JP2005026395A - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】マウント面側のｎ側オーミック電極の方向に進行した発光を発光素子の外部に効率よく取出すことができる半導体発光素子及びこれを搭載した半導体発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１及び第２の主面を有するＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記第１の主面上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層と、前記発光層の上に設けられたコンタクト層と、前記コンタクト層の上に選択的に設けられたオーミック電極と、前記オーミック電極及びその周囲の前記コンタクト層を覆うようの設けられた金属層と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置に関し，より詳細には、オーミック接触を維持しつつ外部光取出し効率の向上を図った構造を有する半導体発光素子及びこれを搭載した半導体発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子の代表的なものであるＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）は、ｐｎ接合に順方向電流を流したとき、注入された電子とホール（正孔）とがｐｎ接合域で再結合する過程で生じる自然放出光を利用した素子である。このような半導体発光素子は、低消費電力、長寿命、及び小型軽量などの利点を有しているため、各種の表示装置や交通信号機等に、広く使われている。そして例えば、自動車のバックライト用などとして使用される際には、低消費電力でさらに高輝度の発光が要求されている。
【０００３】
一般に、半導体発光素子においては、その内部発光効率と外部取出し効率が高いほど、高輝度発光が可能となる。ここで、「内部発光効率」は、例えば入力電力に対する発光に寄与する電力の割合であり、「外部取出し効率」は、発光した光のうちで半導体発光素子の外側に取り出す光の割合である。
【０００４】
ＩｎＧａＡｌＰ系の半導体発光素子の場合、従来は、発光層を含むＩｎＧａＡｌＰ層をＧａＡｓ基板上に結晶成長させていた。しかし、ＧａＡｓ基板は可視光領域の光を吸収するため、外部取り出し効率を著しく低下させるという問題があった。これに対して、半導体発光素子の大半の容積を閉める基板としてＧａＰを用いることにより、外部取り出し効率を上げることができる。すなわち、ＧａＰは、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体から得られる発光波長に対して吸収量が少ない材料である。この構造においては、ＩｎＧａＡｌＰ発光層からＧａＰ基板の方向に進んだ光は、ＧａＰ基板を通過し、基板の側面或いは底部から外部に取り出すことができる。つまり、外部取出し効率が飛躍的に高まり、半導体発光素子の輝度が向上する。
【０００５】
図２１は、本発明者が本発明に至る過程で検討した半導体発光素子の断面構造を表す模式図である。すなわち、この半導体発光素子５００は、ＧａＡｓ基板の上にエピタキシャル成長させたＩｎＧａＡｌＰ層をＧａＰ基板に接着することにより形成したものである（例えば、特許文献１）。
【０００６】
その構造について説明すると、ｐ型ＧａＰ基板５０１からみて、ｐ型ＧａＰ接着層５０２、ｐ型ＩｎＧａＰ接着層５０３、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層５０４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ−多重量子井戸（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｑｕｎａｔｕｍ ｗｅｌｌ：ＭＱＷ）層５０５、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層５０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層５０７、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層５０８、及びｎ側オーミック電極５１１がこの順に形成されている。ｐ型ＧａＰ基板５０１の表面には、ｐ側オーミック電極５１０が設けられている。また、ｎ側オーミック電極５１１の下には，低熱抵抗マウントを得るための半田膜５１２が適宜設けられている。
【０００７】
この半導体発光素子５００は、後に詳述するように、半田膜５１２を介して図示しないリードフレームや実装基板などのパッケージ部材に適宜マウントされる。また、ｐ側オーミック電極５１０は、金線を介して、パッケージ部材のもう一方の電極にワィヤボンディングされる。そして、これらｐ側及びｎ側電極５１０、５１１を介して電流を注入することにより、発光素子として動作させる。
【０００８】
この半導体発光素子５００においては、活性層であるｐ型ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ層５０５からＧａＰ基板５０１の方向に放出された光は、基板５０１を透過し、その上面及びテーパーが形成された側面５０１Ｓから効率良く出射される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１６２９８５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図２１に表した半導体発光素子の場合、ｎ側オーミック電極５１１における光吸収が大きいという問題があった。すなわち、半導体発光素子５００において、発光層５０５から放出された発光のうちの約半分は、マウント面側であるｎ側オーミック電極５１１の方向に進行する。
【００１１】
このｎ側オーミック電極５１１は、ＧａＡｓコンタクト層５０２の表面にＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）などのオーミック金属を蒸着などの方法により形成した後、異種金属接触に伴なうポテンシャル差（仕事関数差）を小さくする目的で、加熱による所定の合金化処理することにより形成される。このような合金化処理によって形成されたオーミック層は、ＩｎＧａＡｌＰ発光層５０５から放出された光に対する吸収が大きい。
【００１２】
その結果として、発光層５０５において生じた光のうちの一定の成分は、発光素子の外部に取り出すことができず、「外部取り出し効率」には全く寄与しなくなる。
【００１３】
すなわち、マウント面側であるｎ側オーミック電極５１１の方向に進行した発光を、発光素子の外部に効率よく取出すことができれば、発光素子の外部取り出し効率をさらに大幅に高めることが可能となる。
【００１４】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、マウント面側のｎ側オーミック電極の方向に進行した発光を発光素子の外部に効率よく取出すことができる半導体発光素子及びこれを搭載した半導体発光装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の半導体発光素子は、第１及び第２の主面を有するＧａＰ基板と、前記ＧａＰ基板の前記第１の主面上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層と、前記発光層の上に設けられたコンタクト層と、前記コンタクト層の上に選択的に設けられたオーミック電極と、前記オーミック電極及びその周囲の前記コンタクト層を覆うように設けられた金属層と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の半導体発光装置は、実装部材と、前記実装部材に対して、前記金属層の側をマウント面としてマウントされた上記の半導体発光素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
なお、本明細書において「ＩｎＧａＡｌＰ系半導体」とは、組成式ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰにおける組成比ｘおよびｙを、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、但し（ｘ＋ｙ）≦１の範囲で変化させたあらゆる組成の半導体を含むものとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態にかかる、半導体発光素子を表す模式図である。すなわち、同図（ａ）は、その断面図であり、同図（ｂ）はそのオーミック電極１１１の平面配置を表す模式図である。
すなわち、本実施形態の半導体発光素子は、ｐ型ＧａＰ基板１０１からみて、ｐ型ＧａＰ接着層１０２、ｐ型ＩｎＧａＰ接着層１０３、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１０４、ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ層１０５、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層１０６、ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層１０８、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０９がこの順に形成されている。さらに、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１０９の下にｎ側オーミック電極１１１が部分的に設けられ、このｎ側オーミック電極１１１とその周囲のコンタクト層１０９の下には、Ａｕ（金）やＡｌ（アルミニウム）などの反射率の高い材料からなる金属層１１３が形成され、その下に半田層１１２が形成されている。
【００２０】
ｎ側オーミック電極１１１は、ＡｕＧｅ（金ゲルマニウム）などのオーミック金属を蒸着などの方法によりコンタクト層１０９の表面に形成した後、加熱による所定の合金化処理を施すことにより、異種金属接触に伴なうポテンシャル差（仕事関数差）が小さくなるように形成されている。
また、金属層１１３は、オーミック電極１１１に接続されｎ側電極の一部としても機能する。ただし、金属層１１３は、コンタクト層１０９と実質的に合金化しておらず、発光層１０５から放出された光に対する反射率は、ｎ側オーミック電極１１１に放出された光に対する反射率よりも高いものとされている。
【００２１】
一方、ｐ型ＧａＰ基板１０１の表面には、ｐ側オーミック電極１１０が設けられている。
【００２２】
そして、本実施形態においては、ｎ側オーミック電極１１１は、図１（ｂ）に表した如く、コンタクト層１０９の全面に積層させるのではなく、発光素子の側面Ｓから所定の距離だけ離間して略環状ストライプ状に形成されている。すなわち、ｎ側オーミック電極１１１は、発光素子の４辺に対して略平行な４つのストライプからなる略環状ストライプ状に形成されている。ｎ側オーミック電極１１１をこのような独特の形態に形成することにより、ｎ側における電極の接触抵抗の増大を抑制しつつ、光取り出し効率を上げることができる。すなわち、ｎ側オーミック電極１１１の面積を可能な限り小さくし、発光層１０５から向かってきた発光をなるべく広い面積の金属層１１３で反射させ、ＧａＰ透明基板１０１の方向に導くことができる。
【００２３】
図２は、本実施形態の半導体発光素子における光の取り出し経路を例示する概念図である。すなわち、発光層（ＩｎＧａＡｌＰ−ＭＱＷ層）１０５からＧａＰ基板１０１の方向に放出された光Ｌ１は、基板１０１を透過してその上面や側面から外部に取り出すことができる。この時、基板１０１の側面１０１Ｓを図示した如く斜面状に傾斜させることにより、光の全反射を抑制して取り出し効率をさらに上げることができる。
【００２４】
また、発光層１０５からｎ側に向けて放出された光のうちで、ｎ側オーミック電極１１１の部分に入射した光は、図２１に関して前述したように、合金化された領域において一定の吸収を受け、その強度が減衰して反射された成分Ｌ２がＧａＰ基板１０１などを介して外部に取り出される。
【００２５】
また、発光層１０５からｎ側に向けて放出された光のうちで、Ａｕ（金）やアルミニウム（Ａｌ）などからなる金属層１１３に入射した光Ｌ３、Ｌ４は殆ど吸収されずに高い反射率で反射され、ＧａＰ基板１０１を透過して外部に取り出され（Ｌ３）または、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体層を透過して素子の側面Ｓから外部に取り出される（Ｌ４）。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、ｎ側オーミック電極１１１を素子の一部のみに選択的に形成し、その下に金属層１１３を設けることにより、光の取り出し効率を大幅に上げることが可能となる。
【００２７】
図３は、ｎ側オーミック電極の形成位置を様々に変化させて光の取り出し効率を評価した結果を表すグラフ部である。すなわち、同図の横軸はｎ側オーミック電極１１１の位置を表し、縦軸は光取り出し効率比を表す。ここで、グラフの横軸は、発光素子の中心からｎ側オーミック電極１１１のストライプ中心までの距離に対応する。
【００２８】
プロット（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ挿入図の如くｎ側オーミック電極１１１をストライプ状に形成した場合を表す。これらいずれの場合も、オーミック電極１１１が発光素子の平面積に占める割合は、１５パーセントとした。オーミック電極１１１の面積が小さいと、ｎ側における接触抵抗の増大が懸念される。しかし、オーミック電極１１１の面積比を１５パーセント程度とすれば、ｎ側における接触抵抗の増大による発光特性の低下などは実質的に発生しない。プロット（ｆ）は、ｎ側オーミック電極１１１を素子の側面に隣接して形成した場合に対応する。そして、この時に得られる光取り出し効率を「１」として、図３の縦軸をプロットした。
【００２９】
また、プロット（ｇ）は、その挿入図の如く発光素子の中心にｎ側オーミック電極１１１を円形状に設けた場合を表す。この場合も、オーミック電極１１１が発光素子の平面積に占める割合は、１５パーセントとした。
【００３０】
またここで、全てのプロット（ａ）〜（ｇ）において、発光素子の平面サイズは、一辺が７５０マイクロメータの正方形状とし、ｐ側電極１１０は、チップの平面積の３０パーセントを占める円形状とした。
【００３１】
図３から、略環状ストライプ状のｎ側オーミック電極１１１を発光素子の中心側（プロット（ａ））から側面に徐々に近づけていくと、光取り出し効率比は上昇し、プロット（ｃ）においてピークが得られることが分かる。そして、ｎ側オーミック電極１１１をさらに素子の側面に近づけると、光取り出し効率比は低下する。また一方、プロット（ｇ）で表したようにｎ側オーミック電極１１１を素子の中心に形成した場合の光取り出し効率比は、約０．８２と低い値であった。
【００３２】
また、これとは別に、発光素子の全面にｎ側オーミック電極１１１を形成した場合、すなわち、ｎ側オーミック電極１１１が発光素子の平面積に占める割合を１００％とした場合について光取り出し効率比を評価した結果、約１．２であることが分かった。図３において、プロット（ａ）乃至（ｅ）の範囲においては、１．２以上の光取り出し効率比が得られており、発光素子の全面にｎ側オーミック電極１１１を形成する場合よりも光取り出し効率が改善されることが分かる。
【００３３】
図３に表した光取り出し効率比の傾向は、定性的には、以下のように説明できる。
すなわち、ｎ側オーミック電極１１１を素子の中心の付近に形成した場合には、オーミック電極１１１を介して注入された電流により得られる発光領域の分布も、素子の中心付近に発光強度のピークを有する分布となる。この場合、図１及び図２からも分かるように、ｐ側電極１１０の下に発光のピークが形成されるため、ｐ側電極１１１に遮蔽されて光の取り出し効率が低下する。
【００３４】
一方、プロット（ａ）〜（ｃ）に表したように、ｎ側オーミック電極１１１の位置を素子の側面に近づけるに従い、上側のｐ側電極１１０に遮蔽される成分が低減し、光の取り出し効率が上昇する。しかし、プロット（ｃ）〜（ｆ）に表したように、ｎ側オーミック電極１１１の位置をさらに素子の側面に近づけると、素子の側面が近接する。このため、ｎ側オーミック電極１１１を介して注入された電流が電流拡散層１０８において十分に拡がることができなくなる。その結果として、電流拡散効果が十分に得られなくなり、光取り出し効率比が再び低下する。
【００３５】
以上の事情を勘案すると、多くの場合に、ｎ側オーミック電極１１１は、図４に表したように、ｐ側電極１１０の端に対応させた位置に設けると良好な結果が得られる。つまり、図４（ａ）においてＣ−Ｃ線の近傍にｎ側オーミック電極１１１を設けることにより、高い光取り出し効率が得られる場合が多い。
【００３６】
但し、本発明はこの配置関係に限定されるものではなく、ｎ側オーミック電極１１１のサイズ（面積比）や形成位置については、発光素子の構造パラメータ、すなわち、素子の高さ、平面サイズ、ｐ側電極のサイズと位置、基板１０１の厚み、電流拡散層１０８の厚みなどを考慮して適宜決定することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態においては、ｎ側オーミック電極１１１を発光素子の側面から所定の間隔で略環状ストライプ状に形成することにより、ｎ側オーミック電極１１１における光の吸収を抑制して、光取り出し効率を大幅に改善することが可能となる。
【００３８】
次に、本実施形態の半導体発光素子の製造方法について説明する。
最初に、ＧａＰ基板を貼り合わせるまでの工程について説明する。
【００３９】
図５乃至図７は、本実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１０１を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【００４０】
まず、図５に表したように、ｎ型のＧａＡｓからなる第１の半導体基板３００の上に、ＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属化学気相成長）法などの方法により、ｎ型コンタクト層１０９〜接着層１０３までの各半導体層をこの順にエピタキシャル成長させて積層体２００を形成する。
例えば、ｎ型クラッド層１０６を形成する工程について説明すると、ＭＯＣＶＤ反応室内に、反応ガスのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびホスフィン（ＰＨ３）を、ｎ形ドーパントガスのＳｉＨ４およびキャリアガスの水素（Ｈ２）と共に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することにより、キャリア濃度が１．０×１０１６〜１．０×１０１９ｃｍ−３程度のＩｎ０．４９（Ｇａ０．３Ａｌ０．７）０．５１Ｐからなるｎ形クラッド層１０６を０．５μｍ程度、成長することができる。また、ｐ型のドーパントガスとしては、例えば、ジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用いることができる。
【００４１】
次に、図６に表したように、ＧａＡｓ基板３００の上に成長した積層体２００（１０９〜１０３）の表面に、ＧａＰ基板１０１を接着する。この際に、ＧａＰ基板１０１の上には、予め、ＭＯＣＶＤ法によりＺｎドープのＧａＰ接着層１０２を１ｎｍ〜１μｍ程度の厚みに成長しておく。この場合、ＴＭＧ、ＴＭＺｎ、ＰＨ３を、キャリアガスの水素（Ｈ２）と共に反応室に導入し、５００〜９００℃程度でエピタキシャル成長することができる。
図６に表した接着工程においては、積層体２００とＧａＰ接着層１０２の表面を重ね合せ、０．１〜１０ｋｇ／ｃｍ２程度の圧力で圧接しながら７００℃程度に加熱して圧着することにより接合する。
その後、Ｈ２Ｏ２とＨ２ＳＯ４の混合液により１０〜６０分間のエッチングを行なうことで、図７に表したように、ＧａＡｓ基板３００を除去する。
【００４２】
このようにして、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体層１０３〜１０９からなる積層体２００をＧａＰ基板１０１に貼り合わせたら、素子化プロセスを実施する。
図８乃至図１２は、これらの工程を表す工程図である。
まず、図８に表したように、ｐ側電極１１０、ｎ側オーミック電極１１１をそれぞれ形成する。すなわち、ＧａＰ基板１０１の裏面側にｐ側電極１１０を蒸着とパターニングなどのプロセスにより形成する。また、ｎ型コンタクト層１０９の表面に、やはり蒸着とパターニングなどのプロセスによってｎ側オーミック電極１１１を形成する。この際に、例えば、図９に平面図として例示した如く、素子の側面から所定の距離だけ離間したストライプ状となるように、ｎ側オーミック電極１１１を選択的に形成する。
【００４３】
次に、図１０に表したように、ｎ側オーミック電極１１１及びその周囲に露出しているｎ型コンタクト層１０９の上に、蒸着やスパッタなどの方法により金属層１１３を形成する。
【００４４】
次に、図１１に表したように、ウェーハのｎ側とｐ側をそれぞれレジスト３２０、３３０により保護する。そして、ｎ側電極１１３を下にしてウェーハをテープ３４０に貼り付け、ダイシングしてチップ毎に分離する。この際に、ダイシングブレードの刃先の角度を適宜調節することにより、図示した如く、ＧａＰ基板１０１の側面が所定の傾斜面となるようにダイシングすることができる。
【００４５】
その後、図１２に表したように、テープ３４０を水平方向に引き伸ばしてチップ同士の間隔を拡げる。そして、ダイシングにより生じたＧａＰ基板１０１及び積層体２００の側面の破砕層をエッチングにより除去する。破砕層のエッチングは、例えば、過酸化水素水と水と塩酸との混合液に１０数分間、浸すことにより行うことができる。この後、さらに例えば、フッ酸に５分間程度、浸すことにより、ＧａＰ基板１０１の側面に高低差が数マイクロメータ程度の微細な凹凸を設けることもできる。このような微細な凹凸を設けることにより、ＧａＰ基板１０１の側面における光の全反射を抑制して、光の取り出し効率をさらに上げることが可能となる。
【００４６】
また、本発明においては、ＧａＰ基板１０１の側面の全体を一様に傾斜した面とする代わりに、側面の一部のみを傾斜面としてもよい。
【００４７】
図１３乃至図１５は、このように、ＧａＰ基板の側面を部分的に傾斜面とするための製造方法を例示する工程図である。
【００４８】
すなわち、図１３に表したように、ウェーハのｎ側とｐ側をそれぞれレジスト３２０、３３０により保護し、ｎ側電極１１３を下にしてウェーハをテープ３４０に貼り付ける。そして、ダイシングする際に、ダイシングブレードの刃先の角度を適宜調節し、ＧａＰ基板１０１の途中までダイシングする。
【００４９】
次に、図１４に表したように、刃先の側面がほぼ垂直の薄いダイシングブレードを用いて残余の部分をダイシングする。
その後、図１５に表したように、テープ３４０を水平方向に引き伸ばしてチップ同士の間隔を拡げる。そして、ダイシングにより生じたＧａＰ基板１０１及び積層体２００の側面の破砕層をエッチングにより除去する。
【００５０】
このようにして、ＧａＰ基板１０１の側面の一部が傾斜面を構成し、残りの部分が垂直面を構成する半導体発光素子が得られる。このような半導体発光素子においても、本発明においては、ｎ側オーミック電極１１１を素子の側面から所定の間隔で略ストライプ状に形成することにより、光の吸収を抑制して、高い光取り出し効率が得られる。
【００５１】
次に、本発明の半導体発光素子を用いた半導体発光装置について説明する。
図１６は、本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置の要部構成を例示する模式図である。同図については、図１乃至図１５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施形態の半導体発光装置は、ｎ側パッド１１４及びｐ側パッド１１６が設けられた実装基板１１５と、そのｎ側パッド１１４の上にマウントされた半導体発光素子１００と、を有する。半導体発光素子１００は、図１乃至図１５に関して前述した本発明の実施の形態にかかる半導体発光素子である。素子１００のマウントは、半田層１１２により行っても良いし、または、導電性ペーストなどの接着剤により行ってもよい。但し、高出力用途においては、耐熱性や熱接触の確保などの観点から金属半田材料によりマウントすることが望ましい。
【００５２】
また、半導体発光素子のｐ側電極１１０は、金ワイアなどの配線１１７によってｐ側パッド１１５に接続されている。
【００５３】
本発明によれば、図１乃至図１５に関して前述したように、ｎ側オーミック電極１１１を素子の側面から所定の間隔で略ストライプ状に形成することにより、光の吸収を抑制して光取り出し効率を大幅に上げることができる。その結果として、高い光出力の半導体発光装置を実現でき、自動車のストップランプや交通信号など高い輝度と高い信頼性が要求される各種の用途に適用することができる。
【００５４】
またさらに、本発明においては、発光素子のｎ側、すなわちＧａＰ基板１０１の側ではなく、ＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層の側を実装部材にマウントできる。その結果として、ＧａＰ基板をマウントした場合と比較して、発光層において生ずる熱の放散性が大幅に改善され、高い光出力を安定して得られる点でも有利である。
【００５５】
以下、本実施形態の半導体発光装置の具体例について説明する。
【００５６】
図１７は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例の半導体発光装置は、「砲弾型」などと呼ばれる樹脂封止型の半導体発光装置である。
リード５１０の上部には、カップ部５１０Ｃが設けられ、本発明の半導体発光素子１００は、このカップ部５１０Ｃの底面に接着剤などによりマウントされている。そして、もうひとつのリード５２０にワイア５３０により配線が施されている。カップ部５１０Ｃの内壁面は、光反射面５１０Ｒを構成し、半導体発光素子１００から放出された光を反射して上方に取り出すことができる。
【００５７】
カップ部５１０Ｃは、光透過性の樹脂５４０により封止されている。樹脂５４０の光取り出し面５４０は、集光曲面を形成し、半導体発光素子１００から放出される光を適宜集光させて所定の配光分布が得られるようにすることができる。
【００５８】
本発明によれば、図１乃至図１５に関して前述した半導体発光素子を用いることにより、発光層から放出された光を高い効率で素子から取り出すことができる。基板の側面１０１Ｓから放出された光は、カップ部の反射面５１０Ｒにより反射され、樹脂５４０を介して取り出すことができる。その結果として、輝度の高い半導体発光装置を実現できる。
【００５９】
図１８は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例においては、図１乃至図１５に関して前述した本発明の半導体発光素子１００は、リード６１０の上にマウントされ、もうひとつのリード６２０にワイア６３０により接続が施されている。半導体発光素子１００を封止する樹脂６４０は、その光軸６４０Ｃを中心軸とした回転対称であり、中心において半導体発光素子１００の方向に後退し集束する形状を有する。このような形状の樹脂６４０を採用することにより、広角に光を分散させる配光特性が得られる。
【００６０】
本具体例の半導体発光装置においても、図１７に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１００の基板の側面１０１Ｓから高い効率で光を取り出せるので、広角の配光特性がさらに改善される。
【００６１】
図１９は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例は、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図１５に関して前述した本発明の半導体発光素子１００は、リード７１０の上にマウントされ、もうひとつのリード７２０にワイア７３０により接続されている。これらリード７１０、７２０は、第１の樹脂７４０にモールドされており、半導体発光素子１００は、透光性を有する第２の樹脂７５０により封止されている。第１の樹脂７４０は、例えば、酸化チタンの微粒子などを分散させることにより、光反射性が高められている。そして、その内壁面７４０Ｒが光反射面として作用し、半導体発光素子１００から放出された光を外部に導く。
【００６２】
本具体例の半導体発光装置においても、図１７に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１００の基板の側面１０１Ｓから高い効率で放出された光を光反射面７４０Ｒにより反射させて取り出せるので、高い輝度が得られる。
【００６３】
図２０は、本実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。すなわち、本具体例も、「表面実装型」などと称されるものであり、図１乃至図１５に関して前述した本発明の半導体発光素子１００は、リード８１０の上にマウントされ、もうひとつのリード８２０にワイア８３０により接続されている。これらリード８１０、８２０の先端は、半導体発光素子１００とともに、透光性を有する樹脂８４０にモールドされている。
【００６４】
本具体例の半導体発光装置においても、図１７に関して前述したものと同様に、本発明の半導体発光素子を設けることにより優れた発光特性が得られる。また特に、本発明によれば、半導体発光素子１００の基板の側面１０１Ｓから高い効率で放出された光を樹脂８４０の側面から取り出せるので、高い発光強度が得られる。
【００６５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００６６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
たとえば、上述した具体例においては、ｎ側オーミック電極１１１を、発光素子の４辺に対して略平行な４つのストライプからなる形態、すなわち、略四角形ドーナツ状に形成したが、これ以外にも、例えば、略円形ドーナツ状、略楕円系ドーナツ状、略多角形ドーナツ状など、各種の形態としても、同様の作用効果が得られる。
【００６７】
また、本発明の半導体発光素子に設けられるダブルヘテロ構造や多重量子井戸構造をはじめとする各要素の構造、材料、形状、厚みや配置関係については、公知の半導体発光素子を元に当業者が適宜適用したものも包含する。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、素子のマウント面側に設けられるｎ側オーミック電極を、素子の側面から所定の間隔の略ストライプ状に設けることにより、接触抵抗の増大を抑制しつつ、オーミック電極の合金部分における光の吸収を抑制して光の取り出し効率を上げることができる。
【００６９】
その結果として、極めて外部取出し効率の高い半導体発光素子及びこれを用いた半導体発光装置を提供でき産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる、半導体発光素子を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態の半導体発光素子における光の取り出し経路を例示する概念図である。
【図３】ｎ側オーミック電極の形成位置を様々に変化させて光の取り出し効率を評価した結果を表すグラフ部である。
【図４】ｎ側オーミック電極１１１の形成位置を説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１０１を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図６】本発明の実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１０１を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図７】本発明の実施形態の半導体発光素子を製造する工程のうちで、ＧａＰ基板１０１を貼り合わせるまでのプロセスを表す工程断面図である。
【図８】素子化プロセスの工程を表す工程図である。
【図９】素子化プロセスの工程を表す工程図である。
【図１０】素子化プロセスの工程を表す工程図である。
【図１１】素子化プロセスの工程を表す工程図である。
【図１２】素子化プロセスの工程を表す工程図である。
【図１３】ＧａＰ基板の側面を部分的に傾斜面とするための製造方法を例示する工程図である。
【図１４】ＧａＰ基板の側面を部分的に傾斜面とするための製造方法を例示する工程図である。
【図１５】ＧａＰ基板の側面を部分的に傾斜面とするための製造方法を例示する工程図である。
【図１６】本発明の実施の形態にかかる半導体発光装置の要部構成を例示する模式図である。
【図１７】本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の第１の具体例を表す模式断面図である。
【図１８】本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の第２の具体例を表す模式断面図である。
【図１９】本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の第３の具体例を表す模式断面図である。
【図２０】本発明の実施形態にかかる半導体発光装置の第４の具体例を表す模式断面図である。
【図２１】本発明者が本発明に至る過程で検討した半導体発光素子の断面構造を表す模式図である。
【符号の説明】
１０１、５０１ ｐ型ＧａＰ基板
１０１Ｓ 側面
１０２、５０２ ｐ型ＧａＰ接着層
１０３、５０３ ｐ型ＩｎＧａＰ接着層
１０４、５０４ ｐ型ＩｎＡｌＰ クラッド層
１０５、５０５ ｐ型ＩｎＧａＡｌＰ ＭＱＷ層
１０６、５０６ ｎ型ＩｎＡｌＰ クラッド層
１０８、５０７ ｎ型ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層
１０９、５０８ ｎ型ＧａＡｓコンタクト層
１１３ 金属層
１１０、５１０ ｐ型オーミック電極
１１１、５１１ ｎ型オーミック電極
１１４ ｎ側パッド
１１５ 実装基板
１１６ ｐ側パッド
３００ ＧａＡｓ基板
３２０、３４０、３６０ レジスト
３４０、３５０ テープ
５１０、５２０、６１０、６２０、７１０、７２０、８１０、８２０ リード
５１０Ｃ カップ部
５１０Ｒ 光反射面
５３０、６３０、７３０、８３０ ワイア
５４０、６４０、７４０、７５０、８４０ 封止樹脂
７４０Ｒ 光反射面
７４０Ｒ 内壁面

Claims (11)

  1. 第１及び第２の主面を有するＧａＰ基板と、
    前記ＧａＰ基板の前記第１の主面上に設けられたＩｎＧａＡｌＰ系半導体からなる発光層と、
    前記発光層の上に設けられたコンタクト層と、
    前記コンタクト層の上に選択的に設けられたオーミック電極と、
    前記オーミック電極及びその周囲の前記コンタクト層を覆うように設けられた金属層と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記オーミック電極は、前記第１の主面に対して垂直な方向からみたときに、素子の側面から離間した略環状ストライプ状に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記半導体発光素子は、前記第１の主面に対して垂直な方向からみたときに略四角形の形状を有し、
    前記オーミック電極は、略四角形の略環状ストライプ状に形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
  4. 前記コンタクト層と前記オーミック電極との接触部において、これらが合金化された領域が形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  5. 前記コンタクト層と前記金属層との接触部においは、これらが合金化された領域が実質的に存在しないことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  6. 前記発光層から金属層に向けて放出された光に対する反射率は、前記発光層から前記オーミック電極に向けて放出された光に対する反射率よりも高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つ記載の半導体発光素子。
  7. 前記ＧａＰ基板の前記第２の主面の上に設けられた電極をさらに備え、
    前記電極は、前記第１の主面に対して垂直な方向からみたときに、前記発光層よりも小さいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  8. 前記オーミック電極は、前記第１の主面に対して垂直な方向にみたときに、前記電極よりも外側に設けられたことを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
  9. 前記ＧａＰ基板は、その側面の少なくとも一部に、前記発光層に向かって拡がる傾斜部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  10. 前記ＧａＰ基板は、ｐ型であり、
    前記コンタクト層は、ｎ型であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
  11. 実装部材と、
    前記実装部材に対して、前記金属層の側をマウント面としてマウントされた請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
    を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
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