(57)【要約】【課題】  発光素子が大型であっても、発光強度の面内均一性、特に中央付近の均一性を改善することができ、輝度を向上させることができるようにする。【解決手段】  この発明の半導体発光素子は、裏面に第１の電極１５が形成された半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された、発光部１２を含む半導体層１３と、半導体層１３の表面の一部に分配して形成されその半導体層１３とオーミック接触をなす分配電極１７と、半導体層１３の表面と分配電極１７とを覆って形成されその分配電極１７と導通する透明導電膜１４と、透明導電膜１４の表面の一部に形成されその透明導電膜１４と導通する台座電極１６とを有する半導体発光素子において、半導体層１３の光を取り出す表面（発光面）の１辺が０．８ｍｍ以上であり、台座電極１６は、透明導電膜１４の外周から０．３ｍｍ以内の領域に複数配置されている、ことを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、発光部を含む半導体層と、前記半導体層の表面の一部に分配して形成されその半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成されその分配電極と導通する透明導電膜と、前記透明導電膜の表面の一部に形成されその透明導電膜と導通する台座電極とを有する半導体発光素子において、
前記半導体層の光を取り出す表面（発光面）の１辺が０．８ｍｍ以上であり、台座電極は、透明導電膜の外周から０．３ｍｍ以内の領域に複数配置されている、
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記発光面のうち発光を妨げる領域が素子上面表面積に対して３０％以下である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記分配電極は、線幅が０．０３０ｍｍ以下の線状電極を格子状に形成してなり、かつ金属で構成されて厚さが０．５０μｍ以下である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記台座電極は、透明導電膜の表面の四隅に配置されている、請求項１乃至３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明導電膜は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）らなる、請求項１乃至４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
１アンペア印加時の順方向電圧が４．００Ｖ以下である、請求項１乃至５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記発光部はＡｌＧａＩｎＰからなる、請求項１乃至６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記発光部はＭＯＣＶＤ法により形成されている、請求項１乃至７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載の半導体発光素子を用いたことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１０】
請求項１乃至８に記載の半導体発光素子を用い、ワイヤボンドによる配線が複数であることを特徴とする発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体層の表面から光を取り出す半導体発光素子および発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を取り出す表面（発光面）の面積が０．２５ｍｍ2以上の大型の半導体発光素子として、発光面の一辺が０．５ｍｍ以上で、１つの台座電極とワイヤボンドによる配線が１本であるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−４３６２１号公報
【０００３】
上記の特許文献１の図１，図２に示された大型発光素子は、裏面に第１の電極１５が形成された半導体基板１１と、この半導体基板１１上に形成された、発光部１２を含む半導体層１３と、半導体層１３の表面の一部に分配して形成されその半導体層１３とオーミック接触をなす分配電極１７と、半導体層１３の表面と分配電極１７とを覆って形成され分配電極１７と導通する透明導電膜１４と、透明導電膜１４の表面の一部に形成され透明導電膜１４と導通する台座電極１６とを有しており、この構成によって、電極と半導体層との良好なオーミック接触を実現し、かつ半導体発光素子の駆動電流を発光層（半導体層）の全面に広げて半導体層の表面の全面から発光を得ることができるようにしている。
【０００４】
しかし、上記の大型発光素子では、１つの台座電極を周辺部に配置することで、素子中央付近の発光強度を大幅に改善できるものの、台座電極からの距離に従い発光強度が低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み提案されたもので、発光素子が大型であっても、発光強度の面内均一性、特に中央付近の均一性を改善することができ、輝度を向上させることができる半導体発光素子および発光ダイオード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】
【０００６】
１）上記目的を達成するために、第１の発明は、裏面に第１の電極が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、発光部を含む半導体層と、前記半導体層の表面の一部に分配して形成されその半導体層とオーミック接触をなす分配電極と、前記半導体層の表面と前記分配電極とを覆って形成されその分配電極と導通する透明導電膜と、前記透明導電膜の表面の一部に形成されその透明導電膜と導通する台座電極とを有する半導体発光素子において、前記半導体層の光を取り出す表面（発光面）の１辺が０．８ｍｍ以上であり、台座電極は、透明導電膜の外周から０．３ｍｍ以内の領域に複数配置されている、ことを特徴としている。
【０００７】
２）第２の発明は、上記した１）項に記載の発明の構成に加えて、前記発光面のうち発光を妨げる領域が素子上面表面積に対して３０％以下である、ことを特徴としている。
【０００８】
３）第３の発明は、上記した１）項または２）項に記載の発明の構成に加えて、前記分配電極は、線幅が０．０３０ｍｍ以下の線状電極を格子状に形成してなり、かつ金属で構成されて厚さが０．５０μｍ以下である、ことを特徴としている。
【０００９】
４）第４の発明は、上記した１）項から３）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記台座電極は、透明導電膜の表面の四隅に配置されている、ことを特徴としている。
【００１０】
５）第５の発明は、上記した１）項から４）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記透明導電膜は酸化インジウム錫（ＩＴＯ）らなる、ことを特徴としている。
【００１１】
６）第６の発明は、上記した１）項から５）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、１アンペア印加時の順方向電圧が４．００Ｖ以下である、ことを特徴としている。
【００１２】
７）第７の発明は、上記した１）項から６）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記発光部はＡｌＧａＩｎＰからなる、ことを特徴としている。
【００１３】
８）第８の発明は、上記した１）項から７）項の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記発光部はＭＯＣＶＤ法により形成されている、ことを特徴としている。
【００１４】
９）第９の発明は、発光ダイオードであって、上記した１）項から８）項に記載の半導体発光素子を用いたことを特徴としている。
【００１５】
１０）第１０の発明は、発光ダイオードであって、上記した１）項から８）項に記載の半導体発光素子を用い、ワイヤボンドによる配線が複数であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の半導体発光素子および発光ダイオードでは、半導体層の表面の一部に分配電極を設け、その分配電極を透明導電膜で覆い、その透明導電膜の外周から０．３ｍｍ以内の領域に台座電極を複数配置するようにしたので、発光面の１辺が０．８ｍｍ以上となるような大型の半導体発光素子であっても、発光強度の面内均一性、特に中央付近の均一性を改善することができ、輝度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下にこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１、図２および図３は本発明の半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１はその平面図、図２は図１のＩ−Ｉ線断面を示す図、図３は図１のＩ’−Ｉ’線断面を示す図である。
【００１９】
本実施例で作製した半導体発光素子は、赤橙色の発光を行う発光ダイオード（ＬＥＤ）である。このＬＥＤでは、亜鉛（Ｚｎ）をドープしたｐ形の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板１１上に順次積層された、Ｚｎをドープしたｐ形のＧａＡｓからなる緩衝層１３１、Ｚｎをドープしたｐ形のＡｌＧａＡｓからなる光反射層１３２、Ｚｎをドープしたｐ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層１３３、アンドープの（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層１３４、および珪素（Ｓｉ）をドープしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層１３５から、半導体層１３が構成されている。また、このＬＥＤの発光部１２は、下部クラッド層１３３、発光層１３４、上部クラッド層１３５から構成されている。したがって、発光部１２はＡｌＧａＩｎＰからなる。
【００２０】
以上のように構成された半導体ウェーハにおいて、半導体基板１の裏面に第１の電極１５として、金・亜鉛（Ａｕ・Ｚｎ）合金からなるｐ形オーミック電極を厚さが１μｍとなるように真空蒸着法により形成した。また、分配電極１７を形成するために、先ず膜厚を約５０ｎｍとするＡｕ９３重量％とＧｅ７重量％の合金からなる金・ゲルマニウム合金膜を、上部クラッド層１３５の表面の全面に、一般的な真空蒸着法により一旦被着させた。続けて、その金・ゲルマニウム合金膜の表面上に、膜厚を約５０ｎｍとする金（Ａｕ）膜を被着させた。次に、金・ゲルマニウム合金膜と金膜とからなる２層構造の重層膜が分配電極１７の形になるように、一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、０．８ｍｍ□領域に線幅２０μｍとする格子状の分配電極１７を形成した。この金・ゲルマニウム合金膜と金膜とからなる２層構造の分配電極１７は、図１に示すように、素子周辺領域を除く上部クラッド層１３５の表面上に配置した。
【００２１】
上記の分配電極１７の形成後、アルゴン（Ａｒ）気流中において５００℃で１５分間の合金化熱処理を施し、分配電極１７と上部クラッド層１３５とのオーミック接触を形成した。次に、上部クラッド層１３５とその表面の分配電極１７とを覆って、一般のマグネトロンスパッタリング法により、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる膜を透明導電膜１４として半導体層１３上に被着させた。透明導電膜１４の比抵抗は約２×１０-4Ω・ｃｍであり、この実施例のＬＥＤの発光波長の光に対する透過率は、９４％であった。またこの透明導電膜１４の膜厚は約３００ｎｍとした。一般的なＸ線回折分析法により、透明導電膜１４は＜０００１＞方向（Ｃ軸）に優先的に配向した多結晶膜であることが分かった。
【００２２】
次に、透明導電膜１４の全面に、一般的なフォトレジスト材料を塗布した後、台座電極１６を設けるべき領域を、公知のフォトリソグラフィー技術を利用してパターニングした。その後、パターニングされたレジスト材料を残置させたままで、全面に金（Ａｕ）膜を真空蒸着法により被着させた。金（Ａｕ）膜の厚さは約１２００ｎｍとした。その後、レジスト材料を剥離するに併せて、周知のリフト−オフ手段により、台座電極１６の形成予定領域に限定して上記の金膜を残留させた。これにより、直径を約１１０μｍとする円形の金からなる台座電極１６を、透明導電膜１４の外周から０．３ｍｍ以内の領域であって、透明導電膜１４の四隅に形成した。
【００２３】
上記のようにして第１の電極１５および分配電極１７、透明導電膜１４、台座電極１６を形成したエピタキシャルウェーハを、ダイサーにより素子の形状に裁断して個別に細分化し、ＬＥＤとなした。ＬＥＤは、図１に示すように平面的に見て一辺を１０００μｍとする正方形としたことより、半導体層１３の光を取り出す表面（発光面）の面積は約０．９ｍｍ2となった。さらに、図１に示す素子の４つの台座電極１６の各々に、金線でワイヤボンドを行い合計４本を第２の電極端子（台座電極）に接続した。
【００２４】
以上のように、本実施例により、作製したＬＥＤの第１の電極１５よりなる第１の電極端子と、台座電極１６よりなる第２の電極端子に順方向に電流を通流したところ、発光面から透明導電膜１４を介して、波長を約６２０ｎｍとする赤橙色の光が出射された。また、その発光スペクトルの半値幅は、分光器により測定した結果、約２０ｎｍであり、単色性に優れる発光が得られた。１アンペア（Ａ）の電流を通流した際の順方向電圧（Ｖｆ：１Ａ当り）は、各分配電極１７の良好なオーミック特性を反映し、約３．５ボルト（Ｖ）となった。さらに本実施例のＬＥＤのＸ−Ｘ線上の発光面内の発光強度分布を測定した結果を図１１に示す。オーミック性の分配電極１７を発光面に格子状に配置し、かつ透明導電膜１４の四隅に台座電極１６を設けた効果により、発光面の周縁の領域においても均一な発光が認められ、発光面の面積が０．５０ｍｍ2以上のＬＥＤであっても発光面内で均一な発光が得られているのが分る。また、本発明のＬＥＤの輝度は２０００ｍｃｄであった。発光強度および均一性の優れた発光装置がえられた。
【００２５】
なお、本実施例ではｐ型の半導体基板を用いてＬＥＤを作製したが、ｎ型の半導体基板を用いて作製したＬＥＤでも本発明の効果が得られる。また、本発明のＬＥＤの発光部の材質にはＡｌＧａＩｎＰを用いたが、発光部の材料を変えても本発明の効果が得られる。特にＭＯＣＶＤ法で半導体層が積層されるような半導体層の厚さが薄い半導体発光素子、例えば発光部がＡｌＧａＩｎＰあるいはＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ等からなる半導体発光素子においては、本発明の効果が特に大きい。また、実施例では、チップＬＥＤ形状のＬＥＤを示したが、形状の異なるいわゆる砲弾型等でも同様の効果が得られる。さらに分配電極は、本実施例の格子状以外に独立していない放射状、ドーナッツ状、螺旋状、額縁状、あるいは枝状の分配電極を半導体層１３の表面に均等に配置しても良い。また、分配電極の材料には、半導体層１３の最も表面側の層がｐ型の場合はＡｕＺｎ、ＡｕＢｅやＮｉ等を、また半導体層１３の最も表面側の層がｎ型の場合はＡｕＧｅ、Ｎｉ、ＡｕＳｉやＴｉ等を用いることができる。
【００２６】
また、上記の説明では、分配電極１７の線幅を２０μｍとしたが、良好な発光特性を得るためにの最大幅として、線幅は３０μｍ以下であればよい。
【００２７】
また、発光面のうち発光を妨げる領域は、上記の例では素子上面表面積に対して約２８％であるが、図６に示す素子タイプで３０％を超えると発光強度の低下が著しかったため、素子上面表面積に対して３０％以下とするのがよい。なお、ここで発光を妨げる領域とは、台座電極及び分配電極の占める領域をいう。
【００２８】
さらに、ＬＥＤは、平面的に見て一辺を１０００μｍとする正方形としたことより、発光面の面積は約０．９ｍｍ2となったが、本発明は、発光面の１辺が０．８ｍｍ以上のものに適用するとき、発光強度の均一化等の本発明に特有な効果が得られる。
【００２９】
以上述べたように、この発明の半導体発光素子および発光ダイオードでは、半導体層１３の表面の一部に分配電極１７を設け、その分配電極１７を透明導電膜１４で覆い、その透明導電膜１４の外周から０．３ｍｍ以内の領域に台座電極１６を複数配置するようにしたので、発光面の１辺が０．８ｍｍ以上となるような大型の半導体発光素子であっても、発光強度の面内均一性、特に中央付近の均一性を改善することができ、輝度を向上させることができる。
【００３０】
また、透明導電膜１４により分配電極１７への電気伝導を確保しているので、台座電極１６と分配電極１７との間にワイヤボンドによる配線を行う必要がなく、組み立てコストを低減することができる。また分配電極１７の面積を小さくすることができ、分配電極１７で発光の取出しが妨害されることを防止して、発光効率を良好なものとすることができる。
【００３１】
（比較例１）  比較例１では、上記の実施例と同じ構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積がほぼ同じ大きさの半導体発光素子を作製した。比較例１で作製した半導体発光素子を図４、図５に示す。
【００３２】
図４は比較例１で作製した半導体発光素子の平面図、図５は図４のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図４、図５で符号２１，２２，２３，２５，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５で示した部分は、図１、図２、図３の符号１１，１２，１３，１５，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５で示した部分とそれぞれ対応する。
【００３３】
比較例１では、半導体層２３の上に形成する電極の構造を前記の実施例と異なるものとした。すなわち、比較例１では上部クラッド層２３５の表面に、厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ８５０ｎｍの金を上層とする、前記の実施例で形成した台座電極と同じ直径を約１１０μｍとする円形のオーミック性の電極２８を形成した。電極２８は近接する相互の距離を５００μｍとし等間隔に半導体層２３の表面に配置した。
【００３４】
その後ダイシング法により、半導体層２３の表面から発光部を含む深さ１５μｍの範囲に切り込み２９を入れて発光面を分離し、さらにエッチングによりダイシングの切り込み２９に沿う破砕層を除去した。切り込み２９により分離された発光面は、図４に示すように一辺を約１０００μｍとする正方形とした。
【００３５】
その後実施例と同様にして、上記の電極２８を形成し切り込み２９を入れたエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、発光素子となした。比較例１のＬＥＤは、図５に示すように切り込み２９により分離した単位を４個まとめて正方形としたものであり、基板２１の部分ではつながっている。
【００３６】
実施例と同様に、この発光素子を用いてＬＥＤを組み立てた。比較例１の発光素子は、台座電極が４つある為、４つの電極より１本ずつ、計４本の金線でワイヤボンドを行い、第２の電極端子に接続した。
【００３７】
このＬＥＤの第１と第２の電極端子との間に順方向電流を流したところ、１Ａ通電時の順方向電圧が約３．７Ｖであり、実施例と同等であった。
【００３８】
また、比較例１の発光素子のＸ−Ｘ線上の発光強度のＬＥＤの発光面内での分布を測定した結果を図１１に示す。実施例に比較し、ＬＥＤの周縁部の発光強度が低下する傾向があり、またＬＥＤの上部に配設したオーミック性の影響によって、発光強度の面内分布に不均一を生じている。また、比較例１ののＬＥＤの輝度は１６００ｍｃｄであった。
【００３９】
（比較例２）  比較例２では、上記の実施例と同じ構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積がほぼ同じ大きさの半導体発光素子を作製した。比較例２で作製した半導体発光素子を図６、図７に示す。
【００４０】
図６は比較例２で作製した半導体発光素子の平面図、図７は図６のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。図６、図７で符号３１，３２，３３，３５，３３１，３３２，３３３，３３４，３３５で示した部分は、図１、図２、図３の符号１１，１２，１３，１５，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５で示した部分とそれぞれ対応する。
【００４１】
比較例２では、半導体層３３の上に形成する電極の構造を前記の実施例と異なるものとした。すなわち、比較例２では上部クラッド層３３５の表面の中心に厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ８５０ｎｍの金を上層とする、前記の実施例で形成した台座電極と同じ直径を約１１０μｍとする円形のオーミック性の電極３８を１つ形成した。
【００４２】
その後実施例と同様にして、上記の電極３８および透明導電膜３４を形成したエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、ＬＥＤとなした。
【００４３】
実施例と同様にして、ＬＥＤを組み立てた。そして、第１と第２の電極端子との間に順方向電流を流したところ、１Ａ通電時の順方向電圧が、４．５Ｖであった。また、比較例２のＬＥＤの発光強度のＬＥＤのＸ−Ｘ線上の発光面内での分布を測定した結果を図１１に示す。実施例に比較し、発光強度の面内分布に不均一を生じて、特に中央部と周辺部における輝度が低下した。これは、電極からの電流拡散が不十分で、半導体層へ流れる電流が面内で不均一となるためと考えられる。また、比較例２のＬＥＤの輝度は１２００ｍｃｄであった。
【００４４】
（比較例３）  比較例３では、上記の実施例と同じ構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積がほぼ同じ大きさの半導体発光素子を作製した。比較例３で作製した半導体発光素子を図８、図９、図１０に示す。
【００４５】
図８は比較例３で作製した半導体発光素子の平面図、図９は図８のＩ−Ｉ線に沿った断面図、図１０は図９のＩ’−Ｉ’線に沿った断面図である。図８、図９、図１０で符号４１，４２，４３，４５，４３１，４３２，４３３，４３４，４３５で示した部分は、図１、図２，図３の符号１１，１２，１３，１５，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５で示した部分と対応する。
【００４６】
比較例３では、半導体層４３の上に形成する電極の構造を前記の実施例と異なるものとした。すなわち、比較例３では上部クラッド層４３５の表面の隅部に厚さ５０ｎｍの金・ゲルマニウム合金を下層とし、厚さ８５０ｎｍの金を上層とする、前記の実施例で形成した台座電極と同じ直径を約１１０μｍとする円形のオーミック性の電極４８を１つ形成した。
【００４７】
その後実施例と同様にして、上記の電極４８および透明導電膜４４を形成した
エピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、ＬＥＤとなした。
【００４８】
実施例と同様にして、ＬＥＤを組み立てた。そして、第１と第２の電極端子との間に順方向電流を流したところ、１Ａ通電時の順方向電圧が、４．２Ｖであった。また、比較例３のＬＥＤの発光強度のＬＥＤのＸ−Ｘ線上の発光面内での分布を測定した結果を図１１に示す。実施例に比較し、発光強度の面内分布に不均一を生じて、特に台座電極から遠い領域での輝度が低下した。これは、電極からの電流拡散が不十分で、半導体層へ流れる電流が面内で不均一となるためと考えられる。また、比較例３のＬＥＤの輝度は１８００ｍｃｄであった。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の半導体発光素子の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面を示す図である。
【図３】図１のＩ’−Ｉ’線断面を示す図である。
【図４】比較例１で作製した半導体発光素子の平面図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図６】比較例２で作製した半導体発光素子の平面図である。
【図７】図６のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図８】比較例３で作製した半導体発光素子の平面図である。
【図９】図８のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１０】図８のＩ’−Ｉ’線に沿った断面図である。
【図１１】実施例、比較例１，２，３の発光強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１１    半導体基板
１２    発光部
１３    半導体層
１３１    緩衝層
１３２    光反射層
１３３    下部クラッド層
１３４    発光層
１３５    上部クラッド層
１４    透明導電膜
１５    第１の電極
１６    台座電極
１７    分配電極
【図１】
2004363572.tif 000003
【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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