(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明のサファイア基板の表面上にＮ型半導体層、発光層、およびＰ型半導体層を形成し、かつ上記Ｐ型半導体層の表面にＰ側電極が形成され、上記Ｎ型半導体層における露出表面部にＮ側電極を形成して構成される素子本体と、
導電性基板の表面に対して絶縁状態となるように形成された補助Ｎ側電極層および導通状態となるように直接的かつ平面的に形成された補助Ｐ側電極層を有するサブマウント部材と、を備えるとともに、
上記素子本体の上記Ｎ側電極および上記Ｐ側電極の表面部分は絶縁層で覆われており、この絶縁層には上記双方の電極にそれぞれ独立して通じる各貫通孔が穿設され、かつ上記絶縁層の表面側には各貫通孔を介して上記双方の電極にそれぞれ導通状態となる各付着用金属層が相互に独立して形成されているとともに、この各付着用金属層は、上記サブマウント部材の双方の補助電極層に対して接合付着された状態となるように構成されていることにより、
上記サブマウント部材と上記素子本体との双方の表面側を相互に対向させて配置し、かつ、上記補助Ｎ側電極層と上記Ｎ側電極との間、および上記補助Ｐ側電極層と上記Ｐ側電極との間がそれぞれ導通状態となるように、上記サブマウント部材と上記素子本体とを一体化させ、上記透明のサファイア基板の裏面側から光が発せられるようにしたことを特徴とする、半導体発光素子。
【請求項２】
上記請求項１に記載した半導体発光素子の製造方法であって、
上記素子本体を作製した後に、その表面部分に対して上記絶縁層を形成し、この後、その絶縁層に上記各貫通孔を穿設し、しかる後、その絶縁層の表面側に上記各付着用金属層を形成する第１の工程と、上記サブマウント部材を作製する第２の工程とを別々に実行し、
その後、上記素子本体の表面側と上記サブマウント部材の表面側とを対向させた状態の下で、上記各付着金属層と上記各補助電極層とを直接的に接着させるようにしたことを特徴とする、半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本願発明は、半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に発光作用を行わせるための素子本体に対してサブマウント部材を付加的に取り付けて構成される半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、有機金属化学気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）を利用して、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体の結晶を成長させることなどにより、高輝度特性を備えた青色発光用の半導体発光素子が開発されるに至っている。
【０００３】
上記高輝度の青色発光用半導体発光素子は、図９に示すように、透明のサファイア基板７０上にＧａＮのバッファ層７１を成長させ、このバッファ層７１の表面上に、Ｎ型半導体層７２（ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層）、発光層７３（ＩｎＧａＮ層）、およびＰ型半導体層７４（ＡｌＧａＮ層、ＧａＮ層）を積層状に成長させたものである。そして、上記Ｎ型半導体層７２におけるＧａＮ層と、Ｐ型半導体層７４におけるＧａＮ層とに、Ｎ側電極７５およびＰ側電極７６がそれぞれ形成される。
【０００４】
一方、被マウント部材である図示例のリードフレーム７７に対する上記半導体発光素子の取り付け構造は、上記Ｎ側電極７５およびＰ側電極７６を双方共に、ワイヤ７８，７９を用いてリードフレーム７７のＮ側端子部７７ａとＰ側端子部７７ｂとにそれぞれボンディングされた状態にある。そして、このように取り付けられた半導体発光素子は、同図に矢印で示すように、上記電極７６の配設側の面から光を発するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の半導体発光素子は、リードフレーム等の被マウント部材における２箇所に対してワイヤボンディングを施す必要があり、その搭載作業あるいは結線作業の工程数が増加するなどして、作業の煩雑化ならびに複雑化を余儀なくされているのが実情であった。
【０００６】
また、この種の半導体発光素子は、電極の配設面側から光から発せられる構成であることから、図１０に示すように、発光領域Ａ内に電極７６が存在しており、この電極７６の配設箇所は非発光部となる。したがって、実質的発光領域は上記電極７６に相当する分だけ狭くなり、図示例のものでは、素子全体中に占める実質的発光領域は全表面積の１／２以下になる。この結果、上述のように高輝度特性を備えているにも拘らず、十分な発光量を得ることができず、各種表示ボード等への使用時における高い明度の要請に応じることが困難になるという問題を有している。
【０００７】
本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたものであって、半導体発光素子の被マウント部材に対するワイヤボンディングの個数を削減して、その結線作業を簡便に行えるようにするとともに、半導体発光素子における実質的発光領域を可及的に増大させて十分な発光量の確保および明度の向上を図ることをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。
【０００９】
すなわち、本願の請求項１に記載した発明は、透明のサファイア基板の表面上にＮ型半導体層、発光層、およびＰ型半導体層を形成し、かつ上記Ｐ型半導体層の表面にＰ側電極が形成され、上記Ｎ型半導体層における露出表面部にＮ側電極を形成して構成される素子本体と、
導電性基板の表面に対して絶縁状態となるように形成された補助Ｎ側電極層および導通状態となるように直接的かつ平面的に形成された補助Ｐ側電極層を有するサブマウント部材と、を備えるとともに、
上記素子本体の上記Ｎ側電極および上記Ｐ側電極の表面部分は絶縁層で覆われており、この絶縁層には上記双方の電極にそれぞれ独立して通じる各貫通孔が穿設され、かつ上記絶縁層の表面側には各貫通孔を介して上記双方の電極にそれぞれ導通状態となる各付着用金属層が相互に独立して形成されているとともに、この各付着用金属層は、上記サブマウント部材の双方の補助電極層に対して接合付着された状態となるように構成されていることにより、
上記サブマウント部材と上記素子本体との双方の表面側を相互に対向させて配置し、かつ、上記補助Ｎ側電極層と上記Ｎ側電極との間、および上記補助Ｐ側電極層と上記Ｐ側電極との間がそれぞれ導通状態となるように、上記サブマウント部材と上記素子本体とを一体化させ、上記透明のサファイア基板の裏面側から光が発せられるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
また、本願の請求項２に記載した発明は、上記請求項１に記載した半導体発光素子の製造方法であって、
上記素子本体を作製した後に、その表面部分に対して上記絶縁層を形成し、この後、その絶縁層に上記各貫通孔を穿設し、しかる後、その絶縁層の表面側に上記各付着用金属層を形成する第１の工程と、上記サブマウント部材を作製する第２の工程とを別々に実行し、
その後、上記素子本体の表面側と上記サブマウント部材の表面側とを対向させた状態の下で、上記各付着金属層と上記各補助電極層とを直接的に接着させるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
【発明の作用および効果】
上記請求項１に記載した発明によれば、リードフレーム等のＰ側端子部に対して、上記半導体発光素子のサブマウント部材をボンディングすることにより、素子本体のＰ側電極は、サブマウント部材の補助Ｐ側電極層から導電性基板を介して上記リードフレーム等のＰ側端子部に導通した状態となる。したがって、素子本体のＰ側電極に対するワイヤボンディングが不要になり、この種の半導体発光素子のマウント作業あるいは結線作業が簡便化されるという利点が得られる。
【００１４】
さらに、上記素子本体からの発光は、両電極の配設面とは反対側の面であるサファイア基板の裏面からなされることになり、従来のようにＰ側電極が発光を阻害することはなくなる。これにより、サファイア基板の裏面の大半が実質的発光領域となり、十分な発光量を確保できるとともに、この種の半導体発光素子の使用時における高い明度の要請に応じることが可能になる。
【００１５】
また、上記素子本体の発光層からサブマウント部材側に発せられた光は、サブマウント部材の表面の補助電極層等で反射することになるので、上記素子本体における透明性基板の裏面からのトータル発光量は、上記の反射光をも含んでさらに増大し、より高い明度を得ることが可能になる。
【００１６】
また、上記素子本体の両電極の表面部分を覆っている絶縁層のさらに表面側に独立して形成されている各付着用金属層を、上記サブマウント部材の両補助電極層に接合付着させるだけで、上記サブマウント部材の両補助電極を上記素子本体の両電極に対して導通状態にできるようになる。したがって、上記サブマウント部材と上記素子本体との電気的接続作業が簡単に行えるとともに、その相対的位置誤差についても厳格な制約が緩和され、位置決めあるいは位置合わせの自由度が増大する。
【００１８】
上記請求項２に記載した発明によれば、量産化の促進が図られるとともに、製作作業の複雑化が回避される。
【００１９】
【実施例の説明】
以下、本願発明の好ましい実施例を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２０】
図１は本願発明の第１実施例に係る半導体発光素子の構成要素である素子本体を示す概略縦断正面図、図２はその概略平面図、図３は上記半導体発光素子の構成要素であるサブマウント部材を示す概略縦断正面図、図４はその概略平面図、図５は上記半導体発光素子の全体構成ならびにリードフレームへの取り付け状態を示す概略縦断面図である。
【００２１】
図１に示すように、第１実施例に係る半導体発光素子１の素子本体２は、基本的には、絶縁基板であるサファイア基板３上に、Ｎ型半導体層４と、発光層５と、Ｐ型半導体層６とを備えて構成される積層部７を形成したものである。詳細には、上記積層部７は、透明または半透明のサファイア基板３の表面上に窒化ガリウム（ＧａＮ）のバッファ層８を成長させ、その表面側に、下層部分から順に、Ｎ型ＧａＮの層４１と、Ｎ型Ａｌ０．２  Ｇａ０．８  Ｎの層４２と、発光層としてのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの層５と、Ｐ型Ａｌ０．２  Ｇａ０．８  Ｎの層６１と、Ｐ型ＧａＮの層６２と、を形成したものである。そして、上記発光層５からは、青色に対応した波長（好ましくは４７０ｎｍ）の光が発せられるようになっている。
【００２２】
加えて、上記Ｎ型ＧａＮの層４１およびＮ型Ａｌ０．２  Ｇａ０．８  Ｎの層４２には、Ｓｉが添加され、Ｐ型Ａｌ０．２  Ｇａ０．８  Ｎの層６１およびＰ型ＧａＮの層６２には、Ｍｇが添加されているとともに、上記Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの層５にはＺｎが添加されている。そして、上記Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの層５におけるＩｎのＧａに対する組成比（混晶比）を増加させた場合には、この層５から発せられる光の波長が長くなるとともに、上記Ｚｎの添加量を増加させた場合には、上記組成比を増加させた場合よりもさらに光の波長が長くなるという特性を備えている。なお、上記各層の厚みは、下層側から各層４１、４２、５、６１、６２のそれぞれの順に、たとえば３μｍ、３００ｎｍ、５０ｎｍ、３００ｎｍ、１５０ｎｍに設定されている。
【００２３】
上記図示例の素子本体２は、最終的に単一のチップとして得られるたとえば平面視が一辺０．５ｍｍの正方形状のものであるが、実際の製造に際しては、ＭＯＣＶＤ法により上記図示例の構造のものを所定面積のウエハとして一括して形成した後、ダイシングにより上記単一のチップに分割することにより得られる。
【００２４】
そして、上記Ｎ型半導体層４におけるＧａＮ層４１のエッチングにより除去した露出表面部にＮ側電極９が形成され、Ｐ型半導体層６におけるＧａＮ層の表面部にＰ側電極１０が形成されている。なお、このＮ側電極９とＰ側電極１０とは、概略的には、図２に示すような平面視形状とされた上で配設されている。
【００２５】
一方、図３に示すように、この第１実施例に係る半導体発光素子１のサブマウント部材１１は、不透明の導電性を有するシリコン基板１２の表面にＳｉＯ２  でなる絶縁酸化皮膜１３を形成し、その中央部をエッチングで除去して補助Ｐ側電極層１４を形成し、かつその外周側における上記酸化皮膜１３の表面部に補助Ｎ側電極層１５を形成したものである。この双方の補助電極層１４，１５は、ＡｕとＳｎとの合金あるいはインジウム系の合金を使用して蒸着により形成したものであり、後述するように電極とハンダ用メタルとを兼用するものである。
【００２６】
そして、上記補助Ｐ側電極層１４と補助Ｎ側電極層１５とは、概略的には、図４に示すような平面視形状とされた上で配設されている。加えて、同図に示すように、シリコン基板１２の一側部には、２箇所の補助Ｎ側電極層１５に導通される帯状の補助Ｎ側電極層１５ａが、上記絶縁酸化皮膜１３の表面部に形成されている。
【００２７】
次に、上記の構成を備えた素子本体２とサブマウント部材１１とを接合一体化させて半導体発光素子１を製造する方法、ならびにこれによって得られる半導体発光素子１の構成について説明する。
【００２８】
まず、上記素子本体２とサブマウント部材１１とを別々に製作した後に、この両者の表面側どうしを対向させて配置し、素子本体２のＮ側電極９およびＰ側電極１０に対してそれぞれ、サブマウント部材１１の補助Ｎ側電極層１５および補助Ｐ側電極層１４をハンダ付けする。このはんだ付け作業は、上記サブマウント部材１１の双方の補助電極層１５，１４がハンダ用メタルを兼用していることから、これらの補助電極層１５，１４を適宜溶融固化させることにより行われる。
【００２９】
この結果、図５に示すように、素子本体２のサファイア基板３の裏面３ａから矢印で示すように光が発せられる状態になる。加えて、上記素子本体の２のＰ側電極１０はサブマウント部材１１のシリコン基板１２に導通状態となる一方、素子本体２のＮ側電極９は上記シリコン基板１２に対して絶縁状態となる。なお、図１に示す素子本体２の積層部７の高さ寸法は、図５に示す積層部７の高さ寸法と比較して、説明の便宜上、長尺になっている。
【００３０】
そして、上記のようにして得られた半導体発光素子１をリードフレーム１７上に搭載するには、同図に示すように、リードフレーム１６のＰ側端子部１６ａの上面部に上記サブマウント部材１１の下面が導通状態になるようにボンディングされるとともに、サブマウント部材１１の上記帯状の補助Ｎ側電極層１５ａとリードフレーム１６のＮ側端子部１６ｂとの間にワイヤボンディング１７が施される。
【００３１】
これにより、上記素子本体２のＰ側電極１０は、導電性シリコン基板１２を通じてリードフレーム１６のＰ側端子部１６ａに導通状態とされ、かつ上記素子本体２のＮ側電極９は、ワイヤ１７を通じてリードフレーム１６のＮ側端子部１６ｂに導通状態とされる。この後は、上記半導体発光素子１の外周部を樹脂封止することなどによって、青色発光用のＬＥＤランプが得られる。
【００３２】
このような構成とすることにより、素子本体２の透明サファイア基板３の裏面３ａにおけるＮ側電極９の形成箇所以外の領域が発光領域となり、上記裏面３ａの全面積の約７５％が発光領域として利用される。したがって、従来のように電極による発光阻害が激減され、十分な発光量および高い明度を有する発光デバイスが得られることになる。
【００３３】
加えて、上記素子本体２の発光層５から下方に向かって発せられた光は、不透明のサブマウント部材１１（補助電極層１４，１５）で反射された後、サファイア基板３の裏面３ａから外方に向かって照射されることになるので、光の利用効率が向上するという利点も得られる。
【００３４】
さらに、上記サブマウント部材１１を使用したことにより、Ｐ側電極１０に対するワイヤボンディングが不要になり、結線作業の簡便化ならびに製作容易化が図られることになる。
【００３５】
次に、本願発明に係る半導体発光素子１の第２実施例を、図６、７、８を参照しつつ説明する。なお、以下の第２実施例の説明に際して、上述の第１実施例と共通の構成要件については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
この第２実施例に係る半導体発光素子１が上述の第１実施例と異なる点は、図６および図７に示すように、素子本体２の表面全域をＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２  やＳｉ３  Ｎ４  等からなる絶縁層１８で覆うとともに、この絶縁層１８にＮ側電極９およびＰ側電極１０にそれぞれ通じる貫通孔１９，２０を穿設し、かつ上記絶縁層１８の表面部にＡｕとＳｎとの合金あるいはインジウム系の合金等でなる金属層２１，２２を相互に独立して形成した点にある。この場合、上記各貫通孔１９，２０には、上記各金属層２１，２２が埋設されることになるので、上記一方の金属層２１は上記Ｎ側電極９に導通した状態になり、他方の金属層２２は上記Ｐ側電極１０に導通した状態になる。
【００３７】
なお、サブマウント部材１１の構成は、図７に示す各金属層２１，２２の平面視における形状および配設状態に対応して補助Ｎ側電極層１５と補助Ｐ側電極層１４とが形成されており、その他の部分、たとえば補助Ｎ側電極層１５がＳｉＯ２  等の絶縁性皮膜１３を介して形成されている点などについては上述の第１実施例と同一の構成である。
【００３８】
そして、上記素子本体２とサブマウント部材１１とは、両者の表面側どうしが対向配置された状態で、図８に示すように各金属層２１，２２と各補助電極層１５，１４とが接合一体化されることにより、半導体発光素子１が得られる。また、図示の構成によっても、上記素子本体２のＰ側電極１０はリードフレーム１６のＰ側端子部１６ａに導電性シリコン基板１２を介して導通状態とされ、かつ上記素子本体２のＮ側電極９はリードフレーム１６のＮ側端子部１６ｂにワイヤ１７を介して導通状態とされる。
【００３９】
そして、この場合には、各金属層２１，２２と各補助電極層１５，１４との位置合わせが容易に行えることから、これらの両層の接合作業（ハンダ付け作業）、ひいては素子本体２とサブマウント部材１１との接合作業が極めて簡便に行えることになる。
【００４０】
また、この第２実施例によっても、上記第１実施例と同様に、十分な発光量を確保できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の第１実施例に係る半導体発光素子の構成要素である素子本体を示す概略縦断正面図である。
【図２】上記第１実施例に係る素子本体の概略平面図である。
【図３】上記第１実施例に係る半導体発光素子の構成要素であるサブマウント部材の概略縦断正面図である。
【図４】上記第１実施例に係るサブマウント部材の概略平面図である。
【図５】上記第１実施例に係る半導体発光素子の全体構成ならびにその被マウント部材への取り付け状態を示す概略縦断側面図である。
【図６】本願発明の第２実施例に係る半導体発光素子の構成要素である素子本体を示す概略縦断正面図である。
【図７】上記第２実施例に係る素子本体の概略平面図である。
【図８】上記第２実施例に係る半導体発光素子の全体構成ならびにその被マウント部材への取り付け状態を示す概略縦断側面図である。
【図９】従来の半導体発光素子の全体構成ならびにその被マウント部材への取り付け状態を示す概略縦断側面図である。
【図１０】従来の半導体発光素子の概略平面図である。
【符号の説明】
１  半導体発光素子
２  素子本体
３  透明絶縁性基板（サファイア基板）
４  Ｎ型半導体層
５  発光層
６  Ｐ型半導体層
９  Ｎ側電極
１０  Ｐ側電極
１１  サブマウント部材
１２  導電性基板（シリコン基板）
１４  補助Ｐ側電極層
１５  補助Ｎ側電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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