(57)【要約】【課題】単一基板上に複数の発光素子が設けられた半導体発光素子において、本構成を用いない場合に比べて光取出効率を向上する半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は、基板１０上に第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層を含む半導体積層構造２１を有する発光部１Ａと、基板１０上に発光部１Ｂと離間して異なる領域に設けられ、第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層を有する半導体積層構造２１を有する発光部１Ｂと、発光部１Ａの第１導電型層と、発光部１Ｂの第２の導電型層とを電気的に接続する内部配線層８３と、発光部１Ａの発光層及び発光部１Ｂの発光層の少なくともいずれかの発光層と、内部配線層８３との間に設けられ、発光部１Ａの発光層及び発光部１Ｂの発光層の少なくともいずれかの発光層から発光した光の少なくとも一部を反射する反射層９３とを有する。【選択図】図１
2012204373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、第１導電型の第１導電型層と第２導電型の第２導電型層とに挟まれた発光層を含む半導体積層構造を有する第１の発光部と、
前記基板上に前記第１の発光部と離間して異なる領域に設けられ、前記第１導電型の第１導電型層と前記第２導電型の第２導電型層とに挟まれた発光層を含む半導体積層構造を有する第２の発光部と、
前記第１の発光部の前記第１導電型層と、前記第２の発光部の前記第２の導電型層とを電気的に接続する配線層と、
前記第１の発光部の前記発光層及び前記第２の発光部の前記発光層の少なくとも何れかの発光層と、前記配線層との間に設けられ、前記少なくとも何れかの発光層から発光した光の一部を反射する反射層とを備える半導体発光素子。
【請求項２】
前記反射層は、前記発光層から発せられた光の反射率が前記配線層よりも高く、前記配線層、前記第１導電型層及び前記第２導電型層と接触しないように、絶縁層中に形成される請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の発光部は、前記第１導電型層とオーミック接触する透明電極と、前記透明電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記透明電極にオーミック接触する第１の電極を有し、
前記第２の発光部は、前記第２導電型層上に形成された絶縁層と、前記絶縁層を貫通し、前記第２導電型層にオーミック接触する第２の電極を有し、
前記配線層は、前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に接続し、
前記反射層は、前記第１の電極、前記第２の電極、及び前記透明電極と接触しないように前記絶縁層中に前記配線層の形状に対応した形状に形成される請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の発光部の前記第１の電極は、前記配線層との接続部から延在する線状の第１の延在部を含み、
前記第２の発光部の前記第２の電極は、前記配線層との接続部から延在する線状の第２の延在部を含み、
前記反射部は、さらに前記第１の延在部及び前記第２の延在部の下方に前記延在部の形状に対応した形状に形成される請求項３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、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子として、単一基板上に二次元的に配列された複数の発光素子を内部配線によって電気的に接続する半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の半導体発光素子は、単一基板上に複数の半導体積層構造が離間されて二次元的に配列され、これら半導体積層構造に電極等を設けて複数の発光素子を構成するとともに、複数の発光素子それぞれの一方の電極は、他の発光素子の他方の電極と半導体プロセスによって形成される内部配線によって電気的に接続されるため、複数の発光素子全てにボンディングする必要がなく、配線の工程数を減少することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５２１８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の半導体発光素子では、内部配線に導電率のよいＡｕ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属を用いると内部配線が半導体積層構造の発光層から発光する光を吸収するために光取出効率が低下し、また内部配線に反射率の高いＡｌやＡｇ等の金属を用いるとマイグレーションが生じるために発光素子の電気的特性が損なわれるという問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、単一基板上に複数の発光素子が設けられた半導体発光素子において、本構成を用いない場合に比べて光取出効率を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するため、基板上に設けられ、第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層とからなる半導体積層構造を有する第１の半導体発光素子と、前記基板上に前記第１の半導体発光素子と離間して異なる領域に設けられ、第１導電型層と第２導電型層とに挟まれた発光層とからなる半導体積層構造を有する第２の半導体発光素子と、前記第１の半導体発光素子の前記第１導電型層と、前記第２の半導体発光素子の前記第２の導電型層とを電気的に接続する配線層と、前記第１の半導体発光素子の前記発光層及び前記第２の半導体発光素子の前記発光層と、前記配線層との間に設けられ、前記第１の半導体発光素子の前記発光層及び前記第２の半導体発光素子の前記発光層から発光した光の少なくとも一部を反射する反射層とを有する半導体発光素子が提供される。
【０００８】
前記反射層は、前記発光層から発せられた光の反射率が前記配線層よりも高く、前記配線層、前記第１導電型層及び前記第２導電型層と接触しないように、絶縁層中に形成してもよい。
【０００９】
前記第１の半導体素子又は前記第２の半導体素子は、前記第２の導電型層にオーミック接触する透明電極と、前記透明電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたワイヤボンディング用の上側電極と、前記絶縁層を貫通し、前記透明電極及び前記ワイヤボンディング用電極にオーミック接触する下側電極とを有し、前記配線層は、前記第１導電型層に電気的に接続された前記上側電極と、前記第２導電型層に電気的に接続された前記上側電極とを電気的に接続し、前記反射層は、前記第１導電型層に電気的に接続された前記上側電極、前記第１導電型層に電気的に接続された上側電極及び前記下側電極と接触しないように前記絶縁層中に形成してもよい。
【００１０】
前記上側電極は、ボンディングワイヤを接続するためのボンディング領域と、前記ボンディング領域から延在する線状の延在部と、を含み、前記反射部は、さらに前記延在部の下方に形成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、単一基板上に複数の発光素子が設けられた半導体発光素子において、本構成を用いない場合に比べて光取出効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、半導体発光素子の模式断面図である。
【図２】図２は、半導体発光素子の一部を拡大した模式断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態を示す半導体発光素子の模式平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜図３は本発明の実施の形態を示し、図１は、半導体装置の模式断面図、図２は、半導体発光素子の一部を拡大した模式断面図である。また、図３は半導体発光素子の模式平面図である。
【００１４】
（発光素子の構成）
この発光素子１は、図１〜３に示すように、サファイア等の基板１０上に２つの発光部１Ａ及び１Ｂを有し、発光部１Ａ及び１Ｂそれぞれの一方の電極は互いに内部配線層８３によって直列に接続されている。なお、発光素子１は、３以上の発光素子を直列に設けるものであってもよい。
【００１５】
（発光素子の構成）
（半導体積層構造）
発光部１Ａ及び１Ｂは、基板１０上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられるｎ型コンタクト層２２と、ｎ型コンタクト層２２上に設けられるｎ型ＥＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｓｔａｔｉｃ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）層２３と、ｎ型ＥＳＤ層２３上に形成されるｎ型クラッド層２４と、ｎ型クラッド層２４上に設けられる発光層であるＭＱＷ層２５と、発光層２５上に設けられるｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に設けられるｐ型コンタクト層２７とを含む半導体積層構造２１を備える。また、ｐ型コンタクト層２７からｎ型コンタクト層２２の一部がエッチングにより除去され、ｎ型コンタクト層２２の一部が露出している。
【００１６】
ここで、バッファ層２０と、ｎ型コンタクト層２２と、ｎ型ＥＳＤ層２３と、ｎ型クラッド層２４と、発光層２５と、ｐ型クラッド層２６と、ｐ型コンタクト層２７とはそれぞれ、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体からなる層である。ＩＩＩ族窒化物化合物半導体は、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の四元系のＩＩＩ族窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００１７】
本実施形態においては、バッファ層２０は、ＡｌＮから形成される。そして、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型ＥＳＤ層２３及びｎ型クラッド層２４は、所定量のｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）をそれぞれドーピングしたｎ−ＧａＮからそれぞれ形成される。また、発光層２５は、複数の井戸層と複数の障壁層とを含んで形成される多重量子井戸構造を有する。井戸層は例えばＧａＮから、障壁層は例えばＩｎＧａＮ若しくはＡｌＧａＮ等から形成される。さらに、ｐ型クラッド層２６及びｐ型コンタクト層２７は、所定量のｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）をドーピングしたｐ−ＧａＮからそれぞれ形成される。
【００１８】
基板１０の上に設けられるバッファ層２０からｐ型コンタクト層２７までの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：  ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ  ：  ＭＢＥ）、ハライド気相エピタキシー法（Ｈａｌｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ  ：  ＨＶＰＥ）等によって形成することができる。ここで、バッファ層２０がＡｌＮから形成されるものを例示したが、バッファ層２０はＧａＮから形成することもできる。また、発光層２５の量子井戸構造は、多重量子井戸構造でなく、単一量子井戸構造、歪量子井戸構造にすることもできる。
【００１９】
（電極）
また、発光部１Ａ及び１Ｂは、ｐ型コンタクト層２７上に設けられる透明電極３０と、透明電極３０上及び半導体積層構造上に形成される絶縁層４０と、を備えている。さらに、発光部１Ａ及び１Ｂは、絶縁層４０を貫通し透明電極３０とオーミック接触する下側ｐ電極５０と、絶縁層４０を貫通しｎ型コンタクト層２２とオーミック接触する下側ｎ電極６０と、を備えている。
【００２０】
透明電極３０は、発光層２５から発せられる光に対して透明な導電性酸化物から形成され、本実施形態においてはＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）から形成される。透明電極３０は、例えば、真空蒸着法を用いて形成される。なお、透明電極３０は、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することもできる。
【００２１】
本実施形態においては、絶縁層４０としてＳｉＯ２が用いられる。なお、絶縁層４０として他の材料を用いてもよく、例えばＳｉＮの他、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５等の金属酸化物、若しくはポリイミド等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成することもできる。絶縁層４０は、例えば真空蒸着法により形成されるが、化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ：  ＣＶＤ）により形成することもできる。絶縁層４０における透明電極３０の上側の一部と、ｎ型コンタクト層２２の上側の一部は、下側ｐ電極５０及び下側ｎ電極６０を形成するために、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて除去される。
【００２２】
下側ｐ電極５０は、透明電極３０と接触する第１金属層５２と、この上に形成される第２金属層５４と、を含む。第１金属層５２は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｃｒ等のＩＴＯとオーミック接触する金属からなる。本実施形態においては、第１金属層５２としてＮｉが、第２金属層５４としてＡｕがそれぞれ用いられる。また、下側ｎ電極６０は、ｎ型コンタクト層２２と接触する第１金属層６２と、この上に形成される第２金属層６４と、を含む。第２金属層６２は、例えばＮｉ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｖ、Ｐｔ、Ｃｒ等のｎ型コンタクト層２２とオーミック接触する金属からなる。本実施形態においては、第１金属層６２と第２金属層６４は、下側ｐ電極５０の第１金属層５２及び第２金属層６４と同じ材料が用いられる。
【００２３】
下側ｐ電極５０及び下側ｎ電極６０は、例えば真空蒸着法を用いて形成される。本実施形態において、下側ｐ電極５０を構成する材料と、下側ｎ電極６０を構成する材料とは、同一材料であり、電極材料を同時に真空蒸着することにより各電極５０，６０が形成される。なお、下側ｐ電極５０と下側ｎ電極６０を異なる材料としてもよく、この場合は同時でなく別々に形成される。また、下側ｐ電極５０及び下側ｎ電極６０を、スパッタリング法により形成することもできる。
【００２４】
また、発光部１Ｂは、絶縁層４０上に形成され、下側ｐ電極５０とオーミック接触する上側ｐ電極７０を備えている。上側ｐ電極７０は、平面視にて、下側ｐ電極５０よりも大きく形成される。上側ｐ電極７０は、絶縁層４０及び下側ｐ電極５０と接触し、実装時にボンディングワイヤ（図示せず）が接続される。上側ｐ電極７０は、ボンディングワイヤとの接合に適した金属が選択される。本実施形態においては、上側ｐ電極７０としてＡｕが用いられる。なお、上側ｐ電極７０は、Ｔｉ又はＮｉを主成分として含む合金から形成することもできる。
【００２５】
また、発光部１Ａは、絶縁層４０上に形成され、下側ｎ電極６０とオーミック接触する上側ｎ電極８０を備えている。上側ｎ電極８０は、平面視にて、下側ｎ電極６０よりも大きく形成される。上側ｎ電極８０は、絶縁層４０及び下側ｎ電極６０と接触し、実装時にボンディングワイヤ（図示せず）が接続される。上側ｎ電極８０は、ボンディングワイヤとの接合に適した金属が選択される。本実施形態においては、上側ｎ電極８０は、上側ｐ電極７０と同じ材料が用いられる。
【００２６】
発光部１Ｂの上側ｐ電極７０の延在部７００及び発光部１Ａの延在部７２０が、平面視にて、それぞれ発光部１Ｂ及び１Ａの辺部に沿って延びている。また、発光部１Ａの上側ｎ電極８０の延在部８００及び発光部１Ｂの延在部８２０は、平面視にて、それぞれ発光部１Ａ及び１Ｂの中央を所定方向へ延び、それぞれ延在部７２０及び７００に囲まれている。延在部８００及び８２０には、複数の下側ｐ電極６０が、延在部７００及び７２０には、複数の下側ｎ電極５０が接続されており、効率よく電流が拡散されるようになっている。
【００２７】
また、延在部７２０と延在部８２０は、内部配線層８３により一体に形成されており、発光部１Ａ及び１Ｂを電気的に直列に接続する。
【００２８】
（反射層）
また、発光部１Ａ及び１Ｂは、ＭＱＷ層２５から発せられる光を反射する反射層９０、９２、９３、９４及び９６を有する。
【００２９】
反射層９０、９２、９３、９４及び９６は、それぞれ透明電極３０、下側ｐ電極５０、下側ｎ電極６０、上側ｐ電極７０、上側ｎ電極８０、延在部７００、７２０、８００、８２０及び内部配線層８３等の導電部材と接触しないように、絶縁層４０中に、反射率の高い金属、例えば、Ａｌ、Ａｇ等を用いて形成される。一般に、反射率が高い金属は、エレクトロマイグレーションが発生しやすいものが多い。そのため、他の導電部材に接続される部材に反射率が高い金属を用いる場合、材料の選択の幅が狭くなるという問題が生じる。しかし、本実施の形態の反射層９０、９２、９３、９４及び９６は、全面が絶縁層４０に覆われ、他の導電部材と接触しないため、エレクトロマイグレーションが発生した場合であっても、発光部１Ａ及び１Ｂの電気的特性を損なうおそれがない。そのため、反射層９０、９２、９３、９４及び９６の材料の選択の幅は、他の導電部材等のそれよりも広い。すなわち、反射層９０、９２、９３、９４及び９６を用いることにより、発光層２５から発せられる光に対する高い反射率を有する反射部の材料の選択の幅を広げることができる。
【００３０】
反射層９０、９２、９３、９４及び９６は、少なくともそれぞれ対応した導電部材である上側ｎ電極８０及び延在部８００、延在部７２０、内部配線層８３、延在部８２０並びに上側ｐ電極７０及び延在部７００の下方に、導電部材の形状に対応した形状に形成される。これにより、発光部１Ａ及び１Ｂからの光取り出し量をより向上させることができる。
【００３１】
反射層９０、９２、９３、９４及び９６が、導電部材の形状に対応した形状に形成されるのは、発光層２５から導電部材の方向へ進む光を反射し、それ以外の方向へ進む光をそのまま外部へ取り出すためである。
【００３２】
例えば、内部配線層８３の下方の反射層９３の領域は、内部配線層８３の幅となるべく近い幅を有する、内部配線層８３の長さ方向に沿った線状の領域であることが好ましい。この反射層９３の線状の領域の長さ方向の中心線は、内部配線層８３の直下の領域内にある。
【００３３】
（その他の構成）
なお、下側ｐ電極５０の第２金属層５４が透明電極３０と適切にコンタクトできる材料からなる場合は、第１金属層５２の形成を省略することができる。また、下側ｎ電極６０の第２金属層６４がｎ型コンタクト層２２と適切にコンタクトできる材料からなる場合は、第１金属層６２の形成を省略することができる。なお、特に図示していないが、下側ｐ電極５０と上側ｐ電極７０の間にバリア層を形成してもよい。
【００３４】
なお、発光素子１は平面視にて略長方形状に形成される。発光素子１の平面寸法は、例えば、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３５０μｍ及び１０００μｍである。本実施形態においては、上側ｐ電極７０及び上側ｎ電極８０は、それぞれ発光部１Ｂの右端及び発光部１Ａの左端に配置されている。
【００３５】
（作用効果）
以上のように構成された発光素子１によれば、上側ｐ電極７０及び上側ｎ電極８０にボンディングワイヤが接続される。そして、上側ｐ電極７０及び上側ｎ電極８０に順方向の電圧を印加すると、発光部１Ａ及び１Ｂの発光層２５から青色領域の波長の光が発せられる。例えば、各発光部１Ａ及び１Ｂは、それぞれ順電圧が３Ｖ程度で、順電流が２０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５５ｎｍ程度の光を発する。
【００３６】
発光層２５から発せられた光のうち、内部配線層８３へ入射する光は、比較的大きく吸収される。しかしながら、本実施形態の発光部１Ａ及び１Ｂによれば、絶縁層４０上に形成されている反射率の高い反射層９３にて反射され、光の吸収が比較的大きい内部配線層８３まで達することはない。
【００３７】
このように、導電性に優れた内部配線層８３と、内部配線層８３の下方に絶縁層４０を介して反射率の高い反射層９３とを別個に形成したので、内部配線層８３における光の吸収量を小さくするとともに、効率よく光を反射させることができ、発光素子１からの光取り出し量を向上させることができる。
【００３８】
また、同様に上側ｐ電極７０及び延在部７００の方向へ入射する光の殆どは、反射層９２にて反射され、上側ｐ電極７０及び延在部７００まで到達することはない。また、上側ｎ電極８０、延在部８００、延在部７２０及び８２０の方向へ入射する光の殆どは、反射層９０、９２にて反射される。
【００３９】
また、下側ｐ電極５０へ入射する光は、透明電極３０とオーミック接触している第１層５２にて比較的大きく吸収される。しかしながら、本実施形態の発光部１Ａ及び１Ｂによれば、下側ｐ電極５０がワイヤボンディングに必要な面積を有する上側ｐ電極７０より小さく形成されているので、第１層５２への入射量が比較的小さくなっている。
【００４０】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記に記載した実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００４１】
例えば、上記の各実施の形態においては、半導体積層構造のｎ型の層とｐ型の層が逆であってもよい。すなわち、ｎ型コンタクト層２２、ｎ型ＥＳＤ層２３、及びｎ型クラッド層２４から構成されるｎ型半導体層の代わりにｐ型半導体層が形成され、ｐ型クラッド層２６及びｐ型コンタクト層２７から構成されるｐ型半導体層の代わりにｎ型半導体層が形成されてもよい。
【００４２】
また、本実施形態においては、フェイスアップ実装の例を示したが、フリップチップ実装であってもよいことは勿論である。
【００４３】
また、本実施形態においては、上側ｐ電極７０及び上側ｎ電極８０が両端に配置されるものを示したが、電極の配置は任意である。例えば、上側ｐ電極７０及び上側ｎ電極８０が対角状に配置されるものであってもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、発光部１Ａ及び１Ｂが青色領域にピーク波長を有するＬＥＤであるものを示したが、紫外領域、緑色領域等にピーク波長を有するＬＥＤであってもよいことは勿論である。
【００４５】
また、前記実施形態においては、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光部１Ａ及び１Ｂについて述べたが、ＧａＡｌＡｓやＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｌＰ等の化合物半導体を用いた発光素子に対しても、本発明の思想を逸脱しない範囲内で適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１      発光素子
１Ａ    発光部
１Ｂ    発光部
１０    基板
２０    バッファ層
２１    半導体積層構造
２２    ｎ型コンタクト層
２３    ｎ型ＥＳＤ層
２４    ｎ型クラッド層
２５    発光層（ＭＱＷ層）
２６    ｐ型クラッド層
２７    ｐ型コンタクト層
３０    透明電極
４０    絶縁層
５０    下側ｐ電極
６０    下側ｎ電極
７０    上側ｐ電極
８０    上側ｎ電極
８３    内部配線層
９０、９２、９３、９４、９６    反射層
７００、７２０、８００、８２０        延在部
【図１】
2012204373.tif 000003
【図２】
2012204373.tif 000004
【図３】
2012204373.tif 000005