JP2023130977A - 半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】放熱特性に優れ、均一な電流注入及び発光が得られ、発光効率が高い半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールを提供する。【解決手段】絶縁性又は半絶縁性の基板と、基板上に第１極性の第１半導体層、発光層、第２極性の第２半導体層が順次積層された発光機能部１５Ｍと、発光機能部を覆う絶縁膜と、絶縁膜上に設けられた、第１半導体層及び第２半導体層にそれぞれ電気的に接続された第１パッド電極２８Ａ及び第２パッド電極２８Ｂ、及び発光機能部とは電気的に絶縁された少なくとも１つの中間パッド２９と、第１パッド電極、第２パッド電極及び中間パッドの各々を隔てるとともに、絶縁膜を露出するパッド分離溝ＧＰと、を有している。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュール、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子及び当該半導体発光素子を有する半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールに関する。

近年、高出力化や配光制御のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を複数デバイス内に配置して用いることが行われている。

例えば、自動車用ヘッドライトにおいて、走行環境に合わせて配光を制御する配光可変型のヘッドランプ（ADB: Adaptive Driving Beam）が知られている。また、高出力の照明用ＬＥＤパッケージや、ＬＥＤを高密度に配置した情報通信機器用のＬＥＤパッケージなどが知られている。

しかし、発光効率が高く、均一な発光が得られる高出力半導体発光素子が一層求められている。また、発光素子の性能低下を防ぎつつ、保護素子等の付加機能を備え、素子破壊が生じ難い半導体発光装置が求められている。

例えば、特許文献１には、活性層を貫通し、第一半導体層を露出させる複数の孔部と、複数の孔部位置以外の領域に形成された第一はんだパッド及び第二はんだパッドとを有し、ライトフィールド分布を均等化させ、かつ発光デバイスの順電圧を低減せんとする発光デバイスが開示されている。

また、特許文献２には、複数の凹溝と、上表面を有する平たい台とを含む複数の半導体積層とを備え、当該複数の凹溝の底部から露出した第１の半導体層上に電極が設けられた発光素子構造が開示されている。

また、特許文献３には、同一成膜基板上で電気的に複数分離してなり、それぞれの窒化物半導体層が導電性ワイヤで電気的に接続されている窒化物半導体発光素子が開示されている。特許文献４には、複数のＬＥＤ１を二次元的にモノリシック形成し、複数のＬＥＤを直列接続したＬＥＤアレイが開示されている。

特開２０１７－９２４７７号公報 特開２０１４－１５０１８８号公報 特開２００１－１５６３３１号公報 特開２００４－６５８２号公報

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、放熱特性に優れ、均一な電流注入及び発光が得られ、発光効率が高い半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールを提供することを目的とする。

本発明の１実施形態による半導体発光素子は、
絶縁性又は半絶縁性の基板と、
前記基板上に第１極性の第１半導体層、発光層、第２極性の第２半導体層が順次積層された発光機能層と、
前記発光機能層を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた、前記第１半導体層及び前記第２半導体層にそれぞれ電気的に接続された第１パッド電極及び第２パッド電極、及び前記発光機能層とは電気的に絶縁された少なくとも１つの中間パッドと、
前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドの各々を隔てるとともに、前記絶縁膜を露出するパッド分離溝と、を有している。

本発明の第１の実施形態による半導体発光素子１０を上面から見た場合を模式的に示す上面図である。 図１Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。 半導体発光素子１０の回路基板への実装方法を示す斜視図である。 フラックスガスの排出を説明するための上面透視図である。 フラックスガスの排出を説明するための断面図である。 ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ又は中間パッド電極２９の上面図である。 接合部材中のボイド占有率（％）と熱抵抗（℃／Ｗ）の関係を示す図である。 第２の実施形態の半導体発光装置５０及び半導体発光装置モジュール６０を示す斜視図である。 第３の実施形態の半導体発光装置モジュール７０の上面を模式的に示す上面図である。 図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。 半導体発光装置モジュール７０の製造工程を示す上面図である。 半導体発光装置モジュール７０の製造工程を示す上面図である。 半導体発光装置モジュール７０の製造工程を示す上面図である。 第４の実施形態の半半導体発光素子８０の上面を模式的に示す上面図である。 半導体発光素子８０の改変例である半導体発光素子８５を模式的に示す上面図である。

以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。

［第１の実施形態］
（１）半導体発光素子の構造
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光素子１０を上面から見た場合（上面視ともいう）を模式的に示す上面図である。なお、説明及び理解の容易さのため、電極等の内部構造についても示している。図１Ｂは、図１Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。半導体発光素子１０の構造について以下に詳細に説明する。

図１Ａに示すように、半導体発光素子１０は、基板１１上に形成された発光機能層１５を有している。より詳細には、発光機能層１５は、メサ状に形成された複数の発光機能部１５Ｍを有している。

図１Ｂに示すように、半導体発光素子１０は透光性を有する絶縁性の基板１１を有している。本実施形態において、基板１１は矩形柱形状を有し、基板１１の表面は上面視で矩形状を有している。基板１１には、例えば、サファイヤ及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの基板を用いることができる。

また、基板１１は、絶縁性基板の他、半絶縁性又は高抵抗の材料によって形成されていてもよい。なお、本明細書において、半絶縁性の基板とは、高抵抗のＧａＮなどの半導体基板を含む。具体的には、比抵抗が１ＭΩ／□以上の高抵抗を示す材料をいう。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、複数の発光機能部１５Ｍは、基板１１に達する結晶分離溝１５Ｇによって互いに分離された発光領域である。また、複数の発光機能部１５Ｍは、半導体発光素子１０の互いに対向する一対の辺に平行な方向（ｙ方向）に延在している。

また、複数の発光機能部１５Ｍは、当該延在方向に直交する方向（ｘ方向）に互いに所定の間隔を空けて形成されている。なお、発光機能部１５Ｍの延在方向は、発光機能層１５の所定の結晶方向に平行な方向であることが好適である。

より詳細には、基板１１上には、ｎ型半導体層１２（第１極性の第１半導体層）、発光層１３及びｐ型半導体層１４（第２極性の第２半導体層）がこの順で積層され、メサ形状を有する発光機能部１５Ｍが形成されている。

メサ形状の発光機能部１５Ｍは、ＧａＮ系半導体層からなり、例えばＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によって形成した結晶成長層（発光機能層）をエッチングにより分離して形成することができる。なお、結晶成長法はＭＯＣＶＤ法に限らず、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）、ＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy 法）などを用いることもできる。また、半導体層はＧａＮ系半導体層に限らず、発光機能層を形成可能な化合物半導体層を用いることができる。

発光機能部１５Ｍの間の結晶分離溝１５Ｇの底面には基板１１が露出している。すなわち、複数の発光機能部１５Ｍの各発光機能部（半導体層）は、互いに電気的に分離して形成されている。

また、発光機能部１５Ｍの横方向（短手方向）の一端側（－ｘ側）にはｎ型半導体層１２が露出する段差である電極形成部１５Ｃが設けられている。電極形成部１５Ｃは、発光機能部１５Ｍの延在方向（長手方向）に延在している。

すなわち、ｎ型半導体層１２上に設けられたｎ電極２２は、発光機能部１５Ｍの延在方向に延在している。複数の発光機能部１５Ｍのうち、半導体発光素子１０の外縁部にある発光機能部１５Ｍのｎ電極２２は後述する第１パッド電極（ｎパッド電極）２８Ｂに接続され、ｎパッド接続部２２Ｂを構成している。

ｎ型半導体層１２の電極形成部１５Ｃ上には、オーミック電極であるｎ電極２２（第１電極）が形成されている。ｎ電極２２は、ｎ型半導体層１２上にＴｉ、Ａｌをこの順で形成したオーミック電極として形成されている。なお、Ｔｉ／Ａｌ層に限らず、Ｔｉ／Ｒｈ、又はＴｉ／Ａｕ等のｎ型半導体層１２とオーミック接触が形成される材料によって形成してもよい。

発光機能部１５Ｍのメサ上層のｐ型半導体層１４上には、オーミック電極、反射層及び保護層からなるｐ電極２３（第２電極）が形成されている。具体的には、オーミック電極としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が、当該ＩＴＯ膜上に反射層及び保護層としてＮｉ／Ａｇ／Ｔｉ／Ａｕ層が形成されている。

ｎパッド接続部２２Ｂが形成された半導体発光素子１０の一端側とは反対側の他端の外縁部のｐ電極２３は後述する第２パッド電極（ｐパッド電極）２８Ａに接続され、ｐパッド接続部２３Ａを構成している。

メサ形状の発光機能部１５Ｍ及びｐ電極２３は、ＳｉＯ_２からなる第１絶縁膜２５Ａによって側壁及び上面が覆われ保護されている。第１絶縁膜２５Ａ上には、渡り配線である配線層２６が形成されている。

配線層２６は、光反射性の金属配線層であり、第１絶縁膜２５Ａを介して発光機能部１５Ｍの側壁及び上面の一部を覆うように形成されている。第１絶縁膜２５Ａは、発光機能部１５Ｍの頂面上の一部においてｐ電極２３が露出する開口部を有している。

第１絶縁膜２５Ａの当該開口部において配線層２６の一端がｐ電極２３に接続され、ｐ電極接続部２３Ｃが形成されている。また、配線層２６の他端はｎ電極２２に接続されている。すなわち、配線層２６は互いに隣接する発光機能部１５Ｍのｎ電極２２及びｐ電極２３を接続する渡り配線として機能する。

したがって、図１Ａ及び図１Ｂに示す複数の発光機能部１５Ｍは直列に接続されている。また、結晶分離溝１５Ｇによって分離された複数の発光機能部１５Ｍの全体が発光機能層として機能し、上面視で矩形形状を有している。したがって、本明細書においては、複数の発光機能部１５Ｍ及び結晶分離溝１５Ｇの全体を発光機能層１５と称して説明する。

なお、図１Ａに示すように、ｐ電極接続部２３Ｃ及びｎ電極２２は、発光機能部１５Ｍの延在方向（ｙ方向）の一端から他端に渡って形成されていることが好ましい。また、配線層２６は、互いに隣接する発光機能部１５Ｍの延在方向の一端から他端に渡って形成されていることが反射性能及び電流均一性の点で好ましい。

配線層２６は、具体的には、Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ層又はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ｐｔ層などによって形成されているが、層構造はこれらに限らない。例えば、Ｐｔに代えて、Ｐｄ又はＲｈなどを用いることができる。

配線層２６は、配線層２６上に形成されたＳｉＯ_２からなる第２絶縁膜２５Ｂによって覆われ絶縁及び保護されている。すなわち、第１絶縁膜２５Ａ及び第２絶縁膜２５Ｂは、ｎパッド接続部２２Ｂ及びｐパッド接続部２３Ａを除く半導体発光素子１０の表面全体を覆うように形成されている。

なお、以下において、第１絶縁膜２５Ａ及び第２絶縁膜２５Ｂからなり、半導体発光素子１０の表面全体を覆う絶縁膜を素子絶縁膜２５と称して説明する。

また、第１絶縁膜２５Ａ及び第２絶縁膜２５Ｂは、ＳｉＯ_２に限定されない。例えば、ＳｉＮ膜等の絶縁性誘電体を好適に用いることができる。

図１Ａに示すように、半導体発光素子１０の素子絶縁膜２５の表面上には、発光機能部１５Ｍの延在方向（ｙ方向）に沿って延在し、当該延在方向に垂直な方向（ｘ方向）に、間隙（パッド分離溝ＧＰ）によって互いに離間したｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び２つの中間パッド２９が形成されている。

すなわち、発光機能部１５Ｍの延在方向に沿って延在するｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ、２つの中間パッド２９の各々の間はパッド分離溝（以下、単に溝ともいう。）ＧＰによって分離され、ストライプ状に並んで配置されている。

なお、溝ＧＰは、発光機能部１５Ｍの延在方向に一定間隔で直線状に形成されていることが好ましい。また、溝ＧＰは、結晶成長層１５の互いに対向する外縁部（すなわち、ｘ方向に平行な外縁部）に至るように延在して設けられていることが好ましい。さらに、隣接するパッド電極及び中間パッド間の溝ＧＰは等幅でなくてもよい。

なお、ｎパッド電極２８Ｂ及びｐパッド電極２８Ａは導電体であればよいが、表面層が金属であることが好適である。中間パッド２９は、半導体発光素子１０の半導体層、すなわち発光機能部１５Ｍとは絶縁された絶縁パッドとして形成されている。

また、中間パッド２９は導電体である必要はなく、絶縁体であってもよいが、接合及び実装の点では少なくとも表面層が金属でできていることが好適である。また、ｐパッド電極２８Ａ及びｎパッド電極２８Ｂは同一の層構造を有することが好適であり、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び中間パッド２９は同一の層構造を有することがさらに好適である。

なお、中間パッド２９が金属等の導電体からなり、ｐパッド電極２８Ａ又はｎパッド電極２８Ｂに電気的に接続されて実装される場合には、中間パッド２９は電極として機能する。以下においては、中間パッド２９が金属等の導電体からなる場合について説明し、また、中間パッド２９を中間パッド電極２９と称して説明する。

具体的には、図１Ｂに示すように、半導体発光素子１０の一辺の端部に形成された最も外側のｎ電極２２に、素子絶縁膜２５の開口部を介して電気的に接続されたｎパッド電極２８Ｂ（カソード）が設けられている。すなわち、ｎパッド電極２８Ｂとｎ電極２２との接続部がｎパッド接続部２２Ｂである（図１Ａを参照）。

また、半導体発光素子１０の他方の端部に形成された最も外側のｐ電極接続部２３Ｃに、素子絶縁膜２５の開口部を介して電気的に接続されたｐパッド電極２８Ａ（アノード）が設けられている。すなわち、ｐパッド電極２８Ａとｐ電極２３との接続部がｐパッド接続部２３Ａである（図１Ａを参照）。

さらに、ｎパッド電極２８Ｂ（カソード）及びｐパッド電極２８Ａ（アノード）の間には、素子絶縁膜２５上に形成され、発光機能部１５Ｍと電気的に絶縁された２つの中間パッド電極２９（絶縁パッド電極）が設けられている。

より具体的には、パッド電極２８Ｂ、２８Ａ及び２つの中間パッド電極２９は、光反射層としてＡｌ層を有し、例えばＮｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ層（Ａｕ層が最表面層）によって形成されているが、これらに限らない。例えば、Ａｌ層に代えて、Ａｇ層等の光反射性の層を用いることができる。

図１Ｂに示すように、パッド電極２８Ｂ、２８Ａ及び２つの中間パッド電極２９の各々の間の溝ＧＰ内には、半導体発光素子１０の表面を覆う素子絶縁膜２５（すなわち、第１絶縁膜２５Ａ及び第２絶縁膜２５Ｂ）が露出している。

なお、ｎパッド電極２８Ｂ及びｐパッド電極２８Ａ間に２つの中間パッド電極２９を配した場合を例に説明するが、中間パッド電極２９の数はこれに限定されない。例えば、中間パッド電極２９は少なくとも１つ設けられていればよい。中間パッド電極２９は、実装時にｎパッド電極２８Ｂ及びｐパッド電極２８Ａに適宜振り分けて回路基板等のカソード配線及びアノード配線上に接続して実装することができる。

発光機能部１５Ｍから放射された光は、一部は直接光Ｌｄとして透光性の基板１１の裏面である光出射面１１Ｅから出射され、一部はｐ電極２３による反射光Ｌｒとして光出射面１１Ｅから出射される。また、発光機能部１５Ｍの側面方向に放射された光などは、配線層２６及びパッド電極２８Ａ、２９、２８Ｂによっても反射され、光出射面１１Ｅから出射される。

なお、上記においては、発光機能層１５が複数の発光機能部１５Ｍに分離された場合について説明したが、結晶分離溝１５Ｇを有さず、発光機能層１５が１つの台地形状の発光機能部１５Ｍとして構成されていてもよい。

（２）半導体発光素子の回路基板への実装
半導体発光素子１０の回路基板への実装について以下に説明する。図２Ａは、半導体発光素子１０の回路基板への実装方法を示す斜視図である。

半導体発光素子１０のｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ、及び２つの中間パッド電極２９を下向きにして半導体発光素子１０を回路基板のアノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂにそれぞれ接合部材４１Ａ及び４１Ｂを用いて接合する。

具体的には、例えばｐパッド電極２８Ａとｐパッド電極２８Ａに隣接する中間パッド電極２９とがアノード配線４３Ａに接合され、ｎパッド電極２８Ｂとｎパッド電極２８Ｂに隣接する中間パッド電極２９とがカソード配線４３Ｂに接合される。

より詳細には、まず、回路基板配線であるアノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂ上に接合部材となるソルダーペーストはんだ（接合部材４１Ａ及び４１Ｂ）を印刷する。次に、半導体発光素子１０をソルダーペースト上にマウントする。次に、リフロー炉で加熱して接合する。

図２Ｂ及び図２Ｃは、リフローの際に揮発したフラックスガスの排出を説明するための、上面透視図及び図２Ａの線Ｄ－Ｄに沿った断面を示す断面図である。

接合部材４１Ａ及び４１Ｂであるソルダーペーストはんだは、揮発性のフラックスを含んでおり、リフローの際に揮発する。このとき、図２Ｂに示すように、ｐパッド電極２８Ａ、２つの中間パッド電極２９、及びｎパッド電極２８Ｂの隣接するパッド電極間の溝ＧＰがガス排出路（通気路）として機能する。

すなわち、アノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂは、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ、及び２つの中間パッド電極２９の接合形態に対応した形状を有するとともに、溝ＧＰに対応した間隔で配置されている。したがって、アノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂ間の溝ＧＰがリフロー時の通気路として機能する。

上記したように、短冊状のパッド電極間の溝ＧＰにおいては、溶融金属状態の接合部材又ははんだに対して濡れ性の低い絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）が露出しており、当該溝ＧＰが良好に形成され、ガス排出が効果的に行われる。

図２Ｂに示すように、半導体発光素子１０の外側から加熱する場合、はんだは外側から内側方向に溶融進行する（図中、熱伝播曲線）。したがって、溝ＧＰが最終溶融点ＭＰ（黒丸、発光機能層１５の中心）を通るように溝ＧＰを設けることで、フラックスガスのより効率的な排出が可能となり、ボイドの少ない接合層の形成が可能になる。

したがって、放熱性の高い実装が可能となる。なお、上記のように発光機能層１５が矩形形状を有する場合、発光機能層１５の対角線の交点が溝ＧＰ内に含まれる配置で溝ＧＰが設けられていることが好ましい。

また、特に、図２Ｃに示すように、実装時に接合部材が分離されているアノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂ間（すなわち接合部材４１Ａ及び４１Ｂ間）の溝であって、最終溶融点ＭＰを通る溝ＧＰ０においてガスの排出効果がより大きい。すなわち、図２Ｃに示す場合では、２つの中間パッド電極２９間の溝ＧＰ０の排出効果がより大きい。このようにガス排出路ＧＰ０を設けることで、フラックスガスの排出が特に効果的となり、ボイドの発生が極めて抑制された接合層の形成が可能になり、放熱性も高い実装が可能となる。なお、当該パッド分離溝ＧＰ０の幅を他の分離溝ＧＰの幅よりも大きくすることが好ましい。

図２Ｄは、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ又は中間パッド電極２９の上面図である。隣接するパッド電極の間からフラックスの揮発ガスを排出するには、面積Ｓを一定とした場合、周囲長Ｌを長くすることが有効である。例えば、パッド電極を細分化することで周囲長Ｌを長くすることができる。

具体的には、パッド電極の短辺（又は幅）Ｗに対する長辺（又は長さ）Ｌの比Ｒ＝Ｌ／Ｗが、２≦Ｒであることが好ましい。また、Ｒが大きくなり過ぎるとアライメントずれなどの点で形成及び実装が困難になるのでＲ≦１０が好ましい。したがって、２≦Ｒ≦１０が好ましい。さらに、揮発ガスの排出性及び形成及び実装の容易性を考慮すると、３≦Ｒ≦８範囲がより好ましい。

図３は、接合部材（はんだ）が縦横１ｍｍの場合におけるボイド占有率（％）と熱抵抗（℃／Ｗ）の関係を示す図である。なお、シミュレーション値（ＳＩＭ：破線）及び実測値（ＥＸ：黒丸）をプロットして示している。

半導体発光素子を回路基板の配線（ランド）上に接合部材（はんだ）を介して接合するとき、接合部材にボイド（空孔）が形成され得る。半導体発光素子は通電により発熱するので、接合部材に形成されたボイドの占有率（上面視においてボイドが占める面積）が大きくなると熱抵抗が高くなり、回路基板または回路基板に設けられたヒートシンク（放熱体）への放熱特性が低下し、半導体発光素子の信頼性（例えば寿命）を損なう。

図３に示すように、例えば、発光素子の底面の全面に形成された従来の電極の場合、ボイド占有率は通常２０％～４０％となり、ボイドが形成されない場合より熱抵抗が１０％から２０％程度上昇する。

本発明の半導体発光素子１０のパッド電極は、ボイド形成の要因となるペーストはんだから揮発するガスを排出できる構造を有している。従って、ボイド占有率を０％～１５％以下にすることができる。図３に示すように、本発明の半導体発光素子１０においては、実際に０％～５％のボイド占有率を得ることができる。

したがって、熱抵抗が低い実装が可能なので、高電流注入においても光出力の低下が少なく、信頼性の高い半導体発光素子を提供することができる。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態の半導体発光装置５０及び半導体発光装置モジュール６０を示す斜視図である。

本実施形態の半導体発光装置５０は、第１の実施形態の半導体発光素子１０及び導光体５１を有している。以下においては、導光体５１が蛍光体プレートである場合を例に説明する。すなわち、本実施形態の半導体発光装置５０は、混色光を出射する発光装置として構成されている。

半導体発光装置５０は、半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０上に設けられた導光体を有している。より詳細には、蛍光体プレート５１が半導体発光素子１０の光出射面１１Ｅ上に接着層５２によって接着されている（図１Ｂを参照）。

半導体発光素子１０は、例えば青色光を放射する発光素子（ＬＥＤ）であり、蛍光体プレート５１は、例えばＹＡＧ：Ｃｅであって、波長変換光として黄色光を出射する。したがって、白色の混色光ＬＭが蛍光体プレート５１の上面から出射される。接着層５２には透光性の接着剤、例えば透光性シリコーン樹脂が用いられる。

半導体発光素子１０及び蛍光体プレート５１は外形形状及び外形サイズが同一であり、例えば矩形板形状を有している。すなわち、半導体発光素子１０及び蛍光体プレート５１は、共通の外側面を有している。なお、蛍光体プレート５１の外形形状は、半導体発光素子１０の外形形状より５～１０％程度小さくても大きくても良い。

本実施形態の半導体発光装置モジュール６０は、回路基板上に実装された半導体発光装置５０を有している。より具体的には、半導体発光装置モジュール６０において、半導体発光装置５０は、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び２つの中間パッド電極２９を下向きにして回路基板のアノード配線４３Ａ及びカソード配線４３Ｂにそれぞれ接合部材４１Ａ及び接合部材４１Ｂにより接合して実装されている。

より詳細には、例えばアノード配線４３Ａは、その幅ＷＡがカソード配線４３Ｂの幅ＷＢよりも広いランドとして形成され、半導体発光装置５０のｐパッド電極２８Ａと２つの中間パッド電極２９とがアノード配線４３Ａに接合され、ｎパッド電極２８Ｂがカソード配線４３Ｂに接合されている。

このように、中間パッド電極２９は発光機能部１５Ｍとは絶縁されているので、放熱性を高めたい方の電極（例えば、アノード）として中間パッド電極２９を用いることができ、したがって、接合面積を広くすることができるので、放熱性を向上することができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールの放熱性が高いので、高電流注入においても光出力の低下が少なく、高出力で信頼性の高い半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールを提供することができる。

［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の半導体発光装置モジュール７０について、図面を参照して、以下に詳細に説明する。図５Ａは、半導体発光装置モジュール７０の上面を模式的に示す上面図である。図５Ｂは、図５Ａの線Ａ－Ａに沿った断面を模式的に示す断面図である。

本実施形態の半導体発光装置モジュール７０は、回路基板７１上に立設された枠体７２内に配置された複数の半導体発光装置５０を有している。枠体７２は、例えば樹脂からなる樹脂ダムとして形成され、枠体７２内に４つの半導体発光装置５０が一列に配列されている場合を例に説明する。

複数の半導体発光装置５０と枠体７２との間、及び隣接する半導体発光装置５０の間は封止樹脂７２Ｆによって封止され、複数の半導体発光装置５０に接続されたアノード端子７８Ａ、カソード端子７８Ｂ及び短絡検出端子７８Ｃが設けられている。また、半導体発光装置モジュール７０を固定するための固定穴７１Ｈが設けられている。

図５Ｂに示すように、複数の半導体発光装置５０は回路基板７１の回路配線７３によって直列に接続されている。より詳細には、一方の配列端部（図において左端）の半導体発光装置５０のｎパッド電極２８Ｂは回路配線７３のカソード配線７３Ｂに接続されている。また、他方の配列端部（右端）の半導体発光装置５０のｐパッド電極２８Ａは回路配線７３のアノード配線７３Ａに接続されている。

半導体発光装置５０のｐパッド電極２８Ａ及び隣接する半導体発光装置５０のｎパッド電極２８Ｂは回路配線７３の接続配線７３Ｃに接合され、電気的に接続されている。かかる接続により互いに隣接する半導体発光装置５０間の直列接続がなされている。

また、全ての半導体発光装置５０の中間パッド電極２９は中間配線７３Ｉに接続されている。中間配線７３Ｉは、回路基板７１を貫通する金属からなるビア配線７１Ｖを介して回路基板７１の裏面の裏面金属層７５に接続されている。

ここで、アノード配線７３Ａはアノード端子７８Ａに接続され、カソード配線７３Ｂはカソード端子７８Ｂに接続されている。また、中間配線７３Ｉは短絡検出端子７８Ｃに接続されている。

裏面金属層７５は、ヒーシンク接合層７６によってヒーシンク７７に接合されている。したがって、半導体発光装置５０により発生した熱は、中間パッド電極２９、中間配線７３Ｉ、ビア配線７１Ｖ、裏面金属層７５及びヒーシンク７７を経て放熱される。

より詳細には、半導体発光装置５０で発生した熱は、半導体発光素子１０に設けられた中間電極２９よって、熱伝導率の高い金属（例えば銅、銀、金）を介して直接ヒートシンク７７へ放熱される。したがって放熱効率が高く、発光効率を高く維持することができる。

次に、半導体発光装置モジュール７０の製造工程について図６Ａ～図６Ｃに示す上面図を参照して説明する。まず、図６Ａに示すように、アノード配線７３Ａ、カソード配線７３Ｂ、中間配線７３Ｉ及び接続配線７３Ｃを含む回路配線７３と、枠体７２とを有する回路基板７１を準備する。なお、図には、半導体発光素子１０が実装される実装領域１０Ｒが破線で示されている。

例えば、回路基板７１としては、ガラス繊維強化エポキシ樹脂基板、絶縁層／銅コア等の金属コア基板、窒化アルミやアルミナ等のセラミック基板などを用いることができる。

続いて、図６Ｂに示すように、実装領域１０Ｒに半導体発光素子１０が接合部材７４によって接合されて実装される。また、この際、ツェナーダイオードなどの保護素子７９が回路配線７３上に、各半導体発光素子１０に対して並列に実装される。なお、接合部材７４としては、錫銅系の鉛フリーはんだなどが好ましい。

続いて、図６Ｃに示すように、半導体発光素子１０上に蛍光体プレート５１が透光性の接着層５２によって接着される。

最後に、枠体７２の内側に封止樹脂７２Ｆを注入し、半導体発光装置５０と枠体７２との間、及び隣接する半導体発光装置５０の間を充填して、図５Ａに示した半導体発光装置モジュール７０が完成する。

なお、半導体発光素子１０を回路基板７１上に接合した後に半導体発光素子１０上に導光体である蛍光体プレート５１を接着する場合を例に説明したが、半導体発光素子１０上に導光体が接着された半導体発光装置、例えば第２の実施形態の半導体発光装置５０が回路基板７１上に実装されてもよい。

以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の半導体発光装置を配列した場合であっても、放熱性が高く、高電流注入においても光出力の低下が少なく、高出力で信頼性の高い半導体発光装置モジュールを提供することができる。

［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態の半導体発光素子８０について、図面を参照して、以下に詳細に説明する。図７は、半導体発光素子８０の上面を模式的に示す上面図である。

本実施形態の半導体発光素子８０は、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂパ及び中間パッド電極２９（１）、２９（２）がｍ行×ｎ列（２≦ｍ、２≦ｎ）のマトリクス状に配列されている点で第１の実施形態の半導体発光素子１０と異なる。

より詳細には、矩形形状のｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び２つの中間パッド電極２９（１）、２９（２）が２行２列で、溝ＧＰ１（ｙ方向）及び溝ＧＰ２（ｘ方向）によって隔てられて配列されている。また、これらの４つのパッド電極は、半導体発光素子８０の互いに直交する中心線ＣＬ１及びＣＬ２に対して対称に配置されている。

また、発光機能部１５Ｍの延在方向の溝ＧＰ１及び当該延在方向に直交する方向の溝ＧＰ２は、最終溶融点ＭＰを通るように、すなわち最終溶融点ＭＰが溝ＧＰ１及びＧＰ２内に位置するように設けられている。

例えば、溝ＧＰ１及び溝ＧＰ２は、半導体発光素子８０の中心線ＣＬ１及びＣＬ２の交点を通るように形成されている。あるいは、溝ＧＰ１及び溝ＧＰ２は、４つのパッド電極全体の外縁（矩形形状）の中心を通るように形成されていてもよい。

上記したようにパッド電極をｍ行×ｎ列で配置する場合において、当該パッド電極間の溝ＧＰのうち、最終溶融点ＭＰを通る溝ＧＰ１及びＧＰ２を設けることがガス排出の点で効果的である。図７に示す場合では、溝ＧＰ１及びＧＰ２は、特にガス排出効果の高い分離溝ＧＰ１、ＧＰ２として機能する。

さらに、ｐパッド電極２８Ａ及びｎパッド電極２８Ｂは対角位置に配されている。この場合、ｐパッド電極２８Ａ及び中間パッド電極２９（１）を回路基板のアノード配線に、ｎパッド電極２８Ｂ及び中間パッド電極２９（２）をカソード配線に接続する、すなわち行方向（ｘ方向）に中間パッド電極を組み合わせる形態をとることができる。あるいは、列方向（ｙ方向）に中間パッド電極とｐパッド電極２８Ａ又はｎパッド電極２８Ｂを組み合わせる形態をとることができる。あるいは、ｐパッド電極２８Ａと２つの中間パッド電極２９（１）及び２９（２）を組み合わせ、ｎパッド電極２８Ｂを単独で用いるなど、放熱設計に応じて組み合わせることができる。従って、放熱性の高い半導体発光装置モジュールを提供することができる。また、９０°回転させて実装可能であるなど、マウント性も高い。

特に、複数の半導体発光素子８０を配列した半導体発光装置モジュールの場合においては、各半導体発光素子８０の配置位置などに応じてパッド電極を組み合わせることによって、放熱性が高く、かつ放熱均一性及び光出力均一性が高い半導体発光装置モジュールを提供することができる。

図８は、半導体発光素子８０の改変例である半導体発光素子８５を模式的に示す上面図である。図７に示した半導体発光素子８０とは、矩形形状のｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び２つの中間パッド電極２９（１）、２９（２）の角部が面取りされた面取り部ＣＣを有する点が異なっており、その他の構成は同一である。

かかる構成によれば、ガス排出路となる溝ＧＰ１及びＧＰ２の端部が拡がっているため、フラックスガスの排出性が向上する。なお、面取り部ＣＣの形状は曲線状でも、直線状であってもよい。また、ｐパッド電極２８Ａ、ｎパッド電極２８Ｂ及び２つの中間パッド電極２９（１）、２９（２）の４隅が面取りされていることが好ましい。

なお、パッド電極をマトリクス配置した半導体発光素子８０について説明したが、これに限定されない。本実施形態のパッド電極の構成は、半導体発光素子８０上に蛍光体プレート等の導光体が接着された半導体発光装置、及び当該半導体発光装置の複数を配置して実装した半導体発光装置モジュールについても適用が可能であり、上記したのと同様な効果が得られる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、放熱性能が高く、高電流注入においても光出力の低下が少なく、高出力で信頼性の高い半導体発光素子、半導体発光装置及び半導体発光装置モジュールを提供することができる。

１０，８０，８５：半導体発光素子，１１：基板、１２：第１半導体層、１３：発光層、１４：第２半導体層、１５：発光機能層、１５Ｍ：発光機能結晶部、１５Ｇ：結晶分離溝１５Ｇ、２２：ｎ電極（第１電極）、２２Ｂ：ｎパッド接続部、２３：ｐ電極（第２電極）、２３Ａ：ｐパッド接続部、２５：素子絶縁膜、２５Ａ：第１絶縁膜、２５Ｂ：第２絶縁膜、２６：配線層、２８Ａ：第２パッド電極（ｐパッド電極）、２８Ｂ：第１パッド電極（ｎパッド電極）、２９：中間パッド、４３Ａ、アノード配線、４３Ｂ：カソード配線、５０：半導体発光装置、５１：導光体（蛍光体プレート）、６０，７０：半導体発光装置モジュール、７１：回路基板、７２：枠体、７２Ｆ：封止樹脂、ＧＰ：パッド分離溝、ＭＰ：最終溶融点、７７：ヒーシンク

Claims (18)

1. 絶縁性又は半絶縁性の基板と、
   前記基板上に第１極性の第１半導体層、発光層、第２極性の第２半導体層が順次積層された発光機能層と、
   前記発光機能層を覆う絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に設けられた、前記第１半導体層及び前記第２半導体層にそれぞれ電気的に接続された第１パッド電極及び第２パッド電極、及び前記発光機能層とは電気的に絶縁された少なくとも１つの中間パッドと、
   前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドの各々を隔てるとともに、前記絶縁膜を露出するパッド分離溝と、
   を有する半導体発光素子。
2. 前記パッド分離溝は前記発光機能層の互いに対向する外縁部に至るように延在して設けられている請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記発光機能層は、上面視で矩形形状を有し、前記パッド分離溝は、前記発光機能層の対角線の交点を含む配置で設けられている請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記発光機能層は、互いに対向する一対の辺を有し、前記基板が露出する結晶分離溝によって分離され、前記一対の辺に平行な方向に延在するメサ状の複数の発光機能部を有する、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
5. 前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドは、前記複数の発光機能部の延在方向に延在してストライプ状に並んで配置されている請求項４に記載の半導体発光素子。
6. 前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドは、マトリクス状に配列されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
7. 前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドは、角部が面取りされた面取り部を有する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
8. 互いに隣接する前記発光機能部を直列に接続するとともに、前記互いに隣接する前記発光機能部の延在方向の一端から他端に渡って設けられている配線層を有する請求項４ないし７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
9. 前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドは同一の層構造を有する請求項１ないし８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
10. 請求項１ないし９のいずれか一項に記載の半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子上に設けられた導光体と、
    を有する半導体発光装置。
11. 前記導光体は蛍光体プレートである請求項１０に記載の半導体発光装置。
12. 表面に第１配線及び第２配線を有する回路基板と、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の半導体発光素子と、を有し、
    前記半導体発光素子の前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極は、それぞれ前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材によって接合され、
    前記半導体発光素子の前記中間パッドの少なくとも１つは前記第１配線又は前記第２配線に接合されている、半導体発光モジュール。
13. 表面に第１配線、第２配線及び第３配線を有する回路基板と、
    請求項１ないし９のいずれか一項に記載の半導体発光素子と、を有し、
    前記半導体発光素子の前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極は、それぞれ前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材によって接合され、
    前記半導体発光素子の前記中間パッドの少なくとも１つは前記第１配線及び前記第２配線に電気的に絶縁されて前記第３配線に接合されている、半導体発光モジュール。
14. 表面に第１配線及び第２配線を有する回路基板と、
    請求項１０又は１１に記載の半導体発光装置と、を有し、
    前記半導体発光装置の前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極は、それぞれ前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材によって接合され、
    前記半導体発光装置の前記中間パッドの少なくとも１つは前記第１配線又は前記第２配線に接合されている、半導体発光モジュール。
15. 表面に第１配線、第２配線及び第３配線を有する回路基板と、
    請求項１０又は１１に記載の半導体発光装置と、を有し、
    前記半導体発光装置の前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極は、それぞれ前記第１配線及び前記第２配線にそれぞれ第１接合部材及び第２接合部材によって接合され、
    前記半導体発光装置の前記中間パッドの少なくとも１つは前記第１配線及び前記第２配線に電気的に絶縁されて前記第３配線に接合されている、半導体発光モジュール。
16. 放熱体を有し、
    前記中間パッドの前記少なくとも１つは前記放熱体に熱的に結合されている、請求項１３又は１５に記載の半導体発光モジュール。
17. 前記第１配線及び前記第２配線は、それぞれ前記第１パッド電極及び前記第２パッド電極に対応した形状を有するとともに、前記パッド分離溝に対応した間隔で配置されている請求項１２又は１４に記載の半導体発光モジュール。
18. 前記第１配線、前記第２配線及び前記第３配線は、それぞれ前記第１パッド電極、前記第２パッド電極及び前記中間パッドに対応した形状を有するとともに、前記パッド分離溝に対応した間隔で配置されている請求項１３、１５又は１６に記載の半導体発光モジュール。
    

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