(57)【要約】【課題】白色発光ダイオードの演色性を向上させる。【解決手段】シリコン基板１１０上にポーラスシリコン層１０９が形成され、ポーラスシリコン層１０９上に窒化アルミニウムよりなるバッファ層１０１、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３が順次形成され、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３およびＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６の一部がエッチングされてｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２の表面が露出した面の上にチタン／アルミニウム電極１０７が形成され、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３の上には透明電極１０５および金電極１０４が順次形成されさらにシリコン基板１１０から金電極１０４までを覆うようにＹＡＧ蛍光体１０８が形成された構成を有している。【選択図】図１
2006303154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の上に設けられた複数の細孔を有する半導体層と、前記半導体層上に形成された活性層とを有し、前記活性層からの発光を前記半導体層が吸収して前記複数の細孔にて励起光を生じることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記活性層上に、前記半導体層からの励起光または前記活性層からの発光を透過する透明電極が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明電極の上に形成された蛍光体を有し、前記蛍光体が前記活性層からの発光を吸収して蛍光を生じることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記活性層からの発光が青色または紫外発光であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体層より赤色光が生じることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記蛍光体がＹＡＧ蛍光体により構成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記活性層からの青色発光と、前記半導体層からの赤色発光と、前記蛍光体からの緑色発光とによって白色光を生じることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記基板は単結晶Ｓｉ基板よりなり、前記単結晶Ｓｉ基板上に複数の細孔を有する半導体層が形成されたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記細孔の平均直径が１０ｎｍ以下であって、細孔の表面に占める割合が０．５より小さいことを特徴とする請求項１または８記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記単結晶Ｓｉ基板の主面は、Ｓｉ（１１１）面であることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層がIII族窒化物系化合物半導体から構成される発光ダイオードであることを特徴とする請求項１、２、４または７記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記半導体層と前記活性層との間にIII族窒化物系化合物半導体よりなる緩衝層を有することを特徴とする請求項１、２、４、７または１１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
複数の細孔を有する第１の半導体層を基板に形成する第１の工程と、前記第１の半導体層の上部に発光ダイオードを構成する第２の半導体層を形成する第２の工程と、第２の半導体層に接する形で透明電極を形成する第３の工程と、前記第２の半導体層に接する形で蛍光体を形成する第４の工程からなる半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の工程において、前記複数の細孔を有する第１の半導体層がＳｉ基板上に形成され、前記第１の半導体層はＳｉ基板を陽極化成することによって形成される請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の工程において、陽極化成時の電解液が弗酸及びアルコールの混合溶液からなり、印加する電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2より小さいことを特徴とする請求項１３、１４のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の工程において、前記第１の半導体層を形成後、弗酸及び過酸化水素水および水の混合溶液に浸すことによって、第１の半導体層の表面を平坦化することを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第１の工程において、前記第１の半導体層を形成後、水素雰囲気下にて熱処理を施すことによって第１の半導体層の表面を平坦化することを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の工程によって形成された複数の細孔を有する第１の半導体層上に、前記第２の工程がエピタキシャル成長されることによって形成されることを特徴とする工程を含む請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第２の半導体層が有機金属気相成長法によって形成されることを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポーラスシリコン上に成長した窒化物半導体を用いて演色性に優れた白色発光ダイオードに適用できる半導体発光素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表されるIII族窒化物半導体は、大きな禁制帯幅を有するために青色から紫外といった波長範囲において高出力動作可能な発光ダイオードの材料として用いられている。また、ＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードに塗布することによって白色光を発光する白色発光ダイオードについても、既に液晶ディスプレイのバックライトを始めとする用途で商品化に至っている。白色発光ダイオードは更なる高輝度化、発光効率の改善によって照明用電灯に置き換わる半導体照明が可能であり、将来的に大きな市場が予測されている。
【０００３】
以下、従来のＧａＮ系青色発光ダイオードによりＹＡＧ蛍光体を励起する白色発光ダイオードの構造及びその構造特性について説明する。図６は従来例における窒化物半導体を用いた白色発光ダイオードの構造を示す断面である。図６に示す発光ダイオードの製造方法は以下の通りである。まず、サファイア基板６０８上に例えば有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）によりｎ型ＡｌＧａＮ層６０１、ＩｎＡｌＧａＮ活性層６０５、ｐ型ＡｌＧａＮ層６０２を形成する。ここでＩｎＡｌＧａＮ活性層６０５は電流注入時に４７０ｎｍで青色発光する。続いてｎ型ＡｌＧａＮ層６０１側にチタン／アルミニウム電極６０６、ｐ型ＡｌＧａＮ層６０２側にはＮｉ／Ａｕ透明電極６０４を形成する。続いてｐ層側のボンディングパッド形成のためＡｕ電極６０３をＮｉ／Ａｕ透明電極上に選択形成する。透明電極の使用により、ＩｎＡｌＧａＮ活性層６０５からの青色発光はその大部分がＮｉ／Ａｕ透明電極を透過し外部に取りだされる。ワイヤボンディング後、ＹＡＧ蛍光体材料を塗布あるいは滴下し硬化させ形成する。前記製造方法により図６に示す白色発光ダイオードを示すことができ、その発光特性は図７に示すとおり、青色発光ダイオードからの青色発光（青色発光ダイオードによる発光スペクトル７０１）とＹＡＧ蛍光体からの緑色発光（ＹＡＧ蛍光体による発光スペクトル７０２）が混合され白色発光となる。
【特許文献１】特開２００２−３５８８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これまでに商品化されている白色発光ダイオードは、青色発光ダイオードからの発光によりＹＡＧ蛍光体を励起し緑色発光を得る方式であるため、発光スペクトルにおいて赤色成分が少なく、演色性が従来の蛍光灯や白熱灯に比べ悪いことが課題となっている。青色発光励起による励起効率の高い赤色蛍光体が存在せず、演色性を向上させることは困難であるのが現状である。また、Ｓｉ基板上に窒化物半導体を結晶成長する場合には、大きな格子定数差や熱膨張係数差が問題となり、良質な窒化物半導体結晶を作製することが困難である。
【０００５】
本発明は前述の技術的課題に鑑み、演色性に優れる窒化物半導体発光ダイオードに使用できる発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の半導体発光素子は以下に述べる構成となっている。
【０００７】
本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に設けられた複数の細孔を有する半導体層と、前記半導体層上に形成された活性層とを有し、前記活性層からの発光を前記半導体層が吸収して前記複数の細孔にて励起光を生じるものである。
【０００８】
このような構成により、活性層の発光波長が例えばIII族窒化物系化合物半導体で構成され４７０ｎｍの発光波長を有し、発光ダイオードの発光により半導体層が光励起され、例えば６５０ｎｍの波長で赤色発光する。したがって、従来の白色発光ダイオードに比べて赤色発光成分が多く、結果として演色性に優れるという特徴を有する。また、複数の細孔を有する層を複数含む構造も本構造に含まれるとする。
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、さらに活性層上に、半導体層からの励起光または活性層からの発光を透過する透明電極が形成されていることが好ましい。この好ましい構成により、半導体層の上部方向への発光を効率よく取り出すことができるので、例えば半導体層側に高反射率の電極を形成し、いわゆるフリップチップ実装が可能であり放熱性に優れる白色発光ダイオードの作製が可能となる。ここで透明電極は例えばＩＴＯ膜から構成されることが好ましい。
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、さらに透明電極の上に形成された蛍光体を有し、この蛍光体が前記活性層からの発光を吸収して蛍光を生じることが好ましい。この好ましい構成により、前記蛍光体からは例えばＹＡＧ蛍光体などの蛍光体を用いた場合には、活性層からの発光による光励起により発光波長５５０ｎｍの緑色蛍光を生じる。これと活性層による青色発光、半導体層による赤色発光を組み合わせることで、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。
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、さらに活性層からの発光が青色または紫外発光であることが好ましい。この好ましい構成によれば、活性層からの発光により半導体層を光励起して赤色発光を生じさせ、また上記蛍光体を励起して緑色発光を生じさせることが可能となる。
【００１２】
本発明の半導体発光素子は、さらに半導体層より赤色光が生じることが好ましい。この好ましい構成によれば、発光成分に赤色発光が組み合わされ、従来に比べ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。
【００１３】
本発明の半導体発光素子は、さらに蛍光体がＹＡＧ蛍光体により構成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、発光ダイオードによる光励起によって蛍光体から波長５５０ｎｍ程度の緑色発光を取り出すことが可能となる。
【００１４】
本発明の半導体発光素子は、さらに活性層からの青色発光と、半導体層からの赤色発光と、蛍光体からの緑色発光とによって白色光を生じることが好ましい。この好ましい構成によれば、青色発光と、赤色発光と、緑色発光との３色で発光する構成とすることができ、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。
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、さらに基板は単結晶Ｓｉ基板よりなり、この単結晶Ｓｉ基板上に複数の細孔を有する半導体層が形成されることが好ましい。この好ましい構成によれば、たとえば多孔質状のシリコン膜（ポーラスシリコン）として半導体層をＳｉ基板上に均一に形成することができる。また、半導体層は複数の細孔を有するため、Ｓｉ基板とIII族窒化物系化合物半導体との間の格子不整合による歪や熱膨張係数差による歪を半導体層に吸収することができる。従って、半導体層上に窒化物半導体を成長した場合、結晶性及び平坦性の良好な結晶を得ることができる。特に、窒化物半導体の硬度が大きいことによるクラックの発生を抑制することができる。また、ポーラスシリコンは陽極化成時における電流密度や溶液の構成、光照射の有無などを適切に制御することによってその発光波長や発光強度を制御することできるため、結果として演色性に優れた白色発光ダイオードを効率よく作製することが可能となる。
【００１６】
本発明の半導体発光素子は、さらに細孔の平均直径が１０ｎｍ以下であって、細孔の表面に占める割合が０．５より小さいことが好ましい。この好ましい構成によれば、Ｓｉ基板の直上にIII族窒化物系化合物半導体を形成する場合に比べ基板との格子不整合差や熱膨張係数差を緩和することができ、結晶性を向上させることができる。結果として発光ダイオードの演色性を向上させることができる。この条件より直径が大きく表面に占める割合が大きくなると、平坦な接合面を実現することができず結晶性が悪化する恐れがある。
【００１７】
本発明の半導体発光素子は、さらに単結晶Ｓｉ基板の主面は、Ｓｉ（１１１）面であることが好ましい。この好ましい構成によれば、III族窒化物系化合物半導体の（０００１）面をエピタキシャル成長することが可能となり、高品質な結晶を成長することが可能となり、結果として白色発光ダイオードの演色性を向上させることができる。
【００１８】
本発明の半導体発光素子は、さらに活性層がIII族窒化物系化合物半導体から構成される発光ダイオードであることが好ましい。この好ましい構成によれば、波長４７０ｎｍの高輝度な青色発光または紫外発光を生じさせることができ、この発光によって第１の半導体層及び前記蛍光体を光励起することができる。III族窒化物系化合物半導体から構成される発光ダイオードとしては、ｐ−ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１、１＜ｙ＜１）層とＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１、１＜ｙ＜１）活性層とｎ−ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ＜１、１＜ｙ＜１）層からなるダイオード構造であることが好ましい。
【００１９】
本発明の半導体発光素子は、さらに半導体層と活性層との間にIII族窒化物系化合物半導体よりなる緩衝層を有することが好ましい。この好ましい構成によれば、半導体層の結晶性を向上させることが可能となり、結果として白色発光ダイオードの演色性を向上させることができる。緩衝層はＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）層からなることが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体素子の製造方法は、複数の細孔を有する第１の半導体層を基板に形成する第１の工程と、前記第１の半導体層の上部に発光ダイオードを構成する第２の半導体層を形成する第２の工程と、第２の半導体層に接する形で透明電極を形成する第３の工程と、前記第２の半導体層に接する形で蛍光体を形成する第４の工程からなるものである。
【００２１】
この構成により、第１の半導体層からは赤色発光が、第２の半導体層からは青色発光が、前記蛍光体からは緑色発光を生じさせることが可能であり、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。
【００２２】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第１の工程において、前記複数の細孔を有する第１の半導体層がＳｉ基板上に形成され、前記第１の半導体層はＳｉ基板を陽極化成することによって形成されることが好ましい。この好ましい構成によれば、第１の半導体層から高輝度の赤色発光を生じさせることが可能であり、結果として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。
【００２３】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第１の工程において、陽極化成時の電解液が弗酸及びアルコールの混合溶液からなり、印加する電流密度が１００ｍＡ／ｃｍ2より小さいことが好ましい。また、この場合、モル濃度４９％の弗酸とアルコールを例えば体積比１／２以下の割合で混合することが好ましい。このような構成とすることにより、第１の半導体層の発光特性を制御して赤色あるいは橙色発光を生じさせ、結果として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。
【００２４】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第１の工程において、第１の半導体層を形成後、弗酸及び過酸化水素水および水の混合溶液に浸すことによって、第１の半導体層の表面を平坦化することが好ましい。この場合、モル濃度４９％の弗酸とモル濃度３０％の過酸化水素水を例えば体積比１／５以下の割合で混合することが好ましい。このような構成とすることにより、第２の半導体層を平坦な表面上に堆積して結晶性を向上させることが可能となり、結果として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。
【００２５】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第１の工程において、第１の半導体層を形成後、水素雰囲気下において熱処理を施すことによって第１の半導体層の表面を平坦化することが好ましい。この場合例えば、温度を１３００℃以下とし、水素圧力を０．０３気圧〜０．９９気圧（１気圧＝１．０１３×１０5Ｐａ）とし、アニール時間を３０分以内とすることが好ましい。このような構成にすることにより、第２の半導体層を平坦な表面上に堆積して結晶性を向上させることが可能となり、結果として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。
【００２６】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第１の工程によって形成された複数の細孔を有する第１の半導体層上に、第２の半導体層がエピタキシャル成長されることによって形成されることが好ましい。このような構成とすることにより、第２の半導体層の結晶方位を揃えて堆積することが可能となり、結果として他の結晶方位の混入の少ない半導体層を成長することができる。これによって、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。
【００２７】
本発明の半導体素子の製造方法は、さらに第２の半導体層が有機金属気相成長法によって形成されることが好ましい。このような構成にすることにより、第２の半導体層を構成するIII族窒化物系化合物半導体を効率よく形成することができ、結果として演色性に優れた白色発光ダイオードを効率よく生産することが可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明の半導体発光素子及びその製造方法によれば、ポーラスシリコン層を青色あるいは紫外発光ダイオードにより励起することで赤色あるいは橙色発光を得ることができ、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードで励起することにより白色光を得ていた白色発光ダイオードに比べて赤色発光成分が強く、結果として白色発光ダイオードの演色性を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下本発明に係る半導体発光素子の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は本発明におけるポーラスシリコン上に窒化アルミニウム層を成長し、その上に成長した青色発光ダイオード上にＹＡＧ蛍光体を塗布あるいは滴下し硬化させることにより得られる白色発光ダイオードの構造を示している。
【００３１】
具体的には、シリコン基板１１０（面方位：（１１１）面）上にポーラスシリコン層１０９が形成され、ポーラスシリコン層１０９上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）よりなるバッファ層１０１、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３が順次形成され、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３およびＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６の一部がエッチングされてｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２の表面が露出した面の上にチタン／アルミニウム電極１０７が形成され、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３の上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ：インジウムすず酸化物）透明電極１０５および金電極１０４が順次形成されさらにシリコン基板１１０から金電極１０４までを覆うようにＹＡＧ蛍光体１０８が形成された構成を有している。ここで、バッファ層１０１、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３のＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ組成および層厚を［表１］に、ポーラスシリコン層１０９、ＹＡＧ蛍光体１０８や各電極の厚さ等を［表２］に示す。
【００３２】
【表１】
2006303154.tif 000003
【００３３】
【表２】
2006303154.tif 000004
【００３４】
ここで、本実施形態の青色発光ダイオードにおけるＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６の層厚は２ｎｍとした。なお、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６として、１ｎｍ以上３ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００３５】
また、本発明に係る青色発光ダイオードのチップサイズは、縦３５０μｍ×横３５０μｍである。この青色発光ダイオードに対し、ＹＡＧ蛍光体１０８を５０μｌ滴下した。
【００３６】
なお、後述するように、ここではシリコン基板１１０をたとえばフッ酸とエタノールを含む水溶液において陽極酸化することで、表面に数ｎｍオーダーの細孔を多数有するポーラスシリコン層１０９を形成することができる（図２）。
【００３７】
青色発光ダイオード構造は例えば２０ｍＡの電流注入により４７０ｎｍの青色発光を生じるが、この発光がポーラスシリコン層１０９に到達したときにポーラスシリコン層１０９を光励起する。陽極化成時における光照射の有無や、電流密度、溶液構成などを適切に制御することによってポーラスシリコンは６５０ｎｍ程度の発光波長を有するため、青色発光ダイオードによって光励起され、６５０ｎｍの赤色発光が誘起される。ＩＴＯ透明電極は青色発光ダイオードによる青色発光およびポーラスシリコン層による赤色発光を吸収することがないため、減衰することなく表面から発光を取り出すことができる。
【００３８】
さらに前記発光ダイオード上に５５０ｎｍで発光するＹＡＧ蛍光体が塗布されている。そのため、全体として検出される発光スペクトルは図３に示すように青色発光励起光の透過分（青色発光ダイオードによる発光スペクトル３０１、ピーク波長４７０ｎｍ）とＹＡＧ蛍光体からの緑色発光（ＹＡＧ蛍光体による発光スペクトル３０２、ピーク波長５５０ｎｍ）とポーラスシリコン層による発光の透過分（ポーラスシリコンによる発光スペクトル３０３、ピーク波長６５０ｎｍ）により構成され、結果として白色発光となる（図４参照）。
【００３９】
したがって本実施形態では、赤色発光ポーラスシリコン層とＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードにより励起する構成が１チップの発光ダイオードに集積されており、従来のＹＡＧ蛍光体を青色発光ダイオードで励起することにより白色光を得ていた白色発光ダイオードに比べて、赤色領域での発光が強く、結果として演色性の優れた白色発光ダイオードを実現することが可能である。また、一般にポーラスシリコンの発光波長は８００ｎｍ程度の近赤外発光であるが、電流密度、溶液構成などの適切な制御、また光照射や陽極化成後の高温酸化などによって、発光波長を３５０ｎｍ程度の短波長側にシフトすることも可能であるため、これによって本発明の構造における青色発光ダイオード、ＹＡＧ蛍光体の発光を補い、理想的なスペクトル形状の白色発光ダイオードを作製することが可能となる。
【００４０】
これは、ポーラスシリコンの作製時に溶液として弗酸を用いた場合、Ｓｉ内部から供給される正孔がフッ素イオン（Ｆ-）を呼び込んでＳｉＦ4を形成して溶け出してＳｉ中に深い穴があき、残されたＳｉが柱状となる構造体になるためである。こうしてできたＳｉ微結晶は、光励起によって発光を生じる。また、微結晶のサイズが小さくなると、量子効果によって発光波長が短波長側にシフトする。図８に示すように、陽極化成時の印加電流密度を大きくするほど多孔度の大きなポーラスシリコンを得ることができる。また、溶液中の弗酸の割合を増加するほど、ＳｉＦ4の生成が促進されるため多孔度の大きなポーラスシリコンを得ることができる。したがって、ポーラスシリコンの陽極化成時の電流密度を大きくするほど、また溶液中の弗酸の割合を増加するほど、多孔度が大きくなり、結果としてＳｉ微結晶のサイズは相対的に小さくなり、ポーラスシリコン層の発光波長は高エネルギー側にシフトする。さらに、大気中の曝露時間を長くするほど表面Ｓｉの酸化が進み、Ｓｉ微結晶の実効的なサイズが小さくなるため、発光波長が短波長化する。
【００４１】
図１に示す白色発光ダイオードの構造は、図５に示す製造方法により製造される。図５は、本発明の実施形態における半導体発光素子の製造方法を示す構成図である。
【００４２】
まず、たとえばｐ型にドープしたシリコン基板１１０（図５（ａ））の表面をフッ酸とエタノールを１：２の割合で混合した水溶液中において、電流密度２ないし１００ｍＡ／ｃｍ2を印加して２０分間陽極化成を行うことによって、表面に数ミクロン〜数百ミクロンの厚さをもつポーラスシリコン層１０９を形成する（図５（ｂ））。ここで本発明では、多孔度０．３、とし、細孔の口径を７ｎｍとした。なお、多孔度はたとえば０．２以上０．５以下で、細孔の口径は３〜１０ｎｍであり、さらにエピタキシャル成長を行う前に２〜３日大気中に曝露しておくことが好ましい。一般にポーラスシリコンの発光波長は８００ｎｍ程度の近赤外発光であるが、このように設定することによって発光波長６５０ｎｍの赤色発光を取り出すことができ、結果として演色性に優れた白色発光ダイオードを作製することができる。
【００４３】
次に、ポーラスシリコン層１０９の上に例えばＭＯＣＶＤ法により、バッファ層１０１、ｎ型クラッド層となるｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｐ型クラッド層となるｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３をこの順に形成する（図５（ｃ））。ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２は電流注入によりたとえば４７０ｎｍの青色発光が生じる構成である。なお、ここでＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６は多重量子井戸構造を含み輝度が向上するよう形成されていてもよい。ここでＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６をＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎとし、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３をｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎとし、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２をｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎと組成を設定することで、波長４７０ｎｍの青色発光を取り出すこととした。
【００４４】
続いて例えば高周波スパッタ法によりＩＴＯ透明電極１０５を約３００ｎｍ形成する図５（ｄ））。このＩＴＯ透明電極１０５は可視域発光を透過する。
【００４５】
さらに例えばＣｌ2ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチングと呼ばれるドライエッチングによって、ＩＴＯ透明電極１０５の周辺部においてｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０３、ＩｎＡｌＧａＮ活性層１０６、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２の一部を選択的に除去する（図５（ｅ））。
【００４６】
このドライエッチング後にｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層１０２表面にＴｉ／Ａｌをオーミック電極（チタン／アルミニウム電極１０７）として形成する。チタン／アルミニウム電極１０７のコンタクト抵抗低減のために、例えばＮ2雰囲気中５５０℃でシンタリングを行ってもよい。さらにｐ電極パッドとしてＩＴＯ透明電極１０５の上に金電極１０４を形成する（図５（ｆ））。
【００４７】
電極形成後、例えばダイシングにより、発光ダイオードチップに分割する。このチップを、例えばパッケージ表面（図示せず）に実装し、続いてＹＡＧ蛍光体１０８を塗布する。上記の製造方法により図５（ｇ）に示す構成の白色発光ダイオードを形成する。
【００４８】
現在作製されている白色ＬＥＤはサファイア基板上に作製したものが主であるが、より安価で、壁開技術などのプロセス技術が成熟しているＳｉ基板上に作製することができれば、より低コストで歩留まりよく白色ＬＥＤを供給することができるはずである。しかしながら、従来のＳｉ基板上におけるIII族窒化物系化合物半導体のエピタキシャル成長では、格子不整合差及び熱膨張係数差が非常に大きいため、高品質かつ表面割れのない結晶を作製することが困難であった。本発明では、このポーラスシリコン層１０９によって、その上に成長するＡｌＮとの格子不整合及び熱膨張係数差を緩和することができるため、結晶性及び表面平坦性が優れるバッファ層（窒化アルミニウム層）１０１をエピタキシャル成長することができる。また、クラックの生じないバッファ層（窒化アルミニウム層）１０１を従来より厚く堆積することができる。
【００４９】
このようなバッファ層（窒化アルミニウム層）１０１の上にエピタキシャル成長を行うことで、従来に比べ結晶欠陥の少ない高輝度発光が可能な青色発光ダイオードを形成することができる。
【００５０】
なお、ここでエピタキシャル成長はＭＯＣＶＤ法により行ったものであるが、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｅｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明で示した白色発光ダイオードは、従来より演色性に優れ、かつ安価なＳｉ基板上に作製することができ、白色照明や大型ディスプレイの光源として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態における半導体発光素子を示す構成断面図
【図２】本発明の実施形態におけるポーラスシリコンの表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真
【図３】本発明の実施形態における半導体発光素子の発光スペクトルの各成分を示す図
【図４】本発明の実施形態における半導体発光素子の発光スペクトルを示す図
【図５】本発明の実施形態における半導体発光素子の製造方法を示す断面図
【図６】従来の半導体発光素子の構成断面図
【図７】従来の半導体発光素子の発光スペクトルを示す図
【図８】本発明の実施形態におけるポーラスシリコンの多孔度の電流密度依存性を示す図
【符号の説明】
【００５３】
１０１  バッファ層
１０２  ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層
１０３  ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層
１０４  金電極
１０５  ＩＴＯ透明電極
１０６  ＩｎＡｌＧａＮ活性層
１０７  チタン／アルミニウム電極
１０８  ＹＡＧ蛍光体
１０９  ポーラスシリコン層
１１０  シリコン基板（面方位：（１１１面）
３０１、７０１  青色発光ダイオードによる発光スペクトル
３０２、７０２  ＹＡＧ蛍光体による発光スペクトル
３０３  ポーラスシリコンによる発光スペクトル
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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