JP4075321B2 - 集積型窒化物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は大面積の色変換型窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子を用いて、白色発光光源が開発され、使用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、それぞれ赤色、緑色、青色の光が発光可能な３種類の発光ダイオードを載置し、これらの混色により白色光を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの発光素子がそれぞれ異なる材料を用いて形成されている場合、各発光素子の駆動電力等が異なり個々に所定の電圧を印可する必要があり、駆動回路が複雑になる。また、発光素子が半導体発光素子であるため、個々に温度特性や経時変化が異なり、色調が使用環境によって変化する。更には、各発光素子によって発生される光を均一に混色させることが極めて困難であり、色むらを生ずる場合がある。また、各素子の配置精度の違いにより指向特性が変化したり、色むらを抑制するために互いの素子を近接に配置させるにも限界があり、良好な光学特性が得られにくかった。
【０００５】
そこで近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子チップと蛍光体とを組み合わせた、白色光の発光が可能な発光光源（白色発光ダイオード）が開発され使用されている。この白色発光ダイオードは、例えば、青色光を発光する発光素子チップと、前記青色光の一部を吸収し波長変換することが可能な蛍光体とを組み合わせ、前記青色光と蛍光体により波長変換された光との混色により、白色の光を発光させるものである。
【０００６】
しかしながら、照明用発光素子が求められている現在において、前記のような白色発光ダイオードは発光面積が小さく、更に広い発光面積を有する発光素子が求められている。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題を解決し、大面積で均一に発光し、且つ混色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、同一基板上に複数の発光素子が並置されており、前記複数の発光素子はそれぞれ同一の材料からなる半導体層を有し、前記半導体層は、前記同一基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝によって分離されてなる長方形のｎ層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ層とにより構成されてなる集積型窒化物半導体発光素子であって、前記ｎ層の一方の長辺と２つの短辺は、それぞれ前記発光層及び前記ｐ層の一方の長辺と２つの短辺と近接しており、前記ｎ層の他方の長辺と前記ｐ層の他方の長辺との間のｎ層上に前記ｐ層の長辺と実質的に同一の長さを有するｎ側オーミック電極を、前記ｐ層上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を、前記ｐ側オーミック電極上にｐパッド電極をそれぞれ備え、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔が２５０μｍ以下であり、前記発光層は青色の光を発光し、前記発光素子は、基板上に３個設けられ、半導体層側の上面に、前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して赤色に発光することが可能な赤色の蛍光体が設けられた第１の発光素子と、半導体層側の上面に前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して緑色に発光することが可能な緑色蛍光体が設けられた第２の発光素子と、発光層で発光した波長の光が取り出される該第３の発光素子とを有し、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との間に前記第３の発光素子が配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記複数の発光素子は、前記ｐパッド電極上と前記ｎ側オーミック電極上にスルーホールを有する絶縁性保護膜によって覆われており、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｎ側オーミック電極間が第１接続電極によって接続され、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｐパッド電極間が第２接続電極によって接続されることを特徴とする。
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、信頼性に優れ、且つ大面積において高輝度且つ均一に発光することが可能である。本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子においては、発光の均一性及び発光効率を劣化させることなく、各発光素子を一方向（長手方向）に十分長くすることができるので、発光面積を大きくでき且つ発光効率を高くできる。
【００１０】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子では、各発光素子においてより均一な発光を可能にし且つより発光効率を高くするために、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔を２２０μｍ以下に設定することがさらに好ましい。
【００１１】
請求項２に記載の集積型窒化物半導体素子は、同一基板上に発光素子が３個一組で配置されており、前記１組から異なる３色の画素が得られることを特徴とする。
【００１２】
これにより、演色性に優れた発光素子が得られる。また、それぞれの発光素子に配置される蛍光体の種類及び量を調整することにより、あらゆる中間色の光を容易に得ることができる。
【００１３】
更に、本発明の集積型窒化物半導体発光素子において、１つの発光素子のｐ層の一方の長辺と、隣り合う他の発光素子のｐ層の他方の長辺との間隔は５０μｍ〜１５０μｍであり、より好ましくは５０μｍ〜１００μｍである。このように本発明の集積型窒化物半導体発光素子は、異なる光を発光する素子をアレイ状に配置させた場合に比べ、各発光素子の発光面はそれぞれ飛躍的に近接している。また、前記各発光素子の配置精度は等しいので、良好な指向特性及び混色性が得られる。
【００１４】
また、前記各発光素子の画素を、それぞれ赤色、青色、緑色とすると、これら３原色の光混合により、演色性に優れた白色光が得られる。
【００１５】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子において、前記発光層を青色の光を発光するように構成すると、蛍光体の種類や量を調整するだけで、所望とする様々な中間色を容易に得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子において、前記発光層を紫外領域の光を発光するように構成すると、蛍光体の発光のみが観測されるため、色むらを防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記複数個の発光素子を直列に接続するように構成してもよい。このように構成することにより、前記素子端面から発光された光は、直列に接続するために形成された接続電極にて反射され、上面方向に取り出される。これにより、高い信頼性を有しつつ各画素間を最小限にすることができ、各画素が異なる色を発光する場合、混色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００１８】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子では、前記複数の発光素子を並列に接続するように構成してもよい。このように構成すると、蛍光体を各素子のｐ層端面からｎ層端面にかけて配置させることができ好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、集積型窒化物半導体素子に色変換層を設けた際に生じる色むらは、個々の素子間の色バラツキが原因と考え、これを解決するため単に１つの素子の発光面積を大きくしたところ、以下のような問題が生じた。
【００２０】
窒化物半導体発光素子は、通常、サファイア基板の上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体発光層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が順次積層され、ｐ側の層及び発光層の一部を除去して露出させたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にｐ側オーミック電極が形成されて構成される。
【００２１】
ここで、特に窒化物半導体発光素子では、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗が比較的高いために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層のほぼ全面にｐ側のオーミック電極を形成することにより発光層全体に電流が注入されるように構成している。また、窒化物半導体発光素子では、上述のようにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上の一部にｎ側の電極を形成する必要がある。このため、発光層全体に電流が注入されるようにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の１つの隅部にｎ側のオーミック電極を形成し、その１つの隅部と対角を成すｐ側オーミック電極の他の隅部にｐ側のパッド電極を形成している。
【００２２】
すなわち、窒化物半導体発光素子では、絶縁性のサファイア基板を用いて構成されていること、及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗値が比較的大きいという、例えば、ＧａＡｓ系等の他の発光素子とは異なる事情があるために、ｐ側オーミック電極をｐ型窒化ガリウム系半導体層のほぼ全面に設けかつｎ側のオーミック電極とｐ側のパッド電極とが対角を成す位置に形成されるという独特の構成により、発光層全体に電流が注入されるようにしている。
【００２３】
しかしながら、上述の構成（電極構成）は、１つの発光素子チップが、例えば、３００μｍ×３００μｍ以下の大きさである場合には発光層にほぼ均一に電流を注入することができるが、３００μｍ×３００μｍを越える大きさになると発光層に注入される電流が不均一になるという問題点が明らかになった。このため、上記構成を相似形で大きくすることによって大面積の発光素子を構成し、前記大面積の発光素子と蛍光体とを組み合わせて白色発光ダイオードを形成しても、均一な発光は得られなかった。
【００２４】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、大面積且つ均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子について説明する。
【００２６】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子は、図１に示すように、例えば、１０００μｍ×１０００μｍのサファイア基板１１上に長方形である第１発光素子１，第２発光素子２，及び第３発光素子３を互いに平行に配置し且つ各発光素子の幅をある一定の値以下に設定されている。これにより、各素子の発光層に均一に電流が流れる。このような発光素子の半導体層側に蛍光体を配置させることにより、全体としての発光効率を向上させ大面積にて均一に発光することが可能な色変換型発光素子が得られる。
【００２７】
これらの構成部材について、以下に詳述する。
実施の形態１
(発光素子１，２，３)
本実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子１００は、１つの同一基板上に第１発光素子１、第２発光素子２、及び第３発光素子３が並置されてなる。これらの発光素子は同一材料からなる半導体層を有し、種々の蛍光体物質を効率よく励起できる比較的バンドエネルギーが高い半導体発光素子が好適に挙げられる。このような半導体素子としては、ＭＯＣＶＤ法等により形成された窒化物系化合物半導体が用いられる。窒化物系半導体はＩｎnＡｌmＧａ1-n-mＮ（但し０≦ｎ、０≦ｍ、ｎ＋ｍ≦ｎ）を発光層として有する。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体発光層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多量子井戸構造とすることもできる。
【００２８】
本発明の集積型半導体発光素子おいて、白色系を発光させる場合は、蛍光体との補色関係や樹脂の劣化等を考慮して発光素子の主発光ピークは４００ｎｍ以上５３０以下が好ましく、より好ましくは４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である。発光素子と蛍光体との効率をそれぞれ向上させるためには４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下に主発光ピークを有する発光素子を用いることが更に好ましい。
【００２９】
一方、比較的紫外線に強い樹脂やガラス等を使用し、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いることもできる。
【００３０】
また、本発明の集積型窒化物半導体素子の構成は、窒化ガリウム系化合物半導体の特有の構成において、次のような知見に基づいて改善されたものである。
【００３１】
すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子は、上記したように従来の技術において、ｎ層上の一部にｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極に近接してｎ層上に発光層を介してｐ層を形成し、さらにそのｐ層の上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を形成するという独特の構造を有する。
【００３２】
このような独特の構成においては、ｎ側オーミック電極から２５０μｍ以内の距離にある発光層に注入される電流はほぼ一定であるが、２５０μｍ以上離れると急激に減少するわかった。実際には２２０μｍより離れると発光層に注入される電流は徐徐に減少しはじめるが、２５０μｍまでは電流値は実質的に一定とみなすことができる。
【００３３】
また、この現象（発光層が２５０μｍ以上離れると注入される電流が急激に減少するという現象）は、ｎ層の抵抗値に起因して生じると考えられるが、通常、用いられるｎ層の抵抗値の範囲においては、変わらないことが確認されている。
【００３４】
上述の知見から次のことが言える。
【００３５】
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、一方向に長い長方形の発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成し発光面積を拡大した場合であっても、ｎ側オーミック電極からの距離を２５０μｍ以内とすれば、発光層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。
【００３６】
具体的には、長方形の発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の１つの長辺に沿って発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と同じ長さのｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極と発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の他の長辺との間の距離を２５０μｍ以下、より好ましくは２２０μｍ以下にすれば、発光層にほぼ均一に電流を注入することができる。
【００３７】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子は、上述の考えに基いて構成されたものである。
【００３８】
詳細に説明すると、実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の発光素子１，２，３において、各半導体層及び電極はそれぞれ以下のように形成される。
【００３９】
（１）ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、例えば、サファイアからなる基板１１上のほぼ全面に成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝４１により分離されて、平面形状が長方形になるように形成される。
【００４０】
ここで、本実施の形態１において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、好ましくは、図３に示すように、サファイア基板１１上に形成された膜厚１．５μｍのアンドープＧａＮ層１２１、膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層１２２、膜厚３０００ÅのアンドープＧａＮ層１２３、膜厚３００ÅのＳｉドープＧａＮ層１２４、膜厚５０ÅのアンドープＧａＮ層１２５、多層膜層１２６の積層構造とする。このようにｎ層１２を上記積層構造とすることにより、順方向電圧Ｖｆを低くできかつ発光効率を良くできる。尚、多層膜層１２６は、好ましくは、アンドープＧａＮよりなり膜厚４０Åの第１の層と、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなり膜厚２０Åの第２の層を交互にそれぞれ１０層になるように積層することにより構成する。
【００４１】
また、本実施の形態１の積層構造のｎ層１２全体としての抵抗率は、実質的には膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層１２２により決まり、本実施の形態１においてはこの層１２２の抵抗率を５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲でかつ膜厚が２．０μｍ以上に設定することが好ましく、このようにすると発光層１０全体により均一に電流を注入することができ、より均一な発光が得られる。
【００４２】
尚、ＧａＮ層において、３×１０１８〜６×１０１８ｃｍ−３の範囲でＳｉをドープすることにより、抵抗率が５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲のＳｉドープＧａＮ膜を構成できる。
【００４３】
（２）発光層１０は、ｎ層１２とほぼ同一の長さとｎ層１２より狭い幅を有する長方形であって、その１つの長辺がｎ層１２の１つの長辺に実質的に一致するようにｎ層１２上に形成される。このように形成することにより、ｎ層１２上に発光層１０に沿ってｎ側オーミック電極を形成するための領域が確保される。
【００４４】
ここで、本実施の形態１では、発光層１０の幅は、ｎ側オーミック電極から離れた側に位置する長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が２２０μｍになるように設定した。
【００４５】
また、本実施の形態１において、発光層１０はＧａＮの一部をＩｎで置き換えたＩｎｘＧａ１−ｘＮ層により構成することができる。また、発光層１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層を少なくとも１層含むように構成することもできる。このようにすると、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層におけるＩｎの含有量を変化させることにより発光波長を変えることができる。
【００４６】
（３）ｎ側オーミック電極１４（14）は、発光層１０とほぼ同一の長さを有し、ｎ層１２上に、発光層１０に沿ってかつ発光層１０と近接して形成される。更にこのｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間の間隔は、製造上の制約により１０〜２０μｍに設定されるが、本発明においては間隔を１０μｍ以下にすることが好ましく、このようにすると、均一に電流を注入することができる幅を大きくすることができる。
【００４７】
すなわち、ｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間隔を２０μｍにすると、均一に電流を注入することができる発光層の幅は最大で２００μｍであるが、ｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間隔を５μｍにすると、均一に電流を注入することができる発光層の幅は最大で２１５μｍにできる。
【００４８】
また、ｎ側オーミック電極１４（14）は、ｎ層１２とのオーミック接触を良好にするために、ＷとＡｌを含む層とすることが好ましく、さらに好ましくは、Ｗ層（２００Å）、Ａｌ層（１０００Å）、Ｗ層（５００Å）、Ｐｔ層（３０００Å）、Ｎｉ層（６０Å）を順次積層することにより形成する。
【００４９】
（４）ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、発光層１０と同一平面形状を有し発光層１０上に重ねて形成される。
【００５０】
実際には、発光層１０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、ｎ層１２上に発光層１０及びｐ層１３を重ねて形成した後、ｎ側オーミック電極１４を形成するｎ層１２表面を露出させるために一括してエッチングすることにより形成する。
【００５１】
尚、本実施の形態１では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は１５００Åの厚さに形成した。
【００５２】
（５）ｐ側オーミック電極１５は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３上のほぼ全面に形成され、ｐ層１３と良好なオーミック接触を得るために、Ｎｉ層とＰｔ層とを積層することにより構成することが好ましく、より好ましくは、Ｎｉ層１００ÅとＰｔ層５００Åを積層することにより構成する。
【００５３】
（６）そして、ｐパッド電極１６は、例えば、膜厚３０００ÅのＰｔからなり、ｐ側オーミック電極１５上において、ｎ側オーミック電極１４とは離れた側に位置するｐ側オーミック電極１５の長辺に沿って形成される。
【００５４】
このようにして構成された発光素子において、各電極間の距離はいずれの場所においても一定であるので、発光層１０全体に電子を均一に供給することができ、１つの発光層上において、配置される蛍光体の光吸収率を全ての粒子においてほぼ等しくすることができる。また、半導体層側において発光する箇所を１カ所とし且つほぼ長方形とすることができる。これにより、１つの基板上において各素子から得られる画素の混色性が良好となり、色むらの少ない集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
（直列接続）
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子において、上述のように構成された発光素子１，２，３は、絶縁保護膜１７により素子間が分離され、接続電極２１により以下のように接続される。
【００５５】
絶縁保護膜１７は、各発光素子のｐパッド電極１６上及びｎ側オーミック電極１４上を除いて素子全体を覆うように形成される。
【００５６】
接続電極２１は、発光素子１のｎ側オーミック電極１４上、分離溝４１に形成された絶縁膜１７上及び第２発光素子２のｐ側オーミック電極１６上に連続して形成され、これにより、第１発光素子１のｎ側オーミック電極１４と第２発光素子２のｐ側オーミック電極１６が接続される。
【００５７】
また、接続電極２１は、第２発光素子２と第３発光素子３との間においても同様に形成され、これにより、第２発光素子２のｎ側オーミック電極１４と第３発光素子３のｐ側オーミック電極１６が接続される。接続電極２１は、Ｐｔ又はＡｕ等、種々の金属で構成することができるが、ｐ及びｎパッド電極との密着性を良好にするために、Ｔｉ（例えば、４００Å）、Ｐｔ（例えば、６０００Å）、Ａｕ（例えば、１０００Å）、Ｎｉ（例えば、６０Å）を順に積層した構造とすることが好ましい。
【００５８】
尚、本実施の形態１ではさらに、発光素子１のｐパッド電極１６上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２６が形成され、発光素子３のｎパッド電極１４上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２４が形成される。
【００５９】
以上のように構成された実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の各発光素子１，２，３は、長方形の発光層１０を有し、発光層１０の一方の長辺に沿って近接するようにｎ側オーミック電極が形成され、発光層１０の他方の長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を２２０μｍに設定されているので、発光層１０の上面に配置された蛍光体全体に略均一に光を供給することができる。
【００６０】
このように構成したことにより、本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子は、各発光素子１，２，３の発光層１０全体に渡って均一に発光させることができるので、各発光素子における発光効率を高くすることができ、全体としての発光効率をよくできる。
【００６１】
また、本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子においては、一方向のみに互いに平行な分離溝４１を形成することにより各素子を分離しているので、格子状に溝を形成して各素子を分離した従来例に比較して、基板１１全体の面積に対する分離溝４１の占める面積の割合を少なくすることができる。
【００６２】
これにより、集積型窒化物半導体素子の全体の面積に対する発光層１０が占める面積（発光素子１，２，３の発光層１０を合計した面積）の割合を増加させることができ、発光効率及び発光の均一性を向上させることができる。
【００６３】
また、各素子の端面を接続電極２１にて被覆するため、前記端面から発光される光は前記接続電極にて反射され発光面側から取り出される。これにより、素子端面での光吸収が抑制され素子の信頼性が向上されると共に、発光素子からの光を効率よく蛍光体にて色変換することができる。
【００６４】
また、素子の静電耐圧特性を良くするために、ＳｉドープＧａＮ層１２２を４．２μｍになるように形成し、かつｐ層１３を３５００Åの厚さとしてもよい。
（蛍光体７１，７２，７３，７４）
本発明の集積型窒化物半導体発光素子は、上記のように構成された複数個の発光素子の少なくとも一部に、前記発光素子の発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して他の波長の光を発光することが可能な蛍光体を有する。前記蛍光体の種類及び塗布箇所を調整するだけで所望とする色調を容易に設定できる。また、各発光面は大面積であり且つ近接しているため、各発光面同士の光の混色性が向上され、均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体素子が得られる。
【００６５】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子は、青色の光を発光することが可能な発光層を有し、前記発光層の上面に、前記発光層から発光される光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体が塗布されている。
【００６６】
具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。
【００６７】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【００６８】
更に詳しくは、一般式（ＹzＧｄ1-z）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ1-aＳｍa）3Ｒｅ’5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
【００６９】
この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００７０】
またフォトルミネセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。
【００７１】
しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側にシフトする。また、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側にシフトする。
【００７２】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能となり、演色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７３】
このようなフォトルミネセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００７４】
本願発明の発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。
【００７５】
また、本発明で用いられる蛍光体の粒径は１０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍである。これにより、光の隠蔽を抑制し集積型窒化物半導体発光素子の輝度を向上させることができる。また上記の粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。このように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光体を含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも良好に変換し発光することができ、集積型窒化物半導体発光素子の量産性が向上される。
【００７６】
これに対し、１５μｍより小さい粒径を有する蛍光体は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降する傾向にあり、光の透過効率を減少させてしまう。
【００７７】
ここで本発明において、粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値である。前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。この体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値を中心粒径と定義すると、本発明で用いられる蛍光体の中心粒径は１５μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。また、この中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いると色むらを抑制することができ良好な色調を有する集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７８】
一方、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子と、このような短波長の光により可視光を発光することが可能な赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光体とを組み合わせることにより、均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７９】
具体的には、赤色蛍光体としてＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３を比較的紫外線に強い樹脂やガラスに含有させ、短波長発光の発光素子の表面に色変換薄膜層として塗布することにより、白色光を得ることができる。
【００８０】
前記蛍光体の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。これらの蛍光体を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光ダイオードを得ることができる。
【００８１】
前記色変換薄膜層が、２種類以上の蛍光体を混合したものにより構成される場合、各種の蛍光体の中心粒径及び形状は類似していることが好ましい。これにより、各種蛍光体から発光される光の混色性が向上され、色むらを抑制することができる。
【００８２】
また、１種類の蛍光体を有する単層を多重にして配置させてもよい。３原色を得る場合、各蛍光体の紫外光透過率を考慮して、素子上に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、及び青色蛍光体層と順に積層させると、全ての層に紫外光を好ましく吸収させることができ好ましい。更に、このような色変換多重層は、下層から上層にかけて各層中に含有された蛍光体の粒径が小さくなるように積層されていることが好ましい。これにより、最上層まで良好に紫外光を透過させることができると共に、前記色変換多重層中にて紫外光をもれなく吸収させることができ好ましい。そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライアングル状となるように各色変換層を素子上に配置させることもできる。
【００８３】
本発明において、前記蛍光体は、少なくとも前記各発光素子の露出しているｐ側オーミック電極上に塗布されていればよいが、各発光素子の側面に渡って前記蛍光体を塗布すると、前記側面から発光される光を効率良く色変換することができ、色むらが抑制される。また、紫外発光素子を用いる場合、素子の周囲を全て覆うように色変換薄膜層を配置させることが好ましく、これにより紫外光が外部に放出されるのを抑制することできる。
【００８４】
また、透光性基板の一方の主面に前記発光素子を設け、前記発光素子をフリップ実装して前記透光性基板側から光を取り出す場合、前記透光性基板の他方の主面上に蛍光体を塗布することにより、大面積で発光することが可能な色変換型発光素子が得られる。
【００８５】
本発明において、蛍光体の塗布方法は特に限定されず、直接蛍光体のみを真空蒸着やＣＶＤ法等により塗布しても良いし、また、バインダーとともに蛍光体を付着させても良い。前記バインダーの材質は特に限定されず、有機物及び無機物のいずれをも用いることができる。
【００８６】
バインダーとして有機物を使用する場合、具体的材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐光性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。
【００８７】
また、バインダーに無機物を用いると、大電流を投下しても信頼性を維持できる集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００８８】
具体的塗布方法として、沈降法やゾル−ゲル法等が挙げられる。例えば、蛍光体、シラノール（Ｓｉ（ＯＥｔ）３ＯＨ）、及びエタノールを混合してスラリーを形成し、該スラリーをノズルから前記集積型窒化物半導体層のｐ側オーミック電極側に吐出させ、加熱エアを吹き付けて乾燥させる。これによりシラノールはゾル化されＳｉＯ２となり、前記蛍光体を固着させることができる。
【００８９】
また、無機物である結着剤をバインダーとして用いることもできる。結着剤とは、いわゆる低融点ガラスであり、微細な粒子で且つ紫外から可視領域のふく射線に対して吸収が少なくバインダー中にて極めて安定であることが好ましく、沈殿法により得られた細かい粒子であるアルカリ土類のほう酸塩が適している。また、大きい粒径を有する蛍光体を付着させる場合、融点が高くても粒子が超微粉体である結着剤、例えば、デグサ製のシリカ、アルミナ、あるいは沈殿法で得られる細かい粒度のアルカリ土類金属のピロりん酸塩、正りん酸塩などを使用することが好ましい。
【００９０】
これらの結着剤は、単独、若しくは互いに混合して用いることができる。
【００９１】
ここで、前記結着剤の塗布方法について述べる。結着剤は、ビヒクル中に湿式粉砕しスラリー状にして用いると、結着効果を十分に高めることができ好ましい。前記ビヒクルとは、有機溶媒あるいは脱イオン水に少量の粘結剤を溶解して得られる高粘度溶液である。例えば、有機溶媒である酢酸ブチルに対して粘結剤であるニトロセルロースを１ｗｔ％含有させることにより、有機系ビヒクルが得られる。
【００９２】
このようにして得られた結着剤スラリーに蛍光体を含有させて塗布液を作製する。前記塗布液中の蛍光体量に対して、前記スラリー中の結着剤の総量は１〜３％ｗｔ程度が好ましく、これにより前記蛍光体を良好に固着させることができ且つ光束維持率を保つことができる。結着剤の添加量が多すぎると光束維持率が低下する傾向にあるため、結着剤の使用量は最小限の使用にとどめることが好ましい。
【００９３】
前記塗布液を半導体層上に塗布後、温風あるいは熱風を吹き込み乾燥させる。これにより前記窓部の表面に蛍光体層が前記結着剤にて付着される。
（拡散剤）
更に、本発明において、上記の色変換部材中に蛍光体に加えて拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。これによって良好な指向特性を有する集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００９４】
ここで本明細書において、拡散剤とは、中心粒径が１ｎｍ以上５μｍ未満のものをいう。１μｍ以上５μｍ未満の拡散剤は、発光素子及び蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることにより生じやすい色むらを抑制することができ好ましい。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い集積型窒化物半導体発光素子が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散剤は、発光素子からの光波長に対する干渉効果が低い反面、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。これにより、ポッティング等により色変換部材を配置させる場合、シリンジ内において樹脂中の蛍光体をほぼ均一に分散させその状態を維持することが可能となり、比較的取り扱いが困難である粒径の大きい蛍光体を用いた場合でも歩留まり良く生産することが可能となる。このように本発明における拡散剤は粒径範囲により作用が異なり、使用方法に合わせて選択若しくは組み合わせて用いることができる。
（フィラー）
更に、本発明において、色変換部材中に蛍光体に加えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤と中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを色変換部材中に含有させると、光散乱作用により集積型窒化物半導体発光素子の色度バラツキが改善される他、色変換部材の透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。これにより信頼性の高い集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００９５】
また、液体状のバインダーと蛍光体との混合液を塗布液とする場合、前記塗布液中に前記フィラーを添加することにより、前記液体状のバインダーの流動性を長時間一定に保つことが可能となる。これにより、前記塗布液を精度良く所望とする場所に配置させることができ歩留まりが向上される。
【００９６】
また、フィラーは蛍光体と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書において、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光体とフィラーが互いに作用し合い、バインダー中にて蛍光体を良好に分散させることができ色むらが抑制される。更に、蛍光体及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。
（画素）
本明細書において、画素とは、集積型窒化物半導体素子に電流を流した際にそれぞれの発光面から近距離にて観測される色調を示す。
実施の形態２
本実施の形態２に係る集積型窒化物半導体発光素子を図４に示す。前記集積型窒化物半導体素子は、青色の光を発光することが可能な発光層を有している。また、第１発光素子１には前記青色の光の一部を吸収して赤色に発光することが可能な赤色蛍光体７２が半導体層側に塗布され、第３発光素子３には同じく前記青色の光の一部を吸収して緑色の波長を発光することが可能な緑色蛍光体７４が塗布されている。これにより、第１の発光素子１は赤色の画素を、第２の発光素子２は青色の画素を、そして第３の発光素子３は緑色の画素を有する。
【００９７】
上記の集積型窒化物半導体素子は、同一基板上にて３原色の画素を有するので、演色性の優れた白色系発光素子が得られる。本発明で用いられる各発光素子は、同一材料からなる半導体層を有し、且つ発光層全体にほぼ均一に電流を注入されるため、前記発光層上に配置された蛍光体に均一に光を供給できる。これにより、発光ムラのない均一な画素を得ることができる。また、本発明に集積型窒化物半導体素子は、各発光素子間の距離は５０μｍ〜１５０μｍが好ましく、より好ましくは５０μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは５０μｍ〜８０μｍである。また、このような分離溝はストライプ状に形成され、一方方向に長い発光層を有するため、各画素を均一に混色することができる。
【００９８】
また、各素子において蛍光体の塗布量を調整することにより、今まで困難であった微妙な中間色を容易に得ることができる。
実施形態３：並列接続
次に、本発明に係る実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子について、図６を参照しながら説明する。
【００９９】
本実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、以下の点で実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子と異なる。
【０１００】
相違点１．
実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子において、接続電極２１及び外部接続電極２４，２６を形成することなく、素子全体を覆うように絶縁保護膜３０を形成し、発光素子１，２，３のｐパッド電極上にそれぞれ絶縁保護膜３０を貫通するスルーホール６１を形成し、発光素子１，２，３の各ｎ側オーミック電極上にそれぞれ絶縁保護膜３０を貫通するスルーホール６２を形成する。
【０１０１】
相違点２．
絶縁保護膜３０に形成されたスルーホール６１を介して、発光素子１，２，３のｐパッド電極間を互いに接続電極５１で接続する。
【０１０２】
相違点３．
絶縁保護膜３０に形成されたスルーホール６２を介して、発光素子１，２，３のｎ側オーミック電極間を互いに接続電極５２で接続する。
【０１０３】
以上の相違点１，２，３以外は、実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子と同様に構成する。
【０１０４】
すなわち、実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、実施の形態１の素子において発光素子１，２，３を並列に接続したものである。
【０１０５】
以上のように構成された実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、実施の形態１と同様、発光効率を向上させることができる。
【０１０６】
以上の実施の形態１，２，３では、発光素子が３つの場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２つの発光素子を用いて構成した物であっても良いし、３以上の発光素子で構成したものであってもよい。
【０１０７】
また、実施の形態１，２，３では、最も好ましい例として、発光層１０（ｐ層１３）の外側の長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を２２０μｍに設定した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２５０μｍ以下、好ましくは２２０μｍ以下に設定すればよい。
【０１０８】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を示す。尚、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
（基板１１）
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。この基板１１としては他にＲ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板などでもよい。
（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２）
基板をクリーニング後、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を次の構成で成長させる。
【０１０９】
基板の温度を５１０℃まで下げ、基板１１上にＧａＮよりなるバッファ層を１００Å成長させる。
【０１１０】
次にバッファ層成長後、温度を１０５０℃まで上昇させ、アンドープＧａＮ層１２１を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【０１１１】
続いて１０５０℃で、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層１２２を２．２μｍの膜厚で成長させる。
【０１１２】
続いて１０５０℃で、アンドープＧａＮ層１２３を３０００Åの膜厚で、さらにＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層１２４を３００Å、さらにアンドープＧａＮ層１２５を５０Åの膜厚で成長させる。
【０１１３】
続いて同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０Å、温度を８００℃にして、続いてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第２の層を２０Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第１＋第２＋の順で交互に１０層ずつ積層させ、最後に第１の層を積層させた、ｎ型多層膜層１２６を成長させる。
（発光層１０）
次にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を成長後、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・の順で障壁層を６層と、井戸層５層を交互に積層して、総膜厚１３５０Åの多重量子井戸よりなる発光層１０を積層させる。
（ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３）
発光層１０成長後、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体１３を次の構成で成長させる。
【０１１４】
次に１０５０℃で、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第３の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる第４の層を２５Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０１１５】
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２７００Åの膜厚で成長させる。
【０１１６】
反応終了後、温度を室温まで下げ、窒素雰囲気中で７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【０１１７】
以上のようにして窒化ガリウム系化合物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、分離溝を形成する部分を除きウエハ全体にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、サファイア基板に到達するまでエッチングを行うことにより分離溝を形成する。
【０１１８】
さらに分離溝の形成に用いたＳｉＯ２マスクを剥離し、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を露出するために、露出させる部分を除くｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３の上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、エッチングを行い、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ＳｉドープＧａＮ層１２２）の表面を露出させる。
【０１１９】
次にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３のほぼ全面を開口させ、他の部分を覆うようにレジスト塗布し、開口させたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にＮｉを１００Å、Ｐｔを５００Å積層後、アニールしてｐ側オーミック電極１５を形成する。さらにｐ側オーミック電極の一部にＰｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åからなるｐ側パッド電極１６を形成する。
【０１２０】
次にレジストを除去し、今度はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にＷを２００Å、Ａｌを１０００Å、Ｗを５００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åの順で積層したｎ側オーミック電極１４を形成する。
【０１２１】
次に全面にＳｉＯ２よりなる絶縁保護膜１７を１．５μｍの膜厚で形成し、ｐ側パッド電極とｎ側オーミック電極の一部をＲＩＥにより露出させる。
【０１２２】
さらに表面に接続電極を形成する部分を開口させるようにマスク形成して分離溝を挟むｐ側パッド電極とｎ側オーミック電極とを電気的に接続する接続電極として、Ｔｉを４００Å、Ｐｔを６０００Å、Ａｕを１０００Å、Ｎｉを６０Åの膜厚で形成する。
【０１２３】
最後にＳｉＯ２からなる絶縁保護膜３０を１．５μｍの膜厚で形成し、外部と電気的に接続できるように接続電極２４、２６上の絶縁保護膜３０をＲＩＥでエッチングすることにより除去して集積型窒化物半導体素子を完成させる。
（蛍光体塗布）
次に、前記ｐ側オーミック電極の露出している部分に、（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光体７１を結着剤にて固着させる。
【０１２４】
このようにして作製された複数の素子領域を有するサファイア基板（ウエハ）を、スクライビング及びダイシングし、１０００μｍ×１０００μｍの第１発光素子、第２発光素子、及び第３発光素子からなる３つの窒化物半導体素子が直列に接続された図１の素子を作製する。
【０１２５】
このような構成を有する集積型窒化物半導体素子は、動作電圧が１０．５Ｖ、従来の３００μｍ×３００μｍ（動作電圧３．５Ｖ）と同等の発光効率を示す。また、各素子の発光面においてほぼ均一な発光が得られる。これにより大面積にて高輝度で且つ均一な白色光が得られる。また、この素子は、動作電圧が１０．５Ｖであるために、抵抗等の制御装置を介することでバッテリー電源（１２Ｖ）での使用が可能になる。
［実施例２］
実施例１において、第１発光素子１の上面及び端面に、前記青色発光素子からの光を吸収して赤色光を発光することが可能な赤色蛍光体７２を結着剤にて固着させ、同様にして、第３発光素子３の上面及び端面に、前記青色発光素子からの光を吸収して緑色光を発光することが可能な緑色蛍光体７４を結着剤にて固着させる以外は実施例１と同様に構成すると、実施例１と同様の効果が得られ且つ演色性に優れた白色光が得られる。
［実施例３］
実施例２において、
（１）青色発光が可能な発光素子に代えて、紫外領域が発光可能な発光素子チップを用いる。
（２）蛍光体として、紫外領域の光を吸収して発光することが可能な、赤色蛍光体７２、青色蛍光体７３、及び緑色蛍光体７４を発光することが可能な３種の蛍光体を、それぞれ第１発光素子１、第２発光素子２、及び第３発光素子３の半導体層側に固着させる。
【０１２６】
以外は、実施例１と同様に構成すると、実施例１と同様の効果が得られる。また、本実施例は、蛍光体が発光する光のみにより発光色が得られるため、混色性に優れ色バラツキの少ない白色光が得られる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔を２５０μｍ以下に設定しているので、各発光素子の発光層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。これにより、発光面に配置される蛍光体全体に均一に光を供給することができ、各発光素子における発光効率を良好にできる。
【０１２８】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子においては、均一発光及び発光効率を劣化させることなく、各発光素子を一方向（長手方向）に十分長くすることができるので、発光面積を大きくできかつ発光効率を高くできるので、大面積でかつ発光効率の良い窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の模式的平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’線についての模式的断面図である。
【図３】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の積層構造を示す断面図である。
【図４】 本発明に係る実施例２の集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図５】 本発明に係る実施例３集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図６】 本発明に係る実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【符号の説明】
１，２，３…発光素子、
１０…発光層、
１１…サファイア基板、
１２…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、
１３…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、
１４…ｎ側オーミック電極、
１５…ｐ側オーミック電極、
１６…ｐパッド電極、
１７…絶縁保護膜、
７１，７２，７３，７４…蛍光体
２１，５１，５２…接続電極、
２４，２６…外部接続電極、
３０…絶縁保護膜、
６１，６２…スルーホール、
４１…分離溝、
１２１…アンドープＧａＮ層、
１２２…ＳｉドープＧａＮ層、
１２３…アンドープＧａＮ層、
１２４…ＳｉドープＧａＮ層、
１２５…アンドープＧａＮ層、
１２６…多層膜層。
【発明の属する技術分野】
本発明は大面積の色変換型窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子を用いて、白色発光光源が開発され、使用されるようになってきている。
【０００３】
例えば、それぞれ赤色、緑色、青色の光が発光可能な３種類の発光ダイオードを載置し、これらの混色により白色光を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの発光素子がそれぞれ異なる材料を用いて形成されている場合、各発光素子の駆動電力等が異なり個々に所定の電圧を印可する必要があり、駆動回路が複雑になる。また、発光素子が半導体発光素子であるため、個々に温度特性や経時変化が異なり、色調が使用環境によって変化する。更には、各発光素子によって発生される光を均一に混色させることが極めて困難であり、色むらを生ずる場合がある。また、各素子の配置精度の違いにより指向特性が変化したり、色むらを抑制するために互いの素子を近接に配置させるにも限界があり、良好な光学特性が得られにくかった。
【０００５】
そこで近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子チップと蛍光体とを組み合わせた、白色光の発光が可能な発光光源（白色発光ダイオード）が開発され使用されている。この白色発光ダイオードは、例えば、青色光を発光する発光素子チップと、前記青色光の一部を吸収し波長変換することが可能な蛍光体とを組み合わせ、前記青色光と蛍光体により波長変換された光との混色により、白色の光を発光させるものである。
【０００６】
しかしながら、照明用発光素子が求められている現在において、前記のような白色発光ダイオードは発光面積が小さく、更に広い発光面積を有する発光素子が求められている。
【０００７】
そこで本発明は、上記の問題を解決し、大面積で均一に発光し、且つ混色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、同一基板上に複数の発光素子が並置されており、前記複数の発光素子はそれぞれ同一の材料からなる半導体層を有し、前記半導体層は、前記同一基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝によって分離されてなる長方形のｎ層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ層とにより構成されてなる集積型窒化物半導体発光素子であって、前記ｎ層の一方の長辺と２つの短辺は、それぞれ前記発光層及び前記ｐ層の一方の長辺と２つの短辺と近接しており、前記ｎ層の他方の長辺と前記ｐ層の他方の長辺との間のｎ層上に前記ｐ層の長辺と実質的に同一の長さを有するｎ側オーミック電極を、前記ｐ層上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を、前記ｐ側オーミック電極上にｐパッド電極をそれぞれ備え、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔が２５０μｍ以下であり、前記発光層は青色の光を発光し、前記発光素子は、基板上に３個設けられ、半導体層側の上面に、前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して赤色に発光することが可能な赤色の蛍光体が設けられた第１の発光素子と、半導体層側の上面に前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して緑色に発光することが可能な緑色蛍光体が設けられた第２の発光素子と、発光層で発光した波長の光が取り出される該第３の発光素子とを有し、前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との間に前記第３の発光素子が配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記複数の発光素子は、前記ｐパッド電極上と前記ｎ側オーミック電極上にスルーホールを有する絶縁性保護膜によって覆われており、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｎ側オーミック電極間が第１接続電極によって接続され、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｐパッド電極間が第２接続電極によって接続されることを特徴とする。
【０００９】
以上のように構成された本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、信頼性に優れ、且つ大面積において高輝度且つ均一に発光することが可能である。本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子においては、発光の均一性及び発光効率を劣化させることなく、各発光素子を一方向（長手方向）に十分長くすることができるので、発光面積を大きくでき且つ発光効率を高くできる。
【００１０】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子では、各発光素子においてより均一な発光を可能にし且つより発光効率を高くするために、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔を２２０μｍ以下に設定することがさらに好ましい。
【００１１】
請求項２に記載の集積型窒化物半導体素子は、同一基板上に発光素子が３個一組で配置されており、前記１組から異なる３色の画素が得られることを特徴とする。
【００１２】
これにより、演色性に優れた発光素子が得られる。また、それぞれの発光素子に配置される蛍光体の種類及び量を調整することにより、あらゆる中間色の光を容易に得ることができる。
【００１３】
更に、本発明の集積型窒化物半導体発光素子において、１つの発光素子のｐ層の一方の長辺と、隣り合う他の発光素子のｐ層の他方の長辺との間隔は５０μｍ〜１５０μｍであり、より好ましくは５０μｍ〜１００μｍである。このように本発明の集積型窒化物半導体発光素子は、異なる光を発光する素子をアレイ状に配置させた場合に比べ、各発光素子の発光面はそれぞれ飛躍的に近接している。また、前記各発光素子の配置精度は等しいので、良好な指向特性及び混色性が得られる。
【００１４】
また、前記各発光素子の画素を、それぞれ赤色、青色、緑色とすると、これら３原色の光混合により、演色性に優れた白色光が得られる。
【００１５】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子において、前記発光層を青色の光を発光するように構成すると、蛍光体の種類や量を調整するだけで、所望とする様々な中間色を容易に得ることができる。
【００１６】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子において、前記発光層を紫外領域の光を発光するように構成すると、蛍光体の発光のみが観測されるため、色むらを防止することができる。
【００１７】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記複数個の発光素子を直列に接続するように構成してもよい。このように構成することにより、前記素子端面から発光された光は、直列に接続するために形成された接続電極にて反射され、上面方向に取り出される。これにより、高い信頼性を有しつつ各画素間を最小限にすることができ、各画素が異なる色を発光する場合、混色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００１８】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子では、前記複数の発光素子を並列に接続するように構成してもよい。このように構成すると、蛍光体を各素子のｐ層端面からｎ層端面にかけて配置させることができ好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明者は、集積型窒化物半導体素子に色変換層を設けた際に生じる色むらは、個々の素子間の色バラツキが原因と考え、これを解決するため単に１つの素子の発光面積を大きくしたところ、以下のような問題が生じた。
【００２０】
窒化物半導体発光素子は、通常、サファイア基板の上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体発光層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層が順次積層され、ｐ側の層及び発光層の一部を除去して露出させたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にｐ側オーミック電極が形成されて構成される。
【００２１】
ここで、特に窒化物半導体発光素子では、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗が比較的高いために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層のほぼ全面にｐ側のオーミック電極を形成することにより発光層全体に電流が注入されるように構成している。また、窒化物半導体発光素子では、上述のようにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上の一部にｎ側の電極を形成する必要がある。このため、発光層全体に電流が注入されるようにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の１つの隅部にｎ側のオーミック電極を形成し、その１つの隅部と対角を成すｐ側オーミック電極の他の隅部にｐ側のパッド電極を形成している。
【００２２】
すなわち、窒化物半導体発光素子では、絶縁性のサファイア基板を用いて構成されていること、及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の抵抗値が比較的大きいという、例えば、ＧａＡｓ系等の他の発光素子とは異なる事情があるために、ｐ側オーミック電極をｐ型窒化ガリウム系半導体層のほぼ全面に設けかつｎ側のオーミック電極とｐ側のパッド電極とが対角を成す位置に形成されるという独特の構成により、発光層全体に電流が注入されるようにしている。
【００２３】
しかしながら、上述の構成（電極構成）は、１つの発光素子チップが、例えば、３００μｍ×３００μｍ以下の大きさである場合には発光層にほぼ均一に電流を注入することができるが、３００μｍ×３００μｍを越える大きさになると発光層に注入される電流が不均一になるという問題点が明らかになった。このため、上記構成を相似形で大きくすることによって大面積の発光素子を構成し、前記大面積の発光素子と蛍光体とを組み合わせて白色発光ダイオードを形成しても、均一な発光は得られなかった。
【００２４】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、大面積且つ均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【００２５】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子について説明する。
【００２６】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子は、図１に示すように、例えば、１０００μｍ×１０００μｍのサファイア基板１１上に長方形である第１発光素子１，第２発光素子２，及び第３発光素子３を互いに平行に配置し且つ各発光素子の幅をある一定の値以下に設定されている。これにより、各素子の発光層に均一に電流が流れる。このような発光素子の半導体層側に蛍光体を配置させることにより、全体としての発光効率を向上させ大面積にて均一に発光することが可能な色変換型発光素子が得られる。
【００２７】
これらの構成部材について、以下に詳述する。
実施の形態１
(発光素子１，２，３)
本実施の形態の集積型窒化物半導体発光素子１００は、１つの同一基板上に第１発光素子１、第２発光素子２、及び第３発光素子３が並置されてなる。これらの発光素子は同一材料からなる半導体層を有し、種々の蛍光体物質を効率よく励起できる比較的バンドエネルギーが高い半導体発光素子が好適に挙げられる。このような半導体素子としては、ＭＯＣＶＤ法等により形成された窒化物系化合物半導体が用いられる。窒化物系半導体はＩｎnＡｌmＧａ1-n-mＮ（但し０≦ｎ、０≦ｍ、ｎ＋ｍ≦ｎ）を発光層として有する。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体発光層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多量子井戸構造とすることもできる。
【００２８】
本発明の集積型半導体発光素子おいて、白色系を発光させる場合は、蛍光体との補色関係や樹脂の劣化等を考慮して発光素子の主発光ピークは４００ｎｍ以上５３０以下が好ましく、より好ましくは４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下である。発光素子と蛍光体との効率をそれぞれ向上させるためには４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下に主発光ピークを有する発光素子を用いることが更に好ましい。
【００２９】
一方、比較的紫外線に強い樹脂やガラス等を使用し、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いることもできる。
【００３０】
また、本発明の集積型窒化物半導体素子の構成は、窒化ガリウム系化合物半導体の特有の構成において、次のような知見に基づいて改善されたものである。
【００３１】
すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子は、上記したように従来の技術において、ｎ層上の一部にｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極に近接してｎ層上に発光層を介してｐ層を形成し、さらにそのｐ層の上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を形成するという独特の構造を有する。
【００３２】
このような独特の構成においては、ｎ側オーミック電極から２５０μｍ以内の距離にある発光層に注入される電流はほぼ一定であるが、２５０μｍ以上離れると急激に減少するわかった。実際には２２０μｍより離れると発光層に注入される電流は徐徐に減少しはじめるが、２５０μｍまでは電流値は実質的に一定とみなすことができる。
【００３３】
また、この現象（発光層が２５０μｍ以上離れると注入される電流が急激に減少するという現象）は、ｎ層の抵抗値に起因して生じると考えられるが、通常、用いられるｎ層の抵抗値の範囲においては、変わらないことが確認されている。
【００３４】
上述の知見から次のことが言える。
【００３５】
ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上に、一方向に長い長方形の発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成し発光面積を拡大した場合であっても、ｎ側オーミック電極からの距離を２５０μｍ以内とすれば、発光層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。
【００３６】
具体的には、長方形の発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の１つの長辺に沿って発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層と同じ長さのｎ側オーミック電極を形成し、そのｎ側オーミック電極と発光層及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の他の長辺との間の距離を２５０μｍ以下、より好ましくは２２０μｍ以下にすれば、発光層にほぼ均一に電流を注入することができる。
【００３７】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子は、上述の考えに基いて構成されたものである。
【００３８】
詳細に説明すると、実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の発光素子１，２，３において、各半導体層及び電極はそれぞれ以下のように形成される。
【００３９】
（１）ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、例えば、サファイアからなる基板１１上のほぼ全面に成長されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝４１により分離されて、平面形状が長方形になるように形成される。
【００４０】
ここで、本実施の形態１において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ｎ層１２）は、好ましくは、図３に示すように、サファイア基板１１上に形成された膜厚１．５μｍのアンドープＧａＮ層１２１、膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層１２２、膜厚３０００ÅのアンドープＧａＮ層１２３、膜厚３００ÅのＳｉドープＧａＮ層１２４、膜厚５０ÅのアンドープＧａＮ層１２５、多層膜層１２６の積層構造とする。このようにｎ層１２を上記積層構造とすることにより、順方向電圧Ｖｆを低くできかつ発光効率を良くできる。尚、多層膜層１２６は、好ましくは、アンドープＧａＮよりなり膜厚４０Åの第１の層と、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなり膜厚２０Åの第２の層を交互にそれぞれ１０層になるように積層することにより構成する。
【００４１】
また、本実施の形態１の積層構造のｎ層１２全体としての抵抗率は、実質的には膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層１２２により決まり、本実施の形態１においてはこの層１２２の抵抗率を５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲でかつ膜厚が２．０μｍ以上に設定することが好ましく、このようにすると発光層１０全体により均一に電流を注入することができ、より均一な発光が得られる。
【００４２】
尚、ＧａＮ層において、３×１０１８〜６×１０１８ｃｍ−３の範囲でＳｉをドープすることにより、抵抗率が５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲のＳｉドープＧａＮ膜を構成できる。
【００４３】
（２）発光層１０は、ｎ層１２とほぼ同一の長さとｎ層１２より狭い幅を有する長方形であって、その１つの長辺がｎ層１２の１つの長辺に実質的に一致するようにｎ層１２上に形成される。このように形成することにより、ｎ層１２上に発光層１０に沿ってｎ側オーミック電極を形成するための領域が確保される。
【００４４】
ここで、本実施の形態１では、発光層１０の幅は、ｎ側オーミック電極から離れた側に位置する長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が２２０μｍになるように設定した。
【００４５】
また、本実施の形態１において、発光層１０はＧａＮの一部をＩｎで置き換えたＩｎｘＧａ１−ｘＮ層により構成することができる。また、発光層１０は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層を少なくとも１層含むように構成することもできる。このようにすると、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層におけるＩｎの含有量を変化させることにより発光波長を変えることができる。
【００４６】
（３）ｎ側オーミック電極１４（14）は、発光層１０とほぼ同一の長さを有し、ｎ層１２上に、発光層１０に沿ってかつ発光層１０と近接して形成される。更にこのｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間の間隔は、製造上の制約により１０〜２０μｍに設定されるが、本発明においては間隔を１０μｍ以下にすることが好ましく、このようにすると、均一に電流を注入することができる幅を大きくすることができる。
【００４７】
すなわち、ｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間隔を２０μｍにすると、均一に電流を注入することができる発光層の幅は最大で２００μｍであるが、ｎ側オーミック電極１４と発光層１０との間隔を５μｍにすると、均一に電流を注入することができる発光層の幅は最大で２１５μｍにできる。
【００４８】
また、ｎ側オーミック電極１４（14）は、ｎ層１２とのオーミック接触を良好にするために、ＷとＡｌを含む層とすることが好ましく、さらに好ましくは、Ｗ層（２００Å）、Ａｌ層（１０００Å）、Ｗ層（５００Å）、Ｐｔ層（３０００Å）、Ｎｉ層（６０Å）を順次積層することにより形成する。
【００４９】
（４）ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、発光層１０と同一平面形状を有し発光層１０上に重ねて形成される。
【００５０】
実際には、発光層１０及びｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は、ｎ層１２上に発光層１０及びｐ層１３を重ねて形成した後、ｎ側オーミック電極１４を形成するｎ層１２表面を露出させるために一括してエッチングすることにより形成する。
【００５１】
尚、本実施の形態１では、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３は１５００Åの厚さに形成した。
【００５２】
（５）ｐ側オーミック電極１５は、ｐ型窒化ガリウム系半導体層１３上のほぼ全面に形成され、ｐ層１３と良好なオーミック接触を得るために、Ｎｉ層とＰｔ層とを積層することにより構成することが好ましく、より好ましくは、Ｎｉ層１００ÅとＰｔ層５００Åを積層することにより構成する。
【００５３】
（６）そして、ｐパッド電極１６は、例えば、膜厚３０００ÅのＰｔからなり、ｐ側オーミック電極１５上において、ｎ側オーミック電極１４とは離れた側に位置するｐ側オーミック電極１５の長辺に沿って形成される。
【００５４】
このようにして構成された発光素子において、各電極間の距離はいずれの場所においても一定であるので、発光層１０全体に電子を均一に供給することができ、１つの発光層上において、配置される蛍光体の光吸収率を全ての粒子においてほぼ等しくすることができる。また、半導体層側において発光する箇所を１カ所とし且つほぼ長方形とすることができる。これにより、１つの基板上において各素子から得られる画素の混色性が良好となり、色むらの少ない集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
（直列接続）
本実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子において、上述のように構成された発光素子１，２，３は、絶縁保護膜１７により素子間が分離され、接続電極２１により以下のように接続される。
【００５５】
絶縁保護膜１７は、各発光素子のｐパッド電極１６上及びｎ側オーミック電極１４上を除いて素子全体を覆うように形成される。
【００５６】
接続電極２１は、発光素子１のｎ側オーミック電極１４上、分離溝４１に形成された絶縁膜１７上及び第２発光素子２のｐ側オーミック電極１６上に連続して形成され、これにより、第１発光素子１のｎ側オーミック電極１４と第２発光素子２のｐ側オーミック電極１６が接続される。
【００５７】
また、接続電極２１は、第２発光素子２と第３発光素子３との間においても同様に形成され、これにより、第２発光素子２のｎ側オーミック電極１４と第３発光素子３のｐ側オーミック電極１６が接続される。接続電極２１は、Ｐｔ又はＡｕ等、種々の金属で構成することができるが、ｐ及びｎパッド電極との密着性を良好にするために、Ｔｉ（例えば、４００Å）、Ｐｔ（例えば、６０００Å）、Ａｕ（例えば、１０００Å）、Ｎｉ（例えば、６０Å）を順に積層した構造とすることが好ましい。
【００５８】
尚、本実施の形態１ではさらに、発光素子１のｐパッド電極１６上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２６が形成され、発光素子３のｎパッド電極１４上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続用電極２４が形成される。
【００５９】
以上のように構成された実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の各発光素子１，２，３は、長方形の発光層１０を有し、発光層１０の一方の長辺に沿って近接するようにｎ側オーミック電極が形成され、発光層１０の他方の長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を２２０μｍに設定されているので、発光層１０の上面に配置された蛍光体全体に略均一に光を供給することができる。
【００６０】
このように構成したことにより、本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子は、各発光素子１，２，３の発光層１０全体に渡って均一に発光させることができるので、各発光素子における発光効率を高くすることができ、全体としての発光効率をよくできる。
【００６１】
また、本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子においては、一方向のみに互いに平行な分離溝４１を形成することにより各素子を分離しているので、格子状に溝を形成して各素子を分離した従来例に比較して、基板１１全体の面積に対する分離溝４１の占める面積の割合を少なくすることができる。
【００６２】
これにより、集積型窒化物半導体素子の全体の面積に対する発光層１０が占める面積（発光素子１，２，３の発光層１０を合計した面積）の割合を増加させることができ、発光効率及び発光の均一性を向上させることができる。
【００６３】
また、各素子の端面を接続電極２１にて被覆するため、前記端面から発光される光は前記接続電極にて反射され発光面側から取り出される。これにより、素子端面での光吸収が抑制され素子の信頼性が向上されると共に、発光素子からの光を効率よく蛍光体にて色変換することができる。
【００６４】
また、素子の静電耐圧特性を良くするために、ＳｉドープＧａＮ層１２２を４．２μｍになるように形成し、かつｐ層１３を３５００Åの厚さとしてもよい。
（蛍光体７１，７２，７３，７４）
本発明の集積型窒化物半導体発光素子は、上記のように構成された複数個の発光素子の少なくとも一部に、前記発光素子の発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して他の波長の光を発光することが可能な蛍光体を有する。前記蛍光体の種類及び塗布箇所を調整するだけで所望とする色調を容易に設定できる。また、各発光面は大面積であり且つ近接しているため、各発光面同士の光の混色性が向上され、均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体素子が得られる。
【００６５】
本実施の形態１の集積型窒化物半導体素子は、青色の光を発光することが可能な発光層を有し、前記発光層の上面に、前記発光層から発光される光を励起させて発光できるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体をベースとした蛍光体が塗布されている。
【００６６】
具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光体の粒子を揃えることができる。
【００６７】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【００６８】
更に詳しくは、一般式（ＹzＧｄ1-z）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ1-aＳｍa）3Ｒｅ’5Ｏ12：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
【００６９】
この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００７０】
またフォトルミネセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。
【００７１】
しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側にシフトする。また、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側にシフトする。
【００７２】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能となり、演色性に優れた集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７３】
このようなフォトルミネセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００７４】
本願発明の発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。
【００７５】
また、本発明で用いられる蛍光体の粒径は１０μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍである。これにより、光の隠蔽を抑制し集積型窒化物半導体発光素子の輝度を向上させることができる。また上記の粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。このように、光学的に優れた特徴を有する大粒径蛍光体を含有させることにより、発光素子の主波長周辺の光をも良好に変換し発光することができ、集積型窒化物半導体発光素子の量産性が向上される。
【００７６】
これに対し、１５μｍより小さい粒径を有する蛍光体は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降する傾向にあり、光の透過効率を減少させてしまう。
【００７７】
ここで本発明において、粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値である。前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に各物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。この体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値を中心粒径と定義すると、本発明で用いられる蛍光体の中心粒径は１５μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。また、この中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いると色むらを抑制することができ良好な色調を有する集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７８】
一方、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子と、このような短波長の光により可視光を発光することが可能な赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光体とを組み合わせることにより、均一に発光することが可能な集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００７９】
具体的には、赤色蛍光体としてＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３を比較的紫外線に強い樹脂やガラスに含有させ、短波長発光の発光素子の表面に色変換薄膜層として塗布することにより、白色光を得ることができる。
【００８０】
前記蛍光体の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。これらの蛍光体を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光ダイオードを得ることができる。
【００８１】
前記色変換薄膜層が、２種類以上の蛍光体を混合したものにより構成される場合、各種の蛍光体の中心粒径及び形状は類似していることが好ましい。これにより、各種蛍光体から発光される光の混色性が向上され、色むらを抑制することができる。
【００８２】
また、１種類の蛍光体を有する単層を多重にして配置させてもよい。３原色を得る場合、各蛍光体の紫外光透過率を考慮して、素子上に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、及び青色蛍光体層と順に積層させると、全ての層に紫外光を好ましく吸収させることができ好ましい。更に、このような色変換多重層は、下層から上層にかけて各層中に含有された蛍光体の粒径が小さくなるように積層されていることが好ましい。これにより、最上層まで良好に紫外光を透過させることができると共に、前記色変換多重層中にて紫外光をもれなく吸収させることができ好ましい。そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライアングル状となるように各色変換層を素子上に配置させることもできる。
【００８３】
本発明において、前記蛍光体は、少なくとも前記各発光素子の露出しているｐ側オーミック電極上に塗布されていればよいが、各発光素子の側面に渡って前記蛍光体を塗布すると、前記側面から発光される光を効率良く色変換することができ、色むらが抑制される。また、紫外発光素子を用いる場合、素子の周囲を全て覆うように色変換薄膜層を配置させることが好ましく、これにより紫外光が外部に放出されるのを抑制することできる。
【００８４】
また、透光性基板の一方の主面に前記発光素子を設け、前記発光素子をフリップ実装して前記透光性基板側から光を取り出す場合、前記透光性基板の他方の主面上に蛍光体を塗布することにより、大面積で発光することが可能な色変換型発光素子が得られる。
【００８５】
本発明において、蛍光体の塗布方法は特に限定されず、直接蛍光体のみを真空蒸着やＣＶＤ法等により塗布しても良いし、また、バインダーとともに蛍光体を付着させても良い。前記バインダーの材質は特に限定されず、有機物及び無機物のいずれをも用いることができる。
【００８６】
バインダーとして有機物を使用する場合、具体的材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐光性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。
【００８７】
また、バインダーに無機物を用いると、大電流を投下しても信頼性を維持できる集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００８８】
具体的塗布方法として、沈降法やゾル−ゲル法等が挙げられる。例えば、蛍光体、シラノール（Ｓｉ（ＯＥｔ）３ＯＨ）、及びエタノールを混合してスラリーを形成し、該スラリーをノズルから前記集積型窒化物半導体層のｐ側オーミック電極側に吐出させ、加熱エアを吹き付けて乾燥させる。これによりシラノールはゾル化されＳｉＯ２となり、前記蛍光体を固着させることができる。
【００８９】
また、無機物である結着剤をバインダーとして用いることもできる。結着剤とは、いわゆる低融点ガラスであり、微細な粒子で且つ紫外から可視領域のふく射線に対して吸収が少なくバインダー中にて極めて安定であることが好ましく、沈殿法により得られた細かい粒子であるアルカリ土類のほう酸塩が適している。また、大きい粒径を有する蛍光体を付着させる場合、融点が高くても粒子が超微粉体である結着剤、例えば、デグサ製のシリカ、アルミナ、あるいは沈殿法で得られる細かい粒度のアルカリ土類金属のピロりん酸塩、正りん酸塩などを使用することが好ましい。
【００９０】
これらの結着剤は、単独、若しくは互いに混合して用いることができる。
【００９１】
ここで、前記結着剤の塗布方法について述べる。結着剤は、ビヒクル中に湿式粉砕しスラリー状にして用いると、結着効果を十分に高めることができ好ましい。前記ビヒクルとは、有機溶媒あるいは脱イオン水に少量の粘結剤を溶解して得られる高粘度溶液である。例えば、有機溶媒である酢酸ブチルに対して粘結剤であるニトロセルロースを１ｗｔ％含有させることにより、有機系ビヒクルが得られる。
【００９２】
このようにして得られた結着剤スラリーに蛍光体を含有させて塗布液を作製する。前記塗布液中の蛍光体量に対して、前記スラリー中の結着剤の総量は１〜３％ｗｔ程度が好ましく、これにより前記蛍光体を良好に固着させることができ且つ光束維持率を保つことができる。結着剤の添加量が多すぎると光束維持率が低下する傾向にあるため、結着剤の使用量は最小限の使用にとどめることが好ましい。
【００９３】
前記塗布液を半導体層上に塗布後、温風あるいは熱風を吹き込み乾燥させる。これにより前記窓部の表面に蛍光体層が前記結着剤にて付着される。
（拡散剤）
更に、本発明において、上記の色変換部材中に蛍光体に加えて拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。これによって良好な指向特性を有する集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００９４】
ここで本明細書において、拡散剤とは、中心粒径が１ｎｍ以上５μｍ未満のものをいう。１μｍ以上５μｍ未満の拡散剤は、発光素子及び蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることにより生じやすい色むらを抑制することができ好ましい。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い集積型窒化物半導体発光素子が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散剤は、発光素子からの光波長に対する干渉効果が低い反面、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。これにより、ポッティング等により色変換部材を配置させる場合、シリンジ内において樹脂中の蛍光体をほぼ均一に分散させその状態を維持することが可能となり、比較的取り扱いが困難である粒径の大きい蛍光体を用いた場合でも歩留まり良く生産することが可能となる。このように本発明における拡散剤は粒径範囲により作用が異なり、使用方法に合わせて選択若しくは組み合わせて用いることができる。
（フィラー）
更に、本発明において、色変換部材中に蛍光体に加えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤と中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを色変換部材中に含有させると、光散乱作用により集積型窒化物半導体発光素子の色度バラツキが改善される他、色変換部材の透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。これにより信頼性の高い集積型窒化物半導体発光素子が得られる。
【００９５】
また、液体状のバインダーと蛍光体との混合液を塗布液とする場合、前記塗布液中に前記フィラーを添加することにより、前記液体状のバインダーの流動性を長時間一定に保つことが可能となる。これにより、前記塗布液を精度良く所望とする場所に配置させることができ歩留まりが向上される。
【００９６】
また、フィラーは蛍光体と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書において、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光体とフィラーが互いに作用し合い、バインダー中にて蛍光体を良好に分散させることができ色むらが抑制される。更に、蛍光体及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。
（画素）
本明細書において、画素とは、集積型窒化物半導体素子に電流を流した際にそれぞれの発光面から近距離にて観測される色調を示す。
実施の形態２
本実施の形態２に係る集積型窒化物半導体発光素子を図４に示す。前記集積型窒化物半導体素子は、青色の光を発光することが可能な発光層を有している。また、第１発光素子１には前記青色の光の一部を吸収して赤色に発光することが可能な赤色蛍光体７２が半導体層側に塗布され、第３発光素子３には同じく前記青色の光の一部を吸収して緑色の波長を発光することが可能な緑色蛍光体７４が塗布されている。これにより、第１の発光素子１は赤色の画素を、第２の発光素子２は青色の画素を、そして第３の発光素子３は緑色の画素を有する。
【００９７】
上記の集積型窒化物半導体素子は、同一基板上にて３原色の画素を有するので、演色性の優れた白色系発光素子が得られる。本発明で用いられる各発光素子は、同一材料からなる半導体層を有し、且つ発光層全体にほぼ均一に電流を注入されるため、前記発光層上に配置された蛍光体に均一に光を供給できる。これにより、発光ムラのない均一な画素を得ることができる。また、本発明に集積型窒化物半導体素子は、各発光素子間の距離は５０μｍ〜１５０μｍが好ましく、より好ましくは５０μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは５０μｍ〜８０μｍである。また、このような分離溝はストライプ状に形成され、一方方向に長い発光層を有するため、各画素を均一に混色することができる。
【００９８】
また、各素子において蛍光体の塗布量を調整することにより、今まで困難であった微妙な中間色を容易に得ることができる。
実施形態３：並列接続
次に、本発明に係る実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子について、図６を参照しながら説明する。
【００９９】
本実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、以下の点で実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子と異なる。
【０１００】
相違点１．
実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子において、接続電極２１及び外部接続電極２４，２６を形成することなく、素子全体を覆うように絶縁保護膜３０を形成し、発光素子１，２，３のｐパッド電極上にそれぞれ絶縁保護膜３０を貫通するスルーホール６１を形成し、発光素子１，２，３の各ｎ側オーミック電極上にそれぞれ絶縁保護膜３０を貫通するスルーホール６２を形成する。
【０１０１】
相違点２．
絶縁保護膜３０に形成されたスルーホール６１を介して、発光素子１，２，３のｐパッド電極間を互いに接続電極５１で接続する。
【０１０２】
相違点３．
絶縁保護膜３０に形成されたスルーホール６２を介して、発光素子１，２，３のｎ側オーミック電極間を互いに接続電極５２で接続する。
【０１０３】
以上の相違点１，２，３以外は、実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子と同様に構成する。
【０１０４】
すなわち、実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、実施の形態１の素子において発光素子１，２，３を並列に接続したものである。
【０１０５】
以上のように構成された実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子は、実施の形態１と同様、発光効率を向上させることができる。
【０１０６】
以上の実施の形態１，２，３では、発光素子が３つの場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２つの発光素子を用いて構成した物であっても良いし、３以上の発光素子で構成したものであってもよい。
【０１０７】
また、実施の形態１，２，３では、最も好ましい例として、発光層１０（ｐ層１３）の外側の長辺とｎ側オーミック電極との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を２２０μｍに設定した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２５０μｍ以下、好ましくは２２０μｍ以下に設定すればよい。
【０１０８】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例を示す。尚、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
（基板１１）
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。この基板１１としては他にＲ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板などでもよい。
（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２）
基板をクリーニング後、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を次の構成で成長させる。
【０１０９】
基板の温度を５１０℃まで下げ、基板１１上にＧａＮよりなるバッファ層を１００Å成長させる。
【０１１０】
次にバッファ層成長後、温度を１０５０℃まで上昇させ、アンドープＧａＮ層１２１を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【０１１１】
続いて１０５０℃で、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層１２２を２．２μｍの膜厚で成長させる。
【０１１２】
続いて１０５０℃で、アンドープＧａＮ層１２３を３０００Åの膜厚で、さらにＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層１２４を３００Å、さらにアンドープＧａＮ層１２５を５０Åの膜厚で成長させる。
【０１１３】
続いて同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０Å、温度を８００℃にして、続いてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第２の層を２０Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第１＋第２＋の順で交互に１０層ずつ積層させ、最後に第１の層を積層させた、ｎ型多層膜層１２６を成長させる。
（発光層１０）
次にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を成長後、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸・・・・の順で障壁層を６層と、井戸層５層を交互に積層して、総膜厚１３５０Åの多重量子井戸よりなる発光層１０を積層させる。
（ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３）
発光層１０成長後、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体１３を次の構成で成長させる。
【０１１４】
次に１０５０℃で、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第３の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる第４の層を２５Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０１１５】
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２７００Åの膜厚で成長させる。
【０１１６】
反応終了後、温度を室温まで下げ、窒素雰囲気中で７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【０１１７】
以上のようにして窒化ガリウム系化合物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、分離溝を形成する部分を除きウエハ全体にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、サファイア基板に到達するまでエッチングを行うことにより分離溝を形成する。
【０１１８】
さらに分離溝の形成に用いたＳｉＯ２マスクを剥離し、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２を露出するために、露出させる部分を除くｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３の上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、エッチングを行い、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１２（ＳｉドープＧａＮ層１２２）の表面を露出させる。
【０１１９】
次にｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１３のほぼ全面を開口させ、他の部分を覆うようにレジスト塗布し、開口させたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にＮｉを１００Å、Ｐｔを５００Å積層後、アニールしてｐ側オーミック電極１５を形成する。さらにｐ側オーミック電極の一部にＰｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åからなるｐ側パッド電極１６を形成する。
【０１２０】
次にレジストを除去し、今度はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層上にＷを２００Å、Ａｌを１０００Å、Ｗを５００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åの順で積層したｎ側オーミック電極１４を形成する。
【０１２１】
次に全面にＳｉＯ２よりなる絶縁保護膜１７を１．５μｍの膜厚で形成し、ｐ側パッド電極とｎ側オーミック電極の一部をＲＩＥにより露出させる。
【０１２２】
さらに表面に接続電極を形成する部分を開口させるようにマスク形成して分離溝を挟むｐ側パッド電極とｎ側オーミック電極とを電気的に接続する接続電極として、Ｔｉを４００Å、Ｐｔを６０００Å、Ａｕを１０００Å、Ｎｉを６０Åの膜厚で形成する。
【０１２３】
最後にＳｉＯ２からなる絶縁保護膜３０を１．５μｍの膜厚で形成し、外部と電気的に接続できるように接続電極２４、２６上の絶縁保護膜３０をＲＩＥでエッチングすることにより除去して集積型窒化物半導体素子を完成させる。
（蛍光体塗布）
次に、前記ｐ側オーミック電極の露出している部分に、（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光体７１を結着剤にて固着させる。
【０１２４】
このようにして作製された複数の素子領域を有するサファイア基板（ウエハ）を、スクライビング及びダイシングし、１０００μｍ×１０００μｍの第１発光素子、第２発光素子、及び第３発光素子からなる３つの窒化物半導体素子が直列に接続された図１の素子を作製する。
【０１２５】
このような構成を有する集積型窒化物半導体素子は、動作電圧が１０．５Ｖ、従来の３００μｍ×３００μｍ（動作電圧３．５Ｖ）と同等の発光効率を示す。また、各素子の発光面においてほぼ均一な発光が得られる。これにより大面積にて高輝度で且つ均一な白色光が得られる。また、この素子は、動作電圧が１０．５Ｖであるために、抵抗等の制御装置を介することでバッテリー電源（１２Ｖ）での使用が可能になる。
［実施例２］
実施例１において、第１発光素子１の上面及び端面に、前記青色発光素子からの光を吸収して赤色光を発光することが可能な赤色蛍光体７２を結着剤にて固着させ、同様にして、第３発光素子３の上面及び端面に、前記青色発光素子からの光を吸収して緑色光を発光することが可能な緑色蛍光体７４を結着剤にて固着させる以外は実施例１と同様に構成すると、実施例１と同様の効果が得られ且つ演色性に優れた白色光が得られる。
［実施例３］
実施例２において、
（１）青色発光が可能な発光素子に代えて、紫外領域が発光可能な発光素子チップを用いる。
（２）蛍光体として、紫外領域の光を吸収して発光することが可能な、赤色蛍光体７２、青色蛍光体７３、及び緑色蛍光体７４を発光することが可能な３種の蛍光体を、それぞれ第１発光素子１、第２発光素子２、及び第３発光素子３の半導体層側に固着させる。
【０１２６】
以外は、実施例１と同様に構成すると、実施例１と同様の効果が得られる。また、本実施例は、蛍光体が発光する光のみにより発光色が得られるため、混色性に優れ色バラツキの少ない白色光が得られる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子は、前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔を２５０μｍ以下に設定しているので、各発光素子の発光層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。これにより、発光面に配置される蛍光体全体に均一に光を供給することができ、各発光素子における発光効率を良好にできる。
【０１２８】
また、本発明に係る集積型窒化物半導体発光素子においては、均一発光及び発光効率を劣化させることなく、各発光素子を一方向（長手方向）に十分長くすることができるので、発光面積を大きくできかつ発光効率を高くできるので、大面積でかつ発光効率の良い窒化物半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施の形態１の集積型窒化物半導体発光素子の模式的平面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ’線についての模式的断面図である。
【図３】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の積層構造を示す断面図である。
【図４】 本発明に係る実施例２の集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図５】 本発明に係る実施例３集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【図６】 本発明に係る実施の形態３の集積型窒化物半導体発光素子の平面図である。
【符号の説明】
１，２，３…発光素子、
１０…発光層、
１１…サファイア基板、
１２…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、
１３…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、
１４…ｎ側オーミック電極、
１５…ｐ側オーミック電極、
１６…ｐパッド電極、
１７…絶縁保護膜、
７１，７２，７３，７４…蛍光体
２１，５１，５２…接続電極、
２４，２６…外部接続電極、
３０…絶縁保護膜、
６１，６２…スルーホール、
４１…分離溝、
１２１…アンドープＧａＮ層、
１２２…ＳｉドープＧａＮ層、
１２３…アンドープＧａＮ層、
１２４…ＳｉドープＧａＮ層、
１２５…アンドープＧａＮ層、
１２６…多層膜層。
Claims (2)
- 同一基板上に複数の発光素子が並置されており、
前記複数の発光素子はそれぞれ同一の材料からなる半導体層を有し、前記半導体層は、前記同一基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層が分離溝によって分離されてなる長方形のｎ層と、窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ層とにより構成されてなる集積型窒化物半導体発光素子であって、
前記ｎ層の一方の長辺と２つの短辺は、それぞれ前記発光層及び前記ｐ層の一方の長辺と２つの短辺と近接しており、
前記ｎ層の他方の長辺と前記ｐ層の他方の長辺との間のｎ層上に前記ｐ層の長辺と実質的に同一の長さを有するｎ側オーミック電極を、前記ｐ層上のほぼ全面にｐ側オーミック電極を、前記ｐ側オーミック電極上にｐパッド電極をそれぞれ備え、
前記ｐ層の一方の長辺と前記ｎ側オーミック電極との間隔が２５０μｍ以下であり、
前記発光層は青色の光を発光し、
前記発光素子は、基板上に３個設けられ、半導体層側の上面に、前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して赤色に発光することが可能な赤色の蛍光体が設けられた第１の発光素子と、半導体層側の上面に前記発光層から発光される光の少なくとも一部を吸収して緑色に発光することが可能な緑色蛍光体が設けられた第２の発光素子と、発光層で発光した波長の光が取り出される該第３の発光素子とを有し、
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子との間に前記第３の発光素子が配置されることを特徴とする集積型窒化物半導体発光素子。 - 前記複数の発光素子は、前記ｐパッド電極上と前記ｎ側オーミック電極上にスルーホールを有する絶縁性保護膜によって覆われており、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｎ側オーミック電極間が第１接続電極によって接続され、前記スルーホールを介して複数の発光素子のｐパッド電極間が第２接続電極によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の集積型窒化物半導体発光素子。
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