(57)【要約】【課題】薄型または小型の光学素子に適用可能な半導体素子を提供すること。【解決手段】半導体素子１００は、基板１０１にｐ型半導体層とｎ型半導体層を順次積層させ、上部の層と下部の層とに電極（１１０、１２０）を取りつける半導体素子であって、発光部１３０とする面の垂線方向から見て、片方の電極の任意の一点と他方の電極の任意の一点を結ぶ線の集合で描かれる領域からはみ出さないように発光部１３０を設けた。電極両端が、素子の両端にある構成とすることができる。基板上に半導体素子を配置し、前記半導体素子を樹脂モールドした光学素子において、半導体素子として上記の素子を用いることができる。【選択図】　　　　図１
2004111804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にｐ型半導体層とｎ型半導体層を順次積層させ、上部の半導体層と下部の半導体層とに電極を取りつける半導体素子において、
発光面または受光面とする面の垂線方向から見て、片方の電極の任意の一点と他方の電極の任意の一点を結ぶ線の集合で描かれる領域からはみ出さないように発光面または受光面を設けたことを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
電極両端が、素子の両端にあることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
基板上に半導体素子を配置し、前記半導体素子を樹脂モールドした光学素子において、半導体素子として請求項１もしくは請求項２に記載の素子を用いたことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子とそれに用いる半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板上に、所定の半導体層を複数層積層し、ｐ−ｎ接合やダブルへテロ接合を設けた半導体素子が知られている。この半導体を光学素子として用いる場合は、通常、素子の最上層と最下層（またはバッファ層を除いた最下層）を露出させ、ｎ側電極とｐ側電極を作出する。
【０００３】
図９は、光学素子として用いる従来の半導体素子（特許文献１参照）の一例を示した図である。また、図１０は、従来の光学素子の外観斜視図である。図１１は、従来の光学素子を用いた導光板の構成例を示した図である。
【０００４】
図９に示したように、半導体素子９００は、サファイヤ基板９０１に、ＧａＮバッファ層９０２が積層され、その上に順次、ｎ型ＧａＮ系化合物半導体層９０３、ｎ型Ｇａ１−ｙＡｌｙＮクラッド層９０４、ｎ型ＩｎｚＧａ１−ｚＮ活性層９０５、ｐ型Ｇａ１−ｘＡｌｘＮクラッド層９０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層９０７、が設けられている。
【０００５】
また、積層後、積層面最上部の一部にＡｕ電極９１０を、また、エッチング等により穴を空けｎ型ＧａＮ系化合物半導体層９０３にＡｌ電極９２０を設けている。これらの電極は、通常斜め対角に設けられている。また、その大きさは、一辺約２９０μｍ程度の正方形であり、電極の大きさは一辺約９０μｍ程度の正方形である。
【０００６】
また、図１０に示したように、光学素子１０００は、半導体素子９００を樹脂積層品からなどからなる基板１００１上に設け、透明樹脂１００２を用いて封止している。ここで、基板１００１には、無電解および電解メッキ等を用いて基板１００１上面および下面で対向するように互いに分離された金属パターンからなるメッキ電極１００３が形成されている。そして、メッキ電極１００３と半導体素子は、ボンディングワイヤー１００４により接続されている。
【０００７】
従来では、このように微細加工された光学素子を用いることにより、たとえば、スイッチ内照明、液晶バックライト、紙幣認識用光源が提供されていた。すなわち、このような半導体素子または光学素子により、小型化された表面実装用チップ部品や高分解能の認識用（または判別用）光源やセンサが構築可能となっていた。
【０００８】
【特許文献１】
特開平６−２９１３６６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では以下の問題点があった。
【００１０】
すなわち、近年、液晶バックライトなどの光源の技術分野は、薄型の要請が極めて高く、図９に示したような従来型の半導体素子ではこの要請を満たせないという問題点が出てきた。すなわち、他の構成部分を薄型としても、結局半導体素子自体の巾が光源の厚みを事実上律してしまうので、要求される製品薄さを実現できないという問題点があった。
【００１１】
また、図１１に示したように、できるだけ薄型を維持しようとすると、導光板の側部に複数個の発光素子を設ける必要があり、照射光の輝度が一様とならず、発光ムラが生じてしまうという問題点があった。
【００１２】
また、紙幣などの微細な模様を認識するセンサ等においては、従来の半導体素子では、その構造上、誤認識の可能性があるという問題点があった。すなわち、図１０に示したようなワイヤー結線により、照射光に影が映りこみ、ワイヤー像に基づく誤認識の可能性があるという問題点があった。すなわち、図１２に示した発光素子および受光素子の関係において、ワイヤー像が光学的なノイズとなってしまうという問題点もあった（図１３参照）。また、前述した小型化の限界にともない、発光部を小型化できず、分解能の低下要因となるという問題点もあった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、薄型または小型の光学素子に適用可能な半導体素子を提供することを目的とする。
【００１４】
また、ワイヤー像が光学的ノイズとならない半導体素子を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の半導体素子は、基板にｐ型半導体層とｎ型半導体層を順次積層させ、上部の層と下部の層に電極を取りつける半導体素子において、発光面または受光面とする面の垂線方向から見て、片方の電極の任意の一点と他方の電極の任意の一点を結ぶ線の集合で描かれる領域からはみ出さないように発光面または受光面を設けたことを特徴とする。
【００１６】
すなわち、請求項１にかかる発明は、発光面または受光面を電極の巾以下とすることができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の半導体素子は、請求項１に記載の半導体素子において、電極両端が素子の両端にあることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、請求項２にかかる発明は、ボンディングワイヤーが発光面や受光面を横切らない。
【００１９】
また、請求項３に記載の光学素子は、基板上に半導体素子を配置し、前記半導体素子を樹脂モールドした光学素子において、半導体素子として請求項１もしくは請求項２に記載の素子を用いたことを特徴とする。
【００２０】
すなわち、請求項３にかかる発明は、光学素子の幅を狭くすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体素子の構成例を示した図で、（ａ）は積層構造を模式的に示す断面図、（ｂ）は素子の模式的な平面図である。半導体素子１００は、サファイヤ基板１０１の上にＧａＮバッファ層１０２と、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１０３と、ｎ型Ｇａ１−ｙＡｌｙＮクラッド層１０４（但し０＜ｙ＜１）と、ｎ型ＩｎｚＧａ１−ｚＮ活性層１０５（但し０＜ｚ＜１）と、Ｍｇドープｐ型Ｇａ１−ｘＡｌｘＮクラッド層１０６（但し０＜ｘ＜０．５）と、ドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７とが順に積層されている。
【００２３】
そして、半導体素子１００には、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層１０７にＡｕ電極１１０が、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１０３にＡｌ電極１２０が形成されている。製造に際しては、サファイヤ基板１０１を反応管内においてクリーニングを行った後、成長温度を５１０℃とし、ＧａＮバッファ層１０２を約２００Å成長させる。このとき、水素をキャリアガスとしアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を原料ガスとして用いる。
【００２４】
サファイヤ基板１０１上にバッファ層１０２を形成後、ＴＭＧのみ流入を止め、温度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃下で、ＴＭＧとアンモニアガス、ドーパントガスとしてシランガスを用い、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ層１０３を４μｍ成長させる。ｎ型ＧａＮ層１０３を形成後、原料ガスとドーパントガスの流入を一端止め、温度を８００℃にしたのち、原料ガスとしてＴＭＧとＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニアを用い、ドーパントガスとしてシランガスを用い、ｎ型クラッド層としてＳｉドープＧａ０．８５Ａｌ０．１４Ｎ層を０．１５μｍ成長させる。そして、ＴＭＡを止め、ｐ型コンタクト層として、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層１０７を０．４μｍ成長させる。
【００２５】
その後、基板１０１を反応管より取り出し、アニーリング装置にて窒素雰囲気中、７００℃、２０分間アニーリングを行い、ｐ型Ｇａ０．８５Ａｌ０．１４Ｎ層、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７の低抵抗化を行う。
【００２６】
得られたウエハーを図１に示したようにエッチングし、ｎ型ＧａＮ層１０３を一部露出させ、Ａｌ電極１２０を形成する。このとき、Ａｌ電極１２０の一辺のみが発光部となる領域に接するような（ｐ型層に対向するような）配置とする。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０７にＡｕ電極１１０を形成するが、ｎ型電極と同様に電極の一辺のみが発光部となる領域に接する配置とする。
【００２７】
その後、５００℃で再度アニーリングを行い電極（１１０、１２０）と窒化ガリウム系化合物半導体となじませる。そして、たとえばレーザ光を利用したレーザカッティング等によりチップ化を行う。
【００２８】
発光部（図１（ｂ）参照）１３０は、電極１１０、１２０への通電によって発光する領域のうち、電極１１０、１２０が設けられた側から見て、電極１１０、１２０間に位置して電極１１０、１２０と重ならない領域を示す。すなわち、発光部１３０は、発光部１３０を形成する面の垂線方向から見て、片方の電極（例えば電極１１０）の任意の一点と他方の電極（電極１２０）の任意の一点を結ぶ線の集合で描かれ領域からはみ出ないように設けられている。したがって、発光部１３０は電極１１０，１２０間だけに設け、電極の巾以下になっている。このように形成することにより、薄型の光学素子を提供可能となる。
【００２９】
なお、電極間だけに設けると言うのは、電極が素子端部を形成することを意味し、電極の外側、具体的には、図１で電極１１０を考えた場合、発光部１３０に接している部分と反対部分には、発光部１３０はもとより他の部材によるエッジとならないようにすることを意味する。これにより、光学ノイズを発生させることなくボンディングワイヤーを接続することができる。
【００３０】
このような構成とすることにより、半導体素子１００のサイズは、短辺が電極１１０（１２０）の長さと略同じ長さで、長辺を希望の長さに設定することができる。図１の例では、半導体素子１００のサイズを、たとえば、９０μｍ×１１８０μｍの細長形状としている。高硬度の素子をダイシング法やスクライブ法を用いて素子分離すると、機械的なストレスによって素子が壊れやすく、細長の素子を得ることができないが、レーザカッティングによって素子分離を行うので、細長の素子１００を容易に得ることができる。半導体素子１００は、電極１１０（１２０）を複数（Ｎ）個以上一列に配列したような細長の外観形状をしている。半導体素子１００のサイズは、レーザカッティング時の設定によって任意に設定することができるので、Ｎは３以上に設定することができる。Ｎは４以上、あるいは５以上に設定することができる。図１（ｂ）はＮが約１３の例を示している。したがって、Ｎを１０以上に設定することもできる。
【００３１】
図９に示した従来型の半導体素子９００と図１に示した半導体素子１００とを比較すると、サイズが歴然と小型化されていることが確認できる。これを、液晶バックライト等に装着すると、その厚みは９０μｍという極薄い光源を実現できることとなる。また、半導体素子１００を用いれば、均一な横長の発光領域が得られ、液晶バックライトとしては、導光板とのマッチングのとれた理想的な光源となる。
【００３２】
図２は、半導体素子１００を用いた薄型（小型）の光学素子の構成例を示した図である。光学素子２００は、半導体素子１００を樹脂積層品などからなる基板２０１上に設け、透明樹脂２０２を用いてモールド（封止）されている。
【００３３】
基板２０１は、半導体素子１００を一回り大きくしたような平面形状をしており、半導体素子１００と同様に細長形状となっている。基板２０１には、無電解および電解メッキ等を用いて基板２０１上面および下面で対向するように互いに分離された金属パターンからなるメッキ電極２０３が形成されている。そして、メッキ電極２０３と半導体素子は、ボンディングワイヤー２０４により接続されている。図から明らかなように、ボンディングワイヤー２０４は、半導体素子１００の発光部１０３を遮ることなく結線されていることが分かる。
【００３４】
また、図３は、図２に示した光学素子を導光板に組み込んだ面光源を示した図である。光学素子２００は、非常に巾狭（縦長）に作製できるので、１個の発光素子で導光板をカバーできるようになる。したがって、複数の発光素子を用いる場合に比して、発光ムラを低減させることができる。
【００３５】
図４は、本発明の半導体素子の他の構成例を示した図である。図示したように、半導体素子４００の発光部４０１は、接している両サイドの電極（４０２、４０３）より巾狭である。
【００３６】
図５は、図４に示した半導体素子４００を発光部５０２として適用した認識・判別センサの構成例を示した図である。センサ５００は、図のように構成することにより、ワイヤー像が影を落さないので、受光部５０１には検出像のみが投影されることとなる。また、発光部５０２を横長に細くしたことにより、分解能も格段に向上する。
【００３７】
図６〜８は、電極部と発光部の他の構成例を示した図である。いずれにせよ、発光部が、電極巾より狭く構成されているので、電極巾が素子巾を決定し、電極巾程度の薄型（小型）の素子を提供可能となる。
【００３８】
なお、以上の説明では、半導体素子を発光素子とする場合について説明したが、受光素子として適用する場合も同様に論議することができる。また、この例では、窒化物系化合物の半導体について説明したが、これに限らず、表面にｐ・ｎ側電極を有するものであれば、全てに適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、薄型または小型の光学素子と、それに適用可能な半導体素子を提供することができる。また、ワイヤー像が光学的ノイズとならない光学素子あるいは半導体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した窒化ガリウム系化合物半導体素子の構成例を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の半導体素子を用いた薄型（小型）の光学素子の構成例を示した斜視図である。
【図３】図２に示した光学素子を組み込んだ面光源を示した斜視図である。
【図４】本発明の半導体素子の他の構成例を示した平面図である。
【図５】図４に示した半導体素子を提供した認識・判別センサの構成例を示した斜視図である。
【図６】電極部と発光部の他の構成例を示した平面図である。
【図７】電極部と発光部の他の構成例を示した平面図である。
【図８】電極部と発光部の他の構成例を示した平面図である。
【図９】光学素子として用いる従来の半導体素子の一例を模式的に示した図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１０】従来の光学素子の外観斜視図である。
【図１１】従来の光学素子を用いた導光板の構成例を示した斜視図である。
【図１２】従来の光学素子を用いた場合の発光素子と受光素子の関係を示した斜視図である。
【図１３】発光素子のボンディングワイヤーが光学ノイズ（影）となり受光される様子を示した図である。
【符号の説明】
１００、４００、　　　　　　　　　　　　　　半導体素子
１０１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　サファイヤ基板
１１０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コンタクト層
１１０，１２０　　　　　　　　　　　　　　　　電極
１３０、４０１、５０２　　　　　　　　発光部
２００　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　光学素子
５０１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　受光部
【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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【図１３】
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