(実施の形態1)
 図1に本発明の半導体発光装置1を示す。半� �体発光装置1は、サブマウント21上に、半導� �発光素子10が固定された構造である。

 以下、フリップチップタイプの半導体発� ��素子を用いた場合について説明を進めるが� ��本発明の半導体発光装置は、半導体発光素� ��のタイプに依存しない。すなわち、フェイ� ��アップ、片面電極、両面電極などのタイプ� ��半導体発光素子であっても構わない。

 サブマウント21には、引出電極22,23が形成 されている。引出電極は半導体発光素子10へ� ��流を印加するための電極である。半導体発� ��素子のn型層の側に接続するn側引出電極22と p型層の側に接続されるp側引出電極23がある� �さらに図1では、引出電極は、スルーホール2 6,27を介して裏面電極28,29へ接続されている。 これによって裏面電極28,29から半導体発光素� ��へ電流を流す事が出来る。なお、裏面電極� ��n側裏面電極28とp側裏面電極29がある。

 引出電極にはバンプ24,25が形成されてい� �。引出電極同様、バンプもn型層に接続され� ��n側バンプ24とp型層に接続されるp側バンプ25 がある。図1ではp側バンプは複数あるが、ま� ��めて符号25で表す。もちろんn側バンプが複� ��個あってもよい。

 このバンプによって引出電極と半導体発� ��素子は直接接続されている。従って、この� ��ンプは接続線である。サブマウント、引出� ��極、裏面電極、スルーホール、バンプを含� ��て支持体20と呼ぶ。なお、実施形態によっ� �は、裏面電極や、スルーホール、バンプが� �持体20から省略される場合もある。

 半導体発光素子10の周囲には蛍光体層35が 配置されていてもよい。蛍光体層35には1種類 若しくは複数種類の蛍光体が分散されている 。そして半導体発光素子10からの光を波長変� ��して出射する。これによって、半導体発光� ��置1は、さまざまな色合いの光を出射するこ とができる。

 蛍光体層35の周囲には透明な封止材38が配 置される。封止材38は、媒体若しくは媒体中� ��機能性材料を分散させたものである。封止� ��は、半導体発光素子を覆うことで、半導体� ��光装置1を保護する。封止材として用いる事 の出来る媒体としては、シリコーン樹脂、エ ポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹 脂を用いることができる。特にシリコーン樹 脂としては、シロキサン系の樹脂やポリオレ フィン、シリコーン・エポキシハイブリッド 樹脂などが好適である。

 また、媒体は、樹脂だけでなくゾルゲル法� ��作製されるガラス材料を用いることもでき� ��。具体的には、一般式Si(X) _n (R) _4-n (n=1~3)で表される化合物である。ここで、Rは� ��ルキル基であり、Xはハロゲン(Cl、F、Br、I)� ��ヒドロキシ基(-OH)、アルコキシ基(-OR)から選 ばれる。このガラス材の中にも機能性材料や 一般式がM(OR) _n で表されるアルコキシドを添加することもで きる。アルコキシドを添
加することによって封止材自体の屈折率を変 えることができる。

 また、これらのガラス材料は硬化反応温� ��が摂氏200度程度のものもあり、バンプや電� ��各部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好� ��な材料と言える。

 また、媒体中に分散する機能性材料は特� ��限定されない。しかし、封止材は半導体発� ��素子と封止材の射光面との間に存在するの� ��、光透過率を低減させるような材料や大き� ��は適さない。例えば、好適な一例として、� ��能性材料として酸化シリコンの微粒子を媒� ��中に分散させ封止材とすれば、半導体発光� ��子から発せられた光を封止材内に均一に拡� ��させることで封止材の射光面を面状に均一� ��発光させることができる。

 封止材の表面は半導体発光装置1の射光面 36となる。射光面36は平坦な面にすることで� �面発光にすることができる。しかし、封止� �38と大気の間の屈折率の関係で、完全な鏡面 にすると、全反射のために半導体発光装置と して光の取り出し効率が悪くなる場合もある 。そのような場合のために、微小な凹凸構造 を射光面36に与えることができる。

 本発明の半導体発光装置にはさらに封止� ��の側面に反射層40が配設されている。反射� �40は、半導体発光素子10から出射され、側面� ��向かう光を側面から出射しにくいようにす� ��。従って、反射層40は鏡面反射をしなくて� �よい。

 例えば、媒体中に微粉末を分散させたも� ��を反射層として利用し、反射層40に当たっ� �光Xが散乱光になってもよい。

 反射層40に用いることのできる媒体は、� �脂、ガラスなどを好適に用いる事ができる� �具体的には、上記の封止材の媒体として紹� �した材料を用いることができる。

 また用いることのできる微粉末は酸化チ� ��ン、酸化アルミニウムといった金属酸化物� ��、金、銀、ニッケルといった金属微粉末や� ��フロン(登録商標)などの白色系樹脂微粉末� �好適に用いることができる。

 特に酸化チタンは反射層の反射率を高く� ��ることができるので好ましい。反射層に分� ��させる酸化チタンの重量濃度を10%~80%の範囲 とし、反射層の厚みを適宜調整することで反 射率を高く保つことが出来る。反射層に用い る媒体の粘度を調整するために、酸化チタン に加えて酸化シリコンや酸化アルミニウムの 微粉末を同時に分散させてもよい。

 このような反射層40が存在するために、� �導体発光素子から出射された光で側面方向� �進むものは、反射層40に当たり、概ね入射角 に応じた反射角の方向に反射する。

 反射層40は、封止材38の側面の少なくとも 一部に配設される。もちろん、側面全体に配 設されるのが好ましいのはいうまでもない。 特に、封止材38の高さ方向にはくまなく存在� ��るのがよい。側面からの漏れ光を防止する� ��めである。言い換えると、封止材38の一部� �ある射光面36と面一まで反射層40は存在する� ��

 また、反射層40は、封止材38とサブマウン ト21の両方に接する。サブマウント21にも接� �ることで、封止材38の側面全面を覆うことに なるからである。

 反射層40と封止材38の境界面が反射面41で� ��る。反射面41はサブマウント21の表面19に対� ��る関係で特に限定されない。しかし、表面1 9に対して垂直もしくは鈍角の関係であれば� �より光を射光面36の方向に反射しやすいので 望ましい。

 図2に反射面41がサブマウント21の表面19に 対して鈍角42になっている場合の半導体発光� ��置の断面図を示す。反射面41がサブマウン� �の表面に対して図2のような角度になってい� ��ば、半導体発光素子10からの光はより射光� �36の方向へ反射させられ、発光効率が高くな る。

 なお、サブマウントには、半導体発光素� ��以外のものを搭載してもよい。例えば、サ� ��マウントが窒化アルミニウムなどのセラミ� ��クの場合は、保護用の素子、例えばダイオ� ��ド、抵抗、保護回路などを登載してもよい� ��

 次にサブマウントと半導体発光素子の詳� ��な説明を行う。

 サブマウント21は、シリコンツェナーダ� �オード、シリコンダイオード、シリコーン� �窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、そ� �他のセラミック等を用いることができる。

 スルーホールはサブマウントに穿たれた� ��通孔で、内部に銅、アルミニウム、金等の� ��電材料を含む。裏面電極28,29は、スルーホ� �ルと電気的に接合しており、銅、銀、金な� �の導電材料で作製される。引出電極は、銅� �アルミニウム、金、銀といった導電性の材� �を用いる。

 バンプは半導体発光素子10をサブマウン� �21上に固定し、また引出電極22,23との間を電� ��的に結合させる役割を有する。

 バンプの材料としては、金、金-錫、半田 、インジウム合金、導電性ポリマーなどを用 いることができるが、特に金や金を主成分と する材料が好ましい。これらの材料を用いて 、メッキ法、真空蒸着法、スクリーン印刷法 、液滴射出法、ワイヤーバンプ法等を用いて 形成することができる。

 例えば、ワイヤーバンプ法で金ワイヤー� ��作製し、その一端をボンダーにてサブマウ� ��ト上の引出電極に接着した後、ワイヤーを� ��断することで金バンプを形成する。また、� ��などの高導電性材料の微粒ナノ粒子を揮発� ��溶剤に分散した液をインクジェット印刷と� ��様な手法で印刷し、溶剤を揮発除去してナ� ��粒子の集合体としてのバンプを形成する液� ��射出法を用いることもできる。

 図3に半導体発光素子10の断面図を、図4に 基板上部方向からの平面図を示す。半導体発 光素子10は、基板11、n型層12、活性層13、p型� �14、n側電極16、p側電極17からなる。

 基板11は、発光層を保持する役目を負う� �材質としては、絶縁性のサファイアを用い� �ことができる。しかし、発光効率や発光す� �部分が窒化ガリウム(GaN)を母材とすることか ら、n型層12と基板11との界面での光の反射を� ��なくするために発光層と同等の屈折率を有� ��るGaNやSiC、AlGaN、AlNを用いるのが好適であ� �。

 発光層となるn型層12と活性層13とp型層14� �基板11上に順次積層される。材質は特に制限 はないが、窒化ガリウム系化合物であれば好 ましい。具体的には、それぞれ、GaNのn型層12 、InGaNの活性層13、GaNのp型層14である。なお� �n型層12やp型層14としては、AlGaNやInGaNを用い� ��もよいし、n型層12と、基板11との間に、GaN� �InGaNで構成したバッファ層を用いることも可 能である。また、例えば、活性層13は、InGaN� �GaNが交互に積層した多層構造(量子井戸構造) としてもよい。

 このように基板11上に積層したn型層12と� �性層13とp型層14の一部から、活性層13とp型層 14を除去し、n型層12を露出させる。この露出� ��せたn型層12上に形成されたのが、n側電極16� ��ある。なお、基板11を導電性の材料にした� �合は、基板まで露出させ基板上に直接n側電� ��を形成してもよい。

 また、p型層14上に同じくp側電極17が形成� ��れる。つまり、活性層13とp型層14を除去し� �n型層12を露出させることで、発光層とp側電� ��およびn側電極は基板に対して同じ側の面に 形成することができる。

 p側電極17は発光層で発した光を基板11の� �に反射するために反射率の高いAgやAl、Rh等� �第1の電極を用いる。すなわち、基板11の天� �側が射光面18となる。p型層14とp側電極17のオ ーミック接触抵抗を小さくするためにp型層14 とp側電極の間にPtやNi、Co、ITO等の電極層を� �いるとより望ましい。また、n側電極16はAlや Ti等を用いることができる。p側電極17およびn 側電極16の表面にはバンプとの接着強度を高� ��るためにAuやAlを用いることが望ましい。こ れらの電極は真空蒸着法、スパッタリング法 などによって、形成することができる。

 半導体発光素子10のサイズは、特に限定� �ないが、光量を大きくするには、全面積が� �い方がよく、好ましくは一辺(8及び9)が600μm� ��上であることが望ましい。また半導体発光� ��子10の一辺(8若しくは9)は他方の辺より長く� ��も良い。半導体発光素子の用途には、携帯� ��話やモバイルコンピューターなどもあり、� ��方形の発光装置の需要もあるからである。

 なお、半導体発光素子として、フリップ� ��ップタイプについて詳細を説明したが、本� ��明の半導体発光装置においては、半導体発� ��素子はどのようなタイプのものでも構わな� ��。

 次に蛍光体層35について説明する。蛍光� �層35は、無機若しくは有機の蛍光体材料の粒 子を樹脂もしくはガラスといった透明媒体中 に分散したものである。

 例えば、半導体発光素子10が青色の光を発� �、半導体発光装置1自体の発光色を白色にす� ��場合は、半導体発光素子10からの青色の光� �受けて、黄色に波長を変換し出射する蛍光� �である。このような蛍光体材料としては、� �土類ドープ窒化物系、または、希土類ドー� �酸化物系の蛍光体が好ましい。より具体的� �は、希土類ドープアルカリ土類金属硫化物� �希土類ドープガーネットの(Y・Sm) ₃ (Al・Ga) ₅ O ₁₂ :Ceや(Y _0.39 Gd _0.57 Ce _0.03 Sm _0.01 ) ₃ Al ₅ O ₁₂ 、希土類ドープアルカリ土類金属オルソ珪酸 塩、希土類ドープチオガレート、希土類ドー プアルミン酸塩等を好適に用いることができ る。また、珪酸塩蛍光体(Sr _1-a1-b2-x Ba _a1 Ca _b2 Eu _x )2SiO ₄ やアルファサイアロン(α-sialon:Eu)Mx(Si,Al) ₁₂ (O,N) ₁₆ を黄色発光の蛍光体材料として用いても良い 。

 媒体としては、上記の封止材で説明した� ��体を利用することができる。例を挙げると� ��シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素� ��脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作� ��されるガラス材料を用いることもできる。� �また、これらのガラス材料は硬化反応温度� �摂氏200度程度のものもあり、バンプや電極� �部に用いる材料の耐熱性を考慮しても好適� �材料と言える。蛍光体と媒体を混ぜ合わせ� �状態を蛍光体塗料と呼ぶ。

 図5には、本発明の半導体発光装置を作製 する製造方法を示す。サブマウント21となる� ��ブマウント基板210上に、引出電極22,23を形� �する。必要に応じてスルーホールや、裏面� �極も形成しておく。引出電極22,23にはバンプ 24,25を形成しておく。そして、半導体発光素� ��10を溶着させる(図5(A))。

 サブマウント基板210には複数の半導体発� ��素子が形成される。このようにすることで� ��一度に多くの半導体発光装置を得ることが� ��きる。

 次に蛍光体層35を形成する。蛍光体層35は 半導体発光素子10に蛍光体塗料を塗布するこ� ��で形成する。形成する方法は特に限定はな� ��が、蛍光体塗料を印刷で塗布するのが、作� ��時間も短く簡単である(図5(B))。

 図6に続きの工程を示す。蛍光体層を形成 したのち、封止材38をサブマウント基板210の� ��面に形成する(図6(A))。ここでは、封止材と� ��て樹脂を用いた例で説明を進める。封止材� ��形成方法は特に限定されない。溶剤と共に� ��止樹脂を液状にして塗布し、乾燥すれば、� ��時間でしかも高い厚み精度で封止樹脂を塗� ��ことができる。なお、蛍光体層は必ずしも� ��成しなくてもよい。半導体発光素子の発光� ��をそのまま使用する場合もあるからである� ��

 次に半導体発光素子間に溝加工を行う(図 6(B))。できた溝50は反射材を充填する空間に� �る。溝加工にはダイシングマシンなどを好� �に用いることができる。サブマウント基板21 0を水平にして溝加工を行うことで、サブマ� �ントの表面に対して垂直な反射面を形成す� �ことができる。なお、この際にサブマウン� �基板210をダイシングに対して傾けて設置す� �ことで、サブマウント基板210に対して角度� �持った反射面を形成することもできる。

 例えば、図6(A)において、サブマウント基 板210を左に傾けて(右側を高くする)、各半導� ��発光素子の左側に溝加工を行い、次にサブ� ��ウント基板210を右に傾けて、各半導体発光� ��子の右側に溝加工を行えば、サブマウント� ��表面に対して鈍角になる反射面を形成する� ��とができる。図2の半導体発光装置はこのよ うにして作製される。

 溝50は封止材だけでなく、サブマウント� �板210まで形成するのがよい。封止材の側面� �分を確実に反射材で覆うためである。溝加� �は、半導体発光素子の4辺に行う。封止材の4 側面に反射面を形成するためである。しかし 、他の事情などによって意図的にいくつかの 側面に対して反射面を形成しない場合は、そ の面について溝加工は行わなくても良い。

 溝加工が終了したら、反射材43を溝50に充 填する(図6C))。なお、反射材43は硬化後、反� �層40を形成する。充填の方法は特に限定され るものではない。一例として、封止材の上面 に一様に塗布して形成してもよい。また滴下 、印刷、スプレー、スピンコート等の方法で 充填することもできる。

 図7に続きの工程を示す。反射材43を充填� ��た後、封止材38の上面を研磨する(図7(A))。� �射材43を溝50に充填した後に封止材の上面を� ��磨することで、反射層は封止材の射光面36� �同一の面を有する。研磨の方法は特に限定� �れない。ラップマスターなどを好適に用い� �ことができる。また、一度に研磨を行うの� �はなく、砥粒の大きさを順に変えながら研� �してもよい。

 図8に射光面の側から見た状態を示す。サ ブマウント基板210の上に配置された半導体発 光装置が左右上下に等間隔で配置されている 。射光面36が見えており、点線の四角は蛍光� ��層35を表す。それぞれの半導体発光装置の� �には反射材43が充填されている。このように することで、本発明の半導体発光装置は面発 光が可能になる。

 図7に戻って、次に反射材43の間で切断し� ��個々の半導体発光装置1となる(図7(B))。

 (実施の形態2)
 実施の形態1では、図6(A)および図6(B)で示し� ��ように、封止材38を半導体発光素子を配設� �たサブマウント基板210の全面に形成し、そ� �後溝加工を行った。この方法は短時間で大� �に処理できる方法である。しかし、サブマ� �ント基板210の全面に封止材を形成するため� �封止材が硬化する際の応力が大きくなるこ� �もある。応力が大きくなりすぎると、サブ� �ウント基板が反ったり、封止材を形成した� �分で割れが生じたりする場合もある。そこ� �、それぞれの半導体発光素子毎に封止材を� �成してもよい。

 図9には、本発明の半導体発光装置の製造 方法の一部を示す。図9(A)は、図6(A)に対応す� ��図であり、図9(B)は図6(B)と同じ図である。� �実施の形態の製造方法では、図9(A)で示した� ��止材の形成方法以外は、実施の形態1の製造 方法とまったく同じでよい。

 本実施の形態では蛍光体層35を形成した� �、封止材は、個々の半導体発光素子毎に形� �する。又は、図8で示した半導体発光素子の� ��びで、列方向若しくは縦方向だけ連続的に� ��成してもよい。全面を一度に形成しなけれ� ��、樹脂硬化時の応力を軽減できるからであ� ��。

 本実施の形態の製造方法は、実施の形態1 で製造した半導体発光装置と同じものを得る ことができる。

 (実施の形態3)
 本実施の形態では、工程数を省略できる製� ��方法について説明する。

 図10を参照して、サブマウント基板210に� �出電極22,23を形成し、バンプ24,25をさらに形� ��して、半導体発光素子10を配設する(図10(A))� ��半導体発光素子10の周囲に蛍光体層35も形成 する(図10(B))。以上の工程は実施の形態1と同� ��である。

 次に封止材38をそれぞれの半導体発光素� �毎に形成する(図10(C))。形成の方法は限定さ� ��るものではない。しかし、印刷などで行う� ��が簡便で早くできる。

 図11に続きの工程を示す。封止材を形成� �た後、反射材43をサブマウント基板210の全面 に塗布形成する(図11(A))。本実施の形態では� �加工を行わない。

 射光面36となる面を研磨で形成する(図11(B ))。この結果は図8と同じようになる。そして 、反射材43の充填部分で切断する(図11(C))。以 上のような工程を経ることで反射層が側面に 形成された半導体発光装置を得ることができ る。

 本実施の形態で示した半導体発光装置の� ��造方法では、溝加工を行う工程を省略する� ��とができ、より短時間で半導体発光装置を� ��製することができる。ただし、反射面41は� �封止材の形成時の形状がそのまま反映され� �。そのためサブマウント21と反射面とのなす 角は、直角より小さい角度になる場合もある 。

 (実施の形態4)
 図12に本実施の形態にかかわる半導体発光� �置を示す。本実施の形態では、射光面36の表 面に反射防止処理済射光面57が形成されてい� ��。反射防止処理を行なうことで、封止材38� �を進む光で射光面に浅い角度で入射する光� �全反射するのを防止し、半導体発光装置か� �の光取り出し効率が向上する。

 図13に半導体発光装置の製造方法を示す� �サブマウント基板210上に半導体発光素子を� �設し、蛍光体層35を形成したのち、封止材で 封止する。その後溝加工を行って反射材43を� ��填し、射光面36を研磨するまでは、実施の� �態1による図7(A)と同じである。

 本発明の製造方法では、その後射光面36� �全面に微小な凹凸構造を持つ、反射防止処� �済射光面57を形成する(図13(A))。微小な凹凸� �造は射光面での全反射を防ぎ、光の取り出� �効率を向上させる。全面に形成するのは、� �々の半導体発光装置毎に行うのは煩雑だか� �である。

 微小凹凸構造は、ナノインプリント技術� ��用いた微細加工を用いれば、光の波長と同� ��度若しくは、使う光の波長によっては、そ� ��以下のスケールの微細パターンを形成する� ��ともできる。また形状も溝形状、錘状、半� ��球状など、さまざまなパターンの形成が可� ��である。なお、ナノインプリントを行う面� ��平坦であることが必要であるが、射光面36� �反射材43からなる研削面は非常に平坦に形成 されるので、精度良く微細パターンを形成す ることができる。ナノインプリントを行なう 場合は、液状樹脂を射光面36上に薄く塗布し� ��後、モールドを押し付け、塗布した樹脂を� ��硬化又は紫外線硬化することで、モールド� ��に形成された凹凸形状を転写する。

 射光面36が無機の封止材からなる場合は、� �光面36にPMMA(ポリメチルメタクリレート)など のポリマーレジストを塗布し、ナノインプリ ント等によりレジストの微細パターンを形成 し、これをマスクとしてCF ₄ 等のガスでエッチングすることで射光面3
6に凹凸を形成する。エッチングによる表面� �凹凸形状の形成は、工程が簡単であり、ま� �光取り出し効果も向上する。しかし、凹凸� �状の正確な制御が困難であり、また全く同� �凹凸形状を多くの基板表面上に形成できな� �という特性がある。

 また、研磨する工程(図7(A))の最後に用い� ��砥石の粒度を調節して、研削が終わった状� ��で、ある範囲の表面粗さに仕上げ、基板表� ��の凹凸構造とすることもできる。

 また、インクジェット印刷法により基板� ��面に凹凸構造を作製することもできる。こ� ��方法は基板をエッチングする工程を含まな� ��ので簡便に行うことができる。作製する凹� ��構造自体の屈折率を調整することで、光取� ��出し効果を得る事ができる。そして、射光� ��36に微小凹凸構造を形成した後、反射材43の 部分で切断し、本実施の形態にかかわる半導 体発光装置を得る(図13(B))。

 なお、境界面における屈折率の関係で全� ��射が生じ、光取り出し効率が低下するのは� ��射光面36と大気の間だけでなく、半導体発� �素子の射光面18と蛍光体層35の界面や、蛍光� ��層35と封止材38の界面でも発生する問題であ る。従って、半導体発光素子の射光面18や、� ��光体層の射光面に反射防止処理を行っても� ��い。

 なお、本明細書を通じてClは塩素、Fはフ� ��素、Brは臭素、Iはヨウ素、Alはアルミニウ� �、Gaはガリウム、Siはシリコン、Inはインジ� �ム、Nは窒素、Oは酸素、Agは銀、Rhはロジウ� �、Ptは白金、Niはニッケル、Coはコバルト、Ti はチタン、Auは金、Yはイットリウム、Smはサ� ��リウム、Ceはセリウム、Gdはガドリニウム、 Srはストロンチウム、Baはバリウム、Caはカル シウム、Euはユウロピウム、を表す。