(57)【要約】【課題】ワイヤボンディング用のパッド電極を有する半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させる。【解決手段】発光層２５を含む半導体積層構造と、半導体積層構造と接続されるワイヤボンディング用のパッド電極と、パッド電極と半導体積層構造との間に介在する絶縁層４０と、を備え、パッド電極は、絶縁層４０を貫通し、半導体積層構造側とオーミック接触する下側パッド電極５０と、絶縁層４０上に形成され、下側パッド電極５０とオーミック接触し、下側パッド電極５０より発光層２５から発せられた光の反射率が高く、下側パッド電極５０より大きな面積であるワイヤボンディング用の上側パッド電極７０と、を有する。【選択図】図１
2011192960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層を有する半導体積層構造を有し、前記発光層の前記第２導電型層側から光を取り出す半導体発光素子であって、
第２の導電型層にオーミック接触する透明電極と、
前記透明電極上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成されたワイヤボンディング用の上側電極と、
前記絶縁層を貫通し、前記透明電極および前記ワイヤボンディング用電極にオーミック接触し、前記上側電極よりも面積の小さい下側電極と、
前記透明電極の前記下側電極に接しない領域を透過した光の少なくとも一部を反射する反射部と、
を有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記反射部は、前記発光層から発せられた光の反射率が前記上側電極よりも高く、前記透明電極、前記上側電極、および前記下側電極と接触しないように、前記絶縁層中に形成される、
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記上側電極は前記下側電極と一体に形成される、
請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記下側電極は、前記透明電極とオーミック接触するパッド電極である、
請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、
前記反射部は、前記ボンディング領域および前記延在領域の下方に形成される、
請求項２〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、
前記反射部は、前記延在領域の下方に形成される、
請求項２〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、
前記反射部は、前記ボンディング領域の下方に形成される、
請求項２〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、
前記延在領域の下方の前記反射部の領域は、前記延在領域の長さ方向に沿って形成された、前記延在領域の幅の２３０％より小さい幅を有する線状の領域である、
請求項２〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記反射部は、前記上側電極の下部または全部として形成され、前記発光層から発せられた光の反射率が前記下側電極より高い、
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記上側電極は、前記下側電極よりも前記絶縁層との密着性が高い、
請求項９に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第１導電型層および前記第２導電型層は、それぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層であり、
前記第１導電型層、前記第２導電型層、および前記発光層は、窒化物化合物半導体からなり、
前記透明電極は、導電性酸化物からなり、
前記下側電極は、前記透明電極とオーミック接触する下側パッド電極と、前記下側パッド電極とオーミック接触する上側パッド電極とを有する、
請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１導電型層にオーミック接触する下側ｎ電極と、前記下側ｎ電極にオーミック接触する上側ｎ電極と、有するｎ電極をさらに含む、
請求項１１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、ワイヤボンディング用の電極を有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子として、サファイアからなる基板上に、バッファ層、ｎ型層、発光層、ｐ型層をこの順序で形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ｐ型層及び発光層の一部がエッチングにより除去されて、露出したｎ型層の表面にｎ電極が形成され、ｐ型層の上には透光性を有するｐ電極が形成される。ｐ電極の上には絶縁性膜が形成され、絶縁性膜の一部を開口させてｐ電極の表面を露出させ、露出させたｐ電極にパッド電極を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−７７７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の半導体発光素子では、パッド電極の材料は、ｐ電極とオーミック接触する材料を選択する必要があり、発光層から発せられる光の反射率が低いものを選択せざるを得ない場合がある。また、パッド電極は、ボンディングワイヤとの接続を考慮して、比較的広い面積で形成する必要もある。これにより、パッド電極による光の吸収量が大きくなり、素子の光取り出し効率が低下するという問題があった。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、ワイヤボンディング用の電極を有する半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、発光層を含む半導体積層構造と、前記半導体積層構造と接続されるワイヤボンディング用の電極と、前記電極と前記半導体積層構造との間に介在する絶縁層と、を備え、前記電極は、前記絶縁層を貫通し、前記半導体積層構造側とオーミック接触する下側電極と、前記絶縁層上に形成され、前記下側電極とオーミック接触し、前記下側電極より前記発光層から発せられた光の反射率が高く、前記下側電極より大きな面積であるワイヤボンディング用の上側電極と、を有する半導体発光素子が提供される。
【０００７】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、前記下側電極よりも前記絶縁層との密着性が高いことが好ましい。
【０００８】
上記半導体発光素子において、前記半導体積層構造は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とを含む窒化物化合物半導体からなり、前記ｐ型半導体層上に、前記ｐ型半導体層とオーミック接触する導電性酸化物からなり、前記発光層から発せられた光に対して透明なｐ電極を備え、前記絶縁層は、前記ｐ電極上に形成され、前記電極は、前記ｐ電極とオーミック接触する下側ｐパッド電極と、前記下側ｐパッド電極とオーミック接触する上側ｐパッド電極と、有するｐパッド電極を含むものであってもよい。
【０００９】
上記半導体発光素子において、前記絶縁層は、前記ｎ型半導体層上に形成され、前記電極は、前記ｎ型半導体層とオーミック接触する下側ｎ電極と、前記下側ｎ電極とオーミック接触する上側ｎ電極と、有するｎ電極を含むものであってもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するため、第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層を有する半導体積層構造を有し、前記発光層の前記第２導電型層側から光を取り出す半導体発光素子であって、第２の導電型層にオーミック接触する透明電極と、前記透明電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたワイヤボンディング用の上側電極と、前記絶縁層を貫通し、前記透明電極および前記ワイヤボンディング用電極にオーミック接触し、前記上側電極よりも面積の小さい下側電極と、前記透明電極の前記下側電極に接しない領域を透過した光の少なくとも一部を反射する反射部と、を有する半導体発光素子が提供される。
【００１１】
上記半導体発光素子において、前記反射部は、前記発光層から発せられた光の反射率が前記上側電極よりも高く、前記透明電極、前記上側電極、および前記下側電極と接触しないように、前記絶縁層中に形成されるものであってもよい。
【００１２】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は前記下側電極と一体に形成されるものであってもよい。
【００１３】
上記半導体発光素子において、前記下側電極は、前記透明電極とオーミック接触するパッド電極であってもよい。
【００１４】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、前記反射部は、前記ボンディング領域および前記延在領域の下方に形成されてもよい。
【００１５】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、前記反射部は、前記延在領域の下方に形成されてもよい。
【００１６】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、前記反射部は、前記ボンディング領域の下方に形成されてもよい。
【００１７】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在領域と、を含み、前記延在領域の下方の前記反射部の領域は、前記延在領域の長さ方向に沿って形成された、前記延在領域の幅の２３０％より小さい幅を有する線状の領域であってもよい。
【００１８】
上記半導体発光素子において、前記上側電極は、前記下側電極よりも前記絶縁層との密着性が高いものであってもよい。
【００１９】
上記半導体発光素子において、前記第１導電型層および前記第２導電型層は、それぞれｎ型半導体層およびｐ型半導体層であり、前記第１導電型層、前記第２導電型層、および前記発光層は、窒化物化合物半導体からなり、前記透明電極は、導電性酸化物からなり、前記下側電極は、前記透明電極とオーミック接触する下側パッド電極と、前記下側パッド電極とオーミック接触する上側パッド電極とを有するものであってもよい。
【００２０】
上記半導体発光素子は、前記第１導電型層にオーミック接触する下側ｎ電極と、前記下側ｎ電極にオーミック接触する上側ｎ電極と、有するｎ電極をさらに含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ワイヤボンディング用の電極を有する半導体発光素子において、光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態を示す半導体発光素子の模式断面図である。
【図２】図２は、半導体発光素子の模式平面図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態の変形例を示す半導体発光素子の模式平面図である。
【図４】図４は、第１の実施の形態の変形例を示す半導体発光素子の模式平面図である。
【図５】図５は、第１の実施の形態の変形例を示す半導体発光素子の模式平面図である。
【図６】図６は、第１の実施の形態の変形例を示す半導体発光素子の模式断面図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態を示す半導体発光素子の模式平面図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、図７の半導体発光素子の垂直断面図である。
【図９】図９は、延在領域の幅に対する反射膜の幅の割合を横軸、光取り出し量を縦軸とするグラフである。
【図１０】図１０は、第２の実施の形態の発光素子のボンディング領域近傍の部分拡大図である。
【図１１】図１１（ａ）、（ｂ）は、第２の実施の形態の変形例を示す半導体発光素子の垂直断面図である。
【図１２】図１２（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態を示す半導体発光素子の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
〔第１の実施の形態〕
図１及び図２は本発明の第１の実施の形態を示し、図１は半導体発光素子の模式断面図である。
【００２４】
この発光素子１は、図１に示すように、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられるｎ型コンタクト層２２と、ｎ型コンタクト層２２上に設けられるｎ型ＥＳＤ層２３と、ｎ型ＥＳＤ層２３上に形成されるｎ型クラッド層２４と、ｎ側クラッド層２４上に設けられる発光層２５と、発光層２５上に設けられるｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に設けられるｐ型コンタクト層２７とを含む半導体積層構造を備える。また、ｐ型コンタクト層２７からｎ型コンタクト層２２の一部がエッチングにより除去され、ｎ型コンタクト層２２の一部が露出している。
【００２５】
ここで、バッファ層２０と、ｎ型コンタクト層２２と、ｎ型ＥＳＤ層２３と、ｎ型クラッド層２４と、発光層２５と、ｐ型クラッド層２６と、ｐ型コンタクト層２７とはそれぞれ、III族窒化物化合物半導体からなる層である。III族窒化物化合物半導体は、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の四元系のIII族窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００２６】
本実施形態においては、バッファ層２０は、ＡｌＮから形成される。そして、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型ＥＳＤ層２３及びｎ型クラッド層２４は、所定量のｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）をそれぞれドーピングしたｎ−ＧａＮからそれぞれ形成される。また、発光層２５は、複数の井戸層と複数の障壁層とを含んで形成される多重量子井戸構造を有する。井戸層は例えばＧａＮから、障壁層は例えばＩｎＧａＮ若しくはＡｌＧａＮ等から形成される。さらに、ｐ型クラッド層２６及びｐ型コンタクト層２７は、所定量のｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）をドーピングしたｐ−ＧａＮからそれぞれ形成される。
【００２７】
サファイア基板１０の上に設けられるバッファ層２０からｐ型コンタクト層２７までの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy : MBE）、ハライド気相エピタキシー法（Halide Vapor Phase Epitaxy : HVPE）等によって形成することができる。ここで、バッファ層２０がＡｌＮから形成されるものを例示したが、バッファ層２０はＧａＮから形成することもできる。また、発光層２５の量子井戸構造は、多重量子井戸構造でなく、単一量子井戸構造、歪量子井戸構造にすることもできる。
【００２８】
また、発光素子１は、ｐ型コンタクト層２７上に設けられるｐ電極３０と、ｐ電極３０上及び半導体積層構造上に形成される絶縁層４０と、を備えている。さらに、発光素子１は、絶縁層４０を貫通しｐ電極３０とオーミック接触する下側ｐパッド電極５０と、絶縁層４０を貫通しｎ型コンタクト層２２とオーミック接触する下側ｎ電極６０と、を備えている。
【００２９】
ｐ電極３０は、発光層２５から発せられる光に対して透明な導電性酸化物から形成され、本実施形態においてはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成される。ｐ電極３０は、例えば、真空蒸着法を用いて形成される。なお、ｐ電極３０は、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することもできる。本実施形態においては、ｐ電極３０には、後述する上側ｐパッド電極７０の真下に非形成領域３２が存在する。非形成領域３２は、エッチング等により形成することができる。
【００３０】
本実施形態においては、絶縁層４０としてＳｉＯ２が用いられる。尚、絶縁層４０として他の材料を用いてもよく、例えばＳｉＮの他、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化物、若しくはポリイミド等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成することもできる。絶縁層４０は、例えば真空蒸着法により形成されるが、化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition : CVD）により形成することもできる。絶縁層４０におけるｐ電極３０の上側の一部と、ｎ型コンタクト層２２の上側の一部は、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０を形成するために、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて除去される。
【００３１】
下側ｐパッド電極５０は、ｐ電極３０と接触する第１金属層５２と、この上に形成される第２金属層５４と、を含む。第１金属層５２は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｒ等のＩＴＯとオーミック接触する金属からなる。本実施形態においては、第１金属層５２としてＮｉが、第２金属層５４としてＡｕがそれぞれ用いられる。また、下側ｎ電極６０は、ｎ型コンタクト層２２と接触する第１金属層６２と、この上に形成される第２金属層６４と、を含む。第２金属層６２は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｔ、Ｃｒ等のｎ型コンタクト層２２とオーミック接触する金属からなる。本実施形態においては、第１金属層６２と第２金属層６４は、下側ｐパッド電極５０の第１金属層５２及び第２金属層６４と同じ材料が用いられる。
【００３２】
下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０は、例えば真空蒸着法を用いて形成される。本実施形態において、下側ｐパッド電極５０を構成する材料と、下側ｎ電極６０を構成する材料とは、同一材料であり、電極材料を同時に真空蒸着することにより各電極５０，６０が形成される。尚、下側ｐパッド電極５０と下側ｎ電極６０を異なる材料としてもよく、この場合は同時でなく別々に形成される。また、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０を、スパッタリング法により形成することもできる。
【００３３】
また、発光素子１は、絶縁層４０上に形成され、下側ｐパッド電極５０とオーミック接触する上側ｐパッド電極７０を備えている。上側ｐパッド電極７０は、平面視にて、下側ｐパッド電極５０よりも大きく形成される。上側ｐパッド電極７０は、絶縁層４０及び下側ｐパッド電極５０と接触する第１金属層７２と、この上に形成され実装時にボンディングワイヤ（図示せず）が接続される第２金属層７４と、を含む。第１金属層７２は、第２金属層７４よりも、発光層２５から発せられる光に対して反射率が高い金属からなる。また、第２金属層７４は、ボンディングワイヤとの接合に適した金属が選択される。本実施形態においては、第１金属層７２としてＡｌが、第２金属層７４としてＡｕがそれぞれ用いられる。尚、第１金属層７２は、Ａｌ以外の材料を用いることができ、例えばＡｇから形成することもできるし、Ａｌ又はＡｇを主成分として含む合金から形成することもできる。
【００３４】
また、発光素子１は、絶縁層４０上に形成され、下側ｎ電極６０とオーミック接触する上側ｎ電極８０を備えている。上側ｎ電極８０は、平面視にて、下側ｎ電極６０よりも大きく形成される。上側ｎ電極８０は、絶縁層４０及び下側ｎ電極６０と接触する第１金属層８２と、この上に形成され実装時にボンディングワイヤ（図示せず）が接続される第２金属層８４と、を含む。第１金属層８２は、第２金属層８４よりも、発光層２５から発せられる光に対して反射率が高い金属からなる。また、第２金属層８４は、ボンディングワイヤとの接合に適した金属が選択される。本実施形態においては、第１金属層８２及び第２金属層８４は、上側ｐパッド電極７０の第１金属層７２及び第２金属層７４と同じ材料が用いられる。
【００３５】
上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０は、ボンディングワイヤのボール径に応じた面積となっており、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０よりも大きな面積で形成される。これに対し、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０は、ｐ電極３０及びｎ型コンタクト層２２とのオーミック接触を主目的としていることから、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０よりも小さな面積で形成される。本実施形態においては、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０の直径は６０μｍ〜９０μｍであり、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０の直径は５μｍ〜３０μｍである。
【００３６】
また、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０の第１金属層７２，８２は、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０の第１金属層５２，６２よりも、絶縁層４０との密着性が高い材料が選択されている。さらに、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０の第１金属層５２，６２には、上側ｐパッド電極７０及び下側ｎ電極８０の第１金属層７２，８２よりもｐ電極３０及びｎ型コンタクト層２２とのオーミック抵抗が小さい材料が用いられる。また、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０の第１金属層７２，８２は、下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０の第１金属層５２，６２よりも反射率の高い材料が用いられる。
【００３７】
上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０は、例えば真空蒸着法を用いて形成される。本実施形態において、上側ｐパッド電極７０を構成する材料と、上側ｎ電極８０を構成する材料とは、同一材料であり、電極材料を同時に真空蒸着することにより各電極７０，８０が形成される。尚、上側ｐパッド電極７０と上側ｎ電極８０を異なる材料としてもよく、この場合は同時でなく別々に形成される。また、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０を、スパッタリング法により形成することもできる。尚、特に図示していないが、下側ｐパッド電極５０と上側ｐパッド電極７０の間にバリア層を形成してもよい。
【００３８】
図２は、半導体発光素子の模式平面図である。
図２に示すように、発光素子１は平面視にて略四角形状に形成される。発光素子１の平面寸法は、例えば、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３５０μｍである。本実施形態においては、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０は、対辺状に配置されている。また、上側ｐパッド電極７０の真下には、ｐ電極３０が形成されていない非形成領域３２が存在する。
【００３９】
以上のように構成された発光素子１によれば、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０にボンディングワイヤが接続される。そして、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０に順方向の電圧を印加すると、発光層２５から青色領域の波長の光が発せられる。例えば、発光素子１は、順電圧が３Ｖ程度で、順電流が２０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５５ｎｍ程度の光を発する。
【００４０】
発光層２５から発せられた光のうち、下側ｐパッド電極５０へ入射する光は、ｐ電極３０とオーミック接触している第１層５２にて比較的大きく吸収される。しかしながら、本実施形態の発光素子１によれば、下側ｐパッド電極５０がワイヤボンディングに必要な面積を有する上側ｐパッド電極７０より小さく形成されているので、第１層５２への入射量が比較的小さくなっている。また、上側ｐパッド電極７０へ入射する光の殆どは、絶縁層４０上に形成されている反射率の高い第１層７２にて反射され、光の吸収が比較的大きい第２層７４まで到達することはない。
【００４１】
このように、ｐ電極３０上に絶縁層４０を形成し、ｐ電極３０とオーミック接触する下側ｐパッド電極５０と、ワイヤボンディング用の上側ｐパッド電極７０とを別個に形成したので、パッド電極における光の吸収量を小さくするとともに、効率よく光を反射させることができ、発光素子１からの光取り出し量を向上させることができる。
【００４２】
さらに、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０における絶縁層４０と接触する第１層７２，８２に、絶縁層４０と密着性の高い材料を選択することができ、パッド電極の剥がれ等の不具合を抑制することができ、実用に際して極めて有利である。
【００４３】
また、上側ｐパッド電極７０の真下に、ｐ電極３０が形成されていない非形成領域３２を設けたので、発光層２５における上側ｐパッド電極７０の真下の領域には電流が比較的流れない状態となり、発光が抑制されることとなる。このように、上側ｐパッド電極７０の近傍での発光が抑制されるようにして、上側ｐパッド電極７０で吸収される光量を減じることができる。さらに、発光層２５から発せられた光の一部が、非形成領域３２を通過することにより、導電性酸化物からなるｐ電極３０において光が吸収されることはなく、素子の光取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００４４】
また、ｐ側とｎ側で電極に同じ材料を用いたので、ｐ側とｎ側の電極を同時に形成することができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００４５】
尚、前記実施形態においては、平面視が略正方形状の発光素子１を例示したが、例えば図３及び図４に示すように、略長方形状であってもよいことは勿論である。図３及び図４の発光素子１０１，２０１は、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０が、ボンディングワイヤとの接続部７０ａ，８０ａと、接続部７０ａ，８０ａから延在する延在部７０ｂ，８０ｂと、を有する。そして、延在部７０ｂ，８０ｂに下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０が接続されている。尚、図３及び図４においては、延在部７０ｂ，８０ｂは、前述の第２層７４，８４のみにより形成されている。
【００４６】
図３の発光素子１０１においては、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０の延在部７０ｂ，８０ｂが、平面視にて、対向する発光素子１の辺部に沿って延びている。図４の発光素子２０１においては、平面視にて、一方の延在部８０ｂが発光素子１の中央を所定方向へ延び、他方の２つの延在部７０ｂが一方の延在部８０ｂを挟むように辺部に沿って延びている。図３及び図４の発光素子１０１，２０１は、いずれも、延在部７０ｂ，８０ｂに複数の下側ｐパッド電極５０及び下側ｎ電極６０が接続されており、効率よく電流が拡散されるようになっている。
【００４７】
また、前記実施形態においては、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０が対辺状に配置されるものを示したが、電極の配置は任意である。例えば、一方の電極が中央側に配置され、他方の電極が外縁側に配置されるようにしてもよいし、図５の発光素子３０１のように上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０が対角状に配置されるものであってもよい。
【００４８】
また、前記実施形態においては、上側ｐパッド電極７０及び上側ｎ電極８０の高さが異なるものを示したが、例えば図６に示すように、上側ｎ電極８０側の絶縁層４０を厚くすることにより、同じ高さとすることも可能である。この場合、ワイヤを形成する高さが同じ高さとなるので、発光素子１の実装時に極めて便利である。
【００４９】
また、前記実施形態においては、ｐ電極３０に非形成領域３２を設けたものを示したが、非形成領域３２を設けずともよいことは勿論である。この場合、非形成領域３２を設けるためのエッチング工程等を省略することができる。
【００５０】
また、前記実施形態においては、ｐ側とｎ側の両方に本発明の電極を適用したものを示したが、いずれか一方であってもよいことは勿論である。さらに、発光素子１が青色領域にピーク波長を有するＬＥＤであるものを示したが、紫外領域、緑色領域等にピーク波長を有するＬＥＤであってもよいことは勿論である。
【００５１】
また、前記実施形態においては、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子１について述べたが、ＧａＡｌＡｓやＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ等の化合物半導体を用いた発光素子に対しても、本発明の思想を逸脱しない範囲内で適用することが可能である。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態では、発光層２５から発せられる光に対する反射率が高い金属からなる反射部として、第１の実施の形態の第１金属層７２の代わりに、ボンディング用電極から独立した反射膜を用いる。なお、第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略または簡略化する。
【００５３】
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２の模式平面図である。図８（ａ）は、図７の線分Ａ−Ａに沿った発光素子２の垂直断面図であり、図８（ｂ）は、図７の線分Ｂ−Ｂに沿った発光素子２の垂直断面図である。
【００５４】
発光素子２は、第１の実施の形態の発光素子１と同様に、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられるｎ型コンタクト層２２と、ｎ型コンタクト層２２上に設けられるｎ型ＥＳＤ層２３と、ｎ型ＥＳＤ層２３上に形成されるｎ型クラッド層２４と、ｎ側クラッド層２４上に設けられる発光層２５と、発光層２５上に設けられるｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に設けられるｐ型コンタクト層２７とを含む半導体積層構造を備える。また、ｐ型コンタクト層２７からｎ型コンタクト層２２の一部がエッチングにより除去され、ｎ型コンタクト層２２の一部が露出している。半導体積層構造の各部の材料や製法は、第１の実施の形態の発光素子１と同様である。
【００５５】
また、発光素子２は、ｐ型コンタクト層２７上に設けられるｐ電極３０と、ｐ電極３０上及び半導体積層構造上に形成される絶縁層４０と、を備えている。ｐ電極３０及び絶縁層４０の材料や製法は、第１の実施の形態と同様である。
【００５６】
さらに、発光素子２は、パッド電極９１を介してｐ電極３０とオーミック接触するボンディング用ｐ電極９０と、パッド電極９５を介してｎ型コンタクト層２２とオーミック接触するボンディング用ｎ電極９４と、を備えている。
【００５７】
ボンディング用ｐ電極９０及びボンディング用ｎ電極９４は、それぞれ第１の実施の形態の反射率が高い金属からなる第１金属層７２、８２に相当する反射部を含まない。
【００５８】
また、ボンディング用ｐ電極９０は、第１の実施の形態の上側ｐパッド電極７０に対応し、パッド電極９１は、第１の実施の形態の下側ｐパッド電極５０に対応する。
【００５９】
また、ボンディング用ｎ電極９４は、第１の実施の形態の上側ｎ電極８０に対応し、パッド電極９５は、第１の実施の形態の下側ｎ電極６０に対応する。
【００６０】
ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４は、平面視にて、それぞれパッド電極９１およびパッド電極９５よりも大きく形成される。すなわち、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４は、それぞれパッド電極９１およびパッド電極９５よりも面積が大きい。
【００６１】
また、ボンディング用ｐ電極９０は、ボンディングワイヤ（図示しない）を接続するためのボンディング領域９０３と、ボンディング領域９０３から延在する線上の延在領域９０４を有する。パッド電極９１は延在領域９０４下に設けられる。延在領域９０４下に複数のパッド電極９１が設けられることにより、ｐ電極３０に効率よく電流を拡散させることができる。
【００６２】
ボンディング用ｎ電極９４は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域９４３と、ボンディング領域９４３から延在する線上の延在領域９４４を有する。パッド電極９５は延在領域９４４下に設けられる。延在領域９４４下に複数のパッド電極９５が設けられることにより、ｎ型コンタクト層２２に効率よく電流を拡散させることができる。
【００６３】
ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の材料として、ボンディングワイヤとの接合に適した金属、例えば、Ａｕが用いられる。ボンディング用ｐ電極９０とボンディング用ｎ電極９４の材料は同一であってもよい。
【００６４】
ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて形成される。ボンディング用ｐ電極９０とボンディング用ｎ電極９４の材料が同一である場合、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４を同時に形成することができる。
【００６５】
ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４に順方向の電圧を印加すると、発光層２５から青色領域の波長の光が発せられる。例えば、発光素子２は、順電圧が３Ｖ程度で、順電流が２０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５５ｎｍ程度の光を発する。
【００６６】
反射膜９２は、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４よりも、発光層２５から発せられる光に対して反射率が高い金属、例えば、Ａｌ、Ａｇ、またはこれらの少なくとも一方を主成分とする合金からなる。
【００６７】
ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４は、発光層２５から発せられた光に対する反射率が比較的低いため、この光が吸収されやすい。しかしながら、本実施形態の発光素子２によれば、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の方向へ進む光の殆どは、絶縁層４０中の反射膜９２により反射され、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の方向まで到達することはない。このように、反射膜９２により光を反射させ、発光素子２からの光取り出し量を向上させることができる。
【００６８】
反射膜９２は、少なくともボンディング用ｐ電極９０の下方に、ボンディング用ｐ電極９０の形状に対応した形状に形成される。これにより、ｐ電極３０のボンディング用ｐ電極９０に接しない領域を透過した光の少なくとも一部を反射することができる。
【００６９】
より好ましくは、反射膜９２は、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の下方に、これらの形状に対応した形状に形成される。これにより、発光素子２からの光取り出し量をより向上させることができる。
【００７０】
反射膜９２が、ボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の形状に対応した形状に形成されるのは、発光層２５からボンディング用ｐ電極９０およびボンディング用ｎ電極９４の方向へ進む光を反射し、それ以外の方向へ進む光をそのまま外部へ取り出すためである。
【００７１】
例えば、ボンディング用ｐ電極９０の線状の延在領域９０４の下方の反射膜９２の領域は、延在領域９０４の幅Ｗ１となるべく近い幅Ｗ２を有する、延在領域９０４の長さ方向に沿った線状の領域であることが好ましい。この反射膜９２の線状の領域の長さ方向の中心線は、延在領域９０４の直下の領域内にある。
【００７２】
同様に、ボンディング用ｎ電極９４の線状の延在領域９４４の下方の反射膜９２の領域は、延在領域９４４の幅となるべく近い幅を有する、延在領域９０４の長さ方向に沿った線状の領域であることが好ましい。この反射膜９２の線状の領域の長さ方向の中心線は、延在領域９４４の直下の領域内にある。
【００７３】
ここで、延在領域９０４、９４４の幅に対するその下方の反射膜９２の領域の幅と、発光素子２の光取り出し量との関係の一例を図９を用いて示す。この例において、ボンディング用ｐ電極９０及びボンディング用ｎ電極９４はＡｕからなり、反射膜９２はＡｌからなる。延在領域９０４、９４４の幅は、１０μｍである。
【００７４】
図９は、延在領域９０４、９４４の幅に対する反射膜９２の幅の割合を横軸、光取り出し量の相対値［％］を縦軸とするグラフである。相対値［％］は、反射膜９２を形成しない場合の値を１００％とする光取り出し量の相対値である。
【００７５】
図９から分かるように、延在領域９０４、９４４の幅と反射膜９２の幅が等しいときに光取り出し量が最大になり、幅の差が広がるほど光取り出し量が減少する。光取り出し量増加の効果を得る、すなわち光取り出し量の相対値が１００％を超えるためには、延在領域９０４、９４４の幅に対する反射膜９２の幅の割合は０％より大きく、およそ２３０％より小さいことが求められる。また、より多くの光を取り出すために、延在領域９０４、９４４の幅に対する反射膜９２の幅の割合は約２５％〜２００％であることが好ましく、約４０％〜１６０％であることがより好ましい。
【００７６】
また、反射膜９２は、絶縁層４０中に、ｐ電極３０およびボンディング用ｐ電極９０と接触しないように形成される。一般に、反射率が高い金属は、エレクトロマイグレーションが発生しやすいものが多い。そのため、第１の実施の形態の第１金属層７２、８２のような、他の導電部材に接続される部材に反射率が高い金属を用いる場合、材料の選択の幅が狭くなるという問題が生じる。しかし、本実施の形態の反射膜９２は、全面が絶縁層４０に覆われ、他の導電部材と接触しないため、エレクトロマイグレーションが発生した場合であっても、発光素子２の電気的特性を損なうおそれがない。そのため、反射膜９０の材料の選択の幅は、第１金属層７２、８２等のそれよりも広い。すなわち、反射膜９０を用いることにより、発光層２５から発せられる光に対する高い反射率を有する反射部の材料の選択の幅を広げることができる。
【００７７】
パッド電極９１は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｒ等のＩＴＯとオーミック接触する金属からなる。パッド電極９５は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｔ、Ｃｒ等のｎ型コンタクト層２２とオーミック接触する金属からなる。パッド電極９１とパッド電極９５の材料は同一であってもよい。
【００７８】
パッド電極９１、９５は、例えば真空蒸着法またはスパッタリング法を用いて形成される。パッド電極９１とパッド電極９５の材料が同一である場合、パッド電極９１、９５を同時に形成することができる。
【００７９】
図１０は、発光素子２のボンディング領域９０３近傍の部分拡大図である。図１０に示すように、ボンディング用ｐ電極９０は多層構造を有してもよい。多層構造は、例えば、Ｔｉからなる第１層９００ａ、Ｎｉからなる第２層９００ｂ、Ａｕからなる第３層９００ｃ、Ａｌからなる第４層９００ｄを順に積層した構造である。このような多層構造においては、ボンディング領域９０３で電気抵抗の低いＡｕ層を露出させてボンディングワイヤを接続することにより、ボンディングワイヤとボンディング用ｐ電極９０とのコンタクト抵抗を小さくすることができる。また、最下層にＴｉ層を設けることにより、ＳｉＯ２等からなる絶縁層４０との密着性を向上させることができる。なお、ボンディング用ｐ電極９０と同様に、ボンディング用ｎ電極９４もこのような多層構造を有してもよい。
【００８０】
図１１（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態の発光素子２の変形例である発光素子３の垂直断面図である。発光素子３は、パッド電極９１、９５が形成されない点において、発光素子２と異なる。
【００８１】
発光素子３のボンディング用ｐ電極９０５は、パッド電極９１に対応する下側電極９０１と、ボンディング用ｐ電極９０に対応する上側電極９０２を有する。また、発光素子３のボンディング用ｐ電極９４５は、パッド電極９５に対応する下側電極９４１と、ボンディング用ｐ電極９４に対応する上側電極９４２を有する。下側電極９０１と上側電極９０２は一体に形成され、下側電極９４１と上側電極９４２は一体に形成される。
【００８２】
この様に、ボンディング用ｐ電極（多層構造を有する場合はその最下層）がｐ電極３０と適切にコンタクトできる材料からなる場合は、パッド電極９１の形成を省略することができる。また、ボンディング用ｎ電極（多層構造を有する場合はその最下層）がｎ型コンタクト層２２と適切にコンタクトできる材料からなる場合は、パッド電極９５の形成を省略することができる。
【００８３】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、発光層２５から発せられる光に対する高い反射率を有する反射部を、反射膜９２の代わりにボンディング用ｐ電極及びボンディング用ｎ電極の下部（積層構造の最下層）として設ける点において第２の実施の形態と異なる。なお、第２の実施の形態と同様の点については、説明を省略または簡略化する。
【００８４】
図１２（ａ）、（ｂ）は、第３の実施の形態の発光素子４の垂直断面図である。なお、ボンディング用ｐ電極及びボンディング用ｎ電極のレイアウトは、第２の実施の形態の発光素子２と同様である。
【００８５】
ボンディング用ｐ電極１１０は、反射部としての下層膜１１１と下層膜１１１上の上層膜１１２を有する。上層膜１１２の材料として、ボンディングワイヤとの接合に適した金属、例えば、Ａｕが用いられる。下層膜１１１は、上層膜１１２よりも、発光層２５から発せられる光に対して反射率が高い金属、例えば、Ａｌ、Ａｇ、またはこれらの少なくとも一方を主成分とする合金からなる。
【００８６】
また、下層膜１１１がＮｉ膜であり、上層膜１１２がＡｕ膜とＡｌ膜の積層膜である構成であってもよい。
【００８７】
ボンディング用ｎ電極１１３は、反射部としての下層膜１１４と下層膜１１４上の上層膜１１５を有する。上層膜１１５の材料として、ボンディングワイヤとの接合に適した金属、例えば、Ａｕが用いられる。下層膜１１４は、上層膜１１５よりも、発光層２５から発せられる光に対して反射率が高い金属、例えば、Ａｌ、Ａｇ、またはこれらの少なくとも一方を主成分とする合金からなる。
【００８８】
下層膜１１１、１１４は、発光層２５から発せられて上層膜１１２、１１５の方向へ進む光を反射することができる。これにより、発光素子４の光取り出し量を増加させることができる。
【００８９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記に記載した実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００９０】
例えば、上記の各実施の形態においては、半導体積層構造のｎ型の層とｐ型の層が逆であってもよい。すなわち、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型ＥＳＤ層２３、およびｎ型クラッド層２４から構成されるｎ型半導体層の代わりにｐ型半導体層が形成され、ｐ型クラッド層２６およびｐ型コンタクト層２７から構成されるｐ型半導体層の代わりにｎ型半導体層が形成されてもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１    発光素子
２    発光素子
３    発光素子
４    発光素子
１０  基板
２２  ｎ型コンタクト層
２５  発光層
３０  ｐ電極
３２  非形成領域
４０  絶縁層
５０  下側ｐパッド電極
６０  下側ｎ電極
７０  上側ｐパッド電極
８０  上側ｎ電極
９０  ボンディング用ｐ電極
９０１  下側電極
９０２  上側電極
９０３  ボンディング領域
９０４  延在領域
９０５  ボンディング用ｐ電極
９１  パッド電極
９２  反射膜
１０１  発光素子
２０１  発光素子
３０１  発光素子
４０１  発光素子
【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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【図１１】
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【図１２】
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