(57)【要約】【課題】フリップチップ実装される際に、反射電極に圧痕の発生を抑えることで、高い信頼性を図ることができる発光素子および発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１は、発光素子１０をサブマウント素子２０に搭載した複合素子である。発光素子１０は、光透過性を有する基板１１と、基板１１に、ｎ型層１２ａ、活性層１２ｂおよびｐ型層１２ｃを積層した半導体層１２と、半導体層１２に積層され、活性層１２ｂからの光を基板１１方向へ反射する反射電極１３と、反射電極１３に積層され、反射電極１３への実装時の応力を吸収する応力緩和電極１４と、応力緩和電極１４に積層されたｐ側パッド電極１５とを備えている。この応力緩和電極１４の硬度は、ｐ側パッド電極１５の硬度より小さい。例えば、ｐ側パッド電極１５はＡｕ層で形成され、応力緩和電極１４は、少なくともＡｌ層を含むものとすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基板と、
前記基板に、ｎ型層、活性層およびｐ型層を積層した半導体層と、
前記半導体層に積層され、前記活性層からの光を前記基板方向へ反射する反射電極と、
前記反射電極に積層され、前記反射電極への実装時の応力を吸収する応力緩和電極と、
前記応力緩和電極に積層されたｐ側パッド電極とを備え、
前記応力緩和電極の硬度は、前記ｐ側パッド電極の硬度より小さいことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記ｐ側パッド電極は、Ａｕ層で形成され、
前記応力緩和電極は、少なくともＡｌ層を含む請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記応力緩和電極には、前記ｐ側パッド電極としたＡｕ層と前記Ａｌ層との間にＴｉ層が設けられている請求項２記載の発光素子。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の発光素子と、前記発光素子を搭載したサブマウント素子とを備えた発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に積層されたｎ型層、活性層、ｐ型層を含む半導体層と、活性層からの光を反射する反射電極と、ｐ側電極とを備えた発光素子および発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
活性層から出射した光は、光透過性を有する基板方向だけでなく、基板方向とは反対となる方向へも出射する。基板方向とは反対方向へ出射した光を反射する反射電極を備えたフリップチップタイプの発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する銀（Ａｇ）などからなる第１の金属層と、この第１の金属層の表面及びこの第１の金属層に覆われていないコンタクト層の表面を覆う第２の金属層とによりコンタクト層に接続する電極を形成した発光装置が記載されている。この特許文献１によれば、第２の金属層として、Ｖ（バナジウム）層およびｐ側パッド電極として機能するＡｌ層とを積層したものと、Ｔｉ層およびｐ側パッド電極として機能するＡｕ層とを積層したものとが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２０１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フリップチップタイプの発光装置は、ｐ側パッド電極を実装基板側に向け、配列されたバンプと呼ばれる突起電極上に載置され、基板側からの超音波の印加や加熱、押圧よりバンプを溶解させて実装基板に接着固定される。
【０００５】
バンプとして、硬度が低い金バンプが用いられることが多いが、基板側からの応力によりｐ側パッド電極には金バンプとの当接点に対して応力が集中するので、この集中した応力が反射電極を凹ませることで、反射電極への圧痕となる。
【０００６】
特許文献１では、ｐ側パッド電極であるＡｌ層やＡｕ層と、反射電極であるＡｇ層との間にＶ層やＴｉ層が形成されているが、Ｖ層やＴｉ層は硬い材質なので、Ａｌ層やＡｕ層の硬度が低くても、Ｖ層やＴｉ層が集中した応力をそのままＡｇ層へ伝え、バンプによる圧痕が反射電極（Ａｇ層）に発生してしまうことが心配される。
【０００７】
圧痕による反射電極の変形により、電流が流れにくくなったり、発光状態のときにバンプの配置位置に影のような凹みが観察されたりするので、輝度への影響が心配され、このような状況では高い信頼性があるとはいいにくい。
【０００８】
そこで本発明は、フリップチップ実装される際に、反射電極に圧痕の発生を抑えることで、高い信頼性を図ることができる発光素子および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】
【０００９】
本発明の発光素子は、光透過性を有する基板と、前記基板に、ｎ型層、活性層およびｐ型層を積層した半導体層と、前記半導体層に積層され、前記活性層からの光を前記基板方向へ反射する反射電極と、前記反射電極に積層され、実装時の前記反射電極への応力を吸収する応力緩和電極と、前記応力緩和電極に積層されたｐ側パッド電極とを備え、前記応力緩和電極は、前記ｐ側パッド電極の硬度以下のものとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の発光素子によれば、反射電極の凹みによる変形を抑止することで、安定した電流の流れが得られると共に、発光状態において基板側から凹みが観察されることが抑止できるので、フリップチップ実装される際に、反射電極に圧痕の発生を抑えることで、高い信頼性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る発光素子を用いた発光装置の断面図
【図２】図１に示す発光装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願の第１の発明は、光透過性を有する基板と、基板に、ｎ型層、活性層およびｐ型層を積層した半導体層と、半導体層に積層され、活性層からの光を基板方向へ反射する反射電極と、反射電極に積層され、反射電極への実装時の応力を吸収する応力緩和電極と、応力緩和電極に積層されたｐ側パッド電極とを備え、応力緩和電極の硬度は、ｐ側パッド電極の硬度より小さいことを特徴とした発光素子である。
【００１３】
第１の発明によれば、ｐ側パッド電極と反射電極との間には、ｐ側パッド電極より硬度が小さい応力緩和電極が設けられているので、バンプが当接する押圧点に対する実装時の応力を、応力緩和電極に吸収させることができる。従って、反射電極の凹みによる変形を抑止することで、安定した電流の流れが得られると共に、発光状態において基板側から凹みが観察されることが抑止できる。
【００１４】
本願の第２の発明は、第１の発明において、ｐ側パッド電極は、Ａｕ層で形成され、応力緩和電極は、少なくともＡｌ層を含むことを特徴とした発光素子である。
【００１５】
第２の発明によれば、Ａｌ層はｐ側パッド電極を形成するＡｕ層より硬度が低いので、Ａｌ層を応力の集中を緩和する応力緩和電極として機能させることができる。従って、応力緩和電極としてＡｌ層が少なくとも含まれているのが望ましい。
【００１６】
本願の第３の発明は、第２の発明において、応力緩和電極には、ｐ側パッド電極としたＡｕ層とＡｌ層との間にＴｉ層が設けられていることを特徴とした発光素子である。
【００１７】
第３の発明によれば、Ａｕ層とＡｌ層との間にＴｉ層を設けることで、Ａｌ層がＡｕ層に溶解して合金化してしまうことを防止することができる。
【００１８】
本願の第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれかの発光素子と、発光素子を搭載したサブマウント素子とを備えたことを特徴とした発光装置である。
【００１９】
第４の発明によれば、本発明の発光素子をサブマウント素子へ搭載する際に、反射電極への圧痕の発生を抑止することができる。
【００２０】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置について図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発光素子を用いた発光装置の断面図である。
【００２１】
発光装置１は、発光素子１０と、サブマウント素子２０とを備えた複合素子である。発光素子１０は、ツェナーダイオードとして機能するサブマウント素子２０に金バンプＢを介してフリップチップ実装されている。
【００２２】
発光素子１０は、基板１１と、半導体層１２と、反射電極１３と、応力緩和電極１４と、ｐ側パッド電極１５と、ｎ側電極１６とを備えたフリップチップ型の発光素子である。
【００２３】
基板１１は、光透過性と導電性とを有する半導体基板である。例えば、基板１１としては、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などを用いることができる。
【００２４】
半導体層１２は、基板１１に積層されたバッファ層（図示せず）を介して積層されたｎ型層１２ａと、ｎ型層１２ａに積層された活性層１２ｂと、活性層１２ｂに積層されたｐ型層１２ｃとを備えている。バッファ層は省略することも可能である。
【００２５】
ｎ型層１２ａは、少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で形成されている。また、ｎ型層１２ａへのｎ型ドーパントとしては、ＳｉまたはＧｅ等を好適に用いることができる。このｎ型層１２ａは層厚２μｍで形成されている。
【００２６】
活性層１２ｂは、ｎ型層１２ａの上に直接、あるいは少なくともＧａとＮを含む半導体層を介して積層されたものである。活性層１２ｂは、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、活性層１２ｂとしては本実施の形態では１層構造としているが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることも可能である。活性層１２ｂを多量子井戸構造とすることで、更に輝度を向上させることができる。
【００２７】
ｐ型層１２ｃは、活性層１２ｂの上に直接あるいは少なくともＧａとＮを含んだ半導体層を介して積層されたものである。ｐ型層１２ｃは、少なくともＧａとＮを含んだ半導体層で形成されている。また、ｐ型層１２ｃへのｐ型ドーパントとしては、Ｍｇ等が好適に用いられる。このｐ型層１２ｃは層厚０．１μｍで形成されている。
【００２８】
反射電極１３は、ｐ型層１２ｃの上に設けられた電極で、ｐ型層１２ｃを通過した光を基板１１の方向へ反射する反射層として機能するものである。反射電極１３は、Ｐｔ層１３ａと、Ａｇ層１３ｂと、Ｃｒ層１３ｃとを備えている。Ｐｔ層１３ａとＡｇ層１３ｂとは、ｐ型層１２ｃ上に順次積層されたものであり、Ｃｒ層１３ｃにより覆われている。
【００２９】
Ｐｔ層１３ａは、層厚を０．１ｎｍ以上とすることができる。Ａｇ層１３ｂは、層厚を５ｎｍ〜２００ｎｍとすることができる。Ｃｒ層１３ｃは、層厚を５ｎｍ以上とすることができる。また、反射電極１３をＲｈ層とする場合には、層厚を５ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲とすることができる。
【００３０】
応力緩和電極１４は、第１のＴｉ層１４ａと、Ａｌ層１４ｂと、第２のＴｉ層１４ｃとを備えている。第１のＴｉ層１４ａは、層厚を１０ｎｍ〜４００ｎｍとすることができる。Ａｌ層１４ｂは、層厚を１０ｎｍ以上とすることができる。第２のＴｉ層１４ｃは、層厚を１０ｎｍ〜４００ｎｍとすることができる。
【００３１】
ｐ側パッド電極１５は、応力緩和電極１４上に形成されたＡｕ層によるボンディング電極である。このＡｕ層は、層厚を８００ｎｍ以上とすることができる。
【００３２】
ｎ側電極１６は、基板１１の一角部であって、半導体層１２の積層面より一段掘り下げた段部１１ａの一角部を形成領域として、設けられている。ｎ側電極１６は、Ａｕ層とすることができる。
【００３３】
次に、サブマウント素子２０について説明する。サブマウント素子２０は、過度な電圧が発光素子１０に印加しないよう、ｎ型のシリコン基板２１の一部にｐ型の半導体領域２２を設けることで、ツェナーダイオードとして機能する。ツェナーダイオードとして機能するサブマウント素子２０は、搭載面側に設けられた搭載面電極２３ａ，２３ｂに、発光素子１０を、バンプＢを介してフリップチップ実装している。サブマウント素子２０は、底面側に設けられた底面電極２４ａ，２４ｂにより電源が供給される。
【００３４】
このサブマウント素子２０に発光素子１０を搭載した状態の回路図を図２に示す。本実施の形態では、サブマウント素子２０をツェナーダイオードＺとしたが、ダイオード、コンデンサ、抵抗、またはバリスタや、絶縁基板に配線パターンが形成されたプリント配線基板とすることも可能である。
【００３５】
このように構成された発光素子１０をサブマウント素子２０へ実装するときには、まず、サブマウント素子２０の搭載面電極２３ｂに金バンプＢを配列する。
【００３６】
そして、基板１１側からボンディング装置（図示せず）により超音波を印加しながら加圧、加熱することで、金バンプＢを溶解させて発光素子１０をサブマウント素子２０へ接着固定させる。
【００３７】
このとき、ボンディング装置からの押圧力は、ｐ側パッド電極１５に対して金バンプＢが配置された当接点に集中する。この当接点に集中した応力は、ｐ側パッド電極１５を凹ませることで応力緩和電極１４に至る。しかし、ｐ側パッド電極１５と反射電極１３との間に位置する応力緩和電極１４には、ｐ側パッド電極１５としたＡｕ層の硬度より小さいＡｌ層１４ｂが設けられている。
【００３８】
ここで、硬度とは、ビッカース硬さが採用できる。ｐ側パッド電極１５を形成するＡｕは２６であるのに対し、Ａｌは２５である。従って、Ａｌ層１４ｂはｐ側パッド電極１５よりビッカース硬さが小さいので、金バンプＢが当接する押圧点に対する実装時の応力を、Ａｌ層１４ｂが吸収することができる。従って、反射電極１３の凹みによる変形を抑止することで、安定した電流の流れが得られると共に、発光状態において基板側から凹みが観察されることが抑止できる。
【００３９】
例えば、応力緩和電極１４を省略して、ｐ側パッド電極１５の層厚を厚くすることも考えられる。しかし、Ａｕ層で形成されるｐ側パッド電極１５の層厚を厚くすると、コスト上昇を招いてしまう。従って、ｐ側パッド電極１５は、適正な層厚する必要があるので、応力緩和電極１４を反射電極１３とｐ側パッド電極１５との間に設けるのが望ましい。
【００４０】
また、Ａｌ層１４ｂは、ｐ側パッド電極１５との間に、第２のＴｉ層１４ｃを介在させているので、Ａｌ層１４ｂがｐ側パッド電極１５と接することで合金化してしまうことを防止することができる。
【００４１】
Ａｇ層１３ｂは第１のＴｉ層１４ａにより覆われているので、マイグレーションによりＡｇ層１３ｂがｎ側電極１６と短絡してしまうことを防止することができる。
【００４２】
なお、第２のＴｉ層１４ｃはＰｔ層とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、フリップチップ実装される際に、反射電極に圧痕の発生を抑えることで、高い信頼性を図ることができるので、基板に積層されたｎ型層、活性層、ｐ型層を含む半導体層と、活性層からの光を反射する反射電極と、ｐ側電極とを備えた発光素子に好適である。
【符号の説明】
【００４４】
１  発光装置
１０  発光素子
１１  基板
１１ａ  段部
１２  半導体層
１２ａ  ｎ型層
１２ｂ  活性層
１２ｃ  ｐ型層
１３  反射電極
１３ａ  Ｐｔ層
１３ｂ  Ａｇ層
１３ｃ  Ｃｒ層
１４  応力緩和電極
１４ａ  第１のＴｉ層
１４ｂ  Ａｌ層
１４ｃ  第２のＴｉ層
１５  ｐ側パッド電極
１６  ｎ側電極
２０  サブマウント素子
２１  ｎ型のシリコン基板
２２  ｐ型の半導体領域
２３ａ，２３ｂ  搭載面電極
２４ａ，２４ｂ  底面電極
【図１】
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【図２】
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