JP2008124504A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現する。
【解決手段】白色発光を生じる半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、ダイオード上に形成された、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、透明電極上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成された、ダイオード及び半導体層からの発光を透過し得る基板と、基板上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば白色発光ダイオードに適用できる蛍光体、及び該蛍光体が集積化された半導体発光素子、並びにこれらの製造方法に関するものである。
ＧａＮ系III−V族窒化物半導体(ＩｎＧａＡｌＮ)は、広い禁制帯幅（例えばＧａＮの室温での禁制帯幅は３．４ｅＶ）を有するので、緑色及び青色から紫外といった波長範囲において高出力の発光ダイオードを実現できる材料である。既に、青色及び緑色発光ダイオードは、各種表示、大型ディスプレイ又は信号機で実用化されている。また、青色発光ダイオードにてＹＡＧ蛍光体を励起することによって白色光が得られる白色発光ダイオードは、現行の蛍光灯又は白熱灯等を置き換える半導体照明の実現化を目指して、高輝度化及び発光効率の改善に向けた研究開発が活発に進められている。とりわけ、大きな市場が予測されているのが照明用の白色発光ダイオードである。照明用途においては、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が重要である。
これまでに、ＧａＮ系の青色発光ダイオードから約４７０ｎｍの波長を有する発光にてＹＡＧ蛍光体を励起して黄色発光を得ることによって白色発光を行なう白色発光ダイオードが開発され、その商品化に至っている。
しかしながら、このような白色発光ダイオードは、発光スペクトルにおける赤色発光成分が少ないために、演色性が従来の蛍光灯又は白熱灯に比べて小さいことが問題となっている。この場合、励起光を短波長の紫外域波長とすることができれば、一般の蛍光灯等で用いられている蛍光材料を使用することができるが、ＧａＮ系の発光ダイオードの発光波長を短波長化するためには、結晶成長が困難であるＡｌ組成比が高いＡｌＧａＮを使用する必要がある。また、輝度又は寿命が結晶欠陥密度に大きく依存するので、一般に紫外短波長の発光が可能なＧａＮ系の発光ダイオードを実現することは困難である。また、３５０ｎｍ以下の波長の発光を実現できる紫外発光ダイオードは、発光出力として数ｍＷ程度の値が報告されている程度であり、今後さらなる改善が必要である。
このような状況の中、白色発光における演色性を改善するためには、特に、赤色発光を行なう蛍光材料の高輝度化が必要であり、光源の短波長化が困難である現状を踏まえると、より長波長の励起光によって強い赤色発光を実現できる蛍光材料が求められている。
以下、前述にも触れたように、ＧａＮ系の青色発光ダイオードにてＹＡＧ蛍光体を励起することにより、白色発光を実現する従来の白色発光ダイオードについて、図１６を参照しながら説明する。
図１６は、従来に係るＧａＮ系の半導体を用いた白色発光ダイオードの構造を示す断面図である。
図１６に示すように、サファイア基板１００上には、例えばＭＯＣＶＤ法によって、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０１、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１０２、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０３が下から順に形成されている。ここで、活性層１０２は電流注入時に４７０ｎｍの波長を有する青色発光を生じる。ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０１における電極形成のためのエッチング（例えばＣｌ２ガスを用いる）により除去された表面には、Ｔｉ／Ａｕよりなる電極１０５が形成されており、前記エッチング後のｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０３の上には、Ｎｉ／Ａｕよりなる透明電極１０４が形成されている。透明電極１０４の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１０３側のボンディングパッド形成のためのＡｕよりなる電極１０６が選択的に形成されている。このように、透明電極１０４を使用することにより、活性層１０２からの青色発光の大部分は、透明電極１０４を透過して外部へ取り出される。なお、透明電極１０４が透明電極として働くためには、その膜厚は１０ｎｍ又はそれ以下の膜厚であることが必要である。
前述の構造を有する青色発光ダイオードとして機能するウエハを、例えば３００μｍ ×３００μｍ の発光ダイオードチップに分割した後、パッケージ表面１０７に実装してワイヤボンディングを行なう。その後、パッケージ上でＹＡＧ蛍光体１０８の材料を滴下し硬化させる。これにより、図１６に示す構造を有する白色発光ダイオードを実現している（例えば特許文献１を参照）。なお、その他の白色発光ダイオードとして、例えば特許文献２に記載された従来例が知られている。
特開２００２−２４６６５１号公報 特開２００１−２５７３７９号公報
ところで、前述した従来の白色発光ダイオードは、図１７に示す発光特性を有している。すなわち、従来の白色発光ダイオードは、図１７に示すように、青色発光ダイオードからの青色発光とＹＡＧ蛍光体からの黄色発光とが混合されることにより、白色発光を実現しているが、図１７から明らかなように、白色発光ダイオードの発光スペクトルにおける赤色発光成分が少ないために、演色性に劣る白色発光しか得られていないという問題があった。
前記に鑑み、本発明の目的は、演色性に優れた白色発光が可能な蛍光体及び半導体発光素子並びにこれらの製造方法を提供することである。
前記の目的を達成するために、本発明に係る蛍光体は、青色又は紫外発光が可能な発光ダイオードによる励起によって白色発光を生じる蛍光体であって、可視光を透過し得る基板と、基板の上に形成された半導体層とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る蛍光体によると、発光ダイオードからの青色又は紫外光により、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る蛍光体において、基板における半導体層が形成されている面とは反対側の面又は半導体層における基板が形成されている面とは反対側の面の上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層をさらに備えていることが好ましい。
このようにすると、蛍光層を組み合わせることにより、例えば発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に蛍光層から黄色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。また、例えば、発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に蛍光層から緑色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る蛍光体において、蛍光層は、第１の蛍光層及び第２の蛍光層を少なくとも含み、第１の蛍光層及び第２の蛍光層の各々は、発光ダイオードによる励起によって互いに異なる中心波長を有する発光を生じることが好ましい。
このようにすると、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、第１の蛍光層及び第２の蛍光層の各々からそれぞれ緑色発光及び青色発光が可能であるので、発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る蛍光体において、第１の蛍光層は、Ｍｎが添加されたＺｎ２ＳｉＯ４、Ｍｎが添加されたＢａＡｌ１２Ｏ１９、Ｔｂが添加されたＣｅＭｇＡｌ１１、Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７、又はＣｅ３＋及びＴｂ３＋が添加されたＹ２ＳｉＯ５よりなり、第２の蛍光層は、Ｅｕが添加されたＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３、ＹＰ０．８５Ｖ０．１５Ｏ４、Ｅｕが添加されたＢａＭｇ２Ａｌ１４、Ｅｕ２＋が添加された（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２、又はＥｕ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７よりなることが好ましい。
このようにすると、第１の蛍光層からは緑色発光が生じ、第２の蛍光層からは青色発光が生じる。
本発明に係る蛍光体において、蛍光層は、ＹＡＧ蛍光体よりなる単層、又は少なくともＹＡＧ蛍光体を含む複数層よりなることが好ましい。
このようにすると、蛍光層からより高輝度の黄色発光が生じるので、例えば発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る蛍光体において、半導体層は、発光ダイオードによる励起によって赤色発光を生じることが好ましい。
このようにすると、演色性に優れた白色発光を実現できる。
本発明に係る蛍光体において、半導体層は、ＩｎＧａＡｌＰよりなることが好ましい。
このようにすると、発光ダイオードからの青色又は紫外発光により、半導体層からより高輝度の赤色発光が生じる。
本発明に係る蛍光体において、半導体層は、第１の半導体層及び第２の半導体層を少なくとも含み、第１の半導体層は、発光ダイオードによる励起によって赤色発光を生じ、第２の半導体層は、発光ダイオードによる励起によって緑色発光を生じることが好ましい。
このようにすると、白色発光を生じるダイオードにおける赤色及び緑色発光が強くなるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る蛍光体において、第１の半導体層は、ＩｎＧａＡｌＰよりなり、第２の半導体層は、ＺｎＭｇＳＳｅよりなることが好ましい。
このようにすると、第１の半導体層からより高輝度の赤色発光が生じ、第２の半導体層からより高輝度の緑色発光が生じる。
本発明に係る蛍光体において、可視光を透過し得る基板は、石英基板、ガラス基板、又はサファイア基板であることが好ましい。
。
本発明に係る第１の半導体発光素子は、白色発光を生じる半導体発光素子であって、青色又は紫外発光が可能な発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップからの発光が透過可能な位置に配置された可視光を透過し得る基板及び該基板上に形成された半導体層よりなる蛍光体とを備え、発光ダイオードチップと蛍光体とは、１つのパッケージに実装されていることを特徴とする。
本発明に係る第１の半導体発光素子によると、発光ダイオードチップからの青色又は紫外発光により、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第１の半導体発光素子において、蛍光体は、基板における半導体層が形成されている面とは反対側の面又は半導体層における基板が形成されている面とは反対側の面の上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層をさらに備えていることが好ましい。
このようにすると、蛍光層を組み合わせることにより、例えば発光ダイオードチップから青色発光が生じる場合には、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に蛍光層から黄色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。また、例えば、発光ダイオードチップから紫外発光が生じる場合には、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に蛍光層から緑色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第２の半導体発光素子は、白色発光を生じる半導体発光素子であって、基板上に形成された、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、ダイオード上に形成された、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、透明電極上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る第２の半導体発光素子によると、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第２の半導体発光素子において、透明電極は、ＩＴＯ材料よりなることが好ましい。
このようにすると、透明電極は透過率が大きいため、透明電極の膜厚ばらつきにより発光強度が変化することがないので、高輝度及び高演色性を有する白色発光ダイオードを再現性よく実現できる。
本発明に係る第３の半導体発光素子は、白色発光を生じる半導体発光素子であって、基板上に形成された、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、ダイオード上に形成された、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、透明電極上に形成された、互いに異なる組成を有する複数の半導体層とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る第３の半導体発光素子によると、組成が互いに異なる複数の半導体層の各々からそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第３の半導体発光素子において、透明電極は、ＩＴＯ材料よりなることが好ましい。
このようにすると、透明電極は透過率が大きいため、透明電極の膜厚ばらつきにより発光強度が変化することがないので、高輝度及び高演色性を有する白色発光ダイオードを再現性よく実現できる。
本発明に係る第４の半導体発光素子は、白色発光を生じる半導体発光素子であって、ＩｎＧａＡＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、ダイオード上に形成された、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、透明電極上に形成された半導体層と、半導体層の上に形成された、ダイオード及び半導体層からの発光を透過し得る基板と、基板上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る第４の半導体発光素子によると、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第４の半導体発光素子において、ダイオードにおける透明電極が形成されている面とは反対側の面の上に形成された電極をさらに備え、電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなることが好ましい。
このようにすると、高反射特性を有する電極を実現できるため、ダイオードからの発光は高反射電極で反射されるので、より高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第５の半導体発光素子は、白色発光を生じる半導体発光素子であって、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、ダイオード上に形成された、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、透明電極上に形成された、互いに異なる組成を有する複数の半導体層と、複数の半導体層の上に形成された、ダイオード及び複数の半導体層からの発光を透過し得る基板とを備えていることを特徴とする。
本発明に係る第５の半導体発光素子によると、組成の異なる複数の半導体層の各々からはそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第５の半導体発光素子において、ダイオードにおける透明電極が形成されている面と反対側の面の上に形成された電極をさらに備え、電極は、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなることが好ましい。
このようにすると、高反射特性を有する電極を実現できるため、ダイオードからの発光は高反射電極で反射されるので、より高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の蛍光体の製造方法は、青色又は紫外発光が可能な発光ダイオードによる励起によって白色発光を生じる蛍光体の製造方法であって、単結晶よりなる第１の基板の上に半導体層を形成した後に、半導体層における第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に可視光を透過し得る第２の基板を接着する工程と、第１の基板を半導体層から分離する工程と、第２の基板における半導体層が形成されている面とは反対側の面又は半導体層における第２の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、蛍光材料よりなる蛍光層を形成する工程を備えることを特徴とする。
本発明に係る第１の蛍光体の製造方法によると、単結晶基板上に形成された半導体層は結晶性に優れるので、半導体層から例えば高輝度の赤色発光が可能になる。この場合、例えば発光ダイオードから青色発光が生じて蛍光層を励起すると、蛍光層から黄色発光が生じるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の蛍光体の製造方法において、蛍光層を形成する工程は、第１の蛍光層及び第２の蛍光層を少なくとも形成する工程を含み、第１の蛍光層及び第２の蛍光層の各々は、発光ダイオードによる励起によって互いに異なる中心波長を有する発光を生じることが好ましい。
このようにすると、単結晶基板上に形成された半導体層は結晶性に優れるので、半導体層から高輝度の赤色発光が可能になる。この場合、第１及び第２の蛍光層の各々からはそれぞれ青色及び緑色発光が可能であり、例えば発光ダイオードより紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法は、青色又は紫外発光が可能な発光ダイオードによる励起によって白色発光を生じる蛍光体の製造方法であって、単結晶よりなる第１の基板上に複数の半導体層を形成する工程と、複数の半導体層における第１の基板が形成されている側の面とは反対側の面の上に可視光を透過し得る第２の基板を接着する工程と、第１の基板を複数の半導体層から分離する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法によると、単結晶基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層の各々は結晶性に優れるので、それぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能である。この場合、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法において、複数の半導体層を形成する工程は、発光ダイオードによる励起によって、赤色発光を生じる第１の半導体層と緑色発光を生じる第２の半導体層とを少なくとも形成する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、白色発光ダイオードの赤色及び緑色発光が強くなるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法において、第１の基板は、ＧａＡｓよりなり、第１の半導体層は、ＩｎＧａＡｌＰよりなり、第２の半導体層は、ＺｎＭｇＳＳｅよりなることが好ましい。
このようにすると、ＧａＡｓ基板上には結晶性に優れたＩｎＧａＡｌＰ層の形成が可能になるため、ＩｎＧａＡｌＰ層から高輝度の赤色発光を得ることが可能になるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。また、ＧａＡｓ基板上には結晶性に優れたＩｎＧａＡｌＰ層及びＺｎＭｇＳＳｅ層の形成が可能になるため、ＩｎＧａＡｌＰ層からより高輝度の赤色及び緑色発光を得ることが可能になると共にＺｎＭｇＳＳｅ層から青色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法において、第１の半導体層及び第２の半導体層の少なくとも一方は、第１の基板と格子整合が可能な組成を有していることが好ましい。
このようにすると、ＧａＡｓ基板上には格子整合されて結晶性に優れたＩｎＧａＡｌＰ層を形成できるため、ＩｎＧａＡｌＰ層から高輝度の赤色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。また、ＧａＡｓ基板上には格子整合されて結晶性に優れたＩｎＧａＡｌＰ層及びＺｎＭｇＳＳｅ層を形成できるため、ＩｎＧａＡｌＰ層からより高輝度の赤色及び緑色発光を得ることができると共にＺｎＭｇＳＳｅ層から青色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法は、白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、ダイオードにおける第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、単結晶よりなる第２の基板上に半導体層を形成する工程と、透明電極におけるダイオードが形成されている面とは反対側の面と、半導体層における第２の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、第２の基板を半導体層から分離する工程と、半導体層における透明電極が存在していている面とは反対側の面の上に、蛍光材料よりなる蛍光層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶よりなる第２の基板上には結晶性に優れた半導体層を形成できるため、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法において、蛍光層は、ＹＡＧ蛍光体よりなる単層、又は少なくともＹＡＧ蛍光体を含む複数層よりなることが好ましい。
このようにすると、蛍光層からより高輝度の黄色発光を得ることができるので、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法は、白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、ダイオードにおける第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、単結晶よりなる第２の基板上に複数の半導体層を形成する工程と、透明電極におけるダイオードが形成されている面とは反対側の面と、複数の半導体層における第２の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、第２の基板を複数の半導体層から分離する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶よりなる第２の基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層は結晶性に優れるため、各々の半導体層からそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１又は第２の半導体発光素子の製造方法において、第１の基板は、サファイア、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、又はＬｉＧａＯ２及びＬｉＡｌＯ２の混晶よりなることが好ましい。
このようにすると、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を含むダイオードの結晶性が向上するため、半導体層と蛍光層とを励起する発光ダイオードの輝度が向上するので、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオードを実現することが可能となる。
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法は、白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、ダイオードにおける第１の基板が形成されている面とは反対側の面上に、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、単結晶よりなる第２の基板上に半導体層を形成する工程と、半導体層における第２の基板が形成されている面とは反対側の面上に、可視光を透過し得る第３の基板を接着させる工程と、第２の基板を前記半導体層から分離する工程と、透明電極におけるダイオードが形成されている面とは反対側の面と、半導体層における第３の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、第１の基板をダイオードから分離する工程とを備え、第３の基板を形成する工程よりも後に、第３の基板における半導体層が形成されている面とは反対側の面の上に、蛍光材料よりなる蛍光層を形成する工程を含むことを特徴とする。
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶基板上に形成された半導体層は結晶性に優れるために高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度でで演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法において、第１の基板をダイオードから分離する工程の後に、ダイオードにおける透明電極が形成されている面とは反対側の面の上に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる電極を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすると、高反射特性を有する電極を実現できるため、ダイオードからの発光は高反射電極で反射されるので、より高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第４の半導体発光素子の製造方法は、白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、ダイオードにおける第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、単結晶よりなる第２の基板上に、複数の半導体層を形成する工程と、複数の半導体層における第２の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、可視光を透過し得る第３の基板を接着する工程と、第２の基板を複数の半導体層から分離する工程と、透明電極におけるダイオードが形成されている面とは反対側の面と、複数の半導体層における第３の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、第１の基板を前記ダイオードから分離する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る第４の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層は結晶性に優れるために高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えばダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第４の半導体発光素子の製造方法において、第１の基板を前記ダイオードから分離する工程の後に、ダイオードにおける透明電極が形成されている面とは反対側の面の上に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる電極を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすると、高反射特性を有する電極を実現できるため、ダイオードからの発光は高反射電極で反射されるので、より高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第３又は第４の半導体発光素子の製造方法において、第１の基板をダイオードから分離する工程は、第１の基板における前記ダイオードが形成されている面とは反対側の面から光を照射することにより、第１の基板を除去する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、基板上に形成されたＩｎＧａＡｌＮ層を含むダイオードの一部分を光に照射することによって分解するこにより、大面積で再現性良く第１の基板をダイオードから分離することが可能となる。
本発明に係る第３又は第４の半導体発光素子の製造方法において、光の光源は、パルス状に発振するレーザであることが好ましい。
このようにすると、光の出力パワーを著しく増加させることができるので、第１の基板をダイオードから容易に分離できる。
本発明に係る第３又は第４の半導体発光素子の製造方法において、光の光源は、水銀灯の輝線であることが好ましい。
このようにすると、光パワーではレーザに劣るものの、スポットサイズを大きくできるので、第１の基板をダイオードから短時間で分離できる。
本発明に係る第３又は第４の半導体発光素子の製造方法において、第１の基板をダイオードから分離する工程は、第１の基板を研磨によって除去することにより、第１の基板を分離する工程を含むことが好ましい。
このようにすると、大面積であって且つ低コストにて、第１の基板をダイオードから分離することが可能となる。
本発明に係る蛍光体によると、発光ダイオードからの青色又は紫外光により、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の半導体発光素子によると、発光ダイオードチップからの青色又は紫外発光により、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第２の半導体発光素子によると、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第３の半導体発光素子によると、組成が互いに異なる複数の半導体層の各々からそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を特殊なパッケージを用いることなく実現することが可能となる。
本発明に係る第４の半導体発光素子によると、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第５の半導体発光素子によると、組成の異なる複数の半導体層の各々からはそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の蛍光体の製造方法によると、単結晶基板上に形成された半導体層は結晶性に優れるので、半導体層から例えば高輝度の赤色発光が可能になる。この場合、例えば発光ダイオードから青色発光が生じて蛍光層を励起すると、蛍光層から黄色発光が生じるので、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の蛍光体の製造方法によると、単結晶基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層の各々は結晶性に優れるので、それぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能である。この場合、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第１の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶よりなる第２の基板上には結晶性に優れた半導体層を形成できるため、半導体層から高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第２の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶よりなる第２の基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層は結晶性に優れるため、各々の半導体層からそれぞれ高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えば発光ダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第３の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶基板上に形成された半導体層は結晶性に優れるために高輝度の赤色発光が可能であると共に、蛍光層から黄色発光が可能であるので、例えば、発光ダイオードから青色発光が生じる場合には、高輝度でで演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
本発明に係る第４の半導体発光素子の製造方法によると、単結晶基板上に形成された組成が互いに異なる複数の半導体層は結晶性に優れるために高輝度の赤色、緑色及び青色発光が可能であるので、例えばダイオードから紫外発光が生じる場合には、高輝度で演色性に優れた白色発光ダイオード構造を実現することが可能となる。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の各実施形態において、ＩｎＧａＡｌＰとは、ある組成のＩｎｘ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ａｌｙ１Ｐ（但し、０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１）を表しており、ＩｎＧａＡｌＮとは、ある組成のＩｎｘ２Ｇａ１−ｘ２−ｙ２Ａｌｙ２Ｎ（但し、０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１）を表している。また、ＺｎＭｇＳＳｅとは、ある組成のＺｎ１−ｘ３Ｍｇｘ３Ｓｙ３Ｓｅ１−ｙ３（但し、０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１）を表している。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る発光体について、図１、図２、及び図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第１の実施形態に係る発光体の構造について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光体と該発光体を励起するために用いる青色発光ダイオードとが示された断面図である。
図１に示すように、石英基板２の主面の一方には、青色発光ダイオード４による励起によって赤色発光するアンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１が貼り合わせられており、石英基板２の主面の他方には、青色発光ダイオード４による励起によって黄色発光するＹＡＧ蛍光体３が形成されている。
このように、本発明の第１の実施形態に係る発光体は、ＩｎＧａＡｌＰ層１、石英基板２、及びＹＡＧ蛍光体３よりなる構造を有している。
ここで、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、例えばＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色発光する。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１をＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層とすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
このような構造を有する本発明の第１の実施形態に係る発光体に対して、高出力の青色発光ダイオード４から例えば４７０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、本発明の第１の実施形態に係る蛍光体は、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から明らかなように、発光スペクトルは、青色発光ダイオード４からの青色発光の透過分(波長４７０ｎｍ)と、ＹＡＧ蛍光体３からの黄色発光(ピーク波長５５０ｎｍと)、ＩｎＧａＡｌＰ層１からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)とによって構成されている。このため、本発明の第１の実施形態に係る発光体と青色発光ダイオード４とによって、白色光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオード４にて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
第２に、図１に示した本発明の第１の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とについて、図３（ａ）〜（ｅ）を参照しながら説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とを示す要部工程断面図である。なお、図３（ａ）〜（ｅ）において、図１に示した構成要素と同様の部分には同一の符号を付している。
まず、図３（ａ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１を形成する。ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、ここでは、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなる。このようにすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
次に、図３（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ層１上に接着するように、石英基板２をＩｎＧａＡｌＰ層１を有するＧａＡｓ基板５に貼り合わせる。ここで、石英基板２とＩｎＧａＡｌＰ層１とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
次に、図３（ｃ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ層１が石英基板２に接着した構造を得る。
次に、図３（ｄ）に示すように、石英基板２におけるＩｎＧａＡｌＰ層１が形成されていない側の面上に、ＹＡＧ蛍光体３を塗布する。ここでは、石英基板２の膜厚が例えば１００μｍ以下になるように、ＹＡＧ蛍光体３を塗布する前に、石英基板２を研磨して膜化しておいてもよい。このようにして、図１に示した蛍光体の構造を実現できる。
さらに、図３（ｅ）に示すように、図３（ｅ）に示した構造を有する蛍光体を例えば１ｍｍ角程度にダイシングした後、このダイシングされた蛍光体を例えば接着剤８などを用いてパッケージ７に接着すると共に、青色発光ダイオードチップ６をパッケージ７内に集積化する。これにより、図１における青色発光ダイオード４と同様に、青色発光ダイオードチップ６から例えば４７０ｎｍの波長を有する青色発光による励起によって、ＩｎＧａＡｌＰ層１から赤色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオードを得ることができる。
なお、本実施形態において、石英基板２の代わりにサファイア基板を用いてもよい。
また、本実施形態において、石英基板２と青色発光ダイオードチップ６とがパッケージ７内に集積化された構造である場合であっても、上述と同様の効果を得ることができる。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光体について、前述した図３（ａ）〜（ｅ）、図４及び図５を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光体の構造について、図４を参照しながら説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る蛍光体と該蛍光体を励起するために用いる紫外発光ダイオードとが示された断面図である。
図４に示すように、石英基板２の主面の一方には、紫外発光ダイオード１１による励起によって赤色発光するアンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１が貼り合わせられており、石英基板２の主面の他方には、紫外発光ダイオード１１による励起によって緑色発光する緑色発光蛍光体９及び紫外発光ダイオード１１による励起によって青色発光する青色発光蛍光体１０が順に形成されている。
ここで、緑色発光蛍光体９を構成する材料としては、Ｍｎが添加されたＺｎ２ＳｉＯ４（Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ） 、Ｍｎが添加されたＢａＡｌ１２Ｏ１９（ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ）、Ｔｂが添加されたＣｅＭｇＡｌ１１（ＣｅＭｇＡｌ１１：Ｔｂ）、Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋）、又はＣｅ３＋及びＴｂ３＋が添加されたＹ２ＳｉＯ５（Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋，Ｔｂ３＋）を用いるとよい。
また、青色発光蛍光体１０を構成する材料としては、Ｅｕが添加されたＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３（ＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３：Ｅｕ）、ＹＰ０．８５Ｖ０．１５Ｏ４、Ｅｕが添加されたＢａＭｇ２Ａｌ１４（ＢａＭｇ２Ａｌ１４：Ｅｕ）、Ｅｕ２＋が添加された（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２（（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋）、又はＥｕ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋）を用いるとよい。
このように、本発明の第２の実施形態に係る発光体は、ＩｎＧａＡｌＰ層１、石英基板２、緑色発光蛍光体９、及び青色発光蛍光体１０よりなる構造を有している。
ここで、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、第１の実施形態と同様に、例えばＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色発光する。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１をＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層とすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
このような構造を有する本発明の第２の実施形態に係る発光体に対して、高出力の紫外発光ダイオード１１から例えば３４０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、本発明の第２の実施形態に係る蛍光体は、図５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５から明らかなように、発光スペクトルは、ごく微少ではあるが紫外発光ダイオード１１からの紫外光の透過分(波長３４０ｎｍ)と、緑色発光蛍光体９からの緑色発光(ピーク波長５５０ｎｍ）と、青色発光蛍光体１０からの青色発光（ピーク波長４７０ｎｍ）と、ＩｎＧａＡｌＰ層１からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)とによって構成されている。このため、本発明の第２の実施形態に係る発光体と紫外発光ダイオード１１とによって、白色光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
以上のように、本発明の第２の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＰ層１と緑色発光蛍光体９と青色発光蛍光体１０とを紫外発光ダイオード１１にて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いと共に青色緑色及び赤色の３色の出力バランスが良いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
第２に、図４に示した本発明の第２の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とについて説明する。
図４に示した本発明の第２の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とは、本発明の第１の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法と共通する部分が多いので、前述の図３（ａ）〜（ｅ）を再度参照しながら説明する。
まず、前述した図３（ａ）〜（ｃ）を用いた説明と同様にして、ＩｎＧａＡｌＰ層１と石英基板２とが接着された構造を得る。
次に、前述した図３（ｄ）に示すように、石英基板２におけるＩｎＧａＡｌＰ層１が形成されていない側の面上に、緑色発光蛍光体９及び青色発光蛍光体１０を順に形成する。これにより、図４に示した蛍光体の構造を得ることができる。
さらに、前述した図３（ｅ）に示すように、同図を用いた説明と同様に、本発明の第２の実施形態に係る蛍光体をダイシングした後、このダイシングされた蛍光体を例えば接着剤８などを用いてパッケージ７に接着すると共に、紫外発光ダイオードチップをパッケージ７内に集積化する。これにより、図４における紫外発光ダイオード１１と同様に、紫外発光ダイオードチップから例えば３４０ｎｍの波長を有する紫外発光による励起によって、ＩｎＧａＡｌＰ層１から赤色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオードを得ることができる。
なお、本実施形態において、石英基板２の代わりにサファイア基板を用いてもよい。
また、本実施形態において、石英基板２と紫外発光ダイオードチップとがパッケージ７内に集積化された構造である場合であっても、上述と同様の効果を得ることができる。
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体について、前述した図５、図６及び図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体の構造について、図６を参照しながら説明する。
図６は、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体と該蛍光体を励起するために用いる紫外発光ダイオードとが示された断面図である。
図６に示すように、石英基板２の主面を有する一方の面には、紫外発光ダイオード１１による励起によって青色発光するＺｎＭｇＳＳｅ層１４、紫外発光ダイオード１１による励起によって緑色発光するアンドープの第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及び紫外発光ダイオードによる励起によって赤色発光するアンドープの第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２が順に形成されている。
このように、本発明の第３の実施形態に係る発光体は、石英基板２、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４よりなる構造を有している。
ここで、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色で発光する。また、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、禁制体幅２．３ｅＶを有し、５５０ｎｍの波長を有する緑色で発光する。また、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、例えばＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなり、禁制体幅２．６ｅＶを有し、４７０ｎｍの波長を有する青色で発光する。
また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２をＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層とし、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３をＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層とし、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４をＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層とすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、各々の層は低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
このような構造を有する本発明の第３の実施形態に係る発光体に対して、高出力の紫外発光ダイオード１１から例えば３４０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体は、第２の実施形態と同様に、図５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５から明らかなように、発光スペクトルは、紫外発光ダイオード１１からの紫外発光の透過分(波長３４０ｎｍ)と、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)と、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３からの緑色発光(波長５５０ｎｍ)と、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４からの青色発光（波長４７０ｎｍ）とによって構成されている。このため、本発明の第３の実施形態に係る発光体と紫外発光ダイオード１１とによって、白色光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
以上のように、本発明の第３の実施形態では、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオード４にて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いと共に青色緑色及び赤色の３色の出力バランスが良いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
第２に、図６に示した本発明の第３の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とについて、図７（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とを示す要部工程断面図である。なお、図７（ａ）〜（ｄ）において、図６に示した構成要素と同様の部分には同一の符号を付している。
まず、図７（ａ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープの第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２及びアンドープの第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３を順に形成する。さらに、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３の上に、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４を形成する。
ここで、ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、いずれもＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、約１μｍの膜厚を有するＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなる。このようにすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４の各々の層は、低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２は紫外光による励起によって赤色発光し、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は紫外光による励起によって緑色発光し、さらに、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は紫外光の励起によって青色発光する。
次に、図７（ｂ）に示すように、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４上に接着するように、石英基板２を、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４を有するＧａＡｓ基板５に貼り合わせる。ここで、石英基板２とＺｎＭｇＳＳｅ層１４とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。
次に、図７（ｃ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４が石英基板２と接着された構造を得る。ここでは、石英基板２の膜厚が例えば１００μｍ以下になるように、石英基板２を研磨して膜化しておいてもよい。このようにして、図６に示した蛍光体の構造を得ることができる。
さらに、図７（ｄ）に示すように、図７（ｃ）に示した構造を有する蛍光体を例えば１ｍｍ角程度にダイシングした後、このダイシングされた蛍光体を例えば接着剤８などを用いてパッケージ７に接着すると共に、紫外発光ダイオードチップ１５をパッケージ７内に集積化する。これにより、図６における紫外発光ダイオード１１と同様に、紫外発光ダイオードチップ１５から例えば３４０ｎｍの波長を有する紫外発光による励起によって、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２から赤色発光を得ることができるので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
なお、本実施形態において、石英基板２の代わりにサファイア基板を用いてもよい。
また、本実施形態において、石英基板２と紫外発光ダイオードチップ１５とがパッケージ７内に集積化された構造である場合であっても、上述と同様の効果を得ることができる。
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子について、前述した図２、図８及び図９（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の構造について説明する。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であって、具体的には、ＹＡＧ蛍光体とＩｎＧａＡｌＰよりなる蛍光層と青色発光ダイオードとを組み合わせてなる白色発光ダイオード構造を示している。
図８に示すように、パッケージ表面２３にはサファイア基板１６が形成されており、該サファイア基板１６の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９が下から順に形成されている。また、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７の上には、Ｔｉ／Ａｕよりなる電極２０が形成されており、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上には、ＩＴＯ透明電極２１が形成されている。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極を実現できる。ＩＴＯ透明電極２１の上には、Ａｕよりなる電極２２が選択的に形成されている。また、ＩＴＯ透明電極２１の上には、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１が形成されている。そして、パッケージ表面２３において、このような構造は、ＹＡＧ蛍光体３によって覆われている。
このように、図８に示す半導体発光素子は、ＹＡＧ蛍光体３とＩｎＧａＡｌＰ層１と青色発光ダイオードとが組み合わされてなる白色発光ダイオードとして機能する構造を有している。すなわち、図８に示す半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｌＮ活性層１８を有する青色発光ダイオードの上に、ＩＴＯ透明電極２１を挟んで、青色発光ダイオードによる励起によって赤色発光するＩｎＧａＡｌＰ層１と青色発光ダイオードによる励起によって黄色発光するＹＡＧ蛍光体３とが形成された構造を有しているので、白色発光ダイオードとして機能する。
ここで、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、例えばＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色発光する。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１をＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層とすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
ＩｎＧａＡｌＰ層１及びＹＡＧ蛍光体３に対して、活性層１８を有する高出力の青色発光ダイオードから例えば４７０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子は、前述した図２に示したスペクトルと同様のスペクトルを有する白色光を得ることができる。前述した図２から明らかなように、発光スペクトルは、青色発光ダイオードからの青色発光の透過分(波長４７０ｎｍ)と、ＹＡＧ蛍光体３からの黄色発光(ピーク波長５５０ｎｍと)、ＩｎＧａＡｌＰ層１からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)とによって構成されている。このため、図８に示す半導体発光素子は、白色光を行なう発光ダイオードとして機能することができる。
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子によると、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
第２に、図８に示した本発明の第４の実施形態に係る蛍光体の製造方法と該蛍光体を集積化した半導体発光素子の製造方法とについて、図９（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
図９（ａ）に示すように、サファイア基板１６の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を順にエピタキシャル成長させる。ここで、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との間に、例えば５００℃程度で成長するＧａＮバッファ層又はアンドープのＧａＮ層を挿入してもよい。また、活性層１８は、Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＮによる多重量子井戸構造を含んでもよい。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を活性化するために、例えばＮ２ガス雰囲気中、７００℃で約１時間熱処理する。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上に、例えばＲＦスパッタ法によってＩＴＯ透明電極２１を約３００ｎｍ形成する。ＩＴＯ透明電極２１を低抵抗化するために、例えばＯ２雰囲気中で熱処理をしてもよい。この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の活性化の熱処理を省略して、ＩＴＯ透明電極２１の低抵抗化の熱処理のみとしてもよい。このようにして、図９（ａ）に示すウエハ１を形成する。ウエハ１は青色発光ダイオード構造を有し、ｐｎ接合に順方向電流を流すことにより、例えば４７０ｎｍの波長を有する青色発光を生じる。
図９（ｂ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１を形成する。このようにして、図９（ｂ）に示すウェハ２を形成する。ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、ここでは、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなる。このようにすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
図９（ｃ）に示すように、ウェハ１におけるＩＴＯ透明電極２１とウェハ２におけるＩｎＧａＡｌＮ層１とが接着するように、ウェハ１とウェハ２とを貼り合わせる。ここで、ＩＴＯ透明電極２１とＩｎＧａＡｌＰ層１とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
図９（ｄ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ層１が青色発光ダイオード構造を有するウェハ１の上に接着された構造を得る。
次に、図９（ｅ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:RIE）及びフォトリソグラフィ技術を繰り返し用いて、ＩｎＧａＡｌＰ層１、ＩＴＯ透明電極２１、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９、及び活性層１８を加工する。
次に、図９（ｆ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上に、電子ビーム蒸着により、Ｔｉ／Ａｕ電極２０を形成する。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極を実現できる。また、ＩＴＯ透明電極２１の上に、電子ビーム蒸着により、Ａｕ電極２２を形成する。
次に、図９（ｆ）に示す構造を有するウェハが例えば約１５０μｍの膜厚となるように、サファイア基板１６を研磨除去した後に、３００μｍ角の大きさにダイシングする。その後、図９（ｇ）に示すように、Ａｇペーストを用いてダイシング後のウェハをパッケージ表面２３に接着する。そして、該ウェハの表面を覆うように、ＹＡＧ蛍光体３を塗布する。これにより、図８に示した白色発光ダイオード構造を実現できる。
以上のように、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によると、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
なお、本実施形態において、図示していないが、Ｔｉ／Ａｕ電極２０及びＡｕ電極２２にはワイヤボンディングを行なう。
また、本実施形態において、ＩＴＯ透明電極２１はなくてもよい。但し、この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の抵抗率を下げるとか、微細パターンにする等によって電流を横方向に拡げる必要がある。
また、本実施形態において、サファイア基板１６の代わりに膜厚が厚い金属を用いてもよい。この場合は、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９上の電極２０を形成する必要はない。
また、本実施形態において、青色発光ダイオード構造とする代わりに紫外発光ダイオード構造とし、紫外発光による励起を用いる場合には、ＹＡＧ蛍光体３の代わりに青色蛍光体及び緑色蛍光体が混合された蛍光材料を用いることもできる。この場合の緑色蛍光体の材料としては、前述の第２の実施形態と同様に、Ｍｎが添加されたＺｎ２ＳｉＯ４、Ｍｎが添加されたＢａＡｌ１２Ｏ１９、Ｔｂが添加されたＣｅＭｇＡｌ１１、Ｅｕ２＋及びＭｎ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７、又はＣｅ３＋及びＴｂ３＋が添加されたＹ２ＳｉＯ５を用いるとよく、また、青色蛍光体の材料としては、前述の第２の実施形態と同様に、Ｅｕが添加されたＢａＭｇＡｌ１４Ｏ２３、ＹＰ０．８５Ｖ０．１５Ｏ４、Ｅｕが添加されたＢａＭｇ２Ａｌ１４、Ｅｕ２＋が添加された（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２、又はＥｕ２＋が添加されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７を用いるとよい。
（第５の実施形態）
以下に、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子について、前述した図５、図１０及び図１１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の構造について図１０を参照しながら説明する。
図１０は、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す断面図であって、具体的には、第１及び第２のＩｎＧａＡｌＰよりなる蛍光層とＺｎＭｇＳＳｅ層と紫外発光ダイオードとを組み合わせてなる白色発光ダイオード構造を示している。
図１０に示すように、サファイア基板１６の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９が下から順に形成されている。また、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７の上には、Ｔｉ／Ａｕよりなる電極２０が形成されており、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上には、ＩＴＯ透明電極２１が形成されている。ここで、電極２０の材料としては、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射電極を実現できる。ＩＴＯ透明電極２１の上には、Ａｕよりなる電極２２が選択的に形成されている。また、ＩＴＯ透明電極２１の上には、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４、アンドープの第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びアンドープの第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２が順に形成されている。
このように、図１０に示す半導体発光素子は、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２と第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３とＺｎＭｇＳＳｅ層１４と紫外発光ダイオードとが組み合わされてなる白色発光ダイオードとして機能する構造を有している。すなわち、図１０に示す半導体発光素子は、ＩｎＧａＡｌＮ活性層１８を有する紫外発光ダイオードの上に、ＩＴＯ透明電極２１を挟んで、紫外発光ダイオードによる励起によって赤色発光する第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２と、紫外発光ダイオードによる励起によって緑色発光する第１のＩｎＧａＡｌＰ層１３と、紫外発光ダイオードによる励起によって青色発光するＺｎＭｇＳＳｅ層１４とが形成された構造を有しているので、白色発光ダイオードとして機能する。
ここで、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色で発光する。また、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、禁制体幅２．３ｅＶを有し、５５０ｎｍの波長を有する緑色で発光する。また、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、例えばＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなり、禁制体幅２．６ｅＶを有し、４７０ｎｍの波長を有する青色で発光する。
また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２をＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層とし、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３をＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層とし、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４をＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層とすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、各々の層は低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４に対して、高出力の紫外発光ダイオードから例えば３４０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、本発明の第５の実施形態に係る蛍光体は、第２及び第３の実施形態と同様に、図５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５から明らかなように、発光スペクトルは、紫外発光ダイオードからの紫外発光の透過分(波長３４０ｎｍ)と、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)と、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３からの緑色発光(波長５５０ｎｍ)と、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４からの青色発光（波長４７０ｎｍ）とによって構成されている。このため、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子は、白色光を行なう白色発光ダイオードとして機能する。
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子によると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２と第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３とＺｎＭｇＳＳｅ層１４とを紫外発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いと共に青色緑色及び赤色の３色の出力バランスが良いので、演色性に優れた白色発光を行なう発光ダイオードを実現することができる。
第２に、図１０に示した本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図１１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら説明する。
図１１（ａ）に示すように、サファイア基板１６の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を順にエピタキシャル成長させる。ここで、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との間に、例えば５００℃程度で成長するＧａＮバッファ層又はアンドープのＧａＮ層を挿入してもよい。また、活性層１８は、Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＮによる多重量子井戸構造を含んでもよい。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を活性化するために、例えばＮ２ガス雰囲気中、７００℃で約１時間熱処理する。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上に、例えばＲＦスパッタ法によってＩＴＯ透明電極２１を約３００ｎｍ形成する。ＩＴＯ透明電極２１を低抵抗化するために、例えばＯ２雰囲気中で熱処理をしてもよい。この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の活性化の熱処理を省略して、ＩＴＯ透明電極２１の低抵抗化の熱処理のみとしてもよい。このようにして、図１１（ａ）に示すウエハ１を形成する。ウエハ１は紫外発光ダイオード構造を有し、ｐｎ接合に順方向電流を流すことにより、例えば３４０ｎｍの波長を有する紫外発光を生じる。
次に、図１１（ｂ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープの第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、アンドープの第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ１４層を順に形成する。このようにして、図１１（ｂ）に示すウェハ２を形成する。ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ１４層はいずれもＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、約１μｍの膜厚を有するＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなる。このようにすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４の各々の層は、低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
次に、図１１（ｃ）に示すように、ウェハ１におけるＩＴＯ透明電極２１とウェハ２におけるＺｎＭｇＳＳｅ層１４とが接着するように、ウェハ１とウェハ２とを貼り合わせる。ここで、ＩＴＯ透明電極２１とＺｎＭｇＳＳｅ層１４とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
次に、図１１（ｄ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４が紫外発光ダイオード構造を有するウェハ１の上に接着された構造を得る。
次に、図１１（ｅ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:RIE）及びフォトリソグラフィ技術を繰り返し用いて、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、ＩＴＯ透明電極２１、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９、及び活性層１８を加工する。
次に、図１１（ｆ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７の上に、電子ビーム蒸着により、Ｔｉ／Ａｕ電極２０を形成する。また、ＩＴＯ透明電極２１の上に、電子ビーム蒸着により、Ａｕ電極２２を形成する。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極を実現できる。続いて、図１１（ｆ）に示す構造を有するウェハが例えば約１５０μｍの膜厚となるように、サファイア基板１６を研磨除去した後に、３００μｍ角の大きさにダイシングする。これにより、図１０に示した白色発光ダイオード構造を実現できる。
以上のように、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によると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２及び第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３とＺｎＭｇＳＳｅ層１４とをとを紫外発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
なお、本実施形態において、図示していないが、Ｔｉ／Ａｕ電極２０及びＡｕ電極２２にはワイヤボンディングを行なう。
また、本実施形態において、ＩＴＯ透明電極２１はなくてもよい。但し、この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の抵抗率を下げるとか、微細パターンにする等によって電流を横方向に拡げる必要がある。
また、本実施形態において、サファイア基板１６の代わりに膜厚が厚い金属を用いてもよい。この場合は、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９上のＴｉ／Ａｕ電極２０を形成する必要はない。
また、本実施形態において、紫外発光ダイオード構造とする代わりに青色発光ダイオード構造とし、青色発光による励起を用いる場合には、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４を形成する必要はない。
（第６の実施形態）
以下に、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子について、前述した図２、図１２及び図１３（ａ）〜（ｊ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子の構造について、図１２を参照しながら説明する。
図１２は、ＹＡＧ蛍光体とＩｎＧａＡｌＰ蛍光層と青色発光ダイオードとを組み合わせた白色発光ダイオード構造を示している。
図１２に示すように、パッケージ表面２３の上には、Ａｇバンプ２４が形成されており、Ａｇバンプ２４の一方の上には、Ｔｉ／Ａｕ電極２０、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１６、ＩｎＧａＡｌＮ層よりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９が順に形成されている。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射電極を実現できる。また、Ａｇバンプ２４の他方の上には、Ａｕ電極２２が形成されている。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９及びＡｕ電極２１の上には、ＩＴＯ透明電極２１が形成されている。ＩＴＯ透明電極２１の上には、ＩｎＧａＡｌＰ層１、石英基板２、及びＹＡＧ蛍光体３が形成されている。
このように、図１２に示す半導体発光素子は、活性層１８を有する青色発光ダイオード構造を有する半導体層が、ＩＴＯ透明電極を挟むようにして、ＩｎＧａＡｌＰ層１及びＹＡＧ蛍光体３を有する石英基板２に密着した構造を有している。
ここで、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、例えばＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色発光する。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１をＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層とすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
ＩｎＧａＡｌＰ層１及びＹＡＧ蛍光体３に対して、活性層１８を有する高出力の青色発光ダイオードから例えば４７０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、図２に示すスペクトルを有する白色光が得られる。図２から明らかなように、発光スペクトルは、活性層１８を有する青色発光ダイオードからの青色発光の透過分(波長４７０ｎｍ)と、ＹＡＧ蛍光体３からの黄色発光(ピーク波長５５０ｎｍと)、ＩｎＧａＡｌＰ層１からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)とによって構成されている。このため、図１２に示す半導体発光素子は、白色光を行なう白色発光ダイオードとして機能する。
なお、Ａｇバンプ２４の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層１７、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９が下から順に形成されている場合について説明したが、Ａｇバンプ２４の上に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１７の順に形成されている構成でもよい。また、Ａｇバンプ２４上に、ＩＴＯ透明電極２１が形成されていない場合であってもよい。
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子によると、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう発光ダイオードを実現することができる。
第２に、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について、図１３（ａ）〜（ｊ）を参照しながら説明する。
まず、図１３（ａ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープのＩｎＧａＡｌＰ層１を形成する。ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、ＩｎＧａＡｌＰ層１はＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、ここでは、ＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４９Ｇａ０．５１Ｐ層よりなる。このようにすると、ＩｎＧａＡｌＰ層１は低欠陥密度を実現できるので、ＩｎＧａＡｌＰ層１から高い発光効率を有する発光を期待できる。
次に、図１３（ｂ）に示すように、ＩｎＧａＡｌＰ層１上に接着するように、石英基板２をＩｎＧａＡｌＰ層１を有するＧａＡｓ基板５に貼り合わせる。ここで、石英基板２とＩｎＧａＡｌＰ層１とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
次に、図１３（ｃ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、ＩｎＧａＡｌＰ層１が石英基板２に接着した構造を得る。
次に、図１３（ｄ）に示すように、石英基板２におけるＩｎＧａＡｌＰ層１が形成されていない側の面上に、ＹＡＧ蛍光体３を塗布する。ここでは、石英基板２の膜厚が例えば１００μｍ以下になるように、ＹＡＧ蛍光体３を塗布する前に、石英基板２を研磨して膜化しておいてもよい。このようにして、図１３（ｄ）に示すウェハ１を形成する。
次に、図１３（ｅ）に示すように、サファイア基板１６の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を順にエピタキシャル成長させる。ここで、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との間に、例えば５００℃程度で成長するＧａＮバッファ層又はアンドープのＧａＮ層を挿入してもよい。また、活性層１８は、Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＮによる多重量子井戸構造を含んでもよい。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を活性化するために、例えばＮ２ガス雰囲気中、７００℃で約１時間熱処理する。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上に、例えばＲＦスパッタ法によってＩＴＯ透明電極２１を約３００ｎｍ形成する。ＩＴＯ透明電極２１を低抵抗化するために、例えばＯ２雰囲気中で熱処理をしてもよい。この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の活性化の熱処理を省略して、ＩＴＯ透明電極２１の低抵抗化の熱処理のみとしてもよい。このようにして、図１３（ｅ）に示すウエハ２を形成する。ウエハ２は青色発光ダイオード構造を有し、ｐｎ接合に順方向電流を流すことにより、例えば４７０ｎｍの波長を有する青色発光を生じる。
図１３（ｆ）に示すように、ウェハ１におけるＩｎＧａＡｌＮ層１とウェハ２におけるＩＴＯ透明電極２１とが接着するように、ウェハ１とウェハ２とを貼り合わせる。ここで、ＩＴＯ透明電極２１とＩｎＧａＡｌＰ層１とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
図１３（ｇ）に示すように、ウェハ２におけるサファイア基板１６が形成されている側から、ウエハ２の面内をスキャンするように、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ)を照射する。照射されたレーザ光は、サファイア基板１６で吸収されず、ＧａＮによってのみ吸収される。したがって、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との界面付近において、局所的な発熱が生じてＧａＮの結合が分解するので、サファイア基板１６がｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７から分離される。このようにして、ＧａＮ系の半導体層（ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９）がＩＴＯ透明電極２１及びＩｎＧａＡｌＰ層１を介して石英基板２に接着されたデバイス構造が得られる。
また、サファイア基板１６を分離するために用いる光源としては、ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ)を用いたが、ＹＡＧレーザの第三高調波(波長３５５ｎｍ)を使用してもよい。または、水銀灯輝線(波長３６５ｎｍ)を使用してもよい。この場合は、光パワーではレーザに劣るものの、スポットサイズを大きくできるので、短時間での分離を可能にする。また、サファイア基板１６を分離する方法としては、研磨することによって除去してもよい。このようにすると、大面積且つ低コストでの分離を可能にする。
次に、図１３（ｈ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:RIE）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９を加工する。
次に、図１３（ｉ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７における活性層１８が形成されていない側の面上に、電子ビーム蒸着により、Ｔｉ／Ａｕ電極２０を形成する。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極を実現できる。また、ＩＴＯ透明電極２１におけるＩｎＧａＡｌＰ層１が形成されていない側の面上に、電子ビーム蒸着により、Ａｕ電極２２を形成する。
次に、図１３（ｊ）に示すように、Ｔｉ／Ａｕ電極２０におけるｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７が形成されていない側及びＡｕ電極２２におけるＩＴＯ透明電極２１が形成されていない側の面上に、Ａｇバンプ２４を形成する。その後、このような構造を有するウェハを３００μｍ角の大きさにダイシングし、パーケージ表面２３にフリップチップ実装する。このようにして、図１２に示した白色発光ダイオード構造を実現できる。
以上のように、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によると、ＩｎＧａＡｌＰ層１とＹＡＧ蛍光体３とを青色発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
なお、本実施形態において、石英基板２の代わりにサファイア基板を用いてもよい。
また、本実施形態において、ｐ型層とｎ型層とが上下逆になってもよい。
また、本実施形態においては、ウェハ２におけるＩＴＯ電極２１の上に、ウェハ１におけるＩｎＧａＡｌＰ層１が貼り合わされる構造の場合について説明したが、ウェハ２におけるサファイア基板１６の上に、ＩｎＧａＡｌＰ層１を貼り合わせてＹＡＧ蛍光体３を塗布する構造であってもよい。この場合は、ＩＴＯ透明電極２１を形成する必要はない。
（第７の実施形態）
以下に、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子について、前述した図５、図１４及び図１３（ａ）〜（ｉ）を参照しながら説明する。
第１に、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の構造について、図１４を参照しながら説明する。
図１４は、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２及び第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３と、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４と紫外発光ダイオードとを組み合わせた白色発光ダイオードの構造を示している。
図１４に示すように、パッケージ表面２３の上には、Ａｇバンプ２４が形成されており、Ａｇバンプ２４の一方の上には、Ｔｉ／Ａｕ電極２０、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１６、ＩｎＧａＡｌＮ層よりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９が順に形成されている。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極２０を実現できる。また、Ａｇバンプ２４の他方の上には、Ａｕ電極２２が形成されている。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９及びＡｕ電極２１の上には、ＩＴＯ透明電極２１が形成されている。ＩＴＯ透明電極２１の上には、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４、及び石英基板２、及びＹＡＧ蛍光体３が順に形成されている。
このように、図１４に示す半導体発光素子は、活性層１８を有する紫外発光ダイオード構造を有する半導体層が、ＩＴＯ透明電極２１を挟むようにして、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４を有する石英基板２に密着した構造を有している。
ここで、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、禁制体幅１．９ｅＶを有し、６５０ｎｍの波長を有する赤色で発光する。また、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、例えばＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、禁制体幅２．３ｅＶを有し、５５０ｎｍの波長を有する緑色で発光する。また、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、例えばＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなり、禁制体幅２．６ｅＶを有し、４７０ｎｍの波長を有する青色で発光する。
また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２をＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層とし、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３をＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層とし、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４をＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層とすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４はＧａＡｓと格子整合して結晶成長できるため、後述する製造方法でも説明するように、各々の層は低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４に対して、活性層１８を有する高出力の紫外発光ダイオードから例えば３４０ｎｍの波長を有する励起光を照射することにより、図１４に示す半導体発光素子は、第２の実施形態と同様に、図５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５から明らかなように、発光スペクトルは、紫外発光ダイオード１１からの紫外発光の透過分(波長３４０ｎｍ)と、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２からの赤色発光(波長６５０ｎｍ)と、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３からの緑色発光(波長５５０ｎｍ)と、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４からの青色発光（波長４７０ｎｍ）とによって構成されている。このため、図１４に示す半導体発光素子は、白色光を行なう白色発光ダイオードとして機能する。
なお、Ａｇバンプ２４の上には、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ層１７、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９が下から順に形成されている場合について説明したが、Ａｇバンプ２４の上に、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１７の順に形成されている構成でもよい。また、Ａｇバンプ２４上に、ＩＴＯ透明電極２１が形成されていない場合であってもよい。
以上のように、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子によると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４を紫外発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いと共に青色緑色及び赤色の３色の出力バランスが良いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
第２に、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について、図１５（ａ）〜（ｉ）を参照しながら説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、例えＧａＡｓ基板５の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、アンドープの第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２及びアンドープの第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３を順に形成する。さらに、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３の上に、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４を形成する。
ここで、ＧａＡｓ基板５として、（１００）面にて（０１１）方向に約１０°オフされた面方位を有する基板を用いている。また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３、及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、いずれもＧａＡｓ基板５に格子整合する組成を有しており、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．５２Ｐ層よりなり、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は、約１μｍの膜厚を有するＩｎ０．４８Ｇａ０．０８Ａｌ０．０４Ｐ層よりなり、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は、約１μｍの膜厚を有するＺｎ０．９５Ｍｇ０．０５Ｓ０．０６Ｓｅ０．９４層よりなる。このようにすると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４の各々の層は、低欠陥密度を実現できるので、各々の層から高い発光効率を有する発光を期待できる。
また、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２は紫外光による励起によって赤色発光し、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３は紫外光による励起によって緑色発光し、さらに、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４は紫外光の励起によって青色発光する。
次に、図１５（ｂ）に示すように、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４上に接着するように、石英基板２を、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４を有するＧａＡｓ基板５に貼り合わせる。ここで、石英基板２とＺｎＭｇＳＳｅ層１４との貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。
次に、図１５（ｃ）に示すように、例えばＨ２ＳＯ４とＨ２Ｏ２との混合液中に、ＧａＡｓ基板５を浸すことにより、ＧａＡｓ基板５をウエット・エッチングにより除去する。これにより、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４が石英基板２と接着された構造を得る。このようにして、図１５（ｃ）に示すウェハ１を形成する。
次に、図１５（ｄ）に示すように、サファイア基板１６の上に、有機金属気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD）により、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を順にエピタキシャル成長させる。ここで、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との間に、例えば５００℃程度で成長するＧａＮバッファ層又はアンドープのＧａＮ層を挿入してもよい。また、活性層１８は、Ｉｎの組成比が異なるＩｎＧａＮによる多重量子井戸構造を含んでもよい。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９を活性化するために、例えばＮ２ガス雰囲気中、７００℃で約１時間熱処理する。続いて、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の上に、例えばＲＦスパッタ法によってＩＴＯ透明電極２１を約３００ｎｍ形成する。ＩＴＯ透明電極２１を低抵抗化するために、例えばＯ２雰囲気中で熱処理をしてもよい。この場合は、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９の活性化の熱処理を省略して、ＩＴＯ透明電極２１の低抵抗化の熱処理のみとしてもよい。このようにして、図１３（ｅ）に示すウエハ２を形成する。ウエハ２は紫外発光ダイオード構造であり、ｐｎ接合に順方向電流を流すことにより、例えば３４０ｎｍの波長を有する紫外発光を生じる。
図１５（ｅ）に示すように、ウェハ１における第１のＩｎＧａＡｌＮ層１４とウェハ２におけるＩＴＯ透明電極２１とが接着するように、ウェハ１とウェハ２とを貼り合わせる。ここで、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１４とＩＴＯ透明電極２１とを貼り合わせる方法は、水溶液中で接着させる方法でもよいし、加熱又は加圧によって接着させる方法でもよい。例えばエポキシのような接着剤を用いて貼り合わせてもよい。また、例えばガラスフリットを用いて接着させてもよい。
図１５（ｆ）に示すように、ウェハ２におけるサファイア基板１６が形成されている側から、ウエハ２の面内をスキャンするように、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ)を照射する。照射されたレーザ光は、サファイア基板１６で吸収されず、ＧａＮによってのみ吸収される。したがって、サファイア基板１６とｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７との界面付近において、局所的な発熱が生じてＧａＮの結合が分解するので、サファイア基板１６がｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７から分離される。このようにして、ＧａＮ系の半導体層（ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層１９）が、ＩＴＯ透明電極２１、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２、第２のＩｎＧａＡｌＰ層１３及びＺｎＭｇＳＳｅ層１４を介して石英基板２に接着されたデバイス構造が得られる。
また、サファイア基板１６を分離するために用いる光源としては、ここでは、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ)を用いたが、ＹＡＧレーザの第三高調波(波長３５５ｎｍ)を使用してもよい。または、水銀灯輝線(波長３６５ｎｍ)を使用してもよい。この場合は、光パワーではレーザには劣るものの、スポットサイズを大きくできるので、短時間での分離を可能にする。また、サファイア基板１６を分離する方法としては、研磨することによって分離除去してもよい。このようにすると、大面積且つ低コストでの分離を可能にする。
次に、図１５（ｇ）に示すように、例えば反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching:RIE）及びフォトリソグラフィ技術を用いて、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７、活性層１８、及びｐ型ＩｎＧａＡｌＰ層１９を加工する。
次に、図１５（ｈ）に示すように、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７における活性層１８が形成されていない側の面上に、電子ビーム蒸着により、Ｔｉ／Ａｕ電極２０を形成する。ここで、電極２０の材料として、Ｔｉ／Ａｕの他に、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、又はこれらの金属のうちのいずれかを含んでなる合金若しくは多層金属膜よりなる材料を用いることにより、高反射特性を有する電極を実現できる。また、ＩＴＯ透明電極２１における第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２が形成されていない側の面上に、電子ビーム蒸着により、Ａｕ電極２２を形成する。
次に、図１５（ｉ）に示すように、Ｔｉ／Ａｕ電極２０におけるｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層１７が形成されていない側及びＡｕ電極２２におけるＩＴＯ透明電極２１が形成されていない側の面上に、Ａｇバンプ２４を形成する。その後、このような構造を有するウェハを３００μｍ角の大きさにダイシングし、パーケージ表面２３にフリップチップ実装する。このようにして、図１４に示した白色発光ダイオード構造を実現できる。
以上のように、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によると、第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２と第２のＩｎＧａＡｌＰ層１２とＺｎＭｇＳＳｅ層１４とを紫外発光ダイオードにて励起することにより、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにて励起して白色発光を得ていた従来の白色発光ダイオードと比較して、赤色領域での発光が強いと共に青色緑色及び赤色の３色の出力バランスが良いので、演色性に優れた白色発光を行なう白色発光ダイオード構造を実現することができる。
なお、本実施形態において、石英基板２の代わりにサファイア基板を用いてもよい。
また、本実施形態において、ｐ型層とｎ層とが上下逆になってもよい。
また、本実施形態においては、ウェハ２が紫外発光ダイオード構造を有する場合について説明したが、ウェハ２が青色発光ダイオード構造を有する場合には、ＺｎＭｇＳＳｅ層１４を形成する必要はない。
また、本実施形態においては、ウェハ２が紫外発光ダイオード構造を有する場合について説明したが、ウェハ２が青色発光ダイオード構造を有する場合には、ＹＡＧ蛍光体をさらに用いてもよい。
また、本実施形態においては、ウェハ２におけるＩＴＯ電極２１の上に、ウェハ１における第１のＩｎＧａＡｌＰ層１２が貼り合わされる構造の場合について説明したが、ウェハ２におけるサファイア基板１６の上に、ウェハ１におけるＩｎＧａＡｌＰ層１２を貼り合わせ構造であってもよい。この場合は、ＩＴＯ透明電極２１を形成する必要はない。
また、以上の各実施形態のいずれかで用いたサファイア又はＧａＡｓよりなる基板は、いかなる面方位を有していてもよく、例えば、サファイアよりなる基板の場合には、（０００１）面等の代表面からオフアングルのついた面方位であってもよい。また、ＧａＡｓよりなる基板の代わりの基板としては、例えばＳｉなどの除去が容易な半導体材料よりなる基板を用いてもよい。
また、以上の各実施形態において、ＩｎＧａＡｌＮ層、ＩｎＧａＡｌＰ層、又はＺｎＭｇＳＳｅ層は、いかなる組成比を有していてもよく、また、量子井戸構造のような多層構造を含んでいてもよい。また、これらの層の結晶成長方法は、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、これらの層の少なくとも１以上の層を、例えば、ＭＢＥ法又はＨＶＰＥ法によって結晶成長させた層としてもよい。また、ＩｎＧａＡｌＮ層は、Ａｓ若しくはＰなどのＶ族元素又はＢなどのIII族元素を構成元素として含んでいてもよい。
また、ＩｎＧａＡｌＮ層は、サファイア基板上に成長させる場合について説明したが、可視発光の大部分を透過するＳｉＣ基板であってもよく、成長後に基板を分離除去する場合には、例えばＳｉ又はＧａＡｓなどの半導体基板であってもよく、さらに、ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ２、ＬｉＡｌＯ２、又はＬｉＧａＯ２及びＬｉＡｌＯ２の混晶よりなる基板であってもよい。また、ＩｎＧａＡｌＮ層の結晶成長については、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層、ＩｎＧａＡｌＮ活性層、及びｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層の順に形成してもよい。
以上説明したように、演色性に優れた蛍光体及び該蛍光体が集積化された半導体素子並びにこれらの製造方法に有用である。
本発明の第１の実施形態に係る蛍光体と該蛍光体を励起するために用いる青色発光ダイオードとが示された構造断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る蛍光体を青色発光ダイオードにて励起した場合の発光スペクトルを示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施形態に係る蛍光体の製造方法及び蛍光体が集積化された半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る蛍光体と該蛍光体を励起するために用いる青色発光ダイオードとが示された構造断面図である。 本発明の第２の実施形態係る蛍光体を紫外発光ダイオードにて励起した場合の発光スペクトルを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る蛍光体と該蛍光体を励起するために用いる紫外発光ダイオードとが示された構造構成図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係る蛍光体及び蛍光体が集積化された半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子を示す構造断面図である。 （ａ）〜（ｇ）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断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子を示す構造断面図である。 （ａ）〜（ｆ）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断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子を示す構造断面図である。 （ａ）〜（ｊ）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構造断面図である。 本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子を示す構造断面図である。 （ａ）〜（ｉ）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断面図である。 従来例に係る半導体発光素子を示す構造断面図である。 従来例に係る半導体発光素子の発光スペクトルを示す図である。
符号の説明
１ ＩｎＧａＡｌＰ層（半導体層）
２ 石英基板
３ ＹＡＧ蛍光体（蛍光層）
４ 青色発光ダイオード
５ ＧａＡｓ基板
６ 青色発光ダイオードチップ
７ パッケージ
８ 接着剤
９ 緑色発光蛍光体（蛍光層）
１０ 青色発光蛍光体（蛍光層）
１１ 紫外発光ダイオード
１２ 第１のＩｎＧａＡｌＰ層（半導体層）
１３ 第２のＩｎＧａＡｌＰ層（半導体層）
１４ ＺｎＭｇＳＳｅ層（半導体層）
１５ 紫外発光ダイオードチップ
１６ サファイア基板
１７ ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層
１８ 活性層
１９ ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層
２０ Ｔｉ／Ａｕ電極
２１ ＩＴＯ透明電極
２２ Ａｕ電極
２３ パッケージ表面
２４ Ａｇバンプ

Claims (9)

  1. 白色発光を生じる半導体発光素子であって、
    ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、
    前記ダイオード上に形成された、前記ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、
    前記透明電極上に形成された半導体層と、
    前記半導体層の上に形成された、前記ダイオード及び前記半導体層からの発光を透過し得る基板と、
    前記基板上に形成された蛍光材料よりなる蛍光層とを備えている、半導体発光素子。
  2. 白色発光を生じる半導体発光素子であって、
    ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードと、
    前記ダイオード上に形成された、前記ダイオードからの発光を透過し得る透明電極と、
    前記透明電極上に形成された、互いに異なる組成を有する複数の半導体層と、
    前記複数の半導体層の上に形成された、前記ダイオード及び前記複数の半導体層からの発光を透過し得る基板とを備えている、半導体発光素子。
  3. 青色又は紫外発光が可能な発光ダイオードによる励起によって白色発光を生じる蛍光体の製造方法であって、
    単結晶よりなる第１の基板の上に半導体層を形成する工程（ａ）と、
    前記半導体層における前記第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に可視光を透過し得る第２の基板を接着する工程（ｂ）と、
    前記第１の基板を前記半導体層から分離する工程（ｃ）とを備える、蛍光体の製造方法。
  4. 前記第２の基板における前記半導体層が形成されている面とは反対側の面又は前記半導体層における前記第２の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、蛍光材料よりなる蛍光層を形成する工程（ｄ）をさらに備える、請求項４に記載の蛍光体の製造方法。
  5. 前記工程（ａ）、前記工程（ｂ）、及び前記工程（ｃ）において、
    前記半導体層は、複数の半導体層である、請求項３に記載の蛍光体の製造方法。
  6. 前記複数の半導体層の少なくとも一層は、前記第１の基板と格子整合が可能な組成を有している、請求項５に記載の蛍光体の製造方法。
  7. 白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、
    第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、
    前記ダイオードにおける前記第１の基板が形成されている面とは反対側の面上に、前記ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、
    単結晶よりなる第２の基板上に半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層における前記第２の基板が形成されている面とは反対側の面上に、可視光を透過し得る第３の基板を接着させる工程と、
    前記第２の基板を前記半導体層から分離する工程と、
    前記透明電極における前記ダイオードが形成されている面とは反対側の面と、前記半導体層における前記第３の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、
    前記第１の基板を前記ダイオードから分離する工程とを備え、
    前記第３の基板を形成する工程よりも後に、前記第３の基板における前記半導体層が形成されている面とは反対側の面の上に、蛍光材料よりなる蛍光層を形成する工程を含む、半導体発光素子の製造方法。
  8. 白色発光を生じる半導体発光素子の製造方法であって、
    第１の基板上に、ＩｎＧａＡｌＮよりなる活性層を有する青色又は紫外発光が可能なダイオードを形成する工程と、
    前記ダイオードにおける前記第１の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、前記ダイオードからの発光を透過し得る透明電極を形成する工程と、
    単結晶よりなる第２の基板上に、複数の半導体層を形成する工程と、
    前記複数の半導体層における前記第２の基板が形成されている面とは反対側の面の上に、可視光を透過し得る第３の基板を接着する工程と、
    前記第２の基板を前記複数の半導体層から分離する工程と、
    前記透明電極における前記ダイオードが形成されている面とは反対側の面と、前記複数の半導体層における前記第３の基板が形成されている面とは反対側の面とを接着させる工程と、
    前記第１の基板を前記ダイオードから分離する工程とを備える、半導体発光素子の製造方法。
  9. 前記第１の基板を前記ダイオードから分離する工程は、
    前記第１の基板における前記ダイオードが形成されている面とは反対側の面から光を照射することにより、前記第１の基板を除去する工程を含む、請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
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