(57)【要約】【課題】導電性基板の実装面側にｎ電極を設けたとしても、輝度の向上が図れる半導体発光素子を提供する。【解決手段】導電性の基板２の一方の面に、ｎ型半導体層３ａと、発光層３ｂと、ｐ型半導体層３ｃとが半導体層３として設けられ、この半導体層３にコンタクト電極４およびｐ電極６が設けられ、基板２の他方の面にｎ電極７が設けられた半導体発光素子１において、ｎ電極７は、矩形状に形成された基板２の角部に４つ設けられたオーミック電極７ａと、オーミック電極７ａを覆うとともに、かつ基板２の他方の面の全面に設けられた反射電極７ｂとで形成されており、ｐ電極６とオーミック電極７ａとは、基板２および半導体層３を間に挟んで重ならないように形成されている。【選択図】図１
2007081011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板の一方の面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として設けられ、前記半導体層にｐ電極が設けられ、前記導電性基板の他方の面にｎ電極が設けられた半導体発光素子において、
前記ｎ電極は、前記導電性基板の一部に設けられた１つ以上のオーミック電極と、前記オーミック電極を覆うとともに、かつ前記導電性基板の他方の面の全面に設けられた反射電極とで形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記オーミック電極は、前記導電性基板と前記半導体層とを間に挟んで、前記ｐ電極と重ならないように設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ電極は、前記半導体層の中央部となる位置に設けられ、
前記オーミック電極は、前記半導体層の周辺部となる位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｐ電極は、前記半導体層の周辺部となる位置に設けられ、
前記オーミック電極は、前記ｐ電極が設けられた位置より最も離れた前記半導体層の周辺部となる位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記オーミック電極は、前記導電性基板と前記半導体層とを間に挟んで、前記ｐ電極と重なるように設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ電極は、前記半導体層の中央部となる位置に設けられ、
前記オーミック電極は、前記基板の中央部となる位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｐ電極と前記半導体層との間に、光透過性を有するコンタクト電極が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性基板の実装面側にｎ電極が設けられ、フェイスアップで実装される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェイスアップで実装され、ｎ側およびｐ側のそれぞれの電極がワイヤボンディングで他と接続される半導体発光素子は、基板に、ｎ型半導体層と、発光層とｐ型半導体層を順次積層し、ｐ電極を形成するとともに、ｎ電極が形成される領域をエッチングして、ｎ型半導体層を露出させてｎ電極を設けることで形成される。そして基板の下面を実装面としてダイボンドし、ｎ電極およびｐ電極にワイヤボンドして、通電することで発光させることができる。
【０００３】
このように形成される半導体発光素子は、ｎ電極を形成するに際し、ｐ型半導体層および発光層とをエッチングして、その領域を確保しているので、発光層の発光する面積が、基板の面積に対して減少する。従って、その分輝度が低くなる。
【０００４】
基板をサファイアなどの絶縁性基板とし、かつフェイスアップで実装するような半導体発光素子であれば、上記のように半導体層をエッチングしてｎ電極を形成することになる。しかし、基板が導電性基板であれば、基板の実装面側にｎ電極を設けることができ、発光層の面積を基板の面積とほぼ等しく確保することができるので、ｐ型半導体層および発光層をエッチングしてｎ電極を形成する半導体発光素子より高輝度とすることができる。
【０００５】
このような導電性基板の実装面側にｎ電極を設けた半導体発光素子として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の窒化ガリウム系発光素子は、ｎ型窒化ガリウム基板の裏に形成するｎ電極を多層構造にし、部分的に形成することで金属電極による歪みを低減するものである。
【特許文献１】特開２００２−１６３１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の窒化ガリウム系発光素子などの導電性基板の実装面側にｎ電極を設けた半導体発光素子は、発光層からの光は、ｐ型半導体層方向へ向かって主光となって出射されるが、基板方向にも向かう。この基板方向へ向かう光は、一部ｎ電極に反射して戻り光となって輝度に寄与するものの、その大部分は損失してしまい、主光として出射される光の輝度には寄与しない。従って、ｎ電極は、導電性基板の実装面側に設けることで、フェイスアップで実装される半導体発光素子より発光層の面積を広く確保できるが、輝度が低下してしまう。
【０００７】
そこで本発明は、導電性基板の実装面側にｎ電極を設けたとしても、輝度の向上が図れる半導体発光素子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】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、導電性基板の一方の面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として設けられ、前記半導体層にｐ電極が設けられ、前記導電性基板の他方の面にｎ電極が設けられた半導体発光素子において、前記ｎ電極は、前記導電性基板の一部に設けられた１つ以上のオーミック電極と、前記オーミック電極を覆うとともに、かつ前記導電性基板の他方の面の全面に設けられた反射電極とで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、オーミック電極が導電性基板とのオーミック性を維持しつつ、反射電極が発光層から基板方向へ出射された光を反射するので、半導電性基板の実装面側にｎ電極を設けたとしても、輝度の向上が図れることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願の第１の発明は、導電性基板の一方の面に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とが半導体層として設けられ、半導体層にｐ電極が設けられ、導電性基板の他方の面にｎ電極が設けられた半導体発光素子において、ｎ電極は、導電性基板の一部に設けられた１つ以上のオーミック電極と、オーミック電極を覆うとともに、かつ導電性基板の他方の面の全面に設けられた反射電極とで形成されていることを特徴としたものである。
【００１１】
基板の半導体層が設けられた面とは反対面となる他方の面にｎ電極を設けることで、発光層は導電性基板とほぼ等しい面積を確保することができる。また、ｎ電極は、導電性基板の一部に設けられた１つ以上のオーミック電極と、かつ導電性基板の他方の面の全面に設けられた反射電極とで形成されていることにより、ダイボンドされるｎ電極のうち、オーミック電極が導電性基板とのオーミック性を維持しつつ、反射電極が発光層から基板方向へ出射された光を反射して、半導体層方向へ向かう光として主光の一部とすることができる。従って、導電性基板の実装面側にｎ電極を設けたとしても、輝度の向上が図れる。
【００１２】
本願の第２の発明は、オーミック電極は、導電性基板と半導体層とを間に挟んで、ｐ電極と重ならないように設けられていることを特徴としたものである。
【００１３】
オーミック電極が、導電性基板と半導体層とを間に挟んで、ｐ電極と重ならないように設けられているので、電流がｐ電極からｎ電極へ流れるときに拡散させて通過させることができる。従って、発光層の発光する範囲を広くすることができる。
【００１４】
本願の第３の発明は、ｐ電極は、半導体層の中央部となる位置に設けられ、オーミック電極は、半導体層の周辺部となる位置に設けられていることを特徴としたものである。
【００１５】
ｐ電極が半導体層の中央部となる位置に設けられ、オーミック電極が半導体層の周辺部となる位置に設けられているので、ｐ電極が設けられた中央部から、周囲部となる位置に設けられた１つ以上のｎ電極のオーミック電極に向かって電流を流すことができる。従って、半導体層の内部を周囲に向かうように広がりながら電流を通過させることが可能なので、発光層を広範囲に発光させることができ、輝度の向上を図ることができる。
【００１６】
本願の第４の発明は、ｐ電極は、半導体層の周辺部となる位置に設けられ、オーミック電極は、ｐ電極が設けられた位置より最も離れた半導体層の周辺部となる位置に設けられていることを特徴としたものである。
【００１７】
ｐ電極が半導体層の周辺部となる位置に設けられ、オーミック電極がｐ電極に設けられた位置より最も離れた半導体層の周辺部となる位置に設けられていることにより、ｐ電極が設けられた周辺部から、最も離れた周辺部に形成されたオーミック電極に向かって電流が流れるので、半導体層の内部を斜めに広がるように電流を通過させることが可能である。従って、発光層を広範囲に発光させることができるので、輝度の向上を図ることができる。
【００１８】
本願の第５の発明は、オーミック電極は、導電性基板と半導体層とを間に挟んで、ｐ電極と重なるように設けられていることを特徴としたものである。
【００１９】
オーミック電極が、導電性基板と半導体層とを間に挟んで、ｐ電極と重なるように設けられていることにより、オーミック電極以外の導電性基板の実装面側は反射電極が面した状態とすることができる。つまり、光が主光取り出し面から出射される阻害の要因となるｐ電極とは重ならない部分を反射電極とすることができる。従って、発光層から導電性基板方向へ出射された光は、反射電極に反射すると、ｐ電極に阻害されることなく、出射させることができる。
【００２０】
本願の第６の発明は、ｐ電極は、半導体層の中央部となる位置に設けられ、オーミック電極は、基板の中央部となる位置に設けられていることを特徴としたものである。
【００２１】
ｐ電極が半導体層の中央部となる位置に設けられ、オーミック電極が基板の中央部となる位置に設けられていることにより、オーミック電極が形成されていた半導体層の中央部以外は反射電極とすることができる。従って、発光層からの光が反射電極に反射すると、半導体層の中央部に設けられたｐ電極に阻害されることなく主光として出射させることができる。
【００２２】
本願の第７の発明は、ｐ電極と半導体層との間に、光透過性を有するコンタクト電極が設けられていることを特徴としたものである。
【００２３】
ｐ電極と半導体層との間に、光透過性を有するコンタクト電極が設けられていることにより、ｐ電極から流れる電流を拡散させつつ、光を透過させることができるので、より輝度の向上を図ることが可能である。
【００２４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を図１および図２に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図である。
【００２５】
図１および図２に示すように、半導体発光素子１は、基板２の一方の面に、ｎ型半導体層３ａと、発光層３ｂと、ｐ型半導体層３ｃとが半導体層３として設けられている。
【００２６】
半導体層３にはコンタクト電極４が設けられ、コンタクト電極４を覆うように保護膜５が設けられている。そして、ｐ電極６がコンタクト電極４に設けられている。また基板２の他方の面となる実装面側には、ｎ電極７が設けられている。
【００２７】
この半導体発光素子１は、フェイスアップで実装するときにｎ電極７が、銀ペーストなどを介在させて接続されている。従って、コンタクト電極４のｐ電極６を除いた面が主光取り出し面Ｓとなる。
【００２８】
基板２は、平面視して矩形状に形成されており、導電性を有している。基板２は、例えばＧａＮ，ＳｉＣ，ＧａＡｓやＧａＰなどで形成することができる。
【００２９】
ｎ型半導体層３ａは、基板２の全面に例えばＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層することで形成されている。ｎ型半導体層３ａと基板２の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。
【００３０】
発光層３ｂは、ｎ型半導体層３ａの全面に、例えばＩｎＧａＮ等を積層して形成されている。また、ｐ型半導体層３ｃは、発光層３ｂの全面にＡｌＧａＮ等を積層して形成されている。
【００３１】
コンタクト電極４は、コンタクト性の向上を図るために設けるので、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。しかし、発光層３ｂからの光をより多く透過させる必要があるので、透過率の高いものが望ましい。例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどを選択することが可能である。コンタクト電極４を、ＩＴＯやＺｎＯで形成すると、材質の特性としてコンタクト性や電流拡散性がＰｔなどの金属より劣るが、透過率が高いため層厚を厚く形成することで、改善することが可能である。本実施の形態では、コンタクト電極４としてＩＴＯを採用している。
【００３２】
保護膜５は、コンタクト電極４を保護するために設けられている。これは、半導体発光素子１をウエハ状態で形成した後に、ブレードでウエハをダイシングして個片とする際に発生する研削粉を除去する塩素系洗浄液でコンタクト電極４が溶解するおそれがあるからである。特に、コンタクト電極４がＩＴＯで形成されていると、塩酸を希釈した洗浄液にコンタクト電極４が溶解してしまう。そこで塩素系洗浄液に溶解しない例えばＳｉＯ2で保護膜５を形成することで、この塩素系洗浄液からコンタクト電極４を保護することができる。
【００３３】
ｐ電極６は、円形状に形成されたボンディング用の電極であり、主光取り出し面Ｓ側から見たときに、半導体層３の中央部に位置するようにコンタクト電極４に積層されている。ｐ電極６を多層とし、コンタクト電極４と接する面の層をＡｕ以外としたときは、ワイヤボンディングする際に他と接続することになるｐ電極６の表面はＡｕとするのが接続性の点から望ましい。例えば、ｐ電極６として、コンタクト電極４からＲｈ，Ｔｉ，Ａｕと順次積層して形成することができる。
【００３４】
ｎ電極７は、基板２とオーミック接合するオーミック電極７ａと、発光層３ｂからの光を反射する反射電極７ｂとを備えている。
【００３５】
オーミック電極７ａは、基板２と半導体層３とコンタクト電極４とを間に挟んで、ｐ電極６と重ならないように基板２の実装面側の一部に設けられている。本実施の形態では、オーミック電極７ａは、基板２および半導体層３が平面視して矩形状に形成されているので、周辺部である角部に４つ設けられている。オーミック電極７ａは、基板２とオーミック接合可能な材質のものであれば使用することができるが、ＴｉやＰｄとすることが可能である。
【００３６】
反射電極７ｂは、オーミック電極７ａを覆うとともに、かつ基板２の実装面側の全面に設けられている。反射電極７ｂは、発光層３ｂからの光を半導体層３の方向へ反射させるために、少なくともオーミック電極７ａより反射率の高い材質のものが望ましく、例えば、Ａｇ，Ａｌ，Ｒｈ、またはこれら金属を１種類以上含む合金で形成することができるが、ＡｇまたはＡｇ合金が高い反射率を有しているので望ましい。反射電極７ｂをＡｇ合金とした場合には、その層厚を２０００Å（０．２μｍ）以上とすると、十分な反射が期待できる。
【００３７】
オーミック電極７ａの基板２側をＴｉとし、反射電極７ｂ側をＰｄとした多層構造とし、反射電極７ｂをＡｇ合金とすると、基板２に対してオーミック電極７ａがオーミック接続され、オーミック電極７ａと反射電極７ｂとの密着性を向上させることができる。
【００３８】
このように、オーミック電極７ａが導電性を有する基板２とのオーミック性を維持しつつ、反射電極７ｂが発光層３ｂから基板方向へ出射された光を反射して、半導体層３方向へ向かう光として主光の一部とすることができる。従って、導電性を有する基板２の実装面側にｎ電極７を設けたとしても、輝度の向上が図れる。
【００３９】
また、ｐ電極６が主光取り出し面Ｓ側から見たときに、半導体層３の中央部に位置するようにコンタクト電極４に積層され、オーミック電極７ａが基板２と半導体層３とコンタクト電極４とを間に挟んで、ｐ電極６と重ならないように基板２の角部に４つ設けられているので、ｐ電極６が設けられた中央部から、角部に設けられたオーミック電極７ａに向かって電流が流れる。従って、半導体層３の内部を周囲に向かうように広がりながら電流を通過させることが可能なので、発光層３ｂを広範囲に発光させることができる。
【００４０】
更に、コンタクト電極４を半導体層３とｐ電極６との間に介在させているので、ｐ電極から流れる電流をより広い範囲で拡散して、オーミック電極７ａに向かって通過させることができる。
【００４１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子を図３および図４に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。図４は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図である。なお図３および図４において、図１および図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００４２】
本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子は、ｐ電極およびオーミック電極の形状と設けられている位置とを、実施の形態１の半導体発光素子１から変更したものである。
【００４３】
図３および図４に示すように、半導体発光素子１０は、平面視して略矩形状に形成された基板２および半導体層３の周辺部である角部となる位置に、略矩形状に形成されたｐ電極１１が設けられている。ｐ電極１１は、実施の形態１のｐ電極６と形状は異なるものの同じ材質のものが使用できる。
【００４４】
また、半導体発光素子１０のｎ電極１２は、略矩形状に形成されたオーミック電極１２ａと、オーミック電極１２ａを覆うように基板２の実装面側の全面に設けられた反射電極１２ｂとを備えている。オーミック電極１２ａおよび反射電極１２ｂは、実施の形態１のオーミック電極７ａおよび反射電極７ｂと形状は異なるものの同じ材質のものが使用できる。
【００４５】
オーミック電極１２ａは、ｐ電極１１と基板２および半導体層３を間に挟んでｐ電極１１と重ならないように設けられている。また、オーミック電極１２ａは、ｐ電極１１が設けられた角部と対角となる角部に設けられている。オーミック電極１２ａとｐ電極１１とを、基板２および半導体層３を間に挟んで対角となる位置に配置することで、オーミック電極１２ａとｐ電極１１とは最も離れた位置となる。つまり、ｐ電極１１が設けられた角部から、最も離れた対角の角部に形成されたオーミック電極１２ａに向かって電流が流れるので、半導体層３の内部を斜めに広がるように電流を通過させることが可能である。つまり、発光層３ｂを広範囲に発光させることができるとともに、広範囲に発光した発光層３ｂからの光のうち、基板２方向へ出射した光を、反射電極１２ｂが反射して、主光として主光取り出し面Ｓから出射させることができるので、更に輝度の向上を図ることができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子を図５および図６に基づいて説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。図６は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図である。なお図５および図６において、図１および図２と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００４７】
本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子は、ｐ電極およびオーミック電極の形状と設けられている位置とを、実施の形態１の半導体発光素子１および実施の形態２の半導体発光素子１０から変更したものである。
【００４８】
図５および図６に示すように、半導体発光素子１５は、平面視して略矩形状に形成された基板２および半導体層３の中央部に位置するようにコンタクト電極４に、円形状に形成されたｐ電極６が積層されている。
【００４９】
ｎ電極１６は、略円形状に形成されたオーミック電極１６ａと、オーミック電極１６ａを覆うように基板２の実装面側の全面に設けられた反射電極１６ｂとを備えている。オーミック電極１６ａおよび反射電極１６ｂは、実施の形態１のオーミック電極７ａおよび反射電極７ｂと形状は異なるものの同じ材質のものが使用できる。
【００５０】
オーミック電極１６ａは、ｐ電極６が設けられた位置と基板２および半導体層３を間に挟んで、重なるように設けられている。
【００５１】
オーミック電極１６ａをｐ電極６と重なるように形成することで、オーミック電極１６ａ以外の基板２の実装面側は反射電極１６ｂが面した状態とすることができる。つまり、光が主光取り出し面Ｓから出射される阻害の要因となるｐ電極６とは重ならない部分を反射電極１６ｂとすることができる。従って、発光層３ｂから基板２方向へ出射された光は、反射電極１６ｂに反射すると、ｐ電極６に阻害されることなく、出射させることができる。
【００５２】
このように、オーミック電極１６ａは、ｐ電極６と基板２および半導体層３とを間に挟んで重なるように設けられていればよいので、ｐ電極６と等しい形状かあるいは小さい形状とすることができる。ｐ電極６は、面積が小さければ小さいほど光の出射を阻害しないが、ワイヤボンディングするに必要最小限の面積を確保する必要がある。またオーミック電極１６ａは、面積が小さいほど反射電極１６ｂが基板２に面する面積が広くなるので、より反射する光の量が多くなるが、オーミック電極１６ａへ流れる電流の範囲が狭くなる。従って、ｐ電極６をワイヤボンディングするに必要最小限の面積を確保し、オーミック電極１６ａをｐ電極６とほぼ同じ面積とするのが望ましい。
【００５３】
またオーミック電極１６ａとｐ電極とが重なるように中央部に位置していることで、オーミック電極がｐ電極６と重ならないように、ｐ電極から遠い位置にあるものよりも電流の広がりが少ないが、コンタクト電極４がｐ型半導体層３ｃに積層され、電流拡散に寄与するので、輝度低下を抑止することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、例えば、オーミック電極を円形状や矩形状とせずに、三角形状や多角形状や異形状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、導電性基板の実装面側にｎ電極を設けたとしても、輝度の向上が図れるので、フェイスアップで実装される半導体発光素子に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図
【図３】本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図
【図４】本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図
【図５】本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する平面図
【符号の説明】
【００５７】
１，１０，１５  半導体発光素子
２  基板
３  半導体層
３ａ  ｎ型半導体層
３ｂ  発光層
３ｃ  ｐ型半導体層
４  コンタクト電極
５  保護膜
６，１１  ｐ電極
７，１２，１６  ｎ電極
７ａ，１２ａ，１６ａ  オーミック電極
７ｂ，１２ｂ，１６ｂ  反射電極
Ｓ  主光取り出し面
【図１】
2007081011.tif 000003
【図２】
2007081011.tif 000004
【図３】
2007081011.tif 000005
【図４】
2007081011.tif 000006
【図５】
2007081011.tif 000007
【図６】
2007081011.tif 000008