JPWO2011027418A1 - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
すなわち、積層構造体10sの第1主面10aの側のp型半導体層20及び発光層30の一部が、例えばエッチングにより除去された領域において、n型半導体層10が露出され、その領域のn型半導体層10の上に、n側電極40及び高反射絶縁層60が設けられる。そして、第1主面10aのp型半導体層20の上にp側電極50が設けられる。
高反射絶縁層60は、例えば、n側パッド層41の直下の領域におけるn側電極40が形成されていない領域に設けられている。
また、後述するように、n側パッド層41は、積層構造体10sの側に設けられ、アルミニウム、アルミニウム合金、ロジウム及びロジウム合金の少なくともいずれかを含む層を有することもできる。
すなわち、上記のように、n側電極40のn型半導体層10に接触する領域(対向する領域)の面積が、高反射絶縁層60がn側パッド層41に接触する領域(対向する領域)の面積よりも小さく設定され、これにより、n側パッド層41の全体の面積を最大化できる。
半導体発光素子110の積層構造体10sは、例えばサファイアからなる基板5の上に形成された窒化物半導体を含む。積層構造体10sとなる各層が、例えば、表面がサファイアc面からなる基板5の上に、有機金属気相成長法を用いて以下のように、形成される。
まず、積層構造体10sの主面の一部の領域において、n型コンタクト層(例えば上記のSiドープn型GaNコンタクト層)が表面に露出するように、例えばマスクを用いたドライエッチングによって、p型半導体層20及び発光層30の一部を除去する。
誘電体積層膜においては、互いに屈折率の異なる2種類以上の誘電体が2層以上積層される。例えば、誘電体積層膜には、互いに屈折率の異なる第1誘電体層(例えば、SiO2層)と、第2誘電体層(例えば、TiO2層)と、の積層膜の組み合わせを5組積層した積層膜(すなわち、合計10層の誘電体層を有する積層膜)を用いることができる。
そして、フリップチップマウントを行った際においても、半導体層内で反射を繰り返す発光光のうちの多くの部分を、基板5の側へ反射させることができ、光取り出し効率が向上できる。
銀以外の金属の単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、400nm以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、銀は370nm以上400nm以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、且つp側電極50が銀合金の場合、半導体界面側のp側電極50は、銀の成分比が大きいほうが望ましい。p側電極50の膜厚は、光に対する反射効率を確保するため、100nm以上であることが好ましい。
上記の効果を考慮して、オーミック特性を有するn側電極40と、高効率反射特性を有する高反射絶縁層60と、の面積及び形状が、適切に設定される。
図2は、第1比較例の半導体発光素子の構造を示す模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図2に表したように、第1比較例の半導体発光素子119aにおいては、n型半導体層10の第1主面10aにおいては、n側電極40と、その上のn側パッド層41と、が設けられているが、高反射絶縁層60が設けられていない。
図3は、第2比較例の半導体発光素子の構造を示す模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図3に表したように、第2比較例の半導体発光素子119bにおいては、n側電極40とp側電極50とを除く領域と、素子の周辺領域と、に、高反射絶縁層60が設けられている。そして、n側電極40を覆いつつ、高反射絶縁層60の一部の上に、n側パッド層41が設けられている。そして、この場合には、n側電極40のn型半導体層10に接触する領域(対向する領域)の面積は、高反射絶縁層60がn型半導体層10とn側パッド層41とに挟まれている領域の面積よりも大きい。
図4は、第3比較例の半導体発光素子の構造を示す模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図4に表したように、第3比較例の半導体発光素子119cにおいては、第2比較例の半導体発光素子119bに比べてn側電極40近傍の高反射絶縁層60の領域が拡大され、n側電極40のn型半導体層10に接触する領域(対向する領域)の面積が、高反射絶縁層60がn型半導体層10に接触する領域(対向する領域)よりも小さくなっている。ただし、この場合には、n側パッド層41は、n側電極40の上のみに設けられており、n側パッド層41は、高反射絶縁層60の上には設けられていない。
図5は、第4比較例の半導体発光素子の構造を示す模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図5に表したように、第4比較例の半導体発光素子119dにおいては、第3比較例の半導体発光素子119cにおいて、n側パッド層41を設けないものである。なお、半導体発光素子119dの第1主面10aの構造は、特許文献1に開示されている構造に類似している。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図6に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子111においては、n側電極40が、透明導電膜42を含む。本具体例では、n側電極40が、透明導電膜42と、反射金属膜43と、を有している。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図7に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子112においては、積層構造体10sの第1主面10aのn型半導体層10及びp型半導体層20が、一部の開口部を除いて、高反射絶縁層60(例えば誘電体積層膜)で覆われている。そして、p側電極50の上に拡散防止層53が設けられ、その上にp側パッド層51が設けられている。また、積層構造体10sの第1主面10aのp型半導体層20及び発光層30の部分のメサ部が斜面状のテーパ部を有している。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
すなわち、半導体発光素子110と同様に、積層構造体10sを形成した後、n型コンタクト層が表面に露出するように、p型半導体層20と発光層30と取り除く。この時のエッチング処理は、積層構造体10sのメサ部が、例えば、第1主面10aの法線から約20度で傾斜したテーパ形状になるように行われる。
例えば、SiO2膜とTiO2膜との組み合わせを5組積層する。ただし、素子の周辺部では、誘電体積層膜が除去されていても良く、また、素子の周辺部では、素子分離工程などにより誘電体積層膜が破損されていても良い。
図8は、本発明の第1の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
すなわち、同図(a)〜(d)は、本実施形態に係る別の半導体発光素子113〜116の構成を例示しており、半導体発光素子の積層構造体10sの積層方向から見たときの模式的平面図である。
図9に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子117においては、n側パッド層41が、第1n側パッド層411と、第1n側パッド層411に積層された第2n側パッド層412と、の複数の層を有している。これ以外は、半導体発光素子110と同様とすることができるので説明を省略する。
本発明の半導体発光装置は、第1の実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置である。ここで、この半導体発光素子には、第1の実施形態に係るいずれかの半導体発光素子を用いることができるが、以下では、半導体発光素子110を用いる例として説明する。
図10に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置201は、半導体発光素子110と、半導体発光素子110が実装されるサブマウント24(実装部品)と、を備える。
図10に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置201においては、セラミック等からなる容器22の内面に反射膜23が設けられており、反射膜23は容器22の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜23は、例えばアルミニウム等からなるものである。このうち容器22の底部に設けられた反射膜23の上に、図1に例示した半導体発光素子110がサブマウント24を介して設置されている。
赤色蛍光体としては、例えばY2O3、YVO4、Y2P,V)O4等を母材として用いることができ、これに3価のEu(Eu3+)を付活物質として含ませる。すなわち、Y2O3:Eu3+、YVO4:Eu3+等を赤色蛍光体として用いることができる。Eu3+の濃度は、モル濃度で1%〜10%とすることができる。赤色蛍光体の母材としては、Y2O3、YVO4の他に、LaOSやY2(P, V)O4等を用いることができる。また、Eu3+の他にMn4+等を利用することもできる。特に、YVO4母体に、3価のEuと共に少量のBiを添加することにより、380nmの吸収が増大するので、さらに発光効率を高くすることができる。また、樹脂としては、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
緑色蛍光体としては、例えば3価のTbを発光中心とするY2SiO5:Ce3+,Tb3+を用いることができる。この場合、CeイオンからTbイオンへエネルギーが伝達されることにより励起効率が向上する。緑色蛍光体としては、例えば、Sr4Al14O25:Eu2+等を用いることができる。
黄色蛍光体としては、例えばY3Al5:Ce3+等を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
特に、3価のTbは、視感度が最大となる550nm付近に鋭い発光を示すので、3価のEuの鋭い赤色発光と組み合わせると発光効率が著しく向上する。
また、第2蛍光体層212に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が、効率良く励起され、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。
これらの混色として、白色光やその他様々な色の光を、高効率でかつ演色性良く得ることが可能である。
なお、半導体発光素子110を作製する工程は、既に説明した方法を用いることができるので、以下では、半導体発光素子110が出来上がった後の工程について説明する。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
10…n型半導体層、
10a…第1主面、
10b…第2主面、
10s…積層構造体、
20…p型半導体層、
22…容器、
23…反射膜、
24…サブマウント(実装部材)、
24a…n側実装電極(第1実装電極、実装電極)、
24b…p側実装電極(第2実装電極、実装電極)、
25a…第1金バンプ(金バンプ)、
25b…第2金バンプ(金バンプ)、
26…ボンディングワイヤ、
27…蓋部、
30…発光層、
40…n側電極、
40p1〜40p3…第1〜第3辺部、
40p4…中央延在部、
40p5…中央部、
41…n側パッド層(上層金属層)、
42…透明導電膜、
43…反射金属膜、
50…p側電極、
51…p側パッド層、
53…拡散防止層、
60…高反射絶縁層、
110〜117、119a〜119d…半導体発光素子、
201…半導体発光装置、
210…波長変換層、
211、212…第1及び第2蛍光体層、
411、412…第1及び第2n側パッド層
Claims (11)
- n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
前記p型半導体層に接して設けられたp側電極と、
前記n型半導体層に接して設けられたn側電極と、
前記n型半導体層に接して設けられ、前記発光層から放出される光に対する反射率が前記n側電極の前記光に対する反射率よりも高い高反射絶縁層と、
前記n側電極の少なくとも一部と、前記高反射絶縁層の少なくとも一部と、の上に設けられ、前記n側電極に電気的に接続された上層金属層と、
を備え、
前記n側電極の前記n型半導体層に接触する領域の面積は、前記高反射絶縁層が前記n型半導体層と前記上層金属層とに挟まれている領域の面積よりも小さいことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記n側電極の前記上層金属層に対向する領域の面積は、前記高反射絶縁層が前記n型半導体層と前記上層金属層とに挟まれている前記領域の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記積層構造体の第1主面の側のp型半導体層の一部が除去された領域において前記n型半導体層が露出され、前記n側電極及び前記高反射絶縁層は、前記露出された前記n型半導体層に接して設けられ、
前記p側電極は、前記第1主面の側において前記p型半導体層に接して設けられ、
前記n側電極の少なくとも一部は、前記第1主面に対して平行な平面内において、前記高反射絶縁層よりも前記p側電極の側に設けら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。 - 前記光のピーク波長は、370ナノメートル以上、400ナノメートル以下であることを特徴とする請求項3記載の半導体発光素子。
- 前記積層構造体は、前記第1主面に対向する第2主面の側に設けられ、サファイアからなる基板をさらに有することを特徴とする請求項4記載の半導体発光素子。
- 前記積層構造体は、単結晶の窒化アルミニウム層を介して前記基板の上に形成されていることを特徴とする請求項5記載の半導体発光素子。
- 前記窒化アルミニウム層は、前記基板の側に設けられ、前記基板とは反対の側よりも炭素の濃度が相対的に高い部分を有することを特徴とする請求項6記載の半導体発光素子。
- 前記n側電極は、前記n型半導体層の側に設けられ、前記光に対して透光性を有する透明導電膜を含むことを特徴とする請求項3記載の半導体発光素子。
- 前記上層金属層は、前記積層構造体の側に設けられ、アルミニウム、アルミニウム合金、ロジウム及びロジウム合金の少なくともいずれかを含む層を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が実装される実装部品と、
を備え、
前記半導体発光素子は、
n型半導体層と、p型半導体層と、前記n型半導体層と前記p型半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
前記p型半導体層に接して設けられたp側電極と、
前記n型半導体層に接して設けられたn側電極と、
前記n型半導体層に接して設けられ、前記発光層から放出される光に対する反射率が前記n側電極の前記光に対する反射率よりも高い高反射絶縁層と、
前記n側電極の少なくとも一部と、前記高反射絶縁層の少なくとも一部と、の上に設けられ、前記n側電極に電気的に接続された上層金属層と、
を有し、
前記n側電極の前記n型半導体層に接触する領域の面積は、前記高反射絶縁層が前記n型半導体層と前記上層金属層とに挟まれている領域の面積よりも小さく、
前記積層構造体の第1主面の側のp型半導体層の一部が除去された領域において前記n型半導体層が露出され、前記n側電極及び前記高反射絶縁層は、前記露出された前記n型半導体層に接して設けられ、
前記p側電極は、前記n側電極が設けられた前記積層構造体の前記第1主面の側の前記p型半導体層に接して設けられ、
前記実装部品は複数の実装電極を有し、
前記半導体発光素子の前記第1主面と、前記実装部品の前記実装電極と、が対向して配置され、
前記上層金属層が前記実装電極のいずれかに電気的に接続され、前記p側電極が前記実装電極の別のいずれかに電気的に接続されていることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記光を吸収し、前記光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換層をさらに備えたことを特徴とする請求項10記載の半導体発光装置。
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