第１透明部３２ａは、第１透明樹脂３１に囲まれている。第１透明部３２ａは、例えば直径数μｍ〜数１０μｍの柱状であり、可視光が通過できる大きさである。第１透明部３２ａは、例えば光学層３０から発光素子１０の方向に見て、図３（ａ）に示すように、等間隔に配列されている。第１透明部３２ａは、例えば楕円状の柱状でもよい。
【００４６】
第１透明部３２ａは、第１透明樹脂３１を貫通している。あるいは、第１透明部３２ａは、第１透明樹脂３１を貫通していなくてもよい。
【００４７】
第１透明樹脂３１の内部には、蛍光体３３が分散されている。それに対し、第２透明樹脂３２の内部には、蛍光体３３が設けられていない。
【００４８】
第２透明樹脂３２は、第１透明樹脂３１と同様に、発光層１３から放射された光および蛍光体３３から放射された光を透過する。第２透明樹脂３２の材料は、第１透明樹脂３１と同じ材料でもよく、第１透明樹脂３１とは異なる材料でもよい。
【００４９】
発光層を有する半導体層１５から第１透明樹脂３１に放射された光の一部は、蛍光体３３を励起する。これにより、蛍光体３３から発光される光の波長は、半導体層１５から放射された光の波長よりも長い。すなわち、蛍光体３３は、発光層１３から放射される光とは異なる波長の光を発光する。そのため、蛍光体３３が青色の光を吸収したとき、例えば蛍光体３３（３３ｙ）から放射される光の色は、黄色である。
【００５０】
第２透明樹脂３２の柱状の第１透明部３２ａは、半導体層１５の上に重なる領域に配置されている。したがって、半導体層１５から放射された光は、第１透明部３２ａを経由して光学層３０の上面から外部に放射される成分も含む。その光の色は、半導体層１５（発光層１３）から放射される光の色と同様であり、例えば青色の光が放射される。
【００５１】
第１透明樹脂３１上および第１透明部３２ａ上には、第２透明部３２ｂが設けられている。第２透明部３２ｂは、第１透明部３２ａと一体に設けられている。
【００５２】
第２透明部３２ｂは、発光層１３に対して垂直な第１方向Ｚ、および半導体層１５の第１面１５ａに対して傾斜した傾斜部３２ｓを有する。傾斜部３２ｓは、第１透明部３２ａの上に設けられている。
【００５３】
図３（ｂ）に示すように、傾斜部３２ｓは、例えば第２透明部３２ｂに形成されたくぼみ３２ｈに設けられている。図３（ａ）に示すように、傾斜部３２ｓの発光層１３に対して平行な第２方向の幅Ｗは、第１透明部３２ａの直径よりも大きい。これにより、傾斜部３２ｓを形成するときに、第１透明部３２ａに対する位置合わせずれが発生しても、傾斜部３２ｓが第１透明部３２ａの上面から外れて形成されない。傾斜部３２ｓは、例えばテンプレートを用いたインプリント法により、第２透明部３２ｂに形成される。
【００５４】
くぼみ３２ｈの内部は、例えば空洞である。くぼみ３２ｈの内部には、例えば第２透明樹脂３２よりも屈折率の低い材料が設けられてもよい。
【００５５】
くぼみ３２ｈの深さは、光学層３０の側面側から中心部側に向かって深くなっている。傾斜部３２ｓの上端は下端よりも光学層３０の側面側に位置している。これにより、半導体層１５から放射され第１透明部３２ａ内を第１方向（Ｚ方向に）進んできた光を傾斜部３２ｓで光学層３０の側面側に全反射させることが可能となる。
【００５６】
発光層を含む半導体層上に蛍光体層が設けられた構造において、一般に、半導体層に近い下層の蛍光体ほど発光層からの励起光（例えば青色光）を吸収する。そのため、下層の蛍光体ほど発光量が多く、上面に近く光を外部に取り出しやすい上層の蛍光体の発光量が少なくなる傾向がある。
【００５７】
半導体層１５から放射された光が上層に設けられた蛍光体３３を励起させる頻度は、下層に設けられた蛍光体３３を励起させる頻度よりも低い。そのため、第１透明樹脂３１の中で、蛍光体３３の発光量には厚さ方向でばらつきが生じる。また、上層の蛍光体は下層の蛍光体から放射された光の外部への取り出しを阻害する。これは、蛍光体濃度が高くなるほど顕著になる。
【００５８】
これに対し、本実施形態によれば、光学層３０には、蛍光体を含まない第２透明樹脂３２の第１透明部３２ａ、第２透明部３２ｂおよび傾斜部３２ｓが設けられている。これにより、光学層３０の下層に設けられた蛍光体３３から放射された光の一部は、第１透明部３２ａおよび第２透明部３２ｂを介して外部に放射される。そのため、光学層３０の下層に設けられた蛍光体３３から放射された光の取り出し効率が向上する。
【００５９】
上記に加え、半導体層１５から放射された光の一部は、第１透明部３２ａを介して光学層３０の上層に設けられた蛍光体３３を励起させる。そのため、蛍光体３３の設けられた位置に関わらず均一な発光量を実現できる。
【００６０】
上記に加え、図３（ｂ）の矢印は、半導体層１５から放射された光の一部の経路を例示している。発光素子１０から第１透明部３２ａに入射し、Ｚ方向に進んだ光は、傾斜部３２ｓに達する。傾斜部３２ｓにおいて、光は全反射して外部に放射される。
【００６１】
傾斜部３２ｓの角度を変えることで、第１透明部３２ａを経由して放射される光の角度を調整することができる。すなわち、半導体層１５から放射される光（例えば青色の波長を有する光）の配光特性を制御し、色割れ（イエローリング等）を改善することが可能となる。
【００６２】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、傾斜部３２ｓは、例えば第１透明樹脂３１上の第２透明部３２ｂの上面にも設けられてもよい。第１透明部３２ａの真上の第１の傾斜部３２ｓによって全反射された光の進む方向に別の第２の傾斜部３２ｓがある。第２の傾斜部３２ｓの傾斜角度を適切に設定することで、第１の傾斜部３２ｓで全反射した光の第２の傾斜部３２ｓに対する入射角を小さくして、第２透明樹脂３２から空気への光取り出し効率を向上できる。互いに異なる傾斜角度を有する複数の傾斜部３２ｓを用いることにより、光の取り出し効率および配光制御性を高めることが可能である。
【００６３】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、光学層３０における第１透明部３２ａの形状を示す断面図である。
【００６４】
図５（ａ）に示すように、例えば第１透明部３２ａの上端部の直径は、下端部の直径よりも大きい。すなわち、第１透明部３２ａの側壁は、いわゆる順テーパー状に設けられている。これにより、図５（ａ）の矢印に示すように、蛍光体３３から発光素子１０の方向に放射された光（戻り蛍光成分）が、第１透明部３２ａを経由して外部に放射され易くなる。すなわち、下層側の蛍光体３３から放射される光の取り出し効率が向上する。
【００６５】
図５（ｂ）に示すように、例えば第１透明部３２ａの上端部の直径は、下端部の直径よりも小さい。すなわち、第１透明部３２ａの側壁は、いわゆる逆テーパー状に設けられている。これにより、図５（ｂ）の矢印に示すように、光学層３０の上端側に設けられた蛍光体３３が励起され易くなる。すなわち、上層側の蛍光体３３から放射される光の取り出し効率が向上する。
【００６６】
図６は、本実施形態の半導体発光装置の主な要素の模式平面図である。図６に示すように、半導体発光装置１００には、発光層１３を含む部分１５ｅ（ｐ側電極１６）および発光層１３を含まない部分１５ｆ（ｎ側電極１７）が設けられている。光学層３０から発光素子１０の方向に見て、第１透明部３２ａは、発光層１３を含む部分１５ｅ（ｐ側電極１６）上に設けられており、発光層１３を含まない部分１５ｆ（ｎ側電極１７）上に設けられていない。すなわち、第１透明部３２ａは、発光層１３と完全に重なって設けられており、発光層１３が形成されていない領域にはまったく重なっていない。
【００６７】
例えば、第１透明部３２ａが、発光層１３を含まない部分１５ｆ上に設けられた場合において、第１透明部３２ａと発光層１３を含まない部分１５ｆとが重なる面積のばらつきが、第１透明部３２ａを経由して放射される光の量のばらつきに影響する。
【００６８】
これに対し、本実施形態によれば、第１透明部３２ａは、発光層１３を含む部分１５ｅ上に設けられ、発光層１３が形成されていない領域には重なっていない。そのため、第１透明部３２ａを経由して放射される光のばらつきを抑制することが可能となる。
【００６９】
第１透明樹脂３１の屈折率は、例えば第２透明樹脂３２の屈折率よりも低い。これにより、半導体層１５から第１透明部３２ａへ放射された光が、第２透明部３２ｂから放射され易くなる。すなわち、第１透明部３２ａを導光される光の透過率が向上する。さらに、第１透明樹脂３１から第２透明樹脂３２へ進む光の全反射を抑制する。この条件は、第１透明樹脂３１内に分散された蛍光体３３の濃度が高いとき（低色温度）に有効である。
【００７０】
第１透明樹脂３１の屈折率は、例えば第２透明樹脂３２の屈折率よりも高い。このとき、第１透明樹脂３１と、第２透明樹脂３２との間の界面および第２透明樹脂３２と、光学層３０の外部との間の界面での全反射および反射率が抑制される。これにより、第１透明樹脂３１から第２透明樹脂３２を経由して空気へと放射される光の取り出し効率が向上する。この条件は、第１透明樹脂３１内に分散された蛍光体３３の濃度が低いとき（高色温度）に有効である。
【００７１】
本実施形態によれば、光取り出し効率を向上させ、色度の優れた半導体発光装置を提供することが可能となる。
【００７２】
（第２実施形態）  
図７（ａ）〜図１１（ｂ）は、第２実施形態の半導体発光装置を表す模式図である。  
図７（ａ）は、半導体発光装置１１０の模式上面図であり、図７（ｂ）は、半導体発光装置１１０の模式断面図である。
【００７３】
第２実施形態における半導体発光装置１１０においても、第１実施形態と同様に、発光素子１０上に光学層３０が設けられており、光学層３０は、第１透明樹脂３１を有する。本実施形態においては、光学層３０は、第１透明樹脂３１に囲まれた複数の柱状の蛍光体層３０ｈを有する。
【００７４】
蛍光体層３０ｈは、第２透明樹脂３２と、複数の粒子状の蛍光体３３とを有する。蛍光体３３は、例えば疑似的なバルク（柱状の高濃度蛍光体部）を形成している。このとき、蛍光体３３から発生した熱を、第２透明樹脂３２を介さずに発光素子１０側へ放熱することが可能である。そのため、蛍光体３３どうしが互いに接触して高濃度に蛍光体３３が含まれる擬似的なバルクを形成した蛍光体３３の放熱性は、透明樹脂中に分散された一般的な蛍光体３３の放熱性よりも優れている。すなわち、蛍光体３３を擬似的なバルクとして設けることにより、光学層３０の熱抵抗が低減され、光学層３０の発熱および温度上昇（熱引き  heat dissipation）を抑制することが可能である。
【００７５】
蛍光体層３０ｈに含まれる蛍光体３３の総体積は、第２透明樹脂３２の体積よりも大きい。蛍光体層３０ｈ内の状態は、複数の蛍光体３３の粒子同士が接している状態であり、例えば８０パーセント以上の蛍光体３３の粒子が他の蛍光体３３の粒子と接している状態である。
【００７６】
例えば、図１５（ｂ）に示すように、複数の蛍光体３３が互いに接して光学層３０の厚さ方向につながっている。これにより、光学層３０の上層において蛍光体３３から発生した熱を、透明樹脂を介さずに発光素子１０へ逃がすことが可能である（図１５（ｂ）中の矢印方向）。そのため、放熱性が良い。
【００７７】
蛍光体３３を柱状の擬似的なバルクとして設けることにより、発光素子１０上における蛍光体３３の配置制御が容易になる。これにより、放射される光の色度ばらつきを低減することが可能である。
【００７８】
発光層を含む半導体層上に蛍光体層が設けられた構造において、一般に、半導体層に近い下層の蛍光体ほど発光層からの励起光（例えば青色光）を吸収する。そのため、下層の蛍光体ほど発光量が多く、上面に近く光を外部に取り出しやすい上層の蛍光体の発光量が少なくなる傾向がある。
【００７９】
半導体層１５から放射された光が上層に設けられた蛍光体３３を励起させる頻度は、下層に設けられた蛍光体３３を励起させる頻度よりも低い。そのため、蛍光体層３０ｈの中で、蛍光体３３の発光量には厚さ方向でばらつきが生じる。また、上層の蛍光体は下層の蛍光体から放射された光の外部への取り出しを阻害する。これは、蛍光体濃度が高くなるほど顕著になる。
【００８０】
これに対し、本実施形態によれば、光学層３０には、蛍光体を含まない第１透明樹脂３１が設けられている。これにより、光学層３０の下層に設けられた蛍光体３３から放射された光の一部は、第１透明樹脂３１を介して外部に放射される。そのため、光学層３０の下層に設けられた蛍光体３３から放射された光の取り出し効率が向上する。
【００８１】
上記に加え、半導体層１５から放射された光の一部は、第１透明樹脂３１を介して光学層３０の上層に設けられた蛍光体３３を励起させる。そのため、蛍光体３３の設けられた位置に関わらず均一な発光量を実現できる。
【００８２】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の蛍光体層３０ｈは、互いに異なる波長の光を放射する蛍光体３３（３３ｒ、３３ｇ、３３ｙ）を有する。光学層３０の面方向（厚さ方向に対して直交する方向）の中心部側の蛍光体層３０ｈ（第１蛍光体層）には、相対的に長波長の光（例えばピーク波長６１０〜６６０ｎｍ周辺の赤色の光）を発光する蛍光体３３ｒ（第１蛍光体）が設けられている。
【００８３】
これに対し、光学層３０の上記中心部よりも側面側の蛍光体層３０ｈ（第２蛍光体層）には、第１蛍光体の発光波長よりも短波長の光（例えばピーク波長５００〜６００ｎｍ周辺の緑色の光）を放射する蛍光体３３ｇ（第２蛍光体）が設けられている。これにより、蛍光体３３から放射された光の再吸収を減少させることが可能である。すなわち、蛍光体層３０ｈから放射される光の取り出し効率が向上する。
【００８４】
図８は、半導体発光装置１１０の模式断面図である。  
図８に示すように、光学層３０は、例えば光散乱層３５を有する。光散乱層３５は、第１透明樹脂３１および蛍光体層３０ｈの上面を覆っている。光散乱層３５は、半導体層１５の放射光および蛍光体３３の放射光に対して透明な透明樹脂と、その透明樹脂中に分散された散乱材とを有する。散乱材は、半導体層１５の放射光および蛍光体３３の放射光を散乱させる。
【００８５】
散乱材で散乱された光は、光散乱層３５の付近に設けられた蛍光体３３を効率良く励起する。さらに、光の散乱量および指向性を制御し、色割れを抑制することが可能となる。上記に加え、光散乱層３５の切削加工（膜厚調整）を行うことにより、色度を調整することが可能である。光散乱層３５の切削加工は、例えば光の波長を測定した結果を踏まえて実施する。
【００８６】
図９（ａ）は、半導体発光装置１１０の模式上面図であり、図９（ｂ）は、半導体発光装置１１０の模式断面図である。  
図９（ｂ）に示すように、第１透明樹脂３１は、例えば蛍光体層３０ｈの上にも設けられている。第１透明樹脂３１における蛍光体層３０ｈよりも上の層には、傾斜部３１ｓが設けられている。傾斜部３１ｓは、発光層１３に対して垂直な第１方向（Ｚ方向）に対して傾斜している。傾斜部３１ｓは、蛍光体層３０ｈと蛍光体層３０ｈとの間の領域上に設けられている。
【００８７】
傾斜部３１ｓは、例えば第１透明樹脂３１に形成されたくぼみ３１ｈに設けられている。くぼみ３１ｈの内部は、例えば空洞である。くぼみ３１ｈの内部には、例えば第１透明樹脂３１よりも屈折率の低い材料が設けられてもよい。
【００８８】
くぼみ３２ｈの深さは、光学層３０の側面側から中心部側に向かって深くなっている。傾斜部３２ｓの上端は下端よりも光学層３０の側面側に位置している。半導体層１５から放射され蛍光体層３０ｈの間の第１透明樹脂３１内を第１方向（Ｚ方向に）進んできた光を傾斜部３２ｓで光学層３０の側面側に全反射させることが可能となる。
【００８９】
図９（ａ）に示すように、傾斜部３１ｓは、例えば蛍光体層３０ｈの周囲を連続して囲んでいる。これにより、半導体層１５から放射される光の配光特性を制御することが可能となる。
【００９０】
図１０は、半導体発光装置１１０の模式断面図である。  
図１０に示すように、第１透明樹脂３１は、下層部３１ａと、上層部３１ｂとを有する。下層部３１ａには、蛍光体３３ｒを有する蛍光体層３０ｈ（第１蛍光体層）が設けられている。上層部３１ｂには、蛍光体３３ｇを有する蛍光体層３０ｈ（第２蛍光体層）が設けられている。上層部３１ｂには、下層部３１ａに設けられた蛍光体３３ｒとは異なる波長の光を発光する蛍光体３３ｇが設けられている。蛍光体３３ｒは赤色光を発光し、蛍光体３３ｇは蛍光体３３ｒよりも短波長の緑色光を発光する。上層部３１ｂの蛍光体層３０ｈは、下層部３１ａの蛍光体層３０ｈと重ならずに設けられている。
【００９１】
図１０の半導体発光装置１１０によれば、第１透明樹脂３１を経由する光（青色の光）の光路を制御することができ、色割れの低減が可能である。さらに、蛍光体３３ｇから放射された短波長の光の再吸収を抑制することができ、光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【００９２】
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、光学層３０における蛍光体層３０ｈの形状を示す断面図である。
【００９３】
図１１（ａ）に示すように、例えば蛍光体層３０ｈの側壁は、順テーパー状に設けられている。これにより、光学層３０の上端側に設けられた蛍光体３３が励起され易くなる。すなわち、上層側の蛍光体３３から放射される光の取り出し効率が向上する。
【００９４】
図１１（ｂ）に示すように、例えば蛍光体層３０ｈの側壁は、逆テーパー状に設けられている。これにより、蛍光体３３から発光素子１０の方向に放射された光が、第１透明樹脂３１を経由して外部に放射され易くなる。すなわち、下層側の蛍光体３３から放射される光の取り出し効率が向上する。
【００９５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、光取り出し効率を向上させ、色度の優れた半導体発光装置を提供することが可能となる。
【００９６】
次に、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照して、第２実施形態による半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００９７】
図１２（ａ）に示すように、ダイシング前のウェーハ状態で、発光素子１０上に光学部材４０を形成する。光学部材４０には、ホール４０ｈのパターンが形成されている。例えば、ホールパターンが形成されたシート状の光学部材４０を、複数の半導体層１５上に貼り合わせることが可能である。光学部材４０は、例えば複数の半導体層１５上にインプリント法等により形成されてもよい。
【００９８】
光学部材４０は、第１透明樹脂３１と、複数のホール４０ｈとを有する。第１透明樹脂３１には、半導体層１５から放射される光を透過する材料が用いられる。なお、第１透明樹脂３１として、例えばガラス等の透明材料が用いられてもよい。ホール４０ｈは、光学部材４０を貫通していなくてもよく、ホール４０ｈの底部には、第１透明樹脂３１が形成されていてもよい。
【００９９】
次に、複数の半導体層１５から放射される光の波長を測定する。このとき、例えば青色の光に対応する波長を測定する。
【０１００】
その後、図１２（ｂ）に示すように、例えばインクジェット法を用いてホール４０ｈに蛍光体３３を埋め込む。このとき、光の波長を測定した結果に基づき、ホール４０ｈに埋め込まれる蛍光体３３の種類を決定する。蛍光体３３の種類として、例えば赤色の光を発光する蛍光体３３ｒ、黄色の光を発光する蛍光体３３ｙおよび緑色の光を発光する蛍光体３３ｇ等が用いられる。これにより、発光素子１０から光学部材４０を経由して放射された光の色を調整することが可能である。
【０１０１】
ホール４０ｈには、例えば蛍光体３３を含む第２透明樹脂３２が埋め込まれてもよく、例えば蛍光体３３を含む希釈溶剤が埋め込まれた後、希釈溶剤を気化させてもよい。
【０１０２】
次に、光学層３０の上面よりも突出した蛍光体３３を研削し、平坦化する。これにより、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す半導体発光装置１１０が形成される。
【０１０３】
これにより、光取り出し効率を向上させ、色度の優れた半導体発光装置を提供することが可能となる。
【０１０４】
（第３実施形態）  
図１３（ａ）〜図１４は、第３実施形態の半導体発光装置を表す模式図である。  
図１３（ａ）は、半導体発光装置１２０の模式上面図であり、図１３（ｂ）は、半導体発光装置１２０の模式断面図である。
【０１０５】
第３実施形態における半導体発光装置１２０においても、前述した半導体発光装置１１０と同様に、半導体層１５上に光学層３０が設けられており、光学層３０は、第１透明樹脂３１と、第１透明樹脂３１に囲まれた蛍光体層３０ｈとを有する。
【０１０６】
蛍光体層３０ｈの中には、蛍光体３３が設けられている。蛍光体３３は、第１透明樹脂３１中に埋め込まれ、第１透明樹脂３１に周囲を囲まれ、擬似的なバルクを形成している。蛍光体３３は、例えば第２透明樹脂に含まれた状態で、蛍光体層３０ｈの中に設けられてもよい。
【０１０７】
図１３（ｂ）に示すように、蛍光体層３０ｈは半導体層１５上に設けられ、蛍光体層３０ｈは、発光層１３の上の領域を完全に覆っている。
【０１０８】
本実施形態において、半導体発光装置１２０は、複数の半導体層１５と、支持体２００とを有するマルチチップパッケージ部７０を有する。例えば図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、マルチチップパッケージ部７０には、３つの半導体層１５が設けられている。例えば図１４に示すように、マルチチップパッケージ部７０には、４つの半導体層１５が設けられている。
【０１０９】
図１３（ａ）に示すように、３つの半導体層１５のそれぞれの上には、赤色の光を発光する蛍光体３３ｒを含む蛍光体層３０ｈ（第１蛍光体層）、緑色の光を発光する蛍光体３３ｇを含む蛍光体層３０ｈ（第２蛍光体層）および蛍光体を含まない第１透明樹脂３１が設けられている。第１透明樹脂３１は、マルチチップパッケージ部７０上の蛍光体層３０ｈが設けられた部分を除いて一体に設けられている。第１透明樹脂３１から放射される光の色は、半導体層１５から放射される光の色と同様の青色である。これにより、半導体発光装置１２０は、赤色、緑色および青色の光を任意に放射することが可能である。すなわち、半導体発光装置１２０をディスプレイの１画素として用いることが可能となる。
【０１１０】
図１４に示すように、４つの半導体層１５のうち、２つの半導体層１５の上には、蛍光体３３ｇを含む蛍光体層３０ｈが設けられ、残りの２つの半導体層１５の上には、蛍光体３３ｒを含む蛍光体層３０ｈおよび蛍光体を含まない第１透明樹脂３１が設けられている。本実施形態によれば、マルチチップパッケージ部７０の半導体層１５の数は任意である。そのため、半導体層１５の数を増加させることにより、解像度を向上させることが可能である。
【０１１１】
図１５（ａ）に示すように、例えば蛍光体３３は、厚膜の第１透明樹脂３１中に分散して設けられている。すなわち、蛍光体３３は、低濃度の状態で設けられている。このとき、光学層３０の上層において蛍光体３３から発生した熱を、第１透明樹脂３１を介して発光素子１０へ逃す必要がある（図１５（ａ）中の矢印方向）。
【０１１２】
実施形態において、蛍光体３３は、蛍光体層３０ｈに埋め込まれている。このとき、図１５（ｂ）に示すように、蛍光体３３は、薄膜の第１透明樹脂３１の中に高濃度の状態で設けられているときと同様の状態で設けられている。複数の蛍光体３３が互いに接して光学層３０の厚さ方向につながっている。そのため、光学層３０の上層において蛍光体３３から発生した熱を、第１透明樹脂３１を介さずに発光素子１０へ逃がすことが可能である（図１５（ｂ）中の矢印方向）。そのため、放熱性が良い。
【０１１３】
本実施形態によれば、前述した第１、第２実施形態と同様に、光取り出し効率を向上させ、色度の優れた半導体発光装置を提供することが可能となる。上記に加え、光学層３０の放熱性が改善し、大型ディスプレイ等の高輝度（大電力）を必要とするアプリケーションに用いることが可能となる。
【０１１４】
前述した第１〜第３実施形態において、光学層３０は、複数の粒子状の散乱材（例えばチタン化合物）を含んでもよい。また、光学層３０は、セラミック製蛍光体、ガラス分散蛍光体を含んでもよい。第１透明樹脂３１および第２透明樹脂３２には、発光層１３から放射された光および蛍光体３３から放射された光を透過する樹脂以外の材料（例えばガラス等）が用いられてもよい。
【０１１５】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば複数の前記柱状の前記第１透明部が等間隔で設けられている。
【０１１６】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記傾斜部の前記発光層に対して平行な第２方向の幅は、前記第１透明部の直径よりも大きい。
【０１１７】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記傾斜部は、互いに異なる傾斜角度をもつ複数の傾斜面を有する。
【０１１８】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記第１透明体の屈折率は、前記第２透明体の屈折率よりも高い。
【０１１９】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記第１透明体の屈折率は、前記第２透明体の屈折率よりも低い。
【０１２０】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記第１透明部の上端部の直径は、前記第１透明部の下端部の直径よりも大きい。
【０１２１】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記第１透明部の上端部の直径は、前記第１透明部の下端部の直径よりも小さい。
【０１２２】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記傾斜部は、前記複数の蛍光体層の間の領域上に設けられている。
【０１２３】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記傾斜部は、前記複数の蛍光体層の周囲を連続して囲んでいる。
【０１２４】
上述したそれぞれの実施形態によれば、半導体発光装置は、例えば前記第１透明体上および前記複数の蛍光体層上に設けられた光散乱層をさらに備える。
【０１２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…発光素子、  １１，１２…第１，第２の半導体層、  １３…発光層、  １５…半導体層、  １５ａ，１５ｂ…第１面，第２の面、  １５ｃ…側面、  １５ｅ，１５ｆ…部分、  １６…ｐ側電極、  １７…ｎ側電極、  １７ｃ…コンタクト部、  １８…絶縁膜、  ２１…ｐ側配線層、  ２１ａ，２２ａ…ビア、  ２２…ｎ側配線層、  ２３…ｐ側金属ピラー、  ２３ａ…ｐ側外部端子、  ２４…ｎ側金属ピラー、  ２４ａ…ｎ側外部端子、  ２５…樹脂層、  ３０…光学層、  ３０ｈ…蛍光体層、  ３１…第１透明樹脂、  ３１ａ…下層部、  ３１ｂ…上層部、  ３１ｈ…溝部、  ３１ｓ…傾斜部、  ３２…第２透明樹脂、  ３２ａ，３２ｂ…第１，第２透明部、  ３２ｈ…溝部、  ３２ｓ…傾斜部、  ３３，３３ｇ，３３ｒ，３３ｙ…蛍光体、  ３５…光散乱層、  ４０…光学部材、  ４０ｈ…ホール、  ４１…ｐ側配線部、  ４３…ｎ側配線部、  ５１…反射膜、  ６０…金属膜、  ６１…アルミニウム膜、  ６１…下地金属膜、  ６２…密着層、  ６３…シード層、  ７０…マルチチップパッケージ部、  １００，１１０，１２０…半導体発光装置、  ２００…支持体
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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