(57)【要約】【課題】    フェースアップ実装された半導体発光素子から効率よく光を取り出すことが出来る発光装置を提供する【解決手段】  ｐ層及びｎ層が積層され、前記ｐ層と電気的に接続しているｐ電極及び前記ｎ層と電気的に接続しているｎ電極が同一面に形成さている半導体発光素子と、  前記半導体発光素子は前記ｐ電極及び前記ｎ電極のそれぞれに電気的に接続する回路を有するマウント部材に電極を上面にしてマウントし、前記ｐ電極及び前記ｎ電極は、前記マウント部材の前記回路に導電性ワイヤを介して接続され、  前記半導体発光素子は、前記ｐ層から前記ｎ層までの斜面を有し、前記斜面は表面凹凸構造からなる発光装置。【選択図】        図１
2006173533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置において、
ｐ層及びｎ層が積層され、前記ｐ層と電気的に接続しているｐ電極及び前記ｎ層と電気的に接続しているｎ電極が同一面に形成さている半導体発光素子と、
前記半導体発光素子は前記ｐ電極及び前記ｎ電極のそれぞれに電気的に接続する回路を有するマウント部材に電極を上面にしてマウントし、前記ｐ電極及び前記ｎ電極は、前記マウント部材の前記回路に導電性ワイヤを介して接続され、
前記半導体発光素子は、前記ｐ層から前記ｎ層までの斜面を有し、前記斜面は表面凹凸構造からなる、
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子の前記斜面は、溝状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記凹凸構造は、表裏方向に伸びたのこぎり歯状であることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
前記半導体発光素子の前記斜面は、５５度以上７０度以下の角度を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に用いられる発光素子に関するものである。特に、マウント部材にフェースアップ実装する発光素子の観測面側への光取り出しを向上させた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体を層構造に含む発光ダイオードは、高輝度純緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤとして、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、バックライトなど、様々な分野で広く利用されている。
【０００３】
これらのＬＥＤは、一般に、サファイアなどの基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層された構造となっている。さらに、ｐ型窒化物半導体層上にはｐ側電極が配置され、ｎ型窒化物半導体層上にはｎ側電極が配置されている。たとえば、ｐ側電極とｎ側電極とを同一面側に設ける場合は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側電極が配置されると共に、ｐ型窒化物半導体層、活性層、およびｎ型窒化物半導体層の一部がエッチングなどにより除去され、露出したｎ型窒化物半導体層上にｎ側電極が配置された構成となる。さらに、光取り出しを向上させることを目的として、ＬＥＤの構造として様々なものが提案されている（例えば特許文献１及び２）。
【特許文献１】特開２００４−６６６２
【特許文献２】特開２００４−２２１５２９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の構造では、フェースアップ実装された発光素子側面に達する光が効率よく取り出せないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明はフェースアップ実装された半導体発光素子から効率よく光を取り出すことが出来る発光装置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】
【０００６】
以上の目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、ｐ層及びｎ層が積層され、前記ｐ層と電気的に接続しているｐ電極及び前記ｎ層と電気的に接続しているｎ電極が同一面に形成さている半導体発光素子と、前記半導体発光素子は前記ｐ電極及び前記ｎ電極のそれぞれに電気的に接続する回路を有するマウント部材に電極を上面にしてマウントし、前記ｐ電極及び前記ｎ電極は、前記マウント部材の前記回路に導電性ワイヤを介して接続され、前記半導体発光素子は、前記ｐ層から前記ｎ層までの斜面を有し、前記斜面は表面凹凸構造からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る発光装置は、フェースアップ実装された発光素子側面に達する光を効率よく取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る発光装置に配置される発光素子を構成する各半導体層としては種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上にＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の半導体を複数形成させたものが好適に用いられる。また、その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【０００９】
発光素子は、一般的には、特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いる。この場合、通常、ｐ側電極およびｎ側電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。もちろん、最終的に基板を除去した上で、実装することもできる。なお、基板はサファイアに限定されず、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態を窒化物半導体発光素子について説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定しない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施例に係るIII族窒化物系化合物半導体素子１００の模式的な平面図を、図２にはその断面図を示す。また、図３には、そのIII族窒化物系化合物半導体素子１００を用いた発光装置の断面図を示す。
【００１２】
III族窒化物系化合物半導体素子１００は、次の構成を有する発光素子である。図１に示す様に、一辺300μｍの幅を有しており、発光素子周囲にジグザグな形状を有した溝１５０を有しており、その溝１５０の一部にｎ電極１４０を形成し、また中央のジグザグ形状をした島状部分に、ほぼ全面に透明な透光性電極１１０配置し、その透光性電極１１０の一部に金ワイヤーをボンディングする厚膜ｐ電極１２０を配置している。
【００１３】
次に図２に示すように、厚さ約300μｍのサファイア基板１０１の上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約15ｎｍのＡｌＮバッファ層１０２が成膜され、その上に膜厚約500ｎｍのノンドープのＧａＮ層１０３が成膜され、その上にシリコン（Ｓｉ）を1×1018/cm3ドープしたＧａＮから成る膜厚約5μｍのｎ型コンタクト層１０４（高キャリア濃度ｎ+層）が形成されている。
【００１４】
また、このｎ型コンタクト層１０４の上には、シリコン（Ｓｉ）を1×1018/cm3でドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る膜厚約25ｎｍのｎ型クラッド層１０５が形成されている。更にその上には、膜厚約3ｎｍのノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る井戸層と膜厚約20ｎｍのノンドープＧａＮから成る障壁層とを３ペア積層して多重量子井戸構造の発光層１０６が形成されている。
【００１５】
更に、この発光層１０６の上には、Ｍｇを2×1019/cm3ドープした膜厚約25ｎｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成るｐ型クラッド層（第１のｐ層）１０７が形成されている。ｐ型クラッド層１０７の上には、Ｍｇを8×1019/cm3ドープした膜厚約100ｎｍのｐ型ＧａＮから成るｐ型コンタクト層（第２のｐ層）１０８が形成されている。
【００１６】
又、ｐ型コンタクト層（第２のｐ層）１０８の上には金属蒸着による透光性電極１１０が、ｎ型コンタクト層１０４上にはｎ電極１４０が形成されている。透光性電極１１０は、膜厚約5ｎｍのコバルト（Ｃｏ）より成る第１層と、このコバルト膜に接合する膜厚約10ｎｍの金（Ａｕ）より成る第２層とで構成されている。
【００１７】
厚膜p電極１２０は、膜厚約1500nmの金(Au)から成る第1層１２３と、膜厚約10nmのアルミニウム(Al)から成る第2層１２４とを透光性電極１１０の上に順次積層させることにより構成されている。
【００１８】
多層構造のｎ電極１４０は、ｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分の上から、膜厚約20ｎｍのバナジウム（Ｖ）より成る第１層と膜厚約100ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）より成る第２層とを積層させることにより構成されている。
【００１９】
また、最上部には、必要によりＳｉＯ2膜より成る保護膜がｎ電極１４０及びｐ電極１２０の上部を除き、形成しても良い。サファイア基板１０１の底面に当たる外側の最下部には、膜厚約500ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）より成る反射金属層を、金属蒸着により成膜しても良い。尚、反射金属層は、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｗ等の金属の他、ＴｉＮ、ＨｆＮ等の窒化物でも良い。
【００２０】
上記の構成のIII族窒化物系化合物半導体素子１００は次のように製造された。III族窒化物系化合物半導体素子１００は、有機金属気相成長法（以下「ＭＯＶＰＥ」と略す）により製造された。用いられたガスは、アンモニア(ＮＨ3)、キャリアガス(Ｈ2及びＮ2)、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＧ」と記す）、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ3）3）（以下「ＴＭＩ」と記す）、シラン(ＳｉＨ4)とシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5Ｈ5）2）（以下「ＣＰ2Ｍｇ」と記す）である。
【００２１】
まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄したＡ面を主面とした単結晶のサファイア基板１０１をＭＯＶＰＥ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常圧でＨ2を反応室に流しながら温度1100℃でサファイア基板１０１をベーキングした。
【００２２】
次に、サファイア基板１０１の温度を400℃に低下させ、Ｈ2、ＮＨ3及びＴＭＡを供給してＡｌＮバッファ層１０２を約15ｎｍの膜厚に形成した。
【００２３】
次に、サファイア基板１０１の温度を1150℃に保持し、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧを供給して、その上にノンドープＧａＮ層１０３を形成した。次に、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ、シランを供給して、その上にシリコン（Ｓｉ）を1×1018/cm3ドープしたＧａＮから成る膜厚約5μｍのｎ型コンタクト層１０４（高キャリア濃度ｎ+層）を形成した。
【００２４】
この後、Ｈ2、ＮＨ3、ＴＭＧ、ＴＭＡ、シランの供給量を制御して、シリコン（Ｓｉ）を1×1018/cm3でドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る膜厚約25ｎｍのｎ型クラッド層１０５を形成した。
【００２５】
次に、サファイア基板１０１の温度を825℃にまで低下させて、Ｎ2又はＨ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＴＭＩの供給量を制御して、膜厚約3ｎｍのノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る井戸層と膜厚約20ｎｍのノンドープＧａＮから成る障壁層とを３ペア積層して多重量子井戸構造の発光層１０６が形成した。
【００２６】
次に、サファイア基板１０１の温度を1050℃に保持し、Ｎ2又はＨ2、ＮＨ3、ＴＭＧ、ＴＭＡ及びＣＰ2Ｍｇを制御しながら供給して、Ｍｇを2×1019/cm3ドープした膜厚約25ｎｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎから成るｐ型クラッド層（第１のｐ層）１０７を形成した。次にＮ2又はＨ2、ＮＨ3、ＴＭＧ及びＣＰ2Ｍｇを制御しながら供給して、Ｍｇを8×1019ドープした膜厚約100ｎｍのｐ型ＧａＮから成るｐ型コンタクト層（第２のｐ層）１０８を形成した。
【００２７】
以上の結晶成長工程を経たサファイア基板(以下ウェハと呼ぶ)について、ウェハ全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりIII族窒化物系化合物半導体素子１００の最外周部がジグザグの形状となるようにフォトレジストを除去して窓を形成し、また同時に、n電極１４０を形成する部分のフォトレジストを除去して窓を形成した。
【００２８】
続いて、フォトレジストで覆われていない窓部分のIII族窒化物系化合物半導体p型コンタクト層(第2のp層)１０８、p型クラッド層１０７、活性層１０６、n型クラッド層１０５、およびn型コンタクト層１０４の一部を、イオンエッチングによってα=60度の角度を有する凸凹の側面１６０を形成するようにエッチングして、III族窒化物系化合物半導体素子１００の最外周部がジグザグの形状となるようにn型コンタクト層１０４を露出させ、また同時に、n電極１４０を形成する部分のn型コンタクト層１０４を露出させた。
【００２９】
次に、膜厚約5nmのコバルト(Co)と膜厚約10nmの金(Au)の順に、ウェハ全面に連続して蒸着した。続いて、ウェハ全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより透光性電極１１０を形成する部分にフォトレジストを形成した。その後、露出しているコバルト(Co)と金(Au)の積層膜をエッチングにより除去し、p型コンタクト層(第2のp層)１０８上に 透光性電極１１０としてコバルト(Co)と金(Au)の積層膜を形成した。
【００３０】
次に、ウェハ全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより厚膜p電極１２０を形成する部分のフォトレジストを除去して窓を形成し、透光性電極１１０を露出させた。続いて、膜厚約1500nmの金(Au)と、膜厚約10nmのアルミニウム(Al)の順に蒸着した。この後、フォトレジストとともにフォトレジスト上の金(Au)/アルミニウム(Al)積層膜を除去し、透光性電極１１０上に厚膜p電極１２０として金(Au)/アルミニウム(Al)積層膜を形成した。
【００３１】
次に、ウェハ全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりn電極１４０を形成する部分のフォトレジストを除去して窓を形成し、n型コンタクト層１０４を露出させた。続いて、膜厚約20nmのバナジウム(V)、膜厚約100nmのアルミニウム(Al)の順に蒸着した。この後、フォトレジストとともにフォトレジスト上のバナジウム(V)とアルミニウム(Al)の積層膜を除去し、n型コンタクト層１０４上にn電極１４０としてバナジウム(V)/アルミニウム(Al)積層膜を形成した。
次に、ウェハにO2雰囲気で500℃、5分程度の熱処理を行い、n型コンタクト層１０４とn電極１４０、p型コンタクト層１０８と透光性電極１１０を合金化処理してオーミック接続を確保した。
次に、ウェハ全面にSiO2膜を150nm形成した。続いて、ウェハ全面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィにより厚膜p電極１２０とn電極１４０の部分のフォトレジストを除去して窓を形成し、SiO2膜を露出させた。その後、フォトレジストで覆われていない部分のSiO2膜をウェットエッチングにより除去して厚膜p電極１２０とn電極１４０を露出させ、透光性電極１１０の保護膜１３０としてSiO2膜を形成した。
【００３２】
その後、個々の発光素子部分をダイシングにより分離する。
【００３３】
以上の様にして、半導体層側から光を取り出すフェイスアップ型のIII族窒化物系化合物半導体素子１００を製造した。
【００３４】
次に、図３には、上記にて製造した半導体素子１００を用いた発光装置２００を示している。このIII族窒化物系化合物半導体素子１００をリフレクタ部２２０を有する樹脂ケース２１０の凹部中央に銀ペースト２４０で固定し、樹脂ケース２１０に形成されたｐ側電極２１１とIII族窒化物系化合物半導体素子１００のｐ電極１２０と、又、樹脂ケースに形成されたｎ側電極２１２とIII族窒化物系化合物半導体素子１００のｎ電極１４０をそれぞれ金ワイヤ２５０で電気的に接続固定した。そして、樹脂ケースの凹部に透明材料であるシリコン樹脂等の封止材料２３０を充填し、III族窒化物系化合物半導体素子１００及び金ワイヤー２５０を保護した発光装置２００を製造した。
【００３５】
本発明の実施の形態１に係る発光装置２００によれば、III族窒化物系化合物半導体素子１００の溝１５０の側面１６０にであるジグザグとなる凹凸を形成するため、側面１６０にて光が拡散され、かつ、側面１６０の角度α＝60度であるため、側面１６０に到達した光は、全反射せず、発光素子外へ取り出される。そして、溝１５０の反対側にも、反射面となるジグザグとなる凹凸面が存在するため、効率よく発光観測面側に光を取り出すことが可能となる。
【００３６】
なお、実施の形態に示したIII族窒化物系化合物半導体素子１００の形状には、特に限らず、例えば、発光素子１００に設けられる溝１５０のジグザクは、波型に置き換えることが出来、溝１５０側面１６０の角度αは、60度に限らず、55度以上で90度未満が好ましく、さらに言えば、55度以上70度が好ましい。なぜなら、55度より角度が小さくなると、光が側面で全反射して、光が取り出せなくなり、70度を越える角度では、取り出された光が再度発光素子内に取り込まれる恐れがあるためである。
（実施の形態２）
図４に、本発明の実施の形態２に係るIII族窒化物系化合物半導体素子３００の模式的な平面図を示す。
【００３７】
III族窒化物系化合物半導体素子３００は周囲の残余部３２０と中心の島状部分３１０を連結する連結部３３０が形成されていることを除きIII族窒化物系化合物半導体素子１００と同様に製造した。
【００３８】
本発明の実施の形態２に係るIII族窒化物系化合物半導体素子２００によれば、連結部分３３０が形成されるため、同一基板上で形成される多数の発光素子のｐ層側が素子分離するまで電気的に接続しているため、個々の発光素子となる部分で荷電することがないため、ｐｎ界面が静電気破壊されにくい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１にかかる半導体発光素子の平面図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１にかかる半導体発光素子の断面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１にかかる発光装置の断面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態２にかかるの半導体発光素子の平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１００、３００    発光素子
１２０    ｐ電極
１４０    ｎ電極
１５０    溝
２００    発光装置
【図１】
2006173533.tif 000003
【図２】
2006173533.tif 000004
【図３】
2006173533.tif 000005
【図４】
2006173533.tif 000006