JP2003086843A - 半導体発光素子及び半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光素子及び半導体発光装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来発光素子では、電極が形成された上面と
基板裏面で発生光の多重反射が生じ、発光素子から外部
へ光がなかなか放出されず、さらにP型電極またはN型
電極で吸収され光出力が低減されるという問題が生じ
る。 【解決手段】 透光性基板上に窒化物系積層体を形成
し、その積層体にP型パッド電極、N型パッド電極及び
P型電極が所望の反射率を有し、前記透光性基板とその
上に積層された窒化物系積層体の厚さが60μmから4
60μmから成ることを特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。
基板裏面で発生光の多重反射が生じ、発光素子から外部
へ光がなかなか放出されず、さらにP型電極またはN型
電極で吸収され光出力が低減されるという問題が生じ
る。 【解決手段】 透光性基板上に窒化物系積層体を形成
し、その積層体にP型パッド電極、N型パッド電極及び
P型電極が所望の反射率を有し、前記透光性基板とその
上に積層された窒化物系積層体の厚さが60μmから4
60μmから成ることを特徴とする窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透光性基板上に積
層された化合物半導体発光素子において、化合物半導体
発光素子のチップの積層方向のチップ厚とチップ上面と
下面の反射率に関し、特に、高い光取り出しが得られる
発光素子に関する。
層された化合物半導体発光素子において、化合物半導体
発光素子のチップの積層方向のチップ厚とチップ上面と
下面の反射率に関し、特に、高い光取り出しが得られる
発光素子に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に従来の発光素子構造のチップ断面
の概略図を示す。透光性基板100上に、N型窒化物系
化合物半導体層200、P型窒化物系化合物半導体層3
00、P型透光性電極400、P型パッド電極500と
N型パッド電極600を配置した素子構造が知られてい
る。さらに、透光性基板100側をペーストを用いてリ
ードフレームのカップ底部に載置している。図中dは透
光性基板100とその上に積層された積層体のチップ厚
を示している。また、チップ中の矢印はチップ内部で発
光した光の導波を表わしている。さらにチップ厚に関し
て、例えば、特開平5−343742号公報等にチップ
の製造方法においてサファイヤ基板の厚さを50から3
00μmに調整するという記載がある。
の概略図を示す。透光性基板100上に、N型窒化物系
化合物半導体層200、P型窒化物系化合物半導体層3
00、P型透光性電極400、P型パッド電極500と
N型パッド電極600を配置した素子構造が知られてい
る。さらに、透光性基板100側をペーストを用いてリ
ードフレームのカップ底部に載置している。図中dは透
光性基板100とその上に積層された積層体のチップ厚
を示している。また、チップ中の矢印はチップ内部で発
光した光の導波を表わしている。さらにチップ厚に関し
て、例えば、特開平5−343742号公報等にチップ
の製造方法においてサファイヤ基板の厚さを50から3
00μmに調整するという記載がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の発光素子に
おいては、チップ内部の発光層で発生した光は、主に積
層体の最上部に形成されたP型透光性電極400を通し
て外部に放射し、その光を利用している。このために前
記P型透光性電極400は、発生光に対して透過性を有
していなければならない。しかしながらP型透光性電極
400は薄膜金属にて形成されており、そのためにP型
透光性電極400での透過率が50%から70%程度
(反射率にすると30%から50%)しかなく、上記発
光層で発生した光は、発光素子から外部に放射される際
に光を損失しており、そのために素子外部へ放射される
光が弱く、発光強度が弱いものしか得られていなかっ
た。さらに、前記発光層から放射される光は、上部つま
りP型透光性電極400側ばかりでなく下部(ここでは
基板側)および横方向にも放射されている。図6を用い
て説明すると図中の矢印に示したように、発光層から放
射された光の一部は下部方向に進み基板底部で反射さ
れ、再度、上部のP型透光性電極400で光の一部が下
部方向に反射され基板方向に進むということを繰り返
す。このために図6のP型透光性電極400(反射率R
1)またはP型パッド電極500により外部へ放射され
る光が遮られることになる。また基板裏面(反射率R
3)で反射されて上部へ進行した光がN型パッド電極6
00(反射率R2)によっても光が遮られることになっ
ている。このことより、電極が形成された従来発光素子
の上面と基板裏面で発生光の多重反射が生じ、発光素子
から外部へ光がなかなか放出されず、さらにP型電極ま
たはN型電極で吸収され光出力が低減されるという問題
が生じる。このために、従来構造の発光素子において
は、発光層から放射される全光出力を低下させるという
問題が生じるている。
おいては、チップ内部の発光層で発生した光は、主に積
層体の最上部に形成されたP型透光性電極400を通し
て外部に放射し、その光を利用している。このために前
記P型透光性電極400は、発生光に対して透過性を有
していなければならない。しかしながらP型透光性電極
400は薄膜金属にて形成されており、そのためにP型
透光性電極400での透過率が50%から70%程度
(反射率にすると30%から50%)しかなく、上記発
光層で発生した光は、発光素子から外部に放射される際
に光を損失しており、そのために素子外部へ放射される
光が弱く、発光強度が弱いものしか得られていなかっ
た。さらに、前記発光層から放射される光は、上部つま
りP型透光性電極400側ばかりでなく下部(ここでは
基板側)および横方向にも放射されている。図6を用い
て説明すると図中の矢印に示したように、発光層から放
射された光の一部は下部方向に進み基板底部で反射さ
れ、再度、上部のP型透光性電極400で光の一部が下
部方向に反射され基板方向に進むということを繰り返
す。このために図6のP型透光性電極400(反射率R
1)またはP型パッド電極500により外部へ放射され
る光が遮られることになる。また基板裏面(反射率R
3)で反射されて上部へ進行した光がN型パッド電極6
00(反射率R2)によっても光が遮られることになっ
ている。このことより、電極が形成された従来発光素子
の上面と基板裏面で発生光の多重反射が生じ、発光素子
から外部へ光がなかなか放出されず、さらにP型電極ま
たはN型電極で吸収され光出力が低減されるという問題
が生じる。このために、従来構造の発光素子において
は、発光層から放射される全光出力を低下させるという
問題が生じるている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、透光性基板上に、n型半導体層、発光層、p型半導
体層、p型電極がこの順に形成され、基板側をマウント
する半導体発光素子において、p型電極の反射率が55
〜100%であることを特徴とする。本願の半導体発光
素子は、透光性基板上に、n型半導体層、発光層、p型
半導体層、p型電極がこの順に形成されて、基板側をマ
ウントする半導体発光素子において、p型電極の反射率
が55〜100%であることを特徴とする。このような
構成とすることによって、p型電極として透光性電極を
形成する必要がなく、形成時の膜厚制御や透過率制御を
必要としなくてすみ、形成が容易である。また、p型電
極の反射率が大きいために基板側へ光が有効に反射され
ることになる。P型電極の反射率を100%にした場合
にはチップの上面からは光が出射されないが、チップ厚
を厚くすることにより側面からの光出力が増加すること
によりチップの側面からの光を利用できる効果を有して
いる。この場合、特に好ましい発光素子の構成は、上面
2電極からなる構成の発光素子ではなく上下電極から構
成され、他方の電極に光が遮られることがない導電性基
板を有するチップにおいてP型電極の反射率を100%
し、チップの側面からの光をより有効に利用するのが好
ましい発光素子の構成である。
は、透光性基板上に、n型半導体層、発光層、p型半導
体層、p型電極がこの順に形成され、基板側をマウント
する半導体発光素子において、p型電極の反射率が55
〜100%であることを特徴とする。本願の半導体発光
素子は、透光性基板上に、n型半導体層、発光層、p型
半導体層、p型電極がこの順に形成されて、基板側をマ
ウントする半導体発光素子において、p型電極の反射率
が55〜100%であることを特徴とする。このような
構成とすることによって、p型電極として透光性電極を
形成する必要がなく、形成時の膜厚制御や透過率制御を
必要としなくてすみ、形成が容易である。また、p型電
極の反射率が大きいために基板側へ光が有効に反射され
ることになる。P型電極の反射率を100%にした場合
にはチップの上面からは光が出射されないが、チップ厚
を厚くすることにより側面からの光出力が増加すること
によりチップの側面からの光を利用できる効果を有して
いる。この場合、特に好ましい発光素子の構成は、上面
2電極からなる構成の発光素子ではなく上下電極から構
成され、他方の電極に光が遮られることがない導電性基
板を有するチップにおいてP型電極の反射率を100%
し、チップの側面からの光をより有効に利用するのが好
ましい発光素子の構成である。
【0005】さらに本発明の半導体発光素子は、透光性
基板裏面からp型半導体層表面までの厚さ(以下チップ
厚とも呼ぶ)が60〜460μmの範囲であることを特
徴とする。このような構成とすることによって、発光層
からの光を素子側面から効率よく取り出すことができ、
発光素子の光出力を上げることができる。
基板裏面からp型半導体層表面までの厚さ(以下チップ
厚とも呼ぶ)が60〜460μmの範囲であることを特
徴とする。このような構成とすることによって、発光層
からの光を素子側面から効率よく取り出すことができ、
発光素子の光出力を上げることができる。
【0006】さらに前記p型電極は、Pd(パラジウ
ム)、Ni(ニッケル)、Pt(白金)、Au(金)、
Ag(銀)等の単層または積層さらにこれらの合金から
成ることを特徴とする。これらの電極を用いることによ
って、良好なオーミック電極を得ることができる。
ム)、Ni(ニッケル)、Pt(白金)、Au(金)、
Ag(銀)等の単層または積層さらにこれらの合金から
成ることを特徴とする。これらの電極を用いることによ
って、良好なオーミック電極を得ることができる。
【0007】さらに本願の半導体発光素子は、透光性基
板裏面の反射率が70%以上であることを特徴とする。
板裏面の反射率が70%以上であることを特徴とする。
【0008】ここで、透光性基板裏面の反射率とは、基
板裏面自体の反射率だけではなく、半導体発光素子をマ
ウントした場合の銀ペーストによる反射やマウント部材
自体による反射も含め、チップを実装した形態での基板
裏面での反射率を指す。
板裏面自体の反射率だけではなく、半導体発光素子をマ
ウントした場合の銀ペーストによる反射やマウント部材
自体による反射も含め、チップを実装した形態での基板
裏面での反射率を指す。
【0009】前記半導体発光素子は、基板裏面に反射層
が形成されていることを特徴とする。
が形成されていることを特徴とする。
【0010】前記反射層は、Au(金)、Ti(チタ
ン)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)、W
(タングステン)、Hf(ハフニウム)等の単層または
積層さらにこれらの合金から成ることを特徴とする。こ
れらの反射層を用いることによって、基板裏面の反射率
は100%程度まで増加させることができる。
ン)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)、W
(タングステン)、Hf(ハフニウム)等の単層または
積層さらにこれらの合金から成ることを特徴とする。こ
れらの反射層を用いることによって、基板裏面の反射率
は100%程度まで増加させることができる。
【0011】前記反射層はn型電極であることを特徴と
する。
する。
【0012】前記半導体発光素子は、p型電極と同じ側
にn型電極が形成されていて、n型電極の反射率は55
〜100%であることを特徴とする。
にn型電極が形成されていて、n型電極の反射率は55
〜100%であることを特徴とする。
【0013】本願の半導体発光装置は、前記半導体発光
素子を、マウントに銀ペーストを用いて載置されること
を特徴とする。
素子を、マウントに銀ペーストを用いて載置されること
を特徴とする。
【0014】さらに、前記透光性基板厚を含む積層方向
の厚さが60μmから300μmの発光素子において、
チップサイズを200μm角程度に縮小した場合、前記
透光性基板と反対側面には、光が透過する面積と同程度
の面積で約100μm径のパッド電極が形成されてい
る。パッド電極は外部への接続するワイヤーボンディン
グを行うため、その面積はある程度確保されていなくて
はならないため、チップ角を200μm程度まで小さく
すると、平面図におけるチップ面積に対するパッド電極
の面積はかなり大きく、チップ面積の半分程度を占めて
しまうことになる。このために前記パッド電極により発
生光が遮られて光出力が低下してしまうという問題点が
生じる。本発明は、チップ側面から光が外部へと出るよ
うにするため、チップサイズを縮小した場合においても
前記透光性基板厚を含む積層方向の厚さを60μmから
460μmにすることにより、チップ側面の面積が増大
するために、光出力を低下させることがない。さらに、
チップサイズを縮小できれば、チップの取れ数を増加さ
せチップの値段を安価にできるため本発明はチップサイ
ズを縮小した場合に対しても効果的であるため好まし
い。
の厚さが60μmから300μmの発光素子において、
チップサイズを200μm角程度に縮小した場合、前記
透光性基板と反対側面には、光が透過する面積と同程度
の面積で約100μm径のパッド電極が形成されてい
る。パッド電極は外部への接続するワイヤーボンディン
グを行うため、その面積はある程度確保されていなくて
はならないため、チップ角を200μm程度まで小さく
すると、平面図におけるチップ面積に対するパッド電極
の面積はかなり大きく、チップ面積の半分程度を占めて
しまうことになる。このために前記パッド電極により発
生光が遮られて光出力が低下してしまうという問題点が
生じる。本発明は、チップ側面から光が外部へと出るよ
うにするため、チップサイズを縮小した場合においても
前記透光性基板厚を含む積層方向の厚さを60μmから
460μmにすることにより、チップ側面の面積が増大
するために、光出力を低下させることがない。さらに、
チップサイズを縮小できれば、チップの取れ数を増加さ
せチップの値段を安価にできるため本発明はチップサイ
ズを縮小した場合に対しても効果的であるため好まし
い。
【0015】さらにまた、透光性基板厚さ例えば450
μmの前記基板を用いて、その上に積層体として窒化物
系半導体発光素子を形成すれば、前記基板裏面を研削ま
たは研磨する必要がないために、チップの値段はさらに
安価となりまた生産性も非常に向上するという効果があ
る。
μmの前記基板を用いて、その上に積層体として窒化物
系半導体発光素子を形成すれば、前記基板裏面を研削ま
たは研磨する必要がないために、チップの値段はさらに
安価となりまた生産性も非常に向上するという効果があ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明を具体的な実施例に基づい
て詳細に説明する。なお、本願明細書において、窒化ガ
リウム系半導体とは、例えば、InxAlyGa1-x-yN
(0≦x,0≦y,x+y≦1)も含むものとする。
て詳細に説明する。なお、本願明細書において、窒化ガ
リウム系半導体とは、例えば、InxAlyGa1-x-yN
(0≦x,0≦y,x+y≦1)も含むものとする。
【0017】(実施の形態1)図1は、本発明の一実施
例を示す断面の概略図である。サファイヤ基板1上にN
型窒化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム
系化合物半導体層3が積層され、サファイア基板1から
P型窒化ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが25
0μmの発光素子とし、P型窒化ガリウム系化合物半導
体層3の上にp型電極4及びP型用パッド電極5、N型
窒化ガリウム系化合物半導体層2上にN型用パッド電極
6および基板裏面に反射層7が形成されている。ここ
で、図中dは前記発光素子のチップ厚250μmを示し
ている。
例を示す断面の概略図である。サファイヤ基板1上にN
型窒化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム
系化合物半導体層3が積層され、サファイア基板1から
P型窒化ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが25
0μmの発光素子とし、P型窒化ガリウム系化合物半導
体層3の上にp型電極4及びP型用パッド電極5、N型
窒化ガリウム系化合物半導体層2上にN型用パッド電極
6および基板裏面に反射層7が形成されている。ここ
で、図中dは前記発光素子のチップ厚250μmを示し
ている。
【0018】次に、本発明の実施例の作製方法を説明す
る。
る。
【0019】まず第一に、例えばMOCVD法(有機金
属気相成長法、以下MOCVD法と記述する。)を用い
て、サファイヤ基板1上に、N型窒化ガリウム系化合物
半導体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順
次積層する。
属気相成長法、以下MOCVD法と記述する。)を用い
て、サファイヤ基板1上に、N型窒化ガリウム系化合物
半導体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順
次積層する。
【0020】次に、前記サファイヤ基板1をMOCVD
装置より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層
3上にほぼ全面にP型電極4としてPdを厚さ7nm形
成し反射率R1として55%を得る。次に、P型用パッ
ド電極5としてAuを厚さ500nm、径100μm形
成する。次に、N型窒化ガリウム系化合物半導体層2の
一部をエッチングし、前記N型窒化ガリウム系化合物半
導体層2の表面を露出させる。露出させたN型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層2上に前記N型パッド電極6とし
て透明導電体であるSn添加In2O3を厚さ150nm
を形成し反射率R2として1%を得る。さらにサファイ
ヤ基板の裏面側に反射層7としてAgを厚さ200nm
形成し反射率R3として90%を得る。さらに、前記サ
ファイヤ基板1にダイヤモンド針を用いてスクライブに
より分割ラインを形成し、前記サファイヤ基板1のウエ
ハーを幅350μm角に分割し、窒化物系半導体発光素
子がチップとして作製される。
装置より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層
3上にほぼ全面にP型電極4としてPdを厚さ7nm形
成し反射率R1として55%を得る。次に、P型用パッ
ド電極5としてAuを厚さ500nm、径100μm形
成する。次に、N型窒化ガリウム系化合物半導体層2の
一部をエッチングし、前記N型窒化ガリウム系化合物半
導体層2の表面を露出させる。露出させたN型窒化ガリ
ウム系化合物半導体層2上に前記N型パッド電極6とし
て透明導電体であるSn添加In2O3を厚さ150nm
を形成し反射率R2として1%を得る。さらにサファイ
ヤ基板の裏面側に反射層7としてAgを厚さ200nm
形成し反射率R3として90%を得る。さらに、前記サ
ファイヤ基板1にダイヤモンド針を用いてスクライブに
より分割ラインを形成し、前記サファイヤ基板1のウエ
ハーを幅350μm角に分割し、窒化物系半導体発光素
子がチップとして作製される。
【0021】ここで、本実施の形態のチップの反射率
は、各々、チップ上面で電極面積と反射率の値から反射
率R1の値を用いて55%、チップ下面で反射率R3と
して90%と考えてよい。これは、チップ上面の面積に
占めるp型電極4の面積は9割、残りの1割がnパッド
電極の面積であるため、上面の面積中、P型電極が8〜
9割もの面積を占めていることによる。
は、各々、チップ上面で電極面積と反射率の値から反射
率R1の値を用いて55%、チップ下面で反射率R3と
して90%と考えてよい。これは、チップ上面の面積に
占めるp型電極4の面積は9割、残りの1割がnパッド
電極の面積であるため、上面の面積中、P型電極が8〜
9割もの面積を占めていることによる。
【0022】前記発光素子の前記透光性基板厚を含む積
層方向の厚さ250μmとし、さらにサファイヤ基板1
の裏面側の反射率を90%にすることにより、発光層か
らの光に対して前記P型電極で反射された光、つまりこ
こでは前記P型電極およびN型電極により遮られていた
光を、250μmと厚く形成された前記透光性基板厚を
含む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、
発光素子から放射される全光出力を増加することができ
る。
層方向の厚さ250μmとし、さらにサファイヤ基板1
の裏面側の反射率を90%にすることにより、発光層か
らの光に対して前記P型電極で反射された光、つまりこ
こでは前記P型電極およびN型電極により遮られていた
光を、250μmと厚く形成された前記透光性基板厚を
含む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、
発光素子から放射される全光出力を増加することができ
る。
【0023】本発明の前記チップをリードフレーム8の
カップ部に載置した模式図を図5に示す。前記チップを
カップ底部にAgペーストを用いて載置し、外部から前
記チップに電流を供給するためにP型パッド電極とN型
パッド電極上にAuワイヤー9を接続し、順方向電流2
0mAを供給したところ前記透光性基板厚を含む積層体
の側面から効率よく外部に放射された光はリードフレー
ムのカップ部の斜面部により上部へと放射されるため、
従来構造チップ厚100μmの光出力2.3mWが約4
0%ほど増加し光出力約3.2mWが得られ、またこの
ときの順方向電圧は3.6Vが得られた。
カップ部に載置した模式図を図5に示す。前記チップを
カップ底部にAgペーストを用いて載置し、外部から前
記チップに電流を供給するためにP型パッド電極とN型
パッド電極上にAuワイヤー9を接続し、順方向電流2
0mAを供給したところ前記透光性基板厚を含む積層体
の側面から効率よく外部に放射された光はリードフレー
ムのカップ部の斜面部により上部へと放射されるため、
従来構造チップ厚100μmの光出力2.3mWが約4
0%ほど増加し光出力約3.2mWが得られ、またこの
ときの順方向電圧は3.6Vが得られた。
【0024】(実施の形態2)図2は、本発明の一実施
例を示す断面の概略図である。サファイヤ基板1上にN
型窒化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム
系化合物半導体層3が積層され、サファイア基板1から
P型窒化ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが35
0μmの発光素子とし、前記発光素子にP型電極41及
びP型用パッド電極5、N型窒化ガリウム系化合物半導
体層2上にN型用パッド電極61および、サファイア基
板裏面に反射層7が形成されている。ここで、図中dは
前記発光素子のチップ厚350μmを示している。
例を示す断面の概略図である。サファイヤ基板1上にN
型窒化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム
系化合物半導体層3が積層され、サファイア基板1から
P型窒化ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが35
0μmの発光素子とし、前記発光素子にP型電極41及
びP型用パッド電極5、N型窒化ガリウム系化合物半導
体層2上にN型用パッド電極61および、サファイア基
板裏面に反射層7が形成されている。ここで、図中dは
前記発光素子のチップ厚350μmを示している。
【0025】次に、本発明の実施例の作製方法を説明す
る。
る。
【0026】まず第一に、例えばMOCVD法を用い
て、サファイア基板1上にN型窒化ガリウム系化合物半
導体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次
積層する。
て、サファイア基板1上にN型窒化ガリウム系化合物半
導体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次
積層する。
【0027】次に、前記サファイヤ基板1をMOCVD
装置より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層
3上にほぼ全面にP型電極41としてPdを厚さ15n
m、Agを厚さ150nm形成し反射率R1として90
%を得る。次に、P型用パッド電極5としてAuを厚さ
700nm、径110μm形成する。次に、N型窒化ガ
リウム系化合物半導体層2の一部をエッチングし、前記
N型窒化ガリウム系化合物半導体層2の表面を露出させ
る。露出させたN型窒化ガリウム系化合物半導体層2上
に前記N型パッド電極61としてTiを厚さ15nm、
Alを厚さ200nm順次形成し反射率R2として90
%を得る。さらにサファイヤ基板の裏面側にAgを厚さ
200nm形成し反射率R3として90%を得る。
装置より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層
3上にほぼ全面にP型電極41としてPdを厚さ15n
m、Agを厚さ150nm形成し反射率R1として90
%を得る。次に、P型用パッド電極5としてAuを厚さ
700nm、径110μm形成する。次に、N型窒化ガ
リウム系化合物半導体層2の一部をエッチングし、前記
N型窒化ガリウム系化合物半導体層2の表面を露出させ
る。露出させたN型窒化ガリウム系化合物半導体層2上
に前記N型パッド電極61としてTiを厚さ15nm、
Alを厚さ200nm順次形成し反射率R2として90
%を得る。さらにサファイヤ基板の裏面側にAgを厚さ
200nm形成し反射率R3として90%を得る。
【0028】さらに、前記サファイヤ基板1にダイヤモ
ンド針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、
前記サファイヤ基板1のウエハーを幅300μm角に分
割し、窒化物系半導体発光素子がチップとして作製され
る。
ンド針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、
前記サファイヤ基板1のウエハーを幅300μm角に分
割し、窒化物系半導体発光素子がチップとして作製され
る。
【0029】ここで、本実施のチップの反射率は各々、
チップ上面の反射率R1はP型電極41の反射率を用い
て90%、チップ下面の反射率R3は反射層7の反射率
を用いて90%と考えてよい。前記発光素子の前記透光
性基板厚を含む積層方向の厚さが350μmとし、さら
にP型電極41の反射率R1として90%、サファイヤ
基板1側の反射率を90%にすることにより効率よくP
型電極41に入射された光をサファイヤ基板1側で反射
させることにより、実施の形態1と同様に厚く形成され
た前記サファイヤ基板1を含む積層体の側面から効率よ
く外部に光を放射させるため、チップから放射される全
光出力を増加することができる。
チップ上面の反射率R1はP型電極41の反射率を用い
て90%、チップ下面の反射率R3は反射層7の反射率
を用いて90%と考えてよい。前記発光素子の前記透光
性基板厚を含む積層方向の厚さが350μmとし、さら
にP型電極41の反射率R1として90%、サファイヤ
基板1側の反射率を90%にすることにより効率よくP
型電極41に入射された光をサファイヤ基板1側で反射
させることにより、実施の形態1と同様に厚く形成され
た前記サファイヤ基板1を含む積層体の側面から効率よ
く外部に光を放射させるため、チップから放射される全
光出力を増加することができる。
【0030】前記チップを実施の形態1と同様に図5の
ように載置する。チップをリードフレーム8のカップ底
部8にAgが形成された前記サファイヤ基板の裏面側を
Agペーストを用いて載置する。ここでは前記サファイ
ヤ基板側はAl/Agペーストにて形成されさらに反射
率を増加させている。
ように載置する。チップをリードフレーム8のカップ底
部8にAgが形成された前記サファイヤ基板の裏面側を
Agペーストを用いて載置する。ここでは前記サファイ
ヤ基板側はAl/Agペーストにて形成されさらに反射
率を増加させている。
【0031】つぎに、外部から前記チップに電流を供給
するためにP型パッド電極とN型パッド電極上にAuワ
イヤー9を接続し、順方向電流20mAを供給したとこ
ろ従来構造チップ厚100μmの光出力2.3mWが約
50%ほど増加し光出力約3.5mWが得られ、またこ
のときの順方向電圧は3.2Vが得られた。
するためにP型パッド電極とN型パッド電極上にAuワ
イヤー9を接続し、順方向電流20mAを供給したとこ
ろ従来構造チップ厚100μmの光出力2.3mWが約
50%ほど増加し光出力約3.5mWが得られ、またこ
のときの順方向電圧は3.2Vが得られた。
【0032】さらに、P型電極41を厚く形成できるた
めに実施に形態1のP型透光性電極はのような薄い電極
を形成する必要はないために、電極の製造方法が非常に
容易で、ひいては発光素子の製造方法が非常に容易であ
るという利点を有している。さらにまた、P型電極41
を厚く形成できるために実施の形態1のP型透光性電極
に比較して電極の膜抵抗の低減と良好なオーミック接触
が得られるために順方向電圧が実施に形態1のそれに比
較して低減できた。
めに実施に形態1のP型透光性電極はのような薄い電極
を形成する必要はないために、電極の製造方法が非常に
容易で、ひいては発光素子の製造方法が非常に容易であ
るという利点を有している。さらにまた、P型電極41
を厚く形成できるために実施の形態1のP型透光性電極
に比較して電極の膜抵抗の低減と良好なオーミック接触
が得られるために順方向電圧が実施に形態1のそれに比
較して低減できた。
【0033】(実施の形態3)図3は、本発明の一実施
例を示す断面の概略図である。GaN基板1上にN型窒
化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム系化
合物半導体層3が積層され、GaN基板1からP型窒化
ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが300μmの
発光素子とし、前記発光素子にP型透光性電極4及びP
型用パッド電極5、GaN基板1にN型用電極6が形成
されている。ここで、図中dは前記発光素子のチップ厚
300μmを示している。
例を示す断面の概略図である。GaN基板1上にN型窒
化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム系化
合物半導体層3が積層され、GaN基板1からP型窒化
ガリウム系化合物半導体層3までの厚さが300μmの
発光素子とし、前記発光素子にP型透光性電極4及びP
型用パッド電極5、GaN基板1にN型用電極6が形成
されている。ここで、図中dは前記発光素子のチップ厚
300μmを示している。
【0034】次に、本発明の実施例の作製方法を説明す
る。
る。
【0035】まず第一に、例えばMOCVD法を用い
て、GaN基板1上に、N型窒化ガリウム系化合物半導
体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次積
層する。
て、GaN基板1上に、N型窒化ガリウム系化合物半導
体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次積
層する。
【0036】次に、前記GaN基板1をMOCVD装置
より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3上
にほぼ全面にP型透光性電極4としてPdを厚さ7nm
形成し反射率R1として55%を得る。次に、P型用パ
ッド電極5としてAuを厚さ500nm、径120μm
形成する。次に、前記GaN基板1の裏面側にN型用電
極6としてTiを厚さ35nm、Alを厚さ50nm、
Agを厚さ200nm順次形成し反射率R3として90
%を得る。
より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3上
にほぼ全面にP型透光性電極4としてPdを厚さ7nm
形成し反射率R1として55%を得る。次に、P型用パ
ッド電極5としてAuを厚さ500nm、径120μm
形成する。次に、前記GaN基板1の裏面側にN型用電
極6としてTiを厚さ35nm、Alを厚さ50nm、
Agを厚さ200nm順次形成し反射率R3として90
%を得る。
【0037】さらに、前記GaN基板1にダイヤモンド
針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、前記
GaN基板1のウエハーを幅350μm角に分割し、窒
化物系半導体発光素子がチップとして作製される。
針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、前記
GaN基板1のウエハーを幅350μm角に分割し、窒
化物系半導体発光素子がチップとして作製される。
【0038】ここで、本実施のチップの反射率は各々、
チップ上面の反射率は電極の反射率の値R1を用いて5
5%、チップ下面の反射率は反射率R3として90%と
考えてよい。
チップ上面の反射率は電極の反射率の値R1を用いて5
5%、チップ下面の反射率は反射率R3として90%と
考えてよい。
【0039】前記発光素子の前記透光性基板厚を含む積
層方向の厚さが300μmとし、さらに透光性基板側の
反射率を90%にすることにより、発光層からの光に対
して前記P型電極で反射された光、つまりここでは前記
P型電極により遮られていた光を前記透光性基板厚を含
む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、チ
ップから外部へと放射される全光出力を増加することが
できる。
層方向の厚さが300μmとし、さらに透光性基板側の
反射率を90%にすることにより、発光層からの光に対
して前記P型電極で反射された光、つまりここでは前記
P型電極により遮られていた光を前記透光性基板厚を含
む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、チ
ップから外部へと放射される全光出力を増加することが
できる。
【0040】本発明の前記チップを図5に示すようにリ
ードフレーム8のカップ部に載置し、前記チップをカッ
プ底部にAgペースト接着剤を用いて載置し、外部から
前記チップに電流を供給するためにP型パッド電極上に
Auワイヤー9を接続し、順方向電流20mAを供給し
たところ従来構造より光出力が約50%ほど増加し光出
力約3.5mWが得られ、またこのときの順方向電圧は
3.4Vが得られた。
ードフレーム8のカップ部に載置し、前記チップをカッ
プ底部にAgペースト接着剤を用いて載置し、外部から
前記チップに電流を供給するためにP型パッド電極上に
Auワイヤー9を接続し、順方向電流20mAを供給し
たところ従来構造より光出力が約50%ほど増加し光出
力約3.5mWが得られ、またこのときの順方向電圧は
3.4Vが得られた。
【0041】(実施の形態4)図4は、本発明の一実施
例を示す断面の概略図である。GaN基板1上にN型窒
化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム系化
合物半導体層3が積層されその厚さが450μmの発光
素子とし、前記発光素子にp型電極41及びP型用パッ
ド電極5、GaN基板1にN型用電極6が形成されてい
る。ここで、図中dは前記発光素子のチップ厚450μ
mを示している。
例を示す断面の概略図である。GaN基板1上にN型窒
化ガリウム系化合物半導体層2、P型窒化ガリウム系化
合物半導体層3が積層されその厚さが450μmの発光
素子とし、前記発光素子にp型電極41及びP型用パッ
ド電極5、GaN基板1にN型用電極6が形成されてい
る。ここで、図中dは前記発光素子のチップ厚450μ
mを示している。
【0042】次に、本発明の実施例の作製方法を説明す
る。
る。
【0043】まず第一に、例えばMOCVD法を用い
て、GaN基板1上に、n型窒化ガリウム系化合物半導
体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次積
層する。
て、GaN基板1上に、n型窒化ガリウム系化合物半導
体層2、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3を順次積
層する。
【0044】次に、前記GaN基板1をMOCVD装置
より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3上
にほぼ全面にp型電極41としてPdを厚さ10nm、
Agを厚さ150nm形成し反射率R1として90%を
得る。次に、P型用パッド電極5としてAuを厚さ50
0nm、その径100μm形成する。次に、GaN基板
1の裏面側に前記N型用電極6としてHfを厚さ15n
m、Agを厚さ200nm順次形成し反射率R3として
90%を得る。
より取り出し、P型窒化ガリウム系化合物半導体層3上
にほぼ全面にp型電極41としてPdを厚さ10nm、
Agを厚さ150nm形成し反射率R1として90%を
得る。次に、P型用パッド電極5としてAuを厚さ50
0nm、その径100μm形成する。次に、GaN基板
1の裏面側に前記N型用電極6としてHfを厚さ15n
m、Agを厚さ200nm順次形成し反射率R3として
90%を得る。
【0045】さらに、前記GaN基板1にダイヤモンド
針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、前記
GaN基板1のウエハーを幅200μm角に分割し、窒
化物系半導体発光素子がチップとして作製される。ここ
で、本実施のチップの反射率は各々、チップ上面の反射
率は電極の反射率の値R1を用いて90%、チップ下面
の反射率は反射率R3として90%と考えてよい。
針を用いてスクライブにより分割ラインを形成し、前記
GaN基板1のウエハーを幅200μm角に分割し、窒
化物系半導体発光素子がチップとして作製される。ここ
で、本実施のチップの反射率は各々、チップ上面の反射
率は電極の反射率の値R1を用いて90%、チップ下面
の反射率は反射率R3として90%と考えてよい。
【0046】前記発光素子の前記透光性基板厚を含む積
層方向の厚さが450μmとし、さらに透光性基板側の
反射率を90%にすることにより、発光層からの光に対
して前記P型電極で反射された光、つまりここでは前記
P型電極により遮られていた光を前記透光性基板厚を含
む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、チ
ップ外部へと放射される全光出力を増加することができ
る。
層方向の厚さが450μmとし、さらに透光性基板側の
反射率を90%にすることにより、発光層からの光に対
して前記P型電極で反射された光、つまりここでは前記
P型電極により遮られていた光を前記透光性基板厚を含
む積層体の側面から効率よく外部に放射できるため、チ
ップ外部へと放射される全光出力を増加することができ
る。
【0047】前記本実施の形態のチップを図5に示すよ
うに、リードフレーム8のカップ底部にAgペースト接
着剤を用いて載置し、外部から前記チップに電流を供給
するためにP型パッド電極上にAuワイヤー9を接続
し、順方向電流20mAを供給したところ従来構造チッ
プ厚100μmの光出力2.3mWが約60%ほど増加
し光出力約3.7mWが得られ、またこのときの順方向
電圧は3.1Vが得られた。
うに、リードフレーム8のカップ底部にAgペースト接
着剤を用いて載置し、外部から前記チップに電流を供給
するためにP型パッド電極上にAuワイヤー9を接続
し、順方向電流20mAを供給したところ従来構造チッ
プ厚100μmの光出力2.3mWが約60%ほど増加
し光出力約3.7mWが得られ、またこのときの順方向
電圧は3.1Vが得られた。
【0048】さらにまた本実施の形態のように、チップ
サイズを縮小した場合においても前記P型電極で遮られ
ていた光を前記GaN基板厚を含む積層方向の厚さを4
50μmにすることにより、前記透光性基板厚を含む積
層体の側面から効率よく外部に放射できるため、光出力
を低下させることがなく、チップサイズを縮小しチップ
の取れ数を増加させ、チップの値段を安価にできるため
本発明はより効果的である。
サイズを縮小した場合においても前記P型電極で遮られ
ていた光を前記GaN基板厚を含む積層方向の厚さを4
50μmにすることにより、前記透光性基板厚を含む積
層体の側面から効率よく外部に放射できるため、光出力
を低下させることがなく、チップサイズを縮小しチップ
の取れ数を増加させ、チップの値段を安価にできるため
本発明はより効果的である。
【0049】ここで、本実施例では基板裏面側を研削ま
たは研磨法によりいわゆる鏡面とし前記膜厚にしてもよ
いし、基板裏面側を研削または研磨法を用いることなく
前記膜厚の範囲内であればよく、前記基板裏面側に前記
反射層またはN型電極を形成してもよいことは言うまで
もない。
たは研磨法によりいわゆる鏡面とし前記膜厚にしてもよ
いし、基板裏面側を研削または研磨法を用いることなく
前記膜厚の範囲内であればよく、前記基板裏面側に前記
反射層またはN型電極を形成してもよいことは言うまで
もない。
【0050】なお、本願明細書において、窒化ガリウム
系半導体とは、例えば、InxAlyGa1-x-yN(0≦
x,0≦y,x+y≦1)としたが、V族元素にAsや
Pを用いた構成でもよく、積層体はシングルヘテロ構
造、ダブルヘテロ構造、発光層には単一量子井戸構造、
多重量子井戸構造を用いてもよいことは言うまでもな
い。
系半導体とは、例えば、InxAlyGa1-x-yN(0≦
x,0≦y,x+y≦1)としたが、V族元素にAsや
Pを用いた構成でもよく、積層体はシングルヘテロ構
造、ダブルヘテロ構造、発光層には単一量子井戸構造、
多重量子井戸構造を用いてもよいことは言うまでもな
い。
【0051】
【発明の効果】本発明の素子構造によれば、基板と反対
側の面の反射率を55%から90%、基板裏面の反射率
は70%以上を持ち、前記反射率の電極または反射層が
形成されている窒化物系半導体発光素子においてチップ
厚を60μmから460μmとすることにより、前記発
光素子に形成されたP型パッド電極、P型透光性電極及
びN型パッド電極により発生光が遮られることなく、発
生光を発光素子の側面から外部に効率よく放射させるこ
とができ、このために従来構造に比較して約6割増の光
出力が得られた。
側の面の反射率を55%から90%、基板裏面の反射率
は70%以上を持ち、前記反射率の電極または反射層が
形成されている窒化物系半導体発光素子においてチップ
厚を60μmから460μmとすることにより、前記発
光素子に形成されたP型パッド電極、P型透光性電極及
びN型パッド電極により発生光が遮られることなく、発
生光を発光素子の側面から外部に効率よく放射させるこ
とができ、このために従来構造に比較して約6割増の光
出力が得られた。
【図1】実施の形態1の窒化物系半導体発光素子の断面
模式図である。
模式図である。
【図2】実施の形態2の窒化物系半導体発光素子の断面
模式図である。
模式図である。
【図3】実施の形態3の窒化物系半導体発光素子の断面
模式図である。
模式図である。
【図4】実施の形態4の窒化物系半導体発光素子の断面
模式図である。
模式図である。
【図5】実施の形態1のリードフレームのカップ概略部
である。
である。
【図6】従来構造の窒化物系発光素子構造の断面模式図
である。
である。
1…透光性基板
2…N型窒化ガリウム系化合物半導体層
3…P型窒化ガリウム系化合物半導体層
4…P型透光性電極
41…P型電極
5…P型用パッド電極
6…N型用電極
61…N型用電極
7…透光性基板側に形成された反射層
8…リードフレームのカップ概略部
9…Auワイヤー
d…窒化物系発光素子のチップ厚
R1…P型電極の反射率
R2…N型電極の反射率
R3…基板裏面での反射率
100…透光性基板
200…N型窒化物系化合物半導体層
300…P型窒化物系化合物半導体層
400…P型透光性電極
500…P型用パッド電極
600…N型用パッド電極
700…チップ内を導波中の光
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 筆田 麻祐子
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 辰巳 正毅
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
Fターム(参考) 5F041 AA04 CA40 CA82 CA83 CA88
DA07 DA18
Claims (9)
- 【請求項1】 透光性基板上に、n型半導体層、発光
層、p型半導体層、p型電極がこの順に形成され、基板
側をマウントする半導体発光素子において、p型電極の
反射率が55〜100%であることを特徴とする半導体
発光素子。 - 【請求項2】前記半導体発光素子は、透光性基板裏面か
らp型半導体層表面までの厚さが60〜460μmの範
囲であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光
素子。 - 【請求項3】 前記p型電極は、Pd(パラジウム)、
Ni(ニッケル)、Pt(白金)、Au(金)、Ag
(銀)等の単層または積層さらにこれらの合金から成る
ことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光
素子。 - 【請求項4】 前記半導体発光素子は、透光性基板裏面
の反射率が70%以上であることを特徴とする請求項1
から3のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項5】 前記半導体発光素子は、基板裏面に反射
層が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の
半導体発光素子。 - 【請求項6】 前記反射層は、Ti(チタン)、Al
(アルミニウム)、In(インジウム)、W(タングス
テン)、Hf(ハフニウム)等の単層または積層さらに
これらの合金から成ることを特徴とする請求項5に記載
の半導体発光素子。 - 【請求項7】 前記反射層はn型電極であることを特徴
とする請求項5または6に記載の半導体発光素子。 - 【請求項8】 前記半導体発光素子は、p型電極と同じ
側にn型電極が形成されていて、n型電極の反射率は5
5〜100%であることを特徴とする請求項1から6の
いずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項9】 本願の半導体発光装置は、前記半導体発
光素子を、マウントに銀ペーストを用いて載置されるこ
とを特徴とする半導体発光装置。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001278983A JP2003086843A (ja) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
TW091120035A TW557589B (en) | 2001-09-14 | 2002-09-03 | Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device |
CNB021429529A CN1257562C (zh) | 2001-09-14 | 2002-09-13 | 半导体发光元件和半导体发光装置 |
US10/243,321 US6940099B2 (en) | 2001-09-14 | 2002-09-13 | Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001278983A JP2003086843A (ja) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003086843A true JP2003086843A (ja) | 2003-03-20 |
Family
ID=19103257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001278983A Pending JP2003086843A (ja) | 2001-09-14 | 2001-09-14 | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
Country Status (4)
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---|---|
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JP (1) | JP2003086843A (ja) |
CN (1) | CN1257562C (ja) |
TW (1) | TW557589B (ja) |
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- 2001-09-14 JP JP2001278983A patent/JP2003086843A/ja active Pending
-
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- 2002-09-03 TW TW091120035A patent/TW557589B/zh not_active IP Right Cessation
- 2002-09-13 CN CNB021429529A patent/CN1257562C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2002-09-13 US US10/243,321 patent/US6940099B2/en not_active Expired - Lifetime
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