(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に順次形成された、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）、発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）、ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）とを有し、基板上に一部が露出したｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層上に形成された負電極部と、負電極部の一部領域に接続された負電極用ワイヤボンディングパッド部と、ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層上に形成された正電極部と、正電極部の一部領域に接続された正電極用ワイヤボンディングパッド部とを備え、かつ、正電極用ワイヤボンディングパッド部の直下の部分に絶縁膜を介して負電極部の一部が埋設され、正電極用ワイヤボンディングパッド部と負電極用ワイヤボンディングパッド部とは、正方形の基板の対角の位置に配設されることを特徴とする半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子の電極構造に関し、特に、絶縁性基板上に形成された半導体発光素子の電極パッドの構造、形状、配置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、またはこれらの混晶に代表される窒化物系半導体材料により、可視から紫外領域まで発光する半導体発光素子（ＬＥＤ素子）が実現されている。これらのＬＥＤ素子では、成長基板としてサファイア等が用いられるが、これらの基板は絶縁性基板であるため、成長面側から正電極及び負電極を取り出す必要があり、種々の構造が提案されている。
【０００３】
図３は窒化物系半導体材料を用いた従来例であり、特開平７―９４７８２号公報、発明の名称：窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、出願人：日亜化学工業株式会社である。
【０００４】
図３（ａ）は従来例の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の平面図のＦ―Ｆ’線で切断した模式断面図である。図３（ｂ）において、サファイア基板等の絶縁性基板３０の上に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３１とｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３３とが順に積層されており、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３１には負電極部３２が形成され、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３３には正電極部３４が形成されている。３５はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３３表面のほぼ全面に形成された電流拡散用の透光性電極層であり、３６は前記透光性電極層３５に設けられた正電極部３４を取り出すための窓部である。
【０００５】
図３（ｂ）の平面部において、３０はサファイア基板等の絶縁性基板、３１はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、３２はｎ側の負電極部、３３は負電極用ワイヤボンディングパッド部、３４はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、３５はｐ型窒化ガリウム系化合物半導体３４の表面のほぼ全面に形成された電流拡散用の透光性正電極層、３６は正電極用ワイヤボンディングパッド部である。同図に示されるように、正電極用ワイヤボンディングパッド部３６と負電極用ワイヤボンディングパッド部３３とは対角位置隅部に形成されている。
【０００６】
また、同じような正負の電極構造を取った他の従来例に、特開平８―２７４３７７号公報、発明の名称：ＬＥＤランプ、出願人：日亜化学工業株式会社がある。
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
しかしながら、上述の発光素子は通常電極面を上面とし、透明電極を透過して光が放射されるように実装されるが、上述の正電極用ワイヤボンディングパッド部３６は光を透過する厚さ以上の膜厚の金属膜を使用した非透光性電極であるため、正電極用ワイヤボンディングパッド部３６の下側の発光層から放射された光は素子外部に有効に取り出すことが出来ない。
【０００８】
このため、素子から放射される光出力に寄与するのは、正電極用ワイヤボンディングパッド部３６に覆われていない透光性正電極層３５の部分での電流であり、正電極用ワイヤボンディングパッド部３６の部分から下部に流れる電流は発光素子全体へ寄与が無いか、或いは小さい状態であった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の半導体発光素子は、絶縁性基板上に形成された半導体素子において、絶縁性基板上に一部が露出したｎ型層を形成し、その上に発光層を積層し、前記ｎ型層の一部が露出した面上に負電極部を形成し、その上に負電極用ワイヤボンディング部を形成し、前記負電極部及び、又は負電極用ワイヤボンディング部の一部に絶縁層を形成し、更に前記発光部および絶縁層上に透光性正電極を形成し、前記正電極部上で、かつ前記絶縁膜の直上部分に正電極用ワイヤボンディング部を形成し、前記透光性正電極を透過して光を放射することを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の請求項２に記載の半導体発光素子は、請求項１記載の半導体発光素子において、正電極部に形成されている正電極用ワイヤボンディングパッド部と負電極部に形成されている負電極用ワイヤボンディングパッド部とは絶縁基板の一辺に並べるようにして近接して配設され、かつ、正電極用ワイヤボンディングパッド部の外形形状と負電極用ワイヤボンディングパッド部の外形形状とで形成される非発光領域に近接して該半導体発光素子の発光部が多角形の形状に配設されることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の請求項１記載の半導体発光素子において、従来例の半導体発光素子においては、電極用ワイヤボンディングパッド部直下で発生する内部発光は電極用ワイヤボンディングパッド部で遮光されて外部への光出力として寄与しなかった。しかし、本発明の請求項１記載の半導体発光素子では、この電極用ワイヤボンディングパッド部直下に流れる電流を絶縁層を介在させて流れなくするため、光出力に寄与しにくい電流が少なくなり、発光効率の改善が図れる。また、不要な電流が無くなるため、順方向電圧の低減を図ることができる。
【００１２】
さらに、本発明の請求項２記載の半導体発光素子によれば、発光部の形状が四辺形のような単純な形状となるため、半導体発光素子の単純な発光パターンが得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１乃図２は、本発明の一実施の形態に関する図である。以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態よりなる半導体発光素子の構成を示す図であり、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は模式断面図である。
【００１５】
図１（ａ）において、１０はサファイア基板（約３５０μｍ角の正方形）であり、１９は発光部（２カ所にくびれのある約３００μｍ角）であり、１５は正電極用ワイヤボンディングパッド部、１７は負電極用ワイヤボンディングパッド部であり、正負の電極用ワイヤボンディングパッド部（各１３０μｍ角の正方形）１５及び１７はサファイア基板の対角位置に配設されている。図１（ａ）のＡ―Ａ'線における略断面図を図１（ｄ）に、図１（ａ）のＢ―Ｂ'線における略断面図を図１（ｂ）に、図１（ａ）のＣ―Ｃ'線における略断面図を図１（ｃ）に示す。
【００１６】
図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、サファイア基板１０の上に、基板と略平行な面が一部露出したｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）１１が形成され、その上には、発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）１２、ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）１３が積層されている。発光層１２はノンドープ、或いはＳｉドープのＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層が用いられる。
【００１７】
負電極部１６はｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１の一部露出した面上に形成され、その上に負電極用ワイヤボンディングパッド部１７を形成する。
【００１８】
この負電極部１６及び、又は負電極用ワイヤボンディングパッド部１７の一部に、後の工程で形成する正電極部１４との間を絶縁分離するための絶縁膜１８を形成する。この絶縁膜には、例えばＳｉＯ2膜、ＳｉＮｘ膜、ＴｉＯ2等を使用する。
【００１９】
絶縁膜の形成方法は、スパッタ蒸着法や電子ビーム蒸着法が用いられる。また、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）法を用いてもよい。絶縁膜の形成後、少なくとも前記負電極部１６と後述の正電極部１４との間が電気的に短絡しないように作用する部分以外の絶縁膜は、フォトリソグラフィーとエッチングの手法を用いて除去する。絶縁膜の膜厚は、負電極部１６と正電極部１４との間の電気的な絶縁が目的の膜厚であり、０．５μｍ以上の膜厚が用いられる。
【００２０】
負電極部（ｎ型電極部）１６の具体的な電極材料としては、例えば、Ｔｉ／Ａｌの積層電極、または、Ａｌの単層膜などが用いられる。
【００２１】
正電極部１４は、ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層１３、および、絶縁膜１８上に形成する。正電極部（ｐ型透明電極部）１４は、透明であり、例えば、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、などの少なくとも一種、またはそれらの金属層の上に、Ａｕの薄膜を積層してもよく、Ａｕ単独の層であってもよい。さらに、ＩＴＯやＴｉＮの透明電極にＡｕの薄膜を積層してもよい。正電極部１４の電極金属の厚さは、導電性を維持しつつ、素子内部からの発光を可能な限り遮らない厚さが用いられ、具体的には、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さである。
【００２２】
正電極部１４上で、且つ、絶縁膜１８の直上部分に正電極用ワイヤボンディングパッド部１５を形成する。正電極用ワイヤボンディングパッド部１５は、工程上正電極部１４と同じ系統の材料が用いられるが、最上面にはＡｕ層が設けられ、０．１μｍ〜約２μｍ程度の膜厚が用いられる。従って、正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の積層構造は、表面から、Ａｕ／（Ｔｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）／ｐ−ＧａＮ、となる。
【００２３】
図１の構造を用いることにより、正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の直下の部分にも絶縁膜１８を介して負電極部１６を埋設することで、発光層と重なる正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の大部分の領域の直下に流れる発光素子から放射される光出力に寄与しにくかった電流を削減することが可能となり、且つ、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１と負電極部１６との接触面積を増加することが可能となり、その結果、発光時の素子の動作電圧の低減と、外部発光効率を向上することができる。具体的な大きさとしては、例えば、約３５０μｍ角のサファイア基板１０を用いる場合、正負の電極用ワイヤボンディングパッド部は約１３０μｍ角であり、発光層の大きさは、（約３００〜３２０μｍ角−約３００〜３２０μ角の領域と正負の電極パッドとの重なる領域）程度となり、発光層と重なる正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の大部分の領域は約１００μｍ角程度となる。
【００２４】
（実施の形態２）
図２は、本発明の第２の実施の形態よりなる発光素子の構成を示す図であり、発光部２１は長方形に形作られたものである。図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は模式断面図である。
【００２５】
図２（ａ）において、２０はサファイア基板（約３５０μｍ角の正方形）であり、２１は発光部（約３００μｍ×１７０μｍの長方形）であり、１５は正電極用ワイヤボンディングパッド部、１７は負電極用ワイヤボンディングパッド部であり、正負の電極用ワイヤボンディングパッド部（各１３０μｍ角の正方形）１５及び１７はサファイア基板の同一辺に並んで、近接して、配設されている。図２（ａ）のＡ―Ａ'線における略断面図を図２（ｄ）に、図２（ａ）のＢ―Ｂ'線における略断面図を図２（ｂ）に、図２（ａ）のＣ―Ｃ'線における略断面図を図２（ｃ）に示す。
【００２６】
上記の通り、正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の直下の部分にも絶縁膜１８を介して負電極部１６を埋設することで、正電極用ワイヤボンディングパッド部１５の直下に流れる発光素子から放射される光出力に寄与しにくかった電流を削減することが可能となり、かつ、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層１１と負電極１６との接触面積を約１．８倍（従来例の接触面積が約１５０×約１３０μｍ角であったが、本発明の接触面積は（約１５０×約１３０μｍ角）＋（約１５０×約１００μｍ角）と増加することができ、従来例の動作電圧約３．５Ｖが本発明の動作電圧（順方向電流２０ｍＡでの電圧）では約３．４Ｖ〜３．４５Ｖとなり、約０．０５Ｖ〜０．１Ｖ低減することができ、また光出力を約２〜５％増加させることができる。
【００２７】
また、正負ワイヤボンディングパッド部をサファイア基板の一辺に並べて配設することにより、発光部２１の形状が、単純な多角形の形状にすることが可能となるため、この発光素子を使った半導体発光装置においてムラの少ない放射特性を持った半導体発光装置を得やすくなった。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明の請求項１に記載の半導体発光素子は、絶縁性基板上に形成された半導体素子において、絶縁性基板上に一部が露出したｎ型層を形成し、その上に発光層を積層し、前記ｎ型層の一部が露出した面上に負電極部を形成し、その上に負電極用ワイヤボンディング部を形成し、前記負電極部及び、又は負電極用ワイヤボンディング部の一部に絶縁層を形成し、更に前記発光部および絶縁層上に透光性正電極を形成し、前記正電極部上で、かつ前記絶縁膜の直上部分に正電極用ワイヤボンディング部を形成し、前記透光性正電極を透過して光を放射することを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１記載の構成により、絶縁膜を介して一部重ね合わせることで、一方のワイヤボンディングパッド部の直下を流れ、発光素子から放射される光出力に寄与しにくかった電流を削減することが可能となり、且つ、他方の電極とそれに接触する半導体層の接触面積を増加することが可能となり、その結果、光出力の向上、および、動作電圧の低減を図ることが出来る。
【００３０】
また、本発明の請求項２に記載の半導体発光素子によれば、請求項１記載の半導体発光素子において、正電極部に形成されている正電極用ワイヤボンディングパッド部と負電極部に形成されている負電極用ワイヤボンディングパッド部とは絶縁基板の一辺に並べるようにして近接して配設され、かつ、正電極用ワイヤボンディングパッド部の外形形状と負電極用ワイヤボンディングパッド部の外形形状とで形成される非発光領域に近接して該半導体発光素子の発光部が多角形の形状に配設されることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項２記載の構成により、発光部の形状が単純な形状となり、例えばくびれ等のある複雑な発光パターンとはならないことから、ランプ等の発光装置に組み立てた場合には単純な放射特性を持つ発光装置を得ることができる。さらに、ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層と負電極１６との接触面積を増加することができ、動作電圧の低減と、光出力の増加を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態よりなる半導体発光素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ’線における略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ―Ｂ’線における略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ―Ｃ’線における略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態よりなる半導体発光素子の構成を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ―Ａ’線における略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ―Ｂ’線における略断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ―Ｃ’線における略断面図である。
【図３】従来例の窒化物系半導体材料を用いた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の説明図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ―Ｆ’線で切断した略断面図である。
【符号の説明】
１０  サファイア基板などの絶縁性基板
１１  ｎ型ＡｌXＧａYＩｎ1-X-YＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）
１２  発光層であるＡｌZＧａTＩｎ1-Z-TＮ層（０≦Ｚ≦１、０≦Ｔ≦１）
１３  ｐ型ＡｌUＧａVＩｎ1-U-VＮ層（０≦Ｕ≦１、０≦Ｖ≦１）
１４  正電極部
１５  正電極用ワイヤボンディングパッド部
１６  負電極部
１７  負電極用ワイヤボンディングパッド部
１８  絶縁膜
１９  発光部
２０  サファイア基板などの絶縁性基板
２１  発光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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