(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の半導体素子が設けられた発光素子と、その発光素子を実装する実装基体と、を備えており、前記半導体素子の電極と前記実装基体とを電気的に導通する正負一対の第１のバンプと、前記実装基体から電気的に絶縁される第２のバンプとにより、前記発光素子が前記実装基体に接続されてなる半導体発光装置であって、
前記第２のバンプは、前記基板上で隣り合った２つの半導体素子として分離する溝において前記隣り合った半導体素子の正負の電極を接続する接続電極に配置されていることを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体を用いて構成された半導体素子が、青色発光が可能な発光素子として多様な用途に使用されるようになってきている。
【０００２】
この窒化物半導体を用いて構成された半導体素子は、通常、サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、ｐ型窒化物半導体層が順次積層され、ｐ側の層および窒化物半導体活性層の一部を除去して露出させたｎ型窒化物半導体層上にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側オーミック電極が形成されている。
【０００３】
窒化物半導体を用いた従来の発光素子には、ｐ型窒化物半導体側からｐ型窒化物半導体層上に形成された透光性を有する正電極を介して発光した光を出力するいわゆる半導体側発光タイプと、透光性を有するサファイア基板を介して発光した光を出力する基板側発光タイプに分けられている。
【０００４】
窒化物半導体発光素子のなかでもとくに窒化ガリウム系半導体素子では、通常ｐ型窒化物半導体の抵抗値が比較的高いという特徴を有するために、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面に透光性のｐ側のオーミック電極を形成することにより窒化物半導体活性層全体に電流が注入されるように構成している。また窒化物半導体発光素子では、上述のようにｎ型窒化物半導体上の一部にｎ電極を形成し、窒化物半導体層の成長面側にｐ側電極とｎ側電極の両方を形成する必要があるため、窒化物半導体活性層全体に電流が注入されにくい。そこで、ｎ型窒化物半導体層の１つの隅部にｎ側のオーミック電極を形成し、その１つの隅部と対角を成すｐ側オーミック電極上の他の隅部に、外部と電気的に導通するためのｐ側のパッド電極を形成し、ｎ側オーミック電極上には、ｎ側のパッド電極を形成し、窒化物半導体の活性層全体に電流が注入されやすいようにしている。
【０００５】
すなわち、窒化ガリウム系半導体素子では、絶縁性のサファイア基板を用いて構成されていること、およびｐ型窒化物半導体の抵抗値が比較的大きいという、例えば、ＧａＡｓ系等の他の半導体素子とは異なる事情があるために、ｐ側オーミック電極をｐ型窒化ガリウム系半導体層のほぼ全面に設け、かつｎ側のオーミック電極とｐ側のパッド電極とを対角を成す位置に形成し活性層に効率よく電流が注入されるような、独特の構成を有している。
【０００６】
さらに、従来の窒化物半導体発光素子では、通常、半導体層および電極層を保護するために、ｎ側パット電極上およびｐ側パット電極上の外部回路との接続部分とを除いて、絶縁性保護膜を形成する。以上のように構成された従来の窒化物半導体発光素子は、正および負のパット電極の外部回路との接続部分をそれぞれ、配線基板に対向させて例えばフリップチップボンディングにより接続し、発光した光は透光性の基板を介して出力される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法により大面積の窒化物半導体発光素子、なかでも窒化ガリウム系半導体素子を得ようとする場合、以下のような問題が生じる。上述した、ｐ側オーミック電極をｐ型窒化ガリウム系半導体層のほぼ全面に設けかつｎ側オーミック電極とｐ側パッド電極を、対角を成す位置に形成するという独特の構成では、大面積の発光素子を形成する場合、窒化物半導体活性層に注入される電流は、ｎ側オーミック電極からある一定の距離の範囲では、ほぼ一定と見なすことができるが、その範囲を超えると急激に減少し、均一な発光も難しくなる。
【０００８】
例えば、サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、ｐ型窒化物半導体層を積層し、形成された窒化ガリウム系の発光素子では、ｎ側オーミック電極から２５０μｍ以内の距離にある窒化物半導体活性層に注入される電流はほぼ一定であるが、２５０μｍ以上離れると急激に減少する。実際には２２０μｍより離れると窒化物半導体活性層に注入される電流は徐々に減少しはじめるが、２５０μｍまでは電流値は実質的に一定と見なすことができる。
【０００９】
またこの現象（窒化物半導体活性層が２５０μｍ以上離れると注入される電流が急激に減少するという現象）は、ｎ型窒化物半導体層の抵抗値に起因して生じると考えられるが、通常、用いられるｎ型窒化物半導体層の抵抗値の範囲においては、ほとんど変わらないことが確認されている。
【００１０】
上記の知見から、ｎ型窒化物半導体層の上に、一方向に長い長方形の窒化物半導体活性層およびｐ型窒化物半導体層を形成した場合であっても、ｎ側オーミック電極からの距離を一定以内の距離、（ある範囲以内）好ましくは２５０μｍ以内とすれば、窒化物半導体活性層全体にほぼ均一に電流を注入することができる。
【００１１】
大面積の発光素子を得る場合は、上記ｐ側オーミック電極をｐ型窒化ガリウム系半導体層のほぼ全面に設けかつｎ側のオーミック電極とｐ側のパッド電極を、対角を成す位置に形成するという独特の構成を相似形により、大きくするという構成では、上記の理由により困難であるため、１つの基板上に、望ましいある一定の距離に窒化物半導体活性層が存在する発光素子を、線形又はアレイ状に複数個配列することにより構成するのが好ましい。
【００１２】
しかし、上記の方法で、複数の半導体素子を基板上に並べ、各々の半導体素子を接続した大面積の発光素子（ＬＥＤチップ）を、実装基体に実装した場合、窒化物半導体活性層にほぼ均一に電流を注入できるが、面積が広くなるため、活性層から生じる熱に対する放熱性の問題が生じてくる。従来の面積の素子により基体に実装し発光装置とした半導体素子は、オーミック電極上に外部と電気的に導通するために形成されたパッド電極上に設けられている正負１対のバンプから熱が放熱され、放熱性を問題とする必要はあまりなかった。しかし、例えば面積が広くなるなどして、前記正負一対のバンプから離れた部分において、放熱が十分に行われずに熱が堆積されると、素子の劣化を招き、寿命や一定の発光出力を保ち続けるなどの発光能力に影響を与える、などといった問題が顕在化してくる。
【００１３】
そこで本発明は、発光素子の放熱性を高めた、寿命や一定の発光出力を保ち続けるなどの発光能力に優れた半導体発光装置を提供することを目的とし、さらには、大面積でかつ放熱効率の良い集積型の半導体発光装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明における半導体発光装置は、基板上に複数の半導体素子が設けられた発光素子と、その発光素子を実装する実装基体と、を備えた半導体発光装置であって、上記半導体素子の電極と上記実装基体とを電気的に導通する正負一対の第１のバンプと、上記実装基体から電気的に絶縁される第２のバンプとにより、上記発光素子が上記実装基体に接続されている。
【００１５】
また基板上に複数の半導体素子が形成され、実装基体に実装されてなる半導体発光装置において、
前記半導体発光装置は、実装基体と電気的に導通して接続された第１のバンプと、実装基体と電気的に絶縁して接続された第２のバンプと
を有することを特徴とする。前記第１のバンプは、半導体素子の正電極および負電極に、それぞれ接続され、外部と導通されるものであり、外部に接続された電極上に形成される前記第１のバンプ以外に、第２のバンプとして、１つ又は複数のバンプを設けることにより、前記外部に接続された電極上の第１のバンプから離れた部分すなわち、熱伝導しにくい部分に堆積した熱においても、第２のバンプを設けることによって、実装基体に対する接触面積が増加することで、実装基体への放熱効率が良好となり、結果的に素子の劣化を防ぎ、半導体発光装置の寿命を向上させることができる。
【００１６】
また第２のバンプは外部に接続された正負１対の電極間の距離に応じて適宜個数を決めることができる。
【００１７】
上述の目的を達成するために、さらに、上記第２のバンプは、上記基板上で隣り合った２つの半導体素子として分離する溝において上記隣り合った半導体素子の正負の電極を接続する接続電極に配置されている。これにより、各バンプ間の距離が長く熱が堆積しやすい大面積の発光素子等において、特にその放熱効果が顕著に見込まれる。
【００１８】
また、前記基板は透光性を有し、光取り出し面を基板側とするフリップチップで実装した半導体素子において顕著な効果を示す。またこのようなフリップチップ実装方法により、光取り出し面を基板側にすると発光効率も良くなる。
【００１９】
なお、前記半導体素子は、ｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、ｐ型窒化物半導体層が順次積層され、前記ｐ型窒化物半導体および、窒化物半導体活性層の一部を除去して露出されたｎ型窒化物半導体層上にｎ側オーミック電極が形成され、ｐ型窒化物半導体層上にｐ型オーミック電極が形成されてなることを特徴とする構成である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明に係わる実施形態の半導体発光装置は、透光性を有する基板を介して発光した光を出力するいわゆる基板側発光タイプの半導体素子であって、例えば、図１に示すように、サファイアからなる基板上に、ｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、ｐ型窒化物半導体層が積層され、ｐ側、ｎ側オーミック電極が各層上に形成され、ｐ側のオーミック電極の一部にｐ側パッド電極が形成されている半導体素子において、これらｎ側オーミック電極およびｐ側パッド電極上に、金属からなる第１のバンプが設けられ、さらに第１のバンプと同様の金属材料からなる第２のバンプが設けられており、実装基体にマウントされているものである。
【００２１】
通常、バンプは半導体素子をフェイスダウン実装により実装基体に搭載する際、ｐ側、ｎ側の電極および実装基体の間に設けられ、半導体素子と実装基体の接合を目的として用いられる。詳細に説明すると、サファイアからなる基板上に順次積層された、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層上にｐ側オーミック電極は全面に形成され、前記ｐ側オーミック電極の一部にパッド電極が形成されている。一方、ｐ型半導体層および活性層を除去し、表面が露出されたｎ型窒化物半導体層上には、ｎ側オーミック電極が形成されている。これらｐ側パッド電極、およびｎ側オーミック電極上以外には絶縁保護膜が形成されている。これらのｐ側パッド電極上およびｎ側オーミック電極に例えば錫−銀−銅合金（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ）または錫−銅−ニッケル合金（Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ）などの低融点金属を用いたはんだからなる第１のバンプが設けられている。
【００２２】
本発明で用いられるバンプは、上記材料以外に、錫（Ｓｎ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）、金−鉛合金（Ａｕ−Ｐｂ）、錫−白金合金（Ｓｎ−Ｐｔ）、インジウム−錫合金（Ｉｎ−Ｓｎ）、共晶錫−鉛（Ｓｎ−Ｐｂ）などの一般にバンプとして用いられる材料が挙げられる。特にＳｎ−Ａｇ−ＣｕおよびＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉは実装性の点で優れている。これらの材料からなる第１のバンプを設けることにより、半導体素子は実装基体に接合されており、これらｎ側およびｐ側の電極上のバンプは外部と電気的に導通されている。
【００２３】
また、バンプの形成方法としては、はんだ材料を用いての溶着、めっき、スタッドバンプなどに用いるボール、スクリーン印刷、または金を用いためっき、ボール、さらにはポリマーを用いたスクリーン印刷などが挙げられ、電極上、電極と対向する実装基体上、もしくは電極上と電極と対向する実装基体上の両方、のいずれかの位置に、上記バンプを形成し、実装基体と接合することで形成されるが、特に金を用いたバンプの場合は、実装基体側にも、接着する際のバンプに対向する位置に金を形成しておき、金−金接合による金バンプを形成するのが好ましい。
【００２４】
本発明の半導体発光装置は、前記ｎ側およびｐ側の電極上以外の部分においても、ｎ側オーミック電極１４およびｐ側パッド電極１６上に形成されている第１のバンプ３１とは別の部分に、１つ或いは複数の第２のバンプ３２が設けられており、前記第２のバンプ３２は、ｎ側或いはｐ側の電極上の第１のバンプ３１から実装基体２４へ伝わりにくい活性層１０から生じた熱を、実装基体２４へ導くために設けられているものであり、前記第２のバンプ３２は外部と電気的に導通されていない。
【００２５】
尚、前記第２のバンプ３２は、前記第１のバンプ３１と同様の材料からなる金属又はそれらの合金、或いは熱伝導率の良い他の材料からなるものであってもよいし、さらに第２のバンプの形成方法としては、上記に挙げた第１のバンプの形成方法と同じ方法を用いることができる。
【００２６】
また、前記第２のバンプ３２と窒化物半導体層上の絶縁保護膜の間には、ボンディングパッド１９が形成されていてもよい。
【００２７】
バンプと絶縁保護膜との間にボンディングパッド１９が形成されることで、第２のバンプ３２を形成するときの位置あわせが容易となり、バンプを設けやすくなる。
【００２８】
また、前記ボンディングパッド１９は絶縁保護膜１７を開口して、オーミック電極１５上に形成すると、絶縁保護膜１７を介さず熱が伝わるので、より効率的に放熱効果を高めることができるが、前記ボンデイングパッド１９上に第２のバンプ３２を形成しても素子に影響を与えない程度の厚さを考慮するものとし、外部電極と導通されるｎ側オーミック電極１４およびｐ側パッド電極１６と同様の材料からなる金属であっても、それ以外の金属であってもよい。
【００２９】
本実施の形態は、はんだをバンプとして用いているが、金などのはんだを用いないバンプを形成してもよく、その場合、実装基体への実装方法としては、（１）バンプと実装基体との間に新たにはんだを形成し、接続させる方法、（２）バンプと実装基体との間に異方性導電フィルムや異方性導電ペーストを介して接続させる方法などがある。
【００３０】
また、本実施の形態において、ｐ側パッド電極およびｎ側パッド電極（ｎ側パッド電極を設けない場合は、ｎ側オーミック電極）自体を第１のバンプとし、ボンディングパッド自体を第２のバンプとして実装基体に実装することも可能である。
【００３１】
尚、本実施の形態は複数個の半導体素子を並べ、大面積の発光素子とした場合にも適用される。
【００３２】
これらの条件を満たすことにより、例えば大面積の発光素子にみられるように、電極上のバンプから距離が長く放熱が十分に行われない等の問題を有する半導体素子における放熱性を高め、活性層から生じた熱が堆積されずに放熱されることにより、半導体発光装置の劣化を抑制することができる。
実施の形態２
本実施の形態２の窒化物半導体発光装置は、例えば図２に示すような１０００μｍ×１０００μｍのサファイア基板上に長方形の３つの半導体素子１、２、３を互いに平行に配置しかつ、放熱性を高めるために複数のバンプを、各素子を接続している接続電極上に設け、実装基体２４との接触面積を大きくさせることにより、工程上容易に且つ均等な放熱が可能となることから、電極からの距離が比較的遠く熱の放散が不十分である部分での発光素子の温度上昇を抑え、その結果として、長寿命で、長時間でも安定した均一な発光能力を持つ半導体発光装置を実現できる。
【００３３】
詳細に説明すると、本発明における第２の形態のように、複数の半導体素子を並べて大面積の発光素子を得る場合は、ｎ型窒化物半導体上に設けられたｎ側オーミック電極と窒化物半導体活性層およびｐ型窒化物半導体層の他の長辺との間の距離を好ましい距離とし、素子を複数個基板上に形成し、大面積にすることが望ましい。ここで好ましい距離とは、上記記載のように、窒化物半導体活性層に注入される電流がほぼ一定となる距離の最大値であり、これは窒化物半導体の抵抗値により変化するものである。
【００３４】
しかし、このように大面積の発光素子を形成し、フリップチップ実装する場合、外部に接続されている正負１対の電極上にバンプ（第１のバンプ３１）が形成され、前記第１のバンプ３１を介し発光素子は実装基体２４と接続しているが、他の部分はアンダーフィルなどと呼ばれる封止樹脂により充填されており、樹脂は金属や半導体、絶縁保護膜と比較して熱伝導率が低いので、これら他の部分で発生した熱はほとんど放熱されずに堆積する。
【００３５】
そのため、複数個並んだ状態で形成されている各素子を接続している、接続電極上に、第１のバンプ３１（外部電極と接続され電気的に導通している）と同様に第２のバンプ３２を形成することにより、前記第２のバンプ３２は、電気的に独立した絶縁状態で、実装時に半導体素子および実装基体２４に接触することができ、前記バンプ付近に生じた活性層からの熱が実装基体２４へ導かれるので、発光素子の放熱性を高めることが可能となる。
【００３６】
また、接続電極上に第２のバンプ３２を設けることで、第２のバンプを形成するための位置あわせが容易であり、第２のバンプの形状および大きさを一定とした場合、均等に放熱が行われることで、長時間均一に発光することが可能となり、発光むらを防ぐことができる。
【００３７】
本実施の形態２の好ましい形態を、以下に挙げる。図３は本実施の形態における半導体発光装置を断面から見たときの模式断面図である。
【００３８】
サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層１２、窒化物半導体活性層１０、およびｐ型窒化物半導体層１３が順次積層され、形成された複数個の窒化物半導体発光素子において、隣りあった２つの半導体素子を接続電極により電気的に接続し、大面積の発光素子とした場合、ｎ側オーミック電極１４上およびｐ側パッド電極１６上に形成された外部接続電極２２（図中においてｎ側を２２ａ、ｐ側を２２ｂとする）に金属材料からなる第１のバンプ３１を設け、さらに、各素子を電気的に接続している接続電極上２１に、第１のバンプ３１と同様の金属材料からなる第２のバンプ３２を設ける。
【００３９】
第２のバンプ３２を設けることにより、第１のバンプ３１からの放熱が十分行われず堆積した熱が、第２のバンプ３２を介して実装基体２４へと導かれる。
【００４０】
好ましくは、複数個の半導体素子の隣りあった素子を、互いに電気的に接続しているすべての接続電極２１上の絶縁保護膜１８を開口し、第２のバンプ３２を設けるものであり、金属からなる接続電極２１上に、同様の成分からなる第２のバンプ３２を設けることで、絶縁保護膜上にバンプを設ける場合と比較して、より放熱性が高まる。
【００４１】
前記第２のバンプ３２と接続電極２１の間には、パッド電極と同様の金属材料からなるボンディングパッドを形成してもよい。
【００４２】
また、外部と導通されず、絶縁状態で存在する第２のバンプ３２および第２のバンプが形成されるボンディングパッドは、複数個形成される方が、実装基体２４と接する面が多くなり、放熱性が増すので好ましい。
【００４３】
また、前記第２のバンプ３２は前記第１のバンプ３１と同様の材料からなる金属又はそれらの合金或いは、熱伝導率の良い他の材料からなる金属であってもよく、好ましくは、前記第２のバンプ３２の下に形成されるボンディングパッドより、熱伝導率のよい金属によって形成されるものである。
【００４４】
さらに実装基体２４は、バンプと接続する部分に、熱伝導率のよい金属が実装基体２４の表面上に、或いは実装基体２４を貫通した状態で埋め込まれているなどの形状であると、放熱効果が高まり、より好ましい。
【００４５】
実施の形態２で用いられる（第１および第２の）バンプは、実施の形態１と同様に、Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕおよびＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｉｎ、Ａｕ−Ｐｂ、Ｓｎ−Ｐｔ、Ｉｎ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂなどの一般にバンプとして用いられる材料が挙げられる。特にＳｎ−Ａｇ−ＣｕおよびＳｎ−Ｃｕ−Ｎｉは実装性の点で優れている。
【００４６】
また、バンプの形成方法としても、実施の形態１と同様に、はんだ材料を用いての溶着、めっき、スタッドバンプなどに用いるボール、スクリーン印刷、または金を用いためっき、ボール、さらにはポリマーを用いたスクリーン印刷などが挙げられ、電極上、電極と対向する実装基体上、もしくは電極上と電極と対向する実装基体上の両方、のいずれかの位置に、上記バンプを形成し、実装基体と接合することで形成されるが、特に金を用いたバンプの場合は、実装基体側にも、接着する際のバンプに対向する位置に金を形成しておき、金−金接合による金バンプを形成するのが好ましい。
【００４７】
本実施の形態は、はんだをバンプとして用いているが、金などのはんだを用いないバンプを形成してもよく、その場合、実装基体への実装方法としては、（１）バンプと実装基体との間に新たにはんだを形成し、接続させる方法、（２）バンプと実装基体との間に異方性導電フィルムや異方性導電ペーストを介して接続させる方法などがある。
【００４８】
また、本実施の形態において、外部接続電極は、ｐ側パッド電極およびｎ側パッド電極（ｎ側パッド電極を設けない場合は、ｎ側オーミック電極）の膜厚を大きくすることで、省略が可能である。
【００４９】
さらにまた、外部接続電極（外部接続電極を設けない場合は、ｐ側パッド電極およびｎ側パッド電極）自体を第１のバンプとし、接続電極或いはボンディングパッド自体を第２のバンプとして実装基体に実装することも可能である。
【００５０】
また実施の形態２において、半導体素子が３つの場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、２つの半導体素子を用いて構成した物であってもよいし、３以上の半導体素子で構成したものであってもよい。
【００５１】
【実施例１】
（基板）
サファイア（ｃ面）よりなる基板１１をＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。この基板  としては他にＲ面Ａ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性実装基体２４などでもよい。
（ｎ型窒化物半導体）
基板をクリーニング後、ｎ型窒化物半導体層１２を次の順序で成長させる。
【００５２】
基板の温度を５１０℃まで下げ、基板１１上にＧａＮよりなるバッファ層を１００Å成長させる。
【００５３】
次にバッファ層成長後、温度を１０５０℃まで上昇させ、アンドープＧａＮ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００５４】
続いて１０５０℃で、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を２．２μｍの膜厚で成長させる。
【００５５】
次に１０５０℃で、アンドープＧａＮ層を３０００Åの膜厚で、さらにＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層を３００Å、さらにアンドープＧａＮ層を５０Åの膜厚で成長させる。
【００５６】
続いて同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる第１の層を４０Å、温度を８００℃にして、続いてアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる第２の層を２０Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第１＋第２＋の順で交互に１０層ずつ積層させ、最後に第１の層を積層させた、ｎ型多層膜層を成長させる。
（窒化物半導体活性層）
次にｎ型窒化物半導体層１２を成長後、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２００Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、Ｓｉを５×１０１７／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。そして障壁＋井戸＋障壁＋井戸…の順で障壁層を６層と、井戸層５層を交互に積層して、総膜厚１３５０Åの多重量子井戸よりなる窒化物半導体活性層１０を積層させる。
（ｐ型窒化物半導体層）
窒化物半導体活性層１０成長後、ｐ型窒化物半導体１３を次の構成で成長させる。
【００５７】
まず１０５０℃で、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる第３の層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮよりなる第４の層を２５Åの膜厚で成長させ、これらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に４層ずつ積層した超格子よりなるｐ型多層膜層を２００Åの膜厚で成長させる。
【００５８】
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなる層を２７００Åの膜厚で成長させる。
【００５９】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハを反応容器から取り出し、ｎ型窒化物半導体層１２を露出するために、露出させる部分を除くｐ型窒化物半導体１３の上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、エッチングを行い、ｎ型窒化物半導体層１２（ＳｉドープＧａＮ層１２２）の表面を露出させる。
【００６０】
次にｐ型窒化物半導体層１３のほぼ全面を開口させ、他の部分を覆うようにレジストを塗布し、開口させたｐ型窒化物半導体層上にＮｉを１００Å、Ｐｔを５００Å積層後、アニールしてｐ側オーミック電極１５を形成する。さらにｐ側オーミック電極１５の一部に外部と接続するための電極用にＰｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åからなるｐ側パッド電極１６を形成し、同時にｐ側パッド電極１６以外のｐ側オーミック電極上に１つのＰｔ／Ｎｉ（３０００Å／６０Å）のボンディングパッド１９を形成する。
【００６１】
次にレジストを除去し、今度はｎ型窒化物半導体層上にＷを２００Å、Ａｌを１０００Å、Ｗを５００Å、Ｐｔを３０００Å、Ｎｉを６０Åの順で積層したｎ側オーミック電極１４を形成する。
【００６２】
次に全面にＳｉＯ２よりなる絶縁保護膜１７を１．５μｍの膜厚で形成し、ｐ側パッド電極１６とｎ側オーミック電極１４の一部およびｐ側オーミック電極１５上のボンディングパッド１９をＲＩＥにより露出させる。
最後にダイシングによりチップ化し、窒化物半導体発光素子を得る。
【００６３】
次に、窒化物半導体素子のｎ側オーミック電極１４およびｐ側パッド電極１６およびボンディングパッド１９をＳｎ−Ａｇ−Ｃｕからなる溶融はんだの層に浸漬し、引き上げることでＳｎ−Ａｇ−Ｃｕからなるバンプを形成する。
【００６４】
さらに、バンプが形成された半導体素子を実装基体２４へフェイスダウン実装（フリップチップボンディング）にするため、ｎ型およびｐ型半導体層を下側にし、第１のバンプ３１が実装基体の配線用電極２３に対向する位置で、前記はんだ層からなる第１のバンプ３１および第２のバンプ３２と実装基体とを、半田リフローにより溶接させることで接続する。
【００６５】
以上のようにして、図１に示すような窒化物半導体発光装置を形成する。
【００６６】
また、本実施例とは異なるが、ｐ側パッド電極上にバンプを設け、ｎ側オーミック電極上にｎ側パッド電極を形成し、その上にバンプを設けるという形態であってもよい。
【００６７】
【実施例２】
次に、３つの半導体素子を並べ大面積とした形態を例として、実施の形態２の実施例を以下に示す。
【００６８】
サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体活性層、ｐ型窒化物半導体層を、実施例１と同様の方法で積層する。
【００６９】
次に窒化物半導体を成長させたウエハを反応容器から取り出し、分離溝を形成する部分を除きウエハ全体にＳｉＯ２マスクを形成し、ＲＩＥによって、サファイア基板に到達するまでエッチングを行うことにより分離溝４１を設け、半導体素子１、２、３を形成する。
【００７０】
次にｎ型窒化物半導体層上にｎオーミック電極およびｐ型窒化物半導体層上にｐオーミック電極、ｐパッド電極を実施例１と同様の方法で形成する。
【００７１】
本実施例２の半導体発光装置の半導体素子１、２、３において、各半導体層および電極は図３に示すような構造であり、それぞれは以下のように形成される。
【００７２】
ｎ型窒化物半導体層１２は、好ましくはサファイア基板１１上に形成された膜厚１．５μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層、膜厚３０００ÅのアンドープＧａＮ層、膜厚３００ÅのＳｉドープＧａＮ層、膜厚５０ÅのアンドープＧａＮ層、多層膜層の積層構造とする。このようにｎ層１２を上記積層構造とすることにより、順方向電圧を低くできかつ発光効率を良くできる。なお、多層膜層１２６は、好ましくは、アンドープＧａＮよりなり膜厚４０Åの第１の層と、アンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなり膜厚２０Åの第２の層を交互にそれぞれ１０層になるように積層することにより構成する。
【００７３】
また、積層構造のｎ層全体としての抵抗率は、実質的には、膜厚２．２μｍのＳｉドープＧａＮ層により決まり、この層の抵抗率を５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲でかつ膜厚が２．０μｍ以上に設定することが好ましく、このようにすると窒化物半導体活性層１０全体により均一に電流を注入することができ、より均一な発光が得られる。
【００７４】
尚、ＧａＮ層において、３×１０１８〜６×１０１８ｃｍ−３の範囲でＳｉをドープすることにより、抵抗率が５．５〜７．２×１０−３Ωｃｍの範囲のＳｉドープＧａＮ膜を構成できる。
【００７５】
窒化物半導体活性層１０は、ｎ層１２とほぼ同一の長さとｎ層１２より狭い幅を有する長方形であって、その１つの長辺がｎ層１２の１つの長辺に実質的に一致するようにｎ層１２上に形成される。このように形成することにより、ｎ層１２上に窒化物半導体活性層１０に沿ってｎ側オーミック電極を形成するための領域が確保される。
【００７６】
ここで、本実施例２では、窒化物半導体活性層１０の幅は、ｎ側オーミック電極から離れた側に位置する長辺とｎ側オーミック電極との距離が２２０μｍになるように設定した。
【００７７】
ｎ側オーミック電極１４は、窒化物半導体活性層１０とほぼ同一の長さを有し、ｎ層１２上に、窒化物半導体活性層１０に沿ってかつ窒化物半導体活性層１０と近接して形成される。更にこのｎ側オーミック電極１４と窒化物半導体活性層１０との間隔は、製造上の制約により、１０〜２０μｍに設定されるが、本発明においては間隔を１０μｍ以下にすることが好ましく、このようにすると、均一に電流を注入することができる幅を大きくすることができる。
【００７８】
また、ｎ側オーミック電極１４は、ｎ層１２とのオーミック接触を良好にするために、ＷとＡｌを含む層とすることが好ましく、更に好ましくは、Ｗ層（２００Å）、Ｗ層（５００Å）、Ｐｔ層（３０００Å）、Ｎｉ層（６０Å）を順次積層することにより形成する。
【００７９】
ｐ型窒化物半導体層１３は、窒化物半導体活性層１０と同一平面形状を有して窒化物半導体活性層１０上に重ねて形成される。
【００８０】
実際には、窒化物半導体活性層１０およびｐ型窒化物半導体層１３は、ｎ層１２上に窒化物半導体活性層１０およびｐ型窒化物半導体層１３を重ねて形成した後、ｎ側オーミック電極１４を形成するｎ型窒化物半導体層１２表面を露出させるために一括してエッチングすることにより形成する。
【００８１】
尚、ｐ型窒化物半導体層１３は、１５００Åの厚さに形成した。
【００８２】
ｐ側オーミック電極１５は、ｐ型窒化物半導体層１３上のほぼ全面に形成され、ｐ型窒化物半導体層１３と良好なオーミック接触を得るために、Ｎｉ層とＰｔ層とを積層することにより構成することが好ましく、より好ましくは、Ｎｉ層１００ÅとＰｔ層５００Åを積層することにより構成する。
【００８３】
そして、ｐ側パッド電極１６は、例えば、膜厚３０００ÅのＰｔからなり、ｐ側オーミック電極１５上において、ｎ側オーミック電極１４とは離れた側に位置するｐ側オーミック電極１５の長辺に沿って形成される。
【００８４】
上述のように構成された半導体素子１、２、３は、絶縁保護膜１７により素子間が分離され、接続電極２１により以下のように接続される。
【００８５】
絶縁保護膜１７は、各半導体素子のｐ側パッド電極１６上およびｎ側オーミック電極１４上を除いて素子全体を覆うように形成される。
【００８６】
接続電極２１は、半導体素子１のｎ側オーミック電極１４上、分離溝４１に形成された絶縁保護膜１７および半導体素子２のｐ型オーミック電極１６上に連続して形成され、これにより、半導体素子１のｎ側オーミック電極１４と半導体素子２のｐ側オーミック電極１６が接続される。
【００８７】
また、接続電極２１は、半導体素子２と半導体素子３との間においても同様に形成され、これにより、半導体素子２のｎ側オーミック電極１４と半導体素子３のｐ側オーミック電極１６が接続される。接続電極２１は、Ｐｔ又はＡｕ等、種々の金属で構成することができるが、ｐおよびｎオーミック電極との密着性を良好にするために、Ｔｉ（例えば４００Å）、Ｐｔ（例えば、６０００Å）、Ａｕ（例えば、１０００Å）、Ｎｉ（例えば、６０Å）を順に積層した構造とすることが望ましい。
【００８８】
尚、本実施例ではさらに、半導体素子１のｐ側パッド電極１６上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続電極２２ｂが形成され、半導体素子３のｎオーミック電極１４上に接続電極２１と同様の材料からなる外部接続電極２２ａが形成される。
【００８９】
次に、絶縁保護膜１８はｐ側外部接続電極２２ｂ、ｎ側外部接続電極２２ａおよび各接続電極２１上を除いて、素子全体を覆うように形成される。
【００９０】
最後にダイシングによりチップ化し、窒化物半導体発光素子を得る。
【００９１】
次に、窒化物半導体発光素子のｎ側外部接続電極２２ａ、ｐ側外部接続電極２２ｂおよび各半導体素子を互いに接続する接続電極２１を、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕからなる溶融はんだの層に浸漬し、引き上げることで、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕからなるバンプを形成する。
【００９２】
さらに、バンプが形成された半導体素子を、実装基体２４へフリップチップボンディング（フェイスダウン型実装）にするため、ｎ型およびｐ型半導体層を下側にし、第１のバンプ３１が実装基体の配線用電極２３に対向する位置で、前記はんだ層からなる第１のバンプ３１および第２のバンプ３２と実装基体とを、半田リフローにより溶接させることで接続する。
【００９３】
また、本実施例とは異なるが、ｐ側パッド電極上にバンプを設け、ｎオーミック電極上にｎ側パッド電極を形成し、その上にバンプを設けるという形態であってもよい。
【００９４】
以上のようにして、図３に示すような大面積で発光する窒化物半導体発光装置を形成する。
［実施例３］
実施例３は図３に示すような構造であり、実施例２とバンプの形成方法、バンプの材料が異なる。
【００９５】
基板上に半導体素子１、２、３を形成し、外部接続電極２２ａ、２２ｂを形成し、絶縁保護膜１８を形成するまでは実施例２と同様にして形成する。
【００９６】
次に、Ａｕをｎ側外部接続電極２２ａ、ｐ側外部接続電極２２ｂおよび各半導体素子を互いに接続する接続電極２１上に形成する。
【００９７】
さらに今度は実装基体側の、半導体素子上に形成したＡｕと対向する位置にもＡｕを形成する。最後にそれぞれに形成したＡｕに超音波振動を与えて接合させ、金からなる第１のバンプ３１と第２のバンプ３２を形成する。
【００９８】
以上のようにして、図３に示すような大面積で発光する窒化物半導体発光装置を形成する。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係わる半導体発光装置は、従来のｎ側電極およびｐ側電極上に形成するバンプと同様のバンプを、前記ｎ側電極およびｐ側電極上以外の部分に設けることにより、放熱効果を高め、半導体素子に生じる熱の堆積が原因となって起こる、素子の劣化や寿命、発光能力に関する問題を解消することができる。
【０１００】
また、本発明の効果は、実施の形態２で述べたように、複数個の半導体素子を並べ、発光面積を大面積とする半導体発光装置において、より効果が顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１を示す半導体発光装置の模式断面図。
【図２】  本発明の実施の形態２における、半導体素子１、２、３を成長方向側からみた模式図。
【図３】  本発明の実施の形態２を示す半導体発光装置の模式断面図。
【符号の説明】
１０・・・活性層、
１１・・・基板、
１２・・・ｎ層（ｎ型窒化物半導体層）、
１３・・・ｐ層（ｐ型窒化物半導体層）、
１４・・・ｎ側オーミック電極、
１５・・・ｐ側オーミック電極、
１６・・・ｐ側パッド電極、
１７、１８・・・絶縁保護膜、
１９・・・ボンディングパッド、
２１・・・接続電極、
２２・・・外部接続電極（２２ａはｎ側、２２ｂはｐ側）、
２３・・・配線用電極、
２４・・・実装基体、
３１・・・第１のバンプ、
３２・・・第２のバンプ、
４１・・・分離溝。
【図１】
0004045767.tif 000002
【図２】
0004045767.tif 000003
【図３】
0004045767.tif 000004