JP2005109113A - 半導体発光装置、発光モジュール、照明装置、および半導体発光装置の製造方法 - Google Patents
半導体発光装置、発光モジュール、照明装置、および半導体発光装置の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】 ビームのスポット形状が略円形となる半導体発光装置を提供すること。
【解決手段】 ＬＥＤアレイチップ２（半導体発光装置）は、ＳｉＣ基板４と、当該ＳｉＣ基板４上に結晶成長によって形成された３６個のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）からなるＬＥＤアレイを有している。当該ＬＥＤアレイは、全体的に円柱状に形成されている。また、当該円柱状部を、ほぼ均一な厚みで覆う蛍光体膜５０を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】 ＬＥＤアレイチップ２（半導体発光装置）は、ＳｉＣ基板４と、当該ＳｉＣ基板４上に結晶成長によって形成された３６個のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）からなるＬＥＤアレイを有している。当該ＬＥＤアレイは、全体的に円柱状に形成されている。また、当該円柱状部を、ほぼ均一な厚みで覆う蛍光体膜５０を備えている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ（Ｌight Ｅmitting Ｄiode）」と言う。）チップ等の半導体発光装置、当該半導体発光装置を用いた発光モジュールおよび照明装置、並びに半導体発光装置の製造方法に関する。
ＬＥＤの分野において、近年、白色ＬＥＤの高輝度化が進むにつれ、当該白色ＬＥＤを照明用途に用いる研究が活発になされている。点光源であるＬＥＤは、中でもその特性から店舗、美術館、ショールームなどのスポット照明として、従来普及しているハロゲン電球等の代替光源としての用途が期待されている。
しかしながら、従来の白色ＬＥＤでは、被照射面におけるビームのスポット形状が方形に歪んでしまうので、照明用途に用いる場合には、この点を改善する必要がある。スポット形状が方形になるのは、白色ＬＥＤを構成するＬＥＤチップが直方体であり、方形をしている一面から光が射出されるからである（例えば、特許文献１を参照。）。ＬＥＤチップの当該形状は製法上の制約に起因する。
しかしながら、従来の白色ＬＥＤでは、被照射面におけるビームのスポット形状が方形に歪んでしまうので、照明用途に用いる場合には、この点を改善する必要がある。スポット形状が方形になるのは、白色ＬＥＤを構成するＬＥＤチップが直方体であり、方形をしている一面から光が射出されるからである（例えば、特許文献１を参照。）。ＬＥＤチップの当該形状は製法上の制約に起因する。
ＬＥＤチップの製造方法の概要を説明すると以下のようになる。先ず、基板上に結晶成長によって、発光層を含む半導体多層膜を形成する。必要に応じ金属電極層を形成した後、メサ・エッチングにより基板上の半導体多層膜に対して格子状に溝を入れる。これにより、チップ状態と同じ数百ミクロン角の発光面積をもった一つ一つのダイオードに分離される。そして、分離された個々のダイオードの特性検査をした後、当該ダイオードを一つ一つのチップに分離するため、メサ・エッチングで作られた溝をダイヤモンドカッタでダイシングし、さらに深く切り込みを入れる。最後に、切り込み部分で機械的にブレークし、個々のチップに分離してＬＥＤチップが完成する。
特開２００１−１５８１７号公報
ＬＥＤチップからのビームのスポット形状を円形にするには、上記半導体多層膜が形成された基板から、個々のチップを円柱状に切り出せばよい。しかしながら、ダイヤモンドカッタで数百ミクロンオーダーの直径を有する円形に切り込みを入れるのは不可能である。また、直方体に切り出されたＬＥＤチップを円柱状に研磨する方法も考えられるが、その大きさからして、到底現実的とはいえない。
本発明は、上記した課題に鑑み、ビームのスポット形状が略円形である、またはビームのスポット形状を方形よりも円形に近づけた半導体発光装置およびその製造方法、並びに、当該半導体発光装置を用いた発光モジュールおよび照明装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体発光装置は、基板と、前記基板の主面上に結晶成長によって形成された半導体多層膜とを有し、前記半導体多層膜は、第１の導電型層、発光層、第２の導電型層を、前記基板側からこの順に含み、当該半導体多層膜の、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する柱状部に形成されていることを特徴とする。
また、前記半導体多層膜の前記最外層の主面および前記柱状部側面を覆う蛍光体膜を備えたことを特徴とする。
さらに、前記最外層の主面を覆う蛍光体膜の厚みと前記柱状部側面を覆う蛍光体膜の厚みがほぼ等しいことを特徴とする。
また、前記基板の前記主面の形状が方形であることを特徴とする。
さらに、前記最外層の主面を覆う蛍光体膜の厚みと前記柱状部側面を覆う蛍光体膜の厚みがほぼ等しいことを特徴とする。
また、前記基板の前記主面の形状が方形であることを特徴とする。
また、前記基板と前記第１の導電型層との間に光反射層が形成されていることを特徴とする。
また、前記半導体多層膜の前記柱状部は、基板までに至る分割溝によって、複数の領域に分割され、各領域が独立した発光素子として構成されていることを特徴とする。
さらに、前記各発光素子において、前記第２の導電型層と前記発光層の一部が除去されて露出した前記第１の導電型層表面には第１の電極が形成されており、前記第２の導電型層表面には第２の電極が形成されていて、前記各発光素子が、一の発光素子の第１の電極とこれとは別の一の発光素子の第２の電極とが、金属薄膜からなる配線によって順次接続される形で、直列に接続されていることを特徴とする。
また、前記半導体多層膜の前記柱状部は、基板までに至る分割溝によって、複数の領域に分割され、各領域が独立した発光素子として構成されていることを特徴とする。
さらに、前記各発光素子において、前記第２の導電型層と前記発光層の一部が除去されて露出した前記第１の導電型層表面には第１の電極が形成されており、前記第２の導電型層表面には第２の電極が形成されていて、前記各発光素子が、一の発光素子の第１の電極とこれとは別の一の発光素子の第２の電極とが、金属薄膜からなる配線によって順次接続される形で、直列に接続されていることを特徴とする。
また、前記各発光素子における発光層の面積がほぼ等しいことを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光モジュールは、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装された、上記の半導体発光装置とを有することを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、光源として上記発光モジュールを備えたことを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る発光モジュールは、プリント配線板と、前記プリント配線板に実装された、上記の半導体発光装置とを有することを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る照明装置は、光源として上記発光モジュールを備えたことを特徴とする。
上記の目的を達成するため、本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の一方の主面上に、当該基板側から第１の導電型層、発光層、第２の導電型をこの順に含む半導体多層膜を結晶成長によって形成する結晶成長工程と、前記半導体多層膜の最外層から少なくとも第１の導電型層までの一部を除去して、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する複数の柱状部に分離する多層膜分離工程と、前記基板を前記各柱状部を含む領域ごとにダイシングするダイシング工程とを有することを特徴とする。
また、前記ダイシング工程の前に、前記各柱状部の上面と側面を覆うように蛍光体膜を形成する蛍光体膜形成工程を有することを特徴とする。
また、前記半導体多層膜に対し前記基板までに至る溝を入れ、前記各柱状部を複数の領域に分割する分割工程を有することを特徴とする。
また、前記半導体多層膜に対し前記基板までに至る溝を入れ、前記各柱状部を複数の領域に分割する分割工程を有することを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置によれば、第１の導電型層、発光層、第２の導電型層を基板側からこの順に含む半導体多層膜の、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する柱状部に形成されているので、当該半導体発光装置から発せられる光のスポット形状は、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）となる。すなわち、方形よりも円形に近いスポット形状を得ることができる。
また、本発明に係る発光モジュールや照明装置によれば、上記した半導体発光装置を有しているので、発せられる光のスポット形状が、方形よりも円形に近いものとなる。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、基板側から第１の導電型層、発光層、第２の導電型をこの順に含み、結晶成長によって形成された半導体多層膜の最外層から少なくとも第１の導電型層までの一部を除去して、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する複数の柱状部に分離する多層膜分離工程を有するので、上記した効果を奏する半導体発光装置の製造が可能となる。
また、本発明に係る発光モジュールや照明装置によれば、上記した半導体発光装置を有しているので、発せられる光のスポット形状が、方形よりも円形に近いものとなる。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法によれば、基板側から第１の導電型層、発光層、第２の導電型をこの順に含み、結晶成長によって形成された半導体多層膜の最外層から少なくとも第１の導電型層までの一部を除去して、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する複数の柱状部に分離する多層膜分離工程を有するので、上記した効果を奏する半導体発光装置の製造が可能となる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、半導体発光装置であるＬＥＤアレイチップ２の概略構成を示す外観斜視図であり、図２は、ＬＥＤアレイチップ２の平面図である。なお、図１は、後述するＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）の配列を主に示す図であり、外形の細かな凹凸などは省略したものである。また、図２では、後述する蛍光体膜５０と同じく後述するｐ側電極における凹凸構造の図示は省略している。
図１は、半導体発光装置であるＬＥＤアレイチップ２の概略構成を示す外観斜視図であり、図２は、ＬＥＤアレイチップ２の平面図である。なお、図１は、後述するＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）の配列を主に示す図であり、外形の細かな凹凸などは省略したものである。また、図２では、後述する蛍光体膜５０と同じく後述するｐ側電極における凹凸構造の図示は省略している。
図１、図２に示すように、ＬＥＤアレイチップ２は、半導体基板であるノンドープ（高抵抗）ＳｉＣ基板４（以下、単に「ＳｉＣ基板４」と言う。）上に、発光層を含む半導体多層膜が全体的には円柱状に形成されてなるものである。以下、方形（本例では、正方形）のＳｉＣ基板４上の略円柱状をした半導体多層膜部分を「柱状部６」と称することとする。柱状部６は、放射状に延びる分割溝８によって、周方向に等角度で複数の領域（本例では、１２の領域）に分割されている。すなわち、約３０度の中心角を有する１２個の扇形部に分割されている。各扇形部は、同心円状に形成された２本の分割溝１０，１１によって、さらに径方向に複数の領域（本例では、３つの領域）に分割されている。したがって、半導体多層膜からなる柱状部６は、合計３６（＝１２×３）の領域に分割され、各領域がそれぞれ独立した発光素子であるＬＥＤを構成している。３６個のＬＥＤの各々は、図１に示すようにＤ１〜Ｄ３６の符号を付して区別することとする。
なお、円弧状の分割溝１０，１１は、Ｄ１〜Ｄ３６における各々の発光層の面積がほぼ等しくなるような位置に設けられている。当該位置は、柱状部６の大きさ（径の大きさ）に拘わらず、図２中に示す、長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３の比Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３が１：√２：√３となるような位置である。また、ＳｉＣ基板４の一辺の長さは、約２ｍｍであり、柱状部６の径は、約１．８ｍｍである。
ＬＥＤアレイチップ２における各ＬＥＤの構成について、断面図を参照しながら説明する。
図３（ａ）は、図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は、同Ｂ−Ｂ線断面図である。すなわち、３６個のＬＥＤの内、図３（ａ）では、Ｄ１とＤ２が、図３（ｂ）では、Ｄ３５とＤ３６が表されている。なお、各ＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）を構成する半導体多層膜の積層方向の構成は、いずれのＬＥＤでも同様なので、ここでは、Ｄ３５に符号を記入して説明することとする。
図３（ａ）は、図２におけるＡ−Ａ線断面図であり、図３（ｂ）は、同Ｂ−Ｂ線断面図である。すなわち、３６個のＬＥＤの内、図３（ａ）では、Ｄ１とＤ２が、図３（ｂ）では、Ｄ３５とＤ３６が表されている。なお、各ＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）を構成する半導体多層膜の積層方向の構成は、いずれのＬＥＤでも同様なので、ここでは、Ｄ３５に符号を記入して説明することとする。
各ＬＥＤは、ＳｉＣ基板４上に順次積層されたｎ-ＡｌＧａＮバッファ層１２（厚さ３０ｎｍ）、ｎ-ＡｌＧａＮ／ＧａＮ３０周期のＤＢＲ（Ｄistributed Ｂragg Ｒeflector）層１４（合計厚さ３μｍ）、ｎ-ＧａＮクラッド層１６（Ｓｉドープ量３×１０18ｃｍ-3、厚さ２００ｎｍ）、ＩｎＧａＮ（厚さ２ｎｍ）/ＧａＮ（厚さ８ｎｍ）６周期の多重量子井戸発光層１８、ｐ−ＧａＮクラッド層２０（Ｍｇドープ量１×１０19ｃｍ-3、厚さ２００ｎｍ）、ｐ-ＧａＮコンタクト層２２（Ｍｇドープ量３×１０19ｃｍ-3、厚さ２００ｎｍ）、ｎ+−ＧａＮ再成長層２４（Ｓｉドープ量１×１０19ｃｍ-3、厚さ１００ｎｍ）の半導体多層膜から成る。すなわち、各ＬＥＤは、ＳｉＣ基板４側に配された導電型層（ｎ-ＧａＮクラッド層１６）と光取出し側に配された導電型層（ｎ+−ＧａＮ再成長層２４、ｐ-ＧａＮコンタクト層２２、ｐ−ＧａＮクラッド層２０）とで発光層（多重量子井戸発光層１８）を挟んでなる構成を基本としている。
ｎ+−ＧａＮ再成長層２４およびｐ-ＧａＮコンタクト層２２上には、Ｔｉ/Ａｕからなるｐ側電極２６が形成されており、ｎ−ＧａＮクラッド層１６上には、Ｔｉ/Ａｕからなるｎ側電極２８が形成されている。
ｎ+−ＧａＮ再成長層２４およびｐ-ＧａＮコンタクト層２２上には、Ｔｉ/Ａｕからなるｐ側電極２６が形成されており、ｎ−ＧａＮクラッド層１６上には、Ｔｉ/Ａｕからなるｎ側電極２８が形成されている。
上記の構成からなるＬＥＤにおいて、ｐ側電極２６とｎ側電極２８を介して給電することにより、発光層１８から波長４６０ｎｍの青色光が発せられる。
また、光取出し面となる上記ｐ側電極面には、光取出し効率を改善するために、所定周期の凹凸が形成されている。当該凹凸は、後述するようにして、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２上に、ｎ+−ＧａＮ再成長層２４を部分的に形成することによって得られるものである。
また、光取出し面となる上記ｐ側電極面には、光取出し効率を改善するために、所定周期の凹凸が形成されている。当該凹凸は、後述するようにして、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２上に、ｎ+−ＧａＮ再成長層２４を部分的に形成することによって得られるものである。
なお、青色光を発光させるための半導体多層膜の各層を構成する半導体の組成は、上記のものに限らない。当該各層は、一般式ＢzＡｌxＧａ1-x-y-zＩｎyＮ1-v-wＡｓvＰw（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦１、０≦ｖ＋ｗ≦１）で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体（一般にＢＡｌＧａＩｎＮＡｓＰと記載され、以下ＧａＮ系半導体という）で構成することができる。因みにＧａＮ系半導体材料は、組成に応じて紫外域２００ｎｍ〜赤外域１７００ｎｍの広範囲において発光可能な材料として知られている。特に現時点では、青緑色より短波長域の発光応用で普及しつつある。
上記の構成から成る３６個のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）は、ＳｉＣ基板４上で直列に接続されている。続いて、その接続態様について説明する。
図３に示すように、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３５、Ｄ３６の側壁や分割溝１０を覆うようにＳｉ3Ｎ4からなる絶縁膜３０が形成されている。そして、当該絶縁膜３０上には、Ｄ１のｎ側電極２８ａとＤ２のｐ側電極２６ｂを接続する、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる配線３２ａが形成されている。また、Ｄ３５のｎ側電極２８ｃとＤ３６のｐ側電極２６ｄとの間も、絶縁膜３０上に形成された配線３２ｂによって接続されている。そして、Ｄ２〜Ｄ３５間も同様にして３０で接続されている。例えば、図２に示すように、Ｄ３のｎ側電極２８ｅとＤ４のｐ側電極２６ｆとは、配線３２ｃで接続されており、Ｄ６のｎ側電極２８ｇとＤ７のｐ側電極２６ｈとは、配線３２ｄで接続されている。この結果、全てのＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）が、図４（ａ）の接続図に示すように、直列に接続されている。
ＬＥＤアレイチップ２において、直列接続された３６個のＬＥＤの内、高電位側末端のＤ１のｐ側電極２６ａがＬＥＤアレイチップ２のアノード電極となる。また、低電位側末端のＤ３６のｎ側電極２８ｄが当該ＬＥＤアレイチップ２のカソード電極となる。
図３に示すように、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３５、Ｄ３６の側壁や分割溝１０を覆うようにＳｉ3Ｎ4からなる絶縁膜３０が形成されている。そして、当該絶縁膜３０上には、Ｄ１のｎ側電極２８ａとＤ２のｐ側電極２６ｂを接続する、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる配線３２ａが形成されている。また、Ｄ３５のｎ側電極２８ｃとＤ３６のｐ側電極２６ｄとの間も、絶縁膜３０上に形成された配線３２ｂによって接続されている。そして、Ｄ２〜Ｄ３５間も同様にして３０で接続されている。例えば、図２に示すように、Ｄ３のｎ側電極２８ｅとＤ４のｐ側電極２６ｆとは、配線３２ｃで接続されており、Ｄ６のｎ側電極２８ｇとＤ７のｐ側電極２６ｈとは、配線３２ｄで接続されている。この結果、全てのＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）が、図４（ａ）の接続図に示すように、直列に接続されている。
ＬＥＤアレイチップ２において、直列接続された３６個のＬＥＤの内、高電位側末端のＤ１のｐ側電極２６ａがＬＥＤアレイチップ２のアノード電極となる。また、低電位側末端のＤ３６のｎ側電極２８ｄが当該ＬＥＤアレイチップ２のカソード電極となる。
また、図２に示すように、ＳｉＣ基板４の半導体多層膜形成側主面には、当該半導体多層膜を取り囲むようにして、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる導体パターン３４、３６が形成されている。そして、導体パターン３４とＤ１のｐ側電極２６ａとが配線３２ｅを介して接続されており、導体パターン３６とＤ３６のｎ側電極２８ｄとが配線３２ｆを介して接続されている。
図４（ｂ）は、ＬＥＤアレイチップ２の裏面を表した図である。図４（ｂ）に示すように、Ｄ１〜Ｄ３６とは反対側のＳｉＣ基板４表面には、２個の給電端子３８，４０が形成されている。給電端子３８，４０は、いずれも、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる。
そして、給電端子３８と導体パターン３４とが、ＳｉＣ基板４に開設された２個のスルーホール４２，４４を介して接続されており、給電端子４０と導体パターン３６とが、同じくＳｉＣ基板４に開設された２個のスルーホール４６，４８を介して接続されている。この結果、給電端子３８とＤ１のｐ側電極２６ａとが電気的に接続され、給電端子４０とＤ３６のｎ側電極２８ｄとが電気的に接続されることとなる。なお、スルーホール４２，４４，４６，４８は、ＳｉＣ基板４に開設された直径３０μｍの孔にＰｔを充填してなるものである。上記給電端子３８，４０から、直列接続された３６個のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）に、放熱を確保した状態で５０ｍＡの電流を通電した際の動作電圧は１２０Ｖであった。
そして、給電端子３８と導体パターン３４とが、ＳｉＣ基板４に開設された２個のスルーホール４２，４４を介して接続されており、給電端子４０と導体パターン３６とが、同じくＳｉＣ基板４に開設された２個のスルーホール４６，４８を介して接続されている。この結果、給電端子３８とＤ１のｐ側電極２６ａとが電気的に接続され、給電端子４０とＤ３６のｎ側電極２８ｄとが電気的に接続されることとなる。なお、スルーホール４２，４４，４６，４８は、ＳｉＣ基板４に開設された直径３０μｍの孔にＰｔを充填してなるものである。上記給電端子３８，４０から、直列接続された３６個のＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）に、放熱を確保した状態で５０ｍＡの電流を通電した際の動作電圧は１２０Ｖであった。
また、このとき、各ＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）における発光層１８の面積がほぼ同一なので、各ＬＥＤにおける電流密度もほぼ同じとなって、Ｄ１〜Ｄ３６間で均一な光量を得ることができる。その結果、被照射面における照度むらの発生防止が図られる。
ＳｉＣ基板４の表面側には、略円柱状をしたＬＥＤアレイ（半導体多層膜）の上面および側面を覆うように蛍光体膜５０が形成されている。蛍光体膜５０は、シリコーンなどの透光性樹脂に（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+の黄色蛍光体粉末とＳｉＯ2の微粒子を分散させたものからなる。蛍光体膜５０全体的に渡ってほぼ均一に約５０μｍの厚みを有している。なお、透光性樹脂には、シリコーンに限らず、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用いても構わない。
ＳｉＣ基板４の表面側には、略円柱状をしたＬＥＤアレイ（半導体多層膜）の上面および側面を覆うように蛍光体膜５０が形成されている。蛍光体膜５０は、シリコーンなどの透光性樹脂に（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+の黄色蛍光体粉末とＳｉＯ2の微粒子を分散させたものからなる。蛍光体膜５０全体的に渡ってほぼ均一に約５０μｍの厚みを有している。なお、透光性樹脂には、シリコーンに限らず、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂を用いても構わない。
各ＬＥＤ（Ｄ１〜Ｄ３６）の発光層１８から放射された青色光の一部は、上記蛍光体膜５０中の蛍光体によって黄色光に変換される。そして、ＬＥＤからの青色光と蛍光体からの黄色光が合成されて（混色されて）白色光が発生する。
このとき、ＬＥＤアレイチップ２において、発光層を含む半導体多層膜が略円柱状に形成されており、蛍光体膜５０が当該半導体多層膜に対してほぼ均一な厚みで形成されている（すなわち、蛍光体膜５０は、有底円筒状をしている。）ので、当該ＬＥＤアレイチップ２から得られる光のスポット形状もほぼ円形となる。したがって、ＬＥＤアレイチップ２は、照明用光源として好適なものとなる。また、発光層１８とＳｉＣ基板４の間には光反射層であるＤＢＲ層１４が形成されているため、発光層１８で生じＳｉＣ基板４に向かって放射された青色光の９９パーセント以上が光取り出し面側へと反射される。これにより、各ＬＥＤにおける光取出し効率が向上する。また、Ｄ１〜Ｄ３６の内、最外周に位置するＤ１，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ１２，Ｄ１５，Ｄ１８，Ｄ１９，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ３０，Ｄ３１，Ｄ３６の外周側面もその上面とほぼ同じ厚みの蛍光体膜５０で覆われているので、これらＬＥＤの発光層１８の側部から射出される青色光も各ＬＥＤ上面から放出される青色光と同様に黄色光に変換されることとなって、色むらの低減を図ることが可能となる。なお、本明細書において、青色光とは、波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲の光をいい、黄色光とは、波長が５５０以上６００ｎｍ未満の範囲の光をいうものとする。したがって、上述した例では、ＬＥＤ６を主発光ピーク波長が４６０ｎｍのものとしたが、これ以外の波長であって、上記波長範囲に主発光ピーク波長を有するＬＥＤを構成することとしても構わない。
このとき、ＬＥＤアレイチップ２において、発光層を含む半導体多層膜が略円柱状に形成されており、蛍光体膜５０が当該半導体多層膜に対してほぼ均一な厚みで形成されている（すなわち、蛍光体膜５０は、有底円筒状をしている。）ので、当該ＬＥＤアレイチップ２から得られる光のスポット形状もほぼ円形となる。したがって、ＬＥＤアレイチップ２は、照明用光源として好適なものとなる。また、発光層１８とＳｉＣ基板４の間には光反射層であるＤＢＲ層１４が形成されているため、発光層１８で生じＳｉＣ基板４に向かって放射された青色光の９９パーセント以上が光取り出し面側へと反射される。これにより、各ＬＥＤにおける光取出し効率が向上する。また、Ｄ１〜Ｄ３６の内、最外周に位置するＤ１，Ｄ６，Ｄ７，Ｄ１２，Ｄ１５，Ｄ１８，Ｄ１９，Ｄ２４，Ｄ２５，Ｄ３０，Ｄ３１，Ｄ３６の外周側面もその上面とほぼ同じ厚みの蛍光体膜５０で覆われているので、これらＬＥＤの発光層１８の側部から射出される青色光も各ＬＥＤ上面から放出される青色光と同様に黄色光に変換されることとなって、色むらの低減を図ることが可能となる。なお、本明細書において、青色光とは、波長が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の範囲の光をいい、黄色光とは、波長が５５０以上６００ｎｍ未満の範囲の光をいうものとする。したがって、上述した例では、ＬＥＤ６を主発光ピーク波長が４６０ｎｍのものとしたが、これ以外の波長であって、上記波長範囲に主発光ピーク波長を有するＬＥＤを構成することとしても構わない。
色むらは、可視域である３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ（紫〜赤）の波長のスペクトル成分を含む光を発光層が発する場合に生じる。したがって、「近紫外光を励起光源に用いた白色ＬＥＤ」といった場合には、一般的に、色むらが生じないものと思われている。しかしながら、例えば、主要ピーク波長が３７０ｎｍ（紫外域）の場合でも、そのスペクトルは長波長側に裾を引いており、可視域である３８０ｎｍ以上にも波長成分をもっていることから、現実には、色むらが問題となる。したがって、本発明は、近紫外光を発生するように発光層を構成したものに適用しても、上記した理由から、色むらの低減に効果を発揮することとなる。換言すると、本発明は、上記色むらの観点からは、発光層からの出射光が少なくとも３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲の波長成分を含むものに適用可能であって、上記した主発光ピーク波長が４６０ｎｍの青色光を発する発光層で構成されるＬＥＤに限定されないのである。
以上の構成からなるＬＥＤアレイチップ２の製造方法について説明する。
ＬＥＤアレイチップ２は、種々の工程を経て製造されるのであるが、ここでは、先ず、上記した柱状部６（図１参照）の形成工程を中心に、図５〜図９を参照しながら説明する。
先ず、図５（ａ）に示すノンドープＳｉＣ基板１０４（以下、単に「基板１０４」と言う。）の主面上に半導体多層膜を形成する。
ＬＥＤアレイチップ２は、種々の工程を経て製造されるのであるが、ここでは、先ず、上記した柱状部６（図１参照）の形成工程を中心に、図５〜図９を参照しながら説明する。
先ず、図５（ａ）に示すノンドープＳｉＣ基板１０４（以下、単に「基板１０４」と言う。）の主面上に半導体多層膜を形成する。
半導体多層膜の形成された基板１０４の上面全面に、エッチングレジスト（ポジレジスト）を塗布し、熱硬化させて、図５（ｂ）に示すようにレジスト膜６１を形成する。
次に、図６に示すように、基板１０４に、ガラス板にパターン５９１が黒色印刷されてなるフォトマスク５９を重ねる。上記パターン５９１は、図７（ａ）に示すパターン５９２が隙間なくマトリックス状に並んでなるパターンである。フォトマスク５９を基板１０４に重ねた状態で、レジスト膜６１を水銀ランプを用いて露光し、印刷がされていない透明な部分（図７（ａ）の白抜き部分）に対応するレジスト膜を軟化させる。軟化した部分のレジスト膜を、当該軟化部分を溶融する有機溶剤で除去する。これにより、図８（ａ）に示すようなレジストマスク６３が形成される。
次に、図６に示すように、基板１０４に、ガラス板にパターン５９１が黒色印刷されてなるフォトマスク５９を重ねる。上記パターン５９１は、図７（ａ）に示すパターン５９２が隙間なくマトリックス状に並んでなるパターンである。フォトマスク５９を基板１０４に重ねた状態で、レジスト膜６１を水銀ランプを用いて露光し、印刷がされていない透明な部分（図７（ａ）の白抜き部分）に対応するレジスト膜を軟化させる。軟化した部分のレジスト膜を、当該軟化部分を溶融する有機溶剤で除去する。これにより、図８（ａ）に示すようなレジストマスク６３が形成される。
レジストマスク６３が形成されると、基板１０４上面全面に対して、蒸着によってＡｕ膜を形成する。そして、硬化したままのレジストを溶融する有機溶剤によって、レジストマスク６３上に形成されたＡｕ膜を当該レジストマスク６３と共に除去することによって、図８（ａ）の白丸に対応する部分に、図８（ｂ）に示すようにメタルマスク５８が形成されることとなる。マスキング領域は、柱状部形成予定領域（結局、図７（ａ）に示す白抜き部分に対応する領域となる。）である。そして、非マスキング領域に対応する部分を、基板１０４に至る手前のｎ−ＧａＮクラッド層１６（図３参照）が現れるまでドライエッチング（塩素イオンを含むガス中に所定時間さらす）し、完全な柱状部６の略半分の高さの柱状部（以下、「半柱状部」と称する。）を形成する。エッチング終了後、上記メタルマスク５８は、ヨウ素系溶剤によって除去される。
上記エッチング工程（以下、「第１エッチング工程」と称する。）によって、図９（ａ）、（ｂ）に示すように半柱状部６００が形成されることとなる。なお、図９（ａ）は、図９（ｂ）におけるＧ−Ｇ線断面の一部である。また、図９（ｂ）におけるＨ部の拡大図を図９（ｃ）に示す。
上記のようにして形成された各半柱状部６００の周辺部分の半導体多層膜が、上記第１エッチング工程に続く第２エッチング工程によって完全に除去されて、柱状部６（図１参照）が完成する。なお、柱状部６を２回のエッチング工程によって形成する理由については後述する。また、第２エッチング工程は、フォトマスク５９（図６）上のパターン形状が異なる以外は、第１エッチング工程と同様である。したがって、説明の繰り返しを避けるため、第２エッチング工程の詳細な説明については省略し、後述する「ＬＥＤアレイチップの製造方法に関する一チップ内の詳細」の説明に中で簡単に言及するに止めることとする。
上記のようにして形成された各半柱状部６００の周辺部分の半導体多層膜が、上記第１エッチング工程に続く第２エッチング工程によって完全に除去されて、柱状部６（図１参照）が完成する。なお、柱状部６を２回のエッチング工程によって形成する理由については後述する。また、第２エッチング工程は、フォトマスク５９（図６）上のパターン形状が異なる以外は、第１エッチング工程と同様である。したがって、説明の繰り返しを避けるため、第２エッチング工程の詳細な説明については省略し、後述する「ＬＥＤアレイチップの製造方法に関する一チップ内の詳細」の説明に中で簡単に言及するに止めることとする。
続いて、ＬＥＤアレイチップ２の製造方法に関し、一チップ内の詳細について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。
なお、図１０〜図１３では、ＬＥＤアレイチップ２の各構成部分となる素材部分には１００番台の符号付し、その下２桁にはＬＥＤアレイチップ２の対応する構成部分に付した番号を用いることとする。また、図１０〜図１３は、図２におけるＣ−Ｃ線に対応する部分の断面図である。
なお、図１０〜図１３では、ＬＥＤアレイチップ２の各構成部分となる素材部分には１００番台の符号付し、その下２桁にはＬＥＤアレイチップ２の対応する構成部分に付した番号を用いることとする。また、図１０〜図１３は、図２におけるＣ−Ｃ線に対応する部分の断面図である。
先ず、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition Method；ＭＯＣＶＤ法）を用い、図１０（ａ）に示すように、ノンドープＳｉＣ基板１０４上に、ｎ-ＡｌＧａＮバッファ層１１２、ｎ-ＡｌＧａＮ／ＧａＮ３０周期のＤＢＲ層１１４、ｎ-ＧａＮクラッド層１１６、ＩｎＧａＮ/ＧａＮの多重量子井戸発光層１１８、ｐ−ＧａＮクラッド層１１６、ｐ-ＧａＮコンタクト層１２２をこの順に積層する[工程（ａ）]。なお、ノンドープＳｉＣ基板１０４は、直径２インチ、厚さ３００μｍの基板である。
ｐ−ＧａＮコンタクト層１２２上にＳｉＯ2膜５４を積層した後、フォトレジスト層を形成する。次に、Ｈｅ−Ｃｄレーザ光を用いた干渉露光により、所定間隔（例えば、１２００本／ｍｍ）の平行線パターンを３回作成する。３回の平行線パターンは、互いに１２０度で交差するように作成する。これによりレジストマスク５６が形成される[工程（ｂ）]。
レジストマスク５６に覆われていない部分のＳｉＯ2膜５４をエッチングによって除去した[工程（ｃ）]後、レジストマスク５６も除去する[工程（ｄ）]。
続いて、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ+−ＧａＮ層１２４を再成長させる[工程（ｅ）]。このとき、ＳｉＯ2膜５４上にもｎ+−ＧａＮ層は再成長するが、これについては図示していない。
続いて、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ+−ＧａＮ層１２４を再成長させる[工程（ｅ）]。このとき、ＳｉＯ2膜５４上にもｎ+−ＧａＮ層は再成長するが、これについては図示していない。
ＳｉＯ2膜５４上に再成長したｎ+−ＧａＮ層と共に、当該ＳｉＯ2膜５４を除去する[工程（ｆ）]。
次工程（ｇ）は、上述した第１エッチング工程である。工程（ｇ）は、ｎ側電極２８（図３）接続面を形成することを目的の一つとする。先ず、上述したように、Ａｕからなるメタルマスク５８を施す。
次工程（ｇ）は、上述した第１エッチング工程である。工程（ｇ）は、ｎ側電極２８（図３）接続面を形成することを目的の一つとする。先ず、上述したように、Ａｕからなるメタルマスク５８を施す。
マスキング領域は、各ＬＥＤにおけるｐ側電極２６の形成予定領域以外の領域である。そして、非マスキング領域に対応する部分を、ｎ−ＧａＮクラッド層１１６の半ばまでドライエッチングにより除去する[工程（ｇ）]。これにより、ｎ側電極２８接続面６０が形成される。メタルマスク５８は、次工程（ｈ）に行く前に除去される。
工程（ｈ）は、上述した第２エッチング工程である。前記導体パターン３４，３６の形成面と前記分割溝８，１０，１１を形成すべく、これらの形成予定領域以外の領域にメタルマスク６２を施す。当該メタルマスク６２形成工程は、上述したように、レジスト膜の露光に使用するフォトマスク５９（図６）のパターン形状が異なる以外は、第１エッチング工程[工程（ｇ）]と同様である。メタルマスク６２形成工程に用いるパターンの一部を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）において、放射状に延びる１２本の太線１０８に対応する部分に分割溝８（図２参照）が形成され、太線で示す２本の同心円１１０，１１１に対応する部分に分割溝１０，１１（図２参照）が形成され、概略円形をした白抜き部分周辺の黒べた領域に対応する部分に導体パターン３４，３６の形成面が形成されることとなる。要は、前記導体パターン３４，３６の形成予定領域と前記分割溝８，１０，１１の形成予定領域以外の領域、すなわち、柱状部６として残す領域にメタルマスク６２が施されるのである。
そして、非マスキング領域に対応する部分を、基板１０４が現れるまでドライエッチングして、導体パターン形成面６４と分割溝１１（８，１０）とを形成し、柱状部６（図１）を形成する[工程（ｈ）]。エッチング終了後、メタルマスク６２は、次工程に行く前に除去される。なお、上記工程（ｇ）と工程（ｈ）の説明から分かるように、２回のエッチングで柱状部６を形成するのは、ｎ−ＧａＮクラッド層上に形成するｎ側電極の形成面を確保するためである。
工程（ｈ）は、上述した第２エッチング工程である。前記導体パターン３４，３６の形成面と前記分割溝８，１０，１１を形成すべく、これらの形成予定領域以外の領域にメタルマスク６２を施す。当該メタルマスク６２形成工程は、上述したように、レジスト膜の露光に使用するフォトマスク５９（図６）のパターン形状が異なる以外は、第１エッチング工程[工程（ｇ）]と同様である。メタルマスク６２形成工程に用いるパターンの一部を図７（ｂ）に示す。図７（ｂ）において、放射状に延びる１２本の太線１０８に対応する部分に分割溝８（図２参照）が形成され、太線で示す２本の同心円１１０，１１１に対応する部分に分割溝１０，１１（図２参照）が形成され、概略円形をした白抜き部分周辺の黒べた領域に対応する部分に導体パターン３４，３６の形成面が形成されることとなる。要は、前記導体パターン３４，３６の形成予定領域と前記分割溝８，１０，１１の形成予定領域以外の領域、すなわち、柱状部６として残す領域にメタルマスク６２が施されるのである。
そして、非マスキング領域に対応する部分を、基板１０４が現れるまでドライエッチングして、導体パターン形成面６４と分割溝１１（８，１０）とを形成し、柱状部６（図１）を形成する[工程（ｈ）]。エッチング終了後、メタルマスク６２は、次工程に行く前に除去される。なお、上記工程（ｇ）と工程（ｈ）の説明から分かるように、２回のエッチングで柱状部６を形成するのは、ｎ−ＧａＮクラッド層上に形成するｎ側電極の形成面を確保するためである。
工程（ｈ）に続いて、絶縁と表面保護を目的に、スパッタリング等で、絶縁膜であるＳｉ3Ｎ4膜１３０を形成する[工程（ｉ）]。
上記Ｓｉ3Ｎ4膜１３０に対し、マスク６６を施す。マスキング領域は、ｐ側電極２６形成予定領域以外の領域である。そして、非マスキング領域に対応するＳｉ3Ｎ4膜１３０をエッチングにより除去した後、Ｔｉ/Ａｕ薄膜１２６を蒸着によって形成する。これにより、Ｔｉ/Ａｕ薄膜からなるｐ側電極２６が形成される[工程（ｊ）]。マスク６６上に形成されたＴｉ/Ａｕ薄膜１２６（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６６と一緒に除去される。なお、ｐ側電極２６は、上記Ｔｉ/Ａｕ薄膜に代えてＩＴＯ透明薄膜で形成してもよい。
上記Ｓｉ3Ｎ4膜１３０に対し、マスク６６を施す。マスキング領域は、ｐ側電極２６形成予定領域以外の領域である。そして、非マスキング領域に対応するＳｉ3Ｎ4膜１３０をエッチングにより除去した後、Ｔｉ/Ａｕ薄膜１２６を蒸着によって形成する。これにより、Ｔｉ/Ａｕ薄膜からなるｐ側電極２６が形成される[工程（ｊ）]。マスク６６上に形成されたＴｉ/Ａｕ薄膜１２６（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６６と一緒に除去される。なお、ｐ側電極２６は、上記Ｔｉ/Ａｕ薄膜に代えてＩＴＯ透明薄膜で形成してもよい。
上記工程（ｊ）と同様の手法により、ｎ側電極２８を形成する。すなわち、ｎ側電極２８形成予定領域以外の領域にマスク６８を形成し、露出したＳｉ3Ｎ4膜１３０部分をエッチングにより除去した後、金属薄膜であるＴｉ／Ａｕ膜１２８を蒸着により形成して、ｎ側電極２８を形成する[工程（ｋ）]。マスク６８上に形成されたＴｉ／Ａｕ膜１２８（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク６８と一緒に除去される。
スルーホール４２，４４，４６，４８を形成すべく、当該スルーホール形成予定領域以外の領域にマスク７０を施す。マスキング後、エッチングによって深さ２００μｍの孔７２を形成し、当該孔に無電解メッキなどでＰｔを充填する[工程（ｌ）]。マスク７０は、次工程行く前に除去される。
続いて、導体パターン３４，３６および配線３２を形成する。導体パターン３４，３６および配線３２の形成予定表面以外の表面にマスク７４形成したのち、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を蒸着によって形成する。これによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる導体パターン３４，３６と配線３０が形成される[工程（ｍ）]。マスク７４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク７４と一緒に除去される。
ＳｉＣ基板１０４下面を研磨して厚み１５０μｍに調整し、前記スルーホール４２、４４，４６，４８をＳｉＣ基板１０４裏面側から露出させる[工程（ｎ）]。
前工程で研磨した研磨面に、前記給電端子３８，４０を形成すべく、当該給電端子３８，４０形成予定表面以外の表面にマスク７６を形成したのち、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を蒸着によって形成する。これによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる給電端子３８，４０が形成される[工程（ｏ）]。前記マスク７６上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク７６と一緒に除去される。
続いて、蛍光体膜５０を形成すべく、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+の黄色蛍光体粉末とＳｉＯ2の微粒子とを分散させたシリコーンを印刷によって塗布し、加熱硬化させる。加熱硬化の後、ＳｉＣ基板１０４の主面に垂直な方向の厚みが５０μｍになるまで当該蛍光体膜を研磨する[工程（ｐ）]。白色光の色は、青色光と黄色光のバランスで変化する。このバランスは、シリコーン樹脂に含まれる蛍光体の割合や蛍光体膜の厚さで変わる。蛍光体の割合が多いほど、蛍光体膜の厚みが厚いほど、黄色の割合が増えて、色温度が低くなる傾向にある。蛍光体含有シリコーン樹脂を設計膜厚よりも厚く塗付し、研磨により所定の設計膜厚にすることにより、蛍光体膜の厚さを均一に出来るので、色むらを抑制できると同時に確実に所定の色温度に合わせることが可能となる。
最後に、ダイシングによって個々のＬＥＤアレイチップに分離して、ＬＥＤアレイチップ２（図１参照）が完成する。
続いて、導体パターン３４，３６および配線３２を形成する。導体パターン３４，３６および配線３２の形成予定表面以外の表面にマスク７４形成したのち、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を蒸着によって形成する。これによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる導体パターン３４，３６と配線３０が形成される[工程（ｍ）]。マスク７４上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク７４と一緒に除去される。
ＳｉＣ基板１０４下面を研磨して厚み１５０μｍに調整し、前記スルーホール４２、４４，４６，４８をＳｉＣ基板１０４裏面側から露出させる[工程（ｎ）]。
前工程で研磨した研磨面に、前記給電端子３８，４０を形成すべく、当該給電端子３８，４０形成予定表面以外の表面にマスク７６を形成したのち、金属薄膜であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜を蒸着によって形成する。これによって、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜からなる給電端子３８，４０が形成される[工程（ｏ）]。前記マスク７６上に形成されたＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜（不図示）は、次工程に行く前に、当該マスク７６と一緒に除去される。
続いて、蛍光体膜５０を形成すべく、（Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+の黄色蛍光体粉末とＳｉＯ2の微粒子とを分散させたシリコーンを印刷によって塗布し、加熱硬化させる。加熱硬化の後、ＳｉＣ基板１０４の主面に垂直な方向の厚みが５０μｍになるまで当該蛍光体膜を研磨する[工程（ｐ）]。白色光の色は、青色光と黄色光のバランスで変化する。このバランスは、シリコーン樹脂に含まれる蛍光体の割合や蛍光体膜の厚さで変わる。蛍光体の割合が多いほど、蛍光体膜の厚みが厚いほど、黄色の割合が増えて、色温度が低くなる傾向にある。蛍光体含有シリコーン樹脂を設計膜厚よりも厚く塗付し、研磨により所定の設計膜厚にすることにより、蛍光体膜の厚さを均一に出来るので、色むらを抑制できると同時に確実に所定の色温度に合わせることが可能となる。
最後に、ダイシングによって個々のＬＥＤアレイチップに分離して、ＬＥＤアレイチップ２（図１参照）が完成する。
図１４は、上記ＬＥＤアレイチップ２を有した白色ＬＥＤモジュール２００（以下、単に「ＬＥＤモジュール２００」と言う。）の外観斜視図である。ＬＥＤモジュール２００は、後述する照明器具２４０に装着されて用いられるものである。
ＬＥＤモジュール２００は、直径５ｃｍの円形をしたＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板２０２と３個のガラス製レンズ２０４，２０６，２０８を有している。セラミックス基板２０２には、照明器具２４０に取り付けるためのガイド凹部２１０や、照明器具２４０からの給電を受けるための端子２１２，２１４が設けられている。
ＬＥＤモジュール２００は、直径５ｃｍの円形をしたＡｌＮ（窒化アルミ）からなるセラミックス基板２０２と３個のガラス製レンズ２０４，２０６，２０８を有している。セラミックス基板２０２には、照明器具２４０に取り付けるためのガイド凹部２１０や、照明器具２４０からの給電を受けるための端子２１２，２１４が設けられている。
図１５（ａ）はＬＥＤモジュール２００の平面図を、図１５（ｂ）は図１５（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図を、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）におけるＦ部拡大図をそれぞれ示している。
図１５（ａ），（ｂ）に示すように、セラミックス基板２０２の中央には、照明器具２４０に取り付ける際のガイド孔（貫通孔）２１６が開設されている。また、セラミックス基板２０２の下面には、放熱特性を改善するために金メッキ２１７が施されている。
図１５（ａ），（ｂ）に示すように、セラミックス基板２０２の中央には、照明器具２４０に取り付ける際のガイド孔（貫通孔）２１６が開設されている。また、セラミックス基板２０２の下面には、放熱特性を改善するために金メッキ２１７が施されている。
図１５（ａ）において円形に見える各レンズ２０４，２０６，２０８の中心に対応するセラミックス基板２０２上に、ＬＥＤアレイチップ２が１個ずつ（全部で３個）実装されている。
セラミックス基板２０２は、厚さ０．５ｍｍでＡｌＮを主材料とする２枚のセラミックス基板２０１，２０３が積層されてなるセラミックス基板である。なお、セラミックス基板の材料としては、ＡｌＮ以外に、Ａｌ2Ｏ3、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが考えられる。
セラミックス基板２０２は、厚さ０．５ｍｍでＡｌＮを主材料とする２枚のセラミックス基板２０１，２０３が積層されてなるセラミックス基板である。なお、セラミックス基板の材料としては、ＡｌＮ以外に、Ａｌ2Ｏ3、ＢＮ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ダイヤモンドなどが考えられる。
ＬＥＤアレイチップ２は、下層のセラミックス基板２０１に実装されている。上層のセラミックス基板２０３には、ＬＥＤアレイチップ２を実装する空間を創出するテーパー状の貫通孔２１５が開設されている。
ＬＥＤアレイチップ２の各実装位置に対応するセラミックス基板２０１上面には、図１６（ｂ）に示すような、カソードパッド２１８とアノードパッド２２０とが形成されている。両パッドには、銅（Ｃｕ）の表面に、ニッケル（Ｎｉ）めっき、ついで、金（Ａｕ）めっきを行なったものが用いられている。ＬＥＤアレイチップ２は、ＳｉＣ基板４を下方に向けた状態で実装される。このとき、給電端子３６とカソードパッド２１８が、給電端子３８とアノードパッド２２０とがハンダによって接合される。なお、ハンダによらず、金バンプや銀ペーストによって接合しても構わない。
ＬＥＤアレイチップ２の各実装位置に対応するセラミックス基板２０１上面には、図１６（ｂ）に示すような、カソードパッド２１８とアノードパッド２２０とが形成されている。両パッドには、銅（Ｃｕ）の表面に、ニッケル（Ｎｉ）めっき、ついで、金（Ａｕ）めっきを行なったものが用いられている。ＬＥＤアレイチップ２は、ＳｉＣ基板４を下方に向けた状態で実装される。このとき、給電端子３６とカソードパッド２１８が、給電端子３８とアノードパッド２２０とがハンダによって接合される。なお、ハンダによらず、金バンプや銀ペーストによって接合しても構わない。
ＬＥＤアレイチップ２は、光出射面にボンディングワイヤーなどの光遮蔽物が無いので、照明光に影が現れることがない。この特徴は、照明用光源にとって非常に有利な点である。
ここで、実装に供されるＬＥＤアレイチップは、実装前に実施される色むら等の光学的特性検査に合格したものである。すなわち、本実施の形態によれば、ＬＥＤアレイチップ自体が蛍光体膜を有しており、白色光を発することができるので、当該ＬＥＤアレイチップの実装前に上記光学的特性検査を実行することが可能なり、当該光学的特性に起因して、ＬＥＤモジュールが不良品（規格外）となることを未然に防止することができるのである。その結果、完成品（ＬＥＤモジュール）の歩留まりが向上することとなる。
ここで、実装に供されるＬＥＤアレイチップは、実装前に実施される色むら等の光学的特性検査に合格したものである。すなわち、本実施の形態によれば、ＬＥＤアレイチップ自体が蛍光体膜を有しており、白色光を発することができるので、当該ＬＥＤアレイチップの実装前に上記光学的特性検査を実行することが可能なり、当該光学的特性に起因して、ＬＥＤモジュールが不良品（規格外）となることを未然に防止することができるのである。その結果、完成品（ＬＥＤモジュール）の歩留まりが向上することとなる。
上層のセラミックス基板２０３に開設された前記貫通孔２１５の側壁および当該セラミックス基板２０３の上面にはアルミ反射膜２１９が形成されている。
レンズ２０４，２０６，２０８は、セラミックス基板２０３に重ねて接着剤２２１を介して貼着されている。当該接着剤としてはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。
レンズ２０４，２０６，２０８は、セラミックス基板２０３に重ねて接着剤２２１を介して貼着されている。当該接着剤としてはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などを用いることができる。
３個のＬＥＤアレイチップ２は、セラミックス基板２０１上面に形成された配線パターンによって、並列に接続されている。
図１６（ａ）は、レンズ２０４，２０６，２０８を取り除いた状態のＬＥＤモジュール２００の平面図である。ここで、３個のＬＥＤアレイチップ２を、符号Ａ，Ｂ，Ｃを付して区別することとする。
図１６（ａ）は、レンズ２０４，２０６，２０８を取り除いた状態のＬＥＤモジュール２００の平面図である。ここで、３個のＬＥＤアレイチップ２を、符号Ａ，Ｂ，Ｃを付して区別することとする。
ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ各々の実装位置のセラミックス基板２０１表面には、上述したようにアノードパッド２２０とカソードパッド２１８（図１６（ｂ））が配されている。
そして、各ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたアノードパッド２２０は、配線パターン２３６を介して電気的に接続されており、配線パターン２３６の端部は、スルーホール２３７を介して、正極端子２１２と接続されている。一方、各ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたカソードパッド２１８は、配線パターン２３８を介して電気的に接続されており、配線パターン２３８の端部は、スルーホール２３９を介して、負極端子２１４と接続されている。すなわち、配線パターン２３６、２３８によって、ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、並列に接続されている。
そして、各ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたアノードパッド２２０は、配線パターン２３６を介して電気的に接続されており、配線パターン２３６の端部は、スルーホール２３７を介して、正極端子２１２と接続されている。一方、各ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃと接続されたカソードパッド２１８は、配線パターン２３８を介して電気的に接続されており、配線パターン２３８の端部は、スルーホール２３９を介して、負極端子２１４と接続されている。すなわち、配線パターン２３６、２３８によって、ＬＥＤアレイチップ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、並列に接続されている。
上記のように構成されたＬＥＤモジュール２００は、照明器具２４０に取り付けられて使用される。ＬＥＤモジュール２００と照明器具２４０とで照明装置２４２が構成される。
図１７（ａ）に、照明装置２４２の概略斜視図を、図１７（ｂ）に、照明装置２４２の底面図をそれぞれ示す。
図１７（ａ）に、照明装置２４２の概略斜視図を、図１７（ｂ）に、照明装置２４２の底面図をそれぞれ示す。
照明器具２４０は、例えば、室内の天井等に固定される。照明器具２４０は、商用電源からの交流電力（例えば、１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）を、ＬＥＤモジュール２００を駆動するのに必要な直流電力に変換する電源回路（不図示）を備えている。
図１８を参照しながら、ＬＥＤモジュール２００の照明器具２４０への取り付け構造について説明する。
図１８を参照しながら、ＬＥＤモジュール２００の照明器具２４０への取り付け構造について説明する。
照明器具２４０は、ＬＥＤモジュール２００がはめ込まれる円形凹部２４４を有している。円形凹部２４４の底面は、平坦面に仕上げられている。円形凹部２４４の内壁の開口部寄り部分には、雌ねじ（不図示）が切られている。また、当該雌ねじと底面との間における内壁から、フレキシブルな給電端子２４６，２４８と、ガイド片２３０とが突出されている。なお、給電端子２４６が正極、給電端子２４８が負極である。さらに、円形凹部２４４の底面中央にはガイドピンが立設されている。
ＬＥＤモジュール２００を照明器具２４０へ取り付けるための部材として、シリコンゴム製のＯ−リング２５４とリングねじ２５６とが備えられている。リングねじ２５６は略矩形断面を有するリング状をしており、その外周には、不図示の雄ねじが形成されている。また、リングねじ２５６は、その周方向の一部が切り欠かれてなる切欠き部２５８を有している。
続いて、取り付け手順について説明する。
先ず、ＬＥＤモジュール２００を、円形凹部２４４にはめ込む。このとき、ＬＥＤモジュール２００のセラミックス基板２０２が、給電端子２４６，２４８と円形凹部２４４の底面との間に位置すると共に、ガイド孔２１６にガイドピン２５２が挿入され、ガイド凹部２１０とガイド片２３０とが係合するようにはめ込む。ガイド孔２１６とガイドピン２５２とで、ＬＥＤモジュール２００の円形凹部２４４に対するセンターの位置合わせがなされ、ガイド凹部２１０とガイド片２３０とで、正極端子２１２、負極端子２１４と対応する給電端子２４６，２４８との位置合わせがなされる。
先ず、ＬＥＤモジュール２００を、円形凹部２４４にはめ込む。このとき、ＬＥＤモジュール２００のセラミックス基板２０２が、給電端子２４６，２４８と円形凹部２４４の底面との間に位置すると共に、ガイド孔２１６にガイドピン２５２が挿入され、ガイド凹部２１０とガイド片２３０とが係合するようにはめ込む。ガイド孔２１６とガイドピン２５２とで、ＬＥＤモジュール２００の円形凹部２４４に対するセンターの位置合わせがなされ、ガイド凹部２１０とガイド片２３０とで、正極端子２１２、負極端子２１４と対応する給電端子２４６，２４８との位置合わせがなされる。
ＬＥＤモジュール２００がはめ込まれると、Ｏ−リング２５４を装着した後、リングねじ２５６を円形凹部２４４にねじ込んで固定する。これにより、正極端子２１２と給電端子２４６、負極端子２１４と給電端子２４８とが密着し、電気的に確実に接続されることとなる。また、セラミックス基板２０２のほぼ全面と円形凹部２４４の平坦な底面とが密着することとなり、ＬＥＤモジュール２００で発生した熱を照明器具２４０へ効果的に伝達し、ＬＥＤモジュール２００の冷却効果が向上することとなる。なお、ＬＥＤモジュール２００の照明器具２４０への熱伝達効率をさらに上げるため、セラミックス基板２０２と円形凹部２４４の底面にシリコングリスを塗布することとしてもよい。
上記の構成からなる照明装置２４２において、商用電源から給電がなされると、前述したように、各ＬＥＤアレイチップ２における青色ＬＥＤ６からは青色光が発せられる。青色光の一部は蛍光体膜４８中の蛍光体によって黄色光に変換される。そして青色光と黄色光が混色されて白色光が合成される。合成された白色光は、レンズ２０４，２０６，２０８を介して放射される。
ＬＥＤアレイチップ２から得られる白色光のスポット形状は、前述したようにほぼ円形となるのであるが、当該ＬＥＤアレイチップ２を複数個（本例では３個）用いた照明装置２４２においても、レンズ径およびレンズ間の配置間隔に比して十分距離のある被照射面においては、略円形のスポット形状が得られるのである。
各ＬＥＤモジュール２００に対し１５０ｍＡの電流を流したときの際の全光束は８００ｌｍ、中心光度は１５００ｃｄであった。また、その発光スペクトルは、図１９に示す通りであった。
各ＬＥＤモジュール２００に対し１５０ｍＡの電流を流したときの際の全光束は８００ｌｍ、中心光度は１５００ｃｄであった。また、その発光スペクトルは、図１９に示す通りであった。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記形態に限らないことは勿論であり、例えば、以下のような形態とすることも可能である。
（１）上記実施の形態では、半導体多層膜を略円柱状に形成したが、これに限らず、Ｎ角柱状（Ｎは５以上の整数）としてもよい。すなわち、５角以上の柱状体とすることにより、得られる光のスポット形状が方形よりも円形に近づいたものとなるからである。また、Ｎ角柱状とする場合には、正Ｎ角柱状とし、Ｎは偶数であることが好ましい。こうすることにより、円形の場合と同様、点対称となるスポット形状が得られるからである。
（２）上記実施の形態で開示した発光モジュールや照明装置では、ＬＥＤアレイチップ（半導体発光装置）で得られる円形のビーム形状をほとんど損なうことなく、最終的に得られるビームの形状も円形（点対称形）となるように構成した。しかしながら、発光モジュールや照明装置の用途によっては、最終的なビームに非対称形が要求される場合がある。このような場合であっても、本半導体発光装置によれば、所望の非点対称形ビーム光を容易に得ることが可能である。すなわち、本半導体発光装置では、上述したように、点対称のビーム光を得ることができるので、このようなビーム光を所望の形状に変換させることは、比較的簡単だからである。非点対称形のビームを得るためには、本半導体発光装置の光出射側に、当該光半導体発光装置のビーム形状を所望の形状に変換する公知の機構を設ければよい。このような機構を設けた照明装置としては、自動車前照灯などが考えられる。
（３）上記実施の形態では、柱状体に形成された半導体多層膜を３６の領域に分割して、３６個の独立したＬＥＤ（発光素子）を形成することとしたが、分割する個数は、３６個に限らず、任意である。
また、分割することなく一体的な円柱状またはＮ角柱状のままとしても構わない。すなわち、アレイとせずに、１個のＬＥＤ（発光素子）で一のＬＥＤチップを構成することとしてもよい。
（４）上記実施の形態では、半導体多層膜を全層に渡って除去することにより、柱状部を形成することとしたが（図１１工程（ｈ）参照）、半導体多層膜の除去範囲は、全層に限らない（ただし、分割溝は全層を除去して形成する必要がある）。最外層（ｎ+−ＧａＮ層１２４）から、少なくとも、発光層１８とＳｉＣ基板１０４との間に存する導電型層（ｎ−ＧａＮクラッド層１１６）までが除去されれば足りるのである。少なくとも上記範囲で除去することにより、ＬＥＤ（アレイ）において、少なくとも光が射出される面を円柱表面状にすることができるからである。また、前記最外層主面のみならず、柱状部側面にも相当の厚みで蛍光体膜を形成することが可能となり、上述した色むらを抑制することが可能となるからである。
（５）上記実施の形態では、ｎ-ＡｌＧａＮバッファ層〜ｐ-ＧａＮコンタクト層からなる半導体多層膜の結晶成長のベースとなる基板にＳｉＣ基板を用いた。これは、ＳｉＣ基板は、銅やアルミと同等以上の高い熱伝導率を有しているため、発光層で生じた熱を、ＬＥＤアレイチップが実装されているプリント配線板であるセラミックス基板に効果的に放散させることができるからである。したがって、ＳｉＣ基板の代わりに、同様に高い熱伝導率を有するＡｌＮ基板、ＧａＮ基板、ＢＮ基板、Ｓｉ基板を用いてもよい。
（１）上記実施の形態では、半導体多層膜を略円柱状に形成したが、これに限らず、Ｎ角柱状（Ｎは５以上の整数）としてもよい。すなわち、５角以上の柱状体とすることにより、得られる光のスポット形状が方形よりも円形に近づいたものとなるからである。また、Ｎ角柱状とする場合には、正Ｎ角柱状とし、Ｎは偶数であることが好ましい。こうすることにより、円形の場合と同様、点対称となるスポット形状が得られるからである。
（２）上記実施の形態で開示した発光モジュールや照明装置では、ＬＥＤアレイチップ（半導体発光装置）で得られる円形のビーム形状をほとんど損なうことなく、最終的に得られるビームの形状も円形（点対称形）となるように構成した。しかしながら、発光モジュールや照明装置の用途によっては、最終的なビームに非対称形が要求される場合がある。このような場合であっても、本半導体発光装置によれば、所望の非点対称形ビーム光を容易に得ることが可能である。すなわち、本半導体発光装置では、上述したように、点対称のビーム光を得ることができるので、このようなビーム光を所望の形状に変換させることは、比較的簡単だからである。非点対称形のビームを得るためには、本半導体発光装置の光出射側に、当該光半導体発光装置のビーム形状を所望の形状に変換する公知の機構を設ければよい。このような機構を設けた照明装置としては、自動車前照灯などが考えられる。
（３）上記実施の形態では、柱状体に形成された半導体多層膜を３６の領域に分割して、３６個の独立したＬＥＤ（発光素子）を形成することとしたが、分割する個数は、３６個に限らず、任意である。
また、分割することなく一体的な円柱状またはＮ角柱状のままとしても構わない。すなわち、アレイとせずに、１個のＬＥＤ（発光素子）で一のＬＥＤチップを構成することとしてもよい。
（４）上記実施の形態では、半導体多層膜を全層に渡って除去することにより、柱状部を形成することとしたが（図１１工程（ｈ）参照）、半導体多層膜の除去範囲は、全層に限らない（ただし、分割溝は全層を除去して形成する必要がある）。最外層（ｎ+−ＧａＮ層１２４）から、少なくとも、発光層１８とＳｉＣ基板１０４との間に存する導電型層（ｎ−ＧａＮクラッド層１１６）までが除去されれば足りるのである。少なくとも上記範囲で除去することにより、ＬＥＤ（アレイ）において、少なくとも光が射出される面を円柱表面状にすることができるからである。また、前記最外層主面のみならず、柱状部側面にも相当の厚みで蛍光体膜を形成することが可能となり、上述した色むらを抑制することが可能となるからである。
（５）上記実施の形態では、ｎ-ＡｌＧａＮバッファ層〜ｐ-ＧａＮコンタクト層からなる半導体多層膜の結晶成長のベースとなる基板にＳｉＣ基板を用いた。これは、ＳｉＣ基板は、銅やアルミと同等以上の高い熱伝導率を有しているため、発光層で生じた熱を、ＬＥＤアレイチップが実装されているプリント配線板であるセラミックス基板に効果的に放散させることができるからである。したがって、ＳｉＣ基板の代わりに、同様に高い熱伝導率を有するＡｌＮ基板、ＧａＮ基板、ＢＮ基板、Ｓｉ基板を用いてもよい。
あるいは、熱伝導率は少し劣るが、本発明を実施する上では、一般的に用いられているサファイヤ基板を用いても構わない。
（６）上記実施の形態では、ＬＥＤアレイチップを約２ｍｍ角のサイズにしたが、ＬＥＤアレイチップのサイズはこれに限定するものではない。
（７）上記実施の形態では、光取出し効率を向上させるための凹凸構造を、ｎ+−ＧａＮ再成長層によって構成したが、当該凹凸構造の構成方法はこれに限らない。例えば、ｐ−ＧａＮコンタクト層の成長後、これをパターンマスクで覆い、エッチングによって凹凸構造を形成する方法や、同じくｐ−ＧａＮコンタクト層の成長後、Ｔａ2Ｏ5などの誘電体層を形成し、これをパターンマスクで覆った後エッチングにより凹凸構造を形成する方法が考えられる。
（６）上記実施の形態では、ＬＥＤアレイチップを約２ｍｍ角のサイズにしたが、ＬＥＤアレイチップのサイズはこれに限定するものではない。
（７）上記実施の形態では、光取出し効率を向上させるための凹凸構造を、ｎ+−ＧａＮ再成長層によって構成したが、当該凹凸構造の構成方法はこれに限らない。例えば、ｐ−ＧａＮコンタクト層の成長後、これをパターンマスクで覆い、エッチングによって凹凸構造を形成する方法や、同じくｐ−ＧａＮコンタクト層の成長後、Ｔａ2Ｏ5などの誘電体層を形成し、これをパターンマスクで覆った後エッチングにより凹凸構造を形成する方法が考えられる。
以上のように、本発明に係る半導体発光装置は、略円形または方形よりも円形に近づいたスポット形状を必要とする照明分野などに適する。
４ ＳｉＣ基板
６ 柱状部
８、１０、１１ 分割溝
１４ ｎ-ＡｌＧａＮ／ＧａＮ３０周期のＤＢＲ層
１８ ＩｎＧａＮ/ＧａＮ６周期の多重量子井戸発光層
５０ 蛍光体膜
６ 柱状部
８、１０、１１ 分割溝
１４ ｎ-ＡｌＧａＮ／ＧａＮ３０周期のＤＢＲ層
１８ ＩｎＧａＮ/ＧａＮ６周期の多重量子井戸発光層
５０ 蛍光体膜
Claims (13)
- 基板と、前記基板の主面上に結晶成長によって形成された半導体多層膜とを有し、
前記半導体多層膜は、第１の導電型層、発光層、第２の導電型層を、前記基板側からこの順に含み、
当該半導体多層膜の、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する柱状部に形成されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記半導体多層膜の前記最外層の主面および前記柱状部側面を覆う蛍光体膜を備えたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。
- 前記最外層の主面を覆う蛍光体膜の厚みと前記柱状部側面を覆う蛍光体膜の厚みがほぼ等しいことを特徴とする請求項２記載の半導体発光装置。
- 前記基板の前記主面の形状が方形であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記基板と前記第１の導電型層との間に光反射層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記半導体多層膜の前記柱状部は、基板までに至る分割溝によって、複数の領域に分割され、各領域が独立した発光素子として構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
- 前記各発光素子において、前記第２の導電型層と前記発光層の一部が除去されて露出した前記第１の導電型層表面には第１の電極が形成されており、前記第２の導電型層表面には第２の電極が形成されていて、
前記各発光素子が、一の発光素子の第１の電極とこれとは別の一の発光素子の第２の電極とが、金属薄膜からなる配線によって順次接続される形で、直列に接続されていることを特徴とする請求項６記載の半導体発光装置。 - 前記各発光素子における発光層の面積がほぼ等しいことを特徴とする請求項７記載の半導体発光装置。
- プリント配線板と、
前記プリント配線板に実装された、請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光装置とを有することを特徴とする発光モジュール。 - 光源として請求項９の発光モジュールを備えたことを特徴とする照明装置。
- 基板の一方の主面上に、当該基板側から第１の導電型層、発光層、第２の導電型をこの順に含む半導体多層膜を結晶成長によって形成する結晶成長工程と、
前記半導体多層膜の最外層から少なくとも第１の導電型層までの一部を除去して、最外層から少なくとも第１の導電型層までが、略円形または略Ｎ角形（Ｎは５以上の整数）をした横断面を有する複数の柱状部に分離する多層膜分離工程と、
前記基板を、前記各柱状部を含む領域ごとにダイシングするダイシング工程と、
を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 - 前記ダイシング工程の前に、前記各柱状部の上面と側面を覆うように蛍光体膜を形成する蛍光体膜形成工程を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体発光装置の製造方法。
- 前記半導体多層膜に対し前記基板までに至る溝を入れ、前記各柱状部を複数の領域に分割する分割工程を有することを特徴とする請求項１１または１２記載の半導体発光装置の製造方法。
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