JP2013038151A - 発光素子及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体により波長変換された光を効率よく取り出すことで、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子及び発光装置を提供する。
【解決手段】同一面側に一対の電極２３を有する発光素子と、電極２３が形成されている側の発光素子上に形成された波長変換層１２と、波長変換層１２上に形成された光反射層２０と、を有し、一対の電極２３の一部が、光反射層２０から露出されていることを特徴とする発光素子。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、照明器具、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源等に利用可能な発光装置に搭載される発光素子及び発光装置に関する。

近年、様々な電子部品が提案され、また実用化されており、これらに求められる性能も高くなっている。特に、電子部品には、厳しい使用環境下でも長時間性能を維持することができるという高信頼性が求められている。発光ダイオード（ＬＥＤ）をはじめとする発光素子も同様で、一般照明分野、車載照明分野等で求められる性能は日増しに高まっており、更なる高出力（高輝度）化、高信頼性が要求されている。

ここで、高出力化のために光取り出し面側に電極等の遮蔽物を設置せず、光取り出し面の対向面側に電極を形成するフリップチップ実装型の発光素子が実用化されている。このような発光素子の光取り出し面側に蛍光体を配置することで、白色系の発光装置とすることが知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２０１０−１３５６９３号公報 特開２００７−１０９９４８号公報

しかしながら、従来の技術においては、以下に述べる問題がある。
蛍光体層は発光素子からの光を変換するために、発光素子を被覆するように形成されている。発光素子からの光は、この蛍光体層を通ることで波長変換されて光取り出し面から出射される。このとき発光素子からの光は、蛍光体層を透過して蛍光体を励起することになるが（以下、「透過型励起」ともいう）、蛍光体自身に光散乱性があるため、光取り出しのロスが生じていた。また、蛍光体層がある程度の厚みを有しているため、光取り出し面に光が到達するまでの間に、蛍光体に励起された光が再度蛍光体に当たって吸収され、光取り出し効率が低下するという問題があった。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、蛍光体により波長変換された光を効率よく取り出すことで、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子及び発光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る発光素子は、同一面側に一対の電極を有する発光素子と、前記電極が形成されている側の発光素子上に形成された波長変換層と、前記波長変換層上に形成された光反射層と、を有し、前記一対の電極の一部が、前記光反射層から露出されていることを特徴とする。
前記光反射層は、前記電極が形成されている側において、前記電極が露出されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されていることが好ましい。
前記発光素子の半導体層と前記波長変換層の間に、透光性電極が配置されていることが好ましい。
前記光反射層は、無機化合物の粒子の集合体からなることが好ましい。
前記無機化合物の粒子の粒子間に、少なくともＳｉ−Ｏ結合を含む部材を有することが好ましい。
前記波長変換層又は前記光反射層が、電着、静電塗装、溶射のいずれかで形成されることが好ましい。
前記透光性電極と前記波長変換層との間に、保護膜を有することが好ましい。
前記電極は、パッド電極と、前記パッド電極上に形成された金属ポストからなることが好ましいか、もしくは前記電極は、パッド電極であり、前記光反射層の表面から凹んだ位置において前記光反射層から露出されていることが好ましい。
前記金属ポストの側面は、前記波長変換層及び前記反射部材により被覆されていることが好ましい。

また、本発明に係る発光装置は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載された発光素子が載置される支持体と、前記発光素子を被覆する封止樹脂と、を有し、前記封止樹脂に波長変換部材が含有されている。
前記支持体は前記発光素子が収納される凹部を有し、前記凹部に前記封止樹脂が充填されてなることが好ましい。
前記波長変換部材の発光波長は、前記波長変換層の発光波長よりも短いことが好ましい。
さらに、本発明に係る別の発光装置は、一対の電極を備えた発光素子と、前記電極のそれぞれと接続される配線を備えた支持体と、を有し、前記発光素子は前記配線上にフリップチップ接合され、前記電極と前記配線とが電気的に接続されており、前記発光素子の下面と前記支持体の上面との間に、波長変換層及び絶縁材料からなる光反射層を前記発光素子側からこの順に備えてなることを特徴とする。

本発明に係る発光素子によれば、蛍光体により波長変換された光を効率良く取り出すことで、光取り出し効率を向上させることが可能な発光素子及び発光装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の模式的断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図４は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図５は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図７は、本発明の第１実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る発光素子の模式的断面図である。 図９は、本発明の第２実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図１０は、本発明の第３実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 図１１は、本発明の第４実施形態に係る発光装置の模式的断面図である。 図１２は、本発明の第４実施形態に用いられる発光素子の製造方法を説明する工程図である。 図１３は、本発明の第４実施形態に用いられる発光素子の模式的断面図である。 図１４は、本発明の第１実施形態の変形例に係る発光素子の模式的断面図である。 図１５は、本発明の第１実施形態のさらに別の変形例に係る発光素子の模式的断面図である。

以下、本発明に係る発光素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る発光素子１００を示す断面図であり、図２〜図７は、本実施形態に係る発光素子の製造工程を示す概略断面図である。
本実施形態に係る発光素子は、主として、同一面側に一対の電極２３を有する発光素子１００と、電極２３の形成されている側の発光素子１００上に形成された波長変換層１２と、波長変換層１２上に形成された光反射層２０と、を有し、一対の電極２３の一部が、光反射層２０から露出されている。

図１に示すように、発光素子１００は、透光性基板１０上に半導体層１１が形成されてなる。半導体層１１には、一対のパッド電極１６及び１７が形成されている。パッド電極１６は、半導体層１１に直接接触して設けられた透光性電極１４を介して形成されている。さらに、パッド電極１６及び１７の上面中央部を露出させ、半導体層１１表面及び透光性電極１４、パッド電極１６及び１７の側面を覆うように、保護膜１５が形成されている。

保護膜１５から露出されたパッド電極１６及び１７上には、金属ポスト１８が形成されている。金属ポスト１８の端部は、外部電源に接続するために発光素子１００の表面に平坦な形状で露出されてなる。波長変換層１２は、保護膜１５上に金属ポスト１８を埋めるように、金属ポストが形成されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されており、さらにその上に光反射層２０が同様に形成されている。このとき、波長変換層１２及び光反射層２０は、発光素子の上面の５０％以上を被覆していることが好ましく、これにより、より発光効率を向上させることができる。

このように形成された発光素子１００は、透光性基板１０側から、半導体層１１、波長変換層１２、光反射層２０がこの順に積層されており、最上面の光反射層２０の表面から金属ポスト１８が光反射層２０と略面一になるよう露出されている。
なお、透光性基板１０、半導体層１１、波長変換層１２、光反射層２０の積層は、これらの間に他の部材、例えば透光性電極１４や保護膜１５等が挟まれていてもよいものとする。

本実施形態の発光素子１００は、金属ポスト１８を外部電源に接続するための端子電極として用いて、フリップチップ型実装をする発光素子とすることができる。透光性基板１０が光取り出し面側とされ、光反射層２０が実装面側とされる。発光素子１００の側面は、透光性基板１０、半導体層１１の側面が露出されており、半導体層１１上に形成された波長変換層１２及び光反射層２０もまた、発光素子１００の側面に露出されてなる。つまり、発光素子１００の側面は、透光性基板１０側から、半導体層１１、波長変換層１２、光反射層２０がこの順に配されてなる。半導体層１１と波長変換層１２の間に保護膜１５が形成されていてもよい。

本実施形態の発光素子１００は、一対の端子電極となる電極２３の間に、波長変換部材１２が形成されており、さらにその上が光反射層２０に覆われてなる。電極２３を実装基板に接続させた場合、電極２３の間から実装基板側に出射された光は、波長変換部材１２により波長変換され、さらに光反射層２０により半導体層１１側へと反射されて外部に取り出される。

このような構成によれば、光取り出し面とは反対側に出射されて電極間の隙間から実装基板側に漏れていた光を、波長変換して反射することができるため、発光素子から光取り出し面側に出射された光の一部を波長変換された状態で取り出すことができる。これにより、発光素子実装後に加える波長変換部材を不要としたり、使用量を少なくしたりすることが可能となる。その結果、使用する蛍光体層の厚みを薄くすることが可能となり、光の吸収や散乱損失が少なくなって発光効率を向上させることができる。特に、本実施形態では、光反射層２０は、電極２３が形成されている側において、電極２３が露出されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されているため、光取り出し効率をより向上させることができる。

以下、本実施の形態に係る発光素子の各構成について詳しく説明する。
（透光性基板１０）
透光性基板１０は薄い半導体層１１を保持する機能を有している。透光性基板１０としては、半導体層１１を結晶成長させる成長基板をそのまま使用することもできるし、一旦成長基板として利用した基板を剥離し、別の部材を貼り付けて透光性基板１０として用いてもよい。

成長用基板としては、サファイア、スピネル等の絶縁性基板を用いても良いし、ＧａＮ，ＳｉＣ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＧａＰ等の半導体材料を用いても良い。また、貼り付け用の基板としては、ガラス，樹脂（シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリイミド樹脂），セラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ等）でも良く、波長変換部材等をコートしたり、分散させたりした物でも良い。加えて透光性基板１０の材料に樹脂を用いる場合は、ガラス繊維や、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の無機フィラーを樹脂に混合し、機械的強度の向上、熱膨張率の低減等を図ることもできる。

（半導体層１１）
透光性基板１０上に配置される半導体層１１は、少なくともｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層が順に積層形成され、ｐ型半導体層と電気的に接続されたパッド電極１６と、ｐ型半導体層側からエッチング等により露出されたｎ型窒化物半導体層と電気的に接続されたパッド電極１７と、を有し、各電極の表面の少なくとも一部を除いて保護膜１５が形成されている。

半導体層１１については、ＩＶ−ＩＶ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等が使用可能であり、少なくともｐ型とｎ型を有して、電流を流すことにより光を発することが可能な材料であれば特に限定されない。半導体層１１の成膜方法としては、ＭＯＣＶＤ法、ＬＰＥ法、ＭＢＥ法等を用いる事ができる。

（電極２３）
電極２３は、半導体層１１を外部電源に接続するための導電部材である。本実施形態では、パッド電極１６、１７と、その上に形成された金属ポスト１８からなる。

（パッド電極１６、１７）
パッド電極１６、１７については、半導体層１１とオーミック接合を示す材料が好ましく、それぞれ単一の材料で構成してもよいし、２種以上の材料の積層でも良く、化合物としても良い。また、半導体層１１との界面部には光反射率の高い材料を用いることが好ましい。ここで言う光反射率とは、半導体層１１で生ずる波長に対しての光反射率を指す。また、オーミック特性と光反射特性を別々の層で構成しても構わない。具体的にはオーミック特性を得るのに透光性電極１４を用いても良い。この場合は、図１に示すように、半導体層１１上に透光性電極１４が形成され、透光性電極１４の一部にパッド電極１６が形成されてなる。

パッド電極１６、１７は１つの発光素子１００に対して少なくとも１対は必要であり、これ以上については個数を限定する必要はない。例えば、ｎ型半導体層に複数のパッド電極を形成しても良い。これにより、半導体層１１に均一に電流を流すことが可能になる。
パッド電極１６、１７の具体的な材料としては、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。

パッド電極１６、１７の成膜方法としては、スパッタ法，真空蒸着法，メッキ法，ＣＶＤ法，印刷法，スプレーコート法等を用いる事が出来る。

（保護膜１５）
保護膜１５は半導体層１１の剥き出し部を保護するために用いられ、パッド電極１６、１７の表面が露出するように開口されて形成される。材料としてはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ等の絶縁性材料で形成される。成膜方法としては、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法等を用いる事が出来る。なお、この層は必ずしも必要というわけではない。保護膜１５が形成されている場合には、後述の波長変換層１２は、保護膜１５を介して半導体層１１又は透光性電極１４の上に形成される。

（透光性電極１４）
透光性電極１４は、半導体層１１の広い範囲を覆うように設けられ、パッド電極１６を介して供給される電流を半導体層１１の全面に均一に拡散させるための電極である。ただし、透光性電極１４は金属ポスト１８やパッド電極のように外部と電気的接続を取るものではないため、光反射層２０からは露出されない。
本実施形態では、半導体層１１と波長変換層１２との間に形成され、波長変換層側へと光を透過させる。なお、ここで言う「間」とは、透光性の別部材を介している場合も含むものとする。つまり、透光性電極を透過した光が波長変換１２層に到達し、さらに光反射層２０から反射された光を光取り出し面側に透過することが可能な部材であれば特に問題なく、例えば保護膜１５を介していてもよい。

透光性電極１４としては、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂などの導電性酸化物や、金属薄膜を用いることができる。また、半導体層１１の全域に電流を均一に供給するため、半導体層のほぼ全面に形成することが好ましい。また、透光性電極１４の膜厚は特に限定されるものではないが、シート抵抗が過大とならないように、５０００ｎｍ以下とすることが好ましく、１００〜１０００ｎｍ程度とすることがより好ましい。
透光性電極１４は、前記した材料を、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）などにより形成することができる。

（金属ポスト１８）
金属ポスト１８は、後に形成される波長変換層１２及び光反射層２０を避けて電極端子を外部に露出させるために形成される。パッド電極１６、１７と電気的に接続することが可能で、電気を流すものであれば特に限定されないが、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）等の単体、または、これらの多層膜や合金等を用いることができる。好ましくは、熱伝導率等に優れた金（Ａｕ）を単体で用いることである。

また、金属ポスト１８は一つの発光素子１００に対して少なくとも１対は必要で、それ以上に対しては個数を限定する事はなく、例えば一つのパッド電極に対して金属ポスト１８が複数個に分かれて形成されていても良い。これにより金属ポスト１８の使用量を少なくする事ができるため低コスト化に有利である。

金属ポスト１８は、５μｍ〜２００μｍ程度の厚みが好ましく、形状は特に限定されず、種々の形状をとることができる。

例えば、円柱、角柱等の柱状とすることで、後の工程で光反射層２０を厚く形成した場合であっても、電極端子を光反射層２０から露出させることができるため、発光素子の実装歩留まりが向上する。

また、金属ポスト１８は、柱状に限られず、ワイヤーボンディング法等でバンプ状に形成しても良い。また、半田材のように溶融させて形成しても良い。円柱やバンプ状の場合の直径は、電気抵抗、放熱性、結合強度特性を良好にするために５０μｍ以上とすることが好ましい。

（波長変換層１２）
波長変換層１２は、給電に使用する一対の電極２３以外の領域であって、半導体層１１上を被覆する。波長変換層１２については半導体層１１からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発するもので、半導体層１１からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。波長変換層は、１種の蛍光体等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光体等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光体等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光体等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。

例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩またはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。好ましくは、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体である、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ_０．８Ｇｄ_０．２）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体である。また、Ｙの一部もしくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなどもある。さらに、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。

また、これらの粒径等は特に限定する物ではないが、０．１〜２００μｍ程度の球形や鱗片状の物を用いる事が出来る。加えて、波長変換層１２の任意断面での体積密度としては４０％以上である事が好ましい。これにより、薄い層での波長変換が可能となり発光素子の厚みを薄くすることができる。

これらの波長変換層１２の形成方法としては、電着，溶射，静電塗装等や、樹脂系に練り込んで印刷，スピンコート，ポッティング，ディッピング等の方法を用いる事も出来る。

電着用の導電膜の形成方法としては、例えば、蒸着法、スパッタリング、スクリーン印刷、インクジェット塗布、スプレー塗布あるいはそれらを組み合わせた方法を挙げることができる。また、電着用の導電膜は、電着後に酸化させる事で高抵抗化させる。これにより、素子の２極間で電気的にショートする事が無くなるのと、波長変換層１２へ光を透過させることが可能となる。なお、この高抵抗化は、同じ導電膜を用いて光反射層２０を波長変換層１２の上に電着した後に行っても良い。

また、電着，溶射，静電塗装等で形成する場合、これらの材料をより強固に固定するために透光性の材料を含浸させても良い。
この透光性の材料としてはシリコーン等の樹脂でも良く、ポリシラザンやゾルゲル等の無機材料でも良い。とくにＳｉ−Ｏ結合を有する物が好ましい。Ｓｉ−Ｏ結合系の材料は比較的光による劣化が少なく、素子信頼性の向上に繋がるからである。

波長変換層１２の厚みは、３〜５０μｍであることが好ましい。このような厚みであると、波長変換層１２での光の吸収損失を少なくすることができる。

（光反射層２０）
光反射層２０は、半導体層１１からの光を光取り出し面方向に反射させるものである。従って、少なくとも半導体層１１から発光する波長に対して５０％以上の光反射率を有することが好ましい。光反射層２０は、半導体層１１上に形成された波長変換層１２を被覆する。パッド電極１６、１７間から波長変換層１２を通って波長変換された光は光反射層２０により半導体層１１側へと戻され、光取り出し面側から出射される。

光反射層２０は、好ましくは絶縁性の無機化合物の粒子の集合体であり、無機化合物の粒子として、具体的には、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａｌ（ＯＨ）₃、ＭｇＣＯ₃、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、Ｍｇ（ＯＨ）₂、ＳｒＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴａＯ_２、ＨｆＯ、ＳｅＯ、Ｙ_２Ｏ_３等の酸化物、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯＮ等の窒化物、ＭｇＦ_２等のフッ化物等が挙げられる。これらは、単独でも化合物を用いてもよいし、混合して用いてもよい。あるいは、これらを積層させるようにしてもよい。これらの粒径等は特に限定する物ではないが、０．１〜２００μｍ程度の球形や鱗片状の物を用いる事が出来る。粒子の集合体で光反射層２０を形成していることから、従来の樹脂材料に光反射性粒子を含有させたものよりも高密度で粒子を配置可能であり、光反射率を向上させることができる。

また、これらの材料をより強固に固定するために透光性の材料を含浸させても良い。この透光性の材料としてはシリコーン等の樹脂でも良く、ポリシラザンやゾルゲル等の無機材料でも良い。とくにＳｉ−Ｏ結合を有する物が好ましい。Ｓｉ−Ｏ結合系の材料は比較的屈折率が低いため、他の材料のフィラーと屈折率差を大きく取る事が出来、光反射率の点で有利だからである。また、粒子の隙間をあえて埋めず、空気層とする事でより高い反射率を得る事も可能である。

これらの光反射層２０の形成方法としては、電着，溶射，静電塗装等や、樹脂系に練り込んで印刷，スピンコート，ポッティング，ディッピング等の方法を用いる事も出来る。また、光反射層２０は電極２３の通電のため少なくとも一部を露出させておく必要がある。この方法としてはフォトリソグラフィー技術や研磨・研削等の技術を用いて行う事が出来る。

光反射層２０の厚みは、半導体層１１から出射された光を反射可能な厚みであれば特に限定されないが、例えば１〜１００μｍ程度、好ましくは３μｍ以上とすることにより、十分な反射率を確保することができ、発光素子の光取り出し効率が向上する。

本実施形態では、金属ポスト１８の側面には、光反射層２０及び波長変換層１２が被覆されている。このような構成によれば、光反射部材の保持力が強くなり、工程中で光反射層２０や、光反射層２０を形成する粒子が脱落することを抑制することができ、製造歩留まりが向上する。

以上に説明したような本実施形態の発光素子１００は、従来知られている発光素子と同様に用いることができ、セラミックスや樹脂パッケージなどの各種の支持体に実装することで、発光装置とすることができる。波長変換された光が取り出されるため、別途波長変換部材を用いなくても良いし、さらに波長変換部材が必要な場合であっても、波長変換部材の使用量を減らすことができる。

また、発光素子１００の状態で色調を測定することができるため、この色調に応じて後に加える波長変換部材の量を調整することが可能となり、発光装置としての色調歩留まりを向上させることができる。

＜発光素子の製造方法＞
次に、第１実施形態に係る発光素子の製造方法について、図２〜７を参照しながら説明する。
まず、図２に示すように、同一面側に少なくとも一対のパッド電極１６、１７を有する発光素子を準備する。この発光素子は、個々の発光素子に分割される前のウエハ状態の発光素子であり、透光性基板１０上に半導体層１１が形成され、半導体層１１上に少なくとも一対のパッド電極１６、１７が形成されている。パッド電極１６は透光性電極１４を介して形成されており、パッド電極１６、１７の上面の一部を除いて保護膜１５が形成されている。

次に、図３に示すように、保護膜１５の開口部であってパッド電極１６、１７の露出部に金属ポスト１８を形成する。形成方法は、めっき法の他にスパッタ法や蒸着法等を用いることができる。後に形成される波長変換層１２及び光反射層２０から露出される程度の厚みで形成する。

次に、図４に示すように、複数の金属ポスト１８間に波長変換層１２を埋設する。これらの波長変換層１２は、電着，溶射，静電塗装等により形成することもできるし、樹脂系に含有させたものを印刷，スピンコート，ポッティング，ディッピング等することにより形成する事も出来る。

次に、図５に示すように、複数の金属ポスト１８間に形成された波長変換層１２上を、被覆するように光反射層２０を埋設する。発光素子１００は、最終的には外部との電気的接続を取るために金属ポスト１８が露出している必要があるが、後の工程において導電部材を露出させればよいため、この段階においては、金属ポスト１８を完全に被覆するように光反射層２０が形成されていてもよい。

次に、図６に示すように、光反射層２０を研磨等することにより、金属ポスト１８の端部を露出させる。これにより、光反射層２０と金属ポスト１８の端部とが、ほぼ面一に平坦化される。この平坦化方法としては、フォトリソグラフィー技術や研磨、研削等の技術を用いて行うことができる。

最後に、図７に示すように、分割予定線２１に沿ってダイシングやスクライブ等によってウエハを個片化して、図１に図示するような発光素子１００とする。分割予定線２１は、透光性基板１０、半導体層１１、波長変換層１２、光反射層２０を通る線であり、これらが面一に裁断されることで、発光素子１００の側面が形成されることとなる。
特に、波長変換層１２及び光反射層２０を無機材料で形成することにより、レーザスクライブ法等の破断による分割が可能となり、分割時に生じる発光素子への損傷が少なく、信頼性を向上させることができる。また、レーザスクライブ法等の破断による分割によれば、分割時の切りしろを少なくすることができるため、収率を向上させることができるため好ましい。

＜第１実施形態の変形例１＞
図１に示す前記第１実施形態に係る発光素子１００の側面には、半導体層１１の側面が露出された例を示したが、本変形例では、半導体層１１の側面が波長変換層１２に被覆された発光素子６００について、図１４を参照して説明する。第１実施形態と同一の要素については同じ符号を付して説明を省略する。

発光素子６００では、半導体層１１の側面が、基板１０の最も外側に位置する側面よりも内側になるように形成されている。このような発光素子は、例えばｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を積層した後に、基板１０が露出するまで半導体層１１をエッチングすることにより形成することができる。このように、基板１０の一部が半導体層１１側において露出されていることにより、半導体層１１の側面に波長変換層１２を被覆することができる。なお、図１４では半導体層１１の側面と波長変換層１２の間に保護膜１５が介されているが、第１実施形態で述べたとおり、この保護膜１５は形成されていなくてもよい。つまり、ここで言う「半導体層１１の側面が波長変換層１２に被覆される」とは、透光性の別部材を介している場合であってもよく、半導体層１１からの光がその側面において波長変換層１２へと入射可能なように設けられていることをいう。

このように、半導体層１１の側面方向にも波長変換層１２が配置されていることにより、半導体層１１の側面から直接光が出ることが無くなり、側面から出る光も波長変換層１２により波長変換される。これにより色むらを減少させることができる。また、後から封止樹脂２８に波長変換部材を加える場合には、この波長変換部材の量を少なくすることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

＜第１実施形態の変形例２＞
さらに別の変形例を、図１５を参照して説明する。本変形例の発光素子７００は、金属ポスト１８の側面が波長変換層１２により被覆されている。これにより金属ポスト１８が光反射層２０から露出される部分において、金属ポスト１８の周囲に波長変換層１２が光反射層２０から露出されてなる。これにより波長変換層１２の接着面積が増え、結着力が上がり工程中での波長変換層１２の脱落を防ぐことが出来、歩留まりを向上させることができる。

＜第２実施形態＞
図８に示すように、本実施形態の発光素子２００は金属ポスト１８を有しておらず、光反射層の表面から凹んだ位置においてパッド電極１６、１７の上面が露出されるように、光反射層２０及び波長変換層１２が開口されてなる発光素子であり、その他の構成については第１実施形態と同様である。本実施形態の発光素子２００は、第１実施形態の発光素子と同様の効果を有する。なお、本実施形態においてはパッド電極１６、１７が電極に該当する。

本実施形態の発光素子は、第１実施形態の製造方法と比較して、金属ポスト１８に代えて図９に示すようにレジスト１９を形成して、第１実施形態と同様に波長変換層１２及び光反射層２０を形成した後に、レジスト１９を除去するものである。研磨や研削等によってレジスト１９と光反射層２０とが面一になるように平坦化したのちにレジストを除去してもよいが、この平坦化は必ずしも必要ではない。
その他の部分については、第１実施形態と同様にして形成することができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態の発光装置３００は、第１実施形態の発光素子１００を支持体に搭載して樹脂封止したものである。本実施形態の発光装置３００は、図１０に示すように、発光素子１００が収納される凹部を有する支持体２２と、凹部内に充填される封止樹脂２８とを有する。さらに、封止樹脂２８には、波長変換部材２９が含有されている。

（支持体２２）
支持体２２は、発光素子１００を載置するための部材である。支持体２２の底面には、発光素子の一対の電極２３と電気的接続をとるための少なくとも一対の導体配線２４を有している。また、支持体２２の外側に、外部との電気的接続を取るための外部端子２６を有している。
なお、この支持体２２の材料は特に限定されることはない。例えば、セラミックス（Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ等）、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン（bismaleimide triazine resin）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂を用いることができる。また、導体配線２４についても、リードフレーム等の導電性の板材であってもよい。支持体２２は、凹部を有することが好ましく、これにより封止樹脂２８を容易に充填することができる。

発光素子１００は、電極２３を実装面となる導体配線２４に接合する所謂フリップチップ実装することにより支持体と接合される。

（封止樹脂２８）
発光素子を被覆する封止樹脂２８は、発光素子１００からの光を透過可能な透光性を有するものであればよい。具体的な材料としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等を挙げることができる。このような材料に加え、所望に応じて着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。封止部材２８に含有される波長変換部材としては、波長変換層１２で説明したものと同様の蛍光体等を用いることができる。波長変換層１２で用いる蛍光体と、封止樹脂に含有させる波長変換部材は、同じものであっても良いし、種類や発光波長が異なるものであっても良い。支持体２２が凹部を有する場合は、凹部に封止樹脂２８を充填することで、発光素子が被覆される。

本実施形態の発光装置３００は、発光素子１００が波長変換層１２を有していることで半導体層１１からの光が波長変換され、光反射層２０で光取り出し面方向に取り出されることにより、波長変換層１２がない場合と比べて、封止樹脂に含有させる波長変換部材の量を少なくすることができる。これにより、蛍光体により吸収される光を少なくすることができ、光取り出し効率を向上させることができる。

この光取り出し効率の向上は、蛍光体が沈降分布し、かつ、フリップチップ実装される場合に、より顕著である。発光素子をフリップチップ実装する場合、透光性基板１０を実装面に実装する場合と比較して、半導体層１１が下方に位置することになる。蛍光体等の波長変換部材が沈降分布していると、下方に位置した半導体層１１が蛍光体に埋もれてしまい、この蛍光体を抜けて光が光取り出し面まで到達するまでの間に再吸収されてしまい、光取り出し効率が低下する。

半導体層１１からの光が蛍光体で励起される場合は、以下の２通りの励起があると考えられる。１つは先に述べたとおり、蛍光体を透過して励起する「透過型励起」であり、この場合は蛍光体を透過した光は蛍光体自身に吸収され、発光効率が低下する。上述のように、蛍光体が沈降分布し、かつ、フリップチップ実装される場合は、半導体層が蛍光体に埋もれていることから、透過型の励起が多くなっていると考えられる。

もう１つは蛍光体の表面で励起する場合（以下、「表面励起」ともいう）であり、この場合においては、蛍光体を透過せずに蛍光体の表面で光が励起されることから、蛍光体自身の光吸収を抑えることができる。つまり、表面励起の割合が高いほど、発光効率の高い発光装置とすることができる。図１０に示すように、半導体層および基板１０の側面の大半の波長変換部材２９から露出されている場合、半導体層から取り出された光は、沈降分布された蛍光体の表面に当たり、表面励起されて光取り出し面から取り出されるため、光取り出し効率が高くなる。

本実施形態の発光装置３００では、フリップチップ実装ではあるものの、波長変換層１２及び光反射層２０を実装面側に有しており、実装面から半導体層１１までの距離が長くなるように形成されている。これにより、半導体層１１を波長変換部材２９から露出させることが容易となる。

さらに、波長変換部材２９の発光波長は、波長変換層１２の発光波長よりも短くすることが好ましい。長波側の蛍光体（例えば、赤色を発光するＣＡＳＮ系蛍光体）の吸収スペクトルは、短波側の蛍光体（例えば、黄色を発光するＹＡＧ系蛍光体）の発光スペクトルと一部重複する。このため、短波側の蛍光体による波長変換光の一部が長波側の蛍光体に吸収され、発光効率が低下し発光装置の出力が低下する場合がある。これを抑制するために、半導体層から光取り出し面までの経路のうち、光取り出し面に近いほうに短波の蛍光体を配置することで、光吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
図１１に、第４実施形態の発光装置４００を示す。
本実施形態では、発光素子に波長変換層１２を形成し、波長変換層１２上に形成された光反射層２０に代えて、発光素子実装時に発光素子下部を埋めるように形成される光反射層３２を用いて光を取り出し面側に反射させる。この光反射層３２は、絶縁材料からなるいわゆるアンダーフィル等を用いることができる。光反射層３２は、光反射層２０と同様の材料により形成することができる。

つまり、第４実施形態の発光装置４００は、一対の電極２３を備えた発光素子５００を、支持体２２の配線２４にフリップチップ接続した発光装置であって、発光素子１００の下面と支持体２２の上面との間に、波長変換層１２と光反射層３２とを、この順に備える。

発光素子の電極２３を支持体２２の配線２４に接合する際には図１１に示すようにバンプやメッキ等の接合部材３０で高さを稼ぐことが好ましい。これにより、光反射層３２を形成しやすくなるからである。また、実装面から半導体層１１までの距離を長くすることができるという利点もある。

実施形態４の発光装置であっても、実施形態３と同様の効果を得ることができる。実施形態３と同様に、外側底面に外部端子２６を有する支持体２２を用い、支持体の凹部に波長変換部材２９を含有する封止樹脂２８で封止してもよい。

ここで、実施形態４に用いる発光素子５００について説明する。発光素子５００は、光反射層２０が発光素子に形成されていない以外は、第１実施形態の発光素子１００と同様の構成であり、同様に作成することができる（図１２参照）。

発光素子５００は、図１３に示すように、波長変換層１２から金属ポスト１８が露出されて形成されており、外部電源に接続するための端子電極として用いて、フリップチップ型実装をする発光素子とすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
すなわち、前記に示す発光素子及び発光装置の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光素子及び発光装置を例示するものであって、本発明は、発光素子及び発光装置を前記の形態に限定するものではない。また、特許請求の範囲に示される部材等を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

本発明に係る発光素子及び発光装置は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機等、種々の発光素子及び発光装置に使用することができる。

１００、２００、５００、６００、７００・・・発光素子
３００、４００・・・発光装置
１０・・・基板
１１・・・半導体層
１２・・・波長変換層
１４・・・透光性電極
１５・・・保護膜
１６、１７・・・パッド電極
１８・・・金属ポスト
１９・・・レジスト
２０、３２・・・光反射層
２１・・・分割予定線
２２・・・支持体
２３・・・電極
２４・・・導体配線
２６・・・外部端子
２８・・・封止樹脂
２９・・・波長変換部材
３０・・・接合部材

Claims (14)

1. 同一面側に一対の電極を有する発光素子と、
   前記電極が形成されている側の発光素子上に形成された波長変換層と、
   前記波長変換層上に形成された光反射層と、を有し、
   前記一対の電極の一部が、前記光反射層から露出されていることを特徴とする発光素子。
2. 前記光反射層は、前記電極が形成されている側において、前記電極が露出されていない領域のほぼ全てを被覆するように形成されている請求項１に記載の発光素子。
3. 前記発光素子の半導体層と前記波長変換層の間に、透光性電極が配置されている請求項１又は請求項２に記載の発光素子。
4. 前記光反射層は、無機化合物の粒子の集合体からなる請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記無機化合物の粒子の粒子間に、少なくともＳｉ−Ｏ結合を含む部材を有する請求項４に記載の発光素子。
6. 前記波長変換層又は前記光反射層が、電着、静電塗装、溶射のいずれかで形成される請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 前記透光性電極と前記波長変換層との間に、保護膜を有する請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. 前記電極は、パッド電極と、前記パッド電極上に形成された金属ポストからなる請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 前記電極は、パッド電極であり、前記光反射層の表面から凹んだ位置において前記光反射層から露出されている請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。
10. 前記金属ポストの側面は、前記波長変換層及び前記反射部材により被覆されている請求項９に記載の発光素子。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載された発光素子が載置される支持体と、
    前記発光素子を被覆する封止樹脂と、を有し、
    前記封止樹脂に波長変換部材が含有されている発光装置。
12. 前記支持体は前記発光素子が収納される凹部を有し、前記凹部に前記封止樹脂が充填されてなる請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記波長変換部材の発光波長は、前記波長変換層の発光波長よりも短い請求項１１又は請求項１２に記載の発光装置。
14. 一対の電極を備えた発光素子と、
    前記電極のそれぞれと接続される配線を備えた支持体と、を有し、
    前記発光素子は前記配線上にフリップチップ接合され、前記電極と前記配線とが電気的に接続されており、
    前記発光素子の下面と前記支持体の上面との間に、波長変換層及び絶縁材料からなる光反射層を前記発光素子側からこの順に備えてなることを特徴とする発光装置。

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