JP2013258174A

JP2013258174A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2013258174A
Application number: JP2012131673A
Authority: JP
Inventors: Keiji Enomura; 恵滋榎村; Shun Kitahama; 俊北濱; Akihiro Nakamura; 晃啓中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26

Abstract

【課題】単一の部品として、均一かつより大きな発光強度を実現することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、該複数の発光素子部を接続する接続部と、外部と接続するための一対の第１電極及び第２電極とを備える半導体発光素子であって、前記第１電極は、少なくとも１つの発光素子部において、前記第１半導体層と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して、前記第２半導体層上に配置され、かつ前記複数の発光素子部は、互いに同一の活性層の面積を有していることを特徴とする半導体発光素子。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

従来から、均一な発光を得るための発光素子の構造として、一つの発光素子内で活性層を含む半導体層を複数の小領域に分割し、それぞれを電気的に接続し、縦及び／又は横に並べた構造が提案されている（例えば、特許文献１〜３等参照）。

特開平１１−１５０３０３号特開２００６−０７３８１５号特開２０１０−５６１９５号

このような発光素子の構造においては、面内で均一な発光を得る、つまり、分割された特定の小領域に負荷が集中するのを避けるため、それぞれの小領域の特性、例えば、発光面積及びデザイン等をそろえる必要がある。
しかし、外部に接続されるｎ側の電極が配置される小領域では、その接続部分の周囲のｐ型半導体層及び活性層を除去することが必要となり、必然的にその小領域のみ、発光面積が縮小するため、発光素子全体としての発光が不均一になる又は負荷が集中するという課題がある。
これに対して、発光領域とは別個に、外部接続のための電極形成領域を設ける方法が提案されている（特許文献１）が、この方法では、外部接続のための電極形成領域では非発光となるため、素子全体の発光面積の低下を招き、発光効率の低下が余儀なくされる。そして、この傾向は、素子の全体の面積に占める外部接続のための電極形成領域の面積が大きいほど顕著となる一方、外部接続のための電極形成領域は、接続に要する最小限の面積の確保が必要となる。そのため、素子の全体の面積が一定以下では、外部接続のための電極形成領域を設けることは困難となる。

また、上述した発光素子は、素子を小領域に分割することにより配線デザインを単純化することができるが、そのデザインによっては、小領域間を接続する接続部の長さが長くなる場合があり、配線抵抗が駆動電圧の上昇に繋がるという課題もある。

さらに、小領域間の接続部の断線対策として、小領域間の段差を絶縁膜の埋め込みによって低減する方法、ダミー領域を設ける方法、小領域間の分離溝の側面を傾斜させる方法（特許文献２）が知られているが、小領域間の分離溝の深さは、半導体層の積層膜厚によって数μｍ程度と制約があり、これを埋め込むために形成される絶縁膜の厚みが、数μｍ程度と厚膜になるために、絶縁性を確保しながら、段差の緩和を実現し得る埋め込みを行うことは現実的ではない。また、熱処理により硬化して絶縁層となる材料をスピンコート法により埋め込む方法もあるが、膜の絶縁性及び厚み精度の面で懸念が残る。さらに、ダミー領域を設ける方法及び分離溝の側面を傾斜させる方法では、必然的に発光面積の低下を招くという課題もある。

本発明は上記課題に鑑みさされたものであり、単一の部品として、均一でかつより大きな発光強度を実現することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明は以下のとおりである。
（１）第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部間を接続する接続部と、
外部と接続するための一対の第１電極及び第２電極とを備える半導体発光素子であって、
前記第１電極は、少なくとも１つの発光素子部において、前記第１半導体層と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して、前記第２半導体層上に配置され、かつ
前記複数の発光素子部は、互いに同一の活性層の面積を有していることを特徴とする半導体発光素子。
（２）第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部を接続する接続部とを備える半導体発光素子であって、
前記複数の発光素子部は、
前記第１半導体層に電気的に接続され、延長する第１配線電極と、
前記第２半導体層に電気的に接続され、延長する第２配線電極とを備えており、かつ、
少なくとも１つの前記接続部は、１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極と、他の１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極とを接続し、前記第１配線電極又は第２配線電極の延長方向に略垂直に延長する部位を備えることを特徴とする半導体発光素子。
（３）第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部間を接続する接続部とを備える半導体発光素子であって、
前記複数の発光素子部は、
前記第１半導体層に電気的に接続された第１配線電極と、
前記第２半導体層に電気的に接続された第２配線電極とを備えており、かつ、
前記接続部は、１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極と、他の１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極とを接続し、前記第１配線電極及び第２配線電極の幅よりも幅広であることを特徴とする半導体発光素子。
（４）前記接続部は、絶縁膜を介して前記発光素子部の上方に配置されている上述した全ての半導体発光素子。
（５）前記絶縁膜が、透光性の酸化物、窒化物又はフッ化物である上述した全ての半導体発光素子。
（６）前記絶縁膜が、屈折率の異なる２種類以上の透光性の材料からなる多層膜である上述した全ての半導体発光素子。
（７）前記半導体発光素子は、外部と接続するための一対の第１電極及び第２電極を備え、
前記第１電極は、前記第２電極を備える発光素子部とは異なる少なくとも１つの発光素子部において、前記第１配線電極に電気的に接続されて配置されている上述した全ての半導体発光素子。
（８）前記第１配線電極と前記第２配線電極は、平行に対向する部分を有する上述した全ての半導体発光素子。

本発明の半導体発光素子によれば、単一の部品として、均一でかつより大きな発光強度を実現することができる。

本発明の半導体発光素子の概略平面図である。本願の図面は、縮尺及び形状は説明をわかりやすくするために部分的に誇張している場合がある。図１Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。図１Ａの半導体発光素子の変形例のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の別の半導体発光素子の概略平面図である。図２Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。本発明のさらに別の半導体発光素子の概略平面図である。図３Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。図３Ａの半導体発光素子の部分拡大図である。図３Ａの半導体発光素子のＢ−Ｂ’線断面図である。本発明のさらに別の半導体発光素子の概略平面図である。本発明のさらに別の半導体発光素子の概略平面図である。本発明のさらに別の半導体発光素子の概略平面図である。本発明の半導体発光素子の概略平面図である。図７Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。本発明の半導体発光素子の概略平面図である。本発明の半導体発光素子の概略平面図である。図９Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。本発明のさらに別の半導体発光素子の概略平面図である。図１０Ａの半導体発光素子のＡ−Ａ’線断面図である。図１０Ａの半導体発光素子のＡ−Ｂ’線断面図である。

以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、下」、「右」、「左」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。複数の図面に表れる同一符号は同一の部分又は部材を示す。発明を理解しやすくするために、実施形態を分けて説明するが、これらの実施形態はそれぞれ独立するものではなく、共有できるところは他の実施形態の説明を適用する。

本発明の半導体発光素子は、主として、複数の発光素子部と、発光素子部間を接続する接続部とを備える。これらは、通常、基板上に配置されている。

（基板）
基板は、半導体層をエピタキシャル成長させることができるものであればよい。このような基板の材料としては、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板等が挙げられる。これらの基板は、その表面にオフ角を有していてもよいし、凹凸を有していてもよい。基板上には、後述する第１半導体層との間に、発光に関与しない、言い換えると、電気的に分離された、例えば、バッファ層、高抵抗層（例えばノンドープＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＮによる層）などの中間層が形成されていてもよい。なお、抵抗の高い層は、ショートしない程度の高抵抗層が挙げられる。

（発光素子部）
発光素子部は、第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順に積層された半導体積層構造によって構成される。この半導体積層構造は、複数の発光素子部として機能する。そのために分割溝が利用される。従って、分割溝で囲まれた部位を、それぞれ「発光素子部」という。
分割溝とは、通常、発光素子部を互いに電気的に分離するためのものであり、その深さは、特に限定されるものではなく、例えば、第１半導体層の全てが除去されていてもよいし、基板と第１半導体層の間に上述した中間層が形成されている場合には、中間層を露出するか又は中間層内に達するように除去されていてもよいし、基板表面が露出するか、基板内に達するように除去されていてもよい。つまり、分離溝は、必ずしも、第１半導体層、活性層及び第２半導体層の全膜厚を除去した溝でなくてもよく、例えば、第１半導体層における高抵抗層が残存した状態であってもよい。言い換えると、これら複数の発光素子部は、通常、実質的に電気的に分離されている。ここで、実質的に電気的に分離されているとは、上述したように、高抵抗層を残して第１半導体層が繋がっている状態を排除するものではなく、抵抗が高いために電流が流れない又はショートが起こらない層が共有されていてもよいことを意味する。

溝の幅は、特に限定されず、発光素子部を電気的に分割することができる幅であればよい。溝の側面は、略垂直であってもよいが、テーパー状又は逆テーパー状等であってもよい。
本願明細書においては、「幅」とは、上面視における延伸方向に垂直な方向の長さを意味する。

発光素子部は、半導体積層構造の基板に対して同じ面側に少なくとも一対の第１及び第２電極が形成されていることが好ましい。
本発明の半導体発光素子では、このような発光素子部は、フェースダウン及びフェースアップのいずれの実装形態であってもよい。
発光素子部の数は、特に限定されるものではなく、要求される駆動電圧等に応じて、適宜調整することができる。

第１半導体層（例えば、ｎ型半導体層）、活性層及び第２半導体層（例えば、ｐ型半導体層）の種類、材料は特に限定されるものではないが、例えば、III-V族化合物半導体、II-VI族化合物半導体等、種々の半導体が挙げられる。具体的には、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系の半導体材料が挙げられ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体が好ましい。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で公知のものを利用することができる。

発光素子部は、１つの半導体発光素子において、複数、例えば、２以上備えていればよい。半導体発光素子の大きさによって、その上限は適宜調整することができる。具体的には、１つの半導体発光素子の大きさが、１００μｍから５ｍｍ程度である場合、２〜１８０個程度が挙げられる。
発光素子部の形状は特に限定されるものではなく、半導体発光素子の形状に応じて適宜設定することができる。通常、半導体発光素子は、四角形及びこれに近似する形状であることから、各発光素子部の形状は、四角形（正方形、長方形等）に近似する形状とすることが好ましい。各発光素子部は、１つの半導体発光素子内において、全て同じ形状及び／又は同じ大きさであることが好ましいが、２種以上の異なる大きさ及び／又は形状であってもよい。ここで、同じ形状とは、発光層として機能する活性層の形状が同じ及び／又は面積が同じであることを意味する。

発光素子部では、第１半導体層に後述する第１配線電極及び／又は第１透光性電極を接続するために、発光素子部の一部領域において、第２半導体層及び活性層が膜厚方向の全てにわたって除去されており、第１半導体層が露出している。ここでの露出された領域の形状、大きさ、部位は、特に限定されるものではなく、意図する半導体発光素子の大きさ、形状、接続状態等によって適宜設定することができる。

発光素子部は、通常、第１半導体層に電気的に接続された第１配線電極と、第２半導体層に電気的に接続された第２透光性電極と、この第２透光性電極に電気的に接続された第２配線電極とを備えている。

第１配線電極及び第２配線電極は、通常、半導体発光素子の透光性電極上に形成されるいわゆるパッド電極として用いられているもののいずれをも用いることができる。例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等の金属又はこれらの合金の単層膜又は積層膜が挙げられる。具体的には、第１又は第２半導体層もしくは第１又は第２透光性電極側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどの積層膜が挙げられる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
ただし、一般的なパッド電極のようにワイヤボンディングするための大きさを確保する必要はなく、第１又は第２透光性電極あるいは第１半導体層に電流を拡散／供給することができる幅及び長さを有していればよい。
例えば、第１配線電極及び第２配線電極は、通常、電流の拡散／供給を容易にするために、一方向の長さがこれに直交する他方向の長さよりも長い形状、つまり、一方向に延長した形状をしていることが好ましいが、発光素子部の形状等に応じて、Ｌ、Ｕ字状等の形状であってもよい。第１配線電極及び第２配線電極の延長方向は、異なっていてもよいが、同じであることが好ましく、つまり、互いに平行な部位を有していることが好ましい。
本願明細書においては、第１配線電極及び第２配線電極は、第１透光性電極又は第２透光性電極あるいは第１半導体層と電気的に接続した部位、より詳細には、第１透光性電極又は第２透光性電極あるいは第１半導体層と接触している部位を指す。

特に、第１配線電極は、第１半導体層に電気的に接続されている限り、第１半導体層との間に、第１透光性電極を介していてもよい。第１配線電極の下に第１配線電極よりも太い幅の第１透光性電極を配置する場合には、電流拡散を促進させることができる。特に、後述するように、活性層から出射された光のうち第１半導体層と第１透光性電極との間の臨界角を超えた光を、第１配線電極に吸収させることなく、第１透光性電極で全反射させるために、第１配線電極と第１半導体層との間に、第１透光性電極を介在させることが好ましい。

第１透光性電極及び第２透光性電極は、通常、半導体発光素子の透光性電極として用いられるもののいずれをも用いることができる。また、通常の半導体発光素子で形成されているように適用することができる。特に、透光性電極は、半導体発光素子の光取り出し面側に配置されるため、活性層で発生する光の波長域における光透過率が大きい材料が好適に用いられる。これにより、半導体発光素子の発光効率を増大させることができる。例えば、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｗ、Ｔｉから選択される少なくとも１種を含む導電性の酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＴｉＯ₂及びこれらの複合酸化物が挙げられる。特に、ＩＴＯは、可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。膜厚は、当該分野で用いられる膜の膜厚のいずれでもよい。
第１透光性電極及び第２透光性電極は、一般に、各発光素子部における第１半導体層及び第２半導体層の全面又はそれらの外周よりも若干小さい大きさで配置されることが好ましい。これにより、配線電極から供給される電流を、半導体層の面内全体に均一に流すことができる。

（接続部）
接続部は、複数の発光素子部を直列又は並列に接続するものであり、主として、発光素子部間に配置される。ただし、接続部は、１つの発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極と、他の１つ発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極とに接続されるために、発光素子部間（例えば、上述した分離溝内）に配置されるのみならず、発光素子部の上方に渡って配置されることもある。この場合、絶縁膜を介して発光素子部の上方に配置されることが好ましい。
接続部が第１配線電極又は第２配線電極と接続される場合、その接続形態は、上面、下面又は側面等の接触であってもよいし、これらの配線電極と一体的に形成されることにより接続されていてもよい。

接続部は、一実施形態において、第１配線電極又は第２配線電極の延長方向に略垂直に延長する部位を備えることが好ましい。これにより、配線抵抗による駆動電圧の上昇を抑制することができる。
また、別の実施形態においては、接続部は、第１配線電極又は第２配線電極よりも幅広であることが好ましく、特に、第１配線電極又は第２配線電極に対して、２倍程度以上の幅を有していることが好ましい。このように幅広とすることにより、接続部のステップカバレッジに起因する断線を避けることができる。
接続部は、後述する第１及び第２電極と同様の材料により形成することができる。
接続部の厚みは、特に限定されるものではないが、例えば、１μｍ以上であることが好ましい。この範囲の厚みとすることにより、断線に対する余裕度を増大させることができる。
また、接続部が、第１又は第２電極と接続される場合、その接続形態は、上面、下面又は側面等の接触であってもよいし、これら電極と一体的に形成されることにより接続されていてもよい。
さらに別の実施形態においては、接続部は、屈曲部を有していることが好ましい。

（第１及び第２電極）
第１電極及び第２電極は、外部との接続をとるため、言い換えると、外部から半導体層に対して電流を供給するための電極であり、１つの半導体発光素子において、少なくとも１対あればよいが、一方のみ２つ以上又はそれぞれ２つ以上設けられていてもよい。一対とすることにより、個々の発光素子にそれぞれ第１電極及び第2電極を設ける場合に比較して、発光強度の低減を最小限に止めることができる。
第１電極及び第２電極は、いわゆるパッド電極のように、外部との接続、例えば、ワイヤボンディング等に必要な面積を確保するために、第１及び第２配線電極よりも幅広に形成されていることが好ましい。
第１電極及び第２電極の材料としては、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ及びこれらの化合物等の単層又は積層構造などが好ましい。特に、第１透光性電極及び／又第２透光性電極、第１半導体層及び／又は第２半導体層に対して密着性とオーミック性を確保できる材料を、これらの接触する部位又は層に配置することが好ましい。なかでも、透光性電極又は半導体層側から、Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕに積層した多層膜を用いることが好ましい。

第１電極及び第２電極は、上述した接続部と、同一の積層構造として一括成膜することにより形成されていることが好ましい。

第２電極は、複数の発光素子部のうちの少なくとも１つの発光素子部において、第２半導体層に電気的に接続されるものであり、第２配線電極を介して電気的に接続されていることが好ましい。
第２電極を備える発光素子部では、第２電極は、第２配線電極と電気的に接続されるものであれば、その接続形態は、特に限定されず、(i) 第２配線電極の上に第２電極が配置されて接続されたものでもよいし、(ii)両者が第２透光性電極上に並列して、その側面で接続されたもの又は両者が一体的に形成されたものでもよい。

第１電極は、複数の発光素子部のうちの少なくとも１つの発光素子部において、第１半導体層に電気的に接続されるものであり、第１配線電極を介して電気的に接続されていることが好ましい。

このように第１電極が配置されることにより、各発光素子部では、活性層の除去を最小限に止めることができるため、活性層の面積を最大限に採ることができるとともに、各発光素子部で、活性層を同一面積とすることができるために、１つの半導体発光素子において、光の取り出しを向上させることができるとともに、均一発光を確保することができる。

また、一実施形態においては、第１電極は、第２電極を備えている発光素子部とは異なる少なくとも１つの発光素子部において、第１配線電極を介して第１半導体層に電気的に接続され、絶縁膜を介して、第２透光性電極上に配置されている。第１電極は、通常、第１半導体層に接続され、そのために、第１半導体層の上に存在する第２半導体層及び活性層が除去され、その結果、活性層の発光素子部における面積が減少することとなる。一方、第１電極を第２透光性電極上に配置する場合には、上述した第２半導体層及び活性層の除去平面積を、電気的な接続を採るための最小限の面積とすることができ、発光面積の減少を抑制することができる。

別の実施形態においては、第１電極は、必ずしも発光素子部において配置されていなくてもよく、発光素子部が形成された同一基板上に配置されていればよい。この場合、第１半導体層、活性層及び第２半導体層の一部が除去されていてもよいし、これら半導体層のすべてが積層されていてもよいが、絶縁膜を介して配置されていることが好ましい。

（絶縁膜）
絶縁膜は、絶縁性を確保することができる限り、どのような材料を用いても、どのような膜厚でもよい。例えば、酸化物、窒化物又はフッ化物が挙げられ、透光性を有するものが好ましい。具体的には、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉなどの酸化物、窒化物又はフッ化物の単層膜又は多層膜が挙げられる。
単層の場合には、特に、一般的な材料としてＳｉＯ₂を用いることが好ましい。膜厚は、反射率を確保するために、３λ／（４ｎ）以上（青色発光のＩｎＧａＮ系の発光素子の場合、約２３０ｎｍ以上)であることが好ましい。ここで、λは半導体発光素子の発光波長、ｎは各層の屈折率を表す。

多層構造の場合には、屈折率の異なる２以上の材料を積層したものが好ましい。例えば、低屈折材料としてＳｉＯ₂／高屈折材料としてＮｂ₂Ｏ₅を多層積層したものが挙げられる。このような多層構造とすることにより、発光波長に対する高反射化を実現するのみならず、波長選択性を付与することもできる。波長選択性を付与した場合には、半導体発光素子の発光波長を透過させ、後述するように、半導体発光素子の上部に形成された蛍光体の発光を反射する構造とすることができ、より効率的に所望の波長の光を取り出すことができる。
屈折率の異なる２種類以上の材料からなる多層膜の場合には、各層の厚みが、それぞれ、０．３λ／（４ｎ）〜λ／ｎを満たすものが好ましい。

（保護膜）
本発明の半導体発光素子は、外部との接続領域以外の全表面を保護膜によって被覆していることが好ましい。保護膜としては、上述した絶縁膜と同様のものが挙げられる。厚みは特に限定されるものではなく、数ｎｍ〜数１００μｍ程度の範囲で適宜調整することができる。また、この保護膜は、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積法）による膜であってもよい。

本発明の半導体発光素子は、例えば、当該分野で公知の封止部材により封止することにより、半導体発光装置として利用することができる。この場合、封止部材を構成する部材として、発光面を覆う透光性部材、レンズなどに蛍光体を含有させることにより、所望の波長域の光を取り出すことができる。蛍光体は、当該分野で用いられているもののいずれをも利用することができる。

以下に、本発明の半導体発光素子の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態１
実施形態１の半導体発光素子を図１Ａ及び図１Ｂに示す。
この半導体発光素子では、略長方形形状の２つの発光素子部１０ａ、１０ｂを備え、短辺が隣接するように配置されている。発光素子部１０ａ、１０ｂは、基板１０上に第１半導体層（例えば、ｎ型半導体層）２０、活性層２１及び第２半導体層（例えば、ｐ型半導体層）２２がこの順に形成されている。これら発光素子部１０ａ、１０ｂの間は、第１半導体層２０が完全に除去され、基板１０表面に及ぶ分離溝１０ｃによって、互いに電気的に分離されている。

発光素子部１０ａ、１０ｂは、それぞれ、ｐ型半導体層２２及び活性層２１の一部が除去されてｎ型半導体層２０が露出した領域を有している。この領域は、略長方形形状の発光素子部の一辺からその一辺に隣接する他の一辺に沿う、発光素子部の１つの角部にＬ字形状を有している。
露出したｎ型半導体層２０上及びｐ型半導体層２２上には、第１透光性電極（例えば、ｎ側透光性電極）３１及び第２透光性電極（例えば、ｐ側透光性電極）３０が、それぞれ、各層の略全面を覆う大きさ及び形状で、オーミック接続するように配置されている。
ｎ側透光性電極３１及びｐ側透光性電極３０上には、第１配線電極（例えば、ｎ側配線電極）６１及び第２配線電極（例えば、ｐ側配線電極）５１がそれぞれ形成され、電気的に接続されている。ｎ側配線電極６１及びｐ側配線電極５１は、それぞれ、発光素子部の長辺及び短辺に略平行に延長するように形成されている。特に、ｎ側配線電極６１は、露出したｎ型半導体層２０に沿ってＬ字形状に配置されており、屈曲部を有し、ｎ側配線電極６１又はｐ側配線電極５１の延長方向にほぼ垂直に延長する部位を備えている。
なお、ｎ側配線電極６１は、露出したｎ型半導体層２０に沿って配置することにより、後述する接続部を、同一の発光素子部上の極性の異なる層の上を経由せずに配置することができるため、短絡の危険を回避することができる。

発光素子部１０ａには、さらに、ｐ側透光性電極３０の上であって、ｐ側配線電極５１と電気的に接続された第２電極（例えば、ｐ側電極）５０が配置されている。ｐ側電極５０は、ｐ側透光性電極３０とは接触せずに、ＳｉＯ₂（例えば、膜厚５００ｎｍ）からなる絶縁膜４０を介してｐ側透光性電極３０上に配置されている。また、ｐ側電極５０は、ｐ側配線電極５１と一体的に形成されることにより、電気的に接続されているために、ｐ側配線電極５１を介して、ｐ側透光性電極３０に電気的に接続されている。

発光素子部１０ｂには、さらに、ｎ側配線電極６１に接続され、ｎ側配線電極６１上からｐ側透光性電極３０上におよぶ第１電極（例えば、ｎ側電極）６０が配置されている。ｎ側電極６０は、ｎ側配線電極６１と接続された部位を除いて、その下には、絶縁膜４０が配置されている。この絶縁膜４０は、ｎ側電極６０下において、ｎ側電極６０の幅よりも幅広の形状を有している。これにより、ｎ側電極６０の短絡を確実に防止している。また、ｎ側電極６０は、ｎ側配線電極６１よりも幅広に形成されている。これにより断線防止を図ることができる。さらに、ｎ側電極６０は、ｐ側透光性電極３０上において、略垂直に屈曲している部位を有する。
このように、ｎ側電極６０を、ｎ型半導体層２０上ではなく、ｐ型半導体層２２上に引き回して配置することにより、ｎ型半導体層２０の露出面積を最小限とすることができ、その結果、発光素子部１０ｂの活性層５２による発光面積を最大限に確保することができる。

また、発光素子部１０ｂでは、ｎ側電極６０をｐ型半導体層２２上に引き回して配置することにより、ｎ側電極６０を配置するためにｐ型半導体層２２及び活性層２１を除去する必要がないため、ｎ側電極６０を配置していない発光素子部１０ａと略同程度の発光面積とすることができ、各発光素子部における発光強度を均一にすることが可能となる。
さらに、このようなｎ側電極６０の配置によって、発光素子部１０ａ、１０ｂ以外に、外部との接続を図るための電極形成領域を別途設ける必要がないために、より小さな占有面積で発光効率を向上させることができる。

発光素子部１０ａ、１０ｂ間は、接続部７０によって、例えば、直列に接続されている。接続部７０は、発光素子１０ａのｎ側配線電極６１に接続され、このｎ側配線電極６１上から、分離溝１０ｃを跨いで発光素子１０ｂのｐ型半導体層２２上のｐ側透光性電極３０の上にまでおよんでいる。接続部７０は、発光素子１０ａのｎ側配線電極６１と接続された部位及び発光素子１０ｂのｐ側配線電極５１と接続された部位を除いて、その下には、絶縁膜４０が配置されている。この絶縁膜４０は、接続部７０の下において、接続部７０の幅よりも幅広（約２倍の幅）の形状を有している。これにより、接続部７０の不要な短絡を確実に防止している。
接続部７０の幅は、第２配線電極５１の幅よりも幅広（約２倍の幅）の形状を有している。このように、接続部７０の幅を幅広とすることにより、分離溝１０ｃを跨ぐ接続部の断線を確実に防止することができる。

この半導体発光素子では、発光素子部１０ａにおいて、ｐ側電極５０の下に絶縁膜４０を配置している。また、発光素子部１０ｂにおいて、接続部７０の下に絶縁膜を配置している。これにより、ｐ側電極５０と接続されるｐ側配線電極５１のｐ側透光性電極３０の接触面積と、接続部７０と接続されるｐ側配線電極５１のｐ側透光性電極３０の接触面積を同程度とすることができる。さらに、それらの接触位置を発光素子部１０ａ、１０ｂ内で同じ位置としている。その結果、発光素子１０ａ、１０ｂの特性をより均一にすることができる。
この半導体発光素子は、ｎ側電極６０、ｐ側電極５０上における外部との接続のため領域を除いて、その全表面が保護膜８０によって被覆されている。この保護膜８０は、例えば、ＳｉＯ₂（膜厚：５００ｎｍ）によって形成することができる。

なお、この実施形態では、図１Ｃに示したように、分離溝２０ｃは、基板１０の表面を露出する深さではなく、ノンドープの半導体層である高抵抗層２０１までが除去された深さであり、基板１０の表面に高抵抗層２０１の一部が露出していてもよい。これ以外は、実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。この高抵抗層２０１は、ショートしない程度に高い抵抗値を有しており、隣接する発光素子部は、実質的に電気的に分離されている。

実施形態２
実施形態２の半導体発光素子を図２Ａ及び図２Ｂに示す。
この実施形態の半導体発光素子は、ｎ型半導体層２０が露出した領域が略長方形形状の発光素子部の一辺にのみ沿い、発光素子部１１ａの１つの角部に隣接してＩ字状に配置されており、ｎ側透光性電極１３１が、この領域の略全面を覆う大きさ及び形状で配置され、ｎ側配線電極１６１がＩ字状に配置され、接続部７１が、ｎ型半導体層２０上でｎ側配線電極１６１と接続され、絶縁膜４０を介して、発光素子部１１ａのｐ側半導体２２上のｐ側透光性電極３０に達し、分割溝１０ｃを跨ぎ、発光素子部１１ｂのｐ型半導体層２２上のｐ側透光性電極３０に達する以外は、実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
このように、接続部７１を屈曲させて配置することにより、ｎ型半導体層２０が露出した領域をより小さくすることができるために、より発光面積を増大させることができる。

実施形態３
実施形態３の半導体発光素子を図３Ａ〜図３Ｄに示す。
この実施形態の半導体発光素子では、ｐ側配線電極２５１は、分岐を有しているように、その形状及び位置が異なり、ｎ側配線電極２６１が発光素子部の内側に位置し、絶縁膜４０のｎ側配線電極２６１の端部形状が若干異なる以外は、実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
このように、ｐ側配線電極２５１及びｎ側配線電極２６１のデザインを任意に変更することにより、半導体発光素子の設計の自由度を向上させることができる。
ｐ側配線電極２５１の下部には、ｐ側配線電極２５１とｐ側透光性電極３０との接する面積が小さくなるように、その延長方向において同様に延長する絶縁膜４０が設けられている。ｐ側電極配線２５１を流れる電気は、外部電源と接続されるｐ側電極５０に近いところで拡散する傾向があるが、ｐ側配線電極２５１とｐ側透光性電極３０との接する面積を小さくすることによりｐ側電極５０付近で拡散する電流量を少なくすることができ、ｐ側電極５０からより遠い位置まで電流が行き届く。そのため電流密度が均一になり、発光が均一になる。

実施形態４
実施形態４の半導体発光素子を図４Ａ〜図４Ｃに示す。
この実施形態の半導体発光素子は、略長方形形状の発光素子部１２ａ、１２ｂが、長辺が隣接するように配置されており、接続部７２が、長辺が隣接する発光素子部１２ａ、１２ｂのｎ側配線電極６１及びｐ側配線電極５１同士を接続するように配置している以外実質的に実施形態２の半導体発光素子と同様の構成を有する。
この半導体発光素子では、接続部７２は、ｎ側配線電極６１及びｐ側配線電極５１の延長方向に略垂直に延長する部位を備える。このように、ｎ側配線電極６１及びｐ側配線電極５１に対して、接続部７２が、略垂直に延長する部位を備えることにより、素子間を最短距離で結ぶことが可能であり配線抵抗による駆動電圧の上昇を抑えることができる。

発光素子部が奇数、例えば、３つの場合には、発光素子部１２ａと、発光素子部１２ｂからｎ側電極を省略した発光素子部１２ｃと、ｎ側配線電極６１等が、発光素子部１２ｂに対して鏡像配置となる発光素子部１２ｄとを順次組み合わせて直列接続させることができる。この場合、ｎ側電極６０とｐ側電極５０とは、半導体発光素子の対角線の両側に配置される。

発光素子部が偶数、例えば、４つの場合には、発光素子部１２ａと、発光素子部１２ｃと、ｎ側配線電極等が発光素子部１２ｃに対して鏡像配置となる発光素子部１２ｅと、発光素子部１２ｂとを順次組み合わせて直列接続させることができる。この場合、ｎ側電極とｐ側電極とは、半導体発光素子の同一辺側に配置される。

実施形態５
実施形態５の半導体発光素子を図５Ａ〜図５Ｃに示す。
この実施形態の半導体発光素子は、略長方形形状の発光素子部１３ａ、１３ｂを並列接続するために、ｎ側配線電極１６１、ｎ側の接続部７３ｂ、ｐ側配線電極５１、ｐ側の接続部７３ａの形状及び／又は配置を変更した以外実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
この半導体発光素子では、ｐ側の接続部７３ａは、ｐ側電極５０から、ｐ側配線電極５１の延長方向に略垂直に延長している。

発光素子部の数が増加する場合、例えば、３つの場合には、図５Ｂに示すように、発光素子部１３ａ、１３ｂの間に、発光素子部１３ｂからｎ側電極を省略し、それに伴ってｎ側電極に接続するｎ側の接続部７３ｂ形状を変更し、かつ、両側の発光素子部に接続するために延長するように、ｐ側の接続部７３ａの形状を変更した発光素子部１３ｃを１つ挟んで並列接続させることができる。
発光素子部の数が４つ以上の場合は、例えば、図５Ｃに示すように、発光素子部１３ｃを２つ以上増やして並列接続させることができる。

実施形態６
実施形態６の半導体発光素子を図６に示す。
この実施形態の半導体発光素子は、発光素子部１４ａ〜１４ｆ間の接続を、直列及び並列混在接続としたものであり、基本的には、実施形態２と実施形態５のｎ側配線電極１６１、ｐ側配線電極５１、ｐ側の接続部７３ａ、ｎ側の接続部７３ｂ等を組み合わせた形状及び／又は配置とすることができる。

実施形態７
実施形態７の半導体発光素子を図７Ａ及び図７Ｂに示す。
この半導体発光素子では、略正方形形状の４つの発光素子部１５ａ〜１５ｃを備えており、そのｐ側配線電極３５１、ｎ側配線電極３６１、接続部７４ａ、７４ｂの形状及び／又は配置が変更されている以外実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
この半導体発光素子は、ｎ型半導体層２０が露出した領域は略正方形形状の発光素子部の一辺に沿った中央部に配置されており、ｎ側透光性電極３３１が、この領域の略全面を覆う大きさ及び形状で配置され、その上に、ｎ側配線電極３６１がＩ字状に配置されている。
接続部７４ａは、ｎ型半導体層２０上でｎ側配線電極３６１と接続され、絶縁膜４０を介して、分割溝１０ｃを跨ぎ、隣接する発光素子部１５ｃのｐ側透光性電極３０上にＩ字状に配置されたｐ側配線電極３５１に、発光素子部１５ｃの上方で略垂直に屈曲することにより、接続されている。ｎ側配線電極３６１に接続された接続部７４ａが略垂直に屈曲してｐ側配線電極３５１に接続されることで、発光素子部１５ｃにおけるｎ側配線電極３６１とｐ側配線電極３５１は互いに平行な部分を有することになる。すなわち、第ｎ配線電極３６１と第ｐ配線電極３５１は、平行に対向する部分を有する。これにより、ｎ側配線電極３６１とｐ側配線電極３５１の間の電流を発光素子部１５ｃ内でより均一に拡散させることができ、発光分布が均一になる。さらに、接続部７４ａとｐ側配線電極３５１とを、矩形状の発光素子部１５ｃの外周の形状に沿って配置させることができ、発光素子部１５ｃ上部での接続部７４ａとｐ側配線電極３５１による遮光を最小限にすることができる。

ｎ側電極６０を有する発光素子部１５ｂは、ｎ型半導体層２０が露出した領域は略正方形形状の発光素子部の一辺に沿い、角部に隣接して配置されている。ｎ型半導体層２０からｐ型半導体層２２上におよぶｎ側電極６０は、ｐ型半導体層２２上で略垂直に屈曲するとともに、少なくとも屈曲部位においてｎ側配線電極３６２よりも幅広に形成されている。
発光素子部１５ｂは、ｎ側電極６０のｐ型半導体層２２での配置により、接続部７４ｂは、直線形状を採用している。

実施形態８
実施形態８の半導体発光素子を図８に示す。
この半導体発光素子では、各電極の形状（例えば、接続部７２、Ｓ字状の接続部７５ａ、Ｕ字状の接続部７５ｂ等）及びレイアウト、発光素子部の数が異なる以外、実質的に実施形態１と同様の半導体発光素子と同様の構成を有する。
このように、各電極のレイアウトを変更する、つまり、形状及び配置を上述した実施形態で採用したものを利用して組み合わせるのみで、発光素子部の数を任意に変更することができる。

実施形態９
実施形態の半導体発光素子を図９Ａ及び図９Ｂに示す。
この半導体発光素子では、各電極のレイアウト等が異なる以外、実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
このように、各電極のレイアウト等を変更することによって、直列接続の任意の配置を実現することができる。

実施形態１０
実施形態の半導体発光素子を図１０Ａ〜図１０Ｃに示す。
この半導体発光素子では、ｎ側電極１６０を２つ（１６０ａ、１６０ｂ）設けている。平面図において右下の発光素子部は、略Ｕ字状のｎ型半導体層２０上に略Ｌ字状の活性層２１とｐ型半導体層２２を有し、ｐ型半導体層２２上の左側に略長方形状のｐ側透光性電極３０を有する。言い換えると、右下の発光素子部は、ｎ型半導体層２０の約４分の１が露出している。
図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ’における断面図である。ｎ側電極１６０ａはｐ型半導体層２２の上方に絶縁膜４０を介して設けられており、ｎ側電極１６０ａと接続されるｎ側配線電極６１が、隣接する発光素子部のｎ型半導体層２０と電気的に接続される。したがって、ｐ側電極５０とｎ側電極１６０ａに外部電源を接続した場合、ｎ側電極１６０ａを備える発光素子部は発光せず、その他の計１６個の発光素子部が発光する。
図１０ｃは図１０ＡのＡ−Ｂ’における断面図である。ｎ側電極１６０ｂがｎ型半導体層２０の上面に絶縁膜４０を介して設けられており、ｎ側電極１６０ｂと接続されるｎ側配線電極６１が、ｎ側電極１６０ｂを備える発光素子部と電気的に接続される。したがって、ｐ側電極５０とｎ側電極１６０ｂに外部電源を接続した場合、ｎ側電極１６０ｂを備える発光素子部（詳細には活性層２１）が発光し、計１７個の発光素子部が発光する。
上記以外は、実質的に実施形態１の半導体発光素子と同様の構成を有する。
これにより、任意の数の任意の配列が可能となり、半導体発光素子の設計の自由度を確保することができる。

本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。

符合の説明

１０基板
１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ〜１２ｅ、１３ａ〜１３ｃ、１４ａ〜１４ｃ、１５ａ〜１５ｃ発光素子部
１０ｃ分離溝
２０第１半導体層（ｎ型半導体層）
２１活性層
２２第２半導体層（ｐ型半導体層）
３０第２透光性電極（ｐ側透光性電極）
３１、１３１、３３１第１透光性電極（ｎ側透光性電極）
４０絶縁膜
５０第２電極（ｐ側電極）
５１、２５１、３５１第２配線電極（ｐ側配線電極）
６０、１６０、１６０ａ、１６０ｂ第１電極（ｎ側電極）
６１、１６１、２６１、３６１第１配線電極（ｎ側配線電極）
７０、７１、７２、７３ａ、７３ｂ、７４ａ、７４ｂ、７５ａ、７５ｂ接続部
８０保護膜
２０１ノンドープ層

Claims

第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部間を接続する接続部と、
外部と接続するための一対の第１電極及び第２電極とを備える半導体発光素子であって、
前記第１電極は、少なくとも１つの発光素子部において、前記第１半導体層と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して、前記第２半導体層上に配置され、かつ
前記複数の発光素子部は、互いに同一の活性層の面積を有していることを特徴とする半導体発光素子。
第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部を接続する接続部とを備える半導体発光素子であって、
前記複数の発光素子部は、
前記第１半導体層に電気的に接続され、延長する第１配線電極と、
前記第２半導体層に電気的に接続され、延長する第２配線電極とを備えており、かつ、
少なくとも１つの前記接続部は、１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極と、他の１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極とを接続し、前記第１配線電極又は第２配線電極の延長方向に略垂直に延長する部位を備えることを特徴とする半導体発光素子。
第１半導体層、活性層及び第２半導体層がこの順で積層されてなる複数の発光素子部と、
該複数の発光素子部間を接続する接続部とを備える半導体発光素子であって、
前記複数の発光素子部は、
前記第１半導体層に電気的に接続された第１配線電極と、
前記第２半導体層に電気的に接続された第２配線電極とを備えており、かつ、
前記接続部は、１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極と、他の１つの前記発光素子部の第１配線電極又は第２配線電極とを接続し、前記第１配線電極及び第２配線電極の幅よりも幅広であることを特徴とする半導体発光素子。
前記接続部は、絶縁膜を介して前記発光素子部の上方に配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
前記絶縁膜が、透光性の酸化物、窒化物又はフッ化物である請求項１又は４に記載の半導体発光素子。
前記絶縁膜が、屈折率の異なる２種類以上の透光性の材料からなる多層膜である請求項５に記載の半導体発光素子。
前記半導体発光素子は、外部と接続するための一対の第１電極及び第２電極を備え、
前記第１電極は、前記第２電極を備える発光素子部とは異なる少なくとも１つの発光素子部において、前記第１配線電極に電気的に接続されて配置されている請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
前記第１配線電極と前記第２配線電極は、平行に対向する部分を有する請求項２、４〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。