(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子において、
下層側に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層のエッチングによる上部露出面または前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層のエッチングによる側壁面より、前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層より上側に形成された各層の各側壁面を経て、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面または前記ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上に形成された正電極の上部露出面にまで渡って形成された絶縁性保護膜と、
前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面より、前記絶縁性保護膜上に渡って形成された負電極とを有し、
前記ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面、前記絶縁性保護膜及び前記負電極は、前記発光素子の外周一周に渡って形成されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、活性層の発光面の面積が大きなフリップチップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子３００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）を図３に示す。３０１はサファイア基板、３０２はバッファ層、３０３はｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、３０４は活性層、３０７はｐクラッド層３０５及びｐコンタクト層３０６より構成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、３１０は正電極、３２０は絶縁性保護膜、３３０は負電極である。また、簡単のため本従来技術においては、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３０３のエッチングによる上部露出面及び負電極３３０の上部露出面の形はそれぞれ正方形としており、その面積はそれぞれＬ３２、Ｄ２  である。本従来技術を示す図３（ｂ）においては、Ｌ３２＞Ｄ２  であるが、一般にも、従来技術においては、
【数１】
0003582349.tif 000002
となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
負電極の上部露出面の面積は、リード・フレームや絶縁基板などに発光素子を接続させる際に、電極上に形成するバンプの大きさなどにより制約を受けるため、ある程度以下の大きさにすることはできない。その下限値を定数αとすると、（１）より、
【数２】
0003582349.tif 000003
である。一方、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層のエッチングによる上部露出面の面積（図３ではＬ３２）は小さいほど、活性層３０４の発光面積を広く取ることができるため、高光度を実現する上で望ましい。しかし、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３０３の上部露出面の面積は、（２）による制約を受けるため、活性層３０４の発光面積を十分には広く取ることができず、高光度を実現する上で問題となっていた。
【０００４】
本発明は、これらの問題を解決するために成されたものであり、その目的は、上記の（２）による制約を排除し、活性層の発光面積を十分に広く取ることにより、高光度の発光素子を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体から成る層が積層されたフリップチップ型の発光素子において、下層側に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層のエッチングによる上部露出面またはｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層のエッチングによる側壁面より、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層より上側に形成された各層の各側壁面を経て、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面またはｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上に形成された正電極の上部露出面にまで渡って形成された絶縁性保護膜と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面より、絶縁性保護膜上に渡って形成された負電極とを備え、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層の上部露出面を発光素子の外周一周に渡って形成することである。
【０００６】
【作用及び発明の効果】
本発明により、
【数３】
（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上部露出面の面積）
＜（負電極の上部露出面の面積）          （３）
とすることが可能となる。例えば、図１に示した、本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子１００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）からも判るように、発光素子１００では、
【数４】
（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の上部露出面の面積）＝Ｌ12    （４）
【数５】
（負電極の上部露出面の面積）＝Ｄ2                               （５）
であり、明らかに「Ｌ12＜Ｄ2 」となっている。即ち、本発明の手段によれば、例えば、活性層１０４の発光面積を図３に示した従来技術の発光素子３００の活性層３０４の発光面積よりも広く取ることが可能となる。
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の特性としては、電流密度と発光効率とは、リニアーな比例関係にはなく、電流密度が小さいほど発光効率がよいことが分かっている。従って、本発明の上記の手段によれば、発光面積をより大きくとれるため、電流の値が同じならば電流密度を低下でき、全体としてより高光度な発光素子を作ることが可能となる。
また、本発明によれば、図３に示したようなエッチング側壁面１０から漏れていた光が、負電極により反射されて、サファイア基板面側から取り出せるようになるため、発光光度がより高くなるという効果もある。
更に、本発明を利用すれば、絶縁性保護膜により正電極と負電極のバンプの高さ及び面積を容易に同じにできるので、リード・フレームや絶縁基板などに発光素子を接続させる際に、発光素子を傾斜しにくいものに容易にできるいという効果もある。
また、本発明によれば、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を流れる電流が、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層の周辺から中央へと、より対称性の良いものとなり、電流路の対象性が向上する。このため、活性層の全域に渡って均一一様な発光パターンが得られ、より高光度の発光素子が得られるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
まず、第１の実施例として、本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子１００について説明する。図１に、この発光素子１００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）を示す。１０１はサファイア基板、１０２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層、１０３はシリコン（Ｓｉ）ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる高キャリア濃度のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、１０４はＩｎｘ  Ｇａ１−ｘ  Ｎ  （０＜ｘ＜１）からなる活性層、１０７は、ｐ型のＡｌｙ  Ｇａ１−ｙ  Ｎ  （０＜ｙ＜１）からなるｐクラッド層１０５とｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐコンタクト層１０６より構成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、１１０はニッケル（Ｎｉ）よりなる正電極、１２０はＳｉＯ２からなる絶縁性保護膜、１３０は、銀（Ａｇ）からなる金属層１３１とニッケル（Ｎｉ）よりなる金属層１３２より構成された負電極である。
即ち、発光素子１００は、下層側に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０３のエッチングによる側壁面１０より、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０３より上側に形成された各層の各側壁面１０を経て、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０７の上部露出面およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０７の上に形成された正電極１１０の上部露出面にまで渡って形成された絶縁性保護膜１２０と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層１０３の上部露出面より、絶縁性保護膜１２０上に渡って形成された負電極１３０とを備えた構成となっている。
この構成により、発光素子１００においては、前記の通り（３）、（４）、（５）が満たされるので、前記の通り本発明の第１の手段の作用により、本発明の第１の手段による効果を得ることができる。
【０００８】
次に、第２の実施例として、本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子２００について説明する。図２に、この発光素子２００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）を示す。２０１はサファイア基板、２０２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層、２０３はシリコン（Ｓｉ）ドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる高キャリア濃度のｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、２０４はＩｎｘ  Ｇａ１−ｘ  Ｎ  （０＜ｘ＜１）からなる活性層、２０７は、ｐ型のＡｌｙ  Ｇａ１−ｙ  Ｎ  （０＜ｙ＜１）からなるｐクラッド層２０５とｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるｐコンタクト層２０６より構成されたｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、２１０はニッケル（Ｎｉ）よりなる正電極、２２０はＳｉＯ２からなる絶縁性保護膜、２３０はニッケル（Ｎｉ）よりなる負電極である。
即ち、発光素子２００は、下層側に形成されたｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３のエッチングによる側壁面１０より、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３より上側に形成された各層の各側壁面１０を経て、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０７の上部露出面およびｐ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０７の上に形成された正電極２１０の上部露出面にまで渡って形成された絶縁性保護膜２２０と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３の上部露出面より、絶縁性保護膜２２０上に渡って形成された負電極２３０とを備えた構成となっている。更に、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３の上部露出面は、発光素子２００の外周一周に渡って形成されており、負電極２３０は、このｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３の上部露出面全周に渡って形成された構成となっている。
この構成により、発光素子２００においては、本発明の第２の手段が実施されているので、前記の通り本発明の第２の手段の作用により、本発明の第２の手段による効果を得ることができる。
【０００９】
また、上記実施例では、正電極１１０、２１０は、ニッケル（Ｎｉ）で構成されているが、正電極は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ビスマス（Ｂｉ）、レニウム（Ｒｅ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）またはロジウム（Ｒｈ）の内の少なくとも１種類の金属を含んでいる単層構造の電極であっても、また、これらの金属を２種類以上含んだ多層構造の電極であっても本実施例と同様の効果が得られる。
【００１０】
また、負電極は、プラチナ（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、バナジウム（Ｖ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、亜鉛（Ｚｎ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）またはハフニウム（Ｈｆ）の内の少なくとも１種類の金属を含んでいる単層構造の電極であっても、また、これらの金属を２種類以上含んだ多層構造の電極であっても本実施例と同様の効果が得られる。
【００１１】
また、発光素子２００においては、負電極２３０が正電極２１０の上方にまで達していない部分があるが、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体の層２０３を流れる電流の電流路の対象性を確保するためには、特に問題とはならない。ただし、図３に示したような各層の側壁面１０から漏れる光を負電極により反射させて、サファイア基板面側から取り出せるようにする意味では、負電極２３０は、全周に渡って正電極２１０の上方にまで達していた方が、高光度を実現する上でより望ましい。
なお、上記の実施例では、活性層１０４、２０４、３０４はＳＱＷ構造としたが、活性層の構造は、ＭＱＷ構造でもよい。また、活性層、クラッド層、コンタクト層、その他の層は、任意の混晶比の４元、３元、２元系のＡｌｘ  Ｇａｙ  Ｉｎ１−ｘ−ｙ  Ｎ  （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子１００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。
【図２】本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子２００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。
【図３】従来技術による窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子３００の断面図（ａ）及び平面図（ｂ）。
【符号の説明】
１００、２００、３００…窒化ガリウム系化合物半導体より成る発光素子
１０１、２０１、３０１…サファイア基板
１０２、２０２、３０２…バッファ層
１０３、２０３、３０３…ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層
１０４、２０４、３０４…活性層
１０５、２０５、３０５…ｐクラッド層
１０６、２０６、３０６…ｐコンタクト層
１０７、２０７、３０７…ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層
１１０、２１０、３１０…正電極
１２０、２２０、３２０…絶縁性保護膜
１３０、２３０、３３０…負電極
【図１】
0003582349.tif 000004
【図２】
0003582349.tif 000005
【図３】
0003582349.tif 000006