JP2012243972A

JP2012243972A - 発光素子

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Publication number: JP2012243972A
Application number: JP2011113067A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Sugimori; 暢尚杉森
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2012-12-10
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: TWI467818B; CN102790070A; TW201301589A; JP5772213B2; CN102790070B

Abstract

【課題】ＬＥＤと保護ダイオードとが同一基板上に形成され、かつフリップチップ実装に適した構成をもつ発光素子を得る。
【解決手段】ＬＥＤ領域ＸにおいてはＬＥＤが形成され、保護ダイオード領域Ｙにおいては保護ダイオードが形成される。この際、ＬＥＤアノード電極５１ａと保護ダイオードカソード電極５２ｂ、ＬＥＤカソード電極５２ａと保護ダイオードアノード電極５１ｂとは、分離溝Ｚを挟んでそれぞれ対向する。ｐ側電極５１とｎ側電極５２の厚さが同等である場合には、ＬＥＤ領域ＸにおけるＬＥＤアノード電極５１ａ、ＬＥＤカソード電極５２ａ、保護ダイオード領域Ｙにおける保護ダイオードアノード電極５１ｂ、保護ダイオードカソード電極５２ｂの高さは同等となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体層を構成材料として発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、このＬＥＤに並列に接続された保護ダイオードとが同一チップにおいて構成された発光素子の構造に関する。

半導体の発光ダイオード（ＬＥＤ）は、各種の目的に使用されている。例えば、これを用いた照明機器は、従来の白熱電球や蛍光灯と比べて低消費電力かつ低発熱性のために、これらを将来的に置換することが期待されている。ここで、ＬＥＤにおけるｐ型半導体層やｎ型半導体層は、通常、エピタキシャル成長やイオン注入等によって形成される。このため、ｐｎ接合面は半導体ウェハの表面と平行に形成され、ｐ側に接続された電極とｎ側に接続された電極は、この半導体層の上面と下面に振り分けられる。これらの電極間にｐｎ接合の順方向電流を流すことによってこの発光素子を発光させることができる。

一方、ＥＳＤ（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）等により、瞬間的に逆方向の高電圧が半導体層に印加された場合には、ＬＥＤは破損する場合がある。このため、図８にその回路図を示すような、発光ダイオード（ＬＥＤ）９１が保護ダイオード９２と並列に接続された構成の発光素子が用いられている。保護ダイオード９２とＬＥＤ９１は、順方向が互いに逆向きになるように接続され、ＬＥＤ９１の通常動作時（発光時）には保護ダイオード９２には電流が流れず、ＬＥＤ９１に逆方向の高電圧が印加された場合には、保護ダイオード９２が順方向となってＬＥＤ９１をバイパスして電流が流れるような構成とされる。

ここで、ＬＥＤ９１を構成する半導体層の材料としては、ＧａＮ等の窒化物半導体が用いられる。保護ダイオード９２も同様の材料で構成することが可能であるため、ＬＥＤ９１と保護ダイオード９２を同一ウェハ上に形成することが可能である。これにより、信頼性の高い発光素子を低コストで得ることができる。

特許文献１には、こうした構造の発光素子が記載されている。この発光素子においては、同一のエピタキシャル基板上に半導体層が形成され、この半導体層を用いてＬＥＤ９１と保護ダイオード９２が形成されている。また、これらの間がエピタキシャル基板まで掘り下げられた溝によって分離されている。この場合、ＬＥＤ９１側のｎ型層と保護ダイオード９２側のｎ型層、ＬＥＤ９１側のｐ型層と保護ダイオード９２側のｐ型層は、それぞれ同一の層で元々構成されるが、溝によって分離された領域毎に異なるダイオードの一部として機能する。

この際、ＬＥＤ９１と保護ダイオード９２を逆向きに接続するためには、ＬＥＤ９１側のアノード電極（ｐ型層に接続された電極）と保護ダイオード９２側のカソード電極（ｎ型層に接続された電極）、ＬＥＤ９１側のカソード電極（ｎ型層に接続された電極）と保護ダイオード９２側のアノード電極（ｐ型層に接続された電極）とを接続することによって、図８の回路が実現される。この発光素子においては、ＬＥＤ９１側のアノードと保護ダイオード９２側のカソードとを半導体層上で延伸した電極で接続し、かつＬＥＤ９１側のカソードと保護ダイオード９２側のアノードとを、この延伸電極と交差するボンディングワイヤで接続している。

特開２００９−１５２６３７号公報

素子を実装基板上に実装する際には、実装基板と素子とをはんだ等で接続し、このはんだ接続によって素子との間の電気的接続も行う、いわゆるフリップチップ接続という方式が採用される場合が多い。発光素子においても同様であり、この場合には、基板と反対側に光が発せられる構成とされる場合が多い。

特許文献１に記載の発光素子をフリップチップ接続する場合には、延伸電極が設けられた側を実装基板に接続することになるため、ボンディングワイヤを用いる場合には、この実装は困難である。また、ボンディングワイヤを用いずにフリップチップ実装を行うことも可能であるが、延伸電極が設けられた側には段差が形成されているために、発光素子の実装基板への接合の状態を良好とすることは困難である。

すなわち、ＬＥＤと保護ダイオードとが同一基板上に形成され、かつフリップチップ実装に適した構成をもつ発光素子を得ることは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子は、ｎ型層とｐ型層とが積層された構成を具備する半導体層が絶縁性の基板上に形成され、前記半導体層を用いて発光ダイオードと保護ダイオードとが形成された構成を具備する発光素子であって、前記基板上における前記発光ダイオードが形成された領域である発光ダイオード領域と前記基板上における前記保護ダイオードが形成された領域である保護ダイオード領域との間で前記半導体層が除去された分離溝を具備し、前記発光ダイオード領域における前記半導体層の上に発光ダイオードカソード電極及び発光ダイオードアノード電極が、前記保護ダイオード領域における前記半導体層の上に保護ダイオードカソード電極及び保護ダイオードアノード電極が、絶縁層を介してそれぞれ形成され、前記分離溝を挟んで、前記発光ダイオードアノード電極と前記保護ダイオードカソード電極、前記発光ダイオードカソード電極と前記保護ダイオードアノード電極、がそれぞれ対向するように配置され、前記半導体層の上における前記発光ダイオードアノード電極、前記発光ダイオードカソード電極、前記保護ダイオードカソード電極、及び前記保護ダイオードアノード電極の高さが略同一とされたことを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記発光ダイオードアノード電極と前記保護ダイオードカソード電極、前記発光ダイオードカソード電極と前記保護ダイオードアノード電極、を前記分離溝をまたいでそれぞれ接続する接続電極を上面に具備することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記発光ダイオードカソード電極は、前記絶縁層に形成された複数の開口を介して前記半導体層におけるｎ型層に接続されたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記発光ダイオードアノード電極、前記発光ダイオードカソード電極は、それぞれ前記発光ダイオード領域における一方の端部側、他方の端部側に形成されたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記半導体層の上には、前記発光ダイオードアノード電極又は前記発光ダイオードカソード電極と接続する透明電極が形成され、前記透明電極には、前記発光ダイオードカソード電極から前記発光ダイオードアノード電極に向かって延伸する透明電極開口部が平行に複数設けられたことを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、ＬＥＤと保護ダイオードとが同一基板上に形成され、かつフリップチップ実装に適した構成をもつ発光素子を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る発光素子の上面側から見た平面図である。本発明の実施の形態に係る発光素子のＡ−Ａ方向（ａ）、Ｂ−Ｂ方向（ｂ）、Ｃ−Ｃ方向図（ｃ）、Ｄ−Ｄ方向（ｄ）における断面図である。本発明の実施の形態に係る発光素子におけるｎ型ＧａＮ層（ａ）、ｐ型ＧａＮ層（ｂ）、透明電極（ｃ）、絶縁層（ｄ）、ｐ側電極（ｅ）、ｎ側電極（ｆ）の構成を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る発光素子における発光ダイオードと保護ダイオードとを接続する形態を示す平面図である。本発明の実施の形態に係る発光素子をフリップチップ実装した場合の形態を示す断面図（ａ：Ｅ−Ｅ方向、ｂ：Ｆ−Ｆ方向）である。本発明の実施の形態に係る発光素子の変形例の上面側から見た平面図である。本発明の実施の形態に係る発光素子の変形例における透明電極（ａ）、絶縁層（ｂ）の構成を示す平面図である。保護ダイオードが用いられた発光素子の回路構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態となる発光素子につき説明する。この発光素子においては、基板上にエピタキシャル成長した半導体層が用いられる。この半導体層は、この発光素子における第１の領域（発光ダイオード領域：ＬＥＤ領域）においては発光ダイオード（ＬＥＤ）として機能し、第２の領域（保護ダイオード領域）においては保護ダイオードとして機能する。第１の領域と第２の領域における半導体層は、分離溝によって電気的に分離されているが、発光ダイオードのアノード（発光ダイオードアノード電極：ＬＥＤアノード電極）と保護ダイオードのカソード（保護ダイオードカソード電極）、ＬＥＤのカソード（ＬＥＤカソード電極）と保護ダイオードのアノード（保護ダイオードアノード電極）との間は接続され、ＥＳＤ等に対する耐性をもった発光素子となっている。この発光素子は、任意の形態で実装基板に実装することができるが、特にフリップチップ実装に適した構成となっている。

図１は、本発明の形態となる発光素子１０を上面側から見た平面図である。また、この平面図におけるＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向、Ｃ−Ｃ方向、Ｄ−Ｄ方向の断面図がそれぞれ図２（ａ）〜（ｄ）である。図１において、ＸはＬＥＤ領域、Ｙは保護ダイオード領域、Ｚは分離溝である。

断面図である図２の各々に示されるように、ＬＥＤ、保護ダイオード共通に用いられる半導体層２０は、基板１１上に緩衝層１２を介して形成される。この半導体層２０は、下側からｎ型ＧａＮ層（以下、ｎ型層と略）２１、ＭＱＷ（ＭｕｌｔｉＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）層２３、ｐ型ＧａＮ層（以下、ｐ型層と略）２２からなる積層構造をもつ。この構成における主たる発光層はＭＱＷ層２３である。また、基板１１としては、例えば、サファイア等、ＧａＮをこの上にヘテロエピタキシャル成長させることのできる絶縁性の材料を用いることができる。緩衝層１２としては、サファイアとＧａＮとの間の格子不整合を緩和する材料として、例えばＡｌＮバッファ層が用いられる。図２（ａ）（ｂ）に示されるように、緩衝層１２、半導体層２０は、分離溝Ｚ中においては除去されている。このため、ＬＥＤ領域Ｘにおける半導体層２０と保護ダイオード領域Ｙにおける半導体層２０とは分離されている。この半導体層２０の上には、透明電極３０、絶縁層４０、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２が形成されている。ＬＥＤ領域Ｘにおけるｐ側電極５１は発光ダイオード（ＬＥＤ）アノード電極５１ａとなり、ＬＥＤ領域Ｘにおけるｎ側電極５２は発光ダイオード（ＬＥＤ）カソード電極５２ａとなる。同様に、保護ダイオード領域Ｙにおけるｐ側電極５１は保護ダイオードアノード電極５１ｂとなり、保護ダイオード領域Ｙにおけるｎ側電極５２は保護ダイオードカソード電極５２ｂとなる。

半導体層２０中のｎ型層２１、ＭＱＷ層２３、ｐ型層２２は、ＭＢＥ（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＢｅａｍＥｐｉｔａｘｙ）法、あるいはＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、緩衝層１２を介して基板１１上にエピタキシャル成長させることができる。ｎ型層２１にはドナーとなる不純物が、ｐ型層２２にはアクセプタとなる不純物が適宜ドーピングされる。ｎ型層２１の厚さは例えば５．０μｍ、ｐ型層２２の厚さは例えば０．２μｍ程度とすることができる。また、ＭＱＷ層２３は、例えば数ｎｍ〜数１０ｎｍの厚さのＩｎＧａＮ、ＧａＮ薄膜が複数積層された構造をもち、ＩｎＧａＮ、ＧａＮの各層はｎ型層２１、ｐ型層２２と同様にエピタキシャル成長により形成される。

また、この半導体層２０あるいは緩衝層１２は、図２の各々にその断面が示されるような形状に加工されている。この加工は、例えばフォトレジストをマスクとして形成した後にドライエッチングを行う方法（エッチング法）によって行うことができる。この場合、この加工端部のテーパー角は、ドライエッチング条件によって適宜設定することができる。

透明電極３０は、ｐ型層２２とオーミック接触が可能で、かつ半導体発光機能層２０が発する光に対して透明な材料として、例えばＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ（Ｚｉｎｃ−Ｏｘｉｄｅ）等で構成される。なお、ｐ型ＧａＮ層２２との間のオーミック性や密着性等を向上させるために、これらの間に、光が充分透過する程度に薄いチタン（Ｔｉ）層やニッケル（Ｎｉ）層を挿入することもできる。透明電極３０のパターニングは、半導体層１２の場合と同様のエッチング法、あるいは、所望の箇所以外にフォトレジスト等のマスクを形成してから全面に上記の透明電極材料を成膜し、後でマスクを除去することによって所望の箇所以外の透明電極材料を除去する方法（リフトオフ法）、のいずれかの方法を用いることができる。なお、透明電極３０を構成する材料には高い光透過率が要求されるため、その導電率はｐ側電極５１、ｎ側電極５２を構成する材料よりも低い。このため、透明電極３０の電気抵抗は、一般にｐ側電極５１、ｎ側電極５２よりも高い。

絶縁層４０は、充分な絶縁性をもち、かつこの発光素子１０（半導体層２０）が発する光に対して透明な材料で構成され、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成される。その形成は、例えばＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いることにより、図２に示される段差部においても、これを被覆性よく形成することが可能である。そのパターニングはエッチング法により行われる。

ｐ側電極５１（発光ダイオード（ＬＥＤ）アノード電極５１ａ、保護ダイオードアノード電極５１ｂ）は、金（Ａｕ）等の導電性の高い金属で形成される。ｎ側電極５２（発光ダイオード（ＬＥＤ）カソード電極５２ａ、保護ダイオードカソード電極５２ｂ）は、ｎ型ＧａＮ層２１とオーミック接触がとれる材料で構成される。ｐ側電極５１、ｎ側電極５２のパターニングは、透明電極３０のパターニングと同様に行うことができる。また、この発光素子１０が発する光は、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２を透過しない。ｐ側電極５１とｎ側電極５２の厚さは同等とすることが好ましい。

なお、後述するように、この発光素子１０においては、光を基板１１側（図２（ａ）（ｂ）（ｃ）における下側から取り出すことができる。この場合には、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２は、上側に向かって発せられた光を下側に反射させる反射層としても機能する。この場合には、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２の材料を、この光に対する反射率が高い材料で構成することが好ましい。また、図１等には示されていないが、ｐ側電極５１とｎ側電極５２との間にも、電気的に接続されない形態で同様の反射層を形成することが好ましい。

図３（ａ）〜（ｆ）は、図１の形態における、ｎ型層２１、ｐ型層２２、透明電極３０、絶縁層４０、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２の形態を具体的に示す平面図である。

ここで、図３（ａ）に示されるように、ｎ型層２１は、図１の構成における分離溝Ｚ以外の領域全面にわたり形成されている。緩衝層１２についても同様である。一方、基板１１は、図２（ａ）に示されるように、分離溝Ｚにおいても除去されず全面において残存している。このため、基板１１は、この発光素子１０全体の支持基板となっている。なお、図２に示されるように、ｐ型層２２、ＭＱＷ層２３のパターニングに際してｎ型層２１も図３（ａ）中の破線領域においては若干エッチングされる。

図３（ｂ）に示されるように、ｎ型層２１上のｐ型層２２は、ＬＥＤ領域Ｘにおける下部のＬＥＤｎ側コンタクト領域７１（複数）と、保護ダイオード領域Ｙにおける上部の保護ダイオードｎ側コンタクト領域８１において除去されている。ＭＱＷ層２３についても同様である。これにより、半導体層２０におけるこれらの領域ではｎ型層２１が露出する。

図３（ｃ）に示されるように、透明電極３０は、ＬＥＤ領域Ｘにおける下部のＬＥＤｎ側コンタクト領域７１以外の大部分と、保護ダイオード領域Ｙにおける上部の保護ダイオードｎ側コンタクト領域８１以外の大部分においてそれぞれ形成されている。透明電極３０は、ｐ型層２２と直接電気的接触をする。

図３（ｄ）に示されるように、絶縁層４０は、この発光素子１０の分離溝Ｚを含む全面にわたり形成されている。ただし、ＬＥＤ領域Ｘにおいては、図中上側のＬＥＤｐ側コンタクト開口７２（複数）、図中下側のＬＥＤｎ側コンタクト開口７３（複数）でそれぞれ除去されている。また、保護ダイオード領域Ｙにおいては、図中上側の保護ダイオードｎ側コンタクト開口８２、図中下側の保護ダイオードｐ側コンタクト開口８３（複数）でそれぞれ除去されている。ＬＥＤｐ側コンタクト開口７２、保護ダイオードｐ側コンタクト開口８３中ではｐ型層２２が露出する。ＬＥＤｎ側コンタクト開口８３、保護ダイオードｎ側コンタクト開口８２ではｐ型層２２、ＭＱＷ層２３は除去されているため、ｎ型層２１が露出する。

図３（ｅ）に示されるように、ｐ側電極５１は、ＬＥＤ領域Ｘにおいては全てのＬＥＤｐ側コンタクト開口７２を覆うＬＥＤアノード電極５１ａとして形成される。また、保護ダイオード領域Ｙでは全ての保護ダイオードｐ側コンタクト開口８３を覆う保護ダイオードアノード電極５１ｂとして形成される。ＬＥＤアノード電極５１ａはＬＥＤ領域Ｘにおいては図中上側、保護ダイオードアノード電極５１ｂは図中下側に形成される。

図３（ｆ）に示されるように、ｎ側電極５２は、ＬＥＤ領域Ｘにおいては全てのＬＥＤｎ側コンタクト開口７３を覆うＬＥＤカソード電極５２ａとして形成される。また、保護ダイオード領域Ｙでは保護ダイオードｎ側コンタクト開口８２を覆う保護ダイオードカソード電極５２ｂとして形成される。ＬＥＤカソード電極５２ａはＬＥＤ領域Ｘにおいては図中下側、保護ダイオードカソード電極５２ｂは図中上側に形成される。

上記の構成により、ＬＥＤ領域ＸにおいてはＬＥＤ（発光ダイオード）が形成され、保護ダイオード領域Ｙにおいては保護ダイオードが形成される。この際、ＬＥＤアノード電極５１ａと保護ダイオードカソード電極５２ｂ、ＬＥＤカソード電極５２ａと保護ダイオードアノード電極５１ｂとは、分離溝Ｚを挟んでそれぞれ対向する。

図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ方向の断面であり、保護ダイオードｎ側コンタクト開口８２から分離溝Ｚまでの断面を示している。また、図２（ｂ）は、同じくＢ−Ｂ方向の断面であり、保護ダイオードｐ側コンタクト開口８３から分離溝Ｚまでの断面を示している。また、図２（ｃ）は、同じくＣ−Ｃ方向の断面であり、ＬＥＤｎ側コンタクト開口７３付近の断面を示している。また、図２（ｄ）は、同じくＤ−Ｄ方向の断面であり、ＬＥＤｐ側コンタクト開口７２からＬＥＤｎ側コンタクト開口７３にかけての断面を示している。

図２より明らかなように、ｐ側電極５１とｎ側電極５２の厚さが同等である場合には、上記の構成においては、ＬＥＤ領域ＸにおけるＬＥＤアノード電極５１ａ、ＬＥＤカソード電極５２ａ、保護ダイオード領域Ｙにおける保護ダイオードアノード電極５１ｂ、保護ダイオードカソード電極５２ｂの高さは同等となる。すなわち、全ての電極の高さは略同一となる。

この発光素子１０を実際に動作させる際には、図８の回路を形成することが必要になるため、ＬＥＤアノード電極５１ａと保護ダイオードカソード電極５２ｂ、ＬＥＤカソード電極５２ａと保護ダイオードアノード電極５１ｂとをそれぞれ電気的に接続することが必要となる。この接続は、上面から見た形態が図４に示されるように、接続電極１１０、１２０を用いて特に容易に行われる。この場合、この発光素子１０からの光は、ＬＥＤ領域ＸにおけるＬＥＤアノード電極５１ａとＬＥＤカソード電極５２ａの間の領域から図２（ａ）（ｂ）（ｃ）における上側に取り出すことができる、あるいは、緩衝層１２や基板１１が透明である場合には、ＬＥＤ領域Ｘの全面における図２（ａ）（ｂ）（ｃ）における下側に取り出すこともできる。

接続電極１１０、１２０は、各アノード電極、各カソード電極と接続できる導体であれば任意の材料で構成することができ、例えばこれをボンディングワイヤとすることも可能である。この際、各アノード電極、各カソード電極の高さが略同一であるため、この接続は容易である。

フリップチップ実装を行う場合には、この発光素子１０を実装基板２００に搭載することによってこの接続を行わせることもできる。図５は、この際における断面構造を示す図である。この場合には、接続電極１１０、１２０は実装基板２００上にパターニングされて形成されている。図５（ａ）は図４のＥ−Ｅ方向の断面であり、接続電極１１０付近の構成を示し、図５（ｂ）は図４のＦ−Ｆ方向の断面であり、接続電極１２０付近の構成を示している。図５においては、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）の断面図とは上下方向が逆転して示されている。この場合、接続電極１１０、１２０とｐ側電極５１、ｎ側電極５２との間の接合は、はんだ等を用いて行うことができる。この接合により、発光素子１０と実装基板２００との間の機械的接続も行われる。この際、ｐ側電極５１とｎ側電極５２の高さが同等であるため、この機械的接続の信頼性を高くすることができる。また、半導体層２０においては、ＬＥＤｎ側コンタクト領域７１と保護ダイオードｎ側コンタクト領域８１において段差が存在しているものの、これらの段差部分は局所的に存在し、かつ、少なくとも発光素子１０の周辺部にはこれらの段差部は存在しない。このため、この発光素子１０を実装基板２００に強固にフリップチップ接続することができる。なお、発光素子１０の表面における各アノード電極、各カソード電極がある箇所以外の領域に、電気的に接続されない金属層を形成し、これを実装基板２００上にはんだで固定することによって、実装基板２００への接合を更に強固とすることも可能である。この場合、この金属層を前記の反射層とすることもできる。

この構成は、光を図２（ａ）（ｂ）（ｃ）における下側に取り出す場合に特に好ましい構成となる。この場合、この光を遮る構造物（透明でない電極やボンディングワイヤ等）は、図５中の上側には存在しないため、面内の発光強度均一性が高く、かつ高い発光強度を得ることができる。

このように、この発光素子１０におけるＬＥＤと保護ダイオードとの間の電気的接続は、実装基板への実装前に行うことも、実装基板へのフリップチップ接続時に行うことも容易である。あるいは、接続電極１１０、１２０の一方のみを実装前に形成し、他方を実装基板２００に形成し、接続することもできる。

すなわち、この発光素子１０においては、ＬＥＤと保護ダイオードとの間の接続を極めて容易にとることができる。また、この発光素子１０は、任意の形態で実装基板に実装することができるが、特にフリップチップ実装に適している。

なお、特にＬＥＤ領域Ｘにおける透明電極３０、各電極、各コンタクト開口等の構成は、発光強度の面内均一性に大きな影響を与える。ここで、ｐ型層２２に電流が供給される箇所はＬＥＤｐ側コンタクト開口７２であり、ｎ型層２１に電流が供給される箇所はＬＥＤｎ側コンタクト開口７３である。これらの間隔が短い箇所があると、この箇所に電流が集中しやすくなり、発光の不均一性や局所的な発熱が発生する。このため、ＬＥＤｐ側コンタクト開口７２を図１中の上部側に集中して複数設け、ＬＥＤｎ側コンタクト開口７３を図１中の下側に集中して複数設けている。これらの開口の形状は、上記の例ではいずれも矩形としているが、ｐ型層２２やｎ型層２１に対して良好な電気的接続がとれる限りにおいて、三角形、六角形等、任意の形状とすることができる。また、これらの開口の配列も、上記の例ではいずれも矩形としているが、三角形、六角形等、任意とすることができる。

また、特にＬＥＤｎ側コンタクト開口（開口）７３の間隔が狭くなった場合には、電流集中が発生しやすくなり、発光面積が実質的に減少する。このため、ＬＥＤｎ側コンタクト開口７３（開口）の間隔は、この開口サイズと同等以上とし、これを複数設けることが特に好ましい。

また、ＬＥＤ領域ＸにおけるＬＥＤアノード電極５１ａとＬＥＤカソード電極５２ａの形状や面積が非対称である場合、一方の電流密度が高くなり、発熱の集中の原因となる。このため、これらの面積は同程度とすることが好ましい。また、発熱の集中を抑制するためには、これらの面積は、それぞれＬＥＤ領域Ｘの１／３以上であることが好ましい。

また、発光の面内均一性を高めるために、透明電極３０とＬＥＤｐ側コンタクト開口７２の形状を前記の発光素子１０から変えた構成を具備する発光素子２１０の上面から見た平面図を図６に示す。また、この発光素子２１０における透明電極３０の平面図、絶縁層４０の平面図を図７（ａ）（ｂ）にそれぞれ示す。図７（ａ）（ｂ）はそれぞれ図３（ｃ）（ｄ）に対応しており、ｎ型層２１、ｐ型層２２、ｐ側電極５１、ｎ側電極５２の構成は発光素子１０と同様である。また、保護ダイオード領域Ｙ中の構成は発光素子１０と同様であり、ＬＥＤ領域Ｘにおける形態のみが異なる。

この発光素子２１０においては、図７（ａ）に示されるように、ＬＥＤ領域Ｘ中のｐ側のコンタクトがとられる側（図６、７中の上側）からｎ側のコンタクトがとられる側（同、下側）のＬＥＤｎ側コンタクト開口７３に向かって、透明電極３０中に、細長い透明電極開口部３１が平行に６本設けられている。また、これに対応して、図６、７中の上側における単一のＬＥＤｐ側コンタクト開口７２においては、下側に向かって延伸したＬＥＤｐ側コンタクト開口延伸部７２１が設けられている。

この場合、透明電極３０中の透明電極開口部３１からｐ型層２２には電流が注入されにくいため、透明電極開口部３１の直下においてはｐ型層２２にも電流が流れにくくなる。このため、ＬＥＤｐ側コンタクト開口７２・ＬＥＤｎ側コンタクト開口７３間で流れる電流の方向は制限され、電流は透明電極３０直下の領域において主に図６、７の上下方向に沿って流れやすくなる。また、ＬＥＤｐ側コンタクト開口延伸部７２１の先端からｐ型層２２へ電流が注入されやすくなる。こうした構成により、主たる発光領域における電流分布を調整することができ、面内の発光強度分布を調整し、発光強度を面内で均一化することができる。透明電極開口部３１の幅、本数等は、ＬＥＤｎ側コンタクト開口７３の大きさや数と共に適宜設定することができる。ＬＥＤｐ側コンタクト開口延伸部７２１についても同様である。

こうした構成をとる場合においても、ＬＥＤ領域Ｘと保護ダイオード領域Ｙにおいて各電極の高さを同等とすることができることは明らかである。このため、発光素子１０と同様に、ＬＥＤと保護ダイオードの接続を容易に行うことができることは明らかである。

このように、上記の実施の形態に係る発光素子においては、透明電極の形状を調整してＬＥＤにおける面内の電流分布の調整を行った場合でも、ＬＥＤと保護ダイオードの接続を容易に行うことができる。特に、この構成はフリップチップ実装を行う際に有効である。

なお、上記の例においては、ｎ型層２１、ＭＱＷ層２３、ｐ型層２２からなる同一の半導体層２０を２つの領域（ＬＥＤ領域Ｘ、保護ダイオード領域Ｙ）において用いていたが、例えば一方の領域においてのみイオン注入等を施すことによって、半導体層２０の特性をこれらの領域で異ならせることもできる。これにより、発光素子としてのより良好な特性を得ることもできる。

また、上記の構成においては、半導体層２０として、基板１１上に緩衝層１２を介して、ｎ型ＧａＮ層２１、発光層となるＭＱＷ層２３、ｐ型ＧａＮ層２２が形成された例につき記載した。しかしながら、ＭＱＷ層２３を用いない場合でも、単純なｐｎ接合を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ）として動作することは明らかである。あるいは、発光層として上記の構成のＭＱＷ層以外の構成のものを用いることもできる。緩衝層１２を用いなくとも良質の半導体層２０が得られる場合には緩衝層１２は不要である。また、ＧａＮ以外の材料で半導体層を構成することもできる。この場合、発光波長に応じて半導体材料を設定することができる。これを用いて保護ダイオードが同様に構成できることも明らかである。

また、上記の例では、半導体層２０における基板１１側にｎ型層を、その上にｐ型層を形成したが、これらの導電型が逆であっても同様の効果を奏することは明らかである。この場合、透明電極は、半導体層における上側における層と接続される。

また、上記の例では、半導体層等の端部や分離溝の断面をテーパー形状とし、これを絶縁層で覆う形態とした。しかしながら、これらの箇所において、絶縁層によって半導体層と接続電極等との間の絶縁性が保たれる場合であれば、特にテーパー形状とする必要はない。

また、上記の例では、発光素子を矩形形状であるとしたが、上記の構成が実現できる限りにおいて、その形状は任意である。

１０、２１０発光素子
１１基板
１２緩衝層
２０半導体層
２１ｎ型ＧａＮ層（ｎ型層）
２２ｐ型ＧａＮ層（ｐ型層）
２３ＭＱＷ層（発光層）
３０透明電極
３１透明電極開口部
４０絶縁層
５１ｐ側電極
５１ａＬＥＤアノード電極（アノード電極：ｐ側電極）
５１ｂ保護ダイオードアノード電極（アノード電極：ｐ側電極）
５２ｎ側電極
５２ａＬＥＤカソード電極（カソード電極：ｎ側電極）
５２ｂ保護ダイオードカソード電極（カソード電極：ｎ側電極）
７１ＬＥＤｎ側コンタクト領域
７２ＬＥＤｐ側コンタクト開口
７３ＬＥＤｎ側コンタクト開口
８１保護ダイオードｎ側コンタクト領域
８２保護ダイオードｎ側コンタクト開口
８３保護ダイオードｐ側コンタクト開口
９１発光ダイオード（ＬＥＤ）
９２保護ダイオード
１１０、１２０接続電極
２００実装基板
７２１ＬＥＤｐ側コンタクト開口延伸部
ＸＬＥＤ（発光ダイオード）領域
Ｙ保護ダイオード領域
Ｚ分離溝

Claims

ｎ型層とｐ型層とが積層された構成を具備する半導体層が絶縁性の基板上に形成され、前記半導体層を用いて発光ダイオードと保護ダイオードとが形成された構成を具備する発光素子であって、
前記基板上における前記発光ダイオードが形成された領域である発光ダイオード領域と前記基板上における前記保護ダイオードが形成された領域である保護ダイオード領域との間で前記半導体層が除去された分離溝を具備し、
前記発光ダイオード領域における前記半導体層の上に発光ダイオードカソード電極及び発光ダイオードアノード電極が、前記保護ダイオード領域における前記半導体層の上に保護ダイオードカソード電極及び保護ダイオードアノード電極が、絶縁層を介してそれぞれ形成され、
前記分離溝を挟んで、前記発光ダイオードアノード電極と前記保護ダイオードカソード電極、前記発光ダイオードカソード電極と前記保護ダイオードアノード電極、がそれぞれ対向するように配置され、前記半導体層の上における前記発光ダイオードアノード電極、前記発光ダイオードカソード電極、前記保護ダイオードカソード電極、及び前記保護ダイオードアノード電極の高さが略同一とされたことを特徴とする発光素子。
前記発光ダイオードアノード電極と前記保護ダイオードカソード電極、前記発光ダイオードカソード電極と前記保護ダイオードアノード電極、を前記分離溝をまたいでそれぞれ接続する接続電極を上面に具備することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記発光ダイオードカソード電極は、前記絶縁層に形成された複数の開口を介して前記半導体層におけるｎ型層に接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
前記発光ダイオードアノード電極、前記発光ダイオードカソード電極は、それぞれ前記発光ダイオード領域における一方の端部側、他方の端部側に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の発光素子。
前記半導体層の上には、前記発光ダイオードアノード電極又は前記発光ダイオードカソード電極と接続する透明電極が形成され、前記透明電極には、前記発光ダイオードカソード電極から前記発光ダイオードアノード電極に向かって延伸する透明電極開口部が平行に複数設けられたことを特徴とする請求項４に記載の発光素子。