JP2006032779A

JP2006032779A - 窒化物半導体発光素子

Info

Publication number: JP2006032779A
Application number: JP2004211653A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Konya; 克徳紺谷; Shigeru Yamamoto; 山本　　茂
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】半田から与えられる応力を遮蔽して半導体層へのダメージを抑制した窒化物半導体発光素子を提供することである。
【解決手段】窒化物半導体発光素子１０は、絶縁性基板１１上にｎ−ＧａＮ層１２が形成され、ｎ−ＧａＮ層１２上にｐ−ＧａＮ層１３とｎ電極１４とが形成され、ｐ−ＧａＮ層１３上にｐ電極１５が形成され、ｎ電極１４の一部が露出する露出部１６ａとｐ電極の一部が露出する露出部１６ｂとを有しながら光取り出し主面の反対面を覆う絶縁膜１６が形成され、露出孔１６ａを埋める半田電極１７ａと露出孔１６ｂを埋める半田電極１７ｂとが形成されて構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にｐ及びｎ伝導型窒化物半導体層が積層された窒化物半導体発光素子に関するものである。

窒化物半導体発光素子は一般にサファイア等の絶縁性基板上に成長される。そのため素子の電極は半導体層側に正負一対の電極が形成された所謂フリップチップ型が採用される。この素子は、ヒートシンク、サブマウント、ステム等の熱伝導性の良い支持体に電極側を対向させてボンディングされ得る（フェイスダウンボンディング）。そのボンディングには一般に半田が用いられる。

特許文献１には、同一面側に正負一対の電極を有するレーザチップが、支持体にフェイスダウンでボンディングされてなるレーザ素子であって、前記支持体の表面には絶縁膜が形成されて、その絶縁膜の表面にリード電極が形成されており、前記レーザチップの少なくとも一方の電極が前記リード電極にボンディングされているレーザ素子が開示されている。これにより、素子の放熱性を高めている。

また特許文献１では、正負両電極の段差を補って安定してボンディングするために、支持体側の絶縁膜やリード電極の厚さを調整し、素子を水平にボンディングしている。
特開平９−２２３８４６号公報

しかしながら、正負両電極に段差がなければ支持体側で厚さを調整する必要はない。

また、一般に半田を用いた接着は、金属の溶融・凝固で行われるため、接着部分へ応力によるダメージを与えやすい。これにより、発光層が半導体層表面に近い位置に存在する窒化物半導体発光素子において、半導体層への影響が懸念される。

本発明は、半田から与えられる応力を遮蔽して半導体層へのダメージを抑制した窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。また、支持体への接着面を平坦化して接着の安定化を図った窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、基板上にｐ及びｎ伝導型窒化物半導体層が積層された窒化物半導体発光素子において、光取り出し主面の反対面に形成されたｐ及び／又はｎ電極と、該電極の一部が露出する露出孔を有しながら光取り出し主面の反対面を覆う絶縁膜と、少なくとも前記露出孔を埋める半田電極とを備えたことを特徴とする。

なお、支持体への接着安定性の観点から前記絶縁膜の表面を略平坦面とすることが望ましい。

また、前記絶縁膜には有機物を用いることができ、特にポリイミドが好ましい。また、絶縁膜は有機物と無機物との積層構造としてもよい。有機物としてはポリイミド、無機物としてはＳｉＮやＳｉＯ_２を用いるができる。

また、支持体への接着安定性の観点から前記露出孔の上方の半田電極の表面を凹面としてもよい。

また、半田を流し込む際に生じる応力を遮断するために、前記光取り出し主面の反対面に形成されたｐ及び／又はｎ電極と前記半田電極との間に導電性のカバー電極を形成してもよい。

また、前記カバー電極の表面積が前記露出孔よりも大きいことが好ましい。

本発明によれば、露出孔を有する絶縁膜を導入することにより、半田を流し込む際に生じる応力をある程度遮蔽して半導体層へのダメージを抑制することができる。

また本発明によれば、絶縁膜の表面を略平坦面とすることにより、窒化物半導体発光素子を支持体にボンディングする際に、水平に安定して接着できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

〈第１の実施形態〉
図１は、第１の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。窒化物半導体発光素子１０は、絶縁性基板１１上にｎ−ＧａＮ層１２が形成され、ｎ−ＧａＮ層１２上にｐ−ＧａＮ層１３とｎ電極１４とが形成され、ｐ−ＧａＮ層１３上にｐ電極１５が形成され、ｎ電極１４の一部が露出する露出部１６ａとｐ電極の一部が露出する露出部１６ｂとを有しながら光取り出し主面の反対面を覆う絶縁膜１６が形成され、露出孔１６ａを埋める半田電極１７ａと露出孔１６ｂを埋める半田電極１７ｂとが形成されて構成される。このように、窒化物半導体発光素子１０はフリップチップ型である。

絶縁性基板１１には、サファイア基板を用いることができる。そして、絶縁性基板１１のｎ−ＧａＮ層１２とは反対側の面が光取り出し主面となる。

ｎ電極１４には、Ａｌ、Ｐｄ、Ａｕ、Ｔｉ等を用いることができる。また、ｐ電極１５には、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等を用いることができる。

絶縁膜１６には、有機物を用いることができる。有機物としては、製膜性、弾性、耐熱性の点からポリイミドが適切である。そして、絶縁膜１６の表面は略平坦面となるように形成することが望ましい。段差をなくすことにより、窒化物半導体発光素子１０を支持体（不図示）にボンディングする際に、水平に安定して接着できるからである。

露出孔１６ａ、１６ｂは、対応する電極１４、１５の一部を露出する大きさとすることにより、半田電極１７ａ、１７ｂとｎ電極１４又はｐ電極１５との接触面積を小さくでき、半田を流し込む際に生じる応力をある程度遮蔽して半導体層へのダメージを抑制することができる。なお、露出孔１６ａ、１６ｂの形状には特に限定はなく、円柱形、紡錘形、三角柱や四角柱などの多角柱形とすることができる。

半田電極１７ａ、１７ｂは、それぞれ露出孔１６ａ、１６ｂを埋めるとともに、絶縁膜１６の表面に広がっている。半田電極１７ａ、１７ｂを絶縁膜１６の表面に広げることにより、支持体への接着力と接着安定性を増している。

〈第２の実施形態〉
図２は、第２の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成部分について説明し、第１の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子２０は、ｎ電極１４の直下にｎ−ＧａＮ層１２及び絶縁性基板１１を貫通する穴が形成され、該穴が導電性材料２１で埋められ、絶縁性基板１１のｎ−ＧａＮ層１２と反対面に、導電性材料２１と接するｎ電極１４’が形成されて構成される。

図１で露出孔１６ａがあった部分は絶縁膜１６で満たされ、絶縁膜１６の表面は略平坦面となるように形成される。

このように、ｐ、ｎ電極を反対面に設けた場合でも、絶縁膜１６を導入することにより、窒化物半導体発光素子２０のボンディング側の表面の段差をなくし、半田電極１７ｂ形成時の半導体層へのダメージを抑制することができる。

〈第３の実施形態〉
図３は、第３の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子３０は、ｎ電極１４の一部が露出する露出部１６ａとｐ電極の一部が露出する露出部１６ｂとを有しながら光取り出し主面の反対面を覆う絶縁膜３１が形成され、該絶縁膜３１上に絶縁膜１６が形成されて構成される。つまり第１の実施形態の絶縁膜１６を絶縁膜１６及び３１に置き換えたものである。

絶縁膜３１には、無機物を用いることができる。無機物としては、ＳｉＮやＳｉＯ_２を用いることができる。

このように、絶縁膜１６の下層に絶縁膜３１を導入することにより、絶縁膜が有機物と無機物との積層構造からなり、絶縁膜１６表面の平坦化を促進することができる。

〈第４の実施形態〉
図４は、第４の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子４０は、露出孔１６ａ、１６ｂの上方の半田電極１７ａ、１７ｂの表面が凹面となっている。

これにより、絶縁膜１６があまり平坦でない場合でも、半田の量を増加させることで接着性と電気接触を可能としている。

〈第５の実施形態〉
図５は、第５の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子５０は、ｎ電極１４と半田電極１７ａとの間、ｐ電極１５と半田電極１７ｂとの間に、それぞれＡｕ等の導電性のカバー電極５１ａ、５１ｂが形成されて構成される。なお、図５に示すように、放熱性向上のためカバー電極５１ａ、５１ｂは、ｎ−ＧａＮ層１２と絶縁膜１６との間、ｐ−ＧａＮ層１３と絶縁膜１６との間に及んでもよい。換言すれば、カバー電極５１ａ、５１ｂの表面積が露出孔１６ａ、１６ｂよりも大きいということである。

このようにカバー電極５１ａ、５１ｂを導入することにより、半田を流し込む際に生じる応力をカバー電極５１ａ、５１ｂで遮蔽して半導体層へのダメージを抑制することができる。

〈第６の実施形態〉
図６は、第６の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第１の実施形態と異なる点について説明し、第１の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子６０は、導電性基板６１が用いられ、導電性基板６１下にｎ電極１４が形成されて構成される。

このように、導電性基板６１を用いることにより、サブマウント等を使用することなく、簡単にランプ等として組み立てることができる。

〈第７の実施形態〉
図７は、第７の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。以下、第６の実施形態と異なる点について説明し、第６の実施形態と同様の構成部分についての説明は省略する。窒化物半導体発光素子７０は、絶縁性基板１１に替えて、半田電極１７ｂ上に導電性の貼替基板７１を設けたものである。

このように、貼替基板７１を用いることにより、第６の実施形態と同様に簡単にランプ等として組み立てることができる。

本発明の窒化物半導体発光素子は、各種ランプをはじめ、光ディスク読み取り用のレーザ素子としても利用することができる。

第１の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第２の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第３の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第４の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第５の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第６の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。第７の実施形態の窒化物半導体発光素子の概略側断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０窒化物半導体発光素子
１１絶縁性基板
１２ｎ−ＧａＮ層
１３ｐ−ＧａＮ層
１４ｎ電極
１５ｐ電極
１６、３１絶縁膜
１６ａ、１６ｂ露出部
１７ａ、１７ｂ半田電極

Claims

基板上にｐ及びｎ伝導型窒化物半導体層が積層された窒化物半導体発光素子において、
光取り出し主面の反対面に形成されたｐ及び／又はｎ電極と、
該電極の一部が露出する露出孔を有しながら光取り出し主面の反対面を覆う絶縁膜と、
少なくとも前記露出孔を埋める半田電極とを備えたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
前記絶縁膜の表面を略平坦面とする請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記絶縁膜が有機物である請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記絶縁膜がポリイミドである請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記絶縁膜が有機物と無機物との積層構造からなる請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記露出孔の上方の半田電極の表面が凹面である請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記光取り出し主面の反対面に形成されたｐ及び／又はｎ電極と、前記半田電極との間に導電性のカバー電極を形成する請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
前記カバー電極の表面積が前記露出孔よりも大きい請求項７記載の窒化物半導体発光素子。