(57)【要約】【課題】電流制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】  導電性基板１０と、導電性基板１０の第１表面に配置された第１金属層２１と、導電性基板の第２表面に配置された第２金属層２２とを備える導電性基板構造と、導電性基板構造上に配置され、第３金属層２０と、第３金属層上に配置され，透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）と、電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層１４と、エピタキシャル成長層上に配置され、ワイヤボンディング電極を有する表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、第１金属層および第３金属層を用いて半導体基板構造と発光ダイオード構造を貼り付け、電流制御電極は、エピタキシャル成長層の積層方向から見てワイヤボンディング電極と重ならない領域で密度が高く、重なる領域で密度が低く分布される。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と、前記導電性基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記導電性基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える導電性基板構造と、
前記導電性基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と電流制御電極からなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され、ワイヤボンディング電極を有する表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記導電性基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重ならない領域において密度が高く、前記積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重なる領域において密度が低くなるように分布されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
導電性基板と、前記導電性基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記導電性基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える導電性基板構造と、
前記導電性基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と電流制御電極からなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され、ワイヤボンディング電極を有する表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記導電性基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重ならない領域のみに分布されることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記エピタキシャル成長層は、矩形の平面パターンを有し、
前記表面電極は、
前記矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心電極と、
前記中心電極に接続され，前記中心電極から前記矩形の対角線方向に延伸する結合電極と、
前記結合電極に接続され，かつ前記矩形の四隅に配置された周辺電極
とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記周辺電極は、開口部を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記開口部は矩形であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記開口部は実質的に円形であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記周辺電極は、前記結合電極に直交する部分を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１金属層および前記第３金属層を熱圧着によって貼り付けるによって、前記導電性基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記導電性基板はＧａＡｓで形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記エピタキシャル成長層はＧａＡｓ層で形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記エピタキシャル成長層は、ＡｌＩｎＧａＰ系の材料を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層、前記表面電極および前記電流制御電極は、いずれも金層で形成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記透明絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に、電流の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子
に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を高輝度化するために、光の反射層として、基板と、多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）層からなる活性層との間に金属反射層を形成する構造が提案されている。このような金属反射層を形成する方法として、例えば、発光ダイオード層の基板のウェハボンディング（貼付け）技術が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、表面電極パターン形状を加工することで、電極直下の無効な発光を相対的に減少させて外部量子効率を改善するＬＥＤについても、既に開示されている（例えば、特許文献３および４参照。）。
【０００４】
一般に、ＬＥＤは電流密度を大きくしても発光効率が無限に大きくならない。これは、温度が上昇すると発光再結合が減少する原因によるために起こる。そこで、チップサイズに対して発光効率が最適な電流密度になるようにする必要がある。
【０００５】
しかし、高電流を印加するときに、チップサイズを大きくすることは、製品の大きさ上、困難になる。また、小さいチップを並列に接続することで、電流を分散し、最適な電流密度にすることは可能であるが、パッケージが大きくなり、ダイボンディングやワイヤボンディング等の組立実装工程が複雑になる。したがって、従来のＬＥＤ構造では、最適な電流密度制御をすることが不可能であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３０２８５７号公報
【特許文献２】米国特許第５，３７６，５８０号明細書
【特許文献３】特開平０５−１４５１１９号公報
【特許文献４】特開平０６−００５９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、導通電流を制御することで、チップサイズを一定にして、小さいチップを並べるのではない方法で、最適な電流密度を得るＬＥＤ構造を製作することが課題となる。
【０００８】
本発明の目的は、電流の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、ウェハボンディング技術を用いて、電流の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、導電性基板と、前記導電性基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記導電性基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える導電性基板構造と、前記導電性基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と電流制御電極からなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され、ワイヤボンディング電極を有する表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記導電性基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、前記電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重ならない領域において密度が高く、前記積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重なる領域において密度が低くなるように分布される半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、導電性基板と、前記導電性基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記導電性基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える導電性基板構造と、前記導電性基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と電流制御電極からなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置され、ワイヤボンディング電極を有する表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記導電性基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、前記電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極と重ならない領域のみに分布される半導体発光素子が提供される。
【００１２】
本発明の第１の実施の形態によれば、基板と半導体エピタキシャル成長層との間に透明絶縁膜を入れ、その透明絶縁膜をパターニングすることで、電流の流れる場所を制限するようにした点に特徴を有する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体発光素子によれば、電流の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子を提供することができる。
【００１４】
本発明の半導体発光素子によれば、ウェハボンディング技術を用いて、電流の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の基本的な模式的断面構造図。
【図２】本発明の第１および第２の実施の形態に係る半導体発光素子の表面電極の平面パターン構成図。
【図３】本発明の第１および第２の実施の形態に係る半導体発光素子の透明絶縁膜の平面パターン構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の基本的な説明図であって、（ａ）４分割ＬＥＤの透明絶縁膜の平面パターン構成例、（ｂ）４分割ＬＥＤの表面電極の平面パターン構成例、（ｃ）４分割ＬＥＤの表面電極と透明絶縁膜の平面パターンとの上下の配置関係を説明する図、（ｄ）４分割ＬＥＤの模式的回路構成図、（ｅ）エピタキシャル成長層１４およびエピタキシャル成長層１４上に配置された透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層の模式的鳥瞰図、（ｆ）上下面に金属層を形成した半導体基板１０と図４（ｅ）の構造を貼り合せ技術によって積層化した構造の模式的鳥瞰図、（ｇ）表面電極１６の平面パターン構造を形成した模式的鳥瞰図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、（ａ）大きなＬＥＤ、（ｂ）４分割ＬＥＤの模式的構成図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ピッチサイズをパラメータとする光束ΦW(ｌｍ)と順方向電流ＩF(ｍＡ)との関係を表す特性図。
【図７】本発明の第１および第２の実施の形態に係る半導体発光素子の表面電極の別の平面パターン構成図。
【図８】本発明の第１および第２の実施の形態に係る半導体発光素子の表面電極の更に別の平面パターン構成図。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の説明図であって、（ａ）エピタキシャル成長層１４上に透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を形成し、さらに第３金属層２０を形成する工程図、（ｂ）電流制御層（１２，１８）上に第３金属層２０を形成した構造の模式的鳥瞰図、（ｃ）上下面に第１金属層２１，第２金属層２２を形成した半導体基板１０の模式的鳥瞰図、（ｄ）第３金属層２０と第１金属層２１を熱圧着により貼り合せた構造の模式的鳥瞰図、（ｅ）エピタキシャル成長層１４上に表面電極１６のパターンを形成する工程図、（ｆ）完成された構造の模式的鳥瞰図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の説明図であって、（ａ）エピタキシャル成長層１４上に透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を形成し、さらに第３金属層２０を形成する工程図、（ｂ）電流制御層（１２，１８）上に第３金属層２０を形成した構造の模式的鳥瞰図、（ｃ）エピタキシャル成長層１４上に表面電極１６のパターンを形成する工程図、（ｄ）完成された構造の模式的鳥瞰図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１７】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第１の実施の形態] 
（基本素子構造）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の基本的な模式的断面構造図を示す。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の基本的な模式的断面構造は、図１に示すように、半導体基板１０と、半導体基板１０の第１の表面に配置された金属層２２と、半導体基板１０の第２の表面に配置された透明絶縁膜１２と、透明絶縁膜１２上に配置されたエピタキシャル成長層１４と、エピタキシャル成長層１４上に配置された表面電極１６とを備える。透明絶縁膜１２には、後述するように、パターニングされて複数の電流制御電極１８（図４）が形成され、半導体基板１０とエピタキシャル成長層１４とを電気的に接続する。
【００１９】
半導体基板１０とエピタキシャル成長層１４は、後述するように、例えば、ウェハボンディング技術（貼付け技術）を用いて形成される。
【００２０】
図２は、表面電極１６の平面パターン構成例を示す。
【００２１】
エピタキシャル成長層１４は、図２に示すように、例えば、矩形の平面パターンを有し、表面電極１６は、矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心電極２４と、中心電極２４に接続され，中心電極２４から矩形の対角線方向に延伸する結合電極２６と、結合電極２６に接続され，かつ矩形の四隅に配置された周辺電極２５とを備える。
【００２２】
周辺電極２５は、開口部２８を有する。図２の例では、開口部２８は矩形である。
【００２３】
図３は、透明絶縁膜１２の模式的平面パターン構成例を示す。
【００２４】
透明絶縁膜１２には、図３に示すように、パターニングされた穴部分に電流制御電極１８を形成する。電流制御電極１８の分布は、エピタキシャル成長層１４の矩形パターンの周辺部において密度が高く、中央部分においては密度は低くなるように配置する。すなわち、図３に示す透明絶縁膜１２のパターン例では、中心部分に電流が流れないように、電流制御電極１８のパターンが配置されている。
【００２５】
透明絶縁膜１２を形成した後、オーミックコンタクトを取るための電流制御電極１８用のパターニングを行うとき、ＬＥＤの導通電流の制御可能なパターン配置にする。また、表面電極１６を形成するときに、透明絶縁膜１２のパターンに合わせて形成する。
【００２６】
図２に示す表面電極１６の平面パターン例と組み合わせることで、エピタキシャル成長層１４の矩形の平面パターン上の中心部から四隅に配置された周辺電極２５方向へＬＥＤ電流を導通させることが容易となる。
【００２７】
図４は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の基本的な説明図であって、図４（ａ）は、４分割ＬＥＤの透明絶縁膜の平面パターン構成例、図４（ｂ）は、４分割ＬＥＤの表面電極の平面パターン構成例、図４（ｃ）は、４分割ＬＥＤの表面電極と透明絶縁膜の平面パターンとの上下の配置関係を説明する図、図４（ｄ）は、４分割ＬＥＤの模式的回路構成図、図４（ｅ）は、エピタキシャル成長層１４およびエピタキシャル成長層１４上に配置された透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層の模式的鳥瞰図、図４（ｆ）は、上下面に金属層を形成した半導体基板１０と図４（ｅ）の構造を貼り合せ技術によって積層化した構造の模式的鳥瞰図、図４（ｇ）は、表面電極１６の平面パターン構造を形成した模式的鳥瞰図を示す。
【００２８】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、図４（ａ）に示すように、透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層のパターンを用いる。図４（ｂ）に示す表面電極１６のパターンを使用し、図４（ｃ）に示すように、仮想的に１個のＬＥＤを素子内部で分割し、４個のＬＥＤを並べて光らせた状態と同様に配置することができる。
【００２９】
チップ分割の一例としては、例えば、図４（ａ）に示すように、電流制御層（１２，１８）において、中心部分の抵抗を上げ、電流経路を４つに分割するパターンを使用する。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、表面電極１６のパターンにおいては、４経路に電流を流すパターンを用いている。
【００３１】
結果として、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、仮想的に４分割された４個のＬＥＤを並列に接続した状態と同様のＬＥＤが構成される。
（形成方法）
（ａ）まず、図４（ｅ）に示すように、エピタキシャル成長層１４を準備し、エピタキシャル成長層１４上に、透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を形成する。透明絶縁膜１２は、例えば、シリコン酸化膜からなる。電流制御電極１８は、例えば金層からなる。
（ｂ）次に、図４（ｆ）に示すように、上下面に金属層２０，２２を形成した半導体基板１０を準備し、図４（ｅ）の構造と貼り合せ技術によって貼り合せ、積層化する。金属層２０，２２は、例えば金層からなる。すなわち、貼り付け技術を用いて、半導体基板１０とエピタキシャル成長層１４との間に透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を埋め込む。貼り合せに使用された金属層２０は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の金（Ａｕ）ミラー層として機能する。
（ｃ）次に、図４（ｇ）に示すように、エピタキシャル成長層１４上に表面電極１６の平面パターン構造を形成する。表面電極１６の平面パターンは、透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）の平面パターンと合わせて形成する。
【００３２】
結果として、電流制御層（１２，１８）の平面パターンを使うことで電流の流れを制御することができ、４箇所の開口部２８が発光する半導体発光素子が得られる。
（チップサイズと電流密度の最適化）
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、大きなＬＥＤ（図５（ａ））と、４分割ＬＥＤ（図５（ｂ））の模式的構成図を示す。さらに、図６は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、ピッチサイズをパラメータとする光束ΦW(ｌｍ)と順方向電流ＩF(ｍＡ)との関係を表す。
【００３３】
一般に、ＬＥＤの発光効率ηｉは、次式で表される。
【００３４】
ηｉ＝Ｂτn（ｐ0＋ｎ0＋τnJ／ｑｄ）                      …（１）
ここで、Ｂは発光再結合定数、τnは電子のライフタイム、ｐ0は正孔の不純物密度、ｎ0は電子の不純物密度、Ｊは電流密度、ｑは素電荷量、ｄは活性層の厚さを示す。
【００３５】
一般に、ＬＥＤは電流密度を大きくしても発光効率が無限に大きくならない。
【００３６】
例えば、図６に示すように、順方向電流密度ＩF(ｍＡ)を増加しても、光束ΦW(ｌｍ)は、無限に大きくならない。ピッチサイズをパラメータとすると、光束ΦW(ｌｍ)の値は、図６に示すように、ピーク値を有し、適正な順方向電流ＩF(ｍＡ)の値が存在することがわかる。
【００３７】
このようなピーク値を有する理由は、図６に示すように、順方向電流ＩF(ｍＡ)を増加しても、温度が上昇し、温度が上昇すると発光再結合が減少するためである。
【００３８】
そこで、チップサイズに対して発光効率が最適な電流密度になるようにする必要がある。
【００３９】
分割ＬＥＤ（図５（ｂ））の構成を採用し、かつ各個別に分割された微小ＬＥＤの発光効率が最適となるように微小ＬＥＤの電流密度を最適化することによって、全体として同一電流を導通させたとしても、大きなＬＥＤ（図５（ａ））と比較して、高輝度化を達成することができる。尚、分割ＬＥＤは、４分割に限定されないことは明らかである。
【００４０】
複数個のＬＥＤを並べるのでは、ワイヤボンディングためのパッドが複数個必要となり、配線が複雑になり、実装上の困難さが伴うのに対して、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子においては、電流制御層（１２，１８）を利用することによって、実装上の困難さも解消することができる。
（素子構造）
図７は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の表面電極の別の平面パターン構成図を示す。また、図８は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の表面電極の更に別の平面パターン構成図を示す。
【００４１】
図９（ｆ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的鳥瞰図を示す。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、図９（ｆ）に示すように、半導体基板１０と、半導体基板１０の第１表面に配置された金属層２１と、半導体基板１０の第２表面に配置された金属層２２とを備える半導体基板構造と、半導体基板構造上に配置され、金属層２０と、金属層２０上に配置され，透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）と、電流制御層（１２，１８）上に配置されるエピタキシャル成長層１４と、エピタキシャル成長層１４上に配置される表面電極１６とを備える発光ダイオード構造とから構成される。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、金属層２１および金属層２０を用いて、半導体基板構造と、発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする。
【００４４】
また、図２，図７および図８に示すように、エピタキシャル成長層１４は、矩形の平面パターンを有し、表面電極１６は、矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心電極２４と、中心電極２４に接続され，中心電極２４から矩形の対角線方向に延伸する結合電極２６と、結合電極２６に接続され，かつ矩形の四隅に配置された周辺電極２５とを備える。
【００４５】
また、図２および図７に示すように、周辺電極は、開口部２８を備えていても良い。
【００４６】
また、図２に示すように、開口部２８は矩形であっても良い。
【００４７】
また、図７に示すように、開口部２８は、真円、実質的に円形、楕円、長円などであっても良い。
【００４８】
また、図８に示すように、周辺電極３２は、結合電極２６に直交する部分を備えていても良い。また、周辺電極３２は、複数本配置されていても良い。また、複数本配置されている場合、周辺電極３２の長さは互いに異なっていても良い。
【００４９】
さらに、ここでは図示されていないが、周辺電極３２は、フラクタル図形の構造に配置されていても良い。
【００５０】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子は、第１金属層２１および第３金属層２０を熱圧着によって貼り付けるによって、半導体基板構造と、発光ダイオード構造を貼り付けることができる。
【００５１】
貼付けの温度条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
【００５２】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、半導体基板はＧａＡｓで形成されていても良い。
【００５３】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、金属層２０，２１，２２、電流制御電極１８、および表面電極１６は、いずれも金層で形成されていても良い。
【００５４】
また、第１の実施の形態に係る半導体発光素子において、透明絶縁膜１２は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成されていても良い。
（製造方法）
図９は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の説明図である。
【００５５】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、図９に示すように、半導体基板１０を準備する工程と、半導体基板１０の第１表面上に第１金属層２１を形成する工程と、半導体基板１０の第２表面上に第２金属層２２を形成する工程と、エピタキシャル成長層１４を準備する工程と、エピタキシャル成長層１４上に透明絶縁膜１２を形成する工程と、透明絶縁膜１２をパターニングして、エピタキシャル成長層１４に接続される複数の電流制御電極１８を形成する工程と、透明絶縁膜１２および複数の電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）上に第３金属層２０を形成する工程と、第１金属層２１および第３金属層２０を熱圧着により貼り付ける工程とを有する。
【００５６】
以下に製造工程を説明する。
（ａ）まず、図９（ａ）に示すように、エピタキシャル成長層１４上に透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を形成する。
（ｂ）次に、図９（ｂ）に示すように、電流制御層（１２，１８）上に金属層２０を形成する。金属層２０は、例えば、金蒸着によって形成することができる。
（ｃ）次に、図９（ｃ）に示すように、半導体基板１０の上下面に第１金属層２１，第２金属層２２をそれぞれ形成する。第１金属層２１および第２金属層２２もまた、例えば、金蒸着によって形成することができる。
（ｄ）次に、図９（ｄ）に示すように、第３金属層２０と第１金属層２１を熱圧着によって貼り付けるによって、半導体基板構造と、発光ダイオード構造を貼り付ける。貼付けの温度条件は、例えば、約２５０℃〜７００℃、望ましくは３００℃〜４００℃であり、熱圧着の圧力は、例えば、約１０ＭＰａ〜２０ＭＰａ程度である。
（ｅ）次に、図９（ｅ）に示すように、エピタキシャル成長層１４上に表面電極１６のパターンを形成する。表面電極１６もまた、例えば、金蒸着によって形成することができる。
（ｆ）最終的に、図９（ｆ）に示すように、完成された構造の半導体発光素子を得る。結果として、電流制御層（１２，１８）の平面パターンを使うことで電流の流れを制御することができ、４箇所の開口部２８が発光する半導体発光素子が得られる。
【００５７】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、エピタキシャル成長層１４と半導体基板１０との間に、透明絶縁膜１２および複数の電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を介在させている。このような電流制御層（１２，１８）は、エピタキシャル成長層１４上へのエピタキシャル成長では形成することはできない。このため、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法においては、貼り付け技術を使用している。
【００５８】
このような電流制御層（１２，１８）の特徴は、エピタキシャル成長層１４と半導体基板１０との間にシリコン酸化膜などの高抵抗の材料を介在させることにより、表面電極１６の特に中央電極２４の直下に電流を流れにくくすることができる点にある。
【００５９】
本発明の第１の実施の形態によれば、電流密度の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
【００６０】
本発明の第１の実施の形態によれば、ウェハボンディング技術を用いて、電流密度の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
[第２の実施の形態]
（素子構造）
図１０（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の模式的鳥瞰図を示す。
【００６１】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子は、図１０（ｄ）に示すように、エピタキシャル成長層１４と、エピタキシャル成長層１４の第１表面に配置された表面電極１６と、エピタキシャル成長層１４の第２表面に配置された透明絶縁膜１２と、透明絶縁膜１２をパターニングして第２表面に配置された電流制御電極１８と、透明絶縁膜１２および電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）上に配置される金属層２０とを備える。
【００６２】
また、図２，図７および図８に示すように、エピタキシャル成長層１４は、矩形の平面パターンを有し、表面電極１６は、矩形の平面パターン上の中心部に配置された中心電極２４と、中心電極２４に接続され，中心電極２４から矩形の対角線方向に延伸する結合電極２６と、結合電極２６に接続され，かつ矩形の平面パターンの四隅に配置された周辺電極２２，３２とを備える。
【００６３】
また、図２および図７に示すように、周辺電極２２は、開口部２８を有する。
【００６４】
開口部２８は、図２に示すように、矩形であっても良い。
【００６５】
また、図７に示すように、開口部２８は、真円、実質的に円形、或いはまた、楕円、長円などであっても良い。
【００６６】
また、図８に示すように、周辺電極３２は、結合電極２６に直交する部分を備えていても良い。また、周辺電極３２は、複数本配置されていても良い。また、複数本配置されている場合、周辺電極３２の長さは互いに異なっていても良い。
【００６７】
さらに、ここでは図示されていないが、周辺電極３２は、フラクタル図形の構造に配置されていても良い。
【００６８】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子において、半導体エピタキシャル成長層はＧａＡｓ層で形成されていても良い。
【００６９】
また、表面電極１６と、電流制御電極１８と、金属層２０は、いずれも金層で形成されていても良い。
【００７０】
また、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子において、透明絶縁膜１２は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成される。
（製造方法）
図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法の説明図である。
【００７１】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法は、図１０に示すように、
エピタキシャル成長層１４を準備する工程と、前記エピタキシャル成長層の第１表面に透明絶縁膜１２を形成する工程と、透明絶縁膜１２をパターニングしてエピタキシャル成長層１４の第１表面に電流制御電極１８を形成する工程と、エピタキシャル成長層１４の第２表面に表面電極１６を形成する工程とを備える。
【００７２】
以下に製造工程を説明する。
（ａ）まず、図１０（ａ）に示すように、エピタキシャル成長層１４上に透明絶縁膜１２と電流制御電極１８からなる電流制御層（１２，１８）を形成する。
（ｂ）次に、図１０（ｂ）に示すように、電流制御層（１２，１８）上に金属層２０を形成する。
（ｃ）次に、図１０（ｃ）に示すように、エピタキシャル成長層１４上に表面電極１６のパターンを形成する。
（ｄ）最終的に、図１０（ｄ）に示すように、完成された構造の半導体発光素子を得る。
【００７３】
本発明の第２の実施の形態によれば、電流密度の制御が可能になり、電流密度が最適化でき、高輝度化が可能な半導体発光素子およびその製造方法を提供することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１乃至第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００７４】
本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法においては、半導体基板として主としてＧａＡｓ基板を例に説明したが、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、ＧａＮ基板、或いはＳｉＣ上のＧａＮエピタキシャル基板なども充分に利用可能である。
【００７５】
本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る半導体発光素子として、主としてＬＥＤを例に説明したが、レーザダイオード（ＬＤ:Laser Diode）を構成してもよく、その場合には、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diode）、分布帰還型（ＤＦＢ：Distributed Feedback）ＬＤ、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ＬＤなどを構成しても良い。
【００７６】
また、本発明の第１乃至第２の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法においては、ＧａＡｓ系のエピタキシャル成長層を利用する例を説明したが、例えば、ＡｌＩｎＧａＰ系の材料を適用することもできる。
【００７７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子およびその製造方法は、ＧａＡｓ基板、Ｓｉ基板等の不透明基板を有するＬＥＤ素子,ＬＤ素子等の半導体発光素子全般に利用可能である。
【符号の説明】
【００７９】
１０…半導体基板
１２…透明絶縁膜
１４…エピタキシャル成長層
１６…表面電極
１８…電流制御電極
２０，２１，２２…金属層（Ａｕ層）
２４…中心電極
２５，３２…周辺電極
２６…結合電極
２８…開口部
【図１】
2014220536.tif 000003
【図２】
2014220536.tif 000004
【図３】
2014220536.tif 000005
【図４】
2014220536.tif 000006
【図５】
2014220536.tif 000007
【図６】
2014220536.tif 000008
【図７】
2014220536.tif 000009
【図８】
2014220536.tif 000010
【図９】
2014220536.tif 000011
【図１０】
2014220536.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月18日(2014.9.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記半導体基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える半導体基板構造と、
前記半導体基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と前記透明絶縁膜を貫通する電流制御電極とからなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置される表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記半導体基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記エピタキシャル成長層は、矩形の平面パターンを有し、
前記表面電極は、
前記矩形の平面パターン上の一部に配置されたワイヤボンディング電極と、
前記ワイヤボンディング電極から延出した結合電極と、
前記結合電極に接続された複数の周辺電極と
を備え、
前記複数の電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極のいずれとも重ならない領域において密度が高く、前記積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極の少なくとも１つと重なる領域において密度が低くなるように分布され、
前記周辺電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て、前記電流制御電極を囲む複数の領域を形成していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
半導体基板と、前記半導体基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記半導体基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える半導体基板構造と、
前記半導体基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と前記透明絶縁膜を貫通する電流制御電極とからなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置される表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、
前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記半導体基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、
前記エピタキシャル成長層は、矩形の平面パターンを有し、
前記表面電極は、
前記矩形の平面パターン上の一部に配置されたワイヤボンディング電極と、
前記ワイヤボンディング電極から延出した結合電極と、
前記結合電極に接続された複数の周辺電極と
を備え、
前記複数の電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極のいずれとも重ならない領域のみに分布され、
前記周辺電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て、前記電流制御電極を囲む複数の領域を形成していることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記結合電極は、前記ワイヤボンディング電極から前記矩形の対角線方向に延伸し、
前記周辺電極は、前記矩形の四隅に配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記周辺電極は、開口部を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記開口部は矩形であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記開口部は実質的に円形であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記周辺電極は、前記結合電極に直交する部分を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１金属層および前記第３金属層を熱圧着によって貼り付けることによって、前記半導体基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付けることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体基板はＧａＡｓで形成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記エピタキシャル成長層はＧａＡｓ層で形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記エピタキシャル成長層は、ＡｌＩｎＧａＰ系の材料を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１金属層、前記第２金属層、前記第３金属層、前記表面電極および前記電流制御電極は、いずれも金層で形成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記透明絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＯｘＮｙ膜、或いはこれらの多層膜のいずれかにより形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記透明絶縁膜を貫通する前記電流制御電極は、略同心円の円周上又は互いに平行な複数の列をなすとともに、互いに略等間隔の離間距離をおいて配置されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記半導体基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える半導体基板構造と、前記半導体基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と前記透明絶縁膜を貫通する電流制御電極とからなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置される表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記半導体基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、前記エピタキシャル成長層は、矩形の平面パターンを有し、前記表面電極は、前記矩形の平面パターン上の一部に配置されたワイヤボンディング電極と、前記ワイヤボンディング電極から延出した結合電極と、前記結合電極に接続された複数の周辺電極とを備え、前記複数の電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極のいずれとも重ならない領域において密度が高く、前記積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極の少なくとも１つと重なる領域において密度が低くなるように分布され、前記周辺電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て、前記電流制御電極を囲む複数の領域を形成している半導体発光素子が提供される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の他の態様によれば、半導体基板と、前記半導体基板の第１表面に配置された第１金属層と、前記半導体基板の第２表面に配置された第２金属層とを備える半導体基板構造と、前記半導体基板構造上に配置され、第３金属層と、前記第３金属層上に配置され，透明絶縁膜と前記透明絶縁膜を貫通する電流制御電極とからなる電流制御層と、前記電流制御層上に配置されるエピタキシャル成長層と、前記エピタキシャル成長層上に配置される表面電極とを備える発光ダイオード構造とから構成され、前記第１金属層および前記第３金属層を用いて、前記半導体基板構造と、前記発光ダイオード構造を貼り付け、前記エピタキシャル成長層は、矩形の平面パターンを有し、前記表面電極は、前記矩形の平面パターン上の一部に配置されたワイヤボンディング電極と、前記ワイヤボンディング電極から延出した結合電極と、前記結合電極に接続された複数の周辺電極とを備え、前記複数の電流制御電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て前記ワイヤボンディング電極、前記結合電極、または前記周辺電極のいずれともと重ならない領域のみに分布され、前記周辺電極は、前記エピタキシャル成長層の積層方向から見て、前記電流制御電極を囲む複数の領域を形成している半導体発光素子が提供される。