(57)【要約】【課題】光取り出し効率が改善され、かつチップサイズの縮小が容易な発光素子を提供する。【解決手段】発光層を有する半導体積層体と、島状または網状の凸部が設けられた第１の面と、前記半導体積層体との間でオーミックコンタクトを可能とする第２の面と、を有する透明電極と、前記第１の面における前記凸部の上面および前記凸部の周囲の底面のうちの、少なくともいずれかの上に設けられたパッド電極と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。【選択図】図１
2011204875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する半導体積層体と、
島状または網状の凸部が設けられた第１の面と、前記半導体積層体との間でオーミックコンタクトを可能とする第２の面と、を有する透明電極と、
前記第１の面における前記凸部の上面および前記凸部の周囲の底面のうちの、少なくともいずれかの上に設けられたパッド電極と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記パッド電極と前記透明電極との間に設けられた合金層をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記パッド電極は、前記凸部の前記上面に設けられ、
前記底面は、前記透明電極が露出してなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記パッド電極は、前記底面に設けられ、
前記パッド電極の厚さは、前記凸部の高さよりも大きく、
前記凸部の前記上面は、前記透明電極を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項５】
島状または網状の凸部が設けられた面を有し、発光層を含む半導体積層体と、
前記凸部の前記上面および前記凸部の周囲の底面のうちの、少なくともいずれかの上に設けられたパッド電極と、
を備えたことを特徴とする発光素子。
【請求項６】
前記パッド電極と前記半導体積層体との間に設けられた合金層をさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
島状の前記凸部の平均ピッチ、および網状の前記凸部の周囲の前記底面の平均ピッチ、の少なくともいずれかは１０ｎｍ以上〜３μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子の上面を光取り出し側とする場合、ワイヤボンディングを行うパッド電極の面積が広いと放出光が遮られ光取り出し効率が低下する。
【０００３】
発光層を含む半導体積層体とパッド電極との間に透明電極を設けると、キャリアを発光層の面内に広げパッド電極を小さくすることができる。このために、光取り出し効率を改善できる。
【０００４】
しかし、ボンディングワイヤと平坦な表面のパッド電極とのボンディング接着強度を保とうとすると、ボンディングワイヤのつぶれ径は８０〜１００μｍなどと大きくなり、パッド電極の面積の縮小には限界がある。このため、１００ｌｍ／ｗ以上の発光効率を有する発光素子のチップサイズは、通常では２００μｍ×２００μｍ以上の大きさとなる。
【０００５】
特許文献１には、透光性電極を有するｐ側電極を備えた窒化物半導体素子が開示されている。この例では、透光性電極の表面に放出光を散乱または回折する凹凸が形成されており、光取り出し効率が改善される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２８２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光取り出し効率が改善され、かつチップサイズの縮小が容易な発光素子を提供する。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、発光層を有する半導体積層体と、島状または網状の凸部が設けられた第１の面と、前記半導体積層体との間でオーミックコンタクトを可能とする第２の面と、を有する透明電極と、前記第１の面における前記凸部の上面および前記凸部の周囲の底面のうちの、少なくともいずれかの上に設けられたパッド電極と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、島状または網状の凸部が設けられた面を有し、発光層を含む半導体積層体と、前記凸部の前記上面および前記凸部の周囲の底面のうちの、少なくともいずれかの上に設けられたパッド電極と、を備えたことを特徴とする発光素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
光取り出し効率が改善され、かつチップサイズの縮小が容易な発光素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は部分拡大模式断面図、である。
【図２】図２（ａ）は第１の実施形態の発光素子を用いた発光装置の模式断面図、図２（ｂ）はその部分拡大模式断面図、である。
【図３】図３（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）はパッド電極を形成する工程断面図、図３（ｄ）および（ｅ）は部分拡大模式平面図、である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は第２の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図、図５（ｅ）および（ｆ）は模式平面図、である。
【図６】図６（ａ）〜（ｇ）は第３の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図、図６（ｈ）および（ｉ））は模式平面図、である。
【図７】図７（ａ）は第４の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図７（ｂ）はＥ−Ｅ線に沿った模式断面図、である。
【図８】第５の実施形態にかかる発光素子の模式断面図である。
【図９】図９（ａ）は第６の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図９（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った模式断面図、である。
【図１０】図１０（ａ）および（ｂ）は、合金層の近傍の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態にかかる発光素子の模式平面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１（ｃ）は領域Ｂの部分拡大模式断面図、である。
基板１０の上には、接着層１２を介して、半導体積層体２２が設けられている。半導体積層体２２の上には、透明電極３０、パッド電極３２、がこの順序で積層されている。また、基板１０の下面には下部電極３４が設けられている。パッド電極３２は、例えば直径がＲＰの円とする。
【００１３】
半導体積層体２２は、基板１０の側から、第１導電型のクラッド層１４、発光層１６、第２導電型のクラッド層１８、第２導電型の電流拡散層２０、などを少なくとも含み、この順序で積層されている。なお、基板１０を透光性材料とすると、基板１０における光吸収を低減し光取り出し効率を高めることができる。
【００１４】
図１（ｃ）は、透明電極３０およびパッド電極３２を含む領域Ｂの拡大図である。透明電極３０の第１の面３０ａは、高さ（段差）Ｄの凸部３０ｃの上面３０ｄと、その側面３０ｅと、凸部３０ｃの周囲に設けられた底面３０ｆと、を有する。パッド電極３２は、凸部３０ｃの上面３０ｄおよび底面３０ｆの上に設けられる。なお、図１（ｃ）では、パッド電極３２は凸部３０ｃの側面３０ｅにも接触している。また、透明電極３０の第１の面３０ａの反対側の第２の面３０ｂは、半導体積層体２２とオーミックコンタクトを形成している。
【００１５】
図２（ａ）は第１の実施形態にかかる発光素子を用いた発光装置の模式断面図、図２（ｂ）はその部分拡大模式断面図、である。
Ａｕなどからなるボンディングワイヤ６０は、キャピラリなどを介して超音波が印加されつつ第１のリード６２の上に設けられた発光素子５のパッド電極３２と熱圧着される。また、ボンディングワイヤ６０は、第２のリード６４の端部と、同様な工程で熱圧着される。
【００１６】
パッド電極３２は表面に凹凸を有している。図２（ｂ）のように、ボンディングワイヤ６０の先端部は、パッド電極３２の凹部へ食い込みつつ、凸部の上面３２ａ、凸部の側面３２ｂ、凸部３０ｃの周囲の底面３２ｃ、などに熱圧着される。Ａｕからなるボンディングワイヤ６０は、放電によりワイヤの先端部が局所的に１０００℃近傍に熱せられ、表面張力などにより形状がボール形状となる。
【００１７】
ボール状のボンディングワイヤ６０の先端は、キャピラリの先端部によりパッド電極３２の上面３２ａに押しつけられる。この場合、ボール状のワイヤ先端部は、パッド電極３２の凸部の上面３２ａ、側面３２ｂ、底面３２ｃ、などの広い接合面積に押しつけられ、つぶれて広がる。また、ボール状のワイヤ先端部が凸部３０ｃの段差に食い込みアンカー効果を生じる。このために、表面が平坦であるパッド電極と比較して、ワイヤボンディング接着強度を高めることが容易となる。
【００１８】
また、発明者らが行った実験によれば、パッド電極３２を、厚さ（Ｔ１）が２０〜２００ｎｍの範囲のＡｕからなるものとし、凸部３０ｃの高さＤを１８０ｎｍ、島状のパッド電極３２の凸部の平均ピッチを１０ｎｍ〜３μｍの範囲、とした場合、ワイヤボンディングに必要な放電電流、荷重、超音波出力が低減でき、ワイヤつぶれ径を小さくできることが判明した。他方、微小凹凸が形成されていない平坦なパッド電極では、超音波出力などをより大きくすることが必要であり、１５〜３０μｍの直径のＡｕワイヤが８０〜１００μｍの範囲の直径までつぶれが広がった。このために、パッド電極はこのワイヤつぶれ以上に大きくすることが必要であった。これに対して、第１の実施形態では、ワイヤのつぶれ径は、６０μｍ以下とできた。また、パッド電極３２の厚さを２０ｎｍと小さくしても接着強度を保つことができた。このために、パッド電極３２のサイズを縮小でき、光取り出し効率（輝度）を高めることができた。
【００１９】
なお、図２のように、発光素子５を覆うように設けられた樹脂層６６に、蛍光体粒子を分散配置することができる。この場合、発光素子５の発光波長を紫外光〜青紫色光の範囲とすると、蛍光体粒子による波長変換光を放出可能となる。このため、発光素子５の放出光と、波長変換光と、の混合光として白色光を得ることができる。
【００２０】
図３（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図である。
半導体積層体２２の材料は、ＩｎＧａＡｌＮ系、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、などとできるが、これらに限定されるものではない。なお、本明細書において、ＩｎＧａＡｌＮ系材料とは、組成式ＩｎxＧａｙＡｌｚＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）で表されるものとし、アクセプタやドナーとする元素を含んでもよいものとする。また、ＩｎＡｌＧａＰ系材料とは、Ｉｎｘ（ＡｌｙＧａ１−ｙ）１−ｘＰ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）なる組成式で表され、ドナーやアクセプタとなる元素を含むものとする。さらに、ＡｌＧａＡｓ系材料とは、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）なる組成式で表され、ドナーやアクセプタを含むものとする。
【００２１】
図３において、半導体積層体２２はＩｎＧａＡｌＮ系からなるものとする。また、第２導電型をｐ型とするが、本発明はこれに限定されずｎ型であってもよい。ｐ型クラッド層の上方に設けられたｐ型ＧａＮコンタクト層の上に必要に応じてＴｉを数ｎｍと薄く設けたのち、スパッタ法などを用いてＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide)やＺｎＯなどからなる透明電極３０を数百ｎｍの厚さで形成する。この場合、リフトオフ法を用いると、必要領域にのみ透明電極３０を形成できる。
【００２２】
続いて、フォトレジスト材をスピンコート法により、例えば２００ｎｍの厚さで成膜する。ＰＥＰ法などを用いて、パッド電極３２とする領域のみを開口し、窒素雰囲気中かつ１６０℃でベーキングする。
【００２３】
続いて、スピンコート法を用いてブロックコポリマー４０を２００ｎｍの厚さでコートする（図３（ａ））。ブロックコポリマー４０は、ポリスチレン（ＰＳ）−ポリメチルメタクリルレート（ＰＭＭＡ）およびＰＭＭＡホモポリマーを、例えば等量混合し、ＰＳホモポリマーおよびプロピレングリコールモノエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）を溶媒として調合する。ブロックコポリマー４０は、例えば１１０℃でベーキングを行い、窒素雰囲気中で２５０℃のアニールで相分離ができる。すなわち、ＰＳとＰＭＭＡが自己組織的に凝集し、数十から数百ｎｍのＰＳ層４１が形成される（図３（ｂ））。この場合、ＰＳとＰＭＭＡの組成比を変えると、粒子径の大きさや粒子の占有率などを変えることができる。本実施形態では、占有率を５０％の近傍などとする。
【００２４】
続いて図３（ｃ）のようにＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching)を行うと、ＰＭＭＡが選択エッチングにより除去される。図３（ｄ）は領域Ｂの拡大図であり、ＰＳ層４１が、例えば１０ｎｍ〜３μｍの範囲に分布した平均ピッチを有する島状パターンとして残る。平均ピッチが１０ｎｍよりも小さいと、ボンディングワイヤの先端部のボールの食いつきが不十分である。また、平均ピッチが３μｍよりも大きいと、平坦な面に近づきボンディングワイヤの接着強度が不十分となる。なお、１つの島からみて、周囲の島との距離のうち、最短となる距離をピッチＰＩとする。また、その距離は、ランダムな形状の島状パターンを等しい面積の円と置き換え、その中心間の距離とする。このようにして、島状パターンの平均ピッチを、それぞれのピッチＰＩの平均値として定義する。
【００２５】
続いて、Ｃｌ（塩素）を主成分とするガスを用いてＲＩＥを行うと、島状のＰＳ層４１をマスクとして透明電極３０に、図３（ｅ）のような島状の凸部３０ｃを有する第１の面３０ａを形成できる。続いて、パッド電極とする領域のＰＳ層４１を除去すると、図３（ｆ）の拡大図（領域Ｂ）のように、凸部３０ｃの上面３０ｄ、凸部３０ｃの側面３０ｅ、凸部３０ｃの周囲の底面３０ｆ、とから構成される透明電極３０の第１の面３０ａができる。
【００２６】
図４（ａ）〜（ｃ）はパッド電極を形成する工程断面図、図４（ｄ）および（ｅ）は部分拡大模式平面図、である。  
図４（ａ）のように、ＡｕまたはＡｌなどを含むパッド電極材を全面に形成する。図４（ｂ）は、部分拡大模式断面図であり、透明電極３０の第１の面３０ａ上に、パターンが転写されたパッド電極３２ａ、３２ｂが形成される。この場合、例えば厚さが２ｎｍのＴｉを透明電極３０の上に設けると密着性を高めることができる。さらに、ＴｉとＡｕとの間に、ＲｈやＨｆのような高融点金属膜を数十ｎｍ設けると金属間の拡散や合金を抑制可能なバリア膜として作用させることができる。
【００２７】
続いて、図４（ｃ）のように、パッド電極の領域としない領域のパッド電極材をリフトオフ法により除去する。
【００２８】
図４（ｄ）は、図４（ｂ）の模式平面図である。ＰＳとＰＭＭＡの分子量比率を１：３とすると、凸部３０ｃは島状のパッド電極３２となり、その周囲は連続した底面３０ｆを構成するパッド電極３２となる。また、ＰＳとＰＭＭＡとの分子量比率を３：１とすると、ＰＭＭＡが島状に凝集し反転パターンとできる。すなわち、図４（ｅ）のように、凸部３０ｃは網（メッシュ）状のパッド電極３２となり、その開口部の底面３０ｆを構成するパッド電極３２が露出する。底面３０ｆの平均ピッチは、例えば１０ｎｍ〜３μｍの範囲に分布させることができる。なお、１つの網状の凸部の開口部の底面３０ｆからみて、周囲の開口部の底面３０ｆとの距離のうち、最短となる距離をピッチＰＢとする。また、その距離は、ランダムな形状の網状の凸部３０ｃの開口部の底面３０ｆを等しい面積の円と置き換え、その中心間の距離とする。このようにして、開口部の底面３０ｆの平均ピッチを、それぞれのピッチＰＢの平均値として定義する。
【００２９】
図５（ａ）〜（ｄ）は第２の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図であり、図５（ｅ）および（ｆ）は模式平面図、である。
ブロックコポリマーの相分離、続くＲＩＥ工程までの工程は図３（ａ）〜（ｃ）までと同じとする。こののち、マスクとして用いたＰＳ層４１を残したまま、パッド電極３２とするＡｕ膜を全面に形成する（図５（ａ）および（ｂ））。続いて、フォトレジスト膜４２を除去し、パッド電極としない領域のＡｕ膜およびＰＳ層４１を除去する。
【００３０】
さらに透明電極３０の凸部３０ｃの上のＰＳ層４１を除去するとその上のＡｕ膜が除去され、図５（ｃ）および（ｄ）の構造が得られる。すなわち、透明電極３０の凸部３０ｃの上面３０ｄは島状であり、その周囲には連続した網状の底面３０ｆの上にパッド電極３２が、図５（ｅ）のように設けられている。この工程で、マスクとするＰＳ層４１の厚さが足りない場合、ブロックコポリマー４０を塗布する前に、例えばＳｉＯ２を含む溶液を数百ｎｍの厚さで塗布してもよい。なお、パッド電極３２を透明電極３０の凸部３０ｃから突出させると、パッド電極３２の表面にワイヤボンディングを行うことが容易となる。
【００３１】
ＰＳの比率を増大させると透明電極３０の凸部３０ｃの表面が連続した網状となり（図５（ｆ））、その開口部に設けられたパッド電極３２を囲む構造となる。第２の実施形態では、透明電極３０の凸部３０ｃのうち、ワイヤつぶれにより光が遮られる領域以外では、離間したパッド電極３２の間から光が上方に通過可能であるので、光取り出し効率（輝度）がさらに高められる。
【００３２】
図６（ａ）〜（ｇ）は第３の実施形態にかかる発光素子の製造方法の工程断面図、図６（ｈ）および（ｉ）は模式平面図、である。
図６（ａ）のように、透明電極３０の全面にパッド電極材を形成し、ブロックコポリマー４０、フォトレジスト膜４２をこの順序で積層し、ブロックコポリマー４０の相分離を行いＰＳ層４１を形成する（図６（ｂ））。続いて、ＰＥＰ法を用いて、フォトレジスト膜４２をパターニングする（図６（ｃ））。パッド電極とする領域以外のＰＳ層４１およびパッド電極材を除去する（図６（ｄ））。
【００３３】
ＰＳ層４１をマスクに、Ａｒを主成分とするガス雰囲気中でＡｕなどを含むパッド電極３２のＲＩＥ加工を行い、Ｃｌを主成分とするガス雰囲気中で透明電極３０のＲＩＥ加工を行う（図６（ｅ））。さらに、ＰＳ層４１を除去する（図６（ｆ））。この結果、図６（ｇ）のように、透明電極３０の凸部３０ｃの上面３０ｄにパッド電極３２が形成された発光素子が完成する。凸部３０ｃの周囲の底面３０ｆには、透明電極３０が露出している。図６（ｈ）は、透明電極３０の凸部３０ｃが島状のパッド電極３２の構造である。この工程で、マスクとするＰＳ層４１の厚さが足りない場合、ブロックコポリマー４０を塗布する前に、例えばＳｉＯ２を含む液を数百ｎｍの厚さで塗布してもよい。
【００３４】
また、図６（ｉ）において、ＰＳの相対組成比を増加すると、凸部３０ｃの上面３０ｄが連続した網状となり、その開口部の底面３０ｆが透明電極３０とできる。第３の実施形態では、透明電極３０の底面３０ｆのうち、ワイヤつぶれにより光が遮られる領域以外では光が上方に通過可能であるので、光取り出し効率（輝度）がさらに高められる。
【００３５】
第３の実施形態では、パッド電極３２の側面および透明電極３０の側面が、ボンディングワイヤのボールと接触可能となり、食い込みがより確実となる。ボールと接触しない領域では、例えば封止樹脂が凹凸に食い込み、接着をより確実にできる。
【００３６】
次に、第１〜第３の実施形態にかかる発光素子の輝度と、透明電極の上に平坦なパッド電極層（厚さ１μｍ）を有する比較例の輝度と、を光学シミュレーションによりそれぞれ比較した。
（表１）は、比較例にかかる発光素子の輝度に対する第１の実施形態にかかる発光素子の輝度の改善率（％）である。なお、第１の実施形態のパッド電極３２は２０ｎｍの厚さを有するものとし、パッド電極３２における光透過率を３０％に設定した。
【００３７】
【表１】
2011204875.tif 000003
【００３８】
（表１）から、透明電極３０の寸法（正方形としその辺長で表す）をパッド電極３２の外周径近傍とすると輝度改善効果が大きいことが明らかである。また、同一の直径のパッド電極３２の場合、ボンディングワイヤのつぶれ径を小さくすると、輝度の改善率をより高くすることができる。（表１）において、透明電極３０の寸法を９０μｍ角、パッド電極３２の直径を９０μｍ、ボールつぶれ径を６０μｍとすると輝度の改善率を６０．９％と一番高くできる。なお、試作において、輝度の改善率は略８０％であった。
【００３９】
（表２）は、比較例にかかる発光素子の輝度に対する第２の実施形態にかかる発光素子の輝度の改善率（％）である。なお、パッド電極３２の厚さを２００ｎｍとし、パッド電極３２の光透過率を５０％に設定した。
【００４０】
【表２】
2011204875.tif 000004
【００４１】
この場合、透明電極３０の寸法を９０μｍ角、パッド電極３２の外周径を９０μｍ、ワイヤつぶれ径を６０μｍ、とすると、輝度の改善率は１０１．４％と一番高くできた。また、実験における輝度の改善率は略１００％であった。なお、パッド電極３２は島状に離間していても直径をその分布の外周径で表すものとする。
【００４２】
（表３）は、比較例にかかる発光素子の輝度に対する第３の実施形態にかかる発光素子の輝度の改善率（％）である。なお、パッド電極３２の厚さは２００ｎｍとし、パッド電極３２の光透過率を７０％に設定した。
【００４３】
【表３】
2011204875.tif 000005
【００４４】
この場合、透明電極３０の寸法を９０μｍ角、パッド径を９０μｍ、ボールつぶれ径を６０μｍとすると、輝度の改善率は１４２％と一番高くできた。実験における輝度の改善率は、略１５０％であった。
【００４５】
すなわち、第１〜第３の実施形態において、ワイヤボンディング接着強度を高めることにより、ボールつぶれ径を小さくできる。このために、パッド電極３２のサイズを縮小できる。さらに、パッド電極３２の光透過率を３０％以上とできるので、透明電極３０のサイズをパッド電極３２の外周径まで縮小しても高い輝度を保つことができる。このようにして、チップサイズの縮小が容易となる。
【００４６】
（表４）は、さらにボールつぶれ径を小さくした場合の輝度の改善効果を示す。第２または第３の実施形態によりパッド電極３２の光透過率は７０％と設定した。
【００４７】
【表４】
2011204875.tif 000006
【００４８】
透明電極３０の寸法は７０μｍ角、パッド電極３２の外周径は７０μｍ、ボールつぶれ径は４０μｍ、とすると、輝度の改善率は１７２．１％と一番高くできた。このため、例えば、チップサイズを１４０μｍ×１４０μｍと縮小しても、チップサイズが２５０μｍ×２５０μｍの発光素子の輝度よりも略２５％高い輝度とすることができる。
【００４９】
（表５）は、第１〜第３の実施形態にかかる発光素子の信頼性試験の結果である。
【００５０】
【表５】
2011204875.tif 000007
【００５１】
パッド電極３２の厚さが２０ｎｍの比較例では、マイナス４０℃と１１０℃との繰り返し温度サイクル実装試験において、４００サイクルで２０個すべてがオープン不良となった。これに対して第１〜第３の実施形態にかかる発光素子では、２０００サイクル経過後においてもオープン不良を生じなかった。
【００５２】
図７（ａ）は第４の実施形態の模式平面図、図７（ｂ）はＥ−Ｅ線に沿った模式断面図、である。
ＩｎＧａＡｌＮからなる窒化物系デバイスでは、透明または不透明の基板８０上に半導体積層体８９を形成する。半導体積層体８９は、コンタクト層８２、クラッド層８３、発光層８４、クラッド層８５、コンタクト層８６、などを有している。また、透明基板としてはサファイヤやＺｎＯ、不透明基板としてはＳｉ基板、などを用いることができる。いずれも格子定数が大きく異なるため、バッファー層の形成プロセスや、基板８０の面方位を選んだり、また、基板８０自身に、数十μｍ程度の周期構造の凸凹加工をしたりして、発光効率を上げる工夫がされる。この場合、基板８０と同一の側にパッド電極９０および下部電極９２が設けられる。少なくとも発光層８４の上方のパッド電極９０は第１〜第３の実施形態のパッド電極とする。もちろん反対導電型の下部電極９２も本実施形態のパッド電極構造としてもよい。なお、下部電極９２とコンタクト層８２との間に透明電極をさらに設けてもよい。
【００５３】
この場合、半田ボールやＡｕボールなどからなるバンプを用いて、チップをフリップチップ構造によりパッケージに接着することができる。パッケージの接着面の側に、光反射層を設ければ、パッド電極９０や下部電極９２を透過した光を上方または側方に向かって反射できるので、光取り出し効率をより高めることができる。
【００５４】
図８は、第５の実施形態の模式断面図である。
透明電極を設けずに、オーミック電極８７とパッド電極９０との間でオーミックコンタクトを形成することも可能である。この場合、半導体積層体８９の表面に段差を設ければよい。また、基板８０を導電性基板とすれば、下部電極９２を基板８０の裏面側に設けることができる。
【００５５】
透明電極を設けず、パッド電極９０を島状とした場合、つぶれたボンディングワイヤにより接続されていない領域の島からは半導体積層体８９へキャリアが注入されない。このために、光出力が低下することになる。他方、パッド電極９０が網状であればキャリア注入が減少することを抑制できる。
【００５６】
第５の実施形態において、ワイヤボンディング接着強度を高めることにより、ボールつぶれ径を小さくできる。このために、パッド電極３２のサイズを縮小し、パッド電極３２による遮光量を低減できる。さらに、パッド電極３２の透過率を３０％以上とし、高い輝度を保つことができる。このようにして、チップサイズの縮小が容易となる。
【００５７】
図９（ａ）は第６の実施形態の模式平面図、図９（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿った模式断面図、である。
半導体積層体２２を、結晶成長基板ではない基板９８と、接着層９７を介してウェーハ接着することができる。この場合、半導体積層体２２と、接着層９７と、の間に反射層９５を設けることが容易である。このために光取り出し効率をさらに高めることができる。
【００５８】
図１０（ａ）および（ｂ）は、合金層の模式断面図である。
パッド電極３２と、ＩＴＯなどからなる透明電極３０と、の間、またはオーミック電極８７と、半導体積層体２２と、の間、には３００〜５００℃近傍の熱処理により薄い合金層９９が形成される。パッド電極３２の厚さを、２０ｎｍと小さくしても合金層９９が形成され光吸収を生じる。図１０（ａ）の第２の実施形態、および図１０（ｂ）の第３の実施形態において、合金層９９はパッド電極３２と接する領域のみに形成され、光が透過する上面３０ｃおよび底面３０ｆには形成されないので光吸収を低減できる。
【００５９】
第１〜第６の実施形態にかかる発光素子では、パッド電極の光透過率およびワイヤボンディング接着強度を高め、輝度を高く保ちつつチップサイズの縮小が容易な発光素子が可能となる。このために、発光素子チップの量産性が改善され、その結果として価格が低減できる。このような発光素子は、照明装置、表示装置、信号機、などに広く用いることができる。
【００６０】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明は、これらの実施形態に限定されない。本発明を構成する半導体積層体、透明電極、パッド電極、凸部、段差、の材質、サイズ、形状、配置などに関して、当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６１】
５  発光素子、１６、８４  発光層、２２、８９  半導体積層体、３０、８８  透明電極、３０ｃ  凸部、３０ｄ  上面、３０ｅ  側面、３０ｆ  底面、３２、９０  パッド電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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【図５】
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【図６】
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