(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面側から上面側に向って、基板、ｎ型窒化物半導体層、及びｐ型窒化物半導体層が順に積層された積層体と、
前記ｐ型窒化物半導体層の上面に設けられたｐ側透光性電極と、
前記ｐ側透光性電極の上面に設けられた透光性の電流拡散部と、
前記電流拡散部と電気的に接続され、前記積層体の上面側から下面側まで延設されたｐ側導電部と、を備える半導体発光素子の製造方法であって、
前記基板上に前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層とを順に積層して前記積層体を形成後、前記ｐ型窒化物半導体層側から前記基板の厚さの途中まで達する穴部を形成し、前記穴部の内面から開口部の縁部までを絶縁膜で被覆し、前記ｐ側透光性電極と前記ｐ側導電部とを構成するための導電性酸化物から成る透光性導電膜を、前記絶縁膜を被覆し且つ前記ｐ型窒化物半導体層の前記上面まで延在するように形成し、
その後、前記基板の下面側を研磨して前記穴部を貫通させ且つ前記絶縁膜及び前記透光性導電膜の下端部を開口させた後に、前記貫通孔を通る線に沿って個々の半導体発光素子に分割することによって、前記ｐ側導電部を、前記半導体発光素子の辺部あるいは角部に位置して前記基板の下面から前記ｐ型透光性電極まで延設されたｐ側溝部の内部に、その下端が前記基板の下面と一致する絶縁膜を介して形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記積層体の上面側に部分的に露出された前記ｎ型窒化物半導体層に設けられたｎ側透光性電極と、
前記ｎ側透光性電極から前記基板の下面まで延設された透光性のｎ側導電部と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記ｎ側導電部が、
（ａ）前記基板の下面から前記ｎ側透光性電極に貫通されたｎ側貫通孔の内部に、又は
（ｂ）前記半導体発光素子の辺部あるいは角部に位置して前記基板の下面から前記ｎ側透光性電極まで延設されたｎ側溝部の内部に、
前記絶縁膜を介して形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁膜の下端部を開口させた後、前記基板の下面側に、前記ｐ型導電部又は前記ｎ側導電部と接続する下面電極を形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光取り出し効率を高めた高効率の半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード等の半導体発光素子は、基板にｎ型及びｐ型の半導体層を積層して構成されている。半導体発光素子は、発光装置への固定及び外部電源との導通のために、サブマウント等に実装された状態で使用される。実装の形態としては、基板の裏面側をサブマウントに対向させるフェースアップ実装と、半導体層側をサブマウントに対向させるフリップチップ実装がある。半導体発光素子からの発光は、フェースアップ実装では半導体層側から外部に取り出され、フリップチップ実装では基板を通過して取り出される。
【０００３】
フリップチップ実装は、可視光を透過するサファイア基板に積層した窒化物半導体発光素子の実装方法として実用化されている。しなしながら、実装面である半導体積層体に段差があり、発光素子を平坦に実装するためには高度な技術を必要とする。また、ｎ側電極がｐ型半導体層と隣接しているので、ハンダバンプや共晶層等のはみ出し等による短絡の可能性が高く、絶縁膜による保護を必要とすると共に、正確な実装精度を要求されている。
これに対して、フェースアップ実装は、平坦な基板下面を実装面とし、ワイヤボンディングにより導通することから、フリップチップ実装に比べて実装しやすいという長所がある。
【０００４】
このフェースアップ実装は、基板の種類によって外部電極との導通方法が異なってくる。
導電性基板を備えた半導体発光素子では、基板下面のＮ−コンタクトと、半導体層上面のＰ−コンタクト（パッド電極）とを、それぞれ外部の電極に接続して実装される（例えば特許文献１の図３Ｃ）。
絶縁性基板を備えた半導体発光素子では、半導体層側にｐ側パッド電極及びｎ側パッド電極を形成して外部電極と導通をとっている。例えば、ｎ型半導体層の上にｐ型半導体層を積層させた発光素子では、ｐ型半導体層と活性層とを一部切除してｎ型半導体層を露出させ、ｐ型半導体層の上面にｐ側パッド電極を、また露出したｎ型半導体層の表面にｎ側パッド電極をそれぞれ形成している（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−６９０８６号公報
【特許文献２】特開平８−２５０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような導電性基板の半導体発光素子でも、特許文献２のような絶縁性基板の半導体発光素子であっても、半導体層側に形成したパッド電極と外部電極との導通には、金線等によるワイヤボンディングが利用されている。半導体側のワイヤボンディングを適切に行うために、半導体層側に形成するパッド電極は、適切な面積（例えば直径７０μｍ以上）と適度な厚さ（例えば３０００Å以上）を有する金属厚膜（例えばＴｉ／Ａｕの積層体）から形成される。３０００Å以上の金属厚膜は可視光を透過しないので、半導体発光素子に通電したとき、発光面の中にパッド電極の形状の暗部が現れていた。
【０００６】
パッド電極の寸法は、ワイヤボンディングの精度や金線の太さに依存して、所定の寸法（例えば直径約７０μｍ以上）にする必要がある。そのため、半導体発光素子の面積が小さくなると、発光面積に対する遮光面積の割合が大きくなり、半導体層側からの光取り出し効率が極めて低くなる恐れがある。
【０００７】
また、特に窒化物半導体の発光素子では、ｐ型半導体層の膜抵抗が高いという性質を有しており、ｐ型半導体層の内部で電流を広げることは困難である。そこで、ｐ型半導体層の表面に透光性電極を形成し、ｐ側パッド電極とｐ型半導体層との間に位置させることにより、ｐ側パッド電極から流入する電流をｐ型半導体層に広く拡散させる助けとしている。しかしながら、透光性電極を厚膜に形成すると透光性が十分確保できないため、低抵抗化をある程度犠牲にして膜厚を薄くしている。そのため、透光性電極の電流拡散が十分ではなく、ｐ側パッド電極の直下方向に流れる電流の割合が高くなり、ｐ側パッド電極直下が最も強く発光するようになる。しかしながら、ｐ側パッド電極がその強い光を遮ってしまうので、光の取出し効率を大幅に低下させていた。また、ｐ側パッド電極に遮蔽された光の一部は、ｐ側パッド電極の下面で反射し、発光素子内を横方向に伝搬して発光素子の側面から取り出されるが、パッド電極の最下面を形成するのに適した金属材料には、高反射率のものがなく、光の損失の原因になっていた。
【０００８】
基板上にｐ型半導体層とｎ型半導体層とが順次積層された半導体発光素子の場合にも、ｎ側のパッド電極による遮光が問題になっていた。
一例としては、ｐ型窒化物半導体層側に導電性基板を貼りあわせた、いわゆる貼り合わせ発光ダイオードが挙げられる。ｎ側パッド電極は、半導体積層体の上面に形成されて、おり、ｐ型半導体層からの電流が流れ込んでくるようになっている。ｎ型窒化物半導体のシート抵抗は、ｐ型窒化物半導体層に比べればかなり低いが、それでもやはりｎ側パッド電極の直下が強く光る傾向にある。そのため、ｎ側パッド電極は、その強い光を遮蔽して光の取出し効率を低下させる原因になっていた。また、ｎ型半導体層とｎ側パッド電極との間に透光性電極を形成して電流を拡散すれば、パッド電極直下が強く発光する傾向を緩和できるが、それでもなお、パッド電極による遮光の問題があり、光の取出し効率を高めることができなかった。
【０００９】
また、特許文献２のように、絶縁基板にｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを順次積層した半導体発光素子では、ｎ側パッド電極は、活性層まで切除した切除部に形成されているので、ｎ側パッド電極の直下で発光は起こらない。しかしながら、半導体内で発光した光が半導体層を横方向に伝搬して、パッド電極の下面側まで到達することが知られている。これらの伝搬光は、活性層直上ほどの強度ではないが十分な輝度を有しているのにもかかわらず、ｎ側パッド電極により遮光されて、切除部から外部に取り出せていなかった。ｎ側パッド電極に遮光された光の一部は、ｎ側パッド電極の下面で反射され、半導体層をさらに横方向に伝搬することにより、最終的に発光素子の側面から取り出されるが、横方向の伝搬距離が長くなると、パッド電極の低反射率による光の損失や、半導体内部での減衰により、光の強度が減衰する問題があった。よって、光の取出し効率の観点から、伝搬光は、横方向の伝搬距離の短いうちに、外部に取り出すのが好ましい。
【００１０】
一般的なフェースアップ実装では、ワイヤボンディングによって、金属ワイヤが弧を描くように張り渡されるので、金属ワイヤが部分的に半導体発光素子の表面よりも突出し、半導体発光素子を用いた発光装置の薄型化・小型化を阻害する原因になっていた。また、張り渡された金線等の金属ワイヤは、発光素子の発光面と観察方向との間を横切るので、光取出しの妨げにもなっていた。
そして、ワイヤボンディングに使用する金属ワイヤは極めて細いので、応力がかかると断線しやすく、製造工程中の不良発生の原因となっていた。
【００１１】
また、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置では、半導体発光素子のフェースアップ実装後に蛍光体を付着させる方法があるが、この方法であると、蛍光体が金属ワイヤに付着して金属ワイヤが切断しやすくなる問題や、ワイヤに付着した蛍光体沿って半導体発光素子の光が漏れ出して異常発光する問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、フェースアップ実装に適しており、光の取出し効率を向上させ、さらに輝度ムラを低減させた半導体発光素子を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、フェースアップ実装時の実装時の厚みを低減でき、ワイヤボンディングによる様々な問題を解決できる半導体発光素子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】
【００１３】
本発明は、下面側から上面側に向って、基板、ｎ型窒化物半導体層、及びｐ型窒化物半導体層が順に積層された積層体と、
前記ｐ型窒化物半導体層の上面に設けられたｐ側透光性電極と、
前記ｐ側透光性電極の上面に設けられた透光性の電流拡散部と、
前記電流拡散部と電気的に接続され、前記積層体の上面側から下面側まで延設されたｐ側導電部と、を備える半導体発光素子の製造方法であって、
前記基板上に前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層とを順に積層して前記積層体を形成後、前記ｐ型窒化物半導体層側から前記基板の厚さの途中まで達する穴部を形成し、前記穴部の内面から開口部の縁部までを絶縁膜で被覆し、前記ｐ側透光性電極と前記ｐ側導電部とを構成するための導電性酸化物から成る透光性導電膜を、前記絶縁膜を被覆し且つ前記ｐ型窒化物半導体層の前記上面まで延在するように形成し、
その後、前記基板の下面側を研磨して前記穴部を貫通させ且つ前記絶縁膜及び前記透光性導電膜の下端部を開口させた後に、前記貫通孔を通る線に沿って個々の半導体発光素子に分割することによって、前記ｐ側導電部を、前記半導体発光素子の辺部あるいは角部に位置して前記基板の下面から前記ｐ型透光性電極まで延設されたｐ側溝部の内部に、その下端が前記基板の下面と一致する絶縁膜を介して形成することを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
この半導体発光素子は、ｐ型窒化物半導体層の電極（ｐ側透光性電極）が透光性であるので、活性層で発生した光を電極に遮られることがなく効率よく取り出すことができる。特に、従来ではパッド電極で完全に遮光されていたパッド電極直下での発光も効率よく取り出すことができるので、光の取出し効率向上の効果が顕著である。
なお、本発明においては、「ｐ型窒化物半導体層の上面」に形成したｐ側透光性電極とは、ｐ型窒化物半導体層の上面側に形成されており且つｐ側導電型半導体と導通されているｐ側透光性電極であることを意味している。すなわち、ｐ側透光性電極が、ｐ側導電型半導体に直接接触して導通された形成された形態の他に、別の導電性層又は別の半導体層を介してｐ側導電型半導体と間接的に導通されている形態も含んでいる。介在するこれらの導電性層及び半導体層は、光の取出しが可能で、半導体発光素子の機能を損なわない限り、さまざまな材料から形成することができる。
【００１５】
この半導体発光素子は、前記積層体の上面側に部分的に露出された前記ｎ型窒化物半導体層に設けられたｎ側透光性電極と、前記ｎ側透光性電極から前記基板の下面まで延設された透光性のｎ側導電部と、をさらに備えることもできる。
【００１６】
このような半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層が露出した領域には活性層が存在しないので発光しないが、他の領域で発光した光が半導体積層体の内部を反射しながら横方向に伝搬してくる。この伝搬した光の一部を、ｎ側透光性電極を透過して取り出すことができるので、従来のパッド電極が光を遮蔽して生じていた発光分布の輝度ムラを緩和できる効果がある。また、この半導体発光素子では、パッド電極に代えて第２透光性電極を備えることにより、横方向の伝搬光を、伝搬距離の短いうちにｎ側導電型半導体層の露出部から取り出すことができるので、伝搬距離の増加による減衰増加を抑え、光の取出し効率を向上させることができる。
【００１７】
また、この半導体発光素子は、フェースアップ実装用であるにもかかわらず、ワイヤボンディングを使用せずに、基板下面側に露出した導電部によって実装できる。すなわち、この半導体発光素子は、発光を遮光するパッド電極や金属ワイヤなしでフェースアップ実装できるので、光の取出し効率を著しく向上させることができる、という特徴を有する。さらに、金属ワイヤの突出の問題も起こらないので、半導体発光素子の実装高さを抑えることができる。そして、金属ワイヤの切断や剥離等のワイヤボンディングに起因する不良が起こらないので、不良率を低減することができる。
【００１８】
ワイヤボンディングなしに実装できる半導体発光素子は、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置への使用に適している。この半導体発光素子は、ワイヤボンディングを必要としないので、蛍光体が金属ワイヤに付着する問題が発生せず、ワイヤ切断の不良や、ワイヤに沿った異常発光が起こらない。また、本発明の半導体発光素子は、発光ダイオードの表面に均一な厚さで蛍光体を堆積させることができる点で有利である。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明にかかる半導体発光素子は、フェースアップ実装に適しており、光の取出し効率を向上することができ、さらに輝度ムラが低減されている。また、本発明にかかる半導体発光素子は、フェースアップ実装時の厚みを低減でき、ワイヤボンディングによる不良発生（例えば、パッド電極の剥離）を防止できる半導体発光素子である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
＜実施の形態１＞
図１Ａ及び図１Ｂは、実施の形態１にかかる発光ダイオード１０であり、サファイアから成る絶縁体基板１２の上面に、窒化物半導体から成る第２導電型半導体層（この例ではｎ型半導体層）１４及び第１導電型半導体層（この例ではｐ型半導体層）１６が順次積層されて、半導体積層体１３を構成している。
ｐ型半導体層１６は、角部の１つ（図１Ａでは左下の角部）が部分的に除去されており、その切除部３２から露出したｎ型半導体層１４も、厚さの一部が除去されている。切除部３２から露出したｎ型半導体層１４の上面には第２透光性電極（この例ではｎ側透光性電極）１８が、また切除されなかったｐ型半導体層１６の上面には第１透光性電極（この例ではｐ側透光性電極）２０が、それぞれ形成されている。
なお、本発明における「透光性」とは、可視光の透過率が５０％以上であることを意味している。
【００２１】
図１Ｂに図示するように、切除部３２には、ｎ型半導体層１４と基板１２とを貫通して基板１２の下面側まで伸びた第２貫通孔（この例ではｎ側貫通孔）２４が形成されており、また、電流拡散部２２の下側には、半導体積層体１３（ｐ型半導体層１６及びｎ型半導体層１４）と基板１２とを貫通して基板１２の下面側まで伸びた第１貫通孔（この例ではｐ側貫通孔）２８が形成されている。これらの貫通孔２４、２８の内面は、いずれも絶縁膜３４で覆われており、半導体積層体１３と貫通孔内とが電気的に絶縁されている。
【００２２】
ｎ側及びｐ側貫通孔２４、２８の内部には透光性材料が充填されており、これが第２導電部（この例ではｎ側導電部）２６及び第１導電部（この例ではｐ側導電部）３０を構成している。これらの導電部２６、３０は、上側の端部が、半導体層１４、１６の上面に形成されたｎ側及びｐ側透光性電極１８、２０に接続し、下側の端部が、基板１２の下面まで到達している。
【００２３】
基板１２の下面に達したｎ側及びｐ側導電部２６、３０は、そのままハンダバンプ等によってサブマウント６０の外部電極６２、６４と接続することができる。本実施の形態の発光ダイオード１０は、実装面である基板下面が平坦であるので発光ダイオード１０を平らに実装しやすく、また、基板下面のｎ側導電部２６とｐ側導電部３０とが離れているので、ハンダバンプ等のはみ出しによる短絡が起こりにくい。このように、本発明の発光ダイオード１０は、フェースアップ実装と同様の実装のしやすさを有しながら、ワイヤボンディング不要にできる点でも、従来の発光ダイオードよりも優れている。
【００２４】
また、ｎ側及びｐ側導電部２６、３０を直接実装基板の電極と導通する以外に、基板下面にｎ側下面電極３６及びｐ側下面電極３８を形成し、それらを介して接続することもできる。図１Ｂのｎ側及びｐ側下面電極３６、３８は、ｎ側及びｐ側導電部２６、３０の下端に導通しており、実装に適した面積を確保するのに適している。
【００２５】
ｐ側透光性電極２０の上には、透光性材料から成る電流拡散部２２を形成することができる。図１Ａの発光ダイオード１０に電流を流すと、図中の右上に形成されたｐ側導電部２６と、左下に形成されたｎ側導電部３０とをつなぐ最短距離に多くの電流が集中する傾向がある。ｐ側透光性電極２０を設けることによって、電流を全体的に広げているが、ｐ側透光性電極２０は、透光性を確保するためにその膜厚を制限されていて、電流を十分に広げられるだけの低抵抗にすることができない場合がある。そのような場合に、ｐ側透光性電極の右下及び左上に延びる電流拡散部２２を形成することにより、ｐ側透光性電極による電流の拡散を補助することができる。電流拡散部２２は、透光性材料から形成されているので、発光ダイオード１０で発した光を遮蔽することなく取り出すことができる。しかしながら、ｐ側透光性電極２０と積層することになるので、ｐ側透光性電極２０のみを形成する場合に比べて、電流拡散部２２の部分だけ透光性は低下する。よって、電流の拡散の効果と透光性との兼ね合いによって、電流拡散部２２の膜厚や形状等を調節するとよい。
【００２６】
図１Ｂに示すように、発光ダイオード１０をサブマウント６０にフェースアップ実装すると、ｎ側及びｐ側下面電極３６、３８をサブマウント６０の外部電極６２、６４に接続する。実装方法は、バンプ結合、共晶結合、圧着、異方性導電材料による結合などの方法を利用できる。図１Ｂの例では、共晶結合により下面電極３６、３８と外部電極６２、６４とを接合して導電をとると共に、発光ダイオード１０をサブマウント６０に固定している。
【００２７】
発光ダイオード１０に通電すると、ｎ型半導体層１４とｐ型半導体層１６との間に形成された活性層（図示せず）で光が発生し、図１Ｂに図示した矢印Ｌ方向に照射される。つまり、図１Ａに図示されている発光ダイオード１０の上面が発光観察面になり、ｐ側透光性電極２０が形成された領域全体から発光が観察される。特に、電流拡散部２２は、ｐ側透光性電極２０の上にさらに透光性材料の導電部分を形成することにより、ｐ側透光性電極２０に比べて透光性を多少犠牲にして膜抵抗を低下させている。これにより、電流は、まず電流拡散層２２により広げられて、そこからさらに透光性電極２０によって全面に広げられる。本発明では、ｐ側透光性電極２０と電流拡散部２２のいずれもが透光性であるので、活性層で発生した光は、電極に遮られることがなく全面から取り出すことができる。特に、従来では電極で完全に遮光されていた電極直下での発光も、効率よく取り出すことができるので、光の取出し効率向上の効果が顕著である。本発明では、ｐ側貫通孔２８の形成によって活性層の面積が減少するが、その面積は、貫通孔に求められる寸法（直径５０μｍ以下で十分）であり、従来の金属電極（直径７０μｍ以上）によって失われていた遮光面積の約半分程度であることから、貫通孔の形成により、従来の半導体発光素子よりも光の取出し効率が低下する恐れはない。
【００２８】
また、本発明の発光ダイオード１０は、ｎ側透光性電極１８が可視光を透過するので、半導体積層体の内部を反射しながら横方向に伝搬する光の一部を、ｎ側透光性電極１８を透過して取り出すことができる。これにより、負電極の光の遮蔽により生じていた輝度ムラを緩和することができる。
また、光の横方向の伝搬において、ｎ型半導体層に従来のような光を透過しない負電極を備えた場合には、横方向に伝搬してきた光は、負電極の下面側で反射してさらに横方向に伝搬するが、負電極の反射率が低いことによる光の損失や、半導体内部を進行するときの減衰により、最終的の取り出せる光の強度は、負電極下面に到達したときの光の強度に比べて弱くなる。しかしながら、本発明の発光ダイオード１０では、負電極に代えてｎ側透光性電極１８を備えることにより、減衰前の光を取り出すことができ、これによって光の取出し効率を向上させることができる。
【００２９】
発光ダイオード１０の実装では、発光ダイオード１０と外部電極６２、６４との導通は、共晶結合や、バンプボンディング等の方法で行うので、発光ダイオード１０の上面に金属ワイヤを張り渡すワイヤボンディングを行う必要がない。よって、ワイヤボンディングの金属ワイヤの突出により、発光ダイオード１０の実装高さが高くなることがなく、半導体発光素子を実装した発光装置の厚さを薄くすることができる。さらに、発光面を横切る金属ワイヤが存在しないので、光の取出し効率を良好にすることができる。そして、金属ワイヤの切断や剥離等のワイヤボンディングに起因する不良が起こらないので、不良率を低減することができる。
【００３０】
また、本発明の発光ダイオード１０は、ワイヤボンディングを使用せずに実装できるので、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置を製造するときに、蛍光体が金属ワイヤに付着する問題が発生しないので、ワイヤ切断の不良や、ワイヤに沿った異常発光が起こらない。また、金属ワイヤによって、発光ダイオードの表面が凹凸を有することにより、発光ダイオード表面に、蛍光体を均一な厚さに付着させるのが困難になる。よって、色むらや、蛍光体の過剰堆積などの問題があった。しかしながら、本発明の発光ダイオード１０は、金属ワイヤを使用しないで実装するので、発光ダイオード１０の表面に均一な厚さで蛍光体を堆積させることができ、適量の蛍光体を均一に堆積させることができる。
【００３１】
＜実施の形態２＞
実施の形態２にかかる発光ダイオードは、ｎ側及びｐ側導電部２６、３０の形成位置が異なっており、それに付随してｎ側透光性電極１８及び電流拡散層２２の形状が変更されていることを除いては、実施の形態１と同様である。
実施の形態２の発光ダイオード１０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、発光ダイオード１０の角部の１つに第２溝部（この例ではｎ側溝部）４０が形成されており、ｎ側溝部４０の内壁には絶縁膜３４が形成され、さらにｎ側溝部４０の内部には、第２導電部（この例ではｎ側導電部）２６が形成されている。また、別の角部に第１溝部（この例ではｐ側溝部）４２が形成されており、ｐ側溝部４２の内壁には絶縁膜３４が形成され、さらに溝部４２の内部には、第１導電部（この例ではｐ側導電部）３０が形成されている。
【００３２】
ｎ側透光性電極１８は、ｎ側導電部２６が形成された発光ダイオード１０の角部に向かって延びて、ｎ側導電部２６と接続しているｎ側延設部１８’を有している。また、電流拡散層２２は、ｐ側導電部３０が形成された角部に向かって延びて、ｐ側導電部３０と接続しているｐ側延設部２２’を有している。これにより、ｎ側透光性電極１８はｎ側延設部１８’を介してｎ側導電部２６と導通し、ｐ側透光性電極２０は電流拡散層２２及びｐ側延設部２２’を介してｐ側導電部３０と導通している。
【００３３】
本実施の形態ではｎ側及びｐ側の導電部２６、３０を発光ダイオード１０の角部に形成しているので、発光ダイオード１０の輝度分布に与える影響が少ない。
また、ウェハに多数の発光ダイオードを配列して形成する場合には、４つの発光ダイオードの角部が集まった部分に貫通孔を形成し、その後に個々のチップに分割することにより、複数（この例では４つ）の溝部を同時に形成することができ、製造時間を短縮することができる。
【００３４】
＜実施の形態３＞
実施の形態３にかかる発光ダイオード１０は、ｐ型半導体層１６のほぼ中央部に切除部３２が形成されており、これに伴って、ｎ側半導体層１４の露出部分、ｎ側透光性電極１８、及びｎ側導電部２６の形状及び形成位置が変更されている。また、本実施の形態では、ｐ側導電部３０を発光ダイオード１０の角部に形成しており、電流拡散部を形成していない。それら以外の構成は、実施の形態１又は２と同様に形成されている。
【００３５】
実施の形態３の発光ダイオード１０は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、切除部３２が、ｐ型半導体層１６のほぼ中央に形成されており、この切除部３２から露出したｎ型半導体層１４の表面に、ｎ側透光性電極１８が形成されている。
ｎ側透光性電極１８のほぼ中央には、ｎ型半導体層１４と基板１２とを貫通して基板１２の下面側まで伸びたｎ側貫通孔２４が形成されている。ｎ側貫通孔２４の内部には、絶縁膜３４及びｎ側導電部２６が形成されている。ｎ側導電部２６の上端は、ｎ側透光性電極１８と接続している。
【００３６】
発光ダイオード１０の角部にはｐ側溝部４２が形成されており、ｐ側溝部４２の内側には、絶縁膜３４及びｐ側導電部３０が形成されている。４つのｐ側導電部３０は、それぞれの上端がｐ側透光性電極２０と接続している。
【００３７】
本実施の形態では、ｎ側導電部２６及びｎ側透光性電極１８の全周囲を、ｐ側透光性電極２０が取り囲んでいるので、電流の流れが、ｐ側透光性電極２０の全方位からｎ側透光性電極１８に向かいやすい。よって、電流拡散部を設けずに発光ダイオード全体を光らせることができるので、電流拡散部の製造工程を省くことができ、さらに、ｐ側透光性電極と電流拡散部とが積層することによる透光性の低下がないので、光の取出し効率をあげることができる。
【００３８】
発光ダイオードを均一に光らせるには、すべての位置において、活性層に電流を流すことが理想的であるが、従来のパッド電極を有する発光ダイオードでは、パッド電極の寸法制限（ワイヤボンディング可能な程度の面積を有すること）等により、電極配置が制限されていた。これに対して本発明は、ワイヤボンディングを必要としないので、自由に電極の形状や形成位置を変更することができ、これにより、電流拡散の効率を向上させることができる。
【００３９】
図３Ｃは、実施の形態３の発光ダイオード１０の変形例であり、図３Ａとは、発光ダイオード１０の角部に形成されていたｐ側溝部４２、絶縁膜３４及びｐ側導電部３０が、発光ダイオードの辺部に形成されている点で異なっている。このように、実施の形態３の発光ダイオード１０では、ｐ型導電部３０を辺部に形成することもできる。この図では、ｐ側導電部３０を辺部のほぼ中央に形成しているが、中央からずれた位置に形成することもできる。
【００４０】
図３Ａから図３Ｃへの変形はきわめて容易である。図３Ｄを参照して、図３Ａ及び図３Ｃの発光ダイオード１０を製造するときに、ｐ側導電部３０を形成する方法の一例を説明する。図３Ｄは、１枚の基板に多数の発光ダイオード１０が形成されている様子を示しており、個々の発光ダイオードチップに分割する前の状態である。図３Ａのようなｐ側導電部３０が角部にある発光ダイオード１０では、４つの発光ダイオード１０の角部が集まった位置Ａにｐ側貫通孔を形成し、その中に絶縁体膜３４、ｐ側導電部３０を充填する。これに対して、図３Ｃのようなｐ側導電部３０が辺部にある発光ダイオード１０では、２つの発光ダイオード１０の辺部が接した位置Ｃにｐ側貫通孔を形成し、その中に絶縁体膜３４、ｐ側導電部３０を充填する。この後に、発光ダイオード１０を個々のチップに分割することにより、角部又は辺部にｐ側導電部３０を備えた発光ダイオード１０を得ることができる。
【００４１】
なお、この実施の形態３では、ｐ側導電部３０を、４つの角部のすべて、又は４つの辺部のすべてに形成しているが、必ずしも４箇所全てに形成する必要はなく、角のうちの何カ所かを選択して形成することもできる。さらに、ｎ型導電部２６を、角部と辺部との両方に形成してもよい。これらは、ｐ側溝部４２内に配置されるｐ側導電部３０とｐ側透光性電極２０とが確実に導通する限りに置いて、発光強度の均一化、実装時の容易さ、製造しやすさ、導電部の導通性等を考慮して任意に変更できる。
【００４２】
＜実施の形態４＞
実施の形態４にかかる発光ダイオード１０は、ｐ型半導体層１６の周縁に切除部３２が形成されており、これに伴って、ｎ側半導体層１４の露出部分、ｎ側透光性電極１８、及びｎ側導電部２６の形状及び形成位置が変更されている。また、本実施の形態では、ｐ側導電部３０をｐ側透光性電極のほぼ中心に形成しており、電流拡散部を形成していない。それら以外の構成は、実施の形態１乃至３と同様に形成されている。
【００４３】
実施の形態４の発光ダイオード１０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、切除部３２が、ｐ型半導体層１６の周縁に形成されており、この切除部３２から露出したｎ型半導体層１４の表面に、ｎ側透光性電極１８が形成されている。すなわち、ｎ側透光性電極１８は、ｐ型半導体層１６を取り囲むように形状にされている。
発光ダイオード１０の角部にはｎ側溝部４０が形成されており、ｎ側溝部４０の内側には、絶縁膜３４及びｎ側導電部２６が形成されている。４つのｎ側導電部２６は、それぞれの上端がｎ側透光性電極１８と接続している。
【００４４】
ｐ側透光性電極２０のほぼ中央には、半導体積層体１３（ｐ型半導体層１６及びｎ型半導体層１４）と基板１２とを貫通して基板１２の下面側まで伸びたｐ側貫通孔２８が形成されている。ｐ側貫通孔２８の内部には、絶縁膜３４及びｐ側導電部３０が形成されている。ｐ側導電部３０の上端は、ｐ側透光性電極２０と接続している。
【００４５】
本実施の形態では、ｐ側導電部３０及びｐ側透光性電極２０の全周囲を、ｎ側透光性電極１８が取り囲んでいるので、電流の流れが、ｐ側導電部３０から全方位のｎ側透光性電極１８に向かいやすい。よって、電流拡散部を設けずに発光ダイオード全体を光らせることができるので、電流拡散部の製造工程を省くことができ、さらに、ｐ側透光性電極と電流拡散部とが積層することによる透光性の低下がないので、光の取出し効率をあげることができる。また、この発光ダイオード１０は、切除部３２の形成位置が周囲になっているので、発光ダイオード１０の中央部分が貫通孔２８を除いて発光して、きわめて輝度分布に優れたものになる。
【００４６】
発光ダイオードを均一に光らせるには、すべての位置において、活性層に電流を流すことが理想的であるが、従来のパッド電極を有する発光ダイオードでは、パッド電極の寸法制限（ワイヤボンディング可能な程度の面積を有すること）等により、電極配置が制限されていた。これに対して本発明は、ワイヤボンディングを必要としないので、自由に電極の形状や形成位置を変更することができ、これにより、電流拡散の効率を向上させることができる。
【００４７】
なお、この実施の形態４では、ｐ側導電部３０を、４つの角部のすべてに形成しているが、必ずしも４箇所全てに形成する必要はなく、角のうちの何カ所かを選択して形成することもできる。また、図３Ｃのｐ側導電部３０と同様に、ｎ型導電部２６を辺部に形成することもできる。さらに、ｎ型導電部２６を角部と辺部との両方に形成してもよい。これらは、ｎ側溝部４０内に配置されるｎ側導電部２６とｎ側透光性電極１８とが確実に導通する限りに置いて、発光強度の均一化、実装時の容易さ、製造しやすさ、導電部の導通性等を考慮して任意に変更できる。
【００４８】
本実施の形態１〜４では、ｐ型半導体層１６の上面にｐ側透光性電極２０が直接接触して形成されているが、ｐ型半導体層１６とｐ側透光性電極２０との間に導電性層又は別の半導体層（ｐ型半導体層以外も含む）を介在させることもできる。なお、介在させることのできる層は、ｐ型半導体層１６とｐ側透光性電極２０との間の導通を確立できる電気伝導性及び材料特性と、透光性とを有していることが必要であるが、それらの特性を有するのであれば、単一層であろうと、多層であろうと、介在させることができる。
また、本実施の形態１〜４では、第１導電型半導体層としてｐ型半導体層１６を、第２導電型半導体層としてｎ型半導体層を用いた半導体発光素子を開示しているが、本発明には、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とを入れ替えた半導体発光素子も含まれる。
【００４９】
以下に、実施形態１〜４に使用するのに適した材料について説明する。
（ｎ側透光性電極１８）
ｎ側透光性電極１８は、可視光を透過し、ｎ側半導体層１４とオーミック接触可能な透光性材料から形成される。ｎ側透光性電極１８を形成する透光性材料としては、例えば、金属薄膜や導電性酸化物膜などがある。
金属薄膜としては、Ｔｉ／Ａｕなどの金属を厚さ５０〜３００Åの薄膜にしたものが好適である。
また、導電性酸化物膜としては、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物膜が適している。具体的には、ＺｎＯ、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ2Ｏ3）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ2Ｏ3）、ＳｎＯ2、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ2）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ2）、ＭｇＯ、などが挙げられる。これらの材料は、物理的成膜方法（蒸着、スパッタ、パルスレーザアブレージョン（ＰＬＤ）等）や、化学的成膜方法（ゾルゲル、スプレー等）によって成膜することができる。
【００５０】
（ｐ側透光性電極２０）
ｐ側透光性電極２０も、可視光を透過し、ｐ型半導体層１６とオーミック接触可能な透光性材料から形成される。ｐ側透光性電極２０を形成する透光性材料としては、例えば、金属薄膜や導電性酸化物膜などがある。
金属薄膜としては、Ｎｉ／Ａｕなどの金属を厚さ５０〜３００Åの薄膜にしたものが好適である。
また、導電性酸化物膜としては、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物膜が適している。具体的には、ＺｎＯ、ＡＺＯ（Ａｌドープ゜ＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ2Ｏ3）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ2Ｏ3）、ＳｎＯ2、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ2）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ2）、ＭｇＯ、などが挙げられる。これらの材料は、物理的成膜方法（蒸着、スパッタ、パルスレーザアブレージョン（ＰＬＤ）等）や、化学的成膜方法（ゾルゲル、スプレー等）によって成膜することができる。
なお、ｎ側透光性電極１８とｐ側透光性電極２０とは、別々の透光性材料から形成することもできるが、同じ材料を選択すれば、製造工程において同時に成膜できる利点がある。
【００５１】
（ｎ側導電部２６及びｐ側導電部３０）
ｎ側導電部２６及びｐ側導電部３０は、導電性を有する透光性材料から形成されており、例えば導電性酸化物から形成することができる。ｎ側及びｐ側導電部２６、３０は、発光ダイオード１０の内部を貫通しているので、不透明な導電性材料から形成すると、活性層からの光が横方向に伝搬するのを遮ったり、材料によっては光を吸収したりする恐れがあるので好ましくない。
ｎ側導電部２６及びｐ側導電部２６に好適な導電性酸化物としては、ｎ型透光性電極及びｐ側透光性電極に使用できる導電性酸化物が挙げられる。
なお、ｎ側導電部２６とｐ側導電部３０とは、別々の透光性材料から形成することもできるが、同じ材料から形成すれば、製造工程において同時に成膜できる利点がある。さらには、これらの導電部２６、３０とｎ側及びｐ側透光性電極１８、２０とを全て同じ材料から形成すれば、さらに製造工程数を減らすことができる。
【００５２】
（ｎ側下面電極３６及びｐ側下面電極３８）
ｎ側下面電極３６及びｐ側下面電極３８は、サブマウント６０への実装方法に適した材料から形成するのが好ましい。例えば、サブマウント６０の外部電極６２、６４にバンプ結合により実装する場合には、ｎ側及びｐ側下面電極３６、３８をＡｇ、Ａｌ等の金属材料か成る金属薄膜にするのが適しており、共晶結合による実装では、Ａｕ／Ｓｎのように金属薄膜の積層体とするのが好ましい。導電粒子を樹脂シート又は樹脂ペーストに分散させた異方性導電材料を使用した実装では、ｎ側及びｐ側下面電極３６、３８をＡｇ、Ａｌ等の金属材料から成る金属薄膜とするのが適している。また、ｎ側及びｐ側下面電極３６、３８を導電酸化物から形成することもできる。その場合には、外部電極６２も導電性酸化物から製造し、実装時に、ｎ側及びｐ側下面電極３６、３８と外部電極６２とを位置合わせして、加熱圧着することで実装できる。
【００５３】
＜発光ダイオード１０の製造方法＞
製造方法を、実施の形態２（図２Ａ及び図２Ｂに示す発光ダイオード１０）を例にとって説明する。図５Ａ〜図５Ｇは、発光ダイオード１０の製造工程を、図２Ｂと同じ断面から観察したものを示している。
【００５４】
まず、絶縁体から成る基板１２に、ｎ型半導体層１４及びｐ型半導体層１６が順次積層して、半導体積層体１３を形成した。半導体積層体１３側からレーザビームを照射して、直径５０μｍ程度の穴部７０を形成した（図５Ａ）。なお、レーザ照射後の穴部の内壁には、溶融物（デブリス）が付着しているので、リン酸系溶液でエッチングして除去するのが好ましい。
次に、形成した穴部７０の内面から、穴部７０の開口部の縁部までを、絶縁膜３４で被覆した（図５Ｂ）、さらに、ｐ型半導体層１６表面の一部を除いて、ｐ型半導体層１６及び絶縁膜３４の表面全体を透光性導電膜７２で被覆した（図５Ｃ）。そして、必要な場合には、透光性導電膜７２とｐ側半導体層１６との間にオーミック接触を得るためにアニーリング処理を行った。
【００５５】
図５Ｃにおいて、透光性導電膜７２を形成しなかったｐ型半導体層１６の表面を、ＲＩＥによりエッチングして切除部３２を形成した（図５Ｄ）。この切除部３２は、穴部７０の近傍（図５Ｄでは、穴部７０の左側）に形成された。
そして、切除部３２から露出したｎ型半導体層１４の表面から、透光性導電膜７２の一部までを覆うように、ｎ側透光性電極１８を形成した。このように形成されたｎ側透光性電極１８は、透光性導電膜７２と電気的に接続された。
【００５６】
その後、基板１２の下面側を研磨して、穴部７０を貫通させた（図５Ｆ）。この時点で穴部７０が貫通することにより、穴部７０内で閉端していた絶縁膜３４及び透光性導電膜７２の下端部も開口した。
最後に、基板１２とｎ側及びｐ側半導体層１４、１６とをスクライブ等によってチップに分離して、発光ダイオード１０を得た（図５Ｇ）。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｇでは、下面電極及び電流拡散層を形成していない発光ダイオード１０の製造方法を示しているが、この製造方法に簡単な工程を追加することにより、下面電極及び電流拡散層を形成することができる。以下に、共晶接合するための下面電極の形成工程の例を説明する。
【００５８】
図５Ａ〜図５Ｆまで同様に形成した後、図６Ａのように、ｎ側及びｐ側半導体層１４、１６、透光性導電膜７２、及び穴部７０をレジスト膜７４で被覆して、外部から保護した。基板１２の下面側に、穴部７０の下端の開口を覆うように、共晶層７６を形成した（図６Ｂ）。基板１２の下面側に露出した穴部７０は、内部に絶縁体膜３４と透光性導電膜７２とが形成されているので、共晶層７６と透光性導電膜７２とは導通されることになる。
【００５９】
そして、図６Ｃのようにレジスト膜７４を剥離し、その後に基板１２とｎ側及びｐ側半導体層１４、１６とをスクライブ等によってチップに分離して、下面電極を備えた発光ダイオード１０を得た（図６Ｄ）。
【００６０】
図５Ａ〜図５Ｇのような製造方法以外でも、公知の技術を組み合わせて本発明の発光ダイオード１０を製造することができる。
簡単な製造方法の変更例としては、図５Ｃ〜図５Ｄのように、透光性導電膜７２を形成した後に切除部３４を形成する代わりに、先に切除部３４を形成して、その後に透光性導電膜７２を形成することもできる。
【００６１】
また、図５Ａで穴部７０を形成するのにレーザビームにより開口したが、その代わりにマイクロブラスト加工を使用することができる。この方法では、まず半導体積層体１３の上面にドライフィルムレジストをラミネートし、穴部７０を形成する位置のレジストをフォトリソグラフィ技術により除去する。そして、微細粒子を噴射するマイクロブラスト加工を行って、レジスト除去部に穴部７０を形成する。このマイクロブラスト加工では、レーザビームよりも小径（約２０μｍ）の穴部７０を形成することができる。このような小径の穴部７０は、例えば実施形態１、３及び４のようにｎ側及びｐ側の貫通孔２４、２８を形成するのに適しており、貫通孔により除去される活性層の面積を減少させることができ、発光ダイオード１０の光量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１Ａ】実施の形態１にかかる発光ダイオードの概略上面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ線に沿った発光ダイオードの概略断面図である。
【図２Ａ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの概略上面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＢ−Ｂ線に沿った発光ダイオードの概略断面図である。
【図３Ａ】実施の形態３にかかる発光ダイオードの概略上面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＣ−Ｃ線に沿った発光ダイオードの概略断面図である。
【図３Ｃ】実施の形態３にかかる発光ダイオードの変形例を示す概略上面図である。
【図３Ｄ】図３Ａ及び図３Ｃの製造方法を説明する概略上面図である。
【図４Ａ】実施の形態４にかかる発光ダイオードの概略上面図である。
【図４Ｂ】図４のＤ−Ｄ線に沿った発光ダイオードの概略断面図である。
【図５Ａ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｂ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｃ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｄ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｅ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｆ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図５Ｇ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの製造工程を説明する概略断面図である。
【図６Ａ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの下面電極の形成工程を説明する概略断面図である。
【図６Ｂ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの下面電極の形成工程を説明する概略断面図である。
【図６Ｃ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの下面電極の形成工程を説明する概略断面図である。
【図６Ｄ】実施の形態２にかかる発光ダイオードの下面電極の形成工程を説明する概略断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  発光ダイオード
１２  基板
１３  半導体積層体
１４  第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）
１６  第１導電型半導体層（ｐ型半導体層）
１８  第２透光性電極（ｎ側透光性電極）
２０  第１透光性電極（ｐ側透光性電極）
２２  電流拡散部
２４  第２貫通孔（ｎ側貫通孔）
２６  第２導電部（ｎ側導電部）
２８  第１貫通孔（ｐ側貫通孔）
３０  第１導電部（ｐ側導電部）
３２  切除部
３４  絶縁膜
３６  ｎ側下面電極
３８  ｐ側下面電極
【図１Ａ】
0005486759.tif 000002
【図１Ｂ】
0005486759.tif 000003
【図２Ａ】
0005486759.tif 000004
【図２Ｂ】
0005486759.tif 000005
【図３Ａ】
0005486759.tif 000006
【図３Ｂ】
0005486759.tif 000007
【図３Ｃ】
0005486759.tif 000008
【図３Ｄ】
0005486759.tif 000009
【図４Ａ】
0005486759.tif 000010
【図４Ｂ】
0005486759.tif 000011
【図５Ａ】
0005486759.tif 000012
【図５Ｂ】
0005486759.tif 000013
【図５Ｃ】
0005486759.tif 000014
【図５Ｄ】
0005486759.tif 000015
【図５Ｅ】
0005486759.tif 000016
【図５Ｆ】
0005486759.tif 000017
【図５Ｇ】
0005486759.tif 000018
【図６Ａ】
0005486759.tif 000019
【図６Ｂ】
0005486759.tif 000020
【図６Ｃ】
0005486759.tif 000021
【図６Ｄ】
0005486759.tif 000022