特許 5902908 半導体発光装置および車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5902908

(24)【登録日】2016年3月18日

(45)【発行日】2016年4月13日

(54)【発明の名称】半導体発光装置および車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/50 20100101AFI20160331BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/00 410

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2011-229975(P2011-229975)

(22)【出願日】2011年10月19日

(65)【公開番号】特開2013-89814(P2013-89814A)

(43)【公開日】2013年5月13日

【審査請求日】2014年10月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】特許業務法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】横林 裕介

【審査官】 金高 敏康

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−１８０１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４１４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３５５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２０５５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１４７４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２５４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１２５１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流注入によって発光する発光層を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の発光面上に設けられた蛍光体を含有する波長変換層と、を含み、前記半導体発光素子から発せられ前記波長変換層によって波長変換された光と、前記波長変換層を透過した光を混合した混合光を光取り出し面から出射する半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、発光動作時における前記発光層内の電流密度が相対的に高い領域と相対的に低い領域の２つに区分され、
前記波長変換層は、前記半導体発光素子の発光動作時の電流密度が相対的に高い領域を覆う第１の部分と、前記半導体発光素子の発光動作時の電流密度が相対的に低い領域を覆う第２の部分を有し、
発光動作時における前記発光層内の電流密度の高低に対応した異なる発光波長に起因する前記光取り出し面内における前記混合光の色度差を減じるように、前記第１の部分に含有される蛍光体の発光時のドミナント波長は、前記第２の部分に含有される蛍光体の発光時のドミナント波長よりも短く設定されている
ことを特徴とする半導体発光装置。

【請求項2】

前記第１の部分に含有される蛍光体の濃度は、前記第２の部分に含有される蛍光体の濃度よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項3】

前記第１の部分の層厚は、前記第２の部分の層厚よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記第１の部分は、ドミナント波長が互いに異なる蛍光体を含む複数の層が積層されて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記半導体発光素子は、その端部において電流密度および輝度のピークが生じるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具であって、
前記半導体発光装置からの光を照射方向に向けて投影して照射面上に投影像を形成する光学系を有し、
前記半導体発光装置は、前記半導体発光素子の発光動作時における電流密度分布に応じた輝度分布を有し、
前記光学系は、前記半導体発光装置の輝度のピーク部分に対応する像部分がカットオフラインに沿って伸長するように前記投影像を形成することを特徴とする車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子を含む半導体発光装置および該半導体発光装置を備えた車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

電流を注入することにより特定の波長の光を発する半導体発光素子（以下、単に発光素子ともいう）と、発光素子からの光の一部を吸収して発光素子からの光の波長よりも長波長の光を発する蛍光体とを組み合わせた半導体発光装置が知られている。このような半導体発光装置によれば、発光素子からの光と蛍光体からの光が混合され所望の発光色の混合光を得ることができる。

【0003】

例えば、特許文献１には、凹状空間を形成するケースと、該ケースの底面に設けられたＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子を埋設するように凹状空間に充填された蛍光体含有樹脂と、からなる半導体発光装置が記載されている。また、特許文献２および３には半導体発光素子の上面および側面を蛍光体が分散された波長変換層で覆った半導体発光装置が記載されている。かかる構成において、半導体発光素子を覆う波長変換層の被覆厚を均一とすることにより、波長変換層によって波長変換される割合が各領域において均一となり、発光素子から放出される青色光と蛍光体から放出される黄色光の混合比が一定となるため、色ムラの少ない混合光を得ることができる。例えば、発光波長が約４５０ｎｍの青色発光素子と、発光波長が約５７０ｎｍのＹＡＧ系黄色蛍光体とを組み合わせて半導体発光装置を構成した場合、図１に示す色度座標上の点Ｂと点Ｙを結ぶ線分上の色度の混合光を得ることが可能となる。例えば、線分Ｂ−Ｙ上点Ｗに対応する色度の混合光を得ようとする場合、発光素子の輝度に応じて波長変換層の塗布量（層厚）を適宜調整すればよい。

【0004】

例えば、III族窒化物系半導体からなる発光素子は、サファイア基板上にIII族窒化物系半導体を主材料とするｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層を順次結晶成長させて製造される。ｎ電極は、例えば特許文献４および５に記載のように、ｐ型半導体層の表面からｐ型半導体層および発光層を部分的に除去することにより表出したｎ型半導体層の表面に形成される。また、特許文献６に記載のように、ｐ型半導体層の表面に支持基板を接合した後にサファイア基板を除去し、これによって表出したｎ型半導体層の表面にｎ電極が形成される場合もある。ｎ電極とｐ電極の配置関係から前者を横型素子、後者を縦型素子などと呼ぶことがある。発光素子の各電極は、半導体膜内における電流拡散を促進させるためにボンディングパッドの他に半導体膜の表面上を伸長する配線部を設ける場合がある。配線部を設けることにより発光層全域を有効に機能させることができ、光出力および発光効率の向上を図ることができる

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００６−３５１７０８号公報

【特許文献2】特開２００５−１２３５６０号公報

【特許文献3】特開２００６−２１０４９１号公報

【特許文献4】特開２００６−３１０８９３号公報

【特許文献5】特開２００８−０６０２８６号公報

【特許文献6】特開２０１０−１７１３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

（発光素子の発光面内における輝度分布不均一に起因する色ムラ）
一般照明や液晶のバックライト等の機器においては、照明範囲または表示範囲の明るさおよび色を均一としたい場合が多い。このため、これらの機器に用いられる半導体発光装置の発光面内における輝度分布および発光色は均一であることが求められる。一方、自動車のヘッドライト等の車両用灯具に用いられる半導体発光装置においては、所望の配光パターンを効率的に得るために、発光面内における輝度分布を意図的に不均一とする場合がある。そのような半導体発光装置およびこれを光源とする車両用灯具の詳細な構成は、例えば本発明者らによって出願された特願２０１０−１８７５８５、特願２０１０−１８７５８６、特願２０１０−２０１２９６、特願２０１０−２０１２９７に記載されている。このような不均一な輝度分布を有する発光素子の発光面に厚さおよび濃度が一定の波長変換層を形成した場合、波長変換層によって波長変換される光と波長変換されることなく波長変換層を透過する光の混合比が低輝度領域と高輝度領域で異なるため混合光に色ムラが生じる結果となる。

【0007】

一方、発光面内における輝度分布が均一となるように電極等を配置した発光素子においても完全に輝度分布を均一とすることは困難であり、上記の色ムラの問題が生じる場合がある。すなわち、近年、発光素子の品質向上や用途の拡大に伴い高輝度化が進み、発光素子に注入される電流量が大きくなってきており、これにより、発光素子内部における電流密度分布および発光面内における輝度分布が不均一となりやすくなってきている。また、近年、発光素子のサイズは拡大傾向にあり、これに伴ってｎ電極およびｐ電極の間隔も拡大してきている。これにより、発光素子内における電流密度の高低差が助長され、発光面内における輝度分布の均一化は益々困難となってきており、上記した色ムラの問題への対処が重要となりつつある。

【0008】

（発光素子の発光面内における発光波長分布不均一に起因する色ムラ）
III族窒化物半導体からなる半導体発光素子において、発光動作時における電流密度の高い領域から発せられる光の波長が短波長化するいわゆるブルーシフトと呼ばれる現象が知られている。例えば、電流密度が１０Ａ／ｃｍ^２から１００Ａ／ｃｍ^２に変化すると、発光波長は２０ｎｍ程度短くなる場合がある。すなわち、発光動作時における発光素子内部の電流密度分布が不均一である場合、発光面内における発光波長分布も不均一となる。

【0009】

発光素子から発せられる光の波長が基準波長（図１における点Ｂ）から短波長側（図１における点Ｂ_Ｓ）にずれた場合、蛍光体との組み合わせによって得られる混合光の色度は、図１に示す色度座標上における点Ｂ_Ｓと点Ｙを結ぶ線分上の範囲となる。一方、発光素子から発せられる光の波長が基準波長から長波長側(図１における点Ｂ_Ｌ)にずれた場合、蛍光体との組み合わせによって得られる混合光の色度は、点Ｂ_Ｌと点Ｙを結ぶ線分上の範囲となる。尚、蛍光体から発せられる光の波長（色度）は、励起波長（すなわち発光素子の発光波長）に殆ど影響されず、いずれの場合も点Ｙを維持する。線分Ｂ_Ｓ−Ｙおよび線Ｂ_Ｌ−Ｙは、いずれも目的とする混合光の色度に相当する点Ｗを通らないので、発光素子の発光波長がシフトすると、波長変換層の厚さを調整するなどしても目的の色度の混合光を得ることはできない。このように、発光素子の発光動作時における電流密度分布が不均一であると、発光面内における発光波長分布も不均一となり、蛍光体との組み合わせによって得られる混合光に色ムラが生じる結果となる。

【0010】

従来は発光素子に注入される電流量が多くなかったため発光素子内部における電流密度差も顕著ではなかった。また、発光素子の発光スペクトルの半値全幅は３０ｎｍ程度であるのに対して、例えば、代表的な黄色蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体の半値全幅は１３０ｎｍと広い。このために発光素子からの光の波長が１〜２ｎｍ程度ずれたとしても、混合光の色度は大きく変化することはなかった。また、従来は、ｎ電極またはｐ電極のパターニングや電流拡散促進のための透明電極の挿入などにより発光素子の電流密度分布を均一に保つことが可能であった。しかし、最近においては、発光素子の用途が一般照明や車両用灯具へと拡大し高出力化の要求が高まりつつあり、これに伴って発光素子に投入される電流量が増加し、素子サイズも大型化してきている。更に、発光装置の発光面内における発光色の均一性の基準は益々厳しくなってきており、電極構造を工夫する等しても発光色の均一性に関する要求水準を満たすことが難しくなってきている。

【0011】

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、発光素子と、蛍光体を含む波長変換層との組み合わせにより所望の発光色の混合光を得る半導体発光装置において、発光素子の発光面内における不均一な輝度分布または不均一な発光波長分布に起因する混合光における色ムラを抑制することができる半導体発光装置、およびこのような半導体発光装置を備えた車両用灯具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】

【0012】

本発明に係る半導体発光装置は、電流注入によって発光する発光層を有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の発光面上に設けられた蛍光体を含有する波長変換層と、を含み、前記半導体発光素子から発せられ前記波長変換層によって波長変換された光と、前記波長変換層を透過した光を混合した混合光を光取り出し面から出射する半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、発光動作時における前記発光層内の電流密度
が相対的に高い領域と相対的に低い領域の２つに区分され、前記波長変換層は、
前記半導体発光素子の発光動作時の電流密度が相対的に高い領域を覆う第１の部分と、前記半導体発光素子の発光動作時の電流密度が相対的に低い領域を覆う第２の部分を有し、発光動作時における前記発光層内の電流密度の高低に対応した異なる発光波長に起因する前記光取り出し面内における前記混合光の色度差を減じるように、前記第１の部分に含有される蛍光体の発光時のドミナント波長は、前記第２の部分に含有される蛍光体の発光時のドミナント波長よりも短く設定されていることを特徴としている。

【0013】

また、本発明に係る車両用灯具は、上記の半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具であって、前記半導体発光装置からの光を照射方向に向けて投影して照射面上に投影像を形成する光学系を有し、前記半導体発光装置は、前記半導体発光素子の発光動作時における電流密度分布に応じた輝度分布を有し、前記光学系は、前記半導体発光装置の輝度のピーク部分に対応する像部分がカットオフラインに沿って伸長するように前記投影像を形成することを特徴としている。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る半導体発光装置によれば、半導体発光素子の発光面を覆う波長変換層が、半導体発光素子の発光動作時における不均一な電流密度分布に起因して混合光に生ずる色度差を減じるように半導体発光素子の電流密度が相対的に高い領域を覆う部分と電流密度が相対的に低い領域を覆う部分で異なる波長変換特性を有するので、半導体発光素子の発光面内における輝度分布または発光波長分布が不均一であっても、混合光における色ムラの発生を抑制することができる。従って、本発明に係る半導体発光装置によれば、所望の輝度分布を形成しつつ均一な発光色を得ることが可能となり、例えば車両用灯具の好適な光源となり得る。

【0015】

また、本発明に係る車両用灯具によれば、半導体発光装置の輝度のピーク部分に対応する像部分がカットオフラインに沿って伸長するように投影像が形成されるので、シェード等の遮光部材を用いて遮断する光の量を最小限に抑えつつすれ違いビームに適した配光パターンを形成することができる。従って、光源となる半導体発光装置からの光の利用効率を向上させることが可能となる。また、本発明に係る半導体発光装置は、上記の如く色ムラのない混合光を発するので、これを光源として備えた車両用灯具においても色ムラのない投影像を生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】半導体発光素子と波長変換層との組み合わせによって得られる混合光の色度を示す色度図である。

【図2】図２（ａ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。図２（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の輝度分布を示す図である。

【図3】本発明の実施例１に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図4】本発明の実施例２に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図5】本発明の実施例３に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図6】半導体発光素子と波長変換層との組み合わせによって得られる混合光の色度を示す色度図である。

【図7】図７（ａ）は、本発明の実施例４に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。図７（ｂ）は、本発明の実施例５に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。図７（ｃ）は、本発明の実施例６に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図8】本発明の実施例に係る半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具の構成を示す図である。

【図9】本発明の実施例に係る車両用灯具によって仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンを示す図である。

【図10】本発明の実施例に係る半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具の構成を示す図である。

【図11】本発明の実施例に係る半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具の構成を示す図である。

【図12】図１２（ａ）は本発明の実施例７に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における１２ｂ−１２ｂ線に沿った断面図である。図１２（ｃ）は、本発明の実施例７に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図13】本発明の実施例７に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。

【図14】図１４（ａ）は本発明の実施例８に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。図１４（ｂ）および図１４（ｃ）は、本発明の実施例８に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図15】本発明の実施例に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。

【図16】図１６（ａ）は本発明の実施例９に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。図１６（ｂ）は、本発明の実施例９に係る半導体発光装置の構成を示す断面図である。

【図17】本発明の実施例９に係る半導体発光装置の製造方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

（実施例１）
図２（ａ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子１の構成を示す平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）における２ｂ−２ｂ線に沿った断面図である。図２（ｃ）は、半導体発光素子１の図２（ａ）におけるＹ方向に沿った輝度分布を示す図である。半導体発光素子１は、半導体膜３０に支持基板１０を接合して構成されるいわゆるthin-film構造の発光素子である。また、半導体発光素子１は、ｐ電極２０とｎ電極４０が半導体膜３０を挟んで対向配置されたいわゆる縦型構造の発光素子である。

【0019】

支持基板１０は、例えば、半導体膜３０の結晶成長に用いられる成長用基板（図示せず）よりも熱伝導率の高い材料（例えばシリコン、金属など）により構成される。支持基板１０と半導体膜３０との間には、光反射面を形成するｐ電極２０が設けられている。半導体膜３０は、ｐ電極２０側から順にｐ型半導体層、発光層、ｎ型半導体層が積層されて構成される。半導体膜３０は、例えば、III族窒化物系半導体結晶をサファイア基板などの成長用基板上に結晶成長させることにより形成される。半導体膜３０（ｎ型半導体層）の表面には、ｎ電極４０が設けられている。ｎ電極４０は、給電用ワイヤ（ボンディングワイヤ）を接続するためのパッド部４０ａと、パッド部４０ａに接続され且つ半導体膜３０の表面上を伸長する配線部４０ｂとにより構成されている。ｎ電極４０は、略長方形形状の外形を有する半導体膜３０の表面の中心線Ｃよりも上方の領域に偏在している。このように、ｎ電極４０を半導体膜３０の表面上の特定領域に偏在させた非対称パターンとすることにより、発光面上には、発光動作時において図２（ｃ）に示すような不均一な輝度分布が形成される。すなわち、半導体発光素子１は、ｎ電極４０が延在している側の端部近傍に電流密度および輝度のピークを有し、Ｙ方向に沿って電流密度および輝度が徐々に低下するような電流密度分布および輝度分布を有する。支持基板１０の裏面には、半導体発光素子１を実装基板に実装するためのはんだ層５０が設けられている。

【0020】

図３は、上記した半導体発光素子１の表面（主発光面）に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成される本発明の実施例１に係る半導体発光装置２ａの構成を示す断面図である。波長変換層６０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等からなるバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させて構成される。尚、波長変換層６０は、蛍光体のみで構成されていてもよい。蛍光体は、例えば、半導体発光素子１から発せられる青色光を吸収して黄色光を放出する。半導体発光装置２ａの光取り出し面となる波長変換層６０の表面からは、波長変換層６０によって波長変換された黄色光と、波長変換されずに波長変換層６０を透過した青色光が混合されて放出される。

【0021】

波長変換層６０は、半導体発光素子１の不均一な輝度分布（電流密度分布）に対応した層厚分布を有している。すなわち、半導体発光素子１は、図２（ｃ）に示すように、Ｙ方向に沿って輝度が徐々に低下するような輝度分布を有する。波長変換層６０は、かかる輝度分布に対応してＹ方向に沿って層厚が徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、波長変換層６０は、半導体発光素子１の発光動作時における輝度（電流密度）が相対的に高い領域を覆う部分の層厚が大きく、輝度（電流密度）が相対的に低い領域を覆う部分の層厚が小さくなるような層厚分布を有する。本実施例において、波長変換層６０は、層厚が連続的に変化するようにその表面が半導体発光素子１の表面（主発光面）に対して傾斜している。尚、波長変換層６０の層厚変化は、段階的であってもよい。この場合、波長変換層６０の表面は階段状の段差を有することとなる。このように、波長変換層６０の層厚を半導体発光素子１の輝度分布に対応させることにより、波長変換層６０は、半導体発光素子１の輝度（電流密度）の高い領域においてより多くの青色光を黄色光に変換し、輝度（電流密度）の低い領域においては、黄色光への変換量はより少なくなる。つまり、波長変換層６０は、半導体発光素子１の輝度（電流密度）が高い領域を覆う部分と輝度（電流密度）が低い領域を覆う部分とで異なる波長変換特性を有する。これにより、波長変換されることなく波長変換層６０を透過して外部に取り出される青色光と、波長変換層６０によって波長変換されて外部に取り出される黄色光の割合（混合比）が、半導体発光装置２ａの光取り出し面内において略一定となり、色ムラのない混合光を得ることができる。尚、波長変換層６０は、蛍光体含有樹脂をスクリーン印刷法やインクジェット法などにより半導体発光素子１の表面に塗布した後、上記したような層厚分布を持つように成形することにより形成することができる。また、インサートモールド法等で所望の形状に成型された波長変換層を透明樹脂接着剤などを用いて半導体発光素子１の表面に接着することとしてもよい。

【0022】

（実施例２）
図４は、上記した半導体発光素子１の表面（主発光面）に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例２に係る半導体発光装置２ｂの構造を示す断面図である。半導体発光装置２ｂは、半導体発光素子１の表面に蛍光体の含有濃度が互いに異なる３つの波長変換層６０ａ、６０ｂ、６０ｃを有する。３つの波長変換層６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、半導体発光素子１の発光動作時における不均一な輝度分布に対応して蛍光体の濃度が調整されている。すなわち、半導体発光素子１の輝度（電流密度）が最も高い領域を覆う波長変換層６０ａに含まれる蛍光体の濃度が最も高く、輝度（電流密度）が最も低い領域を覆う波長変換層６０ｃに含まれる蛍光体の濃度が最も低く、輝度が最も高い領域と最も低い領域の間の領域を覆う波長変換層６０ｂに含まれる蛍光体の濃度が他の２つの中間となるように調整されている。これにより、上記した実施例１の場合と同様、半導体発光素子１の輝度（電流密度）の高い領域においてより多くの青色光が黄色光に変換され、輝度（電流密度）の低い領域においては黄色光への変換量はより少なくなる。つまり、波長変換層は、半導体発光素子１の輝度（電流密度）が高い領域を覆う部分と輝度（電流密度）が低い領域を覆う部分とで異なる波長変換特性を有する。従って、波長変換されることなく波長変換層６０ａ、６０ｂ、６０ｃを透過して外部に取り出される青色光と、波長変換層６０ａ、６０ｂ、６０ｃによって波長変換されて外部に取り出される黄色光の割合（混合比）が、半導体発光装置２ｂの光取り出し面内において略一定となり、色ムラのない混合光を得ることができる。尚、本実施例では、蛍光体の含有濃度が異なる３つの波長変換層６０ａ、６０ｂ、６０ｃを設ける場合を例示したが、蛍光体の含有濃度が互いに異なる２つまたは４つ以上の波長変換層を設けることとしてもよい。

【0023】

（実施例３）
図５は、上記した半導体発光素子１の表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例３に係る半導体発光装置２ｃの構造を示す断面図である。半導体発光装置２ｃにおいて、半導体発光素子１の表面にはそれぞれが互いに異なるドミナント波長を有する蛍光体を含む波長変換層６０ｓ、６０ｌが設けられている。

【0024】

半導体発光素子１は、発光動作時において、ｎ電極４０が延在している領域の電流密度が高く、ｎ電極４０が延在していない領域の電流密度が低くなる。このため、ｎ電極４０が延在している領域の発光波長は、ｎ電極４０が延在していない領域の発光波長よりも短くなる（ブルーシフト）。すなわち、半導体発光素子１は、発光面内において電流密度分布に対応した不均一な発光波長分布を有する。

【0025】

より短波長の黄色光を生成する蛍光体を含む波長変換層６０ｓは、半導体発光素子１のｎ電極４０が延在している電流密度の高い領域（すなわち、短波長の青色光が生成される領域）を覆っている。一方、より長波長の黄色光を生成する蛍光体を含む波長変換層６０ｌは、半導体発光素子１のｎ電極４０が延在していない電流密度の低い領域（すなわち、長波長の青色光が生成される領域）を覆っている。

【0026】

半導体発光素子１の電流密度の高い領域から発せられる青色光の色度は、図６に示す色度座標上の点Ｂ_Ｓに対応する。この領域を覆う波長変換層６０ｓに含有される蛍光体の発光による色度は、目的とする色度（点Ｗ）の混合光が得られるように設定される。換言すれば、波長変換層６０ｓに含有される蛍光体の発光による色度に対応する点Ｙ_Ｓと点Ｂ_Ｓを結ぶ線分が点Ｗを通るように波長変換層６０ｓに含有される蛍光体の発光による色度（点Ｙ_Ｓ）が設定される。

【0027】

同様に、半導体発光素子１の電流密度の低い領域から発せられる青色光の色度は、図６に示す色度座標上の点Ｂ_Ｌに対応する。この領域を覆う波長変換層６０ｌに含有される蛍光体の発光による色度は、目的とする色度（点Ｗ）の混合光が得られるように設定される。換言すれば、波長変換層６０ｌに含有される蛍光体の発光による色度に対応する点Ｙ_Ｌと点Ｂ_Ｌを結ぶ線分が点Ｗを通るように波長変換層６０ｌに含有される蛍光体の発光による色度が設定される。つまり、点Ｙ_Ｓと点Ｂ_Ｓを結ぶ線分と点Ｙ_Ｌと点Ｂ_Ｌを結ぶ線分が点Ｗにおいて交差するように、波長変換層６０ｓ、６０ｌの各々に含有される蛍光体の発光による色度が設定される。このように、波長変換層は、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が相対的に高い領域を覆う部分と、電流密度が相対的に低い領域を覆う部分とで異なる波長変換特性を有する。本実施例においては、各領域において点Ｗに対応する色度の混合光が得られるように波長変換層６０ｓ、６０ｌの各々において蛍光体の濃度調整がなされている。

【0028】

このように半導体発光素子１の電流密度分布（発光波長分布）に応じて波長変換層に含有される蛍光体の発光時のドミナント波長を設定することにより、半導体発光素子１において生じるブルーシフトの影響が補償され色ムラのない混合光を得ることができる。尚、蛍光体の発光時のドミナント波長の調整は、単純に蛍光体の選択により実現することができる。例えば、ＹＡＧ系蛍光体であれば、母体結晶構造中に添加するＧａおよび／またはＬｕの量を増やすことでドミナント波長を短波長化することができ、Ｇｄの量を増やすことによりドミナント波長を長波長化することができる。波長変換層６０ｓおよび６０ｌに含有される蛍光体は、母体結晶構造が同一であることが好ましい。蛍光体の母体結晶構造を揃えることにより耐熱性、寿命、光応答性等の発光波長以外の特性が互いに近似することとなり、経時的な色度ずれを抑制することができる。

【0029】

（実施例４）
図７（ａ）は、上記した半導体発光素子１の表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例４に係る半導体発光装置２ｄの構造を示す断面図である。半導体発光装置２ｄにおいて、半導体発光素子１の表面にはそれぞれが互いに異なるドミナント波長を有する蛍光体を含む波長変換層６０ｓ、６０ｌが設けられている。上記した実施例３に係る半導体発光装置２ｃにおいては、波長変換層６０ｓおよび６ｌにそれぞれ含有される蛍光体の濃度を調整することにより青色光と黄色光の混合比を調整し、所望の色度の混合光を得ることとしていた。これに対し、本実施例に係る半導体発光装置２ｄは、波長変換層６０ｓおよび６０ｌの層厚を調整することによって青色光と黄色光の混合比を調整し、所望の色度の混合光を得るようにしたものである。すなわち、半導体発光素子１の電流密度の高い領域（ｎ電極４０が延在している領域）を覆う波長変換層６０ｓの層厚は、電流密度の低い領域（ｎ電極４０が延在していない領域）を覆う波長変換層６０ｌの層厚よりも大きくなっている。本実施例に係る半導体発光装置２ｄによれば、上記した実施例３に係る半導体発光装置２ｃと同様の効果を得ることができる。尚、波長変換層６０ｓ、６０ｌの層厚を半導体発光素子１の電流密度分布に応じて連続的に変化させることとしてもよい。

【0030】

（実施例５）
図７（ｂ）は、上記した半導体発光素子１の表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例５に係る半導体発光装置２ｅの構造を示す断面図である。半導体発光装置２ｅにおいて、半導体発光素子１の表面にはそれぞれが互いに異なるドミナント波長を有する蛍光体を含む波長変換層６０ｓ、６０ｌが設けられている。より長波長のドミナント波長を有する蛍光体を含有する波長変換層６０ｌは、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が相対的に高い領域および低い領域を含む発光面全体を覆っている。一方、より短波長のドミナント波長を有する蛍光体を含有する波長変換層６０ｓは、半導体発光素子１の動作時における電流密度が相対的に高い領域（ｎ電極４０が延在している領域）のみを覆っている。すなわち、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が高い領域には、波長変換層６０ｓおよび６０ｌが積層されている。波長変換層６０ｓおよび６０ｌが積層されている部分におけるドミナント波長は、各波長変換層におけるドミナント波長の中間となる。本実施例に係る半導体発光装置２ｅによれば、上記した実施例３に係る半導体発光装置２ｃと同様の効果を得ることができる。更に、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が高い領域を覆う部分におけるドミナント波長を２つの波長変換層６０ｓおよび６０ｌの層厚比によって制御することができるので、混合光の色度の調整をより高精度に行うことが可能となる。

【0031】

（実施例６）
図７（ｃ）は、上記した半導体発光素子１の表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例６に係る半導体発光装置２ｆの構造を示す断面図である。半導体発光装置２ｆにおいて、半導体発光素子１の表面にはそれぞれが互いに異なるドミナント波長を有する蛍光体を含む波長変換層６０ｓ、６０ｌが設けられている。より長波長のドミナント波長を有する蛍光体を含有する波長変換層６０ｌは、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が相対的に高い領域および低い領域を含む発光面全体を覆っている。一方、より短波長のドミナント波長を有する蛍光体を含有する波長変換層６０ｓは、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が相対的に高い領域（ｎ電極４０が延在している領域）のみを覆っている。すなわち、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が高い領域には、波長変換層６０ｓおよび６０ｌが積層されている。更に、波長変換層６０ｓおよび６０ｌの上面が単一の平面を形成するように傾斜しており、波長変換層６０ｓおよび６０ｌが積層されている部分においてこれら２つの波長変換層の層厚比が連続的に変化している。本実施例に係る半導体発光装置２ｆによれば、上記した実施例３に係る半導体発光装置２ｃと同様の効果を得ることができる。更に、半導体発光素子１の発光動作時における電流密度が高い領域から低い領域に向けて波長変換層におけるドミナント波長が短波長から長波長に連続的に変化するので、波長変換層の波長変換特性を半導体発光素子１の電流密度分布（発光波長分布）に厳密に対応させることができ、混合光の色度の均一性をより向上させることができる。

【0032】

尚、本明細書では波長変換層に分散する蛍光体としてＹＡＧ系黄色蛍光体を使用する場合を例に説明したが、所望の色、ドミナント波長で発光する蛍光体であれば他を用いても問題ない。例えば、実施例同様、半導体発光素子の青色光と波長変換層の黄色光を組み合わせて白色光を形成したい場合はＹＡＧ系黄色蛍光体の代わりにシリケート（ケイ酸塩）系黄色蛍光体を用いてもよい。また、波長変換層に分散させる蛍光体を黄色蛍光体の一色（一種類）ではなく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体を混合させ、黄色の発光色・ドミナント波長を有する波長変換層を構成してもよい。すなわち、複数の蛍光体を混合させることにより所望の発光色の波長変換層を構成することが可能である。上記のような緑、赤色蛍光体を混合させる場合と黄色蛍光体を主体とする場合を比べると、同じ色度でも前者はより広い範囲の発光色を含んだ白色となるため色再現性または演色性に優れた半導体発光装置を形成できる。一方で前者は蛍光体の微量な混合比のずれが色度の大きなずれを引き起こしやすい。安定且つ歩留まり良く所望の発光色を有する半導体発光装置を量産するには後者の黄色蛍光体を主体とした波長変換層を使用するのが好ましい。

【0033】

＜車両用灯具１＞
図８は、上記した本発明の実施例１〜６に係る半導体発光装置２ａ〜２ｆのいずれかを光源として備えた車両用灯具１０１（リフレクタ型）の構成を示す図である。尚、図８および以下の説明において、半導体発光装置２ａが代表として示されているが、これを半導体発光装置２ｂ〜２ｆのいずれかに置換することが可能である。

【0034】

半導体発光装置２ａ（以下単に発光装置２ａとも称する）は、実装基板２００上に搭載され、光取り出し面が図８において下方を向くように配置され且つｎ電極４０が延在している高輝度側の端部Ｅ１が投影方向前方、ｎ電極４０が延在していない低輝度側の端部Ｅ２が投影方向後方となる向きで配置されている。

【0035】

光学系を形成するリフレクタ２１０は、回転放物面を形成する光反射面を有し、その焦点位置が発光装置２ａの近傍に設定されている。リフレクタ２１０の反射面は、複数の単位反射面からなるいわゆるマルチリフレクタを構成している。リフレクタ２１０は、光反射面が投影方向後方側から投影方向前方側に亘る範囲において発光装置２ａを囲むように発光装置２ａの下方側に配置され、発光装置２ａからの光を投影方向に向けて反射させる。

【0036】

図８に示すように、リフレクタ２１０を構成する単位反射面の各々は、車両用灯具１０１の投影方向前方に設置された仮想鉛直スクリーン上に、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分Ｐ１´が上方または斜め上方に向けられた単位投影像Ｐ１を形成する。すなわち、図２（ｃ）に示される半導体発光素子１の輝度分布が単位投影像Ｐ１に反映され、像部分Ｐ１´において照度ピークが形成される。図９は、車両用灯具１０１によって仮想鉛直スクリーン上に形成される配光パターンＰを示す図である。図９に示すように、マルチリフレクタ構造の光反射面を有するリフレクタ２１０は、複数の単位投影像Ｐ１を生成し、これらを仮想鉛直スクリーン上に水平方向および斜め方向（例えば水平線に対して１５°）に密に並べることにより配光パターンＰを形成する。リフレクタ２１０は、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分Ｐ１´（すなわち照度ピーク部分）が水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２に沿って並ぶ（伸長する）ように投影像を形成する。これにより、水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２近傍が最も明るく、これらのカットオフラインから下方に向けて照度が徐々に低下する遠方視認性に優れたすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。

【0037】

尚、カットオフラインとは光照射面上に投影された光の明暗境界線のことをいう。車両用前照灯においては、カットオフラインを挟んで明暗差が明瞭であることが求められている。このため、従来、シェード等の遮光部材を用いて光源からの光の多くの部分を遮断することにより明暗差を形成することが行われており、これにより光の利用効率が低下することとなっていた。一方、本発明の実施例に係る車両用灯具１０１によれば、光源である半導体発光装置２ａは、光取り出し面の端部に輝度のピークを有し（図２（ｃ）参照）、光学系を構成するリフレクタ２１０がこのような光源の輝度分布を反映した複数の単位投影像Ｐ１をカットオフラインに沿って並べて配光パターンを形成するので、シェード等の遮光部材を用いることなくすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。すなわち、光源となる半導体発光装置２ａからの光の利用効率を向上させることが可能となる。また、光源となる半導体発光素子２ａは端部に輝度のピークを有する不均一な輝度分布を有するものの、上記の如く波長変換層が半導体発光素子の発光素子の高輝度領域覆う部分と低輝度領域を覆う部分で異なる波長変換特性を有し、混合光における色ムラの発生が抑制されているので、このような半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具１０１においても色ムラのない光を得ることができる。

【0038】

＜車両用灯具２＞
図１０は、上記した本発明の実施例１〜６に係る半導体発光装置２ａ〜２ｆのいずれかを光源として備えた車両用灯具１０２（プロジェクター型）の構成を示す図である。尚、図１０および以下の説明において、半導体発光装置２ａが代表として示されているが、これを半導体発光装置２ｂ〜２ｆのいずれかに置換することが可能である。

【0039】

半導体発光装置２ａ（以下単に発光装置２ａとも称する）は、実装基板２００上に搭載され、光取り出し面が図１０において上方を向くように配置され且つｎ電極４０が延在している高輝度側の端部Ｅ１が投影方向前方、ｎ電極４０が延在していない低輝度側の端部Ｅ２が投影方向後方となる向きで配置されている。

【0040】

光学系を形成するリフレクタ２１０は、回転放物面を形成する光反射面を有し、その第１の焦点位置が発光装置２ａの近傍に設定され、第２の焦点位置がシェード２２０の上端縁近傍に設定されている。リフレクタ２１０の光反射面は、複数の単位反射面からなるいわゆるマルチリフレクタを構成している。リフレクタ２１０は、光反射面が投影方向後方側から投影方向前方側に亘る範囲において発光装置２ａを囲むように発光装置２ａの上方側に配置され、発光装置２ａからの光を投影方向に向けて反射させる。

【0041】

シェード２２０は、リフレクタ２１０からの反射光の一部を遮光してカットオフラインを形成する遮光部材である。シェード２２０は、発光装置２ａおよびリフレクタ２１０と、投影レンズ２３０の間であって、その上端縁が投影レンズ２３０の焦点に位置するように配置されている。投影レンズ２３０は、リフレクタ２１０からの反射光を拡大投影する。

【0042】

リフレクタ２１０を構成する単位反射面の各々は、車両用灯具１０２の投影方向前方に設置された仮想鉛直スクリーン上に、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分が上方または斜め上方に向けられた単位投影像を形成する。すなわち、図２（ｃ）に示される半導体発光素子１の輝度分布が単位投影象に反映され、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分において照度ピークが形成される。

【0043】

図９に示すように、マルチリフレクタ構造の光反射面を有するリフレクタ２１０は、複数の単位投影像Ｐ１を生成し、これらを仮想スクリーン上に水平方向および斜め方向（例えば水平線に対して１５°）に密に並べることにより配光パターンＰを形成する。リフレクタ２１０は、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分Ｐ１´（すなわち照度ピーク部分）が水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２に沿って並ぶ（伸長する）ように投影像を形成する。これにより、水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２近傍が最も明るく、これらのカットオフラインから下方に向けて照度が徐々に低下する遠方視認性に優れたすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。

【0044】

本実施例に係る車両用灯具１０２によれば、光源である半導体発光装置２ａは、光取り出し面の端部に輝度のピークを有する光を生成し（図２（ｃ）参照）、光学系を構成するリフレクタ２１０がこのような光源の輝度分布を反映した複数の単位投影像をカットオフラインに沿って並べて配光パターンを形成するので、シェード等の遮光部材を用いて遮断する光の量を最小限に抑えつつすれ違いビームに適した配光パターンを形成することができる。すなわち、光源となる半導体発光装置２ａからの光の利用効率を向上させることが可能となる。また、光源となる半導体発光素子２ａは端部に輝度のピークを有する不均一な輝度分布を有するものの、上記の如く波長変換層が半導体発光素子の発光素子の高輝度領域覆う部分と低輝度領域を覆う部分で異なる波長変換特性を有し、混合光における色ムラの発生が抑制されているので、このような半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具１０２においても色ムラのない光を得ることができる。

【0045】

＜車両用灯具３＞
図１１は、上記した本発明の実施例１〜６に係る半導体発光装置２ａ〜２ｆのいずれかを光源として備えた車両用灯具１０３（ダイレクトプロジェクション型）の構成を示す図である。尚、図１１および以下の説明において、半導体発光装置２ａが代表として示されているが、これを半導体発光装置２ｂ〜２ｆのいずれかに置換することが可能である。

【0046】

半導体発光装置２ａ（以下単に発光装置２ａとも称する）は、実装基板２００上に搭載され、光取り出し面が投影方向前方を向くように配置され且つｎ電極４０が延在している高輝度側の端部Ｅ１が鉛直方向下方、ｎ電極４０が延在していない低輝度側の端部Ｅ２が鉛直方向上方となる向きで配置されている。発光装置２ａの光は、光反射面を介することなく投影方向前方に配置された投影レンズ２３０に直接照射される。

【0047】

シェード２２０は、発光装置２ａからの光の一部を遮光してカットオフラインを形成する遮光部材である、シェード２２０は、発光装置２ａと投影レンズ２３０の間であって、その上端縁が投影レンズ２３０の焦点に位置するように配置されている。投影レンズ２３０は、発光装置２ａからの光を鉛直方向において反転投影するとともに水平方向に引き延ばしたような投影像を形成する。

【0048】

このような構成によって車両用灯具１０３の投影方向前方に設置される仮想鉛直スクリーン上には、上記した車両用灯具１０１（リフレクタ型）および１０２（プロジェクター型）の場合と同様、図９に示すような、発光装置２ａの高輝度側の端部Ｅ１に対応する像部分Ｐ１´（すなわち照度ピーク部分）が水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２に沿って並んだ（伸長した）投影像が形成される。これにより、水平カットオフラインＣＬ１および斜めカットオフラインＣＬ２近傍が最も明るく、これらのカットオフラインから下方に向けて照度が徐々に低下する遠方視認性に優れたすれ違いビームに適した配光パターンを形成することが可能となる。

【0049】

本実施例に係る車両用灯具１０３によれば、光源である半導体発光装置２ａは、光取り出し面の端部に輝度のピークを有し（図２（ｃ）参照）、光学系を構成する投影レンズ２３０がこのような輝度分布を有する光源像を直接投影するので、シェード等の遮光部材を用いて遮断する光の量を最小限に抑えつつすれ違いビームに適した配光パターンを形成することができる。すなわち、光源となる半導体発光装置２ａからの光の利用効率を向上させることが可能となる。また、光源となる半導体発光素子２ａは端部に輝度のピークを有する不均一な輝度分布を有するものの、上記の如く波長変換層が半導体発光素子の発光素子の高輝度領域覆う部分と低輝度領域を覆う部分で異なる波長変換特性を有し、混合光における色ムラの発生が抑制されているので、このような半導体発光装置を光源として備えた車両用灯具１０２においても色ムラのない光を得ることができる。

【0050】

（実施例７）
図１２（ａ）は本発明の実施例７に係る半導体発光素子１ａの構造を示す平面図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における１２ｂ−１２ｂ線に沿った断面図である。半導体発光素子１ａは、発光動作時における電流密度分布および輝度分布が均一となるように電極配置等が定められている点において、上記各実施例に係る半導体発光素子１と異なる。発光動作時における電流密度分布および輝度分布の均一化を図った半導体発光素子においてもあらゆる投入電流量に対して電流密度分布および輝度分布の均一性を維持することは困難である。従って、意図的に電流密度分布および輝度分布を不均一とした上記実施例１〜６に倣った対処が必要となる。

【0051】

半導体発光素子１ａは、ｐ電極２０とｎ電極４０が同一方向に向けられたいわゆる横型構造の発光素子である。成長用基板１１は、例えば半導体膜３０の結晶成長に用いられるサファイア基板である。半導体膜３０は、例えばIII族窒化物系半導体結晶からなり、成長用基板１１側から順にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層が積層されて構成される。ｐ型半導体層の表面から半導体膜３０を部分的にエッチングすることにより表出したｎ型半導体層の表面にはｎ電極４０が設けられている。ｎ電極４０は、例えば略長方形形状の外形を有する半導体膜３０のコーナ部近傍に配置される。透明電極２１は、ＩＴＯなどの導電性金属酸化物からなり、ｐ型半導体層の表面の全体を覆うように形成されている。透明電極２１は、半導体膜３０内における電流拡散を促進させる役割を担う。ｐ電極２０は、透明電極２１上のｎ電極４０が形成されたコーナ部と対角をなすコーナ部近傍に配置される。ｎ電極４０およびｐ電極２０を互いに対角をなすコーナ部近傍にそれぞれ配置することにより、半導体膜３０内における電流拡散が促進される。絶縁膜７０は、半導体膜３０をエッチングすることによって形成された表出面を覆う保護膜であり、例えばＳｉＯ_２などの絶縁体からなる。

【0052】

ここで、図１２（ａ）においてハッチングで示された領域Ａは、発光動作時において電流集中が生じやすい領域である。一般的に、半導体膜は電極材料に比べてシート抵抗が高く、電流を半導体膜の主面方向（横方向）に拡散させるのが難しい。特にｐ型半導体層は結晶成長方法の技術的な理由から層厚を大きくすることが困難であるために主面方向（横方向）への電流拡散距離は他の層に比べて小さい。そのため、電流供給が行われるｐ電極付近に電流が集中しやすい。特に、本実施例に係る半導体発光素子１ａの如き横型素子においては、ｐ電極２０とｎ電極４０との間の最短経路上の領域Ａにおいて電流集中が生じやすく、電流密度および輝度が相対的に高くなりやすい。

【0053】

半導体発光素子１ａは、領域Ａ内に透明電極２１の表面から突出した複数の凸状構造体８０を有している。凸状構造体８０は、光透過性を有する絶縁体により構成されていることが好ましく、例えば絶縁膜７０と同一の材料（ＳｉＯ_２など）で構成することができる。複数の凸状構造体８０は、ｐ電極２０からｎ電極４０に向かう方向において不連続な形態をなしている。

【0054】

図１２（ｃ）は、上記した半導体発光素子１ａの表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例７に係る半導体発光装置２ｇの構造を示す断面図であり、図１２（ａ）における１２ｂ−１２ｂ線に沿った断面に対応する。

【0055】

波長変換層６０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させて構成される。波長変換層６０は、ディスペンス法やスピンコート法などによって凸状構造体８０を覆うように蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１ａの表面に塗布した後、これを硬化させることにより形成される。波長変換層６０は、複数の凸状構造体８０が形成されたことによって生じる表面張力により領域Ａ上を覆う部分の層厚が他の部分よりも厚くなる。これにより、青色光と黄色光の割合（混合比）が、半導体発光装置２ｇの光取り出し面内において略一定となり、色ムラのない混合光を得ることができる。

【0056】

このように、半導体発光素子１ａの表面に複数の凸状構造体８０を形成することにより、波長変換層６０の部分的な層厚調整を極めて容易且つ高精度に行うことが可能となる。波長変換層６０の部分的な層厚調整は、本実施例の如き凸状構造体を設けずともスクリーン印刷法やインクジェット法など印刷手法によって実現することは可能であるが、凸状構造体８０を用いた層厚調整によればサブミクロン乃至数ミクロンオーダでの層厚調整が可能である。波長変換層６０の領域Ａを覆う部分の層厚をより大きくしたい場合、凸状構造体８０の高さを高くする、凸状構造体８０の形成間隔を小さくする、若しくは、これらを組み合わせればよい。本実施例に係る半導体発光素子１ａにおいては、ｐ電極２０からｎ電極４０に向かう方向に沿って凸状構造体８０の高さは徐々に低くなっており且つ互いに隣接する凸状構造体の間隔が徐々に大きくなっている。これにより、波長変換層６０の領域Ａを覆う部分の層厚をｐ電極２０からｎ電極４０に向かう方向に沿って連続的に小さくすることができ、波長変換層６０の層厚分布を半導体発光素子１ａの電流密度分布または輝度分布に厳密に対応させることができる。

【0057】

＜製造方法＞
上記した構成を有する半導体発光装置２ｇの製造方法について図１３（ａ）〜（ｅ）を参照しつつ以下に説明する。

【0058】

成長用基板１１としてのサファイア基板を用意する。サファイア基板上に有機金属気相成長法（MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition）によりIII族窒化物系半導体からなる半導体膜３０を形成する。半導体膜３０は成長用基板１１側からｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を積層することにより形成される（図１３（ａ））。

【0059】

次に、半導体膜３０をｐ型半導体層の表面側からエッチングしてｎ電極４０を形成するための凹部３０ａを形成し、凹部３０ａの底面においてｎ型半導体層を表出させる（図１３（ｂ））。

【0060】

次に、半導体膜３０のｐ型半導体層の表面および凹部３０ａの底面において露出しているｎ型半導体層の表面にそれぞれ透明電極２１、ｐ電極２０およびｎ電極２０を形成する。ｎ電極４０は、例えば電子ビーム蒸着法などにより凹部３０ａの底面において露出しているｎ型半導体層上にＴｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕを順次堆積し、リフトオフ法などを用いてパターンニングすることにより形成される。透明電極２１は、スパッタ法などによってＩＴＯなどの導電性金属酸化物をｐ型半導体層の表面に堆積させた後、エッチング法などによりこれをパターニングすることにより形成される。透明電極２１は、ｐ型半導体層の略全面を覆うように形成される。ｐ電極２０は、電子ビーム蒸着法などによって透明電極２１上にＰｔ、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕを順次堆積し、リフトオフ法などを用いてパターニングすることにより形成される。次に凹部３０ａを形成することにより表出した半導体膜３０の端面をスパッタ法などを用いて形成されたＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜７０で覆う（図１３（ｃ））。

【0061】

次に、発光動作時において電流密度（輝度）がより高くなる図１２（ａ）に示す領域Ａ内に複数の凸状構造体８０を形成する。凸状構造体８０は、光透過性を有する絶縁体により構成されていることが好ましく、例えば絶縁膜７０と同一の材料（ＳｉＯ_２など）で構成することができる。この場合、絶縁膜７０と凸状構造体８０を同時に形成することができるので工程を簡略化することができる。凸状構造体８０は、透明電極２１上に例えばＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法などを用いてＳｉＯ_２などからなる絶縁膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術を用いて不要部分をエッチングまたはリフトオフすることによって形成される。凸状構造体８０の形状、大きさ、高さ、形成間隔を適宜設定することにより波長変換層６０の部分的な層厚調整を行うことが可能となる。以上の各工程を経ることにより半導体発光素子１ａが完成する（図１３（ｄ））。

【0062】

次に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させた蛍光体含有樹脂を用意する。次に、ディスペンス法やスピンコート法などによって凸状構造体８０を埋設するように蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１ａの表面に塗布する。その後、蛍光体含有樹脂を熱硬化することにより半導体発光素子１ａの表面に波長変換層６０が形成される。波長変換層６０の凸状構造体８０の周辺が凸状構造体８０の高さに応じて、凸状構造体８０のない部分よりも層厚が大きくなる。そして、複数の凸状構造体８０が形成された領域における波長変換層６０の層厚は、複数の凸状構造体８０が形成されていない領域よりも層厚が大きくなり、半導体発光素子１ａの電流密度分布（輝度分布）に対応した層厚分布が形成される。以上の各工程を経ることにより半導体発光装置２ｇが完成する（図１３（ｅ））。

【0063】

（実施例８）
図１４（ａ）は本発明の実施例８に係る半導体発光素子１ｂの構造を示す平面図である。半導体発光素子１ｂは、上記した実施例７に係る半導体発光素子１ａと同様、発光動作時における電流密度分布および輝度分布が均一となるように電極配置等が定められた横型構造の発光素子である。

【0064】

半導体発光素子１ｂは、ｎ電極およびｐ電極の構成が上記した実施例７に係る半導体発光素子１ａと異なる。すなわち、ｎ電極は、略長方形形状の外形を有する半導体膜３０のコーナ部近傍に配置されたパッド部４０ａと、パッド部４０ａから半導体発光素子１ｂの長辺に沿って伸長する配線部４０ｂとを有している。ｐ電極は、透明電極２１上においてｎ電極のパッド部４０ａが形成されたコーナ部と対角をなすコーナ部に配置されたパッド部２０ａと、パッド部２０ａから半導体発光素子１ｂの長辺に沿って伸長する配線部２０ｂとを有している。すなわち、ｐ電極の配線部２０ｂとｎ電極の配線部４０ｂは、互いに対向する長辺に沿って平行に伸長している。このように、ｎ電極およびｐ電極にそれぞれ配線部２０ｂおよび４０ｂを設けることにより半導体膜３０内における電流拡散の促進を図ることができる。

【0065】

ここで、図１４（ａ）においてハッチングで示された領域Ａ１およびＡ２は、発光動作時において電流集中が生じやすい（電流密度および輝度が高くなりやすい）領域である。ｎ電極およびｐ電極が上記したような配線部２０ｂおよび４０ｂを有する場合、半導体膜３０内における電流拡散が促進されることから、電流集中は上記した実施例７に係る半導体発光素子１ａと比較して生じにくい。しかしながら、投入電流を増大すると、ｐ電極のパッド部２０ａ周辺の領域Ａ１）や、ｎ電極のパッド部４０ａまでの距離が最短となるｐ電極の配線部２０ｂの先端部近傍の領域Ａ２において電流集中が生じやすい。すなわち、領域Ａ１およびＡ２において電流密度および輝度が相対的に高くなりやすい。半導体発光素子１ｂは、領域Ａ１およびＡ２内にそれぞれ透明電極２１の表面から突出した複数の凸状構造体８０ａおよび８０ｂを有している。本実施例において、領域Ａ１内に設けられた複数の凸状構造体８０ａの各々は、ｐ電極のパッド部２０ａから放射状に伸びている。また、領域Ａ２内に設けられた複数の凸状構造体８０ｂの各々は、ｐ電極の配線部２０ｂと平行な方向に伸長している。凸状構造体８０ａおよび８０ｂの形状、大きさ、高さ、形成間隔は適宜変更することが可能である。

【0066】

図１４（ｂ）および図１４（ｃ）は、上記した半導体発光素子１ｂの表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例８に係る半導体発光装置２ｈの構造を示す断面図であり、それぞれ、図１４（ａ）における１４ｂ−１４ｂ線および１４ｃ−１４ｃ線に沿った断面に対応する。波長変換層６０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させたものである。波長変換層６０は、ディスペンス法やスピンコート法などによって蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１ｂの表面に塗布した後、これを硬化させることにより形成される。波長変換層６０は、複数の凸状構造体８０ａおよび８０ｂが形成されたことによって生じる表面張力により領域Ａ１およびＡ２上を覆う部分の層厚が他の部分よりも大きくなる。これにより、青色光と黄色光の割合（混合比）が、半導体発光装置２ｈの光取り出し面内において略一定となり、色ムラのない混合光を得ることができる。凸状構造体８０ａおよび８０ｂの形状、大きさ、高さ、形成間隔を変えることにより、波長変換層６０の領域Ａ１およびＡ２を覆う部分の層厚制御が可能である。

【0067】

このように、半導体発光素子１ｂの表面に複数の凸状構造体８０ａおよび８０ｂを形成することにより、波長変換層６０の部分的な層厚調整を極めて容易且つ高精度に行うことが可能となる。図１５は、凸状構造体の形態が上記した半導体発光素子１ｂとは異なる変形例に係る半導体発光素子１ｃの平面図である。領域Ａ１およびＡ２にそれぞれ設けられた凸状構造体８０ａおよび８０ｂは、複数のドット状をなす構造物により構成されていてもよい。

【0068】

（実施例９）
図１６（ａ）は本発明の実施例９に係る半導体発光素子１ｄの構造を示す平面図である。半導体発光素子１ｄは、上記した実施例８に係る半導体発光素子１ｂと同様の電極構成を有する。従って、ｐ電極のパッド部２０ａ周辺の領域Ａ１や、ｐ電極の配線部２０ｂの先端部近傍の領域Ａ２において電流集中が生じやすい。

【0069】

本実施例に係る半導体発光素子１ｄは、その主発光面である上面の略全体を覆うＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜７１を有する。絶縁膜７１は、半導体発光素子１ｄの表面を保護する光透過性の保護膜として機能する。ｐ電極のパッド部２０ａは、絶縁膜７１の開口部７１ａにおいて露出している。絶縁膜７１は、領域Ａ１および領域Ａ２内にもそれぞれ開口部７０ｂおよび７０ｃを有しており、これらの開口部７０ｂ、７０ｃにおいて透明電極２１が露出している。

【0070】

図１６（ｂ）は、半導体発光素子１ｄの表面に蛍光体を含む波長変換層を積層して構成された本発明の実施例９に係る半導体発光装置２ｉの構造を示す断面図であり、図１６（ａ）における１６ｂ−１６ｂ線に沿った断面図に対応する。波長変換層６０は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させて構成される。波長変換層６０は、ディスペンス法やスピンコート法などによって蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１ｄの表面に塗布した後、これを硬化させることにより形成される。波長変換層６０は、領域Ａ１およびＡ２内に設けられた絶縁膜７１の開口部７１ｂおよび７１ｃにそれぞれ充填される。すなわち、波長変換層６０は開口部７１ｂおよび７１ｃを充填する部分の層厚が他の部分よりも大きくなる。これにより、青色光と黄色光の割合（混合比）が、半導体発光装置２ｉの光取り出し面内において略一定となり、色ムラのない混合光を得ることができる。

【0071】

このように、半導体発光素子１ｄの表面を覆う絶縁膜７１に開口部７１ａおよび７１ｂを設け、開口部７１ａおよび７１ｂを充填するように絶縁膜７１上に波長変換層６０を形成することにより、波長変換層６０の部分的な層厚調整を極めて容易且つ高精度に行うことが可能となる。かかる構造によれば、半導体発光装置２ｉの最表面となる波長変換層６０の上面を平坦面とすることができ、半導体発光装置２ｉをピックアップしやすくなるなど実装時における取り扱いが容易となる。また、半導体発光装置２ｉの最表面が平坦となることにより、局所的な光取り出し効率の変動を防止することができるので光学設計が容易となる。尚、上記した実施例のいくつかに示されるように、波長変換層６０に分散させる蛍光体の濃度や種類を領域毎に異ならせることとしてもよい。例えば、絶縁膜７１の開口部７１ｂおよび７１ｃに充填される部分における蛍光体の濃度は他の部分よりも高くてもよく、また、その部分の蛍光体の発光時のドミナント波長は他の部分よりも短くなっていてもよい。

【0072】

＜製造方法＞
上記した構成を有する半導体発光装置２ｈの製造方法について図１７（ａ）および（ｂ）を参照しつつ以下に説明する。尚、ｎ電極およびｐ電極を形成する工程までは、上記した半導体発光装置２ｇの製造方法（図１３参照）と同様であるので説明は省略する。

【0073】

半導体膜３０上にｎ電極およびｐ電極を形成した後、スパッタ法などにより半導体膜３０の表面全体および側面を覆うようにＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜７１を形成する。次に、透明電極２１上に延在する絶縁膜７１にｐ電極のパッド部２０ａを露出させるための開口部７１ａを形成する。更に、発光動作時において電流密度（輝度）がより高くなる上記した領域Ａ１およびＡ２内にそれぞれ開口部７１ｂおよび７１ｃを形成する。これらの開口部は例えばエッチング法やリフトオフ法を用いて形成することができる。開口部７１ｂ、７１ｃは任意の形状および大きさで形成することができる（図１７（ａ））。

【0074】

次に、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のバインダにＹＡＧ系黄色蛍光体を均一に分散させた蛍光体含有樹脂を用意する。次に、ディスペンス法やスピンコート法などによって絶縁膜７１を覆うように蛍光体含有樹脂を半導体発光素子１ｄの表面に塗布する。蛍光体含有樹脂は、絶縁膜７１に形成された開口部７１ｂおよび７１ｃ内に充填される。その後、蛍光体含有樹脂を熱硬化して半導体発光素子１ｄの表面に波長変換層６０を形成する。波長変換層６０の開口部７１ａおよび７１ｂを充填する部分の層厚は、他の部分よりも厚くなり、半導体発光素子１ｄの電流密度分布（輝度分布）に対応した層厚分布が形成される。尚、絶縁膜７１の膜厚を厚くすることにより、波長変換層６０の開口部７１ａおよび７１ｂを充填する部分とそれ以外の部分の層厚差を大きくすることができ、半導体発光素子における輝度の高低差に対応させることができる。以上の各工程を経ることにより半導体発光装置２ｉが完成する（図１７（ｂ））。

【0075】

以上の説明から明らかなように、本発明の各実施例に係る半導体発光装置によれば、半導体発光素子の発光面を覆う波長変換層が、半導体発光素子の発光動作時における不均一な電流密度分布に起因して混合光に生ずる色度差を減じるように半導体発光素子の電流密度が相対的に高い領域を覆う部分と電流密度が相対的に低い領域を覆う部分で異なる波長変換特性を有するので、半導体発光素子の発光面内における輝度分布または発光波長分布が不均一であっても、混合光における色ムラの発生を抑制することができる。従って、所望の輝度分布を形成しつつ均一な発光色を得ることが可能となり、例えば車両用灯具の好適な光源となり得る。

【0076】

また、本発明の実施例に係る車両用灯具によれば、半導体発光装置の輝度のピーク部分に対応する像部分がカットオフラインに沿って伸長するように投影像が形成されるので、シェード等の遮光部材を用いて遮断する光の量を最小限に抑えつつすれ違いビームに適した配光パターンを形成することができる。従って、光源となる半導体発光装置からの光の利用効率を向上させることが可能となる。また、本発明に係る半導体発光装置は、上記の如く色ムラのない混合光を発するので、これを光源として備えた車両用灯具においても色ムラのない投影像を生成することができる。

【符号の説明】

【0077】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 半導体発光素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ 半導体発光装置
１０ 支持基板
２０ ｐ電極
３０ 半導体膜
４０ ｎ電極
６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｓ、６０ｌ 波長変換層
７０、７１ 絶縁膜
８０ 凸状構造体
１０１、１０２、１０３ 車両用灯具
２１０ リフレクタ
２２０ シェード
２３０ 投影レンズ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】