JP5226449B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光装置に関し、特に蛍光体を使用して白色光を得る半導体発光装置における発光色の色ムラを防止する技術に関する。

発光ダイオード（以下ＬＥＤと称する）は、主に自動車のテールランプ、各種表示機器および携帯電話等のモバイル機器のバックライト等に用いられている。今後、自動車のヘッドライト、液晶ディスプレイのバックライト、一般照明等への需要が大幅に伸びることが予想される。自動車のヘッドライトや一般照明用途においては白色光が望ましい。ＬＥＤの光の色は、半導体層のバンドギャップの大きさによって決まり、使用する半導体結晶に固有のものとなる。そのため、ＬＥＤの光の色は赤や緑や青等の単色となる。このような発光特性を有するＬＥＤを用いて白色光を得るための方法としては、以下のようなものがある。

１つ目は、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを並べて、これらを同時に発光させる方法である。しかしながら、この方法の場合、ＬＥＤ特有の指向性の強さゆえに、見る方向によって色ムラが生じやすい。また、それぞれの色のＬＥＤで温度等の環境に対する変化の割合が異なったり、劣化の速度等も異なるため、白色を維持することが困難である。

２つ目は、青色ＬＥＤとＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法である。蛍光体は、青色光を吸収して波長のより長い黄色光を発する。青色ＬＥＤが放射する青色光の一部は蛍光体によって黄色光に変換され、それ以外の光は青色を維持したまま蛍光体層を透過する。蛍光体から発せられる黄色光は赤色と緑色の混色光であり、これにＬＥＤからの青色光が混ざることにより白色光を得ることができる。かかる方法によれば、単一の青色ＬＥＤチップで白色光を得ることができるので、構成が単純であり、ＲＧＢの発光色のＬＥＤを並べる上記第１の方法と比較して安価に製造することができる。

特許文献１には、成長基板、バッファ層、ｎ層、発光層、ｐ層、コンタクト層、電極層が順次積層され、発光層から放射される紫外光を受光してこれを可視光に変換する蛍光体含有層を電極層の上に形成した半導体発光素子の構成が開示されている。
特開平９−１５３６４５号公報

半導体発光素子の上面に蛍光体含有層を形成する方法としては、例えば図１に示すように、半導体発光素子を支持するベース部２００の中央部にカップ状の凹部２０１を形成し、この凹部２００の底部に半導体発光素子１００を搭載した後、凹部２０１を蛍光体が分散された透明樹脂で充たすことにより半導体発光素子１００を覆う蛍光体含有層３００を形成する方法が一般的である。しかしながら、この方法によれば、半導体発光素子の直上に位置する発光面の中央部とその外周に位置する外周部とでは、発光色が異なるといった色ムラの問題があった。これは、発光面の中央部と外周部とでは、蛍光体含有層３００を通過する光の光路長が異なることに起因する。すなわち、発光面中央部においては、蛍光体含有層内部における光路長が短いため、蛍光体による波長変換を受けずに放射される光の量が多くなる。その結果、発光面中央部は青色光の量が相対的に多くなる。一方、発光面外周部においては、蛍光体含有層内部における光路長が長いため、蛍光体によって波長変換されて放射される光の量が多くなる。その結果、発光面外周部は黄色光の量が相対的に多くなる。このように、図１に示す如き構造では、発光色に色ムラが生じるため、一般照明や自動車のヘッドライトの用途には使いにくいといった問題があった。

半導体発光素子の上面に蛍光体層を形成する他の方法としては、半導体発光素子の上面にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂に蛍光体粒子を分散させたもの（以下波長変換部材と称する）をディスペンサで塗布する方法が考えられる。このとき、半導体発光素子の上面から漏れないように波長変換部材を塗布することで、図１に示す構造と比較して色ムラを格段に抑えることが可能となる。しかしながら、半導体発光素子の上面にディスペンス方式によって波長変換部材を塗布する方法においては、波長変換部材が半導体発光素子の各コーナ部にまで十分に濡れ広がらないといった問題がある。この場合、半導体発光素子の各コーナ部から放射される光は、蛍光体による黄色光を殆ど含むことができず、青色光として認識されるものとなっていた。このように、波長変換部材を半導体発光素子の上面に塗布することによって蛍光体含有層を形成する方法においては、その膜厚の不均一性に起因して色ムラが生じることとなっていた。

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、その表面に波長変換部材を塗布することによって所望の発光色を得る半導体発光装置において、波長変換部材の膜厚の不均一性に起因して生じる色ムラを防止する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。

本発明の半導体発光装置は、発光層を含む半導体層と、前記半導体層を支持する支持基板と、前記半導体層の表面に形成された蛍光体含有層と、を含む半導体発光装置であって、前記半導体層の発光面は少なくとも１つのコーナ部を有し、前記蛍光体含有層は、前記半導体層の中央部から外縁部に向けてその膜厚が薄くなっており、前記少なくとも１つのコーナ部に光を放射しない非放射部を有することを特徴としている。

前記蛍光体含有層は、蛍光体を含んだ透明樹脂からなる波長変換部材を前記半導体層の上に滴下し、これを硬化させることによって形成される。

前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部において前記発光層から放射される光を遮断する遮光部によって構成することができる。

また、前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部において前記発光層が除去された非発光部によって構成することができる。

また、前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部において前記発光層に注入される電流を遮断する電流狭窄部によって構成することができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。

図２（ａ）は、本発明の実施例１に係る半導体発光装置の上面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図、図２（ｃ）は、半導体発光素子上面に形成される蛍光体含有層の膜厚の薄い部分、すなわち波長変換部材の欠乏領域を示す上面図である。尚、図２（ａ）および（ｃ）においては、説明のため蛍光体含有層は省略して描かれている。

半導体発光装置は、主に支持基板１１と、支持基板１１の上に形成された半導体層１２と、半導体層１２の上面を覆うように形成された蛍光体含有層３０と、により構成され、半導体層１２上の各コーナ部には、半導体層１２内部の発光層から放射された光を遮る遮光部４０が設けられている。尚、半導体発光素子は、主に支持基板１１と支持基板１１上に形成された半導体層１２とにより構成されている。

支持基板１１は、膜厚１００μｍ程度のＳｉ又はＧｅ等の半導体基板からなり、半導体層１２を支持するとともに、半導体層１２内部の発光層に電流注入を行うための電流経路を形成する。支持基板１１は、半導体層１２の発光層から放射される光に対して不透明であり、支持基板１１の側面からは光が放射されないようになっている。半導体層１２と支持基板１１は、例えばＡｕＳｎ半田を含む複数の金属膜が積層されて構成される金属層１３を介して両者を貼り合わせることで接合される。金属層１３は、支持基板１１と半導体層１２の接着層としての役割を果たす他、光反射層としても機能する。支持基板１１の裏面側には、例えばＰｔ等からなる裏面電極４２が設けられている。

半導体層１２は、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が順次積層された矩形状の積層構造体を構成している。ｎ型半導体層は、例えばＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ層によって構成される。発光層は、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を有する。ｐ型半導体層は例えばＭｇがドープされたｐ型ＧａＮ層によって構成される。かかる構造を有する半導体層１２の発光層からはピーク波長が約４６０ｎｍの青色光が放射される。半導体層１２の上には、Ａｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属からなる電極パッド４１が設けられている。支持基板１１、半導体発光層１２、半導体発光素子は、いずれも上面視において矩形状をなしており、約１ｍｍ角で形成されている。

蛍光体含有層３０は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂に蛍光体を分散させた波長変換部材により構成される。蛍光体としては、例えばＹＡＧに付活剤としてＣｅ（セリウム）を導入したＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いることができる。蛍光体は、発光層から放射されるピーク波長が約４６０ｎｍの青色光を吸収してこれを波長５６０ｎｍ前後に発光ピークを持つ黄色光に変換する。半導体発光装置の発光面からは、蛍光体から発せられた黄色光と、波長変換されずに蛍光体含有層３０を透過した青色光が混ざることにより白色光が得られるようになっている。

蛍光体含有層３０は、ゲル状の波長変換部材を半導体層１２の上面に滴下した後、硬化することによって形成される。波長変換部材は、ディスペンサを用いて半導体層１２の上面を半導体層１２の外縁を超えない範囲でノズルを走査させて滴下塗布する。蛍光体含有層３０は、矩形状をなす半導体層１２の中央部の上方に最頂部を有するドーム形状をなしており、半導体層１２の周縁部における膜厚は、中央部に比べ薄くなっている。すなわち、蛍光体含有層３０は、半導体発光素子１０の外縁から内側に向けて上方に傾斜した略弧を描く傾斜面（凸状曲面）を有している。蛍光体含有層３０は半導体層１２の中央部の上方の最頂部における膜厚は約３００μｍである。蛍光体含有層３０は、約６８°の接触角で半導体層１２上に形成されている。尚、本願において、半導体層と蛍光体含有層と外部雰囲気の接触点から引いた樹脂層の接線と素子基板表面のなす樹脂層側の角度を「接触角」と称する。蛍光体含有層３０をかかる構造とすることにより、半導体発光装置の発光部と外部雰囲気との界面における輝度差が急峻な正面輝度分布を得ることができる。従って、本実施例の半導体発光装置は、発光部と外部雰囲気との界面における正面輝度分布が急峻であることが要求される照明器具（例えば、自動車のヘッドライト、街路灯、一般照明等）に好適である。

蛍光体含有層３０は、半導体層１２の上面のみを覆い、側面には形成されていない。半導体層１２の側面にまで蛍光体含有層３０を形成すると、半導体層１２の周縁部から黄色光を多く含んだ光が放射され、色ムラの原因となる場合があるからである。従って、蛍光体含有層３０を半導体層１２の上に形成する際には、波長変換部材が半導体層１２の上面から漏れないように塗布量等を厳重に管理する必要がある。しかしながら、波長変換部材を半導体層１２の上面から漏れないように塗布量を制限すると、図２（ｃ）に示すように、半導体層１２の上面の各コーナ部において波長変換部材が塗れ拡がらず、蛍光体含有層３０の厚みが薄い波長変換部材の欠乏領域が生じる。この波長変換部材の欠乏領域から放射される光は、蛍光体による黄色光を殆ど含むことができず、青色光として認識されるものとなってしまい、色ムラの原因となる。尚、青色光として認識される波長変換部材の欠乏領域における蛍光体含有層３０の厚みは約７５μｍ以下、最頂部における厚みの約１／４以下となっている。本実施例においては、波長変換部材の欠乏領域を含む半導体層１２の上面の各コーナ部に遮光部４０を設け、この部分から放射される青色光を遮ることにより、上記色ムラの問題を解消している。

遮光部４０は、半導体層１２上に金からなる金属膜を半導体層１２のコーナ部に沿った一辺１５０μｍの矩形に形成することで、蛍光体含有層３０の厚み約８０μｍ以下となる領域を覆い、上記蛍光体含有層３０の厚み約７５μｍ以下となる領域を完全に覆って、色ムラを解消することができた。ここで、蛍光体含有層３０は２０°〜９０°の接触角で半導体層１２上に形成されることが上記急峻な正面輝度分布が得られる点で好ましいが、上面視において矩形の半導体層１２上に形成する場合には、コーナ部に蛍光体含有層３０の膜厚の薄い部分が存在してしまい、波長変換部材の欠乏領域が生じてしまう。そして、矩形の（頂角９０°の）半導体層１２上に一定の接触角で蛍光体含有層３０を形成する場合においては、この波長変換部材の欠乏領域は、各コーナ部からほぼ同範囲に形成され、半導体発光素子の面積によっては大きな影響を受けない。これは、半導体発光素子の大きさに関わらず、半導体発光素子上でディスペンサのノズルを走査して蛍光体を含有した樹脂を滴下することで、半導体発光素子の端部まで塗布することができるためと考えられる。そのため、半導体発光素子のチップサイズによらず、矩形の半導体層１２上に２０°〜９０°の接触角で蛍光体含有層３０を形成する場合、各コーナ部に一辺１２０μｍ以上の矩形の遮光部を配置することで色ムラを解消することができる。

遮光部４０は、発光層よりも投光方向前方である上層に設けられていればよく、例えば半導体層１２上に金属膜を堆積し、パターニングを施すことで形成することができる。金属膜としてはＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等を使用することができ、発光層から放射される光を遮ることができれば反射率が低い材料であっても構わない。このように、遮光部４０を半導層１２の最表面に金属膜を用いて形成した場合には、遮光部４０を電極パッドとして用いることも可能である。この場合、半導体層１２の各コーナ部に形成された遮光部４０の全てを電極パッドとして使用する必要はなく、パッケージ構成等に応じて適宜選択すればよい。また、半導体層１２の各コーナ部に配置された遮光部４０は、互いに形状および寸法が異なっていても構わない。例えば、電極パッドとしても使用する遮光部は、他の遮光部と比較して寸法を大きめに形成するようにしてもよい。

また、遮光部４０は、その面積が大きくなると光取り出し効率を低下させてしまうことになるため色ムラが解消できる最低限の大きさで形成することが好ましい。遮光部４０は、半導体発光素子のチップサイズによらず、半導体層１２のコーナ部に沿った一辺１５０μｍ以上の辺を有する矩形状の金属膜を半導体層１２上面の各コーナ部に配置することが、色ムラ解消の観点からは好ましい。しかし、光取り出し効率の低下を抑えることも考慮して色ムラを解消するためには、１２０μｍ以上の辺を有する矩形状の金属膜を半導体層１２上面の各コーナ部に配置すればよく、一辺１２０μｍ〜１５０μｍとするのが好ましい。尚、遮光部４０の形状は、矩形状に限定されず、例えば半導体層１２のコーナ部に沿った三角形状又は、扇形状であってもよく、図２（ｃ）に示す波長変換部材の欠乏領域に対応した形状としてもよい。半導体層１２のコーナ部に沿った矩形状とすれば電極パッドとして好適に用いられ、三角形状又は扇形状であれば、波長変換部材の欠乏領域に対応した形状、つまり、光取り出し効率の低下を抑えた形状として好適に用いられる。

また、遮光部４０は、図３に示すように、半導体層１２上面の各コーナ部に配置するだけでなく、半導体層１２上面の少なくとも一辺に沿うように形成してもよい。遮光部４０をこのように形成することにより、遮光部４０によって覆われた部分の発光形状が直線になるので、このような直線状の配光を利用する光学設計において有利となる。例えば、直線状の配光は、自動車のヘッドライトに利用する場合に好適に利用することができる。ここで、図４に理想的な自動車のヘッドライトの配光パターンを示す。半導体発光素子の少なくとも一辺を遮光部４０で覆うことにより、色ムラの問題を解消するとともに、理想的な配光パターンに一致した水平方向における明暗境界線を形成することが可能となる。

また、遮光部４０は遮光率（＝（１−透過率）×１００）は必ずしも１００％である必要はなく、例えば半導体発光装置を自動車のヘッドライトとして用いる場合には、製品規格を満たす程度に色ムラが解消されていればよい。また、遮光部４０の遮光率は半導体発光装置から放射される光を適所に投影する手段によって異なってくる。例えば、半導体発光装置からの光を、反射面を複数の反射領域で構成し、反射面に配光制御機能を持たせたいわゆるマルチリフレクタによって複数の光源像として投影して、これらを重ねることにより、図４に示す如き配光を形成する場合は、遮光率は７０％程度あれば青色光による色ムラは改善できる。一方、半導体発光装置からの光をレンズでそのまま投影するような光学系においては、半導体発光素子の各コーナ部における青色光はそのまま投影されるため、上記複数のリフレクタを使用する場合と比較して高い遮光性が必要となる。また、遮光部４０は、必ずしも半導体発光素子の外縁と接していなくてもよく、色ムラが問題とならない範囲で若干内側に形成されていても構わない。

このように、本実施例の半導体発光装置においては、波長変換部材が十分に供給されない波長変換部材の欠乏領域に対応する半導体層１２の上面の各コーナ部に発光層からの光を遮る遮光部４０を設けたので、蛍光体含有層３０の膜厚が薄いために波長変換が十分に行われない各コーナ部から放射される青色光は遮断され、色ムラの発生を効果的に防止することができる。

また、本実施例のように、支持基板１１を不透明材料で構成することにより、支持基板の側面からの光放射をなくし、色ムラの発生を防止するとともに、投光方向前方に導かれる光量を増加させることが可能となる。

以下に本実施例に係る半導体発光装置の製造方法について図５を参照しつつ説明する。図５（ａ）〜（ｇ）は、半導体発光装置の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。以下においては、半導体発光装置を実装基板に実装するまでの各工程について説明する。

はじめに、成長基板としてのサファイア基板５０を用意する（図５（ａ））。その後、サファイア基板５０をＭＯＶＰＥ装置に搬入し、サファイア基板５０のサーマルクリーニングを行う。続いて、サファイア基板５０上にＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）等により、半導体層１２を成長させる。具体的には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＮＨ_３を供給してＧａＮ層からなるバッファ層（図示せず）を形成する。続いて、ＴＭＧ、ＮＨ_３およびドーパントガスとしてＳｉＨ_４を供給し、ｎ型ＧａＮ層からなるｎ型半導体層１２ａを形成する。続いて、ｎ型半導体層１２ａの上に発光層１２ｂを形成する。本実施例では、発光層１２ｂには、InGaN/GaNからなる多重量子井戸構造を適用した。すなわち、InGaN/GaNを１周期として５周期成長を行う。具体的には、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ_３を供給しＩｎＧａＮ井戸層を形成し、続いてＴＭＧ、ＮＨ_３を供給してＧａＮ障壁層を形成する。かかる処理を５周期分繰り返すことにより発光層１２ｂが形成される。次に、ＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＮＨ_３およびドーパントとしてＣＰ２Ｍｇ（bis-cyclopentadienyl Mg）を供給し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（図示せず）を形成する。続いて、ＴＭＧ、ＮＨ_３およびドーパントとしてＣＰ２Ｍｇを供給しｐ型ＧａＮ層からなるｐ型半導体層１２ｃを形成する（図５（ｂ））。

半導体層１２の形成が完了したら、半導体層１２と支持基板１１との接合を行う。支持基板１１は、Ｓｉ基板又はＧｅ基板等の発光波長に対して不透明な半導体基板が用いられる。半導体層１２と支持基板１１は、例えばＡｕＳｎ半田を含む複数の金属膜が積層することによって構成される金属層１３を介して両者を貼り合わせることで接合される。金属層１３は、半導体層１２と支持基板１１の接合層としての役割を果たす他、光反射層としても機能する（図５（ｃ））。

次に、サファイア基板５０を半導体層１２から剥離する。サファイア基板５０の剥離には、ＬＬＯ（レーザリフトオフ）法等の公知の手法を用いることができる。ＬＬＯ法においては、照射されたレーザがサファイア基板５０上に形成されているＧａＮ層を金属ＧａとＮに分解する。サファイア基板５０を剥離した後には、ｎ型半導体層１２ａが表出する（図５（ｄ））。

次に、サファイア基板５０を剥離することで表出したｎ型半導体層１２ａの上面に電極パッド４１を形成する。また、これと同時にｎ型半導体層１２ａの上面に遮光部４０を形成する。電極パッド４１および遮光部４０は、ｎ型半導体層１２ａ上にＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属をスパッタリング法等により堆積した後、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施すことで形成される。上記パターニングによって、図２（ｃ）に示す波長変換部材の欠乏領域を含む半導体層１２上面の各コーナ部に遮光部４０が形成される。尚、半導体層１２の上面の各コーナ部に配置される遮光部４０は、電極パッド４１として使用することとしてもよい。電極パッド４１は遮光部４０とは独立に例えば半導体層１２の上面の中央部に形成することも可能であるがこの場合、半導体発光素子の中央部に光が放射されない部分が生じることとなる。また、後の工程において半導体層１２の上面に波長変換部材を塗布する際の作業性の観点からも、電極パッド４１は、半導体層１２の周縁部又はコーナ部に配置するのが好ましい。一方、裏面電極４２は、支持基板１１の裏面にＰｔ等の金属を蒸着することにより形成される（図５（ｅ））。

次に、上記各工程を経て形成された支持基板１１および半導体層１２からなる半導体発光素子１０をダイシングしてチップ状に個片化する。その後、個片化された半導体発光素子１０を実装基板６０上に搭載する。実装基板６０と半導体発光素子１０との接合には、例えばＡｕＳｎ半田やＡｇペースト等の導電性接着剤を用いることができる。その後、半導体層１２の上面に形成されている電極パッド４１と、実装基板６０上に形成されている給電用配線をボンディングワイヤー６1によって接続する（図５（ｆ））。

次に、半導体層１２の上面にゲル状の波長変換部材をディスペンサで塗布する。波長変換部材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等からなる透明樹脂にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させたものを用いることができる。波長変換部材は、半導体層１２の上面から漏れないように塗布量等を調節する。その後、波長変換部材を熱硬化させることにより半導体発光素子１の上面を覆う蛍光体含有層３０を形成する。約１ｍｍ角の半導体層１２の上面にディスペンス法によって波長変換部材を塗布することにより、最も厚みのある部分で約３００μｍの上面がドーム状の局面をなす蛍光体含有層３０を形成できた。尚、蛍光体含有層３０の厚みは、透明樹脂に分散させる蛍光体の濃度を高くすることで約１００μｍ程度にまで薄くすることができる。また、透明樹脂内部に分散された蛍光体は、透明樹脂内部に均一に分布していてもよいし、沈降していてもよい（図５（ｇ））。以上の各工程を経て本実施例の半導体発光装置が完成する。

図６（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光装置の上面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）における６ｂ−６ｂ線に沿った断面図である。尚、図６（ａ）においては、説明のため蛍光体含有層は省略して描かれている。

本実施例の半導体発光装置に基本構成は実施例１のものと同様である。すなわち、発光層を含む半導体層１２は、Ｓｉ又はＧｅ等からなる不透明な支持基板１１上に金属層１３を介して接合される。金属層１３は、支持基板１１と半導体層１２の接着層としての役割を果たす他、光反射層としても機能する。半導体素子１０の上面には、透明樹脂内部に蛍光体を分散させた波長変換部材を滴下することによって形成されたドーム状の蛍光体含有層３０が設けられている。半導体層１２の上面には電極パッド４１が設けられ、支持基板１１の裏面には裏面電極４２が設けられている。

本実施例に係る半導体発光装置においても実施例１の場合と同様、図２（ｃ）に示すように、半導体素子１０の上面の各コーナ部において波長変換部材が塗れ拡がらない波長変換部材の欠乏領域が生じている。従って、波長変換部材の欠乏領域から放射される光は、蛍光体による黄色光を殆ど含むことができず、青色光として認識されるものとなってしまい色ムラの原因となる。そこで、本実施例においては、半導体層１２の波長変換部材の欠乏領域に対応する半導体層１２の各コーナ部に非発光部１４を設け、半導体層１２の各コーナ部を非発光とすることにより、上記色ムラの問題を解消している。非発光部は、たとえば半導体層１２の少なくとも発光層を除去することにより形成することができる。発光層が除去された部分からは、光は放射されないので、上記実施例１の如く遮光部を設けることなく半導体層１２の各コーナ部における青色光の放射を防止することが可能となる。尚、非発光部１４においては発光層以外のｐ型半導体層やｎ型半導体層が残存していても構わない。

非発光部１４は、半導体層１２の各コーナ部に沿った一辺１２０μｍさらに好ましくは一辺１５０μｍの辺を有する矩形状のとすることで、色ムラを解消することができた。尚、非発光部１４の形状は、矩形状に限定されず、例えば半導体層１２のコーナ部に沿った三角形状又は、扇形状であってもよく、図２（ｃ）に示す波長変換部材の欠乏領域に対応した形状としてもよい。また、非発光部１４は、半導体層１２上面の各コーナ部に配置するだけでなく、半導体層１２の少なくとも一辺に沿って形成することも可能である。

実施例１では、波長変換部材の欠乏領域に対応する半導体層１２上の各コーナ部に遮光部４０を形成することによって当該部分から発せられた発光層からの光を遮る構成としていたので、光取り出し効率の低下を伴うものとなっていた。これに対し、本実施例では波長変換部材の欠乏領域に対応する各コーナ部において発光層を除去する等の方法によって非発光部１４を形成し、当該部分を発光させない構造としたので、光取り出し効率の低下を伴わない。

以下に実施例２に係る半導体発光装置の製造方法について図７を参照しつつ説明する。図７（ａ）〜（ｇ）は、実施例２に係る半導体発光装置の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。

サファイア基板５０に半導体層１２を形成する工程は、実施例１と同様であり、ＭＯＶＰＥ法等によりサファイア基板５０上に、バッファ層（図示せず）、ｎ型半導体層１２ａ、発光層１２ｂおよびｐ型半導体層１２ｃを順次形成する（図７（ａ）、（ｂ））。

半導体層１２の形成が完了したら、半導体層１２と支持基板１１との接合を行う。支持基板１１は、Ｓｉ基板又はＧｅ基板等の発光波長に対して不透明な半導体基板が用いられる。半導体層１２と支持基板１１は、例えばＡｕＳｎ半田を含む複数の金属膜を積層することによって構成される金属層１３を介して両者を貼り合わせることで接合される（図７（ｃ））。

次に、サファイア基板５０を半導体層１２から剥離する。サファイア基板５０の剥離には、ＬＬＯ（レーザリフトオフ）法等の公知の手法を用いることができる。ＬＬＯ法においては、照射されたレーザがサファイア基板５０上に形成されているＧａＮ層を金属ＧａとＮに分解する。サファイア基板５０を剥離した後には、ｎ型半導体層１２ａが表出する（図７（ｄ））。

次に、サファイア基板５０を剥離することで表出したｎ型半導体層１２ａの上面に非発光部１４の形成領域に対応する各コーナ部に開口部を有するレジストマスク７０を形成する。続いて、塩素系ガスを用いたプラズマエッチング法によりレジストマスク７０を介してｎ側半導体層１２ａおよび発光層１２ｂをエッチングすることにより、これらを部分的に除去して半導体層１２の各コーナ部に非発光部１４を形成する。プラズマエッチングには、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ドライエッチング装置や平行平板ドライエッチング装置を用いることができる。尚、非発光部１４においてｐ型半導体層１２ｃはエッチングせずに残しても構わない（図７（ｅ））。

次に、ｎ型半導体層１２ａの上にＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属をスパッタリング法等により堆積した後、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施すことにより電極パッド４１を形成する。その後、支持基板１１の表面にＰｔ等の金属を蒸着することにより裏面電極４２を形成する。

次に、上記各工程を経て形成された支持基板１１および半導体層１２からなる半導体発光素子１０をダイシングしてチップ状に個片化する。その後、個片化された半導体発光素子１０を実装基板６０上に搭載する。実装基板６０と半導体発光素子１０との接合には、例えばＡｕＳｎ半田やＡｇペースト等の導電性接着剤を用いることができる。その後、半導体層１２の上面に形成されている電極パッド４１と、実装基板６０上に形成されている給電用配線をボンディングワイヤー６1によって接続する（図７（ｆ））。

次に、半導体層１２の上面にゲル状の波長変換部材をディスペンサで塗布する。波長変換部材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等からなる透明樹脂にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させたものを用いることができる。波長変換部材は、半導体層１２の上面から漏れないように塗布量等を調節する。その後、波長変換部材を熱硬化させることにより半導体層１２の上面を覆う蛍光体含有層３０を形成する。透明樹脂内部に分散された蛍光体は、透明樹脂内部に均一に分布していてもよいし、沈降していてもよい（図７（ｇ））。以上の各工程を経て本実施例の半導体発光装置が完成する。尚、上記した実施例では、半導体層１２を支持基板１１に接合した後にｎ型半導体層１２ａおよび発光層１２ｂをエッチングして非発光部１４を形成することとしたが、半導体層１２を支持基板１１に接合する前に非発光部を形成することとしてもよい。

図８は、本発明の実施例３に係る半導体発光装置の断面図である。本実施例の半導体発光装置に基本構成は実施例１のものと同様である。すなわち、発光層を含む半導体層１２は、Ｓｉ又はＧｅ等からなる発光波長に対して不透明な支持基板１１上に金属膜１３を介して接合される。金属層１３は、支持基板１１と半導体層１２の接着層としての役割を果たす他、光反射層としても機能する。半導体層１２の上面には、透明樹脂内部に蛍光体を分散させた波長変換部材を滴下することによって形成されたドーム状の蛍光体含有層３０が設けられている。半導体層１２の上には電極パッド４１が設けられ、支持基板１１の表面には裏面電極４２が設けられている。

本実施例に係る半導体発光装置においても実施例１の場合と同様、図２（ｃ）に示すように、半導体層１２の上面の各コーナ部において波長変換部材が塗れ拡がらない波長変換部材の欠乏領域が生じている。従って、波長変換部材の欠乏領域から放射される光は、蛍光体による黄色光を殆ど含むことができず、青色光として認識されるものとなってしまい色ムラの原因となる。そこで、本実施例においては、波長変換部材の欠乏領域に対応する部分に電流狭窄部８０を設け、半導体層１２の各コーナ部を非発光とすることにより、上記色ムラの問題を解消している。電流狭窄部８０は、例えば半導体層１２表面又は支持基板１１表面の少なくとも一方にＳｉＯ_２等の絶縁膜を形成することにより構成される。電流狭窄部８０を形成した部分においては、発光層に対する電流注入が遮断されることから、当該部分においては非発光となる。従って、電流狭窄部８０を波長変換部材の欠乏領域に対応して半導体発光素子の各コーナ部に配置することにより、色ムラの原因となる青色光の放射を防止することが可能となる。

電流狭窄部８０は、半導体層１２の各コーナ部に沿った一辺１２０μｍさらに好ましくは一辺１５０μｍの辺を有する矩形状のとすることで、色ムラを解消することができた。尚、電流狭窄部８０の形状は、矩形状に限定されず、例えば半導体層１２のコーナ部に沿った三角形状又は、扇形状であってもよく、図２（ｃ）に示す波長変換部材の欠乏領域に対応した形状としてもよい。また、電流狭窄部８０は、半導体層１２上面の各コーナ部に配置するだけでなく、半導体層１２の少なくとも一辺に沿って形成してもよい。

以下に実施例３に係る半導体発光装置の製造方法について図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）〜（ｇ）は、実施例３に係る半導体発光装置の製造工程におけるプロセスステップ毎の断面図である。

サファイア基板５０に半導体層１２を形成する工程は、実施例１と同様であり、ＭＯＶＰＥ法等によりサファイア基板５０上に、バッファ層（図示せず）、ｎ型半導体層１２ａ、発光層１２ｂおよびｐ型半導体層１２ｃを順次形成する。半導体層１２の形成が完了したら、ｐ型半導体層１２ｃの上に例えばＣＶＤ法等により、ＳｉＯ_２等からなる絶縁膜を形成する。その後この絶縁膜にフォトリソグラフィー技術によってパターニングを施して、半導体層１２の各コーナ部に電流狭窄部８０を形成する（図９（ａ）、（ｂ））。

次に、半導体層１２と支持基板１１との接合を行う。支持基板１１は、Ｓｉ基板又はＧｅ基板等の発光波長に対して不透明な半導体基板が用いられる。半導体層１２と支持基板１１は、例えばＡｕＳｎ半田を含む複数の金属膜を積層することによって構成される金属層１３を介して両者を貼り合わせることで接合される。このとき、電流狭窄部８０が形成されたｐ型半導体層１２ｃが接合面となる（図９（ｃ））。尚、本実施例では、半導体層１２の表面に電流狭窄部８０を形成することとしたが、支持基板１１の表面に同様の方法で電流狭窄部を形成しておき、これを半導体層１２と貼り合わせることとしてもよい。

次に、サファイア基板５０を半導体層１２から剥離する。サファイア基板５０の剥離には、ＬＬＯ（レーザリフトオフ）法等の公知の手法を用いることができる。ＬＬＯ法においては、照射されたレーザがサファイア基板５０上に形成されているＧａＮ層を金属ＧａとＮに分解する。サファイア基板５０を剥離した後には、ｎ型半導体層１２ａが表出する（図９（ｄ））。

次に、サファイア基板５０を剥離することによって表出したｎ型半導体層１２ａの上にＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属をスパッタリング法等により堆積した後、これをフォトリソグラフィー技術によりパターニングを施すことにより電極パッド４１を形成する。その後、支持基板１１の表面にＰｔ等の金属を蒸着することにより裏面電極４２を形成する（図９（ｅ））。

次に、上記各工程を経て形成された支持基板１１および半導体層１２からなる半導体発光素子１０をダイシングしてチップ状に個片化する。その後、個片化された半導体発光素子１０を実装基板６０上に搭載する。実装基板６０と半導体発光素子１０との接合には、例えばＡｕＳｎ半田やＡｇペースト等の導電性接着剤を用いることができる。その後、半導体層１２の上面に形成されている電極パッド４１と、実装基板６０上に形成されている給電用配線をボンディングワイヤー６1によって接続する（図９（ｆ））。

次に、半導体層１２の上面にゲル状の波長変換部材をディスペンサで塗布する。波長変換部材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等からなる透明樹脂にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を分散させたものを用いることができる。波長変換部材は、半導体層１２の上面から漏れないように塗布量等を調節する。その後、波長変換部材を熱硬化させることにより半導体層１２の上面を覆う蛍光体含有層３０を形成する。透明樹脂内部に分散された蛍光体は、透明樹脂内部に均一に分布していてもよいし、沈降していてもよい（図９（ｇ））。以上の各工程を経て本実施例の半導体発光装置が完成する。

上記した各実施例は、相互に組み合わせることが可能である。図１０は、実施例１に係る遮光部と実施例２に係る非発光部を組み合わせて構成した半導体発光装置の上面図である。尚、図１０においては、説明のため蛍光体含有層は省略して描かれている。同図に示すように、半導体層１２の２つのコーナ部に遮光部４０を形成し、他の２つのコーナ部には非発光部１４を形成した場合でも、上記各実施例と同様の作用効果を得ることができる。２つのコーナ部に形成された遮光部４０は、半導体層１２の表面上に形成されたＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属膜によって構成され、電極パッドとして利用することができる。このように、電極パッドが本発明の遮光部としても機能することにより発光部を遮る部分の面積を最小限に抑えることができ、光取り出し効率の低下を抑制することができる。また、他の２つのコーナ部に設けられた非発光部１４は、当該コーナ部に沿った三角形状に発光層を除去することにより形成される。非発光部１４を三角形状とすることにより、これを矩形状とする場合と比べ発光部の面積を大きくすることができる。

尚、上記各実施例においては、Ｓｉ基板やＧｅ基板等の不透明な支持基板を用いることとしたが、サファイア基板等の透明な基板を用いてもよい。この場合、サファイア基板の側面から青色光が放射され、色ムラの要因となり得るが、サファイア基板の厚みを薄くすること、又はサファイア基板側面を高反射部材や遮光部材で覆うことで対応が可能である。このように、透明な支持基板を用いた場合には、ｎ型およびｐ型半導体層を同じ側の面に表出させてフリップチップ構造とすることができるので、ワイヤボンディングが不要となる。これにより、ゲル状の波長変換部材をディスペンサで塗布する際に、ワイヤを避けて塗布する必要がなくなり、作業性が向上する。

また、上記各実施例においては、半導体発光素子の全てのコーナ部に、遮光部又は非発光部又は電流狭窄部を設ける構成としたが、光学系の設計によって色ムラが解消されるような場合には、これらを全てのコーナ部に設けることを要しない。

また、上記各実施例においては、ＧａＮ系の青色発光素子とＹＡＧ系の黄色蛍光体を用いて白色光を得る半導体発光装置について説明したが、かかる組み合わせに限定されるものではない。例えば、オルトシリケート、硫化物系蛍光体、窒化物系蛍光体等であってもよい。

また、上記各実施例においては、矩形状の半導体層を有する半導体発光装置について説明したが、半導体層の形状は矩形状に限定されず、少なくとも１つのコーナ部を有する他の形状（例えば扇形等）であってもよい。

従来の半導体発光装置の構成を示す断面図である。 図２（ａ）は、本発明の実施例である半導体発光装置の上面図、図２（ｂ） は、図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図、図２（ｃ）は波長変換部材の欠乏領域を示す上面図である。 本発明の実施例１に係る半導体発光装置の上面図である。 理想的な自動車のヘッドライトの配光パターンを示す図である。 図５（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施例である半導体発光装置の製造方法を示す図である。 図６（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光装置の上面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）における６ｂ−６ｂ線に沿った断面図である。 図７（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光装置の製造方法を示す図である。 本発明の実施例３に係る半導体発光装置の断面図である。 図９（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施例３に係る半導体発光装置の製造方法を示す図である。 本発明の他の実施例に係る半導体発光装置の上面図である。

符号の説明

１１ 支持基板
１２ 半導体層
１４ 非発光部
３０ 蛍光体含有層
４０ 遮光部
４１ 電極パッド
８０ 電流狭窄部

Claims (10)

1. 発光層を含む半導体層と、
   前記半導体層を支持する支持基板と、
   前記半導体層の表面に形成された蛍光体含有層と、を含む半導体発光装置であって、
   前記蛍光体含有層は、前記半導体層の中央部から外縁部に向けてその膜厚が薄くなっており、
   前記半導体層の発光面は少なくとも１つのコーナ部を有し、
   前記少なくとも１つのコーナ部に光を放射しない非放射部を有し、
   前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部において前記発光層に注入される電流を遮断する電流狭窄部によって構成されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記蛍光体含有層は、蛍光体を含んだ透明樹脂からなる波長変換部材を前記半導体層の上に滴下し、これを硬化させることによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部上に設けられ、前記発光層から放射される光を遮断する遮光部によって構成されている部分を有する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。
4. 前記遮光部は、前記半導体層表面に設けられた金属膜からなることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。
5. 前記非放射部は、前記少なくとも１つのコーナ部において前記発光層が除去された非発光部によって構成されている部分を有する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。
6. 前記電流狭窄部は、前記支持基板と前記半導体層との間に設けられた絶縁膜からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の前記非放射部は、前記半導体層の少なくとも１つの外縁部に沿って設けられていることを特徴とする半導体発光装置。
8. 前記半導体層は矩形状であり、前記非放射部は前記半導体層の各コーナ部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
9. 前記支持基板は、前記発光層から発せられる光に対して不透明であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
10. 前記蛍光体含有層は、前記半導体層の少なくとも１つのコーナ部及び外縁部に沿って、前記非放射部の上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

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