JP2010040937A - Semiconductor light emitting element, light emitting device, illuminating apparatus, and display - Google Patents
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Abstract
【課題】従来よりも効率良く光を取り出すことができる半導体発光素子、発光装置、照明装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】基板1表面には、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5がこの順に積層した半導体層30を形成してある。半導体層30の一部には、p型半導体層5及び活性層4をエッチングなどにより除去して露出したn型半導体層3の表面にオーミック電極9を形成してある。基板1上にボンディング電極(nパッド)7を形成してあり、ボンディング電極7は、オーミック電極9を覆うようにして延設され、オーミック電極9に接続してある。半導体層30の他の一部の側面には、半導体層30の外周側面を被覆する被覆膜11を形成してあり、被覆膜11が形成された半導体層30の近傍には、基板1上にボンディング電極(pパッド)8を形成してある。
【選択図】図2A semiconductor light-emitting element, a light-emitting device, a lighting device, and a display device that can extract light more efficiently than before.
On a surface of a substrate, a semiconductor layer is formed by laminating an undoped GaN layer, an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer in this order. An ohmic electrode 9 is formed on a part of the semiconductor layer 30 on the surface of the n-type semiconductor layer 3 exposed by removing the p-type semiconductor layer 5 and the active layer 4 by etching or the like. A bonding electrode (n pad) 7 is formed on the substrate 1. The bonding electrode 7 extends so as to cover the ohmic electrode 9 and is connected to the ohmic electrode 9. A coating film 11 that covers the outer peripheral side surface of the semiconductor layer 30 is formed on another side surface of the semiconductor layer 30. In the vicinity of the semiconductor layer 30 on which the coating film 11 is formed, the substrate 1 A bonding electrode (p pad) 8 is formed thereon.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、発光ダイオード又はレーザダイオード等に用いられる半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光装置、該発光装置を備える照明装置及び表示装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element used for a light emitting diode or a laser diode, a light emitting device including the semiconductor light emitting element, an illumination device including the light emitting device, and a display device.
窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体は、紫外線から青色の波長領域での発光効率の高さから、様々な分野に用途が広まっている。例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光ダイオードを蛍光体と組み合わせた白色光源による照明分野への応用が始まっている。しかし、一般家庭、オフィスなどで使用されている数十W〜100W程度の蛍光灯を発光ダイオードに置き換えるには、コストが高くなるという問題、放熱の問題など発光ダイオードのさらなる発光効率の向上が求められている。 Gallium nitride (GaN) -based compound semiconductors are widely used in various fields because of their high luminous efficiency in the ultraviolet to blue wavelength region. For example, application to the illumination field using a white light source in which a light emitting diode using a gallium nitride compound semiconductor is combined with a phosphor has begun. However, replacing fluorescent lamps of several tens to 100W used in ordinary homes and offices with light-emitting diodes requires further improvements in light-emitting diodes such as high cost and heat dissipation. It has been.
従来から、結晶成長、活性層の構造、電極の材料、チップ上の電極の配置、表面の微細加工などにより光の取り出し効率を改善するための技術が開発されている。例えば、ボンディング用の電極を発光素子の隅に配置することにより発光素子の発光効率を向上することができる半導体発光素子が開示されている(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1の半導体発光素子及び従来の半導体発光素子では、基板表面にn型層、活性層及びp型層の順に積層した半導体層を形成し、p型層及び活性層を除去して露出したn型層の表面に一方のボンディング電極を設ける構成であった。半導体層で発光された光は、半導体層の表面、基板の表面又は側面などから取り出される。しかし、半導体層から放出された光のうち、電極の下側に入り込んだ光は、電極下面で吸収される可能性が高く、素子全体の発光効率を低下させる要因の1つであった。このため、従来よりも一層発光効率を向上させることが望まれていた。
However, in the semiconductor light emitting device of
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、半導体層が形成されていない又は除去された基板表面にボンディング電極を設けることにより、従来よりも効率良く光を取り出すことができる半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光装置、該発光装置を備える照明装置及び表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a semiconductor light emitting device capable of extracting light more efficiently than the prior art by providing a bonding electrode on a substrate surface on which a semiconductor layer is not formed or removed. An object of the present invention is to provide a light-emitting device including the semiconductor light-emitting element, a lighting device including the light-emitting device, and a display device.
また、本発明の目的は、n型層又はp型層との電気的接合を行う部分とボンディング電極の位置とを分離することにより、さらに発光効率を向上させることができる半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光装置、該発光装置を備える照明装置及び表示装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of further improving the light emission efficiency by separating the portion where electrical connection with the n-type layer or the p-type layer is separated from the position of the bonding electrode, and the semiconductor A light-emitting device including a light-emitting element, an illumination device including the light-emitting device, and a display device are provided.
第1発明に係る半導体発光素子は、基板表面の一部にn型層、活性層及びp型層の順に積層した半導体層が形成された半導体発光素子において、前記半導体層の光屈折率は、前記基板の光屈折率より高く、前記半導体層を除去した基板表面部分にn型層用及びp型層用のボンディング電極の少なくとも一方を設けてあることを特徴とする。 The semiconductor light emitting device according to the first aspect of the present invention is a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are stacked in order is formed on a part of a substrate surface. It is characterized in that at least one of an n-type layer and a p-type layer bonding electrode is provided on the substrate surface portion from which the semiconductor layer is removed, which is higher than the optical refractive index of the substrate.
第2発明に係る半導体発光素子は、第1発明において、前記n型層の下側を含む前記基板表面にアンドープ半導体層を形成してあり、前記ボンディング電極は、前記アンドープ半導体層の表面に設けてあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a second invention is the semiconductor light emitting device according to the first invention, wherein an undoped semiconductor layer is formed on the substrate surface including the lower side of the n-type layer, and the bonding electrode is provided on the surface of the undoped semiconductor layer. It is characterized by being.
第3発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面に形成されたn型層接合電極と、該n型層接合電極及び前記n型層用のボンディング電極を接続する導電膜とを備えることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a third invention is the n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer in the first invention or the second invention. And a conductive film that connects the n-type layer bonding electrode and the n-type layer bonding electrode.
第4発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面に形成されたn型層接合電極を備え、該n型層接合電極は、前記n型層用のボンディング電極まで延設して該ボンディング電極に接続してあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a fourth invention is the n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer in the first invention or the second invention. The n-type layer bonding electrode extends to the bonding electrode for the n-type layer and is connected to the bonding electrode.
第5発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面に形成されたn型層接合電極を備え、前記n型層用のボンディング電極は、前記n型層接合電極まで延設して該n型層接合電極に接続してあることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a fifth invention is the n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer in the first invention or the second invention. The n-type layer bonding electrode extends to the n-type layer bonding electrode and is connected to the n-type layer bonding electrode.
第6発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記n型層用のボンディング電極を、前記p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面まで延設して該n型層に直接接続してあり、前記n型層用のボンディング電極は、n型接合電極を兼ねていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting device according to the first or second aspect, wherein the n-type layer bonding electrode is exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer. It extends to the surface and is directly connected to the n-type layer, and the bonding electrode for the n-type layer also serves as an n-type bonding electrode.
第7発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、p型層用のボンディング電極は、少なくともp型層、活性層、n型層を除去して露出したアンドープ層又は基板表面に設けてあり、前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と、該被覆膜の表面に前記電流拡散層及びp型層用のボンディング電極を接続する導電膜とを備えることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a seventh invention is the semiconductor light emitting device according to the first invention or the second invention, wherein a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and the bonding electrode for the p-type layer is at least a p-type layer, an active layer A layer, an undoped layer exposed by removing the n-type layer, or a substrate surface, a coating film covering an outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer, and the current diffusion layer on the surface of the coating film And a conductive film for connecting the bonding electrode for the p-type layer.
第8発明に係る半導体発光素子は、第1発明又は第2発明において、前記p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、p型層用のボンディング電極は、少なくともp型層、活性層、n型層を除去して露出したアンドープ層又は基板表面に設けてあり、前記電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と、該被覆膜の表面に前記電流拡散補助配線及びp型層用のボンディング電極を接続する導電膜とを備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting device according to the first or second aspect, wherein a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and the bonding electrode for the p-type layer includes at least the p-type layer, the active layer A layer, an undoped layer exposed by removing the n-type layer, or a substrate surface, and a current diffusion auxiliary wiring connected to the current diffusion layer and a coating covering the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer And a conductive film connecting the current diffusion auxiliary wiring and the p-type layer bonding electrode to the surface of the coating film.
第9発明に係る半導体発光素子は、第7発明又は第8発明において、前記導電膜及びn型層接合電極は、同一材質の金属膜であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the seventh or eighth aspect, the conductive film and the n-type layer junction electrode are metal films made of the same material.
第10発明に係る半導体発光素子は、第7発明において、前記p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を備え、前記p型層用のボンディング電極は、前記被覆膜の表面上を前記電流拡散層まで延設して該電流拡散層に接続してあることを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light emitting device according to the seventh aspect of the present invention, further comprising: a current diffusion layer formed on the surface of the p-type layer, and a coating film covering an outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer; The bonding electrode for the p-type layer extends over the surface of the coating film to the current diffusion layer and is connected to the current diffusion layer.
第11発明に係る半導体発光素子は、第8発明において、前記p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、該電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜とを備え、前記p型層用のボンディング電極は、前記被覆膜の表面上を前記電流拡散補助配線まで延設して該電流拡散補助配線に接続してあることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided the semiconductor light emitting device according to the eighth aspect, wherein a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, a current diffusion auxiliary wiring connected to the current diffusion layer, and etching of the semiconductor layer. And the p-type layer bonding electrode extends to the current diffusion auxiliary wiring and is connected to the current diffusion auxiliary wiring. It is characterized by being.
第12発明に係る半導体発光素子は、第8発明において、前記p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、該電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜とを備え、前記電流拡散補助配線は、前記被覆膜の表面上を前記p型層用のボンディング電極まで延設して該ボンディング電極に接続してあることを特徴とする。 A semiconductor light-emitting device according to a twelfth aspect of the present invention is the semiconductor light-emitting element according to the eighth aspect of the present invention, wherein a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, a current diffusion auxiliary wiring connected to the current diffusion layer, and etching of the semiconductor layer A coating film covering the outer peripheral side surface exposed by the step, wherein the current diffusion auxiliary wiring extends on the surface of the coating film to the bonding electrode for the p-type layer and is connected to the bonding electrode. It is characterized by being.
第13発明に係る半導体発光素子は、第1発明乃至第12発明のいずれか1つにおいて、前記ボンディング電極は、Ag、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜を有することを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a thirteenth aspect of the present invention is the semiconductor light emitting device according to any one of the first to twelfth aspects of the present invention, wherein the bonding electrode is a metal film of an alloy mainly composed of Ag, Al, Au, or Pd, or any one of them. It is characterized by having.
第14発明に係る半導体発光素子は、第13発明において、前記金属膜の膜厚は、100nm以上であることを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the thirteenth aspect, the thickness of the metal film is 100 nm or more.
第15発明に係る半導体発光素子は、第13発明又は第14発明において、前記金属膜の最下面と前記基板表面との離隔寸法は、50nm以下であることを特徴とする。 A semiconductor light emitting device according to a fifteenth invention is characterized in that, in the thirteenth or fourteenth invention, a separation dimension between the lowermost surface of the metal film and the substrate surface is 50 nm or less.
第16発明に係る発光装置は、第1発明乃至第15発明のいずれか1つに係る半導体発光素子と、該半導体発光素子を収容する収容部とを備えることを特徴とする。 A light-emitting device according to a sixteenth aspect of the present invention includes the semiconductor light-emitting element according to any one of the first to fifteenth aspects of the present invention and a housing portion that houses the semiconductor light-emitting element.
第17発明に係る照明装置は、第16発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。 An illuminating device according to a seventeenth aspect includes the light emitting device according to the sixteenth aspect.
第18発明に係る表示装置は、第16発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。 A display device according to an eighteenth aspect of the invention includes the light emitting device according to the sixteenth aspect of the invention.
第1発明にあっては、基板表面の半導体層の光屈折率は、基板の光屈折率より高くしてある。例えば、半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体の場合、光屈折率は2.5程度であり、基板がサファイア基板の場合、光屈折率は1.77程度である。n型及びp型のボンディング電極の少なくとも一方を半導体層が形成されていない又は除去された基板表面に設けてある。従来は、例えば、サファイア基板上にn型層、活性層及びp型層の順に積層した半導体層を形成し、p型層及び活性層の一部を除去して露出したn型層の表面にn型層用のボンディング電極を設ける構成であった。この場合、ボンディング電極の下側には、光屈折率の高い(例えば、2.5程度)Gan系半導体層とさらにその下側に光屈折率の低い(例えば、1.77程度)サファイア基板とが配置される。Gan系半導体層と基板との境界において光屈折率の差があるため、Gan系半導体層側から基板側に進入しようとする光は、入射角に応じて境界面で全反射する場合がある。そして、n型ボンディング電極を設ける部分の下のGaN系半導体層の厚さが厚いほど、その下に光が進入しやすくなる。進入した光は、半導体層と基板との境界面、及び半導体層とボンディング電極との境界面で反射を繰り返しながら進むが、ボンディング電極下面の吸収があるため、半導体層の厚みが厚いほど、ボンディング電極下面で吸収される光が多くなり、光の取り出し効率が低下する。一方、基板表面にボンディング電極を設ける場合には、ボンディング電極下側の基板内の光の密度がGaN系半導体層の場合より小さいため、ボンディング電極下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。 In the first invention, the optical refractive index of the semiconductor layer on the substrate surface is higher than the optical refractive index of the substrate. For example, when the semiconductor layer is a gallium nitride compound semiconductor, the optical refractive index is about 2.5, and when the substrate is a sapphire substrate, the optical refractive index is about 1.77. At least one of the n-type and p-type bonding electrodes is provided on the substrate surface where the semiconductor layer is not formed or removed. Conventionally, for example, a semiconductor layer in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are stacked in this order is formed on a sapphire substrate, and a part of the p-type layer and the active layer are removed to expose the surface of the n-type layer. In this configuration, a bonding electrode for the n-type layer is provided. In this case, a Gan-based semiconductor layer having a high optical refractive index (for example, about 2.5) is provided below the bonding electrode, and a sapphire substrate having a low optical refractive index (for example, about 1.77) is provided below the bonding electrode. Is placed. Since there is a difference in the optical refractive index at the boundary between the Gan-based semiconductor layer and the substrate, the light entering the substrate side from the Gan-based semiconductor layer side may be totally reflected at the boundary surface depending on the incident angle. As the GaN-based semiconductor layer under the portion where the n-type bonding electrode is provided is thicker, light becomes easier to enter thereunder. The incident light travels while being repeatedly reflected at the boundary surface between the semiconductor layer and the substrate and the boundary surface between the semiconductor layer and the bonding electrode. However, because of the absorption at the lower surface of the bonding electrode, the thicker the semiconductor layer, the higher the bonding. The amount of light absorbed by the lower surface of the electrode increases, and the light extraction efficiency decreases. On the other hand, when the bonding electrode is provided on the surface of the substrate, the light density in the substrate below the bonding electrode is smaller than that of the GaN-based semiconductor layer, so that the light absorbed by the lower surface of the bonding electrode is reduced and the light is extracted. Efficiency is improved.
第2発明にあっては、基板表面にアンドープ半導体層を形成してあり、その表面に半導体層を形成してある。ボンディング電極は、p型層、活性層及びn型層の一部を除去して露出したアンドープ半導体層の表面にボンディング電極を設けてある。これにより、ボンディング電極の下側の半導体層の厚みを小さくすることができ、ボンディング電極の下側に進入する光を少なくし、ボンディング電極下面で吸収される光を少なくし、光の取り出し効率が向上させることができる。なお、この場合、アンドープ半導体層を除去して基板表面にボンディング電極を設けることもできる。 In the second invention, the undoped semiconductor layer is formed on the substrate surface, and the semiconductor layer is formed on the surface. The bonding electrode is provided on the surface of the undoped semiconductor layer exposed by removing a part of the p-type layer, the active layer, and the n-type layer. As a result, the thickness of the semiconductor layer below the bonding electrode can be reduced, the light entering the lower side of the bonding electrode is reduced, the light absorbed on the lower surface of the bonding electrode is reduced, and the light extraction efficiency is improved. Can be improved. In this case, the undoped semiconductor layer can be removed and a bonding electrode can be provided on the substrate surface.
第3発明にあっては、p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面にn型層接合電極を形成してある。n型層接合電極は、n型層との電気的接合(オーミック接合)を行う部分である。n型層接合電極とn型層用のボンディング電極とを導電膜で接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行う部分とボンディング電極とを物理的に分離することができ、n型層接合電極の材質とボンディング電極の材質とを分けることが可能となる。例えば、n型層接合電極の材質を接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、一層、光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極を機械的強度に優れた金属としてもよい。 In the third invention, the n-type layer junction electrode is formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer. The n-type layer junction electrode is a portion that performs electrical junction (ohmic junction) with the n-type layer. The n-type layer bonding electrode and the n-type layer bonding electrode are connected by a conductive film. As a result, it is possible to physically separate the bonding electrode and the portion that performs electrical bonding with the semiconductor layer, and the material of the n-type layer bonding electrode and the material of the bonding electrode can be separated. For example, the material of the n-type layer junction electrode can be a metal having a low contact resistance, and the material of the bonding electrode having a relatively large occupied area on the substrate can be a metal having a high optical reflectivity. Can be improved. Alternatively, the bonding electrode may be a metal having excellent mechanical strength.
第4発明にあっては、p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面にn型層接合電極を形成してある。n型層接合電極は、n型層との電気的接合(オーミック接合)を行う部分である。n型層接合電極は、n型層用のボンディング電極まで延設してボンディング電極に接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行う部分とボンディング電極とを物理的に分離することができ、n型層接合電極の材質とボンディング電極の材質とを分けることが可能となる。例えば、n型層接合電極の材質を接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、一層、光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極を機械的強度に優れた金属としてもよい。また、n型層接合電極をn型層用のボンディング電極まで延設してボンディング電極に接続するので、n型層接合電極とボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。 In the fourth invention, the n-type layer junction electrode is formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer. The n-type layer junction electrode is a portion that performs electrical junction (ohmic junction) with the n-type layer. The n-type layer bonding electrode extends to the bonding electrode for the n-type layer and is connected to the bonding electrode. As a result, it is possible to physically separate the bonding electrode and the portion that performs electrical bonding with the semiconductor layer, and the material of the n-type layer bonding electrode and the material of the bonding electrode can be separated. For example, the material of the n-type layer junction electrode can be a metal having a low contact resistance, and the material of the bonding electrode having a relatively large occupied area on the substrate can be a metal having a high optical reflectivity. Can be improved. Alternatively, the bonding electrode may be a metal having excellent mechanical strength. In addition, since the n-type layer bonding electrode extends to the bonding electrode for the n-type layer and is connected to the bonding electrode, a process of forming a conductive film for connecting the n-type layer bonding electrode and the bonding electrode becomes unnecessary. The manufacturing process can be simplified.
第5発明にあっては、p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面にn型層接合電極を形成してある。n型層接合電極は、n型層との電気的接合(オーミック接合)を行う部分である。n型層用のボンディング電極は、n型層接合電極まで延設してn型層接合電極に接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行う部分とボンディング電極とを物理的に分離することができ、n型層接合電極の材質とボンディング電極の材質とを分けることが可能となる。例えば、n型層接合電極の材質を接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、一層、光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極を機械的強度に優れた金属としてもよい。また、n型層用のボンディング電極をn型層接合電極まで延設してn型層接合電極に接続するので、n型層接合電極とボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。 In the fifth invention, the n-type layer junction electrode is formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer. The n-type layer junction electrode is a portion that performs electrical junction (ohmic junction) with the n-type layer. The bonding electrode for the n-type layer extends to the n-type layer bonding electrode and is connected to the n-type layer bonding electrode. As a result, it is possible to physically separate the bonding electrode and the portion that performs electrical bonding with the semiconductor layer, and the material of the n-type layer bonding electrode and the material of the bonding electrode can be separated. For example, the material of the n-type layer junction electrode can be a metal having a low contact resistance, and the material of the bonding electrode having a relatively large occupied area on the substrate can be a metal having a high optical reflectivity. Can be improved. Alternatively, the bonding electrode may be a metal having excellent mechanical strength. In addition, since the bonding electrode for the n-type layer extends to the n-type layer bonding electrode and is connected to the n-type layer bonding electrode, there is a process of forming a conductive film for connecting the n-type layer bonding electrode and the bonding electrode. It becomes unnecessary, and the manufacturing process can be simplified.
第6発明にあっては、n型層用のボンディング電極を、p型層及び活性層の一部を除去して露出させたn型層の表面まで延設してn型層に直接接続してある。また、n型層用のボンディング電極は、n型接合電極を兼ねている。これにより、n型層との電気的接合を行うn型層接合電極の形成工程及びn型層接合電極とボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスをさらに簡略化することができる。 In the sixth invention, the bonding electrode for the n-type layer is extended to the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer and directly connected to the n-type layer. It is. The n-type layer bonding electrode also serves as an n-type junction electrode. This eliminates the need for an n-type layer bonding electrode forming step for electrical bonding with the n-type layer and a conductive film forming step for connecting the n-type layer bonding electrode and the bonding electrode, further simplifying the manufacturing process. Can be
第7発明にあっては、p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を形成してある。被覆膜は、例えば、透明誘電体膜を用いることができ、半導体層の側面に露出したn型層及び活性層とp型のボンディング電極との電気的短絡を防止する。被覆膜の表面に電流拡散層とp型のボンディング電極とを接続する導電膜を形成してある。これにより、電流拡散層との電気的接合を行う部分とボンディング電極とを物理的に分離することができ、ボンディング電極の材質とボンディング電極と電流拡散層とを結ぶ配線の材質とを分けることが可能となる。例えば、上記配線の材質を電流拡散層との接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、一層、光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極を機械的強度に優れた金属としてもよい。 In the seventh invention, a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and a coating film for covering the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer is formed. For example, a transparent dielectric film can be used as the coating film, and an electrical short circuit between the n-type layer and active layer exposed on the side surface of the semiconductor layer and the p-type bonding electrode is prevented. A conductive film for connecting the current diffusion layer and the p-type bonding electrode is formed on the surface of the coating film. As a result, it is possible to physically separate the bonding electrode and the portion that is electrically connected to the current diffusion layer, and to separate the bonding electrode material and the wiring material that connects the bonding electrode and the current diffusion layer. It becomes possible. For example, the wiring material can be a metal having a low contact resistance with the current diffusion layer, and the bonding electrode material having a relatively large occupation area on the substrate can be a metal having a high optical reflectance. The extraction efficiency can be improved. Alternatively, the bonding electrode may be a metal having excellent mechanical strength.
第8発明にあっては、p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、電流拡散補助配線を電流拡散層に接続してある。電流拡散補助配線は、電流拡散層の表面に設ける構成でもよく、p型層の表面に設ける構成でもよく、あるいは、p型層の表面と電流拡散層の表面との両方跨った構成でもよい。半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を形成してある。被覆膜は、例えば、透明誘電体膜を用いることができ、半導体層の側面に露出したn型層及び活性層とp型のボンディング電極との電気的短絡を防止する。被覆膜の表面に電流拡散補助配線とp型のボンディング電極とを接続する導電膜を形成してある。これにより、電流拡散補助配線との電気的接合を行う部分とボンディング電極とを物理的に分離することができ、電流拡散補助配線の材質とボンディング電極の材質とを分けることが可能となる。例えば、電流拡散補助配線の材質を電流拡散層との接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、一層、光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極を機械的強度に優れた金属としてもよい。 In the eighth invention, the current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and the current diffusion auxiliary wiring is connected to the current diffusion layer. The current diffusion auxiliary wiring may be provided on the surface of the current diffusion layer, may be provided on the surface of the p-type layer, or may be configured so as to straddle both the surface of the p-type layer and the surface of the current diffusion layer. A coating film is formed to cover the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer. For example, a transparent dielectric film can be used as the coating film, and an electrical short circuit between the n-type layer and active layer exposed on the side surface of the semiconductor layer and the p-type bonding electrode is prevented. A conductive film for connecting the current diffusion auxiliary wiring and the p-type bonding electrode is formed on the surface of the coating film. As a result, it is possible to physically separate the bonding electrode from the portion that is electrically connected to the current diffusion auxiliary wiring, and the material of the current diffusion auxiliary wiring and the material of the bonding electrode can be separated. For example, the material of the current diffusion auxiliary wiring can be a metal having a low contact resistance with the current diffusion layer, and the material of the bonding electrode having a relatively large occupation area on the substrate can be a metal having a high optical reflectance. The light extraction efficiency can be improved. Alternatively, the bonding electrode may be a metal having excellent mechanical strength.
第9発明にあっては、n型層接合電極と被覆膜の表面に形成する導電膜とは、同一材質の金属膜である。これにより、導電膜とn型層接合電極とを同時に形成することができ、製造プロセスをさらに簡略化することができる。 In the ninth invention, the n-type layer bonding electrode and the conductive film formed on the surface of the coating film are metal films made of the same material. Thereby, the conductive film and the n-type layer junction electrode can be formed at the same time, and the manufacturing process can be further simplified.
第10発明にあっては、p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を形成してある。被覆膜は、例えば、透明誘電体膜を用いることができ、半導体層の側面に露出したn型層及び活性層とp型のボンディング電極との電気的短絡を防止する。被覆膜の表面上をp型のボンディング電極を電流拡散層まで延設し電流拡散層に接続してある。これにより、電流拡散層とp型のボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。 In the tenth invention, a current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and a coating film is formed to cover the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer. For example, a transparent dielectric film can be used as the coating film, and an electrical short circuit between the n-type layer and active layer exposed on the side surface of the semiconductor layer and the p-type bonding electrode is prevented. A p-type bonding electrode is extended to the current diffusion layer on the surface of the coating film and connected to the current diffusion layer. This eliminates the need for a conductive film forming step for connecting the current diffusion layer and the p-type bonding electrode, thereby simplifying the manufacturing process.
第11発明にあっては、p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、電流拡散補助配線を電流拡散層に接続してある。電流拡散補助配線は、電流拡散層の表面に設ける構成でもよく、p型層の表面に設ける構成でもよく、あるいは、p型層の表面と電流拡散層の表面との両方跨った構成でもよい。半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を形成してある。被覆膜は、例えば、透明誘電体膜を用いることができ、半導体層の側面に露出したn型層及び活性層とp型のボンディング電極との電気的短絡を防止する。被覆膜の表面上をp型のボンディング電極を電流拡散補助配線まで延設し電流拡散補助配線に接続してある。これにより、電流拡散補助配線とp型のボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。 In the eleventh invention, the current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and the current diffusion auxiliary wiring is connected to the current diffusion layer. The current diffusion auxiliary wiring may be provided on the surface of the current diffusion layer, may be provided on the surface of the p-type layer, or may be configured so as to straddle both the surface of the p-type layer and the surface of the current diffusion layer. A coating film is formed to cover the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer. For example, a transparent dielectric film can be used as the coating film, and an electrical short circuit between the n-type layer and active layer exposed on the side surface of the semiconductor layer and the p-type bonding electrode is prevented. On the surface of the coating film, a p-type bonding electrode is extended to the current diffusion auxiliary wiring and connected to the current diffusion auxiliary wiring. This eliminates the need for a conductive film forming step for connecting the current diffusion auxiliary wiring and the p-type bonding electrode, thereby simplifying the manufacturing process.
第12発明にあっては、p型層の表面に電流拡散層を形成してあり、電流拡散補助配線を電流拡散層に接続してある。電流拡散補助配線は、電流拡散層の表面に設ける構成でもよく、p型層の表面に設ける構成でもよく、あるいは、p型層の表面と電流拡散層の表面との両方跨った構成でもよい。半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を形成してある。被覆膜は、例えば、透明誘電体膜を用いることができ、半導体層の側面に露出したn型層及び活性層とp型のボンディング電極との電気的短絡を防止する。被覆膜の表面上を電流拡散補助配線をp型のボンディング電極まで延設しp型のボンディング電極に接続してある。これにより、電流拡散補助配線とp型のボンディング電極とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。 In the twelfth invention, the current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer, and the current diffusion auxiliary wiring is connected to the current diffusion layer. The current diffusion auxiliary wiring may be provided on the surface of the current diffusion layer, may be provided on the surface of the p-type layer, or may be configured so as to straddle both the surface of the p-type layer and the surface of the current diffusion layer. A coating film is formed to cover the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer. For example, a transparent dielectric film can be used as the coating film, and an electrical short circuit between the n-type layer and active layer exposed on the side surface of the semiconductor layer and the p-type bonding electrode is prevented. On the surface of the coating film, a current diffusion auxiliary wiring extends to the p-type bonding electrode and is connected to the p-type bonding electrode. This eliminates the need for a conductive film forming step for connecting the current diffusion auxiliary wiring and the p-type bonding electrode, thereby simplifying the manufacturing process.
第13発明にあっては、ボンディング電極は、Ag、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜を有する。この場合、ボンディング電極全体をAg、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜としてもよく、あるいは、ボンディング電極の一部を前記金属膜としてもよい。これにより、ボンディング電極での光反射率を大きくし、ボンディング電極下面で吸収される光の量を少なくして光の取り出し効率を向上させることができる。 In the thirteenth invention, the bonding electrode has a metal film of Ag, Al, Au, Pd, or an alloy mainly composed of any one of them. In this case, the entire bonding electrode may be a metal film of an alloy mainly composed of Ag, Al, Au, or Pd, or one of them, or a part of the bonding electrode may be the metal film. Thereby, the light reflectance at the bonding electrode can be increased, the amount of light absorbed at the lower surface of the bonding electrode can be reduced, and the light extraction efficiency can be improved.
第14発明にあっては、金属膜の膜厚は、100nm以上とする。膜厚が100nmより薄い場合には、光の反射率を上げることができず、ボンディング電極下面で吸収される光の量が増加する。膜厚を100nm以上とすることにより、光の取り出し効率を向上させることができる。 In the fourteenth invention, the thickness of the metal film is 100 nm or more. When the film thickness is less than 100 nm, the light reflectance cannot be increased, and the amount of light absorbed by the lower surface of the bonding electrode increases. The light extraction efficiency can be improved by setting the film thickness to 100 nm or more.
第15発明にあっては、金属膜の最下面と基板表面との離隔寸法は、50nm以下とする。ボンディング電極の最下層がAg、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜でない場合、離隔寸法が50nmを超えると光の反射率が低下し、ボンディング電極下面で吸収される光の量が増加する。離隔寸法を50nm以下にすることにより、光の取り出し効率を向上させることができる。 In the fifteenth aspect of the invention, the distance between the lowermost surface of the metal film and the substrate surface is 50 nm or less. If the lowermost layer of the bonding electrode is not a metal film composed mainly of Ag, Al, Au, Pd, or any one of them, the light reflectance decreases when the separation dimension exceeds 50 nm and is absorbed by the lower surface of the bonding electrode. The amount of light that is increased. The light extraction efficiency can be improved by setting the separation dimension to 50 nm or less.
第16発明にあっては、発光装置は、上述の半導体発光素子を収容してある。これにより、光の取り出し効率を向上させることができる発光装置を提供することができる。 In the sixteenth invention, a light-emitting device accommodates the above-described semiconductor light-emitting element. Thereby, the light-emitting device which can improve the extraction efficiency of light can be provided.
第17発明にあっては、上述の発光装置を備えることにより、光の取り出し効率を向上させた照明装置を提供することができる。 According to the seventeenth aspect of the present invention, it is possible to provide an illumination device with improved light extraction efficiency by including the above-described light emitting device.
第18発明にあっては、上述の発光装置を備えることにより、光の取り出し効率を向上させた表示装置を提供することができる。 In the eighteenth aspect of the invention, a display device with improved light extraction efficiency can be provided by including the above-described light emitting device.
本発明によれば、ボンディング電極下側に進入する光を少なくすることができ、ボンディング電極下面で吸収される光の量が少なくなり、従来よりも効率良く光を取り出すことができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the light that enters the lower side of the bonding electrode, the amount of light absorbed by the lower surface of the bonding electrode is reduced, and light can be extracted more efficiently than in the past.
実施の形態1
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る半導体発光素子100の平面図であり、図2は図1のII−II線断面図である。半導体発光素子(以下、発光素子という)100は、複数の発光素子が形成されたウェハを所定の寸法で直方体状に切断して各発光素子を分離したものであり、例えば、LEDチップである。図1及び図2において、1はサファイア基板である。サファイア基板1(以下、基板という)の縦横寸法は、例えば、概略0.1mm〜1mm程度である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a plan view of a semiconductor
基板1の上側表面(上面)中央部には、AlNバッファ層(不図示)、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5がこの順に積層してある。アンドープGaN層2の膜厚は、例えば、約2μmである。n型半導体層3は、例えば、約2μm程度のn−GaN(窒化ガリウム)層、n−AlGaInNクラッド層などから成る。活性層4は、GaN/InGaN−MQW(Multi-quantum Well、多重量子井戸層)型活性層などから成る。また、p型半導体層5は、p−AlGaInN層、約0.3μm程度のp−GaN層、コンタクト層としてのp−InGaN層などから成る。これにより、化合物半導体層を形成して、半導体層30としてのLED構造をなしている。なお、アンドープGaN層2を形成しない構成であってもよい。
At the center of the upper surface (upper surface) of the
p型半導体層5の上面には、電流拡散層6を形成してある。電流拡散層6は、例えば、導電性の透明膜であるITO膜(インジウム錫酸化膜)である。半導体層30の一部には、p型半導体層5及び活性層4をエッチングなどにより除去して露出したn型半導体層3の表面にオーミック電極9を形成してある。
A
オーミック電極9は、例えば、真空蒸着によりV/Al/V/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、Ar雰囲気中でRTA(Rapid Thermal anneal)により約500℃に加熱して形成することができる。オーミック電極9は、n型半導体層3との電気的接合を行う部分である。
The
オーミック電極9が形成された半導体層30の近傍には、基板1上にボンディング電極(nパッド)7を形成してある。ボンディング電極7は、オーミック電極9を覆うようにして延設され、オーミック電極9に接続してある。これにより、オーミック電極9とボンディング電極7とを電気的に接続してある。
A bonding electrode (n pad) 7 is formed on the
半導体層30の近傍のオーミック電極とは異なる場所の側面には、半導体層30の外周側面を被覆する被覆膜11を形成してある。被覆膜11は、例えば、透明誘電体膜を用いることができる。被覆膜11が形成された半導体層30の近傍には、基板1上にボンディング電極(pパッド)8を形成してある。
A
ボンディング電極8は、被覆膜11の表面上を電流拡散層6まで延設してあり、電流拡散層6に接続してあるとともに、電流拡散層6の表面上で電流拡散補助配線10を構成している。これにより、ボンディング電極8と電流拡散層6とを電気的に接続してある。被覆膜11は、ボンディング電極8がN型半導体層3及び活性層4と電気的に接触することを防止する。
The
図1に示すように、ボンディング電極7、8は、平面視が円状であって、矩形状の基板1の対向する辺の周辺部略中央に配置してある。
As shown in FIG. 1, the
ボンディング電極7、8は、Ag、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜を有する。この場合、ボンディング電極7、8全体をAg、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜としてもよく、あるいは、ボンディング電極7、8の一部を上述の金属膜としてもよい。金属膜の膜厚は、100nm以上である。また、ボンディング電極7、8の最下面にAlNバッファ層などの上述の金属膜と組成の異なる層が存在する場合、その層の膜厚は、50nm以下としてある。
The
ボンディング電極7、8には、不図示のワイヤがボンディングされ、外部からそれぞれ正負の電圧が印加される。これにより、ボンディング電極8からの電流は、電流拡散補助配線10を流れ、電流拡散層6全体を通じてp型半導体層5、活性層4、n型半導体層3へ流れ、オーミック電極9を通じてボンディング電極7へ流れることになり、活性層4の広い範囲で光を出射することが可能となる。
Wires (not shown) are bonded to the
発光素子100が上述の構成をなすことにより、発光素子100の内部の活性層4から出射される光を発光素子100の上面側及び側面側から取り出すことができる。なお、発光素子100を、例えば、砲弾型又は表面実装型などのパッケージに組み込んでLEDパッケージ(発光装置)を構成する場合に、光をパッケージ上面に反射させる反射構造をパッケージ側に設け、上面側に効率よく光を出射させることができる。
When the
図3は半導体層30から出射される光の様子を示す模式図である。図3(a)は従来の半導体発光素子の場合を示し、図3(b)は本発明の発光素子100の場合を示す。基板1がサファイア基板の場合、光屈折率は1.77程度である。また、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5で構成される半導体層が窒化ガリウム系化合物半導体の場合、光屈折率は2.5程度である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of light emitted from the
図3(a)に示すように、従来の発光素子では、p型半導体層5及び活性層4をエッチング等で除去して露出したn型半導体層3の表面にボンディング電極7を設ける構成であった。この場合、ボンディング電極7の下側には、光屈折率の高い(例えば、2.5程度)n型半導体層3とさらにその下側に光屈折率の低い(例えば、1.77程度)基板1とが配置される。n型半導体層3と基板1との境界において光屈折率の差があるため、n型半導体層3から基板1へ進入しようとする光は、入射角に応じて境界面で全反射する場合がある。そして、ボンディング電極7下側のn型半導体層3に進入する光が増加する。このため、ボンディング電極7下面で吸収される光が多くなり、光の取り出し効率が低下する。
As shown in FIG. 3A, the conventional light emitting device has a configuration in which the
一方、図3(b)に示すように、本発明の発光素子100では、基板1の表面にボンディング電極7を設ける構成であるため、ボンディング電極7下側にn型半導体層3が配されている場合のようにボンディング電極7の下側に進入する光は多くなく、ボンディング電極7下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, in the
なお、図3の例では、基板1表面のアンドープ半導体層を省略しているが、アンドープ半導体層が存在する場合には、p型半導体層5、活性層4及びn型半導体層3を除去して露出したアンドープ半導体層(不図示)の表面にボンディング電極7を設けてもよい。この場合には、ボンディング電極7の下側の半導体層の厚みを小さくすることができ、ボンディング電極7の下側に進入する光を少なくし、ボンディング電極7下面で吸収される光を少なくし、光の取り出し効率が向上させることができる。
3, the undoped semiconductor layer on the surface of the
図3では、ボンディング電極7の場合について説明したが、ボンディング電極8の場合も同様である。
Although the case of the
次に本発明に係る発光素子100の製造方法について説明する。図4及び図5は発光素子100の製造工程を示す説明図である。図4(a)に示すように、有機金属化学気相成長法(MO−CVD法)により、基板(サファイア基板)1上に、最初に約400℃でAlNバッファ層(不図示)を成長させ、その後、約2μmのアンドープGaN層2、約2μmのn−GaN層、n−AlGaInNクラッド層などからなるn型半導体層3、GaN/InGaN−MQW型の活性層4、p−AlGaInN層、約0.3μm程度のp−GaN層、コンタクト層としてのp−InGaN層などからなるp型半導体層5をこの順に形成したLED構造を生成する。MO−CVD装置から取り出した基板1に紫外線を照射しながら、約400℃に加熱し、p型半導体層5の活性化を行う。
Next, a method for manufacturing the
図4(b)に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、フォトレジストをマスクとして、発光素子100の外周部、ボンディング電極(nパッド)7及びボンディング電極(pパッド)8を配置する部分を基板1の表面が露出するまで塩素系ガスでドライエッチングする。
As shown in FIG. 4B, by photolithography and dry etching, the outer peripheral portion of the
次に、図4(c)に示すように、ドライエッチングによりp型半導体層5及び活性層4を除去してn型半導体層3が露出するまでエッチングし、オーミック電極(nオーミック電極)9を設けるための領域31を形成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the p-
次に、図4(d)に示すように、p型半導体層5の表面に導電性の透明膜であるITO膜を真空蒸着及びスパッタリングにより約200nm成膜して電流拡散層6を形成する。
Next, as shown in FIG. 4D, a
次に、図5(e)に示すように、真空蒸着によりV/Al/V/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、Ar雰囲気中でRTA(Rapid Thermal anneal)により約500℃に加熱してオーミック電極9及びITO膜のアニールを同時に行う。これにより、オーミック電極9を形成する。
Next, as shown in FIG. 5 (e), V / Al / V / Au is deposited by vacuum deposition, patterned by the lift-off method, and heated to about 500 ° C. by RTA (Rapid Thermal Anneal) in an Ar atmosphere. The
次に、プラズマCVDにより、SiO2 膜を全面に成膜し、図5(f)に示すように、希釈フッ酸により、ボンディング電極7、8を設ける部分、電流拡散層6とボンディング電極(pパッド)8との接合部、素子分離部(基板1の端部)のSiO2 膜を除去する。なお、図5(f)以降では、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5などを積層して構成される半導体層の側面を被覆する被覆膜(SiO2 膜)11のみを図示し、他のSiO2 膜は省略している。
Next, a SiO 2 film is formed on the entire surface by plasma CVD. As shown in FIG. 5F, a portion where the
さらに、図5(g)に示すように、ボンディング電極7、8、電流拡散補助配線10を形成するため、真空蒸着でTi/Auを成膜し、リフトオフによりパターニングする。その後、レーザスクライビングにより素子分離を行い、LEDウェハ(半導体発光素子)を完成する。被覆膜11は、半導体層の側面に露出したn型半導体層3及び活性層4等とボンディング電極8との電気的短絡を防止する。
Further, as shown in FIG. 5G, in order to form the
この場合、ボンディング電極(nパッド)7は、オーミック電極(n型層接合電極)9まで延設してオーミック電極9に接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行う部分(オーミック電極9)とボンディング電極7とを物理的に分離することができ、オーミック電極9の材質とボンディング電極7の材質とを分けることが可能となる。例えば、オーミック電極9の材質を接触抵抗が低い金属(例えば、V/Al/V/Au)とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極7の材質を光学的反射率の大きい金属(例えば、Ni/Al)とすることができ、ボンディング電極7下面で吸収される光の量を低減して光の取り出し効率を向上させることができる。あるいは、ボンディング電極7の材質を機械的強度に優れた金属(例えば、Ti/Au、Ni/Auなど)としてもよい。これにより、ボンディングがし易くなり、かつ剥がれにくくなる。また、ボンディング電極7をオーミック電極9まで延設してオーミック電極9に接続するので、オーミック電極9とボンディング電極7とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。
In this case, the bonding electrode (n pad) 7 extends to the ohmic electrode (n-type layer bonding electrode) 9 and is connected to the
また、被覆膜11の表面上を、ボンディング電極8を電流拡散層6まで延設し電流拡散層6に接続してある。これにより、電流拡散層6とボンディング電極8とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。また、ボンディング電極8と電流拡散補助配線10とを同時に形成することができる。
Further, on the surface of the
なお、上述の例で、電流拡散補助配線10を設けない構成とすることもできる。
In the above example, the current diffusion
発光素子100では、基板1の表面にボンディング電極7を設ける構成であるため、ボンディング電極7下側にn型半導体層3が配されている場合のようにボンディング電極7の下側に進入する光は多くなく、ボンディング電極7下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。また、ボンディング電極8についても、基板1の表面に設けているので、ボンディング電極8下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。
Since the
実施の形態2
図6は実施の形態2の半導体発光素子110の平面図であり、図7は図6のVII−VII線断面図である。実施の形態1と同様の箇所は同一符号を付している。半導体発光素子(以下、発光素子という)110は、複数の発光素子が形成されたウェハを所定の寸法で直方体状に切断して各発光素子を分離したものであり、例えば、LEDチップである。図6及び図7において、1はサファイア基板である。サファイア基板1(以下、基板という)の縦横寸法は、例えば、概略0.1mm〜1mm程度である。
6 is a plan view of the semiconductor
基板1の上側表面(上面)中央部には、実施の形態1と同様に、AlNバッファ層(不図示)、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5がこの順に積層してある。これにより、化合物半導体層を形成して、半導体層30としてのLED構造をなしている。なお、アンドープGaN層2を形成しない構成であってもよい。
Similar to the first embodiment, an AlN buffer layer (not shown), an
p型半導体層5の上面には、電流拡散層6を形成してある。電流拡散層6は、例えば、導電性の透明膜であるITO膜(インジウム錫酸化膜)である。半導体層30の略中央には、n型ボンディング電極を設けるために、半導体層30をエッチングにより除いて基板1を露出した部分があり、その周囲には、p型半導体層5及び活性層4をエッチングなどにより除去して露出したn型半導体層3の表面にオーミック電極9を形成してある。
A
オーミック電極9は、例えば、真空蒸着によりV/Al/V/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、Ar雰囲気中でRTA(Rapid Thermal anneal)により約500℃に加熱して形成することができる。オーミック電極9は、n型半導体層3との電気的接合を行う部分である。
The
オーミック電極9が形成された半導体層30の内側には、基板1上にボンディング電極(nパッド)7を形成してある。ボンディング電極7は、オーミック電極9を覆うようにして延設され、オーミック電極9に接続してある。これにより、オーミック電極9とボンディング電極7とを電気的に接続してある。
A bonding electrode (n pad) 7 is formed on the
半導体層30のp型ボンディング電極8と対向する側面には、半導体層30の外周側面を被覆する被覆膜11を形成してある。被覆膜11は、例えば、透明誘電体膜を用いることができる。被覆膜11が形成された半導体層30の近傍には、基板1上にボンディング電極(pパッド)8を形成してある。
A
電流拡散層6の表面には、電流拡散補助配線12を形成してある。電流拡散補助配線12は、例えば、真空蒸着によりV/Al/V/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、Ar雰囲気中でRTA(Rapid Thermal anneal)により約500℃に加熱して形成することができる。電流拡散補助配線12は、電流拡散層6を介してp型半導体層5との電気的接合を行う部分である。
A current diffusion
ボンディング電極8は、被覆膜11の表面上を電流拡散補助配線12まで延設して電流拡散補助配線12に接続してある。これにより、ボンディング電極8と電流拡散補助配線12とを電気的に接続してある。被覆膜11は、ボンディング電極8がN型半導体層3及び活性層4と電気的に接触することを防止する。
The
図6に示すように、ボンディング電極7、8は、平面視が円状であり、ボンディング電極(nパッド)7は、矩形状の基板1の略中央部に配置してあり、ボンディング電極(pパッド)8は、基板1の角部に配置してある。
As shown in FIG. 6, the
ボンディング電極7、8は、Ag、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜を有する。この場合、ボンディング電極7、8全体をAg、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜としてもよく、あるいは、ボンディング電極7、8の一部を上述の金属膜としてもよい。金属膜の膜厚は、100nm以上である。また、ボンディング電極7、8と基板1との間にアンドープGaN層が存在する場合、その層の膜厚は、50nm以下としてある。
The
ボンディング電極8、7には、不図示のワイヤがボンディングされ、外部からそれぞれ正負の電圧が印加される。これにより、ボンディング電極8からの電流は、電流拡散補助配線12を流れ、電流拡散層6全体を通じてp型半導体層5、活性層4、n型半導体層3へ流れ、オーミック電極9を通じてボンディング電極7へ流れることになり、半導体層30の広い範囲で光を出射することが可能となる。
Wires (not shown) are bonded to the
実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、発光素子110では、基板1の表面にボンディング電極7を設ける構成であるため、ボンディング電極7下側にn型半導体層3が配されている場合のようにボンディング電極7の下側に進入する光は多くなく、ボンディング電極7下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。また、ボンディング電極8についても、基板1の表面に設けているので、ボンディング電極8下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, since the
次に、実施の形態2の発光素子110の製造方法について説明する。図8及び図9は実施の形態2の発光素子110の製造工程を示す説明図である。図8(a)に示すように、有機金属化学気相成長法(MO−CVD法)により、基板(サファイア基板)1上に、最初に約400℃でAlNバッファ層(不図示)を成長させ、その後、約2μmのアンドープGaN層2、約2μmのn−GaN層、n−AlGaInNクラッド層などからなるn型半導体層3、GaN/InGaN−MQW型の活性層4、p−AlGaInN層、約0.3μm程度のp−GaN層、コンタクト層としてのp−InGaN層などからなるp型半導体層5をこの順に形成したLED構造を生成する。MO−CVD装置から取り出した基板1に紫外線を照射しながら、約400℃に加熱し、p型半導体層5の活性化を行う。
Next, a method for manufacturing the light-emitting
図8(b)に示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングにより、フォトレジストをマスクとして、発光素子110の外周部、ボンディング電極(nパッド)7及びボンディング電極(pパッド)8を配置する部分を基板1の表面が露出するまで塩素系ガスでドライエッチングする。
As shown in FIG. 8B, by photolithography and dry etching, a portion where the outer peripheral portion of the
次に、図8(c)に示すように、ドライエッチングによりp型半導体層5及び活性層4を除去してn型半導体層3が露出するまでエッチングし、オーミック電極(nオーミック電極)9を設けるための領域31を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, the p-
次に、図8(d)に示すように、p型半導体層5の表面に導電性の透明膜であるITO膜を真空蒸着及びスパッタリングにより約200nm成膜して電流拡散層6を形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, a
次に、プラズマCVDにより、SiO2 膜を全面に成膜し、図9(e)に示すように、希釈フッ酸により、ボンディング電極7、8を設ける部分、電流拡散補助配線12を設ける部分、n型オーミック電極を設ける部分、素子分離部(基板1の端部)のSiO2 膜を除去する。なお、図9(e)以降では、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5などを積層して構成される半導体層の側面を被覆する被覆膜(SiO2 膜)11のみを図示し、他のSiO2 膜は省略している。
Next, a SiO 2 film is formed on the entire surface by plasma CVD, and as shown in FIG. 9E, a portion where the
次に、図9(f)に示すように、真空蒸着によりV/Al/V/Auを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行う。これにより、n型半導体層5の表面にオーミック電極9を形成するとともに、電流拡散層6の表面に電流拡散補助配線12を形成する。その後、Ar雰囲気中でRTA(Rapid Thermal anneal)により約500℃に加熱してオーミック電極9、電流拡散補助配線12及びITO膜のアニールを同時に行う。
Next, as shown in FIG. 9F, a V / Al / V / Au film is formed by vacuum deposition and patterned by a lift-off method. Thus, the
なお、電流拡散補助配線12は、電流拡散層6の表面に設ける構成でもよく、p型半導体層5の表面に設ける構成でもよく、あるいは、p型半導体層5の表面と電流拡散層6の表面との両方跨った構成でもよい。
The current diffusion
その後、図9(g)に示すように、ボンディング電極7、8を形成するため、フォトリソグラフィの後、スパッタリングでAg−Pd−Cu合金、真空蒸着でNi/Auを成膜して、リフトオフによるパターニングを行う。
Thereafter, as shown in FIG. 9 (g), in order to form
次に、プラズマCVDにより、SiO2 膜を全面に成膜し、希釈フッ酸により、ボンディング電極7、8の上面、素子分離部(基板1の端部)のSiO2 膜を除去する。なお、アンドープGaN層2、n型半導体層3、活性層4、p型半導体層5などを積層して構成される半導体層の側面を被覆する被覆膜(SiO2 膜)11のみを図示し、他のSiO2 膜は省略している。
Next, an SiO 2 film is formed on the entire surface by plasma CVD, and the upper surfaces of the
その後、レーザスクライビングにより素子分離を行い、LEDウェハ(半導体発光素子)を完成する。 Thereafter, element separation is performed by laser scribing to complete an LED wafer (semiconductor light emitting element).
実施の形態2では、被覆膜11の表面上を、ボンディング電極8を電流拡散補助配線12まで延設し電流拡散補助配線12に接続してある。これにより、電流拡散補助配線12との電気的接合を行う部分とボンディング電極8とを物理的に分離することができ、電流拡散補助配線12の材質とボンディング電極8の材質とを分けることが可能となる。例えば、電流拡散補助配線12の材質を接触抵抗が低い金属(例えば、V/Al/V/Au)とし、基板1上の占有面積が比較的大きいボンディング電極8の材質を光学的反射率の大きい金属(例えば、最下層にAg−Pd−Cu合金)とすることができ、ボンディング電極8で吸収される光の量を低減して光の取り出し効率を向上させることができる。また、ボンディング電極8を電流拡散補助配線12まで延設して電流拡散補助配線12に接続するので、電流拡散補助配線12とボンディング電極8とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。
In the second embodiment, the
発光素子110では、基板1の表面にボンディング電極7を設ける構成であるため、ボンディング電極7下側にn型半導体層3が配されている場合のようにボンディング電極7の下側に進入する光は多くなく、ボンディング電極7下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。また、ボンディング電極8についても、基板1の表面に設けているので、ボンディング電極8下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。
Since the
実施の形態3
図10は実施の形態3の半導体発光素子120の平面図であり、図11は図10のXI−XI線断面図である。実施の形態1、2と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。
10 is a plan view of the semiconductor
実施の形態3では、平面視が円形状のボンディング電極(nパッド)7を矩形状の基板1の一辺の周辺部略中央に配置し、平面視が円形状のボンディング電極(pパッド)8をボンディング電極(nパッド)7と対向する位置であって基板1の角部に配置してある。また、オーミック電極9は、ボンディング電極(nパッド)7の周方向に沿って円弧状に配置してある。
In the third embodiment, a bonding electrode (n pad) 7 having a circular shape in plan view is arranged at the substantially center of the peripheral portion of one side of the
発光素子120では、基板1の表面にボンディング電極7を設ける構成であるため、ボンディング電極7下側にn型半導体層3が配されている場合のようにボンディング電極7の下側に進入する光は多くなく、ボンディング電極7下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。また、ボンディング電極8についても、基板1の表面に設けているので、ボンディング電極8下面で吸収される光が少なくなり、光の取り出し効率が向上する。
Since the
実施の形態4
図12は実施の形態4の半導体発光素子130の平面図である。実施の形態4では、平面視が円形状のボンディング電極(nパッド)7を矩形状の基板1の一辺の周辺部略中央に配置し、平面視が円形状のボンディング電極(pパッド)8をボンディング電極(nパッド)7と対向する位置であって基板1の角部に配置してある。また、オーミック電極9は、ボンディング電極(nパッド)7の周方向に沿って円弧状に配置するとともに、基板1の一辺周辺部に沿って延設してある。なお、実施の形態3と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。また、電流拡散層6の表面に電流拡散補助配線12を形成してある。なお、電流拡散補助配線12は、電流拡散層6全体を囲むように配置すればよく、形状、寸法などは適宜設定することができる。
FIG. 12 is a plan view of the semiconductor
実施の形態5
図13は実施の形態5の半導体発光素子140の平面図である。実施の形態5では、平面視が円形状のボンディング電極(nパッド)7、ボンディング電極(pパッド)8を矩形状の基板1の対角線上の角部に配置してある。また、オーミック電極9は、ボンディング電極(nパッド)7の周方向に沿って円弧状に配置するとともに、基板1の一辺周辺部に沿って延設してある。なお、実施の形態1〜4と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 13 is a plan view of the semiconductor
実施の形態6
図14は実施の形態6の半導体発光素子150の要部縦断面図である。図14に示すように、オーミック電極9は、ボンディング電極(nパッド)7まで延設してボンディング電極7に接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行うオーミック電極9とボンディング電極7とを物理的に分離することができ、オーミック電極9の材質とボンディング電極7の材質とを分けることが可能となる。例えば、オーミック電極9の材質を接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極7の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、光の取り出し効率を向上させることができる。また、オーミック電極9をボンディング電極7まで延設してボンディング電極7に接続するので、オーミック電極9とボンディング電極7とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。なお、上述の実施の形態と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view of an essential part of the semiconductor
実施の形態7
図15は実施の形態7の半導体発光素子160の要部縦断面図である。図15に示すように、ボンディング電極(nパッド)7を、p型半導体層5及び活性層4を除去して露出させたn型半導体層3の表面まで延設してn型半導体層4に直接接続してある。また、ボンディング電極7は、n型接合電極を兼ねている。これにより、n型半導体層3との電気的接合を行うオーミック電極の形成工程及びオーミック電極とボンディング電極7とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスをさらに簡略化することができる。なお、上述の実施の形態と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of an essential part of the semiconductor
実施の形態8
図16は実施の形態8の半導体発光素子170の要部縦断面図である。図16に示すように、オーミック電極9とボンディング電極(nパッド)7とを導電膜13で接続してある。これにより、半導体層との電気的接合を行うオーミック電極9とボンディング電極7とを物理的に分離することができ、オーミック電極9の材質とボンディング電極7の材質とを分けることが可能となる。例えば、オーミック電極9の材質を接触抵抗が低い金属とし、基板上の占有面積が比較的大きいボンディング電極7の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。あるいは、ボンディング電極7の材質を機械的強度に優れた金属(例えば、Ti/Au、Ni/Auなど)としてもよい。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view of a main part of a semiconductor
実施の形態9
図17は実施の形態9の半導体発光素子180の要部縦断面図である。図17に示すように、基板1表面にアンドープGaN層2を形成してある。ボンディング電極7は、p型半導体層5、活性層4及びn型半導体層3を除去して露出したアンドープGaN層2の表面に設けてある。これにより、従来のような、アンドープGaN層2及びn型半導体層3の上側にボンディング電極を形成する場合に比べて、ボンディング電極7に下側の半導体層全体の膜厚を薄くすることができ、ボンディング電極7の下側に進入する光を少なくし、ボンディング電極7下面で吸収される光を少なくし、光の取り出し効率が向上させることができる。
FIG. 17 is a longitudinal sectional view of a main part of the semiconductor
実施の形態10
図18は実施の形態10の半導体発光素子190の要部縦断面図である。図18に示すように、電流拡散補助配線12を電流拡散層6の表面とp型半導体層5の表面の両方に跨るように形成してある。ボンディング電極8は、被覆膜11の表面上を電流拡散補助配線12まで延設して電流拡散補助配線12に接続してある。これにより、ボンディング電極8と電流拡散補助配線12とを電気的に接続してある。
FIG. 18 is a longitudinal sectional view of an essential part of the semiconductor
この場合、電流拡散補助配線12とボンディング電極8とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。
In this case, a process of forming a conductive film for connecting the current diffusion
実施の形態11
図19は実施の形態11の半導体発光素子200の要部縦断面図である。図19に示すように、被覆膜11の表面上を、電流拡散補助配線12をボンディング電極8まで延設しボンディング電極8に接続してある。これにより、電流拡散補助配線12とボンディング電極8とを接続するための導電膜の形成工程が不要となり、製造プロセスを簡略化することができる。
FIG. 19 is a longitudinal sectional view of a main part of the semiconductor
実施の形態12
図20は実施の形態12の半導体発光素子210の要部縦断面図である。図20に示すように、p型半導体層5の表面に電流拡散層6を形成してあり、半導体層の外周側面を被覆する被覆膜11を形成してある。被覆膜11の表面に電流拡散層6とボンディング電極(pパッド)8とを接続する導電膜14を形成してある。これにより、電流拡散層6との電気的接合を行う導電膜14とボンディング電極8とを物理的に分離することができ、導電膜14の材質とボンディング電極8の材質とを分けることが可能となる。例えば、導電膜14の材質を電流拡散層6との接触抵抗が低い金属とし、基板1上の占有面積が比較的大きいボンディング電極8の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。あるいは、ボンディング電極8の材質を機械的強度に優れた金属(例えば、Ti/Au、Ni/Auなど)としてもよい。
FIG. 20 is a longitudinal sectional view of main parts of the semiconductor
実施の形態13
図21は実施の形態13の半導体発光素子220の要部縦断面図である。図21に示すように、p型半導体層5の表面に電流拡散層6を形成してあり、電流拡散層6の表面とp型半導体層5の表面の両方に接するように電流拡散補助配線12を形成してある。また、半導体層の外周側面を被覆する被覆膜11を形成してある。被覆膜11の表面に電流拡散補助配線12とボンディング電極(pパッド)8とを接続する導電膜14を形成してある。これにより、電流拡散補助配線12とボンディング電極8とを物理的に分離することができ、電流拡散補助配線12の材質とボンディング電極8の材質とを分けることが可能となる。例えば、電流拡散補助配線12の材質を電流拡散層6との接触抵抗が低い金属とし、基板1上の占有面積が比較的大きいボンディング電極8の材質を光学的反射率の大きい金属とすることができ、光の取り出し効率をさらに向上させることができる。あるいは、ボンディング電極8の材質を機械的強度に優れた金属(例えば、Ti/Au、Ni/Auなど)としてもよい。
FIG. 21 is a longitudinal sectional view of an essential part of the semiconductor
以上説明したように、本発明にあっては、ボンディング電極(nパッド、pパッド)の下側にあるGaN系半導体層を薄くするか、あるいは完全に除去することで、ボンディング電極の下面で吸収される光が減少し、発光素子の側面から光が出射するとともに、その側面で反射された光は発光素子内で多重反射しながら、発光素子の上面、あるいは、いずれかの側面から出射する。このため、光の取り出し効率を従来よりも向上させることができる。 As described above, in the present invention, the GaN-based semiconductor layer under the bonding electrode (n pad, p pad) is thinned or completely removed, so that it is absorbed by the lower surface of the bonding electrode. The emitted light is reduced, light is emitted from the side surface of the light emitting element, and the light reflected by the side surface is emitted from the upper surface of the light emitting element or any one of the side surfaces while being subjected to multiple reflection in the light emitting element. For this reason, the light extraction efficiency can be improved as compared with the prior art.
また、ボンディング電極(nパッド)をn型半導体層と電気的接合を行うオーミック電極と場所的(物理的)に分離することができるとともに、ボンディング電極(pパッド)をp型半導体層又は電流拡散層と電気的接合を行う電流拡散補助配線と場所的(物理的)に分離することができる。このため、オーミック電極又は電流拡散補助配線とボンディング電極下面の材質をそれぞれ別のものを用いることができ、それぞれの部分の機能に最適な材料を選定することが容易になる。例えば、従来のn型半導体層を露出した部分にボンディング電極(nパッド)を設ける構成では、ボンディング電極下面で半導体層とのオーミック接合を行うため、接触抵抗の小さいものであって、かつ反射率が良く、かつ機械的強度に優れたものを選定する必要があったのに対し、本発明では、ボンディング電極とオーミック電極それぞれの部分の機能に最適な材質のものを選定すればよい。すなわち、オーミック電極等には、接触抵抗の小さいV/Al/V/Auなどを用い、ボンディング電極の少なくとも下側又は最下層に光反射率の優れたAg、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金を用いることにより、ボンディング電極下面で吸収される光が少なくなり、さらに光の取り出し効率を向上させることができる。 In addition, the bonding electrode (n pad) can be separated from the ohmic electrode for electrical bonding with the n-type semiconductor layer and locally (physical), and the bonding electrode (p pad) can be separated from the p-type semiconductor layer or current diffusion. It can be separated from the current spreading auxiliary wiring for electrical connection with the layer in a location (physical). For this reason, different materials can be used for the ohmic electrode or the current diffusion auxiliary wiring and the lower surface of the bonding electrode, and it becomes easy to select the optimum material for the function of each part. For example, in the conventional configuration in which the bonding electrode (n-pad) is provided on the exposed portion of the n-type semiconductor layer, since the ohmic contact with the semiconductor layer is performed on the lower surface of the bonding electrode, the contact resistance is low and the reflectance However, in the present invention, a material that is optimal for the functions of the bonding electrode and the ohmic electrode may be selected. That is, V / Al / V / Au or the like having a low contact resistance is used for the ohmic electrode or the like, and Ag, Al, Au, or Pd having excellent light reflectivity is provided at least on the lower side or the lowermost layer of the bonding electrode, or any one of them. By using an alloy composed mainly of one, light absorbed by the lower surface of the bonding electrode is reduced, and the light extraction efficiency can be further improved.
上述の各実施の形態で説明した半導体発光素子(例えば、LEDチップ)パッケージに組み込んで発光装置(LEDパッケージ)とし、この発光装置を光源とする照明装置又は表示装置に組み込むことができる。これにより、発光効率の良好な照明装置又は表示装置を提供することができる。 The light emitting device (LED package) can be incorporated into the semiconductor light emitting element (for example, LED chip) package described in each of the above embodiments, and can be incorporated into an illumination device or a display device using the light emitting device as a light source. Accordingly, it is possible to provide a lighting device or a display device with favorable light emission efficiency.
上述の実施の形態において、オーミック電極9と導電膜14とを同一材質の金属膜とすることができる。これにより、オーミック電極9と導電膜14とを同時に形成することができ、製造プロセスをさらに簡略化することができる。
In the above-described embodiment, the
上述の実施の形態において、pパッドの場合、サファイア基板上に成長したGaN系半導体は、他の半導体に比べて、アンドープでもバックグラウンドでのキャリア濃度が高いため、リーク防止という観点からサファイア基板までエッチングすることが望ましい。また、アンドープ層もわずかな導電性があるため、電気的絶縁を確保するためにボンディング電極とアンドープ層との間に絶縁膜を設けてもよい。 In the above-described embodiment, in the case of the p-pad, the GaN-based semiconductor grown on the sapphire substrate has a higher carrier concentration in the background even when undoped than the other semiconductors. It is desirable to etch. In addition, since the undoped layer also has slight conductivity, an insulating film may be provided between the bonding electrode and the undoped layer in order to ensure electrical insulation.
上述した本発明の半導体発光素子の製造工程において、発光素子分離のために発光素子周辺をサファイア基板までエッチングする工程がすでに含まれている場合には、基板周辺に配置したボンディング電極に関しては、パターンを若干変更するだけで他の変更を加えることなく本発明の発光素子を製造することができる。このため、製造コストを増加することなく、本発明の発光素子を製造することができる。 In the manufacturing process of the semiconductor light emitting device of the present invention described above, when the step of etching the periphery of the light emitting device to the sapphire substrate is already included for separating the light emitting device, the bonding electrode disposed around the substrate is patterned. The light-emitting device of the present invention can be manufactured with only slight changes without adding other changes. For this reason, the light emitting element of this invention can be manufactured, without increasing manufacturing cost.
上述の実施の形態において、pパッド及びnパッドの両者を基板表面に形成する場合について説明したが、nパッドのみ、あるいは、pパッドのみを基板表面に形成する構成でもよい。また、半導体層を基板までエッチングした場合、その段差側面(半導体層側面)から光が出射されることになるが、その光を発光素子上方に取り出すために、ボンディング電極の側面をテーパ状に傾斜させて、半導体層側面から出射された光を上方へ反射させることもできる。 In the above-described embodiment, the case where both the p pad and the n pad are formed on the substrate surface has been described. However, only the n pad or only the p pad may be formed on the substrate surface. In addition, when the semiconductor layer is etched up to the substrate, light is emitted from the side surface of the step (side surface of the semiconductor layer). In order to extract the light above the light emitting element, the side surface of the bonding electrode is inclined in a tapered shape. Thus, the light emitted from the side surface of the semiconductor layer can be reflected upward.
上述の実施の形態において、ボンディング電極(pパッド及びnパッド)の平面視の位置は、一例であって、これらに限定されるものではない。ボンディング電極を基板の周辺又は基板の角部に配置することにより、ボンディング電極及びその周辺の光の発光に寄与しない部分の面積を極力少なくし、発光素子の面積当たりの発光効率を向上させることができる。 In the above-described embodiment, the position of the bonding electrode (p pad and n pad) in plan view is an example, and is not limited to these. By disposing the bonding electrode at the periphery of the substrate or at the corner of the substrate, the area of the bonding electrode and the portion that does not contribute to light emission around the bonding electrode can be reduced as much as possible, and the light emission efficiency per area of the light emitting element can be improved. it can.
1 基板
2 アンドープGaN層
3 n型半導体層
4 活性層
5 p型半導体層
6 電流拡散層
7 ボンディング電極(nパッド)
8 ボンディング電極(pパッド)
9 オーミック電極
10、12 電流拡散補助配線
11 被覆膜
13、14 導電膜
30 半導体層
1
8 Bonding electrode (p-pad)
9
30 Semiconductor layer
Claims (18)
前記半導体層の光屈折率は、前記基板の光屈折率より高く、
前記半導体層を除去した基板表面部分にn型層用及びp型層用のボンディング電極の少なくとも一方を設けてあることを特徴とする半導体発光素子。 In a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer in which an n-type layer, an active layer, and a p-type layer are stacked in this order is formed on a part of a substrate surface.
The refractive index of the semiconductor layer is higher than the refractive index of the substrate,
A semiconductor light-emitting element, wherein at least one of an n-type layer and a p-type layer bonding electrode is provided on a substrate surface portion from which the semiconductor layer has been removed.
前記ボンディング電極は、
前記アンドープ半導体層の表面に設けて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。 An undoped semiconductor layer is formed on the substrate surface including the lower side of the n-type layer;
The bonding electrode is
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting element is provided on a surface of the undoped semiconductor layer.
該n型層接合電極及び前記n型層用のボンディング電極を接続する導電膜と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 An n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer;
The semiconductor light-emitting device according to claim 1, further comprising: a conductive film connecting the n-type layer bonding electrode and the n-type layer bonding electrode.
該n型層接合電極は、
前記n型層用のボンディング電極まで延設して該ボンディング電極に接続してあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 An n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer;
The n-type layer junction electrode is
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device extends to the bonding electrode for the n-type layer and is connected to the bonding electrode.
前記n型層用のボンディング電極は、
前記n型層接合電極まで延設して該n型層接合電極に接続してあることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 An n-type layer junction electrode formed on the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer;
The bonding electrode for the n-type layer is
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device extends to the n-type layer junction electrode and is connected to the n-type layer junction electrode.
前記n型層用のボンディング電極は、n型接合電極を兼ねていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 The bonding electrode for the n-type layer extends to the surface of the n-type layer exposed by removing a part of the p-type layer and the active layer, and is directly connected to the n-type layer;
The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the bonding electrode for the n-type layer also serves as an n-type bonding electrode.
p型層用のボンディング電極は、
少なくともp型層、活性層、n型層を除去して露出したアンドープ層又は基板表面に設けてあり、
前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と、
該被覆膜の表面に前記電流拡散層及びp型層用のボンディング電極を接続する導電膜と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 A current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer;
The bonding electrode for the p-type layer is
At least the p-type layer, the active layer, and the n-type layer are removed and provided on the undoped layer or the substrate surface exposed,
A coating film covering an outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer;
The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising: a conductive film connecting the current diffusion layer and the p-type layer bonding electrode to a surface of the coating film.
p型層用のボンディング電極は、
少なくともp型層、活性層、n型層を除去して露出したアンドープ層又は基板表面に設けてあり、
前記電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、
前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と、
該被覆膜の表面に前記電流拡散補助配線及びp型層用のボンディング電極を接続する導電膜と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体発光素子。 A current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer;
The bonding electrode for the p-type layer is
At least the p-type layer, the active layer, and the n-type layer are removed and provided on the undoped layer or the substrate surface exposed,
A current spreading auxiliary wiring connected to the current spreading layer;
A coating film covering an outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer;
3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising: a conductive film connecting the current diffusion auxiliary wiring and the p-type layer bonding electrode on a surface of the coating film.
前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜を備え、
前記p型層用のボンディング電極は、
前記被覆膜の表面上を前記電流拡散層まで延設して該電流拡散層に接続してあることを特徴とする請求項7に記載の半導体発光素子。 A current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer;
A coating film covering the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer;
The bonding electrode for the p-type layer is
8. The semiconductor light emitting device according to claim 7, wherein the surface of the coating film is extended to the current diffusion layer and connected to the current diffusion layer.
該電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、
前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と
を備え、
前記p型層用のボンディング電極は、
前記被覆膜の表面上を前記電流拡散補助配線まで延設して該電流拡散補助配線に接続してあることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。 A current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer;
Current spreading auxiliary wiring connected to the current spreading layer;
A coating film covering the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer,
The bonding electrode for the p-type layer is
9. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the surface of the coating film is extended to the current diffusion auxiliary wiring and connected to the current diffusion auxiliary wiring.
該電流拡散層に接続された電流拡散補助配線と、
前記半導体層のエッチングにより露出した外周側面を被覆する被覆膜と
を備え、
前記電流拡散補助配線は、
前記被覆膜の表面上を前記p型層用のボンディング電極まで延設して該ボンディング電極に接続してあることを特徴とする請求項8に記載の半導体発光素子。 A current diffusion layer is formed on the surface of the p-type layer;
Current spreading auxiliary wiring connected to the current spreading layer;
A coating film covering the outer peripheral side surface exposed by etching of the semiconductor layer,
The current spreading auxiliary wiring is
9. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein the surface of the coating film extends to the bonding electrode for the p-type layer and is connected to the bonding electrode.
Ag、Al、Au若しくはPd、又はいずれか1つを主体とした合金の金属膜を有することを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 The bonding electrode is
13. The semiconductor light emitting element according to claim 1, comprising a metal film of Ag, Al, Au, Pd, or an alloy mainly composed of any one thereof.
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