(57)【要約】 【課題】発光の取り出しを良好とし、蛍光体の波長変換の効率を増大させた反射型正極を備えた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チップと蛍光体を備え、該半導体チップからの発光波長を蛍光体により変換する半導体発光素子である。この半導体チップの光取り出し面から発光層に向けて凹溝が形成される。そしてこの凹溝内に蛍光体を充填した半導体発光素子である。【選択図】  図１
2007059418.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チップと蛍光体を備え、該半導体チップからの発光波長を蛍光体により変換する半導体発光素子において、該蛍光体を前記半導体チップの光取り出し面から発光層に向けて設けた凹溝内に配置したことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
凹溝が半導体チップの発光層の側面を露出する深さ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
凹溝が、半導体チップの発光層を０．１μｍ〜１０μｍ越えた深さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
凹溝が、半導体チップのｎ型導電層を分断していないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
凹溝の形状がドット状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
凹溝の形状がストライプ状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
凹溝の側面に凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
凹溝の側面が基板面に対して垂直を中心にして±１０°の傾斜の範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
凹溝が形成された領域の面積が、上記半導体チップの光取り出し面に対し、面積比で１０〜９０％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
凹溝内に蛍光体を含む透明の材料が充填されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
透明の材料が、樹脂であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
透明の材料が、導電性のない無機材料であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
蛍光体が、ＹＡＧ、ＴＡＧ、ＢＡＭ、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮからなる群から選ばれた、少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
半導体チップからの発光と、該半導体発光チップからの発光で励起された蛍光体からの発光とを混色することにより、発光の色調が略白色であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
半導体チップからの発光で励起された複数の蛍光体からの異なる波長の発光を混色することにより、発光の色調が略白色であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
半導体チップの大きさが、５００μｍ角以上であることを請求項１〜１５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
窒化ガリウム系化合物半導体チップと蛍光体を備え、該半導体チップからの発光波長を蛍光体により変換する半導体発光素子の製造法において、半導体チップの光取り出し面から発光層に向けてレーザーを照射するか又はエッチングにより凹溝を穿設し、該凹溝内に蛍光体を充填することを特徴とする半導体発光素子の製造法。
【請求項１８】
蛍光体の充填が、スピンコータを用いて行うことを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１９】
蛍光体の充填が、蒸着、またはスパッタにより行うことを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に波長を変換する蛍光体を含む窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、光取り出し効率と波長変換効率に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【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の特性として、短波長の光を効率良く出力できる点がある。このような特徴を利用して、高出力の青色ＬＥＤや紫外ＬＥＤが作製されてきた。また、短波長の光を励起光源として用い、波長を変換することで、更に長い波長の発光を得ることができる。この性質を利用して、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子チップを用い、こ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。
【０００３】
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に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。
【０００４】
以上のような、これまでの混色技術においては、蛍光体を含む領域は発光素子の光を取り出す面側に配置されていた。具体的には、チップを覆う樹脂モールドの中に蛍光体を分散させていた（特許文献１）。
しかしながら、実際には素子からの発光は上方の他に側方へも放射されており側方への光の取り出しの方が、上方への取出しよりも効率が良い。上方には、どうしても発光層に電流を流通させるためのコンタクト層が存在し、この層での光吸収や多重反射が発生する。
従って、上方にある樹脂中に蛍光体を含有させた配置とすると、素子からの励起光の強度がある程度以上は望めない。
【特許文献１】特開平１０−５６２０８
【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、発光の取り出しを良好とし、蛍光体の波長変換の効率を増大させた反射型正極を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、蛍光体を半導体チップに設けた凹溝内に配置することによって上記の目的が達成されることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は以下の構成からなる。
（１）窒化ガリウム系化合物半導体チップと蛍光体を備え、該半導体チップからの発光波長を蛍光体により変換する半導体発光素子において、該蛍光体を前記半導体チップの光取り出し面から発光層に向けて設けた凹溝内に配置したことを特徴とする半導体発光素子。
（２）凹溝が半導体チップの発光層の側面を露出する深さ以上であることを特徴とする上記（１）に記載の半導体発光素子。
（３）凹溝が、半導体チップの発光層を０．１μｍ〜１０μｍ越えた深さであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の半導体発光素子。
【０００７】
（４）凹溝が、半導体チップのｎ型導電層を分断していないことを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（５）凹溝の形状がドット状であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（６）凹溝の形状がストライプ状であることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（７）凹溝の側面に凹凸が形成されていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（８）凹溝の側面が基板面に対して垂直を中心にして±１０°の傾斜の範囲内であることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の半導体発光素子。
【０００８】
（９）凹溝が形成された領域の面積が、上記半導体チップの光取り出し面に対し、面積比で１０〜９０％であることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１０）凹溝内に蛍光体を含む透明の材料が充填されていることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１１）透明の材料が、樹脂であることを特徴とする上記（１０）に記載の半導体発光素子。
（１２）透明の材料が、導電性のない無機材料であることを特徴とする上記（１０）に記載の半導体発光素子。
【０００９】
（１３）蛍光体が、ＹＡＧ、ＴＡＧ、ＢＡＭ、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮからなる群から選ばれた、少なくとも１種類であることを特徴とする上記（１）〜（１２）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１４）半導体チップからの発光と、該半導体発光チップからの発光で励起された蛍光体からの発光とを混色することにより、発光の色調が略白色であることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１５）半導体チップからの発光で励起された複数の蛍光体からの異なる波長の発光を混色することにより、発光の色調が略白色であることを特徴とする上記（１）〜（１３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（１６）半導体チップの大きさが、５００μｍ角以上であることを上記（１）〜（１５）のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１０】
（１７）窒化ガリウム系化合物半導体チップと蛍光体を備え、該半導体チップからの発光波長を蛍光体により変換する半導体発光素子の製造法において、半導体チップの光取り出し面から発光層に向けてレーザーを照射するか又はエッチングにより凹溝を穿設し、該凹溝内に蛍光体を充填することを特徴とする半導体発光素子の製造法。
（１８）蛍光体の充填が、スピンコータを用いて行うことを特徴とする上記（１７）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（１９）蛍光体の充填が、蒸着、またはスパッタにより行うことを特徴とする上記（１７）に記載の半導体発光素子の製造方法。
（２０）上記（１）〜（１６）のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の発光素子は、チップからの光の取出しが良好であり、かつ、効率よく取り出された光を効率的に蛍光体の励起光として用いることができるため、極めて大きな発光出力を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の半導体発光素子は窒化ガリウム系化合物半導体チップに蛍光体を備えたもので、該半導体チップからの発光を蛍光体により波長変換するものである。この半導体発光素子において、本発明は蛍光体を半導体チップの光取り出し面から発光層に向けて設けた凹溝内に配置したことを特徴とするものである。
通常、ウエーハを切断したチップは切断面で周囲を囲まれ、発光層は露出している。半導体発光素子に蛍光体を設ける場合、この周囲に配置される。また、例えば、ｐ層が最表層となるように積層構造を作製した場合、エッチングによって積層構造の下層に当たるｎ型層を露出する必要がある。このときには発光層が露出された側面にも蛍光体を形成することができる。即ち、このような従来の蛍光体を有する発光素子は半導体チップの外周面に蛍光体が配置されている。
【００１３】
これに対し本発明における蛍光体はチップの領域（エリア）内の表面（光取り出し面）から発光層に向けて設けた凹溝内に充填される。こうすることにより、チップの周辺以外のエリア内にも凹溝の側面を形成することができ、より多くの量の光を取り出すことができ、その側面光によって蛍光体を効率的に励起できるため、望ましい。
このような側面は、チップのエリア内に加工によって凹溝を形成することで出現させることができる。
本発明において凹溝とはドット状の凹部、ストライプ状の溝など側面が現れる形状であればどのようなものでもよい。凹溝は複数個形成することが好ましい。
【００１４】
凹溝をドット状に形成するのとは逆に、発光層を含む結晶領域をドット状に残してその周辺を蛍光体を含む領域とすることも可能であるが、発光層に電流を注入するための電極の形成に工夫を要する。このため、結晶は連続して途切れていないことが望ましい。
チップのサイズは、数百μｍ角から数ｍｍ角のものまで、どのようなサイズのものにでも適用できる。しかし、上記のようにチップの発光エリア内に加工を施す場合には、大きなサイズのチップの方が加工が容易であって望ましい。特に、５００μｍ角（長方形の場合は長辺の長さ）以上のサイズのチップであることが良い。また、特に８００μｍ角以上であることが望ましく、更に望ましくは１ｍｍ角以上である。
【００１５】
加工した側面は、断面積を大きくするために凹凸が形成されているのが望ましく、例えば上方から見た平面形状において凹凸が形成されていることが望ましい。断面積を大きくすることで、より多くの光を取り出すことが可能である。具体的には、例えばストライプ形状を形成するときのパターニングにおいて、直線ではなく微細な凹凸を含む形状とすることができる。
また加工面の断面は、基板に対して垂直でも構わないし、ある程度の角度を持っていても構わない。しかし、光をより効率的に側面から取り出すためには、断面の傾斜が基板に垂直を中心に±１０°の範囲内であることが望ましい。
【００１６】
表面に形成される凹溝の形状としては、ランダムな形状であっても良い。その場合は、大きさ、幅、深さおよび斜面の角度などが様々な値を持つ凹凸が形成される。凹部または凸部の平面形状も、様々である。
このような形状を作製するには、ドライエッチングやウェットエッチングなどを用いて結晶表面をランダムに加工する方法を用いることもできる。
表面に存在する凹溝の断面形状は、どのような形状を持つこともできる。最も一般的なのは、単一の角度の面で形成される、三角形或いはＶ字型の形状であるが、その他、２種類の角度の面で形成される五角形、３種類の角度の面で形成される七角形の形状であっても良い。しかしながら、多種類の角度で形成される形状を取る断面は形成することが難しく、収率を落とすことが多い。最も有効なのは、前述したような垂直な側面で形成される、長方形の断面形状を持つ凹溝である。
【００１７】
表面に形成される凹溝の形状としては、断面形状に曲面を含む形状であっても良い。その場合には、曲面を含んでさえいれば、大きさ、幅、深さおよび斜面の角度などは、様々な値を持つ凹凸が形成されても良い。
凹溝をチップのエリアに形成する場合、凹溝が形成された領域の面積が、半導体チップの光取り出し面に対し、面積比で、１０から９０％であることが望ましい。これ以上凹溝の面積が大きいと発光面の面積が小さくなるし、これよりも凹溝の面積が小さいと蛍光体の発光を得るための面積が小さすぎる。
更に、凹溝の領域とチップの結晶の領域の面積は、同程度よりもチップの結晶の領域が多少大きいことが望ましい。多くの側面を露出させるためには結晶の領域を小さくすることが必要だが、あまりに小さくしすぎても充分な発光が発生しない。蛍光体を含む領域に対する結晶の領域の面積の比は、１以上１０以下であることが望ましい。
【００１８】
また、形成する凹溝の深さは、積層構造に含まれる発光層が露出するに充分であれば良いが、発光を取り出す観点から更に深く形成する方が望ましく、発光層よりも０．１μｍ以上深いことが望ましい。更に望ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上であることが特に良い。半導体層の厚さによっては１０μｍ以上とすることも可能である。しかし、発光層の下に存在する導電層を分断してしまっては、発光そのものを阻害するため、導電層よりを分断しない程度である必要がある。しかし、溝部分で分断が生じていたとしても、周辺から流入される電流で発光を得ることは可能である。
【００１９】
凹溝を形成する方法としては、既存の方法を制限なく用いることができる。例えば、フォトリソグラフィーとして知られる方法を用いてパターニングし、その後ドライエッチングまたはウエットエッチングを用いて凹部を形成し、残った部分を凸部とすることができる。また、ダイヤモンド針を押し付けて線を引くスクライブや、レーザ光を当てて熱を発生させることで加工を施すレーザースクライブの手法を応用しても良い。
【００２０】
蛍光体を含む領域に使用する蛍光体としても、既存のものを制限なく使用することができる。一例を挙げれば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＴＡＧ（Ｔｅｒｂｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）、ＢＡＭ（Ｂａｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）、ＺｎＳ、ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）などである。
【００２１】
本発明において、蛍光体の種類、半導体チップの選択等により、蛍光体からの出射光と半導体チップからの出射光との混色によりほぼ白色光とすることが出来る。
また蛍光体として複数個選び、主としてこの蛍光体からの発光の組合せでほぼ白色光とすることもできる。この場合、性気候として用いるチップからの発光は、紫外光であることが望ましい。チップからの光が混色して色調が計算した者と変わってしまうからである。
本発明の蛍光体は、粉体として使用する際には、略球形の形状の粉末とすることが望ましい。略球形とすることで、ハンドリングの際にダメージ層を再生しにくく、また、内部で発生した発光を効率良く粉体の外へ取り出すことができる。また、発光強度の観点からは、体積に対して表面積の大きい形状が望ましい。例えば、複数の角や棘のような突起物を表面に有する形状とすると発光強度が高まる。粉体の形状は、電子線顕微鏡などの方法で観察することができる。
【００２２】
粉体からの発光は、そのサイズによって強度が影響を受けることが知られている。これは、前述した体積あたりの表面積の問題と考えられる。つまり、粉体の粒径は小さいほうが望ましい。つまり、粉体の粒径は、直径０．２μｍ程度から５０μｍ程度であることが望ましい。更に望ましくは直径０．５μｍ程度から２０μｍ程度であり、１μｍから１０μｍ程度であることで発光強度が強く、凝集を回避できるため、最も望ましい。
【００２３】
蛍光体を含む領域を形成するためには、透明な物質中に蛍光体を混錬して分散する方法が簡便であり、望ましい。蛍光体を保持するための物質をフィラと呼ぶ。フィラは、樹脂の他、ガラスなども用いることができる。  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。
蛍光体を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、それに加えて励起光である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。
【００２４】
フィラとしてガラスを使用する場合には、ＳｉＯ2の他、ＳｉＮ、ＣａＦ、ＢＮ、Ａｌ2Ｏ3などを用いることができる。ガラス系材料は、絶縁性であることが望ましい。導電性の材料を用いることもできるが、その場合には別途絶縁性の材料で側面を覆う必要がある。導電率の高い透明材料としては、ＩＴＯ、ＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｇＯ、ＺｎＡｌＯ、ダイヤモンドおよびＳｎＯ2などがある。
チップ表面に形成した凹溝へ蛍光体を含んだフィラを充填する方法としては、特に一つの方法に限定されるものではない。
【００２５】
例えば、凹溝の部分を露出するようにレジストをパターニングをした素子に、蛍光体を含んだフィラをスパッタや蒸着によって付着させ、一般にリフトオフと呼ばれる手順によって凹溝以外の部分に付着したフィラを除去する方法がある。この方法は、ガラス系のフィラを用いるのに適している。また、樹脂などをフィラとして用いる場合には、蛍光体を含ませたフィラを液状にしてスピンコータなどで塗布し、固化した後で凹溝部分以外のフィラを削り取っても良い。スピンコータの設定を適正に制御すれば、凹溝部分にのみフィラを残すことも可能である。
【００２６】
凹溝を満たすフィラの上面は、平坦であっても構わないし、凹状、凸状の形状を持っていても構わない。光の取り出しの観点からは、多少凸状の形状を有することが有利である。凹状の表面を有する場合、横方向から入射する励起光を無駄にする可能性が高く、望ましくない。
以上のようにして作製した、凹溝部分とそこを満たす蛍光体含有フィラを有する発光素子は、既存のいかようなパッケージとしても用いることができる。
パッケージとは、「砲弾型」と呼ばれる一般的なＬＥＤランプの形状だけに限らない。その他に、「缶タイプ」と呼ばれるランプや、「表面実装型」と呼ばれるタイプも含んで用いるものとする。表面実装型ランプには、光を上面から取り出すトップビューと呼ばれるものと、側面から取り出すサイドビューと呼ばれるものがある。
【００２７】
チップの、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。
【００２８】
これら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）または有機ゲルマニウム化合物を用い、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。
【００２９】
基板上にｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体のｎ型半導体層に接して負極を形成するために、発光層およびｐ型半導体層の一部を除去して、ｎ型半導体層を露出させる。その後残したｐ型半導体層上に上述の反射型正極を形成し、露出させたｎ型半導体層上に負極を形成する。負極としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を含め、各種組成および構造の負極を何ら制限無く用いることができる。
【実施例】
【００３０】
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。
（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はその平面を示した模式図である。サファイアからなる基板（１）上に、ＡｌＮからなるバッファ層（６）を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層（２）を積層した。窒化ガリウム系化合物半導体層（２）は、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層、厚さ２μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層および厚さ０．０２μｍのＳｉドープｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層がこの順序で積層されたｎ型半導体層（３）、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（４）、および厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎコンタクト層がこの順序で積層されたｐ型半導体層（５）からなっている。ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上に、厚さ５００ｎｍのＩＴＯからなる透明電極層（１０）、およびＡｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ５層構造（厚さはそれぞれ５０／２０／１０／１００／２００ｎｍ）のボンディングパッド（１１）よりなる正極（１２）を形成した。チップの表面には、図２にその平面図を示したようなドット状パターンの凹溝（２０）を設け、その中にはＳｉＯ2の中にＹＡＧ：Ｃｅを含むフィラが充填されている。ドライエッチングにて露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に、パターニングしてレジストを除去した部分に蒸着で積層し、リフトオフと呼ばれる手法にて望まない部分の積層膜を除去し、Ｔｉ／Ａｕの二層構造の負極（３０）を形成した。
【００３１】
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、ｎ型Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層のＳｉドープ量は１×１０18cm-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。
【００３２】
窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、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、正極および負極は次の手順で形成した。
初めに反応性イオンエッチング法によって負極を形成する部分のｎ型ＧａＮコンタクト層を下記手順により露出させた。
まず、エッチングマスクをｐ型半導体層上に形成した。形成手順は以下の通りである。レジストを全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、正極領域からレジストを除去した。真空蒸着装置内にセットして、酸素を少量流通した上で、圧力４×１０-4Ｐａ以下でＩＴＯをエレクトロンビーム法により膜厚が５００ｎｍとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、正極領域以外のＩＴＯ膜をレジストとともに除去した。
その後、同様の手法によりボンディングパッドを形成した。
【００３３】
次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を１０-4Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ2を供給してｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。
次に、あらかじめｐ電極パターンに開けてあった箇所に、凹溝を形成した。
凹溝の形成は、凹溝を形成したい部分を露出したようなパターンのレジストを基板表面に形成し、ドライエッチングによってほぼ垂直の側面を持つ凹溝を形成した。凹溝の深さは発光層よりも１．５μｍ深くした。
その後、レジストを残したままで、ウエーハをスパッタ機に導入し、スパッタ法によってＹＡＧ：Ｃｅを含むＳｉＯ2を１．５μｍの厚さで形成した。
【００３４】
ウエーハをスパッタ機から取り出した後、アセトン溶液中で超音波を照射し、一般にリフトオフと呼ばれる方法でレジスト膜を除去した。レジスト膜を除去後は基板を洗浄して乾燥した。
このようにしてチップ表面に凹溝を持ち、凹溝中に蛍光体を含むフィラを充填された素子パターンを含むウエーハを、基板裏面を研削・研磨することにより８０μｍまで基板の板厚を薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れたあと、押し割って、３５０μｍ角のチップに切断した。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３．５Ｖであった。
【００３５】
その後、このチップを、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ、印加電流２０ｍＡにおける発光出力は９ｍＷであった。
以上の方法で作製した素子を用いて、ＬＥＤランプを作製した。ランプは、トップ型パッケージと呼ばれる形状である。
封止樹脂の硬化のためにトップ型パッケージをオーブンに入れ、１２０℃にて１時間加熱して硬化を行い、積分球式のＬＥＤテスタにて評価した。
この評価により、２０ｍＡの通電で、Ｒａ＝８５の白色ＬＥＤを作製することができた。また、発光効率も８０ｌｍ／Ｗと良好であった。
このランプを、８５％、８０度の環境で３０ｍＡの電流を通電しながら、高温高湿エージングテストを行ったが、出力、発光色の変化は見られなかった。
【００３６】
（実施例２）
実施例１と同様の積層構造を持ち、発光波長が４００ｎｍであるエピウエーハを用いて、異なる形状のチップを作製した。
実施例２で作製した素子の平面図を図３に示す。各辺は１ｍｍである。また、凹溝のパターンはストライプ状とした。ドライエッチングにて露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に、パターニングしてレジストを除去した部分に蒸着で積層し、リフトオフと呼ばれる手法にて望まない部分の積層膜を除去し、Ｔｉ／Ａｕの二層構造の負極（３０）を形成した。
電極の形成、凹溝の形成までは、実施例１と同様に行った。
ドライエッチングによって凹溝を形成後、すぐにレジストの剥離を行った。
【００３７】
その後、赤、緑、青の三種類の蛍光体を含有させ、溶剤に溶いたシリコーン樹脂をスピンコータで塗布した。事前に実験を繰り返し行い、凹溝の中のみにフィラ樹脂が残留させることができるように、樹脂の粘度、スピンコータの回転数、回転時間、樹脂の乗せ量を調節した。
その後、オーブンで硬化処理を行った。
このようにして作製した、チップ表面に凹溝を持ち、凹溝中に蛍光体を含むフィラを充填された素子パターンを含むウエーハを、実施例１と同様にしてチップとした。これらのチップをプローブ針による通電で電流印加値３５０ｍＡにおける順方向電圧の測定をしたところ３．６Ｖであった。
【００３８】
その後、このチップを、ＴＯ−１８缶パッケージに実装してテスターによって発光出力を計測したところ、印加電流３５０ｍＡにおける発光出力は１８０ｍＷであった。
以上の方法で作製した素子を用いて、ＬＥＤランプを作製した。ランプは、トップ型パッケージと呼ばれる形状である。
封止樹脂の硬化のためにトップ型パッケージをオーブンに入れ、１２０℃にて１時間加熱して硬化を行い、積分球式のＬＥＤテスタにて評価した。
この評価により、２０ｍＡの通電で、Ｒａ＝８５の白色ＬＥＤを作製することができた。また、発光効率も７０ｌｍ／Ｗと良好であった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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と波長変換効率を有するので、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】
【００４０】
【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平面を示した模式図である。
【図３】実施例２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平面を示した模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基板
２  ＧａＮ系化合物半導体層
３  ｎ型半導体層
４  発光層
５  ｐ型半導体層
６  バッファ層
１２  正極
１０  透明材料層
１１  ボンディングパッド
２０  凹溝（蛍光体を含むフィラが充填されている領域）
３０  負極
【図１】
2007059418.tif 000003
【図２】
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【図３】
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