(57)【要約】【課題】単一の部品として形成されかつ大きな発光強度を有する面光源として適する発光部品を得る。【解決手段】絶縁性基板１２上に、各ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄに対応して、ｎ型ＧａＮ層１６、発光層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２０を、この順序で形成する。ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にはｐ型側電極である透光性電極２２を面状に形成し、ｎ型ＧａＮ層１６上の一端縁近傍かつ幅方向に延びてｎ型側電極２４を形成する。また、絶縁性基板１２上の各部材を保護膜２６で覆うとともに、隣接するＧａＮ系発光ダイオード間の透光性電極２２およびｎ型側電極２４の上面の一部が露出するように保護膜２６を開口する。さらに、該開口内の透光性電極２２およびｎ型側電極２４上に内部配線２８を形成することにより、隣接するＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄ間をそれぞれ直列接続した発光部品１０を得る。【選択図】図２
2004048067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　基板および前記基板上にそれぞれ形成されかつ接続される複数の３族窒化物半導体発光素子を備えた発光部品であって、
　前記各３族窒化物半導体発光素子は、前記基板上に形成される第１導電型の半導体層、前記第１導電型の半導体層上に形成される第１導電型側電極、前記第１導電性の半導体層上に形成される第２導電型の半導体層、および前記第２導電型の半導体層上に形成される第２導電型側電極を含み、
　相互に隣接する前記３族窒化物半導体発光素子の一方の発光素子の前記第１導電型側電極と他方の発光素子の前記第２導電型側電極とは、前記第１導電型側電極上および前記第２導電型側電極上に形成された内部配線によって接続される、発光部品。
【請求項２】
　前記第１導電型側電極上および前記第２導電型側電極上には、保護膜が形成され、
　前記内部配線は、前記保護膜の開口を介して前記第１導電型側電極および前記第２導電型側電極と接続される、請求項１に記載の発光部品。
【請求項３】
　基板および前記基板上にそれぞれ形成されかつ接続される複数の３族窒化物半導体発光素子を備えた発光部品の製造方法であって、
　前記基板上に形成される第１導電型の半導体層、前記第１導電型の半導体層上に形成される第１導電型側電極、前記第１導電性の半導体層上に形成される第２導電型の半導体層、および前記第２導電型の半導体層上に形成される第２導電型側電極を含む前記各３族窒化物半導体発光素子を形成する工程と、
　前記第１導電型側電極上および前記第２導電型側電極上に内部配線を形成することにより、相互に隣接する前記３族窒化物半導体発光素子を接続する工程とを備える、発光部品の製造方法。
【請求項４】
　前記３族窒化物半導体発光素子を接続する工程は、
　前記各３族窒化物半導体発光素子の上面全体を覆うとともに、相互に隣接する前記３族窒化物半導体発光素子の一方の発光素子の前記第１導電型側電極および他方の発光素子の前記第２導電型側電極の上面の一部が露出する開口を有する保護膜を形成する工程と、
　前記保護膜の上面、および、前記開口内の前記第１導電型側電極と前記第２導電型側電極との上面に前記内部配線を形成する工程をさらに含む、請求項３記載の発光部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は発光部品およびその製造方法に関し、特にたとえば３族窒化物半導体発光素子を用いる発光部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　図９に示すように、従来のＧａＮ系発光素子１としては、１つの絶縁性基板２上に、１つの透光性電極３、およびアノード電極４とカソード電極５とからなる一対のボンディング用のパッド電極が形成された、すなわち１つのチップに対して１ヶ所の発光部を有する、発光ダイオードが広く用いられてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
　従来のＧａＮ系発光素子１は発光部を１ヶ所しか有さないので、それ単独では面光源としては適さなかった。
【０００４】
　また、ＧａＮ系発光素子１では１つの絶縁性基板２上に１つの素子しか形成されないため、大面積の面光源を得ようとすると、複数のＧａＮ系発光素子１を基体上に配列して互いに接続する必要があるので相互に隣接するＧａＮ系発光素子１の間隔に限界があり、大きな発光強度を有する面光源を得られないという問題点があった。
【０００５】
　それゆえにこの発明の主たる目的は、単一の部品として形成されかつ大きな発光強度を有する面光源として適する、発光部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
　上記目的を達成するために、本発明の発光部品は、基板、および基板上にそれぞれ形成されかつ接続される複数の３族窒化物半導体発光素子を備える。
【０００７】
　本発明の発光部品は、複数の３族窒化物半導体発光素子は直列に接続されるものである。
【０００８】
　本発明の発光部品は、各３族窒化物半導体発光素子は、基板上に形成される第１導電型の半導体層、第１導電型の半導体層上の一端縁近傍かつ幅方向に延びて形成される第１導電型側電極、第１導電性の半導体層上に形成される第２導電型の半導体層、および第２導電型の半導体層上に面状に形成される第２導電型側電極を含み、各３族窒化物半導体発光素子は直線状に配列され、かつ相互に隣接する３族窒化物半導体発光素子の一方の発光素子の第１導電型側電極と他方の発光素子の第２導電型側電極とは幅を有する内部配線によって接続されるものである。
【０００９】
　本発明の発光部品は、第１導電型の半導体層の抵抗をＲ１、第２導電型側電極の抵抗をＲ２とすると、Ｒ１≒Ｒ２に設定されるものである。
【００１０】
　本発明の発光部品は、第２導電型側電極は透光性電極を含むものである。
【００１１】
　本発明の発光部品は、３族窒化物半導体発光素子の数は駆動電圧に応じて決定されるものである。
【００１２】
　本発明の発光部品は、３族窒化物半導体発光素子はＧａＮ系発光素子を含むものである。
【発明の効果】
【００１３】
　この発明によれば、１つの基板上に発光部を複数形成でき、単一の部品として形成されかつ大きな発光強度が得られ面光源として適する発光部品が得られる。
【００１４】
　本発明の発光部品では、一般のＩＣ製造プロセスを用いて１枚の基板上に複数の３族窒化物半導体発光素子が形成されかつ接続されるので、相互に隣接する３族窒化物半導体発光素子の間隔を従来よりも狭くできる。したがって、単一の部品として形成されかつ発光強度が大きい面光源が得られる。
【００１５】
　本発明の発光部品では、複数の３族窒化物半導体発光素子が直列に接続されると、各３族窒化物半導体発光素子からの発光量が等しくされる。
【００１６】
　本発明の発光部品では、各３族窒化物半導体発光素子は直線状に配列され、かつ相互に隣接する３族窒化物半導体発光素子の一方の発光素子の第１導電型側電極と他方の発光素子の第２導電型側電極とが幅を有する内部配線によって接続されると、個々の３族窒化物半導体発光素子における発光強度分布はより均一化される。また、本発明の発光部品では、（第１導電型の半導体層の抵抗Ｒ１）≒（第２導電型側電極の抵抗Ｒ２）に設定されると、個々の３族窒化物半導体発光素子における発光強度分布は略均一化される。
【００１７】
　また、本発明の発光部品では、３族窒化物半導体発光素子の数が、発光部品が用いられる装置の駆動電圧に適合するように設定されると、さまざまな駆動電圧に適用可能な発光部品が得られる。なお、本発明の発光部品では、第２導電型側電極は透光性電極によって形成され、また、本発明の発光部品では、３族窒化物半導体発光素子としてはたとえばＧａＮ系発光素子が用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
　図１および図２を参照して、この発明の実施の形態の発光部品１０は、たとえばサファイア基板等などの絶縁性基板１２を含み、絶縁性基板１２上に４個のＧａＮ（少なくともＧａ、Ｎを含む半導体）系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄが形成されるものである。
【００２０】
　すなわち、絶縁性基板１２上には、各ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄに対応して、層厚３．０μｍの電極設置層となるｎ型ＧａＮ層（Ｓｉドープ）１６、層厚０．１μｍの発光層１８、および層厚０．５μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドープ）２０が、この順序で形成される。
【００２１】
　また、各ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にはｐ型側電極である透光性電極２２が面状に形成され、各ｎ型ＧａＮ層１６上の一端縁近傍かつ幅方向にはｎ型側電極２４が形成される。図１からよくわかるように、透光性電極２２とｎ型側電極２４とは平行に形成される。
【００２２】
　そして、絶縁性基板１２上の各部材は保護膜２６によって覆われ、隣接するＧａＮ系発光ダイオード間の透光性電極２２とｎ型側電極２４とは所定の幅Ｗ１を有する内部配線２８によって直列接続される。このとき、内部配線２８の一端は透光性電極２２上の一端縁近傍かつ幅方向に延びて形成される。したがって、１つのＧａＮ系発光ダイオードに関していえば、内部配線２８と透光性電極２２との接続箇所は、ｎ型側電極２４の形成箇所とは反対側の端縁近傍となる。なお、図１からわかるように、内部配線２８の幅Ｗ１の寸法は、たとえば、透光性電極２２の幅Ｗ２よりやや小さくかつｎ型側電極２４の長さＬよりやや大きくなるように設定される。
【００２３】
　さらに、両端の透光性電極２２およびｎ型側電極２４には、それぞれ外部の部品と接続するためのパッド電極３０が接続される。パッド電極３０も内部電極２８と同様に形成される。
【００２４】
　このように、内部配線２８を介して透光性電極２２とｎ型側電極２４とを接続することによって、４個のＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを直列接続した発光部品１０が得られる。発光部品１０の等価回路が図３に示される。
【００２５】
　このような発光部品１０の製造方法の一例を、図４を参照して説明する。
【００２６】
　まず、図４（ａ）に示すように、絶縁性基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１６、発光層１８およびｐ型ＧａＮコンタクト層２０をＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）によってこの順序でエピタキシャル成長させ、膜厚３．０μｍ、ＮD＝１０１８ｃｍ−3のｎ型ＧａＮ層１６、膜厚０．１μｍの発光層１８、および膜厚０．５μｍ、ＮA＝１０１７ｃｍ−3のｐ型ＧａＮコンタクト層２０が形成される。
【００２７】
　ついで、図４（ｂ）に示すように、Ｎｉマスクによるフォトリソグラフィーおよび塩素ガスを０．５Ｐａの圧力で供給するドライエッチング法によって、絶縁性基板１２上のｐ型ＧａＮコンタクト層２０、発光層１８およびｎ型ＧａＮ層１６がエッチング除去され、メサ２１が形成される。このときのエッチングの深さは０．８μｍである。
【００２８】
　さらに、図４（ｃ）に示すように、Ｎｉマスクによるフォトリソグラフィーおよび塩素ガスを０．５Ｐａの圧力で供給するドライエッチング法によって、絶縁性基板１２上のｎ型ＧａＮ層１６がエッチング除去され、絶縁性基板１２が露出するように凹部３２が形成される。これによって、エッチングの深さは３．６μｍとなり、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを構成する層がそれぞれ分離される。
【００２９】
　つづいて、図４（ｄ）に示すように、２×１０−６ｔｏｒｒの圧力による電子ビーム蒸着によって、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上面全体に、膜厚２ｎｍのＮｉ膜および膜厚４ｎｍのＡｕ膜がこの順序で成膜され、フォトリソグラフィーによって面状の透光性電極２２が形成される。また、２×１０−６ｔｏｒｒの圧力による電子ビーム蒸着によって、ｎ型ＧａＮ層１６上に、膜厚３０ｎｍのＴｉ膜および膜厚５００ｎｍのＡｌ膜がこの順序で成膜され、フォトリソグラフィーによってｎ型ＧａＮ層１６上の一端縁近傍かつ幅方向に延びたｎ型側電極２４が形成される。ｎ型側電極２４はＧａＮ系発光ダイオードのカソード電極に相当する。
【００３０】
　その後、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）で形成されたチップの上面全体に膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2からなる保護膜２６が電子ビーム蒸着によって形成される。
【００３１】
　その後、透光性電極２２およびｎ型側電極２４のそれぞれの上面の一部が露出するように、フォトリソグラフィーによって保護膜２６がエッチング除去されて開口される。このとき、１つのＧａＮ系発光ダイオードに関していえば、透光性電極２２上の開口はｎ型側電極２４の形成箇所とは反対側の端縁近傍かつ幅方向に延びて形成される。また、ｎ型側電極２４の開口も幅方向に延びて形成される。
【００３２】
　そして、図４（ｆ）に示すように、２×１０−６ｔｏｒｒの圧力による電子ビーム蒸着によって、保護膜２６の上面全体に膜厚１００ｎｍのＮｉ膜および膜厚７００ｎｍのＡｕ膜がこの順序で成膜され、フォトリソグラフィーによって内部配線２８が形成される。したがって、１つのＧａＮ系発光ダイオードに関していえば、透光性電極２２に接続される内部配線２８およびｎ型側電極２４に接続される内部配線２８は、ＧａＮ系発光ダイオードの両端からそれぞれ反対方向に引き出されることになる。なお、図４（ｆ）には図示しないが、パッド電極３０も同様にして同時に形成される。内部配線２８およびパッド電極３０のうち、透光性電極２２と接続される一端部が、ＧａＮ系発光ダイオードのアノード電極に相当する。
【００３３】
　このようにして、４個のＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄが直列接続された発光部品１０が形成される。
【００３４】
　発光強度１０によれば、一般のＩＣ製造プロセスを用いて１枚の絶縁性基板１２上に複数のＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄが形成されかつ接続されるので、相互に隣接するＧａＮ系発光ダイオードの間隔を従来よりも狭くできる。したがって、単一の部品として形成されかつ発光強度が大きい面光源として適する発光部品１０が得られる。
【００３５】
　また、発光部品１０によれば、図５（ａ）にも示すように、絶縁性基板１２上にＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを直線状に形成することができるので、図５（ｂ）からわかるように、大面積の発光が得られる。
【００３６】
　また、同一の絶縁性基板１２上にＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを形成できるので、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄ間の絶縁分離、集積化が容易になる。
【００３７】
　各ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄの発光強度分布は図６に示すようになる。透光性電極２２の抵抗をＲｔ、ｎ型ＧａＮ層１６の抵抗をＲｎとし、Ｒｐは、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０の抵抗、透光性電極２２とｐ型ＧａＮコンタクト層２０との接触抵抗およびｐ−ｎ接合電圧相当抵抗分を示し、各抵抗は面内において一定と考えるとする。
【００３８】
　各ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄは直線状に配列され、かつ相互に隣接するＧａＮ系発光ダイオードの一方の発光ダイオードのｎ型側電極２４と他方の発光ダイオードの透光性電極２２とが幅Ｗ１を有する内部配線２８によって接続されているので、透光性電極２２の単位面積当たりの抵抗が小さい場合（Ｒｔ≒Ｒｎ）には、図６（ａ）に示すように、透光性電極２２全面からｎ型ＧａＮ層１６に電流が流れ、発光層１８を通過する電流は発光層１８内の位置に拘わらず均一になる。したがって、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、透光性電極２２からの発光は発光箇所に拘わらず略均一になり、かつより大きな発光強度が得られる。
【００３９】
　因みに、透光性電極２２の単位面積当たりの抵抗が大きい場合（Ｒｔ＞Ｒｎ）には、図６（ｄ）に示すように、発光層１８を通過する電流は内部配線２８すなわちアノード電極近傍に集中する。この場合、図６（ｅ）に示すＸ−Ｘ断面における発光強度は不均一になるが、各ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄは直線状に配列され、かつ相互に隣接するＧａＮ系発光ダイオードの一方の発光ダイオードのｎ型側電極２４と他方の発光ダイオードの透光性電極２２とが幅Ｗ１を有する内部配線２８によって接続されているので、図６（ｆ）に示すＹ−Ｙ断面における発光強度は略均一になる。したがって、上述した透光性電極２２の単位面積当たりの抵抗が小さい場合より発光強度は不均一かつ小さくなるが、少なくとも図９に示す従来技術より発光強度は均一化されかつ大きくなる。
【００４０】
　さらに、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、絶縁性基板１２ａ上にＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを形成しコ字状に直列接続してもよく、この場合にも、単一の部品として形成されかつ大きな発光強度が得られ面光源として適する発光部品が得られる。
【００４１】
　すなわち、図５および図７からわかるように、絶縁性基板上に複数個のＧａＮ系発光ダイオードを形成し直列接続することによって、単一の部品として形成されかつ大きな発光強度が得られ面光源に応用できる発光部品が得られる。
【００４２】
　なお、ＧａＮ系発光ダイオードを駆動するには、３Ｖ以上必要であり、５Ｖ電源を用いて回路動作を行うことが多い。１つのＧａＮ系発光ダイオードあたり４Ｖ（たとえば２０ｍＡの電流を流す場合）程度必要とすると、駆動電圧が２４Ｖの場合には６つのＧａＮ系発光ダイオードが直列接続された発光部品を用いればよい。このように、駆動電圧に応じた直列素子数のＧａＮ系発光ダイオードを用いることによって、大面積の発光が可能となり、かつ駆動電圧の制限も少なくなり、多方面にわたる応用が期待できる。
【００４３】
　また、図８に示すように、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｎとともに抵抗（図８（ａ））やＦＥＴ（図８（ｂ））などの電流制御素子が同一絶縁性基板上に形成されてもよく、この場合、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｎと電流制御素子とを同一の絶縁性基板上にモノリシックに形成できる。
【００４４】
　このように外付け素子が不要になるため、小型かつ軽量の発光部品１０が得られ、また、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄだけではなく電流制御素子をもワイドギャップバンド材料によって形成できるので、発熱に対して強い発光部品１０が得られ、集積化が容易となる。さらに、絶縁性基板の一方主面にのみ素子を構成するので、この場合にも一般的なＩＣ製造プロセスを適用できる。また、ＧａＮ系発光ダイオードの数を調整するだけではなく電流制御素子を付加することにより、駆動電圧の制限がさらに少なくなる。さらに、ＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｎに抵抗を付加することによって、組立時や使用時におけるサージ電流を抑制することができる。
【００４５】
　図１の実施の形態では、４個のＧａＮ系発光ダイオード１４ａ〜１４ｄを直列接続する場合について述べたが、ＧａＮ系発光ダイオードの数はこれに限定されないことはいうまでもない。
【００４６】
　また、上述の実施の形態では、発光素子として発光ダイオードを例に説明したが、これに限定されず、レーザであってもよい。
【００４７】
　さらに、発光部品１０の３族窒化物半導体発光素子としては、たとえばＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮまたはＩｎＧａＮなどを含む３族窒化物半導体からなる発光素子であれば、任意の３族窒化物半導体発光素子を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明の一実施形態の主要部を示す平面図である。
【図２】図１の実施形態を示す断面図である。
【図３】図１の実施形態を示す等価回路図である。
【図４】図１の実施形態の製造プロセスを示す工程図である。
【図５】（ａ）は図１の実施形態におけるＧａＮ系発光ダイオードの配置状態を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその発光状態を模式的に示す側面図である。
【図６】ＧａＮ系発光ダイオードの電流の流れおよび発光強度分布の概略を示す図解図であり、（ａ）〜（ｃ）は透光性電極の抵抗が小さい場合、（ｄ）〜（ｆ）は透光性電極の抵抗が大きい場合をそれぞれ示す。
【図７】（ａ）はこの発明の他の実施の形態を示す等価回路図であり、（ｂ）はその実施の形態におけるＧａＮ系発光ダイオードの配置状態を模式的に示す平面図であり、（ｃ）はその発光状態を模式的に示す側面図である。
【図８】この発明のその他の実施の形態を示す等価回路図であり、（ａ）はＧａＮ系発光ダイオードに抵抗を付加したもの、（ｂ）はＧａＮ系発光ダイオードにＦＥＴを付加したものをそれぞれ示す。
【図９】（ａ）は従来技術を示す平面図であり、（ｂ）はその端面図である。
【符号の説明】
【００４９】
　　１０　発光部品
　　１２、１２ａ　絶縁性基板
　　１４ａ〜１４ｄ、１４ｎ　ＧａＮ系発光ダイオード
　　１６　ｎ型ＧａＮバッファ層
　　１８　発光層
　　２０　ｐ型ＧａＮコンタクト層
　　２２　透光性電極
　　２４　ｎ型側電極
　　２６　保護膜
　　２８　内部配線
　　３０　パッド電極
　　Ｗ１　内部配線の幅
【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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