半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具
【課題】高輝度化を図ることが可能な半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具を提供すること。
【解決手段】それぞれがｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を有する複数の半導体発光素子Ｅｄを備えた半導体発光素子アレイＡであって、複数の半導体発光素子Ｅｄは、ＳｉＣからなる基板１上に形成されており、基板１のうち複数の半導体発光素子Ｅｄが搭載された面とは反対側の面が、光出射面１ａとされている。
【解決手段】それぞれがｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を有する複数の半導体発光素子Ｅｄを備えた半導体発光素子アレイＡであって、複数の半導体発光素子Ｅｄは、ＳｉＣからなる基板１上に形成されており、基板１のうち複数の半導体発光素子Ｅｄが搭載された面とは反対側の面が、光出射面１ａとされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤなど複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の半導体発光素子アレイの一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された半導体発光素子アレイＸにおいては、基板９１上に複数の半導体発光素子Ｅｄが形成されている。半導体発光素子Ｅｄは、ｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、およびｐ−ＧａＮ層９４が積層された構造を有している。ｎ−ＧａＮ層９２から注入された電子とｐ−ＧａＮ層９４から注入された正孔とが活性層９３において再結合することによって青色光が発せられる。活性層９３からの青色光は、透明電極とされたｐ側電極９５を透過し、蛍光体層９６に入射する。蛍光体層９６には、蛍光体微粉末が含有されている。この蛍光体微粉末によって上記青色光の一部が黄色光に変換される。変換された黄色光と残りの青色光とが混色されることにより、蛍光体層９６の上面から白色に近い光が出射される。
【０００３】
しかしながら、半導体発光素子アレイの高輝度化を図ろうとすると、以下の問題点があった。
【０００４】
まず、蛍光体層９６は一般的に樹脂材料に上述した蛍光体微粉末が混入された構成とされている。この樹脂材料と、青色発光に適したＧａＮとは、互いの屈折率が大きく異なる。このため、ｐ−ＧａＮ層９４から蛍光体層９６へと青色光が進行する過程において、全反射されてしまう青色光の割合が大きい。このため、活性層９３によって発せられた光のうち蛍光体層９６から適切に出射される割合である出射効率が十分に高められなかった。
【０００５】
また、半導体発光素子Ｅｄから発光させるために電流を流すと、ｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、およびｐ−ＧａＮ層９４が発熱する。半導体発光素子Ｅｄは、樹脂を主成分とする蛍光体層９６によってその大部分を覆われているため、放熱されにくい構成となっている。さらに、蛍光体層９６によって青色光が色変換されると、この色変換においても熱が生じる。この熱は、蛍光体層９６にこもってしまうこととなる。半導体発光素子アレイＸに流す電流が大きくなるほどこれらの発熱量が大きくなる。したがって、半導体発光素子アレイＸの高輝度化を目的として大電流化を図るには、半導体発光素子アレイＸからの放熱をさらに促進する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７９２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化を図ることが可能な半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される半導体発光素子は、それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子を備えた半導体発光素子アレイであって、上記複数の半導体発光素子は、ＳｉＣからなる基板上に形成されており、上記基板のうち上記複数の半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面が、光出射面とされていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、ＳｉＣは熱伝導率が高い材質であるため、上記基板を比較的熱伝導性が良好なものとすることができる。これにより、上記半導体発光素子から生じた熱を上記基板を介して放熱することが可能である。また、上記半導体発光素子とは反対側に位置する上記光出射面から光を出射する構成とすることにより、たとえば上記半導体発光素子を覆う樹脂製の色変換層を設ける必要が無い。以上より、上記半導体発光素子アレイは、発光時に生じる熱を適切に放熱させることが可能であり、高輝度化を目的とした大電流化を図ることができる。さらに、ＳｉＣは代表的な半導体材料であるＧａＮと屈折率が大きく異ならない。したがって、上記活性層からの光が上記基板によって全反射される割合を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板と上記複数の半導体発光素子との間には、ＳｉＣを含む色変換層が設けられている。このような構成によれば、上記色変換層を介して上記半導体発光素子からの熱を上記基板へと伝達することができる。また、たとえばドナーおよびアクセプタを含むＳｉＣを用いれば、上記半導体発光素子からの青色光を高い変換効率で白色光へと変換することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各半導体発光素子は、上記基板側から順に上記ｎ型半導体層、上記活性層、および上記ｐ型半導体層が積層された構成とされており、上記複数の半導体発光素子のうち隣り合うものどうしは、その底部が上記ｎ型半導体層よりも上記基板側に位置するものとされた溝によって区画されている。このような構成によれば、上記複数の半導体発光素子どうしが不当に導通するおそれがない。したがって、上記半導体発光素子アレイの漏れ電流を抑制可能であり、上記半導体発光素子アレイの大電流化を図るのに適している。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板と上記ｎ型半導体層との間に追加のｐ型半導体層が介在している。このような構成によれば、上記ｎ型半導体層と上記追加のｐ型半導体層との間には、非常に高抵抗な境界面が形成される。これは、上記複数の半導体発光素子間の漏れ電流を抑制するのに有利である。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体発光素子どうしを導通させ、かつ上記基板の厚さ方向視において上記活性層の少なくとも一部を覆う金属製の素子間配線をさらに備える。このような構成によれば、上記活性層から向かってきた光を上記素子間配線によって上記基板に向けて適切に反射させることができる。これは、上記半導体発光素子アレイの高輝度化に有利である。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層と上記基板との間に位置し、かつＳｉＣを含む層とＳｉＣとは屈折率が異なる層とが接している境界面を有しており、上記活性層と上記境界面との距離ｔが、上記活性層から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ型半導体層の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている。このような構成によれば、上記活性層と上記境界面との間において、上記活性層からの光を増幅させることが可能である。したがって、上記半導体発光素子アレイの高輝度化をさらに促進させることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体発光素子に対して電源供給するための１対の端子を備えており、上記複数の半導体発光素子は、いずれもが上記１対の端子間に直列に接続されており、かつ互いの順方向が逆である２組の半導体発光素子群を含んでいる。このような構成によれば、上記半導体発光素子アレイを交流電源によって発光させることができる。
【００１６】
本発明の第２の側面によって提供される照明用器具は、本発明の第１の側面によって提供される半導体発光素子アレイと、上記半導体発光素子アレイの上記基板に接しており、かつ上記半導体発光素子アレイを支持する金属部材と、外部電源から電源供給を受け、かつ機械的に保持されるための接続部と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
このような構成によれば、上記金属部材を介して上記半導体発光素子アレイからの熱を適切に放熱することができる。また、上記照明用器具を従来の規格化された照明用器具の代替品として用いるのに適している。
【００１８】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１および図２は、本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示している。本発明に係る半導体発光素子アレイＡは、基板１上に複数の半導体発光素子Ｅｄが形成された構造とされており、図１に示すように基板１から図中下方に向けて光が出射される構成とされている。本実施形態においては、半導体発光素子アレイＡは、その平面視寸法が０．４〜１．５ｍｍ角程度とされている。
【００２１】
基板１は、ＳｉＣからなる。これにより、基板１は、赤色光、緑色光、青色光、および白色光などの可視光を透過させる一方、紫外線を選択的に吸収するものとされている。本実施形態においては、基板１は、その厚さが２００μｍ程度とされている。基板１の図中下面は、光を出射させる光出射面１ａとなっている。光出射面１ａは、平滑な面とされている。また、光出射面１ａは、光の出射効率を高めるために好適な凹凸面としてもよい。基板１上には、ＳｉＣ色変換層１１、ｎ−ＳｉＣ層１２、バッファ層１３、およびｐ−ＧａＮ層１４が積層されている。
【００２２】
ＳｉＣ色変換層１１は、半導体発光素子Ｅｄからの青色光を白色光に変換させるための層である。ＳｉＣ色変換層１１は、ＳｉＣを主成分とし、これにドナーとアクセプタとが含まれている。ＳｉＣ色変換層１１において、ドナーは電子を生じさせるものであり、アクセプタは正孔を生じさせるものである。ＳｉＣ色変換層１１に青色光が照射されると、上記ドナーとアクセプタとの間で輻射再結合が生じる。この再結合によって白色光が発せられる。ＳｉＣ色変換層１１によって青色光を白色光に変換させるためには、上記ドナーとしてＮを用い、上記アクセプタとしてＢ，Ａｌを用いることが好ましい。これらのドナーおよびアクセプタの濃度としては、１．０×１０15〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度が好ましい。本実施形態においては、ＳｉＣ色変換層１１は、その厚さが２０〜２００μｍ程度とされている。
【００２３】
ｎ−ＳｉＣ層１２は、ＳｉＣにＮなどの元素がドープされることによりｎ型の半導体とされた層である。上述したドナーおよびアクセプタを含むことによってＳｉＣ色変換層１１の結晶性が悪化するが、ＳｉＣ色変換層１１よりも結晶性が良好であるｎ−ＳｉＣ１２を設けることにより結晶性の改善が図られる。本実施形態においては、ｎ−ＳｉＣ層１２は、その厚さが２〜４μｍ程度とされている。
【００２４】
バッファ層１３は、たとえばＡｌＧａＮからなり、ＳｉＣとＧａＮとの格子歪を緩和するためのものである。バッファ層１３を設けることにより、ＳｉＣからなるｎ−ＳｉＣ層１２上に主成分がＧａＮであるｐ−ＧａＮ層１４、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を安定して形成することができる。本実施形態においては、バッファ層１３は、その厚さが２０〜２００ｎｍ程度とされている。
【００２５】
バッファ層１３を形成するＡｌＧａＮの屈折率は２．５程度であり、ｎ−ＳｉＣ層１２を形成するＳｉＣの屈折率は２．６程度である。互いの屈折率が異なるｎ−ＳｉＣ層１２とＡｌＧａＮ層１３との境界面１２ａは、同材質からなる層どうしの境界面と比較して光を反射させやすい面となっている。境界面１２ａと活性層３との距離ｔは、活性層３から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ−ＧａＮ層２の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている。本実施形態においては、波長λは４６０ｎｍ程度であり、距離ｔは０．９２〜１．８４μｍ程度である。
【００２６】
ｐ−ＧａＮ層１４は、ＧａＮにたとえばＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言う追加のｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｐ−ＧａＮ層１４は、その厚さが３００ｎｍ程度とされている。ｐ−ＧａＮ層１４上には、複数の半導体発光素子Ｅｄが配置されている。
【００２７】
半導体発光素子Ｅｄは、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を具備して構成されている。本実施形態においては、５〜５０個程度の半導体発光素子Ｅｄがマトリクス状に配置されている。
【００２８】
ｎ−ＧａＮ層２は、ＧａＮにたとえばＳｉがドープされたｎ型半導体からなり、本発明で言うｎ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｎ−Ｇａｎ層２は、その厚さが０．６〜１．３４μｍ程度の厚肉部分と、その厚さが０．３〜０．６７μｍ程度の薄肉部分とを有している。この薄肉部分には、ｎ側電極２１が形成されている。ｎ側電極２１は、たとえばＴｉおよびＡｌが積層されたものである。
【００２９】
活性層３は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ（重量子井戸：Multiple Quantum Well）構造とされた層であり、電子と正孔とが再結合することにより発せられる光を増幅させるための層である。活性層３は、たとえば複数のＩｎＧａＮ層と複数のＧａＮ層とが交互に積層されている。上記ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比がたとえば１７％程度とされることにより、ｎ−ＧａＮ層２よりもバンドギャップが小とされており、活性層３の井戸層を構成している。上記ＧａＮ層は、活性層３のバリア層を形成している。本実施形態においては、活性層３は、厚さが１．５〜４．０ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層と厚さが６〜２０ｎｍ程度のＧａＮ層とが積層されており、その全体的な厚さが１００ｎｍ程度とされている。なお、ｎ−ＧａＮ層２と活性層３との間には、格子歪を緩和することを目的として、ＩｎＧａＮおよびＧａＮが一原子毎に交互に積層された超格子層を形成してもよい。
【００３０】
ｐ−ＧａＮ層４は、ＧａＮにたとえばＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言うｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｐ−ＧａＮ層４は、その厚さが５０〜２００ｎｍ程度とされている。ｐ−ＧａＮ層４には、ｐ側電極４１が形成されている。ｐ側電極４１は、たとえばＮｉからなり、ｐ−ＧａＮ層４の図中上面右側部分を覆っている。なお、活性層３とｐ−ＧａＮ層４との間には、ＧａＮ層またはＩｎの組成が０．１％程度のＩｎＧａＮ層を形成してもよい。
【００３１】
ｐ側電極４１と、このｐ側電極４１が形成された半導体発光素子Ｅｄと隣り合う半導体発光素子Ｅｄのｎ側電極２１とは、素子間配線５によって接続されている。素子間配線５は、たとえばＡｌまたはＰｔからなり、比較的反射率が高いものとされている。素子間配線５は、半導体発光素子Ｅｄの上面右寄りに形成されたｐ側電極４１と、この半導体発光素子Ｅｄの左側に位置する半導体発光素子Ｅｄのｎ側電極２１との間を跨ぐように形成されている。これにより、ｐ−ＧａＮ層４のうちｐ側電極４１によって覆われていない部分は、素子間配線５によって覆われている。図示された３つの半導体発光素子Ｅｄは、素子間配線５により互いに直列に接続されている。
【００３２】
隣り合う半導体発光素子Ｅｄどうしの間には、溝６が形成されている。溝６は、隣り合う半導体発光素子Ｅｄどうしを電気的に区画するためのものである。溝６は、その底部６ａがｎ−ＧａＮ層２よりも基板１寄りに位置する深さとされている。本実施形態においては、溝６は、ｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層１４を貫通しており、底部６ａがバッファ層１３に達している。このような溝６は、たとえばエッチングを用いて形成することができる。
【００３３】
溝６の内側領域、半導体発光素子Ｅｄと素子間配線５との間の領域、および半導体発光素子Ｅｄの表面の一部には、絶縁膜７１が形成されている。絶縁膜７１は、たとえばＳｉＯ2からなり、可視光に対して透明とされている。
【００３４】
図２は、半導体発光素子アレイＡの概略図である。本図に示されるように、半導体発光素子アレイＡに搭載された複数の半導体発光素子Ｅｄは、２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２に分けられている。半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２のそれぞれに含まれる複数の半導体発光素子Ｅｄどうしは、上述した素子間配線５によって互いに直列に接続されている。半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２は、いずれも基板１に設けられた１対の端子１５に接続されている。一対の端子１５は、たとえば交流電源Ｐを半導体発光素子アレイＡに接続するためのものである。半導体発光素子群Ｇｅ１は、その順方向が図中左側の端子１５から図中右側の端子１５へと向かうように接続されている。一方、半導体発光素子群Ｇｅ２は、その順方向が図中右側の端子１５から図中左側の端子１５へと向かうように接続されている。このような接続形態とすることにより、交流電源Ｐから交流電圧が印加されると、半導体発光素子Ｇｅ１，Ｇｅ２が交互に発光することとなる。
【００３５】
図３は、半導体発光素子アレイＡを用いた照明用器具の一例を示している。同図に示された電球Ｂは、口金８１、ガラス球体８２、金属部材８３、および半導体発光素子アレイＡを具備して構成されている。
【００３６】
口金８１は、半導体発光素子アレイＡに電源供給するとともに、電球Ｂを支持するための部分であり、本発明で言う接続部の一例である。口金８１は、略円筒形状であり、らせん状の凸部が形成されている。このような形状とされることにより、口金８１は、たとえばＪＩＳ規格に定められるＥ１７口金、Ｅ２６口金に適合している。
【００３７】
ガラス球体８２は、ガラス製の殻体であり、半導体発光素子アレイＡからの光を透過させる部分である。必要に応じ、ガラス球体８２には、半導体発光素子アレイＡからの光の色調を調整するための着色が施されている。
【００３８】
金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡを口金８１に対して固定するためのものである。金属部材８３は、たとえばＣｕ製である。金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡの基板１に対して接合されている。本実施形態においては、金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡと口金８１とを電気的に接続する機能を有する。金属部材８３は、図２に示す１対の端子１５に対してたとえばワイヤ（図示略）によって接続されている。
【００３９】
電球Ｂにおいては、半導体発光素子アレイＡは、基板１の光出射面１ａが口金８１とは反対側にあるガラス球体８２の頂部を向く姿勢で搭載されている。これにより、光出射面１ａから出射された光が、ガラス球体８２の球状部分を透過し拡散していく。
【００４０】
次に、半導体発光素子アレイＡおよび電球Ｂの作用について説明する。
【００４１】
本実施形態によれば、半導体発光素子Ｅｄからの光は、基板１側に配置されたＳｉＣ色変換層１１において色変換される。この色変換において発生する熱は、比較的熱伝導性が良好であるＳｉＣからなる基板１へと伝達されやすい。また、半導体発光素子Ｅｄは、図４に示した従来技術による例と異なり、比較的厚肉な樹脂からなる蛍光体層によって覆われた構成とはなっていない。このため、半導体発光素子Ｅｄからの熱が上記蛍光体層などにこもってしまうおそれがない。したがって、半導体発光素子アレイＡは、発光によって生じる熱を適切に放熱することが可能であり、高輝度化を目的とした大電流化を図るのに適している。これに加えて、電球Ｂにおいては、基板１に金属部材８３が接合されている。これにより、半導体発光素子アレイＡに生じた熱を、基板１から金属部材８３へと伝達させることができる。これは、電球Ｂの大電流化および長寿命化に適している。
【００４２】
ドナーおよびアクセプタを含むＳｉＣ色変換層１１を用いて色変換することにより、半導体発光素子Ｅｄからの青色光を白色光に近い状態に変換可能である。この色変換は、たとえば従来の蛍光体を用いた色変換に比べてその変換効率が顕著に高い。したがって、半導体発光素子アレイＡを白色光を発光可能としつつ、その輝度を高めることができる。また、基板１を形成するＳｉＣは、紫外線を良好に吸収する。これにより、半導体発光素子Ｅｄから発せられた光のうち、紫外線を選択的に吸収し、可視光を適切に透過させることができる。したがって、半導体発光素子アレイＡは、紫外線が人体に影響を及ぼすことを抑制することが可能であり、たとえば電球Ｂに用いられるのに適している。
【００４３】
複数の半導体発光素子Ｅｄどうしは、溝６によって区画されている。この溝６は、その底部６ａがｎ−ＧａＮ層２よりも基板１寄りに配置されたものである。これにより、複数の半導体発光素子Ｅｄのｎ−ＧａＮ層２どうしが完全に区画されている。また、ｎ−ＧａＮ層２の下方にｐ−ＧａＮ層１４が設けられていることにより、ｎ−ＧａＮ層２とｐ−ＧａＮ層１４との間には、非常に高抵抗な境界面が形成されている。以上より、複数の半導体発光素子Ｅｄどうしが互いに不当に導通するおそれがなく、漏れ電流の発生を適切に抑制することができる。これは、半導体発光素子アレイＡの大電流化に有利である。
【００４４】
活性層３から図中上方へと向かった光は、透明とされた絶縁膜７１を透して素子間配線５によって下方へと反射される。素子間配線５は比較的反射率が高いため、反射による光の減衰を抑制することが可能である。これは、半導体発光素子アレイＡの高輝度化に適している。また、Ｎｉなどからなるｐ側電極４１は、ｐ−ＧａＮ層４と良好なオーミックコンタクトを形成することが可能である反面、ｐ−ＧａＮ層４との接合面が黒ずんでしまうことが多い。しかし、本実施形態においては、ｐ側電極４１を形成する領域を、ｐ−ＧａＮ層４の上面の一部に限定することにより、黒ずんだ接合面において光が吸収されてしまうことを抑制することが可能である。
【００４５】
活性層３と境界面１２ａとの距離ｔを上述した関係とすることにより、活性層３から発せられた波長λの光が距離ｔの区間において反射を繰り返すと、この光の輝度を増幅する効果が得られる。この輝度の増幅効果は、基板１の厚さ方向において得られるものであり、基板１の面内方向に進行する光に対しては、増幅効果は得られない。この結果、基板１の厚さ方向に進行する光が支配的となり、基板１の面内方向に進行する光は相対的に無視できる程度の輝度となる。したがって、光出射面１ａからの光を高輝度とするとともに、その他の部分から光が漏れることを抑制することができる。なお、距離ｔを波長λの１／２ｎの整数倍の値に対して±１０％の範囲内のものとしておけば、輝度増幅効果を適切に発揮させることができる。
【００４６】
複数の半導体発光素子Ｅｄを互いの順方向が逆である２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２とすることにより、交流電源Ｐからの交流電流によって半導体発光素子軍Ｇｅ１，Ｇｅ２を交互に発光させることができる。交流電源Ｐがたとえば５０Ｈｚまたｈ６０Ｈｚの周波数であると、肉眼には２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２が同時に発光しているように見える。したがって、半導体発光素子アレイＡは、家庭用電源からの電力供給によって広い領域を均一に照明することができる。また、電球Ｂは、Ｅ１７口金またはＥ２６口金に適合した口金８１を備えている。したがって、電球Ｂは、従来の白熱電球などの代替品として広く一般的に用いることができる。
【００４７】
本発明に係る半導体発光素子アレイおよび照明用器具は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光素子アレイおよび照明器具の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４８】
本発明で言うｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、および追加のｐ型半導体層は、ＧａＮを主成分とするものに限定されず、電子と正孔とを再結合させることにより適切に発光可能な材質によって形成すればよい。ＳｉＣを含む色変換層は、高い変換効率で白色光へと変換するとともに、紫外線を適切に吸収するのに適しているが、本発明に係る半導体発光素子アレイは、これ以外の色変換層を用いたり、色変換層を用いたりすることなく活性層からの光を直接出射させる構成としてもよい。複数の半導体発光素子を互いの順方向が異なる２つの半導体発光素子群とすれば、交流電流による発光が可能であるが、本発明はこれに限定されず、１つの半導体発光素子群を備えることにより、直流電源によって発光される構成としてよい。
【００４９】
本発明に係る照明用器具は、上述した電球に限定されず、たとえば、一般的な棒状の蛍光灯の代替品として使用可能な形態であってもよい。このような形態は、接続部などの形状を適宜変更することにより実現可能である。また、本発明に係る照明用器具は、従来の規格化された照明用器具の代替品として使用可能なものに限定されず、たとえば照明装置の全面を覆うほどのサイズとされた半導体発光素子アレイを用いた専用の照明用器具であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明に係る照明用器具の一例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体発光素子アレイの一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ 半導体発光素子アレイ
Ｂ 電球（照明用器具）
Ｅｄ 半導体発光素子
Ｇｅ１，Ｇｅ２ 半導体発光素子群
ｔ 距離
１ 基板
２ ｎ−ＧａＮ層（ｎ型半導体層）
３ 活性層
４ ｐ−ＧａＮ層（ｐ型半導体層）
５ 素子間配線
６ 溝
６ａ 底部
１ａ 光出射面
１１ ＳｉＣ色変換層
１２ ｎ−ＳｉＣ層
１３ バッファ層
１４ ｐ−ＧａＮ層（追加のｐ型半導体層）
１５ 端子
２１ ｎ側電極
４１ ｐ側電極
７１ 絶縁膜
８１ 口金（接続部）
８２ ガラス球体
８３ 金属部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤなど複数の半導体発光素子を有する半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の半導体発光素子アレイの一例を示している（たとえば、特許文献１参照）。同図に示された半導体発光素子アレイＸにおいては、基板９１上に複数の半導体発光素子Ｅｄが形成されている。半導体発光素子Ｅｄは、ｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、およびｐ−ＧａＮ層９４が積層された構造を有している。ｎ−ＧａＮ層９２から注入された電子とｐ−ＧａＮ層９４から注入された正孔とが活性層９３において再結合することによって青色光が発せられる。活性層９３からの青色光は、透明電極とされたｐ側電極９５を透過し、蛍光体層９６に入射する。蛍光体層９６には、蛍光体微粉末が含有されている。この蛍光体微粉末によって上記青色光の一部が黄色光に変換される。変換された黄色光と残りの青色光とが混色されることにより、蛍光体層９６の上面から白色に近い光が出射される。
【０００３】
しかしながら、半導体発光素子アレイの高輝度化を図ろうとすると、以下の問題点があった。
【０００４】
まず、蛍光体層９６は一般的に樹脂材料に上述した蛍光体微粉末が混入された構成とされている。この樹脂材料と、青色発光に適したＧａＮとは、互いの屈折率が大きく異なる。このため、ｐ−ＧａＮ層９４から蛍光体層９６へと青色光が進行する過程において、全反射されてしまう青色光の割合が大きい。このため、活性層９３によって発せられた光のうち蛍光体層９６から適切に出射される割合である出射効率が十分に高められなかった。
【０００５】
また、半導体発光素子Ｅｄから発光させるために電流を流すと、ｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、およびｐ−ＧａＮ層９４が発熱する。半導体発光素子Ｅｄは、樹脂を主成分とする蛍光体層９６によってその大部分を覆われているため、放熱されにくい構成となっている。さらに、蛍光体層９６によって青色光が色変換されると、この色変換においても熱が生じる。この熱は、蛍光体層９６にこもってしまうこととなる。半導体発光素子アレイＸに流す電流が大きくなるほどこれらの発熱量が大きくなる。したがって、半導体発光素子アレイＸの高輝度化を目的として大電流化を図るには、半導体発光素子アレイＸからの放熱をさらに促進する必要があった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−７９２０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化を図ることが可能な半導体発光素子アレイおよびこれを用いた照明用器具を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の側面によって提供される半導体発光素子は、それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子を備えた半導体発光素子アレイであって、上記複数の半導体発光素子は、ＳｉＣからなる基板上に形成されており、上記基板のうち上記複数の半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面が、光出射面とされていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、ＳｉＣは熱伝導率が高い材質であるため、上記基板を比較的熱伝導性が良好なものとすることができる。これにより、上記半導体発光素子から生じた熱を上記基板を介して放熱することが可能である。また、上記半導体発光素子とは反対側に位置する上記光出射面から光を出射する構成とすることにより、たとえば上記半導体発光素子を覆う樹脂製の色変換層を設ける必要が無い。以上より、上記半導体発光素子アレイは、発光時に生じる熱を適切に放熱させることが可能であり、高輝度化を目的とした大電流化を図ることができる。さらに、ＳｉＣは代表的な半導体材料であるＧａＮと屈折率が大きく異ならない。したがって、上記活性層からの光が上記基板によって全反射される割合を小さくすることができる。
【００１０】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板と上記複数の半導体発光素子との間には、ＳｉＣを含む色変換層が設けられている。このような構成によれば、上記色変換層を介して上記半導体発光素子からの熱を上記基板へと伝達することができる。また、たとえばドナーおよびアクセプタを含むＳｉＣを用いれば、上記半導体発光素子からの青色光を高い変換効率で白色光へと変換することができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各半導体発光素子は、上記基板側から順に上記ｎ型半導体層、上記活性層、および上記ｐ型半導体層が積層された構成とされており、上記複数の半導体発光素子のうち隣り合うものどうしは、その底部が上記ｎ型半導体層よりも上記基板側に位置するものとされた溝によって区画されている。このような構成によれば、上記複数の半導体発光素子どうしが不当に導通するおそれがない。したがって、上記半導体発光素子アレイの漏れ電流を抑制可能であり、上記半導体発光素子アレイの大電流化を図るのに適している。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記基板と上記ｎ型半導体層との間に追加のｐ型半導体層が介在している。このような構成によれば、上記ｎ型半導体層と上記追加のｐ型半導体層との間には、非常に高抵抗な境界面が形成される。これは、上記複数の半導体発光素子間の漏れ電流を抑制するのに有利である。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体発光素子どうしを導通させ、かつ上記基板の厚さ方向視において上記活性層の少なくとも一部を覆う金属製の素子間配線をさらに備える。このような構成によれば、上記活性層から向かってきた光を上記素子間配線によって上記基板に向けて適切に反射させることができる。これは、上記半導体発光素子アレイの高輝度化に有利である。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記活性層と上記基板との間に位置し、かつＳｉＣを含む層とＳｉＣとは屈折率が異なる層とが接している境界面を有しており、上記活性層と上記境界面との距離ｔが、上記活性層から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ型半導体層の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている。このような構成によれば、上記活性層と上記境界面との間において、上記活性層からの光を増幅させることが可能である。したがって、上記半導体発光素子アレイの高輝度化をさらに促進させることができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の半導体発光素子に対して電源供給するための１対の端子を備えており、上記複数の半導体発光素子は、いずれもが上記１対の端子間に直列に接続されており、かつ互いの順方向が逆である２組の半導体発光素子群を含んでいる。このような構成によれば、上記半導体発光素子アレイを交流電源によって発光させることができる。
【００１６】
本発明の第２の側面によって提供される照明用器具は、本発明の第１の側面によって提供される半導体発光素子アレイと、上記半導体発光素子アレイの上記基板に接しており、かつ上記半導体発光素子アレイを支持する金属部材と、外部電源から電源供給を受け、かつ機械的に保持されるための接続部と、を備えることを特徴としている。
【００１７】
このような構成によれば、上記金属部材を介して上記半導体発光素子アレイからの熱を適切に放熱することができる。また、上記照明用器具を従来の規格化された照明用器具の代替品として用いるのに適している。
【００１８】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２０】
図１および図２は、本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示している。本発明に係る半導体発光素子アレイＡは、基板１上に複数の半導体発光素子Ｅｄが形成された構造とされており、図１に示すように基板１から図中下方に向けて光が出射される構成とされている。本実施形態においては、半導体発光素子アレイＡは、その平面視寸法が０．４〜１．５ｍｍ角程度とされている。
【００２１】
基板１は、ＳｉＣからなる。これにより、基板１は、赤色光、緑色光、青色光、および白色光などの可視光を透過させる一方、紫外線を選択的に吸収するものとされている。本実施形態においては、基板１は、その厚さが２００μｍ程度とされている。基板１の図中下面は、光を出射させる光出射面１ａとなっている。光出射面１ａは、平滑な面とされている。また、光出射面１ａは、光の出射効率を高めるために好適な凹凸面としてもよい。基板１上には、ＳｉＣ色変換層１１、ｎ−ＳｉＣ層１２、バッファ層１３、およびｐ−ＧａＮ層１４が積層されている。
【００２２】
ＳｉＣ色変換層１１は、半導体発光素子Ｅｄからの青色光を白色光に変換させるための層である。ＳｉＣ色変換層１１は、ＳｉＣを主成分とし、これにドナーとアクセプタとが含まれている。ＳｉＣ色変換層１１において、ドナーは電子を生じさせるものであり、アクセプタは正孔を生じさせるものである。ＳｉＣ色変換層１１に青色光が照射されると、上記ドナーとアクセプタとの間で輻射再結合が生じる。この再結合によって白色光が発せられる。ＳｉＣ色変換層１１によって青色光を白色光に変換させるためには、上記ドナーとしてＮを用い、上記アクセプタとしてＢ，Ａｌを用いることが好ましい。これらのドナーおよびアクセプタの濃度としては、１．０×１０15〜１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度が好ましい。本実施形態においては、ＳｉＣ色変換層１１は、その厚さが２０〜２００μｍ程度とされている。
【００２３】
ｎ−ＳｉＣ層１２は、ＳｉＣにＮなどの元素がドープされることによりｎ型の半導体とされた層である。上述したドナーおよびアクセプタを含むことによってＳｉＣ色変換層１１の結晶性が悪化するが、ＳｉＣ色変換層１１よりも結晶性が良好であるｎ−ＳｉＣ１２を設けることにより結晶性の改善が図られる。本実施形態においては、ｎ−ＳｉＣ層１２は、その厚さが２〜４μｍ程度とされている。
【００２４】
バッファ層１３は、たとえばＡｌＧａＮからなり、ＳｉＣとＧａＮとの格子歪を緩和するためのものである。バッファ層１３を設けることにより、ＳｉＣからなるｎ−ＳｉＣ層１２上に主成分がＧａＮであるｐ−ＧａＮ層１４、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を安定して形成することができる。本実施形態においては、バッファ層１３は、その厚さが２０〜２００ｎｍ程度とされている。
【００２５】
バッファ層１３を形成するＡｌＧａＮの屈折率は２．５程度であり、ｎ−ＳｉＣ層１２を形成するＳｉＣの屈折率は２．６程度である。互いの屈折率が異なるｎ−ＳｉＣ層１２とＡｌＧａＮ層１３との境界面１２ａは、同材質からなる層どうしの境界面と比較して光を反射させやすい面となっている。境界面１２ａと活性層３との距離ｔは、活性層３から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ−ＧａＮ層２の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている。本実施形態においては、波長λは４６０ｎｍ程度であり、距離ｔは０．９２〜１．８４μｍ程度である。
【００２６】
ｐ−ＧａＮ層１４は、ＧａＮにたとえばＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言う追加のｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｐ−ＧａＮ層１４は、その厚さが３００ｎｍ程度とされている。ｐ−ＧａＮ層１４上には、複数の半導体発光素子Ｅｄが配置されている。
【００２７】
半導体発光素子Ｅｄは、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を具備して構成されている。本実施形態においては、５〜５０個程度の半導体発光素子Ｅｄがマトリクス状に配置されている。
【００２８】
ｎ−ＧａＮ層２は、ＧａＮにたとえばＳｉがドープされたｎ型半導体からなり、本発明で言うｎ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｎ−Ｇａｎ層２は、その厚さが０．６〜１．３４μｍ程度の厚肉部分と、その厚さが０．３〜０．６７μｍ程度の薄肉部分とを有している。この薄肉部分には、ｎ側電極２１が形成されている。ｎ側電極２１は、たとえばＴｉおよびＡｌが積層されたものである。
【００２９】
活性層３は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ（重量子井戸：Multiple Quantum Well）構造とされた層であり、電子と正孔とが再結合することにより発せられる光を増幅させるための層である。活性層３は、たとえば複数のＩｎＧａＮ層と複数のＧａＮ層とが交互に積層されている。上記ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比がたとえば１７％程度とされることにより、ｎ−ＧａＮ層２よりもバンドギャップが小とされており、活性層３の井戸層を構成している。上記ＧａＮ層は、活性層３のバリア層を形成している。本実施形態においては、活性層３は、厚さが１．５〜４．０ｎｍ程度のＩｎＧａＮ層と厚さが６〜２０ｎｍ程度のＧａＮ層とが積層されており、その全体的な厚さが１００ｎｍ程度とされている。なお、ｎ−ＧａＮ層２と活性層３との間には、格子歪を緩和することを目的として、ＩｎＧａＮおよびＧａＮが一原子毎に交互に積層された超格子層を形成してもよい。
【００３０】
ｐ−ＧａＮ層４は、ＧａＮにたとえばＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言うｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｐ−ＧａＮ層４は、その厚さが５０〜２００ｎｍ程度とされている。ｐ−ＧａＮ層４には、ｐ側電極４１が形成されている。ｐ側電極４１は、たとえばＮｉからなり、ｐ−ＧａＮ層４の図中上面右側部分を覆っている。なお、活性層３とｐ−ＧａＮ層４との間には、ＧａＮ層またはＩｎの組成が０．１％程度のＩｎＧａＮ層を形成してもよい。
【００３１】
ｐ側電極４１と、このｐ側電極４１が形成された半導体発光素子Ｅｄと隣り合う半導体発光素子Ｅｄのｎ側電極２１とは、素子間配線５によって接続されている。素子間配線５は、たとえばＡｌまたはＰｔからなり、比較的反射率が高いものとされている。素子間配線５は、半導体発光素子Ｅｄの上面右寄りに形成されたｐ側電極４１と、この半導体発光素子Ｅｄの左側に位置する半導体発光素子Ｅｄのｎ側電極２１との間を跨ぐように形成されている。これにより、ｐ−ＧａＮ層４のうちｐ側電極４１によって覆われていない部分は、素子間配線５によって覆われている。図示された３つの半導体発光素子Ｅｄは、素子間配線５により互いに直列に接続されている。
【００３２】
隣り合う半導体発光素子Ｅｄどうしの間には、溝６が形成されている。溝６は、隣り合う半導体発光素子Ｅｄどうしを電気的に区画するためのものである。溝６は、その底部６ａがｎ−ＧａＮ層２よりも基板１寄りに位置する深さとされている。本実施形態においては、溝６は、ｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層１４を貫通しており、底部６ａがバッファ層１３に達している。このような溝６は、たとえばエッチングを用いて形成することができる。
【００３３】
溝６の内側領域、半導体発光素子Ｅｄと素子間配線５との間の領域、および半導体発光素子Ｅｄの表面の一部には、絶縁膜７１が形成されている。絶縁膜７１は、たとえばＳｉＯ2からなり、可視光に対して透明とされている。
【００３４】
図２は、半導体発光素子アレイＡの概略図である。本図に示されるように、半導体発光素子アレイＡに搭載された複数の半導体発光素子Ｅｄは、２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２に分けられている。半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２のそれぞれに含まれる複数の半導体発光素子Ｅｄどうしは、上述した素子間配線５によって互いに直列に接続されている。半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２は、いずれも基板１に設けられた１対の端子１５に接続されている。一対の端子１５は、たとえば交流電源Ｐを半導体発光素子アレイＡに接続するためのものである。半導体発光素子群Ｇｅ１は、その順方向が図中左側の端子１５から図中右側の端子１５へと向かうように接続されている。一方、半導体発光素子群Ｇｅ２は、その順方向が図中右側の端子１５から図中左側の端子１５へと向かうように接続されている。このような接続形態とすることにより、交流電源Ｐから交流電圧が印加されると、半導体発光素子Ｇｅ１，Ｇｅ２が交互に発光することとなる。
【００３５】
図３は、半導体発光素子アレイＡを用いた照明用器具の一例を示している。同図に示された電球Ｂは、口金８１、ガラス球体８２、金属部材８３、および半導体発光素子アレイＡを具備して構成されている。
【００３６】
口金８１は、半導体発光素子アレイＡに電源供給するとともに、電球Ｂを支持するための部分であり、本発明で言う接続部の一例である。口金８１は、略円筒形状であり、らせん状の凸部が形成されている。このような形状とされることにより、口金８１は、たとえばＪＩＳ規格に定められるＥ１７口金、Ｅ２６口金に適合している。
【００３７】
ガラス球体８２は、ガラス製の殻体であり、半導体発光素子アレイＡからの光を透過させる部分である。必要に応じ、ガラス球体８２には、半導体発光素子アレイＡからの光の色調を調整するための着色が施されている。
【００３８】
金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡを口金８１に対して固定するためのものである。金属部材８３は、たとえばＣｕ製である。金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡの基板１に対して接合されている。本実施形態においては、金属部材８３は、半導体発光素子アレイＡと口金８１とを電気的に接続する機能を有する。金属部材８３は、図２に示す１対の端子１５に対してたとえばワイヤ（図示略）によって接続されている。
【００３９】
電球Ｂにおいては、半導体発光素子アレイＡは、基板１の光出射面１ａが口金８１とは反対側にあるガラス球体８２の頂部を向く姿勢で搭載されている。これにより、光出射面１ａから出射された光が、ガラス球体８２の球状部分を透過し拡散していく。
【００４０】
次に、半導体発光素子アレイＡおよび電球Ｂの作用について説明する。
【００４１】
本実施形態によれば、半導体発光素子Ｅｄからの光は、基板１側に配置されたＳｉＣ色変換層１１において色変換される。この色変換において発生する熱は、比較的熱伝導性が良好であるＳｉＣからなる基板１へと伝達されやすい。また、半導体発光素子Ｅｄは、図４に示した従来技術による例と異なり、比較的厚肉な樹脂からなる蛍光体層によって覆われた構成とはなっていない。このため、半導体発光素子Ｅｄからの熱が上記蛍光体層などにこもってしまうおそれがない。したがって、半導体発光素子アレイＡは、発光によって生じる熱を適切に放熱することが可能であり、高輝度化を目的とした大電流化を図るのに適している。これに加えて、電球Ｂにおいては、基板１に金属部材８３が接合されている。これにより、半導体発光素子アレイＡに生じた熱を、基板１から金属部材８３へと伝達させることができる。これは、電球Ｂの大電流化および長寿命化に適している。
【００４２】
ドナーおよびアクセプタを含むＳｉＣ色変換層１１を用いて色変換することにより、半導体発光素子Ｅｄからの青色光を白色光に近い状態に変換可能である。この色変換は、たとえば従来の蛍光体を用いた色変換に比べてその変換効率が顕著に高い。したがって、半導体発光素子アレイＡを白色光を発光可能としつつ、その輝度を高めることができる。また、基板１を形成するＳｉＣは、紫外線を良好に吸収する。これにより、半導体発光素子Ｅｄから発せられた光のうち、紫外線を選択的に吸収し、可視光を適切に透過させることができる。したがって、半導体発光素子アレイＡは、紫外線が人体に影響を及ぼすことを抑制することが可能であり、たとえば電球Ｂに用いられるのに適している。
【００４３】
複数の半導体発光素子Ｅｄどうしは、溝６によって区画されている。この溝６は、その底部６ａがｎ−ＧａＮ層２よりも基板１寄りに配置されたものである。これにより、複数の半導体発光素子Ｅｄのｎ−ＧａＮ層２どうしが完全に区画されている。また、ｎ−ＧａＮ層２の下方にｐ−ＧａＮ層１４が設けられていることにより、ｎ−ＧａＮ層２とｐ−ＧａＮ層１４との間には、非常に高抵抗な境界面が形成されている。以上より、複数の半導体発光素子Ｅｄどうしが互いに不当に導通するおそれがなく、漏れ電流の発生を適切に抑制することができる。これは、半導体発光素子アレイＡの大電流化に有利である。
【００４４】
活性層３から図中上方へと向かった光は、透明とされた絶縁膜７１を透して素子間配線５によって下方へと反射される。素子間配線５は比較的反射率が高いため、反射による光の減衰を抑制することが可能である。これは、半導体発光素子アレイＡの高輝度化に適している。また、Ｎｉなどからなるｐ側電極４１は、ｐ−ＧａＮ層４と良好なオーミックコンタクトを形成することが可能である反面、ｐ−ＧａＮ層４との接合面が黒ずんでしまうことが多い。しかし、本実施形態においては、ｐ側電極４１を形成する領域を、ｐ−ＧａＮ層４の上面の一部に限定することにより、黒ずんだ接合面において光が吸収されてしまうことを抑制することが可能である。
【００４５】
活性層３と境界面１２ａとの距離ｔを上述した関係とすることにより、活性層３から発せられた波長λの光が距離ｔの区間において反射を繰り返すと、この光の輝度を増幅する効果が得られる。この輝度の増幅効果は、基板１の厚さ方向において得られるものであり、基板１の面内方向に進行する光に対しては、増幅効果は得られない。この結果、基板１の厚さ方向に進行する光が支配的となり、基板１の面内方向に進行する光は相対的に無視できる程度の輝度となる。したがって、光出射面１ａからの光を高輝度とするとともに、その他の部分から光が漏れることを抑制することができる。なお、距離ｔを波長λの１／２ｎの整数倍の値に対して±１０％の範囲内のものとしておけば、輝度増幅効果を適切に発揮させることができる。
【００４６】
複数の半導体発光素子Ｅｄを互いの順方向が逆である２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２とすることにより、交流電源Ｐからの交流電流によって半導体発光素子軍Ｇｅ１，Ｇｅ２を交互に発光させることができる。交流電源Ｐがたとえば５０Ｈｚまたｈ６０Ｈｚの周波数であると、肉眼には２つの半導体発光素子群Ｇｅ１，Ｇｅ２が同時に発光しているように見える。したがって、半導体発光素子アレイＡは、家庭用電源からの電力供給によって広い領域を均一に照明することができる。また、電球Ｂは、Ｅ１７口金またはＥ２６口金に適合した口金８１を備えている。したがって、電球Ｂは、従来の白熱電球などの代替品として広く一般的に用いることができる。
【００４７】
本発明に係る半導体発光素子アレイおよび照明用器具は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光素子アレイおよび照明器具の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【００４８】
本発明で言うｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層、および追加のｐ型半導体層は、ＧａＮを主成分とするものに限定されず、電子と正孔とを再結合させることにより適切に発光可能な材質によって形成すればよい。ＳｉＣを含む色変換層は、高い変換効率で白色光へと変換するとともに、紫外線を適切に吸収するのに適しているが、本発明に係る半導体発光素子アレイは、これ以外の色変換層を用いたり、色変換層を用いたりすることなく活性層からの光を直接出射させる構成としてもよい。複数の半導体発光素子を互いの順方向が異なる２つの半導体発光素子群とすれば、交流電流による発光が可能であるが、本発明はこれに限定されず、１つの半導体発光素子群を備えることにより、直流電源によって発光される構成としてよい。
【００４９】
本発明に係る照明用器具は、上述した電球に限定されず、たとえば、一般的な棒状の蛍光灯の代替品として使用可能な形態であってもよい。このような形態は、接続部などの形状を適宜変更することにより実現可能である。また、本発明に係る照明用器具は、従来の規格化された照明用器具の代替品として使用可能なものに限定されず、たとえば照明装置の全面を覆うほどのサイズとされた半導体発光素子アレイを用いた専用の照明用器具であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す要部断面図である。
【図２】本発明に係る半導体発光素子アレイの一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明に係る照明用器具の一例を示す断面図である。
【図４】従来の半導体発光素子アレイの一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
Ａ 半導体発光素子アレイ
Ｂ 電球（照明用器具）
Ｅｄ 半導体発光素子
Ｇｅ１，Ｇｅ２ 半導体発光素子群
ｔ 距離
１ 基板
２ ｎ−ＧａＮ層（ｎ型半導体層）
３ 活性層
４ ｐ−ＧａＮ層（ｐ型半導体層）
５ 素子間配線
６ 溝
６ａ 底部
１ａ 光出射面
１１ ＳｉＣ色変換層
１２ ｎ−ＳｉＣ層
１３ バッファ層
１４ ｐ−ＧａＮ層（追加のｐ型半導体層）
１５ 端子
２１ ｎ側電極
４１ ｐ側電極
７１ 絶縁膜
８１ 口金（接続部）
８２ ガラス球体
８３ 金属部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子を備えた半導体発光素子アレイであって、
上記複数の半導体発光素子は、ＳｉＣからなる基板上に形成されており、
上記基板のうち上記複数の半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面が、光出射面とされていることを特徴とする、半導体発光素子アレイ。
【請求項２】
上記基板と上記複数の半導体発光素子との間には、ＳｉＣを含む色変換層が設けられている、請求項１に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項３】
上記各半導体発光素子は、上記基板側から順に上記ｎ型半導体層、上記活性層、および上記ｐ型半導体層が積層された構成とされており、
上記複数の半導体発光素子のうち隣り合うものどうしは、その底部が上記ｎ型半導体層よりも上記基板側に位置するものとされた溝によって区画されている、請求項１または２に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項４】
上記基板と上記ｎ型半導体層との間に追加のｐ型半導体層が介在している、請求項３に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項５】
上記複数の半導体発光素子どうしを導通させ、かつ上記基板の厚さ方向視において上記活性層の少なくとも一部を覆う金属製の素子間配線をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項６】
上記活性層と上記基板との間に位置し、かつＳｉＣを含む層とＳｉＣとは屈折率が異なる層とが接している境界面を有しており、
上記活性層と上記境界面との距離ｔが、上記活性層から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ型半導体層の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項７】
上記複数の半導体発光素子に対して電源供給するための１対の端子を備えており、
上記複数の半導体発光素子は、いずれもが上記１対の端子間に直列に接続されており、かつ互いの順方向が逆である２組の半導体発光素子群を含んでいる、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体発光素子アレイと、
上記半導体発光素子アレイの上記基板に接しており、かつ上記半導体発光素子アレイを支持する金属部材と、
外部電源から電源供給を受け、かつ機械的に保持されるための接続部と、
を備えることを特徴とする、照明用器具。
【請求項１】
それぞれがｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層を有する複数の半導体発光素子を備えた半導体発光素子アレイであって、
上記複数の半導体発光素子は、ＳｉＣからなる基板上に形成されており、
上記基板のうち上記複数の半導体発光素子が搭載された面とは反対側の面が、光出射面とされていることを特徴とする、半導体発光素子アレイ。
【請求項２】
上記基板と上記複数の半導体発光素子との間には、ＳｉＣを含む色変換層が設けられている、請求項１に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項３】
上記各半導体発光素子は、上記基板側から順に上記ｎ型半導体層、上記活性層、および上記ｐ型半導体層が積層された構成とされており、
上記複数の半導体発光素子のうち隣り合うものどうしは、その底部が上記ｎ型半導体層よりも上記基板側に位置するものとされた溝によって区画されている、請求項１または２に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項４】
上記基板と上記ｎ型半導体層との間に追加のｐ型半導体層が介在している、請求項３に記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項５】
上記複数の半導体発光素子どうしを導通させ、かつ上記基板の厚さ方向視において上記活性層の少なくとも一部を覆う金属製の素子間配線をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項６】
上記活性層と上記基板との間に位置し、かつＳｉＣを含む層とＳｉＣとは屈折率が異なる層とが接している境界面を有しており、
上記活性層と上記境界面との距離ｔが、上記活性層から発せられる光の波長をλとした場合に、ｔ＝ａ×λ／２ｎ×（１±ｘ）（ただし、ａは整数、ｎはｎ型半導体層の屈折率、ｘ≦１０％）を満たすものとされている、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項７】
上記複数の半導体発光素子に対して電源供給するための１対の端子を備えており、
上記複数の半導体発光素子は、いずれもが上記１対の端子間に直列に接続されており、かつ互いの順方向が逆である２組の半導体発光素子群を含んでいる、請求項１ないし６のいずれかに記載の半導体発光素子アレイ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の半導体発光素子アレイと、
上記半導体発光素子アレイの上記基板に接しており、かつ上記半導体発光素子アレイを支持する金属部材と、
外部電源から電源供給を受け、かつ機械的に保持されるための接続部と、
を備えることを特徴とする、照明用器具。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−３０５７０８（Ｐ２００７−３０５７０８Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３１２００（Ｐ２００６−１３１２００）
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【Ｆターム（参考）】
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