(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２導電型を有し、発光部からの発光に対して透明な透明半導体層と、
該透明半導体層の一方の面上に順次積層された第２導電型半導体層と第１導電型半導体層とからなり、ｐｎ接合構造の発光部を有するＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層と、
前記透明半導体層と反対側の第１導電型半導体層の表面の一部に分散して形成された、第１導電型半導体層とオーミック接触する第１の電極と、
該第１の電極が形成された第１導電型半導体層の表面上に、第１導電型半導体層と第１の電極とを覆って形成された電流拡散層と、
前記半導体層の一部が除去されることによって露出された前記透明半導体層の一方の面上に形成された、電流拡散層と電気的に分離され、かつ前記透明半導体層とオーミック接触する第２の電極とを備え、
前記電流拡散層が、前記発光部からの発光を反射する反射層をなしており、
前記第１の電極が、第１導電型半導体層の表面に複数個配置され、前記第１の電極の面積の合計が、第１導電型半導体層の表面積の２％以上３０％以下であり、
前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第１導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さく、前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が、５０Ω以下であり、
前記第１の電極の厚みが０．２〜１．０μｍの範囲であり、前記第２の電極の厚みが２〜６μｍの範囲であり、前記半導体層の厚みが２〜５μｍの範囲であり、前記第１の電極表面と前記第２の電極表面とのレベル差が４μｍ以内にあり、
前記第２の電極と透明半導体層または第２導電型半導体層との接触抵抗が５０Ω以下であり、前記第２の電極が素子のコーナー部分に扇形に設けられていて、前記透明半導体層のキャリア濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以上であり、前記透明半導体層の比抵抗が、１Ωｃｍ以下であり、前記透明半導体層の厚さが５０〜１００μｍの範囲であり、前記透明半導体層がＧａＰからなることを特徴とするフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項２】
前記電流拡散層が、金または金合金を含む金属薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項３】
前記電流拡散層が、高融点金属を含む金属薄膜からなることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項４】
前記高融点金属が、クロム、白金またはチタンのうちの１種もしくはそれらの合金であることを特徴とする請求項３に記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項５】
前記電流拡散層が、２種類以上の金属の多層膜からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項６】
前記電流拡散層の厚さが、０．５μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項８】
半導体発光素子の全厚が、５０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子。
【請求項９】
ＧａＡｓからなる半導体基板上にＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層と透明半導体層を順次積層し、次に該半導体基板を除去し、ついで半導体基板を除去した側の前記半導体層の表面に、第１の電極および電流拡散層を形成し、透明半導体層又は第２導電型半導体層の表面に第２の電極を形成することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体基板が、発光部からの発光に対して吸収層として働く半導体であることを特徴とする請求項９に記載のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体層を有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）によって積層することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
前記透明半導体層を気相エピタキシャル成長法（ＶＰＥ法）によって積層することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
基材と、該基材に互いに電気的に隔離して形成された第１および第２の電極端子と、該第１および第２の電極端子にそれぞれ電流拡散層および第２の電極を電気的に接続させた請求項１から請求項８のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子と、該半導体発光素子を封止する封止材とを具備する発光ダイオードランプ。
【請求項１４】
前記第１および第２の電極端子が前記基材表面の同一平面に形成され、前記半導体発光素子が基材の該平面に重ねて載置されることを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１５】
前記第１および第２の電極端子と電流拡散層および第２の電極との電気的接続を、金または半田からなるバンプにより行うことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の発光ダイオードランプ。
【請求項１６】
請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の発光ダイオードランプを用いたことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、透明半導体層の表面から光を取り出す半導体発光素子及び発光ダイオードランプに係わり、特にワイヤーボンドを用いないフリップチップ型半導体発光素子および発光ダイオードランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体発光ダイオードは、半導体発光素子の表面の金やアルミニウム電極に金やアルミニウムの細線等をワイヤーボンドして組み立てるのが一般的であった。発光ダイオードの輝度を向上させるため、透明基板を利用した技術が開示されており、例えば特開昭６１−１０２７８６号公報には、透明基板上に発光構造を形成する方法が開示されている。特開平６−３０２８５７号公報には、不透明な基板上に発光構造を形成した後さらに透明層を形成し、しかる後前記不透明な基板を除去する方法が開示されている。また、特開平８−１３０３２６号公報には、不透明な基板上に発光構造を形成し、これに透明な基板を貼り合わせ、しかる後前記不透明な基板を除去する方法が開示されている。さらに特開平９−１８６３６５号公報に記載されているように、透明基板を用いて裏面の金属電極による反射効果を利用した技術も提案されている。
また、ワイヤーボンディング工程を省略し生産性に優れ、ワイヤーの断線などの不具合の発生しない、いわゆるフリップチップ型の半導体発光素子も提案されている。これらの半導体発光素子は、液相エピタキシャル法で形成した発光に対して透明な厚いＡｌＧａＡｓ半導体層を利用している（特開平９−２７４９８号公報参照）。また、ＧａＮ系の発光素子では、透明で絶縁性のサファイヤ基板を用いることが多く、表面に銀白色金属を用いて反射光による輝度向上効果を目的としたフリップチップ型発光素子の技術が開示されている（特開平１１−１９１６４１号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、生産性、信頼性に優れ、片面に２つの電極を有するフリップチップ型の半導体発光素子は、利用できる半導体発光素子の材質、構造に多くの制約があるので、実用化されている発光ダイオードは数少ないのが現状である。近年、実用化されてきた発光層がＡｌＧａＩｎＰ系の高輝度発光ダイオードでは、多くの問題点からフリップチップ型の半導体発光素子は実用化されていない。
本発明は、これらの問題点を解決し、高輝度のＡｌＩｎＧａＰ系半導体発光素子でも採用可能なフリップチップ型半導体発光素子の構造と、それを用いた発光ダイオードランプを提供するものである。
従来のフリップチップ型半導体発光素子の第１の問題点は、ＧａＮ系の発光素子のように透明電極を形成できる材料以外では、オーミック電極と半導体との界面が光の吸収層となり発光強度が低下する点である。
第２の問題点は、裏面から発光層の距離が大きすぎると、第１の電極と第２の電極の段差が大きくなり、配線不良が発生しやすくなる問題が発生する。ここで裏面とは半導体発光素子の光を取り出す面（発光面）と反対側の面をいう。
第３の問題点は、裏面と発光層の距離が近過ぎる場合は、発光層へ至るまでに電流が充分に拡散できず、発光層の発光効率が低下する問題がある。
第４の問題点は、半導体発光素子の厚さが薄い場合は、機械的強度が弱く取り扱い時のワレ等により不良が多発する問題がある。
【０００４】
また、絶縁性の基板を用いる場合は、電流が流れる領域が狭く抵抗が高くなり、順方向電圧が高くなり、消費電力の増大を招く問題がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み提案されたもので、生産性良く製造でき、高輝度で消費電力が少なく、その上ワイヤーボンディングによる配線の工数を減らして組み立てコストを低くすることができるフリップチップ型の半導体発光素子及びそれを用いた発光ダイオードランプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題点を解決するために研究した結果、基板に用いる材質と発光素子の厚さを限定し、裏面と発光層との距離を近づけても電流拡散層により輝度の低下を招かない素子構造を開発した。
【０００６】
上記問題点を解決するため本発明は、第２導電型を有し、発光部からの発光に対して透明な透明半導体層と、該透明半導体層の一方の面上に順次積層された第２導電型半導体層と第１導電型半導体層とからなり、ｐｎ接合構造の発光部を有するＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層と、前記透明半導体層と反対側の第１導電型半導体層の表面の一部に分散して形成された、第１導電型半導体層とオーミック接触する第１の電極と、該第１の電極が形成された第１導電型半導体層の表面上に、第１導電型半導体層と第１の電極とを覆って形成された電流拡散層と、前記半導体層の一部が除去されることによって露出された前記透明半導体層の一方の面上に形成された、電流拡散層と電気的に分離され、かつ前記透明半導体層とオーミック接触する第２の電極とを備え、前記電流拡散層が、前記発光部からの発光を反射する反射層をなしており、前記第１の電極が、第１導電型半導体層の表面に複数個配置され、前記第１の電極の面積の合計が、第１導電型半導体層の表面積の２％以上３０％以下であり、前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第１導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さく、前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が、５０Ω以下であり、前記第１の電極の厚みが０．２〜１．０μｍの範囲であり、前記第２の電極の厚みが２〜６μｍの範囲であり、前記半導体層の厚みが２〜５μｍの範囲であり、前記第１の電極表面と前記第２の電極表面とのレベル差が４μｍ以内にあり、前記第２の電極と透明半導体層または第２導電型半導体層との接触抵抗が５０Ω以下であり、前記第２の電極が素子のコーナー部分に扇形に設けられていて、前記透明半導体層のキャリア濃度が、２×１０１６ｃｍ−３以上であり、前記透明半導体層の比抵抗が、１Ωｃｍ以下であり、前記透明半導体層の厚さが５０〜１００μｍの範囲であり、前記透明半導体層がＧａＰからなるフリップチップ型半導体発光素子とした。
このような構造の半導体発光素子とすることにより、半導体発光素子に印加した電流が半導体層の表面の一部に分散して形成された第１の電極を介して、素子全面に拡がるので発光領域が拡大して発光効率が高くなり、かつ裏面方向に発光した光を電流拡散層により効果的に反射させ、しかも発光した光を基板で吸収されることなく外部へ取り出すことができるので、高輝度の発光素子が得られる。その上素子の片面から電流を印加することができるので、半導体発光素子を他の電子機器に実装する際に、作業が容易となり、能率を向上させることが可能になる。
【０００７】
本発明においては、上記の通り、前記電流拡散層が、発光部からの発光を反射する反射層をなしていることが好ましい。
このような電流拡散層は、金または金合金を含む金属薄膜から構成することが可能である。あるいはまた高融点金属を含む金属薄膜から構成することも可能である。高融点金属としてはクロム、白金またはチタンのうちの１種もしくはそれらの合金を利用することができる。
本発明における前記電流拡散層は、２種類以上の金属の多層膜で構成してもよい。
電流拡散層の厚さは、０．５μｍ〜３μｍ程度が適する。
これらの金属薄膜は、電気伝導度が高いので印加電流を広範囲に拡散させる作用を有し、かつ光の反射率も高いので発光層で発光した光を反射させる機能も併せ持ち、光を発光面から効率良く外部へ取り出すことを可能にする。
【０００８】
また、本発明においては、上記の通り、第１の電極を第１導電型半導体層の表面に複数個配置するのが好ましい。そして該第１の電極の面積の合計は、第１導電型半導体層の表面積の２％以上３０％以下とするのが好ましい。
このような構成とすることにより、印加電流が発光層全域にほぼ均等に拡散し、しかも電流拡散層方向に放射された発光が大幅に吸収されることなく効果的に反射させることができるので、半導体発光素子輝度が向上する。
【０００９】
更に、本発明においては、上記の通り、前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗を、前記電流拡散層と第１導電型半導体層との接触抵抗に比べて、小さくすることが好ましい。そして前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗は、５０Ω以下とするのが好ましい。
前記第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が、前記電流拡散層と第１導電型半導体層との接触抵抗に比べて小さければ、発光素子の動作電流は、電流拡散層から優先的に第１の電極を介して半導体層に流れるため、第１の電極の配置に応じて素子全面に広がる効果がある。
また、前記第１の電極の面積の合計を、第１導電型半導体層の表面積の２％以上のなるように確保すれば、第１の電極と第１導電型半導体層との接触抵抗が５０Ω以下となり、電流の供給も円滑となり、視野も十分確保される。
【００１０】
更にまた、本発明の半導体発光素子においては、上記の通り、前記第１の電極表面と前記第２の電極表面とのレベル差を、４μｍ以内にするのが好ましい。本発明の半導体発光素子は、構造上また製作方法からして、前記第１の電極表面と前記第２の電極表面とのレベル差が生じるのは避けられない。しかし、レベル差があまり大きくなるとランプに組み立てる実装工程で、接続不良を生じる恐れがある。レベル差が４μｍ以内であれば、たとえば半田バンプ等を利用してランプに組み立てる工程でレベル差を吸収して接触不良を防止できるので、製品不良の発生を防ぐことができる。
また、上記の通り、前記発光部をＡｌＧａＩｎＰから構成するのが好ましい。ＡｌＧａＩｎＰ４元混晶半導体は、直接遷移型半導体なので発光出力が高く、しかもＡｌとＧａの混晶比を変えることにより、発光波長を変えることができる。また、市販のＧａＡｓ単結晶基板との格子整合がとり易い利点がある。
【００１１】
本発明の半導体発光素子においては、前記透明半導体層のキャリア濃度を、２×１０16ｃｍ-3以上とするのが好ましい。また、前記透明半導体層の比抵抗が１Ωｃｍ以下であることが好ましい。
半導体層の比抵抗は、半導体層中のキャリアによって決まり、キャリアが多くなれば比抵抗が低くなる。キャリア濃度が２×１０16ｃｍ-3以上で比抵抗が１Ωｃｍ以下の透明半導体層を使用すれば、低い順方向電圧で動作させることができる利点がある。
【００１２】
上記のようなキャリア濃度が高く、比抵抗が低い半導体層としてはＧａＰが利用できる。ＧａＰはバンドギャップエネルギーが大きいので、ＡｌＧａＩｎＰを発光部構造にした場合、広範囲の発光波長に対して透明な性質を有するものとなる。また、ＧａＰは良質の結晶を得易い利点もある。
【００１４】
さらに、本発明の半導体発光素子においては、前記第１導電型をｎ型とし、前記第２導電型をｐ型とするのが好ましい。
市販のＧａＡｓ単結晶基板はｎ型の方が結晶欠陥の少ない、良質の基板が入手できるのと、一般にｎ型の電極の方が抵抗が低く、積層順序を考慮すると第１の電極の面積を小さくすることができるからである。
【００１５】
本発明のフリップチップ型半導体発光素子においては、半導体発光素子の全厚を、５０μｍ以上１００μｍ以下とするのが好ましい。
不透明な半導体基板に代わり、透明で低抵抗な半導体層を支持層として使用するが、この透明で低抵抗な半導体層を厚く形成して全厚を厚くすれば透明な支持層とすることができ、後述の発光ダイオードランプに組み立てる際にも好都合である。ただし、あまり厚くし過ぎると不経済となる。
【００１６】
次に、本発明のフリップチップ型半導体発光素子の製造方法は、ＧａＡｓからなる半導体基板上にＡｌＧａＩｎＰからなる発光部を含む半導体層と透明半導体層を順次積層し、次に該半導体基板を除去し、ついで半導体基板を除去した側の前記半導体層の表面に、第１の電極および電流拡散層を形成し、透明半導体層又は第２導電型半導体層の表面に第２の電極を形成する製造方法とした。ここで使用する前記半導体基板はＧａＡｓ基板が好んで用いられ、ＧａＡｓ基板はＡｌＧａＩｎＰ発光部からの緑色ないし赤色の発光に対しておおむね吸収層として働く半導体である。
したがって、本発明の製造方法では、良質のＧａＡｓ基板上にエピタキシャル成長層を形成した後、光吸収層となるＧａＡｓ基板を除去する方法を採用することとした。
【００１７】
本発明の半導体発光素子の製造方法では、ＡｌＧａＩｎＰからなる発光部をエピタキシャル成長させることとした。そしてエピタキシャル成長の手段として、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）を採用した。ＭＯＣＶＤ法によれば、成長層の組成、層厚、電気的性質の制御が容易である。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法では、前記透明半導体層を気相エピタキシャル成長法（ＶＰＥ法）によって積層することもできる。
ＶＰＥ法はＭＯＣＶＤ法に比べて成長速度を速めることができるので、厚い透明半導体層を効率よく形成することが可能となる。
【００１８】
本発明の発光ダイオードランプは、基材と、該基材に互いに電気的に隔離して形成された第１および第２の電極端子と、該第１および第２の電極端子にそれぞれ電流拡散層および第２の電極を電気的に接続させた請求項１から請求項８のいずれかに記載のフリップチップ型半導体発光素子と、該半導体発光素子を封止する封止材とを具備する発光ダイオードランプである。
本発明の発光ダイオードランプにおいては、前記第１および第２の電極端子が前記基材表面の同一平面に形成され、前記半導体発光素子が基材の該平面に重ねて載置されることが好ましい。
また、前記第１および第２の電極端子と電流拡散層および第２の電極との電気的接続を、金または半田からなるバンプにより行うことが好ましい。
このような構造にすれば、半導体発光素子の一面に２個の電極が設けられているので、半導体発光素子を電子機器上の電極端子の所定位置に載置するのみで、ワイヤーボンディングを用いずに発光ダイオードランプに組み立てることが可能となる。また、基材上の半導体発光素子を搭載した表面と反対側の面に電極端子を延設しておけば、他の電子機器に実装する際にも所定位置に置くだけで発光ダイオードランプの接続配線が可能となる。
【００１９】
本発明の表示装置は、前記記載の本発明になる発光ダイオードランプを用いた表示装置である。本発明になる発光ダイオードランプを用いれば、接続端子が片面に配置されているので、実装作業が極めて容易となり、生産効率が大幅に向上する利点を有する。
【００２０】
本発明のフリップチップ型発光素子用電極は、発光部を有する半導体層の表面の一部に分散して形成された、該半導体層とオーミック接触する第１の電極と、該半導体層の表面上に、該半導体層と該第１の電極とを覆って形成された電流拡散層とからなる発光素子用電極である。
また本発明の発光素子用電極は、前記電流拡散層が発光部からの発光を反射する反射層を兼ねたものとするのが好ましい。
さらに、前記第１の電極が半導体層の表面に複数個配置されているのが好ましい。
このような電極構造とすれば、電流拡散層を介して発光面全面に電流が行き渡るので、発光面全面で均一な発光が得られ、輝度向上が図れる利点を有する。また、電流拡散層は光の反射層も兼ねているので、一層輝度を向上させることができる
【００２１】
本発明の発光素子用電極は、前記第１の電極と半導体層との接触抵抗を、前記電流拡散層と半導体層との接触抵抗に比べて小さくするのが好ましい。
このように電極を構成すれば、前記のようにして半導体発光素子全体に動作電流を広げられるようになる利点がある。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２はこの発明のフリップチップ型半導体発光素子の概略構成を模式的に示す図で、図１はその平面図、図２は図１の線Ａ−Ａ’に沿った断面を示す図である。
尚、以降の各図においては各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさ表示するために、各層や各部材の各方向毎の縮尺は変えてある。
【００２３】
この発明の半導体発光素子の平面構造は、図１に示すとおり四角な半導体発光素子１０表面の一隅に、四半分の円形をなす第２の電極１６が形成され、残りの範囲に４個の円形の第１の電極（分配電極）１５が分散配置して形成されている。第１の電極１５と第２の電極１６は、いずれも下の半導体層とオーミック接合をなすように形成されており、第１の電極１５と第２の電極１６の間は電気的に隔絶されている。
また、この発明の半導体発光素子１０の断面構造は、図２に示すとおり透明半導体層１３５の一面に、発光部１２を有する第１導電型の半導体層及び第２導電型の半導体層を含む積層構造体からなる半導体層１３が形成されており、さらに透明半導体層１３５上の同じ面には、オーミック接合をなす第２の電極１６が形成されている。また、該半導体層１３の透明半導体層１３５と接する面と反対側の面には、オーミック接触をなす第１の電極（分配電極）１５が分散して形成されており、第１の電極１５を含む半導体層１３の全面を覆って電流拡散層１４が形成されている。なお、電流拡散層１４と第２の電極１６とは電気的に分離している。本発明の半導体発光素子では、光の取出し方向は、透明半導体層１３５の方向である。
【００２４】
半導体層１３は発光部１２を含む半導体のエピタキシャル成長層の積層体から構成されている。半導体層１３は発光部１２の他に、緩衝層、コンタクト層、保護層等を含むことができる。発光部１２はｐ−ｎ接合から成る発光構造を含むものなら特に制限は無いが、発光波長の調整幅が広く、発光輝度の高いＡｌＧａＩｎＰ４元混晶半導体が好んで用いられる。特に、ＡｌＧａＩｎＰ４元混晶半導体のダブルヘテロ接合構造（ Double Hetero Junction Structure：ＤＨ ）を発光部とすれば、直接遷移型半導体なので発光出力が高く、しかもＡｌの混晶比を変えることにより発光波長がかえられる利点がある。また、ＡｌとＧａの混晶比を変えることにより異なる半導体結晶基板との格子整合がとり易く、良好な結晶性を有するエピタキシャル成長層が得られる利点がある。
【００２５】
ＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ接合からなる発光部は、例えばＳｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＡｓまたはＡｌＧａＩｎＰからなるコンタクト層、Ｓｉをドープしたｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層、アンドープの（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層、及びＺｎをドープしたｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層が順次積層された構造を例示することができる。この構成によれば波長約６２０ｎｍの赤色発光が得られる。
【００２６】
本発明の半導体発光素子１０は、後に詳説するように、半導体基板の上に発光部を形成したものである。半導体基板としてごく一般的なＧａＡｓ基板を使用すれば、ＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層と容易に格子整合させることができ、結晶性の優れたＡｌＧａＩｎＰエピタキシャル層が得られる。
しかし、ＧａＡｓ基板はＡｌＧａＩｎＰ発光部からの発光に対して吸収層として働いてしまうので、ＧａＡｓ基板が残ったままでは、ＧａＡｓ基板側に放射された光を有効に外部に取り出すことができず、輝度を高めることができない。
【００２７】
そこで本発明では、ＧａＡｓ基板上に例えばＡｌＧａＩｎＰダブルヘテロ接合からなる発光部を形成し、その上にＡｌＧａＩｎＰの発光に対して透明な透明半導体層を厚く成膜した後、前記ＡｌＧａＩｎＰの発光に対して不透明なＧａＡｓ基板を除去して、ＡｌＧａＩｎＰの発光に対して透明な透明半導体層１３５を支持層として半導体層１３を維持するように構成したものである。しかる後、半導体層１３の一部をエッチングにより除去し、露出した透明半導体層１３５の一部の表面に、該透明半導体層１３５とオーミック接合をなす第２の電極１６を形成したものである。半導体層１３の一部をエッチングにより除去する際に、透明半導体層１３５までは除去しないで半導体層１３のエピタキシャル成長層の一部、例えばクラッド層を残し、このエピタキシャル成長層に第２の電極１６を設けても良い。
そしてエッチング除去したＧａＡｓ基板と接していた面には、オーミック接合をなす第１の電極１５を形成し、第１の電極１５を含む半導体層１３の全面を電流拡散層１４で覆ったものである。
このとき透明半導体層の電気抵抗が高いと、発光部から第２の電極１６へ至る電流経路が半導体層１３の透明半導体層側の薄膜に限定されるので回路抵抗が高くなり、その結果順方向電圧が高くなるので好ましくない。従って透明半導体層はキャリア濃度が高く、比抵抗の低い低抵抗半導体層を用いる。透明半導体層１３５のキャリア濃度は２×１０16ｃｍ-3以上のものを使用するのが好ましく、この時比抵抗は１０-5Ωｃｍ以下程度となる。
本発明においては、前記第１の導電型をｎ型とし、前記第２の導電型をｐ型とするのが好ましい。一般にｎ型の電極の方が抵抗が低いからである。
【００２８】
発光に対して透明な半導体層としては、一般に発光層よりも禁制帯幅の大きいＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＺｎＴｅあるいはＺｎＳｅ等の化合物半導体層が選択できる。
ＡｌＩｎＧａＰ４元混晶半導体を発光部に使用した場合、このような発光に対して透明で、導電性の良好な透明半導体層１３５の材質としては、成長コストや安定性、耐湿性の点から、例えばＧａＰが最も好ましい材料として挙げられる。透明半導体層１３５の導電型は、これと接する発光部の半導体層の導電型と同じとし、キャリア濃度は２×１０16cm-3以上とするのが好ましい。第２の電極のオーミック接合を形成し易いように考慮すれば、透明半導体層１３５のキャリア濃度は、望ましくは１×１０17cm-3以上が必要である。一方、半導体の材質とドーパントの組み合わせにより、キャリア濃度をあまり高くすると結晶性が低下する恐れがあるため、透明半導体層１３５のキャリア濃度は１×１０19cm-3以下、ドーパントによる光吸収を完全に無くすことを考慮すれば、ｐ型の場合は２×１０18cm-3以下、ｎ型の場合は６×１０17cm-3以下が特に望ましい。
透明半導体層１３５の厚さとしては、５０〜１００μｍが適する。透明半導体層１３５によって支持する半導体層１３の厚さはせいぜい４〜１０μｍ程度であるから、透明半導体層１３５の厚さがほぼ半導体発光素子１０全体の厚さとなる。
【００２９】
半導体素子１０の厚さと素子の不良率との関係を図３に示す。図から半導体素子１０の厚さが５０μｍ以下では取り扱いが困難で、半導体発光素子を製造する過程での不良率が著しく増加する。また、厚い場合は、透明半導体層１３５のエピタキシャル成長後の反りが大きく、エピタキシャルウエーハ状態から半導体発光素子（チップ）に加工し難く、不良がやや増加する傾向がある。また、エピタキシャル成長のコスト面からも半導体素子１０の厚さ、すなわち透明半導体層１３５の厚さは１００μｍ以下とするのが望ましい。
【００３０】
第１の電極（分配電極）１５は、図１に示すように、発光面に均等に分散配置するのが好ましい。例えば、図１の様に複数の第１の電極１５を均等に配置する。あるいはまた、独立していない放射状、ドーナッツ状、螺旋状、額縁状、格子状、あるいは枝状の電極を発光面に均等に分散して配置しても良い。第１の電極を半導体層の表面に分散して形成するとは、発光素子の動作電流が素子の全面に広がるよう、電極を素子表面に偏り無く配置することをいう。第１の電極１５と発光面との接触抵抗は、電極とする金属の種類と接合させる半導体結晶の種類に依る組み合わせや第１の電極１５の面積によって異なり、第１の電極１５全体と半導体層１３との接触抵抗は、約５０Ω以下とするのが好ましい。第１の電極１５の面積が小さすぎると、接触抵抗が増大し発光素子の順方向電圧（Ｖｆ）が大きくなる不都合が生じる。従って、第１の電極１５の全体の面積は、発光面の面積の２％以上が好ましい。逆に第１の電極１５の面積があまり大きすぎると、発光部からの発光が第１の電極１５として形成された金属層により吸収されて外部に取り出せなくなり、発光強度が低下する。そのため第１の電極１５の面積は、発光面の面積の３０％以下とするのが望ましい。
第１の電極１５の材料には、第１の電極１５を形成する半導体層１３の最表面層がｐ型層の場合はＡｕＺｎ合金やＡｕＢｅ合金等を、ｎ型層の場合はＡｕＧｅＮｉ合金やＡｕＳｉ合金等の公知の技術を適用できる。
第１の電極１５の厚さは、０．２〜１．０μｍ程度が適当であり、金属薄膜を蒸着法やスパッタ法で形成した後、所定の形状にパターニングして形成する。
【００３１】
外部電気回路からの投入電力を分散配置した第１の電極１５に供給するために、第１の電極１５を連結するように第１の電極１５を含む半導体層１３の全面を電流拡散層１４で覆う。
電流拡散層１４としては、酸化インジウム錫や酸化亜鉛などの酸化物導電膜、あるいは金属薄膜などの導電性薄膜を用いることができるが、酸化物導電膜の場合、電流拡散層の上にさらに配線を接続するための金属電極を形成する必要がある。この点から、構造や形成方法が簡単な金属薄膜からなる電流拡散層を用いるのが、最も望ましい。
電流拡散層１４の形成領域は、第１の電極１５を覆えば電極間の接続機能を果たすので部分的でも良いが、後述する光の反射効果を利用できる点で高輝度化に有利であるため、半導体層１３の全面に形成する方が望ましい。
【００３２】
上記構成の半導体発光素子１０において、半導体層１３の表面の一部にオーミック接触をなす第１の電極（分配電極）１５を設けると、電流拡散層１４と半導体層１３との間の電気抵抗に比べて、第１の電極１５と半導体層１３との間の電気抵抗が大幅に小さいため、電流拡散層１４から供給される駆動電流は、その大部分がより電気抵抗の低い、電流拡散層１４→第１の電極１５→半導体層１３（→発光部１２）→第２の電極１６の経路を流れる。そのため、発光部１２での発光を第１の電極１５の直下周辺で行わせることができる。第１の電極１５が半導体層１３の表面全域に分布しているので、半導体層１３の表面全域から発光して高い輝度が達成される。
【００３３】
さらに、電流拡散層として使用する金属薄膜は、光の反射膜としての機能も併せ持つ。第１の電極１５以外の領域は、金属薄膜からなる電流拡散層１４により、発光部１２からの光を反射して透明半導体層１３５の方向へはね返し、やはり透明半導体層１３５を介して表面から光を放出すため、発光効率を大幅に改善することができる。
また、この電流拡散層１４と第１の電極１５を用いると、半導体層１３の光取り出し面での光を均一化させることができる。
【００３４】
このような電流拡散層１４として使用する金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、もしくはチタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれら金属の合金等の光を良く反射して、しかも電気伝導率の良い金属が利用できる。金属の中でも、腐食し難い金や金合金、および半導体との密着性が良い金属、すなわち、高融点金属が望ましく、例えばクロム、白金又はチタンが特に好ましい。これらの金属の長所を生かし多層膜にすると更に安定した電流拡散層を形成することができる。
また、発光素子を半田等により接続する場合、半田等の合金を電流拡散層として利用することもできる。
【００３５】
電流拡散層１４の厚さは、０．５μｍ〜３μｍ程度が適当である。電気抵抗が低くかつ光を十分に反射するからである。
電流拡散層１４の厚さが０．５μｍより薄いと電気抵抗が高く、電流の拡がりが不十分となる。一方、電流拡散層１４の厚さをあまり厚くしても成膜に時間がかかる割には効果は上がらない。
【００３６】
次に、第２の電極１６について説明する。
第２の電極１６は、前記第２の導電型の透明半導体層１３５の表面、あるいは半導体層１３の透明半導体層１３５と接する第２の導電型の層の表面に形成する。第２の電極１６もこれら第２の導電型の半導体層とオーミック接合を形成させる。例えば、半導体層がダブルへテロ構造の発光部構造をとる場合には、第２の導電型を有するクラッド層の一部に第２の電極１６を形成しても良い。
第２の電極１６として使用する材料には、第２の電極１６を形成する半導体層がｐ型層の場合はＡｕＺｎ合金やＡｕＢｅ合金等を、ｎ型層の場合はＡｕＧｅＮｉ合金、又はＡｕＳｉ合金等の公知の技術を適用することができる。
第２の電極１６は、外部から電力を供給する一方の電極となるので、透明半導体層１３５の一部に、接触抵抗が約５０Ω以下となる面積を確保すれば良い。例えば、図１に示すように素子のコーナー部分に扇形に設けて、発光部領域の面積をなるべく広く確保するように構成する。
【００３７】
第２の電極１６の厚さは、通常は０．２〜１．０μｍあれば電気的な接点は形成できるが、本発明では支持基板の同一面に第１の電極１５と第２の電極１６の双方を形成するため、やや厚く形成する。半導体発光素子を他の電子部品に実装する場合を考慮すれば、第１の電極１５と第２の電極１６の表面を同一のレベルに近付けておく必要があるので、第２の電極１６の厚さは２〜６μｍ程度とする。そのため金属膜を蒸着法等を利用してやや厚めに形成し、所定の形状にパターニングして第２の電極を形成する。
【００３８】
第１の電極１５は、半導体層１３の一表面に形成され、半導体層１３の厚さはせいぜい２〜５μｍである。従って、図２の例についていえば、第１の電極１５の表面の高さ（ｈ１）は透明半導体層１３５の表面から高々６μｍの位置にあることになる。
従って、第２の電極１６の表面の高さ（ｈ２）も、透明半導体層１３５の表面から６μｍ程度の位置にしておけば、両電極の表面はほぼ同一レベルになり、実装する際には極めて都合がよい。
第１の電極１５と第２の電極１６のレベル差（ｄ）が大きくなると、実装する際に接続不良の原因となる。
【００３９】
第１の電極１５の表面と第２の電極１６の表面のレベル差（ｄ）と製品不良率の関係を図４に示す。図４から両電極のレベル差（ｄ）が４μｍ以下では、第１と第２の電極の高さの段差による断線や、接触不良などの組み立ての際の不良率が著しく低下する。
第１の電極１５の表面と第２の電極１６の表面のレベル差（ｄ）を小さくするには、半導体層１３の厚さを薄く構成するか、あるいは第２の電極１６の厚さを厚くする手段を用いることができる。
半導体層１３の厚さを薄くするには、半導体層１３を形成する時に各層の厚さを薄く制御する必要があるが、厚さ制御の点では液相エピタキシャル成長法は、４μｍ以下の薄膜の膜厚を制御するのが困難である。これに対して気相エピタキシャル成長法（ＶＰＥ）は、４μｍ以下の薄膜の膜厚でも制御は可能であるが、成長できる材質が限定され、高輝度発光部の形成ができない。膜厚制御の点およびＤＨ構造のＡｌＩｎＧａＰの様な発光効率の高い発光部の形成法としては、ＭＯＣＶＤ法が最適である。
【００４０】
一方、第２の電極１６の厚さを厚く形成するには、真空蒸着法を利用するのが適する。真空蒸着法によればμｍオーダーの成膜も比較的容易に行うことができる。
勿論、上記第１の電極１５の表面と第２の電極１６の表面の位置の双方を調整する手段を併用しても良い。これらの手段を駆使して、第１の電極１５の表面と第２の電極１６の表面のレベル差（ｄ）を４μｍ以下にしておけば、実装工程での製品不良率を低く抑えることができる。
【００４１】
このようにして完成させた半導体発光素子は、発光波長に対して透明な厚い半導体層の片面に、発光部と一つの電極を備え、該発光部の表面には他方の電極を備えているので、実装作業の際には所定の位置に発光素子を置くだけでワイヤーボンディングを用いずに接続配線が可能となる。また、発光部に設けられた電極は、発光層とオーミック接合をなす電極と、これらのオーミック電極を連結する電流拡散層から構成されているので、投入電力が発光部全域に拡がり、発光領域面積を広く確保できるので、高い輝度が得られる。さらに、電流拡散層は、光の反射機能も兼ね備えているので、電流拡散層側に放射された光も反射されて透明半導体層側に戻り、発光部で励起された光の大部分が透明半導体層側から外部に放射されるので、なお一層高い輝度の半導体発光素子が得られる。
【００４２】
次に、発光ダイオードランプの構造について説明する。
図５は、本発明の発光ダイオードランプの平面構造を示し、図６は図５の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面構造を示す図である。
本発明の発光ダイオードランプ４０は、本発明になるフリップチップ型半導体発光素子１０を使用して、以下のようにして製造する。
まず、合成樹脂板等の表裏面の所定の位置に、例えば導電ペーストや銅箔を使用して第１の電極端子４３と第２の電極端子４４を形成した基材４５を準備しておく。第１の電極端子４３と第２の電極端子４４は互いに電気的に隔離されており、合成樹脂板等の表面から裏面にかけて形成してある。第１の電極端子４３は図５に示すように、正方形の半導体発光素子１０の対角線に相当する幅に形成されている。また、第２の電極端子４４は、半導体発光素子１０の扇形の第２の電極１６の幅に形成してある。
【００４３】
この基材４５上に形成された第１の電極端子４３及び第２の電極端子４４の上に、フリップチップ型の組み立ての際に通常使用されている、金あるいは半田等からなるバンプ４６を形成する。そして前記の本発明になる半導体発光素子１０の１個を、上記基材４５に重ね合わせ、半導体発光素子１０の電流拡散層１４と第２電極１６を上記バンプ４６に接触させて圧着し接続する。最後に、透明なエポキシ樹脂やシリコン樹脂等の封止材４１で半導体発光素子１０の周囲を封止し、図６に示す発光ダイオードランプ４０を得る。
【００４４】
上記のように発光ダイオードランプ４０を構成すれば、他の電子機器に発光ダイオードランプ４０を実装して表示装置を製造する場合、基材４５の裏側に形成されている第１の電極端子４３及び第２の電極端子４４を、他の電子機器の端子４７に重ね合わせるだけで、平面実装作業が行なえるので実装作業効率を高めることが可能となり、安価で故障の少ない表示装置を製造することができる。
【００４５】
【実施例】
（実施例）
本実施例では、本発明に係わるフリップチップ型半導体発光素子及びそれを使用した発光ダイオードランプを作製した。
本実施例で作製した半導体発光素子（ＬＥＤ）は、アンドープの（Ａｌ0.2 Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5 Ｐからなる発光層を有し、波長が約６２０ｎｍの赤色を発光するＬＥＤである。
【００４６】
先ず、図７に基づいて半導体エピタキシャルウエーハ２０の積層構造を説明する。図７は、本発明の半導体発光素子に用いた半導体エピタキシャルウエーハ２０の積層構造を示す詳細断面図である。
Ｓｉをドープしたｎ型の（００１）面を有するＧａＡｓ単結晶からなる半導体基板１１上に、Ｓｉをドープしたｎ型のＧａＡｓからなる緩衝層１３０、Ｓｉをドープしたｎ型のＡｌＧａＡｓからなるコンタクト層１３１、Ｓｉをドープしたｎ形の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下部クラッド層１３２、アンドープの（Ａｌ0.2Ｇａ0.8）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる発光層１３３、Ｚｎをドープしたｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上部クラッド層１３４、及びＺｎをドープしたｐ型ＧａＰからなる透明半導体層１３５が順次積層されて、エピタキシャルウエーハ２０が構成されている。また、このエピタキシャルウエーハの発光部１２は、下部クラッド層１３２、発光層１３３、上部クラッド層１３４からなるダブルへテロ接合構造で構成されている。したがって、発光部１２の半導体結晶はＡｌＧａＩｎＰ４元混晶から構成されている。
【００４７】
（エピタキシャルウエーハの製造工程）
このエピタキシャルウエーハの製造方法を説明すると、本実施例では先ず、トリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ）、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ）およびトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ）を III族構成元素の原料として用い、Ｖ族構成元素の原料にはフォスフィン（ＰＨ3 ）またはアルシン（ＡｓＨ3）を用いて、減圧の有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ法）により、上記の半導体層１３０〜１３４の各層をＧａＡｓからなる半導体基板１１上に積層し、次に、その上に気相エピタキシャル成長法（ＶＰＥ法）によりＧａＰからなる透明半導体層１３５を厚く成長させて、エピタキシャルウェーハ２０を形成した。Ｚｎのドーピング原料にはジエチル亜鉛（（Ｃ2Ｈ5）2 Ｚｎ）を使用した。Ｓｉのドーピング原料にはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を使用した。エピタキシャルウエーハ２０を構成する各層のＭＯＣＶＤ法、ＶＰＥ法における積層温度は７００℃に統一した。
【００４８】
ＧａＡｓからなる緩衝層１３０のキャリア濃度は約５×１０18ｃｍ-3、また層厚は約０．２μｍとした。コンタクト層１３１は、Ａｌ混晶比が０．４のＡｌＧａＡｓ薄膜を積層し、キャリア濃度は約３×１０18ｃｍ-3、層厚は約０．８μｍとした。ＡｌＩｎＧａＰからなる下部クラッド層１３２のキャリア濃度は約１×１０18ｃｍ-3、また層厚は約１μｍとした。ＡｌＩｎＧａＰからなる発光層１３３の層厚は約０．５μｍとし、キャリア濃度は約５×１０16ｃｍ-3とした。さらにＡｌＩｎＧａＰからなる上部クラッド層１３４のキャリア濃度は約２×１０17ｃｍ-3とし、層厚は１．５μｍとした。この結果エピタキシャル成長させた半導体層１３の全厚は約４μｍとなった。
ＧａＡｓからなる半導体基板１１に代わる支持体となるＧａＰ透明半導体層１３５は、層厚を７０μｍと厚くし、そのキャリア濃度は約８×１０17ｃｍ-3とした。
【００４９】
（基板除去工程）
次に、発光波長に対して不透明なＧａＡｓからなる半導体基板１１及びＧａＡｓからなる緩衝層１３０を、化学的エッチングにより全面的に除去した。さらに、残りの半導体層１３中のコンタクト層１３１の一部も、図７の鎖線Ｘ−Ｘ’に示すように選択的にエッチングして除去した。
【００５０】
（電極形成工程）
次に、露出したコンタクト層１３１の表面にｎ形オーミック電極である第１の電極１５を形成するため、Ａｕ・Ｇｅ合金からなる薄膜を厚さが０．３μｍとなるように真空蒸着法により形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、直径が３０μｍの円形の第１の電極１５を図１に示すように４個分散して形成した。発光面の面積に対する第１の電極の合計面積は約３．６％とした。
第１の電極１５の表面およびコンタクト層１３１の表面に、真空蒸着によりＣｒを０．１μｍと金を約１μｍの厚さに成膜して電流拡散層１４を形成した。次いで、電流拡散層１４と図７の鎖線Ｙ−Ｙ’で示す領域の半導体層１３を除去するパターニングを施し、第２の電極が形成できるように、透明半導体層１３５のコーナー部分に１辺１３０μｍの扇型の領域を露出させた。
【００５１】
次に、第２の電極１６を形成するために、先ず膜厚を０．５μｍとする金・亜鉛合金膜と膜厚を２μｍとする金薄膜を、透明半導体層１３５と前記パターニングのレジスト表面を含む全面に、一般的な真空蒸着法により被着させた。続けて、公知のリフトオフ法により、レジストを除去し、図１に示すように半径１２５μｍの扇型の第２の電極１６を形成した。
次に、上記の第１、第２の電極を形成した後、アルゴン（Ａｒ）気流中において４２０℃で１５分間の合金化熱処理を施し、第１、第２の電極と各半導体層との間のオーミック接触を形成した。
【００５２】
（ＬＥＤの作製工程）
上記のようにして、第１の電極１５および第２の電極１６、金属多層膜からなる電流拡散層１４を形成したエピタキシャルウェーハを通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化して半導体発光素子とした。このようにして得たフリップチップ型半導体発光素子は、図１に示すように平面的に見て一辺を３００μｍとする正方形で、厚さは７４μｍであった。
【００５３】
（発光ダイオードランプ組立工程）
更に、この半導体発光素子１０を用いて図５及び図６に示す発光ダイオードランプを組み立てた。
先ず、合成樹脂板の表裏面の所定の位置に、導電ペーストを使用して第１の電極端子４３と第２の電極端子４４を形成した基材４５を準備した。第１の電極端子４３と第２の電極端子４４は互いに電気的に隔離されており、合成樹脂板の表面から裏面にかけて形成されている。第１の電極端子４３は図５に示すように、正方形の半導体発光素子１０の対角線に相当する幅に形成した。また、第２の電極端子４４は、半導体発光素子１０の扇形の第２の電極１６の幅に形成した。
この基材４５上に形成された第１の電極端子４３及び第２の電極端子４４上に金からなるバンプ４６を形成した。上記半導体発光素子１０の１個を上記基材４５に重ね合わせ、半導体発光素子１０の電流拡散層１４と第２電の極１６を前記バンプ４６に接触させて圧着し接続した。最後に、透明なエポキシ樹脂からなる封止材４１で半導体発光素子１０の周囲を封止し、図５及び図６に示す発光ダイオードランプ４０を完成させた。
【００５４】
上記のようにして作製した発光ダイオードランプ４０の第１電極端子４３と第２の電極端子４４に順方向に電流を通電したところ、発光層から波長を約６２０ｎｍとする赤色の光が放射された。発光の一部は金属膜からなる電流拡散層１４で反射され、透明半導体層１３５の表面および側面を介して外部に放出された。第１の電極の良好なオーミック特性を反映して、順方向に２０ｍＡの電流を通流した際の順方向電圧（Ｖf ：２０ｍＡ当り）は、約２．０Ｖとなった。この時の発光強度は、発光部の発光効率が高く、外部への取りだし効率も工夫されている事を反映して、１５０ｍｃｄの超高輝度が達成された。
【００５５】
（比較例１）
本比較例１に係わるフリップチップ型半導体発光素子では、上記の実施例と比較して、第１の電極を１個だけ大きく形成して、金属の電流拡散層を用いない点が構造上の異なる点である。従って、図７に示すエピタキシャルウェーハを用いた点は、実施例と同様である。本比較例１の半導体発光素子の大きさは、一辺が３００μｍの正方形で、厚さが７４μｍの半導体発光素子とした。本比較例１で作製した半導体発光素子の構造を図８、９に示す。図８は本比較例１で作製した半導体発光素子の平面図、図９は図８の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図である。図８及び図９で符号２２、２５、２６、２３５で示した部分は、図１及び図２の符号１２、１５、１６、１３５で示した部分と対応する。
【００５６】
本比較例１では、コンタクト層１３１の上に形成する第１の電極２５の形状を、前記の実施例と異なるものとした。すなわち、本比較例１では、金バンプと接続するための必要な面積を得るため、第１の電極２５を直径１３０μｍの円形とし、１個のみ形成した。
第１の電極２５としては、Ａｕ・Ｇｅ合金からなるｎ形オーミック電極を厚さが０．３μｍになるように形成し、更にその上に金薄膜を１μｍの厚さに真空蒸着法により形成した。一般的なフォトリソグラフィー手段を利用してパターニングを施し、図８に示すような直径を１３０μｍとする円形の第１の電極２５を形成した。発光面の面積に対する第１の電極の面積割合は約３３％である。
【００５７】
その後、実施例と同様にして発光ダイオードランプを製作し、発光ダイオードランプの第１電極端子と第２電極端子の間に順方向に電流を通電したところ、透明半導体層２３５の表面および側面を介して、波長を約６２０ｎｍとする赤色の光が放射された。順方向に２０ミリアンペア（ｍＡ）の電流を流した際の順方向電圧（Ｖf：２０ｍＡ当り）は、約２．１ボルト（Ｖ）で、実施例と同等であった。この時の発光強度は、９０ｍｃｄであった。本発明の実施例に対し約６０％の発光強度であった。これは、電流拡散層が無いため、発光部へ流れる電流が不均一で、発光部全体としての発光効率が低下し、また電流拡散層からの光の反射が無いため光が抜けてしまい、しかも第１の電極２５の電極面積が大きく電極と半導体層との界面の光吸収が増大したため、外部への取りだし効率も低下したことによる。
【００５８】
（比較例２）
本比較例２では、図１０に示す構造の半導体層を形成したエピタキシャルウェーハを用いて、発光面積が実施例と同じ大きさの半導体発光素子を作製した。
実施例との相違点は、透明半導体層３３５をｐ型の高抵抗ＧａＰ層にした点である。透明半導体層３３５のキャリア濃度は約８×１０15ｃｍ-3とし、層厚は７０μｍとした。半導体層３３の全厚は約４μｍである。
【００５９】
本比較例２で作製した半導体発光素子の作製方法は実施例とは異なり、半導体層３３を図１０の線Ｙ−Ｙ’に沿った上部クラッド層３３４までエッチング除去し、露出した上部クラッド層３３４の表面に第２の電極を形成した。その他の構造は、実施例と同じ図１、２に示す構造とした。従って、図１０で符号３１、３２、３３、３３０、３３１、３３２、３３３、３３４で示した部分は、図７の符号１１、１２、１３、１３０、１３１、１３２、１３３、１３４で示した部分と対応する。
本比較例２では、透明半導体層３３５は導電性の低い高抵抗のｐ型ＧａＰとし、実施例と異なるものとした。
その後実施例と同様にして、前記の第１の電極、電流拡散層および第２の電極を形成したエピタキシャルウェーハを、通常のスクライブ法により素子の形状に裁断して個別に細分化し、実施例と同様にしてＬＥＤを組み立てた。
【００６０】
実施例と同様に、第１と第２の電極端子との間に順方向電流を流したところ、２０ｍＡ通電時の順方向電圧が、３．５Ｖであった。実施例と比べ、順方向電圧が高い。これは、透明半導体層３３５の抵抗が高く、電流のほとんどが層厚の薄い上部クラッド層３３４を流れるため、抵抗が高くなったためである。また、本比較例２のＬＥＤの発光強度は１０５ｍｃｄで、素子内の発光状態が不均一であった。これは、半導体層内での抵抗が高く発光部での電流の流れが不均一だけでなく、消費電力が大きく発熱し発光部の効率を低下させたためである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のフリップチップ型半導体発光素子では、ワイヤーボンディングを用いないため発光素子の組み立てが容易で、ワイヤーの断線がなくなり信頼性が向上する。更に、半導体層の発光部裏面の一部にオーミック電極と電流拡散層を設ける事で、発光部へ均一に電流を供給でき、発光部の全体としての効率が高まり発光強度が増大する。
【００６２】
また、電流拡散層は、発光部の光を反射し光の外部取り出し効率を高め、また発光素子組み立て時の接続可能な面積が大きくなり組み立てが容易になり、生産性向上効果もある。又発光素子表面側の透明半導体層は、発光に対し透明で、導電性を付与する事により、発光強度の向上、順方向電圧の低減による消費電力を低下させる効果を奏する。
半導体素子の厚さは、生産性や製品歩留まりに大きく影響を与え、適切な範囲を選定すれば低コストの素子をもたらす事ができる。
【００６３】
なお、本実施例ではｎ型の半導体基板を用いてＬＥＤを作製したが、ｐ型の半導体基板を用いて作製したＬＥＤでも本発明の効果が得られる。
また、実施例のＬＥＤの発光部の半導体材料にはＡｌＧａＩｎＰ４元混晶を用いたが、発光部の半導体結晶の材質や組成、積層構造あるいはＭｇ、Ｔｅ、Ｓ、Ｓｅ等のドーパントに公知の技術を利用しても本発明の効果が得られる。
【００６４】
特に、ＭＯＣＶＤ法で半導体層が積層されるような半導体層の厚さが薄い、例えば発光部がＡｌＩｎＧａＰ系あるいはＡｌＧａＩｎＮ系、ＡｌＧａＡｓ系の半導体等からなる半導体発光素子においては、本発明の効果が特に大きい。
導電性の透明半導体層としてＧａＰを使用したが、ＡｌＧａＡｓでも高輝度化が可能であるが、Ａｌを多く含む場合は、耐湿性に劣るため、用途が限定される。また、実施例では、一般的なフリップチップ型の発光ダイオードランプを示したが、形状の異なるいわゆる砲弾型や発光波長の異なる複数個の発光素子を組み込んだ発光ダイオードランプでも同様の効果が得られる。また、これらの発光ダイオードランプを用いて安価で故障の少ない表示装置を製造することができる。
【００６５】
また、半導体発光素子の高輝度化には、表面の粗面化処理により、外部への光の取り出し効率を向上させる技術や、発光部に使用された半導体よりも屈折率の小さい窓層を形成し、外部への光の取り出し効率を向上させる等の、従来の発光素子で利用されている技術を付加すれば、更に発光特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体発光素子の平面図である。
【図２】  図１の線Ａ−Ａ’に沿った断面を示す図である。
【図３】  半導体発光素子の厚さと不良率の関係を示す図である。
【図４】  第１の電極と第２の電極とのレベル差と不良率の関係を示す図である。
【図５】  本発明の発光ダイオードランプの平面図である。
【図６】  図５の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面を示す図である。
【図７】  本発明の半導体発光素子に使用するエピタキシャルウェーハの断面を示す図である。
【図８】  比較例１に係わる半導体発光素子の平面図である。
【図９】  図８の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面を示す図である。
【図１０】  比較例２に係わるエピタキシャルウェーハの断面を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・・・半導体発光素子
１１，３１・・・・・半導体基板
１２，２２・・・・・発光部
１３，３３・・・・・半導体層
１４・・・・・電流拡散層
１５，２５・・・・・第１の電極
１６，２６・・・・・第２の電極
４０・・・・・発光ダイオードランプ
４１・・・・・封止材
４３・・・・・第１の電極端子
４４・・・・・第２の電極端子
４５・・・・・基材
４６・・・・・バンプ
１３０，３３０・・・緩衝層
１３１，３３１・・・コンタクト層
１３２，３３２・・・下部クラッド層
１３３，３３３・・・発光層
１３４，３３４・・・上部クラッド層
１３５，２３５、３３５・・・透明半導体層
【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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