(57)【要約】【課題】簡単な構成で、発光色のばらつきが小さい発光を得ることが可能な発光素子およびその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、サファイアまたはＳｉＣからなり、裏面側に蛍光物質を含有しない領域（１０ａ）と表面側に蛍光物質を含有する領域（１０ｃ）とを有する基板（１０）と、基板（１０）の表面上に設けられ、蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層（３０）と、を具備する発光素子およびその製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイアまたはＳｉＣからなり、裏面側に蛍光物質を含有しない領域と表面側に蛍光物質を含有する領域とを有する基板と、
前記基板の前記表面上に設けられ、蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層と、を具備することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
裏面側にＳｉからなる蛍光物質を含有しない領域と表面側にサファイアまたはＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域とを有する基板と、
前記基板の前記表面上に設けられ、蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層と、を具備することを特徴とする発光素子。
【請求項３】
前記蛍光物質を含有する領域は、蛍光物質としてＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＳｍおよびＤｙの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体層上に蛍光物質を含有する蛍光樹脂を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の発光素子。
【請求項５】
前記窒化物半導体層、前記蛍光物質を含有する領域および前記蛍光樹脂がそれぞれ異なる色である少なくとも１色以上の光を発光することを特徴とする請求項４記載の発光素子。
【請求項６】
前記蛍光物質を含有しない領域は、前記窒化物半導体層が設けられた後、厚さ方向に薄膜化されてなることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項７】
サファイアまたはＳｉＣからなり、裏面側が蛍光物質を含有しない領域であり、表面側が蛍光物質を含有する領域である基板を形成する工程と、
前記基板の前記表面上に前記蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記蛍光物質を含有しない領域の少なくとも一部を厚さ方向に除去し薄膜化する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項８】
裏面側がＳｉからなる蛍光物質を含有しない領域であり、表面側がサファイアまたはＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域である基板を形成する工程と、
前記基板の前記表面上に前記蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層を形成する工程と、
前記蛍光物質を含有しない領域の少なくとも一部を厚さ方向に除去する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記基板を形成する工程は、ＭＯＣＶＤ法を用い前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程を含み、
前記窒化物半導体層を形成する工程はＭＯＣＶＤ法を用いることを特徴とする請求項７または８記載の発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記蛍光物質を含有する領域の形成する工程と前記窒化物半導体層を形成する工程とは連続して実行されることを特徴とする請求項８記載の発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程は、トリメチルアルミニウムと純水を用い、６００℃以上の温度で前記蛍光物質を含有する領域を形成することを特徴とする請求項７または８記載の発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程は、前記基板の表面側にイオン注入を行うことにより前記蛍光物質を含有する領域を形成することを特徴とする請求項７記載の発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記イオン注入は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＳｍおよびＤｙの少なくとも１つの原子を注入することを特徴とする請求項１２記載の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、発光素子およびその製造方法に関し、特に蛍光物質を含有する層を有する発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｅｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いた発光素子として、複数の光の混合光を発光する発光素子が知られている。例えば、複数の混合光の各強度を設定することにより、白色光に近い光を発光する白色発光素子を得ることができる。特許文献１には、窒化物半導体を用いたＬＥＤとして、サファイア基板にＥｒ（エルビウム）を蛍光物質として含有することにより白色光を発光する発光素子（従来例１）が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１６２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来例１においては、サファイア基板と窒化物半導体層との熱膨張係数の差によりウェハに比較的大きなそりが生じているため、チップ分割のため基板を薄く研磨する際に、チップの厚さがばらついてしまう。例えばそのばらつきは、１０〜５０％にも達する。そうすると、基板に含まれる蛍光物質の量がばらついてしまうため、発光色のばらつきが生じてしまう。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、簡単な構成で、発光色のばらつきが小さい発光を得ることが可能な発光素子およ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】
【０００５】
本発明は、サファイアまたはＳｉＣからなり、裏面側に蛍光物質を含有しない領域と表面側に蛍光物質を含有する領域とを有する基板と、前記基板の前記表面上に設けられ、蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層と、を具備することを特徴とする発光素子である。本発明によれば、簡単な構成で、発光色のばらつきが小さい発光を得ることが可能な発光素子を提供することができる。
【０００６】
本発明は、裏面側にＳｉからなる蛍光物質を含有しない領域と表面側にサファイアまたはＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域とを有する基板と、前記基板の前記表面上に設けられ、蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層と、を具備することを特徴とする発光素子である。本発明によれば、簡単な構成で、発光色のばらつきが小さい発光を得ることが可能な発光素子を提供することができる。
【０００７】
上記構成において、前記蛍光物質を含有する領域は、蛍光物質としてＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＳｍおよびＤｙの少なくとも１つを有する構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記窒化物半導体層上に蛍光物質を含有する蛍光樹脂を設けた構成とすることができる。この構成によれば、窒化物半導体層、蛍光層、蛍光体物質含有樹脂から３種類以上の光を発光することができる。
【０００９】
上記構成において、前記窒化物半導体層、前記蛍光物質を含有する領域および前記蛍光樹脂がそれぞれ異なる色である少なくとも１色以上の光を発光する構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記蛍光物質を含有しない領域は、前記窒化物半導体層が設けられた後、厚さ方向に薄膜化されてなる構成とすることができる。
【００１１】
本発明は、サファイアまたはＳｉＣからなり、裏面側が蛍光物質を含有しない領域であり、表面側が蛍光物質を含有する領域である基板を形成する工程と、前記基板の前記表面上に前記蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層を形成する工程と、前記蛍光物質を含有しない領域の少なくとも一部を厚さ方向に除去し薄膜化する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。本発明によれば、簡単な構成で、薄膜化工程に起因した発光色のばらつきを抑制することが可能な発光素子を提供することができる。
【００１２】
本発明は、裏面側がＳｉからなる蛍光物質を含有しない領域であり、表面側がサファイアまたはＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域である基板を形成する工程と、前記基板の前記表面上に前記蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層を形成する工程と、前記蛍光物質を含有しない領域の少なくとも一部を厚さ方向に除去する工程と、を有することを特徴とする発光素子の製造方法である。本発明によれば、簡単な構成で、薄膜化工程に起因した発光色のばらつきを抑制することが可能な発光素子を提供することができる。
【００１３】
上記構成において、前記基板を形成する工程は、ＭＯＣＶＤ法を用い前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程を含み、前記窒化物半導体層を形成する工程はＭＯＣＶＤ法を用いる構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記蛍光物質を含有する領域の形成する工程と前記窒化物半導体層を形成する工程とは連続して実行される構成とすることができる。この構成によれば、蛍光層の膜質を向上させることができる。
【００１５】
上記構成において、前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程は、トリメチルアルミニウムと純水を用い、６００℃以上の温度で前記蛍光物質を含有する領域を形成する構成とすることができる。
【００１６】
上記構成において、前記蛍光物質を含有する領域を形成する工程は、前記基板の表面側にイオン注入を行うことにより前記蛍光物質を含有する領域を形成する構成とすることができる。この構成によれば、製造コストを低減することができる。
【００１７】
上記構成において、前記イオン注入は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＳｍおよびＤｙの少なくとも１つの原子を注入する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、簡単な構成で、発光色のばらつきが小さい発光を得ることが可能な発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照に本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２０】
実施例１は、蛍光物質を含有しない領域１０ａ上に、バッファ領域１０ｂ、蛍光物資を含有する領域１０ｃ、キャップ領域１０ｄの順に設けられたサファイアからなる基板１０の例である。バッファ領域１０ｂ、蛍光物資を含有する領域１０ｃ、およびキャップ領域１０ｄは、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成されたものである。蛍光物質を含有しない領域１０ａは、例えばｃ面から０．３度傾斜した３インチからなるウェハである。これ以外にも例えばｃ面から０．２度傾斜した２インチのウェハを用いることもできる。
【００２１】
図１（ａ）を参照に、実施例１の基板１０の形成方法を以下に説明する。バッファ領域１０ｂの形成においては、ＭＯＣＶＤ装置内に蛍光物資を含有しない領域１０ａとなるウェハを搬入し、例えばチャンバ内の水素（Ｈ２）雰囲気を１００ｔｏｒｒに保持し、温度を１３６０℃程度まで昇温させる。バッファ領域１０ｂの成長方法は以下の通りである。
成長温度：６００℃以上。好ましくは、１０００℃から１４００℃の範囲。
成長ガス：Ｈ２Ｏ（純水）を１００ｃｃ／分（約３．８×１０−４  ｍｏｌ／分）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を２００ｃｃ／分（約８×１０−５ｍｏｌ／分）
成長厚：１μｍ
【００２２】
次に、バッファ領域１０ｂ上に蛍光物資を含有する領域１０ｃを成長する。成長条件は以下の通りである。
成長ガス：Ｃｒ（ＤＭＰ）３、Ｈ２Ｏ、ＴＭＡ、
ＤＭＰはジピバロイルメタナト配位子Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２
ドープ量：例えば不純物濃度8×１０１７  ｃｍ-3 のＣｒ
成長厚：２μｍ
【００２３】
次に、蛍光物資を含有する領域１０ｃ上にアンドープのキャップ領域１０ｄを成長する。成長条件は以下の通りである。
成長ガス： Ｈ２Ｏ、ＴＭＡ
成長厚：約０．１μｍ
以上により、サファイアで構成された基板１０が形成される。
【００２４】
バッファ領域１０ｂは蛍光物質を含有する領域１０ｃの膜質を向上させるため設けられているものであり、本実施例に必須なものではない。バッファ領域１０ｂの厚さは膜質や成長時間を考慮し設定することができる。例えば、約０．２μｍから約１μｍの範囲で設けることもできる。
【００２５】
蛍光物質を含有する領域１０ｃの蛍光物質のドープ量および膜厚は、蛍光層からの発光量を考慮し設定することができる。膜厚は結晶成長の制御性の観点から０．１μｍから１００μｍの範囲とすることができるが、成長時間を考慮すると、０．２μｍから１０μｍの範囲であることが好ましい。
【００２６】
また、Ｃｒ（ＤＭＰ）３の代わりにＭｎ（ＤＭＰ）３を供給し、不純物濃度が例えば５×１０１７ｃｍ−３のＭｎをドープしたサファイアからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃを成長しても良い。Ｃｒをドープした蛍光物質を含有する領域１０ｃは赤色に発光し、Ｍｎ（マンガン）をドープした蛍光物質を含有する領域１０ｃは緑色に発光する。このように、蛍光物質を含有する領域１０ｃに発光させたい波長に応じ、Ｆｅ（鉄）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（パラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｍ（セマリウム）またはＤｙ（ジスプロシウム）等の蛍光物質をドープすることができる。蛍光物質のドープ量は発光強度等を考慮し設定することができる。
【００２７】
さらに、蛍光物質を含有する領域１０ｃの形成においては、Ｃｒをドープしたサファイア層を例えば１μｍ、その上にＭｎをドープしたサファイア層を例えば１μｍ成長してもよい。さらに、Ｃｒ（ＤＭＰ）３とＭｎ（ＤＭＰ）３とを同時に供給し、例えば８×１０１７ｃｍ−３のＣｒと例えば５×１０１７ｃｍ−３のＭｎとをドープしたサファイアからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃを成長してもよい。これらにより、Ｃｒから発光する赤色の光とＭｎから発光する緑色の光を発光することができる。以上のように、複数の蛍光物質をドープし、複数の光を発光させることもできる。
【００２８】
キャップ領域１０ｄは成長しなくても良いが、その後に成長する窒化物半導体層３０の膜質を向上させるため、蛍光物質を含有する領域１０ｃと窒化物半導体層３０との間に、アンドープで蛍光物質を含有する領域１０ｃと同じ組成のキャップ領域１０ｄを設けることが好ましい。キャップ領域１０ｄの厚さは窒化物半導体層３０の膜質や成長時間を考慮し設定することができる。例えば、約０．０５μｍから約０．３μｍの範囲で設けることができる。
【００２９】
バッファ領域１０ｂ、蛍光物質を含有する領域１０ｃおよびキャップ領域１０ｄからなる基板上部領域２０（サファイア領域）の一部または全部を、水の代わりに酸素（Ｏ２）を用いサファイアを成長することもできる。この場合、キャリアガスとして水素の代わりに窒素（Ｎ２）やアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを用いることが好ましい。例えば窒素で希釈した酸素を６０ｃｃ／分供給することができる。また、基板上部領域２０の一部または全部を、水とＴＭＡとを交互に供給し成長することもできる。これにより、１原子層または複数原子層の酸素とアルミニウムを交互に成長し基板上部領域２０を形成することができる。
【００３０】
次に蛍光物質を含有する領域１０ｃを有する基板上部領域２０上（つまり基板１０の表面上）に窒化物半導体層３０を形成する。なお、基板上部領域２０の形成と窒化物半導体層３０の形成とはＭＯＣＶＤ装置内で連続して行われることが好ましい。これにより、基板上部領域２０と窒化物半導体層３０との間に良好な界面を得ることができる。図１（ｂ）を参照に、キャリアガスを窒素とし例えば２０分間の基板上部領域２０のアニールと、残留水分およびＣｒ（ＤＭＰ）３のパージを行う。例えば成長温度を約１１００℃に昇温し、キャリアガスを水素に変更し、圧力を約５０Ｔｏｒｒとする。この状態でＴＭＡを２００ｃｃ／分、アンモニア（ＮＨ３）を５００ｃｃ／分の流量で供給しアンドープのＡｌＮを０．１μｍ成長する。さらに、０．２μｍ程度のＡｌＮを成長しながら成長温度を１１５０℃に昇温する。さらにＡｌＮを０．５μｍ成長する。このようにして、アンドープのＡｌＮバッファ層３２を０．８μｍ成長する。
【００３１】
ＧａＮバッファ層３４の形成では、例えば成長温度を約１０５０℃に低下させ、圧力を２００Ｔｏｒｒとする。アンモニアを６Ｌ／分、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を６０ｃｃ／分の流量で供給し、アンドープＧａＮバッファ層３４を１μｍ成長する。
【００３２】
次に、クラッド層３６の形成では、圧力を例えば１００Ｔｏｒｒとし、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを４０ｃｃ／分、水素希釈のシラン（ＳｉＨ４）を２００ｃｃ／分の流量供給し、５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープｎ型ＧａＮクラッド層３６を３μｍ成長する。
【００３３】
コンタクト層３８の形成では、圧力を例えば３００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスを窒素に変更する。成長温度を７５０℃としアンモニアを１０Ｌ／分、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）を１５０ｃｃ／分、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を１００ｃｃ／分、水素希釈のシランを２ｃｃ／分の流量で供給し、３×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープのＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎコンタクト層３８を例えば０．３μｍ成長する。
【００３４】
クラッド層４０の形成では、圧力を例えば１００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスを水素に変更する。成長温度を１０５０℃としアンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２００ｃｃ／分、水素希釈のシランを２００ｃｃ／分の流量で供給し、１×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープのＧａＮクラッド層４０を０．０５μｍ成長する。
【００３５】
次にＭＱＷ（Multi Quantum Well)層からなる活性層４２を形成する。圧力を例えば３００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスを窒素に変更する。成長温度を７５０℃として、アンモニアを１５Ｌ／分、ＴＥＧを１５０ｃｃ／分、水素希釈のシランを２ｃｃ／分の流量で供給し、５×１０１７ｃｍ−３のＳｉドープのＧａＮバリア層を９．５ｎｍ成長する。アンモニアを１５Ｌ／分、ＴＥＧを１５０ｃｃ／分、ＴＭＩを４８０ｃｃ／分の流量で供給し、アンドープのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層を２．５ｎｍ成長する。このようにしてバリア層を８層、バリア層の間に井戸層を７層形成する。なお、最上のバリア層は水素希釈のシランを例えば１ｃｃ／分の流量で供給し、Ｓｉドープ量を例えば５×１０１６ｃｍ−３程度以下とする。
【００３６】
圧力を例えば２００Ｔｏｒｒとし、キャリアガスを水素に変更する。成長温度を９６０℃としアンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１５４ｃｃ／分、Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を１２００ｃｃ／分の流量で供給し、１．２×１０２０ｃｍ−３のＭｇドープのＧａＮクラッド兼コンタクト層４４を０．２μｍ成長する。
【００３７】
水素を流しながら窒化物半導体層３０が形成されたウェハを冷却し、ＭＯＣＶＤ装置からウェハを取り出す。アニール炉内の実質的に水素を含む雰囲気で例えば７７０℃の温度で約２０分間熱アニールを施す。これにより、ｐ型ドーパントの安定化処理を行う。以上により、蛍光物質を含有する領域１０ｃ上にＡｌＮバッファ層３２からＧａＮクラッド兼コンタクト層４４からなる窒化物半導体層３０が形成される。
【００３８】
以上は青色から紫色のＬＥＤを形成するための窒化物半導体層３０を形成するための一例であり、任意にドープ量と膜厚の変更が可能である。
【００３９】
また、窒化物半導体層３０の形成は、以下のような形成も可能である。例えば、ＡｌＮバッファ層３２の代わりに、成長温度を例えば５００℃とし、圧力を５００Ｔｏｒｒ、水素をキャリアガスとし、ＴＭＧを２５ｃｃ／分、アンモニアを５０００ｃｃ／分の流量で供給し低温成長ＧａＮバッファ層を０．００２μｍ成長してもよい。
【００４０】
例えば、コンタクト層３８を成長する際、ＴＭＩの流量を６３ｃｃ／分とし、コンタクト層３８をＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎとしてもよい。
【００４１】
例えば、ＳｉドープＧａＮクラッド層３６、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎコンタクト層３８およびＳｉドープのＧａＮクラッド層４０を成長する代わりに、圧力を１００Ｔｏｒｒとし、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを４０ｃｃ／分、水素希釈のシラン（ＳｉＨ４）を２００ｃｃ／分の流量供給し、５×１０１８ｃｍ−３のＳｉドープＧａＮクラッド兼コンタクト層を例えば４μｍ成長してもよい。
【００４２】
例えば、活性層４２の井戸層を成長する際、アンモニアを１５Ｌ／分、ＴＥＧを１５０ｃｃ／分、ＴＭＩを３２０ｃｃ／分の流量で供給し、井戸層の組成をＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎとしてもよい。
【００４３】
例えば、活性層４２として第１ＭＱＷ層と第２ＭＱＷ層とを有する構造とすることもできる。第１ＭＱＷ層の井戸層を成長する際、アンモニアを１５Ｌ／分、ＴＥＧを１５０ｃｃ／分、ＴＭＩを４８０ｃｃ／分の流量で供給し、井戸層の組成をＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎとする。ＧａＮバリア層を例えば９．５ｎｍ、ＩｎＧａＮ井戸層の厚さを１．５ｎｍとし、井戸層を７層形成する。第１ＭＱＷ層の上にアンモニアを１５Ｌ／分、ＴＥＧを１５０ｃｃ／分、ＴＭＩを７２０ｃｃ／分の流量で供給し、井戸層の組成をＩｎ０．２１Ｇａ０．７９Ｎとし、井戸層を５層形成した第２ＭＱＷ層を形成してもよい。なお、第２ＭＱＷ層の最上のＧａＮバリア層は５×１０１６ｃｍ−３以下のＳｉをドープする。これにより、第１ＭＱＷ層から緑色の発光、第２ＭＱＷ層から青色の発光を得ることができる。
【００４４】
以上のように、活性層４２は青色から紫色の光を発光するようにＩｎＧａＮの組成を適宜設定することができる。また、活性層４２に複数のＭＱＷ層（発光層）を設けることにより、複数のＭＱＷ層のうち少なくとも１つから青色から紫色の光のうち１つの光を発光し、他のＭＱＷ層で他の色の光を発光させることができる。つまり、活性層４２から発光される光と蛍光物質を含有する領域１０ｃからの光とが混ざり合い、その結果、白色光を得ることができる。
【００４５】
図１（ｃ）を参照に、ウェハの一部の領域を窒化物半導体層３０のｎ型コンタクト層３８までドライエッチングし溝を形成する。溝の底面の一部に、蒸着法を用いｎ型コンタクト層３８に電気的に接続するようにｎ型コンタクト電極５０を形成する。蒸着法を用いｐ型クラッド兼コンタクト層４４上の一部にｐ型コンタクト電極５２を形成する。ｐ型クラッド兼コンタクト層４４およびｐ型コンタクト電極５２上に導電性のｐ型透明膜５４を形成する。例えば４００℃で熱処理を行う。
【００４６】
蒸着法を用い、ｐ型コンタクト電極５２上およびｐ型透明膜５４上にそれぞれ金からなるボンディングパッド５６および５８を形成する。基板１０を例えば１００μｍの厚さまで研削する。図２のように、蛍光物質を含有しない領域１０ａを全て研削し除去してもよい。つまり、蛍光物質を含有しない領域１０ａを厚さ方向に少なくとも一部除去し薄膜化する。蒸着法を用い基板１０の裏面の一部に金からなる反射膜５９を形成する。スクライブ法を用い、基板１０の裏面からウェハを分割し、例えば約３００μｍ×３００μｍのチップ６０に分割する。
【００４７】
図３を参照に、リードフレーム７０は＋側リード７２、−側リード７４、実装部７６を有している。リードフレーム７０の実装部７６にチップ６０を透明樹脂により接着する。ボンディングパッド５６、５８とリード７２、７４とをそれぞれ金からなるボンディングワイヤ６２で接続する。その後リードフレーム７０の上の部分を透明樹脂（不図示）で固める。以上により実施例１に係る発光素子が完成する。
【００４８】
実施例１によれば、サファイアからなる基板１０は表面側に蛍光物質を含有する領域１０ｃ、裏面側に蛍光物質を含有しない領域１０ａを有している。基板１０の表面上に、その蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層３０が設けられている。これにより、ｐ型コンタクト電極５２とｎ型コンタクト電極５０との間に電圧を印加し、電流を流すことにより窒化物半導体層３０の活性層４２から青色から紫色の光が発光する。発光した光は蛍光物質を含有する領域１０ｃの蛍光物質により赤色や緑色等の光に変換される。これにより複数の混合光を発光させることができる。
【実施例２】
【００４９】
実施例２は、蛍光物質を含有しない領域１０ａ上に、バッファ領域１０ｂ、蛍光物資を含有する領域１０ｃおよびキャップ領域１０ｄの順に設けられたＳｉＣ（炭化シリコン）からなる基板１０の例である。バッファ領域１０ｂ、蛍光物資を含有する領域１０ｃおよびキャップ領域１０ｄは、ＭＯＣＶＤ法により形成されたものである。以下の実施例２の説明では図１（ａ）から図１（ｃ）を用い説明する。
【００５０】
図１（ａ）を参照に、実施例２の基板１０の形成方法を以下に説明する。バッファ領域１０ｂの形成においては、ＭＯＣＶＤ装置内に蛍光物資を含有しない領域１０ａとなるウェハを搬入し、例えばチャンバ内の水素（Ｈ２）雰囲気を２００ｔｏｒｒに保持し、温度を１３８０℃程度まで昇温させる。バッファ領域１０ｂの成長条件は、以下の通りである。
成長温度：１３８０℃。
成長ガス：水素希釈のＣ３Ｈ８を７０ｃｃ／分、水素希釈のシランを６０ｃｃ／分
成長厚：０．１μｍ
【００５１】
次にバッファ領域１０ｂ上に蛍光物資を含有する領域１０ｃを成長する。成長条件は以下の通りである。
成長ガス：水素希釈のＣ３Ｈ８を７０ｃｃ／分、水素希釈のシランを６０ｃｃ／分、Ｃｒ（ＤＭＰ）３
ＤＭＰはジピバロイルメタナト配位子Ｃ１１Ｈ１９Ｏ２
ドープ量：例えば不純物濃度３×１０１７  ｃｍ−３のＣｒ
成長厚：４μｍ
【００５２】
次に、蛍光物資を含有する領域１０ｃ上にキャップ領域１０ｄを成長する。成長条件は以下の通りである。
成長温度：１３８０℃。
成長ガス：水素希釈のＣ３Ｈ８を７０ｃｃ／分、水素希釈のシランを６０ｃｃ／分
成長厚：０．１μｍ
以上によりＳｉＣで構成された基板１０が形成される。
【００５３】
次に基板１０を用いた発光素子の製造方法について説明する。図１（ｂ）を参照に、例えば成長温度を約１１００℃とし圧力を例えば５０Ｔｏｒｒとする。この状態でＴＭＡを例えば２００ｃｃ／分、アンモニア（ＮＨ３）を例えば５００ｃｃ／分の流量で供給し、基板１０上にアンドープのＡｌＮバッファ層３２を例えば０．１μｍ成長する。その後、実施例１と同様にＧａＮバッファ層３４の成長以降の工程を行う。図１（ｃ）を参照に、実施例１と同様に発光素子のチップを作製する。
【００５４】
以上のように、実施例２においては、ＳｉＣからなる基板１０上にＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃが設けられ、蛍光物質を含有する領域１０ｃ上にその蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層３０が設けられている。これにより、実施例１と同様に複数の混合光を発光させることができる。
【実施例３】
【００５５】
実施例３は、Ｓｉからなる蛍光物質を含有しない領域上に、サファイアからなる蛍光物質を含有する領域が設けられた基板１０の例である。実施例３は、実施例１と２とは異なる例である。すなわち、蛍光物質を含有しない領域１０ａの材料と蛍光物質を含有する領域１０ｃの材料とが異なる場合である。実施例３は、サファイアからなる蛍光物質を含有しない領域１０ａの代わりにＳｉからなる（１１１）４インチの蛍光物質を含有しない領域１０ａをＭＯＣＶＤ装置に導入し、水素雰囲気で例えば１００Ｔｏｒｒの圧力とし、成長温度を１０５０℃に昇温して、実施例１と同様にサファイアからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃを形成する。このとき、蛍光物質を含有する領域１０ｃは格子歪みを緩和するため実施例１より厚くすることが好ましく、例えば２０μｍとすることができる。これ以降の製造方法の説明は実施例１の変形例と同様であり省略する。また、実施例２のようにＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃを形成することもできる。図１（ｃ）と同様に、基板１０の厚さを薄くする際は、研削以外にもウェットエッチング法を用いることもできる。また、蛍光物質を含有しない領域１０ａを全て除去することもできる。つまり、蛍光物質を含有しない領域１０ａを厚さ方向に少なくとも一部を除去する。その他の構成は、実施例１と同じであり説明を省略する。
【００５６】
以上のように、実施例３においては、Ｓｉからなる蛍光物質を含有しない領域１０ａ上にサファイアまたはＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃが設けられ、その上に蛍光物質を励起するための光を発光する窒化物半導体層３０が設けられている。これにより、実施例１と同様に複数の混合光を発光させることができる。
【００５７】
実施例１から実施例３に係る発光素子は、ＭＯＣＶＤ法を用い蛍光物質を含有する領域１０ｃを成長しているため蛍光物質の分布による発光色のばらつきを抑制することができる。基板１０と窒化物半導体層３０との熱膨張係数の差により基板１０にそりが生じる場合において、発光素子を薄膜化のため、蛍光物質を含有しない領域１０ａを研磨する際に、その蛍光物質を含有する領域１０ｃの厚さがばらついたとしても、蛍光物質は蛍光物質を含有しない領域１０ａ上の蛍光物質を含有する領域１０ｃに含有している。このため、従来例１に対し、基板１０の裏面を除去した際、基板１０の厚さがばらついたとしても発光色のばらつきを抑制することができる。
【００５８】
また、サファイアまたはＳｉＣは絶縁体であるためホールと電子の再結合が起こり難く蛍光物質を含有する領域１０ｃにおける発光効率を向上させることができる。
【００５９】
さらに、実施例１および実施例２は、蛍光物質を含有しない領域１０ａと蛍光物質を含有する領域１０ｃとが同じ組成の材料である。つまりホモ接合であるため、蛍光物質を含有する領域１０ｃおける格子定数のミスマッチに起因した歪みの影響を低減することができる。
【実施例４】
【００６０】
実施例４はイオン注入法で蛍光物質を含有する領域１０ｃを形成する例である。図４（ａ）を参照に、サファイアからなる蛍光物質を含有しない領域１０ａにＣｒイオン２３を加速電圧が例えば１００ｋｅＶ、ドーズ量が例えば３×１０１７ｃｍ−３でイオン注入する。ＭＯＣＶＤ装置に導入し、水素雰囲気で例えば１００Ｔｏｒｒとし例えば１１５０℃まで昇温する。キャリアガスを窒素に変更し、例えば２０分間熱アニールする。これにより、基板１０上にＣｒドープの蛍光物質を含有する領域１０ｃが形成される。また、Ｃｒ以外にも、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｔｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、ＳｍまたはＤｙ等の少なくとも１つの原子を注入することもできる。なお、ＳｉＣからなる蛍光物質を含有しない領域１０ａに同様にイオン注入することにより、ＳｉＣからなる蛍光物質を含有する領域１０ｃを形成することもできる。
【００６１】
図４（ｂ）を参照に、成長温度を例えば１１５０℃とし、バブラを通した水を１００ｃｃ／分、ＴＭＡを２００ｃｃ／分の流量で供給し、アンドープで基板１０と同じ組成のキャップ領域１０ｄを例えば１μｍ形成する。キャップ領域１０ｄは形成しなくともよいが、イオン注入のダメージの影響が窒化物半導体層３０に及ぶことを抑制するため、キャップ領域１０ｄを設けることが好ましい。また、図４（ｃ）を参照に、例えば１１００℃に降温しキャリアガスを水素とし、実施例１と同様にキャップ領域１０ｄ上に窒化物半導体層３０を形成する。その後、実施例１と同様に発光素子を製造する。
【００６２】
実施例４によれば、蛍光物質を含有する領域１０ｃをイオン注入法を用い形成するためＭＯＣＶＤ法を用いる実施例１に比べ、製造コストを低減することができる。なお、実施例４では、サファイア基板を用いているが例えばＳｉＣ基板を用いても良い。
【実施例５】
【００６３】
実施例５は、チップ６０を覆うように蛍光樹脂を設けた例である。図５を参照に、実施例１から実施例４の係る発光素子にチップ６０（つまり窒化物半導体層３０）を覆うように蛍光物質を含有する蛍光樹脂６４を設ける。その他の構成は実施例１と同じであり説明を省略する。
【００６４】
実施例５によれば、チップ６０の窒化物半導体層３０および蛍光物質を含有する領域１０ｃがそれぞれ異なる色の光を発光する。加えて蛍光樹脂６４がさらに異なる色の光を発光する。このように、窒化物半導体層３０、蛍光物質を含有する領域１０ｃおよび蛍光樹脂６４がそれぞれ１色以上の光を発光することにより少なくとも３色の混合光を発光させることができる。
【００６５】
以上、発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は実施例１に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図２】図２は実施例１に係る発光素子の製造工程の変形例を示す断面図である。
【図３】図３は実施例１から実施例３に係る発光素子の断面図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は実施例４に係る発光素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】図５は実施例５に係る発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０          基板
１０ａ        蛍光物質を含有しない領域
１０ｂ        バッファ領域
１０ｃ        蛍光物質を含有する領域
１０ｄ        キャップ領域
２０          基板上部領域
３０          窒化物半導体層
３２          ＡｌＮバッファ層
３４          ＧａＮバッファ層
３６          ｎ型クラッド層
３８          ｎ型コンタクト層
４０          ｎ型クラッド層
４２          活性層
４４          ｐ型クラッド兼コンタクト層
５０          ｎ型コンタクト電極
５２          ｐ型コンタクト電極
５４          透明膜
５６、５８    ボンディングパッド
６０          チップ
６２          ボンディングワイヤ
６４          蛍光樹脂
７０          リードフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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