(57)【要約】【課題】ワイヤボンディング時の機械的ストレスや衝撃により半導体発光層の発光領域にダメージを与えないようにして、発光強度の低下やリーク電流の増大を防止することができる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】導電性基板１とｐ側電極６及び絶縁層５とは導電性融着層７を介して接合されている。半導体発光層として発光領域を含む窒化物半導体層２が形成されており、窒化物半導体層２の下側には金属からなるｐ側電極６が形成されている。ｎ側電極は、ｎ側ワイヤボンディング用電極３と補助電極４とで構成されている。ｎ側ワイヤボンディング用電極３は、窒化物半導体層２が形成されている領域と離れた領域に配置されているので、ワイヤボンディング時の衝撃やストレスが窒化物半導体層２に加わらない。【選択図】        図１
2007096090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板上に、少なくとも、第１電極、発光領域を含む半導体発光層、第２電極が順に積層され、前記第２電極の一部がワイヤボンディング用電極を構成している半導体発光素子において、前記ワイヤボンディング用電極を前記半導体発光層と上下に重ならないように、半導体発光層が形成されている領域から分離した領域に配置したことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ワイヤボンディング用電極と前記半導体発光層との間には電気的絶縁層が形成さ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】
前記電気的絶縁層は、前記半導体発光層の一部に重なるようにして半導体発光層の上側に形成さ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】
前記第１電極と導電性基板とは電気的に接続されており、電気的に接続された面と反対側の面は外部接続端子となっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
成長用基板に発光領域を含む半導体発光層、第１電極の順に成長させ、導電性基板に前記半導体発光層、第１電極を貼り替えた後、前記半導体発光層の上に第２電極が積層されるとともに、該第２電極の一部を構成するワイヤボンディング用電極が前記半導体発光層と上下に重ならないように、半導体発光層が形成されている領域から分離した領域に設けられる半導体発光素子の製造方法において、成長用基板上で前記半導体発光層、第１電極のパターニングを行っておくことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤボンディング電極を有する半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）もしくはＴｌＮ（窒化タリウム）またはこれらの混晶等を用いたＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（以下、窒化物系半導体と呼ぶ）およびこれらの混晶にＡｓ、ＰおよびＳｂの少なくとも１つの元素を含む混晶等のＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体からなる化合物半導体層を有する窒化物系半導体素子を利用した発光ダイオード（以下ＬＥＤ）の開発が盛んに行われている。特に近年、将来の照明代替用途を目指して発光出力の向上と低コスト化の要望が強い。そのためには歩留まり向上が重要となってくる。
【０００３】
ところで、上記窒化物系半導体素子を利用したＬＥＤ等に限らず、一般に半導体発光素子では、発光領域に電流を流すために、電極にリードワイヤーをワイヤボンディングにより接続することが行われている。このワイヤボンディング時には、キャピラリによる過度の力等が電極に加わることにより電極下の半導体層の発光領域にダメージを与えて破壊してしまうようなことがあり、発光領域へのダメージは、発光強度の低下やリーク電流の増大という問題を引き起こしていた。
【０００４】
そこで、上記問題を解決するために、例えば特許文献１に示されるように、ワイヤボンディングする電極を半導体発光素子の発光領域以外の場所に形成する技術が提案されている。この従来技術を用いた半導体発光素子の構造を図４に示す。図４（ａ）は平面図を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図を、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。サファイア等の絶縁性基板２１上には、ｎ型窒化物半導体層２７、発光層及びｐ型層を含む窒化物半導体層２２が形成されている。ｐ側ワイヤボンディング用電極２３は、窒化物半導体層２２の上に設けられており、ｎ側ワイヤボンディング用電極２４は、ｎ型窒化物半導体層２７に直接形成されている。
【０００５】
また、ｐ側ワイヤボンディング用電極２３からは補助電極２５が延出されており、ｎ側ワイヤボンディング用電極２４を取り囲むように環状に形成されている。この補助電極２５が設けられていることで、窒化物半導体層２２に電流がより均一に流れ、発光強度が向上する。
【０００６】
図４の構成において、仮に、ワイヤボンディング時の機械的ストレスや衝撃により窒化物半導体層２２Ｂが破壊されたとしても、ｐ側ワイヤボンディング用電極２３下の窒化物半導体層２２Ｂと、発光に寄与させる発光領域としての役割を果す窒化物半導体層２２Ａとを絶縁膜２６により電気的に分離しているので、ダメージを受けていない窒化物半導体層２２Ａ側が発光領域として動作し、発光強度の低下やリーク電流の増大を防止することができるというものである。
【特許文献１】特開２００３−１７９２３６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来技術は、絶縁性基板に半導体発光層を成長させ、同一面側にｐ側電極とｎ側電極を有する構造を対象としている。したがって、導電性基板に半導体発光層を成長させ、半導体発光層のｐ側とｎ側にそれぞれ電極を対向して形成した半導体発光素子においては、ワイヤボンディング用電極と対向した電極との間で電流を流す構造となるため、上記従来技術を適用できず、ワイヤボンディング用電極下の窒化物半導体層を電気的に分離できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ワイヤボンディング時の機械的ストレスや衝撃により半導体発光層の発光領域にダメージを与えないようにして、発光強度の低下やリーク電流の増大を防止することができ、歩留まりを良くすることができる半導体発光素子及び半導体発光素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体発光素子は、導電性基板上に、少なくとも、第１電極、発光領域を含む半導体発光層、第２電極が順に積層され、前記第２電極の一部がワイヤボンディング用電極を構成している半導体発光素子において、前記ワイヤボンディング用電極を前記半導体発光層と上下に重ならないように、半導体発光層が形成されている領域から分離した領域に配置したことを特徴とする半導体発光素子である。
【００１０】
また、前記ワイヤボンディング用電極と前記半導体発光層との間には電気的絶縁層が形成さ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である。
【００１１】
また、前記電気的絶縁層が、前記半導体発光層の一部に重なるようにして半導体発光層の上側に形成さ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である。
【００１２】
また、前記第１電極と導電性基板とは電気的に接続されており、電気的に接続された面と反対側の面は外部接続端子となっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【００１３】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、成長用基板に発光領域を含む半導体発光層、第１電極の順に成長させ、導電性基板に前記半導体発光層、第１電極を貼り替えた後、前記半導体発光層の上に第２電極が積層されるとともに、該第２電極の一部を構成するワイヤボンディング用電極が前記半導体発光層と上下に重ならないように、半導体発光層が形成されている領域から分離した領域に設けられる半導体発光素子の製造方法において、成長用基板上で前記半導体発光層、第１電極のパターニングを行っておくことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体発光素子のワイヤボンディング電極部が、半導体発光層が形成されている領域とは異なる領域に形成されているので、ワイヤボンディング時に半導体発光層には機械的ストレスや衝撃が伝わらず、ダメージが発生しないので、発光強度の低下やリーク電流の増大を防止することができ、歩留まりを良くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明による半導体発光素子の構造を示す。図１（ａ）は、本発明の半導体発光素子の平面図を、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図を、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示す。
【００１６】
半導体発光層として発光領域を含む窒化物半導体層２が形成されており、窒化物半導体層２の下側には金属からなるｐ側電極６が、上側には金属からなるｎ側電極が形成されており、ｐ側電極とｎ側電極は窒化物半導体層２を挟んで対向して設けられている。ｐ側電極６とｎ側電極は、各々、第１電極又は第２電極のいずれかに相当するものである。
【００１７】
また、ｎ側電極は、ｎ側ワイヤボンディング用電極３とｎ側ワイヤボンディング用電極３から延出されて環状に形成された補助電極４とで構成されている。この補助電極４は、窒化物半導体層２の上側と絶縁層５の上側に接触するように設けられており、補助電極４により窒化物半導体層２に電流がより均一に流れ、発光強度が向上する。
【００１８】
ｎ側ワイヤボンディング用電極３は、導電性基板１の片隅に配置されており、絶縁層５上に形成されているもので、窒化物半導体層２とは接触しておらず、また、窒化物半導体層２が形成されている領域と離れた領域に配置され、窒化物半導体層２とは上下に重ならない位置に設けられている。一方、導電性基板１とｐ側電極６及び絶縁層５とは導電性融着層７を介して接合されており、この接合面と反対側にはｐ側電極端子８が形成されている。
【００１９】
半導体発光層としての窒化物半導体層２は、ｎ側電極から近い順に、例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層等から構成される。この場合、活性層が発光領域に相当する。
【００２０】
導電性基板１は、電気を導通させるものであれば何でも良いが、本実施例では、窒化物半導体層２を用いているので、導電性基板１は、窒化物半導体層２の熱膨張率と近い材料が良く、例えば、熱膨張率が近いものから順に、ＧａＮ、シリコン、ＳｉＣの導電性材料が望ましく、その他に酸化銅と銅粒子の焼成基板（Ｃｕ２Ｏ  ５０ｗｔ％）やＣｕＷ合金等が適切である。
【００２１】
また、絶縁層５は、電気的絶縁材料で構成されており、塗布型の絶縁物としてポリイミド樹脂等を、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着型の絶縁物としてＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を用いる。ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を用いた場合、これらの材料は、無機材料で耐熱性に優れているので、絶縁層の上にｎ側電極材料を蒸着やスパッタで形成する温度（基板温度は約２００℃になる）に耐えることができ、電極材料の蒸着やスパッタ時の収縮がない。また、硬度が大きく、パターニング時の薬品に耐えることができ、組み立て工程での機械的ストレスでの変形がない。
【００２２】
ｐ側電極６は、例えば、金属の多層膜により構成されており、窒化物半導体層２側から近い順に、Ｔｉ（膜厚１００Å）、Ａｌ（膜厚１０００Å）、Ｔｉ（膜厚１０００Å）、Ｐｔ（膜厚２０００Å）、Ａｕ（膜厚３０００Å）の多層構造となっている。一方、ｎ側ワイヤボンディング用電極３と補助電極４とで構成されたｎ側電極は、ｐ側電極６と同様、金属の多層膜により構成されており、例えば、窒化物半導体層２側から近い順に、Ｎｉ（膜厚１００Å）、Ａｌ（膜厚１０００Å）、Ｔｉ（膜厚１０００Å）、Ｐｔ（膜厚２０００Å）、Ａｕ（膜厚３０００Å）の多層構造となっている。導電性基板１の両側に設けられた導電性融着層７とｐ側電極端子８は、例えば膜厚２〜８μｍのＡｕ（７０〜８０％）とＳｎ（２０〜３０％）の合金により構成される。
【００２３】
ｎ側ワイヤボンディング用電極３に、電源の負電極からのリードワイヤーをワイヤボンディングにより接続し、ｐ側電極端子８を放熱体等に接続するとともに電源の正電極に接続して、窒化物半導体層２に電流を流し、発光させる。ｎ側ワイヤボンディング用電極３は、窒化物半導体層２と上下に重ならないように、かつ窒化物半導体層２が形成されている領域と離れた領域に位置しているので、上記ワイヤボンディング時の機械的ストレスや衝撃は、ワイヤボンディング領域下の絶縁層５や導電性基板１に加わるのみで、窒化物半導体層２には加わらず、窒化物半導体層２にはダメージが発生しない。
【００２４】
図２は図１の半導体発光素子の製造方法を示す。また、図１と同じ番号を付しているものは、同じ構成を示す。図２（ａ）に示すように、まず、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ等の成長用基板１０上に、エピタキシャル成長によって分離層９、活性層を含む窒化物半導体層２の順に成長させ、その上にｐ側電極６を全面に形成する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示すように、接着面にＡｕ−Ｓｎ合金等の導電性融着層７、対面にｐ側電極端子８を形成した導電性基板１と図２（ａ）において形成した多層基板とを融着する。図２（ｃ）に示すように、例えばレーザリフトオフ（ＬＬＯ）の方法を用い、分離層９で吸収されるレーザ光を分離層９全体にスキャンして分離層９を溶かして成長用基板１０を分離する。
【００２６】
次に、図２（ｄ）のように、窒化物半導体層２をパターニングしてｐ側電極６が露出する領域を形成する。その後、図２（ｅ）のように、ｐ側電極６が露出しているワイヤボンディング領域から窒化物半導体層２の一部に絶縁層５をパターン形成する。絶縁層５をパターン形成するときには、図のように、窒化物半導体層２の端部に絶縁層５が一部上下に重なるように形成しておく。仮に、窒化物半導体層２と絶縁層５を並べるようにして敷き詰めた場合には、窒化物半導体層２と絶縁層５との間に隙間が生じる場合があり、この隙間にｎ側電極材料が入り込んでｐ側電極と短絡することがあるので、このようなトラブルを防止するためである。最後にｎ側ワイヤボンディング用電極３及び補助電極４を形成する。そしてワイヤボンディング接続を行った状態を示すのが、Ａｕワイヤボンド１１である。
【００２７】
次に、図３に図２とは別の製造方法を示す。また、図１、２と同じ番号を付しているものは、同じ構成を示す。図３（ａ）に示すように、まず、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ等の成長用基板１０上に、エピタキシャル成長によって分離層９、活性層を含む窒化物半導体層２の順に成長させ、その上にｐ側電極６を全面に形成する。その後、図３（ｂ）に示すように、ｐ側電極６と窒化物半導体層２をパターニングして分離層９が露出する領域を形成する。
【００２８】
次に図３（ｃ）に示すように、接着面にＡｕ−Ｓｎ合金等の導電性融着層７、対面にｐ側端子８を形成した導電性基板１と図３（ｂ）において形成した多層基板とを融着する。そして図３（ｄ）に示すように、例えば分離層９で吸収されるレーザ光を分離層９全体にスキャンして分離層９を溶かして成長基板を分離する。
【００２９】
図３（ｅ）に示すように、導電性融着層７が露出しているワイヤボンディング領域から窒化物半導体層２の一部に絶縁層５をパターン形成する。最後にｎ側ワイヤボンディング用電極３及び補助電極４をパターン形成する。そしてワイヤボンディング接続を行った状態を示すのが、Ａｕワイヤボンド１１である。
【００３０】
図３の製造方法は、図２の製造方法と異なり、成長用基板１０上に半導体層を堆積させた状態でエッチングによるパターニングを行っている。この成長用基板１０は半導体発光素子には用いられない部分なので、エッチングの際に、耐腐食性や堅さを考慮する必要がないが、図２では導電性基板１にこの制約が発生する。
【００３１】
また、エッチングによって窒化物半導体層２をパターニングした場合、ｐ側電極６の露出している領域には、エッチングの影響で表面に凹凸が生じるが、図３では、エッチングによるパターニングを、成長用基板１０上で済ませておき、その後窒化物半導体層２とｐ側電極６とを導電性基板１に貼り替えるようにしているので、導電性融着層７表面の平坦性に影響を与える工程がなくなり、導電性融着層７表面の平坦性が良好になるとともに、その後形成する絶縁層５とｎ側ワイヤボンディング用電極３及び補助電極４の表面の平坦性も向上する。
【００３２】
次に、図２、図３以外の製造方法について以下に説明する。成長基板の分離をレーザリフトオフ等により行わないのが特徴である。絶縁性の成長用基板１０上に、エピタキシャル成長によって、活性層を含む窒化物半導体層２を成長させ、その上にｐ側電極６を全面に形成する。これは図２（ａ）で分離層９がない構成に相当する。その後、図２（ｂ）と同様に形成する。次に、成長用基板１０を研磨して厚み１０μｍ以下の薄膜化した成長用基板にする。
【００３３】
さらに、図１に示すような補助電極４のパターンと窒化物半導体層２とのコンタクト形成のため、補助電極４の下に該当する領域について薄膜化した成長用基板をパターニングで除去する。そしてｐ側電極６が露出しているワイヤボンディング領域から窒化物半導体層２の一部に絶縁層５をパターン形成する。最後にｎ側ワイヤボンディング用電極３及び補助電極４をパターン形成する。
【００３４】
上記実施例では、成長用基板のレーザ分離を行わないため、分離層のエピタキシャル成長が不要となり、高品質な窒化物半導体層を成長できる効果がある。また必要に応じて薄膜化した成長用基板表面を凹凸加工して光取り出し効率を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の半導体発光素子の構造を示す図である。
【図２】本発明の半導体発光素子における製造方法を示す図である。
【図３】本発明の半導体発光素子における他の製造方法を示す図である。
【図４】従来の半導体発光素子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    導電性基板
２    窒化物半導体層
３    ｎ側ワイヤボンディング用電極
４    補助電極
５    絶縁層
６    ｐ側電極
７    導電性融着層
８    ｐ側電極端子
９    分離層
１０  成長用基板
【図１】
2007096090.tif 000003
【図２】
2007096090.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007096090.tif 000006