JP4995432B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は基板上に複数個の発光部が形成され、直並列に接続されることにより、たとえば１００Ｖの商用交流電源で照明用の電灯や蛍光管の代りに使用したり、標識や自動車の照明などに使用したりし得るような半導体発光装置に関する。さらに詳しくは、各発光ユニットからの光の取出し効率を向上させ、同じ入力に対して輝度の大きくし得る構造の半導体発光装置に関する。

近年、青色系発光ダイオード（ＬＥＤ）の出現により、ディスプレイの光源や信号装置の光源などにＬＥＤが用いられ、さらに電灯や蛍光管の代りにＬＥＤが用いられるようになってきている。この電灯や蛍光管に代ってＬＥＤを用いる場合、１００Ｖの交流駆動でそのまま動作することが好ましく、たとえば図６に示されるように、ＬＥＤを直並列に接続し、交流電源７１に接続する構成のものが知られている。なお、Ｓはスイッチを示す（たとえば特許文献１参照）。

一方、このようなＬＥＤ部を直並列に接続した発光装置をモノリシックに集積化することも考えられている（たとえば特許文献２参照）。この構造は、たとえば図７に示されるように、サファイア基板６０上にｉ−ＧａＮ層６１、ｎ−ＧａＮコンタクト層６２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層６３、ＩｎＧａＮ多重量子井戸からなる活性層６４、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６５、ｐ−ＧａＮコンタクト層６６が順次積層され、ｎ−ＧａＮコンタクト層６２が露出するように半導体積層部の一部をエッチングすると共に、さらに隣接するＬＥＤの境界部をｉ−ＧａＮ層６１に達するまでエッチングして溝７０を形成し、その溝７０内にＳｉＯ₂膜６７を形成し、ｐ−ＧａＮコンタクト層６６上に透明電極６８を形成し、ｎ−ＧａＮコンタクト層６２と透明電極６８とを連結するように金属電極６９を設けることにより、形成されている。そして、この各電極を１個おきに第１の電源配線と第２の電源配線に接続することにより交流電源７１に接続し、１個ごと逆向きにして並列接続することが開示されている。
特開平１０−０８３７０１号公報（図３） 特開２０００−１０１１３６号公報（図６）

前述のように、複数個のＬＥＤを直並列に接続した発光装置をモノリシックにより形成するには、１つの基板上に半導体層を積層した後に、各発光ユニットを電気的に分離するため分離溝を形成して沢山の発光ユニットを形成するが、ＬＥＤで発光する光は、上面側に進むだけではなく、横および下方の全方向に進む。一方、高輝度の発光装置にしようとすると、たとえばチップの一辺が１５００μｍ角程度の大きなものになる（各ユニットの平面形状は、たとえば８０μｍ×１８０μｍ程度）。そのため、チップ内部のユニットで発光して横方向に進む光は、半導体層中を進むことになり、外部にでる前に消滅するものが多くなる。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、複数の発光ユニットをモノリシック化してその複数の発光ユニットを直並列に接続し、高輝度化する半導体発光装置において、各発光ユニットの横側から光を効率よく取りだすことにより、外部量子効率を向上させることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。

本発明による半導体発光装置は、基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の導電形層への電気的接続部が設けられる複数個の発光ユニットと、該複数個の発光ユニットを、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電気的接続部に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光ユニットを直並列に接続することにより高輝度の発光をさせる半導体発光装置であって、前記複数個の発光ユニットのそれぞれは、隣接する発光ユニット間に１０μｍ以上の間隔を有するように形成され、かつ、該１０μｍ以上の間隔を有する部分の前記半導体積層部に、前記基板の近傍に達する溝が、溝の幅が２〜５μｍで該溝に挟まれる残存部の幅が２〜２０μｍの幅で、複数列並列して形成される構造になっている。ここに基板の近傍までとは、基板に達してもよいし、半導体積層部の下層側の一部が残存していてもよいことを意味する。

この複数列並列して形成される溝の少なくとも一部は、配線による電気的接続を除いて、発光ユニット間が電気的に絶縁されるように形成されることにより、ユニット間の絶縁特性を向上させることができる。

複数列並列して形成される前記溝が平面形状で直線状ではなく、ジグザグ形状に形成されることにより、光の進行方向をランダムに変えやすく、より一層外に出やすくなるため好ましい。

前記溝内に、前記半導体積層部を構成する半導体材料の屈折率より小さい屈折率を有する絶縁物が充填されていることにより、発光ユニットから間隙部側に光が出やすくなり好ましい。

前記半導体積層部の除去される部分、または前記複数列に形成される溝は、前記各発光ユニットの周囲に形成される分離溝を介して設けられる半導体積層部のダミー領域の外側に形成されることにより、発光ユニットに直接のダメージを与えにくいので好ましく、そのダミー領域の外周が平面形状でジグザグ状に形成されることにより、界面への光の入射角が変るため、半導体積層部から光が出やすくなり好ましい。

さらに具体的には、前記半導体積層部は、窒化物半導体からなるｎ形層、活性層およびｐ形層を含み、発光層を形成するように形成されていることにより青色や紫外光の発光装置とすることができ、発光色変換材料を塗布したり、他の緑および赤の発光素子の光と混合したりすることにより、白色光としやすいため、照明装置などにするのに都合がよい。

ここに窒化物半導体とは、III 族元素のＧａとＶ族元素のＮとの化合物またはIII 族元素のＧａの一部または全部がＡｌ、Ｉｎなどの他のIII 族元素と置換したものおよび／またはＶ族元素のＮの一部がＰ、Ａｓなどの他のＶ族元素と置換した化合物（窒化物）からなる半導体をいう。

本発明によれば、発光ユニットの隣接する発光ユニットとの間に１０μｍ以上の間隙部を少なくとも形成し、その間隙部の半導体積層部を除去するか、隣接する発光ユニットとの間に細い溝が複数列形成されているため、発光ユニットで発光して横方向に進む光は、半導体積層部の除去された空隙部に出て上方に光が取りだされたり、溝部に出て屈折により光の方向が変化して上方に取りだされたりすることにより、上面側に出てくる光が非常に増える。また、基板側に進んだ光も底面側で反射して戻ってきた光がその側面から外に出やすくなるため、非常に光の取出し効率が向上する。この溝や、発光ユニットと半導体積層部との間にダミー領域を形成してその半導体積層部の除去側の平面形状をジグザグ形状にすることにより、界面への光の入射角が変り、より一層光を半導体積層部から外側に取りだすことができる。

つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体発光装置について説明をする。本発明による半導体発光装置は、図１にその一実施形態の断面説明図（（ｃ）のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ断面）および平面説明図が示されるように、基板１１上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部１７が形成され、その半導体積層部１７が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の導電形層への電気的接続部１９、２０が設けられることにより複数個の発光ユニット１（１ａ、１ｂ）が形成され、この複数個の発光ユニット１を、それぞれ直列および／または並列に接続するように電気的接続部１９、２０に配線膜３が接続されている。

本発明では、この複数個の発光ユニット１のそれぞれは、隣接する発光ユニット１との間に１０μｍ以上の間隔ｄ１を有する部分が少なくとも形成され、その１０μｍ以上の間隔ｄ１を含む隣接する発光ユニット１との間に挟まれる半導体積層部１７が、配線膜３の下側を除いて基板１１の近傍まで除去されることにより除去部１７ｆが形成されるか、図３に示されるように、隣接する発光ユニット１間に挟まれる半導体積層部１７に、溝１７ｈが残存部１７ｉを挟んで複数列並列して形成される溝部１７ｇ（図３参照）が形成されていることに特徴がある。図１および図３に示される例では、アンドープの高温バッファ層１３の一部が残存するように半導体積層部１７が除去されているが、基板１１が露出するまで除去されてもよい。なお、１０μｍ以上の間隔ｄ１とは、いわゆる分離溝１７ａ（０.６〜５μｍ）とは明らかに異なる領域であることを意味している。

すなわち、図１（ｃ）に各発光ユニット１の一例を示す平面説明図が示されるように、発光ユニット１の周りに第１の分離溝１７ａが形成され、その周りにダミー領域１７ｃを残して、また、配線膜３の下側には第２の分離溝１７ｂを介して配線用ダミー領域（第２のダミー領域）１７ｄを残して、その周囲の半導体積層部１７が基板１の近傍まで除去されている。なお、図１（ｃ）において、斜線で示した部分が半導体積層部１７の除去された部分を示している。図１（ｃ）に示されるように、各発光ユニット１の周囲は、ダミー領域１７ｃ、１７ｄを残して、その周囲の半導体積層部１７はエッチングにより除去されている。ダミー領域１７ｃを残さないで、直接発光ユニット１の周囲の半導体積層部１７をエッチングにより除去してもよいが、エッチング部分が多いとその際の飛散物も多いため、発光ユニット１の側面にコンタミネーションが付着しやすいので、ダミー領域１７ｃを残しておいた方がベターである。また、通常の発光ユニット１の間隔ｄ１＋２ｃは、溝の幅と平坦部分の総和の関係で、ダミー領域１７ｃ、１７ｄとして８μｍ程度以上あるが、少なくとも発光ユニット周囲のどこかでは、隣接する発光ユニット１との間隔ｄ１が１０μｍ以上は形成されるように各発光ユニット１を形成し、その間隔部分の半導体積層部１７を前述のようにエッチング除去することが外部量子効率を向上させる観点から好ましい。すなわち、この半導体積層部の除去部１７ｆは、２μｍ程度の分離溝とは異なり、その上に配線膜が形成されないことから配線膜３の断線を気にすることなく形成される、５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上の充分に幅広い部分である。

図１に示される例では、青色発光の発光ユニット１（以下、単にＬＥＤともいう）が窒化物半導体の積層により形成され、その表面に図示しない、たとえばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体やＳｒ-Ｚｎ-Ｌａ蛍光体などからなる発光色変換部材が設けられることにより、白色光を発光する発光装置として形成される。そのため、半導体積層部１７は、図１に簡略化して一例の積層構造が示されるように、窒化物半導体層の積層により形成されている。しかし、赤、緑、青の３原色の発光ユニットを形成して白色光になるようにすることもできるし、必ずしも白色光にする必要はなく、所望の発光色の発光部に形成することができる。

基板１１としては、窒化物半導体を積層するには、サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ 単結晶）またはＳｉＣが用いられるが、図１に示される例では、サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ 単結晶）が用いられている。しかし、基板は積層される半導体層に応じて格子定数や熱膨張係数などの観点から選ばれる。

サファイア基板１１上に積層される半導体積層部１７は、たとえば図１に示されるように、ＧａＮからなる低温バッファ層１２が０.００５〜０.１μｍ程度、ついでアンドープのＧａＮからなる高温バッファ層１３が１〜３μｍ程度、その上にＳｉをドープしたｎ形ＧａＮからなるコンタクト層およびｎ形ＡｌＧａＮ系化合物半導体層からなる障壁層（バンドギャップエネルギーの大きい層）などにより形成されるｎ形層１４が１〜５μｍ程度、たとえば２.９μｍ程度、バンドギャップエネルギーが障壁層のそれよりも小さくなる材料、たとえば１〜３ｎｍのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層１５が０.０５〜０.３μｍ程度、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層からなるｐ形障壁層（バンドギャップエネルギーの大きい層）とｐ形ＧａＮからなるコンタクト層とによるｐ形層１６が合せて０.２〜１μｍ程度、たとえば０.６μｍ、それぞれ順次積層されることにより形成されている。なお、図では、ｎ形層１４の露出面と透光性導電層１８の表面までの高さが大きく見える図になっているが、実際には１.５〜２μｍ程度で、半導体積層部１７全体の厚さ６.５μｍ程度よりはるかに小さい。

図１に示される例では、アンドープで、半絶縁性のＧａＮからなる高温バッファ層１３が形成されている。基板がサファイアのような絶縁性基板からなる場合には、必ずしも半絶縁になっていなくても基板まで後述する分離溝を形成すれば支障はないが、アンドープにした方が積層する半導体層の結晶性が良くなるため、さらには、半絶縁性半導体層が設けられていることにより、各発光部に電気的分離する際に、基板表面までを完全にエッチングしなくても、電気的に分離することができるため好ましい。基板１１がＳｉＣのような半導体基板からなる場合には、隣接する発光部間を電気的に分離させるため、アンドープで半絶縁性の高温バッファ層１３が形成されることが各発光部を独立させるために必要となる。

また、ｎ形層１４およびｐ形層１６は、障壁層とコンタクト層の２種類で構成する例であったが、キャリアの閉じ込め効果の点から活性層６側にＡｌを含む層が設けられることが好ましいものの、ＧａＮ層だけ、またはＡｌＧａＮ系化合物層だけでもよい。また、これらを他の窒化物半導体層で形成することもできるし、他の半導体層がさらに介在されてもよい。さらに、この例では、ｎ形層１４とｐ形層１６とで活性層１５が挟持されたダブルヘテロ接合構造であるが、ｎ形層とｐ形層とが直接接合するｐｎ接合構造のものでもよい。また、活性層１５上に直接ｐ形ＡｌＧａＮ系化合物層を成長したが、数ｎｍ程度のアンドープＡｌＧａＮ系化合物層を成長することにより、活性層１５の下側にピット発生層を形成して活性層１５にできたピットを埋め込みながら、ｐ形層とｎ形層との接触によるリークを防止することもできる。

半導体積層部１７上には、たとえばＺｎＯなどからなり、ｐ形半導体層１６とオーミックコンタクトをとることができる透光性導電層１８が０.０１〜０.５μｍ程度設けられている。この透光性導電層１８は、ＺｎＯに限定されるものではなく、ＩＴＯやＮｉとＡｕとの２〜１００ｎｍ程度の薄い合金層でも、光を透過させながら、電流をチップ全体に拡散することができる。この半導体積層部１７の一部がエッチングにより除去されてｎ形層１４が露出され、さらにそのｎ形層１４の露出部の端部側のｎ形層１４および高温バッファ層１３を基板１の近傍まで０.６〜５μｍ幅（ｗ）、たとえば２〜３μｍ程度の幅でエッチングすることにより第１の分離溝１７ａが形成されている。図１に示される例では、この第１の分離溝１７ａから、間隔ｃのダミー領域１７ｃを残して、さらに配線膜３の下側を残して、半導体積層部１７が基板１の近傍までエッチングにより除去されている。このダミー領域１７ｃの間隔ｃは１〜３０μｍ程度の範囲内で設定される。また、分離溝１７ａは、ドライエッチングなどにより形成されるが、電気的に分離できる範囲で、できるだけ狭い幅ｗで発光ユニット１の周囲に形成され、０.６〜５μｍ程度、たとえば１〜３μｍ程度の幅（深さは５μｍ程度）に形成される。この幅ｗは、あまり広くなるとその上に設けられる配線の断線に繋がりやすいので、電気的分離が可能な範囲できるだけ狭く形成される。

そして、透光性導電層１８および露出したｎ形層１４の表面全面にＳｉＯ₂などの絶縁膜２１を形成し、パターニングにより、ｐ側接続部１９およびｎ側接続部２０を露出させる。その後、配線膜３の材料であるＴｉをリフトオフ法により形成し、さらにｎ形層１４との電気的接続部であるｎ側接続部２０の部分にはＡｌ膜を設けて、合金化させ、さらに他の配線部分にＡｕ膜を形成することにより、発光ユニットを直列または並列に接続する配線膜３を形成する。この配線膜３は、ＡｕまたはＡｌなどの金属膜を真空蒸着またはスパッタリングなどにより０.３〜１μｍ程度の厚さに形成されている。すなわち、電極と配線膜とが同じ材料で同時に形成されている。なお、別途ｎ側電極およびｐ側電極を、たとえばＴｉ-Ａｌ合金、Ｔｉ／Ａｕ積層構造により形成して配線膜を形成することもできる。

たとえば、図１（ｂ）に示されるように、分離溝１７ａで分離された１つの発光部１ａのｎ側接続部２０と隣接する発光部１ｂのｐ側接続部１９とを順次接続していけば、直列に接続することができ、１個当り３.５〜５Ｖの動作電圧の合計が１００Ｖ近く（厳密には抵抗やキャパシタを直列に接続することにより調整できる）になるまで接続して、その組を並列に、しかもｐｎの接続方向が逆方向になるように並列に接続することにより、１００ＶのＡＣ駆動で動作する明るい光源にすることができる。また、図１（ｃ）に発光ユニット１の配置例の一例が示されるように、ｐｎ接合が逆方向に並列接続された２個１組の発光ユニットを直列に接続して、合計の動作電圧が１００Ｖに近くなるまで直列接続してもよい。このような配置の等価回路図は図２に示されるようになる。なお、この接続で明るさが充分ではない場合には、さらにこれらの組を形成して並列に接続することもできる。図１（ｃ）に示されるように、２個の発光ユニットを逆並列に接続して１組としたものをさらに直列に接続する場合、縦方向ではなく、横方向に隣接する発光部１間でｎ側接続部２０とｐ側接続部１９とを配線膜３により接続する必要があり、配線膜３の形成場所が発光ユニット１間に必要となる。このスペースとして、前述のダミー領域１７ｃや半導体積層部１７の除去部分を形成することができる。

つぎに、図１に示される構造の半導体発光装置の製法について説明をする。有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、キャリアガスのＨ₂ と共にトリメチリガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ₃）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）などの反応ガスおよびｎ形にする場合のドーパントガスとしてのＳｉＨ₄ 、ｐ形にする場合のドーパントガスとしてのシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂ Ｍｇ）またはジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）などの必要なガスを供給して順次成長する。

まず、たとえばサファイアからなる基板１１上に、たとえば４００〜６００℃程度の低温で、ＧａＮ層からなる低温バッファ層１２を０.００５〜０.１μｍ程度成膜した後、温度を６００〜１２００℃程度の高温に上げて、アンドープのＧａＮからなる半絶縁性の高温バッファ層１３を１〜３μｍ程度、Ｓｉをドープしたｎ形ＧａＮおよびＡｌＧａＮ系化合物半導体からなるｎ形層１４を１〜５μｍ程度成膜する。

つぎに、成長温度を４００〜６００℃の低温に下げて、たとえば１〜３ｎｍのＩｎ_0.13Ｇａ_0.87Ｎからなるウェル層と１０〜２０ｎｍのＧａＮからなるバリア層とが３〜８ペア積層される多重量子井戸 （ＭＱＷ）構造の活性層６を０.０５〜０.３μｍ程度成膜する。

ついで、成長装置内の温度を６００〜１２００℃程度に上げ、ｐ形のＡｌＧａＮ系化合物半導体層およびＧａＮからなるｐ形層１６を合せて０.２〜１μｍ程度積層する。

その後、表面にＳｉ₃Ｎ₄などの絶縁膜を設けてｐ形ドーパントの活性化のため、４００〜８００℃程度で１０〜６０分程度のアニールを行い、たとえばＺｎＯ層をＭＢＥ、スパッタ、真空蒸着、ＰＬＤ、イオンプレーティングなどの方法により０.１〜０.５μｍ程度成膜することにより透光性導電層１８を形成する。ついで、ｎ側電極２０を形成するため、ｎ形層１４が露出するように、積層された半導体積層部１７の一部を塩素ガスなどによる反応性イオンエッチングによりエッチングする。このときのマスク形成の際に、発光ユニット１の周囲のダミー領域１７ｃの外側を開口させてエッチングする。さらに引き続き、ｎ形層１４を露出させた近傍で、発光ユニット１間を電気的に分離するため、ｎ形層１４の露出部の隣に半導体積層部１７を１μｍ程度の幅ｗで、同様にドライエッチングにより半導体積層部１７の高温バッファ層１３に至るまでエッチングして電気的に分離する。この際、ダミー領域１７ｃの外側の領域も同時に基板１の近傍までエッチングすることができる。なお、分離溝１７ｃの形成を、ｎ形層１４の露出部と離して形成する場合には、この分離溝１７ａとダミー領域１７ｃの外側のエッチングをｎ形層１４の露出エッチングとは別に行ってもよい。

つぎに、全面にＳｉＯ₂などの絶縁膜２１を形成し、パターニングすることにより、透光性導電層１８の一部およびｎ形層１４の一部を露出させることにより、ｐ側接続部１９およびｎ側接続部２０を形成する。そして、リフトオフ法などにより、ＴｉとＡｌを、それぞれ０.１μｍ程度と、０.３μｍ程度、スパッタリングまたは真空蒸着により連続して付着し、ＲＴＡ加熱により６００℃程度で５秒間の熱処理をすることにより合金化して、ｎ側接続部２０およびｐ側接続部１９と接続するように配線膜３を形成する。この配線膜３は、前述のように、発光ユニット１が所望の接続になるように形成される。なお、ｐ側接続部１９のオーミックコンタクトが充分ではない場合には、ｐ側接続部１８にＴｉとＡｕをそれぞれ０.１μｍと０.３μｍ程度づつ真空蒸着して配線膜３と接続してもよい。あるいは配線膜３の表面全体にＡｕ膜を形成してもよい。これらは、リフトオフ法により簡単に形成することができる。その後、複数個の発光ユニット１からなる発光ユニット群ごとにウェハからチップ化することにより、半導体発光装置のチップが得られる。なお、配線膜３を形成する際に、図１（ｃ）に示されるように、配線膜３と同じ材料で同時に外部と接続用の電極パッド４を形成する。

前述の例では、分離溝１７ａと半導体積層部の除去部１７ｆとの間にダミー領域１７ｃを残したが、このようなダミー領域１７ｃが存在することにより、除去部１７ｆのエッチングの際に発光ユニット１の側壁がエッチングガス雰囲気に晒されることがなく、不純物の付着も起こりにくいため好ましいが、ダミー領域１７ｃはなくても構わない。

また、前述の例では、ダミー領域１７ｃの外側の半導体積層部１７をエッチングにより除去して除去部１７ｆとしたが、完全には除去しないで、溝部１７ｇとすることもできる。その例が図３に、図１（ａ）と同様の図で示され、その一部の平面説明図が図４（ａ）に示されている。

すなわち、図３において、前述の除去部の部分が完全には除去されないで、溝１７ｈと残存部１７ｉが交互に形成されることによる溝部１７ｇが形成されている。その他の半導体積層部１７などの構造は図１に示される例と同じであるので、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。この溝１７ｈの幅ａは、２〜５μｍ程度、たとえば３μｍ程度に、残存部の幅ｂは、２〜２０μｍ程度、たとえば１５μｍ程度に形成される。この溝１７ｈの少なくとも一部は、配線による接続を除いて、発光ユニット間が電気的に絶縁されるように形成されることが望ましい。このような溝部１７ｇが形成されることにより、半導体積層部１７で発光して横方向に進む光は、溝１７ｈの屈折率と残存部（半導体積層部）１７ｉの屈折率の差により、光の進行方向が変化し、進むにしても反射するにしても、光の進行方向が非常に大幅に変化することにより、外部に光を取りだしやすくなる。このように光の進行方向を変化させる回数をできるだけ多くすると共に、外側に光を取りだしやすくするという観点から、前述のような幅および間隔で溝部１７ｇが形成されることが好ましい。

この溝部１７ｇは、たとえば図４（ｂ）に図４（ａ）の変形例が示されるように、平面形状でジグザグ状に溝１７ｈが形成されることにより、光の進行方向がさらに変りやすくなり、光の取出し効率が向上して好ましい。このような溝部１７ｇの形成も、前述の除去部１７ｆを形成するのと同様に、ドライエッチングなどにより半導体積層部１７をエッチングする際に、その表面に直線状の溝またはジグザグ状の溝の開口パターンが形成されたレジスト膜などによるマスクを形成しておくだけで、同様のエッチングにより簡単に形成することができる。

図３に示される例では、表面に形成される絶縁膜２１がこの溝部１７ｇの溝１７ｈ中にも埋め込まれている。絶縁膜２１は、たとえばＳｉＯ₂などの窒化物半導体層の屈折率２.５〜２.７よりも小さい、１.５〜１.７程度の屈折率を有しているため、半導体積層部１７から横方向に進んだ光は、この溝部１７ｇに出やすく、溝１７ｈと残存部１７ｉとの間での反射や屈折により光の方向が変って外側に出やすくなる。

図５は、本発明の半導体発光装置のさらに変形例を示す、１個の発光ユニット部の平面説明図である。すなわち、この例では、発光ユニット１の周囲に分離溝１７ａを介して設けられるダミー部１７ｃの外周が平面形状でジグザグになるようにエッチングされていることに特徴がある。このようなジグザグ形状にされていることにより、前述の図４（ｂ）に示される場合と同様に、光の進行方向が変りやすく外部に光を取りだしやすくなる。この外周部は、前述の図１に示される半導体積層部の除去部１７ｆになったり、図３や図４に示される溝部１７ｇになったりしている。このダミー部１７ｃをジグザグ形状に形成することにより、発光ユニット１に何らのダメージを与えることも無く、また、コンタミネーションの付着を防止しやすいため、発光ユニット１の外周に直接ジグザグ形状を形成する場合よりも好ましい。

本発明による半導体発光装置の一実施形態の断面および平面の説明図である。 図１の発光ユニットの接続を示す等価回路図を示す図である。 本発明による半導体発光装置の他の実施形態を示す断面説明図である。 図３に示される溝部の平面説明図およびその変形例を示す図である。 本発明による半導体発光装置の変形例を示す一部の平面説明図である。 ＬＥＤを用いて照明装置を形成する従来の回路例を示す図である。 ＬＥＤユニットをモノリシックで形成して照明装置を形成する従来の構造例を示す図である。

符号の説明

１ 発光ユニット
３ 配線膜
４ 電極パッド
１１ 基板
１３ 高温バッファ層
１４ ｎ形層
１５ 活性層
１６ ｐ形層
１７ 半導体積層部
１７ａ 第１の分離溝
１７ｂ 第２の分離溝
１７ｃ ダミー領域
１７ｄ 配線用ダミー領域
１７ｆ 半導体積層部の除去部
１７ｇ 溝部
１８ 透光性導電層
１９ ｐ側接続部
２０ ｎ側接続部
２１ 絶縁膜

Claims (7)

1. 基板と、該基板上に発光層を形成するように半導体層を積層して半導体積層部が形成され、該半導体積層部が複数個に電気的に分離されると共に、それぞれに一対の導電形層への電気的接続部が設けられる複数個の発光ユニットと、該複数個の発光ユニットを、それぞれ直列および／または並列に接続するために前記電気的接続部に接続される配線膜とを有し、前記複数個の発光ユニットを直並列に接続することにより高輝度の発光をさせる半導体発光装置であって、前記複数個の発光ユニットのそれぞれは、隣接する発光ユニット間に１０μｍ以上の間隔を有するように形成され、かつ、該１０μｍ以上の間隔を有する部分の前記半導体積層部に、前記基板の近傍に達する溝が、溝の幅が２〜５μｍで該溝に挟まれる残存部の幅が２〜２０μｍの幅で、複数列並列して形成されてなる半導体発光装置。
2. 前記複数個の発光ユニットは、平面視で複数列に配置されると共に隣接する列間では前記発光ユニットが横に並ばないような配置で形成されてなる請求項１記載の半導体発光装置。
3. 複数列並列して形成される前記溝が平面形状で直線状ではなく、ジグザグ形状に形成されてなる請求項１または２記載の半導体発光装置。
4. 前記溝内に、前記半導体積層部を構成する半導体材料の屈折率より小さい屈折率を有する絶縁物が充填されてなる請求項１ないし３のいずれか１項記載の半導体発光装置。
5. 前記半導体積層部の除去される部分、または前記複数列に形成される溝が、前記各発光ユニットの周囲に形成される分離溝を介して設けられる半導体積層部のダミー領域の外側に形成されてなる請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体発光装置。
6. 前記ダミー領域の外周が平面形状でジグザグ状に形成されてなる請求項５記載の半導体発光装置。
7. 前記半導体積層部は、窒化物半導体からなるｎ形層、活性層およびｐ形層を含み、発光層を形成するように形成されてなる請求項１ないし６のいずれか１項記載の半導体発光装置。

Images