JPH10308560A - 半導体発光素子および発光装置 - Google Patents

半導体発光素子および発光装置

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JPH10308560A
JPH10308560A JP11802597A JP11802597A JPH10308560A JP H10308560 A JPH10308560 A JP H10308560A JP 11802597 A JP11802597 A JP 11802597A JP 11802597 A JP11802597 A JP 11802597A JP H10308560 A JPH10308560 A JP H10308560A
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JP
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light emitting
layer
emitting device
semiconductor
opening
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JP11802597A
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Koichi Nitta
田 康 一 新
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造工程と組立工程がいずれも簡易であり、
チップ・サイズの縮小が容易で、高密度集積化ならびに
高速駆動が可能である半導体光素子を提供することを目
的とする。 【解決手段】 サファイアなどの絶縁性の基板上に窒化
物系半導体の積層構造体を堆積した構造を有する半導体
発光素子において、基板の一部に窒化物系半導体層まで
達する開口を設け、その開口を介して一端の電極を形成
することによって、ｐ側電極とｎ側電極とをそれぞれ発
光素子の反対面側に形成する。さらに、基板側にｐ側電
極が配置されるように形成することによって、電流をの
拡散を抑制して容易に閉じこめることができ、高性能か
つ集積化の容易な半導体レーザを簡易な工程で製造する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子お
よび発光装置に関する。より詳しくは、本発明は、窒化
物系半導体を用いた発光素子において、ｐ側電極とｎ側
電極とをそれぞれ素子の反対面上に配置することによ
り、チップ・サイズの小型化と高集積化とを可能とし、
さらに製造及び組立工程を簡略化できる半導体発光素子
および発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で
あるＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｘ＋ｙ
≦１）系半導体は、直接遷移型の半導体であり、組成ｘ
及びｙを制御することによってバンドギャップが１．８
９〜６．２ｅＶまで変化するために、ＬＥＤや半導体レ
ーザの材料として有望視されている。特に、青色の波長
領域で高輝度に発光させることができれば、各種光ディ
スクの記録容量を倍増させ、表示装置のフルカラー化を
可能にすることができる。そこで、ＩｎxＧａyＡｌ
1-x-yＮ系半導体を用いた青色発光素子は、特性の安定
化と信頼性の向上に向けて急速に開発が進められてい
る。なお、本明細書において「ＩｎxＡｌyＧａ
1- x-yＮ」という時は、組成比ｘ及びｙを零から１の範
囲で変化させたすべての組成を含みうるものとする。例
えば、ＧａＮ（ｘ＝０、ｙ＝０）も「ＩｎxＧａyＡｌ
1-x-yＮ」に含まれるものとする。
【０００３】このような窒化物系半導体を用いた従来の
青色発光素子の構造を開示した参考文献としては、特開
平５−６３２３６号公報を挙げることができる。
【０００４】図７は、このような従来の青色発光素子の
構造を表す概略断面図である。発光素子１００は、サフ
ァイア基板１１２上に積層されたｐｎ接合を含む半導体
の多層構造を有する。サファイア基板１１２上には、バ
ッファ層１１４、ｎ型コンタクト層１１６、ｎ型クラッ
ド層１１８、活性層１２０、ｐ型クラッド層１２２およ
びｐ型コンタクト層１２４がこの順序で形成されてい
る。
【０００５】バッファ層１１４の材料は、例えばｎ型の
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮとすることができる。ｎ型コン
タクト層１１６は、ｎ側電極１３４とのオーミック接触
を確保するように高いキャリア濃度を有するｎ型の半導
体層であり、その材料は、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮとすることができる。ｎ型クラッド層１１８お
よびｐ型クラッド層１２２は、それぞれ活性層１２０に
光を閉じこめる役割を有し、活性層よりも低い屈折率を
有することが必要とされる。その材料は、例えば、活性
層１２０よりもバッドギャップの大きいＩｎxＡｌyＧａ
1-x-yＮとすることができる。活性層１２０は、発光素
子に電流として注入された電荷が再結合することにより
発光を生ずる半導体層である。その材料としては、例え
ば、アンドープのＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮを用いること
ができる。ｐ型コンタクト層１２４は、ｐ側電極とのオ
ーミック接触を確保するように高いキャリア濃度を有す
るｐ型の半導体層であり、その材料は、例えば、Ｉｎx
ＡｌyＧａ1-x-yＮとすることができる。
【０００６】ｐ型コンタクト層１２４の上には、ｐ側電
極層１２６が堆積されている。また、ｎ型コンタクト層
１１８の上には、ｎ側電極層１３４が堆積されている。
【０００７】ｐ型コンタクト層１２４の上の一部分に
は、電流阻止層１３０が形成されている。電流阻止層１
３０の上にはＡｕ電極１３２が堆積され、その一部分は
第２の電極１２６と接触している。Ａｕ電極１３２は、
ボンディング・パッドとしての役割を有し、駆動電流を
素子に供給するためのワイアがボンディングされる。
【０００８】電流阻止層１３０は、Ａｕ電極１３２の下
部で発光が生ずるのを抑制する役割を有する。
【０００９】すなわち、図７に示した発光素子では、活
性層で生じた発光を電極層１２６を透過して上方に取り
出すようにされている。しかし、ボンディング・パッド
部１３２では電極の厚さが厚いために光を透過させるこ
とができない。従って、電極３２の下で生ずる発光は、
外部に取り出すことができず無駄となる。そこで、電流
阻止層１３０を設けることにより、電極１３２の下に駆
動電流が注入されないようにして、光の取り出し効率を
向上させるようにしている。
【００１０】このような電流阻止層は、半導体レーザの
場合には特に重要である。すなわち、半導体レーザにお
いては、レーザ発振を起こさせるために電流を高密度に
注入する必要がある。そして、電流阻止層によって電流
を集中させる構造が採用されることが多い。
【００１１】また、ｎ側電極層１３４の上にもボンディ
ング・パッド１３２が積層されている。ボンディング・
パッド１３２は、Ａｕを厚く堆積することにより形成す
ることができる。さらに、ボンディング・パッド１３２
以外の表面部分は、酸化シリコン層１４５により覆われ
ている。
【００１２】このような構造の発光素子１００に電流を
注入すると、活性層１２０でＺｎを発光中心とした青色
領域の波長を有する発光が得られる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な従来の青色発光素子では、ｐ側電極１２６とｎ側電極
１３４とをいずれも素子の上面側に配置するために、チ
ップのサイズを小さくすることが困難であった。そし
て、チップ・サイズを小さくできないために、チップの
コストの低減や高密度集積化が困難であるという問題が
あった。
【００１４】また、従来の発光素子１００は、基板１１
２の下面を、ステムや実装基板の実装面に接着すること
によって実装される。しかし、基板１１２はサファイア
などの絶縁性の材料からなるために、熱伝導性が必ずし
も良好でなく、活性層１２０で発生した熱が、ステムや
実装基板に放出されにくかった。その結果として、発光
素子の温度が上昇しやすく、発光特性の悪化や、長期的
信頼性に乏しい問題があった。さらに、従来の発光素子
では、電極１２６、１３４のそれぞれにワイア・ボンデ
ィングをする工程が必要であり、組立工程が煩雑であっ
た。また、これらのボンディングを行うために、発光素
子１００の周辺にそれぞれボンディング・パッドを配置
することが必要とされる。したがって、高密度の集積化
実装が困難であるという問題もあった。
【００１５】また、従来の発光素子ではｐ側電極とｎ側
電極のいずれも、ワイアにより配線するために、ワイア
の寄生抵抗、寄生容量およびインダクタンスに起因し
て、電気的特性が制限される。従って、発光特性の立ち
上がり・たち下がり時間の低減や、高速変調動作が困難
であるという問題もあった。
【００１６】さらに、ワイアを用いることにより、配線
の機械的な強度が制限され、機械的振動や衝撃などに対
する耐久性も低下しやすく、信頼性の確保が容易でなか
った。
【００１７】また、前述したように、電流阻止層１３０
を選択的に形成する工程が必要とされる。特に半導体レ
ーザの場合には、このような電流阻止層１３０は、電流
を高密度に閉じこめるためにきわめて重要な役割を果た
す。しかし、このような電流阻止層１３０を形成するた
めに、製造工程が煩雑となり、製造歩留まりも低下しや
すいという問題があった。
【００１８】このように、従来の青色発光素子では、製
造工程や組立工程が煩雑であり、さらに、コストも低減
が困難であり、また、高密度集積化が困難であった。発
光素子の高密度集積化が困難であると、例えば、赤・緑
・青の３色の発光素子を集積化した、フルカラーの表示
装置の表示密度を上げることができないという問題が生
ずる。
【００１９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
である。すなわち、本発明は、製造工程と組立工程がい
ずれも簡易であり、チップ・サイズの縮小が容易で、高
密度集積化ならびに高速駆動が可能である半導体光素子
を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明による
第１の半導体発光素子は、絶縁性の基板と、前記基板の
第１の主面上に堆積された少なくとも１層の第１導電型
の窒化物系半導体の層と、発光を生ずる活性層としての
窒化物系半導体の層と、前記活性層としての窒化物系半
導体の層の上に堆積された少なくとも１層の第２導電型
の窒化物系半導体の層と、を有し、前記基板の一部に設
けられた開口であって、前記基板を貫通して前記少なく
とも１層の第１導電型の窒化物系半導体の層のいずれか
に到達する開口と、前記基板の第２の主面上に堆積され
た導電性の材料により構成され、前記開口の底部におい
て、前記少なくとも１層の第１導電型の窒化物系半導体
の層のいずれかに接続されている第１の電極層と、前記
第２導電型の窒化物系半導体の層の上に形成され、前記
少なくとも１層の第２導電型の窒化物系半導体の層のい
ずれかに接続されている第２の電極層と、を備えたこと
を特徴とするものして構成され、発光素子の互いに反対
の面上にそれぞれｐ側電極とｎ側電極とを配置するよう
にして、チップ・サイズを小さくすることができ、組立
工程でのワイア・ボンディングの回数も１回とすること
ができる。
【００２１】また、前記第１の電極層を透光性を有する
ように薄く形成することにより、活性層からの発光を前
記開口の前記底部から取り出せるようにして、前記第１
の電極層を上に向けて実装した時に、第１の電極層への
ワイア・ボンディングの衝撃を前記基板によって緩和す
ることができる。
【００２２】また、前記開口を熱伝導性の高い材料によ
り充填することによって、前記第１の電極を下に向けて
実装した時に、活性層で発生する熱を実装部材に効果的
に放出することができる。
【００２３】さらに、前記第１導電型をｐ型、前記第２
導電型をｎ型とすることによって、前記開口の前記底部
において前記第１の電極層から供給された電流が面内方
向に拡がることを抑制するようにして、電流を容易に閉
じこめることができる。
【００２４】さらに、前記開口をストライプ状に形成す
ることによって、電流をストライプ状に閉じこめてレー
ザ発振を生じさせる利得ガイド型の構成を容易に実現す
ることができる。
【００２５】また、本発明による発光装置は、第１の端
子と、第２の端子と、前記第１の端子に接続されている
配線パターンを有する実装部材と、前記実装部材の前記
配線パターン上に、前記第２の電極層が接合されること
によって実装されている請求項２記載の半導体発光素子
と、前記半導体発光素子の前記第１の電極層と前記第２
の端子とを接続している配線と、を備えたことを特徴と
するものして構成され、前記開口から発光を取り出すこ
とができるとともに、第１の電極層にワイア・ボンディ
ングする際のストレスから半導体層を保護することがで
きる。
【００２６】さらに、本発明による第２の発光装置は、
第１の端子と、第２の端子と、前記第１の端子に接続さ
れている配線パターンを有する実装部材と、前記実装部
材の前記配線パターン上に、前記第１の電極層が接合さ
れることによって実装されている請求項３記載の半導体
発光素子と、前記半導体発光素子の前記第２の電極層と
前記第２の端子とを接続している配線と、を備えたこと
を特徴とするものして構成され、活性層で発生する熱を
実装部材に効果的に放出することにより、発光特性や信
頼性を改善することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明は、サファイアなどの絶縁
性の基板上に窒化物系半導体の積層構造体を堆積した構
造を有する半導体発光素子において、基板の一部に窒化
物系半導体層まで達する開口を設け、その開口を介して
一端の電極を形成することによって、ｐ側電極とｎ側電
極とをそれぞれ発光素子の反対面側に形成するようにし
たものである。さらに、基板側にｐ側電極が配置される
ように形成することによって、電流をの拡散を抑制して
容易に閉じこめることができ、高性能かつ集積化の容易
な半導体レーザを簡易な工程で製造することができる。
【００２８】以下、図面を参照しながら本発明の実施の
形態について説明する。図１は、本発明による半導体発
光素子の構成を表す概略断面図である。発光素子１０
は、紫外から緑色の間のいずれかの波長帯において発光
する窒化物系半導体発光素子であり、サファイア基板１
２上に積層された半導体の多層構造を有する。サファイ
ア基板１２上には、バッファ層１４、ｎ型コンタクト層
１６、ｎ型クラッド層１８、活性層２０、ｐ型クラッド
層２２およびｐ型コンタクト層２４がこの順序で形成さ
れている。
【００２９】バッファ層１４の材料は、例えばｎ型また
はアンドープのＩｎx1Ａｌy1Ｇａ1- x1-y1Ｎ（０≦ｘ1≦
１、０≦ｙ1≦１）とすることができる。ｎ型コンタク
ト層１６は、ｎ側電極との接触を確保するための高いキ
ャリア濃度を有するｎ型の半導体層である。その材料
は、例えば、Ｉｎx2Ａｌy2Ｇａ1-x2 -y2Ｎ（０≦ｘ2≦
１、０≦ｙ2≦１）とすることができる。ｎ型クラッド
層１８及びｐ型クラッド層２２は、それぞれ活性層２０
に光と注入キャリアとを閉じこめる役割を有し、活性層
２０よりも低い屈折率と大きいバンドギャップとを有す
るように形成される。その材料としては、例えば、ｎ型
クラッド層１８については、ｎ型Ｉｎx3Ａｌy3Ｇａ
1-x3-y3Ｎ（０≦ｘ3≦１、０≦ｙ3≦１）とし、ｐ型ク
ラッド層２２については、ｐ型Ｉｎx5Ａｌy5Ｇａ
1-x5-y5Ｎ（０≦ｘ5≦１、０≦ｙ5≦１）とすることが
できる。
【００３０】活性層２０は、発光素子に電流として注入
された電荷が再結合することにより発光を生ずる半導体
層である。その材料としては、例えば、アンドープのＩ
ｎx4Ａｌy4Ｇａ1-x4-y4Ｎ（０≦ｘ4≦１、０≦ｙ4≦
１）を用いることができる。
【００３１】ｐ型コンタクト層２４は、ｐ側電極との接
触を確保するための高いキャリア濃度を有するｐ型の半
導体層である。その材料は、例えば、ｐ型Ｉｎx6Ａｌy6
Ｇａ1-x6-y6Ｎ（０≦ｘ6≦１、０≦ｙ6１）とすること
ができる。
【００３２】ここで、本発明においては、さらに、サフ
ァイア基板１２及びバッファ層１４の一部を貫通する開
口２６が設けられている。そして、基板１２の裏面上に
は、ｎ側電極２８が堆積されている。このｎ側電極２８
は、開口２６の部分でｎ型コンタクト層１６と接触して
いる。一方、ｐ型コンタクト層２４の上には、ｐ側電極
３０が堆積されている。
【００３３】本発明によれば、このように、ｎ側電極２
８とｐ側電極３０とが、発光素子１０のそれぞれ反対側
に形成されているために、チップ・サイズを小さくする
ことができる。その結果として、チップの製造コストを
低減し、高密度集積化が可能となる。例えば、本発明に
よれば、チップ・サイズを従来の青色発光素子の約半分
にすることも可能である。その結果として、チップのコ
ストを２分の１に低減することができ、さらに従来の２
倍の密度で集積化することも可能となる。
【００３４】さらに、本発明による発光素子１０は、ｎ
側電極２８或いはｐ側電極３０のいずれかを下にして、
ステムや実装基板上にマウントすることによって、電気
的な接続も確保することができる。この結果として、従
来、２回必要であったワイア・ボンディング工程が１回
で済み、組立工程が簡略化されるとともに、電気的特性
や機械的強度が改善される。
【００３５】さらに、このように、ｎ側電極２８或いは
ｐ側電極３０のいずれかをステムや実装基板に直接マウ
ントすることにより、活性層２０で発生する熱が、電極
を介してステムまたは実装基板に直接放出される。つま
り、本発明によれば、ｐ側電極３０を下側に向けてマウ
ントした場合のみならず、ｎ側電極２８を下側に向けて
マウントした場合でも、熱導電性の低い基板１２を介さ
ずに放熱することができる。その結果として、発光素子
の発熱が抑制され、発光特性や長期的信頼性が改善され
る。
【００３６】また、発光素子１０における開口２６は、
ｎ型コンタクト層１６に到達する深さを有していれば良
く、その形状は、発光素子の構造や用途に応じて、あら
ゆる形状とすることができる。また、開口２６を形成す
る位置は、発光素子の中央部でも周辺部でも良く、適宜
選択することができる。開口形成は、ドライエッチン
グ、ウェットエッチング、レーザによる溶解などにより
行う。
【００３７】また、発光素子１０のｎ型コンタクト層１
６のキャリア濃度が高く、層厚も厚く形成した場合は、
ｎ側電極２６から供給された駆動電流は、ｎ型コンタク
ト層１６内で広がり、活性層２０の全面に供給されて、
面積の大きな発光領域を得ることができる。一方、ｎ型
コンタクト層１６のキャリア濃度を低くし、またその層
厚も薄くすることによって、ｎ側電極２８から供給され
た電流がｎ型コンタクト層１６内で広がりにくくすれ
ば、活性層２０の一部分にのみ駆動電流を供給すること
もできる。このようにすれば、発光領域を開口２６の形
状に応じて制限することができる。
【００３８】次に、本発明による第２の半導体発光素子
について説明する。図２は、本発明による第２の半導体
発光素子の構成を表す概略断面図である。同図に示した
発光素子１０ａは、サファイア基板１２の上に前述した
発光素子１０と同様の半導体積層構造体を有する。そし
て、基板１２とｎ型バッファ層１４の一部を貫通する開
口２６が設けられ、ｎ側電極２８ａが堆積されている。
しかし、発光素子１０ａの場合は、開口２６内のｎ側電
極２８ａの膜厚が薄く、活性層２０での発光が透過する
ように形成されている。つまり、発光素子１０ａは、ｐ
側電極３０を下向きに実装して、ｎ側電極２８ａを介し
て開口２６から光を取り出すことができる。
【００３９】このような構成を有することにより、発光
素子１０に関して前述した種々の効果に加えて、ワイア
・ボンディングによる劣化を抑制することができるとい
う効果が生ずる。すなわち、ｎ側電極２８ａにワイア・
ボンディングするに際して、サファイア基板１２の上の
部分にボンディングすることができるので、ボンディン
グに伴う熱や超音波の衝撃から半導体層を保護すること
ができる。その結果、ボンディングに伴う半導体層の劣
化が抑制され、発光特性や信頼性が改善される。
【００４０】また、ｎ側電極２８ａの膜厚は、開口２６
内でのみ透光性を有するように薄くして、基板１２上で
は、抵抗値が低下するように厚く形成しても良い。この
ようにすれば、電極の寄生抵抗値を低減することができ
る。また、ｎ側電極２８ａの膜厚は、開口２６内のみな
らず、基板１２上においても透光性を有するように薄く
形成しても良い。このようにすれば、開口２６以外の部
分においても活性層２０からの発光を透過させて取り出
すことができるようになる。
【００４１】次に、本発明による第３の半導体発光素子
について説明する。図３は、本発明による第３の半導体
発光素子の構成を表す概略断面図である。同図に示した
発光素子１０ｂも、サファイア基板１２の上に前述した
発光素子１０と同様の半導体積層構造体を有する。そし
て、基板１２とｎ型バッファ層１４の一部を貫通する開
口２６が設けられ、ｎ側電極２８ｂが堆積されている。
ここで、発光素子１０ｂの場合は、開口２６による凹部
がｎ側電極２８ｂによって実質的に充填されている。
【００４２】このような構成を有することにより、発光
素子１０に関して前述した種々の効果に加えて、活性層
からの発熱をより効果的に放出することができるという
効果が生ずる。すなわち、発光素子１０ｂをｎ側電極２
８ｂを下にしてステムなどに実装した場合に、活性層２
０からの発熱は、開口２６に充填されたｎ側電極２８ｂ
を介して、ステムなどの実装部に直接放出される。その
結果、発光素子の発熱がより効果的に抑制され、発光特
性や信頼性が改善される。
【００４３】また、開口２６の凹部を充填する材料は、
必ずしもｎ側電極２８ｂと同一の材料である必要はな
い。例えば、ｎ側電極を均一な厚さに堆積した後に、熱
伝導性の良好な材料で、開口２６の凹部を充填しても良
い。但し、この材料は、熱伝導性が良好であるという点
で金属であることが望ましい。
【００４４】次に、本発明による第４の半導体発光素子
について説明する。図４は、本発明による第４の半導体
発光素子の構成を表す概略断面図である。同図に示した
発光素子４０は、前述した発光素子１０と同様の窒化物
系半導体発光素子であり、サファイア基板４２上に積層
された半導体の多層構造を有する。しかし、発光素子４
０においては、各層の導電型が、前述した発光素子１０
とは逆である。すなわち、発光素子４０においては、サ
ファイア基板４２上に、バッファ層４４、ｐ型コンタク
ト層４６、ｐ型クラッド層４８、活性層５０、ｎ型クラ
ッド層５２およびｎ型コンタクト層５４がこの順序で形
成されている。
【００４５】ここで、各層４４〜５４の役割や材料は、
前述した発光素子１０に関する説明と同様とすることが
できる。さらに、基板４２及びバッファ層４４に開口５
６を設け、ｐ側電極５８が堆積されている。すなわち、
ｐ側電極５８は、開口５６を介してｐ型コンタクト層４
６と接触している。一方、ｎ型コンタクト層５４の上に
は、ｎ側電極６０が堆積されている。
【００４６】発光素子４０は、発光素子１０に関して前
述した種々の効果を同様に得ることができる。さらに、
図２に示した発光素子１０ａの場合と同様に、開口５６
の部分の電極５８の膜厚を薄くして活性層５０からの発
光が透過するようにしても良い。また、図３に示した発
光素子１０ｂの場合と同様に開口５６の凹部を熱伝導性
の良好な材料により充填しても良い。
【００４７】発光素子４０で特徴的なことは、ｐ型コン
タクト層４６が基板４２側に配置するように積層されて
いる点である。ここで、窒化物系化合物半導体を用いた
青色発光素子のｐ型コンタクト層４６及びｐ型クラッド
層４８は、抵抗率が比較的高いために、電流が層内で広
がりにくい。その結果として、外部からｐ側電極５８を
介して開口５６の部分に供給された駆動電流は面内方向
にあまり広がることなく、活性層５０に供給される。つ
まり、開口５６の形状に応じて活性層５０の一部分にの
み駆動電流を制限することができ、電流を容易に閉じこ
めることができる。
【００４８】従って、本発明を半導体レーザに応用する
ことにより、利得ガイド構造のレーザを容易に実現でき
る。すなわち、開口５６を、例えばストライプ状に形成
すれば、活性層５０にストライプ状に駆動電流を供給す
ることができ、このように注入電流を閉じこめることに
よってレーザ発振させることができる。
【００４９】また、本発明を発光ダイオードに応用する
ことにより、従来必要とされていた電流阻止層１３０が
不要となる。すなわち、図７に示したような従来の発光
ダイオードでは、ボンディング・パッドの下での発光を
抑制するために、電流阻止層１３０を設ける必要があっ
た。しかし、本発明によれば、開口５６の形状に応じて
電流を制限することができので、このような電流阻止層
を設ける必要がなくなり、製造工程が簡素化される。
【００５０】前述した発光装置１０及び４０において
は、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型
クラッド層及びｐ型コンタクト層が積層された構造を例
示した。しかし、本発明はこれに限定されるものではな
い。この他の例として、例えば、少なくともいずれかの
クラッド層が省略されているような構造であっても良
い。
【００５１】また、各半導体層の材料系は、窒化ガリウ
ム系半導体、すなわちＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）で表される組成の半導
体から任意に選択することができる。
【００５２】さらに、活性層は、２種類以上の薄い半導
体層を周期的に積層させた超格子構造を有していても良
い。また、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層を屈折率
が徐々に変化するグレーデッド層としても良い。
【００５３】次に、本発明による発光素子を用いた発光
装置について説明する。図５は、本発明による発光装置
の構成を表す概略断面図である。すなわち、同図に示し
た発光装置７０においては、本発明による発光素子１
０、１０ｂ或いは４０は、基板１２或いは４２を下側に
向けた状態でステム７２にマウントされている。このマ
ウントに際しては、発光素子１０、１０ｂ或いは４０の
下側の電極２８、２８ｂ或いは５８を、導電性ペースト
または、はんだ材を用いてステム７２のマウント面に接
着することにより行うことができる。このはんだ材とし
ては、例えば、金・すず、銀ペースト、金・ゲルマニウ
ム、金・シリコン、或いは鉛・すずなどの金属材料など
を用いることができる。すなわち、このような導電性の
接着剤を用いてマウントすることによって、電気的な接
続も確保することができる。そして、発光素子１０、４
０の上面の電極３０、６０にワイア７４がボンディング
され、全体が樹脂７６でモールドされている。
【００５４】発光装置７０では、搭載する発光素子の上
面の電極３０、６０の層厚を薄くして活性層からの発光
が透過できるようにすることにより、上面から光を取り
出すことができる。また、発光素子１０、４０の側面か
ら放射される光をステム７２の反射鏡７３で反射して、
前方に取り出すようにしても良い。
【００５５】本発明による発光装置７０は、このよう
に、ワイア・ボンディング工程が１回で済み、工程が簡
略化される。また、ワイアに起因する寄生抵抗、寄生容
量、インダクタンスなどが低減されるので、発光装置の
電気的特性が改善され、高速駆動が可能となる。また、
振動や衝撃に対する耐久性も改善され、信頼性も向上す
る。
【００５６】さらに、このように、電極２８、２８ｂ或
いは５６をステム７２に直接マウントすることにより、
活性層２０、５０で発生する熱を基板１２、４２を介さ
ずにステム７２に直接放出することができる。その結果
として、発光素子の発熱が抑制され、発光特性が改善さ
れるとともに、素子寿命などの長期的信頼性も改善され
る。この効果は、発光素子として図３に示した素子１０
ｂを採用した場合に、より顕著に得ることができる。
【００５７】次に、本発明による第２の発光装置につい
て説明する。図６は、本発明による第２の発光装置の構
成を表す概略断面図である。すなわち、同図に示した発
光装置８０においては、本発明による発光素子１０、１
０ａ或いは４０は、基板１２或いは４２を上側に向けた
状態でステム８２にマウントされている。このマウント
に際しては、発光装置７０に関して前述したのと同様
に、各種の導電性材料を用いて、発光素子の下側の電極
３０、６０を、ステム８２のマウント面に接着すること
により行うことができる。そして、発光素子１０、１０
ａ或いは４０の上面の電極２８、２８ａ或いは５８にワ
イア８４がボンディングされ、全体が樹脂８６でモール
ドされている。
【００５８】発光装置８０では、搭載する発光素子の上
面の開口２６、５６の部分の電極２８、５８の層厚を薄
くして活性層からの発光が透過できるようにすることに
より、開口を介して上面から光を取り出すことができ
る。この観点からは、発光素子として、図２に示した素
子１０ａを採用することが望ましい。また、発光素子の
側面から放射される光ステム８２の反射鏡８３で反射し
て、前方に取り出すようにしても良い。
【００５９】本発明による発光装置８０も、発光装置７
０に関して前述したような各種の効果を同様に得ること
ができる。すなわち、ボンディング工程が簡略化され、
電気的特性、発光特性および信頼性なども改善すること
ができる。
【００６０】さらに、発光装置８０においては、基板１
２、４２上の電極２８、２８ａ或いは５８に対してワイ
ア・ボンディングすることができる。従って、ボンディ
ングの際の超音波や熱ストレスが半導体層にダメージを
与えることを防ぐことができる。その結果として、発光
装置の信頼性を改善することができる。
【００６１】なお、前述の説明では、発光装置７０及び
８０として、ステム上に本発明による発光素子を実装し
た例について説明した。しかし、本発明はこれに限定さ
れるものではない。この他の例としては、例えば、所定
の配線パターンが形成されたセラミックなどの実装基板
上、或いはチップ・キャリア上に本発明による発光素子
を実装した発光装置を挙げることができる。
【００６２】また、本発明による発光素子４０におい
て、開口５６をストライプ状に形成して、利得ガイド構
造の半導体レーザを形成し、この半導体レーザをステム
上にマウントして、光を出射させる端面の背面に光出力
をモニタするための受光素子を配置することにより、青
色半導体レーザ・モジュールを構成することができる。
このレーザ・モジュールにおいても、本発明による種々
の効果、すなわち、製造工程の簡略化の実現や、電気的
特性、発光特性或いは信頼性の改善を達成することがで
きる。
【００６３】
【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に説明する効果を奏する。
【００６４】まず、本発明によれば、ｎ側電極とｐ側電
極とが、発光素子のそれぞれ反対側に形成されているた
めに、チップ・サイズを小さくすることができる。その
結果として、チップの製造コストを低減し、高密度集積
化が可能となる。例えば、チップ・サイズに応じて、チ
ップのコストを従来の２分の１に低減することができ、
さらに従来の２倍の密度で集積化することも可能とな
る。
【００６５】さらに、本発明によれば、ｎ側電極或いは
ｐ側電極のいずれかを下にして、ステムや実装基板上に
マウントすることによって、電気的な接続も確保するこ
とができる。この結果として、従来、２回必要であった
ワイア・ボンディング工程が１回で済み、工程が簡略化
されるとともに、電気的特性や機械的強度が改善され
る。
【００６６】さらに、このように、いずれかの電極をス
テムや実装基板に直接マウントすることにより、活性層
で発生する熱が、半導体層を介して電極からステムまた
は実装基板に放出される。つまり、本発明によれば、熱
導電性の低い基板を介さずに放熱することができる。そ
の結果として、発光素子の発熱が抑制され、発光特性が
改善されるとともに、素子寿命などの長期的信頼性も改
善される。
【００６７】また、本発明によれば、開口の形状に応じ
て、活性層の一部分にのみ駆動電流を供給することもで
きる。このようにすれば、発光領域を開口の形状に応じ
て容易に制限することができる。従って、本発明を半導
体レーザに応用することにより、利得ガイド構造のレー
ザを容易に実現できる。また、本発明を発光ダイオード
に応用することにより、従来必要とされていた電流阻止
層が不要となる。
【００６８】また、本発明によれば、電極をステム７２
に直接マウントすることにより、活性層２０、５０で発
生する熱を基板１２、４２を介さずにステム７２に直接
放出することができる。
【００６９】さらに、本発明によれば、基板上の電極に
対してワイア・ボンディングすることができる。従っ
て、ボンディングの際の超音波や熱ストレスが半導体層
にダメージを与えることを防ぐことができる。その結果
として、発光装置の信頼性を改善することができる。
【００７０】このように、本発明によれば、高性能で高
信頼性を有する半導体発光素子を簡単なプロセスにより
高歩留まりで生産できるようになり、産業上のメリット
は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体発光素子の概略構成を表す
概略断面図である。
【図２】本発明による第２の半導体発光素子の概略構成
を表す概略断面図である。
【図３】本発明による第３の半導体発光素子の概略構成
を表す概略断面図である。
【図４】本発明による第４の半導体発光素子の概略構成
を表す概略断面図である。
【図５】本発明による発光装置の概略構成を表す概略断
面図である。
【図６】本発明による第２の発光装置の概略構成を表す
概略断面図である。
【図７】従来の青色発光素子の構成を表す概略断面図で
ある。
【符号の説明】
１０、１０ａ、１０ｂ、４０ 半導体発光素子 １２、４２ サファイア基板 １４、４４ バッファ層 １６、４６ ｎ型コンタクト層 １８、４８ ｎ型クラッド層 ２０、５０ 活性層 ２２、５２ ｐ型クラッド層 ２４、５４ ｐ型コンタクト層 ２６、５６ 開口 ２８、２８ａ、２８ｂ、６０ ｎ側電極 ３０、５８ ｐ側電極 ７０、８０ 発光装置 ７２、８２ ステム ７４、８４ ワイア ７６、８６ モールド樹脂 １００ 半導体発光素子 １１２ サファイア基板 １１４ バッファ層 １１６ ｎ型コンタクト層 １１８ ｎ型クラッド層 １２０ 活性層 １２２ ｐ型クラッド層 １２４ ｐ型コンタクト層 １２６ ｐ側電極 １３４ ｎ側電極

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁性の基板と、前記基板の第１の主面上
    に堆積された少なくとも１層の第１導電型の窒化物系半
    導体の層と、発光を生ずる活性層としての窒化物系半導
    体の層と、前記活性層としての窒化物系半導体の層の上
    に堆積された少なくとも１層の第２導電型の窒化物系半
    導体の層と、を有し、 前記基板の一部に設けられた開口であって、前記基板を
    貫通して前記少なくとも１層の第１導電型の窒化物系半
    導体の層のいずれかに到達する開口と、 前記基板の第２の主面上に堆積された導電性の材料によ
    り構成され、前記開口の底部において、前記少なくとも
    １層の第１導電型の窒化物系半導体の層のいずれかに接
    続されている第１の電極層と、 前記第２導電型の窒化物系半導体の層の上に形成され、
    前記少なくとも１層の第２導電型の窒化物系半導体の層
    のいずれかに接続されている第２の電極層と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項２】前記第１の電極層は、その層厚が薄く構成
    されていることにより、前記活性層としての窒化物系半
    導体の層で生ずる前記発光を透過させて前記開口の前記
    底部から取り出せるように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. 【請求項３】前記開口は、熱伝導性の高い材料により充
    填されていることにより、前記活性層としての窒化物系
    半導体の層の近傍で生ずる熱を外部に放出させて発光素
    子の温度の上昇を抑制するように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。
  4. 【請求項４】前記第１導電型はｐ型とされ、前記第２導
    電型はｎ型とされることによって、 前記開口の前記底部において前記第１の電極層から供給
    された電流が前記窒化物系半導体の層の面内方向に拡が
    ることを抑制されるように構成されていることを特徴と
    する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素
    子。
  5. 【請求項５】前記開口は、ストライプ状に形成され、 前記電流をストライプ状に制限して前記活性層としての
    窒化物系半導体の層に供給することによりレーザ発振を
    生ずる利得ガイド型の構成を有することを特徴する請求
    項４記載の半導体発光素子。
  6. 【請求項６】第１の端子と、 第２の端子と、 前記第１の端子に接続されている配線パターンを有する
    実装部材と、 前記実装部材の前記配線パターン上に、前記第２の電極
    層が接合されることによって実装されている請求項２記
    載の半導体発光素子と、 前記半導体発光素子の前記第１の電極層と前記第２の端
    子とを接続している配線と、 を備えたことを特徴とする発光装置。
  7. 【請求項７】第１の端子と、 第２の端子と、 前記第１の端子に接続されている配線パターンを有する
    実装部材と、 前記実装部材の前記配線パターン上に、前記第１の電極
    層が接合されることによって実装されている請求項３記
    載の半導体発光素子と、 前記半導体発光素子の前記第２の電極層と前記第２の端
    子とを接続している配線と、 を備えたことを特徴とする発光装置。
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