(57)【要約】【課題】電力−光変換効率に優れていて発熱が少なく、かつ発光を外部に効率的に取り出すことができる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供すること。【解決手段】  窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子である。この発光素子の積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第２の面が光の取り出し方向とする。第１の面には金属の電極が設置されており、第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されていることからなる。【選択図】  図１
2007042985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、該積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、前記第２の面が光の取り出し方向であり、該第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されている、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
第１の面に形成された電極が、ボンディング用の電極である、ことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
第２の面に形成された透明の材料が、ＩＴＯまたはＺｎＯである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されており、該第２の面に透明の基盤が設置され、該基盤を通して光を外部に取り出す構造である、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項５】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、複数個の積層体が並列に配置され、各積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されており、該第２の面に透明の基盤が設置され、該基盤を通して光を外部に取り出す構造である、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項６】
複数個の積層体が、発光の色を異にするものであることを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項７】
上記基盤が、ガラスである、ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項８】
上記基盤が、合成樹脂製である、ことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項９】
第２の面の電極と基盤との間に給電部が設けられている、ことを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１０】
第１の面には基盤が接着されている、ことを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１１】
基盤が金属製である、ことを特徴とする請求項１０に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１２】
金属製の基盤が、放熱性基盤である、ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１３】
第１の面の基盤が、セラミックス製である、ことを特徴とする請求項１０に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１４】
第１の面の電極と基盤との間に給電部が設けられている、ことを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【請求項１５】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子の製造方法において、積層体の光の取り出し方向である第２の面に導電性でかつ透明の材料からなる電極を設置し、該電極上に透明接着剤を用いて透明基盤を接着し、積層体の第１の面には金属電極を設置し、該電極上に基盤が設置されていることを、特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項１６】
窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子の製造方法において、前記積層体の複数個を並列に配置し、各積層体の光の取り出し方向である第２の面に導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置し、該電極上に透明接着剤を用いて透明基盤を接着し、各積層体の第１の面には金属電極を設置し、該電極上に基盤が設置されていることを、特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項１７】
上記複数個の積層体が発光の色を異にするものであることを、特徴とする請求項１６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項１８】
導電性でかつ透明の材料が、ＩＴＯまたはＺｎＯである、ことを特徴とする請求項１５〜１７のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項１９】
第２の面の電極と基盤との間に給電部を設ける、ことを特徴とする請求項１５〜１８のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２０】
第２の面の透明基盤がガラスである、ことを特徴とする請求項１５〜１９のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２１】
第２の面の透明基盤が合成樹脂である、ことを特徴とする請求項１５〜２０のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２２】
第１の面の電極と基盤との間に給電部を設ける、ことを特徴とする請求項１５〜２１のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２３】
第１の面の電極上に給電部を有する基盤を半田またはバンプを用いて接着する、ことを特徴とする請求項１５〜２２のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２４】
第１の面の基盤が金属である、ことを特徴とする請求項１５〜２３のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２５】
第１の面の基盤がセラミックスである、ことを特徴とする請求項１５〜２３のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【請求項２６】
請求項１〜１４に記載の発光素子と蛍光体を組み合わせた発光素子。
【請求項２７】
請求項２６に記載の発光素子を用いた照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特に電力−光変換効率に優れ、かつ発光を外部に効率的に取り出すことができる発光素子及びその実装体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料としてＧａＮ系化合物半導体材料が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やIII−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
ＧａＮ系化合物半導体材料を用いた発光素子においては、基板として広く用いられているサファイアが絶縁性であることより、ｎ極とｐ極の両方の電極を同じ面に形成する構造とすることが多かった。
しかしながら、２つの電極を同じ面に形成した素子構造では、半導体層を横方向に電流を流す必要があり、そのオーム抵抗が駆動電圧を下げられない一因となっている。
【０００３】
一方、ＳｉＣなどの導電性の基板を用いた素子も存在しており、素子の一つの面と、相対するもう一方の面の両方に電極を持つ構造（上下電極構造と呼ぶ）が実現している。（特許文献１参照）
更に近年では、サファイア基板を剥離することにより、窒化ガリウム結晶の表面とは反対側の層を露出させ、ここに電極を形成することによって上下電極構造を実現する技術も開発されている。
このような上下電極の構造では、電流を流れる距離を小さく抑えることができるので、オーム抵抗が小さくなり、素子の発熱を抑えることができる。
【０００４】
しかし、このような上下電極構造の素子を用いる場合、光取り出し面を上にして実装するため、この面の側にボンディングによって結線する必要がある。光取り出し面にボンディングを行ってしまうと、ボンディング用の電極パッドやワイヤーが光の進行を妨げて光の取り出しを落としたり、配光性を悪くしてしまうデメリットがあった。
このデメリットを解消するため、半導体層の基板側に透明電極を形成して発光を取り出す構造が提案されている。（特許文献２参照）また、透明の基板に、透明の基板を持つ半導体素子を実装する技術も公開されている。（特許文献３参照）
しかしこれらの構造では、いずれも基板と反対側に２つの電極を形成しており、前述の理由により駆動電圧を充分に下げることができない。
【特許文献１】特表１０−５０６２３４、他
【特許文献２】特開平３−１８３１７３
【特許文献３】特開２００１−４４５１６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、電力−光変換効率に優れていて発熱が少なく、かつ発光を外部に効率的に取り出すことができる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及びその実装体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、下記の発明からなる。
（１）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、該積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、前記第２の面が光の取り出し方向であり、該第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されている、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
（２）第１の面に形成された電極が、ボンディング用の電極である、ことを特徴とする上記（１）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
（３）第２の面に形成された透明の材料が、ＩＴＯまたはＺｎＯである、ことを特徴とする上記（１）または（２）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
（４）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されており、該第２の面に透明の基盤が設置され、該基盤を通して光を外部に取り出す構造である、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【０００７】
（５）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子において、複数個の積層体が並列に配置され、各積層体は第１の面と、それに相対する第２の面を持ち、第１の面には金属の電極が設置されており、第２の面には導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置されており、該第２の面に透明の基盤が設置され、該基盤を通して光を外部に取り出す構造である、ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（６）複数個の積層体が、発光の色を異にするものであることを特徴とする上記（５）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（７）上記基盤が、ガラスである、ことを特徴とする上記（４）〜（６）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（８）上記基盤が、合成樹脂製である、ことを特徴とする上記（４）〜（６）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【０００８】
（９）第２の面の電極と基盤との間に給電部が設けられている、ことを特徴とする上記（４）〜（８）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（１０）第１の面には基盤が接着されている、ことを特徴とする上記（４）〜（９）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（１１）基盤が金属製である、ことを特徴とする上記（１０）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（１２）金属製の基盤が、放熱性基盤である、ことを特徴とする上記（１１）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（１３）第１の面の基盤が、セラミックス製である、ことを特徴とする上記（１０）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
【０００９】
（１４）第１の面の電極と基盤との間に給電部が設けられている、ことを特徴とする上記（８）〜（１１）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体。
（１５）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子の製造方法において、積層体の光の取り出し方向である第２の面に導電性でかつ透明の材料からなる電極を設置し、該電極上に透明接着剤を用いて透明基盤を接着し、積層体の第１の面には金属電極を設置し、該電極上に基盤が設置されていることを、特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（１６）窒化ガリウム系化合物半導体の積層体を含む発光素子の製造方法において、前記積層体の複数個を並列に配置し、各積層体の光の取り出し方向である第２の面に導電性でかつ透明の材料からなる電極が設置し、該電極上に透明接着剤を用いて透明基盤を接着し、各積層体の第１の面には金属電極を設置し、該電極上に基盤が設置されていることを、特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【００１０】
（１７）上記複数個の積層体が発光の色を異にするものであることを、特徴とする上記（１６）に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（１８）導電性でかつ透明の材料が、ＩＴＯまたはＺｎＯである、ことを特徴とする上記（１５）〜（１７）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（１９）第２の面の電極と基盤との間に給電部を設ける、ことを特徴とする上記（１５）〜（１８）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【００１１】
（２０）第２の面の透明基盤がガラスである、ことを特徴とする上記（１５）〜（１９）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（２１）第２の面の透明基盤が合成樹脂である、ことを特徴とする上記（１５）〜（２０）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（２２）第１の面の電極と基盤との間に給電部を設ける、ことを特徴とする上記（１５）〜（２１）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
【００１２】
（２３）第１の面の電極上に給電部を有する基盤を半田またはバンプを用いて接着する、ことを特徴とする上記（１５）〜（２２）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（２４）第１の面の基盤が金属である、ことを特徴とする上記（１５）〜（２３）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（２５）第１の面の基盤がセラミックスである、ことを特徴とする上記（１５）〜（２３）のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装方法。
（２６）上記（１）〜（１４）に記載の発光素子と蛍光体を組み合わせた発光素子。
（２７）上記（２６）に記載の発光素子を用いた照明器具。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、上下電極タイプと呼ばれる、ｐ電極とｎ電極が相対する面に形成された構造である。一方の電極を金属製の電極とすることで放熱性を良くし、もう一方の電極を透明導電性の材料とすることで発光の取り出しを良くすることができる。
また、このタイプの素子を、透明電極側を透明の基盤に実装することで、ワイヤによって妨げられることなく、光を外部へ取り出すことができる。
更に、金属製の電極を金属製の基盤に実装することで放熱性を良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照しながら本発明を詳しく説明する。
図１に、本発明の実施形態の一例を示す。半導体積層体１は、ｐコンタクト層１２、ｐクラッド層１３、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層からなる多重量子井戸構造からなる活性層１４、ｎクラッド層１５、ｎコンタクト層１６からなっている。成長に用いた基板は取り除き、露出したｎコンタクト層に金属電極１７、ｐ側に透明電極１１を形成した。透明材料電極はＩＴＯ、金属電極はＴｉ／Ａｕとした。本発明では半導体積層体の光の取り出し方向の透明電極側の面を第２面とし、反対側の面を第１の面とする。図の例ではｐ側が第２の面であるが、ｎ側を第２の面とすることもできる。
本発明において透明あるいは透光性とは、３００〜６００ｎｍの波長領域における光に対して透光性であることを意味する。
【００１５】
半導体結晶積層構造体は、ｐ層とｎ層との間に発光層を積層した、一般的な素子構造であることが望ましい。結晶成長に用いられる基板としては、サファイアなどの絶縁性基板、ＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体、またはＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3などの導電性基板が使用される。
結晶成長用の基板として導電性基板が使われているときには、成長に用いた基板に直接電極を形成することができる。
しかし、窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造の成長のための基板としては、サファイアなどの絶縁性の基板が一般的であり、この場合にはサファイア基板に電極を形成することはできない。その場合には、窒化ガリウム系化合物結晶とサファイア基板との界面で基板を除去することができる。基板の除去の方法としては、エキシマーレーザや二酸化炭素レーザなどの高出力のレーザ光をサファイア面から照射し、界面に熱を発生させて基板を剥離する方法や、化学研磨などの方法でサファイアを削り取る方法などを用いることができる。
あるいは、絶縁性の基板に半導体層にまで貫通する孔を穿ち、この孔に金属電極を形成することで導通をとっても良い。孔を開ける方法としては、化学研磨などの方法のほか、パターニングと湿式エッチングによって絶縁性の基板を溶かす方法を取ることもできる。
【００１６】
半導体の積層体（チップ）の厚みは薄い方が駆動電圧に寄与するオーミック成分が小さくなって望ましいが、薄すぎてもハンドリング性が悪くなる。１μｍから１０００μｍ程度であることが望ましく、５μｍから１００μｍ程度であればなお良い。更に望ましくは、１０μｍから５０μｍ程度である。
チップの大きさも、大きいほうが駆動電圧に寄与するオーミック成分を低減することが可能である。２００μｍ角から５ｍｍ角の大きさであることが望ましく、更に望ましくは２ｍｍ角以下、５００μｍ角から２ｍｍ角であることがなお良い。
【００１７】
ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層は各種構造のものが周知であり、これら周知のものを何ら制限なく用いることができる。
それらを構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体が周知であり、本発明におけるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体としても、一般式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ＜１，０≦ｙ＜１，０≦ｘ＋ｙ＜１）で表わされる各種組成の半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００１８】
チップの一方の面（光の取り出し面）には、透明電極が形成される。透明電極が形成されている面はｎ層であってもｐ層であってもかまわないが、オーミック性が取れていることが望ましい。透明電極の材料としては、ＩＴＯ、ＺｎＯ、などが知られている。他に、導電性の樹脂を用いても良い。しかしながら、ＩＴＯが窒化ガリウム系化合物半導体用の電極としては良く知られており、利用しやすい。ＩＴＯを透明電極とする場合は、電極形成面はｐ型であることが望ましい。ＺｎＯも有望な透明電極材料である。この材料は安価であり、扱いやすい。
透明電極を構成する透明導電膜の抵抗率は、１×１０-1Ω／ｃｍから１×１０-6Ω／ｃｍ程度であることが望ましい。これ以上高いとオーム熱による発熱が激しくなり、また駆動電圧も上昇する。これ以上低くすると、多くの場合で透過率の低下を招き、発光の取出しが悪くなる。更に望ましくは、１×１０-3Ω／ｃｍから１×１０-5Ω／ｃｍ、中でも、１×１０-4Ω／ｃｍから１×１０-5Ω／ｃｍ程度が良好である。抵抗率が低い透明材料を使用する際は、透明導電膜の膜厚を適切に選べばよい。
導電性透明材料の形成は、スパッタ、蒸着など、既存の方法を使うことができる。またこれらの手法により金属性の高い材料を形成しておき、あとで酸化する手法を用いることもできる。
【００１９】
上記チップのもう一方の面には、金属性の電極１７を形成する。材料は、電気的に良好なコンタクトを取ることができるように、適切に選ぶ必要がある。例えば、ｎ型の窒化ガリウムに電極を形成する場合にはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒなどが望ましく、ｐ型の窒化ガリウムの場合にはＮｉ、Ａｕ、Ｐｔなどが望ましい。金属電極は、ｎ型窒化ガリウム側で良好な接触を実現することができるため、ｎ側に形成することが望ましい。図の例はＴｉ／Ａｕの２層構造である。
一方で、金属の電極はｎ層に接触する材料が発光される光の波長において高い反射率を有することが望ましい。この観点から、半導体に接触する金属としてはＡｌが優れている。金属電極の形成は、スパッタ、蒸着、めっきなど、既存の方法を使うことができる。
【００２０】
このようにして作製した素子は、その電極に通電可能であり、発光素子として利用することも出来るが、好ましくはこれに基盤等を設置する。
基盤としては、透明電極の側から光を取り出すため、透明電極の側は透明の基盤を用いることが望ましい。例えば、液晶用途などに市販されているガラス基板上にＩＴＯなどの膜を成膜した基盤を用いることができるし、樹脂材料の透明板にＩＴＯなどの膜を成膜して作製しても良い。接着は、透明で導電性の材料で行う。導電性の樹脂を用いてもよいし、ＩＴＯなどの導電性酸化物を溶剤に溶いた溶液を間に挟み、加熱することで接着することも可能である。
【００２１】
チップに電流を流すため、透明の基盤には配線等の給電部を施すことができる。給電部は導電性の材料でパターニングした配線や導電性膜などで形成することができる。導電性の材料とは、金属のほか、透明の酸化物も含む。
【００２２】
金属電極の側から放熱を実現するため、金属電極は熱伝導性の良い基盤に接続されることが望ましい。熱伝導性の良い基盤とは、金属やセラミックを材料とすることが可能である。
金属電極に電流を流すため電極と基盤の間に配線等の給電部を設けることが出来る。これには配線等を有する基板を用いてもよい。特に基盤がセラミックで作製する場合、金属などの配線を施す必要がある。給電部の形成方法は前記の透明電極側と同様である。
基盤と電極の接続は、バンプ、半田、などの方法で行うことが望ましい。金線による接続は、放熱性を損なうために、望ましくない。しかし、使用する電流の量が小さい場合には発熱の量も小さいため、金線を用いて実装しても構わない。
放熱性を良くする為には、基盤の材料は熱導電性の良い材料であることが望ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｕなどである。基盤の実装面以外の部分に、放熱のためのフィン構造などを作りこんでも良い。
【００２３】
図２に、透明基盤とセラミックス基盤でチップを挟んだ形式の素子パッケージの概念を示す。ｐ側に形成された透明電極１１を、ＩＴＯによる配線２４の施されたガラス基板２６上にＩＴＯ接着剤２５を用いて接着し、ｎ側に形成された金属電極１７をＡｕＳｎの半田２２によって金属配線２１の施されたセラミック基盤２３に接着した。図２は３個の発光素子を並列に配置した例を示す。
【００２４】
透明基盤とセラミックス等の基盤で挟まれた素子の間の空間は、樹脂などで封止することができる。樹脂で封止する事で素子の発熱による酸化の促進や、水分の浸入による素子の劣化を防ぐことができる。
封止するための樹脂としては、温度、湿度などに対する耐久性が高いことは言うまでもなく、それに加えて窒化ガリウム系材料からの短波長領域の発光に対する劣化も小さいことが望まれる。また、固化する際の変形や体積変化は少ない方が良い。そのような観点から、（メタ）アクリル酸系樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン架橋樹脂、ＵＶ硬化樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などが望ましい。
【００２５】
また、本構造には、蛍光体を含む領域を形成することができる。ＧａＮ系化合物半導体材料からの短波長の光を蛍光体に当てることで波長を変換する技術が広く用いられている。波長の変換を利用する技術としては、窒化ガリウム系発光素子からの青色の光を黄色を発光する蛍光体に照射して発光させ、青色と黄色とを混色して白色の光を得る技術、或いは窒化ガリウム系発光素子から紫外線を発光させ、その光を赤色、緑色、青色を発光する蛍光体に照射して発光させ、白色を得る技術などがある。また、それ以外にも、窒化ガリウム系発光素子からの青色の光を赤色の光を発光する蛍光体に照射し、青色と赤色とを混色してピンク色の発光を得たり、窒化ガリウム発光素子からの紫外線を緑色の光を発光する蛍光体に照射して緑色を得る技術などがある。
【００２６】
蛍光体を含む領域は、本構造のどこに存在しても構わない。透明電極を実装する透明基盤の実装側と反対の面に、樹脂などに蛍光体を分散させた層を形成しても良いし、チップとチップの間の空間を埋める樹脂に蛍光体を分散させることもできる。
また、蛍光体を含む領域は、透明の基盤を兼ねても構わないし、透明の電極を兼ねても構わない。
【００２７】
上記の窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などIII族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）、III族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマン（ＧｅＨ4）を用い、ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＥｔＣｐ）2Ｍｇ）を用いる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
図１は本実施例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図であり、図２はその実装の様子を示した模式図である。
半導体積層構造は、サファイアからなる基板上に、ＡｌＮからなるバッファ層を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層１を積層したあと、レーザ剥離機を用いて、サファイア基板を剥離した。窒化ガリウム系化合物半導体層１は、厚さ１０μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層１６および厚さ０．０２μｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１５、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１４、および厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１３と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層１２からなっている。
ｐ型ＡｌＧａＮ１２コンタクト層上に、厚さ２００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極層１１を形成した。ｎ型ＧａＮコンタクト層１６上には、Ｔｉ／Ａｕの二層構造の負極１７を形成した。光取り出し面は基板側とした。
【００３０】
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０19ｃｍ-3であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０17ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０19ｃｍ-3であった。
【００３１】
窒化ガリウム系化合物半導体層の積層（図１の１２〜１６）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。また、正極１１および負極１７は次の手順で形成した。
【００３２】
初めに、サファイア基板の裏面を研磨して透明にしておき、エキシマーレーザをスキャンして照射することにより、サファイア基板とＧａＮ層の間で熱を生じさせ、サファイア基板を剥離した。剥離を行う前にｐ層面には支持するためのＳｉ基板を接着しておいた。
【００３３】
次に、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に負極を以下の手順により形成した。露出したｎ型層上に、通常用いられる真空蒸着法で半導体側から順にＴｉが１００μｍ、Ａｕが１μｍよりなる負極を形成した。
ｎ側に電極膜を形成した後、接着剤を溶剤で溶かすことによりＳｉ基板を分離した。これ以降は、ｎ電極膜で基板の形状を保持してハンドリングを行った。
【００３４】
次に、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、ＩＴＯからなるコンタクトメタル層を形成した。コンタクトメタル層の形成では、基板を真空スパッタ装置内に導入し、ＩＴＯ膜を５００ｎｍ積層した。
【００３５】
このようにして正極および負極を形成したウエーハを、ダイサを用いてｎ電極側から切断し、３５０μｍ角のチップに分離した。続いてこれらのチップをプローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ２．９５Ｖであった。
【００３６】
その後、このチップを実装した。
初めに、透明電極１１の上に粉末状のＩＴＯを溶剤に溶いた溶液２５を塗布し、これをガラス板２６上にＩＴＯ配線２４を蒸着によって形成した基盤に載せた。３個の素子を上記と同様の手順で載置したあと、このガラス板を３００℃程度に加熱し、溶剤を蒸発させて素子をしっかりと基板に接着した。
【００３７】
しかるのち、金属電極面上にＡｕＳｎからなる共晶半田ペースト２２を塗布して、裏面から金属製の配線２１がパターニングされたアルミナ製のセラミック基板２３を載せ、リフロー炉の中で加熱した。
【００３８】
以上の操作により、図２に断面図を示すような構造を持つチップ実装基盤を作製した。配線に電流を通じることでチップは青色に発光し、発光をガラス板を通して外部へ取り出すことができた。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では、殆どの工程を実施例１と同一とし、透明電極側を実装する基盤を、給電部として、パターニングされたＩＴＯによる配線を施したエポキシ樹脂基盤とした。エポキシ樹脂基盤には、青色の発光で黄色の光を発生するような蛍光体であるＳｉＡｌＯＮを含有させた。それ以外は実施例１と同じ構造、同じ工程とした。これにより、白色の光を取り出すことができた。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は優れた光取出し効率を有するので、この発光素子から高輝度のＬＥＤランプを作製することができ、照明用途、ディスプレイ用途およびバックライト用途として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施例１で作製した本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面を示した模式図である。
【図２】実施例１で作製した本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の実装体の模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  本発明で作製した半導体チップ
１１  透明電極（ｐ側）
１２  ｐ型コンタクト層
１３  ｐ型クラッド層
１４  活性層
１５  ｎ型クラッド層
１６  ｎ型コンタクト層
１７  金属電極（ｎ側）
２１  金属配線
２２  半田
２３  セラミック基盤
２４  透明導電性酸化物配線
２５  透明導電性接着剤
２６  透明基盤
【図１】
2007042985.tif 000003
【図２】
2007042985.tif 000004