JP2012054447A - 半導体発光素子、発光装置、照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高信頼性を有する半導体発光素子、発光装置、照明装置及び表示装置を提供する。
【解決手段】半導体発光素子１００は、基板１上に発光用のｎ型半導体層１１２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層１１３を積層した第１発光用半導体層、発光用のｎ型半導体層１２２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層１２３を積層した第２発光用半導体層を形成してある。また、半導体発光素子１００は、保護用のｎ型半導体層２１２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層２１３を積層した第１保護用半導体層、保護用のｎ型半導体層２２２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層２２３を積層した第２保護用半導体層を形成してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を積層した半導体層が形成された半導体発光素子、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。

従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力かつ長寿命であるという理由で、発光ダイオードが光源として注目を浴びており、照明用の光源だけでなく、照明スイッチ、バックライト光源、イルミネーション光源、アミューズメント機器の装飾など、広い分野で使用されるようになった。

このような発光ダイオードは、用途に合わせて、青色、青緑色、緑色、赤色など所要の単色を発光することができるもの、あるいは１つのパッケージで赤色、緑色、青色のマルチカラーを発光するものもある。また、蛍光体との組み合わせにより白色を発光することができる発光ダイオードも製品化されている。

例えば、ＬＥＤチップ（半導体発光素子）を包囲する包囲部を備え、所定の波長光で励起されて発光する蛍光体を含み、良好な発光効率及び発光光度を有する白色の発光ダイオード（発光装置）が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００４−１６１７８９号公報

しかしながら、特許文献１の発光ダイオード(発光装置)にあっては、パッケージ内に１個のＬＥＤチップ(半導体発光素子)を備えているので、何らかの要因でＬＥＤチップがリーク状態（例えば、発光に寄与しない電流が増加するような状態）になった場合には、発光ダイオードの発光が不安定となり、最悪の場合には発光ダイオードが消灯する。発光ダイオードの用途は様々な分野に拡大しつつあり、特に車載用の発光ダイオードのように、安全性を維持する上で高度な信頼性が要求される分野では、信頼性の高い発光ダイオードが求められている。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、高信頼性を有する半導体発光素子、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。

第１発明に係る半導体発光素子は、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を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、前記基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層した第１及び第２発光用半導体層と、前記基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層し、前記第１及び第２発光用半導体層を保護するための第１及び第２保護用半導体層と、前記第１発光用半導体層のｎ型半導体層と前記第２発光用半導体層のｐ型半導体層とを接続する第１配線層と、前記第１保護用半導体層のｐ型半導体層と前記第２保護用半導体層のｎ型半導体層とを接続する第２配線層と、前記第１発光用半導体層のｐ型半導体層と前記第１保護用半導体層のｎ型半導体層とを接続する第３配線層と、前記第２発光用半導体層のｎ型半導体層と前記第２保護用半導体層のｐ型半導体層とを接続する第４配線層と、前記第２発光用半導体層のｎ型半導体層に接続された第１ボンディング電極と、前記第１発光用半導体層のｐ型半導体層に接続された第２ボンディング電極とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る半導体発光素子は、第１発明において、前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の面積は、前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の面積より大きいことを特徴とする。

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、前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層を前記基板の外周に沿って環状に積層してあり、前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層は、前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の内周側に積層してあることを特徴とする。

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、前記基板は、矩形状をなし、前記第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれを前記基板の四隅に積層してあり、前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法は、前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法より長いことを特徴とする。

第５発明に係る発光装置は、第１発明乃至第４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。

第６発明に係る照明装置は、第５発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。

第７発明に係る表示装置は、第５発明に係る発光装置を備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層した第１及び第２発光用半導体層と、基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層し、第１及び第２発光用半導体層を保護するための第１及び第２保護用半導体層とを備える。そして、第１発光用半導体層のｎ型半導体層と第２発光用半導体層のｐ型半導体層とを第１配線層で接続し、第１保護用半導体層のｐ型半導体層と第２保護用半導体層のｎ型半導体層とを第２配線層で接続し、第１発光用半導体層のｐ型半導体層と第１保護用半導体層のｎ型半導体層とを第３配線層で接続し、第２発光用半導体層のｎ型半導体層と第２保護用半導体層のｐ型半導体層とを第４配線層で接続する。そして、第２発光用半導体層のｎ型半導体層に第１ボンディング電極を接続し、第１発光用半導体層のｐ型半導体層に第２ボンディング電極を接続する。すなわち、発光用半導体層を直列に接続し、保護用半導体層を直列に接続し、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路を逆並列に接続する。これにより、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、例えば、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。

第２発明にあっては、第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の面積は、第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の面積より大きい。これにより、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制しつつ保護素子を内蔵することができる。

第３発明にあっては、第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層を基板の外周に沿って環状に積層し、第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層は、第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の内周側に積層してある。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光は、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光に比べて半導体発光素子の外部へ取り出しにくい。そこで、光の取り出し効率が悪い基板中央部に保護用半導体層を配置し、光の取り出し効率が良い基板周辺部に発光用半導体層を配置することにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。

第４発明にあっては、基板は、矩形状をなし、第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれを基板の四隅に積層する。そして、第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の基板の外周に沿った寸法を、第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の基板の外周に沿った寸法より長くする。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光よりも、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光の方が半導体発光素子の外部へ取り出しやすい。そこで、光の取り出し効率が良い基板周辺部に沿った発光用半導体層の長さを保護用半導体層の長さより長くすることにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。

第５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、消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。

第６発明及び第７発明にあっては、上述の発光装置を備えることにより、消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる照明装置及び表示装置を提供することができる。

本発明によれば、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。

実施の形態１の半導体発光素子の平面構造の一例を示す模式図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。 実施の形態１の半導体発光素子の回路図である。 実施の形態１の半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。 実施の形態１の半導体発光素子の製造工程を示す説明図である。 実施の形態２の半導体発光素子の平面構造の一例を示す模式図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線における半導体発光素子の断面構造の一例を示す断面図である。 本実施の形態の発光装置の構成の一例を示す模式図である。

（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は実施の形態１の半導体発光素子１００の平面構造の一例を示す模式図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における半導体発光素子１００の断面構造の一例を示す断面図であり、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における半導体発光素子１００の断面構造の一例を示す断面図であり、図４は実施の形態１の半導体発光素子１００の回路図である。

本実施の形態の半導体発光素子１００（以下、「発光素子」ともいう。）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〜図３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。）は平面視が矩形状であって、縦横寸法は、例えば、０．３５ｍｍ程度であるが、寸法はこれに限定されるものではない。

図１〜図３に示すように、半導体発光素子１００は、基板１上に発光用のｎ型半導体層１１２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層１１３を積層した第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）、発光用のｎ型半導体層１２２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層１２３を積層した第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）を形成してある。また、半導体発光素子１００は、保護用のｎ型半導体層２１２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層２１３を積層した第１保護用半導体層（ＬＥＤ２１）、保護用のｎ型半導体層２２２、活性層（不図示）及びｐ型半導体層２２３を積層した第２保護用半導体層（ＬＥＤ２２）を形成してある。

より具体的には、第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれは、基板１上に、ＡｌＮバッファ層（不図示）、約２μｍの厚みのアンドープＧａＮ層（不図示）、ｎ型半導体層（１１２、１２２、２１２、２２２）、活性層（不図示）、ｐ型半導体層（１１３、１２３、２１３、２２３）がこの順に積層してある。ｎ型半導体層は、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。また、活性層は、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、発光用半導体層及び保護用半導体層としてのＬＥＤ構造をなしている。なお、アンドープＧａＮ層を形成しない構成であってもよい。

図２、図３に示すように、第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）及び第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）のｐ型半導体層（１１３、１２３）の表面には、電流拡散層（１１４、１２４）を形成してある。電流拡散層は、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。

図２に示すように、第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）のｎ型半導体層１２２、第１保護用半導体層（ＬＥＤ２１）のｎ型半導体層２１２及び第２保護用半導体層（ＬＥＤ２２）のｎ型半導体層２２２の表面には、ｎオーミック電極５を形成してある。また、図３に示すように、第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）のｎ型半導体層１１２の表面には、ｎオーミック電極５を形成してある。

ｎオーミック電極５は、例えば、真空蒸着によりＶ／Ａｕ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行い、窒素及び酸素の混合雰囲気中で約５００℃に加熱して形成することができる。ｎオーミック電極５は、ｎ型半導体層２との電気的接合を行う部分である。

第２発光用半導体層のｎ型半導体層１２２は、ｎオーミック電極５を介して第１ボンディング電極６１を形成してある。

第１発光用半導体層の電流拡散層１１４の表面には、第２ボンディング電極６２を形成してある。すなわち、第１発光用半導体層のｐ型半導体層１１３には、第２ボンディング電極６２を接続してある。

第２ボンディング電極６２は、配線層６３を介して第１保護用半導体層のｎ型半導体層２１２に接続されている。

第１保護用半導体層のｐ型半導体層２１３は、電流拡散層２１４を介して配線層６４により第２保護用半導体層のｎ型半導体層２２２に接続してある。

第２保護用半導体層のｐ型半導体層２２３は、電流拡散層２２４を介して配線層６５により第１ボンディング電極６１に接続してある。

また、図１、図３に示すように、第１発光用半導体層のｎ型半導体層１１２は、配線層６６、６７により第２発光用半導体層の電流拡散層１２４に接続してある。すなわち、第１発光用半導体層のｎ型半導体層１１２は、配線層６６、６７により第２発光用半導体層のｐ型半導体層１２３に接続してある。

第１ボンディング電極６１、第２ボンディング電極６２、配線層６３、６４、６５、６６は、例えば、真空蒸着でＴｉ／Ａｕを成膜することにより形成することができる。ボンディング電極６１、６２の材質として、Ｔｉ／Ａｕを用いるので、機械的強度に優れボンディングがし易くなり、かつ剥がれにくくなる。なお、ボンディング電極６１、６２の材質として、Ｎｉ／Ａｕなどの金属を用いることもできる。

また、第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）、第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）、第１保護用半導体層（ＬＥＤ２１）及び第２保護用半導体層（ＬＥＤ２２）は、配線層６３、６４、６５、６６により接続される部分を除いて、保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜７により電気的に絶縁されている。

上述のような構成により、半導体発光素子１００は、図４に示す回路構成をなす。すなわち、第１発光用半導体層ＬＥＤ１１と第２発光用半導体層ＬＥＤ１２とを配線層６６、６７により直列に接続し、第１保護用半導体層ＬＥＤ２１と第２保護用半導体層ＬＥＤ２２とを配線層６４により直列に接続し、発光用半導体層ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２の直列回路に対して保護用半導体層ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２の直列回路を配線層６３、６５により逆並列に接続する。

これにより、一方の発光用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の発光用半導体層により発光機能を確保することができるので、例えば、不安定な点灯状態又は消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。また、発光用半導体層の直列回路に対して保護用半導体層の直列回路が接続されているので、過電圧又は静電気などから発光用半導体層を保護することができるとともに、一方の保護用半導体層がリーク状態になった場合でも、他方の保護用半導体層により保護機能が維持されるので、高い信頼性を確保することができる。

また、図１〜図３に示すように、第１及び第２発光用半導体層ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２のｎ型半導体層２の面積（平面視における面積）は、第１及び第２保護用半導体層ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２のｎ型半導体層２の面積より大きい。これにより、半導体発光素子１００の発光効率の低下を抑制しつつ保護素子を内蔵することができる。

また、図１〜図３に示すように、第１及び第２発光用半導体層ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２のｎ型半導体層２を基板１の外周に沿って環状に積層し、第１及び第２保護用半導体層ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２のｎ型半導体層２を第１及び第２発光用半導体層ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２のｎ型半導体層２の内周側に積層してある。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光は、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光に比べて半導体発光素子の外部へ取り出しにくい。そこで、光の取り出し効率が悪い基板１中央部に保護用半導体層ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２を配置し、光の取り出し効率が良い基板１周辺部に発光用半導体層ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２を配置することにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。

次に実施の形態１の半導体発光素子１００の製造方法について説明する。図５及び図６は実施の形態１の半導体発光素子１００の製造工程を示す説明図である。なお、図５及び図６の例は、図２に示す断面における説明図である。

図５Ａ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)を成長させる。その後、約２μｍのアンドープＧａＮ層、約２μｍのｎ−ＧａＮ層及びｎ−ＡｌＧａＩｎＮクラッド層などからなるｎ型半導体層２、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ型の活性層（不図示）、さらに、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層、約０．３μｍ程度のｐ−ＧａＮ層及び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３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３の活性化を行う。

図５Ｂ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、ｎオーミック電極５を形成する箇所のｎ型半導体層２を露出させる。なお、エッチングの深さは、例えば、５００ｎｍである。

図５Ｃに示すように、真空蒸着あるいはスパッタリング等の成膜法によりＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）の透明の電流拡散層（１１４、１２４、２１４、２２４、なお、電流拡散層１２４は図５Ｃでは不図示）を約４００ｎｍ成膜し、リフトオフ法によりパターニングする。これにより、第１及び第２発光用半導体層の発光面、並びに第１及び第２保護用半導体層の電流拡散面に電流拡散層（１１４、１２４、２１４、２２４）が形成される。

図５Ｄに示すように、真空蒸着によりＶ／Ａｕ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを成膜し、リフトオフ法でパターニングを行ってｎオーミック電極５を形成する。膜を残す部分、すなわち、ｎオーミック電極５を形成する部分は、第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層（１１２、１２２、２１２、２２２）を露出させた部分に設けるオーミック接合部である。パターニングの後、窒素及び酸素の混合雰囲気中でチューブ炉により約５００℃に加熱し、ｎオーミック電極５及び電流拡散層（１１４、１２４、２１４、２２４）のアニールを同時に行う。

図６Ｅに示すように、第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれを電気的に切り離すため、フォトリソグラフィ及びドライエッチングにより第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層の間の半導体層、及び第１及び第２発光用半導体層の周囲の半導体層を基板１が露出するまでエッチングする。

図６Ｆに示すように、プラズマＣＶＤにより、ＳｉＯ₂ 膜７を全面に成膜し、希釈フッ酸により第１及び第２ボンディング電極６１、６２を設ける部分、第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれのｎオーミック電極５、電流拡散層（１１４、１２４、２１４、２２４）の上部、素子分離部のＳｉＯ₂ 膜７を除去する。

図６Ｇに示すように、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してボンディング電極６１、６２、配線層６３、６４、６５、６６を形成する。これにより、１つのパッケージ（ＬＥＤチップ）内に２つの発光用のＬＥＤ構造（ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２）の直列回路と、２つの保護用のＬＥＤ構造（ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２）の直列回路とを逆並列に接続したＬＥＤチップが複数形成されたＬＥＤウェハが完成する。

その後、レーザスクライビングにより素子（ＬＥＤチップ）分離を行い、発光素子１００（ＬＥＤチップ）が完成し、パッケージへの組み立てを行う。

上述のとおり、実施の形態１の半導体発光素子１００は、単一チップ内に発光用素子としての半導体層（ＬＥＤ構造）を２つ直列に接続し、保護用素子としての半導体層（ＬＥＤ構造）を２つ直列に接続し、それぞれの直列回路を逆並列に接続した構成を有する。これにより、静電気に対し高い信頼性を有するとともに、半導体発光素子１００の順方向及び逆方向の双方において一方の半導体層（ＬＥＤ構造）がリーク状態になった場合でも、他方の半導体層（ＬＥＤ構造）によりその機能（発光機能、保護機能）を維持することができる。特に車載用の発光ダイオードのような安全性のため高い信頼性が要求される分野又は用途において、本実施の形態の半導体発光素子は非常に有効である。

また、通常、車載電源の電圧（バッテリ電圧）は１２Ｖであるため、従来のような１つのＬＥＤチップだけを有する発光ダイオードの場合には、約３Ｖの順方向電圧で発光ダイオードが駆動され、残りの９Ｖ（１２Ｖ−３Ｖ）は抵抗等により消費されてしまう。一方、本実施の形態の半導体発光素子１００では、２つのＬＥＤ構造が直列に接続されているので、約６Ｖの順方向電圧で駆動されることになり、無駄に消費される電力を少なくすることができる。

上述の実施の形態１では、ＧａＮ系の半導体層を用いる構成であるが、これに限定されるものではなく、例えば、ＡｌＧａＩｎＰ等の半導体層を用いることもできる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、基板１の中央部に保護用半導体層を配置する構成であったが、発光用半導体層及び保護用半導体層の配置は、これに限定されるものではない。矩形状の基板１の１辺側に保護用半導体層を配置し、残りの３辺側に発光用半導体層を配置することもできる。実施の形態１との相違点は、半導体層の配置方法である。

図７は実施の形態２の半導体発光素子１２０の平面構造の一例を示す模式図であり、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における半導体発光素子１２０の断面構造の一例を示す断面図であり、図９は図７のＩＸ−ＩＸ線における半導体発光素子１２０の断面構造の一例を示す断面図である。

図７〜図９に示すように、半導体発光素子１２０は、第１及び第２発光用半導体層（ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２）並びに第１及び第２保護用半導体層（ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２）それぞれを基板１の四隅に積層する。すなわち、基板１の表面が、第１及び第２発光用半導体層（ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２）並びに第１及び第２保護用半導体層（ＬＥＤ２１、ＬＥＤ２２）により４分割したように各半導体層を配置する。

図８、図９に示すように、第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）及び第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）のｐ型半導体層１１２、１２２の表面には、電流拡散層１１４、１２４を形成してある。電流拡散層は、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。

図８、図９に示すように、第１及び第２発光用半導体層（ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２）のｎ型半導体層１１２、１２２、第１保護用半導体層（ＬＥＤ２１）のｎ型半導体層２１２及び不図示の第２保護用半導体層（ＬＥＤ２２）のｎ型半導体層２２２の表面には、ｎオーミック電極５を形成してある。

第２発光用半導体層のｎ型半導体層１２２は、ｎオーミック電極５を介して第１ボンディング電極６１を形成してある。

第１発光用半導体層の電流拡散層１１４の表面には、第２ボンディング電極６２を形成してある。すなわち、第１発光用半導体層のｐ型半導体層１１３には、第２ボンディング電極６２を接続してある。

第２ボンディング電極６２は、配線層６３を介して第１保護用半導体層のｎ型半導体層２１２に接続されている。

第１保護用半導体層のｐ型半導体層２１３は、電流拡散層２１４を介して配線層６４により第２保護用半導体層のｎ型半導体層２２２に接続してある。

第２保護用半導体層のｐ型半導体層２２３は、電流拡散層２２４を介して配線層６５により第１ボンディング電極６１に接続してある。

また、図７、図８に示すように、第１発光用半導体層のｎ型半導体層１１２は、配線層６６により第２発光用半導体層の電流拡散層１２４に接続してある。すなわち、第１発光用半導体層のｎ型半導体層１１２は、配線層６６により第２発光用半導体層のｐ型半導体層１２３に接続してある。

また、第１発光用半導体層（ＬＥＤ１１）、第２発光用半導体層（ＬＥＤ１２）、第１保護用半導体層（ＬＥＤ２１）及び第２保護用半導体層（ＬＥＤ２２）は、配線層６３、６４、６５、６６により接続される部分を除いて、保護膜としてのＳｉＯ₂ 膜７により電気的に絶縁されている。

上述のような構成により、半導体発光素子１２０は、図４に示す回路構成と同様の回路構成をなす。

図７に示すように、第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層２の基板１の外周に沿った寸法（図７において、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）を、第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層２の基板１の外周に沿った寸法（図７において、Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３）より長くする。一般的に基板中央部の発光用半導体層で発光した光よりも、基板周辺部の発光用半導体層で発光した光の方が半導体発光素子の外部へ取り出しやすい。そこで、光の取り出し効率が良い基板１周辺部に沿った発光用半導体層の長さを保護用半導体層の長さより長くすることにより、発光効率の低下を抑制するとともに保護素子を内蔵することができる。

半導体発光素子１２０の製造方法は、実施の形態１の半導体発光素子１００の製造方法と同様であるので説明は省略する。上述のとおり、実施の形態２の半導体発光素子１２０は、単一チップ内に発光用素子としての半導体層（ＬＥＤ構造）を２つ直列に接続し、保護用素子としての半導体層（ＬＥＤ構造）を２つ直列に接続し、それぞれの直列回路を逆並列に接続した構成を有する。これにより、静電気に対し高い信頼性を有するとともに、半導体発光素子１２０の順方向及び逆方向の双方において一方の半導体層（ＬＥＤ構造）がリーク状態になった場合でも、他方の半導体層（ＬＥＤ構造）によりその機能（発光機能、保護機能）を維持することができる。特に車載用の発光ダイオードのような安全性のため高い信頼性が要求される分野又は用途において、本実施の形態の半導体発光素子は非常に有効である。

図１０は本実施の形態の発光装置２００の構成の一例を示す模式図である。発光装置２００は、発光ダイオードであって上述の半導体発光素子１００、１２０のいずれかと、半導体発光素子１００、１２０のいずれかを収容する収容部を備える。以下、半導体発光素子１００を用いる場合について説明する。

図１０に示すように、発光装置（発光ダイオード）２００は、リードフレーム２０１及び２０２を備え、リードフレーム２０１の一端部には収容部としての凹部２０１ａが設けられている。凹部２０１ａの底部には、半導体発光素子（ＬＥＤチップ）１００がダイボンディングにより接着固定されている。

ＬＥＤチップ１００の一方のボンディング電極は、ワイヤ２０４によりリードフレーム２０１とワイヤボンディングされ、他方のボンディング電極はワイヤ２０４によりリードフレーム２０２とワイヤボンディングされている。凹部２０１ａ内には、透光性の樹脂が充填されることによって、ＬＥＤチップ１００を覆う被覆部２０３を形成している。なお、被覆部２０３内にＬＥＤチップ１００の発光色に応じた蛍光体２０５を含有させることもできる。

被覆部２０３が形成されたリードフレーム２０１及び２０２の端部は、先端部が凸状のレンズ２０６に収納されている。レンズ２０６は、エポキシ樹脂等の透光性の樹脂で形成されている。

発光装置（発光ダイオード）２００は、上述の半導体発光素子１００を収容してある。これにより、リーク状態等による消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる。

また、上述の発光ダイオード２００を多数実装した回路基板、及び所要の明るさを得るために所定の電圧を発光ダイオード２００に駆動する電源部などを照明装置、表示装置、信号灯器、あるいは道路情報装置などの装置に組み込むこともできる。例えば、照明装置、表示装置、信号灯器又は道路情報装置は、光源として本実施の形態の発光装置（発光ダイオード）２００を備える。これにより、リーク状態等による消灯状態に陥る事態を回避して高い信頼性を確保することができる照明装置、表示装置、信号灯器又は道路情報装置を提供することができる。

１ 基板
２、１１２、１２２、２１２、２２２ ｎ型半導体層
３、１１３、１２３、２１３、２２３ ｐ型半導体層
６１ 第１ボンディング電極
６２ 第２ボンディング電極
６３、６４、６５、６６ 配線層

Claims (7)

1. 基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を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、
   前記基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層した第１及び第２発光用半導体層と、
   前記基板上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層をそれぞれ積層し、前記第１及び第２発光用半導体層を保護するための第１及び第２保護用半導体層と、
   前記第１発光用半導体層のｎ型半導体層と前記第２発光用半導体層のｐ型半導体層とを接続する第１配線層と、
   前記第１保護用半導体層のｐ型半導体層と前記第２保護用半導体層のｎ型半導体層とを接続する第２配線層と、
   前記第１発光用半導体層のｐ型半導体層と前記第１保護用半導体層のｎ型半導体層とを接続する第３配線層と、
   前記第２発光用半導体層のｎ型半導体層と前記第２保護用半導体層のｐ型半導体層とを接続する第４配線層と、
   前記第２発光用半導体層のｎ型半導体層に接続された第１ボンディング電極と、
   前記第１発光用半導体層のｐ型半導体層に接続された第２ボンディング電極と
   を備えることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の面積は、前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層を前記基板の外周に沿って環状に積層してあり、
   前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層は、
   前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の内周側に積層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。
4. 前記基板は、矩形状をなし、
   前記第１及び第２発光用半導体層並びに第１及び第２保護用半導体層それぞれを前記基板の四隅に積層してあり、
   前記第１及び第２発光用半導体層のｎ型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法は、前記第１及び第２保護用半導体層のｎ型半導体層の前記基板の外周に沿った寸法より長い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。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子と、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発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
7. 請求項５に記載の発光装置を備えることを特徴とする表示装置。

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