JP5347200B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

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Description

本発明は半導体発光素子に係り、より詳しくは、発光した光の反射または吸収を最少化し、最大発光面積を確保して発光効率を最大化すると同時に小さい面積の電極で均一な電流分散が可能な、信頼性が高く低コストで量産性に優れた高品質の半導体発光素子に関する。
発光素子は素子内に含まれている物質が光を発する素子で、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）のようにダイオードを用いて半導体を接合した形態で電子／正孔の再結合によるエネルギーを光に変換して放出する素子がある。このような発光素子は現在、照明、表示装置及び光源として広く用いられており、その開発が加速化する傾向にある。
特に、最近その開発及び使用が活性化した窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオードを用いた携帯電話キーパッド、サイドビューア、カメラフラッシュなどの常用化に力付けられ、最近発光ダイオードを用いた一般照明の開発が活気を帯びている。大型ＴＶのバックライトユニット及び自動車のヘッドライト、一般照明などその応用製品が小型の携帯製品から大型化、高出力化、高効率化、信頼性化された製品へと進行して該当製品に求められる特性を有した光源を求めるようになった。
半導体接合発光素子の構造は通常、ｐ型半導体及びｎ型半導体の接合構造である。半導体接合構造では両半導体の接合領域から電子／正孔の再結合による発光があり得るが、その発光をより活性化させるための活性層を備えることも出来る。このような半導体接合発光素子は半導体層のための電極の位置に応じて水平型構造及び垂直型構造があり、水平型構造には成長型（ｅｐｉ−ｕｐ）及びフリップチップ型（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）がある。前述のように使われる製品の特性上それぞれ求められる発光素子の構造的特性が重要として考えられる。
図１ａ及び図１ｂは従来の水平型半導体発光素子で、図１ｃは従来の垂直型半導体発光素子の断面図である。以下では説明の便宜のために、図１ａないし図１ｃにおいて基板と接触した半導体層がｎ型半導体層で、活性層上に形成された半導体層はｐ型半導体層と仮定して説明する。
先ず、図１ａを参照して水平型半導体発光素子のうち成長型発光素子を説明する。図１ａでは最外郭に形成される半導体層をｐ型半導体層と仮定して説明する。半導体発光素子１は不導電性基板１３、ｎ型半導体層１２、活性層１１及びｐ型半導体層１０を含む。ｎ型半導体層１２にはｎ型電極１５が、ｐ型半導体層１０側にはｐ型電極１４が形成され、電圧などの印加のために外部電源（未図示）と電気的に連結されている。
それぞれの電極１４，１５を通して半導体発光素子１に電圧が印加されると、ｎ型半導体層１２から電子が移動し、ｐ型半導体層１０から正孔が移動して電子及び正孔の再結合を通して発光が生じる。半導体発光素子１は活性層１１を含み、発光は活性層１１から発生する。活性層１１では半導体発光素子１の発光が活性化し光が発光する。電気的な連結のためにｎ型半導体層１２にはｎ型電極が、ｐ型半導体層１０にはｐ型電極が接触抵抗値を最少にしながら位置する。
基板の種類によって電極の位置が変わることが出来るが、例えば、基板１３が不導電性基板のサファイア基板の場合は、ｎ型半導体層１２の電極は不導電性基板１３上に形成されることが出来ず、ｎ型半導体層１２に形成されなければならない。
従って、図１ａを参照すると、ｎ型半導体層１２上にｎ型電極１５が形成されるとき、オーミック接触部位の形成を理由に上部のｐ型半導体層１０及び活性層１２が消耗されたことが分かる。このような電極形成により半導体発光素子１の発光面積は減ることになり、これによって発光効率も減ることになる。
発光効率をより高めるための形態の水平型半導体発光素子が図１ｂに図示されている。図１ｂに図示された半導体発光素子はフリップチップ型発光素子２であって、基板２３が最上層に位置し、それぞれの電極２４，２５は導電性基板２８上の電極接触部２６，２７とそれぞれ接触している。活性層２１から発光した光は電極２４，２５の影響を受けることなく基板２３を通過して発光するため、図１ａに記述された形態の半導体発光素子のような発光効率の減少現象を防ぐことが出来た。
しかし、フリップチップ型発光素子２は優れた発光効率の長所にも拘らず、半導体発光素子２内にｎ型電極及びｐ型電極を同一平面上に共に配置してボンディングしなければならず、ボンディングの後電極接触部２６，２７と電極との分離現象が頻繁に生じて高価の精密な工程装備が求められると共に、高い製造コスト、低い生産性と歩留まり及び製品信頼性の問題点があった。
このような短所を含んだ様々な短所を克服するために、不導電性基板ではなく導電性基板を使用する垂直型半導体発光素子が登場した。図１ｃに図示された半導体発光素子３は垂直型半導体発光素子であって、導電性基板３３を使用して基板上にｎ型電極３５を形成することが出来る。導電性基板３３は、例えば、Ｓｉ基板のような導電性物質で構成することが出来るが、その格子不整合を理由にこのような導電性基板上に半導体層を形成することが容易ではないことが一般である。従って、先に半導体層の成長が容易な基板を用いて半導体層を成長させ、その後成長用の基板を除去した後導電性基板を形成することが出来る。
不導電性基板が除去されると、ｎ型半導体層３２上に導電性基板３３が形成され半導体発光素子３は垂直型構造を有することになる。導電性基板３３を使用すると、導電性基板３３を通してｎ型半導体層３２への電圧の印加が可能であるため基板自体に電極を形成することが出来る。従って、図１ｃのように導電性基板３３上にｎ型電極３５が形成され、ｐ型半導体層３０上にｐ型電極３４が形成され垂直構造型の半導体発光素子を製造することが出来る。
しかし、この場合、特に高出力のための大面積の発光素子を製造する場合、電流分散のために電極の基板に対する面積の割合が高いことが求められる。これによって光抽出の制限及び光吸収による光損失及び発光効率が減少し、製品の信頼性が低下するという問題点があった。
本発明は上述の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は発光した光の反射または吸収を最少化し、最大発光面積を確保して発光効率を最大化すると同時に小さい面積の電極で均一な電流分散が可能な、信頼性が高く低コストで量産性に優れた高品質の半導体発光素子を提供することにある。
本発明による半導体発光素子は、対向する第１及び第２主面を有し、それぞれ前記第１及び第２主面を提供する第１及び第２導電型半導体層との間に形成された活性層を含む半導体積層体と、前記第２導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第１導電型半導体層の一領域に連結された複数の導電性ビアと、前記半導体積層体に対し、前記第２主面側に配置され、前記第１導電型半導体層の一領域に前記導電性ビアを通して連結された第１電極と、前記半導体積層体に対し、前記第２主面側に配置され、前記第２導電型半導体層に連結された第２電極と、を含み、前記第２主面を基準として前記第２電極及び第１電極の順に積層され、前記第２電極は前記第２導電型半導体層と界面を成す表面のうち一部が露出された領域を少なくとも一つ含み、前記第２電極の露出された領域は半導体発光素子の角部及びその近傍のみに形成され、前記第２電極の露出された領域上に形成された電極パッド部をさらに含み、前記電極パッド部は前記半導体積層体の互いに異なる方向に配置された少なくとも２つの側面により取り囲まれたことを特徴とする。
前記第１及び第２電極の間に配置された絶縁体をさらに含むことを特徴とする。
前記導電性ビアは前記第２電極を貫通して前記第１電極と連結されたことを特徴とする。
前記第２電極の露出された領域は前記第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層を貫通して形成されてビアホールにより露出された領域であることを特徴とする。
前記ビアホールの直径は前記第２電極から前記第１導電型半導体層の方向に増加することを特徴とする。
前記第２電極は前記活性層から発生した光を反射させることを特徴とする。
前記第２電極はＡｇ、Ａｌ及びＰｔのいずれか一つの金属を含むことを特徴とする。
前記第１導電型半導体層の表面には凹凸パターンが形成されたことを特徴とする。
前記半導体積層体の一面に形成され、前記第１電極と連結された導電性基板をさらに含むことを特徴とする。
前記第２主面を基準として前記第２電極、前記第１電極及び前記導電性基板の順に積層されたことを特徴とする。
前記導電性基板はＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＷのいずれか一つの金属を含む金属性基板であることを特徴とする。
前記導電性基板はＳｉ、Ｇｅ及びＧａＡｓのいずれか一つを含む半導体基板であることを特徴とする。
本発明による半導体発光素子は、発光方向に位置する半導体層の電極を発光面上に全て形成せず、その一部を除いては活性層の下に形成することにより、発光した光が電極により反射されたりまたは吸収される現象を防ぐことができ、発光面積も最大に確保できて発光を最大化することが出来るという効果がある。
他にも電極を電流分散を円滑に行うことが出来るよう一つまたはそれ以上のコンタクト孔を備えるようにして小さい面積の電極で均一な電流分散が可能であるという効果がある。
また、ボンディング部が発光素子の上面に位置してダイボンディング時に整列が不要で、ワイヤボンディングも容易である。これと共に、垂直型構造を有しているためパッケージの製造時に比較的容易な低価のダイボンディングとワイヤボンディングを共に用いることが出来るため、低コストで優れた量産性を奏するという効果がある。
従って、本発明によると、信頼性が高く低コストで量産性に優れた高品質の半導体発光素子を具現することが出来る。
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるものではない。本発明の実施形態は当業界において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
図２は本発明の一実施例による半導体発光素子の斜視図で、図３は図２の半導体発光素子の平面図である。以下、図２及び図３を参照に説明する。
本発明の一実施例による半導体発光素子１００は、第１導電型半導体層１１１、活性層１１２、第２導電型半導体層１１３、第２電極層１２０、第１絶縁層１３０、第１電極層１４０及び導電性基板１５０が順次積層されて形成される。この際、第２電極層１２０は第２導電型半導体層１１３の界面中の一部が露出された領域を含み、第１電極層１４０は、第１導電型半導体層１１１に電気的に接続され第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２とは電気的に絶縁され第１電極層１４０の一面から第１導電型半導体層１１１の少なくとも一部領域まで延長された一つまたはそれ以上のコンタクト孔１４１を含む。
半導体発光素子１００の発光は第１導電型半導体層１１１、活性層１１２、及び第２導電型半導体層１１３から行われるため、これらを以下、発光積層体１１０という。即ち、半導体発光素子１００は発光積層体１１０及び第１導電型半導体層１１１と電気的に接続される第１電極層１４０と、第２導電型半導体層１１３と電気的に接続される第２電極層１２０と、及び電極層１２０，１４０を電気的に絶縁させるための第１絶縁層１３０と、を含む。また、半導体発光素子１００の成長または支持のための基板として、導電性基板１５０を含む。
半導体層１１１，１１３は、例えば、ＧａＮ系半導体、ＺｎＯ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＰ系半導体、及びＧａＡｓＰ系半導体のような半導体を含むことが出来る。半導体層の形成は、例えば、分子線エピタキシ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ）方法を用いて行われることが出来る。他にも、半導体層はＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、及びＳｉで構成された群から適切に選択されて具現されることが出来る。半導体層１１１，１１３は前述の半導体にそれぞれの導電型を考えて適切な不純物にドーピングされる。
活性層１１２は発光を活性化させる層であって、第１導電型半導体層１１１及び第２導電型半導体層１１３のエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有する物質を用いて形成する。例えば、第１導電型半導体層１１１及び第２導電型半導体層１１３がＧａＮ系化合物半導体の場合、ＧａＮのエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いて活性層１１２を形成することが出来る。即ち、活性層１１２はＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むことが出来る。
この際、活性層１１２の特性上、不純物はドーピングされないことが好ましく、構成物質のモル比を調整して発光する光の波長を調整することも出来る。従って、半導体発光素子１００は活性層１１２の特性に応じて赤外線、可視光線、及び紫外線のいずれか一つの光を発光することが出来る。
電極層１２０，１４０はそれぞれ同じ導電型の半導体層に電圧を印加するための層であるため、電気伝導性を考えて金属を含むことが出来る。即ち、電極層１２０，１４０は半導体層１１１，１１３を外部電源（未図示）と電気的に連結する電極である。電極層１２０，１４０は例えば、ｎ型電極としてはＴｉを、ｐ型電極としてはＰｄまたはＡｕを含むことが出来る。
第１電極層１４０は第１導電型半導体層１１１に、第２電極層１２０は第２導電型半導体層１１３にそれぞれ接続されるため、相互異なる導電型に接続される特性上、第１絶縁層１３０を通して相互電気的に分離される。第１絶縁層１３０は電気伝導性の低い物質で構成されることが好ましいため、例えば、ＳｉＯ２のような酸化物を含むことが出来る。
第２電極層１２０は活性層１１２から発生した光を反射させることが好ましい。第２電極層１２０は活性層１１２の下側に位置するため、活性層１１２を基準として半導体発光素子１００の発光方向と反対面に位置する。活性層１１２から第２電極層１２０へ進行する半導体発光素子１００の発光方向と反対方向で、かつ第２電極層１２０に向けて進行する光は反射してこそ発光効率は増加する。従って、第２電極層１２０が光反射性を示すと反射された光は発光面へ向かうことになり、半導体発光素子１００の発光効率が増加する。
活性層１１２から発生した光を反射させるために第２電極層１２０は可視光線領域において白色系列の金属であることが好ましいが、例えば、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｔのいずれか一つであることが出来る。
第２電極層１２０は、第２導電型半導体層１１３との界面のうち一部が露出された領域を含む。第１電極層１４０の場合、下面に導電性基板１５０と接触され、導電性基板１５０を通して外部電源（未図示）と電気的に連結される。しかし、第２電極層１２０は外部電源（未図示）と連結されるため別途の連結領域が必要である。従って、第２電極層１２０は発光積層体１１０のうち一部にエッチングなどが行われ露出された領域を有する。
図２では第２電極層１２０の露出領域のため発光積層体１１０の中央がエッチングされて形成されたビアホール１１４の実施例が図示されている。第２電極層１２０の露出された領域上には電極パッド部１６０がさらに形成されることが出来る。第２電極層１２０は露出された領域を通して外部電源（未図示）と電気的に連結されることが出来るが、この際に電極パッド部１６０を用いて連結される。外部電源（未図示）との連結は例えばワイヤを用いることが出来るため、連結の便宜上ビアホールの直径は第２電極層から第１導電型半導体層の方向に増加することが好ましい。
ビアホール１１４は半導体を含む発光積層体１１０のみエッチングし、通常金属を含む第２電極層１２０はエッチングしないよう選択的エッチングを通して行う。ビアホール１１４の直径は発光面積、電気的な連結効率及び第２電極層１２０での電流分散を考えて本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により適切に選択されることが出来る。
第１電極層１４０は、第１導電型半導体層１１１に電気的に接続され、第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２とは電気的に絶縁されて第１導電型半導体層１１１の少なくとも一部領域まで延長された一つまたはそれ以上のコンタクト孔１４１を含む。第１電極層１４０は第１導電型半導体層１１１の外部電源（未図示）との連結のために、第１電極層１４０及び第２導電型半導体層１１３の間の第２電極層１２０、第２導電型半導体層１１３、及び活性層１１２を貫通して第１導電型半導体層１１１まで延長され、電極物質を含むコンタクト孔１４１を少なくとも一つ以上含むものである。
コンタクト孔１４１がただ電気的連結のみのためのものであれば、第１電極層１４０はコンタクト孔１４１を一つのみ含むことが可能である。但し、第１導電型半導体層１１１に伝達される電流の均一な分散のために第１電極層１４０はコンタクト孔１４１を所定の位置に複数個備えることが出来る。
導電性基板１５０は第１電極層１４０と接触して形成され電気的に連結される。導電性基板１５０は金属性基板或いは半導体基板であることが出来る。導電性基板１５０が金属の場合、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＷのいずれか一つの金属で構成されることが出来る。また、導電性基板１５０が半導体基板の場合、Ｓｉ、Ｇｅ及びＧａＡｓのいずれか一つの半導体基板であることが出来る。これら導電性基板１５０は成長基板であることができ、または格子不整合が比較的低いサファイア基板のような不導電性基板を成長基板として使用した後、不導電性基板を除去して接合された支持基板であることが出来る。
導電性基板１５０が支持基板の場合、メッキ法または基板接合法を用いて形成されることが出来る。詳述すると、導電性基板１５０を半導体発光素子１００に形成する方法としてはメッキシード層を形成して基板を形成するメッキ法や、導電性基板１５０を別途に用意してＡｕ、Ａｕ−ＳｎまたはＰｂ−Ｓrのような導電性接着剤を用いて接合させる基板接合法が用いられることが出来る。
図３を参照すると、半導体発光素子１００の平面図が図示されている。半導体発光素子１００の上面にはビアホール１１４が形成され、第２電極層１２０に形成された露出された領域には電極パッド部１６０が位置する。他にも、実際の半導体発光素子１００の上面には表されないが、コンタクト孔１４１の位置を表示するためにコンタクト孔１４１を点線で図示した。コンタクト孔１４１は第２電極層１２０、第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２と電気的に分離されるために、その周りに第１絶縁層１３０が延長されることが出来る。これについては以下、図４ｂ及び図４ｃを参照にさらに説明する。
図４ａないし図４ｃはそれぞれ図３に図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'及びＣ−Ｃ'線による断面図である。Ａ−Ａ'は半導体発光素子１００の断面を、Ｂ−Ｂ'はコンタクト孔１４１及びビアホール１１４を含む断面を、Ｃ−Ｃ'はコンタクト孔１４１のみ含む断面をとるために選択された。以下、図４ａないし４ｃを参照に説明する。
図４ａを参照すると、コンタクト孔１４１またはビアホール１１４が表されない。コンタクト孔１４１は別途の連結線を通して連結されているのではなく、第１電極層１４０を通して電気的に連結されるため図３においてＡ−Ａ断面には図示されない。
図４ｂ及び図４ｃを参照すると、コンタクト孔１４１は第１電極層１４０及び第２電極層１２０の界面から第１導電型半導体層１１１内部まで延長される。コンタクト孔１４１は第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２を通過して第１導電型半導体層１１１まで延長され、少なくとも活性層１１２と第１導電型半導体層１１１との界面までは延長される。好ましくは第１導電型半導体層１１１の一部まで延長される。但し、コンタクト孔１41は電気的連結及び電流分散のためのものであり、第１導電型半導体層１１１と接触すると目的を達成するため第１導電型半導体層１１１の外部表面まで延長される必要はない。
コンタクト孔１４１は第１導電型半導体層１１１に電流を分散させるためのものであるため、所定の面積を有すべきである。コンタクト孔１41は第１導電型半導体層１１１上に電流が均一に分布できる可能な限り小さい面積で所定数が形成されることが好ましい。コンタクト孔１４１の数が少な過ぎると電流分散が困難となり電気的特性が悪化することがあり、多すぎると形成のための工程の困難及び活性層の減少による発光面積の減少が引き起こされるため、このような条件を考えてその数は適切に選択されることが出来る。従って、コンタクト孔１４１は可能な限り少ない面積を占めると共に電流分散が効果的な形状で具現される。
コンタクト孔１４１は第２電極層１２０から第１導電型半導体層１１１の内部まで形成されるが、第１導電型半導体層の電流分散のためのものであるため、第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２とは電気的に分離される必要がある。従って、第２電極層１２０、第２導電型半導体層１１３及び活性層１１２と電気的に分離されることが好ましい。従って、第１絶縁層１３０はコンタクト孔１４１の周りを囲んで延長されることが出来る。電気的分離は誘電体のような絶縁物質を用いて行うことが出来る。
図４ｂにおいて、第２電極層１２０の露出された領域は第２電極層１２０の外部電源（未図示）との電気的連結のための領域である。露出領域には電極パッド部１６０が位置することが出来る。この際、ビアホール１１４の内側面には第２絶縁層１７０が形成されて発光積層体１１０及び電極パッド部１６０を電気的に分離することが出来る。
図４ａにおいて第１電極層１４０及び第２電極層１２０は同一平面上に位置するため半導体発光素子１００は水平型半導体発光素子１００の特性を表し、図４ｂにおいて電極パッド部１６０が第２電極層１２０の表面に位置するため、半導体発光素子１００は垂直型半導体発光素子の特性を表すことが出来る。従って、半導体発光素子１００は水平型及び垂直型を統合した形態の構造を表すことになる。
図４ａないし図４ｃにおいて、第１導電型半導体層１１１はｎ型半導体層で、第１電極層１４０はｎ型電極であることが出来る。この場合、第２導電型半導体層１１３はｐ型半導体層で、第２電極層１２０はｐ型電極であることが出来る。従って、ｎ型電極の第１電極層１４０及びｐ型電極の第２電極層１２０は第１絶縁層１３０をその間に備えて電気的に絶縁されることが出来る。
図５は、本発明の一実施例に従って表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子での発光を図示した図面である。既に説明した同じ構成要素については説明を省略する。
本発明による半導体発光素子１００は発光した光の進行方向の最外郭の表面が第１導電型半導体層１１１で構成されている。従って、フォトリソグラフィ方法のような公知の方法を用いて表面に凹凸パターン１８０を形成することが容易である。この場合、活性層１１２から発光した光は第１導電型半導体層１１１の表面に形成された凹凸パターン１８０を通過して抽出され凹凸パターン１８０により光抽出効率が増加する。
凹凸パターン１８０は光結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造であることが出来る。光結晶は屈折率が相互異なる媒質が結晶のように規則的に配列されたことを示すが、このような光結晶は光の波長の倍数の長さ単位の光調節が可能で光抽出効果をさらに高めることが出来る。
図６は、本発明の一実施例による半導体発光素子において、角部に第２電極層が露出されたことを表した図面である。
本発明の他の側面によると、第１導電型半導体層２１１、活性層２１２、第２導電型半導体層２１３、第２電極層２２０、絶縁層２３０、第１電極層２４０及び導電性基板２５０を順次積層する段階と、第２電極層２２０の第２導電型半導体層２１３との界面のうち一部が露出された領域を形成する段階と、及び第１電極層２４０が第１導電型半導体層２１１と電気的に接続され、第２導電型半導体層２１３及び活性層２１２とは電気的に絶縁され第１電極層２４０の一面から第１導電型半導体層２１１の少なくとも一部領域まで延長された一つまたはそれ以上のコンタクト孔２４１を含むよう形成する段階と、を含む半導体発光素子の製造方法が提供される。
この際、第２電極層２２０の露出された領域は発光積層体2１０にビアホール２１４を形成して備えたり（図２参照）、図６のように、発光積層体２１０をメサ蝕刻して形成することが出来る。本実施例において図２を参照して説明した実施例と同じ構成要素についてはその説明を省略する。
図６を参照すると、半導体発光素子２００の一角部がメサ蝕刻されている。蝕刻は発光積層体２１０に行われ第２電極層２２０が第２導電型半導体層２１３との界面側から露出している。従って、第２電極層２２０の露出された領域は、半導体発光素子２００の角部に形成される。角部に形成される場合は前述の実施例のようにビアホールを形成する場合より簡単な工程でありながら、その後の電気的連結工程も容易に行われることが出来る。
図７は、本発明の一実施例による半導体発光素子パッケージ３００の断面図である。本半導体発光素子パッケージ３００は、上面に溝部が形成された半導体発光素子パッケージ本体３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃと、半導体発光素子パッケージ本体３６０ａ，３６０ｂ，３６０ｃに装着され、溝部の底面に露出され相互所定の距離が離隔されている第１リードフレーム３７０ａ及び第２リードフレーム３７０ｂと、第１リードフレーム３７０ａ上に実装される半導体発光素子３１０，３２０と、を含む。半導体発光素子３１０，３２０は図２を参照して説明した本発明の一実施例による半導体発光素子で、中心部にビアホールが形成されている。以下、既に説明した同一構成要素については説明を省略する。
半導体発光素子３１０，３２０は第１及び第２半導体層、活性層、及びそれぞれの電極層を含む発光部３１０及び導電性基板３２０を含む。半導体発光素子３１０，３２０は発光部３１０上にビアホールが形成され、露出された領域上に電極パッド部３３０をさらに含んでいる。導電性基板３２０は第１リードフレーム３７０ａと電気的に連結され、電極パッド部３３０はワイヤ３４０などを通して第２リードフレーム３７０ｂと電気的に連結される。
半導体発光素子３１０，３２０は実装されない他のリードフレームである第２リードフレーム３７０ｂのボンディングパッド３５０とワイヤボンディング３４０方式で電気的に連結されるため、本発明による半導体発光素子は発光効率を最大に保障できると共に、垂直型構造を有するため図７のようにダイボンディング形式及びワイヤボンディング形式を混用して実装されることが出来る。従って、比較的低コストで工程を行うことが可能である。
図８は、発光面の電流密度と発光効率の関係を図示したグラフを表した図面である。グラフにおいて電流密度が約１０Ａ／ｃｍ２以上の場合、電流密度が小さい場合には発光効率が高く、電流密度が大きい場合には発光効率が低い傾向を表す。
発光面積と共にこのような傾向を表１に数値で表した。
Figure 0005347200
図８及び表１を参照すると、発光面積が高いほど発光効率が高くなるが、発光面積を確保するためには分布された電極の面積が減少しなければならないため、発光面の電流密度は減少する傾向を示す。このような発光面における電流密度の減少は半導体発光素子の電気的特性を劣らせるおそれがあるという問題点がある。
しかし、このような問題点は本発明でのコンタクト孔を用いた電流分散の確保を通して解消できる。従って、電流密度が減少して発生し得る電気的特性上の問題点は発光表面まで形成されず、その内部に形成されて電流分散を担当するコンタクト孔を形成する方法を通して克服することが出来る。従って、本発明による半導体発光素子は所望の電流分散の程度を獲得しながら最大の発光面積を確保して好ましい発光効率を得ることが出来る。
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されるものではなく、添付の請求範囲により解釈される。また、本発明に対して請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当該技術分野の通常の知識を有している者には自明である。
水平型半導体発光素子である。 水平型半導体発光素子である。 垂直型半導体発光素子の断面図である。 本発明の一実施例による半導体発光素子の斜視図である。 図２の半導体発光素子の平面図である。 図３に図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'線による断面図である。 図３に図示された半導体発光素子のＢ−Ｂ'線による断面図である。 図３に図示された半導体発光素子のＣ−Ｃ'線による断面図である。 本発明の一実施例に従って表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子での発光を図示する図面である。 本発明の一実施例による半導体発光素子において、角部に第２電極層が露出されたことを表した図面である。 本発明の一実施例による半導体発光素子パッケージの断面図である。 発光面の電流密度と発光効率の関係を図示したグラフを表した図面である。
１００ 半導体発光素子１１１ 第１導電型半導体層１１２ 活性層１１３ 第２導電型半導体層１１４ ビアホール１２０ 第２電極層１３０ 絶縁層１４０ 第１電極層１５０ 導電性基板１６０ 電極パッド部

Claims (12)

  1. 対向する第１及び第２主面を有し、それぞれ前記第１及び第２主面を提供する第１及び第２導電型半導体層との間に形成された活性層を含む半導体積層体と、
    前記第２導電型半導体層と前記活性層を貫通して前記第１導電型半導体層の一領域に連結された複数の導電性ビアと、
    前記半導体積層体に対し、前記第２主面側に配置され、前記第１導電型半導体層の一領域に前記導電性ビアを通して連結された第１電極と、
    前記半導体積層体に対し、前記第２主面側に配置され、前記第２導電型半導体層に連結された第２電極と、を含み、
    前記第２主面を基準として前記第２電極及び第１電極の順に積層され、
    前記第２電極は前記第２導電型半導体層と界面を成す表面のうち一部が露出された領域を少なくとも一つ含み、前記第２電極の露出された領域は半導体発光素子の角部及びその近傍のみに形成され、
    前記第２電極の露出された領域上に形成された電極パッド部をさらに含み、
    前記電極パッド部は前記半導体積層体の互いに異なる方向に配置された少なくとも２つの側面により取り囲まれたことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記第１及び第２電極の間に配置された絶縁体をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  3. 前記導電性ビアは前記第２電極を貫通して前記第１電極と連結されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  4. 前記第２電極の露出された領域は前記第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層を貫通して形成されてビアホールにより露出された領域であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  5. 前記ビアホールの直径は前記第２電極から前記第１導電型半導体層の方向に増加することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
  6. 前記第２電極は前記活性層から発生した光を反射させることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  7. 前記第２電極はＡｇ、Ａｌ及びＰｔのいずれか一つの金属を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体発光素子。
  8. 前記第１導電型半導体層の表面には凹凸パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  9. 前記半導体積層体の一面に形成され、前記第１電極と連結された導電性基板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
  10. 前記第２主面を基準として前記第２電極、前記第１電極及び前記導電性基板の順に積層されたことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
  11. 前記導電性基板はＡｕ、Ｎｉ、Ｃｕ及びＷのいずれか一つの金属を含む金属性基板であることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
  12. 前記導電性基板はＳｉ、Ｇｅ及びＧａＡｓのいずれか一つを含む半導体基板であることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子。
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