JP5948915B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子に、特に、パッド電極を備える半導体発光素子に関する。

半導体発光素子において、光は素子の鉛直（表面）方向からのみならず、水平（端面）方向からも光が放射されている。従来、発光層からの光は、素子の端面に対して垂直に近い角度で進行するものについては当該端面で極小の反射損失を受けるだけで外部に放出されるが、一定の限度を超えた斜角をもって端面へ進行したものにあっては、当該端面で反射されて素子内に閉じ込められ、消滅してしまうという問題があった。また、矩形の素子においては、発光層からの光が、発光層が露出された一端面へ放出されるまでの距離が一定ではないため、発光分布に偏りが生じていた。

このため、半導体層の発光領域の端面が素子の上面から見て円形になるように加工し、当該端面における光の全反射角を拡大することで光取り出し効率を向上させることができる技術が開示されている。

特開２００２−０７６４３５号公報 特開２００９−１４６９８０号公報 特許第４８１３３９４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている半導体発光素子のように、電極形成面側から光を取り出すフェイスアップ実装型の場合、発光層からの光は半導体発光素子上に形成されたパッド電極により遮られ、吸収される。また、ｎ側とｐ側のワイヤーボンディング用パッド電極の付近で電流密度が大きくなるため、これらの配置により素子全体で電流密度に差が生じる。

また、特許文献２に記載されている半導体発光素子では、電気を発光層に対して垂直方向に流す発光ダイオードにおいて、発光部の上面に第１の電極と、基板の底面に第２の電極と、半導体層上で発光部の外周を取り囲むオーミック電極とを備え、発光部の外周において、オーミック電極と基板とを導通させ、かつ半導体層の厚さ方向に貫通する貫通電極を半導体層中に備えている。これによれば、発光部の上面の第１電極と、発光部の外周を取り囲むオーミック電極との距離は等しくすることができるが、第１の電極による遮光と光吸収の問題は解決できていない。さらに、発光部からの光は、半導体層と基板を通過して基板底面の第２の電極で反射されて再び半導体層へ戻ることになるため、反射を繰り返し光が減衰することが懸念される。

さらにまた、特許文献３に記載されている半導体発光素子では、発光部がｎ側電極を囲むリング型構造部からなり、リング型構造物の内側端面上に反射膜が形成されている。リング型構造部の外側端面が主な光抽出面であるため、発光分布もリング状になり、素子全体を均一に光らせることはできない。また、ｎ側電極が中央に１つしか設けられていないため、ｎ側電極での電流集中が起こる。

そこで本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。本発明の目的は、電流密度の偏りを抑制し、発光層からの光の放射が均一である半導体発光素子を提供する。

本発明によれば、前記課題は次の手段により解決される。

本発明に係る半導体発光素子は、基板上に第１半導体層、発光層、第２半導体層が順次積層された半導体積層構造と、前記第１半導体層上に設けられた第１パッド電極と、前記第２半導体層上に設けられた第２パッド電極と、を備え、前記基板側で光取り出しが可能な半導体発光素子であって、前記発光層は平面視で外側端面が円形であり、複数の前記第１パッド電極が前記発光層に包囲されるように配置され、前記第２パッド電極が、複数の前記第１パッド電極の間の領域に配置されていることを特徴とする。これにより、円形の発光層内に配置された複数の第１パッド電極の距離が離れていても、これらの間に効率良く電流を供給することができるため、電流密度の偏りを抑制し、発光層からの光を均一に出射することができる。

前記第１パッド電極が、前記発光層の直径に対して線対称に配置されていることが好ましい。これにより、第１パッド電極の配置が左右対称になり、半導体層に左右均等に電流を供給することができる。

前記第１パッド電極が、前記発光層の中心点に対して点対称に配置されていることが好ましい。これにより、発光層における均一な発光を得ることができ、発光による熱の温度上昇の偏りを抑制することができる。

前記第２パッド電極が複数あることが好ましい。これにより、第２パッド電極を分散配置させ、局所的な熱集中を抑制することができる。

前記複数の第１パッド電極どうしが、導電膜により電気的に連結されていることが好ましい。これにより、第１パッド電極が、外部電源と接続するためのバンプを形成できる面積を有していないほど小さくても、複数の第１パッド電極を導電膜で電気的に接続することで導電膜上にバンプ形成面を設けることができる。ゆえに、第１パッド電極の面積を小さくすることができ、発光層の面積が拡大する。

前記基板は、平面視で外側端面が円形であることが好ましい。これにより、基板の側面も円形となるため、基板側面での光の反射を抑制できる。

前記基板の光取り出し面側は、平面視において前記発光層と重なる領域以外の領域が遮光部材で覆われていることが好ましい。これにより、基板の光取り出し面において、円形の発光層と同様の円形領域から光を放出することができ、発光分布を均一にすることができる。

前記半導体発光素子が、支持体にフリップチップ実装され、封止部材に覆われている発光装置であって、前記封止部材は半球状である発光装置とすることが好ましい。これにより、発光分布が均一な発光装置を得ることができる。

本発明の半導体発光素子によれば、電流密度の偏りを抑制し、発光層からの光の放射が均一である半導体発光素子を提供することができる。

第一の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。 第一の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。 第一の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。 第一の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。 第二の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。 第三の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。 第三の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。 第三の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。 実施例１に係る発光装置を示す概略断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化する半導体発光素子を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。さらにまた、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できる。

本明細書において、線対称とは、平面視で半導体層１１１をある直線を軸として反転させたときに、自らと重なり合う対象性を有する直線軸を持つ場合を含む。また、点対称とは、平面視で半導体層１１１をある点を中心として反転させたときに、その形状が不変である中心点（対称中心）を有する場合を含む。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態に係る半導体発光素子について図面を用いて詳述する。図１は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。図２は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図３は、第一の実施形態に係る半導体発光素子を示し、図２のＡ−Ａ’線における概略断面図である。図４は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。ただし、説明の便宜上、図１乃至４は同一縮尺ではない。本明細書において、半導体発光素子の電極形成面を上面と称する。また、本明細書において、層上等でいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。

第一の実施形態に係る半導体発光素子１００は、基板１１０、第１半導体層１２０と発光層１３０と第２半導体層１４０とを有する半導体層１１１、第１パッド電極１２３、反射電極層１４１とカバー電極層１４２と第２パッド電極１４３とを有する第２電極１４４、保護膜１５０を備える。

第一の実施形態に係る半導体発光素子１００は、基板１１０の上に第１半導体層１２０、発光層１３０、第２半導体層１４０を順に積層した半導体層１１１を備えている。第２半導体層１４０及び発光層１３０を部分的に除去して第１半導体層１２０を露出させている。発光層１３０を有する半導体層１１１は、平面視で１つの円形を成しており、第１半導体層１２０が露出された領域は、円形の半導体層１１１の外側と内側に存在する。本明細書において、円形の半導体層１１１の外周を外側端面といい、円形の半導体層１１１の内側であって、露出された第１半導体層１２０の外周を内側端面という。半導体層１１１の内側端面に囲まれた領域は２つあり、それぞれ第１半導体層１２０の表面上に第１パッド電極１２３が１つずつ設けられている。第２半導体層１４０上には、反射電極層１４１、カバー電極層１４２、第２パッド電極１４３を有する第２電極１４４が形成されている。反射電極層１４１は、第２半導体層１４０の上面の略全面に、広い面積で形成されている。反射電極層１４１の少なくとも側面と上面とを被覆するように、カバー電極層１４２が設けられ、カバー電極層１４２は、第２半導体層１４０の上面の一部も覆っている。カバー電極層１４２の上面には５つの第２パッド電極１４３が分散して配置されている。円形の半導体層１１１の円周付近には同様の形状を有する１対の第２パッド電極１４３が２組それぞれ向かい合うように設けられている。２つの第１パッド電極１２３の間には、円周付近の第２パッド電極１４３よりも大きく、略長方形で真ん中が窪んだ形状の第２パッド電極１４３がある。半導体発光素子１００の上面は、第１パッド電極１２３、第２パッド電極１４３の一部を除いて保護膜１５０で覆われている。概略斜視図と概略平面図において、保護膜１５０は省略している。

（発光層１３０）
発光層１３０は平面視で外側端面の形状が円形であることで、発光層１３０からの光が半導体層１１１の側面で反射されることが低減し、また側面から均一に光が放出される。もしくは、完全な円形でなくても、円形に近い多角形、曲線で囲まれた形状、楕円形など、平面視で外側に凸部を呈する曲部を有する形状であればよい。

（半導体層１１１）
発光層１３０を有する半導体層１１１は円柱形状であることが好ましい。第２半導体層１４０上に広い面積で反射電極層１４１を形成することができ、発光層１３０からの光を効率的に基板１１０側へ反射させることができるためである。また、発光層１３０を有する半導体層１１１は、側面が傾斜している円錐台形状とすることもできる。電極形成面側から基板１１０側へ向かって円の直径が大きくなる場合は、半導体層１１１の側面に当たる光を基板１１０側（光出射面側）へ向かわせることができる。

（第１パッド電極１２３）
本実施形態においては、２つの第１パッド電極１２３が、発光層１３０に包囲されるように円形の半導体層１１１の内側端面で露出された第１半導体層上に配置されている。２つの第１パッド電極１２３はそれぞれ、一直線上に延びる領域と、中央に幅の広い領域を有し、直線上に延びる領域は等しい長さで互いに平行である。２つの第１パッド電極は平面視において円の中央よりも円周に近い側に設けられている。２つの第１パッド電極１２３の間の距離は、第１パッド電極１２３から半導体層１１１の円周までの距離よりも離れている。これにより、半導体層１１１の円周側へも電流が行き届く。第１パッド電極どうしの距離と、第１パッド電極から半導体層１１１の円周までの距離が等しくなるように配置してもよい。

第１パッド電極１２３が１つの場合は、１つの第１パッド電極１２３に電流が集中してしまうが、複数であれば電流が偏らずに分散し、Ｖｆ（順方向電圧）を低減することができる。また、第１パッド電極１２３は、平面視で円形の発光層１３０の直径（または中心線）に対して線対称に配置されると、電流が左右均等に行き渡る。また、円形の発光層１３０の中心点に対して点対称に配置されると、半導体層１１１全体の電流密度が均一になる。これにより、発光層１３０における均一な発光を得ることができ、発光による熱の温度上昇の偏りを抑制することができる。

半導体層１１１の内側端面は上記の形状に限らず、直線、曲部を有する形状や、円、多角形など種々の形状とすることができ、その内側端面の形状に沿って第１パッド電極１２３を設けることができる。また、半導体層１１１の内側端面の形状と第１パッド電極の形状は異なっていてもよい。

（反射電極層１４１）
反射電極層１４１は、発光層１３０からの光を効率よく反射させることを意図するものであるため、第２半導体層１４０の略全面に、広い面積で形成されることが好ましい。ここで略全面とは、上面に露出する第２半導体層１４０の外縁及び第１半導体層１２０の露出部の外縁以外の領域を指し、例えば、半導体発光素子１００の上面積の９０％以上、９５％以上であることが好ましい。これにより、反射電極層１４１の第２半導体層１４０への接触面積を最大限として、接触抵抗を低下させて駆動電圧を低減させることができる。また、発光層１３０からの光を、第２半導体層１４０の略全面積で反射させることが可能となり、光の取り出し効率を向上させることができる。

（カバー電極層１４２）
反射電極層１４１の上面には、カバー電極層１４２が設けられている。カバー電極層は、反射電極層を完全に被覆している、つまり、反射電極層の上面の全て及び側面の全面を実質的に被覆していることが好ましいが、カバー電極層に対して、積極的に反射電極層を露出させるような加工を施さない程度で、若干被覆状態を脱していてもよい。

（第２パッド電極１４３）
カバー電極層１４２の上面には、第２パッド電極１４３が形成されている。第２パッド電極１４３は、その上面に、支持体に実装されて外部電源や配線と接続するためのバンプが形成される。本実施形態において、第２パッド電極１４３は、半導体層１１１の円周付近にほぼ同じ面積のものがほぼ同じ間隔で４つ配置されており、向かい合うものどうしの形状は等しい。２つの第１パッド電極１２３の間の領域に、上記４つの第２パッド電極１４３よりも大きい面積であって、略長方形で中央が第１パッド電極１２３の形状に沿うように窪んでいるものが１つ配置されている。円周付近にあって向かい合う一対の第２パッド電極１４３の間に２つの第１パッド電極１２３が配置され、２つの第１パッド電極１２３の間の領域に略長方形状の第２パッド電極１４３が挟まれるように配置され、これら５つのパッド電極が、帯を成すように等しい幅で一直線に並んでいる。第１パッド電極１２３の隣の第２パッド電極１４３は、第１パッド電極１２３の形状に沿うような形状をしている。他の一対の第２パッド電極１４３は、帯状に並ぶ５つの電極を挟むように、略長方形状の第２パッド電極１４３の隣に配置されている。このように、第２パッド電極１４３は、第１パッド電極の形状や大きさ、配置によって、半導体発光素子１００内における位置、大きさ、個数等を適宜調整することができる。第２パッド電極１４３は、カバー電極層１４２の少なくとも一部のみで接触するように小さい面積で複数あることが好ましく、これにより、第２パッド電極１４３を分散配置させ、局所的な熱集中を抑制することができる。また、第２パッド電極１４３は半導体発光素子１００で最も突出した部分になるため、製造過程で傷が付きやすい。しかし、複数に分散させることにより第２パッド電極１４３をカバー電極１４２の上面全面に形成した場合に比べて、第２パッド電極１４３の突出部の面積を小さくすることができるので、製造過程の傷を抑制することができ、半導体発光素子１００の信頼性が向上する。

第２パッド電極１４３は、平面視で円形の半導体層１１１の直径に対して線対称に配置されることが好ましい。さらに、円形の半導体層１１の中心点に対して点対称に配置されることが好ましい。これにより、バンプを形成して支持体に実装する際に安定する。

（基板１１０）
半導体層１１１は平面視で矩形の基板１１０の上に設けられている。基板１１０上に、基板１１０と同様の形状で露出された第１半導体層１２０が形成され、その上に発光層１３０を有する円柱形状の半導体層１１１が形成されている。第１半導体層１２０が円形の半導体層１１１の外側の領域に存在することで、放熱特性が向上する。本実施形態において、基板１１０は矩形状であるが、円錐台形状でもよいし、図４のように基板１１０と半導体層１１１が１つの円柱形状とすることもできる。すなわち、発光層１３０と同様に平面視で外形端面が円形とすることもできる。これにより、発光層１３０からの光は、半導体層１１１だけでなく、基板１１０の側面からも均一に出射することができる。

（その他）
さらに、基板１１０の光取り出し面側は、平面視において発光層１３０と重なる領域以外の領域が、遮光部材で覆われていてもよい。遮光部材は基板１１０の側面を覆っていてもよい。これにより、基板１１０の光取り出し面側の、円形の発光層と同様の円形領域から光を放出することができる。
さらに、基板１１０の光取り出し面側の、発光層１３０と重なる領域には、発光層１３０の形状と同様の蛍光体層や蛍光体板を設けてもよい。

＜第二の実施形態＞
次に、第二の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。図５は、第二の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。第二の実施形態に係る半導体発光素子は、第１パッド電極と第２パッド電極の形状、配置が異なる以外は、第一の実施形態と実質的に同様である。概略平面図では、保護膜２５０を省略している。

第二の実施形態に係る半導体発光素子２００は、基板２１０上に平面視で外側端面が円形の発光層２３０を有する半導体層２１１が形成され、半導体層２１１の円形内部に第１半導体層２２０が円形状に複数露出されている。露出された第１半導体層２２０上面には、円形状の第１パッド電極２２３が設けられている。複数の第１パッド電極２２３は同心円状になるように配置されており、中央に近い位置から４つ、その外側（円周側）に８つ設けられ、半導体層２１１の円周に近づくにつれて多く配置されている。また、第１パッド電極２２３の配置は、平面視で発光層２３０の直径に対して線対称であり、発光層２３０の中点に対して点対称でもある。

第２半導体層２４０上面には、反射電極層２４１、カバー電極層２４２、第２パッド電極２４３が形成されている。第２パッド電極２４３は、反射電極層２４１、カバー電極層２４２と同様の形状を成して広い面積を有しており、複数の第１パッド電極２２３を囲むように一続きになっている。第２パッド電極２４３が一続きであることにより、電流の供給を大面積で実現することができ、均一な発光を確保することができる。また、半導体発光素子２００を実装する際、支持体側の配線やヒートシンクまでの放熱経路を大きく確保できるので、特に高電流駆動において良好な放熱性が得られる。このように、複数の第１パッド電極２２３が均等に分散して配置され、それぞれの第１パッド電極２２３の間に第２パッド電極２４３が設けられているため、電流密度が均一となる。また、発光層２３０から基板２１０側へ上方向に向かう発光の分布も均一となる。

＜第三の実施形態＞
次に、第三の実施形態に係る半導体発光素子について説明する。図６は、第三の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図７は、第三の実施形態に係る半導体発光素子を示し、図６のＢ−Ｂ’での概略断面図である。図８は、第三の実施形態に係る半導体発光素子を示し、図６のＣ−Ｃ’での概略断面図である。ただし、説明の便宜上、図６乃至８は同一縮尺ではない。第三の実施形態に係る半導体発光素子は、第１パッド電極と第２パッド電極の形状と配置が異なり、導電膜３２５を有する以外は、第一の実施形態と実質的に同様である。概略平面図では、保護膜３５０を省略している。

第三の実施形態に係る半導体発光素子３００は、基板３１０上に平面視で外側端面が円形の発光層３３０を有する半導体層３１１が形成され、半導体層３１１の円形内部に第１半導体層３２０が略長方形状に８箇所露出されている。露出された第１半導体層３２０上面には、先端部分に丸みを帯びた、略長方形状の第１パッド電極３２３が８つ設けられている。第１パッド電極３２３は放射状に等間隔で配置されている。

８つの第１パッド電極３２３は、保護膜３５０上に設けられた導電膜３２５により電気的に接続されるように連結されている。第１半導体層３２０の露出部を小さくして、第１パッド電極３２３上にバンプが形成できないほどに第１パッド電極３２３の面積を小さくしても、それぞれの第１パッド電極３２３を導電膜３２５で電気的に連結して導電膜３２５を大面積とする。これにより、第１パッド電極３２３の面積が小さくても実装がしやすくなるとともに、発光層３３０の面積を広く確保することができる。さらに、導電膜３２５の面積を大きくすれば放熱性も良好である。

半導体層３１１の円周付近には、第２パッド電極３４３がドーナツ状に一続きになるように設けられており、第１パッド電極３２３と第２パッド電極３４３は同心円状になるように配置されている。第２パッド電極３４３は、円形の内側に第１パッド電極３２３の形状に沿って弧状を成した外郭を有している。これにより、同心円状に第１パッド電極３２３と第２パッド電極３４３とを近い距離で配置することができ、電流密度が均一になる。

以下、本実施形態の各構成について詳述する。

（基板）
基板は、半導体層をエピタキシャル成長させるのに適した材料から形成され、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した基板としては、サファイア、スピネル等の絶縁性基板、透光性基板や、ＳｉＣ、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ等）、ＣｕＷ等の導電性基板が挙げられる。

（半導体層）
半導体層を構成する第１半導体層、発光層及び第２半導体層としては、特に限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、これらの混晶、ＧａＮ系等の窒化物半導体のいずれでもよい。窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））が挙げられる。さらに、III族元素として一部又は全部にＢを用いても、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶であってもよい。これらの半導体層は、通常、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされている。
第１及び第２半導体層において、第１半導体層とは、ｎ型又はｐ型半導体層を指し、第２半導体層とは、第１半導体層とは異なる導電型、つまりｐ型又はｎ型半導体層を示す。好ましくは、第１半導体層がｎ型半導体層であり、第２半導体層がｐ型半導体層である。

半導体層は、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等の積層構造であってもよい。つまりは、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とが直接接して発光部となる素子でもよいし、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層を設けて、活性層が発光部となる素子でもよい。
各半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、適宜調整することができる。

（第１、第２パッド電極）
第１、第２パッド電極は、バンプ、又は共晶接合等の接合に適した金属材料から形成するのが好ましい。また、これらの第１、第２パッド電極は単一の金属材料から形成することもできるが、２つ以上の層を積層した構造にすることもできる。例えば、Ａｌ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料やこれらの少なくとも一種を含む合金、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ等の導電性酸化物等が挙げられる。

（反射電極層及びカバー電極層）
反射電極層及びカバー電極層は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、アルミニウム（Ａｌ）、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。

また、反射電極層は半導体発光素子の出光を反射させる材料として、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｇから選択された少なくとも一種金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することが好ましく、なかでもＡｇ又はＡｇ合金を含む金属膜を含むことが好ましい。特に、反射電極層がＡｇ又はＡｇ合金を含む金属膜を含む場合、カバー電極層は、半導体層と接するＡｇの半導体層表面での移動を防止し、マイグレーションを防止することができる。

（保護膜）
保護膜は、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜等が挙げられる。特に、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮが挙げられる。保護膜は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）膜としてもよい。

（導電膜）
導電膜は、第１、第２パッド電極と同様に、バンプ、又は共晶接合等の接合に適した金属材料から形成するのが好ましい。また、導電膜は単一の金属材料から形成することもできるが、２つ以上の層を積層した構造にすることもできる。例えば、Ａｌ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料やこれらの少なくとも一種を含む合金が挙げられる。第１又は第２パッド電極と同様の積層構造としてもよい。

（その他）
遮光部材は、例えば反射性物質を含む樹脂を用いることができる。反射性物質としては、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２等を、樹脂としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が使用できる。

次に、本発明の第一の実施形態の半導体発光素子１００の製造方法について説明する。

＜半導体層１１１の形成＞
まず、サファイア基板１１０を準備する。基板は凹凸形状を有していてもよい。その凹凸形状を有したサファイア基板１１０をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、この凹凸形状を有したサファイア基板１１０上に、第１半導体層１２０、発光層１３０および第２半導体層１４０を順に成長させることで、半導体層１１１が形成される。

＜エッチング＞
第２半導体層１４０の表面に、発光層１３０の外側端面が円形になり、また円形の半導体層１１１の内側に第１パッド電極が形成できるように、所定形状のレジストを形成する。エッチングによりレジスト開口部を介して第２半導体層１４０および発光層１３０を除去して、第１半導体層１２０を露出させる。この時、第１半導体層１２０の露出部の一部をエッチングしてもよいし、基板１１０が露出するまでエッチングしてもよい。

＜反射電極層及びカバー電極層の形成＞
第２半導体層１４０の表面の所定の箇所にレジストを設け、第２半導体層１４０の表面の一部に、例えば、スパッタリングにより反射電極層１４１を形成する。次に、反射電極層１４１の側面と上面とを覆うようにカバー電極層１４２を形成する。これによって、反射電極層１４１の高い光取り出し効果を発揮させつつ、高温、高湿動作時における反射電極層のマイグレーション、すなわちリーク電流を防止する。

＜第１、第２パッド電極の形成＞
エッチングにより露出させた第１半導体層１２０上とカバー電極層１４２上に、第１パッド電極１２３および第２パッド電極１４３を同時に形成する。なお、この実施形態では、第１パッド電極１２３および第２パッド電極１４３を同様の層構造を有して、同時に形成したが、第１パッド電極１２３および第２パッド電極１４３は異なる層構造で、別工程で形成してもよい。

＜保護膜の形成＞
第１パッド電極１２３、第２パッド電極１４３の上面を除いて、第１半導体層１２０、発光層１３０、第２半導体層１４０、およびカバー電極層１４２の各層の表面、すなわち半導体発光素子１００全体を覆うように、保護膜１５０を施す。
その後ウエハを個々の半導体発光素子１００に分割する。
以上の方法により、本発明の第一の実施形態の半導体発光素子１００が製造される。

＜実施例１＞
次に、実施例１について説明する。実施例１は、第一の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法に基づいて半導体発光素子１００を作製し、これを用いて、発光装置１０を製造する。図９は、実施例１に係る発光装置を示す概略断面図である。

実施例１の発光装置１０は、基板１１０、第１半導体層１２０と発光層１３０と第２半導体層１４０とを有する半導体層１１１、第１パッド電極１２３、反射電極層１４１とカバー電極層１４２と第２パッド電極１４３とを有する第２電極１４４、保護膜１５０、を備える半導体発光素子１００を有する。また、配線６１を有する支持体６０、バンプ６２、半導体発光素子１００を覆う被覆層７０と蛍光体層８０、アンダーフィル６３、封止部材９０、を有する。

実施例１の発光装置１０は、平面視で矩形状であって、表面に凹凸を有する透光性基板であるサファイア基板上１１０上に、半導体層１１１を有する。サファイア基板１１０の凹凸上に、バッファ層であるアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層（図は省略）を形成する。さらにｎ型半導体層１２０として、ｎ側パッド電極１２３を形成するｎ型コンタクト層として、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、さらにアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層する。ｎ型半導体層１２０上には、発光層１３０として、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして９セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させた多重量子井戸構造を形成する。発光層１３０上には、ｐ型半導体層１４０として、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層して、半導体層１１１（半導体素子構造）を得る。

ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０を含む半導体層１１１は円柱状になっている。すなわち、半導体層１１１は外側端面が円形の発光層１３０を有している。円形の半導体層１１１の内部には、ｐ型コンタクト層側から、ｎ型半導体層１２０（ｎ型コンタクト層）の表面が露出された領域が２つある。この円形内部に露出されたｎ型半導体層１２０の上面に、それぞれＡｌ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを５００ｎｍ／２００ｎｍ／５０ｎｍ／４５０ｎｍの厚みで順に積層したｎ側パッド電極１２３が形成されている。２つのｎ側パッド電極１２３は平面視で、それぞれ一直線上に延びる領域と、中央に幅の広い領域を有し、直線上に延びる領域は等しい長さで互いに平行である。中央の幅の広い領域が、外部と電気的に接続されるバンプが設けられる領域となる。

ｐ型半導体層１４０の上面のほぼ全面に、Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔを１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍの厚みで順に積層した反射電極層１４１が設けられており、反射電極層１４１の側面と上面を完全に覆い、ｐ型半導体層１４０の上面の一部を覆うようにＴｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉを２ｎｍ／１７００ｎｍ／１００ｎｍ／３ｎｍの厚みで順に積層したカバー電極層１４２が形成されている。
カバー電極層１４２の上面の一部にはｎ側パッド電極１２３と同様に、Ａｌ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕが５００ｎｍ／２００ｎｍ／５０ｎｍ／４５０ｎｍの厚みで順に積層されたｐ側パッド電極１４３が５つ形成されている。４つのｐ側パッド電極１４３は円周付近に等間隔で配置されており、円周に沿って丸みを帯びた形状を成している。向かい合うものどうしは同じ形状であるため、２対のｐ側パッド電極１４３がある。１つのｐ側パッド電極１４３が２つのｎ側パッド電極１２３の間に配置されており、ｎ側パッド電極１２３の形状に沿って中央が窪んだ略長方形状を成している。２つのｎ側パッド電極１２３は、１対のｐ側パッド電極１４３と略長方形状のｐ側パッド電極１４３に挟まれており、これら５つのパッド電極が帯のように一直線に並んでいる。他の１対のｐ側パッド電極１４３は、略長方形状のｐ側パッド電極１４３を間に挟むように対向している。
本実施例１において、ｎ側パッド電極１２３、ｐ側パッド電極１４３の配置は、線対称であり、点対称でもある。

ｎ側パッド電極１２３、ｐ側パッド電極１４３上に開口部を有して、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０、カバー電極層１４２の表面の露出部は、絶縁性の保護膜１５０として３００ｎｍのＳｉＯ_２で覆われ、１ｍｍ四方の半導体発光素子１００となる。

半導体発光素子１００のｎ側パッド電極１２３とｐ側パッド電極１４３は、３．５ｍｍ四方のアルミナセラミックからなる支持体６０上のＡｕ配線６１上に、Ａｕバンプ６２を介してフリップチップ実装により接続される。この接続はＳｕ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ａｕ−Ｓｎ等の半田材料や、異方性導電ペースト等を用いてもよい。
半導体発光素子１００のサファイア基板１１０及び半導体層１１１は、Ａｌ_２Ｏ_３からなる被覆層７０で覆われている。半導体発光素子１００はさらに、ＹＡＧ系の蛍光体を含む蛍光体層８０で被覆されている。蛍光体層８０は、半導体発光素子１００の表面と、半導体発光素子１００を配線６１上に実装した段階において、半導体発光素子１００の周囲に露出している配線６１と、支持体６０の一部を含めた部位にも設けられる。支持体６０と半導体発光素子１００の隙間には、アンダーフィル６３としてシリコーン樹脂が配置される。これにより、半導体発光素子１００と支持体６０の熱膨張率の差による応力を吸収したり、放熱性を高めたりすることができる。アンダーフィル６３に光反射性樹脂を用いれば、光取り出し効率を向上することができる。
被覆層７０及び蛍光体層８０に被覆された半導体発光素子１００と、支持体６０の半導体発光素子１００実装側表面は、アンダーフィル６３と同じ材料のシリコーン樹脂からなる３．５ｍｍ四方の封止部材９０で被覆される。封止部材９０は、半導体発光素子１００の上部に直径２．６ｍｍ、高さ１．５５ｍｍの半球状のレンズ形状を有している。

この実施例１の発光装置１０は、以下の製造方法により作製される。

＜半導体層１１１の形成＞
まず、凹凸形状を有したサファイア基板１１０をＭＯＣＶＤ装置内に設置し、サファイア基板１１０の凹凸上に、バッファ層としてアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層（図は省略）を形成する。次に、ｎ側パッド電極１２３を形成するｎ型コンタクト層として、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮ層、さらにアンドープの窒化物半導体であるＧａＮ層を積層し、ｎ型半導体層１２０を形成する。ｎ型半導体層１２０上には、発光層１３０として、バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層を１セットとして９セット積層して最後にバリア層となるＧａＮ層を積層させた多重量子井戸構造を形成する。発光層１３０上には、ｐ型半導体層１４０として、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるｐ型ＧａＮ層を順次積層する。以上の工程により、半導体層１１１（半導体素子構造）を形成したウエハを得る。

＜エッチング＞
ｐ型半導体層１４０の表面に、発光層１３０の外側端面が円形になり、また円形の半導体層１１１の内側にｎ側パッド電極１２３が形成できるように、カバー電極層１４２上に所定形状のレジストを形成する。ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりレジスト開口部を介してｐ型半導体層１４０、発光層１３０及びｎ型半導体層１２０の一部を除去して、ｎ型半導体層１２０を露出させ、レジストを除去する。これにより、発光層１３０の外側端面が円形の半導体層１１１を得る。また、半導体層１１１の円形内部には、ｎ側電極１２３が形成されるｎ型半導体層１２０の露出部が形成される。

＜反射電極層及びカバー電極層の形成＞
ｐ型半導体層１４０の表面の所定の箇所にレジストを設け、ｐ型半導体層１４０の表面の一部に、スパッタリングによりＡｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔを１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍの厚みでこの順に積層した反射電極層１４１を形成する。次に、Ｔｉ／Ａｕ／Ｗ／Ｔｉを２ｎｍ／１７００ｎｍ／１００ｎｍ／３ｎｍの厚みでこの順に積層したカバー電極層１４２を、スパッタリングにより反射電極層１４１の側面と上面、及びｐ型半導体層１４０の表面の一部を覆うように形成する。

＜ｎ側、ｐ側パッド電極の形成＞
半導体層１１１の円形内部に露出させたｎ型半導体層１２０上とカバー電極層１４２上に、Ａｌ合金／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを５００ｎｍ／２００ｎｍ／５０ｎｍ／４５０ｎｍの厚みでこの順に積層した同じ層構造からなるｎ側パッド電極１２３およびｐ側パッド電極１４３を同時に形成する。

＜保護膜の形成＞
ｎ側パッド電極１２３、ｐ側パッド電極１４３の上面を除いて、ｎ型半導体層１２０、発光層１３０、ｐ型半導体層１４０、カバー電極層１４２の各層の表面、すなわちウエハの全体を覆うように、保護膜１５０として厚み３００ｎｍのＳｉＯ_２をスパッタリングにより形成する。

以上の方法により得られるウエハをダイシングやブレイク等により所定の箇所で個々に切断し、分割することにより、１ｍｍ四方の半導体発光素子１００が製造される。

＜半導体発光素子の実装＞
次に、Ａｕ配線６１を有するアルミナセラミックからなる支持体６０の集合基板を準備し、Ａｕ配線６１の上にＡｕバンプ６２を介して半導体発光素子１００のｎ側パッド電極１２３とｐ側パッド電極１４３を接続する。
半導体発光素子１００の表面には、Ａｌからなる被覆層７０が設けられ、電着法によりＹＡＧ系の蛍光体を用いて半導体発光素子１００の上面と側面とを被覆する蛍光体層８０を形成する。このため、被覆層７０は、選択的に蛍光体を付着させるための導電性を持った材料であればよく、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｐｂ等を好適に用いることができる。蛍光体層８０は、半導体発光素子１００の表面と、半導体発光素子１００を配線６１上に実装した段階において、半導体発光素子１００の周囲に露出している配線６１とを含めた部位にも形成される。そして、被覆層７０であるＡｌは、蛍光体層８０を形成した後で絶縁性に改質させるため、加熱してＡｌ_２Ｏ_３とする。被覆層７０は、絶縁性への改質に加えて、透光性に改質もしくは高い透光性を有する部材に改質させることが好ましい。
支持体６０と半導体発光素子１００の隙間には、シリコーン樹脂からなるアンダーフィル６３を配置する。その後、被覆層７０及び蛍光体層８０に被覆された半導体発光素子１００と、支持体６０の半導体発光素子１００実装側表面をアンダーフィル６３と同じ材料のシリコーン樹脂で被覆し、半導体発光素子１００の上部に、直径２．６ｍｍ、高さ１．５５ｍｍの半球状のレンズが形成されるように、圧縮成形によりシリコーン樹脂を加工して封止部材９０を形成する。その後、ダイシングやブレイク等により支持体６０が３．５ｍｍ四方となるように個々に切断し、分割する。

以上の方法により、３．５ｍｍ四方、高さ２．０ｍｍの発光装置１０が製造される。

本実施例によれば、円形の発光層１３０から出射される均一な光が、同様に円形な部分を有する、つまり半球状のレンズである封止部材９０から放出されるため、発光むらがなく、光取り出し効率が良好な発光装置を得ることができる。

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、液晶バックライト用光源、センサー用光源、および信号機等に利用することができる。

１０ 発光装置
６０ 支持体
６１ 配線
６２ バンプ
６３ アンダーフィル
７０ 被覆層
８０ 蛍光体層
９０ 封止部材
１００、２００、３００ 半導体発光素子
１１０、２１０、３１０ 基板
１１１、２１１、３１１ 半導体層
１２０、２２０、３２０ 第１半導体層（ｎ型半導体層）
１２３、２２３、３２３ 第１パッド電極（ｎ側パッド電極）
３２５ 導電膜
１３０、２３０、３３０ 発光層
１４０、２４０、３４０ 第２半導体層（ｐ型半導体層）
１４１、２４１、３４１ 反射電極層
１４２、２４２、３４２ カバー電極層
１４３、２４３、３４３ 第２パッド電極（ｐ側パッド電極）
１４４、２４４、３４４ 第２電極（ｐ側電極）
１５０、２５０、３５０ 保護膜

Claims (7)

1. 基板上に第１半導体層、発光層、第２半導体層が順次積層された半導体積層構造と、前記第１半導体層上に設けられた第１パッド電極と、前記第２半導体層上に設けられた第２パッド電極と、を備え、前記基板側で光取り出しが可能な半導体発光素子であって、
   前記発光層は平面視で外側端面が円形であり、
   複数の前記第１パッド電極が前記発光層に包囲されるように配置され、
   前記第２パッド電極が、複数の前記第１パッド電極の間の領域に配置され、
   前記複数の第１パッド電極どうしが導電膜により電気的に連結されていることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１パッド電極が、前記発光層の直径に対して線対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１パッド電極が、前記発光層の中心点に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第２パッド電極が複数あることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の半導体発光素子。
5. 前記基板は、平面視で外側端面が円形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一に記載の半導体発光素子。
6. 前記基板の光取り出し面側は、平面視において前記発光層と重なる領域以外の領域が遮光部材で覆われていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一に記載の半導体発光素子。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の半導体発光素子が、支持体にフリップチップ実装され、封止部材に覆われている発光装置であって、
   前記封止部材は半球状であることを特徴とする発光装置。

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