JP4867223B2 - 半導体発光素子およびこれを用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、コンタクト電極が設けられ、このコンタクト電極に、反射電極およびｐ電極とが設けられた半導体発光素子およびこれを用いた照明装置に関する。

従来の半導体発光素子の一例を図６に示す。この従来の半導体発光素子の一例は、フェースダウンで実装されるものである。

図６に示す従来の半導体発光素子は、光透過性を有し絶縁性を有するサファイア等で形成された基板１００に、ｎ型半導体層１０１、発光層１０２、ｐ型半導体層１０３を順に積層したものである。発光層１０２およびｐ型半導体層１０３の一部はエッチングしてｎ型半導体層１０１を露出させ、露出させたｎ型半導体層１０１に、ボンディング用のｎ電極１０４を形成する。そして、ｐ型半導体層１０３に、コンタクト電極１０５と反射電極１０６を形成し、反射電極１０６にボンディング用のｐ電極１０７が形成されている。

コンタクト電極１０５は、ｐ型半導体層１０３と反射電極１０６への接続抵抗を低下させて、順方向電圧Ｖｆを低下させるとともに、コンタクト性の向上を図るために設けられているが、発光層１０２からの光を反射電極１０６へより多く透過させる必要があるので、透過率の高いものが望ましい。例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどを選択することが可能である。

このような従来の半導体発光素子を製造する場合には、ウエハ上にそれぞれ従来の半導体発光素子となるものを形成した後に、ブレードなどで個々にダイシングして個片とし、そしてダイシングした際の切削粉を除去するために、塩酸を希釈した溶液で洗浄する洗浄工程を行うことで従来の半導体発光素子が得られる。

しかし、洗浄工程で塩酸を希釈した溶液で洗浄すると、切削粉を溶融させて除去できるだけでなく、例えばコンタクト電極１０５をＩＴＯで形成していると、その露出部分を溶解させてしまい内部まで浸食してしまう。

そうなると、反射電極１０６とｐ型半導体層１０３との接続面積が減少してしまうため、動作電圧が上昇したり、電流の拡散範囲が狭まったりして輝度低下を招いてしまう。

例えば、特許文献１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子は、ｐ電極側にコンタクト電極を設けたものではないが、ｐ電極および反射電極を覆うようにＳｉＯ_２で形成された保護膜を備えている。
特開２０００−３６６１９号公報

この特許文献１に記載のIII族窒化物系化合物半導体発光素子の保護膜を、コンタクト電極を設けた従来の半導体発光素子に設けることも想定されるが、保護膜を設けるためには、従来の半導体発光素子に別工程を追加する必要がある。また、保護膜を設ける際の熱ストレスにより順方向電圧Ｖｆが上昇するおそれがある。

そこで本発明は、従来の製造工程を変更することなく、コンタクト電極を保護することで、輝度低下を防止することが可能な半導体発光素子これを用いた照明装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光素子は、基板に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、コンタクト電極が設けられ、前記コンタクト電極に、反射電極およびｐ電極とが設けられた半導体発光素子において、前記反射電極または前記ｐ電極のいずれか一方または両方が、カバー電極として前記コンタクト電極を覆うように形成され、前記カバー電極は、前記コンタクト電極を溶解させる溶液に対して耐溶解性を有していることを特徴とする。

また、本発明の照明装置は、上記本発明の半導体発光素子を搭載したことを特徴とする。

本発明においては、反射電極またはｐ電極のいずれか一方または両方で形成されたカバー電極によって、コンタクト電極が保護されるので、コンタクト電極が溶解することによる浸食が発生しない。よって、従来の製造工程を変更することなく、コンタクト電極を保護することで、輝度低下を防止することが可能である。

本願の第１の発明は、基板に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、コンタクト電極が設けられ、コンタクト電極に、反射電極およびｐ電極とが設けられた半導体発光素子において、反射電極またはｐ電極のいずれか一方または両方が、カバー電極としてコンタクト電極を覆うように形成され、カバー電極は、コンタクト電極を溶解させる溶液に対して耐溶解性を有していることを特徴としたものである。

反射電極またはｐ電極のいずれか一方または両方が、カバー電極としてコンタクト電極を覆うように形成されているので、コンタクト電極は、反射電極またはｐ電極のいずれかによって露出しない状態である。そしてカバー電極は、コンタクト電極を溶解させる溶液に対して耐溶解性を有しているので、コンタクト電極を溶解させる溶液に本発明の半導体発光素子が曝されても、カバー電極によって保護される。従って、コンタクト電極が溶解することによる浸食が発生しない。また、カバー電極を反射電極またはｐ電極のいずれか一方または両方で形成しているので、特別な製造工程を追加する必要がない。

本願の第２の発明は、カバー電極は、ｐ電極であり、コンタクト電極を覆うとともに、反射電極を覆うように形成されていることを特徴としたものである。

カバー電極を、ｐ電極とし、コンタクト電極を覆うとともに、反射電極を覆うように形成しているので、反射電極として反射率の高いＡｇなどを使用したときに、コンタクト電極を保護しつつ、マイグレーションによる反射電極の漏れを防止することができる。

本願の第３の発明は、コンタクト電極をＩＴＯとしたときに、ｐ電極は、Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金または導電性膜より形成されていることを特徴としたものである。

コンタクト電極をＩＴＯとしたときに、ｐ電極を、Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ、またはこれらものを１種類以上含む合金または導電性膜より形成することにより、ダイシングの際に発生する切削粉を除去するために、塩酸を希釈した溶液に曝しても、ＩＴＯで形成したコンタクト電極を保護することができる。

本願の第４の発明は、カバー電極は、前記反射電極であり、前記コンタクト電極を覆うように形成されていることを特徴としたものである。

カバー電極を反射電極とすることで、コンタクト電極の溶解を抑止しつつ、発光層から出射された光を反射する面積を広く確保することができる。

本願の第５の発明は、コンタクト電極をＩＴＯとしたときに、反射電極は、Ａｇ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金より形成されていることを特徴としたものである。

本願の第６の発明は、本発明の半導体発光素子を搭載した照明装置としたことを特徴としたものである。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。

図１に示すように、半導体発光素子１は、基板２に、ｎ型半導体層３が積層され、ｎ型半導体層３にボンディング用のｎ電極４と発光層５とが積層され、発光層５にｐ型半導体層６と、コンタクト電極７と、光反射性を有する反射電極８とが順次積層され、反射電極８にボンディング用のｐ電極９が積層されている。

基板２は、本実施の形態１ではＧａＮで形成されているが、ＳｉＣ，サファイア，ＧａＡｓまたはＧａＰとすることもできる。

ｎ型半導体層３は、基板２にＧａＮやＡｌＧａＮ等を積層して形成される。ｎ型半導体層３と基板２の間にＧａＮやＩｎＧａＮ等で形成したバッファ層を設けることも可能である。

発光層５とｐ型半導体層６とは、ｎ型半導体層３の全面に、ＩｎＧａＮ等を積層した発光層を形成し、そして発光層の全面にＡｌＧａＮ等を積層してｐ型半導体層を形成した後に、ドライエッチングによりｎ型半導体層３にｎ電極４を形成する領域を露出させることで形成される。

ｎ電極４は、ドライエッチングにより形成された領域に、ｎ型半導体層３と接続するＴｉとボンディングするために好適なＡｕとを積層して形成されている。

コンタクト電極７は、ｐ型半導体層６と反射電極８への接続抵抗を低下させて、順方向電圧Ｖｆを低下させるとともに、コンタクト性の向上を図るために設けるので、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含む合金、または導電性膜より形成することができる。しかし、発光層５からの光を反射電極８へより多く透過させる必要があるので、透過率の高いものが望ましい。例えば、ＩＴＯやＺｎＯなどを選択することが可能である。コンタクト電極７を、ＩＴＯやＺｎＯで形成すると、材質の特性としてコンタクト性や電流拡散性がＰｔなどの金属より劣るが、透過率が高いため層厚を厚く形成することで、改善することが可能である。このコンタクト電極７を平面視してｐ型半導体層６より小さい形状とすることで、ｐ電極９と接続するための接続領域をｐ型半導体層６の周囲に確保している。

コンタクト電極７をＩＴＯとしたときに、その層厚を発光波長のｎ／４倍(ｎ：整数)となる約５７００Åとするのが望ましい。波長のｎ／４倍とすることでＩＴＯ界面での反射光と反射電極からの反射光で打ち消しあうことがない。

反射電極８は、コンタクト電極７より平面視して面積の小さい形状とすることで、ｐ電極９と接続するための接続領域をコンタクト電極７の周囲に確保している。反射電極８は、発光層５からの光を反射させて基板２から出射させるために、反射率の高い材質のものが望ましい。本実施の形態１では、反射電極８として２層積層したものを採用している。例えば、反射電極８のコンタクト電極７側に位置する層としては、Ａｇ，Ａｌ，Ｒｈ、またはこれら金属を１種類以上含む合金で形成することができるが、ＡｇまたはＡｇ合金が高い反射率を有しているので望ましく、Ａｇ合金とする方がＡｇより更に高い反射率を得ることができるので望ましい。反射電極８のコンタクト電極７側に位置する層をＡｇ合金とするときは、その層厚として２０００Å（０．２μｍ）あれば十分反射させることが可能である。また、反射電極８のｐ電極側に位置する層としては、ｐ電極９との密着性を向上させるためにＰｔとするのが望ましい。反射電極８のｐ電極側に位置する層をＰｔとするときには、その層厚として１００Å（０．０１μｍ）あれば反射電極とｐ電極の密着性を十分確保することができる。

なお、本実施の形態１では、反射電極８を２層としたが、多層とすると、積層する際にそれぞれの層の収縮率の違いから応力が発生し、歪みが生じて剥離するおそれがある。この剥離のおそれがなければ反射電極８を３層以上とすることも可能である。また、反射電極８として、ｐ電極９との密着性がよく、反射率の高い金属または合金であれば、１層としてもよい。

ｐ電極９は、反射電極８を覆うとともに、コンタクト電極７を覆うように形成されており、コンタクト電極７の周囲のｐ型半導体層６と、反射電極８の周囲のコンタクト電極７とに接続され、カバー電極として機能する。ｐ電極９は、コンタクト電極７が溶解する溶液に曝されても、コンタクト電極７が溶解して侵食されないように、コンタクト電極７を覆うように形成されているので、コンタクト電極７が溶解する溶液に対して耐溶解性を有する材質のものが望ましい。例えば、ウエハ状態で各半導体層および電極が積層され、ダイシングにより個片した後に、個片とする際の切削粉を除去するために塩酸を希釈した溶液で洗浄した場合でも、溶解しない材質のものとすることで、ｐ電極９はコンタクト電極７を保護することができる。本実施の形態１の半導体発光素子１のコンタクト電極７としてＩＴＯとすると、ｐ電極９は、Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金または導電性膜とするのが望ましい。

また、ｐ電極９は、反射電極８を覆うように形成されているので、マイグレーションによる反射電極８の漏れを防止することも可能である。

ｐ電極９を多層とし、反射電極８およびコンタクト電極７と接する面の層をＡｕ以外としたときは、フリップチップ実装する際に他と接続することになるｐ電極９の表面はＡｕとするのがボンディング電極として接続性の点から望ましい。例えば、ｐ電極９を、反射電極８およびコンタクト電極７と接する面の層をＴｉで形成しその層厚を３００Å（０．０３μｍ）とし、表面をＡｕで形成しその層厚を８０００Å（０．８μｍ）とすることができる。Ｔｉは３００Åあれば反射電極８との密着性を十分確保することができ、Ａｕは８０００Åとすることでボンディング性を確保することができる。

このように、コンタクト電極７を覆うようにｐ電極９が形成され、コンタクト電極７を溶解させる溶液に対して耐溶解性を有する材質でｐ電極９を形成することで、本発明の実施の形態１の半導体発光素子１がコンタクト電極７を溶解させる溶液に曝されても、カバー電極であるｐ電極９によって保護されているので、コンタクト電極７が溶解することによる浸食が発生しない。

また、コンタクト電極７や、反射電極８や、ｐ電極９は、積層してリフトオフで形成する際にマスク形状を変更するだけで形成することができるので、特別な製造行程を追加する必要がない。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を図２に基づいて説明する。図２は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。なお図２において図１と同じ機能を有するものは同符号を付して説明は省略する。

実施の形態１に係る半導体発光素子１では、カバー電極としてｐ電極９でコンタクト電極７を保護していたが、図２に示す実施の形態２に係る半導体発光素子１０では、カバー電極を反射電極１１としたものである。

図２に示すように、半導体発光素子１０は、コンタクト電極７上に反射電極１１を、コンタクト電極７を覆うように形成し、カバー電極としている。そしてｐ電極１２は、反射電極１１がコンタクト電極７を覆って保護しているので、反射電極１１と平面視して同じ形状に形成しても問題はない。しかし、反射電極１１は周囲が露出しているので、反射電極１１をＡｇで形成するとマイグレーションによる漏れのおそれがある。従って、反射電極１１は、コンタクト電極７が溶解する溶液に対して耐溶解性を有し、かつマイグレーションの発生のおそれのない材質のもので形成するのが望ましい。つまり、反射電極１１を２層とする場合には、コンタクト電極７側に位置する層として，Ａｌ，Ｒｈ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金で形成することができる。また、反射電極１１のｐ電極１２側に位置する層としては、ｐ電極９との密着性を向上させるために、Ｐｔとすることができる。

また、ｐ電極１２は、実施の形態１でのｐ電極９と同様の材質とすることができる。

このように、本実施の形態２に係る半導体発光素子１０は、反射電極１１をカバー電極としても実施の形態１と同様に、半導体発光素子１０がコンタクト電極７を溶解させる溶液に曝されても、カバー電極である反射電極１１によって保護されているので、コンタクト電極７が溶解することによる浸食が発生しない。

また、反射電極１１の面積をｐ型半導体層６の広さまで確保することができるので、マイグレーションの発生するおそれがあるＡｇと比較して反射率の劣る他の材質のものを反射電極１１として採用しても、図１に示す実施の形態１の反射電極８より光を反射する度合いの低下を抑制することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図である。なお図３において図１と同じ機能を有するものは同符号を付して説明は省略する。

実施の形態２に係る半導体発光素子１０では、カバー電極として反射電極１１でコンタクト電極７を保護していたが、図３に示す実施の形態３に係る半導体発光素子１５では、カバー電極を反射電極１６およびｐ電極１７としたものである。

図３に示すように、半導体発光素子１５は、コンタクト電極７上に反射電極１６がコンタクト電極７を覆うように形成され、更にｐ電極１７が反射電極１６を覆うように形成されており、この反射電極１６およびｐ電極１７とでカバー電極として機能させている。

つまり、反射電極１６は、ｐ電極１７に覆われているという点で、実施の形態１に示す反射電極８と同様なので、反射電極８と同じ材質のものが使用できる。従って、反射率の高いＡｇを使用しても、マイグレーションによる漏れを防止できる。また、反射電極１６は、コンタクト電極７より面積を広く確保することができ、前述したように反射率の高いＡｇが使用できるので、実施の形態２の反射電極１１より反射する度合いを高いものとすることができる。従って、輝度効率を高いものとすることができる。

また、反射電極１６は、コンタクト電極７が溶解する溶液に耐溶解性を有する材質のものとしてもよいが、ｐ電極１７に覆われているので、耐溶解性を備えていない材質のものとしてもよい。

また、ｐ電極１７は、コンタクト電極７が溶解する溶液に耐溶解性を有するものとする点では実施の形態１に示すｐ電極９と同様なので、ｐ電極９と同じ材質のものが使用できる。

このように、コンタクト電極７を保護するカバー電極として反射電極１６およびｐ電極１７を形成することで、コンタクト電極７を保護して輝度低下を防止しつつ、輝度効率の向上が図れる半導体発光素子１５とすることができる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る半導体発光素子を用いた照明装置を図４および図５に示す。図４は、本発明の実施の形態４に係る照明装置の構成を説明する概略斜視図である。図５は、本発明の実施の形態４に係る照明装置の構成を説明する部分拡大断面図である。

図４および図５に示すように、照明装置５０は、ベース基板５１と、ベース基板５１にフリップチップ実装された１６個の半導体発光装置５２と、ベース基板５１上の半導体発光装置５２が配置された位置に相当する部分が開口した反射枠５３と、反射枠５３を覆い半導体発光装置５２の発光方向に凸形状としたレンズ部５４が形成された樹脂層５５とを備えている。

ベース基板５１は、アルミや銅で形成され金属基板５１ａに、アルミナやシリカの粒子をエポキシ樹脂で固めた絶縁性接着フィルムを貼着させた絶縁層５１ｂが形成されている。この絶縁層５１ｂの表面に銅膜とニッケル膜とをメッキ法で重ねて金属層を形成した後、この金属層をエッチングすることにより配線パターン５１ｃが形成されている。ベース基板５１の端部には、外部から供給される電源と接続するための電極５１ｄが設けられ、配線パターン５１ｃと導通接続して半導体発光装置５２に供給される。

半導体発光装置５２は、実施の形態１〜３の半導体発光素子１，１０，１５を樹脂で封止したものである。

このようにして半導体発光素子１，１０，１５をフェースダウンで実装して照明装置５０とすることができる。

本発明は、従来の製造工程を変更することなく、コンタクト電極を保護ですることで、輝度低下を防止することが可能なので、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、コンタクト電極が設けられ、このコンタクト電極に、反射電極およびｐ電極とが設けられた半導体発光素子に好適である。

本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図 本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図 本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子の構成を説明する断面図 本発明の実施の形態４に係る照明装置の構成を説明する概略斜視図 本発明の実施の形態４に係る照明装置の構成を説明する部分拡大断面図 従来の半導体発光素子の構成を説明する図

符号の説明

１，１０，１５ 半導体発光素子
２ 基板
３ ｎ型半導体層
４ ｎ電極
５ 発光層
６ ｐ型半導体層
７ コンタクト電極
８，１１，１６ 反射電極
９，１２，１７ ｐ電極
５０ 照明装置
５１ ベース基板
５１ａ 金属基板
５１ｂ 絶縁層
５１ｃ 配線パターン
５１ｄ 電極
５２ 半導体発光装置
５３ 反射枠
５４ レンズ部
５５ 樹脂層

Claims (6)

1. ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層と、コンタクト電極が設けられ、前記コンタクト電極に、反射電極およびｐ電極とが設けられた半導体発光素子において、
   前記反射電極は、前記コンタクト電極より平面視して面積の小さい形状であり、
   前記ｐ電極が、カバー電極として前記反射電極を覆うとともに、前記反射電極の周囲の前記コンタクト電極の表面、前記コンタクト電極の側面、および前記コンタクト電極の周囲の前記ｐ型半導体層の表面を覆うように形成され、
   前記カバー電極は、前記コンタクト電極を溶解させる溶液に対して耐溶解性を有していることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記コンタクト電極は、Ｉｎ、Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ、または、これらの金属を１種類以上含む合金、または導電性酸化膜より形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記コンタクト電極をＩＴＯとしたときに、
   前記ｐ電極は、Ｚｎ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｔｉ，Ｗ，Ｍｏ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金または導電性膜より形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
4. 前記コンタクト電極をＩＴＯとしたときに、
   前記反射電極は、Ａｇ，Ａｌ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔｉ、またはこれらの金属を１種類以上含む合金より形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子。
5. 前記反射電極は、前記コンタクト電極と接するように形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
6. 前記請求項１から５のいずれかの項に記載の半導体発光素子を搭載したことを特徴とする照明装置。

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