JP2005268775A - Semiconductor light emitting element and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor light emitting element and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2005268775A
JP2005268775A JP2005043395A JP2005043395A JP2005268775A JP 2005268775 A JP2005268775 A JP 2005268775A JP 2005043395 A JP2005043395 A JP 2005043395A JP 2005043395 A JP2005043395 A JP 2005043395A JP 2005268775 A JP2005268775 A JP 2005268775A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light emitting
light
semiconductor
emitting diode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005043395A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2005043395A priority Critical patent/JP2005268775A/en
Publication of JP2005268775A publication Critical patent/JP2005268775A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a white light emitting diode element composed of a GaN-based compound semiconductor having an excellent white color rendering property. <P>SOLUTION: The white light emitting diode element is constituted of a blue light emitting diode 10, a red light emitting layer 15 formed on the diode 10 by epitaxial growth, and an insulating material 19 containing a YAG phosphor. The red light emitting layer 15 is composed of undoped In<SB>0.4</SB>Ga<SB>0.6</SB>N having a forbidden band width of, for example, 1.9 eV and formed in a plurality of island-like bodies arranged at intervals on a p-type semiconductor layer 14. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、例えば白色発光ダイオードに適用可能な半導体発光素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device applicable to, for example, a white light emitting diode and a method for manufacturing the same.

窒化ガリウム（ＧａＮ）系III-Ｖ族窒化物半導体（ＩｎＧａＡｌＮ）は、例えばＧａＮの室温における禁制帯幅が３．４ｅＶであり、大きい禁制帯幅を有しているため、緑色又は青色、さらには紫外域の波長帯において高出力が可能な発光ダイオード素子を実現できる材料である。既に青色・緑色発光ダイオード素子として、各種表示パネル、大型ディスプレイ装置及び信号機等として実用化されている。   Gallium nitride (GaN) III-V group nitride semiconductor (InGaAlN) has a forbidden band width of 3.4 eV, for example, at room temperature of GaN, and has a large forbidden band width. It is a material capable of realizing a light emitting diode element capable of high output in the ultraviolet wavelength band. Already used as blue and green light emitting diode elements as various display panels, large display devices, traffic lights and the like.

また、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの発光光で励起することにより、白色光を得る白色発光ダイオード素子についても、既に液晶ディスプレイパネルのバックライトを始め、種々の用途で商品化されるに至っている。   In addition, white light-emitting diode elements that obtain white light by exciting YAG phosphors with light emitted from blue light-emitting diode elements have already been commercialized for various uses, including backlights for liquid crystal display panels. Has reached.

さらに、高輝度化でき且つ発光効率を改善できれば、現状の蛍光灯及び白熱灯をこれと置き換える半導体照明装置の実現が可能であり、照明用白色発光ダイオード素子は、将来非常に大きな市場として予測されている。   Furthermore, if the brightness can be increased and the luminous efficiency can be improved, it is possible to realize a semiconductor lighting device that replaces the current fluorescent lamps and incandescent lamps. White LED elements for lighting are expected to be a very large market in the future. ing.

ところで、照明用途では、輝度及び発光効率の向上に加えて、照明に使用した際の色の見え方、すなわち演色性を向上させることも重要である。   By the way, in the illumination application, in addition to the improvement of the luminance and the light emission efficiency, it is also important to improve the color appearance when used for illumination, that is, the color rendering.

これまでに商品化されている白色発光ダイオード素子は、青色発光ダイオード素子からの約４７０ｎｍでの発光光により、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）蛍光体を励起し黄色発光を得る方式であるため（例えば、非特許文献１を参照。）、発光スペクトルにおいて赤色の発光成分が少なく、その結果、演色性が従来の蛍光灯や白熱灯と比べても劣ることが課題となっている。   Since the white light emitting diode element that has been commercialized so far is a system that excites a YAG (yttrium aluminum garnet) phosphor and emits yellow light by light emitted from a blue light emitting diode element at about 470 nm (for example, (See Non-Patent Document 1.) In the emission spectrum, there is little red light emitting component, and as a result, the color rendering properties are inferior to those of conventional fluorescent lamps and incandescent lamps.

現状では、青色発光による励起によって励起効率が十分に高い赤色蛍光体が存在せず、演色性を向上させるのが困難である。従って、演色性を改善するには、特に赤色発光蛍光材料の高輝度化が必要となっている。   At present, there is no red phosphor having sufficiently high excitation efficiency due to excitation by blue light emission, and it is difficult to improve color rendering. Therefore, in order to improve the color rendering properties, it is particularly necessary to increase the brightness of the red light emitting fluorescent material.

以下、従来のＧａＮ系青色発光ダイオード素子からの青色光と、該青色光によりＹＡＧ蛍光体を励起して出力される黄色光とを混合して白色光を得る白色発光ダイオード素子の構成及びその発光特性について図３６を参照しながら説明する。   Hereinafter, a configuration of a white light-emitting diode element that obtains white light by mixing blue light from a conventional GaN-based blue light-emitting diode element and yellow light output by exciting the YAG phosphor with the blue light and the light emission thereof are described below. The characteristics will be described with reference to FIG.

図３６に示すように、白色発光ダイオード素子は、波長が４７０ｎｍの青色光を出力する青色発光ダイオード素子３００がパッケージ３１０上に実装され且つその上面及び側面をＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材３２０により覆われて形成されている。   As shown in FIG. 36, in the white light emitting diode element, a blue light emitting diode element 300 that outputs blue light having a wavelength of 470 nm is mounted on a package 310, and the upper surface and side surfaces thereof are covered with an insulating material 320 containing a YAG phosphor. Is formed.

青色発光ダイオード素子３００は、その製造方法を説明すると、例えば有機金属気相成長（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：MOCVD）法により、サファイアからなる基板３０１の上に、ｎ型ＧａＮ層３０２、ＩｎＧａＮからなる活性層３０３及びｐ型ＧａＮ層３０４を順次形成する。   The manufacturing method of the blue light emitting diode element 300 will be described. For example, an n-type GaN layer 302 and InGaN are formed on a substrate 301 made of sapphire by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. An active layer 303 and a p-type GaN layer 304 are sequentially formed.

次に、例えば塩素ガスによりｐ型ＧａＮ層３０４及び活性層３０３に対してドライエッチングを行なって、ｎ型ＧａＮ層３０２の一部を選択的に露出する。続いて、露出したｎ型ＧａＮ層３０２の上に、チタンと金との積層膜からなるｎ側電極３０５を形成する。一方、ｐ型ＧａＮ層３０４の上には、ニッケルと金との積層膜からなり、活性層３０３からの発光光を透過するように厚さが１０ｎｍ以下とされたｐ側透明電極３０６を形成する。   Next, dry etching is performed on the p-type GaN layer 304 and the active layer 303 with, for example, chlorine gas, and a part of the n-type GaN layer 302 is selectively exposed. Subsequently, an n-side electrode 305 made of a laminated film of titanium and gold is formed on the exposed n-type GaN layer 302. On the other hand, on the p-type GaN layer 304, a p-side transparent electrode 306 made of a laminated film of nickel and gold and having a thickness of 10 nm or less so as to transmit light emitted from the active layer 303 is formed. .

次に、ｐ側透明電極３０６の上に、金からなるパッド電極３０７を選択的に形成する。これにより、活性層３０３からの出力される青色光はその大部分がｐ側透明電極３０６を透過する。   Next, a pad electrode 307 made of gold is selectively formed on the p-side transparent electrode 306. Thereby, most of the blue light output from the active layer 303 is transmitted through the p-side transparent electrode 306.

次に、ウエハ状態にある青色発光ダイオード素子３００を、例えば３５０μｍ角のチップ状に分割して、パッケージ３１０上の所定位置に実装した後、ｎ側電極及びパッド電極３０７に対してワイヤボンディングを行なう。続いて、青色発光ダイオード素子３００を覆うようにその上にＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材３２０を塗布又は滴下して硬化させる。   Next, the blue light emitting diode element 300 in a wafer state is divided into, for example, 350 μm square chips and mounted at predetermined positions on the package 310, and then wire bonding is performed on the n-side electrode and the pad electrode 307. . Subsequently, an insulating material 320 containing a YAG phosphor is applied or dropped on the blue light emitting diode element 300 to be cured.

このようにして得られた白色発光ダイオード素子の発光特性は、図３７に示す通り、青色発光ダイオード素子３００からの青色の発光光３００ＡとＹＡＧ蛍光体３２０からの黄色の発光光３２０Ａとが混合された白色光となる。
S.Nakamura et. al., "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York: p.216 特開２００１−１７７１４５号公報 特開２００３−０７８１６５号公報 The light emission characteristics of the white light emitting diode element thus obtained are a mixture of blue light emission 300A from the blue light emitting diode element 300 and yellow light emission 320A from the YAG phosphor 320, as shown in FIG. White light.
S. Nakamura et.al., "The Blue Laser Diode", Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York: p.216 JP 2001-177145 A JP 2003-078165 A

しかしながら、前記従来の白色発光ダイオード素子は、図３７に示す通り、青色発光ダイオード素子３００のスペクトルに赤色の発光成分が少ないため、白色としての演色性に優れないという問題がある。   However, the conventional white light emitting diode element has a problem that the color rendering property as white is not excellent because the red light emitting component is small in the spectrum of the blue light emitting diode element 300 as shown in FIG.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、演色性に優れたＧａＮ系化合物半導体からなる白色発光ダイオード素子を実現できるようにすることを目的とする。   In view of the above-described conventional problems, an object of the present invention is to realize a white light-emitting diode element made of a GaN-based compound semiconductor having excellent color rendering properties.

前記の目的を達成するため、本発明は、青色光又は紫外光等の短波長の光を出力する発光ダイオード部に、該発光ダイオード部からの発光光により励起して緑色光又は赤色光等の長波長の光を放出する半導体層を設ける構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a light emitting diode portion that outputs light having a short wavelength such as blue light or ultraviolet light, and is excited by light emitted from the light emitting diode portion to emit green light or red light. A semiconductor layer that emits light having a long wavelength is provided.

また、他の構成として、本発明は、発光ダイオード部を構成するｎ型半導体層及びｐ型半導体層における該ｐ型半導体層と接するように他のｎ型半導体層を設け、他のｎ型半導体層とｐ型半導体層との間はトンネル電流を流す構成とする。これにより、発光ダイオード部に用いられる透明電極を不要にすることができる。   As another configuration, the present invention provides an n-type semiconductor layer constituting the light-emitting diode portion and another n-type semiconductor layer in contact with the p-type semiconductor layer in the p-type semiconductor layer. A tunnel current is configured to flow between the layer and the p-type semiconductor layer. Thereby, the transparent electrode used for a light emitting diode part can be made unnecessary.

具体的に、本発明に係る第１の半導体発光素子は、第１の発光光を出力する発光ダイオード部と、発光ダイオード部に設けられ、第１の発光光を吸収して第２の発光光を放出する半導体膜とを備え、半導体膜は第２の発光光を第１の発光光による光励起によって放出することを特徴とする。   Specifically, a first semiconductor light emitting element according to the present invention is provided in a light emitting diode portion that outputs first light emission and the light emitting diode portion, and absorbs the first light emission to generate a second light emission light. And a semiconductor film that emits second emitted light by photoexcitation with the first emitted light.

第１の半導体発光素子によると、発光ダイオード部から出力される第１の発光光を青色とし、半導体膜から該青色の第１の発光光を吸収して赤色又は緑色の第２の発光光を放出させることが可能となるため、演色性に優れた白色発光ダイオード部を実現できる。   According to the first semiconductor light emitting device, the first emitted light output from the light emitting diode portion is blue, the first emitted light of blue is absorbed from the semiconductor film, and the second emitted light of red or green is emitted. Since it can be emitted, a white light emitting diode portion having excellent color rendering can be realized.

第１の半導体発光素子は、発光ダイオード部に設けられ、第１の発光光又は第２の発光光を透過する透明電極をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、発光ダイオード部に対して、該ダイオード素子を発光させるために注入する電流の注入効率を高めることができる。   The first semiconductor light emitting element preferably further includes a transparent electrode that is provided in the light emitting diode portion and transmits the first light emission light or the second light emission light. In this way, it is possible to increase the injection efficiency of the current injected to cause the diode element to emit light to the light emitting diode portion.

第１の半導体発光素子において、半導体膜は半導体発光素子の発光面上に部分的に形成されていることが好ましい。このようにすると、第１の発光光の一部が半導体膜に吸収される結果、第１の発光光の残部が第２の発光光に変換されることがないため、演色性に優れた白色光を確実に得ることができる。   In the first semiconductor light emitting device, the semiconductor film is preferably partially formed on the light emitting surface of the semiconductor light emitting device. As a result, a part of the first emitted light is absorbed by the semiconductor film, and as a result, the remaining portion of the first emitted light is not converted into the second emitted light. Light can be obtained reliably.

第１の半導体発光素子は、発光ダイオード部及び半導体膜を覆うと共に、第１の発光光を吸収して第３の発光光を放出する蛍光体をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、蛍光体に例えばＹＡＧ蛍光体を用いた場合には、青色励起により高輝度の黄色発光が可能となるため、蛍光体からの黄色光と半導体膜からの高輝度の赤色光とを組み合わせることにより、演色性に優れた白色光を得ることができる。   The first semiconductor light emitting element preferably further includes a phosphor that covers the light emitting diode portion and the semiconductor film and absorbs the first emitted light and emits the third emitted light. In this case, for example, when a YAG phosphor is used as the phosphor, it is possible to emit yellow light with high luminance by blue excitation. Therefore, yellow light from the phosphor and high luminance red light from the semiconductor film By combining these, white light with excellent color rendering can be obtained.

第１の半導体発光素子において、発光ダイオード部又は半導体膜は単結晶からなる基板上に形成されていることが好ましい。このようにすると、発光ダイオード部又は半導体膜を単結晶からなる基板上にエピタキシャル成長により形成できるため、発光ダイオード部又は半導体膜の結晶性が向上するので、高輝度の白色発光ダイオードを実現できる。   In the first semiconductor light emitting device, the light emitting diode portion or the semiconductor film is preferably formed on a substrate made of a single crystal. In this case, since the light emitting diode portion or the semiconductor film can be formed on the single crystal substrate by epitaxial growth, the crystallinity of the light emitting diode portion or the semiconductor film is improved, so that a high-intensity white light emitting diode can be realized.

第１の半導体発光素子において、基板は第１の発光光及び第２の発光光を透過することが好ましい。このようにすると、第１の発光光及び第２の発光光を基板を通して取り出せるため、例えば、基板の上に発光ダイオード部及び半導体膜をこの順に形成した場合に、該半導体膜の上に第１の発光光及び第２の発光光に対して高反射率を持つ材料からなる電極を形成し、形成した電極をパッケージ面と対向させて実装する、いわゆるフリップチップ実装が可能となる。このため、放熱性に優れ且つ高輝度の白色発光ダイオード部を得ることができる。   In the first semiconductor light emitting element, the substrate preferably transmits the first light emission light and the second light emission light. In this case, since the first emission light and the second emission light can be extracted through the substrate, for example, when the light emitting diode portion and the semiconductor film are formed in this order on the substrate, the first emission light and the second emission light are formed on the semiconductor film. Thus, so-called flip chip mounting is possible, in which an electrode made of a material having a high reflectance with respect to the emitted light and the second emitted light is formed, and the formed electrode is mounted facing the package surface. For this reason, it is possible to obtain a white light emitting diode portion having excellent heat dissipation and high brightness.

透明電極を備えている場合に、透明電極には複数の開口部が設けられ、半導体膜は発光ダイオード部における発光面上の各開口部に埋め込まれるように形成されていることが好ましい。このようにすると、半導体膜からの第２の発光光は透明電極を透過せずに取り出せるため、透明電極での光吸収による輝度の低下がなくなる。その上、半導体膜は発光ダイオード部と接しているため、第２の発光光も高輝度化される。   In the case where the transparent electrode is provided, the transparent electrode is preferably provided with a plurality of openings, and the semiconductor film is preferably formed so as to be embedded in each opening on the light emitting surface of the light emitting diode portion. In this way, since the second emitted light from the semiconductor film can be extracted without passing through the transparent electrode, the luminance is not reduced by light absorption at the transparent electrode. In addition, since the semiconductor film is in contact with the light emitting diode portion, the second emitted light is also increased in luminance.

この場合に、半導体膜は透明電極の各開口部にそれぞれ分割して形成されていることが好ましい。   In this case, it is preferable that the semiconductor film is divided and formed in each opening of the transparent electrode.

また、この場合に、半導体膜は透明電極上における各開口部の近傍を覆うように形成されていることが好ましい。   In this case, the semiconductor film is preferably formed so as to cover the vicinity of each opening on the transparent electrode.

また、第１の半導体発光素子において、半導体膜は透明電極上に位置する部分の結晶欠陥密度が各開口部上に位置する部分の結晶欠陥密度よりも小さい。   In the first semiconductor light emitting device, the semiconductor film has a crystal defect density in a portion located on the transparent electrode lower than a crystal defect density in a portion located on each opening.

このように、半導体膜又は発光ダイオード部が透明電極の各開口部から選択的に横方向成長して形成される場合には、半導体膜又は発光ダイオード部における透明電極上に位置する部分の結晶性が向上するため、より高輝度で発光する。   Thus, when the semiconductor film or the light emitting diode part is formed by selectively laterally growing from each opening of the transparent electrode, the crystallinity of the portion located on the transparent electrode in the semiconductor film or the light emitting diode part Therefore, it emits light with higher brightness.

第１の半導体発光素子において、第１の発光光は青色光又は紫外光であることが好ましい。   In the first semiconductor light emitting device, the first emitted light is preferably blue light or ultraviolet light.

この場合に、半導体膜は、第１の発光光により励起され、赤色の第２の発光光を放出することが好ましい。このようにすると、例えばＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材により、半導体膜及び発光ダイオード部を覆うと、白色の演色性に優れた白色発光ダイオードを得ることができる。   In this case, it is preferable that the semiconductor film is excited by the first emission light and emits the red second emission light. In this way, for example, when the semiconductor film and the light emitting diode portion are covered with an insulating material containing a YAG phosphor, a white light emitting diode excellent in white color rendering can be obtained.

第１の半導体発光素子において、半導体膜は互いに波長が異なる発光光を放出する複数の半導体膜が積層されて形成されていることが好ましい。   In the first semiconductor light emitting device, the semiconductor film is preferably formed by laminating a plurality of semiconductor films that emit emitted light having different wavelengths.

第１の半導体発光素子において、半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、第１の発光光により励起され、且つ不純物に起因するエネルギー準位を介して可視域の第２の発光光を放出することが好ましい。このようにすると、不純物が添加された半導体膜において、高輝度発光中心となり得る不純物の準位を介した高輝度発光を得ることができるため、第２の発光光の輝度を高めることができるので、演色性をより向上させることができる。   In the first semiconductor light-emitting element, an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film is excited by the first light emission, and the second light emission in the visible region through the energy level caused by the impurity. It is preferable to emit light. In this case, in the semiconductor film to which the impurity is added, high-luminance emission can be obtained through the level of the impurity that can be a high-luminance emission center, so that the luminance of the second emission light can be increased. The color rendering properties can be further improved.

また、第１の半導体発光素子において、半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、不純物における内殻電子を介した発光により可視域の前記第２の発光光を放出することが好ましい。このようにすると、高効率の赤色発光を実現できるため、より演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In the first semiconductor light-emitting element, an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film preferably emits the second emitted light in the visible region by light emission through inner electrons in the impurity. . In this way, highly efficient red light emission can be realized, so that a white light emitting diode element with more excellent color rendering can be obtained.

この場合に、不純物は、ユウロピウム、サマリウム又はイッテルビウムであることが好ましい。   In this case, the impurity is preferably europium, samarium or ytterbium.

該不純物は半導体膜に対してイオン注入により添加されていることが好ましい。このようにすると、半導体膜に制御性良く不純物を添加することができる。   The impurities are preferably added to the semiconductor film by ion implantation. In this way, impurities can be added to the semiconductor film with good controllability.

第１の半導体発光素子において、発光ダイオード部又は半導体膜は窒素を含む化合物半導体により構成されていることが好ましい。このようにすると、第１の発光光に高輝度の青色光又は紫外光を且つ第２の発光光に高輝度の赤色光を確実に得ることができるため、演色性に優れた白色光を得ることができる。   In the first semiconductor light emitting device, the light emitting diode portion or the semiconductor film is preferably composed of a compound semiconductor containing nitrogen. In this way, it is possible to reliably obtain high-luminance blue light or ultraviolet light as the first emission light and high-intensity red light as the second emission light, and thus obtain white light with excellent color rendering. be able to.

第１の半導体発光素子において、透明電極は膜厚が０ｎｍより大きく且つ２０ｎｍ以下の、ニッケルを含む導電膜又は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）により構成されていることが好ましい。このようにすると、透明電極自体における発光光の吸収が少なくなる。また、例えばニッケルは窒化物半導体層について良好なオーミックコンタクトを実現できるため、高輝度で且つ直列抵抗が小さい白色発光ダイオード部を実現できる。   In the first semiconductor light emitting device, the transparent electrode is preferably made of a conductive film containing nickel or indium tin oxide (ITO) having a film thickness larger than 0 nm and not larger than 20 nm. If it does in this way, absorption of the emitted light in transparent electrode itself will decrease. In addition, for example, nickel can realize a good ohmic contact with respect to the nitride semiconductor layer, so that a white light-emitting diode portion with high luminance and low series resistance can be realized.

また、蛍光体を備えている場合に、該蛍光体はイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）であることが好ましい。このようにすると、発光ダイオード部からの青色励起光により高輝度の黄色発光を得ることができ、例えば半導体膜からの赤色の第２の発光光と混合することにより、白色の演色性に優れた高輝度白色発光ダイオード部を実現することが可能となる。   Further, when the phosphor is provided, the phosphor is preferably yttrium aluminum garnet (YAG). In this way, yellow light emission with high luminance can be obtained by the blue excitation light from the light emitting diode part, and for example, by mixing with the second red light emission from the semiconductor film, the color rendering property of white is excellent. A high-intensity white light-emitting diode part can be realized.

また、発光ダイオード部が単結晶からなる基板上に形成されている場合に、単結晶は、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、又は酸化リチウムガリウムと酸化リチウムアルミニウムとの混晶を用いることができる。これらの単結晶を基板に用いると、該基板上に結晶性に優れる窒化物半導体層を形成できるため、第１の発光光として、より高輝度の青色又は紫外光を得られるので、該第１の発光光を励起光として高輝度で赤色の第２の発光光を得ることができる。   Further, when the light emitting diode portion is formed on a substrate made of a single crystal, the single crystal is made of sapphire, silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, or lithium gallium oxide. And a mixed crystal of lithium aluminum oxide can be used. When these single crystals are used for a substrate, a nitride semiconductor layer having excellent crystallinity can be formed on the substrate. Therefore, higher luminance blue or ultraviolet light can be obtained as the first emission light. It is possible to obtain a high-luminance and red second emission light by using the emitted light as excitation light.

第１の半導体発光素子は、発光ダイオード部に設けられ、膜厚が少なくとも１０μｍの金属膜をさらに備え、発光ダイオード部は金属膜を通して電流が注入されることが好ましい。このようにすると、動作時の発光ダイオード部から生じる発熱を金属膜を通して放熱できるため、放熱性に優れ且つ高出力動作が可能な白色発光ダイオード素子を得ることができる。   The first semiconductor light emitting element is preferably provided in the light emitting diode portion, further comprising a metal film having a thickness of at least 10 μm, and the light emitting diode portion is preferably injected with a current through the metal film. In this case, since the heat generated from the light emitting diode portion during operation can be dissipated through the metal film, a white light emitting diode element that is excellent in heat dissipation and capable of high output operation can be obtained.

この場合に、金属膜は金、銅又は銀により構成されていることが好ましい。   In this case, the metal film is preferably made of gold, copper or silver.

また、第１の半導体発光素子において、発光ダイオード部は第１の発光光又は第２の発光光に対する反射率が６０％以上である金属電極が設けられていることが好ましい。このようにすると、発光光の取り出し効率が格段に向上する。   In the first semiconductor light emitting element, the light emitting diode portion is preferably provided with a metal electrode having a reflectance of 60% or more with respect to the first light emission light or the second light emission light. If it does in this way, the extraction efficiency of emitted light will improve remarkably.

この場合に、金属電極は金、白金、銅、銀及びロジウムからなる群より選択される少なくとも１つの材料からなる単層膜又は多層膜により構成されていることが好ましい。   In this case, the metal electrode is preferably composed of a single layer film or a multilayer film made of at least one material selected from the group consisting of gold, platinum, copper, silver and rhodium.

本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法は、単結晶からなる基板上に、複数の半導体層からなる発光ダイオード部を形成する工程（ａ）と、発光ダイオード部の上に、該発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜を選択的に形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。   A first method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes a step (a) of forming a light emitting diode portion made of a plurality of semiconductor layers on a substrate made of a single crystal, and the light emission on the light emitting diode portion. A step (b) of selectively forming a semiconductor film that absorbs the first emitted light output from the diode section and emits the second emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light; It is characterized by.

第１の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶からなる基板上に形成した発光ダイオード部から出力される第１の発光光を青色とし、発光ダイオード部の上に選択的に形成した半導体膜からは青色の第１の発光光を吸収し、吸収した青色光による光励起によってて赤色又は緑色の第２の発光光を放出させることが可能となるため、演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現できる。   According to the first method for manufacturing a semiconductor light emitting device, the first emitted light output from the light emitting diode portion formed on the single crystal substrate is blue, and the semiconductor film selectively formed on the light emitting diode portion Can absorb the first emitted light of blue, and can emit the second emitted light of red or green by photoexcitation with the absorbed blue light, so that a white light emitting diode element with excellent color rendering can be obtained. realizable.

第１の半導体発光素子の製造方法は、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に又は工程（ｂ）よりも後に、発光ダイオード部の上に、第１の発光光を透過する透明電極を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。   The first method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes a transparent electrode that transmits the first emitted light on the light emitting diode portion between the steps (a) and (b) or after the step (b). It is preferable to further include a step (c) of forming

この場合に、工程（ｃ）は、透明電極に複数の開口部を設ける工程を含むことが好ましい。このようにすると、半導体膜からなる放出される第２の発光光が透明電極を透過せずに取り出せるため、透明電極での光吸収による輝度の低下がなくなるので、高輝度の白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In this case, it is preferable that the step (c) includes a step of providing a plurality of openings in the transparent electrode. In this way, since the emitted second light emitted from the semiconductor film can be extracted without passing through the transparent electrode, there is no decrease in luminance due to light absorption at the transparent electrode. Can be obtained.

また、この場合に、工程（ｂ）において、半導体膜は発光ダイオード部の上面における透明電極の複数の開口部から露出する領域から選択的に成長するように形成することが好ましい。   In this case, in step (b), the semiconductor film is preferably formed so as to selectively grow from a region exposed from the plurality of openings of the transparent electrode on the upper surface of the light emitting diode portion.

第１の半導体発光素子の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、基板における発光ダイオード部の反対側の面から、基板に吸収されず且つ発光ダイオード部を構成する半導体層で吸収される波長を持つ光を照射することにより、ダイオード部から基板を分離する工程（ｄ）をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、例えば基板がサファイア等の放熱性が悪い材料で構成されている場合には、この基板を分離することにより放熱性に優れ大出力動作が可能な白色発光ダイオード素子を実現できる。   In the first method for manufacturing a semiconductor light-emitting device, after step (b), the wavelength that is not absorbed by the substrate and absorbed by the semiconductor layer constituting the light-emitting diode portion from the surface on the opposite side of the light-emitting diode portion of the substrate. It is preferable to further include a step (d) of separating the substrate from the diode portion by irradiating light having In this case, for example, when the substrate is made of a material with poor heat dissipation, such as sapphire, a white light emitting diode element with excellent heat dissipation and high output operation can be realized by separating the substrate.

この場合に、工程（ｄ）において、光が照射された半導体層の一部に該半導体層が熱分解されてなる分解層を形成することが好ましい。このようにすると、基板と発光ダイオード部とを大面積で且つ再現性良く分離することができる。   In this case, in the step (d), it is preferable to form a decomposition layer obtained by thermally decomposing the semiconductor layer on a part of the semiconductor layer irradiated with light. In this way, the substrate and the light emitting diode portion can be separated with a large area and good reproducibility.

本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法は、単結晶からなる基板上に半導体膜を形成する工程（ａ）と、半導体膜の上に、複数の半導体層からなる発光ダイオード部を形成する工程（ｂ）とを備え、半導体膜は発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出することを特徴とする。   In the second method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, a step (a) of forming a semiconductor film on a substrate made of a single crystal and a light emitting diode portion made of a plurality of semiconductor layers are formed on the semiconductor film. And (b), wherein the semiconductor film absorbs the first emitted light output from the light emitting diode portion, and emits the second emitted light by photoexcitation by the absorbed first emitted light. .

第２の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶からなる基板上に半導体膜及び発光ダイオード部を形成し、例えば、発光ダイオード部から出力される第１の発光光を青色とし、半導体膜から青色の第１の発光光を吸収し、吸収した青色光による光励起によって赤色又は緑色の第２の発光光を放出させることが可能となるため、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード部を実現できる。   According to the second method for manufacturing a semiconductor light emitting device, the semiconductor film and the light emitting diode portion are formed on the substrate made of single crystal, for example, the first emitted light output from the light emitting diode portion is blue, Absorbs blue first emission light and emits red or green second emission light by photoexcitation with the absorbed blue light, realizing a white light emitting diode unit with excellent white color rendering it can.

第２の半導体発光素子の製造方法は、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、半導体膜の上に、第１の発光光を透過する透明電極を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。   The manufacturing method of the second semiconductor light emitting device further includes a step (c) of forming a transparent electrode that transmits the first light emission on the semiconductor film between the steps (a) and (b). It is preferable to provide.

この場合に、工程（ｃ）は、透明電極に複数の開口部を設ける工程を含むことが好ましい。   In this case, it is preferable that the step (c) includes a step of providing a plurality of openings in the transparent electrode.

また、この場合に、工程（ｂ）において、複数の半導体層のうちの下層は、半導体膜の上面における透明電極の複数の開口部から露出する領域から選択的に成長するように形成することが好ましい。   In this case, in step (b), the lower layer of the plurality of semiconductor layers may be formed so as to selectively grow from a region exposed from the plurality of openings of the transparent electrode on the upper surface of the semiconductor film. preferable.

第２の半導体発光素子の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、基板における半導体膜の反対側の面から、基板に吸収されず且つ半導体膜で吸収される波長を持つ光を照射することにより、半導体膜から基板を分離する工程（ｄ）をさらに備えていることが好ましい。   In the second method for manufacturing a semiconductor light emitting device, after step (b), light having a wavelength that is not absorbed by the substrate and absorbed by the semiconductor film is irradiated from the surface of the substrate opposite to the semiconductor film. Preferably, the method further includes a step (d) of separating the substrate from the semiconductor film.

この場合に、工程（ｄ）において、光が照射された半導体層の一部に該半導体層が熱分解されてなる分解層を形成することが好ましい。   In this case, in the step (d), it is preferable to form a decomposition layer obtained by thermally decomposing the semiconductor layer on a part of the semiconductor layer irradiated with light.

第１又は第２の半導体発光素子の製造方法は、工程（ｄ）よりも後に、発光ダイオード部又は半導体膜の上に金属膜を形成する工程（ｅ）をさらに備えていることが好ましい。   Preferably, the first or second method for manufacturing a semiconductor light emitting device further includes a step (e) of forming a metal film on the light emitting diode portion or the semiconductor film after the step (d).

本発明に係る第２の半導体発光素子は、第１のｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層が順次形成されてなり、第１の発光光を出力する発光ダイオード部と、発光ダイオード部に設けられ、第１の発光光を吸収し、吸収した第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜とを備え、第２の半導体層が第１のｎ型半導体層に対して正電位となるように電圧を印加された場合に、第２のｎ型半導体層から第１のｎ型半導体層に電流が流れることを特徴とする。   A second semiconductor light emitting device according to the present invention includes a first n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer that are sequentially formed, and a light-emitting diode portion that outputs first emitted light. And a semiconductor film that is provided in the light emitting diode portion and absorbs the first emitted light and emits the second emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light, and the second semiconductor layer is the first semiconductor layer. When a voltage is applied to the n-type semiconductor layer so as to have a positive potential, a current flows from the second n-type semiconductor layer to the first n-type semiconductor layer.

第２の半導体発光素子によると、発光ダイオード部から出力される第１の発光光を青色とし、半導体膜から青色の第１の発光光を吸収し、吸収した青色光による光励起によってて赤色又は緑色の第２の発光光を放出させることが可能となるため、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現できる。その上、発光ダイオード部に動作電流を注入した場合には、ｐ型半導体層と第２のｎ型半導体層とから形成されるｐ+ｎ+接合にはいわゆるトンネル電流が流れる構成を採るため、第２のｎ型半導体層と第１のｎ型半導体層との間に第２のｎ型半導体層側が高い電圧を印加することにより整流性を示す。また、高濃度の第２のｎ型半導体層は低抵抗であるため、ｐｎ接合面の面内方向に電流が拡がりやすいので、透明電極を用いる必要がなくなり、発光光の輝度を上げることができる。 According to the second semiconductor light emitting device, the first emitted light output from the light emitting diode portion is blue, the blue first emitted light is absorbed from the semiconductor film, and red or green is generated by light excitation by the absorbed blue light. Therefore, a white light-emitting diode element excellent in white color rendering can be realized. In addition, when an operating current is injected into the light emitting diode portion, a so-called tunnel current flows through the p + n + junction formed by the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer. The second n-type semiconductor layer side exhibits rectification by applying a high voltage between the second n-type semiconductor layer and the first n-type semiconductor layer. In addition, since the high-concentration second n-type semiconductor layer has a low resistance, the current easily spreads in the in-plane direction of the pn junction surface, so that it is not necessary to use a transparent electrode, and the luminance of emitted light can be increased. .

第２の半導体発光素子において、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度は１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。このようにすると、ｐ型半導体層と第２の型半導体層との間のｐ+ｎ+接合にトンネル電流をより確実に流すことができる。 In the second semiconductor light emitting device, the impurity concentration of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is preferably 10 18 cm −3 or more. In this way, a tunnel current can flow more reliably through the p + n + junction between the p-type semiconductor layer and the second type semiconductor layer.

第２の半導体発光素子は、発光ダイオード部及び半導体膜を覆い且つ第１の発光光を吸収して第３の発光光を放出する蛍光体をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、蛍光体に例えばＹＡＧ蛍光体を用いた場合には、第３の発光光を青色励起により高輝度の黄色光とすることが可能となるため、半導体薄膜からの高輝度で赤色の第２の発光光と組み合わせることにより、演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現することができる。   The second semiconductor light emitting element preferably further includes a phosphor that covers the light emitting diode portion and the semiconductor film and absorbs the first emitted light and emits the third emitted light. In this case, for example, when a YAG phosphor is used as the phosphor, the third emission light can be converted into yellow light with high luminance by blue excitation. By combining with the second emitted light, a white light emitting diode element excellent in color rendering can be realized.

第２の半導体発光素子において、発光ダイオード部又は半導体膜は、単結晶からなる基板上に形成されていることが好ましい。このようにすると、発光ダイオード部及び半導体膜を単結晶からなる基板上にエピタキシャル成長により形成することができるため、第１のｎ型半導体層、ｐ型半導体層、第２のｎ型半導体層及び半導体膜の結晶性が向上するので、高輝度の白色発光ダイオード素子を得ることができる。さらに、半導体膜から放出される第２の発光光を基板を通して取り出せるため、例えば半導体膜側に高反射率の電極を形成するとフリップチップ実装が可能となるので、放熱性に優れた白色発光ダイオード素子を実現できる。   In the second semiconductor light emitting device, the light emitting diode portion or the semiconductor film is preferably formed on a substrate made of a single crystal. In this case, the light emitting diode portion and the semiconductor film can be formed on the single-crystal substrate by epitaxial growth. Therefore, the first n-type semiconductor layer, the p-type semiconductor layer, the second n-type semiconductor layer, and the semiconductor Since the crystallinity of the film is improved, a high-intensity white light-emitting diode element can be obtained. Further, since the second emission light emitted from the semiconductor film can be taken out through the substrate, for example, if a high-reflectance electrode is formed on the semiconductor film side, flip-chip mounting becomes possible. Can be realized.

第２の半導体発光素子は、発光ダイオード部に設けられ、膜厚が少なくとも１０μｍの金属膜をさらに備え、発光ダイオード部は金属膜を通して動作電流が注入されることが好ましい。このようにすると、動作時の発光ダイオード部から生じる発熱を金属膜を通して放熱できるため、放熱性に優れ且つ高出力動作が可能な白色発光ダイオード素子を得ることができる。   Preferably, the second semiconductor light emitting element is further provided with a metal film having a film thickness of at least 10 μm provided in the light emitting diode part, and an operating current is injected into the light emitting diode part through the metal film. In this case, since the heat generated from the light emitting diode portion during operation can be dissipated through the metal film, a white light emitting diode element that is excellent in heat dissipation and capable of high output operation can be obtained.

この場合に、金属膜は金、銅又は銀により構成されていることが好ましい。   In this case, the metal film is preferably made of gold, copper or silver.

第２の半導体発光素子において、発光ダイオード部は第１の発光光又は第２の発光光に対する反射率が６０％以上である金属電極が設けられていることが好ましい。このようにすると、第１又は第２の発光光が金属電極により強く反射されるため、発光光の取り出し効率が格段に向上する。   In the second semiconductor light emitting element, the light emitting diode portion is preferably provided with a metal electrode having a reflectance of 60% or more with respect to the first light emission light or the second light emission light. If it does in this way, since the 1st or 2nd emitted light will be reflected strongly with a metal electrode, the extraction efficiency of emitted light will improve remarkably.

この場合に、金属電極は、金、白金、銅、銀及びロジウムからなる群より選択される少なくとも１つの材料からなる単層膜又は多層膜により構成されていることが好ましい。   In this case, the metal electrode is preferably composed of a single layer film or a multilayer film made of at least one material selected from the group consisting of gold, platinum, copper, silver and rhodium.

第２の半導体発光素子において、第１の発光光は青色光又は紫外光であることが好ましい。このようにすると、例えばＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材で発光ダイオード部及び半導体膜を覆うことにより、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In the second semiconductor light emitting element, the first emitted light is preferably blue light or ultraviolet light. In this case, for example, by covering the light emitting diode portion and the semiconductor film with an insulating material containing a YAG phosphor, a white light emitting diode element having excellent white color rendering can be obtained.

第２の半導体発光素子において、第２の発光光は赤色光であることが好ましい。このようにすると、例えば、第１の発光光を青色とし且つＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材で発光ダイオード部及び半導体膜を覆うことにより、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In the second semiconductor light emitting element, the second emitted light is preferably red light. In this case, for example, a white light-emitting diode element excellent in white color rendering can be obtained by covering the light-emitting diode portion and the semiconductor film with an insulating material containing the first emission light in blue and containing a YAG phosphor. it can.

第２の半導体発光素子において、半導体膜は互いに波長が異なる発光光を放出する複数の半導体膜が積層されて形成されていることが好ましい。このようにすると、複数からなる半導体膜を、例えば紫外光励起により赤色・緑色・青色の３色で発光する構成とすれば、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現できる。   In the second semiconductor light emitting device, the semiconductor film is preferably formed by laminating a plurality of semiconductor films that emit light emitted from different wavelengths. In this way, if a plurality of semiconductor films are configured to emit light in three colors of red, green, and blue by, for example, ultraviolet light excitation, a white light-emitting diode element excellent in white color rendering can be realized.

第２の半導体発光素子において、半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、第１の発光光により励起され、且つ不純物に起因するエネルギー準位を介して可視域の第２の発光光を放出することが好ましい。このようにすると、不純物が添加された半導体膜において、高輝度発光中心となり得る不純物の準位を介した高輝度発光を得ることができるため、第２の発光光の輝度を高めることができるので、演色性をより良好にできる。   In the second semiconductor light emitting element, an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film is excited by the first emission light, and the second light emission in the visible region through the energy level caused by the impurity. It is preferable to emit light. In this case, in the semiconductor film to which the impurity is added, high-luminance emission can be obtained through the level of the impurity that can be a high-luminance emission center, so that the luminance of the second emission light can be increased. , Color rendering can be improved.

また、第２の半導体発光素子において、半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は不純物における内殻電子を介した発光により可視域の前記第２の発光光を放出することが好ましい。このようにすると、高効率の赤色発光を実現できるため、より演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In the second semiconductor light emitting element, it is preferable that an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film emits the second emission light in a visible region by light emission through inner electrons in the impurity. In this way, highly efficient red light emission can be realized, so that a white light emitting diode element with more excellent color rendering can be obtained.

この場合に、不純物は、ユウロピウム、サマリウム又はイッテルビウムであることが好ましい。   In this case, the impurity is preferably europium, samarium or ytterbium.

該不純物は半導体膜に対してイオン注入により添加されていることが好ましい。このようにすると、半導体膜に制御性良く不純物を添加することができる。   The impurities are preferably added to the semiconductor film by ion implantation. In this way, impurities can be added to the semiconductor film with good controllability.

第２の半導体発光素子において、発光ダイオード部又は半導体膜は、窒素を含む化合物半導体により構成されていることが好ましい。このようにすると、第１の発光光に高輝度の青色光又は紫外光を且つ第２の発光光に高輝度の赤色光を確実に得ることができるため、演色性に優れた白色光を得ることができる。   In the second semiconductor light emitting device, the light emitting diode portion or the semiconductor film is preferably made of a compound semiconductor containing nitrogen. In this way, it is possible to reliably obtain high-luminance blue light or ultraviolet light as the first emission light and high-intensity red light as the second emission light, and thus obtain white light with excellent color rendering. be able to.

発光ダイオード部及び半導体膜が蛍光体を含む絶縁材により覆われている場合に、蛍光体は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）であることが好ましい。のようにすると、発光ダイオード部からの青色励起光により高輝度の黄色発光を得ることができ、例えば半導体膜からの赤色の第２の発光光と混合することにより、白色の演色性に優れた高輝度白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   When the light emitting diode portion and the semiconductor film are covered with an insulating material containing a phosphor, the phosphor is preferably yttrium aluminum garnet (YAG). In this way, high-intensity yellow light emission can be obtained by the blue excitation light from the light emitting diode portion, and for example, by mixing with the second red light emission from the semiconductor film, the white color rendering property is excellent. A high-intensity white light-emitting diode element can be realized.

また、発光ダイオード部又は半導体膜が単結晶からなる基板上に形成されている場合に、単結晶は、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、又は酸化リチウムガリウムと酸化リチウムアルミニウムとの混晶であることが好ましい。これらの単結晶を基板に用いると、該基板上に結晶性が優れた窒化物半導体層を形成できるため、第１の発光光として、より高輝度の青色又は紫外光を得られるので、該第１の発光光を励起光として高輝度で赤色の第２の発光光を得ることができる。   In the case where the light emitting diode portion or the semiconductor film is formed on a substrate made of a single crystal, the single crystal is made of sapphire, silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, or A mixed crystal of lithium gallium oxide and lithium aluminum oxide is preferable. When these single crystals are used for a substrate, a nitride semiconductor layer having excellent crystallinity can be formed on the substrate. Therefore, higher luminance blue or ultraviolet light can be obtained as the first emission light. The second emitted light with high luminance and red can be obtained by using one emitted light as excitation light.

本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法は、単結晶からなる基板上に第１のｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層を順次堆積して発光ダイオード部を形成する工程（ａ）と、発光ダイオード部の上に該発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜を選択的に形成する工程（ｂ）とを備え、工程（ａ）において、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度を、第２の半導体層が第１のｎ型半導体層に対して正電位となるように電圧を印加した場合に、第２のｎ型半導体層から第１のｎ型半導体層に電流が流れるように設定することを特徴とする。   In the third method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, a first n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer are sequentially deposited on a substrate made of single crystal. And a semiconductor that absorbs the first emitted light output from the light emitting diode part on the light emitting diode part and emits the second emitted light by photoexcitation with the absorbed first emitted light. A step (b) of selectively forming a film, wherein in the step (a), the impurity concentration of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is set, and the second semiconductor layer is the first n-type semiconductor. When a voltage is applied to the layer so as to be a positive potential, a current is set to flow from the second n-type semiconductor layer to the first n-type semiconductor layer.

第３の半導体発光素子の製造方法によると、発光ダイオード部から出力される第１の発光光を青色とし、半導体膜から青色の第１の発光光を吸収し、吸収した青色光による光励起によって赤色又は緑色の第２の発光光を放出させることが可能となるため、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現できる。その上、動作時には、ｐ型半導体層及び第２の型半導体層の不純物濃度はこれらのｐ+ｎ+接合面にトンネル電流が流れるように設定されているため、第２のｎ型半導体層と第１のｎ型半導体層との間に第２のｎ型半導体層側が高い電圧を印加することにより整流性を示す。また、高濃度の第２のｎ型半導体層は低抵抗であるため、ｐｎ接合面の面内方向に電流が拡がりやすいので、透明電極を設ける必要がなくなり、発光光の輝度を上げることができる。 According to the third method for manufacturing a semiconductor light emitting element, the first emitted light output from the light emitting diode portion is blue, the blue first emitted light is absorbed from the semiconductor film, and red is excited by photoexcitation with the absorbed blue light. Alternatively, since it is possible to emit the green second light emission, it is possible to realize a white light-emitting diode element that is excellent in white color rendering. In addition, during operation, the impurity concentrations of the p-type semiconductor layer and the second-type semiconductor layer are set so that a tunnel current flows through these p + n + junction surfaces. The second n-type semiconductor layer side exhibits rectification by applying a high voltage between the first n-type semiconductor layer and the first n-type semiconductor layer. In addition, since the high-concentration second n-type semiconductor layer has a low resistance, the current easily spreads in the in-plane direction of the pn junction surface, so that it is not necessary to provide a transparent electrode, and the luminance of the emitted light can be increased. .

第３の半導体発光素子の製造方法において、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度は１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。 In the third method for manufacturing a semiconductor light emitting device, the impurity concentration of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is preferably 10 18 cm −3 or more.

第３の半導体発光素子の製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、発光ダイオード部から基板を分離する工程（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、例えば基板にサファイア等の放熱性が悪い材料を用いた場合には、該基板を分離することにより放熱性に優れ大出力動作が可能な白色発光ダイオード素子を実現できる。   It is preferable that the third method for manufacturing a semiconductor light emitting device further includes a step (c) of separating the substrate from the light emitting diode portion after the step (b). In this case, for example, when a material with poor heat dissipation, such as sapphire, is used for the substrate, a white light emitting diode element with excellent heat dissipation and high output operation can be realized by separating the substrate.

この場合に、工程（ｃ）は、基板における発光ダイオード部の反対側の面から、基板に吸収されず且つ発光ダイオード部を構成する半導体層で吸収される波長を持つ光を照射して、光が照射された半導体層の一部に該半導体層が分解してなる分解層を形成する工程を含むことが好ましい。このようにすると、基板と発光ダイオード部とを大面積で且つ再現性良く分離することができる。   In this case, in the step (c), light having a wavelength that is not absorbed by the substrate and absorbed by the semiconductor layer constituting the light emitting diode portion is irradiated from the surface on the opposite side of the light emitting diode portion on the substrate. It is preferable to include a step of forming a decomposed layer formed by decomposing the semiconductor layer in a part of the semiconductor layer irradiated with. In this way, the substrate and the light emitting diode portion can be separated with a large area and good reproducibility.

さらにこの場合に、第３の半導体発光素子の製造方法は、工程（ｃ）よりも前に、発光ダイオード部又は半導体膜に、基板と異なる材料からなる保持基板を接着する工程（ｄ）と、工程（ｃ）の後に、保持基板を発光ダイオード部又は半導体膜から分離する工程（ｅ）を備えているこことが好ましい。このようにすると、工程（ｃ）において、分解層の形成時に、熱分解によって半導体のストレスが緩和される過程における半導体膜に生じるクラックを抑制することができるため、面積が大きい基板を用いたとしても、発光ダイオード部にクラックを発生させることなく、基板を分離できる。   Further, in this case, the third method for manufacturing a semiconductor light emitting device includes a step (d) of adhering a holding substrate made of a material different from the substrate to the light emitting diode portion or the semiconductor film before the step (c), It is preferable that a step (e) for separating the holding substrate from the light emitting diode portion or the semiconductor film is provided after the step (c). In this case, in the step (c), it is possible to suppress cracks generated in the semiconductor film in the process of relieving the stress of the semiconductor by thermal decomposition when forming the decomposition layer. However, the substrate can be separated without generating cracks in the light emitting diode portion.

本発明に係る第１の半導体発光素子及びその製造方法によると、発光ダイオード部から出力される第１の発光光により励起されて、該第１の発光光よりも波長が長い第２の発光光を放出する半導体膜を発光ダイオード部に設けるため、第１の発光光を青色光又は紫外光とすると、第２の発光光に赤色光、赤色・緑色光又は赤色・緑色・青色光を得ることができるので、発光スペクトルの赤色成分を多くでき、その結果、得られる白色光の演色性を向上することができる。   According to the first semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the second emitted light that is excited by the first emitted light output from the light emitting diode section and has a wavelength longer than that of the first emitted light. When the first emitted light is blue light or ultraviolet light, a red light, a red / green light, or a red / green / blue light is obtained as the second emitted light. Therefore, the red component of the emission spectrum can be increased, and as a result, the color rendering property of the obtained white light can be improved.

本発明に係る第２の半導体発光素子及びその製造方法によると、第１の半導体発光素子及びその製造方法と同様の効果を得れる上に、透明電極を用いる必要がなくなるため、発光輝度をさらに上げることができる。   According to the second semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the same effects as those of the first semiconductor light emitting device and the method for manufacturing the same can be obtained, and it is not necessary to use a transparent electrode. Can be raised.

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。   1A and 1B are semiconductor light emitting devices according to the first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A shows a cross-sectional configuration and FIG. 1B shows a planar configuration.

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体発光素子は、実装用部材であるパッケージ２０上の所定の位置に実装された青色発光ダイオード部１０と、該青色発光ダイオード部１０の上にエピタキシャル成長してなる赤色発光層１５と、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を含む絶縁材１９とから構成されている。ここで、図１（ｂ）においては、絶縁材１９を省略している。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor light emitting device according to the first embodiment includes a blue light emitting diode portion 10 mounted at a predetermined position on a package 20 as a mounting member, The red light emitting layer 15 is epitaxially grown on the blue light emitting diode portion 10 and an insulating material 19 containing yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor. Here, in FIG.1 (b), the insulating material 19 is abbreviate | omitted.

青色発光ダイオード部１０は、例えばサファイアからなる基板１１の上に順次エピタキシャル成長したｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１２と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３と、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型半導体層１４とから構成されている。活性層１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されて構成されている。これにより、活性層１３からは４７０ｎｍの青色発光を生じる。 The blue light emitting diode unit 10 includes, for example, an n-type semiconductor layer 12 made of n-type GaN grown epitaxially on a substrate 11 made of sapphire, an active layer 13 having a multiple quantum well structure made of InGaN, and a p-type Al 0.05 Ga. The p-type semiconductor layer 14 is made of 0.95 N. The active layer 13 is composed of a triple layer of a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N having a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 10 nm. Thereby, blue light emission of 470 nm is generated from the active layer 13.

赤色発光層１５は、例えば禁制帯幅が１．９ｅＶであるアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなり、ｐ型半導体層１４の上に一辺が２μｍ〜２０μｍの平面方形状に分割され且つ互いに間隔をおいたマトリックス状に形成されている。各赤色発光層１５は、青色発光ダイオード部１０から出力される青色光により励起されて６５０ｎｍの赤色光を発光する。なお、赤色発光層１５は、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はシリコン（Ｓｉ）をドープすることにより、Ｉｎの組成を小さくしながら赤色発光を得ることができる。このように、Ｉｎの組成を小さくすると、通常用いられるＧａＮからなる下地層との格子不整合を抑制でき、赤色発光層１５の結晶欠陥を低減できるので、高輝度発光が可能となる。このとき、赤色発光層１５から放出される発光光には、これらのドープされた不純物に起因するエネルギー準位を介して生成される可視領域の励起光が混合される。 The red light-emitting layer 15 is made of, for example, undoped In 0.4 Ga 0.6 N having a forbidden band width of 1.9 eV, and is divided into a planar rectangular shape with sides of 2 μm to 20 μm on the p-type semiconductor layer 14 and spaced apart from each other. It is formed in a matrix shape. Each red light emitting layer 15 is excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 10 to emit 650 nm red light. The red light emitting layer 15 can obtain red light emission while reducing the In composition by doping, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), or silicon (Si). Thus, when the composition of In is reduced, lattice mismatch with the base layer made of GaN that is normally used can be suppressed, and crystal defects of the red light emitting layer 15 can be reduced, so that high luminance light emission is possible. At this time, the emission light emitted from the red light emitting layer 15 is mixed with the excitation light in the visible region generated through the energy level caused by these doped impurities.

ｐ型半導体層１４の上には、赤色発光層１５を含む全面にわたって、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる透明電極１６が形成されており、さらにｐ型半導体層１４の上の一部の領域には透明電極１６を介在させて、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７が選択的に形成されている。   A transparent electrode 16 made of ITO (Indium Tin Oxide) is formed over the entire surface including the red light emitting layer 15 on the p-type semiconductor layer 14, and in a partial region on the p-type semiconductor layer 14. A p-side electrode 17 made of gold (Au) is selectively formed with a transparent electrode 16 interposed therebetween.

ｎ型半導体層１２はその一部が露出され、その露出領域上にはチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｎ側電極１８が形成されている。   A part of the n-type semiconductor layer 12 is exposed, and an n-side electrode 18 made of a laminated film of titanium (Ti) and gold (Au) is formed on the exposed region.

なお、図示はされていないが、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８にはワイヤボンディングにより、必要な金属細線が接続される。   Although not shown in the figure, necessary metal fine wires are connected to the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18 by wire bonding.

ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９は、パッケージ２０上であって、青色発光ダイオード部１０、透明電極１６、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８を覆うように塗布又は滴下された後に硬化されて形成されており、青色発光ダイオード部１０から出力される青色光により励起されて黄色光を発光する。   An insulating material 19 containing a YAG phosphor is formed on the package 20 and cured after being applied or dropped so as to cover the blue light emitting diode portion 10, the transparent electrode 16, the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18. It is excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 10 and emits yellow light.

透明電極１６は青色発光ダイオード部１０からの青色光を吸収せず且つｐ型半導体層１４とのコンタクト抵抗が例えば１×１０-3Ωｃｍ2 以下となるように成膜条件が最適化されている。 The film forming conditions are optimized so that the transparent electrode 16 does not absorb blue light from the blue light emitting diode section 10 and the contact resistance with the p-type semiconductor layer 14 is, for example, 1 × 10 −3 Ωcm 2 or less. .

青色発光ダイオード部１０には、ｐ側電極１７、透明電極１６及びｐ型半導体層１４を介して電流が注入され、例えば３Ｖ程度の比較的に低い電圧での動作が可能である。従って、青色発光ダイオード部１０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が４７０ｎｍの青色発光を生じさせることにより、図２に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図２において、発光スペクトルは、波長が４７０ｎｍの青色光の透過分１０Ａと、ピーク波長が５５０ｎｍのＹＡＧ蛍光体からの黄色発光１９Ａと、波長が６５０ｎｍの赤色発光層１５からの赤色光１５Ａとにより構成され、これら青色光１０Ａ、黄色光１９Ａ及び赤色光１５Ａが混合されて白色光となる。   A current is injected into the blue light emitting diode portion 10 through the p-side electrode 17, the transparent electrode 16 and the p-type semiconductor layer 14, and an operation at a relatively low voltage of, for example, about 3 V is possible. Therefore, white light having the spectrum shown in FIG. 2 can be obtained by injecting a current of, for example, 20 mA into the blue light emitting diode portion 10 to generate blue light emission having a wavelength of 470 nm. In FIG. 2, the emission spectrum is composed of a blue light transmission portion 10A having a wavelength of 470 nm, a yellow light emission 19A from a YAG phosphor having a peak wavelength of 550 nm, and a red light 15A from the red light emitting layer 15 having a wavelength of 650 nm. The blue light 10A, the yellow light 19A, and the red light 15A are mixed to become white light.

このように、第１の実施形態によると、黄色光を発光するＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９と、青色光を発光する青色発光ダイオード部１０との間に、該青色発光ダイオード部１０が出力する青色光を受け、励起により赤色光を発光する赤色発光層１５を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る、図２３に示す白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   Thus, according to the first embodiment, the blue light emitting diode unit 10 outputs between the insulating material 19 including the YAG phosphor that emits yellow light and the blue light emitting diode unit 10 that emits blue light. The structure in which the red light emitting layer 15 that receives the blue light to be emitted and emits red light by excitation can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, since the conventional YAG phosphor is excited with blue light from the blue light emitting diode element to obtain white light, the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the white light emitting diode element shown in FIG. A white light-emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering can be realized.

なお、青色発光ダイオード部１０は、サファイアからなる基板１１とｎ型半導体層１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を介在させて形成してもよい。   The blue light emitting diode portion 10 may be formed by interposing a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN between the substrate 11 made of sapphire and the n-type semiconductor layer 12.

また、活性層１３はＩｎの組成が活性層１３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一な構成としてもよい。   The active layer 13 may be configured such that the composition of In is not uniform in the in-plane direction of the active layer 13 (direction parallel to the substrate surface).

また、基板１１の上に形成されたｎ型半導体層１２、活性層１３、ｐ型半導体層１４及び赤色半導体層１５が格子定数を変化させずに、代わりに、四元以上の混晶としてIII 族元素の組成を変化させて青色発光ダイオード部１０及び赤色発光層１５を形成することにより、格子不整合による結晶欠陥及びこれに起因する非発光再結合が生じることなく高輝度発光を得られる構成としてもよい。   Further, the n-type semiconductor layer 12, the active layer 13, the p-type semiconductor layer 14, and the red semiconductor layer 15 formed on the substrate 11 do not change the lattice constant, but instead form a quaternary or more mixed crystal III. By changing the composition of the group elements to form the blue light emitting diode portion 10 and the red light emitting layer 15, it is possible to obtain high luminance light emission without causing crystal defects due to lattice mismatch and non-radiative recombination due to this. It is good.

また、第１の実施形態においては、青色発光ダイオード部１０からの出力光を受け、ＹＡＧ蛍光体及び赤色発光層１５がそれぞれ励起されて、黄色光及び赤色光を発光することにより白色光を得ているが、青色発光ダイオード部１０に代えて、例えば波長が３４０ｎｍの紫外光を出力する紫外発光ダイオード部を形成してもよい。但し、この場合には、絶縁材１９には青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体とを添加する。   In the first embodiment, the white light is obtained by receiving the output light from the blue light emitting diode unit 10 and exciting the YAG phosphor and the red light emitting layer 15 to emit yellow light and red light, respectively. However, instead of the blue light emitting diode portion 10, an ultraviolet light emitting diode portion that outputs ultraviolet light having a wavelength of 340 nm, for example, may be formed. However, in this case, a blue light emitting phosphor and a green light emitting phosphor are added to the insulating material 19.

また、サファイアからなる基板１１を青色発光ダイオード部１０から分離して、分離した基板の代わりに金属膜を設けてもよい。このようにすると、設けられた金属膜をｎ側電極として使用できるため、ｎ型半導体層１２を露出してｎ側電極１８を形成する必要がなくなる。   Alternatively, the substrate 11 made of sapphire may be separated from the blue light emitting diode unit 10 and a metal film may be provided instead of the separated substrate. In this case, since the provided metal film can be used as the n-side electrode, it is not necessary to expose the n-type semiconductor layer 12 and form the n-side electrode 18.

また、透明電極１６は、ＩＴＯに代えてニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが積層され透光性を有する積層膜としてもよい。   The transparent electrode 16 may be a laminated film in which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated instead of ITO and have translucency.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）〜図４（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、ここでは、複数の半導体発光素子を一度に形成可能なウェハにおける１つの素子形成領域のみを図示している。   3 (a) to 3 (c) and FIGS. 4 (a) to 4 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention. . Here, only one element formation region in a wafer in which a plurality of semiconductor light emitting elements can be formed at a time is illustrated.

まず、図３（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型半導体層１４及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１５を順次成長する。前述したように、活性層１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されてなるが、発光波長が４７０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。また、基板１１とｎ型半導体層１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、活性層１３のＩｎの組成を活性層１３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一となるように形成してもよい。また、赤色発光層１５はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．４よりも小さくしながら赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 3A, an n-type GaN film is formed on a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). An n-type semiconductor layer 12, an active layer 13 having a multiple quantum well structure made of InGaN, a p-type semiconductor layer 14 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N, and a red light-emitting layer 15 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. To do. As described above, the active layer 13 is formed by multiplying a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N having a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 10 nm in a triple manner. If the emission wavelength is about 470 nm, it is not limited to this configuration. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 12. Further, the In composition of the active layer 13 may be formed so as to be non-uniform in the in-plane direction of the active layer 13 (direction parallel to the substrate surface). Further, the red light emitting layer 15 is not undoped but may be doped with, for example, zinc, magnesium or silicon so that red light emission can be obtained while making the composition of In smaller than 0.4.

次に、図３（ｂ）に示すように、赤色発光層１５の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いた誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma:ICP）エッチングにより、赤色発光層１５とｐ型半導体層１４の上部とを選択的に除去する。ここで、赤色発光層１５におけるｐ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 3B, on the red light emitting layer 15, for example, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced apart from each other. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the red light emitting layer 15 and the upper part of the p-type semiconductor layer 14 are selected by inductive coupled plasma (ICP) etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. To remove. Here, the upper portion of the p-side electrode formation region in the red light emitting layer 15 is also removed.

次に、図３（ｃ）に示すように、マスク用の金属薄膜を除去した後、例えば高周波（ＲＦ）スパッタ法により、選択的に露出されたｐ型半導体層１４及び平面方形の島状に分割された複数の赤色発光層１５の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなり可視光を透過する透明電極１６を形成する。続いて、透明電極１６におけるｎ側電極形成領域の上側部分を、例えば塩化水素（ＨＣｌ）水溶液によりウェットエッチングして除去し、その後、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。   Next, as shown in FIG. 3C, after the metal thin film for the mask is removed, the p-type semiconductor layer 14 and the planar rectangular islands that are selectively exposed are formed by, for example, radio frequency (RF) sputtering. A transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm and transmitting visible light is formed on the divided red light emitting layers 15. Subsequently, the upper portion of the n-side electrode forming region in the transparent electrode 16 is removed by wet etching using, for example, an aqueous solution of hydrogen chloride (HCl), and then heat treatment is performed in an oxygen atmosphere having a temperature of about 600 ° C., for example. The resistance is reduced, the resistivity of the transparent electrode 16 is reduced, and the transmittance is improved.

次に、図４（ａ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｐ型半導体層１４及び活性層１３におけるｎ側電極形成領域１２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体層１２におけるｎ側電極形成領域１２ａを露出する。   Next, as shown in FIG. 4A, the upper portion of the n-side electrode formation region 12a in the p-type semiconductor layer 14 and the active layer 13 is selectively removed by ICP etching, so that the n-type semiconductor layer 12 The n-side electrode formation region 12a is exposed.

次に、図４（ｂ）に示すように、ドライエッチングの後に、例えばスパッタ法により、ｎ型半導体層１２の露出したｎ側電極形成領域１２ａの上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるオーミック電極であるｎ側電極１８を形成する。その後、ｎ側電極１８のコンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。続いて、例えばスパッタ法により、透明電極１６におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。なお、ｎ側電極１８とｐ側電極１７との形成順序は問われない。   Next, as shown in FIG. 4B, after dry etching, titanium (Ti) and gold (Au) are formed on the n-side electrode formation region 12a where the n-type semiconductor layer 12 is exposed, for example, by sputtering. An n-side electrode 18 that is an ohmic electrode made of the laminated film is formed. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the n-side electrode 18, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. Subsequently, a p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes a p-side electrode pad, is selectively formed in the p-side electrode formation region of the transparent electrode 16 by, for example, sputtering. The order of forming the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 is not limited.

次に、図４（ｃ）に示すように、ｐ側電極１７を形成した後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ２０上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８に対してワイヤボンディングを行ない、さらにＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９をチップを覆うように塗布する。   Next, as shown in FIG. 4C, after forming the p-side electrode 17, it is divided into light emitting diode chips having a size of 350 μm square, for example, by dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on the package 20 using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18, and further the YAG phosphor An insulating material 19 containing is applied so as to cover the chip.

このように、第１の実施形態に係る製造方法によると、赤色発光層１５とＹＡＧ蛍光体とを青色発光ダイオード部１０からの青色光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。従って、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度を高くできるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   As described above, according to the manufacturing method according to the first embodiment, the configuration in which the red light emitting layer 15 and the YAG phosphor are excited by the blue light from the blue light emitting diode unit 10 is integrated as a one-chip white light emitting diode element. can do. Accordingly, since the light emission intensity in the red region can be increased as compared with the conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Second Embodiment)
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図５は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の断面構成を示している。図５において、図１（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIG. 5 shows a cross-sectional structure of a semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG.

図５に示すように、ｐ型半導体層１４の上に赤色発光層１５が選択的に形成された青色発光ダイオード部１０は、赤色発光層１５をパッケージ２０の実装面と対向するように、いわゆるフリップチップ実装されている。   As shown in FIG. 5, the blue light emitting diode portion 10 in which the red light emitting layer 15 is selectively formed on the p-type semiconductor layer 14 is so-called so that the red light emitting layer 15 faces the mounting surface of the package 20. Flip chip mounting.

ｐ型半導体層１４及び赤色発光層１５は、白金（Ｐｔ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｐ側電極１７及び銀からなる第１バンプ２２によりパッケージ２０のｐ側電極パッド（図示せず）と電気的に接続されており、一方、ｎ側電極１８は銀（Ａｇ）からなる第２バンプ２３により、パッケージ２０のｎ側電極パッド（図示せず）と電気的に接続されている。赤色発光層１５を含む青色発光ダイオード部１０は、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９により覆われている。   The p-type semiconductor layer 14 and the red light emitting layer 15 are composed of a p-side electrode pad (not shown) of the package 20 by a p-side electrode 17 made of a laminated film of platinum (Pt) and gold (Au) and a first bump 22 made of silver. On the other hand, the n-side electrode 18 is electrically connected to an n-side electrode pad (not shown) of the package 20 by a second bump 23 made of silver (Ag). . The blue light emitting diode portion 10 including the red light emitting layer 15 is covered with an insulating material 19 including a YAG phosphor.

このように、第２の実施形態に係る半導体発光素子は、活性層１３からの青色光と、赤色発光層１５からの青色光により励起されて発光される赤色光とは、サファイアからなる基板１１を通して上方に放出される。また、前述したように、活性層１３から出力される青色光はＹＡＧ蛍光体を励起し、励起されたＹＡＧ蛍光体は黄色光を発光する。   As described above, in the semiconductor light emitting device according to the second embodiment, the blue light from the active layer 13 and the red light excited and emitted by the blue light from the red light emitting layer 15 are the substrate 11 made of sapphire. Through and upwards. As described above, the blue light output from the active layer 13 excites the YAG phosphor, and the excited YAG phosphor emits yellow light.

従って、フリップチップ実装により、基板１１側から出力光を取り出す構成であっても、青色発光ダイオード部１０に赤色発光層１５を設けたことにより、赤色領域における発光量を増大できるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現できる。   Therefore, even if the output light is extracted from the substrate 11 side by flip-chip mounting, the amount of light emitted in the red region can be increased by providing the red light emitting layer 15 in the blue light emitting diode portion 10. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

その上、第２の実施形態においては、基板１１側から出力光を取り出す構成であるため、ｐ側半導体層１４の表面に透明電極１６を設ける必要がなくなる。   Moreover, in the second embodiment, since the output light is extracted from the substrate 11 side, it is not necessary to provide the transparent electrode 16 on the surface of the p-side semiconductor layer 14.

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。図６（ａ）及び（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   6A and 6B show a semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention, in which FIG. 6A shows a cross-sectional configuration and FIG. 6B shows a planar configuration. 6 (a) and 6 (b), the same components as those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３の実施形態に係る半導体発光素子は、実装用部材であるパッケージ２０上の所定の位置に実装された青色発光ダイオード部１０と、該青色発光ダイオード部１０の上にエピタキシャル成長してなる赤色発光層１５と、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を含む絶縁材１９とから構成されている。   As shown in FIGS. 6A and 6B, the semiconductor light emitting device according to the third embodiment includes a blue light emitting diode portion 10 mounted at a predetermined position on a package 20 as a mounting member, The red light emitting layer 15 is epitaxially grown on the blue light emitting diode portion 10 and an insulating material 19 containing yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor.

第１の実施形態との相違点は、ＩＴＯからなる透明電極１６が赤色発光層１５を覆わずに、ｐ型半導体層１４の上面のみを覆う点である。従って、第３の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルは図２に示すパターンと同等のスペクトルパターンを示す。   The difference from the first embodiment is that the transparent electrode 16 made of ITO covers only the upper surface of the p-type semiconductor layer 14 without covering the red light emitting layer 15. Therefore, the emission spectrum of the semiconductor light emitting device according to the third embodiment shows a spectrum pattern equivalent to the pattern shown in FIG.

このように、赤色発光層１５とＹＡＧ蛍光体とを青色発光ダイオード部１０からの青色光により励起する構成が１チップの発光素子に集積化される。その結果、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの出射光で励起することにより白色光を得る白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光量を増量できるため、白色の演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現することができる。その上、赤色発光層１５が透明電極１６で覆われない構成としているため、透明電極１６により赤色光が吸収されなくなるので、より高い強度の赤色発光を得ることができる。その結果、より演色性に優れた白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   In this way, the configuration in which the red light emitting layer 15 and the YAG phosphor are excited by the blue light from the blue light emitting diode section 10 is integrated in a single light emitting element. As a result, the amount of light emission in the red region can be increased compared to the white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with the light emitted from the blue light emitting diode element, so it has excellent white color rendering. A white light emitting diode element can be realized. In addition, since the red light emitting layer 15 is not covered with the transparent electrode 16, red light is not absorbed by the transparent electrode 16, so that higher intensity red light emission can be obtained. As a result, it is possible to realize a white light-emitting diode element that is more excellent in color rendering.

なお、平面方形で且つ島状の孤立パターンを持つ赤色発光層１５のサイズは、透明電極１６からｐ型半導体層１４に注入される電流が活性層１３に十分に拡がる程度のサイズに設定することが好ましい。   The size of the red light emitting layer 15 having a planar square and island-like isolated pattern is set to such a size that the current injected from the transparent electrode 16 to the p-type semiconductor layer 14 is sufficiently spread to the active layer 13. Is preferred.

また、第３の実施形態においても、青色発光ダイオード部１０に代えて、例えば波長が３４０ｎｍの紫外光を出力する紫外発光ダイオード部を形成してもよい。但し、この場合には、絶縁材１９には青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体とを添加する。   Also in the third embodiment, instead of the blue light emitting diode part 10, an ultraviolet light emitting diode part that outputs ultraviolet light having a wavelength of 340 nm, for example, may be formed. However, in this case, a blue light emitting phosphor and a green light emitting phosphor are added to the insulating material 19.

また、サファイアからなる基板１１を青色発光ダイオード部１０から分離して、分離した基板の代わりに金属膜を設けてもよい。このようにすると、設けられた金属膜をｎ側電極として使用できるため、ｎ型半導体層１２を露出してｎ側電極１８を形成する必要がなくなる。   Alternatively, the substrate 11 made of sapphire may be separated from the blue light emitting diode unit 10 and a metal film may be provided instead of the separated substrate. In this case, since the provided metal film can be used as the n-side electrode, it is not necessary to expose the n-type semiconductor layer 12 and form the n-side electrode 18.

また、透明電極１６は、ＩＴＯに代えてニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが積層され透光性を有する積層膜としてもよい。また、ＮｉとＩＴＯとの積層膜としてもよい。   The transparent electrode 16 may be a laminated film in which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated instead of ITO and have translucency. Moreover, it is good also as a laminated film of Ni and ITO.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図７（ａ）〜図７（ｄ）及び図８（ａ）〜図８（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   7 (a) to 7 (d) and FIGS. 8 (a) to 8 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention. .

まず、図７（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型半導体層１４及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１５を順次成長する。活性層１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されてなるが、発光波長が４７０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。また、基板１１とｎ型半導体層１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、活性層１３のＩｎの組成を活性層１３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一となるように形成してもよい。また、赤色発光層１５はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．４よりも小さくしながら赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 7A, an n-type semiconductor layer 12 made of n-type GaN, an InGaN film on a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by MOCVD. An active layer 13 having a multiple quantum well structure, a p-type semiconductor layer 14 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N, and a red light-emitting layer 15 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. The active layer 13 is a triple layer of a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N with a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N with a thickness of 10 nm, but has an emission wavelength of 470 nm. If it is a grade, it is not restricted to this structure. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 12. Further, the In composition of the active layer 13 may be formed so as to be non-uniform in the in-plane direction of the active layer 13 (direction parallel to the substrate surface). Further, the red light emitting layer 15 is not undoped but may be doped with, for example, zinc, magnesium or silicon so that red light emission can be obtained while making the composition of In smaller than 0.4.

次に、図７（ｂ）に示すように、赤色発光層１５の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するレジスト膜５１を形成する。続いて、形成したレジスト膜５１をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより、赤色発光層１５とｐ型半導体層１４の上部とを選択的に除去する。ここで、赤色発光層１５におけるｐ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as illustrated in FIG. 7B, a resist film 51 having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced from each other is formed on the red light emitting layer 15. Subsequently, using the formed resist film 51 as a mask, the red light emitting layer 15 and the upper portion of the p-type semiconductor layer 14 are selectively removed by ICP dry etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. Here, the upper portion of the p-side electrode formation region in the red light emitting layer 15 is also removed.

次に、図７（ｃ）に示すように、例えば電子ビーム蒸着法により、平面方形の島状に分割された複数の赤色発光層１５及びそれぞれの赤色発光層１５を覆うレジスト膜５１を含め、選択的に露出されたｐ型半導体層１４の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなり可視光を透過する透明電極１６を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, including a plurality of red light emitting layers 15 divided into planar rectangular islands by, for example, an electron beam evaporation method, and a resist film 51 covering each red light emitting layer 15, On the selectively exposed p-type semiconductor layer 14, a transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm and transmitting visible light is formed.

次に、図７（ｄ）に示すように、レジスト膜５１を除去する、いわゆるリフトオフ法により、ｐ型半導体層１４の上にのみ選択的に形成された透明電極１６を得る。続いて、透明電極１６におけるｎ側電極形成領域の上側部分を、例えば塩化水素（ＨＣｌ）水溶液によりウェットエッチングして除去し、その後、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。   Next, as shown in FIG. 7D, the transparent electrode 16 selectively formed only on the p-type semiconductor layer 14 is obtained by a so-called lift-off method by removing the resist film 51. Subsequently, the upper portion of the n-side electrode forming region in the transparent electrode 16 is removed by wet etching using, for example, an aqueous solution of hydrogen chloride (HCl), and then heat treatment is performed in an oxygen atmosphere having a temperature of about 600 ° C., for example. The resistance is reduced, the resistivity of the transparent electrode 16 is reduced, and the transmittance is improved.

次に、図８（ａ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｐ型半導体層１４及び活性層１３におけるｎ側電極形成領域１２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体層１２におけるｎ側電極形成領域１２ａを露出する。   Next, as shown in FIG. 8A, the upper portion of the n-side electrode formation region 12a in the p-type semiconductor layer 14 and the active layer 13 is selectively removed by ICP etching, and the n-type semiconductor layer 12 The n-side electrode formation region 12a is exposed.

次に、図８（ｂ）に示すように、ドライエッチングの後に、例えばスパッタ法により、ｎ型半導体層１２の露出したｎ側電極形成領域１２ａの上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるオーミック電極であるｎ側電極１８を形成する。その後、ｎ側電極１８のコンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。続いて、例えばスパッタ法により、透明電極１６におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。なお、ｎ側電極１８とｐ側電極１７との形成順序は問われない。   Next, as shown in FIG. 8B, after dry etching, titanium (Ti) and gold (Au) are formed on the n-side electrode formation region 12a where the n-type semiconductor layer 12 is exposed, for example, by sputtering. An n-side electrode 18 that is an ohmic electrode made of the laminated film is formed. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the n-side electrode 18, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. Subsequently, a p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes a p-side electrode pad, is selectively formed in the p-side electrode formation region of the transparent electrode 16 by, for example, sputtering. The order of forming the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 is not limited.

次に、図８（ｃ）に示すように、ｐ側電極１７を形成した後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ２０上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８に対してワイヤボンディングを行ない、さらにＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９をチップを覆うように塗布する。   Next, as shown in FIG. 8C, after forming the p-side electrode 17, it is divided into light emitting diode chips having a size of 350 μm square, for example, by dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on the package 20 using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18, and further the YAG phosphor An insulating material 19 containing is applied so as to cover the chip.

このように、第３の実施形態に係る製造方法によると、赤色発光層１５とＹＡＧ蛍光体とを青色発光ダイオード部１０から出力される青色光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。その結果、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度が高くなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   Thus, according to the manufacturing method according to the third embodiment, the configuration in which the red light emitting layer 15 and the YAG phosphor are excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 10 is used as a one-chip white light emitting diode element. It can be integrated. As a result, since the light emission intensity in the red region is higher than that of a conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、赤色発光層１５を透明電極１６で覆わないため、透明電極１６による赤色光の吸収がなくなるので、より高い強度の赤色発光を得ることができ、その結果、より演色性に優れた白色光を得ることができる。   In addition, since the red light emitting layer 15 is not covered with the transparent electrode 16, the red light is not absorbed by the transparent electrode 16, so that a higher intensity red light emission can be obtained. Light can be obtained.

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Fourth embodiment)
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図９（ａ）及び図９（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。図９（ａ）及び（ｂ）において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 9A and 9B are semiconductor light emitting devices according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9A shows a cross-sectional configuration, and FIG. 9B shows a planar configuration. 9 (a) and 9 (b), the same components as those shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第４の実施形態に係る半導体発光素子は、青色発光ダイオード部１０と、該青色発光ダイオード部１０の上にエピタキシャル成長してなる緑色発光層２４と、該緑色発光層２４の上にエピタキシャル成長してなる赤色発光層１５とから構成されている。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment includes a blue light emitting diode portion 10 and a green light emitting layer 24 formed by epitaxial growth on the blue light emitting diode portion 10. And a red light emitting layer 15 that is epitaxially grown on the green light emitting layer 24.

第１の実施形態との相違点は、青色発光ダイオード部１０から出射される波長が４７０ｎｍの青色光により励起されて波長が５５５ｎｍの緑色光を発光するＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層２４を設けることにより、青色発光ダイオード部１０を覆って黄色光を発光するＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９を不要としている点である。 The difference from the first embodiment is that the green light emitting layer 24 made of In 0.2 Ga 0.8 N that emits green light having a wavelength of 555 nm when excited by blue light having a wavelength of 470 nm emitted from the blue light emitting diode section 10. Is that the insulating material 19 including a YAG phosphor that covers the blue light emitting diode portion 10 and emits yellow light is unnecessary.

なお、緑色発光層２４及び赤色発光層１５は、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はシリコン（Ｓｉ）をドープすることにより、それぞれのＩｎの組成を小さくしながら緑色光又は赤色光を得ることができる。このように、Ｉｎの組成を小さくすると、通常用いられるＧａＮからなる下地層との格子不整合を抑制でき、緑色発光層２４及び赤色発光層１５の結晶欠陥を低減できるので、高輝度発光が可能となる。   The green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 obtain green light or red light while reducing the respective In composition by doping, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), or silicon (Si). be able to. Thus, when the composition of In is reduced, lattice mismatch with the base layer made of GaN that is usually used can be suppressed, and crystal defects in the green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 can be reduced. It becomes.

ここで、青色発光ダイオード部１０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が４７０ｎｍの青色発光を生じさせることにより、図１０に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図１０において、発光スペクトルは、波長が４７０ｎｍの青色光の透過分１０Ａと、ピーク波長が５５５ｎｍの緑色発光層２４からの緑色発光２４Ａと、波長が６５０ｎｍの赤色発光層１５からの赤色光１５Ａとにより構成され、これら青色光１０Ａ、緑色光２４Ａ及び赤色光１５Ａが混合されて白色光となる。   Here, a white light having a spectrum shown in FIG. 10 can be obtained by injecting a current of, for example, 20 mA into the blue light emitting diode section 10 to generate blue light emission having a wavelength of 470 nm. In FIG. 10, the emission spectrum includes blue light transmission 10A having a wavelength of 470 nm, green light emission 24A from the green light emission layer 24 having a peak wavelength of 555 nm, and red light 15A from the red light emission layer 15 having a wavelength of 650 nm. These blue light 10A, green light 24A and red light 15A are mixed to become white light.

このように、第４の実施形態によると、青色発光ダイオード部１０の上に、該青色発光ダイオード部１０が出力する青色光を受け、受けた青色光による励起によって緑色光及び赤色光をそれぞれ発光する緑色発光層２４及び赤色発光層１５を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, blue light output from the blue light emitting diode unit 10 is received on the blue light emitting diode unit 10, and green light and red light are emitted by excitation by the received blue light. The configuration in which the green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 are provided can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with the blue light from the blue light emitting diode element. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

なお、第４の実施形態においては、青色発光ダイオード部１０からの出力光を受け、緑色発光層２４及び赤色発光層１５がそれぞれ励起されて緑色光及び赤色光を発光することにより白色光を得ているが、青色発光ダイオード部１０に代えて、例えば波長が３４０ｎｍの紫外光を出力する紫外発光ダイオード部を形成してもよい。但し、この場合には、青色発光蛍光体を含む絶縁材により、該紫外発光ダイオード部を覆う構成とする。   In the fourth embodiment, white light is obtained by receiving output light from the blue light emitting diode unit 10 and exciting the green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 to emit green light and red light, respectively. However, instead of the blue light emitting diode portion 10, an ultraviolet light emitting diode portion that outputs ultraviolet light having a wavelength of 340 nm, for example, may be formed. However, in this case, the ultraviolet light emitting diode portion is covered with an insulating material containing a blue light emitting phosphor.

また、サファイアからなる基板１１を青色発光ダイオード部１０から分離して、分離した基板の代わりに金属膜を設けてもよい。このようにすると、設けられた金属膜をｎ側電極として使用できるため、ｎ型半導体層１２を露出してｎ側電極１８を形成する必要がなくなる。   Alternatively, the substrate 11 made of sapphire may be separated from the blue light emitting diode unit 10 and a metal film may be provided instead of the separated substrate. In this case, since the provided metal film can be used as the n-side electrode, it is not necessary to expose the n-type semiconductor layer 12 and form the n-side electrode 18.

また、透明電極１６は、ＩＴＯに代えてニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが積層され透光性を有する積層膜としてもよい。また、ＮｉとＩＴＯとの積層膜としてもよい。   The transparent electrode 16 may be a laminated film in which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated instead of ITO and have translucency. Moreover, it is good also as a laminated film of Ni and ITO.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図１１（ａ）〜図１１（ｃ）、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   11 (a) to 11 (c), FIG. 12 (a), and FIG. 12 (b) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the fourth embodiment of the present invention. .

まず、図１１（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型半導体層１４、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層２４及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１５を順次成長する。活性層１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されてなるが、発光波長が４７０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。ここで、緑色発光層２４の禁制帯幅は２．３ｅＶであり、５５５ｎｍの緑色光を発光する。赤色発光層１５の禁制帯幅は１．９ｅＶであり、６５０ｎｍの赤色光を発光する。また、基板１１とｎ型半導体層１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、緑色発光層２４及び赤色発光層１５はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．２及び０．４よりもそれぞれ小さくしながら緑色発光及び赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 11A, an n-type semiconductor layer 12 made of n-type GaN, an InGaN film, and the like are formed on a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by MOCVD. An active layer 13 having a multiple quantum well structure, a p-type semiconductor layer 14 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N, a green light emitting layer 24 made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and an undoped In 0.4 Ga 0.6 N. The red light emitting layer 15 is grown sequentially. The active layer 13 is a triple layer of a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N with a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N with a thickness of 10 nm, but has an emission wavelength of 470 nm. If it is a grade, it is not restricted to this structure. Here, the forbidden band width of the green light emitting layer 24 is 2.3 eV and emits green light of 555 nm. The forbidden band width of the red light emitting layer 15 is 1.9 eV and emits red light of 650 nm. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 12. In addition, the green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 are not undoped, for example, zinc, magnesium or silicon is doped to obtain green light emission and red light emission while making the In composition smaller than 0.2 and 0.4, respectively. You may be made to do.

次に、図１１（ｂ）に示すように、赤色発光層１５の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、赤色発光層１５、緑色発光層２４及びｐ型半導体層１４の上部を選択的に除去する。ここで、赤色発光層１５及び緑色発光層２４におけるｐ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 11B, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns with a side of 2 μm to 20 μm, for example, and spaced apart from each other on the red light emitting layer 15. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the upper portions of the red light emitting layer 15, the green light emitting layer 24 and the p-type semiconductor layer 14 are selectively removed by ICP etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. Here, the upper part of the p-side electrode formation region in the red light emitting layer 15 and the green light emitting layer 24 is also removed.

次に、図１１（ｃ）に示すように、金属薄膜を除去した後、例えばＲＦスパッタ法により、選択的に露出されたｐ型半導体層１４及び平面方形の島状に分割された複数の赤色発光層１５の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなり可視光を透過する透明電極１６を形成する。続いて、透明電極１６におけるｎ側電極形成領域の上側部分を、例えば塩化水素（ＨＣｌ）水溶液によりウェットエッチングして除去し、その後、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。   Next, as shown in FIG. 11C, after the metal thin film is removed, a plurality of red colors divided into a p-type semiconductor layer 14 and a planar rectangular island shape that are selectively exposed, for example, by RF sputtering. A transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm and transmitting visible light is formed on the light emitting layer 15. Subsequently, the upper portion of the n-side electrode forming region in the transparent electrode 16 is removed by wet etching using, for example, an aqueous solution of hydrogen chloride (HCl), and then heat treatment is performed in an oxygen atmosphere having a temperature of about 600 ° C., for example. The resistance is reduced, the resistivity of the transparent electrode 16 is reduced, and the transmittance is improved.

次に、図１２（ａ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｐ型半導体層１４及び活性層１３におけるｎ側電極形成領域１２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体層１２におけるｎ側電極形成領域１２ａを露出する。   Next, as shown in FIG. 12A, the upper portion of the n-side electrode formation region 12a in the p-type semiconductor layer 14 and the active layer 13 is selectively removed by ICP etching, so that the n-type semiconductor layer 12 The n-side electrode formation region 12a is exposed.

次に、図１２（ｂ）に示すように、ドライエッチングの後に、例えばスパッタ法により、ｎ型半導体層１２の露出したｎ側電極形成領域１２ａの上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるオーミック電極であるｎ側電極１８を形成する。その後、ｎ側電極１８のコンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。続いて、例えばスパッタ法により、透明電極１６におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。なお、ｎ側電極１８とｐ側電極１７との形成順序は問われない。その後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割し、続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ（図示せず）上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８に対してワイヤボンディングを行なう。   Next, as shown in FIG. 12B, after dry etching, titanium (Ti) and gold (Au) are formed on the n-side electrode formation region 12a where the n-type semiconductor layer 12 is exposed, for example, by sputtering. An n-side electrode 18 that is an ohmic electrode made of the laminated film is formed. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the n-side electrode 18, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. Subsequently, a p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes a p-side electrode pad, is selectively formed in the p-side electrode formation region of the transparent electrode 16 by, for example, sputtering. The order of forming the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 is not limited. Then, for example, by dicing, it is divided into light emitting diode chips having a size of 350 μm square, and then the divided chips are mounted in a predetermined region on a package (not shown) using, for example, silver (Ag) paste, Thereafter, wire bonding is performed on the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18.

このように、第４の実施形態に係る製造方法によると、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を青色発光ダイオード部１０から出力される青色光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。その結果、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度が高くなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   As described above, according to the manufacturing method according to the fourth embodiment, the configuration in which the green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15 are excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 10 is used as a one-chip white light emitting diode element. It can be integrated. As a result, since the light emission intensity in the red region is higher than that of a conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材を塗布する工程をなくすことができるため、製造プロセスを簡略化することができる。   In addition, since the step of applying an insulating material containing a YAG phosphor can be eliminated, the manufacturing process can be simplified.

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Fifth embodiment)
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。   FIGS. 13A and 13B are semiconductor light emitting devices according to the fifth embodiment of the present invention, in which FIG. 13A shows a cross-sectional configuration and FIG. 13B shows a planar configuration.

図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、第５の実施形態に係る半導体発光素子は、紫外発光ダイオード部３０と、該紫外発光ダイオード部３０の上にエピタキシャル成長してなる青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５とから構成されている。   As shown in FIGS. 13A and 13B, the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment includes an ultraviolet light emitting diode portion 30 and a blue light emitting layer 25 formed by epitaxial growth on the ultraviolet light emitting diode portion 30. , The green light emitting layer 24 and the red light emitting layer 15.

紫外発光ダイオード部３０は、例えばｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体層３２と、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層３３と、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ型半導体層３４とから構成されている。活性層３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されて構成されている。これにより、活性層３３からは３４０ｎｍの紫外発光を生じる。 The ultraviolet light emitting diode unit 30 includes, for example, an n-type semiconductor layer 32 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N, an active layer 33 having a multiple quantum well structure made of InGaN / AlGaN, and a p-type made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N. Type semiconductor layer 34. The active layer 33 is configured by five layers of a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm. Thereby, the active layer 33 emits ultraviolet light of 340 nm.

ｎ型半導体層３２の活性層３３と反対側の面上には、その全面にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層体からなるｎ側電極１８が形成されている。また、ｎ側電極１８のｎ型半導体層３２と反対側の面上にはその全面に厚さが１０μｍ以上の、例えば約５０μｍの金（Ａｕ）めっき層３１が形成されており、実質的なｎ側電極として機能する。ここで、ｎ側電極１８には、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光に対する反射率が６０％以上である材料を用いることが好ましく、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）又はロジウム（Ｒｈ）の単層膜若しくはこれらのうち少なくとも２つを含む多層膜を用いることができる。また、金めっき層３１には、金（Ａｕ）に代えて、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）を用いることができる。   An n-side electrode 18 made of a laminate of titanium (Ti) and gold (Au) is formed on the entire surface of the n-type semiconductor layer 32 opposite to the active layer 33. Further, a gold (Au) plating layer 31 having a thickness of 10 μm or more, for example, about 50 μm, is formed on the entire surface of the n-side electrode 18 opposite to the n-type semiconductor layer 32. Functions as an n-side electrode. Here, the n-side electrode 18 is preferably made of a material having a reflectance of 60% or more for ultraviolet light, blue light, green light, and red light. For example, gold (Au), platinum (Pt), copper A single-layer film of (Cu), silver (Ag), or rhodium (Rh) or a multilayer film including at least two of them can be used. The gold plating layer 31 may be made of copper (Cu) or silver (Ag) instead of gold (Au).

青色発光層２５は、例えば禁制帯幅が２．６ｅＶであるアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなり、ｐ型半導体層３４の上に互いに間隔をおいた複数の島状に形成されている。緑色発光層２４は、例えば禁制帯幅が２．２ｅＶであるアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなり、青色発光層２５の上に該青色発光層２５と同一の平面形状となるように形成されている。赤色発光層１５は、例えば禁制帯幅が１．９ｅＶであるアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなり、緑色発光層２４の上に該緑色発光層２４と同一の平面形状となるように形成されている。青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５は、紫外発光ダイオード部３０から出力される紫外光により励起されて、波長が４７０ｎｍの青色光、５５５ｎｍの緑色光及び６５０ｎｍの赤色光をそれぞれ発光する。なお、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５は、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はシリコン（Ｓｉ）をドープすることにより、それぞれのＩｎの組成を小さくしながら、青色発光、緑色発光及び赤色発光を得ることができる。このように、Ｉｎの組成を小さくすると、通常用いられるＧａＮからなる下地層との格子不整合を抑制でき、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５の結晶欠陥を低減できるので、高輝度発光が可能となる。 The blue light emitting layer 25 is made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N having a forbidden band width of 2.6 eV, for example, and is formed on the p-type semiconductor layer 34 into a plurality of islands spaced from each other. The green light emitting layer 24 is made of, for example, undoped In 0.2 Ga 0.8 N having a forbidden band width of 2.2 eV, and is formed on the blue light emitting layer 25 so as to have the same planar shape as the blue light emitting layer 25. Yes. The red light emitting layer 15 is made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N having a forbidden band width of 1.9 eV, for example, and is formed on the green light emitting layer 24 so as to have the same planar shape as the green light emitting layer 24. Yes. The blue light-emitting layer 25, the green light-emitting layer 24, and the red light-emitting layer 15 are excited by the ultraviolet light output from the ultraviolet light-emitting diode unit 30, and emit blue light with a wavelength of 470 nm, green light with 555 nm, and red light with 650 nm, respectively. Emits light. The blue light-emitting layer 25, the green light-emitting layer 24, and the red light-emitting layer 15 are doped with, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), or silicon (Si) to reduce the respective In composition while reducing the respective In composition. Light emission, green light emission and red light emission can be obtained. Thus, when the In composition is reduced, lattice mismatch with the base layer made of GaN that is normally used can be suppressed, and crystal defects in the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 can be reduced. High luminance light emission is possible.

ｐ型半導体層３４の上には、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を含む全面にわたって、ＩＴＯからなる透明電極１６が形成されており、さらにｐ型半導体層３４の上の一部の領域には透明電極１６を介在させて、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７が形成されている。   On the p-type semiconductor layer 34, the transparent electrode 16 made of ITO is formed over the entire surface including the blue light-emitting layer 25, the green light-emitting layer 24, and the red light-emitting layer 15. A p-side electrode 17 made of gold (Au) is formed in some regions with the transparent electrode 16 interposed.

紫外発光ダイオード部３０には、ｐ側電極１７、透明電極１６及びｐ型半導体層３４を介して電流が注入され、例えば３Ｖ程度の比較的に低い電圧での動作が可能である。従って、紫外発光ダイオード部３０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が３４０ｎｍの紫外発光を生じさせることにより、図１４に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図１４において、発光スペクトルは、波長が３４０ｎｍで強度が小さい紫外光の透過分３０Ａと、ピーク波長が４７０ｎｍの青色発光層２５からの青色光２５Ａと、ピーク波長が５５５ｎｍの緑色発光層２４からの緑色光２４Ａと、波長が６５０ｎｍの赤色発光層１５からの赤色光１５Ａとにより構成され、これら青色光２５Ａ、緑色光２４Ａ及び赤色光１５Ａが混合されて白色光となる。   A current is injected into the ultraviolet light emitting diode section 30 through the p-side electrode 17, the transparent electrode 16, and the p-type semiconductor layer 34, and an operation at a relatively low voltage of, for example, about 3 V is possible. Therefore, white light having a spectrum shown in FIG. 14 can be obtained by injecting a current of, for example, 20 mA into the ultraviolet light emitting diode section 30 to generate ultraviolet light having a wavelength of 340 nm. In FIG. 14, the emission spectrum includes the ultraviolet light transmission 30A having a wavelength of 340 nm and a small intensity, the blue light 25A from the blue light emitting layer 25 having a peak wavelength of 470 nm, and the green light emitting layer 24 having a peak wavelength of 555 nm. The green light 24A is composed of the red light 15A from the red light emitting layer 15 having a wavelength of 650 nm. The blue light 25A, the green light 24A, and the red light 15A are mixed to become white light.

第５の実施形態の特徴として、エピタキシャル成長用のサファイアからなる基板を除去して、ｎ型半導体層３２における活性層３３の反対側の面（裏面）の全面にｎ側電極１８を形成し、さらに、金めっき層３１を設けている。これにより、紫外発光ダイオード部３０における放熱性が著しく向上するため、より高出力の白色発光ダイオード素子を実現できる。その上、ｎ側電極１８とｐ側電極１７とは活性層３３を挟んで互いに対向するため、ｎ側電極１８及びｐ側電極１７における電極間の直列抵抗を小さくできる。また、サファイア等の絶縁性基板を除去しているため、ｎ型半導体層３２の上部にｎ側電極１８を設ける必要がなくなるので、チップサイズを縮小することができる。また、ｎ型半導体層３２をｐ型半導体層３４側からエッチングして除去する工程をもなくすことができる。   As a feature of the fifth embodiment, the substrate made of sapphire for epitaxial growth is removed, and an n-side electrode 18 is formed on the entire surface of the n-type semiconductor layer 32 opposite to the active layer 33 (back surface). A gold plating layer 31 is provided. Thereby, since the heat dissipation in the ultraviolet light emitting diode part 30 is remarkably improved, a higher-power white light emitting diode element can be realized. In addition, since the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 face each other with the active layer 33 interposed therebetween, the series resistance between the electrodes in the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 can be reduced. Further, since the insulating substrate such as sapphire is removed, it is not necessary to provide the n-side electrode 18 on the n-type semiconductor layer 32, so that the chip size can be reduced. Further, the step of etching and removing the n-type semiconductor layer 32 from the p-type semiconductor layer 34 side can be eliminated.

このように、第５の実施形態によると、紫外発光ダイオード部３０の上に、該紫外発光ダイオード部３０が出力する紫外光を受け、受けた紫外光の励起によって青色光、緑色光及び赤色光をそれぞれ発光する青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   Thus, according to the fifth embodiment, the ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode unit 30 is received on the ultraviolet light emitting diode unit 30, and blue light, green light and red light are excited by excitation of the received ultraviolet light. The structure in which the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 that respectively emit light are provided can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with the blue light from the blue light emitting diode element. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

その上、放熱性が良好ではないサファイアからなる基板を除去し、代わりに放熱性に優れる金めっき層３１を設けているため、より高出力で且つ演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In addition, since the sapphire substrate having poor heat dissipation is removed and the gold plating layer 31 having excellent heat dissipation is provided instead, a white light emitting diode element having higher output and color rendering can be obtained. Can do.

なお、紫外発光ダイオード部３０を、第４の実施形態のような青色発光ダイオード部１０に置き換えた場合には、青色発光層２５を設ける必要はない。   In addition, when the ultraviolet light emitting diode part 30 is replaced with the blue light emitting diode part 10 as in the fourth embodiment, it is not necessary to provide the blue light emitting layer 25.

また、透明電極１６は、ＩＴＯに代えてニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが積層され透光性を有する積層膜としてもよい。また、ＮｉとＩＴＯとの積層膜としてもよい。   The transparent electrode 16 may be a laminated film in which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated instead of ITO and have translucency. Moreover, it is good also as a laminated film of Ni and ITO.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図１５（ａ）〜図１５（ｅ）及び図１６（ａ）〜図１６（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   15 (a) to 15 (e) and FIGS. 16 (a) to 16 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment of the present invention. .

まず、図１５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体層３２、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層３３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ型半導体層３４、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる青色発光層２５、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層２４及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１５を順次成長する。活性層３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されてなるが、発光波長が３４０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。ここで、青色発光層２５の禁制帯幅は２．６ｅＶであり、４７０ｎｍの青色光を発光する。緑色発光層２４の禁制帯幅は２．３ｅＶであり、５５５ｎｍの緑色光を発光する。赤色発光層１５の禁制帯幅は１．９ｅＶであり、６５０ｎｍの赤色光を発光する。また、基板１１とｎ型半導体層３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．１５、０．２及び０．４よりもそれぞれ小さくしながら青色発光、緑色発光及び赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 15A, an n-type semiconductor made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N is formed on a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by MOCVD. Layer 32, active layer 33 having a multiple quantum well structure made of InGaN / AlGaN, p-type semiconductor layer 34 made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N, blue light-emitting layer 25 made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N, undoped In A green light emitting layer 24 made of 0.2 Ga 0.8 N and a red light emitting layer 15 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. The active layer 33 is formed by multiplying a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm in five layers. If it is about 340 nm, it will not be restricted to this structure. Here, the forbidden band width of the blue light emitting layer 25 is 2.6 eV, and emits blue light of 470 nm. The green light emitting layer 24 has a forbidden band width of 2.3 eV and emits 555 nm green light. The forbidden band width of the red light emitting layer 15 is 1.9 eV and emits red light of 650 nm. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32. Further, the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 are not undoped, but doped with, for example, zinc, magnesium, or silicon so that the composition of In is smaller than 0.15, 0.2, and 0.4, respectively. However, blue light emission, green light emission, and red light emission may be obtained.

次に、図１５（ｂ）に示すように、赤色発光層１５の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、赤色発光層１５、緑色発光層２４、青色発光層２５及びｐ型半導体層３４の上部を選択的に除去する。ここで、赤色発光層１５、緑色発光層２４及び青色発光層２５におけるｐ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 15B, on the red light emitting layer 15, for example, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced apart from each other. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the upper portions of the red light emitting layer 15, the green light emitting layer 24, the blue light emitting layer 25, and the p-type semiconductor layer 34 are selectively formed by ICP etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. To remove. Here, the upper portion of the p-side electrode formation region in the red light emitting layer 15, the green light emitting layer 24, and the blue light emitting layer 25 is also removed.

次に、図１５（ｃ）に示すように、金属薄膜を除去した後、例えばＲＦスパッタ法により、選択的に露出されたｐ型半導体層１４及び平面方形の島状に分割された複数の赤色発光層１５の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなり可視光を透過する透明電極１６を形成する。続いて、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。   Next, as shown in FIG. 15C, after the metal thin film is removed, a plurality of red colors divided into a p-type semiconductor layer 14 and a planar rectangular island shape that are selectively exposed, for example, by RF sputtering. A transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm and transmitting visible light is formed on the light emitting layer 15. Subsequently, for example, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 600 ° C. to reduce the contact resistance, reduce the resistivity of the transparent electrode 16, and improve the transmittance.

次に、図１５（ｄ）に示すように、例えばスパッタ法により、透明電極１６におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。   Next, as shown in FIG. 15D, a p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes a p-side electrode pad, is selectively formed in the p-side electrode formation region of the transparent electrode 16 by, for example, sputtering. To do.

次に、図１５（ｅ）に示すように、ｐ側電極１７を形成した後、シリコンからなる保持基板５２を、ｐ側電極１７を含む透明電極１６と例えばエポキシ系の接着剤５３を用いて貼り合わせる。なお、保持基板５２はシリコンに限られず、高分子フィルムを用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 15E, after the p-side electrode 17 is formed, the holding substrate 52 made of silicon is used with the transparent electrode 16 including the p-side electrode 17 and, for example, an epoxy adhesive 53. to paste together. The holding substrate 52 is not limited to silicon, and a polymer film may be used.

次に、図１６（ａ）に示すように、基板１１における保持基板５２の反対側の面から、基板１１に吸収されず且つｎ型半導体層３２で吸収される、例えば波長が３５５ｎｍであるＹＡＧレーザの第３次高調波光又は波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光であって、高出力且つ短波長のパルスレーザ光を基板１１の面内でスキャンしながら照射する。このとき、照射されたレーザ光は、基板１１とｎ型半導体層３２との界面及びその近傍においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体層３２に吸収される。その結果、ｎ型半導体層３２における基板１１との界面の近傍部分がレーザ光の吸収により加熱されて例えば温度が９００℃以上になると、その部分のｎ型半導体層３２が金属ガリウム（Ｇａ）、金属アルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ2 ）ガスに分解され、その結果分解層が形成される。なお、分解層を形成するレーザ光にＹＡＧレーザを用いる場合には、ＹＡＧレーザ光の吸収が促進されるように、基板１１とｎ型半導体層３２との間に窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体薄膜を挿入し、挿入した半導体薄膜にＹＡＧレーザ光を照射して分解層を形成する。 Next, as shown in FIG. 16A, from the surface of the substrate 11 opposite to the holding substrate 52, it is not absorbed by the substrate 11 and is absorbed by the n-type semiconductor layer 32, for example, YAG having a wavelength of 355 nm. The third harmonic light of the laser or KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm, which is irradiated with high-power and short-wavelength pulsed laser light while scanning in the plane of the substrate 11. At this time, the irradiated laser light is absorbed by the n-type semiconductor layer 32 made of Al 0.1 Ga 0.9 N at and near the interface between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32. As a result, when the vicinity of the interface with the substrate 11 in the n-type semiconductor layer 32 is heated by the absorption of laser light, for example, the temperature becomes 900 ° C. or higher, the n-type semiconductor layer 32 in that portion becomes metallic gallium (Ga), It is decomposed into metallic aluminum (Al) and nitrogen (N 2 ) gas, and as a result, a decomposition layer is formed. When a YAG laser is used as the laser light for forming the decomposition layer, a semiconductor made of gallium nitride (GaN) is provided between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32 so that the absorption of the YAG laser light is promoted. A thin film is inserted, and a YAG laser beam is irradiated to the inserted semiconductor thin film to form a decomposition layer.

次に、分解層が形成された基板１１をガリウムの融点である２９℃以上にまで加熱するか、又は塩化水素（ＨＣｌ）水溶液中に浸して、分解層のうちの金属ガリウムを溶融するか除去することにより、ｎ型半導体層３２から基板１１を分離する。その後、例えば電子ビーム蒸着法により、基板１１が分離され除去された露出面上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｎ側電極１８を形成する。続いて、電解めっき法により、ｎ側電極１８の金（Ａｕ）層を下地として、厚さが約５０μｍの金めっき層３１を形成して、図１６（ｂ）に示す構造を得る。   Next, the substrate 11 on which the decomposition layer is formed is heated to 29 ° C. or higher, which is the melting point of gallium, or is immersed in a hydrogen chloride (HCl) aqueous solution to melt or remove the metal gallium in the decomposition layer. As a result, the substrate 11 is separated from the n-type semiconductor layer 32. Thereafter, an n-side electrode 18 made of a laminated film of titanium (Ti) and gold (Au) is formed on the exposed surface from which the substrate 11 has been separated and removed by, for example, an electron beam evaporation method. Subsequently, a gold plating layer 31 having a thickness of about 50 μm is formed by electrolytic plating using the gold (Au) layer of the n-side electrode 18 as a base to obtain the structure shown in FIG.

次に、図１６（ｃ）に示すように、例えばアセトンにより接着剤５３を除去して、保持基板５２を除去し、その後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ（図示せず）上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７に対してワイヤボンディングを行なって、白色発光ダイオード素子を得る。   Next, as shown in FIG. 16C, the adhesive 53 is removed by, for example, acetone, the holding substrate 52 is removed, and then the light emitting diode chips having a size of 350 μm square are divided by, for example, dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on a package (not shown) using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the p-side electrode 17 to obtain a white light emitting diode element. Get.

このように、第５の実施形態に係る製造方法によると、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を紫外発光ダイオード部３０から出力される紫外光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。その結果、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度が高くなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   As described above, according to the manufacturing method according to the fifth embodiment, the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 are excited by ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode unit 30. It can be integrated as a white light emitting diode element. As a result, since the light emission intensity in the red region is higher than that of a conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材を塗布する工程をなくすことができるため、製造プロセスを簡略化することができる。また、放熱性に優れないサファイア基板１１を除去し、代わりに放熱性に優れる金めっき層３１を設けているため、高出力化を図ることができる。   In addition, since the step of applying an insulating material containing a YAG phosphor can be eliminated, the manufacturing process can be simplified. Moreover, since the sapphire substrate 11 which is not excellent in heat dissipation is removed and the gold plating layer 31 which is excellent in heat dissipation is provided instead, high output can be achieved.

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Sixth embodiment)
Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。図１７（ａ）及び（ｂ）において、図１３（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 17A and 17B are semiconductor light emitting devices according to the sixth embodiment of the present invention, in which FIG. 17A shows a cross-sectional configuration and FIG. 17B shows a planar configuration. 17 (a) and 17 (b), the same components as those shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第６の実施形態に係る半導体発光素子は、第５の実施形態に係る半導体発光素子と同様に、紫外発光ダイオード部３０と、その上に形成された青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５とから構成される点は同一であるが、透明電極１６がｐ型半導体層３４の上に平面方形状の複数の開口部１６ａを有するように形成され、青色発光層２５が、複数の開口部１６ａを有する透明電極１６を選択成長用のマスクとしてエピタキシャル成長している点が異なる。従って、第６の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルは図１４に示すパターンと同等のスペクトルパターンを示す。   Similar to the semiconductor light emitting device according to the fifth embodiment, the semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment includes the ultraviolet light emitting diode portion 30, and the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light formed thereon. Although the point comprised from the light emitting layer 15 is the same, the transparent electrode 16 is formed on the p-type semiconductor layer 34 so as to have a plurality of planar rectangular openings 16a, and a plurality of blue light emitting layers 25 are formed. The transparent electrode 16 having the opening 16a is epitaxially grown using a mask for selective growth. Therefore, the emission spectrum of the semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment shows a spectrum pattern equivalent to the pattern shown in FIG.

紫外発光ダイオード部３０への電流注入は、パターニングされて選択成長用のマスクとして用いられる透明電極１６とｐ型半導体層３４とを介して行なわれる。   Current injection into the ultraviolet light emitting diode section 30 is performed through the transparent electrode 16 that is patterned and used as a mask for selective growth and the p-type semiconductor layer 34.

第６の実施形態においては、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５の面積を大きくできるため、白色光の強度を高めることができる。   In the sixth embodiment, since the areas of the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 can be increased, the intensity of white light can be increased.

その上、選択成長用のマスクである透明電極１６上において横方向、すなわち透明電極１６の上面に平行な方向に成長した部分は結晶性が改善される結果、結晶転位密度が小さく、紫外発光ダイオード部３０から出力される紫外光による励起によって高輝度の可視発光を得ることができる。   In addition, the crystal growth is improved in the portion grown in the lateral direction on the transparent electrode 16 which is a mask for selective growth, that is, in the direction parallel to the upper surface of the transparent electrode 16. Visible light emission with high luminance can be obtained by excitation with ultraviolet light output from the unit 30.

また、エピタキシャル成長用のサファイアからなる基板を除去して、ｎ型半導体層３２における活性層３３の反対側の面（裏面）の全面にｎ側電極１８を形成し、さらに、金めっき層３１を設けている。これにより、紫外発光ダイオード部３０における放熱性が著しく向上するため、より高出力の白色発光ダイオード素子を実現できる。その上、ｎ側電極１８とｐ側電極１７とは活性層３３を挟んで互いに対向するため、ｎ側電極１８及びｐ側電極１７の両電極間の直列抵抗を小さくすることができる。また、サファイア等の絶縁性基板を除去しているため、ｎ型半導体層３２の上部にｎ側電極１８を設ける必要がなくなるので、チップサイズを縮小することができる。また、ｎ型半導体層３２をｐ型半導体層３４側からエッチングして除去する工程をもなくすことができる。   Further, the substrate made of sapphire for epitaxial growth is removed, the n-side electrode 18 is formed on the entire surface of the n-type semiconductor layer 32 opposite to the active layer 33 (back surface), and a gold plating layer 31 is further provided. ing. Thereby, since the heat dissipation in the ultraviolet light emitting diode part 30 is remarkably improved, a higher-power white light emitting diode element can be realized. In addition, since the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 face each other across the active layer 33, the series resistance between the n-side electrode 18 and the p-side electrode 17 can be reduced. Further, since the insulating substrate such as sapphire is removed, it is not necessary to provide the n-side electrode 18 on the n-type semiconductor layer 32, so that the chip size can be reduced. Further, the step of etching and removing the n-type semiconductor layer 32 from the p-type semiconductor layer 34 side can be eliminated.

このように、第６の実施形態によると、紫外発光ダイオード部３０の上に、該紫外発光ダイオード部３０が出力する紫外光を受け、受けた紫外光の励起によって青色光、緑色光及び赤色光をそれぞれ発光する青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   As described above, according to the sixth embodiment, the ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode unit 30 is received on the ultraviolet light emitting diode unit 30, and blue light, green light, and red light are excited by excitation of the received ultraviolet light. The structure in which the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 that respectively emit light are provided can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with the blue light from the blue light emitting diode element. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

その上、放熱性が良好ではないサファイアからなる基板を除去し、代わりに放熱性に優れる金めっき層３１を設けているため、より高出力で且つ演色性に優れた白色発光ダイオード素子を得ることができる。   In addition, since the sapphire substrate having poor heat dissipation is removed and the gold plating layer 31 having excellent heat dissipation is provided instead, a white light emitting diode element having higher output and color rendering can be obtained. Can do.

なお、紫外発光ダイオード部３０を、第４の実施形態のような青色発光ダイオード部１０に置き換えた場合には、青色発光層２５を設ける必要はない。   In addition, when the ultraviolet light emitting diode part 30 is replaced with the blue light emitting diode part 10 as in the fourth embodiment, it is not necessary to provide the blue light emitting layer 25.

また、透明電極１６は、ＩＴＯに代えてニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）とが積層され透光性を有する積層膜としてもよい。また、ＮｉとＩＴＯとの積層膜としてもよい。   The transparent electrode 16 may be a laminated film in which nickel (Ni) and gold (Au) are laminated instead of ITO and have translucency. Moreover, it is good also as a laminated film of Ni and ITO.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図１８（ａ）〜図１８（ｄ）及び図１９（ａ）〜図１９（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   18 (a) to 18 (d) and 19 (a) to 19 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the sixth embodiment of the present invention. .

まず、図１８（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体層３２、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層３３及びｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ型半導体層３４を順次成長する。活性層３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されてなるが、発光波長が３４０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。続いて、例えばＲＦスパッタ法により、ｐ型半導体層３４の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極１６を形成し、その後、例えばフッ化水素酸（ＨＦ）水溶液を用いて、透明電極１６に例えば一辺が２μｍ〜２０μｍの平面方形状の複数の開口部１６ａを形成する。その後、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。 First, as shown in FIG. 18A, an n-type semiconductor made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N is formed on a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by MOCVD. A layer 32, an active layer 33 having a multiple quantum well structure made of InGaN / AlGaN, and a p-type semiconductor layer 34 made of p-type Al 0.15 Ga 0.85 N are successively grown. The active layer 33 is formed by multiplying a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm in five layers. If it is about 340 nm, it will not be restricted to this structure. Subsequently, the transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm is formed on the p-type semiconductor layer 34 by, eg, RF sputtering, and then transparent using, for example, an aqueous hydrofluoric acid (HF) solution. For example, a plurality of planar openings 16 a each having a side of 2 μm to 20 μm are formed in the electrode 16. Thereafter, heat treatment is performed in an oxygen atmosphere at a temperature of about 600 ° C., for example, to reduce the contact resistance, reduce the resistivity of the transparent electrode 16, and improve the transmittance.

次に、図１８（ｂ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、複数の開口部１６ａが形成された透明電極１６をマスクとして、ｐ型半導体層３４の上に、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる青色発光層２５、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層２４及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１５を順次成長する。このとき、透明電極１６に設ける開口部１６ａの開口寸法は、例えば青色発光層２５における開口部１６ａの上側部分に結晶欠陥が生じやすいため、青色発光層２５が平坦に成長できる範囲において、可能な限り小さい方が好ましい。ここで、青色発光層２５の禁制帯幅は２．６ｅＶであり、４７０ｎｍの青色光を発光する。緑色発光層２４の禁制帯幅は２．３ｅＶであり、５５５ｎｍの緑色光を発光する。赤色発光層１５の禁制帯幅は１．９ｅＶであり、６５０ｎｍの赤色光を発光する。また、基板１１とｎ型半導体層３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．１５、０．２及び０．４よりもそれぞれ小さくしながら青色発光、緑色発光及び赤色発光を得られるようにしてもよい。 Next, as shown in FIG. 18B, an undoped In 0.15 Ga 0.85 N film is formed on the p-type semiconductor layer 34 by the MOCVD method using the transparent electrode 16 having a plurality of openings 16a formed thereon as a mask. A blue light-emitting layer 25, a green light-emitting layer 24 made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and a red light-emitting layer 15 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. At this time, the opening size of the opening 16a provided in the transparent electrode 16 is possible within a range in which the blue light emitting layer 25 can grow flat because, for example, crystal defects are likely to occur in the upper portion of the opening 16a in the blue light emitting layer 25. The smaller one is preferable. Here, the forbidden band width of the blue light emitting layer 25 is 2.6 eV, and emits blue light of 470 nm. The green light emitting layer 24 has a forbidden band width of 2.3 eV and emits 555 nm green light. The forbidden band width of the red light emitting layer 15 is 1.9 eV and emits red light of 650 nm. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32. Further, the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 are not undoped, but doped with, for example, zinc, magnesium, or silicon so that the composition of In is smaller than 0.15, 0.2, and 0.4, respectively. However, blue light emission, green light emission, and red light emission may be obtained.

次に、図１８（ｃ）に示すように、例えばスパッタ法により、透明電極１６上におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。   Next, as shown in FIG. 18C, the p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes the p-side electrode pad in the p-side electrode formation region on the transparent electrode 16, is selectively formed by sputtering, for example. Form.

次に、図１８（ｄ）に示すように、ｐ側電極１７を形成した後、シリコンからなる保持基板５２を、ｐ側電極１７を含む透明電極１６及び赤色発光層１５と例えばエポキシ系の接着剤５３を用いて貼り合わせる。なお、保持基板５２はシリコンに限られず、高分子フィルムを用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 18D, after the p-side electrode 17 is formed, the holding substrate 52 made of silicon is bonded to the transparent electrode 16 including the p-side electrode 17 and the red light emitting layer 15 with, for example, an epoxy-based adhesive. Bonding is performed using the agent 53. The holding substrate 52 is not limited to silicon, and a polymer film may be used.

次に、図１９（ａ）に示すように、基板１１における保持基板５２の反対側の面から、例えば、波長が３５５ｎｍであるＹＡＧレーザの第３次高調波光又は波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光のように、高出力且つ短波長のパルスレーザ光を基板面内でスキャンしながら照射する。このとき、照射されたレーザ光は、基板１１とｎ型半導体層３２との界面及びその近傍においてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体層３２に吸収される。その結果、ｎ型半導体層３２における基板１１との界面の近傍部分がレーザ光の吸収により加熱されて例えば温度が９００℃以上になると、その部分のｎ型半導体層３２が金属ガリウム（Ｇａ）、金属アルミニウム（Ａｌ）及び窒素（Ｎ2 ）ガスに分解され、その結果分解層が形成される。なお、分解層を形成するレーザ光にＹＡＧレーザを用いる場合には、ＹＡＧレーザ光の吸収が促進されるように、基板１１とｎ型半導体層３２との間に窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体薄膜を挿入し、挿入した半導体薄膜にＹＡＧレーザ光を照射して分解層を形成する。 Next, as shown in FIG. 19A, for example, the third harmonic light of a YAG laser having a wavelength of 355 nm or the KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm from the surface of the substrate 11 opposite to the holding substrate 52. As described above, irradiation is performed while scanning a high-power and short-wavelength pulsed laser beam within the substrate surface. At this time, the irradiated laser light is absorbed by the n-type semiconductor layer 32 made of Al 0.1 Ga 0.9 N at and near the interface between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32. As a result, when the vicinity of the interface with the substrate 11 in the n-type semiconductor layer 32 is heated by the absorption of laser light, for example, the temperature becomes 900 ° C. or higher, the n-type semiconductor layer 32 in that portion becomes metallic gallium (Ga), It is decomposed into metallic aluminum (Al) and nitrogen (N 2 ) gas, and as a result, a decomposition layer is formed. When a YAG laser is used as the laser light for forming the decomposition layer, a semiconductor made of gallium nitride (GaN) is provided between the substrate 11 and the n-type semiconductor layer 32 so that the absorption of the YAG laser light is promoted. A thin film is inserted, and a YAG laser beam is irradiated to the inserted semiconductor thin film to form a decomposition layer.

次に、分解層が形成された基板１１をガリウムの融点である２９℃以上にまで加熱するか、又は塩化水素（ＨＣｌ）水溶液中に浸して、分解層のうちの金属ガリウムを溶融するか除去することにより、ｎ型半導体層３２から基板１１を分離する。その後、例えば電子ビーム蒸着法により、基板１１が分離され除去された露出面上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるｎ側電極１８を形成する。続いて、電解めっき法により、ｎ側電極１８の金（Ａｕ）層を下地として、厚さが約５０μｍの金めっき層３１を形成して、図１９（ｂ）に示す構造を得る。   Next, the substrate 11 on which the decomposition layer is formed is heated to 29 ° C. or higher, which is the melting point of gallium, or is immersed in a hydrogen chloride (HCl) aqueous solution to melt or remove the metal gallium in the decomposition layer. As a result, the substrate 11 is separated from the n-type semiconductor layer 32. Thereafter, an n-side electrode 18 made of a laminated film of titanium (Ti) and gold (Au) is formed on the exposed surface from which the substrate 11 has been separated and removed by, for example, an electron beam evaporation method. Subsequently, a gold plating layer 31 having a thickness of about 50 μm is formed by electrolytic plating using the gold (Au) layer of the n-side electrode 18 as a base to obtain the structure shown in FIG.

次に、図１９（ｃ）に示すように、例えばアセトンにより接着剤５３を除去して、保持基板５２を除去し、その後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ（図示せず）上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７に対してワイヤボンディングを行なって、白色発光ダイオード素子を得る。   Next, as shown in FIG. 19C, the adhesive 53 is removed by using, for example, acetone, and the holding substrate 52 is removed. Thereafter, the light emitting diode chips having a size of 350 μm square are divided by, for example, dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on a package (not shown) using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the p-side electrode 17 to obtain a white light emitting diode element. Get.

このように、第６の実施形態に係る製造方法によると、青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を紫外発光ダイオード部３０から出力される紫外光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。その結果、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度が高くなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   As described above, according to the manufacturing method according to the sixth embodiment, the configuration in which the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15 are excited by the ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode unit 30 is formed in one chip. It can be integrated as a white light emitting diode element. As a result, since the light emission intensity in the red region is higher than that of a conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、透明電極１６が青色発光層２５、緑色発光層２４及び赤色発光層１５を覆わないため、青色光、緑色光及び赤色光の各発光輝度が高くなる。   In addition, since the transparent electrode 16 does not cover the blue light emitting layer 25, the green light emitting layer 24, and the red light emitting layer 15, each light emission luminance of blue light, green light, and red light is increased.

また、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材を塗布する工程をなくすことができるため、製造プロセスを簡略化することができる。また、放熱性に優れないサファイア基板１１を除去し、代わりに放熱性に優れる金めっき層３１を設けているため、高出力化を図ることができる。   In addition, since the step of applying an insulating material containing a YAG phosphor can be eliminated, the manufacturing process can be simplified. Moreover, since the sapphire substrate 11 which is not excellent in heat dissipation is removed and the gold plating layer 31 which is excellent in heat dissipation is provided instead, high output can be achieved.

また、第５及び第６の実施形態において、サファイアからなる基板１１を分離する際に高出力短波長パルスレーザ光を照射する分離法を説明したが、レーザ照射による分離法に限らない。例えば、サファイアからなる基板１１に代えて、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる基板１１を用いて、酸によるウェットエッチングにより該基板１１を分離して除去するようにしてもよい。   In the fifth and sixth embodiments, the separation method of irradiating the high-power short-wavelength pulsed laser beam when separating the substrate 11 made of sapphire has been described. However, the separation method is not limited to the laser irradiation method. For example, instead of the substrate 11 made of sapphire, the substrate 11 made of silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) may be used, and the substrate 11 may be separated and removed by wet etching with acid.

（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Seventh embodiment)
The seventh embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図２０及び図２１は本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子であって、図２０は断面構成を示し、図２１は電極側から見た平面構成を示している。図２０及び図２１において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   20 and 21 show a semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 20 shows a cross-sectional configuration, and FIG. 21 shows a planar configuration viewed from the electrode side. 20 and FIG. 21, the same components as those shown in FIG. 1A and FIG.

第７の実施形態に係る半導体発光素子は、第１の実施形態に係る半導体発光素子と同様に、青色発光ダイオード部１０と、該青色発光ダイオード部１０の上にエピタキシャル成長してなる赤色発光層１５と、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を含む絶縁材１９とから構成されている。ここでも、図２１においては、絶縁材１９を省略している。   Similar to the semiconductor light emitting device according to the first embodiment, the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment has a blue light emitting diode portion 10 and a red light emitting layer 15 formed by epitaxial growth on the blue light emitting diode portion 10. And an insulating material 19 containing a yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor. Again, the insulating material 19 is omitted in FIG.

第７の実施形態に係る半導体発光素子は、第１の実施形態に係る半導体発光素子におけるアンドープのＩｎＧａＮからなる赤色発光層１５を、アンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎからなる赤色発光Ｅｕドープ層１５０としている点が異なる。 In the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment, the red light emitting layer 15 made of undoped InGaN in the semiconductor light emitting device according to the first embodiment is used as a red light emitting Eu doped layer 150 made of undoped Al 0.5 Ga 0.5 N. Is different.

赤色発光Ｅｕドープ層１５０は、エピタキシャル成長後のＡｌＧａＮ層に、例えば、加速電圧が約２００ｋｅＶで、ドーズ量が約１×１０15ｃｍ-2の注入条件により、ユウロピウム（Ｅｕ）イオンをイオン注入することにより形成されている。この注入条件により、図２２に示すように、赤色発光Ｅｕドープ層１５０におけるＥｕの濃度プロファイルは、ＡｌＧａＮ層の表面から７５ｎｍ程度の深さに１×１０20ｃｍ-3のピークを持つ比較的に浅いプロファイルとなる。但し、加速電圧及びドーズ量を調節することにより、Ｅｕの濃度プロファイルを変更できることはいうまでもない。 The red light emitting Eu doped layer 150 is obtained by ion-implanting europium (Eu) ions into the AlGaN layer after epitaxial growth under an implantation condition of an acceleration voltage of about 200 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm −2. It is formed by. Under this implantation condition, as shown in FIG. 22, the Eu concentration profile in the red light-emitting Eu-doped layer 150 has a relatively high peak of 1 × 10 20 cm −3 at a depth of about 75 nm from the surface of the AlGaN layer. Shallow profile. However, it goes without saying that the Eu concentration profile can be changed by adjusting the acceleration voltage and the dose.

赤色発光Ｅｕドープ層１５０は、可視光又は紫外光を受けることにより、添加されたＥｕ原子における内郭電子が励起され、励起状態から基底状態に戻る際に波長が６２２ｎｍの赤色光を放出する。なお、Ｅｕイオンの注入ドーズ量を増やすことにより、赤色励起光の発光強度を高めることができる。   By receiving visible light or ultraviolet light, the red light emitting Eu doped layer 150 excites inner electrons in the added Eu atoms and emits red light having a wavelength of 622 nm when returning from the excited state to the ground state. Note that the emission intensity of the red excitation light can be increased by increasing the implantation dose of Eu ions.

赤色発光Ｅｕドープ層１５０を構成する半導体はＡｌＧａＮに限られず、ＧａＮを用いてもよい。さらには、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98ＮとＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎとを対とする多重量子井戸構造を持つ半導体層を用いてもよい。 The semiconductor constituting the red light emitting Eu doped layer 150 is not limited to AlGaN, and GaN may be used. Further, a semiconductor layer having a multiple quantum well structure in which In 0.02 Ga 0.98 N and Al 0.4 Ga 0.6 N are paired may be used.

また、Ｅｕの半導体層への添加方法は、エピタキシャル成長後にイオン注入する方法に限られず、エピタキシャル成長中にＥｕを添加してもよい。   Further, the method of adding Eu to the semiconductor layer is not limited to the method of ion implantation after epitaxial growth, and Eu may be added during epitaxial growth.

青色発光ダイオード部１０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が４７０ｎｍの青色発光を生じさせることにより、図２３に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図２３において、発光スペクトルは、波長が４７０ｎｍの青色光の透過分１０Ａと、ピーク波長が５５０ｎｍのＹＡＧ蛍光体からの黄色発光１９Ａと、波長が６２２ｎｍの赤色発光Ｅｕドープ層１５０からの赤色光１５０Ａとにより構成され、これら青色光１０Ａ、黄色光１９Ａ及び赤色光１５０Ａが混合されて白色光となる。   For example, white light having a spectrum shown in FIG. 23 can be obtained by injecting a current of 20 mA into the blue light emitting diode section 10 to generate blue light emission having a wavelength of 470 nm. In FIG. 23, the emission spectrum includes a blue light transmission 10A having a wavelength of 470 nm, a yellow light emission 19A from a YAG phosphor having a peak wavelength of 550 nm, and a red light 150A from a red light emission Eu-doped layer 150 having a wavelength of 622 nm. These blue light 10A, yellow light 19A and red light 150A are mixed to become white light.

このように、第７の実施形態によると、赤色発光Ｅｕドープ層１５０及び絶縁材１９に含まれるＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード部１０からの出力光によりそれぞれ励起して白色光を得る発光ダイオード素子を１チップ化することができる。従って、第７の実施形態に係る半導体発光素子は、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード部からの出力光により励起する従来の白色発光ダイオード素子と比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力することができる。   As described above, according to the seventh embodiment, the YAG phosphors included in the red light emitting Eu doped layer 150 and the insulating material 19 are respectively excited by the output light from the blue light emitting diode unit 10 to obtain white light. Can be made into one chip. Therefore, the semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment has a higher color intensity than the conventional white light emitting diode device that excites the YAG phosphor with the output light from the blue light emitting diode portion, and therefore has a color rendering property. Can output excellent white light.

なお、第５の実施形態のように、青色発光ダイオード部１０に代えて、波長が３４０ｎｍの紫外光を出力する紫外発光ダイオード部３０を設け、この紫外光によって、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体及び赤色発光Ｅｕドープ層１５０をそれぞれ励起して白色光を得る構成としてもよい。   Note that, as in the fifth embodiment, instead of the blue light emitting diode unit 10, an ultraviolet light emitting diode unit 30 that outputs ultraviolet light having a wavelength of 340 nm is provided. The body and the red light emitting Eu doped layer 150 may be excited to obtain white light.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図２４（ａ）〜図２４（ｄ）及び図２５（ａ）〜図２５（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   24 (a) to 24 (d) and FIGS. 25 (a) to 25 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the seventh embodiment of the present invention. .

まず、図２４（ａ）に示すように、第１の実施形態と同様に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ型半導体層１４及びアンドープのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層１５０Ｂを順次成長する。ｎ型半導体層１２、活性層１３及びｐ型半導体層１４は、電流注入により例えば波長が４７０ｎｍの青色光を発光する構成である。 First, as shown in FIG. 24A, similarly to the first embodiment, a substrate 11 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. An n-type semiconductor layer 12 made of n-type GaN, an active layer 13 having a multiple quantum well structure made of InGaN, a p-type semiconductor layer 14 made of p-type Al 0.05 Ga 0.95 N, and undoped Al 0.5 Ga 0.5 N Layer 150B is grown sequentially. The n-type semiconductor layer 12, the active layer 13, and the p-type semiconductor layer 14 are configured to emit blue light having a wavelength of, for example, 470 nm by current injection.

次に、図２４（ｂ）に示すように、成長したＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層１５０Ｂに対して、ユウロピウム（Ｅｕ）イオンを、例えば加速電圧が約２００ｋｅＶで、ドーズ量が約１×１０15ｃｍ-2の注入条件によりイオン注入する。ここでは、Ｅｕイオンの注入時に基板１１を約５００℃程度にまで加熱することが好ましい。この注入条件により、図２２に示したように、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層１５０Ｂに注入されたＥｕイオンの濃度プロファイルは、該Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層１５０Ｂの表面から７５ｎｍの深さにピークを持つ。続いて、イオン注入の後に、Ｅｕイオンの活性化を図るために、約１０００℃の窒素雰囲気でアニールを施して、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎ層１５０Ｂから赤色発光Ｅｕドープ層１５０を得る。前述したように、赤色発光Ｅｕドープ層１５０からは、可視光又は紫外光により励起されて波長が６２２ｎｍの赤色光を発光する。 Next, as shown in FIG. 24B, europium (Eu) ions are applied to the grown Al 0.5 Ga 0.5 N layer 150B, for example, at an acceleration voltage of about 200 keV and a dose of about 1 × 10 15 cm. Ion implantation is performed under the -2 implantation condition. Here, it is preferable to heat the substrate 11 to about 500 ° C. during the implantation of Eu ions. The implantation conditions, as shown in FIG. 22, the concentration profile of Eu ions implanted in Al 0.5 Ga 0.5 N layer 150B has a peak at a depth of 75nm from the surface of the Al 0.5 Ga 0.5 N layer 150B . Subsequently, after ion implantation, in order to activate Eu ions, annealing is performed in a nitrogen atmosphere at about 1000 ° C. to obtain the red light emitting Eu doped layer 150 from the Al 0.5 Ga 0.5 N layer 150B. As described above, the red light-emitting Eu doped layer 150 emits red light having a wavelength of 622 nm when excited by visible light or ultraviolet light.

次に、図２４（ｃ）に示すように、赤色発光Ｅｕドープ層１５０の上に、互いに間隔をおいた複数の方形パターンからなる金属マスク（図示せず）を用いて、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、赤色発光Ｅｕドープ層１５０とｐ型半導体層１４の上部とを選択的に除去する。ここで、赤色発光Ｅｕドープ層１５０におけるｐ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 24C, for example, chlorine (Cl 2 ) is used on the red light emitting Eu doped layer 150 by using a metal mask (not shown) having a plurality of rectangular patterns spaced from each other. ) The red light emitting Eu doped layer 150 and the upper portion of the p-type semiconductor layer 14 are selectively removed by ICP etching using gas. Here, the upper portion of the p-side electrode formation region in the red light emitting Eu doped layer 150 is also removed.

次に、図２４（ｄ）に示すように、金属マスクを除去した後、例えば高周波（ＲＦ）スパッタ法により、選択的に露出されたｐ型半導体層１４及び平面方形の島状に分割された複数の赤色発光Ｅｕドープ層１５０の上に、厚さが約３００ｎｍのＩＴＯからなり可視光を透過する透明電極１６を形成する。続いて、透明電極１６におけるｎ側電極形成領域の上側部分を、例えば塩化水素（ＨＣｌ）水溶液によりウェットエッチングして除去し、その後、例えば温度が約６００℃の酸素雰囲気で熱処理を行なって、コンタクト抵抗の低減並びに透明電極１６の抵抗率の低減及び透過率の向上を図る。   Next, as shown in FIG. 24 (d), after removing the metal mask, the p-type semiconductor layer 14 and the planar rectangular island are selectively exposed by, for example, radio frequency (RF) sputtering. On the plurality of red light emitting Eu doped layers 150, a transparent electrode 16 made of ITO having a thickness of about 300 nm and transmitting visible light is formed. Subsequently, the upper portion of the n-side electrode forming region in the transparent electrode 16 is removed by wet etching using, for example, an aqueous solution of hydrogen chloride (HCl), and then heat treatment is performed in an oxygen atmosphere having a temperature of about 600 ° C., for example. The resistance is reduced, the resistivity of the transparent electrode 16 is reduced, and the transmittance is improved.

次に、図２５（ａ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｐ型半導体層１４及び活性層１３におけるｎ側電極形成領域１２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体層１２におけるｎ側電極形成領域１２ａを露出する。   Next, as shown in FIG. 25A, the upper portion of the n-side electrode formation region 12a in the p-type semiconductor layer 14 and the active layer 13 is selectively removed by ICP etching, and the n-type semiconductor layer 12 The n-side electrode formation region 12a is exposed.

次に、図２５（ｂ）に示すように、ドライエッチングの後に、例えばスパッタ法により、ｎ型半導体層１２の露出したｎ側電極形成領域１２ａの上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなるオーミック電極であるｎ側電極１８を形成する。その後、ｎ側電極１８のコンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。続いて、例えばスパッタ法により、透明電極１６上におけるｐ側電極形成領域にｐ側電極パッドとなる、金（Ａｕ）からなるｐ側電極１７を選択的に形成する。   Next, as shown in FIG. 25B, after dry etching, titanium (Ti) and gold (Au) are formed on the n-side electrode formation region 12a where the n-type semiconductor layer 12 is exposed, for example, by sputtering. An n-side electrode 18 that is an ohmic electrode made of the laminated film is formed. Thereafter, in order to reduce the contact resistance of the n-side electrode 18, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. Subsequently, a p-side electrode 17 made of gold (Au), which becomes a p-side electrode pad, is selectively formed in the p-side electrode formation region on the transparent electrode 16 by, for example, sputtering.

次に、図２５（ｃ）に示すように、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ２０上の所定領域に実装し、その後、ｐ側電極１７及びｎ側電極１８に対してワイヤボンディングを行ない、さらにＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１９をチップを覆うように塗布する。   Next, as shown in FIG. 25C, the light-emitting diode chip having a size of 350 μm square is divided by, for example, dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on the package 20 using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the p-side electrode 17 and the n-side electrode 18, and further the YAG phosphor An insulating material 19 containing is applied so as to cover the chip.

このように、第７の実施形態に係る製造方法によると、赤色発光Ｅｕドープ層１５０とＹＡＧ蛍光体とを青色発光ダイオード部１０からの青色光により励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。従って、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度を高くできるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   Thus, according to the manufacturing method according to the seventh embodiment, the configuration in which the red light emitting Eu doped layer 150 and the YAG phosphor are excited by the blue light from the blue light emitting diode unit 10 is used as a one-chip white light emitting diode element. It can be integrated. Accordingly, since the light emission intensity in the red region can be increased as compared with the conventional white light-emitting diode element, a white light-emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering can be realized.

なお、第７の実施形態において、赤色発光Ｅｕドープ層１５０には、発光中心となる元素としてユウロピウム（Ｅｕ）を添加したが、Ｅｕに限られず、サマリウム（Ｓｍ）又はイッテルビウム（Ｙｂ）を用いてもよい。   In the seventh embodiment, europium (Eu) is added to the red light-emitting Eu-doped layer 150 as an element serving as a light emission center, but is not limited to Eu, and samarium (Sm) or ytterbium (Yb) is used. Also good.

また、第１〜第７の実施形態においては、エピタキシャル成長用基板として用いたサファイアの主面の面方位は特に限定されない。例えば、サファイアを用いる場合には、（０００１）面等の代表的（典型的）な面方位からずれたオフアングルを持つ面方位を採用してもよい。   Moreover, in 1st-7th embodiment, the surface orientation of the main surface of the sapphire used as a substrate for epitaxial growth is not specifically limited. For example, when sapphire is used, a plane orientation having an off-angle deviating from a typical (typical) plane orientation such as the (0001) plane may be adopted.

また、エピタキシャル成長用基板は、サファイアに限られず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）又は酸化リチウムアルミニウムガリウム（ＬｉＡｌx Ｇａ1-x Ｏ2 （但し、０≦ｘ≦１））を用いることができる。 The substrate for epitaxial growth is not limited to sapphire, but silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), Gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO), or lithium aluminum gallium oxide (LiAl x Ga 1-x O 2 (where 0 ≦ x ≦ 1)) can be used.

また、ｎ型半導体層１２及び３２、活性層１３及び３３並びにｐ型半導体層１４及び３４の組成、さらには赤色発光層１５等の励起による発光層の組成は、各実施形態に示した組成に限られない。また、結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法に限られず、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy:ＭＢＥ）法又はハイドライドＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy：HVPE）法を用いた半導体層を含んでもよい。また、各半導体層には、ヒ素（Ａｓ）又は燐（Ｐ）等のＶ族元素や、硼素（Ｂ）等のIII 族元素を構成元素として含む構成としてもよい。   In addition, the composition of the n-type semiconductor layers 12 and 32, the active layers 13 and 33, and the p-type semiconductor layers 14 and 34, and the composition of the light emitting layer by excitation of the red light emitting layer 15 and the like are the compositions shown in each embodiment. Not limited. The crystal growth method is not limited to the MOCVD method, and may include, for example, a semiconductor layer using a molecular beam epitaxy (MBE) method or a hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) method. Each semiconductor layer may include a group V element such as arsenic (As) or phosphorus (P) or a group III element such as boron (B) as a constituent element.

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Eighth embodiment)
An eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図２６（ａ）及び図２６（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。   FIGS. 26A and 26B are semiconductor light emitting devices according to the eighth embodiment of the present invention. FIG. 26A shows a cross-sectional configuration, and FIG. 26B shows a planar configuration.

図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第８の実施形態に係る半導体発光素子は、実装用部材であるパッケージ１２０上の所定の位置に実装された青色発光ダイオード部１１０と、該青色発光ダイオード部１１０の上にエピタキシャル成長してなる赤色発光層１１６と、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を含む絶縁材１１９とから構成されている。ここで、図２６（ｂ）は、絶縁材１１９を省略して図示している。   As shown in FIGS. 26A and 26B, the semiconductor light emitting device according to the eighth embodiment includes a blue light emitting diode portion 110 mounted at a predetermined position on a package 120 which is a mounting member, A red light emitting layer 116 epitaxially grown on the blue light emitting diode portion 110 and an insulating material 119 containing yttrium aluminum garnet (YAG) phosphor are formed. Here, in FIG. 26B, the insulating material 119 is omitted.

青色発光ダイオード部１１０は、例えばサファイアからなる基板１１１の上に順次エピタキシャル成長したｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１１２と、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１１３と、ｐ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ+ 型半導体１１４と、ｎ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ+ 型半導体層１１５とから構成されている。活性層１１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されて構成されている。これにより、活性層１１３からは４７０ｎｍの青色発光を生じる。 The blue light emitting diode unit 110 includes, for example, an n-type semiconductor layer 112 made of n-type GaN sequentially grown on a substrate 111 made of sapphire, an active layer 113 having a multiple quantum well structure made of InGaN, and a p + -type Al 0.05. a p + -type semiconductor 114 made of Ga 0.95 n, and an n + -type semiconductor layer 115. made of n + -type Al 0.05 Ga 0.95 n. The active layer 113 is composed of a triple layer of a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N having a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 10 nm. Thereby, blue light emission of 470 nm is generated from the active layer 113.

赤色発光層１１６は、例えば禁制帯幅が１．９ｅＶであるアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなり、ｎ+ 型半導体層１１５の上に一辺が２μｍ〜２０μｍの平面方形状に分割され且つ互いに間隔をおいたマトリックス状に形成されている。各赤色発光層１１６は、青色発光ダイオード部１１０から出力される青色光により励起されて６５０ｎｍの赤色光を発光する。なお、赤色発光層１１６は、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はシリコン（Ｓｉ）をドープすることにより、Ｉｎの組成を小さくしながら赤色発光を得ることができる。このように、Ｉｎの組成を小さくすると、通常用いられるＧａＮからなる下地層との格子不整合を抑制でき、赤色発光層１１６の結晶欠陥を低減できるので、高輝度発光が可能となる。このとき、赤色発光層１１６から放出される発光光は、ドープされた不純物に起因するエネルギー準位を介して生成される可視光であり、この可視光に青色励起光が混合される。 The red light emitting layer 116 is made of, for example, undoped In 0.4 Ga 0.6 N having a forbidden band width of 1.9 eV, and is divided into a planar square shape with sides of 2 μm to 20 μm on the n + type semiconductor layer 115 and spaced from each other. It is formed in a matrix shape. Each red light emitting layer 116 is excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 110 to emit 650 nm red light. The red light emitting layer 116 can obtain red light emission while reducing the In composition by doping, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), or silicon (Si). Thus, when the In composition is reduced, lattice mismatch with the base layer made of GaN that is usually used can be suppressed, and crystal defects in the red light emitting layer 116 can be reduced, so that high luminance light emission is possible. At this time, the emitted light emitted from the red light emitting layer 116 is visible light generated through energy levels caused by the doped impurities, and blue excitation light is mixed with the visible light.

このように、第８の実施形態に係る半導体発光素子には、青色発光ダイオード部１１０のｐ+ 型半導体１１４の上にｎ+ 型半導体層１１５が形成されており、ｐ+ 型半導体１１４とｎ+ 型半導体層１１５とによってｐ+ｎ+接合が形成されている。 As described above, in the semiconductor light emitting device according to the eighth embodiment, the n + type semiconductor layer 115 is formed on the p + type semiconductor 114 of the blue light emitting diode portion 110, and the p + type semiconductor 114 and the n + type semiconductor 114 are formed. A p + n + junction is formed by the + type semiconductor layer 115.

本願明細書においては、ｐ+ 半導体層（ｐ型高濃度半導体層）とは、ｐ型ドーパントである例えばマグネシウム（Ｍｇ）の濃度が１×１０21ｃｍ-3程度であるｐ型半導体層をいい、ｎ+ 半導体層（ｎ型高濃度半導体層）とは、ｎ型ドーパントである例えばシリコン（Ｓｉ）の濃度が１×１０19ｃｍ-3以上であるｎ型半導体層をいう。 In the present specification, the p + semiconductor layer (p-type high-concentration semiconductor layer) refers to a p-type semiconductor layer having a p-type dopant concentration of, for example, magnesium (Mg) of about 1 × 10 21 cm −3. The n + semiconductor layer (n-type high-concentration semiconductor layer) refers to an n-type semiconductor layer in which the concentration of, for example, silicon (Si) as an n-type dopant is 1 × 10 19 cm −3 or more.

但し、本発明は、ｐ+ 型半導体１１４及びｎ+ 型半導体層１１５の不純物濃度は、１×１０18ｃｍ-3以上で有れば効果を得ることができる。 However, the present invention can obtain an effect if the impurity concentration of the p + type semiconductor 114 and the n + type semiconductor layer 115 is 1 × 10 18 cm −3 or more.

青色発光ダイオード部１１０のｎ型半導体層１１２とｎ+ 型半導体層１１５との間に、ｎ+ 型半導体層１１５に対してｎ型半導体層１１２に印加する電圧よりも高い電圧を印加すると、ｐ+ｎ+接合に生じるトンネル電流により、低抵抗のオーミック特性に近い電圧電流特性を示すため、通常のｐｎ接合と同様の整流特性を得ることができる。 When a voltage higher than the voltage applied to the n-type semiconductor layer 112 is applied to the n + -type semiconductor layer 115 between the n-type semiconductor layer 112 and the n + -type semiconductor layer 115 of the blue light emitting diode part 110, p Since the tunnel current generated in the + n + junction exhibits a voltage-current characteristic close to a low-resistance ohmic characteristic, the same rectification characteristic as that of a normal pn junction can be obtained.

ここで、図２７（ａ）にトンネル接合（ｎ+ ｐｎ接合）を有する場合の電流−電圧特性を通常のｐｎ接合と比較した結果を示し、図２７（ｂ）にトンネル接合（ｎ+ ｐｎ接合）を有する場合の電流光出力特性を通常のｐｎ接合と比較した結果を示す。図２７（ａ）及び（ｂ）において、実線がトンネル接合を有する場合を表わし、破線がトンネル接合を有さない場合を表わしている。図２７（ａ）から分かるように、立ち上がりの動作電圧は通常のｐｎ接合の場合と比べて高くなるものの、図２７（ｂ）から分かるように、光出力は、注入電流の値が同一であれば、トンネル接合を有する場合の方が大きくなる。 Here, FIG. 27A shows a result of comparison of current-voltage characteristics when a tunnel junction (n + pn junction) is provided with a normal pn junction, and FIG. 27B shows a tunnel junction (n + pn junction). ) Shows the result of comparison of the current-light output characteristics with the normal pn junction. In FIGS. 27A and 27B, the solid line represents the case where the tunnel junction is present, and the broken line represents the case where the tunnel junction is not present. As can be seen from FIG. 27 (a), the rising operating voltage is higher than in the case of a normal pn junction, but as can be seen from FIG. 27 (b), the optical output has the same injected current value. In this case, the tunnel junction is larger.

その上、従来のような活性層の上にｐ型半導体層を設ける構成の場合には、一般に高抵抗なｐ型半導体層上には大面積の透明電極が必要となるが、第８の実施形態に係る半導体発光素子は、ｐ+ 型半導体１１４上に低抵抗のｎ+ 型半導体層１１５を設けているため、ｎ+ 型半導体層１１５上に透明電極を設けなくても横方向（基板に平行な方向）にも注入電流が十分に拡がるようになる。これにより、透明電極を設ける必要がなくなるため、ｎ型半導体層１１２とｎ+ 型半導体層１１５とに設ける後述のオーミック電極の組成を同一の組成にできるので、同一プロセスで形成できるようになり、半導体発光素子における製造プロセスを大幅に簡略化することができる。 In addition, in the case where the p-type semiconductor layer is provided on the active layer as in the prior art, a large-area transparent electrode is generally required on the high-resistance p-type semiconductor layer. In the semiconductor light emitting device according to the embodiment, since the low resistance n + type semiconductor layer 115 is provided on the p + type semiconductor 114, the transparent light emitting element can be formed in the lateral direction (on the substrate) without providing a transparent electrode on the n + type semiconductor layer 115. The injection current is sufficiently spread also in the parallel direction. This eliminates the need to provide a transparent electrode, so that the composition of an ohmic electrode to be described later provided in the n-type semiconductor layer 112 and the n + -type semiconductor layer 115 can be the same composition, so that it can be formed in the same process. The manufacturing process in the semiconductor light emitting device can be greatly simplified.

ｎ+ 型半導体層１１５上の一部の領域には、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）が順次積層された積層膜からなるオーミック性の第１のｎ側電極１１７が選択的に形成されている。 In a part of the region on the n + type semiconductor layer 115, an ohmic first n made of a stacked film in which titanium (Ti), aluminum (Al), nickel (Ni), and gold (Au) are sequentially stacked. Side electrodes 117 are selectively formed.

ｎ型半導体層１１２はその一部が露出され、その露出領域上にはチタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及び金（Ａｕ）が順次積層された積層膜からなるオーミック性の第２のｎ側電極１１８が形成されている。なお、図示はされていないが、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８にはワイヤボンディングにより、必要な金属細線が接続される。   A part of the n-type semiconductor layer 112 is exposed, and an ohmic property composed of a laminated film in which titanium (Ti), aluminum (Ai), nickel (Ni), and gold (Au) are sequentially laminated on the exposed region. A second n-side electrode 118 is formed. Although not shown, a necessary fine metal wire is connected to the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118 by wire bonding.

ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１１９は、パッケージ１２０上であって、青色発光ダイオード部１１０、赤色発光層１１６、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８を覆うように塗布又は滴下された後に硬化されて形成されており、青色発光ダイオード部１１０から出力される青色光により励起されて黄色光を発光する。   An insulating material 119 including a YAG phosphor is applied or dropped on the package 120 so as to cover the blue light emitting diode portion 110, the red light emitting layer 116, the first n-side electrode 117, and the second n-side electrode 118. Then, it is cured and formed, and is excited by the blue light output from the blue light emitting diode unit 110 to emit yellow light.

青色発光ダイオード部１１０には、第１のｎ側電極１１７、ｎ+ 型半導体層１１５及びｐ型半導体１１４を介して電流が注入される。従って、青色発光ダイオード部１１０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が４７０ｎｍの青色発光を生じさせることにより、図２８に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図２８において、発光スペクトルは、波長が４７０ｎｍの青色光の透過分１１０Ａと、ピーク波長が５５０ｎｍのＹＡＧ蛍光体からの黄色発光１１９Ａと、波長が６５０ｎｍの赤色発光層１１６からの赤色光１１６Ａとにより構成され、これら青色光１１０Ａ、黄色光１１９Ａ及び赤色光１１６Ａが混合されて白色光となる。 A current is injected into the blue light emitting diode part 110 through the first n-side electrode 117, the n + -type semiconductor layer 115 and the p-type semiconductor 114. Therefore, white light having a spectrum shown in FIG. 28 can be obtained by injecting a current of, for example, 20 mA into the blue light emitting diode section 110 to generate blue light emission having a wavelength of 470 nm. In FIG. 28, the emission spectrum is obtained by transmitting blue light 110A having a wavelength of 470 nm, yellow light 119A from a YAG phosphor having a peak wavelength of 550 nm, and red light 116A from the red light emitting layer 116 having a wavelength of 650 nm. The blue light 110A, the yellow light 119A and the red light 116A are mixed to become white light.

このように、第８の実施形態によると、黄色光を発光するＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１１９と、青色光を発光する青色発光ダイオード部１１０との間に、該青色発光ダイオード部１１０が出力する青色光を受け、励起により赤色光を発光する赤色発光層１１６を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る、図３７に示す白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   Thus, according to the eighth embodiment, the blue light emitting diode unit 110 outputs between the insulating material 119 including the YAG phosphor that emits yellow light and the blue light emitting diode unit 110 that emits blue light. The configuration in which the red light emitting layer 116 that receives the blue light to be emitted and emits red light by excitation can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, since the conventional YAG phosphor is excited with blue light from the blue light emitting diode element to obtain white light, the emission intensity of the red region is larger than the emission spectrum of the white light emitting diode element shown in FIG. A white light-emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering can be realized.

その上、青色発光ダイオード部１１０に動作電流を注入した場合に、ｐ+ 型半導体１１４とｎ+ 型半導体層１１５とから形成されるｐ+ｎ+接合にはいわゆるトンネル電流が流れるため、ｎ+ 型半導体層１１５とｎ型半導体層１１２との間にｎ+ 型半導体層１１５側が高い電圧を印加することにより整流性を示す。また、ｎ+ 型半導体層１１５は低抵抗であるため、該ｎ+ 型半導体層１１５内の面内方向に注入電流が拡がりやすくなる。これにより、従来のような透明電極を用いる必要がなくなるので、発光光の輝度を上げることができる。 Moreover, when injected an operating current to the blue light emitting diode unit 110, since the p + n + junction formed from p + -type semiconductor 114 and the n + -type semiconductor layer 115. flowing so-called tunnel current, n + The n + type semiconductor layer 115 side exhibits a rectifying property when a high voltage is applied between the n type semiconductor layer 115 and the n type semiconductor layer 112. In addition, since the n + type semiconductor layer 115 has a low resistance, the injection current easily spreads in the in-plane direction within the n + type semiconductor layer 115. This eliminates the need to use a transparent electrode as in the prior art, so that the brightness of the emitted light can be increased.

なお、青色発光ダイオード部１１０は、サファイアからなる基板１１１とｎ型半導体層１１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を介在させて形成してもよい。   The blue light emitting diode part 110 may be formed by interposing a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN between the substrate 111 made of sapphire and the n-type semiconductor layer 112.

また、第８の実施形態においては、赤色発光層１１６は平面方形の島状にパターニングしているが、必ずしもパターニングする必要はなく、例えば赤色発光層１１６をｎ+ 型半導体層１１５の上面における第１のｎ側電極１１７の形成領域を除く全面に形成してもよい。但し、赤色発光層１１６を全面的に形成する場合は、該赤色発光層１１６の面積を出力光の演色性が最も良好となる値に最適化する。 In the eighth embodiment, the red light emitting layer 116 is patterned into a planar rectangular island shape. However, the red light emitting layer 116 is not necessarily patterned. For example, the red light emitting layer 116 is formed on the upper surface of the n + type semiconductor layer 115. Alternatively, the first n-side electrode 117 may be formed on the entire surface except the formation region. However, when the red light emitting layer 116 is formed over the entire surface, the area of the red light emitting layer 116 is optimized to a value that provides the best color rendering properties of the output light.

また、活性層１１３はＩｎの組成が活性層１１３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一な構成としてもよい。   Further, the active layer 113 may be configured such that the composition of In is not uniform in the in-plane direction of the active layer 113 (direction parallel to the substrate surface).

また、基板１１１の上に形成されたｎ型半導体層１１２、活性層１１３、ｐ+ 型半導体１１４、ｎ+ 型半導体層１１５及び赤色発光層１１６の格子定数を変化させずに、代わりに、四元以上の混晶とし、III 族元素の組成を変化させて青色発光ダイオード部１１０及び赤色発光層１１６を形成することにより、格子不整合による結晶欠陥及びこれに起因する非発光再結合が生じることなく高輝度発光を得られる構成としてもよい。 Instead of changing the lattice constants of the n-type semiconductor layer 112, the active layer 113, the p + -type semiconductor 114, the n + -type semiconductor layer 115, and the red light emitting layer 116 formed on the substrate 111, When the blue light emitting diode portion 110 and the red light emitting layer 116 are formed by changing the composition of the group III element to a mixed crystal that is larger than the original, crystal defects due to lattice mismatch and non-radiative recombination due to this occur. Alternatively, a configuration capable of obtaining high luminance light emission may be used.

また、第８の実施形態においては、青色発光ダイオード部１１０からの出力光を受け、ＹＡＧ蛍光体及び赤色発光層１１６がそれぞれ励起されて、黄色光及び赤色光を発光することにより白色光を得ているが、青色発光ダイオード部１１０に代えて、例えば波長が３４０ｎｍの紫外光を出力する紫外発光ダイオード部を形成してもよい。但し、この場合には、絶縁材１１９には青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体とを添加する。   Further, in the eighth embodiment, white light is obtained by receiving the output light from the blue light emitting diode unit 110 and exciting the YAG phosphor and the red light emitting layer 116 to emit yellow light and red light, respectively. However, instead of the blue light emitting diode portion 110, for example, an ultraviolet light emitting diode portion that outputs ultraviolet light having a wavelength of 340 nm may be formed. However, in this case, a blue light emitting phosphor and a green light emitting phosphor are added to the insulating material 119.

また、サファイアからなる基板１１１を青色発光ダイオード部１１０から分離して、分離した基板の代わりに金属膜を設けてもよい。このようにすると、設けられた金属膜をｎ側電極として使用できるため、ｎ型半導体層１１２を露出して第２のｎ側電極１１８を形成する必要がなくなる。   Further, the substrate 111 made of sapphire may be separated from the blue light emitting diode portion 110, and a metal film may be provided instead of the separated substrate. In this case, since the provided metal film can be used as the n-side electrode, it is not necessary to expose the n-type semiconductor layer 112 and form the second n-side electrode 118.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図２９（ａ）〜図２９（ｅ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。なお、ここでは、複数の半導体発光素子を一度に形成可能なウェハにおける１つの素子形成領域のみを図示している。   FIG. 29A to FIG. 29E show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the eighth embodiment of the present invention. Here, only one element formation region in a wafer in which a plurality of semiconductor light emitting elements can be formed at a time is illustrated.

まず、図２９（ａ）に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体層１１２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１１３、ｐ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ+ 型半導体１１４、ｎ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ+ 型半導体層１１５及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１１６を順次成長する。ここで、前述したように、ｐ+ 型半導体１１４とｎ+ 型半導体層１１５とから形成されるｐ+ｎ+接合は、トンネル電流により低抵抗のオーミック特性に近い電流電圧特性を示す。また、活性層１１３は、厚さが２ｎｍのＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層とが３重に多重化されてなるが、発光波長が４７０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。また、基板１１１とｎ型半導体層１１２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、活性層１１３のＩｎの組成を活性層１１３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一となるように形成してもよい。また、赤色発光層１１６はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．４よりも小さくしながら赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 29 (a), n-type GaN is formed on a substrate 111 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). n-type semiconductor layer 112, the active layer 113 having a multiple quantum well structure made of InGaN, p + consists -type Al 0.05 Ga 0.95 n p + -type semiconductor 114, made of n + -type Al 0.05 Ga 0.95 n n + -type semiconductor layer A red light emitting layer 116 made of 115 and undoped In 0.4 Ga 0.6 N is sequentially grown. Here, as described above, the p + n + junction formed by the p + type semiconductor 114 and the n + type semiconductor layer 115 exhibits a current-voltage characteristic close to a low-resistance ohmic characteristic due to a tunnel current. The active layer 113 has a well layer made of In 0.35 Ga 0.65 N with a thickness of 2 nm and a barrier layer made of In 0.02 Ga 0.98 N with a thickness of 10 nm, which are triple-layered. If it is about 470 nm, it will not be restricted to this structure. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 111 and the n-type semiconductor layer 112. Further, the In composition of the active layer 113 may be formed to be non-uniform in the in-plane direction of the active layer 113 (direction parallel to the substrate surface). Further, the red light emitting layer 116 is not undoped. For example, zinc, magnesium, or silicon may be doped so that red light emission can be obtained while making the In composition smaller than 0.4.

次に、図２９（ｂ）に示すように、赤色発光層１１６の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いた誘導結合型プラズマ（Inductive Coupled Plasma:ICP）エッチングにより、赤色発光層１１６とｎ+ 型半導体層１１５の上部とを選択的に除去する。ここで、赤色発光層１１６における第１のｎ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 29B, on the red light emitting layer 116, for example, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced apart from each other. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the red light emitting layer 116 and the upper part of the n + type semiconductor layer 115 are formed by inductive coupled plasma (ICP) etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. Selectively remove. Here, the upper part of the first n-side electrode formation region in the red light emitting layer 116 is also removed.

次に、図２９（ｃ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｎ+ 型半導体層１１５、ｐ+ 型半導体１１４及び活性層１１３における第２のｎ側電極形成領域１１２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体層１１２における第２のｎ側電極形成領域１１２ａを露出する。 Next, as shown in FIG. 29C, the upper portion of the second n-side electrode formation region 112a in the n + type semiconductor layer 115, the p + type semiconductor 114, and the active layer 113 is selectively formed by ICP etching. By removing, the second n-side electrode formation region 112a in the n-type semiconductor layer 112 is exposed.

次に、図２９（ｄ）に示すように、ドライエッチングの後に、リソグラフィ法により、第２のｎ側電極形成領域１１２ａと、ｎ+ 型半導体層１１５における第１のｎ側電極形成領域とに開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、形成したレジスト膜の上に全面にわたって、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕとの積層膜からなる電極形成膜を形成する。その後、レジスト膜を除去する、いわゆるリフトオフ法により、電極形成膜からオーミック電極である第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８を一括に形成する。ここで、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８の各コンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。 Next, as shown in FIG. 29D, after the dry etching, the second n-side electrode formation region 112a and the first n-side electrode formation region in the n + -type semiconductor layer 115 are formed by a lithography method. A resist film (not shown) having an opening pattern is formed, and then an electrode formed of a laminated film of Ti, Al, Ni, and Au is formed on the entire resist film by, for example, electron beam evaporation. A film is formed. After that, the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118 that are ohmic electrodes are collectively formed from the electrode formation film by a so-called lift-off method that removes the resist film. Here, in order to reduce the contact resistances of the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C.

次に、図２９（ｅ）に示すように、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８を形成した後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ１２０上の所定領域に実装し、その後、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８に対してワイヤボンディングを行ない、さらにＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１１９をチップを覆うように塗布する。   Next, as shown in FIG. 29E, after the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118 are formed, the light-emitting diode chip having a size of 350 μm square is divided by, for example, dicing. Subsequently, the divided chips are mounted on a predetermined region on the package 120 using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118. In addition, an insulating material 119 containing a YAG phosphor is applied so as to cover the chip.

このように、第８の実施形態に係る製造方法によると、赤色発光層１１６とＹＡＧ蛍光体とを青色発光ダイオード部１１０からの青色光によりそれぞれ励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。従って、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度を高くできるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   As described above, according to the manufacturing method according to the eighth embodiment, the configuration in which the red light emitting layer 116 and the YAG phosphor are respectively excited by the blue light from the blue light emitting diode unit 110 is integrated as a one-chip white light emitting diode element. Can be Accordingly, since the light emission intensity in the red region can be increased as compared with the conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、窒化物からなるｎ+ 型半導体層１１５は、窒化物からなるｐ型半導体層又はｐ+ 型半導体層と比べて不純物準位が浅く低抵抗化が可能であるため、横方向（基板面に平行な方向）の電流の拡がりが十分に大きいので、従来例に示すような透明電極を設ける必要がない。従って、製造プロセスが簡単化されるだけでなく、透明電極を設けた場合に生じる透明電極での発光光の吸収もなくなるので、高輝度の白色発光ダイオード素子を実現することができる。 In addition, the n + type semiconductor layer 115 made of nitride has a shallower impurity level than the p type semiconductor layer or p + type semiconductor layer made of nitride and can be reduced in resistance. Since the current spread in the direction parallel to the surface is sufficiently large, it is not necessary to provide a transparent electrode as shown in the conventional example. Therefore, not only the manufacturing process is simplified, but also the absorption of the emitted light by the transparent electrode which occurs when the transparent electrode is provided is eliminated, so that a high-intensity white light-emitting diode element can be realized.

さらに、オーミック電極である第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８の組成が、従来例のようにｐ側電極とｎ側電極とで異ならず同一であり、従って、同一工程で一括に形成可能となるため、製造プロセスが簡単化されるので、より低コストで製造が可能となる。   Further, the composition of the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118, which are ohmic electrodes, is the same between the p-side electrode and the n-side electrode as in the conventional example, and therefore, in the same process. Since it can be formed in a lump, the manufacturing process is simplified, so that manufacturing is possible at a lower cost.

なお、第８の実施形態においては、半導体発光素子からの出力光をｎ+ 型半導体層１１５側から取り出す構造としたが、赤色発光層１１６及びｎ+ 型半導体層１１５の上に、例えば下層に白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）又は銀（Ａｇ）を用い、上層に金（Ａｕ）を用いた積層膜からなる高反射率電極を形成し、さらに高反射率電極をパッケージ１２０との間に銀バンプ等を介在させた状態でパッケージ１２０の上面に実装する、いわゆるフリップチップ実装を行なってもよい。フリップチップ実装を行なうと、出力光がサファイアからなる基板１１１を透過して取り出されるため、高輝度な白色発光ダイオード素子を実現することができる。 In the eighth embodiment, the output light from the semiconductor light emitting element is extracted from the n + type semiconductor layer 115 side. However, on the red light emitting layer 116 and the n + type semiconductor layer 115, for example, in the lower layer. Using platinum (Pt), rhodium (Rh), or silver (Ag), a high reflectivity electrode made of a laminated film using gold (Au) as an upper layer is formed. You may perform what is called flip chip mounting which mounts on the upper surface of the package 120 in the state which interposed silver bump etc. When flip-chip mounting is performed, output light is extracted through the substrate 111 made of sapphire, so that a high-luminance white light-emitting diode element can be realized.

（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Ninth embodiment)
The ninth embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図３０（ａ）及び図３０（ｂ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。図３０（ａ）及び（ｂ）において、図２６（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   30A and 30B are semiconductor light emitting devices according to the ninth embodiment of the present invention, in which FIG. 30A shows a cross-sectional configuration and FIG. 30B shows a planar configuration. 30 (a) and 30 (b), the same components as those shown in FIGS. 26 (a) and 26 (b) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図３０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第９の実施形態に係る半導体発光素子は、紫外発光ダイオード部１３０と、該紫外発光ダイオード部１３０の上にエピタキシャル成長してなる青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６とから構成されている。   As shown in FIGS. 30A and 30B, the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment includes an ultraviolet light emitting diode portion 130 and a blue light emitting layer 121 formed by epitaxial growth on the ultraviolet light emitting diode portion 130. , A green light emitting layer 122 and a red light emitting layer 116.

第８の実施形態との相違点は、発光ダイオード部を青色発光ダイオード部１１０から紫外発光ダイオード部１３０に代えて、該紫外発光ダイオード部１３０から出力される波長が３４０ｎｍの紫外光によりそれぞれ励起されて、波長が４７０ｎｍの青色光を発光する青色発光層１２１と、波長が５５５ｎｍの緑色光を発光する緑色発光層１２２とを新たに設けることにより、紫外発光ダイオード部１３０を覆うＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材１１９を不要としている点である。   The difference from the eighth embodiment is that the light emitting diode portion is changed from the blue light emitting diode portion 110 to the ultraviolet light emitting diode portion 130, and the wavelength output from the ultraviolet light emitting diode portion 130 is excited by ultraviolet light having a wavelength of 340 nm. In addition, a blue light emitting layer 121 that emits blue light having a wavelength of 470 nm and a green light emitting layer 122 that emits green light having a wavelength of 555 nm are newly provided to include a YAG phosphor that covers the ultraviolet light emitting diode unit 130. Insulating material 119 is unnecessary.

紫外発光ダイオード部１３０は、例えばｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎからなるｎ型半導体１３２と、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３３と、ｐ+ 型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ+ 型半導体層１３４と、ｎ+ 型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｎ+ 型半導体層１３５とから構成されている。活性層１３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されて構成されている。これにより、活性層１３３からは３４０ｎｍの紫外発光を生じる。 The ultraviolet light emitting diode unit 130 includes, for example, an n-type semiconductor 132 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N, an active layer 133 having a multiple quantum well structure made of InGaN / AlGaN, and a p-type made of p + -type Al 0.15 Ga 0.85 N. + -type semiconductor layer 134, and an n + -type semiconductor layer 135. made of n + -type Al 0.15 Ga 0.85 n. The active layer 133 is configured by five layers of a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm. As a result, the active layer 133 emits ultraviolet light having a wavelength of 340 nm.

青色発光層１２１は、例えば禁制帯幅が２．６ｅＶであるアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなり、ｎ+ 型半導体層１３５の上に互いに間隔をおいた複数の島状に形成されている。緑色発光層１２２は、例えば禁制帯幅が２．２ｅＶであるアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなり、青色発光層１２１の上に該青色発光層１２１と同一の平面形状となるように形成されている。赤色発光層１１６は、例えば禁制帯幅が１．９ｅＶであるアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなり、緑色発光層１２２の上に該緑色発光層１２２と同一の平面形状となるように形成されている。青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６は、紫外発光ダイオード部１３０から出力される紫外光により励起されて、波長が４７０ｎｍの青色光、５５５ｎｍの緑色光及び６５０ｎｍの赤色光をそれぞれ発光する。なお、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６は、例えば亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はシリコン（Ｓｉ）をドープすることにより、それぞれのＩｎの組成を小さくしながら、青色発光、緑色発光及び赤色発光を得ることができる。このように、Ｉｎの組成を小さくすると、通常用いられるＧａＮからなる下地層との格子不整合を抑制でき、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６の結晶欠陥を低減できるので、高輝度発光が可能となる。 The blue light emitting layer 121 is made of undoped In 0.15 Ga 0.85 N having a forbidden band width of 2.6 eV, for example, and is formed on the n + type semiconductor layer 135 in a plurality of islands spaced from each other. The green light emitting layer 122 is made of, for example, undoped In 0.2 Ga 0.8 N having a forbidden band width of 2.2 eV, and is formed on the blue light emitting layer 121 so as to have the same planar shape as the blue light emitting layer 121. Yes. The red light emitting layer 116 is made of, for example, undoped In 0.4 Ga 0.6 N having a forbidden band width of 1.9 eV, and is formed on the green light emitting layer 122 so as to have the same planar shape as the green light emitting layer 122. Yes. The blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 are excited by ultraviolet light output from the ultraviolet light-emitting diode unit 130, and emit blue light having a wavelength of 470 nm, green light having 555 nm, and red light having 650 nm, respectively. Emits light. The blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 are doped with, for example, zinc (Zn), magnesium (Mg), or silicon (Si), thereby reducing the respective In composition and reducing the blue composition. Light emission, green light emission and red light emission can be obtained. Thus, when the In composition is reduced, lattice mismatch with the base layer made of GaN that is normally used can be suppressed, and crystal defects in the blue light emitting layer 121, the green light emitting layer 122, and the red light emitting layer 116 can be reduced. High luminance light emission is possible.

紫外発光ダイオード部１３０のｎ型半導体１３２とｎ+ 型半導体層１３５との間に、ｎ+ 型半導体層１３５に対してｎ型半導体１３２に印加する電圧よりも高い電圧を印加すると、第８の実施形態で説明したように、ｐ+ｎ+接合に生じるトンネル電流により、低抵抗のオーミック特性に近い電圧電流特性を示すため、通常のｐｎ接合と同様の整流特性を得ることができる。その上、ｎ+ 型半導体層１３５の上に透明電極を設けなくても横方向（基板に平行な方向）にも注入電流が十分に拡がるため、後述するように、ｎ+ 型半導体層１３５に設ける第１のｎ側電極１１７とｎ型半導体１３２に設ける第２のｎ側電極１１８とを同一の組成で形成できる。従って、第１のｎ側電極１１７と第２のｎ側電極１１８とを１つの工程で形成できるようになり、半導体発光素子における製造プロセスを大幅に簡略化することができる。 When a voltage higher than the voltage applied to the n-type semiconductor 132 is applied to the n + -type semiconductor layer 135 between the n-type semiconductor 132 and the n + -type semiconductor layer 135 of the ultraviolet light emitting diode unit 130, As described in the embodiment, the tunnel current generated in the p + n + junction exhibits a voltage-current characteristic close to a low-resistance ohmic characteristic, so that the same rectification characteristic as that of a normal pn junction can be obtained. Moreover, since the injection current spreads sufficiently without providing a transparent electrode on the n + -type semiconductor layer 135 laterally (direction parallel to the substrate), as described below, the n + -type semiconductor layer 135 The first n-side electrode 117 provided and the second n-side electrode 118 provided on the n-type semiconductor 132 can be formed with the same composition. Therefore, the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118 can be formed in one step, and the manufacturing process in the semiconductor light emitting device can be greatly simplified.

紫外発光ダイオード部１３０には、第１のｎ側電極１１７、ｎ+ 型半導体層１３５及びｐ+ 型半導体層１３４を介して電流が注入される。従って、紫外発光ダイオード部１３０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が３４０ｎｍの紫外発光を生じさせることにより、図３１に示すスペクトルを有する白色光を得ることができる。図３１において、発光スペクトルは、波長が３４０ｎｍで強度が小さい紫外光の透過分１３０Ａと、ピーク波長が４７０ｎｍの青色発光層１２１からの青色光１２１Ａと、ピーク波長が５５５ｎｍの緑色発光層１２２からの緑色光１２２Ａと、波長が６５０ｎｍの赤色発光層１１６からの赤色光１１６Ａとにより構成され、これら青色光１２１Ａ、緑色光１２２Ａ及び赤色光１１６Ａが混合されて白色光となる。 A current is injected into the ultraviolet light emitting diode unit 130 through the first n-side electrode 117, the n + type semiconductor layer 135 and the p + type semiconductor layer 134. Accordingly, white light having a spectrum shown in FIG. 31 can be obtained by injecting a current of, for example, 20 mA into the ultraviolet light emitting diode unit 130 to generate ultraviolet light having a wavelength of 340 nm. In FIG. 31, the emission spectrum is obtained from the ultraviolet light transmission portion 130A having a wavelength of 340 nm and a small intensity, the blue light 121A from the blue light emitting layer 121 having a peak wavelength of 470 nm, and the green light emitting layer 122 having a peak wavelength of 555 nm. The green light 122A is composed of the red light 116A from the red light emitting layer 116 having a wavelength of 650 nm. The blue light 121A, the green light 122A, and the red light 116A are mixed to become white light.

このように、第９の実施形態によると、紫外発光ダイオード部１３０の上に、該紫外発光ダイオード部１３０が出力する紫外光を受け、受けた紫外光の励起によって青色光、緑色光及び赤色光をそれぞれ発光する青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   Thus, according to the ninth embodiment, blue light, green light and red light are received on the ultraviolet light emitting diode part 130 by receiving the ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode part 130 and excited by the received ultraviolet light. The structure in which the blue light emitting layer 121, the green light emitting layer 122, and the red light emitting layer 116 that respectively emit light are provided can be integrated as a one-chip light emitting diode element. Therefore, the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with the blue light from the blue light emitting diode element. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

その上、紫外発光ダイオード部１３０に動作電流を注入した場合に、ｐ+ 型半導体層１３４とｎ+ 型半導体層１３５とから形成されるｐ+ｎ+接合にはいわゆるトンネル電流が流れるため、ｎ+ 型半導体層１３５とｎ型半導体１３２との間にｎ+ 型半導体層１３５側が高い電圧を印加することにより整流性を示す。また、ｎ+ 型半導体層１３５は不純物準位が浅く低抵抗化が可能であるため、該ｎ+ 型半導体層１３５内の面内方向に注入電流が拡がりやすくなる。これにより、従来のような透明電極を用いる必要がなくなるので、発光光の輝度を上げることができる。また、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材が不要となるため、透明電極及びＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材の形成工程を省けるので、製造プロセスを簡略化することができる。 In addition, when an operating current is injected into the ultraviolet light emitting diode portion 130, a so-called tunnel current flows through the p + n + junction formed by the p + type semiconductor layer 134 and the n + type semiconductor layer 135. The n + type semiconductor layer 135 side exhibits rectification by applying a high voltage between the + type semiconductor layer 135 and the n type semiconductor 132. In addition, since the n + type semiconductor layer 135 has a shallow impurity level and can be reduced in resistance, the injected current easily spreads in the in-plane direction within the n + type semiconductor layer 135. This eliminates the need to use a transparent electrode as in the prior art, so that the brightness of the emitted light can be increased. In addition, since an insulating material containing a YAG phosphor is not required, the process of forming the insulating material containing the transparent electrode and the YAG phosphor can be omitted, and the manufacturing process can be simplified.

なお、赤色発光層１１６及び緑色発光層１２２は、励起光が透過しやすいように、十分な発光を得られる限りは可能な限りそれぞれの厚さを薄くすることが好ましい。   The red light emitting layer 116 and the green light emitting layer 122 are preferably made as thin as possible as long as sufficient light emission can be obtained so that excitation light can be easily transmitted.

また、紫外発光ダイオード部１３０は、サファイアからなる基板１１１とｎ型半導体１３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を介在させて形成してもよい。   Further, the ultraviolet light emitting diode unit 130 may be formed by interposing a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN between the substrate 111 made of sapphire and the n-type semiconductor 132.

また、第９の実施形態においては、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６をそれぞれ平面方形の島状にパターニングしているが、必ずしもパターニングする必要はなく、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６をｎ+ 型半導体層１３５の上面における第１のｎ側電極１１７の形成領域を除く全面に形成してもよい。但し、各発光層１２１、１２２、１１６を全面的に形成する場合は、各発光層の面積を出力光の演色性が最も良好となる値に最適化する。 In the ninth embodiment, the blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 are each patterned into a planar rectangular island shape, but it is not always necessary to pattern the blue light-emitting layer 121, The green light-emitting layer 122 and the red light-emitting layer 116 may be formed on the entire surface of the upper surface of the n + -type semiconductor layer 135 except for the formation region of the first n-side electrode 117. However, when the light emitting layers 121, 122, and 116 are formed over the entire surface, the area of each light emitting layer is optimized to a value that provides the best color rendering properties of the output light.

また、紫外発光ダイオード部１３０を、第８の実施形態のような青色発光ダイオード部１１０に置き換えた場合には、青色発光層１２１を設ける必要はない。   Further, when the ultraviolet light emitting diode part 130 is replaced with the blue light emitting diode part 110 as in the eighth embodiment, it is not necessary to provide the blue light emitting layer 121.

また、サファイアからなる基板１１１を紫外発光ダイオード部１３０から分離して、分離した基板に代えて金属膜を設けてもよい。このようにすると、設けられた金属膜をｎ側電極として使用できるため、ｎ型半導体１３２を露出して第２のｎ側電極１１８を形成する必要がなくなる。   Alternatively, the substrate 111 made of sapphire may be separated from the ultraviolet light emitting diode portion 130 and a metal film may be provided instead of the separated substrate. In this case, since the provided metal film can be used as the n-side electrode, it is not necessary to expose the n-type semiconductor 132 and form the second n-side electrode 118.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図３２（ａ）〜図３２（ｄ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   FIG. 32A to FIG. 32D show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment of the present invention.

まず、図３２（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体１３２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３３、ｐ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ+ 型半導体層１３４、ｎ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ+ 型半導体層１３５、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる青色発光層１２１、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層１２２及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１１６を順次成長する。ここで、前述したように、ｐ+ 型半導体層１３４とｎ+ 型半導体層１３５とから形成されるｐ+ｎ+接合は、トンネル電流により低抵抗のオーミック特性に近い電流電圧特性を示す。また、活性層１３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されてなるが、発光波長が３４０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。ここで、青色発光層１２１の禁制帯幅は２．６ｅＶであり、４７０ｎｍの青色光を発光する。緑色発光層１２２の禁制帯幅は２．３ｅＶであり、５５５ｎｍの緑色光を発光する。赤色発光層１１６の禁制帯幅は１．９ｅＶであり、６５０ｎｍの赤色光を発光する。また、基板１１１とｎ型半導体１３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、活性層１３３のＩｎの組成を活性層１３３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一となるように形成してもよい。また、赤色発光層１１６はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．４よりも小さくしながら赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 32A, an n-type semiconductor 132 made of n-type GaN is formed on a substrate 111 made of sapphire whose main surface has a (0001) plane orientation, for example, by MOCVD. active layer 133 having a multiple quantum well structure formed, p + -type Al 0.05 Ga 0.95 p + -type semiconductor layer 134 made of n, n + -type Al 0.05 Ga 0.95 n + -type semiconductor layer 135 made of n, undoped an in 0.15 Ga A blue light emitting layer 121 made of 0.85 N, a green light emitting layer 122 made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and a red light emitting layer 116 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. Here, as described above, the p + n + junction formed by the p + type semiconductor layer 134 and the n + type semiconductor layer 135 exhibits a current-voltage characteristic close to a low-resistance ohmic characteristic due to a tunnel current. Further, the active layer 133 is formed by multiplying a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm, The configuration is not limited to this as long as the emission wavelength is about 340 nm. Here, the forbidden band width of the blue light emitting layer 121 is 2.6 eV, and emits blue light of 470 nm. The forbidden band width of the green light emitting layer 122 is 2.3 eV, and emits green light of 555 nm. The forbidden band width of the red light emitting layer 116 is 1.9 eV and emits red light of 650 nm. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 111 and the n-type semiconductor 132. Further, the In composition of the active layer 133 may be formed to be non-uniform in the in-plane direction of the active layer 133 (direction parallel to the substrate surface). Further, the red light emitting layer 116 is not undoped. For example, zinc, magnesium, or silicon may be doped so that red light emission can be obtained while making the In composition smaller than 0.4.

次に、図３２（ｂ）に示すように、赤色発光層１１６の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、赤色発光層１１６、緑色発光層１２２、青色発光層１２１及びｎ+ 型半導体層１３５の上部を選択的に除去する。ここで、赤色発光層１１６、緑色発光層１２２及び青色発光層１２１における第１のｎ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 32B, on the red light emitting layer 116, for example, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced apart from each other. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the upper part of the red light emitting layer 116, the green light emitting layer 122, the blue light emitting layer 121 and the n + type semiconductor layer 135 is selected by ICP etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. To remove. Here, the upper part of the first n-side electrode formation region in the red light emitting layer 116, the green light emitting layer 122, and the blue light emitting layer 121 is also removed.

次に、図３２（ｃ）に示すように、ＩＣＰエッチングにより、ｎ+ 型半導体層１３５、ｐ+ 型半導体層１３４及び活性層１３３における第２のｎ側電極形成領域１３２ａの上側部分を選択的に除去して、ｎ型半導体１３２における第２のｎ側電極形成領域１３２ａを露出する。 Next, as shown in FIG. 32C, the upper portion of the second n-side electrode formation region 132a in the n + type semiconductor layer 135, the p + type semiconductor layer 134 and the active layer 133 is selectively formed by ICP etching. The second n-side electrode formation region 132a in the n-type semiconductor 132 is exposed.

次に、図３２（ｄ）に示すように、ドライエッチングの後に、リソグラフィ法により、第２のｎ側電極形成領域１３２ａと、ｎ+ 型半導体層１３５における第１のｎ側電極形成領域とに開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、形成したレジスト膜の上に全面にわたって、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕとの積層膜からなる電極形成膜を形成する。その後、レジスト膜を除去する、いわゆるリフトオフ法により、電極形成膜からオーミック電極である第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８を形成する。ここで、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８の各コンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。続いて、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割し、さらに、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ１２０上の所定領域に実装する。その後、第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８に対してワイヤボンディングを行なう。 Next, as shown in FIG. 32D, after the dry etching, the second n-side electrode formation region 132a and the first n-side electrode formation region in the n + type semiconductor layer 135 are formed by lithography. A resist film (not shown) having an opening pattern is formed, and then an electrode formed of a laminated film of Ti, Al, Ni, and Au is formed on the entire resist film by, for example, electron beam evaporation. A film is formed. Thereafter, a first n-side electrode 117 and a second n-side electrode 118 which are ohmic electrodes are formed from the electrode formation film by a so-called lift-off method of removing the resist film. Here, in order to reduce the contact resistances of the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C. Subsequently, the light-emitting diode chip having a size of 350 μm square is divided by, for example, dicing, and the divided chip is mounted on a predetermined region on the package 120 using, for example, silver (Ag) paste. Thereafter, wire bonding is performed on the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118.

このように、第９の実施形態に係る製造方法によると、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６を紫外発光ダイオード部１３０からの紫外光によりそれぞれ励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。従って、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度を高くできるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   Thus, according to the manufacturing method according to the ninth embodiment, the blue light emitting layer 121, the green light emitting layer 122, and the red light emitting layer 116 are each configured to excite the ultraviolet light from the ultraviolet light emitting diode unit 130 with one chip of white. It can be integrated as a light emitting diode element. Accordingly, since the light emission intensity in the red region can be increased as compared with the conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

その上、窒化物からなるｎ+ 型半導体層１３５は、窒化物からなるｐ型半導体層又はｐ+ 型半導体層と比べて不純物準位が浅く低抵抗化が可能であるため、横方向（基板面に平行な方向）の電流の拡がりが十分に大きいので、従来例に示すような透明電極を設ける必要がない。従って、製造プロセスが簡単化されるだけでなく、透明電極を設けた場合に生じる透明電極での発光光の吸収もなくなるので、高輝度の白色発光ダイオード素子を実現することができる。 In addition, the n + type semiconductor layer 135 made of nitride has a shallower impurity level than the p type semiconductor layer or p + type semiconductor layer made of nitride and can be reduced in resistance. Since the current spread in the direction parallel to the surface is sufficiently large, it is not necessary to provide a transparent electrode as shown in the conventional example. Therefore, not only the manufacturing process is simplified, but also the absorption of the emitted light by the transparent electrode which occurs when the transparent electrode is provided is eliminated, so that a high-intensity white light-emitting diode element can be realized.

また、第９の実施形態に係る製造方法は、ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材を設ける工程が不要となる上に、オーミック電極である第１のｎ側電極１１７及び第２のｎ側電極１１８の組成が同一であることから、同一の工程で形成可能となるため、製造プロセスがさらに簡単化されるので、より低コストで製造が可能となる。   In addition, the manufacturing method according to the ninth embodiment does not require a step of providing an insulating material containing a YAG phosphor, and further, the first n-side electrode 117 and the second n-side electrode 118 that are ohmic electrodes are formed. Since the composition is the same, it can be formed in the same process, and the manufacturing process is further simplified, so that it can be manufactured at a lower cost.

なお、第９の実施形態においても、第８の実施形態で説明したような高反射率材料から電極を形成し、形成した高反射率材料からなる電極をパッケージとの間に銀バンプ等を介在させて実装するフリップチップ実装を行なってもよい。   Also in the ninth embodiment, an electrode is formed from the high reflectivity material as described in the eighth embodiment, and a silver bump or the like is interposed between the formed electrode made of the high reflectivity material and the package. Flip chip mounting may be performed.

（第１０の実施形態）
以下、本発明の第１０の実施形態について図面を参照しながら説明する。 (Tenth embodiment)
Hereinafter, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図３３（ａ）及び図３３（ｂ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子であって、（ａ）は断面構成を示し、（ｂ）は平面構成を示している。図３３（ａ）及び（ｂ）において、図３０（ａ）及び（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。   FIGS. 33A and 33B are semiconductor light emitting devices according to the tenth embodiment of the present invention. FIG. 33A shows a cross-sectional configuration, and FIG. 33B shows a planar configuration. 33 (a) and 33 (b), the same components as those shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b) are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第９の実施形態との相違点は、紫外発光ダイオード部１３０をエピタキシャル成長する際のサファイアからなる基板を分離して除去し、ｎ型半導体１３２における基板が除去された面上に、チタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる第２のｎ側電極１１８を設け、さらに、厚さが１０μｍ以上の、ここでは例えば約５０μｍの金（Ａｕ）めっき層１３１を設けて実質的なｎ側電極としている点である。ここで、第２のｎ側電極１１８には、紫外光、青色光、緑色光及び赤色光に対する反射率が６０％以上である材料を用いることが好ましく、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）又はロジウム（Ｒｈ）の単層膜若しくはこれらのうち少なくとも２つを含む多層膜を用いることができる。また、金めっき層１３１には、金（Ａｕ）に代えて、銅（Ｃｕ）又は銀（Ａｇ）を用いることができる。   The difference from the ninth embodiment is that a substrate made of sapphire when epitaxially growing the ultraviolet light emitting diode part 130 is separated and removed, and titanium (Ti) is formed on the surface of the n-type semiconductor 132 from which the substrate has been removed. The second n-side electrode 118 made of a laminated film of gold and gold (Au) is provided, and a gold (Au) plating layer 131 having a thickness of 10 μm or more, for example, about 50 μm in this case, is provided to make a substantial n This is a side electrode. Here, the second n-side electrode 118 is preferably made of a material having a reflectance of 60% or more for ultraviolet light, blue light, green light, and red light. For example, gold (Au), platinum (Pt ), Copper (Cu), silver (Ag), or rhodium (Rh), or a multilayer film including at least two of them. The gold plating layer 131 can be made of copper (Cu) or silver (Ag) instead of gold (Au).

紫外発光ダイオード部１３０に例えば２０ｍＡの電流を注入して、波長が３４０ｎｍの紫外発光を生じさせると、図３１に示すスペクトルと同等のスペクトルパターンを有する白色光を得ることができる。   For example, when a current of 20 mA is injected into the ultraviolet light emitting diode unit 130 to generate ultraviolet light having a wavelength of 340 nm, white light having a spectrum pattern equivalent to the spectrum shown in FIG. 31 can be obtained.

この構成により、第１０の実施形態に係る半導体発光素子は、第９の実施形態に係る半導体発光素子と同様に、紫外発光ダイオード部１３０の上に、該紫外発光ダイオード部１３０が出力する紫外光を受け、受けた紫外光の励起によって青色光、緑色光及び赤色光をそれぞれ発光する青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６を設ける構成が１チップの発光ダイオード素子として集積化が可能となる。従って、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオード素子からの青色光で励起することにより白色光を得る従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルと比べて赤色領域の発光強度が大きくなるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することができる。   With this configuration, the semiconductor light emitting device according to the tenth embodiment has the ultraviolet light output from the ultraviolet light emitting diode portion 130 on the ultraviolet light emitting diode portion 130, as in the semiconductor light emitting device according to the ninth embodiment. The structure in which the blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 that emit blue light, green light, and red light by excitation of the received ultraviolet light are provided is integrated as a one-chip light-emitting diode element. It becomes possible. Therefore, since the emission intensity in the red region is larger than the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element that obtains white light by exciting the conventional YAG phosphor with blue light from the blue light emitting diode element, the color rendering property is improved. A white light emitting diode element that outputs excellent white light can be realized.

また、従来例のようなＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材及び透明電極を設ける必要がないため、製造プロセスが簡単化されるだけでなく、透明電極を設けた場合に生じる透明電極での発光光の吸収もなくなるので、より高輝度化を実現できる。   In addition, since it is not necessary to provide an insulating material including a YAG phosphor and a transparent electrode as in the conventional example, not only the manufacturing process is simplified, but also the light emitted from the transparent electrode generated when the transparent electrode is provided. Since there is no absorption, higher brightness can be realized.

その上、第１０の実施形態においては、エピタキシャル成長用のサファイアからなる基板を除去して、ｎ型半導体１３２における活性層１３３の反対側の面（裏面）の全面に第２のｎ側電極１１８を形成し、さらに、厚さが５０μｍと比較的に厚い金めっき層１３１を設けている。これにより、紫外発光ダイオード部１３０における放熱性が著しく向上するため、より高出力の白色発光ダイオード素子を実現できる。その上、第２のｎ側電極１１８と第１のｎ側電極１１７とは活性層１３３を挟んで互いに対向するため、第２のｎ側電極１１８及び第１のｎ側電極１１７における電極間の直列抵抗を小さくできる。また、サファイア等の絶縁性基板を除去しているため、ｎ型半導体１３２の上部に第２のｎ側電極１１８を設ける必要がなくなるので、チップサイズを縮小することができる。また、ｎ型半導体１３２をｐ+ 型半導体層１３４側からエッチングして除去する工程をもなくすことができる。 In addition, in the tenth embodiment, the substrate made of sapphire for epitaxial growth is removed, and the second n-side electrode 118 is formed on the entire surface of the n-type semiconductor 132 opposite to the active layer 133 (back surface). Further, a relatively thick gold plating layer 131 having a thickness of 50 μm is provided. Thereby, since the heat dissipation in the ultraviolet light emitting diode part 130 is remarkably improved, a higher-power white light emitting diode element can be realized. In addition, since the second n-side electrode 118 and the first n-side electrode 117 are opposed to each other with the active layer 133 interposed therebetween, the second n-side electrode 118 and the first n-side electrode 117 are disposed between the electrodes. Series resistance can be reduced. Further, since the insulating substrate such as sapphire is removed, it is not necessary to provide the second n-side electrode 118 on the n-type semiconductor 132, so that the chip size can be reduced. Further, the step of removing the n-type semiconductor 132 by etching from the p + -type semiconductor layer 134 side can be eliminated.

なお、赤色発光層１１６及び緑色発光層１２２は、十分な発光が得られる限りは、励起光が透過しやすいように可能な限り厚さを小さくすることが好ましい。   Note that it is preferable to reduce the thickness of the red light emitting layer 116 and the green light emitting layer 122 as much as possible so that excitation light can be easily transmitted as long as sufficient light emission is obtained.

また、紫外発光ダイオード部１３０は、サファイアからなる基板１１１とｎ型半導体１３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を介在させて形成してもよい。   Further, the ultraviolet light emitting diode unit 130 may be formed by interposing a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN between the substrate 111 made of sapphire and the n-type semiconductor 132.

また、第１０の実施形態においては、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６をそれぞれ平面方形の島状にパターニングしているが、必ずしもパターニングする必要はなく、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６をｎ+ 型半導体層１３５の上面における第１のｎ側電極１１７の形成領域を除く全面に形成してもよい。但し、各発光層１２１、１２２、１１６を全面的に形成する場合は、各発光層の面積を出力光の演色性が最も良好となる値に最適化する。 In the tenth embodiment, the blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 are each patterned into a planar rectangular island shape. The green light-emitting layer 122 and the red light-emitting layer 116 may be formed on the entire surface of the upper surface of the n + -type semiconductor layer 135 except for the formation region of the first n-side electrode 117. However, when the light emitting layers 121, 122, and 116 are formed over the entire surface, the area of each light emitting layer is optimized to a value that provides the best color rendering properties of the output light.

また、紫外発光ダイオード部１３０を、第８の実施形態のような青色発光ダイオード部１１０に置き換えた場合には、青色発光層１２１を設ける必要はない。   Further, when the ultraviolet light emitting diode part 130 is replaced with the blue light emitting diode part 110 as in the eighth embodiment, it is not necessary to provide the blue light emitting layer 121.

以下、前記のように構成された半導体発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor light emitting device configured as described above will be described with reference to the drawings.

図３４（ａ）〜図３４（ｄ）及び図３５（ａ）〜図３５（ｃ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。   34 (a) to 34 (d) and FIGS. 35 (a) to 35 (c) show cross-sectional structures in the order of steps of the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the tenth embodiment of the present invention. .

まず、図３４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、例えば主面の面方位が（０００１）面であるサファイアからなる基板１１１の上に、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体１３２、ＩｎＧａＮからなる多重量子井戸構造を有する活性層１３３、ｐ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｐ+ 型半導体層１３４、ｎ+ 型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎからなるｎ+ 型半導体層１３５、アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる青色発光層１２１、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる緑色発光層１２２及びアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる赤色発光層１１６を順次成長する。ここで、前述したように、ｐ+ 型半導体層１３４とｎ+ 型半導体層１３５とから形成されるｐ+ｎ+接合は、トンネル電流により低抵抗のオーミック特性に近い電流電圧特性を示す。また、活性層１３３は、厚さが１．５ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる井戸層と厚さが１０ｎｍのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる障壁層とが５重に多重化されてなるが、発光波長が３４０ｎｍ程度であればこの構成に限られない。ここで、青色発光層１２１の禁制帯幅は２．６ｅＶであり、４７０ｎｍの青色光を発光する。緑色発光層１２２の禁制帯幅は２．３ｅＶであり、５５５ｎｍの緑色光を発光する。赤色発光層１１６の禁制帯幅は１．９ｅＶであり、６５０ｎｍの赤色光を発光する。また、基板１１１とｎ型半導体１３２との間に、ＧａＮからなる下地層及びＧａＮ又はＡｌＮからなる薄膜バッファ層を形成してもよい。また、活性層１３３のＩｎの組成を活性層１３３の面内方向（基板面に平行な方向）に不均一となるように形成してもよい。また、赤色発光層１１６はアンドープではなく、例えば亜鉛、マグネシウム又はシリコンをドープしてＩｎの組成を０．４よりも小さくしながら赤色発光を得られるようにしてもよい。 First, as shown in FIG. 34 (a), an n-type semiconductor 132 made of n-type GaN and an InGaN film are formed on a substrate 111 made of sapphire whose principal surface has a (0001) plane, for example, by MOCVD. active layer 133 having a multiple quantum well structure formed, p + -type Al 0.05 Ga 0.95 p + -type semiconductor layer 134 made of n, n + -type Al 0.05 Ga 0.95 n + -type semiconductor layer 135 made of n, undoped an in 0.15 Ga A blue light emitting layer 121 made of 0.85 N, a green light emitting layer 122 made of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and a red light emitting layer 116 made of undoped In 0.4 Ga 0.6 N are successively grown. Here, as described above, the p + n + junction formed by the p + type semiconductor layer 134 and the n + type semiconductor layer 135 exhibits a current-voltage characteristic close to a low-resistance ohmic characteristic due to a tunnel current. Further, the active layer 133 is formed by multiplying a well layer made of In 0.02 Ga 0.98 N having a thickness of 1.5 nm and a barrier layer made of Al 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 10 nm, The configuration is not limited to this as long as the emission wavelength is about 340 nm. Here, the forbidden band width of the blue light emitting layer 121 is 2.6 eV, and emits blue light of 470 nm. The forbidden band width of the green light emitting layer 122 is 2.3 eV, and emits green light of 555 nm. The forbidden band width of the red light emitting layer 116 is 1.9 eV and emits red light of 650 nm. Further, a base layer made of GaN and a thin film buffer layer made of GaN or AlN may be formed between the substrate 111 and the n-type semiconductor 132. Further, the In composition of the active layer 133 may be formed to be non-uniform in the in-plane direction of the active layer 133 (direction parallel to the substrate surface). Further, the red light emitting layer 116 is not undoped. For example, zinc, magnesium, or silicon may be doped so that red light emission can be obtained while making the In composition smaller than 0.4.

次に、図３４（ｂ）に示すように、赤色発光層１１６の上に、例えば一辺が２μｍ〜２０μｍで互いに間隔をおいてなる複数の方形パターンを有するニッケルからなる金属薄膜（図示せず）を形成する。続いて、形成した金属薄膜をマスクとして、例えば塩素（Ｃｌ2 ）ガスを用いたＩＣＰエッチングにより、赤色発光層１１６、緑色発光層１２２、青色発光層１２１及びｎ+ 型半導体層１３５の上部を選択的に除去する。ここで、赤色発光層１１６、緑色発光層１２２、青色発光層１２１における第１のｎ側電極形成領域の上側部分をも除去する。 Next, as shown in FIG. 34 (b), on the red light emitting layer 116, for example, a metal thin film (not shown) made of nickel having a plurality of square patterns each having a side of 2 μm to 20 μm and spaced apart from each other. Form. Subsequently, using the formed metal thin film as a mask, the upper part of the red light emitting layer 116, the green light emitting layer 122, the blue light emitting layer 121 and the n + type semiconductor layer 135 is selected by ICP etching using, for example, chlorine (Cl 2 ) gas. To remove. Here, the upper part of the first n-side electrode formation region in the red light emitting layer 116, the green light emitting layer 122, and the blue light emitting layer 121 is also removed.

次に、図３４（ｃ）に示すように、ドライエッチングの後に、リソグラフィ法により、ｎ+ 型半導体層１３５における第１のｎ側電極形成領域に開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）を形成し、続いて、例えば電子ビーム蒸着法により、形成したレジスト膜の上に全面にわたって、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ及びＡｕとの積層膜からなる電極形成膜を形成する。その後、レジスト膜を除去する、いわゆるリフトオフ法により、電極形成膜からオーミック電極である第１のｎ側電極１１７を形成する。ここで、第１のｎ側電極１１７のコンタクト抵抗を低減するために、例えば温度が約５５０℃の窒素雰囲気でシンタを行なってもよい。 Next, as shown in FIG. 34C, after dry etching, a resist film (not shown) having an opening pattern in the first n-side electrode formation region in the n + type semiconductor layer 135 is formed by lithography. Then, an electrode forming film made of a laminated film of Ti, Al, Ni and Au is formed on the formed resist film over the entire surface by, for example, electron beam evaporation. Thereafter, a first n-side electrode 117 that is an ohmic electrode is formed from the electrode formation film by a so-called lift-off method that removes the resist film. Here, in order to reduce the contact resistance of the first n-side electrode 117, for example, sintering may be performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of about 550 ° C.

次に、図３４（ｄ）に示すように、第１のｎ側電極１１７を形成した後、シリコンからなる保持基板１５１を、第１のｎ側電極１１７及び赤色発光層１１６等を含むｎ+ 型半導体層１３５と例えばエポキシ系の接着剤１５２を用いて貼り合わせる。なお、保持基板１５１はシリコンに限られず、高分子フィルムを用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 34 (d), after forming the first n-side electrode 117, the holding substrate 151 made of silicon is n + including the first n-side electrode 117, the red light emitting layer 116, and the like. For example, an epoxy-based adhesive 152 is attached to the mold semiconductor layer 135. The holding substrate 151 is not limited to silicon, and a polymer film may be used.

次に、図３５（ａ）に示すように、基板１１１における保持基板１５１の反対側の面から、基板１１１に吸収されず且つｎ型半導体１３２で吸収される、例えば波長が３５５ｎｍであるＹＡＧレーザの第３次高調波光又は波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光であって、高出力且つ短波長のパルスレーザ光を基板１１１の面内でスキャンしながら照射する。このとき、照射されたレーザ光は、基板１１１とｎ型半導体１３２との界面及びその近傍においてＧａＮからなるｎ型半導体１３２に吸収される。その結果、ｎ型半導体１３２における基板１１１との界面の近傍部分がレーザ光の吸収により加熱されて例えば温度が９００℃以上になると、その部分のｎ型半導体１３２が金属ガリウム（Ｇａ）と窒素（Ｎ2 ）ガスとに分解され、その結果分解層が形成される。 Next, as shown in FIG. 35A, a YAG laser having a wavelength of 355 nm, for example, which is not absorbed by the substrate 111 and is absorbed by the n-type semiconductor 132 from the surface opposite to the holding substrate 151 in the substrate 111. The third-order harmonic light or KrF excimer laser light having a wavelength of 248 nm, which is irradiated with high-power and short-wavelength pulse laser light while scanning in the plane of the substrate 111. At this time, the irradiated laser light is absorbed by the n-type semiconductor 132 made of GaN at and near the interface between the substrate 111 and the n-type semiconductor 132. As a result, when the vicinity of the interface with the substrate 111 in the n-type semiconductor 132 is heated by absorption of laser light, for example, the temperature becomes 900 ° C. or more, the n-type semiconductor 132 in that portion becomes metallic gallium (Ga) and nitrogen ( N 2 ) gas and as a result a decomposition layer is formed.

次に、分解層が形成された基板１１１をガリウムの融点である２９℃以上にまで加熱するか、又は塩化水素（ＨＣｌ）水溶液中に浸して、分解層のうちの金属ガリウムを溶融するか除去することにより、ｎ型半導体１３２から基板１１１を分離する。その後、例えば電子ビーム蒸着法により、基板１１１が分離され除去された露出面上にチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）との積層膜からなる第２のｎ側電極１１８を形成する。続いて、電解めっき法により、第２のｎ側電極１１８の金（Ａｕ）層を下地として、厚さが約５０μｍの金めっき層１３１を形成して、図３５（ｂ）に示す構造を得る。   Next, the substrate 111 on which the decomposition layer is formed is heated to 29 ° C. or higher, which is the melting point of gallium, or is immersed in a hydrogen chloride (HCl) aqueous solution to melt or remove the metal gallium in the decomposition layer. As a result, the substrate 111 is separated from the n-type semiconductor 132. Thereafter, a second n-side electrode 118 made of a laminated film of titanium (Ti) and gold (Au) is formed on the exposed surface from which the substrate 111 has been separated and removed by, for example, an electron beam evaporation method. Subsequently, a gold plating layer 131 having a thickness of about 50 μm is formed by electrolytic plating using the gold (Au) layer of the second n-side electrode 118 as a base, and the structure shown in FIG. 35B is obtained. .

次に、図３５（ｃ）に示すように、例えばアセトンにより接着剤１５２を除去して、保持基板１５１を除去し、その後、例えばダイシングにより、３５０μｍ角のサイズを持つ発光ダイオードチップに分割する。続いて、分割されたチップを例えば銀（Ａｇ）ペーストを用いてパッケージ（図示せず）上の所定領域に実装し、その後、第１のｎ側電極１１７に対してワイヤボンディングを行なって、白色発光ダイオード素子を得る。   Next, as shown in FIG. 35C, the adhesive 152 is removed by, for example, acetone, the holding substrate 151 is removed, and then the light-emitting diode chips having a size of 350 μm square are divided by, for example, dicing. Subsequently, the divided chip is mounted on a predetermined region on a package (not shown) using, for example, silver (Ag) paste, and then wire bonding is performed on the first n-side electrode 117 to obtain a white color. A light emitting diode element is obtained.

このように、第１０の実施形態に係る製造方法によると、青色発光層１２１、緑色発光層１２２及び赤色発光層１１６を紫外発光ダイオード部１３０からの紫外光によりそれぞれ励起する構成を１チップの白色発光ダイオード素子として集積化することができる。従って、従来の白色発光ダイオード素子と比べて、赤色領域における発光強度を高くできるため、演色性に優れた白色光を出力する白色発光ダイオード素子を実現することが可能となる。   As described above, according to the manufacturing method according to the tenth embodiment, the blue light-emitting layer 121, the green light-emitting layer 122, and the red light-emitting layer 116 are each excited with ultraviolet light from the ultraviolet light-emitting diode unit 130 in one chip white. It can be integrated as a light emitting diode element. Accordingly, since the light emission intensity in the red region can be increased as compared with the conventional white light emitting diode element, it is possible to realize a white light emitting diode element that outputs white light with excellent color rendering.

また、窒化物からなるｎ+ 型半導体層１３５は、窒化物からなるｐ型半導体層又はｐ+ 型半導体層と比べて不純物準位が浅く低抵抗化が可能であるため、横方向（基板面に平行な方向）の電流の拡がりが十分に大きいので、従来例に示すような透明電極を設ける必要がない。従って、製造プロセスが簡単化されるだけでなく、透明電極を設けた場合に生じる透明電極での発光光の吸収もなくなるので、高輝度の白色発光ダイオード素子を実現することができる。 The n + type semiconductor layer 135 made of nitride has a shallower impurity level than the p type semiconductor layer or p + type semiconductor layer made of nitride and can be reduced in resistance. Since the current spread in the direction parallel to (2) is sufficiently large, it is not necessary to provide a transparent electrode as shown in the conventional example. Therefore, not only the manufacturing process is simplified, but also the absorption of the emitted light by the transparent electrode which occurs when the transparent electrode is provided is eliminated, so that a high-intensity white light-emitting diode element can be realized.

その上、放熱性に優れないサファイア基板１１１を除去し、代わりに放熱性に優れる金めっき層１３１を設けているため、高出力化を図ることができる。   In addition, since the sapphire substrate 111 that is not excellent in heat dissipation is removed and the gold plating layer 131 that is excellent in heat dissipation is provided instead, high output can be achieved.

第１０の実施形態においては、サファイアからなる基板１１１を分離する際に高出力短波長パルスレーザ光を照射する分離法を説明したが、レーザ照射による分離法に限られない。例えば、サファイアからなる基板１１１に代えて、シリコン（Ｓｉ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる基板１１１を用いて、酸によるウェットエッチングにより該基板１１１を分離して除去するようにしてもよい。   In the tenth embodiment, the separation method of irradiating the high-power short-wavelength pulse laser beam when separating the substrate 111 made of sapphire has been described. However, the separation method is not limited to the laser irradiation method. For example, instead of the substrate 111 made of sapphire, a substrate 111 made of silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) may be used, and the substrate 111 may be separated and removed by wet etching with acid.

なお、第９〜第１０の実施形態においては、エピタキシャル成長用基板として用いたサファイアの主面の面方位は特に限定されない。例えば、サファイアを用いる場合には、（０００１）面等の代表的（典型的）な面方位からずれたオフアングルを持つ面方位を採用してもよい。   In the ninth to tenth embodiments, the plane orientation of the main surface of sapphire used as the epitaxial growth substrate is not particularly limited. For example, when sapphire is used, a plane orientation having an off-angle deviating from a typical (typical) plane orientation such as the (0001) plane may be adopted.

また、エピタキシャル成長用基板は、サファイアに限られず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）又は酸化リチウムアルミニウムガリウム（ＬｉＡｌxＧａ1-xＯ2(但し、０≦ｘ≦１））を用いることができる。 The substrate for epitaxial growth is not limited to sapphire, but silicon carbide (SiC), zinc oxide (ZnO), silicon (Si), gallium arsenide (GaAs), gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), Gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), magnesium oxide (MgO), or lithium aluminum gallium oxide (LiAl x Ga 1-x O 2 (where 0 ≦ x ≦ 1)) can be used.

また、青色発光ダイオード部１１０及び紫外発光ダイオード部１３０を構成する窒化物半導体層の組成、並びに赤色発光層１１６等の励起による各発光層を構成する窒化物半導体層の組成は、各実施形態に示した組成に限られない。また、結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法に限られず、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy:ＭＢＥ）法又はハイドライドＶＰＥ(Hydride Vapor Phase Epitaxy：HVPE）法を用いた半導体層を含んでもよい。また、各半導体層には、ヒ素（Ａｓ）又は燐（Ｐ）等のＶ族元素や、硼素（Ｂ）等のIII 族元素を構成元素として含む構成としてもよい。   In addition, the composition of the nitride semiconductor layer constituting the blue light emitting diode part 110 and the ultraviolet light emitting diode part 130 and the composition of the nitride semiconductor layer constituting each light emitting layer by excitation of the red light emitting layer 116 and the like are described in each embodiment. It is not restricted to the composition shown. The crystal growth method is not limited to the MOCVD method, and may include, for example, a semiconductor layer using a molecular beam epitaxy (MBE) method or a hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE) method. Each semiconductor layer may include a group V element such as arsenic (As) or phosphorus (P) or a group III element such as boron (B) as a constituent element.

本発明に係る半導体発光素子は、演色性に優れた高輝度で且つ高出力の白色発光ダイオード構造を１チップで実現でき、液晶ディスプレイ装置のバックライトや照明用の白色光源等として有用である。   The semiconductor light-emitting device according to the present invention can realize a high-luminance and high-output white light-emitting diode structure excellent in color rendering with a single chip, and is useful as a backlight of a liquid crystal display device, a white light source for illumination, or the like.

（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 1st Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 1st Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device concerning the 2nd Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 3rd Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. （ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 3rd Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 3rd Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 4th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 4th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A) And (b) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 4th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 5th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 5th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｅ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(e) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 5th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 5th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 6th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. （ａ）〜（ｄ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 6th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor light-emitting device concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor light-emitting device concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子における赤色発光Ｅｕドープ層に添加されたＥｕイオンの濃度プロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the density | concentration profile of Eu ion added to the red light emission Eu dope layer in the semiconductor light-emitting device concerning the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 7th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｄ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 7th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 7th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 8th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. （ａ）はトンネル接合の有無による電圧電流特性を示すグラフであり、（ｂ）はトンネル接合の有無による電流光出力特性を示すグラフである。(A) is a graph which shows the voltage-current characteristic by the presence or absence of a tunnel junction, (b) is a graph which shows the current light output characteristic by the presence or absence of a tunnel junction. 本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 8th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｅ）は本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(e) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 8th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 9th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. 本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the emission spectrum of the semiconductor light-emitting device concerning the 9th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｄ）は本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 9th Embodiment of this invention. （ａ）及び（ｂ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。(A) And (b) shows the semiconductor light-emitting device concerning the 10th Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is a top view. （ａ）〜（ｄ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(d) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 10th Embodiment of this invention. （ａ）〜（ｃ）は本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the order of a process which shows the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device based on the 10th Embodiment of this invention. は従来の白色発光ダイオード素子を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a conventional white light emitting diode element. は従来の白色発光ダイオード素子の発光スペクトルを示すグラフである。These are the graphs which show the emission spectrum of the conventional white light emitting diode element.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 青色発光ダイオード部
１１ 基板
１２ ｎ型半導体層
１２ａ ｎ側電極形成領域
１３ 活性層
１４ ｐ型半導体層
１５ 赤色発光層
１６ 透明電極
１６ａ 開口部
１７ ｐ側電極
１８ ｎ側電極
１９ ＹＡＧ蛍光体を含む絶縁材
２０ パッケージ
２２ 第１バンプ
２３ 第２バンプ
２４ 緑色発光層
２５ 青色発光層
３０ 紫外発光ダイオード部
３１ 金めっき層
３２ ｎ型半導体層
３３ 活性層
３４ ｐ型半導体層
５１ レジスト膜
５２ 保持基板
５３ 接着剤
１１０ 青色発光ダイオード部
１１１ 基板
１１２ ｎ型半導体層
１１２ａ 第２のｎ側電極形成領域
１１３ 活性層
１１４ ｐ+ 型半導体層
１１５ ｎ+ 型半導体層
１１６ 赤色発光層
１１７ 第１のｎ側電極
１１８ 第２のｎ側電極
１１９ 絶縁材
１２０ パッケージ
１２１ 青色発光層
１２２ 緑色発光層
１３０ 紫外発光ダイオード部
１３１ 金めっき層
１３２ ｎ型半導体層
１３２ａ 第２のｎ側電極形成領域
１３３ 活性層
１３４ ｐ+ 型半導体層
１３５ ｎ+ 型半導体層
１５０ 赤色発光Ｅｕドープ層
１５１ 保持基板
１５２ 接着剤 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Blue light emitting diode part 11 Board | substrate 12 N type semiconductor layer 12a N side electrode formation area 13 Active layer 14 P type semiconductor layer 15 Red light emitting layer 16 Transparent electrode 16a Opening part 17 P side electrode 18 N side electrode 19 YAG fluorescent substance is included Insulating material 20 Package 22 First bump 23 Second bump 24 Green light emitting layer 25 Blue light emitting layer 30 Ultraviolet light emitting diode portion 31 Gold plating layer 32 n-type semiconductor layer 33 active layer 34 p-type semiconductor layer 51 resist film 52 holding substrate 53 Adhesion Agent 110 Blue light emitting diode portion 111 Substrate 112 n-type semiconductor layer 112a second n-side electrode formation region 113 active layer 114 p + -type semiconductor layer 115 n + -type semiconductor layer 116 red light-emitting layer 117 first n-side electrode 118 first Two n-side electrodes 119 Insulating material 120 Package 121 Blue light emitting layer 122 Green light emitting layer 130 Ultraviolet light emitting diode Eau unit 131 gold-plated layer 132 n-type semiconductor layer 132a second n-side electrode formation region 133 active layer 134 p + -type semiconductor layer 135 n + -type semiconductor layer 150 red light emitting Eu doped layer 151 holds the substrate 152 adhesive

Claims (56)

第１の発光光を出力する発光ダイオード部と、
前記発光ダイオード部に設けられ、前記第１の発光光を吸収して第２の発光光を放出する半導体膜とを備え、
前記半導体膜は、前記第２の発光光を前記第１の発光光による光励起によって放出することを特徴とする半導体発光素子。 A light emitting diode section for outputting first emitted light;
A semiconductor film provided in the light emitting diode portion and absorbing the first emitted light and emitting the second emitted light;
The semiconductor light emitting element, wherein the semiconductor film emits the second emitted light by photoexcitation with the first emitted light. 前記発光ダイオード部に設けられ、前記第１の発光光又は前記第２の発光光を透過する透明電極をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。   2. The semiconductor light emitting element according to claim 1, further comprising a transparent electrode provided in the light emitting diode portion and transmitting the first light emission light or the second light emission light. 前記半導体膜は、前記半導体発光素子の発光面上に部分的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor film is partially formed on a light emitting surface of the semiconductor light emitting element. 前記発光ダイオード部及び半導体膜を覆うと共に、前記第１の発光光を吸収して第３の発光光を放出する蛍光体をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   The phosphor according to any one of claims 1 to 3, further comprising a phosphor that covers the light emitting diode portion and the semiconductor film and absorbs the first light emission and emits a third light emission. 2. The semiconductor light emitting device according to claim 1. 前記発光ダイオード部又は前記半導体膜は、単結晶からなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   5. The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the light-emitting diode portion or the semiconductor film is formed on a substrate made of a single crystal. 前記基板は、前記第１の発光光及び第２の発光光を透過することを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 5, wherein the substrate transmits the first emitted light and the second emitted light. 前記透明電極は複数の開口部が設けられ、前記半導体膜は前記発光ダイオード部における発光面上の前記各開口部に埋め込まれるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。   3. The semiconductor according to claim 2, wherein the transparent electrode is provided with a plurality of openings, and the semiconductor film is formed so as to be embedded in the openings on the light emitting surface of the light emitting diode part. Light emitting element. 前記半導体膜は、前記透明電極の前記各開口部にそれぞれ分割して形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light-emitting element according to claim 7, wherein the semiconductor film is divided into each opening of the transparent electrode. 前記半導体膜は、前記透明電極上における前記各開口部の近傍を覆うように形成されていることを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 7, wherein the semiconductor film is formed so as to cover the vicinity of each opening on the transparent electrode. 前記半導体膜は、前記透明電極上に位置する部分の結晶欠陥密度が前記各開口部上に位置する部分の結晶欠陥密度よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。   10. The semiconductor light emitting device according to claim 9, wherein the semiconductor film has a crystal defect density in a portion located on the transparent electrode smaller than a crystal defect density in a portion located on each opening. 前記第１の発光光は、青色光又は紫外光であることを特徴とする請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the first emitted light is blue light or ultraviolet light. 前記半導体膜は、前記第１の発光光により励起され、赤色の前記第２の発光光を放出することを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 11, wherein the semiconductor film is excited by the first emission light and emits the second emission light of red color. 前記半導体膜は、互いに波長が異なる発光光を放出する複数の半導体膜が積層されて形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor film is formed by laminating a plurality of semiconductor films that emit light having different wavelengths. 前記半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、前記第１の発光光により励起され、且つ前記不純物に起因するエネルギー準位を介して可視域の前記第２の発光光を放出することを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   An impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film is excited by the first emission light and emits the second emission light in a visible region through an energy level caused by the impurity. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is a light emitting device. 前記半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、前記不純物における内殻電子を介した発光により可視域の前記第２の発光光を放出することを特徴とする請求項１〜１２のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   13. The semiconductor film according to claim 1, wherein an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film emits the second emission light in a visible range by light emission through inner electrons in the impurity. The semiconductor light emitting element of any one of them. 前記不純物は、ユウロピウム、サマリウム又はイッテルビウムであることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting device according to claim 15, wherein the impurity is europium, samarium, or ytterbium. 前記不純物は、前記半導体膜に対してイオン注入により添加されていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 15, wherein the impurity is added to the semiconductor film by ion implantation. 前記単結晶は、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、又は酸化リチウムガリウムと酸化リチウムアルミニウムとの混晶であることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。   The single crystal is sapphire, silicon carbide, gallium nitride, aluminum nitride, magnesium oxide, lithium gallium oxide, lithium aluminum oxide, or a mixed crystal of lithium gallium oxide and lithium aluminum oxide. The semiconductor light emitting element as described. 前記発光ダイオード部に設けられ、膜厚が少なくとも１０μｍの金属膜をさらに備え、
前記発光ダイオード部は前記金属膜を通して電流が注入されることを特徴とする請求項１〜４及び７〜１７のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。 Further provided with a metal film having a thickness of at least 10 μm provided in the light emitting diode portion;
18. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a current is injected into the light emitting diode part through the metal film. 18. 前記金属膜は、金、銅又は銀により構成されていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 19, wherein the metal film is made of gold, copper, or silver. 前記発光ダイオード部は、前記第１の発光光又は前記第２の発光光に対する反射率が６０％以上である金属電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜４及び７〜１７のうちのいずれか１項に記載の半導体発光素子。   18. The light emitting diode portion according to claim 1, wherein a metal electrode having a reflectance of 60% or more with respect to the first light emission light or the second light emission light is provided. The semiconductor light emitting element of any one of them. 前記金属電極は、金、白金、銅、銀及びロジウムからなる群より選択される少なくとも１つの材料からなる単層膜又は多層膜により構成されていることを特徴とする請求項２１に記載の半導体発光素子。   The semiconductor according to claim 21, wherein the metal electrode is constituted by a single layer film or a multilayer film made of at least one material selected from the group consisting of gold, platinum, copper, silver and rhodium. Light emitting element. 単結晶からなる基板上に、複数の半導体層からなる発光ダイオード部を形成する工程（ａ）と、
前記発光ダイオード部の上に、該発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した前記第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜を選択的に形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 Forming a light emitting diode portion made of a plurality of semiconductor layers on a substrate made of a single crystal (a);
A semiconductor film that absorbs the first emitted light output from the light emitting diode part and emits the second emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light is selectively formed on the light emitting diode part. And a step (b) for producing a semiconductor light emitting device. 前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間又は前記工程（ｂ）よりも後に、前記発光ダイオード部の上に、前記第１の発光光を透過する透明電極を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２３に記載の半導体発光素子の製造方法。   Step (c) of forming a transparent electrode that transmits the first emitted light on the light emitting diode portion between the step (a) and the step (b) or after the step (b). The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 23, further comprising: 前記工程（ｃ）は、前記透明電極に複数の開口部を設ける工程を含むことを特徴とする請求項２４に記載の半導体発光素子の製造方法。   25. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 24, wherein the step (c) includes a step of providing a plurality of openings in the transparent electrode. 前記工程（ｂ）において、前記半導体膜は、前記発光ダイオード部の上面における前記透明電極の複数の開口部から露出する領域から選択的に成長するように形成することを特徴とする請求項２５に記載の半導体発光素子の製造方法。   26. In the step (b), the semiconductor film is formed so as to selectively grow from a region exposed from a plurality of openings of the transparent electrode on an upper surface of the light emitting diode portion. The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device of description. 前記工程（ｂ）よりも後に、前記基板における前記発光ダイオード部の反対 側の面から、前記基板に吸収されず且つ前記発光ダイオード部を構成する半導 体層で吸収される波長を持つ光を照射することにより、前記ダイオード部から 前記基板を分離する工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。   After the step (b), light having a wavelength that is not absorbed by the substrate and is absorbed by the semiconductor layer that constitutes the light-emitting diode portion from the surface opposite to the light-emitting diode portion of the substrate. 27. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 23, further comprising a step (d) of separating the substrate from the diode portion by irradiation. 前記工程（ｄ）において、光が照射された前記半導体層の一部に該半導体層が熱分解されてなる分解層を形成することを特徴とする請求項２７に記載の半導体発光素子の製造方法。   28. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 27, wherein, in the step (d), a decomposition layer formed by thermally decomposing the semiconductor layer is formed on a part of the semiconductor layer irradiated with light. . 前記工程（ｄ）よりも後に、前記発光ダイオード部又は前記半導体膜の上に金属膜を形成する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項２７に記載の半導体発光素子の製造方法。   28. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 27, further comprising a step (e) of forming a metal film on the light emitting diode portion or the semiconductor film after the step (d). Method. 単結晶からなる基板上に半導体膜を形成する工程（ａ）と、
前記半導体膜の上に、複数の半導体層からなる発光ダイオード部を形成する工程（ｂ）とを備え、
前記半導体膜は、前記発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した前記第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A step (a) of forming a semiconductor film on a single crystal substrate;
A step (b) of forming a light emitting diode portion comprising a plurality of semiconductor layers on the semiconductor film;
The semiconductor film absorbs the first emitted light output from the light emitting diode part, and emits the second emitted light by photoexcitation by the absorbed first emitted light. Method. 前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、前記半導体膜の上に、前記第１の発光光を透過する透明電極を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項３０に記載の半導体発光素子の製造方法。   The method further comprises a step (c) of forming a transparent electrode that transmits the first light emission on the semiconductor film between the step (a) and the step (b). The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 30. 前記工程（ｃ）は、前記透明電極に複数の開口部を設ける工程を含むことを特徴とする請求項３１に記載の半導体発光素子の製造方法。   32. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 31, wherein the step (c) includes a step of providing a plurality of openings in the transparent electrode. 前記工程（ｂ）において、前記複数の半導体層のうちの下層は、前記半導体膜の上面における前記透明電極の複数の開口部から露出する領域から選択的に成長するように形成することを特徴とする請求項３２に記載の半導体発光素子の製造方法。   In the step (b), the lower layer of the plurality of semiconductor layers is formed so as to selectively grow from a region exposed from the plurality of openings of the transparent electrode on the upper surface of the semiconductor film. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 32. 前記工程（ｂ）よりも後に、前記基板における前記半導体膜の反対側の面から、前記基板に吸収されず且つ前記半導体膜で吸収される波長を持つ光を照射することにより、前記半導体膜から前記基板を分離する工程（ｄ）をさらに備えていることを特徴とする請求項３０に記載の半導体発光素子の製造方法。   After the step (b), from the surface of the substrate opposite to the semiconductor film, the substrate is irradiated with light having a wavelength that is not absorbed by the substrate and absorbed by the semiconductor film. 31. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 30, further comprising a step (d) of separating the substrate. 前記工程（ｄ）において、光が照射された前記半導体膜の一部に該半導体膜が熱分解されてなる分解層を形成することを特徴とする請求項３４に記載の半導体発光素子の製造方法。   35. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 34, wherein in the step (d), a decomposition layer formed by thermally decomposing the semiconductor film is formed on a part of the semiconductor film irradiated with light. . 前記工程（ｄ）よりも後に、前記発光ダイオード部又は前記半導体膜の上に金属膜を形成する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項３４に記載の半導体発光素子の製造方法。   35. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 34, further comprising a step (e) of forming a metal film on the light emitting diode portion or the semiconductor film after the step (d). Method. 第１のｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層が順次形成されてなり、第１の発光光を出力する発光ダイオード部と、
前記発光ダイオード部に設けられ、前記第１の発光光を吸収し、吸収した前記第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜とを備え、
前記第２の半導体層が前記第１のｎ型半導体層に対して正電位となるように電圧を印加された場合に、前記第２のｎ型半導体層から前記第１のｎ型半導体層に電流が流れることを特徴とする半導体発光素子。 A first n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer are sequentially formed, and a light-emitting diode unit that outputs first emitted light;
A semiconductor film that is provided in the light emitting diode portion, absorbs the first emitted light, and emits second emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light;
When a voltage is applied so that the second semiconductor layer has a positive potential with respect to the first n-type semiconductor layer, the second n-type semiconductor layer changes to the first n-type semiconductor layer. A semiconductor light emitting element characterized in that a current flows. 前記ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度は１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする請求項３７に記載の半導体発光素子。 38. The semiconductor light emitting device according to claim 37, wherein an impurity concentration of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is 10 18 cm −3 or more. 前記発光ダイオード部及び半導体膜を覆い且つ前記第１の発光光を吸収し、吸収した前記第１の発光光による光励起によって第３の発光光を放出する蛍光体をさらに備えていることを特徴とする請求項３７に記載の半導体発光素子。   It further comprises a phosphor that covers the light emitting diode part and the semiconductor film, absorbs the first emitted light, and emits third emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light. The semiconductor light emitting device according to claim 37. 前記発光ダイオード部又は前記半導体膜は、単結晶からなる基板上に形成されていることを特徴とする請求項３７に記載の半導体発光素子。   38. The semiconductor light emitting element according to claim 37, wherein the light emitting diode portion or the semiconductor film is formed on a substrate made of a single crystal. 前記発光ダイオード部に設けられ、膜厚が少なくとも１０μｍの金属膜をさらに備え、
前記発光ダイオード部は前記金属膜を通して動作電流が注入されることを特徴とする請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。 Further provided with a metal film having a thickness of at least 10 μm provided in the light emitting diode portion;
40. The semiconductor light emitting device according to claim 37, wherein an operating current is injected into the light emitting diode part through the metal film. 前記発光ダイオード部は、前記第１の発光光又は前記第２の発光光に対する反射率が６０％以上である金属電極が設けられていることを特徴とする請求項３７〜３９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   The said light emitting diode part is provided with the metal electrode whose reflectance with respect to a said 1st emitted light or a said 2nd emitted light is 60% or more, The any one of Claims 37-39 characterized by the above-mentioned. The semiconductor light-emitting device described in 1. 前記第１の発光光は青色光又は紫外光であることを特徴とする請求項３７〜４２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   43. The semiconductor light emitting element according to claim 37, wherein the first emitted light is blue light or ultraviolet light. 前記第２の発光光は赤色光であることを特徴とする請求項３７〜４３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   44. The semiconductor light emitting element according to claim 37, wherein the second emitted light is red light. 前記半導体膜は、互いに波長が異なる発光光を放出する複数の半導体膜が積層されて形成されていることを特徴とする請求項３７〜４３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   44. The semiconductor light emitting element according to claim 37, wherein the semiconductor film is formed by laminating a plurality of semiconductor films that emit light having different wavelengths. 前記半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、前記第１の発光光により励起され、且つ前記不純物に起因するエネルギー準位を介して可視域の前記第２の発光光を放出することを特徴とする請求項３７〜４５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   An impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film is excited by the first emission light and emits the second emission light in a visible region through an energy level caused by the impurity. 46. The semiconductor light-emitting element according to claim 37, wherein 前記半導体膜は不純物が添加されており、該半導体膜は、前記不純物における内殻電子を介した発光により可視域の前記第２の発光光を放出することを特徴とする請求項３７〜４５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。   46. The semiconductor film according to any one of claims 37 to 45, wherein an impurity is added to the semiconductor film, and the semiconductor film emits the second emission light in a visible region by light emission through inner electrons in the impurity. The semiconductor light emitting element of any one of Claims. 前記不純物は、ユウロピウム、サマリウム又はイッテルビウムであることを特徴とする請求項４７に記載の半導体発光素子。   48. The semiconductor light emitting device according to claim 47, wherein the impurity is europium, samarium, or ytterbium. 前記不純物は、前記半導体膜に対してイオン注入により添加されていることを特徴とする請求項４７に記載の半導体発光素子。   48. The semiconductor light emitting device according to claim 47, wherein the impurity is added to the semiconductor film by ion implantation. 前記金属膜は、金、銅又は銀により構成されていることを特徴とする請求項４１に記載の半導体発光素子。   42. The semiconductor light emitting element according to claim 41, wherein the metal film is made of gold, copper, or silver. 前記金属電極は、金、白金、銅、銀及びロジウムからなる群より選択される少なくとも１つの材料からなる単層膜又は多層膜により構成されていることを特徴とする請求項４２に記載の半導体発光素子。   43. The semiconductor according to claim 42, wherein the metal electrode is composed of a single layer film or a multilayer film made of at least one material selected from the group consisting of gold, platinum, copper, silver and rhodium. Light emitting element. 単結晶からなる基板上に、第１のｎ型半導体層、ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層を順次堆積して発光ダイオード部を形成する工程（ａ）と、
前記発光ダイオード部の上に、該発光ダイオード部が出力する第１の発光光を吸収し、吸収した前記第１の発光光による光励起によって第２の発光光を放出する半導体膜を選択的に形成する工程（ｂ）とを備え、
前記工程（ａ）において、前記ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度を、前記第２の半導体層が前記第１のｎ型半導体層に対して正電位となるように電圧を印加した場合に、前記第２のｎ型半導体層から前記第１のｎ型半導体層に電流が流れるように設定することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 A step (a) of sequentially depositing a first n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer on a single crystal substrate to form a light emitting diode portion;
A semiconductor film that absorbs the first emitted light output from the light emitting diode part and emits the second emitted light by light excitation by the absorbed first emitted light is selectively formed on the light emitting diode part. And (b)
In the step (a), the impurity concentration of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer is set so that the second semiconductor layer has a positive potential with respect to the first n-type semiconductor layer. A method of manufacturing a semiconductor light-emitting element, wherein current is set to flow from the second n-type semiconductor layer to the first n-type semiconductor layer when a voltage is applied. 前記ｐ型半導体層及び第２のｎ型半導体層の不純物濃度は１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする請求項５２に記載の半導体発光素子の製造方法。 53. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 52, wherein impurity concentrations of the p-type semiconductor layer and the second n-type semiconductor layer are 10 18 cm −3 or more. 前記工程（ｂ）よりも後に、前記発光ダイオード部から前記基板を分離する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項５２又は５３に記載の半導体発光素子の製造方法。     54. The method for manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 52, further comprising a step (c) of separating the substrate from the light emitting diode portion after the step (b). 前記工程（ｃ）は、前記基板における前記発光ダイオード部の反対側の面から、前記基板に吸収されず且つ前記発光ダイオード部を構成する半導体層で吸収される波長を持つ光を照射して、光が照射された半導体層の一部に該半導体層が分解してなる分解層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５４に記載の半導体発光素子の製造方法。   The step (c) irradiates light having a wavelength that is not absorbed by the substrate and absorbed by a semiconductor layer that constitutes the light emitting diode portion, from a surface of the substrate opposite to the light emitting diode portion. 55. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 54, comprising a step of forming a decomposition layer formed by decomposition of the semiconductor layer in a part of the semiconductor layer irradiated with light. 前記工程（ｃ）よりも前に、前記発光ダイオード部又は前記半導体膜に、前記基板と異なる材料からなる保持基板を接着する工程（ｄ）と、
前記工程（ｃ）の後に、前記保持基板を前記発光ダイオード部又は前記半導体膜から分離する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項５５に記載の半導体発光素子の製造方法。 Before the step (c), a step (d) of attaching a holding substrate made of a material different from the substrate to the light emitting diode portion or the semiconductor film;
56. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 55, further comprising a step (e) of separating the holding substrate from the light emitting diode portion or the semiconductor film after the step (c).
JP2005043395A 2004-02-19 2005-02-21 Semiconductor light emitting element and its manufacturing method Pending JP2005268775A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005043395A JP2005268775A (en) 2004-02-19 2005-02-21 Semiconductor light emitting element and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004042329 2004-02-19
JP2004042330 2004-02-19
JP2005043395A JP2005268775A (en) 2004-02-19 2005-02-21 Semiconductor light emitting element and its manufacturing method

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008163168A Division JP4857310B2 (en) 2004-02-19 2008-06-23 Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005268775A true JP2005268775A (en) 2005-09-29

Family

ID=35092941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005043395A Pending JP2005268775A (en) 2004-02-19 2005-02-21 Semiconductor light emitting element and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005268775A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007103689A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor light emitting device
JP2007305773A (en) * 2006-05-11 2007-11-22 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting device, and its manufacturing method
JP2008544541A (en) * 2005-06-24 2008-12-04 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド Light emitting diode
JP2010272685A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN114078989A (en) * 2020-08-12 2022-02-22 陈志佳 Full-color light emitting device

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08288549A (en) * 1995-04-11 1996-11-01 Omron Corp Multiple-wavelength light-emitting semiconductor element
JPH10261818A (en) * 1997-03-19 1998-09-29 Fujitsu Ltd Light-emitting semiconductor device
JPH11274558A (en) * 1998-03-23 1999-10-08 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
JP2000082849A (en) * 1999-09-27 2000-03-21 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element, semiconductor light emitting device and manufacture thereof
JP2000091703A (en) * 1998-09-11 2000-03-31 Sony Corp Semiconductor light emitting element and its manufacture
JP2000101139A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element, manufacture thereof and device using the same
JP2002009335A (en) * 2000-06-19 2002-01-11 Hitachi Cable Ltd Light-emitting diode
JP2002111072A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Toyoda Gosei Co Ltd Light-emitting device
JP2002171000A (en) * 2000-09-21 2002-06-14 Sharp Corp Semiconductor light emitting device and light emitting display comprising it
JP2002198561A (en) * 2000-12-27 2002-07-12 Toshiba Corp Semiconductor light emitting device
JP2002217450A (en) * 2001-01-22 2002-08-02 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2002299686A (en) * 2001-03-29 2002-10-11 Sharp Corp Semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof
JP2002319703A (en) * 2001-04-20 2002-10-31 Ricoh Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002368265A (en) * 2001-06-08 2002-12-20 Toyoda Gosei Co Ltd Iii nitride compound semiconductor light-emitting device
JP2003037291A (en) * 2001-07-25 2003-02-07 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting element
JP2003068745A (en) * 2001-06-11 2003-03-07 Lumileds Lighting Us Llc METHOD FOR ACTIVATING ACCEPTOR IN BURIED-p-TYPE GaN LAYER
JP2003234505A (en) * 2002-01-31 2003-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003243726A (en) * 2001-12-14 2003-08-29 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting apparatus and manufacturing method therefor
JP2003318443A (en) * 2002-04-23 2003-11-07 Sharp Corp Nitride based semiconductor light emitting element and its fabricating method
JP2003347587A (en) * 2002-05-23 2003-12-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fabrication method of semiconductor device

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08288549A (en) * 1995-04-11 1996-11-01 Omron Corp Multiple-wavelength light-emitting semiconductor element
JPH10261818A (en) * 1997-03-19 1998-09-29 Fujitsu Ltd Light-emitting semiconductor device
JPH11274558A (en) * 1998-03-23 1999-10-08 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
JP2000091703A (en) * 1998-09-11 2000-03-31 Sony Corp Semiconductor light emitting element and its manufacture
JP2000101139A (en) * 1998-09-25 2000-04-07 Toshiba Corp Semiconductor light-emitting element, manufacture thereof and device using the same
JP2000082849A (en) * 1999-09-27 2000-03-21 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element, semiconductor light emitting device and manufacture thereof
JP2002009335A (en) * 2000-06-19 2002-01-11 Hitachi Cable Ltd Light-emitting diode
JP2002171000A (en) * 2000-09-21 2002-06-14 Sharp Corp Semiconductor light emitting device and light emitting display comprising it
JP2002111072A (en) * 2000-09-29 2002-04-12 Toyoda Gosei Co Ltd Light-emitting device
JP2002198561A (en) * 2000-12-27 2002-07-12 Toshiba Corp Semiconductor light emitting device
JP2002217450A (en) * 2001-01-22 2002-08-02 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor light-emitting device and method of manufacturing the same
JP2002299686A (en) * 2001-03-29 2002-10-11 Sharp Corp Semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof
JP2002319703A (en) * 2001-04-20 2002-10-31 Ricoh Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2002368265A (en) * 2001-06-08 2002-12-20 Toyoda Gosei Co Ltd Iii nitride compound semiconductor light-emitting device
JP2003068745A (en) * 2001-06-11 2003-03-07 Lumileds Lighting Us Llc METHOD FOR ACTIVATING ACCEPTOR IN BURIED-p-TYPE GaN LAYER
JP2003037291A (en) * 2001-07-25 2003-02-07 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting element
JP2003243726A (en) * 2001-12-14 2003-08-29 Nichia Chem Ind Ltd Light emitting apparatus and manufacturing method therefor
JP2003234505A (en) * 2002-01-31 2003-08-22 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003318443A (en) * 2002-04-23 2003-11-07 Sharp Corp Nitride based semiconductor light emitting element and its fabricating method
JP2003347587A (en) * 2002-05-23 2003-12-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fabrication method of semiconductor device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008544541A (en) * 2005-06-24 2008-12-04 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド Light emitting diode
US9024339B2 (en) 2005-06-24 2015-05-05 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting diode
JP2007103689A (en) * 2005-10-05 2007-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor light emitting device
JP2007305773A (en) * 2006-05-11 2007-11-22 Nichia Chem Ind Ltd Light-emitting device, and its manufacturing method
JP2010272685A (en) * 2009-05-21 2010-12-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN114078989A (en) * 2020-08-12 2022-02-22 陈志佳 Full-color light emitting device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4857310B2 (en) Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof
KR101451036B1 (en) Semiconductor light emitting device
US7482641B2 (en) White light emitting element and white light source
JP5358429B2 (en) Method for forming ohmic electrode and semiconductor light emitting device
KR102136770B1 (en) Methods for using remote plasma chemical vapor deposition (RP-CVD) and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices
US20140339566A1 (en) Semiconductor device and method of fabricating the same
JP2013102240A (en) Group iii nitride light emitting device having light emitting region with double hetero-structure
JP2009088521A (en) Gallium nitride-based light emitting diode device
KR20070105215A (en) Method for forming metal electrode and manufacturing semiconductor light emitting element and gan compound semiconductor light emitting element
JP2005268775A (en) Semiconductor light emitting element and its manufacturing method
JP4353125B2 (en) LIGHT EMITTING ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
KR102135836B1 (en) Method of forming a P-type layer for a light emitting device
JP2007149983A (en) Manufacture of nitride semiconductor light-emitting element
KR100648812B1 (en) Galium-nitride light emitting diode and method of fabricating the same
KR20110059075A (en) Semiconductor light emitting device
US8217566B2 (en) Electroluminescent device and method for producing an electroluminescent device
KR20080033721A (en) Light emitting device
WO2002093658A1 (en) Nitride semiconductor led with tunnel junction
KR100743468B1 (en) Iii-nitride semiconductor light emitting device
TW201828493A (en) Methods for growing light emitting devices under ultra-violet illumination
KR100990642B1 (en) Vertical semiconductor light emitting device and manufacturing method of the same
KR20180051848A (en) Semiconductor device
JP2007149984A (en) Manufacture of nitride semiconductor light-emitting element
US10475966B2 (en) Lighting emitting apparatus
KR20090115830A (en) Fabrication of vertical structured light emitting diodes using group 3 nitride-based semiconductors and its related methods

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070509

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080130

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080422

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20080909