特許 7570863 半導体発光装置及び半導体発光モジュール

(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】

(24)【登録日】2024-10-11

(45)【発行日】2024-10-22

(54)【発明の名称】半導体発光装置及び半導体発光モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/60 20100101AFI20241015BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20241015BHJP

【ＦＩ】

H01L33/60

H01L33/58

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2020159480

(22)【出願日】2020-09-24

(65)【公開番号】P2022052941

(43)【公開日】2022-04-05

【審査請求日】2023-08-21

(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】100159628

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 雅比呂

(74)【代理人】

【識別番号】100147728

【弁理士】

【氏名又は名称】高野 信司

(72)【発明者】

【氏名】河野 圭真

(72)【発明者】

【氏名】市川 幸治

(72)【発明者】

【氏名】神原 大蔵

(72)【発明者】

【氏名】堀尾 直史

【審査官】佐藤 美紗子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９７９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１５１６８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１６３１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９１１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１６４０１（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】

支持基板及び前記支持基板上に設けられた発光半導体層を有する半導体発光素子と、接着層によって前記半導体発光素子に接着された導光部材とを有する発光素子アセンブリと、
前記発光素子アセンブリの側面を被覆する光反射体である無機材料からなる第１の被膜と、を有し、
前記第１の被膜は白色のセラミックを有し、溶射により形成されたセラミック結着体またはケイ酸塩系無機接着剤の加熱により形成されたケイ酸塩系結着体である、
半導体発光装置。

【請求項2】

前記セラミック結着体が、前記白色のセラミックの粒子が相互に結着した白色被膜である請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項3】

前記ケイ酸塩系結着体が、前記白色のセラミックの粒子を骨材として含んでいる請求項１に記載の半導体発光装置。

【請求項4】

前記白色のセラミックがアルミナ、ジルコニア、マグネシアの何れかを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項5】

前記第１の被膜の外側に接して遮光性の無機材料からなる第２の被膜を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項6】

前記第２の被膜は、黒色のセラミックを有する結着体又は不動態膜を有する金属である、請求項５に記載の半導体発光装置。

【請求項7】

前記半導体発光素子は、前記支持基板上に貼り付けられたシンフィルム発光半導体層である、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項8】

前記導光部材は、上面視において、前記導光部材の底面が前記半導体発光素子の発光層を包含する大きさ及び配置を有して形成されている、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項9】

前記導光部材は、底部に前記導光部材の側面から突出したリムが設けられている、請求項８に記載の半導体発光装置。

【請求項10】

前記導光部材の光出射面は、上面視において前記半導体発光素子の前記発光層を包含する大きさ及び配置を有して形成されている、請求項８又は９に記載の半導体発光装置。

【請求項11】

前記導光部材の光出射面は、上面視において前記半導体発光素子の前記発光層によって包含される大きさ及び配置を有して形成されている、請求項８又は９に記載の半導体発光装置。

【請求項12】

前記リムは角柱形状を有し、
前記導光部材は、前記リム上に形成され、前記導光部材の表面に向かって断面積が小さくなる錐台形状の錐台部を有する、請求項９に記載の半導体発光装置。

【請求項13】

前記リムに対応する角柱状の側面を有する、請求項９に記載の半導体発光装置。

【請求項14】

前記支持基板は、上面から底面に向かって面積が小さくなるように傾斜したテーパ状の側面を有する、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項15】

請求項１３に記載の半導体発光装置を複数個有する半導体発光モジュールであって、
前記半導体発光装置の前記角柱状の側面が互いに接するように配置され、
互いに隣接する前記半導体発光装置の前記側面よりも光出射面側であって、前記互いに隣接する前記半導体発光装置の間の溝部に光反射体又は光吸収体である樹脂が充填されている、半導体発光モジュール。

【請求項16】

請求項１４に記載の半導体発光装置の複数個が隣接して配置された半導体発光モジュールであって、
隣接する前記半導体発光装置の前記テーパ状の側面間にアンダーフィルが充填されている、半導体発光モジュール。

【請求項17】

前記発光半導体層は、前記支持基板側がｐ－半導体層、前記導光部材側がｎ－半導体層として形成され、
前記ｐ－半導体層上に設けられたｐ－電極を有し、前記ｐ－電極は、透明電極と、反射金属からなる反射電極と、前記透明電極及び前記反射電極の間に設けられた絶縁膜とからなる、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載の半導体発光装置。

【請求項18】

前記発光半導体層は、前記支持基板側がｐ－半導体層、前記導光部材側がｎ－半導体層として形成され、
前記ｐ－半導体層上に設けられたｐ－電極を有し、前記ｐ－電極は、透明電極と、反射金属からなる反射電極と、前記透明電極及び前記反射電極の間に設けられた絶縁膜とからなる、請求項１５又は１６に記載の半導体発光モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体発光装置及び半導体発光モジュール、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を有する半導体発光装置及び半導体発光モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、高出力化や配光制御のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を複数デバイス内に配置して用いることが行われている。

【0003】

例えば、自動車用ヘッドライトにおいて、走行環境に合わせて配光を制御する配光可変型のヘッドランプ（ADB: Adaptive Driving Beam）が知られている。また、高出力の照明用ＬＥＤパッケージや、ＬＥＤを高密度に配置した情報通信機器用のＬＥＤパッケージなどが知られている。

【0004】

しかし、一般に、複数の半導体発光素子が並置された半導体発光装置において、導通されている素子から放出された光の一部が非導通状態の素子に伝播することがあった。このような漏れ光や光のクロストークは、複数の半導体発光素子を配置して用いる様々な応用分野において問題であった。

【0005】

例えば、特許文献１には、基板及び発光素子の側面に光学反射層を設けることが開示されている。また、特許文献２には、半導体積層体の側面を覆う反射部材を有し、半導体積層体の側面上端から側方への光漏れを抑制する発光素子について開示されている。

【0006】

特許文献３には、発光セグメント間のクロストークを抑制する光反射溝を有する半導体発光装置について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１５－２２５８６２号公報

【文献】特開２０１５－１１９０６３号公報

【文献】特開２０１５－１５６４３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、外部への光漏れ光及び外光の入射が極めて抑制され、気密性に優れた信頼性の高い半導体発光装置を提供することを目的とする。また、隣接する発光装置との間の光のクロストークが極めて抑制され、コントラストが高く、遮光性、気密性、固定性及び信頼性に優れた半導体発光モジュール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】

【0009】

本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
支持基板及び前記支持基板上に設けられた発光半導体層を有する半導体発光素子と、接着層によって前記半導体発光素子に接着された導光部材とを有する発光素子アセンブリと、
前記発光素子アセンブリの側面を被覆する光反射体である無機材料からなる第１の被膜と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。

【図1B】図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。

【図1C】半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。

【図2】半導体発光素子であるＬＥＤ素子１１の構成の一例を模式的かつ詳細に示す断面図である。

【図3A】半導体発光装置１０の製法について説明する図である。

【図3B】半導体発光装置１０の製法について説明する図である。

【図4A】半導体発光装置が５×３の配列で配置された半導体発光モジュール３７を示す上面図である。

【図4B】図４Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を示し、本実施形態の半導体発光装置１０の適用例を模式的に示す断面図である。

【図4C】比較例１及び２の半導体発光モジュール３８の断面を模式的に示す断面図である。

【図4D】本実施形態の半導体発光装置１０を用いた半導体発光モジュール３７と、比較例１及び２の半導体発光装置９０を用いた半導体発光モジュール３８との発光表示パターンの相違を模式的に説明する図である。

【図5A】本実施形態の半導体発光装置１０が不規則な配列で配置された、半導体発光モジュール３７の他の実施形態を模式的に示す上面図である。

【図5B】図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。

【図6】第２の実施形態による半導体発光装置５０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール５０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。

【図7】第３の実施形態による半導体発光装置６０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール６０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。

【図8】第４の実施形態による半導体発光装置７０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール７０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。

【図9】第５の実施形態によるＬＥＤ素子８１の構成を模式的かつ詳細に示す断面図である。

【図10】第６の実施形態による半導体発光装置９０の構成を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光装置１０の上面を模式的に示す平面図である。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った半導体発光装置１０の断面を模式的に示す断面図である。図１Ｃは、半導体発光装置１０の裏面を模式的に示す平面図である。

【0012】

半導体発光装置１０は、半導体発光素子１１と、半導体発光素子１１上に接着剤からなる接着層１２によって接着された導光部材１３とを有している。また、半導体発光装置１０は、半導体発光素子１１及び導光部材１３の側面を覆う内側被膜１４及び外側被膜１５を有している。

【0013】

半導体発光素子１１は、支持基板３１上に設けられた発光半導体層２０を有する。なお、以下において半導体発光素子１１として発光ダイオード（ＬＥＤ）を例に説明するが、面発光ＬＤ（レーザダイオード）などの面発光素子であってもよい。

【0014】

本実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）である半導体発光素子（以下、ＬＥＤ素子と称する。）１１の支持基板３１及び導光部材１３は直方体形状を有している。ＬＥＤ素子１１、接着層１２及び導光部材１３の側面は、内側被膜１４（第１の被膜）及び内側被膜１４の外側に密着して形成された外側被膜１５（第２の被膜）によって共通して覆われている。ＬＥＤ素子１１、接着層１２及び導光部材１３は、内側被膜１４及び外側被膜１５によって封止されている。

【0015】

より詳細には、内側被膜１４は、光反射性、絶縁性及び気密性を有し、外側被膜１５は光反射性又は光吸収性による遮光性を有する。すなわち、内側被膜１４と外側被膜１５の積層構造によって被膜内側からの光に対して高い反射率を有し、被膜外側からの光に対して高い遮光性を両立させている。

【0016】

内側被膜１４には、光反射性の白アルミナ・セラミック結着体が用いられている。セラミック結着体は被膜を構成する粒子が相互に結着した緻密な白色被膜であり、数十μｍ程度の厚みで、十分な光反射性を有する。このような内側被膜１４は、導光部材１３から内側被膜１４に向かう光を効率よく反射する。

【0017】

外側被膜１５には、光吸収性の黒アルミナ・セラミック結着体が用いられている。また、外側被膜１５は内側被膜１４から漏れる僅かな光を遮光すると同時に、半導体発光装置１０外部の迷光をも吸収して遮光するので、光源としてのコントラストが向上する。また、外側被膜１５としては、光を反射して遮光する被膜を用いることもできる。

【0018】

なお、内側被膜１４及び外側被膜１５は、ＬＥＤ素子１１、接着層１２及び導光部材１３が一体となった発光素子アセンブリ１１Ａの全側面を覆うことが好ましい。また、接着層１２は、半導体発光素子１１及び導光部材１３の間に充填されていることが好ましい。

【0019】

内側被膜１４には、白色のアルミナ、ジルコニア、マグネシア、酸化チタンなどの光反射性セラミック結着体、又は、白色アルミナ・ジルコニアなどの光反射性複合セラミック結着体を用いることができる。また、セラミック結着体と同様な反射率を有する白色のアルミナ、ジルコニア、マグネシアなどの光反射性セラミック粒子、又は白色の光反射性セラミック粒子の混合粒子を骨材とする金属ケイ酸塩系の無機接着剤からなるケイ酸塩系結着体を用いることもできる。ケイ酸塩系結着体は、無機接着剤を塗布後１００℃前後の加熱によりシロキサン結合（Ｓｉ-Ｏ-Ｓｉ）が生成することで形成される。このケイ酸塩系結着体は、１０００℃前後の耐熱性と優れた耐候性を有する。

【0020】

また、白アルミナは、半導体や液晶の製造装置用として用いられるアルミナ系ファインセラミックスで、白色又はアイボリーの色調を有する。また白アルミナ・ジルコニアなどの光反射性複合セラミック結着体は、屈折率が異なるアルミナ粒子とジルコニア粒子の境界面における反射特性が向上するので、単体のセラミック結着体より高い反射率を有する。また、成分比を調整することで発光素子アセンブリ１１Ａの線熱膨張係数に合わせ込むこともでき、内側被膜１４のクラック等の発生を抑制できる。

【0021】

外側被膜１５には、黒色のアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化チタンなどの光吸収性セラミック結着体を用いることができる。又は、サーメットなどの耐食性金属被膜、アルミ合金又はステンレス鋼（ＳＵＳ）などの反射性金属であり表面に含有金属の酸化膜からなる不動態膜を有する金属皮膜を用いることができる。また、セラミック結着体と同様な黒色のアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化チタンなどの光吸収性セラミック粒子、又は光吸収性セラミック粒子の混合物を骨材とするケイ酸塩系結着体を用いることもできる。

【0022】

より詳細には、黒アルミナとしては、例えば、黒い色調を有するブラックアルミナ（AR（B））（アスザック株式会社製）があり、ファインセラミックスの特長である強度、耐久性を維持しつつ、表面反射を抑えることができる。（反射率は波長240～2600nmで5.1～15.3％）。

【0023】

また、アルミナ以外の黒セラミックとして、日本タングステンNPZ-96（黒ジルコニア）、NPA-2（黒アルミナ＋炭化チタン）、NPN-3（黒窒化ケイ素）などがある。

【0024】

なお、外側被膜１５による遮光及び耐腐食性を必要としない用途においては、外側被膜１５を省略することもできる。

【0025】

導光部材１３は、半導体発光装置１０の上面側の封止材としても機能する。ＬＥＤ素子１１からの発光は導光部材１３の底面１３Ｂから導光部材１３に入射し、導光部材１３の表面（光出射面１３Ｓ）から半導体発光装置１０の発光ＬＥが出射される。

【0026】

導光部材１３には、透光性のガラス板、サファイア板、樹脂板、又は波長変換部材を含有するアルミナ＋ＹＡＧ：Ｃｅ等からなるセラミック蛍光体板、ガラス＋α又はβサイアロン等からなるガラス蛍光体板、シリコーン樹脂＋シリケイト：Ｃｅ等からなる樹脂蛍光体板、ＹＡＧ＋Ｃｅ等からなる単結晶又は多結晶の単一結晶蛍光体板を用いることができる。

【0027】

接着層１２は、ＬＥＤ素子１１が放射した光を透光する樹脂、低融点ガラス、ナノ金属酸化物焼結体等を利用することができる。また、多孔質のナノ金属酸化物焼結体に樹脂又は低融点ガラスを含浸した複合体等を利用することもできる。また、接着層１２内に拡散剤、光変換部材を添加することもできる。

【0028】

半導体発光装置１０の裏面にはアノード電極３４Ａ及びカソード電極３４Ｂが設けられ、半導体発光装置１０の外部電極として機能する。
（１）ＬＥＤ素子１１の構成
図２は、半導体発光素子であるＬＥＤ素子１１の構成の一例を模式的かつ詳細に示す断面図である。ＬＥＤ素子１１は、発光半導体層２０として、いわゆるシンフィルムＬＥＤ（thin-film LED）であるＬＥＤ半導体層２０を支持基板３１に貼り付けた構成を有している。

【0029】

より具体的には、ＬＥＤ半導体層（発光半導体層）２０は、成長基板上にエピタキシャル成長したＬＥＤ構造を有する半導体層（シンフィルムＬＥＤ）を成長基板から取り外し、支持基板３１に貼り付けた構成を有している。本実施形態では、成長最表面層であるｐ型半導体層を下面として支持基板３１に貼り付け、ｎ型半導体層を表面層としている。

【0030】

支持基板３１は、Ｐ（リン）又はＡｓ（ヒ素）などをドープしたＳｉ（シリコン）からなるｎ型基板である。

【0031】

ＬＥＤ半導体層２０は、ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を有している。ｎ型半導体層２１及びｐ型半導体層２３は、それぞれ少なくとも１つの半導体層からなり、障壁層、電流拡散層、コンタクト層など種々の半導体層を有していてもよい。

【0032】

ＬＥＤ半導体層２０は、例えばＧａＮ系の半導体層からなる青色発光のＬＥＤ半導体層であるが、これに限定されない。発光層２２は、例えば単一量子井戸（ＳＱＷ）又は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。

【0033】

ＬＥＤ半導体層２０には、ｐ－電極２５Ａ及びｎ－電極２５Ｂを有する。ｐ－電極２５Ａは導電性のｐ側接合層２６によってｐ側基板電極３２Ａに接合され、ｎ－電極２５Ｂは導電性のｎ側接合層２７によってｎ側基板電極３２Ｂに接合されている。

【0034】

ｐ－電極２５Ａは、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）及びＡｇ（銀）反射膜がｐ型半導体層２３上にこの順で形成されたＩＴＯ／Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｇ層からなる。ｎ－電極２５Ｂは、Ｔｉ（チタン）又はＮｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）及びＡｕ（金）がｎ型半導体層２１上にこの順で形成された（Ｔｉ又はＮｉ）／Ｐｔ／Ａｕ層からなる。

【0035】

なお、ｐ－電極２５Ａ及びｎ－電極２５Ｂの材料及び構造は上記に限定されない。光反射による取り出し効率向上、オーミック特性、素子信頼性（寿命）などの特性を考慮して適宜選択し得る。

【0036】

ＬＥＤ半導体層２０の側面には、ＳｉＯ２からなる素子保護膜２８Ａが設けられている。また、基板３１の表面（ＬＥＤ半導体層２０との接合側）には、ＳｉＯ２からなる基板保護膜２８Ｂが設けられている。

【0037】

ｐ側基板電極３２Ａは導通ビア３３に接続され、導通ビア３３を介して半導体発光装置１０の裏面のアノード電極３４Ａに電気的に接続されている。ｐ側基板電極３２Ａ、導通ビア３３及びアノード電極３４Ａは、ＳｉＯ２からなる基板絶縁膜３５によって支持基板３１と絶縁されている。

【0038】

ｎ側基板電極３２Ｂは、Ｓｉ基板である支持基板３１を介して半導体発光装置１０の裏面のカソード電極３４Ｂに電気的に接続されている。
（２）半導体発光装置１０の製法
図３Ａ及び図３Ｂを参照して、半導体発光装置１０の製法について以下に説明する。まず、図３Ａに示すように、ＬＥＤ素子１１及び導光部材１３を用意する。

【0039】

ＬＥＤ素子１１の上面（出光面）に透光性のシリコーン樹脂からなる接着剤をポッティングする。続いて、ＬＥＤ素子１１上に導光部材１３を載置して、押圧する（自重押圧を含む）。ＬＥＤ素子１１の上端外周と、導光部材１３の下端外周の間を満たすまで静置する。

【0040】

オーブンで１８０℃、３０分の加熱処理を行って接着剤を硬化し、接着層１２を形成する。これによりＬＥＤ素子１１、接着層１２及び導光部材１３が一体となった発光素子アセンブリ（以下、ＬＥＤアセンブリともいう。）１１Ａが形成される。

【0041】

次に、図３Ｂに示すように、ＬＥＤアセンブリ１１Ａを、それぞれ導光部材１３の上面及びＬＥＤ素子１１の底面と略同じ形状及び大きさを有する上チャックＣＵ及び下チャックＣＬの間にセットする。これにより、ＬＥＤアセンブリ１１Ａを固定すると同時にＬＥＤアセンブリ１１Ａの上面と底面をマスキングすることができる。

【0042】

続いて、チャックＣＵ及びＣＬを回転（例えば、１５ｒｐｍ）すると同時に予加熱（１８０℃）しつつ、ＬＥＤアセンブリ１１Ａを、白アルミナを溶着材とした溶射ガンＳＧの溶射炎ＳＦ内を通過させる。これによりＬＥＤアセンブリ１１Ａの４側面にアルミナ・セラミックが溶射される。およそ膜厚が５０μｍの白アルミナ製の内側被膜１４を形成した。

【0043】

このように溶射により形成した内側被膜１４は、セラミック粒子が相互に密に結着したセラミック結着体であり、優れた絶縁性、気密性、またセラミック材料の特性に準じた耐候性を有している。言い換えれば、内側被膜１４は、溶射材であるセラミック焼結体が溶射により膜状に再構築されたセラミック焼結体である。

【0044】

ＬＥＤ素子１１又は導光部材１３がダイシングなどによって切断され、側面が微細な凹凸を有していることにより、溶着によって溶着材のアルミナを強固に固着することができる。接着層１２に関しては、溶着材が樹脂表面に食い込むので、良好に固着することができる。

【0045】

すなわち、ＬＥＤ素子１１又は導光部材１３は内側被膜１４によって気密封止される。また、接着層１２も気密封止される。これにより、ＬＥＤアセンブリ１１Ａの全側面に連続した内側被膜１４を施すことによって気密性に優れた半導体発光装置を提供することができる。

【0046】

言い換えれば、ＬＥＤ半導体層２０を支持基板３１、導光部材１３、接着層１２に包含し、更に、ＬＥＤアセンブリ１１Ａの表面（光出射面１３Ｓ）と底面を除く面を内側被膜１４で包含することによって、ＬＥＤ半導体層２０を気密封止した半導体発光装置を提供することができる。

【0047】

同様にして、内側被膜１４が形成されたＬＥＤアセンブリ１１Ａを、黒アルミナを溶着材とした溶射炎ＳＦ内を通過させる。これにより白アルミナの内側被膜１４の表面に黒アルミナの外側被膜１５を形成した。これにより、ＬＥＤ半導体層２０、導光部材１３、接着層１２を覆う内側被膜１４から漏れる光を遮光した極めて迷光が少なく、コントラストに優れた半導体発光装置を提供することができる。

【0048】

図４Ａないし図４Ｄは、本実施形態（Ex.1）の半導体発光装置１０と、比較例１及び２（Comp.1及びComp.2）の半導体発光装置との相違を説明するための模式的な図である。

【0049】

図４Ａは、半導体発光装置が５×３の配列で配置された半導体発光モジュール３７を示す上面図である。半導体発光モジュール３７は、ベース３７Ａと、ベース３７Ａ上に設けられたフレーム（枠体）３７Ｂと、フレーム３７Ｂ内の凹部３７Ｃとを有し、凹部３７Ｃ内に半導体発光装置が領域３７Ｄ内に狭い間隔で隣接して配列されている。なお、ベース３７Ａには半導体発光装置の各々に電流を供給するための電極が設けられているが、図示が省略されている。また、図４Ｂ及び図４Ｃでは、フレーム３７Ｂより外周のベース３７Ａは図示が省略されている。

【0050】

図４Ｂは、図４Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を示し、本実施形態（Ex.1）の半導体発光装置１０の適用例を示す。半導体発光モジュール３７の凹部３７Ｃ内には本実施形態の半導体発光装置１０が配置され、配線基板（図示しない）上にマウントされているが、半導体発光装置１０間を遮光する樹脂などは設けられていない。すなわち、半導体発光装置１０間に樹脂などの遮光体は不要で、半導体発光装置１０の各々は空隙で隔てられて実装されている。

【0051】

図４Ｃは、図４Ａに示す半導体発光モジュール３７と同様な発光モジュールであるが、フレーム内に比較例１及び２（Comp.1及びComp.2）の半導体発光装置９０が配置された、比較例である半導体発光モジュール３８を示している。

【0052】

比較例の半導体発光装置９０は、側面に内側被膜１４及び外側被膜１５が設けられていない半導体発光装置であり、ＬＥＤ素子１１及び導光部材１３の側面は露出している。そして、各半導体発光装置間の遮光材として凹部３７Ｃ内に樹脂が充填されている。当該遮光樹脂は、半導体発光装置９０の上面に達するように充填されていることが好ましい。

【0053】

より詳細には、比較例１（Comp.1）においては、遮光材として凹部３７Ｃ内に光反射性の樹脂９１が充填されている。具体的には、シリコーン樹脂にＴｉＯ２粒子を含有させた白樹脂９１が充填されている。

【0054】

比較例２（Comp.2）では、遮光材として凹部３７Ｃ内に光吸収性の樹脂（グレー樹脂）９２が充填されている。具体的には、シリコーン樹脂にＴｉＯ２粒子及びカーボンブラックを含有させたグレー樹脂９２が充填されている。

【0055】

図４Ｄは、本実施形態（Ex.1）の半導体発光装置１０を用いた半導体発光モジュール３７と、比較例１及び２（Comp.1及びComp.2）の半導体発光装置９０を用いた半導体発光モジュール３８との発光表示パターンの相違を模式的に説明する図である
なお、図４Ｄには、５×３に配列された１５個のうち、Ｓ字上に１１個の半導体発光装置を点灯した場合の各半導体発光装置９０の輝度（明暗）の状態が模式的に説明されている。輝度（明暗）の状態を分かり易く示すため、輝度が明るいほど黒く示している。

【0056】

比較例１（Comp.1）のように、遮光材９１が白樹脂の場合、導光部材（蛍光体板）の外周部の光漏れによって表示が滲む。また、半導体発光装置９０間のクロストークも発生する。

【0057】

比較例２（Comp.2）のように、遮光材９２がグレー樹脂の場合、遮光材９２による光吸収が大きく、導光部材（蛍光体板）の外周部の輝度低下が大きい。

【0058】

一方、本実施形態（Ex.1）の半導体発光装置１０においては、光反射性のセラミックを被膜として用い、半導体発光装置の側面を覆っているので、装置側方への光漏れがなく、高いコントラストの発光パターン（表示パターン）が可能となる。また、個別に点灯した場合でも、クロストークが無く半導体発光装置間の隣接距離を小さくできるので、高密度の実装が可能となる。

【0059】

図５Ａは、第１の実施形態の半導体発光装置１０が不規則な配列で配置された、半導体発光モジュール３７の他の実施形態を模式的に示す上面図である。図５Ｂは、図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を示す断面図である。

【0060】

より具体的には、半導体発光モジュール３７においては、複数の半導体発光装置１０が異なる配置間隔で配置されている。また、複数の半導体発光装置１０はベース３７Ａの配線基板（図示しない）上にマウントされている。凹部３７Ｃ内に樹脂などの半導体発光装置１０間を遮光する樹脂などは設けられておらず、半導体発光装置１０の各々は空隙で隔てられている。

【0061】

この機能配置型のような、半導体発光装置を不規則に配置した半導体発光モジュールにおいても、配置間隔の広狭によってコントラストの変化の無い発光パターンが得られる。また、半導体発光装置間に樹脂等の被覆部材が充填されていなくとも、隣接する半導体発光装置からの光は黒色の外側被膜１５が吸収するので迷光の発生がない。

【0062】

本実施形態の半導体発光装置によれば、発光装置外への光漏れ、及び外光の入射が極めて抑制された高性能かつ高発光効率の半導体発光装置を提供することができる。また、気密性に優れた信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。

【0063】

また、複数の半導体発光装置を配列した場合であっても、各発光装置間のクロストークが大幅に抑制され、配置間隔の広狭によってコントラストの変化の無い半導体発光モジュールを提供することができる。
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態による半導体発光装置５０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール５０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。半導体発光装置５０の中心線（図１Ａに示すＡ－Ａ線）を含み、半導体発光装置５０に垂直な面における断面を示している。

【0064】

半導体発光モジュール５０Ｍは、表面に電極層が形成された回路基板５５上に複数の半導体発光装置５０の側面が互いに接するように実装されて形成されている。

【0065】

半導体発光装置５０において、導光部材１３の底部（接着層１２側）の外縁は角柱形状を有し、当該底部はＬＥＤ素子１１の外縁よりも大きい。すなわち、導光部材１３の底部には側面から突出したリム（周縁部）１３Ｒが設けられている。

【0066】

また、導光部材１３は、底部（リム１３Ｒ）上に形成された錐台部１３Ｔを有している。より詳細には、導光部材１３は、底部（リム１３Ｒ）から表面（光出射面１３Ｓ）に向かって、すなわちＬＥＤ半導体層２０の垂直方向に面積が小さくなる角錐台形状の錐台部１３Ｔを有している。

【0067】

なお、リム１３Ｒは角柱形状に限らず、円柱形状又は角錐台、円錐台などの錐台形状を有していてもよい。また、錐台部１３Ｔは角錐台形状に限らず、円錐台などの錐台形状を有していてもよい。

【0068】

ＬＥＤ素子１１、接着層１２及び導光部材１３が一体となったＬＥＤアセンブリ１１Ａの側面には内側被膜１４及び外側被膜１５が形成されている。従って、図６に示すように、半導体発光装置５０は、リム１３Ｒに対応し、突出した角柱部ＲＣと、角柱部ＲＣより外縁が小さく、角柱部ＲＣよりも表面側の角錐台部ＴＰとを有している。

【0069】

角柱部ＲＣは、半導体発光装置５０の側面から突出した側面１５Ｃ（外側被膜１５の面）を有している。半導体発光装置５０の当該側面１５Ｃと、隣接する半導体発光装置５０の側面１５Ｃとが面接触するように突き合わされて、互いに隣接する半導体発光装置５０が結合されている。

【0070】

リム１３Ｒは、例えば半導体ウエハから半導体発光装置５０を個片化する際のダイシングブレードによって形成することができる。リム１３Ｒが設けられていることで内側被膜１４及び外側被膜１５の密着性が向上する。また接着層１２の這い上がりを防止でき、さらにマーカとしてもちることができ、位置合わせの精度が向上する。

【0071】

導光部材１３は、ＬＥＤ半導体層２０の垂直方向から見たとき（以下、上面視ともいう）、導光部材１３の底面がＬＥＤ半導体層２０を包含する大きさ及び配置を有している。より詳細には、導光部材１３の底面の幅ＷＢはＬＥＤ半導体層２０の幅ＷＬよりも大きい。なお、導光部材１３は、上面視において、導光部材１３の底面がＬＥＤ半導体層２０の発光層（図示しない）を包含する大きさ及び配置を有して形成されていればよい。

【0072】

また、導光部材１３の光出射面１３Ｓの幅ＷＥはＬＥＤ半導体層２０の幅ＷＬよりも大きい。すなわち、導光部材１３の光出射面１３Ｓは、上面視においてＬＥＤ半導体層２０を包含する大きさを有している。従って、光出射面が大きく光束が大きい。

【0073】

図６に示すように、互いに隣接する半導体発光装置５０の光出射面側には、互いに隣接する半導体発光装置５０の間の間隙である溝５１が形成されている。より詳細には、半導体発光装置５０は、半導体発光装置５０から突出する角柱部ＲＣ（外側被膜１５の表面）を有し、その側面１５Ｃと、当該半導体発光装置５０に隣接する半導体発光装置５０の角柱部ＲＣの側面１５Ｃとが互いに突き当たり、互いに隣接する半導体発光装置５０の角錐台部ＴＰの間に溝５１が形成されている。

【0074】

半導体発光モジュール５０Ｍにおいて、溝５１には、光反射体又は光吸収体である樹脂、いわゆる白樹脂又は黒樹脂などの樹脂が充填されている。例えば、シリコーン樹脂にＴｉＯ２粒子を分散させた光反射性の白樹脂又は光吸収性の黒樹脂などが充填されている。

【0075】

また、例えば白樹脂を用いた場合、当該樹脂のレーザ処理（例えば、波長３５５ｎｍ）によってＴｉＯ２粒子を黒化させて（特に表面部）、遮光性をさらに高めることができる。この場合、半導体発光モジュール５０Ｍを表面上から見たとき、当該溝５１は隣接する半導体発光装置５０の間に設けられた黒色のストライプ又は黒色の格子（グリッド）として機能し、半導体発光モジュール５０Ｍのコントラストを向上させることができる。

【0076】

さらに、ＬＥＤ素子１１の支持基板３１は上面視においてＬＥＤ半導体層２０を包含する大きさを有している。また、導光部材１３のリム１３Ｒは、上面視において支持基板３１を包含する大きさを有している。

【0077】

従って、互いに隣接する半導体発光装置５０の底部の間には間隙が生じる。当該間隙には、光反射性の白樹脂又は光吸収性の黒樹脂などが充填され、アンダーフィル５２が形成されている。アンダーフィル５２によって互いに隣接する半導体発光装置５０の保護及び固定安定性が向上している。

【0078】

本実施形態の半導体発光モジュールによれば、隣接する発光装置への光漏れ、及び隣接する発光装置などからの外光による光のクロストークが極めて抑制され、コントラストが高く、高性能かつ高発光効率の半導体発光モジュールを提供することができる。

【0079】

また、内側被膜１４及び外側被膜１５の密着性が高く、遮光性、気密性、固定安定性及び信頼性に優れた半導体発光モジュールを提供することができる。また、配置間隔の広狭によってコントラストの変化の無い半導体発光モジュールを提供することができる。
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態による半導体発光装置６０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール６０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。半導体発光装置６０の中心線（図１Ａに示すＡ－Ａ線）を含む図における断面を示している。

【0080】

半導体発光モジュール６０Ｍは、表面に電極層が形成された回路基板６５上に複数の半導体発光装置６０が実装されて形成されている。

【0081】

半導体発光装置６０においては、第２の実施形態と同様なリム１３Ｒが設けられている。また、導光部材１３は、底部（リム１３Ｒ）上に形成された錐台部１３Ｔを有している。

【0082】

半導体発光装置６０は、導光部材１３の光出射面１３Ｓの幅ＷＥがＬＥＤ半導体層２０の幅ＷＬよりも小さい点で第２の実施形態の半導体発光装置５０と相違している。

【0083】

すなわち、上面視においてＬＥＤ半導体層２０は、導光部材１３の光出射面１３Ｓを包含する大きさを有している。従って、輝度の高い半導体発光モジュールを提供することができる。

【0084】

また、第２の実施形態と同様に、互いに隣接する半導体発光装置６０の光出射面側には、半導体発光装置６０の間の間隙である溝６１が形成されている。より詳細には、半導体発光装置６０から突出する角柱部の側面１５Ｃ、すなわち、支持基板３１の側面上の外側被膜１５の面と、当該半導体発光装置６０に隣接する半導体発光装置６０の側面１５Ｃとが互いに突き当たり、互いに隣接する半導体発光装置６０の間に溝６１が形成されている。

【0085】

溝６１には、光反射性の白樹脂又は光吸収性の黒樹脂などの樹脂が充填されている。従って、半導体発光装置６０の間の遮光性が高い。

【0086】

さらに、溝６１は、ＬＥＤ半導体層２０の底面に達する深さで形成されている。従って、半導体発光装置６０の間の遮光性が極めて高い。

【0087】

本実施形態の半導体発光モジュールによれば、第２の実施形態の半導体発光モジュールと同様な利点を有するが、光出射面がＬＥＤ半導体層２０の発光面（光出射面）よりも小さく、輝度の高い半導体発光モジュールを提供することができる。また、半導体発光装置６０の間の遮光性に極めて優れた半導体発光モジュールを提供することができる。
［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態による半導体発光装置７０が複数隣接して配置された半導体発光モジュール７０Ｍの断面を模式的に示す断面図である。半導体発光モジュール７０Ｍにおいては複数の半導体発光装置７０が回路基板（図示は省略）上に実装されている。

【0088】

本実施形態において、ＬＥＤ素子１１の支持基板３１は底面３１Ｂの面積が上面の面積よりも小なる逆台形形状を有している。支持基板３１は角度θで傾斜したテーパ状の側面３１Ｓを有している。

【0089】

また、半導体発光装置７０の各々の導光部材１３は矩形形状を有し、外側被膜１５の側面が互いに接するように半導体発光装置７０が配置されている。隣接する半導体発光装置７０の間の底部には、支持基板３１のテーパ状の側面３１Ｓに対応した間隙が形成され、当該間隙にはアンダーフィル７２が形成されている。

【0090】

アンダーフィル７２によって互いに隣接する半導体発光装置５０の保護及び固定安定性が向上している。従って、本実施形態によれば上記した利点に加え、固定性の高い半導体発光モジュールを提供することができる。
［第５の実施形態］
図９は、本発明の第５の実施形態によるＬＥＤ素子８１の構成を模式的かつ詳細に示す断面図である。図２に示したＬＥＤ素子１１とは、ｐ側電極部の構成が相違している。

【0091】

より詳細には、本実施形態のＬＥＤ素子８１においては、ｐ型半導体層２３上に、ＩＴＯからなる透明電極であるｐ－電極８２が設けられている。ｐ－電極８２上には、ライン状に形成され、互いに電気的に接続されたｐ－補助電極８３が設けられている。ｐ－補助電極８３は金属電極であり、例えば（Ｔｉ又はＮｉ）／Ｐｔ／Ａｕ層からなる。

【0092】

また、ｐ－電極８２、ｐ－補助電極８３及びＬＥＤ半導体層２０の側面を覆う絶縁膜８４が設けられている。そして、絶縁膜８４上には、ｐ－電極８２に対向するように、反射電極としても機能するｎ－電極８５が設けられている。ｎ－電極７５は反射率の高いＡｇ（銀）などが用いられる。ｎ－電極８５は、ＬＥＤ素子１１において、ｎ型半導体層２１上に形成されたｎ－電極２５Ｂと電気的に接続されている。

【0093】

ｐ－補助電極８３の一部は、導電性のｐ側接合層８６によってｐ側基板電極８７に接合されている。ｐ側基板電極８７は、導通ビア３３に接続され、導通ビア３３を介してＬＥＤ素子７１の裏面のアノード電極３４Ａに電気的に接続されている。

【0094】

ｐ－電極（透明電極）８２、電極間の絶縁膜８４及びＡｇなどの反射電極であるｎ－電極８５によって高い反射率が得られる。

【0095】

また、 ｐ－電極（透明電極）８２、ｎ－電極８５及びこれら電極間の絶縁膜８４によって大面積のキャパシタが構成され、静電破壊耐圧に優れ、高い信頼性が得られる。

【0096】

さらに、Ａｇ（銀）含む反射層をｎ－電極８５として負電界下に配置したことで、＋イオン化や電解によるマイグレーションを抑制でき、短絡を防止できるので、信頼性を向上することができる。

【0097】

上述においては、半導体発光装置１０の静電破壊耐圧の向上する方法としてＬＥＤ素子８１の内部にキャパシタを構成したが、半導体発光装置１０の静電破壊耐圧を向上する方法はこれに限らない。

【0098】

例えば、支持基板３１にツェナーダイオードが形成されていても良い。例えば、図２に示すＬＥＤ素子１１に適用する場合では、支持基板３１として下層Ｓｉ層、層間絶縁膜及び上層Ｓｉ層からなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を用い、層間絶縁膜で仕切られた下層Ｓｉ層側に、ＬＥＤ半導体層２０の電気極性と逆極性のツェナーダイオード（ＺＤ）を回路的に並列に組み込むことができる。

【0099】

この場合、具体的には、ＬＥＤ素子１１のｐ－電極２５Ａ及びｎ－電極２５Ｂが接合層２６，２７によって接続されたｐ側基板電極３２Ａ及びｎ側基板電極３２Ｂと、半導体発光装置１０の裏面のアノード電極３４Ａ及びカソード電極３４Ｂとはそれぞれ導通ビアで接続され、ツェナーダイオード（ＺＤ）は、下層Ｓｉ層を介してアノード電極３４Ａ及びカソード電極３４Ｂ間に接続される。
また例えば、上面視で発光素子１１の支持基板３１と同外形の立方体（板状）状で、支持基板３１と対向する面にアノード電極３４Ａ、カソード電極３４Ｂと接続できる１対の電極と、反対の面に回路基板（図示せず）に実装できる１対の電極を備えたツェナーダイオード、バリスタ、またはコンデンサなどの保護素子を積層実装することもできる。このとき、保護素子も内側被膜１４と外側被膜１５で被覆することで一体化した半導体発光装置とできる。
［第６の実施形態］
図１０は、本発明の第６の実施形態による半導体発光装置９０の構成を模式的に示す断面図である。図１Ｂに示した半導体発光装置１０とは、ＬＥＤ素子１１に代えてＬＥＤ素子９１が用いられている点で相違している。

【0100】

より詳細には、ＬＥＤ素子１１は、シンフィルムＬＥＤであるＬＥＤ半導体層２０を用いているが、本実施形態のＬＥＤ素子９１は、透光性の成長基板３１Ａ上にエピタキシャル成長したＬＥＤ半導体層２０を有し、ＬＥＤ半導体層２０の表面側を支持基板３１に貼り付けた構成を有している。ＬＥＤ素子９１において、成長基板３１Ａ及びＬＥＤ半導体層２０からなるＬＥＤチップが接着層１２Ａによって支持基板３１に接着されている。

【0101】

具体的には、半導体発光装置９０は、ＬＥＤ素子９１と、ＬＥＤ素子９１の成長基板３１Ａ上に接着剤からなる接着層１２によって接着された導光部材１３とを有している。また、半導体発光装置９０は、半導体発光素子９１及び導光部材１３の側面を覆う内側被膜１４及び外側被膜１５を有している。

【0102】

本実施形態において、半導体発光素子９１の成長基板３１Ａの側面も内側被膜１４及び外側被膜１５によって被覆され、遮光されている。

【0103】

本実施形態によれば、上記した実施形態の半導体発光装置と同様に、光漏れが極めて抑制され、気密性に優れた信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。また、成長基板を取り除く必要が無く、簡便でコストに優れた半導体発光装置を提供することができる。

【0104】

なお、上記した実施形態においては、半導体発光素子基板及び導光部材などが直方体形状又は角柱形状を有している場合を例に説明したが、これに限らない。回路基板上に隣接して配置する場合など、配置形態に応じて多角柱形状、円柱形状、多角錐台形状、円錐台形状など適宜改変して適用することができる。

【0105】

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、発光装置外への光漏れ及び外光の入射が極めて抑制され、気密性に優れた信頼性の高い半導体発光装置を提供することができる。

【0106】

また、隣接する発光装置への光漏れ、及び隣接する発光装置からの光のクロストークが極めて抑制され、コントラストが高く、遮光性、気密性、固定安定性及び信頼性に優れた半導体発光モジュールを提供することができる。また、外光の入射による２次発光を防ぐことができ、駆動していない半導体発光装置を確実に消灯状態とすることができ、高密度配置及びローカルディミングライティングにも適した半導体発光モジュールを提供することができる。

【0107】

また、静電破壊耐圧に優れ、マイグレーションを抑制でき、短絡を防止できる半導体発光装置置及び半導体発光モジュールを提供することができる。

【符号の説明】

【0108】

１０，５０，６０，７０，９０：半導体発光装置、１１，８１，９１：半導体発光素子、１１Ａ：発光素子アセンブリ、１２：接着層、１３：導光部材、１３Ｓ：光出射面、１３Ｔ：錐台部、１３Ｒ：リム、１４：内側被膜、１５：外側被膜、２０：発光半導体層、２１：ｎ型半導体層、２２：発光層、２３：ｐ型半導体層、２５Ａ：ｐ－電極、２５Ｂ：ｎ－電極、２６，２７：接合層、３１：支持基板、３１Ｂ：支持基板の底面、３１Ｓ：支持基板の側面、３３：導通ビア、３４Ａ：アノード電極、３４Ｂ：カソード電極、５０Ｍ，６０Ｍ，７０Ｍ：半導体発光モジュール、５１，６１：溝、５２，７２：アンダーフィル、５５，６５：回路基板、ＲＣ：角柱部、ＴＰ：錐台部、ＷＢ：導光部材１３の底面の幅、ＷＥ：光出射面１３Ｓの幅、ＷＬ：発光半導体層２０の幅

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】