JP2003249682A

JP2003249682A - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP2003249682A
Application number: JP2002045926A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nitta; 田康一新; Yukio Watanabe; 辺幸雄渡; Yasuhiko Akaike; 池康彦赤; Hideto Sugawara; 原秀人菅
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-09-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＧａＰ基板を用い、かつ、基板側を光取り出
し面とした半導体発光装置であって、封止樹脂としての
エポキシ樹脂と、ＧａＰ基板と、の剥離が起こりにく
く、経時変化による光取り出し効率の劣化が起こりにく
い装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子と、エポキシ樹脂と、を
備え、前記半導体発光素子は、互いに向き合う第１およ
び第２の面と、端面と、を有し、光取り出し面となる前
記第１の面および前記端面の全部または一部の表面に、
高さ５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の複数の凸部が形成さ
れた第１導電型のＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記
第２の面上に形成された活性層を含む発光層を有するも
のとして構成され、前記エポキシ樹脂は、前記半導体発
光素子の前記ＧａＰ基板を覆い、前記波長λの光に対し
て透明で、前記ＧａＰ基板と、空気と、の間の屈折率を
有するものとして構成されていることを特徴とする半導
体発光装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子は、ｐｎ接合に順方向電
流を流すと発光する素子であり、活性層の半導体材料を
変えることで、赤外から紫外までの発光が実現できる。
この半導体発光素子は、小型、長寿命、低電力動作の特
徴を有している。このため、この半導体発光素子は、屋
内外の表示灯、自動車のヘッドライト・ステップラン
プ、道路標識、交通信号等に広く使われている。

【０００３】半導体発光素子では、一般に、光取り出し
効率を高くし、輝度を高くすることが重要とされる。こ
のように輝度を高くするための方法として、赤色〜緑色
発光の半導体発光素子では、透明なＧａＰ基板を用い、
基板側を光出射面とする方法が提案されている。このよ
うな発明は、例えば、特開平１０−２２３９３１に記載
されている。この発明では、透明なＧａＰ基板側を光出
射面とし、電極を光取り出し面と反対側に設けている。
これにより、発光層からの光が電極によって妨げられな
いようにして、輝度を向上させている。

【０００４】上記の赤色〜緑色発光の半導体発光素子で
は、活性層の材料として直接遷移型のＩｎＧａＡｌＰを
用いることにより、高い輝度が得られている。このＩｎ
ＧａＡｌＰは、通常、格子整合するｎ型ＧａＡｓ基板上
にＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法により形成される。もっ
とも、このｎ型ＧａＡｓ基板は不透明である。そこで、
不透明なｎ型ＧａＡｓ基板を剥離し、代わりに上記のよ
うな透明なＧａＰ基板を接着して、輝度を高める方法が
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者の実験によれば、透明なＧａＰ基板を用い、かつ、基
板側を光出射面とした半導体発光装置には、経時変化に
よる光取り出し効率の劣化が起こりやすいという問題が
あることが分かった。

【０００６】すなわち、一般的に、半導体発光装置で
は、光取り出し効率を上げるために、半導体発光素子
を、当該素子を構成する半導体と、空気と、の間の屈折
率を有する樹脂で覆う。例えば、ＡｌＧａＡｓを用いた
半導体発光素子では、ＡｌＧａＡｓの屈折率が約３．
５、空気の屈折率が約１であり、両者に大きな屈折率差
があるので、ＡｌＧａＡｓを屈折率約２の封止樹脂で覆
う。このような封止樹脂でＡｌＧａＡｓを覆うと、Ａｌ
ＧａＡｓと、封止樹脂と、空気と、で順に屈折率が下が
るので、空気との界面での反射が減り、光取り出し効率
が上昇する。一般的に、封止樹脂としては、エポキシ樹
脂が広く用いられている。エポキシ樹脂は、熱硬化性樹
脂の１つであり、エポキシ化合物、硬化剤、充填剤の選
び方によりさまざまな性質の材料が得られる。また、硬
化収縮が小さいので寸法制御が良い。さらに、エポキシ
樹脂は、一般的に、接着性・密着性も高い。このため、
エポキシ樹脂は、半導体発光素子の封止樹脂として広く
用いられている。ところが、本発明者の実験によれば、
ＧａＰ基板を用い、かつ、基板側を光出射面とした素子
では、封止樹脂としてのエポキシ樹脂が、ＧａＰ基板か
ら剥離しやすいことが分かった。この結果、経時変化に
よる光取り出し効率の劣化が起こりやすくなることが分
かった。特に、大きい駆動電流で使用する場合、点灯・
消灯の回数が多い場合、高温の環境で使用する場合、に
は経時変化による光取り出し効率の劣化が起こりやすか
った。

【０００７】上記のような樹脂剥離による光取り出し効
率の劣化を防止する方法としては、エポキシ樹脂に代え
て、耐熱性や耐湿性に優れたシリコーン樹脂を用いるこ
とも考えられる。しかし、本発明者は、汎用されている
エポキシ樹脂を用いながら樹脂剥離を防止できる方法を
得るべく、さまざまな実験を繰り返した。

【０００８】本発明は、かかる独自の課題の認識に基づ
くものであり、その目的は、ＧａＰ基板を用い、かつ、
基板側を光取り出し面とした半導体発光装置において、
封止樹脂としてのエポキシ樹脂と、ＧａＰ基板と、の剥
離が起こりにくく、経時変化による光取り出し効率の劣
化が起こりにくい装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、半導体発光素子と、エポキシ樹脂と、を備え、前記
半導体発光素子は、互いに向き合う第１および第２の面
と、端面と、を有し、光取り出し面となる前記第１の面
および前記端面の全部または一部の表面に、高さ５０ｎ
ｍ以上７００ｎｍ以下の複数の凸部が形成された第１導
電型のＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記第２の面上
に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半
導体層上に形成され、電流注入によって前記基板を透過
する波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形
成された第２導電型半導体層と、を有するものとして構
成され、前記エポキシ樹脂は、前記半導体発光素子の前
記ＧａＰ基板を覆い、前記波長λの光に対して透明で、
前記ＧａＰ基板と、空気と、の間の屈折率を有するもの
として構成されていることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の半導体発光装置は、半導体
発光素子と、エポキシ樹脂と、を備え、前記半導体発光
素子は、互いに向き合う第１および第２の面と、端面
と、を有し、光取り出し面となる前記第１の面の面積が
前記第２の面の面積よりも小さく、前記端面に高さ５０
ｎｍ以上７００ｎｍ以下の複数の凸部が形成された第１
導電型のＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記第２の面
上に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型
半導体層上に形成され、電流注入によって前記ＧａＰ基
板を透過する波長λの光を放射する活性層と、前記活性
層上に形成された第２導電型半導体層と、を有するもの
として構成され、前記エポキシ樹脂は、前記半導体発光
素子の前記ＧａＰ基板を覆い、前記波長λの光に対して
透明で、前記ＧａＰ基板と、空気と、の間の屈折率を有
するものとして構成されていることを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照にしつつ、本
発明の実施の形態について説明する。本実施形態の特徴
の１つは、透明なＧａＰ基板を用い基板側を光取り出し
面とする半導体発光装置において、ＧａＰ基板に複数の
微小な凸部を設けた点である。これにより、封止樹脂と
してのエポキシ樹脂の剥離を防止して、経時変化による
光取り出し効率の劣化を抑えることができる。以下、第
１の実施の形態では、図３のように、電極１６、１７を
基板１０の同じ側に設けた装置について説明し、第２の
実施の形態では、図９のように、電極５６、５７を基板
５０の両側に設けた素子について説明する。

【００１２】（第１の実施の形態）図１は、本発明の実
施の形態の半導体発光素子を示す断面模式図である。透
明なｐ型（第１導電型）のＧａＰ基板１０の（１００）
面上には、Ｉｎ_ｘ１Ｇａ_ｙ _１Ａｌ_{１−ｘ１−ｙ１}Ｐから
なるｐ型接着層１１、Ｉｎ_ｘ２Ｇａ_ｙ２Ａｌ_１−ｘ
_２−ｙ２Ｐからなるｐ型クラッド層１２、Ｉｎ_ｘ３Ｇａ
_ｙ３Ａｌ_{１−ｘ３−ｙ３}Ｐからなる活性層１３、Ｉｎ
_ｘ４Ｇａ_ｙ４Ａｌ_{１−ｘ４−ｙ４}Ｐからなるｎ型（第２
導電型）クラッド層１４、Ｉｎ_ｘ５Ｇａ_ｙ５Ａｌ
_{１−ｘ５−ｙ５}Ｐからなるｎ型コンタクト層１５、が順
次形成されている。この構造は、まず図示しない不透明
なｎ型ＧａＡｓ基板上に積層体１５〜１１が結晶成長さ
れ、次に透明なｐ型ＧａＰ基板１０がｐ型接着層１１上
に接着され、その後不透明なＧａＡｓ基板が剥離され
て、形成される。ここで、０≦ｘａ≦１、０≦ｙａ≦
１、０≦ｘａ＋ｙａ≦１、ａ＝１〜５、である。積層体
１１〜１５までの一部はエッチング除去され、エッチン
グ除去された部分に、ＡｕＺｎからなるｐ側電極１６が
形成されている。他方、ｎ型コンタクト層１５上の全面
には、ＡｕＧｅからなるｎ型電極１７が形成されてい
る。

【００１３】図１の半導体発光素子では、電流注入によ
り、活性層１３から波長λの光が放射される。図１の装
置ではこの波長λを６４０ｎｍとし、赤色発光の半導体
発光装置とした。活性層１３からの発光は、この発光に
対して透明なＧａＰ基板１０側の図中上側の面から取り
出さる。また、ＧａＰ基板１０の端面からも取り出され
る。つまり、ＧａＰ基板１０の図中上側の面、および図
中端面が光取り出し面となる。この光取り出し面には、
複数の凸部が形成されている。なお、図１の素子の大き
さは、ＧａＰ基板１０の厚さが数百μｍ、ＧａＰ基板１
０の凸部の大きさが約１００ｎｍ、積層体１１〜１５の
厚さが数μｍ、であるが説明をしやすくするため倍率を
変えて示している。

【００１４】図２は、上記の基板１０の表面部分Ａを拡
大して示した図である。上記のように基板１０の表面に
は、複数の凸部１８が形成されている。図２の素子で
は、この凸部の１つの大きさは、高さ約１００ｎｍ、幅
約５０ｎｍとしている。

【００１５】図３は、図１の半導体発光素子１を用いた
半導体発光装置である。リードフレーム３の内側は反射
板となっており、この反射板内に、半導体発光素子１が
設置されている。半導体発光素子１のｐ側電極１６は、
ｐ側リード４と電気的に接続されている。また、ｎ側電
極１７は、ｎ側リード５と電気的に接続されている。そ
して、半導体発光素子１は、エポキシ樹脂２で覆われて
いる。

【００１６】図３の装置では、ｐ側リード４と、ｎ側リ
ード５と、から電流が注入され、活性層１３から光が放
射される。そして、この活性層１３からの光は、ＧａＰ
基板１０、エポキシ樹脂２、を介して図中上側から出力
光Ｌとして取り出される。ここで、半導体発光素子１の
ｎ型ＧａＰ基板１０の屈折率は約３．５であり、半導体
発光装置の外側の空気の屈折率は１．０である。また、
エポキシ樹脂の屈折率は、このＧａＰ基板１０と空気と
の間の値である。このため、図２の装置では、ＧａＰ基
板１０、エポキシ樹脂２、空気、の順に屈折率が低くな
っており、光取り出し効率、および輝度が高くなる。

【００１７】以上説明した図３の半導体発光装置の特徴
の１つは、上記のように、半導体発光素子１のＧａＰ基
板１０の光取り出し面に、高さ約１００ｎｍ、幅約５０
ｎｍの複数の凸部を形成した点である。これより、図３
の装置では、経時変化による光取り出し効率の劣化を抑
えることができる。特に、図３の装置では、使用する駆
動電流が大きい場合、点灯・消灯の回数が多い場合、高
温の環境で使用する場合、などでも光取り出し効率の劣
化が少ない。本発明者の実験によれば、この理由は、以
下のように解析される。

【００１８】まず、ＧａＰ基板１０に凸部を形成するこ
とで、ＧａＰ基板１０と、エポキシ樹脂２と、の密着性
を強化できるためだと解析される。このように密着性が
高くなると、ＧａＰ基板１０とエポキシ樹脂２との剥離
が起こりにくくなり、光取り出し効率の劣化が起こりに
くくなる。

【００１９】これに対し、凸部を設けない従来のＧａＰ
基板は、エポキシ樹脂２との密着性が悪く、エポキシ樹
脂２の剥離が生じてしまった。このようにエポキシ樹脂
２が剥離すると、半導体発光素子１と、樹脂２と、の間
に隙間が生じてしまった。この隙間が生じると、隙間の
部分の屈折率は約１となり、この隙間の屈折率と、Ｇａ
Ｐ基板１０の屈折率と、の差が大きくなってしまう。こ
の結果、活性層１３からの光が基板１０と隙間と界面で
反射され、光取り出し効率が低下してしまった。

【００２０】次に、ＧａＰ基板１０に凸部を形成するこ
とで、ＧａＰ基板１０の表面積が増加し、ＧａＰ基板１
０が放熱しやすくなるからであると解析される。このよ
うに、ＧａＰ基板１０が放熱しやすくなると、点灯時で
も、ＧａＰ基板１０の表面の温度が高くなりすぎない。
このため、ＧａＰ基板１０との界面のエポキシ樹脂２の
変質が起こりにくくなり、エポキシ樹脂２の剥離が生じ
にくくなる。これにより、光取り出し効率の劣化が起こ
りにくくなる。本発明者の実験によれば、図３の半導体
発光素子１では、ＧａＰ基板１０に凸部を設けない従来
の構造に比べ、１／３の熱抵抗になっていることが分か
った。

【００２１】これに対し、凸部を設けない従来のＧａＰ
基板１０では、点灯時における表面の温度が高くなり、
ＧａＰ基板１０との界面のエポキシ樹脂２が劣化し、エ
ポキシ樹脂２の剥離が起こって、光取り出し効率が劣化
してしまった。

【００２２】次に、ＧａＰ基板１０に凸部を形成してＧ
ａＰ基板１０が放熱しやすくなったことにより、点灯時
と、消灯時と、のＧａＰ基板１０の表面の温度差が小さ
くなったからであると解析される。これによりＧａＰ基
板１０との界面のエポキシ樹脂２の劣化が起こりにくく
なり、エポキシ樹脂２の剥離が起こりにくくなって、最
終的に光取り出し効率の劣化が起こりにくくなる。

【００２３】このように、図３の装置では、エポキシ樹
脂２の剥離を防止し、光取り出し効率の劣化を抑えるこ
とができる。なお、具体的な樹脂剥離発生率については
後述する。

【００２４】また、図３の半導体発光装置では、半導体
発光素子１の活性層１３に直接遷移型の半導体であるＩ
ｎＧａＡｌＰを用いたので、輝度を高くすることができ
る。

【００２５】また、図３の半導体発光装置では、半導体
発光素子１に透明なＧａＰ基板１０を用い、このＧａＰ
基板１０側を光射面とし、電極１６、１７を光出射面と
反対側に設けたので、活性層１３からの光を電極１６、
１７が遮らないようにして、光取り出し効率を高くする
ことができる。

【００２６】また、図３の半導体発光装置では、半導体
発光素子（図１）のＧａＰ基板１０が厚膜（数百μｍ）
のｐ型半導体なので、ｐ側電極の形成のマージンが広
く、歩留まりを高くすることができる。これに対し、Ｇ
ａＰ基板１０を例えば透明なガラスに代えた場合は、薄
膜（数μｍ）のｐ型半導体層１２、１１にｐ側電極１６
を形成しなければならず、ｐ側電極１６の形成のマージ
ンが狭くなり、歩留まりが低下してしまう。

【００２７】また、図３の半導体発光装置では、ＧａＰ
基板１０に凸部を設けたので、さらに光取り出し効率を
高くすることができる。すなわち、凸部に入射した光
は、光の波長より小さな形状を実効的な屈折率の違いと
感じる特性があり、凸部に入射した光は界面で反射され
ることが無く取り出すことが出来る。さらに凸部を形成
することで光取り出し面の表面積が増加するため、実効
的にチップサイズを大きくした事に相当し、光取り出し
効率を改善できる。なお、具体的な光取り出し効率は後
述する。

【００２８】次に、図３の半導体発光装置におけるＧａ
Ｐ基板１０の凸部の大きさについて検討する。すなわ
ち、図３の半導体発光装置では、ＧａＰ基板１０の凸部
の大きさを、高さ約１００ｎｍ、幅約５０μｍとした
が、これを他の大きさとすることも可能であるので、こ
の大きさについて検討する。

【００２９】まず、エポキシ樹脂２の密着性の観点か
ら、凸部の大きさを検討する。図４（ａ）は、ＧａＰ基
板１０の凸部の大きさと、エポキシ樹脂２の樹脂剥離発
生率と、の関係を示す図である。樹脂剥離発生率は、通
電条件を３０ｍＡに保ちながら−３０℃〜８０℃の温度
サイクルを１００ステップ行うという条件で、エポキシ
樹脂２の剥離が発生した割合を示す。図４（ａ）から、
凸部の高さが数ｎｍ以下で実質的に凸部がない場合に
は、上記の条件では、９０％以上のエポキシ樹脂２が剥
離することが分かる。その後、凸部の高さを１０ｎｍ程
度より大きくすると樹脂剥離発生率が徐々に低下し、凸
部の高さを５０ｎｍ以上にすると、上記の条件でも樹脂
剥離発生率が１０％程度以下になる。さらに、凸部の高
さを６０ｎｍ以上にすると、樹脂剥離発生率はほぼ０％
になる。これは、前述のように、エポキシ樹脂２とＧａ
Ｐ基板１０との密着性が高くなること、および、ＧａＰ
基板１０の表面の放熱性が向上すること、によると考え
られる。しかし、凸部の高さを６００ｎｍよりも大きく
すると樹脂剥離発生率が徐々に増加し、７００ｎｍより
も高くすると樹脂剥離発生率が１０％程度以上になり、
１０００ｎｍよりも大きくすると凸部を設けない場合と
同程度まで上昇してしまう。これは、凸部を大きくしす
ぎると、前述の効果が得られなくなるからであると考え
られる。以上のように、ＧａＰ基板１０と、エポキシ樹
脂２と、の樹脂剥離を防止するためには、凸部の高さ
を、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下好ましくは５０ｎｍ
以上７００ｎｍ以下、さらに好ましくは６０ｎｍ以上６
００ｎｍ以下にすると良い。また、凸部の幅は、高さと
同程度以下、好ましくは高さの１／２程度にすると、良
好な密着性が得られた。

【００３０】次に、光取り出し効率の観点から、凸部の
高さを検討する。図４（ｂ）は、ＧａＰ基板１０の凸部
の大きさと、光取り出し効率と、の関係を示す図であ
る。光取り出し効率は、活性層１３からの光の波長λに
も依存するため、凸部の大きさは、この波長λを用いて
表している。ここで、波長λは、活性層１３の組成を変
化させ、５６０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲で変化させるこ
とができる。図４（ｂ）から、図３の装置では、凸部の
高さを０．０７λ以上１．３λ以下、好ましくは０．１
λ以上λ以下にすると、光取り出し効率が高くなること
が分かる。ここで、上述した５０ｎｍ以上７００ｎｍ以
下の範囲は、０．０７λ以上１．３λ以下の範囲に入っ
ている。従って、活性層１３をＩｎＧａＡｌＰとした本
実施形態の装置では、凸部を５０ｎｍ以上７００ｎｍに
すると、光取り出し効率を高くする効果も得られること
が分かる。

【００３１】以上説明した図４（ａ）、図４（ｂ）か
ら、エポキシ樹脂２の密着性の観点と、光取り出し効率
の観点と、を総合して、ＧａＰ基板１０の凸部の高さを
５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下にする良いことが分かる。

【００３２】以上説明した半導体発光装置では、半導体
発光素子の基板の面方位を（１００）面としたが、凸部
１８を形成しやすくするために、これを他の面方位とす
ることも可能である。また、エポキシ樹脂２とＧａＰ基
板１０との密着性をさらに向上させるためにＧａＰ基板
１０の形状を変えることも可能である。また、活性層１
３からの発光を均一にするために電極１６、１７を複数
設けたりすることも可能である。以下、いくつかの変形
例について具体的に説明する。

【００３３】（変形例１）変形例１の半導体発光素子
が、第１の実施の形態（図１）と異なる点は、ＧａＰ基
板１０の面方位を変化させ、オフ基板を用いた点であ
る。

【００３４】第１の実施の形態（図１）のＧａＰ基板１
０の図中下側の面は、前述のように、（１００）面とな
っている。この場合、端面は、（０１１）面となり、こ
れは劈開面となる。このように端面が劈開面になるよう
にすると、素子分離が容易になる。図１の素子では、こ
の素子分離の後、端面に複数の凸部を形成する。つま
り、図１の素子は、素子分離の容易さを重視した構造で
ある。

【００３５】これに対し、変形例１の半導体発光素子で
は、ＧａＰ基板１０の基板面を、（１００）面から［０
１１］方向に１５°傾斜した面としている。このような
ＧａＰ基板は、オフ基板と呼ばれる。このようなオフ基
板を用いると、端面の少なくとも１つは、（０１１）面
から１５°傾斜した面となる。本発明者の実験によれ
ば、ＧａＰ基板１０では、このように（０１１）面から
１５°傾斜した面には、カットした際に複数の凸部が形
成されることが分かった。そして、この凸部の高さの大
部分は、約１００ｎｍ程度になった。つまり、（１０
０）面から［０１１］方向に１５°傾斜したＧａＰ基板
１０を用いることで、図１の凸部を容易に形成できるこ
とが分かった。

【００３６】また、本発明者は、さらに基板の傾斜方向
を変化させて実験したとこと、（０１１）面から１０°
以上２０°以下傾斜した面では、カットした際に高さ約
５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の複数の凸部ができた。以
上のことから、（１００）面から［０１１］方向に１０
°以上２０°以下傾斜したＧａＰ基板１０を用いること
により、ＧａＰ基板１０の端面の少なくとも１つの面を
（０１１）面から１０°以上２０以下傾斜した面とし、
この面の表面に高さ５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の複数
の凸部を容易に形成できることが分かる。

【００３７】（変形例２）変形例２の半導体発光素子が
第１の実施の形態（図１）と異なる点は、図５から分か
るように、基板３０に密着強化領域３０ａを設けた点で
ある。他の主な構成は、第１の実施の形態（図１）と同
様である。このように密着強化領域３０ａを設けると、
エポキシ樹脂２（図３）の密着強度をさらに増加させる
ことができる。

【００３８】図６は、上記密着強化領域３０ａの水平方
向に対する角度と、素子の密着強度と、の関係を示す図
である。縦軸のダイシェア強度は、図５の素子を図３の
ように接着剤でマウント後、素子に側面から力を加えた
場合の、エポキシ樹脂２が剥離しない限界の力を示す。
密着強化領域３０ａを設けない場合、つまり角度が０°
または９０°の場合、ダイシェア強度は２５０ｇであ
る。角度が約４５°のとき、エポキシ樹脂２の密着強度
は最大になり、ダイシェア強度が、約５００ｇとなる。
つまり、角度４５°の密着強化領域３０ａを設けること
で、密着強化領域３０ａを設けない場合と比較して、エ
ポキシ樹脂２の接着強度が約２倍となる。このように、
密着強化領域３０ａを設けると、エポキシ樹脂２（図
３）の密着強度をさらに増加させることができる。

【００３９】（変形例３）変形例３の半導体発光素子が
第１の実施の形態（図１）と異なる点は、図７から分か
るように、ｐ側電極４６ａ、４６ｂ、ｎ側電極４７ａ、
４７ｂ、をそれぞれ２個設けた点にある。一般に、ｐ側
電極４６ａ、４６ｂ、ｎ側電極４７ａ、４７ｂ、を基板
４０の同じ側に設けると、活性層４３に電流を均一に注
入することがやや難しくなり、活性層４３の発光の均一
性を高くすることがやや難しくなる。しかし、図７のよ
うに、ｎ側電極４６ａ、４７ｂ、ｐ側電極４７ａ、４７
ｂを複数設けることで、活性層４３の発光の均一性を高
くすることができる。

【００４０】（第２の実施の形態）第２の実施の形態の
半導体発光素子は、図８から分かるように、電極５６、
５７をＧａＰ基板５０の両側に設けた素子である。この
素子では、生産性の高さ、製造コストの低さ、および歩
留まりの高さ、を重視している。

【００４１】図８は、本発明の第２の実施の形態の半導
体発光素子を示す断面模式図である。透明なｐ型（第１
導電型）のＧａＰ基板５０の上には、Ｉｎ_ｓ１Ｇａ_ｔ１
Ａｌ _{１−ｓ１−ｔ１}Ｐからなるｐ型接着層５１、Ｉｎ
_ｓ２Ｇａ_ｔ２Ａｌ_{１−ｓ２−ｔ} _２Ｐからなるｐ型クラッ
ド層５２、Ｉｎ_ｓ３Ｇａ_ｔ３Ａｌ_{１−ｓ３−ｔ３}Ｐから
なる活性層５３、Ｉｎ_ｓ４Ｇａ_ｔ４Ａｌ_{１−ｓ４−ｔ４}
Ｐからなるｎ型（第２導電型）クラッド層５４、Ｉｎ
_ｓ５Ｇａ_ｔ５Ａｌ_{１−ｓ５−ｔ５}Ｐからなるｎ型コンタ
クト層５５、が順次形成されている。ここで、０≦ｓｑ
≦１、０≦ｔｑ≦１、０≦ｓｑ＋ｔｑ≦１、ｑ＝１〜
５、である。ＧａＰ基板５０上には、ＡｕＺｎからなる
ｐ側電極５７が形成されている。また、ｎ型コンタクト
層５５上の全面には、ＡｕＧｅからなるｎ側電極５６が
形成されている。

【００４２】図８の半導体発光素子では、電流注入によ
り、活性層５３から波長λの光が放射される。図１の装
置ではこのλを５７０ｎｍとし、緑色発光の半導体発光
装置とした。活性層５３からの発光は、この発光に対し
て透明なＧａＰ基板５０の図中上側の面から取り出され
る。また、ＧａＰ基板５０の端面からも取り出される。
つまり、ＧａＰ基板５０の図中上側の面、および図中端
面が光取り出し面となる。このＧａＰ基板５０の端面に
は複数の凸部が形成されている。凸部の大きさは、第１
の実施の形態（図２）と同様とした。なお、図８の素子
の大きさは、ＧａＰ基板５０の厚さが約２００μｍ、Ｇ
ａＰ基板１０の図中下側の面の幅が約５００μｍ、図中
上側の面の幅が約２５０μｍ、ＧａＰ基板５０の凸部の
高さが約１００ｎｍ、積層体５１〜５５の厚さが数μ
ｍ、であるが説明をしやすくするため倍率を変えて示し
ている。

【００４３】図８の半導体発光素子では、ｐ側電極５７
を光取り出し面の側に形成している。

【００４４】このｐ側電極は、大きすぎると、光取り出
し効率が下がり、小さすぎると、ボンディングワイヤの
ボンディングが難しくなる。このため、図９の素子で
は、ｐ側電極５７の直径は１００μｍとしている。

【００４５】図９は、図８の半導体発光素子１を用いた
半導体発光装置である。この装置の基本的な構造は、半
導体発光素子１を替えた点以外は第１の実施の形態（図
３）とほぼ同様であり、第１の実施の形態に対応する部
分は同じ番号で示している。リードフレーム３の内側は
反射板となっており、この反射板内に、半導体発光素子
１が設置されている。半導体発光素子１のｐ側電極５７
は、ボンディングワイヤー６によってｐ側リード４と電
気的に接続されている。また、ｎ側電極５６は、ｎ側リ
ード５と電気的に接続されている。そして、半導体発光
素子１は、エポキシ樹脂２で覆われている。

【００４６】図９の半導体発光装置では、基板５０の端
部に複数の凸部を設けたので、第１の実施の形態（図
３）の装置と同様に、エポキシ樹脂２の剥離を防止し、
経時変化による光取り出し効率の劣化を少なくすること
ができる。

【００４７】また、図９の半導体発光装置では、半導体
発光素子１の底面が上面に比べて広い構造であるため、
素子１をリード５上にアセンブリするときにチップが傾
きずらく、マウントが極めて容易である。このため、生
産性や歩留まりを高くすることができる。

【００４８】また、図９の半導体発光装置に用いられる
半導体発光素子１は、１回の製造工程で１枚の基板から
多数製造できる。このため、図９の半導体発光装置は、
生産性が高く、製造コストが安い。以下、図１０
（ａ）、図１０（ｂ）を用いて、このことを説明する。
図１０（ａ）は、本実施形態の半導体発光素子１の製造
方法を模式的に示す図でありる。これに対し、図１０
（ｂ）は、比較例の半導体発光素子の製造方法を模式的
に示す図である。それぞれの図では、斜線部分が素子と
なる部分を示している。図１０（ａ）、図１０（ｂ）か
ら分かるように、基板Ｓに形成された半導体発光素子
を、図中上側の面からダイシングにより分離する場合、
ダイシング装置の強度の関係で、隣接する素子の間に一
定の間隔ｄを設ける必要がある。比較例の図１０（ｂ）
の立方体形状の素子の場合、この間隔ｄの全部をダイシ
ングしているので、素子が得られない部分が多くなる。
これに対し、本実施形態の図１０（ａ）の素子では、ハ
ーフダイシングを行うことで、素子が効率的に得られ
る。つまり、１回の製造工程で１枚の基板から多数製造
できる。このため、図９の半導体発光装置は、生産性が
高く、製造コストが安くなる。

【００４９】また、図９の半導体発光装置では、ＧａＰ
基板５０の端部に複数の凸部を設けたので、前述の反射
率の低下と表面積拡大により、端部から有効に光を取り
出すことができる。このため、ＧａＰ基板５０の上面の
面積が小さく、ＧａＰ基板５０の上面にｐ側電極５７が
あるにもかかわらず、光取り出し効率が低下しない。こ
れに対し、ＧａＰ基板５０の端部に凸部を設けないと、
ＧａＰ基板５０の端部から光をほとんど取り出すことが
できず、光取り出し効率が低下してしまう。

【００５０】このように、図９の半導体発光装置は、Ｇ
ａＰ基板５０側を光取り出し面とし、ＧａＰ基板５０の
端部に複数の凸部を設け、ＧａＰ基板の図中下側の面を
図中上側の面よりも大きくしたので、生産性を高くし、
コストを安くし、歩留まりを高くすることができる。ま
た、図１０の半導体発光装置では、基板５０の端部に複
数の凸部を設けたので、エポキシ樹脂３の剥離による光
取り出し効率の低下を防ぐことができる。また、端面か
らの光取り出し効率を高くすることもできる。

【００５１】（変形例）変形例の半導体発光素子は、図
１１から分かるように、オフ基板６０を用い、端面を傾
斜させている。この素子では、端面における凸部の形成
が容易になる。

【００５２】図１１は、本発明の第２の実施の形態の変
形例を示す図である。ｎ型ＧａＰ基板６０の図中下側の
面、すなわち基板面は、（１００）面から［０１１］方
向に１５°傾斜している。積層体５１〜５５の端面は垂
直方向から１５°傾斜しており、この端面は劈開面とな
る。図１１の素子では、ＧａＰ基板６０の図中左側の
端面が、この劈開面から１５°傾斜するようにされてい
る。このようにすると、前述のように、基板面を形成し
た際に、高さ約１００ｎｍの複数の凸部が形成される。
この結果、図中左側の端面における凸部の形成が容易に
なる。このように、変形例の素子は、凸部の形成の容易
さを重視した構造である。本発明者の実験によれば、第
１の実施の形態と同様に、ＧａＰ基板６０の端面が劈開
面から傾斜する角度を１０°〜２０°とすると、望まし
い凸部が形成できた。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、ＧａＰ基板を用い、か
つ、基板側を光取り出し面とした半導体発光装置におい
て、ＧａＰ基板に高さ５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の複
数の凹凸を設けたので、封止樹脂としてのエポキシ樹脂
の剥離を防止し、経時変化による光取り出し効率の劣化
を少なくすることができる。また、光取り出し効率を高
くすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の半導体発
光素子の断面模式図。

【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の半導体発
光素子の基板１０表面の拡大図。

【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態の半導体発
光装置の断面模式図。

【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の半導体発
光装置の特性を示す図で、図４（ａ）は、ＧａＰ基板１
０の凸部１８の高さと、樹脂剥離発生率と、の関係を示
す図で、図４（ｂ）は、ＧａＰ基板１０の凸部１８の高
さと、光取り出し効率と、の関係を示す図。

【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態の変形例２
の半導体発光素子の断面模式図。

【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の変形例２
の半導体発光素子の、密着強化領域３０ａの水平方向に
対する角度と、ダイシェア強度と、の関係を示す図。

【図７】図７は、本発明の第１の実施の形態の変形例３
の半導体発光素子の断面模式図。

【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態の半導体発
光素子の断面模式図。

【図９】図９は、本発明の第２の実施の形態の半導体発
光装置の断面模式図。

【図１０】図１０は、本発明の第２の実施の形態の半導
体発光素子の製造方法を示す図。

【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態の変形
例の半導体発光素子の断面模式図。

【符号の説明】

１０、３０、４０、５０、６０ｐ型のＧａＰ基板１１、３１、４１、５１、６１ｐ型接着層（ｐ型半導
体層）１２、３２、４２、５２、６２ｐ型クラッド層（ｐ型
半導体層）１３、３３、４３、５３、６３ＩｎＧａＡｌＰ活性層１４、３４、４４、５４、６４ｎ型クラッド層（ｎ型
半導体層）１５、３５、４５、５５、６５ｎ型コンタクト層（ｎ
型半導体層）１半導体発光素子２エポキシ樹脂

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺幸雄神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内 (72)発明者赤池康彦神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内 (72)発明者菅原秀人神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝マイクロエレクトロニクスセンター内Ｆターム(参考） 5F041 AA04 AA33 AA43 AA44 CA04 CA13 CA23 CA34 CA37 CA76 DA04 DA09 DA18 DA44 DB03 FF01 FF11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体発光素子と、エポキシ樹脂と、を備
え、前記半導体発光素子は、互いに向き合う第１および第２の面と、端面と、を有
し、光取り出し面となる前記第１の面および前記端面の
全部または一部の表面に、高さ５０ｎｍ以上７００ｎｍ
以下の複数の凸部が形成された第１導電型のＧａＰ基板
と、前記ＧａＰ基板の前記第２の面上に形成された第１導電
型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され、電流注入によっ
て前記基板を透過する波長λの光を放射する活性層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有
するものとして構成され、前記エポキシ樹脂は、前記半導体発光素子の前記ＧａＰ基板を覆い、前記波長
λの光に対して透明で、前記ＧａＰ基板と、空気と、の
間の屈折率を有するものとして構成されていることを特
徴とする半導体発光装置。
【請求項２】半導体発光素子と、エポキシ樹脂と、を備
え、前記半導体発光素子は、互いに向き合う第１および第２の面と、端面と、を有
し、光取り出し面となる前記第１の面の面積が前記第２
の面の面積よりも小さく、前記端面に高さ５０ｎｍ以上
７００ｎｍ以下の複数の凸部が形成された第１導電型の
ＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記第２の面上に形成された第１導電
型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に形成され、電流注入によっ
て前記ＧａＰ基板を透過する波長λの光を放射する活性
層と、前記活性層上に形成された第２導電型半導体層と、を有
するものとして構成され、前記エポキシ樹脂は、前記半導体発光素子の前記ＧａＰ基板を覆い、前記波長
λの光に対して透明で、前記ＧａＰ基板と、空気と、の
間の屈折率を有するものとして構成されていることを特
徴とする半導体発光装置。
【請求項３】前記活性層がＩｎＧａＡｌＰからなること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体発光
装置。
【請求項４】前記基板が、（１００）面から［０１１］
方向に１０°以上２０°以下傾斜した基板であり、前記
基板の前記端面の少なくとも１つの面が、劈開面となる
（０１１）面から１０°以上２０°以下傾斜した面であ
り、前記端面の表面に前記凸部が形成されていることを
特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半
導体発光装置。