【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近紫外領域から可視光領域までの広範囲での発光可能な発光素子と、この発光素子からの光を波長変換する基板を備えた発光装置に係わり、特に前記発光素子には窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を用い、また前記基板には放出光の波長が異なる付活剤が添加されることで、可視光の長波長側においても高輝度に発光可能なことにより演色性の高い混色光が発光可能な発光装置を提供することにある。
【０００２】
【従来技術】
窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた発光素子が開発され、近紫外光から可視光の長波長側である赤色光が発光可能となり半導体を用いた照明や液晶、表示装置の需要が高まっている。
【０００３】
このような中、本出願人は可視光の青色光を発光するサファイア基板上に形成された窒化ガリウム半導体からなる発光素子と、この発光素子からの青色光を吸収し、補色となる黄色が発光可能なＣｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２（以下、ＹＡＧと示す）系蛍光粉末とを備えた発光装置を開発させた。このような組み合わせによって、発光素子から放射された光の一部がＹＡＧ系蛍光粉末の粒子に当たり、発光した黄色光を発光素子からの青色光と混ざり合わせて白色光とするものであるため、信頼性が高く高輝度に発光可能な実用的白色発光装置を実現させた。このような発光ダイオードは、二端子一チップの比較的簡単な構成で実用的な信用性を持った高輝度な白色光を得ることができるために種々の分野に応用され始めている。この白色発光ダイオードは蛍光体を利用しているがゆえに、可視光における赤み成分をも発光し演色性もＲａ＝８５以上とすることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２７８３１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記に示す構成で白色光の均一性を得るのは困難と言える。その理由としては、樹脂に混入させるＹＡＧ系蛍光粉末の粒径を均一にすることが難しいからである。さらには粉末が沈降することが考えられる。これは粉末の重さによるものであり、粒径が不均一であるため粒径の大きい粉末は早く沈降するため、粉末の空間的分布が存在することとなり、白色光の不均一が生じるのである。更に、利用分野の広がりにつれ、より演色性の高い発光装置、例えば発光ダイオードが求められる現在においては更なる改良が求められている。そこで、本発明は比較的簡単な構成でありながら演色性の高い白色系が均一光として発光可能な発光装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決する手段】
本発明は、基板上に窒化物系化合物半導体からなる発光層を有する発光素子を備えた発光装置であって、前記基板は窒化物系化合物半導体からなる発光層からの放出光を吸収して、より長波長の光を放出する付活剤としてＣｒ又はＦｅから成る第１元素と、イオン半径がＡｌの７０％以上１３０％以下の範囲にある第２元素とを含有したサファイア基板であることを特徴とする発光装置である。本発明に用いる前記基板は発光層からの放出光を少なくとも１％以上、好ましくは１０％以上透過させる透明基板であればよいが、付活剤を均一に含有させるにはサファイアが好ましい。サファイア基板にＣｒを含有したものと窒化物系化合物半導体からなる発光層を有する発光素子との組み合わせ技術があるが、実用化するためには演色性をより向上させる必要があった。そこで、本発明はサファイア基板に含有させる付活剤をＣｒ又はＦｅから成る第１元素と、それ以外に第２元素を含有することでサファイア基板からの放出光を５３０〜６８０ｎｍ、好ましくは５５０〜６５０ｎｍの光に波長変換して、発光層からの放出光と合わせることで演色性の高い混色光が発光可能な発光装置とすることができる。付活剤とする元素を２種類以上として双方の含有割合によって基板からの放出光をシャープな光だけでなくブロードな光にもすることができるため、同じイエロー帯であったとしても照明装置や医療機器等の用途に応じて波長帯だけではなく、その半値幅までも調整することができる。また、比較的簡単な構成で信頼性の高い発光ダイオードとすることもできる。
【０００７】
サファイア基板は耐熱性に優れた基板であって、インゴットで得られた後にウェハー加工が出来る等の耐久性も有している。しかしながら、結晶内に付活剤を含有させることは結晶性を著しく低下させることになる。そのため、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）内のＡｌの位置に入る元素を限定しなければならない。そこで、本発明では付活剤として第１元素の他にイオン半径をＡｌの７０％以上１３０％以下とした第２元素を追加することで該付活剤は、サファイアの結晶性を低下させることなくＡｌサイトに入ることを可能とした。上記構成とすることで演色性の高い混色光が発光可能な発光装置とすることができる。また、比較的簡単な構成で信頼性の高い発光装置とすることもできる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発光装置は、前記第２元素は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇからなる群から選択される少なくとも１つである。これらの元素は２価〜４価である。これによって、より赤色成分が高輝度に発光可能となると共に、発光素子形成時や発光装置の形成時における基板の割れ等が抑制された歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発光装置は、前記サファイア基板に含有されるＣｒは、５５０ｎｍの波長における吸光度が１０ｃｍ― １以上である。これによって、より赤色成分が高輝度に発光可能となると共に、発光素子形成時におけるサファイア基板のスクライブなどによっても歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発光装置は、前記発光層からの第一の放出光と、前記サファイア基板は少なくとも第一の放出光を吸収し、波長変換することによって第一の放出光の主発光ピークよりも長波長側に主発光ピークを持った第二の放出光を発光し、且つ第一及び第二の放出光の混色光によって白色光が発光可能な発光装置。
【００１１】
これによって、蛍光体を樹脂封止等する場合においても蛍光体及び樹脂が劣化することなく各種インジケータ、バックライト光源、照明用光源などに利用可能な発光装置、例えば発光ダイオードとすることができる。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の発光装置は、前記発光層からの放出光は主発光ピークが３６０ｎｍから４９０ｎｍの範囲内にある。これによって、発光装置からの放出光を任意色にすることができる。発光層からの光が近紫外領域（３６０ｎｍから４００ｎｍ）であれば、前記サファイア基板を透過する光は無色となり、サファイア基板内で波長変換した光のみが放出光となるため長波長の放出光を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は以下に示す実施の形態によって変換効率の高い特定の材料を使用して、実用的信頼性と高輝度化及び高演色性を両立できることを見出した。
【００１４】
すなわち、近紫外〜長波長領域までの広範囲で発光可能な窒化物系化合物半導体からなる発光層を有する発光素子と、この発光素子からの光を利用してより長波長に変換可能な付活剤を含有したサファイア基板を備えた発光装置とすることによって、より実用的な白色系が発光可能な発光ダイオード等を形成したものである。
【００１５】
本発明は図１に示すように、第１元素２０１と第２元素２０２が含有されたサファイア基板１０１上に、ＩｎＡｌＧａＮから成るバッファ層１０２、転位低減層１０３を介して、ｎ型不純物がドープされ電極が形成される第一のｎ型窒化物半導体層１０４、第一のｎ型窒化物半導体層上にｎ型不純物がドープされたキャリア供給作用、キャリア閉じ込め作用、光閉じ込め作用等の機能を有する第二のｎ型窒化物半導体層１０５、単一又は多重量子井戸構造を形成するために障壁層と井戸層を備えた発光層１０６、ｐ型不純物がドープされたキャリア供給作用、キャリア閉じ込め作用、光閉じ込め作用等の機能を有する第一のｐ型窒化物半導体層１０７、ｐ型不純物がドープされ電極が形成される第二のｐ型窒化物半導体層１０８からなる発光素子１２０を形成する。前記転位低減層１０３は省略可能である。前記第一のｎ型窒化物半導体層１０４上にはｎ型電極１２１、第二のｐ型窒化物半導体層１０８上にはｐ型電極１２２、パッド電極１２３が形成されている。また、前記電極を形成した後、発光素子には保護膜１３１が形成されている。
【００１６】
［サファイア基板１０１］
前記サファイア基板は、（０００１）面、又は（１１−２０）面を主面とすることが好ましい。基板上に成長させる窒化物系化合物半導体の結晶性がよいからである。以下に付活剤を含有したサファイア基板の製造方法を示す。
【００１７】
サファイア基板はＥＦＧ法、ヘム法、キプロス法等の方法で結晶を育成することができる。その中でもＣＺ法は組成均一であり、添加物の偏積がないため基板の成長法には好ましい。更には任意の角度で引き上げた基板を切り出せることから窒化物半導体の成長面である（０００１）面を容易に形成することができる。ＣＺ法では原料融液に種結晶を基に結晶方位の揃った単結晶を育成する。回転させた種結晶を原料融液に接触させ、先端が溶けるほどの温度に保持した後、種結晶を上昇させて融液との間に温度勾配を作り冷却していく。その後、結晶育成は大きく３つの工程に分けられる。結晶の直径を太くする型作り工程、一定径の結晶を得る直胴部育成工程、融液から結晶を切り離す工程からなる。原料は所望の組成比の割合で秤量して混合すればよい。原料はルツボ中に充填される。ルツボ材にはＩｒ製のものが用いられる。結晶育成炉は、炉内に耐火材で構成された高温部の中に原料を充填Ｉｒルツボを配置する。ここで付活剤は共沈させることにより添加することができる。この付活剤は引き上げられたサファイア内では均等に配置されている。
【００１８】
サファイア基板の製造方法としては、まずＩｒルツボにアルミナ、付活剤に用いる原料の酸化物等を所定量を投入する。ここで、付活剤である第１元素、第２元素の割合はＡｌサイトに置換する量がＡｌ総量の５％以下、好ましくは３％以下とする。次に、高周波炉においてアルゴン雰囲気中で１５００℃以上、好ましくは２０８０℃程度まで昇温し、アルミナ種結晶からＣＺ法により引き上げる。アルミナ種結晶を結晶液面に漬けて、０．１〜１０．０ｍｍ／ｈ、好ましくは０．３〜５ｍｍ／ｈ、より好ましくは０．５〜２．０ｍｍ／ｈで結晶を引き上げる。結晶の引き上げ軸はａ軸方向、ｃ軸方向、その他を特に限定しない。また、回転速度は０．５〜１０ｒｐｍ、好ましくは１〜３ｒｐｍとする。ここで、前記アルミナ種結晶は直径１ｍｍ〜３０ｍｍ、より好ましくは５〜２０ｍｍ、最も好ましくは１０ｍｍとする。
【００１９】
引き上がったサファイア基板をＨ２雰囲気で１０００℃以上、好ましくは１４００℃程度でアニールを行う。これにより半値幅が３０ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは２５ａｒｃｓｅｃ以下の結晶性を得ることができ、結晶欠陥も５×１０２〜５×１０４個／ｃｍ２とすることができる。その後、ワイヤーソーでウェハー状にカッティングをし、ラッピング、ポリッシングにより付活剤を含有したサファイア基板とする。
【００２０】
本実施形態においては、基板の膜厚は光を透過することができる膜厚であれば、特に限定されないが、好ましくは３ｍｍ以下とする。基板の膜厚は３０μｍあれば加工することは可能ではあるが、より好ましくは、５０μｍ以上２ｍｍ以下とする。これは基板のスライス加工、ステップ加工が可能な膜厚である。本発明に示す基板はスライス加工が可能な面は窒化物半導体の成長面とすることができる。
【００２１】
［付活剤２００］
本発明の実施形態において、付活剤２００には第１元素２０１と第２元素２０２とを用いる。ここで、第１元素はＣｒ又はＦｅである。ＣｒはＣｒ３＋又はＣｒ４＋として、ＦｅはＦｅ３＋として含有する。第２元素は、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇからなる群から選択される少なくとも１つである。第１元素と第２元素の組み合わせとしては、第１元素：第２元素をＣｒ４＋：Ｆｅ３＋、Ｃｒ４＋：Ｍｇ２＋、Ｆｅ３＋：Ｔｉ３＋とすることがサファイア基板からの放出光を変換効率が高いイエロー光とすることができるため、発光素子１２０からの放出光をブルー光とすれば高輝度の白色光を得ることができる。
【００２２】
［発光素子１２０］
本発明の実施形態において、発光素子１２０は窒化物系化合物半導体から成り、アンドープ、又はＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等のｎ型不純物をドープした窒化物系化合物半導体、またはＭｇ、Ｚｎ等のｐ型不純物をドープした窒化物系化合物半導体、さらにはｎ型不純物とｐ型不純物を同時ドープさせた窒化物系化合物半導体を用いることができる。また、窒化物系化合物半導体を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等の方法を適用できる。以下に発光素子の層構造について詳細を示す。
【００２３】
実施形態１
Ｉｒルツボにアルミナ、付活剤に用いる原料の酸化物等を所定量を投入する。ここで、付活剤である第１元素、第２元素の割合はＡｌサイトに置換する量がＡｌ総量の４％として、それぞれ２％とする。次に、高周波炉においてアルゴン雰囲気中で２０８０℃程度まで昇温し、アルミナ種結晶からＣＺ法により引き上げる。アルミナ種結晶を結晶液面に漬けて、１．５０ｍｍ／ｈで結晶を引き上げる。結晶の引き上げ軸はｃ軸方向とする。また、回転速度は２．０ｒｐｍとする。ここで、前記アルミナ種結晶は直径１０ｍｍとする。
【００２４】
引き上がったサファイア基板をＨ２雰囲気で１４００℃程度でアニールを行う。これにより半値幅が２５ａｒｃｓｅｃ以下の結晶性を得る。結晶欠陥も５×１０２個／ｃｍ２とする。その後、ワイヤーソーでウェハー状にカッティングをし、ラッピング、ポリッシングによりＣｒ３＋とＦｅ３＋を含有したサファイア基板とする。このサファイア基板は２インチで、膜厚２００〜４００μｍとする。
【００２５】
前記サファイア基板１０１上にバッファ層１０２（図示されていない。）を形成する。このバッファ層としては、一般式はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表される。好ましくはＡｌの組成比が０．５以下である。Ａｌの組成比が高ければ結晶性を低下させるが上記範囲でＡｌをバッファ層に含有すれば、後工程において窒化物系化合物半導体の成長時に容易に平坦化することができる。バッファ層の成長温度は３００℃以上１０００℃以下、好ましくは４００℃以上９００℃以下の範囲に調整する。バッファ層が良好な多結晶として形成すると、この多結晶を種結晶としてバッファ層の上に結晶性の良好な窒化物系化合物半導体を形成することができる。バッファ層の膜厚は１０オングストローム以上０．５μｍ以下で成長される。この範囲に調整すれば基板と窒化物半導体との格子定数不整を緩和することができるため、結晶欠陥を低減させる点で好ましい。バッファ層には基板と窒化物半導体との格子定数不整を緩和する効果があり、転位欠陥を単位面積あたり１×１０９個／ｃｍ２程度まで低減させる点で好ましい。
【００２６】
上記バッファ層の上には、マスクを用いたＥＬＯ法や基板上に成長させた窒化物半導体層に凹凸を形成した後、再び横方向成長させる方法等を利用した転位低減層１０３（省略可能）を介して第一のｎ型窒化物半導体層１０４を成長させる。
【００２７】
（第一のｎ型窒化物半導体層１０４）
第一のｎ型窒化物半導体層１０４は、ｎ型不純物を含むｎ型コンタクト層であって、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３以上、好ましくは３×１０１８／ｃｍ３以上の濃度で含有する。このようにｎ型不純物を多くドープすることで、発光ダイオードを形成する場合にはＶｆ（順方向電圧）を低下させることができる。ｎ型コンタクト層としての機能を保持しうる限界としては５×１０２１／ｃｍ３以下とすることが望ましい。本発明における不純物濃度の測定は二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ；Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によるものである。ｎ型コンタクト層は、ＩｎＡｌＧａＮで表され、結晶欠陥を少なくするためにはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）とする。また、ｎ型コンタクト層はｎ型電極１２１を形成するための層であり、抵抗値を低くし発光素子のＶｆを低くするために、ｎ型コンタクト層の膜厚は１〜１０μｍとする。
【００２８】
（第二のｎ型窒化物半導体層１０５）
次に、ｎ型コンタクト層上には第二のｎ型窒化物半導体層１０５としてｎ側第１多層膜層とｎ側第２多層膜層を成長させる。アンドープの下層、ｎ型不純物ドープの中間層、アンドープの上層の３層から成るｎ側第１多層膜層を形成すると、発光出力と共に静電耐圧を向上させることができる。これらの３層を構成する窒化物半導体としては、ＩｎＡｌＧａＮで表される種々の組成の窒化物半導体を用いることができる。この組成は互いに同一でも異なっていてもよい。ｎ側第１多層膜の膜厚は、Ｖｆを最適化し静電耐圧を向上させるために、１７５〜１２０００Åとする。好ましくは２０００〜６０００Åとする。第１多層膜の膜厚は、各膜厚を適宜調整することにより、総膜厚を上記の範囲とする。これにより、発光出力及び静電耐圧を著しく向上させることができる。アンドープの下層の膜厚は、１００〜１００００Åとする。アンドープの下層は、膜厚を厚くすれば静電耐圧が上昇していくが、１０００Å付近でＶｆが急上昇し、一方膜厚を薄くしていくと、Ｖｆは低下していくが、静電耐圧の低下が大きくなり、１００Å未満では静電耐圧の低下に伴い歩留まりの低下が大きくなる傾向が見られる。また、アンドープの下層は、ｎ型不純物を含むｎ型コンタクト層の結晶性の低下による影響を改善する機能を有しているため、結晶性を改善する機能を効果的に発揮させる観点からは、５００〜８０００Å程度の膜厚で成長させるのが好ましい。ｎ型不純物ドープの中間層の膜厚はｎ型コンタクト層の膜厚よりも小さいことが好ましく、５０〜１０００Åとする。このｎ型不純物がドープされた中間層は、キャリア濃度を十分高くして発光出力を比較的大きくする機能を有する層であり、この層を有する発光素子は、形成しない発光素子に比べて発光出力が低下する。また、膜厚が１０００Åを超えると逆に発光出力が低下する。一方、静電耐圧のみを考慮すると、中間層の膜厚は５０Åより厚いと静電耐圧は良好にできるが、これよりも薄ければ静電耐圧を低下させてしまう。アンドープの上層の膜厚はアンドープの下層の膜厚よりも小さいことが好ましく、２５〜１０００Åとする。このアンドープの上層は、第１多層膜の中で活性層に接して、あるいは最も接近して形成され、リーク電流の防止に大きく関与する層であるが、上層の膜厚が２５Å未満ではリーク電流の増加を効果的に防止することができない。また、上層の膜厚が１０００Åを超えるとＶｆが上昇し静電耐圧も低下する。上記の範囲で下層〜上層の各層の膜厚を形成することにより、素子特性のバランスが良好であり、特に発光出力及び静電耐圧が良好とすることができる。
【００２９】
第１の多層膜層を構成する各層の組成は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で表され、各層の組成は同一でも異なっていても構わない。また、第１の多層膜層における ｎ型不純物のドープ量は、好ましくは、３×１０１８／ｃｍ３以上の濃度とする。上限は、５×１０２１／ｃｍ３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族元素を選択する。第１多層膜の上に活性層を形成する場合において、その第１の多層膜層のうちの活性層と接する上層５ｃを、例えば、ＧａＮを用いて形成することにより、活性層における障壁層として機能させることができる。第１多層膜層は上記組成式で示される３層内のいずれか２層のみ、又は単一のアンドープ層としてもよい。
【００３０】
次に、第１の多層膜層上にｎ側第２多層膜層を形成する。この層は、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体層と、その第１の窒化物半導体層と異なる組成を有する第２の窒化物半導体層とを積層することにより構成する。このｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層はそれぞれ少なくとも一層以上形成し、好ましくはそれぞれ少なくとも２層以上積層し合計で４層以上積層することが望ましい。このｎ側第２多層膜層の膜厚は、少なくとも一方の膜厚を１００Å以下とし、好ましくは両方の膜厚を１００Å以下とする。少なくとも一方の膜厚が１００Å以下であれば、その一方の薄膜層が弾性臨界膜厚以下となって結晶性を良くすることができ、多層膜層全体の結晶性を良くすることができる。両方の膜厚を１００Å以下とすれば、ｎ側第２多層膜層が超格子構造となり、ｎ側第２多層膜層はバッファ層の作用効果を有するため、その多層膜層の結晶性が良くなり、出力をより向上させることができる。ｎ側第２多層膜層において、第１の窒化物半導体層はＩｎを含む窒化物半導体とし、好ましくは３元混晶のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）とし、好ましくはｘ値を０．５以下とする。第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層と組成が異なる窒化物半導体であればよく、２元混晶や３元混晶のＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）とする。また、ｎ側第２多層膜層はアンドープ、いずれか一方に不純物がドープされてもよい。この不純物はｎ型不純物であり、変調ドープとすることが好ましい。変調ドープとすれば、出力を高くすることができる。ｎ型不純物のドープ量は、好ましくは、３×１０１８／ｃｍ３以上の濃度とする。上限は、５×１０２１／ｃｍ３以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第ＩＶＢ族、第ＶＩＢ族元素を選択する。
【００３１】
（発光層１０６）
次に量子井戸構造の発光層を形成する。発光層（活性層）はアンドープの他に、ｎ型不純物とｐ型不純物のいずれか一方をドープしたものや、双方をドープしたものとする。発光層にｎ型不純物をドープするとアンドープのものに比べてバンド間発光強度を強くすることができる。発光層にｐ型不純物をドープすればバンド間発光のピーク波長よりも約０．５ｅＶ低いエネルギー側にピーク波長をシフトさせることができるが、半値幅は広くなる。結晶性のよい発光層を成長させるには、アンドープが最も好ましい。また単一量子井戸構造としてもよいが、多重量子井戸構造とすれば発光出力が高い、静電耐圧の良好な特性が得られる。障壁層と井戸層との積層順は、井戸層から積層して井戸層で終わる、井戸層から積層して障壁層で終わる、障壁層から積層して障壁層で終わる、また障壁層から積層して井戸層で終わってもよい。このペア数は１〜１５ペア程度であればよい。この範囲の膜厚とすれば出力を向上させることができる。発光層に接している層は発光層における最初の層（井戸層、若しくは障壁層）として機能する場合もある。
【００３２】
井戸層の組成式はＩｎＡｌＧａＮであって、膜厚としては１００Å以下とし、膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上とする。なお、複数の井戸層を有する場合には、最もｎ側第２多層膜層に近い井戸層をｎ型不純物のドープ層から形成し、他の井戸層をアンドープとすればＶｆを低下させることができる。このｎ型不純物はＳｉが好ましく、５×１０２１／ｃｍ３以下に調整する。一方、障壁層の組成式はＩｎＡｌＧａＮであって、また膜厚は２０００Å以下、好ましくは５００Å以下とし、膜厚の下限は、１原子層以上、好ましくは１０Å以上に調整する。
【００３３】
（第一のｐ型窒化物半導体層１０７）
発光層上には第一のｐ型窒化物半導体層１０７を成長させる。このｐ側窒化物半導体層４はｐ型クラッド層、ｐ型低濃度ドープ層から成る。ｐ型クラッド層はｐ型不純物をドープした、多層膜構造（超格子構造）または単一膜構造からなる。ｐ型クラッド層を構成する多層膜としては、少なくとも一方にｐ型不純物を含有したものが挙げられる。一般式はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）と、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示される。ｐ型多層膜層のＡｌやＩｎの組成比は本発明における他の多層膜と同様に平均値を示すものとする。またｐ型クラッド層を超格子構造とすると、結晶性が良く、抵抗率を低くできるので、Ｖｆを低くすることができる。ｐ型クラッド層にドープされるｐ型不純物としては、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第ＩＩＡ族、ＩＩＢ族元素を選択する。次に、ｐ型クラッド層を単一層とする場合は、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）とする。Ａｌを含有することで発光出力が向上し、また静電耐圧についてもＧａＮと同等に良好である。
【００３４】
ｐ型クラッド層を形成後、ｐ型低濃度ドープ層を形成することができる。このｐ型低濃度ドープ層はｐ型クラッド層よりもｐ型不純物濃度を低くすればよく、多層膜としてもよい。効果としては、発光出力の向上と共に、静電耐圧を良好にすることができる。また、ｐ型低濃度ドープ層はｐ型クラッド層内のｐ型不純物濃度によっては省略することができる。
【００３５】
（第二のｐ型窒化物半導体層１０８）
次に第二のｐ型窒化物半導体層１０８を成長させる。第二のｐ型窒化物半導体層１０８は、ｐ型クラッド層、又はｐ型低濃度ドープ層上に形成される一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で表され、Ｍｇ等のｐ型不純物をドープしたｐ型コンタクト層である。Ｉｎ、Ａｌを含まないＧａＮからなる窒化物半導体とすることで、ｐ型電極１２２とのオーミック接触をより良好にでき、発光効率を向上させることができる。ｐ型コンタクト層の膜厚は、特に限定されないが１０００Å程度である。以上よりウェハー上に窒化物半導体素子を得ることができる。
【００３６】
また、ｎ型電極１２１はｎ型コンタクト層上に、ｐ型電極１２２はｐ型コンタクト層上に、それぞれ形成される。例えばｎ型電極にはＴｉ／ＡｌやＷ／Ａｌ、ｐ型電極としてはＮｉ／Ａｕなどを用いることができる。その後、チップ化することで発光素子とする（図５）。さらに前記発光素子は電極上にバンプを形成してフリップチップ型にすることもできる（図２）。
【００３７】
実施形態２
その他の実施形態としては、サファイア基板１０１には発光素子の形成面及び／又は裏面に凹凸を有した構造とする（図３、図４）。凹凸を形成したサファイア基板の平面形状は、矩形状、ストライプ状、格子状、又は島状である。凹凸を形成したサファイア基板上にエアーギャップを形成せずに窒化物半導体を成長させれば該基板への入射効率が向上する。凸部ａと凹部ｂを形成した基板上に窒化物半導体素子を形成し、前記基板に凹凸を形成したディンプル角度αが０°（垂直）〜９０°（平坦な基板）の範囲での取り出し効率は、上記ディンプル角度が０°〜７５°であれば、サファイア基板は基板入射効率は４５％以上を示す。テーパー角を傾けることでサファイア基板１０１への入射光が増大するため波長変換効率が大幅に向上することになり、イエロー帯の発光が強くなる。つまり、前記テーパー角の角度を調整することで発光色を変化させることができる。また、テーパー角が１０°〜３０°であれば容易にエアーギャップを有さずに窒化物半導体を形成することができる。窒化物系化合物半導体の成長時に横方向成長を促進させることで転位を低減させて結晶性を向上させ、基板と窒化物半導体とのトータル膜厚を薄膜化させることもできる。エッチングにより形成された基板凹凸の平面形状は、ストライプ状、格子状、島状や、その他に凸部形状が多角形状、また凹部形状が多角形状に抜き取られたもの等がある。
【００３８】
次にバッファ層１０２は基板１０１の凹凸面上に形成されるが、バッファ層を核として成長する窒化物半導体は凹部側面を核とする場合に比べて凸部上面、凹部底面を核として成長させる方が成長レートが高い。また、凸部上面と凹部底面には高低差があるため、同じ成長レートであっても基板の凸部上面からの成長が縦方向だけでなく横方向にも延びることで隣接する凸部上面から成長した窒化物半導体同士が接合して平坦化する。平坦化後も凹部には空洞が残るため、基板の反り緩和や光取りだし効率の向上を実現できる。前記基板は窒化物半導体を成長させる主面に傾斜を形成してもよい。好ましくは、この基板の表面傾斜は主面となす角が１０°以内である。以上に示すように、基板には凹凸段差を有することで光の発光効率を上げることができる。
【００３９】
前記サファイア基板上に段差を形成する方法としては、基板上に開口部を有する保護膜を形成する。その後、エッチングにより保護膜の開口部から露出している基板表面を除去する。これにより、サファイア基板に凹凸段差が形成される。その後、保護膜を除去することで凹凸段差を有するサファイア基板となる。前記保護膜としては、基板とのエッチング選択性を有するものであればよい。具体例としては、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）、窒化酸化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯｘ）等の酸化物、窒化物、またはこれらの多層膜や１２００℃以上の融点を有する金属等である。この保護膜の成膜方法としては、例えば、ＣＶＤ、スパッタリング及び、蒸着法等を用いて成膜させ、パターン状の保護膜を形成する。
【００４０】
前記保護膜の形状としては、例えば、ストライプ形状や格子状、又は島状、円形、又は多角形の開口部を有するものがある。多角形の開口部を有する具体的なパターン形状としては六角抜き型やその逆パターンの六角柱型が挙げられる。ストライプ形状であれば、窒化物半導体の横方向成長領域はストライプ状に低欠陥領域となるため、レーザーダイオードに用いることができる。また、円形や多角形の開口部を形成すれば窒化物半導体はこれらの開口部の中央部一点で接合するため基板全体にかかる応力を均等にでき、窒化物半導体基板の反りを抑制する。さらに円形や多角形のパターンは配列を六回対称や三回対称とすれば平坦化しやすくなる。
【００４１】
保護膜の開口部の幅は、サファイア基板１０１の凹部抜き取り幅に等しい。保護膜のストライプ幅及び、格子幅としては、特に限定されないが、ストライプで形成した場合、保護膜のストライプ幅は好ましくは１〜５０μｍ、より好ましくは５〜２０μｍとする。ここで、サファイア基板凹部の深さは、０．１μｍ以上であり、窒化物半導体を成長した後の凹部内に空洞を有するものは、凹部の深さは０．２μｍ以上とするのが好ましい。
【００４２】
基板に凹凸を形成するエッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等の方法があるが、好ましくは異方性エッチングであり、ドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、ＩＣＰプラズマエッチング等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することで窒化物半導体をエッチングする。
【００４３】
ここで、実施形態２では前記バッファ層１０２をＡｌの組成比を０．２以下としたＩｎＧａＮ層とする。またＡｌの組成比はゼロであってもよい。Ａｌの組成比をゼロとした場合において、好ましくはＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０．２≦ｂ≦０．９）となる。Ｉｎを含むことによって歪み緩和効果を有する。また、ＩｎＮは不安定であるからＧａを含むことが好ましい。
【００４４】
以上の構成の発光素子を銅箔の一対のリード電極となるパターンが形成された硝子エポキシ回路基板上に金バンプを利用して発光素子の電極と電気的に接続させフリップチップ型に配置させる。つぎに、エポキシ樹脂を塗布して硬化させることで発光装置の１実施形態である砲弾型発光ダイオードを形成することができる。
【００４５】
その他には上記発光素子をリードフレーム３０２を備えたヒートシンク３０１に実装した後、導電性ワイヤー３０３をボンディングする。次に透明性ガラスで封止することで他の発光装置を得ることができる（図６）。また、図７に示すような発光装置とすることもできる。リードフレーム３０２を備えたヒートシンク３０１に発光素子を実装し、導電性ワイヤー３０３をボンディングしている。
【００４６】
発光ダイオードのリード電極間に電流を流すと、発光層からの放出光と、サファイア基板からは長波長６００〜６８０ｎｍに主発光ピークを有する光を発光し、それぞれの混色光によって演色性の高い白色光を発光させることができる。この白色発光ダイオードはＩｎ濃度を変化させることによって発光層から放出させることができる第一の波長をある程度調節させることができる。更に、Ｃｒ、Ｆｅ等で付活されたサファイア基板は、Ｃｒの濃度を増減させることによって赤色成分の出力を調節させることができる。膜厚が１５０μｍ以下のサファイア基板を利用する場合は、５５０ｎｍの波長における吸光度が１０ｃｍ― １以上であることが好ましく、より好ましくは吸光度が２５ｃｍ― １以上さらに好ましくは１２５ｃｍ― １以上である。これによって、実用的な赤色成分の高い混色光から演色性の高い白色光まで形成させることができる。以下、本発明の具体的実施例について、詳述するがこれのみに限られない。
【００４７】
【実施例】
発光素子として発光ピークが約４７０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体を井戸層とした発光層を用いた図１の如き発光ダイオードを形成させる。発光素子は、洗浄させた付活剤としてＣｒを２％、Ｆｅを２％含有したα−サファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇと、を切り替えることによってｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体とｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しｐｎ接合を形成させた。具体的には、前記サファイア基板上に、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎのバッファ層を介して、ＳｉがアンドープのＧａＮ層を１．５μｍ成長させる。次に、その上にＳｉが含有され電極が形成されるＧａＮであるｎ型コンタクト層、アンドープＧａＮ／ＳｉドープＧａＮ／アンドープＧａＮよりなる多層膜を成長する。その後、ＧａＮとＩｎＧａＮよりなる超格子層をトータル膜厚６５０Å程度で成長させる。次に、多重量子井戸構造とされるＧａＮ（障壁層）／ＩｎＧａＮ（井戸層）が５層積層された発光層、ＭｇドープのＡｌＧａＮとＭｇドープのＩｎＧａＮかなる超格子構造のクラッド層、ノンドープＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を成長させる。さらにｐ型コンタクト層上にはｐ型電極、ｎ型コンタクト層上にはｎ型電極が形成されている。（なお、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりｐｎ各半導体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーのＣｒ、Ｆｅ含有サファイア基板を約１００μｍの厚みになるまで研磨した後、スクライブラインを引き、外力により分割させ発光素子として形成させる。
【００４８】
次に、銀メッキした銅製リードフレームの先端にカップを有するマウント・リードに発光素子をエポキシ樹脂でダイボンディングした。発光素子１２０の各電極とマウント・リード及びインナー・リードと、をそれぞれ金線からなる導電性ワイヤーでボンディングし電気的導通を取った。
【００４９】
更に、透光性エポシキ樹脂を混入後、１５０℃で５時間にて硬化させた。こうして形成された発光ダイオードは、通常のサファイア基板を利用した白色発光ダイオードに対して演色性が大きく改善された。
【００５０】
【発明の効果】
本発明の構成の発光装置とすることによって近紫外から可視光を利用した実用的な高輝度かつ高演色性の白色系が発光可能な発光ダイオードとすることができる。特に、Ｃｒ又はＦｅからなる第１元素と、上述した第２元素とを付活剤として含有したサファイア基板から放出された比較的長波長側の赤色成分を含む放出光を均一光として得ることによって高混色性よく信頼性の高い発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の白色系が発光可能な発光素子の模式的断面図を示す。
【図２】図２は本発明の白色系が発光可能な発光素子の模式的断面図を示す。
【図３】図３は本発明の白色系が発光可能な発光素子の模式的断面図を示す。
【図４】図４は本発明の白色系が発光可能な発光素子の模式的断面図を示す。
【図５】図５は本発明の白色系が発光可能な発光素子の模式的斜視図を示す。
【図６】図６Ａは本発明の白色系が発光可能な発光素子を実装した発光装置の模式的断面図、図６Ｂは模式的斜視図を示す。
【図７】図７Ａは本発明の白色系が発光可能な発光素子を実装した発光装置の模式的断面図、図７Ｂは模式的斜視図を示す。
【符号の説明】
１０１…サファイア基板
１０２…バッファ層
１０３…転位低減層
１２０…発光素子
１２１…ｎ型電極
１２２…ｐ型電極
１２３…パッド電極
１３１…保護膜
１３２…バンプ
２００…付活剤
３０１…ヒートシンク
３０２…リードフレーム
３０３…導電性ワイヤ
３０４…透光性ガラス
３０５…パッケージ樹脂
３０６…プラスチックレンズ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light-emitting element capable of emitting light in a wide range from the near ultraviolet region to the visible light region, and a light-emitting device including a substrate that converts the wavelength of light from the light-emitting element. Semiconductor (InxAlyGa1-xyN, 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y ≦ 1), and an activator having a different emission light wavelength is added to the substrate, so that even at the longer wavelength side of visible light, An object of the present invention is to provide a light emitting device capable of emitting mixed color light having high color rendering properties by emitting light with high luminance.
[0002]
[Prior art]
Nitride semiconductor (InxAlyGa1-xyN, 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y ≦ 1) has been developed, and it is possible to emit red light, which is a long-wavelength side of visible light from near-ultraviolet light, so that illumination using a semiconductor is possible. Demand for liquid crystal and display devices is increasing.
[0003]
Under such circumstances, the present applicant has developed a light-emitting element made of a gallium nitride semiconductor formed on a sapphire substrate that emits blue light of visible light, and absorbs blue light from this light-emitting element to emit a complementary yellow color. Y activated by possible Ce3Al5O12(Hereinafter referred to as YAG) based fluorescent powder. With such a combination, a part of the light emitted from the light emitting element hits the particles of the YAG-based fluorescent powder, and the emitted yellow light is mixed with the blue light from the light emitting element to form white light. A practical white light emitting device that can emit light with high luminance and high luminance has been realized. Such a light emitting diode has begun to be applied to various fields because it is possible to obtain practically reliable high-luminance white light with a relatively simple structure of two terminals and one chip. Since this white light emitting diode uses a phosphor, it can also emit a reddish component in visible light and have color rendering properties of Ra = 85 or more.
[0004]
[Patent Document 1] JP-A-2000-208815
[Patent Document 2] JP-A-2002-27831
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, it can be said that it is difficult to obtain white light uniformity with the above configuration. The reason is that it is difficult to make the particle diameter of the YAG fluorescent powder mixed into the resin uniform. Further, it is considered that the powder settles. This is due to the weight of the powder, and because the particle size is non-uniform, the powder having a large particle size sediments quickly, so that there is a spatial distribution of the powder, and the white light becomes non-uniform. . Further, as the field of use expands, a light-emitting device having higher color rendering properties, for example, a light-emitting diode is required, and further improvements are required. Therefore, an object of the present invention is to provide a light emitting device which can emit a white light having a high color rendering property as uniform light with a relatively simple configuration.
[0006]
[Means to solve the problem]
The present invention is a light-emitting device including a light-emitting element having a light-emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor on a substrate, wherein the substrate absorbs light emitted from the light-emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor, A sapphire substrate containing a first element composed of Cr or Fe as an activator that emits light of a longer wavelength and a second element having an ionic radius in the range of 70% to 130% of Al It is a light emitting device characterized by the following. The substrate used in the present invention may be a transparent substrate that transmits at least 1% or more, preferably 10% or more of light emitted from the light emitting layer, but sapphire is preferable for uniformly containing the activator. There is a combination technique of a sapphire substrate containing Cr and a light-emitting element having a light-emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor. However, for practical use, it was necessary to further improve the color rendering. Therefore, the present invention includes a first element composed of Cr or Fe as an activator to be contained in a sapphire substrate and a second element in addition to the activator to emit light from the sapphire substrate at 530 to 680 nm, preferably 550 to 680 nm. By converting the wavelength to 650 nm light and combining with light emitted from the light emitting layer, a light emitting device capable of emitting mixed color light having high color rendering properties can be obtained. Since the light emitted from the substrate can be made not only sharp light but also broad light depending on the content ratio of two or more kinds of activator elements, the lighting device and the lighting device can have the same yellow band. It is possible to adjust not only the wavelength band but also its half-value width according to the use of a medical device or the like. Further, a highly reliable light-emitting diode can be provided with a relatively simple configuration.
[0007]
The sapphire substrate is a substrate excellent in heat resistance and has durability such that a wafer can be processed after being obtained in an ingot. However, the inclusion of an activator in the crystal significantly lowers the crystallinity. Therefore, sapphire (Al2O3Elements in the position of Al in parentheses) must be limited. Therefore, in the present invention, the activator reduces the crystallinity of sapphire by adding, as an activator, a second element having an ionic radius of 70% to 130% of Al in addition to the first element. Without entering the Al site. With the above structure, a light emitting device capable of emitting mixed color light having high color rendering properties can be provided. Further, a highly reliable light-emitting device with a relatively simple structure can be provided.
[0008]
In the light emitting device according to claim 2 of the present invention, the second element is at least one selected from the group consisting of Fe, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu, and Mg. These elements are divalent to tetravalent. Accordingly, a red component can emit light with higher luminance, and a light-emitting device with a high yield can be obtained in which cracking of a substrate or the like during formation of a light-emitting element or a light-emitting device is suppressed.
[0009]
In the light emitting device according to claim 3 of the present invention, Cr contained in the sapphire substrate has an absorbance at a wavelength of 550 nm of 10 cm.― 1That is all. As a result, the red component can emit light with higher luminance, and a light-emitting device with a high yield can be obtained even by scribing the sapphire substrate when forming the light-emitting element.
[0010]
In the light emitting device according to claim 4 of the present invention, the first emission light from the light emitting layer and the sapphire substrate absorb at least the first emission light and perform wavelength conversion to convert the first emission light. A light-emitting device that emits second emission light having a main emission peak on a longer wavelength side than the main emission peak, and is capable of emitting white light by mixed light of the first and second emission lights.
[0011]
This makes it possible to provide a light emitting device, for example, a light emitting diode that can be used for various indicators, a backlight light source, an illumination light source, and the like without deterioration of the phosphor and the resin even when the phosphor is sealed with a resin.
[0012]
In the light emitting device according to claim 5 of the present invention, the emission light from the light emitting layer has a main emission peak within a range from 360 nm to 490 nm. Thereby, the light emitted from the light emitting device can be made into an arbitrary color. If the light from the light emitting layer is in the near ultraviolet region (360 nm to 400 nm), the light transmitted through the sapphire substrate becomes colorless, and only the light whose wavelength has been converted in the sapphire substrate becomes emission light. Obtainable.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present inventor has found that practical reliability, high luminance, and high color rendering properties can be achieved at the same time by using a specific material having high conversion efficiency according to the embodiment described below.
[0014]
That is, a light-emitting element having a light-emitting layer made of a nitride-based compound semiconductor capable of emitting light in a wide range from the near ultraviolet to a long wavelength region, and an activator capable of converting light into a longer wavelength using light from the light-emitting element In this case, a light-emitting device including a sapphire substrate containing a light-emitting diode or the like capable of emitting more practical white light is formed.
[0015]
In the present invention, as shown in FIG. 1, an n-type impurity is doped on a sapphire substrate 101 containing a first element 201 and a second element 202 via a buffer layer 102 made of InAlGaN and a dislocation reduction layer 103. The first n-type nitride semiconductor layer 104 on which an electrode is formed, which has functions such as a carrier supply effect, a carrier confinement effect, and a light confinement effect in which an n-type impurity is doped on the first n-type nitride semiconductor layer. A second n-type nitride semiconductor layer 105, a light-emitting layer 106 having a barrier layer and a well layer to form a single or multiple quantum well structure, a p-type impurity-doped carrier supply effect, a carrier confinement effect, Light emission comprising a first p-type nitride semiconductor layer 107 having a function of light confinement and the like, and a second p-type nitride semiconductor layer 108 on which an electrode is formed by doping a p-type impurity. To form a child 120. The dislocation reduction layer 103 can be omitted. An n-type electrode 121 is formed on the first n-type nitride semiconductor layer 104, and a p-type electrode 122 and a pad electrode 123 are formed on the second p-type nitride semiconductor layer. After the electrodes are formed, a protective film 131 is formed on the light emitting element.
[0016]
[Sapphire substrate 101]
The sapphire substrate preferably has a (0001) plane or a (11-20) plane as a main surface. This is because the nitride-based compound semiconductor grown on the substrate has good crystallinity. Hereinafter, a method for producing a sapphire substrate containing an activator will be described.
[0017]
Crystals can be grown on a sapphire substrate by a method such as the EFG method, the heme method, and the Cyprus method. Among them, the CZ method is preferable for a substrate growth method because the composition is uniform and there is no uneven distribution of additives. Furthermore, since the substrate pulled up at an arbitrary angle can be cut out, the (0001) plane, which is the growth surface of the nitride semiconductor, can be easily formed. In the CZ method, a single crystal having a uniform crystal orientation is grown in a raw material melt based on a seed crystal. The rotated seed crystal is brought into contact with the raw material melt and maintained at such a temperature that the tip melts. Then, the seed crystal is raised to create a temperature gradient with the melt and cool. Thereafter, crystal growth is roughly divided into three steps. It comprises a mold making step for increasing the diameter of the crystal, a straight body growing step for obtaining a crystal of a constant diameter, and a step for separating the crystal from the melt. The raw materials may be weighed and mixed at a desired composition ratio. The raw material is filled in the crucible. The crucible is made of Ir. In a crystal growing furnace, an Ir crucible is placed in a high-temperature part made of a refractory material and filled with a raw material. Here, the activator can be added by coprecipitation. The activator is evenly distributed within the raised sapphire.
[0018]
As a method for manufacturing a sapphire substrate, first, a predetermined amount of alumina, an oxide of a raw material used as an activator, and the like are charged into an Ir crucible. Here, the ratio of the first element and the second element, which are activators, is such that the amount that substitutes for Al sites is 5% or less, preferably 3% or less of the total amount of Al. Next, the temperature is raised to 1500 ° C. or higher, preferably about 2080 ° C. in an argon atmosphere in a high frequency furnace, and the alumina seed crystal is pulled up by the CZ method. The alumina seed crystal is immersed in the crystal liquid level, and the crystal is pulled up at 0.1 to 10.0 mm / h, preferably 0.3 to 5 mm / h, more preferably 0.5 to 2.0 mm / h. The crystal pulling axis is not particularly limited in the a-axis direction, the c-axis direction, and the like. The rotation speed is 0.5 to 10 rpm, preferably 1 to 3 rpm. Here, the diameter of the alumina seed crystal is 1 mm to 30 mm, more preferably 5 mm to 20 mm, and most preferably 10 mm.
[0019]
Lift the sapphire substrate to H2Annealing is performed in an atmosphere at 1000 ° C. or higher, preferably about 1400 ° C. Thereby, it is possible to obtain a crystallinity having a half width of 30 arcsec or less, preferably 25 arcsec or less, and a crystal defect of 5 × 102~ 5 × 104Pieces / cm2It can be. After that, the wafer is cut into a wafer by a wire saw, and a sapphire substrate containing an activator is obtained by lapping and polishing.
[0020]
In the present embodiment, the thickness of the substrate is not particularly limited as long as it can transmit light, but is preferably 3 mm or less. Processing is possible if the thickness of the substrate is 30 μm, but more preferably 50 μm or more and 2 mm or less. This is a film thickness that allows the substrate to be sliced and stepped. In the substrate according to the present invention, the surface on which slicing can be performed can be a growth surface of a nitride semiconductor.
[0021]
[Activator 200]
In the embodiment of the present invention, a first element 201 and a second element 202 are used for the activator 200. Here, the first element is Cr or Fe. Cr is Cr3+Or Cr4+And Fe is Fe3+Contained as The second element is at least one selected from the group consisting of Fe, Ti, V, Mn, Co, Ni, Cu, and Mg. As the combination of the first element and the second element, the first element:4+: Fe3+, Cr4+: Mg2+, Fe3+: Ti3+Since the light emitted from the sapphire substrate can be converted into yellow light with high conversion efficiency, white light with high luminance can be obtained by using the light emitted from the light emitting element 120 as blue light.
[0022]
[Light emitting element 120]
In the embodiment of the present invention, the light emitting device 120 is made of a nitride-based compound semiconductor, and is undoped or doped with an n-type impurity such as Si, Ge, Sn, or S, or a p-type semiconductor such as Mg or Zn. A nitride-based compound semiconductor doped with a p-type impurity, or a nitride-based compound semiconductor doped with an n-type impurity and a p-type impurity simultaneously can be used. The method for growing the nitride-based compound semiconductor is not particularly limited, but MOVPE (organic metal vapor phase epitaxy), HVPE (halide vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam epitaxy), and MOCVD (organic metal organic phase epitaxy). A method such as chemical vapor deposition can be applied. The details of the layer structure of the light-emitting element are described below.
[0023]
Embodiment 1
A predetermined amount of alumina, a raw material oxide used as an activator, and the like are charged into an Ir crucible. Here, the ratios of the first element and the second element, which are activators, are set to 2%, respectively, assuming that the amount of substitution at the Al site is 4% of the total amount of Al. Next, the temperature is raised to about 2080 ° C. in an argon atmosphere in a high frequency furnace, and the alumina seed crystal is pulled up by the CZ method. The alumina seed crystal is immersed in the crystal liquid surface, and the crystal is pulled up at 1.50 mm / h. The pulling axis of the crystal is in the c-axis direction. The rotation speed is 2.0 rpm. Here, the alumina seed crystal has a diameter of 10 mm.
[0024]
Lift the sapphire substrate to H2Annealing is performed at about 1400 ° C. in an atmosphere. Thereby, crystallinity with a half width of 25 arcsec or less is obtained. 5 × 10 crystal defects2Pieces / cm2And After that, the wafer is cut into a wafer with a wire saw, and lapping and polishing are performed.3+And Fe3+Sapphire substrate. This sapphire substrate is 2 inches and has a thickness of 200 to 400 μm.
[0025]
A buffer layer 102 (not shown) is formed on the sapphire substrate 101. For this buffer layer, the general formula is InxAlyGa1-xyN (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1). Preferably, the composition ratio of Al is 0.5 or less. If the composition ratio of Al is high, the crystallinity is reduced, but if Al is contained in the buffer layer in the above range, it can be easily planarized at the time of growth of the nitride-based compound semiconductor in a later step. The growth temperature of the buffer layer is adjusted to a range from 300 ° C. to 1000 ° C., preferably from 400 ° C. to 900 ° C. When the buffer layer is formed as a good polycrystal, a nitride-based compound semiconductor having good crystallinity can be formed on the buffer layer using the polycrystal as a seed crystal. The buffer layer is grown with a thickness of 10 Å to 0.5 μm. Adjustment within this range is preferable from the viewpoint of reducing crystal defects because lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor can be reduced. The buffer layer has an effect of alleviating the lattice constant irregularity between the substrate and the nitride semiconductor.9Pieces / cm2It is preferable in that it is reduced to the extent.
[0026]
On the buffer layer, a dislocation reduction layer 103 is formed by using an ELO method using a mask or a method of forming irregularities on a nitride semiconductor layer grown on a substrate and then growing the same in a lateral direction again (omitted). To grow the first n-type nitride semiconductor layer 104.
[0027]
(First n-type nitride semiconductor layer 104)
The first n-type nitride semiconductor layer 104 is an n-type contact layer containing an n-type impurity, and has an n-type impurity of 1 × 1017/ Cm3Above, preferably 3 × 1018/ Cm3It is contained in the above concentration. By doping a large amount of n-type impurities in this manner, when a light emitting diode is formed, Vf (forward voltage) can be reduced. The limit of maintaining the function as an n-type contact layer is 5 × 1021/ Cm3It is desirable to make the following. The measurement of the impurity concentration in the present invention is based on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS). The n-type contact layer is represented by InAlGaN, and has InxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 0.2) in order to reduce crystal defects. The n-type contact layer is a layer for forming the n-type electrode 121, and the thickness of the n-type contact layer is set to 1 to 10 μm in order to lower the resistance value and lower the Vf of the light emitting element.
[0028]
(Second n-type nitride semiconductor layer 105)
Next, an n-side first multilayer film layer and an n-side second multilayer film layer are grown as second n-type nitride semiconductor layers 105 on the n-type contact layer. When the n-side first multilayer film layer including the undoped lower layer, the n-type impurity-doped intermediate layer, and the undoped upper layer is formed, the light emitting output and the electrostatic breakdown voltage can be improved. As the nitride semiconductor constituting these three layers, nitride semiconductors having various compositions represented by InAlGaN can be used. The compositions may be the same or different. The thickness of the n-side first multilayer film is set to 175 to 12000 ° in order to optimize Vf and improve the electrostatic withstand voltage. Preferably it is 2000-6000 °. The thickness of the first multilayer film is adjusted so that the total thickness falls within the above range. Thereby, light emission output and electrostatic withstand voltage can be significantly improved. The thickness of the lower layer of the undoped layer is 100 to 10000 °. As for the lower layer of the undoped layer, the electrostatic breakdown voltage increases as the film thickness increases, but Vf sharply increases near 1000 °, while the Vf decreases as the film thickness decreases, but the electrostatic breakdown voltage decreases. When the temperature is less than 100 °, the yield tends to decrease with the decrease in electrostatic withstand voltage. Further, since the undoped lower layer has a function of improving the influence of the decrease in the crystallinity of the n-type contact layer containing the n-type impurity, from the viewpoint of effectively exhibiting the function of improving the crystallinity, It is preferable to grow with a film thickness of about 500 to 8000 °. The thickness of the n-type impurity-doped intermediate layer is preferably smaller than the thickness of the n-type contact layer, and is 50 to 1000 °. The intermediate layer doped with the n-type impurity is a layer having a function of sufficiently increasing the carrier concentration and relatively increasing the light emission output. The light emitting element having this layer has a higher light emission output than a light emitting element not formed. Decrease. On the other hand, when the film thickness exceeds 1000 °, the luminous output decreases. On the other hand, considering only the electrostatic withstand voltage, if the thickness of the intermediate layer is more than 50 °, the electrostatic withstand voltage can be improved, but if the thickness is smaller than this, the electrostatic withstand voltage decreases. The thickness of the upper layer of the undoped layer is preferably smaller than that of the lower layer of the undoped layer. The upper layer of the undoped layer is formed in contact with or closest to the active layer in the first multilayer film, and greatly contributes to prevention of leakage current. Increase cannot be effectively prevented. On the other hand, if the thickness of the upper layer exceeds 1000 °, Vf increases and the electrostatic breakdown voltage decreases. By forming the film thickness of each of the lower layer to the upper layer within the above range, a good balance of element characteristics can be obtained, and particularly, a light emission output and an electrostatic withstand voltage can be made good.
[0029]
The composition of each layer constituting the first multilayer film layer is InxAlyGa1-xyIt is represented by N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1), and the composition of each layer may be the same or different. The doping amount of the n-type impurity in the first multilayer film layer is preferably 3 × 1018/ Cm3The above concentration is set. The upper limit is 5 × 1021/ Cm3The following is desirable. As the n-type impurity, an element of Group IVB or VIB of the periodic table such as Si, Ge, Se, S, or O is selected. When an active layer is formed on the first multilayer film, the upper layer 5c of the first multilayer film that is in contact with the active layer is formed using, for example, GaN, thereby forming a barrier layer in the active layer. Can work. The first multilayer film layer may be any two of the three layers represented by the above composition formula or a single undoped layer.
[0030]
Next, an n-side second multilayer film layer is formed on the first multilayer film layer. This layer is formed by stacking a first nitride semiconductor layer containing In and a second nitride semiconductor layer having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer. In the n-side second multilayer film layer, at least one first nitride semiconductor layer and at least one second nitride semiconductor layer are formed, and preferably at least two layers are stacked, and a total of four or more layers are stacked. Is desirable. As for the film thickness of the n-side second multilayer film layer, at least one film thickness is 100 ° or less, and preferably both film thicknesses are 100 ° or less. When at least one of the film thicknesses is 100 ° or less, one of the thin film layers has an elastic critical film thickness or less, and the crystallinity can be improved, and the crystallinity of the entire multilayer film layer can be improved. If the thickness of both layers is 100 ° or less, the n-side second multilayer film layer has a superlattice structure, and the n-side second multilayer film layer has the effect of a buffer layer. Thus, the output can be further improved. In the n-side second multilayer film layer, the first nitride semiconductor layer is a nitride semiconductor containing In, preferably a ternary mixed crystal of In.xGa1-xN (0 <x <1), and preferably the x value is 0.5 or less. The second nitride semiconductor layer may be a nitride semiconductor having a composition different from that of the first nitride semiconductor layer, and may be a binary mixed crystal or ternary mixed crystal In.xGa1-xN (0 ≦ x <1). Further, the n-side second multilayer film layer may be undoped, or one of the two may be doped with an impurity. This impurity is an n-type impurity, and is preferably a modulation dope. With modulation doping, the output can be increased. The doping amount of the n-type impurity is preferably 3 × 1018/ Cm3The above concentration is set. The upper limit is 5 × 1021/ Cm3The following is desirable. As the n-type impurity, an element of Group IVB or VIB of the periodic table such as Si, Ge, Se, S, or O is selected.
[0031]
(Light-emitting layer 106)
Next, a light emitting layer having a quantum well structure is formed. The light emitting layer (active layer) is either undoped, doped with one of an n-type impurity and a p-type impurity, or doped with both. When the light emitting layer is doped with an n-type impurity, the light emission intensity between bands can be increased as compared with the case of undoping. If the light emitting layer is doped with a p-type impurity, the peak wavelength can be shifted to the energy side lower by about 0.5 eV than the peak wavelength of the interband emission, but the half width becomes wider. In order to grow a light emitting layer having good crystallinity, undoping is most preferable. Although a single quantum well structure may be used, a multiquantum well structure can provide characteristics of high emission output and good electrostatic withstand voltage. The stacking order of the barrier layer and the well layer is as follows: stacking from the well layer and ending with the well layer, stacking from the well layer and ending with the barrier layer, stacking from the barrier layer and ending with the barrier layer, and stacking from the barrier layer May end with a well layer. The number of pairs may be about 1 to 15 pairs. When the film thickness is in this range, the output can be improved. The layer in contact with the light-emitting layer may function as the first layer (well layer or barrier layer) in the light-emitting layer in some cases.
[0032]
The composition formula of the well layer is InAlGaN, the thickness is 100 ° or less, and the lower limit of the film thickness is 1 atomic layer or more, preferably 10 ° or more. When a plurality of well layers are provided, if the well layer closest to the n-side second multilayer film layer is formed from an n-type impurity doped layer and the other well layers are undoped, Vf can be reduced. it can. This n-type impurity is preferably Si and is 5 × 1021/ Cm3Adjust to the following. On the other hand, the composition formula of the barrier layer is InAlGaN, the film thickness is 2000 ° or less, preferably 500 ° or less, and the lower limit of the film thickness is adjusted to 1 atomic layer or more, preferably 10 ° or more.
[0033]
(First p-type nitride semiconductor layer 107)
A first p-type nitride semiconductor layer 107 is grown on the light emitting layer. The p-side nitride semiconductor layer 4 is composed of a p-type cladding layer and a p-type lightly doped layer. The p-type cladding layer has a multilayer film structure (superlattice structure) or a single film structure doped with p-type impurities. As a multilayer film constituting the p-type cladding layer, a film containing a p-type impurity in at least one of the layers is mentioned. The general formula is AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1) and InxAlyGa1-xyN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The composition ratios of Al and In in the p-type multilayer film indicate average values, similarly to the other multilayer films in the present invention. When the p-type cladding layer has a superlattice structure, the crystallinity is good and the resistivity can be lowered, so that Vf can be lowered. As the p-type impurity to be doped into the p-type cladding layer, a group IIA or IIB element of the periodic table, such as Mg, Zn, Ca, or Be, is selected. Next, when the p-type cladding layer is a single layer, the p-type impurity-containing AlxGa1-xN (0 ≦ x ≦ 1). By containing Al, the light emission output is improved, and the electrostatic withstand voltage is as good as GaN.
[0034]
After forming the p-type cladding layer, a p-type lightly doped layer can be formed. The p-type lightly doped layer may have a lower p-type impurity concentration than the p-type cladding layer, and may be a multilayer film. As an effect, the emission voltage can be improved and the electrostatic withstand voltage can be improved. The p-type lightly doped layer can be omitted depending on the p-type impurity concentration in the p-type clad layer.
[0035]
(Second p-type nitride semiconductor layer 108)
Next, a second p-type nitride semiconductor layer 108 is grown. The second p-type nitride semiconductor layer 108 has a general formula In formed on a p-type clad layer or a p-type lightly doped layer.xAlyGa1-xyA p-type contact layer represented by N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ x + y <1) and doped with a p-type impurity such as Mg. By using a nitride semiconductor made of GaN that does not contain In and Al, ohmic contact with the p-type electrode 122 can be improved, and luminous efficiency can be improved. The thickness of the p-type contact layer is not particularly limited, but is about 1000 °. Thus, a nitride semiconductor device can be obtained on a wafer.
[0036]
The n-type electrode 121 is formed on the n-type contact layer, and the p-type electrode 122 is formed on the p-type contact layer. For example, Ti / Al or W / Al can be used for the n-type electrode, and Ni / Au can be used for the p-type electrode. After that, a light emitting element is formed by forming a chip (FIG. 5). Further, the light emitting element can be formed into a flip chip type by forming a bump on an electrode (FIG. 2).
[0037]
Embodiment 2
In another embodiment, the sapphire substrate 101 has a structure in which the light emitting element formation surface and / or the back surface has irregularities (FIGS. 3 and 4). The planar shape of the sapphire substrate on which the unevenness is formed is a rectangular shape, a stripe shape, a lattice shape, or an island shape. If a nitride semiconductor is grown on an uneven sapphire substrate without forming an air gap, the incidence efficiency on the substrate is improved. A nitride semiconductor device is formed on a substrate on which a convex portion a and a concave portion b are formed, and a take-out efficiency in a range of a dimple angle α of 0 ° (vertical) to 90 ° (flat substrate) in which unevenness is formed on the substrate. Indicates that if the dimple angle is 0 ° to 75 °, the sapphire substrate has a substrate incidence efficiency of 45% or more. By inclining the taper angle, the light incident on the sapphire substrate 101 increases, so that the wavelength conversion efficiency is greatly improved, and the emission in the yellow band is enhanced. That is, the emission color can be changed by adjusting the angle of the taper angle. Further, when the taper angle is 10 ° to 30 °, a nitride semiconductor can be easily formed without having an air gap. By promoting lateral growth during growth of the nitride-based compound semiconductor, dislocations can be reduced, crystallinity can be improved, and the total thickness of the substrate and the nitride semiconductor can be reduced. The planar shape of the substrate unevenness formed by etching includes a stripe shape, a lattice shape, an island shape, and a shape in which a convex shape is extracted into a polygonal shape and a concave shape is extracted into a polygonal shape.
[0038]
Next, the buffer layer 102 is formed on the uneven surface of the substrate 101. The nitride semiconductor that grows with the buffer layer as a nucleus is grown with the upper surface of the convex portion and the lower surface of the concave portion as nuclei as compared with the case of using the side surface of the concave portion as a nucleus. The higher the growth rate. In addition, since there is a height difference between the upper surface of the convex portion and the bottom surface of the concave portion, even at the same growth rate, the growth from the upper surface of the convex portion of the substrate extends not only in the vertical direction but also in the horizontal direction, so that the adjacent upper surface of the convex portion can be obtained. The grown nitride semiconductors are joined and planarized. Since the cavity remains in the concave portion even after the planarization, the warpage of the substrate can be reduced and the light extraction efficiency can be improved. The substrate may have a slope on a main surface on which a nitride semiconductor is grown. Preferably, the inclination of the surface of the substrate with the main surface is within 10 °. As described above, the light emission efficiency can be increased by providing the substrate with the uneven steps.
[0039]
As a method of forming a step on the sapphire substrate, a protective film having an opening is formed on the substrate. Thereafter, the substrate surface exposed from the opening of the protective film is removed by etching. As a result, an uneven step is formed on the sapphire substrate. Thereafter, by removing the protective film, a sapphire substrate having uneven steps is obtained. The protective film may be any as long as it has etching selectivity with the substrate. As a specific example, silicon oxide (SiOx), Silicon nitride (SixNy), Silicon nitride oxide (SiOxNy), Titanium oxide (TiO)x), Zirconium oxide (ZrO)x), A multi-layered film thereof, or a metal having a melting point of 1200 ° C. or more. As a method of forming the protective film, for example, a film is formed by using CVD, sputtering, or an evaporation method to form a patterned protective film.
[0040]
Examples of the shape of the protective film include those having a stripe shape, a grid shape, an island shape, a circular shape, or a polygonal opening portion. As a specific pattern shape having a polygonal opening, there is a hexagonal blank type or a hexagonal column type of the reverse pattern. In the case of a stripe shape, the lateral growth region of the nitride semiconductor becomes a stripe-like low defect region, and thus can be used for a laser diode. Further, if a circular or polygonal opening is formed, the nitride semiconductor is bonded at one point at the center of the opening, so that the stress applied to the entire substrate can be equalized and the warpage of the nitride semiconductor substrate can be suppressed. Furthermore, circular or polygonal patterns can be easily flattened if the arrangement is made six-fold or three-fold symmetrical.
[0041]
The width of the opening of the protective film is equal to the width of the recess of the sapphire substrate 101. The stripe width and the grating width of the protective film are not particularly limited. When the protective film is formed as a stripe, the stripe width of the protective film is preferably 1 to 50 μm, more preferably 5 to 20 μm. Here, the depth of the concave portion of the sapphire substrate is 0.1 μm or more, and when the nitride semiconductor has a cavity in the concave portion after growth, the depth of the concave portion is preferably 0.2 μm or more.
[0042]
As an etching method for forming irregularities on the substrate, there are methods such as wet etching and dry etching, but anisotropic etching is preferable, and dry etching is used. Examples of the dry etching include apparatuses such as reactive ion etching (RIE), reactive ion beam etching (RIBE), electron cyclotron etching (ECR), and ICP plasma etching, all of which are performed by appropriately selecting an etching gas. The semiconductor is etched.
[0043]
Here, in the second embodiment, the buffer layer 102 is an InGaN layer in which the composition ratio of Al is 0.2 or less. The composition ratio of Al may be zero. When the composition ratio of Al is set to zero, it is preferable that InbGa1-bN (0.2 ≦ b ≦ 0.9). Including In has a strain relaxation effect. Further, since InN is unstable, it is preferable to contain Ga.
[0044]
The light emitting element having the above configuration is electrically connected to the electrode of the light emitting element using a gold bump on a glass epoxy circuit board on which a pattern serving as a pair of lead electrodes of a copper foil is formed, and is arranged in a flip chip type. Next, a shell-type light emitting diode, which is one embodiment of the light emitting device, can be formed by applying and curing an epoxy resin.
[0045]
Otherwise, after mounting the light emitting element on a heat sink 301 provided with a lead frame 302, a conductive wire 303 is bonded. Next, another light emitting device can be obtained by sealing with transparent glass (FIG. 6). Further, a light emitting device as shown in FIG. 7 can be provided. A light emitting element is mounted on a heat sink 301 having a lead frame 302, and a conductive wire 303 is bonded.
[0046]
When a current is applied between the lead electrodes of the light emitting diode, light emitted from the light emitting layer and light having a main emission peak at a long wavelength of 600 to 680 nm are emitted from the sapphire substrate, and white light with high color rendering properties is obtained by each color mixture. Light can be emitted. By changing the In concentration of the white light emitting diode, the first wavelength that can be emitted from the light emitting layer can be adjusted to some extent. Further, in a sapphire substrate activated with Cr, Fe, or the like, the output of the red component can be adjusted by increasing or decreasing the concentration of Cr. When a sapphire substrate having a thickness of 150 μm or less is used, the absorbance at a wavelength of 550 nm is 10 cm.― 1Preferably, the absorbance is 25 cm or more.― 1More preferably 125 cm― 1That is all. As a result, it is possible to form from mixed color light having a high red component to white light having a high color rendering property. Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail, but are not limited thereto.
[0047]
【Example】
A light emitting diode as shown in FIG. 1 is formed using a light emitting layer having a well layer of an InGaN semiconductor having a light emission peak of about 470 nm as a light emitting element. The light-emitting element comprises a TMG (trimethylgallium) gas, a TMA (trimethylaluminum) gas, a nitrogen gas and a dopant gas on an α-sapphire substrate containing 2% of Cr and 2% of Fe as a cleaning activator. And gallium nitride-based compound semiconductor by MOCVD. SiH as dopant gas4And Cp2By switching between Mg and Mg, a gallium nitride semiconductor having n-type conductivity and a gallium nitride semiconductor having p-type conductivity were formed, and a pn junction was formed. Specifically, on the sapphire substrate, Al0.1Ga0.9An undoped GaN layer is grown to a thickness of 1.5 μm via an N buffer layer. Next, an n-type contact layer of GaN, on which Si is contained and an electrode is formed, and a multilayer film of undoped GaN / Si-doped GaN / undoped GaN are grown thereon. Thereafter, a superlattice layer made of GaN and InGaN is grown with a total film thickness of about 650 °. Next, a light emitting layer in which five layers of GaN (barrier layer) / InGaN (well layer) having a multiple quantum well structure are stacked, a cladding layer having a superlattice structure composed of Mg-doped AlGaN and Mg-doped InGaN, and non-doped AlGaN A layer, a p-type contact layer made of p-type GaN doped with Mg, is grown. Further, a p-type electrode is formed on the p-type contact layer, and an n-type electrode is formed on the n-type contact layer. (The p-type semiconductor is annealed at 400 ° C. or higher after film formation.)
After exposing each pn semiconductor surface by etching, each electrode was formed by sputtering. After the sapphire substrate containing Cr and Fe of the semiconductor wafer thus completed is polished to a thickness of about 100 μm, a scribe line is drawn and divided by an external force to form a light emitting element.
[0048]
Next, the light emitting element was die-bonded with epoxy resin to a mount lead having a cup at the tip of a silver-plated copper lead frame. Each electrode of the light emitting element 120 was bonded to the mount lead and the inner lead with a conductive wire made of a gold wire to establish electrical continuity.
[0049]
Furthermore, after mixing the translucent epoxy resin, it was cured at 150 ° C. for 5 hours. The light emitting diode thus formed has significantly improved color rendering properties compared to a white light emitting diode using a normal sapphire substrate.
[0050]
【The invention's effect】
By using the light emitting device having the structure of the present invention, a light emitting diode capable of emitting practical white light with high luminance and high color rendering using visible light from near ultraviolet can be obtained. In particular, by obtaining, as uniform light, emission light containing a relatively long-wavelength red component emitted from a sapphire substrate containing the first element made of Cr or Fe and the above-described second element as an activator. A highly reliable light emitting device with high color mixing properties can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device capable of emitting white light according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device capable of emitting white light according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device capable of emitting white light according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a light emitting device capable of emitting white light according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a light emitting device capable of emitting white light according to the present invention.
6A is a schematic cross-sectional view of a light-emitting device mounted with a light-emitting element capable of emitting white light according to the present invention, and FIG. 6B is a schematic perspective view.
7A is a schematic cross-sectional view of a light-emitting device mounted with a light-emitting element capable of emitting white light according to the present invention, and FIG. 7B is a schematic perspective view.
[Explanation of symbols]
101 ... Sapphire substrate
102 ... buffer layer
103: Dislocation reduction layer
120 ... light emitting element
121 ... n-type electrode
122 ... p-type electrode
123 ... Pad electrode
131 ... Protective film
132 ... Bump
200 ... activator
301 ... heat sink
302: Lead frame
303 ... conductive wire
304: translucent glass
305… Package resin
306 ... Plastic lens
