CN100459192C - 白色发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使在大电流区亮度也不劣化、发光效率高的白色发光元件和能够以制造该发光元件的制造方法。白色LED元件(1)由蓝色LED元件(4)和与其一体化的含有荧光体的氧化物层(8)构成。蓝色LED元件(4)，在透光性结晶基板(3)的表面上，在叠层有GaN系化合物半导体薄膜的外延层(6)的p型层的表面上形成p侧电极(11)，并部分选择性蚀刻p型层和发光层，在露出n型层的凹部9的底面上形成n侧电极(10)。氧化物层(8)是将YAG荧光体和用于使其结合的以SiO2、B2O3、PbO为主成分的玻璃粘合剂烧结而成。该白色LED元件来自蓝色LED元件的蓝色光通过氧化物层(8)，向外部发出白色光。

Description

白色发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发出白色光的白色发光元件及其制造方法，特别是涉及一种结构为包括叠层有GaN系化合物半导体薄膜层的发光层、从发光层经由荧光体层向外部发出白色光的白色发光元件(白色LED元件)及其制造方法。
背景技术
近年来，使Ga(镓)、Al(铝)、In(铟)等IIIA族元素化合的GaN、GaAlN、InGaN、InAlGaN等氮化镓系(GaN系)化合物半导体多被用于可见光发光设备等的半导体材料。特别是在蓝色LED领域的发展一直在持续进行。作为利用这种现有技术的LED的发光装置的一个示例，其详细的基本结构例如通过在蓝宝石基板上从GaN系化合物半导体层叠层缓冲层、n型层、例如由SQW或MQW等构成的活性层、p型层而形成(例如参见专利文献1的图12)。
在这种情况下，作为内藏有保护用二极管的白色发光元件，已知例如如图4所示的混成(hybrid)结构的白色发光元件100。在这种结构中，来自发出蓝色光的发光元件(蓝光LED元件)40的光和经由用该光发出补色光的荧光体层43的光混合，向外部发出白色光。而且，在这种情况下，作为用于使半导体膜成长的透光性结晶基板39，一般采用绝缘性的蓝宝石基板，使得从该蓝色LED元件40取出电极(能够导通)，在Si基板构成的基材(submount)部件(齐纳二极管(zenerdiode))44上，以倒装片(flip chip)方式进行安装。因此，其制造方法使用例如图5所示的方法(例如参见专利文献1和2)。
专利文献1：日本特开2001-15817号公报
专利文献2：日本特开2002-158377号公报
发明内容
可是，在例如采用如图4所示的蓝色LED元件40的现有的混成白色发光元件100的情况下，在齐纳二极管的基材元件44上，从倒装片安装的蓝色LED元件40的蓝宝石基板39一侧取出蓝色光，在蓝色LED元件40的周围，用将树脂作为粘合剂涂布的YAG荧光体43，将蓝色光变换为其补色的黄绿色光，在这些光的相加混合作用下，以白色光向外部取出。在这种情况下，从蓝色LED元件40的光取出效率在这种结构下最高，是一种良好的结构。其理由有以下四个方面：
其一，由于在作为主光取出面的蓝宝石基板39的上面没有妨碍光取出的电极等障碍物，因此，与从电极形成面一侧经由透明电极取出光类型的发光元件相比，光取出效率提高30％以上。
其二，由于电极位于作为主光取出面的蓝宝石基板39上面的相反一侧的下面，通过对电极使用反射率好的材料，使其作为光的反射镜发挥作用，可以使向下方的光利用该反射镜(反射电极)向上方反射，由此，光取出效率提高50％以上。
第三，在折射率上，GaN系发光层为2.1、蓝宝石基板为1.7、荧光体层粘合剂树脂为1.5，逐渐缩小，能够增加抑制在该界面上的光损失。
第四，可将作为蓝宝石基板39的主光取出面的上面粗磨成磨砂玻璃状或加工成槽加工等光取出效率优异的形状，由此，光取出效率提高20％以上。
除上述效果以外，最大的优点在于，对于不耐静电的蓝色LED元件40，作为基材的齐纳二极管44发挥着静电保护元件的作用，可对于正向及逆向的1kV冲击(surge)，保护静电弱的蓝色LED元件40。
这样，图4的倒装片安装的混成白色发光元件100与从透明电极一侧取出光的结构的蓝色LED元件相比，虽然结构上复杂一些，但由于具有很多优点，对于室温下使用的便携式电话的显示部分中使用的背光(back light)光源等在低电流(通常大小，即相对于具有0.3mm2的底面积的蓝色LED元件，If≤20mA)区域使用的用途而言，是一种结构优异的发光元件。
但是，在照明用等大电流且高亮度的用途下，这种结构会产生很多问题。这是因为由于电流大，在蓝色LED元件中产生的热变得极大，用于涂布荧光体的粘合剂是树脂，所以即便采取了良好的放热设计，也不可避免粘合剂树脂的变色，从而导致发光效率极端劣化。例如，蓝色LED元件40的芯片尺寸为0.3mm×0.3mm×0.1mm(厚度)，粘合剂使用环氧树脂的情况下，在便携式电话中使用的侧面发光型(sideview type)的芯片LED(在与安装面平行的方向上发光的面安装芯片型LED)中，在环境温度Ta为85℃、流过If＝20mA的电流时，通电时间1000小时，亮度(全光束)降低到初期亮度的50％左右。其原因并不是蓝色LED元件的劣化，而是用于荧光体层粘合剂的环氧树脂因热而变色，透过率减少所致。而且，即便在使用耐热变色的硅树脂作为粘合剂的情况下，如果在相同的环境温度下通电，通电时间2000小时，亮度仍然会劣化50％左右。
如果变为照明用的大电流区域，由于蓝色LED元件自身的发热，较上述环境温度会更加严重，因此，必须对荧光体层的粘合剂进行树脂改善，或者需要树脂以外的粘合剂。另外，在紫外LED元件的情况下，由于更容易变色，成为一个重要的问题，需要对紫外光不变色的粘合剂。
另外，在如图5所示的制造方法(详细参见专利文献1)中，首先，准备以蓝宝石作为基板39的蓝色LED元件40的各单体，在作为基材元件44的Si晶片42上，形成用于连接各蓝色LED元件40的p侧电极和n侧电极的凸出(bump)电极41(工序(a))，使蓝色LED元件40的p侧电极和n侧电极的位置与凸出电极41的位置对合，通过凸出以倒装片安装进行接合(工序(b))，用磨削具50磨削上面(蓝宝石基板39一侧)，使其平坦(均匀)(工序(c))，在其上面和侧面涂布荧光体材料(荧光体糊剂)，形成具有荧光体层43的多个混成白色发光元件(工序(d))。
然后，用磨削具51磨削上述多个混成白色发光元件的上面、即荧光体层43，使其均匀为能够获得目的色度的厚度(工序(e))，使用切割具(切块机，dicer)52切断(dicing)各混成白色发光元件的边界，得到独立的混成白色发光元件以后(工序(f))，最后进行检查。在上述现有的制造方法中，存在工艺上、使合格率不佳的以下三方面的问题。
其一，在作为基材元件44的Si晶片42上倒装片安装蓝色LED元件40的工序(b)以后，在实施磨削蓝色LED元件40的蓝宝石基板39的工序(c)时，由于磨削工具50的锋利程度的劣化，凸出电极的接合部受到研磨时的应力，存在接合部产生裂纹的可能性。在这种情况下，如果在后面的检查工序中由于其静态特性异常而被除去，就会导致合格率降低；如果没有被检测出来，则伴随着市场上不合格品的产生，在可靠性上这种工艺包含极其重大的缺陷因素。
其二，在涂布荧光体糊剂、形成荧光体层43的工序(d)中，荧光体层43必须涂布在蓝色LED元件40的上面和侧面，但在蓝色LED元件40被倒装片安装后的基材元件44的近侧，存在有引线接合垫(wirebonding pad)区域，所以涂布时需要高精度的图案识别，如果在此产生误差，在引线接合垫的位置上涂布荧光体糊剂，此时，除去荧光体层43的重复(リトライ)是非常困难的，产生1片Si晶片批量脱落(口ツトアウト)的重大的合格率下降。
第三，即便仅仅是准备好蓝色LED元件40的各单体以后的后工序，也必需上述复杂且费时的工序，并且这种繁杂也是妨碍合格率提高的一个原因。
因此，本发明的目的是解决包括该制造方法中的问题点、混成白色发光元件的问题点，提供一种白色发光元件和能够以高合格率制造该发光元件的制造方法。该白色发光元件不限于使用蓝色LED的白色发光元件，也包括使用紫外LED的情况，即使在大电流区域，亮度也不劣化、发光效率高。
本发明的发明方面1的白色发光元件包括由GaN系化合物半导体层构成的发光层，其特征在于：在一个侧面上具有n侧电极和p侧电极，在n侧电极上叠层有n型GaN系化合物半导体层，并在p侧电极上叠层有包含发光层的GaN系化合物半导体层，在上述GaN系化合物半导体层上具有透光性结晶基板，在其上形成有含有荧光体的氧化物层。
本发明的白色发光元件与现有的混成结构100在以下2点上存在不同。即，第一，在蓝色LED元件上涂布的荧光体不是以因热变色的有机树脂作为粘合剂，而是采用对热、紫外光均不呈现强变色的无机氧化物形成。另外，第二，虽然依赖于该制造方法，但在制造白色发光元件的情况下，在混成结构100中，基材元件用作为荧光体糊剂的托盘，因此是不可或缺的，而在本发明的结构中，不用基材元件而形成白色发光元件。
利用这种结构，通电引起的蓝色LED元件产生的热和由紫外LED元件产生的紫外光，荧光体粘合剂均不会因此而变色，即使是在大电流区域通电，也几乎不会由于粘合剂变色导致亮度劣化，白色发光元件的可靠性得以大幅度改善。
进一步，该结构在形成含有荧光体的氧化物层的制造方法之处详细说明，由于对于白色化不需要基材元件，因此结构简单，在制造方法上也可以解决上述问题。并且，由于不采用基材元件，形成蓝色LED元件或紫外LED元件与荧光体层一体化的白色发光元件，在尺寸上也可比现有混成结构100的发光元件更加小型化，如果使用该白色发光元件，能够不被包装(package)形状所限制而进行白色发光装置的设计。另外，需要保护二极管时，可以通过与白色发光元件以反极性排列连接，进行内藏。
此外，发明方面2的白色发光元件，其特征在于：上述含有荧光体的氧化物层利用以SiO2和B2O3为主成分的玻璃，以SiO2、B2O3和ZnO为主成分的玻璃，或以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃接合上述荧光体。通过使用这些成分的玻璃，可以在透光性结晶基板上形成含有荧光体的氧化物层。即，在形成以玻璃作为粘合剂的氧化物层时，如果其热膨胀系数与透光性结晶基板的热膨胀系数不设定为大致相等，就会产生裂纹而导致剥离。具体而言，需要使两者的热膨胀率的差值在5％以内。进一步，玻璃所要求的特性为光透过率好、并且将玻璃烧制温度(玻璃粉末时为其软化点，溶胶凝胶法时为热处理温度)设定为对蓝色LED的发光层不会带来不好影响的700℃以下的温度，优选为600℃以下。
例如，透光性结晶基板为蓝宝石基板时，蓝宝石的热膨胀系数为7.4×10-6/℃，可以与其大致相等、而且光透过性良好、烧制温度为700℃以下的粉末玻璃成分为以SiO2和B2O3为主成分的玻璃粉末，为了降低烧制温度，可以使用以SiO2、B2O3和ZnO为主成分的玻璃粉末，或者以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃粉末。此外，当透光性结晶基板为SiC基板时，热膨胀系数为3.7×10-6/℃，虽然使用以SiO2和B2O3为主成分的玻璃粉末热膨胀率大致相等、且透光性良好，但由于玻璃粉末的烧制温度在700℃以上，必须考虑缩短烧制时间等对蓝色LED的发光层的影响。另外，在以SiO2和B2O3为主成分的玻璃的情况下，可以利用溶胶凝胶法形成，只要是用溶胶凝胶法形成、进行热处理的方法，均可以利用600℃以下的热处理形成。
此外，发明方面3的白色发光元件，其特征在于：上述含有荧光体的氧化物层由用玻璃交联荧光体粒子的多孔质层构成。如果在玻璃粉末成分中加入PbO成分，烧制后的玻璃的透光性有时会恶化，在这种情况下，将玻璃粉体和荧光体的混合比例改变为富荧光体(增大荧光体的浓度)，使含有荧光体的氧化物层尽量变薄。结果，形成荧光体粒子被少量玻璃粘结剂交联的多孔质结构，能够尽量缩小交联玻璃对光透过率的影响。
此外，发明方面4的白色发光元件，其特征在于：上述发光层以发出蓝色光的方式形成，上述荧光体由将蓝色光变换为蓝色光的补色光的荧光体或者将蓝色光变换为其它波长的光(绿色光和红色光)的荧光体构成。如果上述氧化物层中含有将蓝色光变换为蓝色光的补色光的荧光体，与蓝色光相加混合，就会成为白色光发光元件。另外，即使使上述氧化物层中含有将蓝色光变换为绿色光的荧光体和将蓝色光变换为红色光的荧光体，通过光的三原色(蓝色LED元件的蓝色光、由荧光体变换的绿色光和红色光)的相加混合，也会形成白色发光元件。
发明方面5的白色发光元件，其特征在于：上述发光层以发出紫外光的方式形成，上述荧光体由将紫外光变换为蓝色光、绿色光和红色光的荧光体构成。使上述氧化物层中含有将紫外光变换为蓝色光的荧光体、将紫外光变换为绿色光的荧光体和将紫外光变换为红色光的荧光体，利用光的三原色的相加混合，也可以形成白色发光元件。
另外，发明方面6的白色发光元件，其特征在于：将发明方面1～5中所述的白色发光元件作为单体发光元件，将该单体发光元件排列成矩阵状，并将其作为块组(block)单位。由此，通过形成块组发光元件，对于照明等需要大亮度的用途而言，该构成容易采用。例如，仅增大发光元件的面积时，由于在发光元件的各部分具有VF(正向电压)的差异，电流难以在各部分均匀流动，而进行块组化后，如果将各单体发光元件串联连接，各单体发光元件中由于流过相同的电流，成为各部分能够流过均匀电流的结构。而且，由于不需要分割为各单体发光元件，工序也得以减少。
此外，本发明的发明方面7的制造方法为白色发光元件的制造方法，该发光元件为包括由GaN系化合物半导体层构成的发光层的发光元件的单体发光元件或块组发光元件，其特征在于，包括：准备晶片的准备工序，该晶片在透光性结晶基板上，用外延气相生长法叠层由包括发出蓝色光或紫外光的发光层的GaN系化合物半导体层构成的外延层，形成发光二极管结构；氧化物形成工序，在上述晶片的上述透光性结晶基板一侧，形成含有荧光体的氧化物层；电极形成工序，在上述外延层一侧形成p侧电极和n侧电极；和芯片化工序，沿着上述外延层的至少一侧电连接而形成发光二极管的单体发光元件或以上述外延层电分离而形成的多个发光二极管作为块组的块组发光元件的边界，进行分割。
在该制造方法中，首先，准备在蓝宝石等透光性结晶基板上，利用有机金属气相生长法(MOCVD法)等外延气相生长法，形成上述外延层(含有发出蓝色光或紫外光的发光层的GaN系化合物半导体层的叠层结构)的外延生长结束的LED晶片(准备工序)。在该晶片的上述透光性结晶基板上形成上述含有荧光体的氧化物层，例如形成由荧光体和用于使其结合的以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃粘合剂构成的氧化物层(氧化物形成工序)。其厚度取决于荧光体的浓度，为数十μm左右。然后，用平面磨削机(研磨机)磨削(研磨)平整，使得形成的氧化物层的上面与相反一侧的上述外延层的下面平行。
然后，在与上述氧化物层和相反一侧的上述外延层一侧的面上，形成p侧电极和n侧电极(电极形成工序)。在这种情况下，在上述外延层的露出面上(夹着发光层的p型层一侧的面上)形成p侧电极，进一步再用图案蚀刻(选择蚀刻)除去p型层和发光层，使n型层露出，在其面上形成n侧电极。P侧电极兼具光反射镜的功能(反射电极)，因此使用光反射率高、能够得到电阻性的电极材料是很重要的。然后，在晶片的状态下，使电流流过电极，使其发光，将含有荧光体的氧化物层的厚度磨削为合适的厚度，使得发出适当的发光色(色度)(色度调整工序)。接着，用切块机等沿上述单体发光元件或上述块组发光元件的边界进行分割，形成芯片化的LED元件(芯片化工序)。此时，可以将芯片的外形形状加工成光取出效率好的形状。例如可以制成为截面近似梯形的形状。
此外，发明方面8的制造方法为制造发明方面7所述的能够发出白色系光的发光元件的制造方法，其特征在于：在上述氧化物形成工序之前，进一步增加在上述透光性结晶基板上实施槽加工的槽加工工序。沿上述单体发光元件的边界，利用半切割(half dicing)或喷砂法形成U字形或V字形的槽，在随后的氧化物形成工序中，若在该槽中也形成含有荧光体的氧化物层，在下面的芯片化工序中被芯片化的白色发光元件在芯片的侧面也可以形成含有荧光体的氧化物层，所以在发光方向上会产生更均匀的白色光。
此外，发明方面9的制造方法为制造发明方面7所述的可发出白色光的发光元件的制造方法，其特征在于：还包括磨削上述含有荧光体的氧化物层的厚度、调整发光色度的色度调整工序。由此能够调整荧光体的浓度偏差和从发光层发出的光的发光波长的偏差，从而得到所希望的白色发光元件。
此外，该槽加工的目的在于，将芯片的外形形状加工为光取出效率好的形状，例如，通过加工为截面近似于梯形的形状，能够减小从折射率大的物质向折射率小的物质射出光线时产生的全反射，能够提高光取出效率。
根据本发明的制造方法，能够很容易地制造上述本发明结构的白色发光元件，同时，由于不在基材元件上倒装片安装发光元件即可形成白色发光元件，现有的混成白色发光元件的制造方法中上述的三个问题也可以简单地得到解决。
即，由于上述的课题1和2，没有凸出部和接合垫区域，并且在晶片的透光性结晶基板的全部面上形成含有荧光体的玻璃层，所以，完全不需要涂布荧光体时的图案识别精度，也就不存在问题。因此，凸出部的裂纹等的可靠性提高，并且不存在晶片单位的批量脱落等的合格率降低，合格率得以提高。而且，对于第3个课题，由于不在基材元件上倒装片安装发光元件即可形成白色发光元件，工序简单化，能够以高合格率进行制造，也降低了成本。
如上所述，根据本发明的白色发光元件，涂布在蓝色LED元件或紫外LED元件周围的荧光体采用热或紫外光强不变色的无机物氧化物作为粘合剂，不使用基材元件即可实现白色发光元件化。
根据这种结构，通电引起的蓝色LED元件或紫外光LED元件产生的热或紫外线，不会导致荧光体的粘合剂变色，即便是对于大电流区域通电的情况，也几乎不会产生由于粘合剂变色导致的亮度劣化，能够得到一种可靠性大幅度改善的白色发光元件。
并且，由于该结构不使用基材元件，形成蓝色LED元件或紫外光LED元件与荧光体层一体化的白色发光元件或块组白色发光元件，不依赖于包装的形状，可以为白色发光装置能够构成的任意包装，同时，在用于照明光源等需要大亮度的用途时，也可以很容易地采用该结构。
而且，通过将作为主光取出面的透光性结晶基板的上面粗磨成磨砂玻璃状，或者进行槽加工，使芯片形状形成为截面近似梯形形状，能够使光取出效率良好，提高发光效率，同时，由于在蓝色或紫外光的LED元件的侧面也形成含有荧光体的氧化物层，在发光方向上形成更均匀的白色光。
另外，由于白色化不需要基材元件，结构简单，制造方法上也能够解决上述的问题，同时，工序简单化，能够以高合格率进行制造，成本也得以减少。
附图说明
图1为本发明第一实施方式的白色发光元件的细节图，(a)为平面图，(b)为沿(c)的A-A线箭头观察的纵截面图，(c)为底面图。
图2为本发明第二实施方式的白色发光元件的细节图，(a)为平面图，(b)为沿(c)的B-B线箭头观察的纵截面图，(c)为底面图。
图3为表示本发明第一实施方式的发光元件制造方法的各工序的断面图。
图4为现有技术中利用一般的发光元件的白色发光元件(混成白色发光元件)的结构的正面截面图。
图5为表示现有的白色发光元件(混成白色发光元件)的制造方法一个示例的各工序截面图。
符号说明
1：白色发光元件(单体发光元件)；2：块组发光元件；3：透光性结晶基板；4：蓝色(紫外光)LED元件；6：外延层；7：槽；8：含有荧光体的氧化物层；9：凹部；10：n侧电极；11：p侧电极；20：干膜(dry film)；21、26：切割带(dicing tape)；22：喷嘴；23、25：切割片(dicing blade)；24：磨削夹具
具体实施方式
下面，按第一至第四实施方式的顺序，参照附图，对本发明的白色发光元件及其制造方法进行详细说明。
首先，第一实施方式的白色发光元件如图1所示。并且，其制造方法由如图3所示的步骤(a)～(g)组成，是一并制造多个白色发光元件的制造方法。
如图1所示，此时的白色发光元件1是作为单体发光元件用于照明光源的大型白色LED元件。这里所谓“单体发光元件”除了使一对p侧电极和n侧电极之一的发光层发光的发光元件以外，还包括如图1所示的用多个p侧电极和一个共用n侧电极使多个发光层(发光部)发光的发光元件。在图1中，有多个发光层，邻接的发光层以靠近透明基板的n型外延层共用的方式形成。白色LED元件1由蓝色LED元件4和与其一体化的含有荧光体的氧化物层8构成。蓝色LED元件4为在透光性结晶基板例如蓝宝石基板的面上，将GaN系化合物半导体薄膜从基板侧依次叠层(外延层6)缓冲层、n型层、发出蓝色光的发光层和p型层，在上述外延层6的p型层面上形成p侧电极11，并部分选择性蚀刻p型层和发光层、在露出n型层的凹陷部9的底面上形成n侧电极10，加工该槽7，使划分为4个分区的p侧电极11的各1分区的截面形状为近似梯形形状，从而使得蓝色光的取出效率优异。在上述蓝宝石基板3的光取出面一侧和槽7中，将YAG荧光体和用于使其结合的以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃粘合剂，形成氧化物层8。该白色发光元件为来自蓝色LED元件的蓝光通过氧化物层8向外部发出发出白色光方式，而且，以电极形成面一侧作为安装面、将相反侧的氧化物层8作为主光取出面方式(即所谓面朝下(face down)方式)的元件。并且，为了使从发光层向下的蓝色光有效地向上方反射，p侧电极11使用反射率高的Rh或Ag。n侧电极10形成为包围分成4个分区的p侧电极11的带状(stripe)电极与中央的圆电极连接的形状。
下面，按图3的(a)～(g)的顺序说明该白色发光元件的制造方法。首先，工序(a)中，在蓝宝石基板3上，用有机金属气相生长法(MOCVD法)等从基板侧依次按照GaN缓冲层61、n型GaN层62、n型AlGaN层63、MQW层64、p型AlGaN层65、p型罩层(cap)66叠层GaN系化合物半导体薄膜，准备好一块形成有外延层6的外延完毕的LED晶片(准备工序)。
然后，在工序(b)中，在上述LED晶片的上述蓝宝石基板3的上面，沿相当于上述大型蓝色LED元件4边界和其中央，形成槽7，从而使得光取出效率良好。其形状为例如边界的槽宽约200～400μm、深约150～250μm，中央的槽宽约200～300μm、深约50～150μm，截面为U字形或V字形。该加工可以将干膜20作为掩模，采用将研磨粉从喷嘴22喷出进行磨削的喷砂法或用切割片23进行切削的切割法而进行。通过这样的加工，由上述大型蓝色LED元件4的槽分成4个分区的每1个分区的截面形状为近似于梯形的形状，提高了光取出效率。另外，21为切割带。
然后，在工序(c)中，在上述蓝宝石基板3的(包含槽7中)上面，涂布混合有YAG荧光体和用于使其结合的以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃粉末以及少量树脂(该树脂在烧结时，在300℃左右完全蒸发殆尽)的糊剂，放入电炉中，在空气氛围中、约500～600℃下使其烧结(氧化物形成工序)。该玻璃粉末的热膨胀系数与蓝宝石基板大致相等，为7.4×10-6/℃，烧结温度约为500～600℃，还具有可见光的光透过率为90％以上的特性。YAG荧光体和玻璃粉末的配合比，当烧结后玻璃的光透过率良好时，增多玻璃粉末的比率，使其富含玻璃，加厚氧化物层8的厚度；光透过率不佳时，增多荧光体的比率，使其富含荧光体，形成仅荧光体粉由玻璃交联的疏松的多孔质结构，最好尽量使氧化物层8变薄。另外，为了制成多孔质结构，通过将荧光体的比例设定为60％以上、优选70％以上即可得到。其厚度依存于荧光体的浓度，为数十μm左右。然后，用平面磨削机(研磨机)磨削平整，使得形成的氧化物层8的上面与相反一侧的上述外延层的下面平行。
然后，在工序(d)中，在外延层6的表面形成SiO2膜，并利用蚀刻仅除去形成n侧电极10的凹部9的部分的SiO2膜，并通过使用氯系气体的等离子体蚀刻(RIE)依次除去p型罩层66、p型AlGaN层65、MQW层64、n型AlGaN层63，使n型GaN层62露出(蚀刻工序)。但是，在该蚀刻工序对氧化物层8产生影响时，也可以在氧化物形成工序之前进行该蚀刻工序。
然后，在步骤(e)中，除去上述SiO2膜，在外延层6表面的p型罩层66的上面形成叠层有反射率高的Rh、Ag和Ni以及Au的p侧电极11，并在凹部9的露出的n型GaN层62的上面形成叠层有Ti和Au的n侧电极10(电极形成工序)。
然后，在工序(f)中，在晶片状态下使电极流过电极，使其发光，用磨削夹具24磨削含有荧光体的氧化物层8的厚度至适当的厚度，使得达到合适的发光色(色度)(色度调整工序)。
然后，在工序(g)中，将作为主光取出面的上述氧化物层8沿大型白色LED元件1(单体发光元件)的边界，分割切割成V字形状，进行芯片化，使得光取出效率良好(芯片化工序)。芯片的截面形状近似于梯形形状，光取出效率提高。
如上所述，根据本实施方式(第一实施方式)，含有荧光体的氧化物层8与蓝色LED一体化，由于形成采用玻璃作为荧光体粘合剂的氧化物层8，所以对大电流的热也不会变色，为高亮度、高可靠性的用于照明用光源的单体大型白色LED元件。
下面，第二实施方式的白色发光元件为图2所示的块组发光元件2，其制造方法与第一实施方式的制造方法相同。所谓块组发光元件指邻接的发光层之间通过n型外延层共用，相互之间用槽分离的发光元件。在图2中，具有一个发光层的单位发光元件相互电独立地形成于透光性基板上。而且，也可以将图1所示的具有多个发光层、n型外延层共用的单位发光元件进一步排列成矩阵状，形成块组发光元件。例如，可以将如图1所示的具有4个发光层的单位发光元件排列成4个矩阵状，形成块组发光元件。此时，单位发光元件为4个，发光层为16个。
如图2所示，该块组发光元件2的单体发光元件为1边为0.3mm左右的白色LED元件，将该单体发光元件按2行2列排列即成块组发光元件。单体发光元件的结构仅元件尺寸和电极图案不同，其它的元件结构均与图1相同。
此外，在制造方法上，由于由与上述第一实施方式大致相同的工序组成，所以未图示。不同点仅在于，蓝色LED元件的电极图案和芯片化单位不同。
由于该块组发光元件2可以不经倒装片安装而形成白色发光元件，所以，具有与第一实施方式所述同样的优点，同时该块组发光元件2是作为照明用光源等大电流用白色发光元件的优选结构。其在使白色发光元件大型化的情况下，有如图1所示单纯增大面积、增大电极面积的方法，也有如图2所示将小型白色发光元件块组化、将其串联连接的方法。作为使电流在白色发光元件的各部分均匀流动的方法，在发光元件内没有VF(正向电压)的偏差的情况下，不产生差值；但在GaN系半导体发光元件的情况下，该偏差值较大，因此如图2所示的块组化的方法更能够使电流均匀地在发光元件的各部分中流动，提高发光效率。而且，考虑到照明用光源等，驱动电压优选为100V，串联连接的方法容易构成照明用光源。而且，由于不需要分割成各单体发光元件，工序上也得到了简化。另外，由于已经形成为白色发光元件，因此，不依存于受包装密封时白色化的情况限制的包装种类，可以任意包装。
下面，第三实施方式的白色发光元件为，如图1所示的白色发光元件的透光性结晶基板3为SiC基板，含有荧光体的氧化物层8的粘合剂为由与SiC基板的热膨胀系数大致相等的以SiO2和B2O3为主成分的玻璃构成的白色发光元件。其制造方法与第一实施方式的制造方法大致相同，但含有荧光体的氧化物层8通过使荧光体粉末在醇盐(预先将Si(OC2H5)4部分地加水分解，向其中加入B(OCH(CH3)2)3调制而成)溶液中分散，通过加水分解、缩聚反应形成大部分玻璃骨架以后，在500～600℃进行10～30分钟的热处理而形成。
下面，第四实施方式的白色发光元件为图2所示的块组发光元件2，与第三实施方式相同，透光性结晶基板3为SiC基板，粘合剂由以SiO2和B2O3为主成分的玻璃构成的白色发光元件。
上述各实施方式是发光层发出的光是蓝色的蓝色LED元件的示例，采用发出紫外光的紫外LED元件也是同样，此时，只要含有荧光体的氧化物层8的荧光体使用将紫外光变换为蓝色光、绿色光、红色光的荧光体即可。
产业上的利用可能性
本发明可以在液晶显示装置等的背光灯、白色或蓝色系等各种发光元件、照明装置等广泛的领域中作为光源使用。

Claims (8)

1.一种发光元件，包括由GaN系化合物半导体层构成的发光层，其特征在于：
在一个面的一侧上具有n侧电极和p侧电极，在n侧电极上叠层有n型GaN系化合物半导体层，并在p侧电极上叠层有包含发光层的p型GaN系化合物半导体层以及所述n型GaN系化合物半导体层，在所述n型GaN系化合物半导体层的上面具有透光性结晶基板，仅在该透光性结晶基板的与所述半导体层叠层面的相反面上和所述透光性结晶基板的侧面形成有含有荧光体的氧化物层，其中，
含有该荧光体的氧化物层，通过以荧光体多于玻璃的富荧光体状态混合荧光体粒子和构成玻璃的氧化物，由荧光体粒子被玻璃交联的多孔质层构成。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于：
所述含有荧光体的氧化物层利用以SiO2和B2O3为主成分的玻璃，以SiO2、B2O3和ZnO为主成分的玻璃，或以SiO2、B2O3和PbO为主成分的玻璃接合所述荧光体。
3.如权利要求1或2所述的能够发出白色系光的发光元件，其特征在于：
所述荧光体由将蓝色光变换为蓝色光的补色光的荧光体或者将蓝色光变换为绿色光和红色光的荧光体构成。
4.如权利要求1或2所述的能够发出白色系光的发光元件，其特征在于：
所述荧光体由将紫外光变换为蓝色光、绿色光和红色光的荧光体构成。
5.一种块组发光元件，其特征在于：
将权利要求1～4中任一项所述的发光元件作为单体发光元件，将该单体发光元件排列成矩阵状，并将其作为块组单位。
6.一种发光元件的制造方法，该发光元件包括由GaN系化合物半导体层构成的发光层，其特征在于，包括：
准备晶片的准备工序，该晶片在透光性结晶基板的一面上，用外延气相生长法叠层包括含有发光层的GaN系化合物半导体层的外延层，形成发光二极管结构；
形成分割槽的工序，在所述透光性结晶基板的另一面，至少在从所述晶片进行芯片化时的切断位置形成分割槽；
氧化物形成工序，在所述晶片的所述透光性结晶基板另一面上，形成埋入所述分割槽内、并距所述另一面一定厚度含有荧光体的氧化物层；
电极形成工序，在所述外延层一侧形成p侧电极和n侧电极；和
芯片化工序，沿着所述外延层的至少一侧的导电型层电连接而形成发光二极管的单体发光元件的边界或以所述外延层电分离而形成的多个发光二极管作为块组的块组发光元件的边界，分割所述分割槽内的氧化物层。
7.如权利要求6所述的发光元件的制造方法，其特征在于：
在由从所述晶片进行芯片化时的切断位置所包围的区域内，所述外延层的至少一个导电型层被分割，由此形成有多个与该被分割的导电型层连接的电极单位的单位发光二极管，在该多个单位发光二极管的边界部中的所述透光性结晶基板的另一面上，也形成发光部边界槽，在该发光部边界槽内也填充所述氧化物。
8.如权利要求6所述的发光元件的制造方法，其特征在于：
还包括磨削所述含有荧光体的氧化物层的厚度、调整发光色度的色度调整工序。
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