(57)【要約】【課題】窒化物半導体ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置の半導体チップで発生した熱を、短絡リスクを内在させず、煩雑な製造工程を伴わずに、効率良く基体へ逃がす。【解決手段】窒化物半導体発光装置１０は、半導体チップ１と基体２と第一接続体３と第二接続体４と放熱用金属体５Ａ，５Ｂを有する。半導体チップは、基板１１と第一導電型の第一窒化物半導体層１２と窒化物半導体活性層１３と、第二導電型の第二窒化物半導体層１４と第一電極１５Ａ，１５Ｂと第二電極１６を備える。基体は、基板の一面１１０と向かい合う対向面２１に、第三電極２５Ａ，２５Ｂと第四電極２６を有する。第一接続体３は第一電極と第三電極を、第二接続体４は第二電極と第四電極を電気的に接続する。放熱用金属体は、第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップ１と基体２とを接続している。【選択図】図１
2018125457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)基板と、
前記基板の一面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、
前記第一窒化物半導体層上の前記窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成された第一電極と、
前記第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、
を有する半導体チップ、
(b)前記基板の一面と向かい合う対向面を有し、前記対向面に、前記第一電極および前記第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている基体、
(c)前記半導体チップの前記第一電極と前記基体の前記第三電極とを電気的に接続している第一接続体、
(d)前記半導体チップの前記第二電極と前記基体の前記第四電極とを電気的に接続している第二接続体、
および
(e)前記第一電極、前記第二電極、前記第三電極、および第四電極と接触せずに、前記半導体チップと前記基体とを接続している放熱用金属体
を備える窒化物半導体発光装置。
【請求項２】
前記基板の一面は、前記第一窒化物半導体層が形成されていない半導体層非形成面を有し、
前記放熱用金属体は、前記半導体層非形成面と、前記基体の前記半導体層非形成面と対向する面と、を接続している請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項３】
前記放熱用金属体は、前記半導体チップの前記第一窒化物半導体層と、前記基体の前記第一窒化物半導体層と対向する面と、を接続している請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項４】
前記放熱用金属体は、前記基板と前記基体とを接続している金属線である請求項１に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項５】
前記基板の熱伝導率は１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項６】
前記基板は窒化アルミニウム基板である請求項１〜５のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項７】
前記放熱用金属体の主成分は金である請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項８】
前記放熱用金属体は、前記半導体チップの前記第一電極および前記第二電極と接触しない位置に形成された第一放熱用金属部と、前記基体の前記第三電極および前記第四電極と接触しない位置に形成された第二放熱用金属部と、を介して、前記半導体チップと前記基体とを接続している請求項１〜７のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項９】
前記第一接続体および前記第二接続体の主成分は金である請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項１０】
発光波長が深紫外領域の波長である請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体発光装置を備える窒化物半導体発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体発光装置は、発光層である窒化物半導体活性層の組成を制御することにより深紫外から赤外まで発光波長を制御することができ、照明や計測器用光源、殺菌光源など様々な用途で利用されている。
窒化物半導体発光装置の一般的な形態では、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが、外部金属線との接続部を有する回路基板に実装されている。この形態の一つであるフリップチップ構造の窒化物半導体発光装置では、半導体チップの一方の面にｐ型電極とｎ型電極が形成され、この面とパッケージ基板とを対向させて金ボールなどで接続され、半導体チップの他方の面から光が放射される。このｐ型電極およびｎ型電極は、パッケージ基板上の対応する正極電極金属線、負極電極金属線と電気的に接合され、外部からの電圧印加により電流を半導体チップへ流す役割を担う。
【０００３】
発光効率の高い窒化物半導体発光装置を実現するためには、電子・正孔を外部から素子の活性層まで輸送するキャリア注入効率、活性層において電気を光へと変換する内部量子効率、内部で生成した光を外部へ取り出す光取り出し効率、およびこれら三つの効率の積で表現される外部量子効率を向上させる必要がある。外部量子効率を向上させるには、電子を半導体層へ注入するｎ型電極、正孔を半導体層へ注入するｐ型電極の配置が非常に重要である。
電流が局所的に集中すると、「電流ドループ」と呼ばれる電子注入効率、あるいは内部量子効率が低下する現象が起こり、発光効率が低下する。各電極を適切に配置することで、窒化物半導体発光装置内、特に窒化物半導体活性層での均一な電流密度・発光密度が実現され、電流ドループを抑制し、高い外部量子効率が達成される。
【０００４】
窒化物半導体発光装置の発光出力を高める方法としては、上述のように発光効率を高める方法の他に、半導体チップの発光層に流す電流を大きくする方法がある。ここで、窒化物半導体装置に投入した電力のうち、外部へ光として取り出すことのできないエネルギーは全て熱に変換される。
そのため、大電流を流すために投入電力を大きくすることは、半導体チップで発生する熱を増加させて、窒化物半導体発光装置の温度が上昇し、発光出力の低下や、ショート不良やオープン不良に起因して突然発光が得られなくなる不良を誘発するおそれがある。よって、特に大電流を流す窒化物半導体発光装置においては、発生する熱を外部へ放熱する放熱設計が非常に重要である。
【０００５】
特許文献１には、フリップチップ構造の窒化物半導体発光装置において、半導体チップの電極面に保護絶縁膜を介してメッキ電極を配置することで、放熱面積を増やして放熱性を高める構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９８５７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献1に記載されているフリップチップ構造の窒化物半導体発光装置は、高い放熱性を実現可能であるが、保護絶縁膜が絶縁破壊を起こしてショート（短絡）するリスクを内在している。また、製造工程が煩雑になるため、量産には適していないという問題もある。
本発明の課題は、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置として、短絡リスクが内在せず、煩雑な製造工程を伴わず、半導体チップで発生した熱を効率良く基体へ逃がすことができるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を達成するために、本発明の一態様の窒化物半導体発光装置は、下記の構成要件(a)〜(e)を有する。
(a)基板と、基板の一面上に形成された第一導電型の第一窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の一部に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された第二導電型の第二窒化物半導体層と、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成された第一電極と、第二窒化物半導体層上に形成された第二電極と、を有する半導体チップを備える。
(b)基板の一面と向かい合う対向面を有し、この対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている基体を備える。
(c)半導体チップの第一電極と基体の第三電極とを電気的に接続している第一接続体を備える。
(d)半導体チップの第二電極と基体の第四電極とを電気的に接続している第二接続体を備える。
(e)第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している放熱用金属体を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体発光装置は、窒化物半導体発光ダイオードである半導体チップが基体にフリップチップ実装されている発光装置であり、短絡リスクが内在せず、煩雑な製造工程を伴わず、半導体チップで発生した熱を効率良く基体へ逃がすことが可能である。これに伴い、熱による発光効率の低下が抑制され、高い発光効率を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態の窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図２】第二実施形態の窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図３】第三実施形態の窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図４】第四実施形態の窒化物半導体発光装置を示す断面図である。
【図５】放熱用金属体の形成位置を説明する図であって、放熱用金属体が形成されていない窒化物半導体発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態について説明するが、この発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、この発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定はこの発明の必須要件ではない。
【００１２】
［第一実施形態］
図１に示すように、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０は、半導体チップ１と、パッケージ基板（基体）２と、金メッキ体（第一接続体）３Ａ，３Ｂと、金メッキ体（第二接続体）４と、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂを有する。
半導体チップ１は、基板１１と、ｎ型窒化物半導体層（第一導電型の第一窒化物半導体層）１２と、窒化物半導体活性層１３と、ｐ型窒化物半導体層（第二導電型の第二窒化物半導体層）１４と、ｎ型電極（第一電極）１５Ａ，１５Ｂと、ｐ型電極（第二電極）１６を有する。つまり、半導体チップ１は窒化物半導体発光ダイオードである。
【００１３】
ｎ型窒化物半導体層１２は、基板１１の一面１１０上に形成されている。基板１１の一面１１０は、ｎ型窒化物半導体層１２が形成されていない半導体層非形成面１１１を有する。ｎ型窒化物半導体層１２は、厚い部分１２１と、それ以外の部分である薄い部分１２２を有する。ｎ型窒化物半導体層１２は、例えばｎ−ＡｌＧａＮ層である。
窒化物半導体活性層１３は、ｎ型窒化物半導体層１２の厚い部分１２１に形成されている。つまり、窒化物半導体活性層１３は、第一窒化物半導体層１２上の一部に形成されている。
【００１４】
ｐ型窒化物半導体層１４は、窒化物半導体活性層１３上に形成されている。
ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂは、ｎ型窒化物半導体層１２の薄い部分１２２に形成されている。つまり、ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂは、ｎ型窒化物半導体層１２上の窒化物半導体活性層１３が形成されていない部分に形成されている。
ｐ型電極１６は、ｐ型窒化物半導体層１４上に形成されている。
パッケージ基板２は、基板１１の一面１１０と向かい合う対向面２１を有する。パッケージ基板２の対向面２１に、半導体チップ１のｎ型電極１５Ａ，１５Ｂと向かい合うｎ型電極（第三電極）２５Ａ，２５Ｂと、半導体チップ１のｐ型電極１６と向かい合うｐ型電極（第四電極）２６が形成されている。
【００１５】
金メッキ体３Ａ，３Ｂは、半導体チップ１のｎ型電極１５Ａ，１５Ｂと、パッケージ基板２のｎ型電極２５Ａ，２５Ｂと、をそれぞれ電気的に接続している。金メッキ体４は、半導体チップ１のｐ型電極１６と、パッケージ基板２のｐ型電極２６と、を電気的に接続している。つまり、金メッキ体（第一接続体）３および金メッキ体（第二接続体）４により、半導体チップ１がパッケージ基板２にフリップチップ実装されている。
金メッキ体５Ａ，５Ｂは、半導体チップ１の幅方向（図１の左右方向）の両端部で、半導体チップ１の基板１１の半導体層非形成面１１１と、パッケージ基板２の対向面２１の半導体層非形成面１１１と対向する面２１ａと、を接続している。この面２１ａは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。このようにして、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂは、ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂ、ｐ型電極１６、ｎ型電極２５Ａ，２５Ｂ、およびｐ型電極２６と接触せずに、半導体チップ１とパッケージ基板２の絶縁部とを接続している。
【００１６】
第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０を製造する際には、先ず、半導体チップ１のｎ型電極１５Ａ，１５Ｂ、ｐ型電極１６、基板１１の半導体層非形成面１１１に、無電解メッキ法により金をそれぞれ柱状に堆積する。次に、各堆積物の軸方向端部を熱で溶融して、パッケージ基板２の対向面２１の各位置（ｎ型電極２５Ａ，２５Ｂ、ｐ型電極２６、面２１ａ）に接着する。これにより、柱状の金メッキ体３Ａ，３Ｂ、柱状の金メッキ体４、柱状の金メッキ体５Ａ，５Ｂで、半導体チップ１とパッケージ基板２が結合される。
第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０において、半導体チップ１で発生した熱は、金メッキ体（第一接続体）３Ａ，３Ｂ、金メッキ体（第二接続体）４、および金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂから、パッケージ基板２に伝達される。つまり、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂを有さない場合よりも、半導体チップ１で発生した熱のパッケージ基板２への伝達量が多くなるため、放熱効率が向上する。
【００１７】
また、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０によれば、半導体チップ１の幅方向の両端部で、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂにより半導体チップ１とパッケージ基板２とを接続しているため、半導体チップ１で発生した熱を金メッキ体５Ａ，５Ｂからパッケージ基板２に効率良く逃がすことができる。
これに伴い、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０は、熱による発光効率の低下が抑制され、高い発光効率を実現することが可能になる。また、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０は、短絡リスクが内在せず、煩雑な工程を伴わずに製造できる。
【００１８】
［第二実施形態］
図２に示すように、第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａは、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂの形成位置が異なる点以外は、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０と同じである。第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａでは、半導体チップ１の基板１１の半導体層非形成面１１１ではなく、第一窒化物半導体層１２の薄い部分１２２の各ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂが形成されている面より外側の面１２ａに、金メッキ体５が形成されている。この外側とは、半導体チップ１の幅方向（図２の左右方向）における外側を意味する。
【００１９】
つまり、金メッキ体５Ａ，５Ｂは、半導体チップ１の幅方向の両端部（第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０よりも内側の位置）で、半導体チップ１の第一窒化物半導体層１２の面１２ａと、この面１２ａと対向するパッケージ基板２の面２１ｂと、を接続している。この面２１ｂは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。このようにして、金メッキ体（放熱用金属体）５は、ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂ、ｐ型電極１６、ｎ型電極２５Ａ，２５Ｂ、およびｐ型電極２６と接触せずに、半導体チップ１とパッケージ基板２の絶縁部とを接続している。
第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａによれば、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０と同じ作用、効果が得られる。
また、第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａは、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０よりも、発光層である窒化物半導体活性層１３に近い位置に金メッキ体５Ａ，５Ｂが配置されているため、放熱効率がより高くなる。
【００２０】
［第三実施形態］
図３に示すように、第三実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｂは、以下の点を除いて第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０と同じである。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｂでは、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂが、金パターン（第一放熱用金属部）１７Ａ，１７Ｂと金パターン（第二放熱用金属部）２７Ａ，２７Ｂとを介して、半導体チップ１Ｂの面１２ａとパッケージ基板２Ｂの面２１ｂとを接続している。
【００２１】
すなわち、金パターン１７Ａ，１７Ｂは、第一窒化物半導体層１２の薄い部分１２２の各ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂが形成されている面より外側の面１２ａに形成されている。金パターン２７Ａ，２７Ｂは、パッケージ基板２Ｂの対向面２１のｎ型電極２５Ａ，２５Ｂが形成されている位置より外側の面２１ｂに形成されている。この外側とは、半導体チップ１Ｂの幅方向（図３の左右方向）における外側を意味する。
つまり、金パターン１７Ａ，１７Ｂは、半導体チップ１Ｂのｎ型電極１５Ａ，１５Ｂおよびｐ型電極１６と接触しない位置に形成されている。金パターン２７Ａ，２７Ｂは、パッケージ基板２Ｂのｎ型電極２５Ａ，２５Ｂおよびｐ型電極２６と接触しない位置に形成されている。また、金パターン２７Ａ，２７Ｂは、ｎ型電極２５Ａ，２５Ｂおよびｐ型電極２６を有する回路とは独立に形成されたパターンであって、半導体チップ１Ｂに電流を流さないものである。
【００２２】
そして、金パターン１７Ａ，１７Ｂが形成された半導体チップ１Ｂが、金パターン２７Ａ，２７Ｂを有するパッケージ基板２Ｂに、金メッキ体（第一接続体）３および金メッキ体（第二接続体）４によりフリップチップ実装されている。また、この実装の際に、半導体チップ１Ｂの金パターン１７Ａ，１７Ｂとパッケージ基板２Ｂの金パターン２７Ａ，２７Ｂとが、金メッキ体５Ａ，５Ｂで接続されている。
第三実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｂによれば、第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａと同じ効果が得られる。
【００２３】
また、第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａでは、金メッキ体（放熱用金属体）５Ａ，５Ｂにより、第一半導体層１２の面１２ａとパッケージ基板２の面２１ｂとを、直接接続しているのに対して、第三実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｂでは、金パターン１７Ａ，１７Ｂおよび金パターン２７Ａ，２７Ｂを介して接続している。よって、第三実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｂによれば、第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａよりも、金メッキ体５Ａ，５Ｂによる半導体チップ１Ｂとパッケージ基板２Ｂとの接続強度が高くなる。
【００２４】
［第四実施形態］
図４に示すように、第四実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｃは、以下の点を除いて第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０と同じである。
第四実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｃは、半導体チップ１より幅（図４の左右方向寸法）の大きなパッケージ基板２Ｃを有する。そのため、半導体チップ１側から見たときに、パッケージ基板２Ｃは、半導体チップ１からはみ出している部分２２を有する。
また、放熱用金属体として、金メッキ体５Ａ，５Ｂの代わりに金線６Ａ，６Ｂを用いて、半導体チップ１とパッケージ基板２Ｃの絶縁部とを接続している。金線６Ａ，６Ｂは、半導体チップ１の基板１１の裏面（第一半導体層１２が形成されている一面１１と反対の面）１１２の幅方向端部と、パッケージ基板２Ｃの半導体チップ１からはみ出している部分２２の半導体チップ１側の面２２ａとを接続している。この面２２ａは、電極や配線が形成されていない絶縁面である。
【００２５】
第四実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ｃによれば、金線（放熱用金属体）６Ａ，６Ｂを有することで、半導体チップ１で発生した熱を金線６からもパッケージ基板２Ｃに逃がすことができる。よって、金線６Ａ，６Ｂを有さない場合よりも、半導体チップ１で発生した熱のパッケージ基板２Ｃへの伝達量が多くなるため、放熱効率が向上する。つまり、第一実施形態の窒化物半導体発光装置１０と同じ効果が得られる。
また、放熱用金属体として金メッキ体５Ａ，５Ｂではなく金線（金属線）６Ａ，６Ｂを用いることで、ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂおよびｐ型電極１６の設計自由度を高くすることができる、すなわち電極配置の自由度が高くなるという効果も得られる。
【００２６】
［放熱用金属体の形成位置］
図５を用いて放熱用金属体の形成位置について説明する。図５に示す窒化物半導体発光装置１００は放熱用金属体を有さない。つまり、図５は、図１〜図４の窒化物半導体発光装置１０〜１０Ｃから、放熱用金属体である金メッキ体５Ａ，５Ｂおよび金線６Ａ，６Ｂが消された図である。
窒化物半導体発光装置１００において、発光ダイオードである半導体チップ１のパッケージ基板２と対向する面は、複数に分けられる。具体的には、基板１１の半導体層非形成面１１１、第一窒化物半導体層１２の薄い部分１２２の各ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂが形成されている面より外側の面１２ａと内側の面１２ｂ、および第二窒化物半導体層１４のｐ型電極１６が形成されている面より外側の面１４ａである。この外側および内側とは、半導体チップ１の幅方向（図５の左右方向）における外側および内側を意味する。
【００２７】
そして、面１２ａ，１２ｂは、第一窒化物半導体層１２の薄い部分１２２のパッケージ基板２と向かい合う面のうち、ｎ型電極１５Ａ，１５Ｂが形成されていない領域の面である。面１４ａは、第二窒化物半導体層１４のパッケージ基板２と向かい合う面のうち、ｐ型電極１６が形成されていない領域の面である。
第一実施形態の金属体窒化物半導体発光装置１０では、半導体層非形成面１１１と、その真向かいとなるパッケージ基板２の面２１ａとが、金メッキ体５Ａ，５Ｂで接続されている。第二実施形態の窒化物半導体発光装置１０Ａでは、第一窒化物半導体層１２の面１２ａと、その真向かいとなるパッケージ基板２の面２１ｂとが、金メッキ体５Ａ，５Ｂで接続されている。
【００２８】
金メッキ体５Ａ，５Ｂによる接続位置はこれらに限定されず、例えば、第一窒化物半導体層１２の面１２ｂおよび第二窒化物半導体層１４の面１４ａであってもよい。この場合、パッケージ基板２側では、対向面２１のうちの面１２ｂおよび面１４ａの真向かいとなる部分２１ｃおよび部分２１ｄが、金メッキ体５Ａ，５Ｂによる接続位置となる。これらの部分２１ｃおよび部分２１ｄも絶縁面である。また、金メッキ体５Ａ，５Ｂによる接続箇所は三箇所以上あってもよい。
【００２９】
第四実施形態の金属体窒化物半導体発光装置１０Ｃでは、金線６Ａ，６Ｂで、基板１１の裏面１１２の幅方向端部と、パッケージ基板２Ｃの半導体チップ１からはみ出している部分２２の半導体チップ１側の面２２ａとを接続しているが、金線６Ａ，６Ｂによる接続位置はこれに限定されない。
例えば、基板１１の一面１１０の半導体層非形成面１１１と、パッケージ基板２の対向面２１とが、金線６Ａ，６Ｂにより接続されていてもよい。また、基板１１の裏面１１２の幅方向端部と、パッケージ基板２の裏面（対向面２１と反対の面）２３が、金線６Ａ，６Ｂにより接続されていてもよい。
【００３０】
［一態様の窒化物半導体発光装置についての詳述］
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を構成する各要素について以下に詳述する。
＜半導体チップ＞
半導体チップは、窒化物半導体発光ダイオードであり、基板と、第一窒化物半導体層と、窒化物半導体活性層と、第一窒化物半導体層と、第二窒化物半導体層と、第一電極と、第二電極を有する。第一窒化物半導体層は、基板の一面上に形成されている。窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上の一部に形成されている。第二窒化物半導体層は窒化物半導体活性層上に形成されている。第一電極は、第一窒化物半導体層上の窒化物半導体活性層が形成されていない部分に形成されている。第二電極は、第二窒化物半導体層上に形成されている。
【００３１】
《基板》
半導体チップの基板は、窒化物半導体を形成することが可能な面を有するものであれば特に制限されない。具体的には、サファイア、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、あるいはこれらの混晶等が挙げられる。また、基板には不純物が混入していても良い。
半導体チップの基板の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であると、放熱用金属体を介して基体に効果的に熱を逃がすという点で特に好ましい。また、特に、一面に形成する窒化物半導体との格子定数差が小さく、格子整合系で成長させることで貫通転位を少なくできる観点、および高い熱伝導率を有する観点から、基板は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が望ましい。
【００３２】
《第一窒化物層》
第一窒化物半導体層は、第一型導電型（ｎ型またはｐ型）の窒化物半導体層であり、基板上に直接形成されていても、基板上に第一窒化物半導体層以外の層が形成され、その上層に第一窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、基板上にバッファ層が形成され、その上に第一窒化物半導体層が形成された上に、窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
第一窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。
第一窒化物半導体層はｎ型窒化物半導体層またはｐ型窒化物半導体層であり、窒素（Ｎ）の他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉなどの不純物が混入していても良い。
【００３３】
《窒化物半導体活性層》
窒化物半導体活性層は、第一窒化物半導体層上に直接形成されていても、第一窒化物半導体層上に窒化物半導体活性層以外の層が形成され、その上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。具体的には、第一窒化物半導体層上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成された上に窒化物半導体活性層が形成されていても良い。
窒化物半導体活性層は、窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。窒化物半導体活性層は、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉなどの不純物が混入していても良い。また、量子井戸構造でも単層構造でも良いが、高い発光効率を実現する観点から少なくとも1つの井戸構造を有していることが望ましい。
【００３４】
《第二窒化物半導体層》
第二窒化物半導体層は、第二型導電型（第一窒化物半導体層とは異なる導電型）の窒化物半導体層であり、窒化物半導体活性層上に直接形成されていても、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層以外の層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。例えば、窒化物半導体活性層上にアンドープＡｌＧａＮ層が形成され、その上に第二窒化物半導体層が形成されていても良い。
第二窒化物半導体層は窒化物半導体であれば特に制限はされないが、高い発光効率を実現する観点からＡｌＮ，ＧａＮ，ＩｎＮの混晶であることが望ましい。
第二窒化物半導体層は、第一窒化物半導体層がｐ型窒化物半導体層の場合はｎ型窒化物半導体層であり、第一窒化物半導体層がｎ型窒化物半導体層の場合はｐ型窒化物半導体層である。第二窒化物半導体層は、Ｎの他に、Ｐ、Ａｓ、ＳｂなどのＮ以外のＶ族元素や、Ｃ、Ｈ、Ｆ、Ｏ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉなどの不純物が混入していても良い。
【００３５】
《層構造の形成方法》
基板の一面上に第一窒化物層が形成され、第一窒化物半導体層上の一部に窒化物半導体活性層が形成され、窒化物半導体活性層上に第二窒化物半導体層が形成されている構造は、例えば以下の方法で得ることができる。その方法は、基板の一面上に、第一窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、および第二窒化物半導体層を順次形成した後、部分的なドライエッチング処理により、窒化物半導体活性層および第二窒化物半導体層の一部を除去する方法である。
【００３６】
ドライエッチング処理は、反応性の気体やイオン、ラジカルによって材料をエッチングする方法であり、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ：Reactive Ion Beam Etching）、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲ:Electron Cyclotron Resonance）、イオンミリング等の装置が用いられる。なかでも、励起コイルの電力を制御することでプラズマ密度を制御し、下部電極の電力を制御することでイオンの引き込み量を制御するＩＣＰ（誘導結合型）−ＲＩＥ装置を用いることが好ましい。
【００３７】
ドライエッチング処理は、エッチング装置において、高周波電源を用いて電極を兼ねる基板支持体と電極との間に高周波電力を印加して、基板支持体と電極との間にプラズマを発生させる。そして、チャンバー内に導入されたエッチングガスを分解及び励起させて窒化物半導体層に対してエッチング処理を行う。エッチングガスはエッチングガスとしては、塩素ガス（Ｃｌ2）、三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ3）などの塩素系ガス、四フッ化メタンガス（ＣＦ4）、三フッ化メタンガス（ＣＨＦ3）などのフッ素系ガス、もしくはハライド系ガスを一部含んだ混合ガスを用いることが可能であるが、この限りではない。
【００３８】
《第一電極、第二電極》
第一電極および第二電極は、それぞれ第一窒化物半導体層、第二窒化物半導体層に電流を流す役割を担う。第一窒化物半導体層がｎ型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がｐ型窒化物半導体層の場合は、第一電極はｎ型電極、第二電極はｐ型電極である。第一窒化物半導体層がｐ型窒化物半導体層で、第二窒化物半導体層がｎ型窒化物半導体層の場合は、第一電極はｐ型電極、第二電極はｎ型電極である。
【００３９】
ｐ型電極としては、コンタクト層にホールを注入することが出来れば、材料と形状は特に制限はされないが、ｐ型窒化物半導体にホールを注入する観点からＮｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ等の仕事関数の大きな金属、あるいはこれらの合金や、ＩＴＯ等の酸化物電極等が望ましい。また、ｐ型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金からなる電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
また、ｐ型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｄ等の仕事関数の大きな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するＡｇ、Ｒｈ、Ａｌ等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
【００４０】
ｎ型電極としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属、あるいはこれらの混晶、またはＩＴＯやＧａ2Ｏ3などの導電性酸化物等を用いることができるが、この限りでは無い。また、ｐ型電極は単層でも、積層でも、合金でも良い。合金からなる電極は、例えば多層積層構造を高温で熱処理することで形成することができる。
また、ｎ型電極は、平面視で、複数の種類の電極が配置されていても良い。例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖ等の仕事関数の小さな金属あるいはこれらの合金と、高い反射率を有するＡｇ、Ｒｈ、Ａｌ等の金属や、誘電体多層膜を用いた反射膜、フッ素樹脂等が、ストライプやドット状に分離配置された構造が挙げられる。
【００４１】
第一電極および第二電極は、それぞれ第一窒化物半導体層および第二窒化物半導体層に電流を流すことができる構造を有していれば、各電極と各窒化物半導体層の間に異なる層を有していても良い。例えば、電極と窒化物半導体層の間に極薄い酸化膜や窒化膜を有していても良いし、電流拡散層としてＩＴＯ等を含んでいても良い。
第一電極および第二電極は、その表面に保護膜を有していても良い。例えば、ＳｉＯ2やＳｉＮなどの無機絶縁膜、樹脂などの有機絶縁膜などが挙げられる。
【００４２】
＜基体＞
基体は、半導体チップの基板の一面と向かい合う対向面を有し、対向面に、第一電極および第二電極に対応する第三電極および第四電極が形成されている。基体の第三電極は第一接続体で半導体チップの第一電極と電気的に接続され、第四電極は第二接続体で半導体チップの第二電極と電気的に接続される。基体の例としては、パッケージ基板、プリント基板、自由に後の設計が可能なサブマウント基板、照明装置や水殺菌装置などの本体部（発光ダイオードである半導体チップが第一接続体および第二接続体で直接接続できるもの）などが挙げられる。
第三電極および第四電極としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるがこの限りでは無い。熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるＡｕであることが望ましい。第三電極および第四電極は単層でも積層でも良い。絶縁層を介して多層金属線を形成していても良い。
【００４３】
＜第一接続体、第二接続体＞
第一接続体は半導体チップの第一電極と基体の第三電極を接続し、第二接続体は半導体チップの第二電極と基体の第四電極を接続する。つまり、第一接続体および第二接続体により、基体に半導体チップがフリップチップ実装される。
第一接続体および第二接続体の材質としては、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの金属、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易なＡｕであることが望ましい。つまり、第一接続体および第二接続体の主成分は金（Ａｕ）であることが好ましい。なお、「主成分は金である」とは、一番多く含まれている成分が金であることを意味する。
【００４４】
第一接続体および第二接続体の形成方法は特に制限されないが、例えば、金属線を熱もしくは超音波、あるいはその両方を用いて溶融させて、金属線の一端を電極に固定する方法や、無電解めっき法によりＡｕを堆積させる方法が挙げられる。また、第一接続体および第二接続体の形状は、第一乃至第四実施形態のような柱状に限定されず、例えば球状であってもよい。つまり、第一接続体および第二接続体の例としては、第一乃至第四実施形態の柱状の金メッキ体以外に、金ボールが挙げられる。
【００４５】
＜放熱用金属体＞
放熱用金属体は、第一電極、第二電極、第三電極、および第四電極と接触せずに、半導体チップと基体とを接続している。
放熱用金属体をなす金属としては、Ｐｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはこれらの合金が挙げられるが、熱伝導率が高く、耐食性に優れ、接合が容易であるＡｕを用いることが望ましい。つまり、放熱用金属体の主成分は金（Ａｕ）であることが好ましい。
放熱用金属体の形成方法は特に制限されないが、例えば、金属線を熱もしくは超音波、あるいはその両方を用いて溶融させて、金属線の一端を電極に固定する方法や、無電解めっき法によりＡｕを堆積させる方法が挙げられる。また、放熱用金属体の形状は特に制限されず、例えば、柱状、球状、線状が挙げられる。つまり、放熱用金属体の例としては、第一乃至第三実施形態の柱状の金メッキ体および第四実施形態の金線以外に、金ボールが挙げられる。
【００４６】
＜深紫外発光装置＞
発光波長が深紫外領域の波長（２８０ｎｍ以下）である窒化物半導体発光装置（深紫外発光装置）は、発光波長が可視領域の波長である窒化物半導体発光装置と比較して、発光効率が圧倒的に低いとともに、駆動電圧が高いため、熱の発生量が大きい。よって、本発明の窒化物半導体発光装置は、発光波長が深紫外領域の波長（２８０ｎｍ以下）である場合に、得られる効果が特に高い。
例えば、第一窒化物半導体層がｎ−ＡｌＧａＮ層であり、窒化物半導体活性層がＡｌＧａＮからなる量子井戸層とＡｌＮからなる電子バリア層とからなる多重量子井戸構造を有する層であり、第二窒化物半導体層がｐ−ＧａＮ層であると、窒化物半導体発光装置の発光波長を深紫外領域の波長（２８０ｎｍ以下）とすることができる。
【００４７】
［一態様の窒化物半導体発光モジュール］
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、本発明の一態様の窒化物半導体発光装置を備える。
本発明の一態様の窒化物半導体発光モジュールは、紫外線ランプが用いられている既存のすべての装置に適用・置換可能である。特に、波長２８０ｎｍ以下の深紫外線を用いている装置に適用可能である。
本発明の一態様の窒化物半導体発光装置および窒化物半導体発光モジュールは、例えば、医療・ライフサイエンス分野、環境分野、産業・工業分野、生活・家電分野、農業分野、その他分野の装置に適用可能である。本発明の一態様の窒化物半導体発光装置は、薬品や化学物質の合成・分解装置、液体・気体・固体（容器、食品、医療機器等）殺菌装置、半導体等の洗浄装置、フィルム・ガラス・金属等の表面改質装置、半導体・ＦＰＤ・ＰＣＢ・その他電子品製造用の露光装置、印刷・コーティング装置、接着・シール装置、フィルム・パターン・モックアップ等の転写・成形装置、紙幣・傷・血液・化学物質等の測定・検査装置に適用可能である。
【００４８】
液体殺菌装置の例としては、冷蔵庫内の自動製氷装置・製氷皿および貯氷容器・製氷機用の給水タンク、冷凍庫、製氷機、加湿器、除湿器、ウォーターサーバの冷水タンク・温水タンク・流路配管、据置型浄水器、携帯型浄水器、給水器、給湯器、排水処理装置、ディスポーザ、便器の排水トラップ、洗濯機、透析用水殺菌モジュール、腹膜透析のコネクタ殺菌器、災害用貯水システム等が挙げられるがこの限りではない。
気体殺菌装置の例としては、空気清浄器、エアコン、天井扇、床面用や寝具用の掃除機、布団乾燥機、靴乾燥機、洗濯機、衣類乾燥機、室内殺菌灯、保管庫の換気システム、靴箱、タンス等が挙げられるがこの限りではない。固体殺菌装置(表面殺菌装置を含む）の例としては、真空パック器、ベルトコンベヤ、医科用・歯科用・床屋用・美容院用のハンドツール殺菌装置、歯ブラシ、歯ブラシ入れ、箸箱、化粧ポーチ、排水溝のふた、便器の局部洗浄器、便器フタ等が挙げられるがこの限りではない。
【符号の説明】
【００４９】
１０  窒化物半導体発光装置
１  半導体チップ
１１  基板
１１  基板の一面
１１１  基板の半導体層非形成面
１２  ｎ型窒化物半導体層（第一窒化物半導体層）
１３  窒化物半導体活性層
１４  ｐ型窒化物半導体層（第二窒化物半導体層）
１５Ａ，１５Ｂ  ｎ型電極（第一電極）
１６  ｐ型電極（第二電極）
１７Ａ，１７Ｂ  金パターン（第一放熱用金属部）
２  パッケージ基板（基体）
２１  対向面（基板の一面と向かい合う面）
２１ａ  パッケージ基板の半導体層非形成面と対向する面
２１ｂ  パッケージ基板の第一窒化物半導体層と対向する面
２５Ａ，２５Ｂ  ｎ型電極（第三電極）
２６  ｐ型電極（第四電極）
２７Ａ，２７Ｂ  金パターン（第二放熱用金属部）
３Ａ，３Ｂ  金メッキ体（第一接続体）
４  金メッキ体（第二接続体）
５Ａ，５Ｂ  金メッキ体（放熱用金属体）
６Ａ，６Ｂ  金線（金属線、放熱用金属体）
【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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