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JP4579654B2 - 半導体発光装置及びその製造方法、並びに半導体発光装置を備えた照明モジュール及び照明装置 - Google Patents

半導体発光装置及びその製造方法、並びに半導体発光装置を備えた照明モジュール及び照明装置 Download PDF

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Description

本発明は、発光ダイオード等を備えた半導体発光装置に関し、特に、照明モジュール及び照明装置に用いられる半導体発光装置及びその製造方法に関するものである。
近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と記す）は、白色ＬＥＤの高輝度化が進むに従い、ＬＥＤの用途範囲は表示用から照明用へと大きく拡大されている。
白色ＬＥＤの構造は、青色光又は紫外光を発する半導体発光素子と、該半導体発光素子からの青色光又は紫外光によって励起される蛍光体とを組み合わせたものが一般的である。半導体発光素子はｐ電極及びｎ電極を備えた半導体層より構成され、該半導体層はサファイア基板の上に窒化ガリウム系化合物半導体層が積層されてなるｐｎ接合構造である。
しかしながら、サファイア基板は電気的に絶縁性であるので、窒化ガリウム系化合物半導体層における該サファイア基板が形成されている側の面と対向している側の面の上に、ｎ電極及びｐ電極を形成する必要がある。このような半導体発光素子を用いた半導体発光装置の場合、以下に示す給電方法が一般的に用いられる。
第１の給電方法を用いた半導体発光装置では、サファイア基板における窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されている側の面と対向している側の面には、Ａｇペースト等を介してヒートシンクが固着されている。半導体発光素子における窒化ガリウム系化合物半導体層の上面に形成されているｎ電極及びｐ電極は、ワイヤボンドを介して給電部と電気的に接続されている。このように、第１の給電方法を用いた半導体発光装置では、ワイヤボンドを介して、ｎ電極及びｐ電極に対して給電を行う。
第２の給電方法を用いた半導体発光装置では、サファイア基板の上に積層された窒化ガリウム系化合物半導体層の上層には、ｐ電極及びｎ電極が形成されている。一方、ヒートシンクの上にはパターン電極が形成されており、該パターン電極は、Ａｕバンプを用いたフリップチップ実装によって、Ａｕバンプを介してｐ電極及びｎ電極と電気的に接続されている。このように、第２の給電方法を用いた半導体発光装置では、ヒートシンク上に形成されたパターン電極を介して、ｎ電極及びｐ電極に対して給電を行う。
第１の給電方法を用いた半導体発光装置では、半導体発光素子とヒートシンクとの間に、サファイア基板が介在されている。サファイア基板は、熱抵抗が大きいため、放熱性に劣るので、第１の給電方法を用いた半導体発光装置では、充分な放熱特性を図ることができない。このため、照明応用等の大電力を投入する用途では、光出力の熱飽和又は信頼性の低下等の問題があった。
また、第２の給電方法を用いた半導体発光装置では、放熱の経路がＡｕバンプ部のみであるので、放熱特性を図ることができない。このため、照明応用等の大電力を投入する用途では、光出力の熱飽和又は信頼性の低下等の問題があった。
これらの問題を解決するために、以下に示す半導体発光装置が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
図１５は、従来の半導体発光装置の構造を示す断面図である。
図１５に示すように、ヒートシンクであるＣｕＷよりなる支持体８００の上に、融着材料８０１を介して、ｐ側オーミック電極８０２、ｐｎ接合構造８０３、及びｎ側オーミック電極８０４が形成されており、該ｐｎ接合構造８０３は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、及びｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層である。
このように、支持体８００の上には、下面にｐ側オーミック電極８０２を有すると共に上面にｎ側オーミック電極８０４を有する半導体層（ｐｎ接合構造８０３）よりなる半導体発光素子が形成されている。
ｎ型オーミック電極８０４の上には、Ａｕメッキ層８０５が形成されており、該Ａｕメッキ層８０５は、Ａｕワイヤ８０６を介して、給電用ポール８０７と電気的に接続されている。
ここで、ｐｎ接合構造８０３の形成方法について、具体的に説明する。
まず、サファイア基板（図示せず）の上に、エピタキシャル成長によって半導体層が積層されてなるｐｎ接合構造８０３を形成する。その後、レーザーリフトオフ法を用いて、サファイア基板の上に形成されたｐｎ接合構造８０３を剥離した後、支持体８００の上に、融着材料８０１を介してｐｎ接合構造８０３を形成する。このように、サファイア基板の上に形成されたｐｎ接合構造８０３は、レーザーリフトオフ法によりサファイア基板から剥離されて、支持体８００の上に形成される。
従来の半導体発光装置では、外部から給電用ポール８０７及び導電性である支持体８００に対して、電流を供給することにより、半導体発光素子を発光させることができる。
従来の半導体発光装置では、サファイア基板ではなくヒートシンクである支持体８００の上に、融着材料８０１を介して半導体発光素子が形成されている。
これにより、半導体発光素子の主面全体が、融着材料８０１を介して、支持体８００の上に固着されているので、半導体発光装置において良好な放熱特性を実現することができる。
また、従来の半導体発光装置では、支持体８００の上には、下面にｐ側オーミック電極８０２を有すると共に上面にｎ側オーミック電極８０４を有する半導体層（ｐｎ接合構造８０３）よりなる半導体発光素子が形成されている。
これにより、ｐｎ接合構造の上面にｐ側オーミック電極及びｎ型オーミック電極を有する半導体層（ｐｎ接合構造８０３）よりなる半導体発光素子を用いた半導体発光装置と比較して、直列抵抗を低くすることができるので、半導体発光装置における発熱の抑制を図ることができる。
D. Morita, et.al, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002)pp. L143
しかしながら、レーザーリフトオフ法を用いた従来の半導体発光装置について、発明者が実験を行った結果、以下に示すような課題があることが判明した。
レーザーリフトオフ法により、サファイア基板（図示せず）から剥離されたｐｎ接合構造８０３は、膜厚が数μｍ〜十数μｍ程度と極めて薄いので、ワイヤボンディングの際に、超音波印加又はワイヤボンド用コレット先端部における局所的圧力印加によって、半導体発光素子が変形される。これにより、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生するので、半導体発光装置の歩留まりが著しく低下するという課題があることが分かった。
また、サファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料よりなる支持体８００の上に半導体発光素子が形成されているので、ワイヤボンディングの際に、超音波印加又はワイヤボンド用コレット先端における局所的圧力印加の加重によって、支持体８００が容易に変形される。これにより、半導体発光素子が変形されるので、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生するという課題があることが分かった。
また、半導体発光素子がアレイ状に配置された従来の半導体発光装置の場合、半導体発光素子の各々にワイヤボンドを介して給電を行うので、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数が多い程、半導体発光装置の歩留まりが著しく低下するという課題があることが分かった。
また、従来の半導体発光装置では、各々の半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成しなければならない。このため、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数が多い程、有効な光取り出し面の面積が著しく低下するので、充分な発光効率を図ることができないという課題があった。
本発明は、前記の課題に鑑み、半導体発光素子を備えた半導体発光装置について、歩留まりの向上を図ると共に優れた発光効率を有する半導体発光装置及びその製造方法、並びに該半導体発光装置を用いた照明モジュール及び照明装置を提供することを目的とする。
前記の課題を解決するために、本発明に係る半導体発光装置は、支持体と、支持体の上に融着材料を介して固着され、第１の電極及び第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる半導体発光素子と、支持体の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第１の電極及び第２の電極のうち半導体層の少なくとも上面に形成されている一の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、一の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置によると、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体と半導体発光素子との間に介在されている融着材料が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置は、硬度が低い材料よりなる支持体と、支持体の上に固着され、第１の電極及び第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる半導体発光素子と、支持体の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第１の電極及び第２の電極のうち半導体層の少なくとも上面に形成されている一の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、一の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置によると、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、支持体の材料としてサファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料を用いた場合においても、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、硬度が低い材料よりなる支持体が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置は、支持体と、支持体の上に固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し且つ少なくとも活性層を含む半導体層よりなる半導体発光素子と、支持体の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第２の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、第２の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置によると、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体層の下面に形成されている電極が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、半導体層の膜厚は３０μｍ以下であることが好ましい。
このようにすると、従来の半導体発光装置では、半導体層の膜厚が３０μｍ以下である場合、半導体発光装置の顕著な歩留まりの低下が観測されたが、本発明に係る半導体発光装置では、半導体層の膜厚が３０μｍである場合も、半導体発光装置の歩留まりは低下することがないので、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、配線メタルと半導体発光素子との間には、絶縁体膜が形成されていることが好ましい。
このようにすると、配線メタルにおける半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。このため、リーク電流の低減を図ることができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、絶縁体膜の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
このようにすると、絶縁体膜にピンホールが形成され、該ピンホールにおける部分を通じて、リーク電流が発生することを防止することができる。特に、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有する半導体層よりなる半導体発光素子の場合、第１の電極と第２の電極との間にショートカット（短絡）が起こって、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。このため、リーク電流の低減を図ることができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、絶縁体膜は、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、Ｎｄ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、及びＺｒＯ2 のうちから選択されるいずれか一つの種類の材料よりなる膜、又はこれらの材料のうちから選択される複数の種類の材料よりなる多層膜であることが好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置において、融着材料は、ＰｂＳｎ、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、又はＩｎＳｎよりなることが好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置において、支持体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、ＣｕＷ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＢＮ、ＡｌＮ、又はＧａＮよりなることが好ましい。
これにより、ヒートシンクである支持体の上に、半導体発光素子を形成することができる。このため、放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができるので、半導体発光装置において高出力の動作が可能となる。
本発明に係る半導体発光装置において、支持体の上面のうち半導体発光素子が存在していない領域上の面と半導体発光素子の側面とが成す角度は、９０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さいことが好ましい。
このようにすると、半導体発光素子の側面には傾斜（テーパー）が形成されているので、段差被覆性に優れた配線メタルを形成することができる。このため、配線メタルにおける半導体発光素子の側面に形成されている部分において、断線が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりをより一層向上させることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、半導体層は、上層にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていると共に、下層にｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることが好ましい。
このようにすると、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と比較して抵抗率が小さいため、電極を通じてｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と比較して、半導体層中へ容易に拡散されることができる。
このため、半導体層の上面に形成される電極のサイズを小さくすることができるので、該電極が半導体層の上面に占める面積の割合を小さくすることができる。したがって、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、半導体発光装置において発光効率の向上をより一層図ることができる。
特に、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極有する半導体層よりなる半導体発光素子においては、半導体層の下面に形成される電極を、一部電極ではなく全面電極として形成することができる。このため、ｐ型の窒化ガリウム系半導体層に対して、均一に電流を注入することができるので、発光不均一が発生することを防止することができる。したがって、発光効率の向上を図るだけでなく、半導体発光装置において均一且つ良好な発光を実現することができる。
本発明に係る半導体発光装置において、第１の電極及び第２の電極のうち半導体層の少なくとも上面に形成されている一の電極は、半導体層の上面における中央付近に形成されていることが好ましい。
これにより、一の電極から、少なくとも活性層を含む半導体層に流れ込む電流密度が面内で均一化されるので、半導体発光装置において発光効率の向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置において、半導体発光素子の表面には、半導体発光素子からの発光により励起される蛍光体を含む樹脂材料が形成されていることが好ましい。
これにより、半導体発光素子からの発光と半導体発光素子からの発光により励起された蛍光体からの発光との混色により、白色に発光する半導体発光装置を実現することができる。
本発明に係る半導体発光装置は、支持体と、各々が、支持体の上に融着材料を介して固着され、第１の電極及び第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる複数の半導体発光素子と、支持体の上面における複数の半導体発光素子が存在していない部分上から、複数の半導体発光素子の各々における、第１の電極及び第２の電極のうち半導体層の少なくとも上面に形成されている一の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、一の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置では、各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体と半導体発光素子との間に介在されている融着材料が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
更には、共通の配線メタルを介して、各々の半導体発光素子に対して給電を行うことができるので、半導体発光素子の各々にワイヤボンドを形成する必要はない。このため、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、各々の半導体発光素子の表面に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
更には、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置することにより、半導体発光素子全体における光取り出し面に対して、半導体発光素子全体の側面が占める面積の割合の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置は、硬度が低い材料よりなる支持体と、各々が、支持体の上に固着され、第１の電極及び第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる複数の半導体発光素子と、支持体の上面における複数の半導体発光素子が存在していない部分上から、複数の半導体発光素子の各々における、第１の電極及び第２の電極のうち半導体層の少なくとも上面に形成されている一の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、一の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置では、各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができる。このため、支持体の材料としてサファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料を用いた場合においても、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、硬度が低い材料よりなる支持体が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、共通の配線メタルを介して、各々の半導体発光素子に対して給電を行うことができるので、半導体発光素子の各々にワイヤボンドを形成する必要はない。このため、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、各々の半導体発光素子における表面に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
更には、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置することにより、半導体発光素子全体における光取り出し面に対して、半導体発光素子全体の側面が占める面積の割合の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置は、支持体と、各々が、支持体の上に固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し且つ少なくとも活性層を含む半導体層よりなる複数の半導体発光素子と、支持体の上面における複数の半導体発光素子が存在していない部分上から、複数の半導体発光素子の各々における、第２の電極まで延びるように形成された配線メタルとを備え、第２の電極への給電は、配線メタルを介して行なわれることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置では、各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体層の下面に形成されている電極が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、共通の配線メタルを介して、各々の半導体発光素子に対して給電を行うことができるので、半導体発光素子の各々にワイヤボンドを形成する必要はない。このため、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、各々の半導体発光素子における表面に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
更には、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置することにより、半導体発光素子全体における光取り出し面に対して、半導体発光素子全体の側面が占める面積の割合の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
本発明に係る照明モジュールは、本発明に記載の半導体発光装置を備えることを特徴とする。
本発明に係る照明モジュールでは、照明モジュールを構成している各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、照明モジュールを構成している半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができるので、高い歩留まりで照明モジュールを製造することができる。
特に、照明モジュールを構成している半導体発光素子が、ヒートシンクである支持体の上に固着されている場合、歩留まりの向上を図るだけでなく放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができる。このため、放熱特性に優れた照明モジュールを提供することができるので、高出力の動作が可能である照明モジュールを提供することができる。
本発明に係る照明装置は、本発明に記載の照明モジュールを備えることを特徴とする。
本発明に係る照明装置では、照明装置を構成している各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、照明装置を構成している半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができるので、高い歩留まりで照明装置を製造することができる。
特に、照明装置を構成している半導体発光素子が、ヒートシンクである支持体の上に固着されている場合、歩留まりの向上を図るだけでなく放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができる。このため、放熱特性に優れた照明装置を提供することができるので、高出力の動作が可能である照明装置を提供することができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上に、少なくとも活性層を含む半導体層を形成する工程と、半導体層の上に、第１の電極を形成する工程と、第１の電極における半導体層が形成されている側の面と対向している側の面の上に、融着材料を介して支持体を形成する工程と、支持体の形成後に、半導体層と基板とを分離する工程と、半導体層から半導体発光素子を形成する工程と、半導体発光素子における第１の電極が形成されている側の面と対向している側の面の上に、第２の電極を形成する工程と、支持体における融着材料を介して第１の電極が形成されている面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第２の電極まで延びるように配線メタルを形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法によると、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される半導体発光素子を形成することができる。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体と半導体発光素子との間に介在されている融着材料が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上に、少なくとも活性層を含む半導体層を形成する工程と、半導体層の上に、第１の電極を形成する工程と、第１の電極における半導体層が形成されている側の面と対向している側の面の上に、硬度が低い材料よりなる支持体を形成する工程と、支持体の形成後に、半導体層と基板とを分離する工程と、半導体層から半導体発光素子を形成する工程と、半導体発光素子における第１の電極が形成されている側の面と対向している側の面の上に、第２の電極を形成する工程と、支持体における第１の電極が形成されている面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第２の電極まで延びるように配線メタルを形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法によると、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される半導体発光素子を形成することができる。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、支持体の材料としてサファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料を用いた場合においても、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、硬度が低い材料よりなる支持体が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上に、少なくとも活性層を含む半導体層を形成する工程と、半導体層の上に、第１の電極を形成する工程と、第１の電極における半導体層が形成されている側の面と対向している側の面の上に、支持体を形成する工程と、支持体の形成後に、半導体層と基板とを分離する工程と、半導体層から半導体発光素子を形成する工程と、半導体発光素子における第１の電極が形成されている側の面と対向している側の面の上に、第２の電極を形成する工程と、支持体における第１の電極が形成されている面における半導体発光素子が存在していない部分上から、第２の電極まで延びるように配線メタルを形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法によると、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される半導体発光素子を形成することができる。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体層の下面に形成されている電極が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体発光素子を形成する工程よりも後であって、第２の電極を形成する工程よりも前、又は第２の電極を形成する工程よりも後であって、配線メタルを形成する工程よりも前に、半導体発光素子の側面の上に、絶縁体膜を形成する工程をさらに備えることが好ましい。
このようにすると、配線メタルにおける半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。このため、リーク電流の低減を図ることができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、前記半導体層の吸収端に相当する波長以下の波長を有するレーザー光を選択して、基板における半導体層が形成されている側の面と対向している側の面に対して、レーザー光を照射することにより、半導体層と基板とを分離することが好ましい。
これにより、半導体層に対して、半導体層の吸収端に相当する波長を有するレーザ光を照射することができる。このため、半導体層はレーザー光がもつエネルギーを吸収して分解されるので、半導体層と基板とを分離することができる。
本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、基板は、透明基板であることが好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、透明基板はサファイアよりなることが好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、半導体層を構成するコンタクト層は、Ｉｎ(ｘ)Ａｌ(ｙ)Ｇａ(１−ｘ−ｙ)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）よりなることが好ましい。
また、本発明に係る半導体発光装置の製造方法において、レーザー光は、ＹＡＧ３倍高調波レーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、及びＡｒＦエキシマレーザのうちから選択されるいずれか一つの装置から発せられるレーザー光であることが好ましい。
本発明に係る半導体発光装置によると、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタルを介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
特に、複数の半導体発光素子がアレイ状に配置された半導体発光装置の場合、個々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタルを介して給電を行うことができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の構造について、図１(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
図１(a) 及び(b) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す図である。ここで、図１(a) は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図であって、具体的には、図１(b) で示すＩａ−Ｉａ線における断面図であり、図１(b) は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。
図１(a) に示すように、ＣｕＷよりなる支持体１０４の上に、ＡｕＳｎよりなる融着材料１０３を介して、ｐ側オーミック電極１０２、ｐｎ接合構造１０１、及びｎ側オーミック電極１０６が順に形成されている。ｐｎ接合構造１０１は、その膜厚が５μｍであってその形状は一辺の大きさが３５０μｍの正方形であり、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、及びｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層である。このようにして、ｐ側オーミック電極１０２及びｎ側オーミック電極１０６を有する半導体層（ｐｎ接合構造１０１）よりなる半導体発光素子が形成されている。
支持体１０４の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、ｐｎ接合構造１０１の上面に形成されているｎ側オーミック電極１０６まで、ＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜１０５を介して配線メタル１０７が形成されている。このように、支持体１０４と配線メタル１０７との間、及び半導体発光素子と配線メタル１０７との間には、絶縁体膜１０５が形成されており、該配線メタル１０７は、Ｔｉ５０ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、及びＡｕ３００ｎｍが順に積層されてなる金属膜である。
配線メタル１０７における絶縁体膜１０５を介して支持体１０４の上面に形成されている部分の上には、膜厚が３０μｍであるＡｕメッキ層１０８が形成されている。Ａｕメッキ層１０８は、Ａｕワイヤ１０９を介して、給電用ポール１１０と電気的に接続されている。
また、図１(b) に示すように、支持体１０４の上には、ｐ側オーミック電極（図示せず）、ｐｎ接合構造１０１が順に形成されており、該ｐｎ接合構造１０１の上面における周辺部には、ｎ側オーミック電極１０６が形成されている。このようにして、支持体１０４の上には、ｐｎ接合構造１０１の下面にｐ側のオーミック電極（図示せず）が形成されていると共に、ｐｎ接合構造１０１の上面にｎ側のオーミック電極１０６が形成されてなる半導体発光素子が形成されている。
図１(b) に示される配線メタル１０７の幅Ｗａは約５０μｍであり、該配線メタル１０７は、ｎ側オーミック電極１０６の上面から、支持体１０４の上面における半導体発光素子が存在していない部分上まで、絶縁体膜１０５を介して形成されている。
また、配線メタル１０７における絶縁体膜１０５を介して支持体１０４の上面に形成されている部分は、図１(b) に示すように、幅Ｗｂが１００μｍ且つ幅Ｗｃが３００μｍの長方形の形状にパターニングされて電極パッドを成している。該電極パッドの上には、膜厚が３０μｍであるＡｕメッキ層１０８が形成されており、該Ａｕメッキ層１０８は、Ａｕワイヤ１０９を介して、給電用ポール１１０と電気的に接続されている。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、導電性であるＣｕＷよりなる支持体１０４及び給電用ポール１１０に対して、外部から電流を供給することによって、半導体発光素子を発光させることができる。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を構成するｐｎ接合構造の詳細構造について、図２を参照しながら説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を構成するｐｎ接合構造の詳細構造を示す図であって、具体的には、図１(a) で示すＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
図２に示すように、ｐ側オーミック電極１０２の上には、膜厚が５ｎｍであるｐ−ＧａＮコンタクト層１０１ａ、膜厚が１０ｎｍであるｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電流拡散層１０１ｂ、膜厚が１０ｎｍであるｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ｎ障壁層１０１ｃ、膜厚が３０ｎｍであるｕｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ中間層１０１ｄ、膜厚が１０ｎｍであるｎ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎバリア層と膜厚が１．５ｎｍであるｕｎ−Ａｌ0.04Ｇａ0.95Ｉｎ0.01Ｎ量子井戸活性層とが５周期積層されてなる多重量子井戸活性層１０１ｅ、及び膜厚が４μｍであるｎ−ＧａＮコンタクト層１０１ｆが順に積層されており、該ｎ−ＧａＮコンタクト層１０１ｆの上には、ｎ側オーミック電極１０６が形成されている。
このように、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、及びｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなるｐｎ接合構造１０１が形成されている。また、ｐｎ接合構造１０１の下面にはｐ側のオーミック電極１０２が形成されていると共に、ｐｎ接合構造１０１の上面にはｎ側のオーミック電極１０６が形成されており、ｐ側オーミック電極１０２及びｎ側オーミック電極１０６を有する半導体層（ｐｎ接合構造１０１）よりなる半導体発光素子が、融着材料１０３を介して支持体１０４の上に形成されている。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の歩留まりについて、図３を参照しながら説明する。
図３は、ｐｎ接合構造の膜厚に対する半導体発光装置の歩留まりの変化について示す図である。
図３に示される曲線Ａは、従来のように、ｎ側オーミック電極（８０４）への給電をワイヤボンドを介して行った場合における半導体発光装置の歩留まりの変化について示しており、図３に示される直線Ｂは、本実施形態のように、ｎ側オーミック電極（１０６）への給電を配線メタル（１０７）を介して行った場合における半導体発光装置の歩留まりの変化について示している。
曲線Ａに示すように、従来の半導体発光装置における給電方法では、ｐｎ接合構造の膜厚が減少するに従い、半導体発光装置の歩留まりが急激に低下している。特に、ｐｎ接合構造の膜厚が３０μｍ以下では、半導体発光装置の歩留まりの低下が顕著となる。
このように、従来の半導体発光装置では、ｐｎ接合構造（８０３）の膜厚が薄い場合、ｎ側オーミック電極（８０４）に対してワイヤボンディングを行う際に、超音波印加又はワイヤボンド用コレット先端における局所的圧力印加によって、半導体発光素子においてクラック又は欠けが生じる。これにより、従来の半導体発光装置では、電気的短絡、リーク電流の増大、ｐ側オーミック電極付近における発光不均一増大、及び光出力低下等の不良が発生する。このため、従来の半導体発光装置における給電方法では、半導体発光素子の膜厚が減少するに従い、半導体発光装置の歩留まりが急激に低下する。
一方、直線Ｂに示すように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置における給電方法では、ｐｎ接合構造の膜厚の増減に依存することなく、歩留まりは一定の値（１００％）を示しており、半導体発光装置の極めて高い歩留まりを実現している。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、ワイヤボンドではなく配線メタル１０７を介して、ｎ側オーミック電極１０６に対して給電を行うので、従来例のように、ワイヤボンディングの際に、半導体発光素子においてクラック又は欠けが生じることはない。このため、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、直線Ｂに示すように、歩留まりの低下が観測されることはなく、半導体発光素子の膜厚が１．５μｍである場合においても、良好な発光特性を実現することができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子の上ではなく支持体１０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、ワイヤボンドを形成する。このため、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタル１０７を介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体１０４と半導体発光素子との間に介在されている融着材料１０３（例えば、ＡｕＳｎ）が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子の上ではなく支持体１０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、パッド電極を形成することができる。このため、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、図３に示すように、ｐｎ接合構造の膜厚の増減に依存することなく、歩留まりは一定の値（１００％）を示している。一方、従来の半導体発光装置では、図３に示すように、ｐｎ接合構造の膜厚が減少するに従って歩留まりが低下しており、特に、ｐｎ接合構造の膜厚が３０μｍ以下では、顕著な歩留まりの低下が観測される。
このように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、ｐｎ接合構造の膜厚が３０μｍ以下である場合においても、半導体発光装置の歩留まりが低下することはないので、極めて高い歩留まりで半導体発光装置を製造することができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、図１(a) に示すように、配線メタル１０７と半導体発光素子との間には、膜厚が３００ｎｍであるＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜１０５が形成されている。
これにより、配線メタル１０７における半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、ｐ側のオーミック電極１０２からｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流が、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ流れ込むことにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、本実施形態のように、膜厚が１００ｎｍ以上である絶縁体膜１０５を形成することにより、例えば、絶縁体膜にピンホールが形成され、該ピンホールにおける部分を通じて、ｐ側のオーミック電極１０２からｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流が、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ流れ込むことにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、本実施形態のように、支持体１０４の材料として導電性の材料（例えば、ＣｕＷ）を用いた場合、配線メタル１０７と支持体１０４との間には、絶縁体膜１０５が形成されている。これにより、配線メタル１０７における支持体１０４の上面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、支持体の材料として高抵抗性の材料を用いることにより、配線メタルにおける支持体の上面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することを効果的に防止することができる。しかしながら、本実施形態のように、配線メタル１０７と支持体１０４との間に絶縁体膜１０５を形成することにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、図１(a) 及び(b) に示すように、半導体発光素子が融着材料１０３を介して、ＣｕＷよりなる支持体１０４の上に固着されている。
これにより、ヒートシンクである支持体１０４の上に、半導体発光素子を形成することができる。このため、放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができるので、半導体発光装置において高出力の動作が可能となる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、図１(a) に示すように、支持体１０４の上面のうち半導体発光素子が存在していない領域上の面と半導体発光素子の側面とが成す角度は、９０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さい。
このようにすると、半導体発光素子の側面には傾斜が形成されているので、段差被覆性に優れた配線メタル１０７を形成することができる。このため、配線メタル１０７における半導体発光素子の側面に形成されている部分において、断線が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりをより一層向上させることができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置では、図２に示すように、ｐｎ接合構造１０１は、上層にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層（１０１ｆ）が形成されていると共に、下層にｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層（１０１ａ〜１０１ｃ）が形成されている。
このようにすると、複数の半導体層が積層されてなるｐｎ接合構造１０１において、最上層にｐ−ＧａＮコンタクト層１０１ａではなくｎ−ＧａＮコンタクト層１０１ｆを形成することができる。これにより、ｎーＧａＮコンタクト層１０１ｆは、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０１ａと比較して抵抗率が小さいため、ｎ側オーミック電極１０６を通じてｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と比較して、半導体層（ｐｎ接合構造１０１）中へ容易に拡散されることができる。
このため、ｎ側オーミック電極１０６のサイズを小さくすることができるので、ｎ側オーミック電極１０６がｐｎ接合構造１０１の上面に占める面積の割合を小さくすることができる。したがって、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、半導体発光装置において発光効率の向上をより一層図ることができる。
また、ｐ側オーミック電極１０２は、ｐｎ接合構造１０１の下面に形成されているので、一部電極ではなく全面電極として形成することができる。このため、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層に対して、均一に電流を注入することができるので、発光不均一が発生することを防止することができる。したがって、発光効率の向上を図るだけでなく、半導体発光装置において均一且つ良好な発光を実現することができる。
以下に、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について、図４(a) 〜(d) 及び図５(a) 〜(e) を参照しながら説明する。
図４(a) 〜(d) 及び図５(a) 〜(e) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。
まず、図４(a) に示すように、サファイアよりなる基板１００の上に、エピタキシャル成長により、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層であるｐｎ接合構造１０１を形成する。
次に、図４(b) に示すように、ｐｎ接合構造１０１の上に、ｐ側オーミック電極１０２及びＡｕＳｎよりなる融着材料１０３を順に形成する。
次に、図４(c) に示すように、ｐ側オーミック電極１０２におけるｐｎ接合構造１０１が形成されている側の面と対向している側の面の上に、融着材料１０３を介して、ＣｕＷよりなる支持体１０４を押し当てる。続いて、押し当てた状態を３８０℃で１分間保持し、その後室温に戻すことにより、支持体１０４の上に、融着材料１０３を介して、ｐｎ接合構造１０１を固着する。
次に、図４(d) に示すように、基板１００におけるｐｎ接合構造１０１が形成されている側の面と対向している側の面に対して、ＹＡＧ３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射し、全面に渡って走査することにより、ｐｎ接合構造１０１と基板１００とを分離する。
ここで、前述した図２に示したように、図４(d) に示す工程において、支持体１０４の上に形成されたｐｎ接合構造１０１を構成している半導体層のうち、最上層の半導体層はｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）である。ｎ−ＧａＮコンタクト層の吸収端に相当する波長は約３６５ｎｍであるので、図４(d) に示す工程では、基板１００に対して、波長が約３５５ｎｍであるＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光が照射される。これにより、ｎ−ＧａＮコンタクト層はＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光がもつエネルギーを吸収して分解される。
このように、レーザーリフトオフ法を用いることにより、ｐｎ接合構造１０１と基板１００との界面から約０．２μｍ程度の位置においてｎ−ＧａＮコンタクト層が分解されて、ｐｎ接合構造１０１と基板１００とを分離することができる。基板１００から分離されたｐｎ接合構造１０１におけるｎ−ＧａＮコンタクト層の上面には、Ｇａが析出される。
次に、ｐｎ接合構造１０１における基板１００から分離された側の面に対して、希塩酸等による処理を施すことにより、ｐｎ接合構造１０１の上面に析出されているＧａの除去を行う。その後、ｐｎ接合構造１０１の上に、一辺の大きさが３５０μｍである正方形の形状にパターニングされたフォトレジスト（図示せず）を形成することにより、ｐｎ接合構造１０１を露出させる開口部を形成する。
続いて、フォトレジストをマスクとして、ｐｎ接合構造１０１を露出させる開口部に対してドライエッチングを施して、ｐｎ接合構造１０１における開口部に存在する部分を除去する。これにより、図５(a) に示すように、側面がテーパー形状であると共に、一辺の大きさが３５０μｍである正方形の形状にパターニングされたｐｎ接合構造１０１を複数形成する。
次に、図５(b) に示すように、ｐｎ接合構造１０１の側面の一部、及び支持体１０４におけるｐｎ接合構造１０１が存在していない部分の上に、膜厚が３００ｎｍであるＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜１０５を形成すると共に、ｐｎ接合構造１０１の上にｎ側オーミック電極１０６を形成する。
このようにして、ｐｎ接合構造１０１の下面にｐ側のオーミック電極１０２が形成されていると共に、ｐｎ接合構造１０１の上面にｎ側のオーミック電極１０６が形成されてなる半導体発光素子が形成される。
次に、図５(c) に示すように、支持体１０４の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、ｐｎ接合構造１０１の上面に形成されているｎ側オーミック電極１０６まで延びるように、絶縁体膜１０５を介して、Ｔｉ５０ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、及びＡｕ３００ｎｍが順に積層されてなる配線メタル１０７を形成する。
次に、図５(d) に示すように、配線メタル１０７における半導体発光素子が存在していない部分の上に、金メッキ層１０８を形成する。
次に、図５(e) に示すように、各々の半導体発光素子毎に支持体１０４を分割する。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、半導体発光素子の上ではなく支持体１０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、ワイヤボンドを形成する。このため、ワイヤボンドではなく配線メタル１０７を介して給電される半導体発光素子を形成することができる。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体と半導体発光素子との間に介在されている融着材料１０３（例えば、ＡｕＳｎ）が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子の上ではなく支持体１０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、パッド電極を形成することができる。このため、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、図５(c) に示すように、半導体発光素子の側面の上に、絶縁体膜１０５を介して配線メタル１０７を形成する。
これにより、配線メタル１０７における半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。このため、リーク電流の低減を図ることができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、図４(d) に示すように、基板１００におけるｐｎ接合構造１０１が形成されている側の面と対向している側の面に対して、ＹＡＧ３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射する。
これにより、吸収端に相当する波長が約３６５ｎｍであるｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）に対して、波長が約３５５ｎｍであるＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザ光を照射することができる。このため、ｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）はＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光がもつエネルギーを吸収して分解されるので、ｐｎ接合構造１０１と基板１００とを分離することができる。
尚、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、図１(a) に示すように、配線メタル１０７の幅Ｗａを５０μｍとしたが、これ以外の幅Ｗａであってもよい。しかしながら、配線メタル１０７の幅Ｗａが５μｍ以下の場合、配線メタル１０７における半導体発光素子の側面に形成されている部分の断線、又は電流駆動時の発熱による配線メタル１０７の断線が起こるので、配線メタル１０７の幅Ｗａは５μｍ以上であることが好ましい。
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図４(b) に示したように、ｐｎ接合構造１０１に融着材料１０３を予め形成した後、融着材料１０３を介してｐｎ接合構造１０１と支持体１０４とを固着したが、これに限定するものではない。例えば、支持体１０４に融着材料１０３を予め形成した後、融着材料１０３を介してｐｎ接合構造１０１と支持体１０４とを固着してもよい。
また、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図４(c) に示すように、ｐｎ接合構造１０１を融着材料１０３を介して支持体１０４に固着した後、図５(a) に示すように、ｐｎ接合構造１０１に対してドライエッチングを施して、パターニングされたｐｎ接合構造１０１を形成したが、必ずしもこの順序に限るものではない。例えば、支持体１０４にｐｎ接合構造１０１を融着材料１０３を介して固着する前に、ｐｎ接合構造１０１に対して、基板１００が露出するようにドライエッチングを施して、パターニングされたｐｎ接合構造１０１を形成した後、該ｐｎ接合構造１０１を融着材料１０３を介して支持体１０４に固着してもよい。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の構造について、図６(a) 及び(b) を参照しながら説明する。
図６(a) 及び(b)は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す図である。ここで、図６(a) は本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図であって、具体的には、図６(b) で示すＶＩａ−ＶＩａ線における断面図であり、図６(b) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。
図６(a) に示すように、膜厚が１００μｍであるＡｕよりなる支持体２０３の上に、ｐ側オーミック電極２０２、ｐｎ接合構造２０１、及びｎ側オーミック電極２０５が順に形成されている。また、ｐｎ接合構造２０１は、その膜厚が５μｍであってその形状は一辺の大きさが３５０μｍの正方形であり、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、及びｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層である。このようにして、ｐ側オーミック電極２０２及びｎ側オーミック電極２０５を有する半導体層（ｐｎ接合構造２０１）よりなる半導体発光素子が形成されている。
支持体２０３の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、ｐｎ接合構造２０１の上面に形成されているｎ側オーミック電極２０５まで、ＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜２０４を介して配線メタル２０６が形成されている。このように、支持体２０３と配線メタル２０６との間、及び半導体発光素子と配線メタル２０６との間には、絶縁体膜２０４が形成されており、該配線メタル２０６は、Ｔｉ５０ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、及びＡｕ３００ｎｍが順に積層されてなる金属膜である。
配線メタル２０６における絶縁体膜２０４を介して支持体２０３の上面に形成されている部分の上には、膜厚が３０μｍであるＡｕメッキ層２０７が形成されており、該Ａｕメッキ層２０７は、Ａｕワイヤ２０８を介して、給電用ポール２０９と電気的に接続されている。
また、図６(b) に示すように、支持体２０３の上には、ｐ側オーミック電極（図示せず）、ｐｎ接合構造２０１が順に形成されており、該ｐｎ接合構造２０１の上面における周辺部には、ｎ側オーミック電極２０５が形成されている。このようにして、支持体２０３の上には、ｐｎ接合構造２０１の下面にｐ側のオーミック電極（図示せず）が形成されていると共に、ｐｎ接合構造２０１の上面にｎ側のオーミック電極２０５が形成されてなる半導体発光素子が形成されている。
図６(b) に示される配線メタル２０６の幅Ｗｄは約５０μｍであり、該配線メタル２０６は、ｎ側オーミック電極２０５の上面から、支持体２０３の上面における半導体発光素子が存在していない部分上まで、絶縁体膜２０４を介して形成されている。
また、配線メタル２０６における絶縁体膜２０４を介して支持体２０３の上面に形成されている部分は、図６(b) に示すように、幅Ｗｅが１００μｍ且つ幅Ｗｆが３００μｍの長方形の形状にパターニングされて電極パッドを成している。該電極パッドの上には、膜厚が３０μｍであるＡｕメッキ層２０７が形成されており、該Ａｕメッキ層２０７は、Ａｕワイヤ２０８を介して、給電用ポール２０９と電気的に接続されている。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、導電性であるＡｕよりなる支持体２０３及び給電用ポール２０９に対して、外部から電流を供給することによって、半導体発光素子を発光させることができる。
ここで、本実施形態に係る半導体発光装置におけるｐｎ接合構造２０１の構成は、前述した第１の実施形態に係る半導体発光装置におけるｐｎ接合構造１０１と同様であるので、説明は繰り返し行わない。
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子の上ではなく支持体２０３における半導体発光素子が存在していない部分の上に、ワイヤボンドを形成する。このため、半導体発光素子は、ワイヤボンドではなく配線メタル２０６を介して給電される。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、支持体の材料としてサファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料を用いた場合においても、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、硬度が低い材料よりなる支持体２０３（例えば、Ａｕ）が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子の上ではなく支持体２０３における半導体発光素子が存在していない部分の上に、パッド電極を形成することができる。このため、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、図６(a) に示すように、配線メタル２０６と半導体発光素子との間には、膜厚が３００ｎｍであるＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜２０４が形成されている。
これにより、配線メタル２０６における半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、ｐ側のオーミック電極２０２からｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流が、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ流れ込むことにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、本実施形態のように、膜厚が１００ｎｍ以上である絶縁体膜２０４を形成することにより、例えば、絶縁体膜にピンホールが形成され、該ピンホールにおける部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、本実施形態のように、支持体２０３の材料として導電性の材料（例えば、Ａｕ）を用いた場合、配線メタル２０６と支持体２０３との間には、絶縁体膜２０４が形成されている。これにより、配線メタル２０６における支持体２０３の上面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
また、支持体の材料として高抵抗性の材料を用いることにより、配線メタルにおける支持体の上面に形成されている部分を通じて、リーク電流が発生することを効果的に防止することができる。しかしながら、本実施形態のように、配線メタル２０６と支持体２０３との間に絶縁体膜２０４を形成することにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、図６(a) 及び(b) に示すように、半導体発光素子がＡｕよりなる支持体２０３の上に固着されている。
これにより、ヒートシンクである支持体２０３の上に、半導体発光素子を形成することができる。このため、放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができるので、半導体発光装置において高出力の動作が可能となる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、図６(a) に示すように、支持体２０３の上面のうち半導体発光素子が存在していない領域上の面と半導体発光素子の側面とが成す角度は、９０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さい。
このようにすると、半導体発光素子の側面には傾斜が形成されているので、段差被覆性に優れた配線メタル２０６を形成することができる。このため、配線メタル２０６における半導体発光素子の側面に形成されている部分において、断線が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりを向上をより一層図ることができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置では、前述したように、ｐｎ接合構造２０１は、上層にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層（１０１ｆ）が形成されていると共に、下層にｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層（１０１ａ〜１０１ｃ）が形成されている。
このようにすると、複数の半導体層が積層されてなるｐｎ接合構造２０１において、最上層にｐ−ＧａＮコンタクト層（１０１ａ）ではなくｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）を形成することができる。これにより、ｎ−ＧａＮコンタクト層は、ｐ−ＧａＮコンタクト層と比較して抵抗率が小さいため、ｎ側オーミック電極２０５を通じてｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流は、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層と比較して容易に拡散されることができる。
このため、ｎ側オーミック電極２０５のサイズを小さくすることができるので、ｎ側オーミック電極２０５がｐｎ接合構造２０１の上面に占める面積の割合を小さくすることができる。したがって、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、半導体発光装置において発光効率の向上をより一層図ることができる。
また、ｐ側オーミック電極２０２は、ｐｎ接合構造２０１の下面に形成されているので、一部電極ではなく全面電極として形成することができる。このため、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層に対して、均一に電流を注入することができるので、発光不均一が発生することを防止することができる。したがって、発光効率の向上を図るだけでなく、半導体発光装置において均一且つ良好な発光を実現することができる。
以下に、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について、図７(a) 〜(d) 及び図８(a) 〜(e) を参照しながら説明する。
図７(a) 〜(d) 及び図８(a) 〜(e) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。
まず、図７(a) に示すように、サファイアよりなる基板２００の上に、エピタキシャル成長により、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層、及びｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなるｐｎ接合構造２０１を形成する。
次に、図７(b) に示すように、ｐｎ接合構造２０１の上に、ｐ側オーミック電極２０２を形成する。
次に、図７(c) に示すように、ｐ側オーミック電極２０２におけるｐｎ接合構造２０１が形成されている側の面と対向している側の面の上に、メッキ法により膜厚が１００μｍであるＡｕよりなる支持体２０３を形成する。
次に、図７(d) に示すように、基板２００におけるｐｎ接合構造２０１が形成されている側の面と対向している側の面に対して、ＹＡＧ３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射し、全面に渡って走査することにより、ｐｎ接合構造２０１と基板２００とを分離する。
ここで、前述したように、図７(d) に示す工程において、支持体２０３の上に形成されたｐｎ接合構造２０１を構成している半導体層のうち、最上層の半導体層はｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）である。ｎ−ＧａＮコンタクト層の吸収端に相当する波長は約３６５ｎｍであるので、図７(d) に示す工程では、基板２００に対して、波長が約３５５ｎｍであるＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザ光が照射される。これにより、ｎ−ＧａＮコンタクト層はＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光がもつエネルギーを吸収して分解される。
このように、レーザーリフトオフ法を用いることにより、ｐｎ接合構造２０１と基板２００との界面から約０．２μｍ程度の位置においてｎ−ＧａＮコンタクト層が分解されて、ｐｎ接合構造２０１と基板２００とを分離することができる。基板２００から分離されたｐｎ接合構造２０１におけるｎ−ＧａＮコンタクト層の上面には、Ｇａが析出される。
次に、ｐｎ接合構造２０１における基板２００から分離された側の面に対して、希塩酸等による処理を施すことにより、ｐｎ接合構造２０１の上面に析出されているＧａの除去を行う。その後、ｐｎ接合構造２０１の上に、一辺の大きさが３５０μｍである正方形の形状にパターニングされたフォトレジスト（図示せず）を形成することにより、ｐｎ接合構造２０１を露出させる開口部を形成する。
続いて、フォトレジストをマスクとして、ｐｎ接合構造２０１を露出させる開口部に対してドライエッチングを施して、ｐｎ接合構造２０１における開口部に存在する部分を除去する。これにより、図８(a) に示すように、側面がテーパー形状であると共に、一辺の大きさが３５０μｍである正方形の形状にパターニングされたｐｎ接合構造２０１を複数形成する。
次に、図８(b) に示すように、ｐｎ接合構造２０１の側面の一部、及び支持体２０３におけるｐｎ接合構造２０１が存在していない部分の上に、膜厚が３００ｎｍであるＳｉＯ2 膜よりなる絶縁体膜２０４を形成すると共に、ｐｎ接合構造２０１の上にｎ側オーミック電極２０５を形成する。
このようにして、ｐｎ接合構造２０１の下面にｐ側のオーミック電極２０２が形成されていると共に、ｐｎ接合構造２０１の上面にｎ側のオーミック電極２０５が形成されてなる半導体発光素子が形成される。
次に、図８(c) に示すように、支持体２０３の上面における半導体発光素子が存在していない部分上から、ｐｎ接合構造２０１の上面に形成されているｎ側オーミック電極２０５まで延びるように、絶縁体膜２０４を介して、Ｔｉ５０ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、及びＡｕ３００ｎｍが順に積層されてなる配線メタル２０６を形成する。
次に、図８(d) に示すように、配線メタル２０６おける半導体発光素子が存在していない部分の上に、Ａｕメッキ層２０７を形成する。
次に、図８(e) に示すように、各々の半導体発光素子毎に支持体２０３を分割する。
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、半導体発光素子の上ではなく支持体２０３における半導体発光素子が存在していない部分の上に、ワイヤボンドを形成する。このため、ワイヤボンドではなく配線メタル２０６を介して給電される半導体発光素子を形成することができる。これにより、半導体発光素子に対して圧力をかけることなく半導体発光装置を製造することができる。このため、支持体の材料としてサファイア又はＳｉＣ等と比較して硬度が低い材料を用いた場合においても、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、硬度が低い材料よりなる支持体２０３（例えば、Ａｕ）が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
また、半導体発光素子の上ではなく支持体２０３における半導体発光素子が存在していない部分の上に、パッド電極を形成することができる。このため、半導体発光素子における光取り出し面の上に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、発光効率の向上を図ることができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、図８(c) に示すように、半導体発光素子の側面の上に、絶縁体膜２０４を介して配線メタル２０６を形成する。
これにより、配線メタル２０６における半導体発光素子の側面に形成されている部分を通じて、ｐ側のオーミック電極２０２からｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ注入された電流が、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層へ流れ込むことにより、リーク電流が発生することをより確実に防止することができるので、半導体発光装置の歩留まりの向上をより一層図ることができる。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、図７(d) に示すように、基板２００におけるｐｎ接合構造２０１が形成されている側の面と対向している側の面に対して、ＹＡＧ３倍高調波（波長約３５５ｎｍ）のパルスレーザ光を照射する。
これにより、吸収端に相当する波長が約３６５ｎｍであるｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）に対して、波長が約３５５ｎｍであるＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザ光を照射することができる。このため、ｎ−ＧａＮコンタクト層はＹＡＧ３倍高調波のパルスレーザー光がもつエネルギーを吸収して分解されるので、ｐｎ接合構造２０１と基板２００とを分離することができる。
尚、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、メッキ法により形成されたＡｕよりなる支持体２０３の上に、ｐ側オーミック電極２０２を直接固着したが、これに限るものではない。例えば、支持体の上にｐ側オーミック電極を直接融着によって固着してもよい。
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、支持体２０３の膜厚を１００μｍとしたが、これに限るものではない。しかしながら、ウエハ・ハンドリングの容易さの観点から、約３０μｍ以上あることが望ましい。また、各々の半導体発光素子毎に支持体２０３を分割する際の容易さ、及び製造コストの観点からは、１０００μｍ未満であることが望ましい。
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、図６(a) に示すように、配線メタル２０６の幅Ｗｄを５０μｍとしたが、これ以外の幅Ｗｄであってもよい。しかしながら、配線メタル２０６の幅Ｗｄが５μｍ以下の場合、配線メタル２０６における半導体発光素子の側面に形成されている部分の断線、又は電流駆動時の発熱による配線メタル２０６の断線が起こるので、配線メタル２０６の幅Ｗｄは５μｍ以上であることが好ましい。
また、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図７(c) に示すように、ｐｎ接合構造２０１を支持体２０３に固着した後、図８(a) に示すように、ｐｎ接合構造２０１に対してドライエッチングを施して、パターニングされたｐｎ接合構造２０１を形成したが、必ずしもこの順序に限るものではない。例えば、支持体２０３にｐｎ接合構造２０１を固着する前に、ｐｎ接合構造２０１に対して、基板２００が露出するようにドライエッチングを施して、パターニングされたｐｎ接合構造２１０を形成した後、該ｐｎ接合構造２０１を支持体２０３に固着してもよい。
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の構造について、図９を参照しながら説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。
尚、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図に関しては、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置と同様であるので省略する。また、図９において、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施形態では、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置と同様の説明は繰り返し行わない。
図９に示すように、支持体１０４の上には、ｐ側オーミック電極（図示せず）、ｐｎ接合構造１０１が順に形成されており、該ｐｎ接合構造１０１の上面における中央部には、ｎ側オーミック電極３０６が形成されている。このようにして、支持体１０４の上には、ｐｎ接合構造１０１の下面にｐ側のオーミック電極（図示せず）が形成されていると共に、ｐｎ接合構造１０１の上面にｎ側のオーミック電極３０６が形成されてなる半導体発光素子が形成されている。
また、配線メタル３０７は、ｎ側オーミック電極３０６の上面から、支持体１０４の上面における半導体発光素子が存在していない部分上まで、絶縁体膜３０５を介して形成されている。
本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置では、ｎ側オーミック電極３０６がｐｎ接合構造１０１の上面おける中央付近に形成されている。
これにより、ｐ側オーミック電極３０６から、ｐｎ接合構造１０１を構成している活性層に流れ込む電流密度が面内で均一化されるので、半導体発光装置において発光効率の向上をより一層図ることができる。
以下に、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の電流−光出力特性について、図１０を参照しながら説明する。
図１０は、駆動電流に対する半導体発光装置の光出力の変化について示す図である。
図１０に示される曲線Ｃは、前述した第１の実施形態のように、ｎ側オーミック電極（１０６）が、ｐｎ接合構造（１０１）の周辺部に形成されている場合における半導体発光装置の光出力の変化について示しており、図１０に示される直線Ｄは、本実施形態のように、ｎ側オーミック電極３０６が、ｐｎ接合構造１０１の中央部に形成されている場合における半導体発光装置の光出力の変化について示している。
図１０に示すように、ある駆動電流（ｍＡ）に対する光出力（ミリワット）の数値は、曲線Ｃより得られる光出力の数値と比較すると、直線Ｄより得られる光出力の数値の方がより高い数値を示す。
このように、ｐｎ接合構造の上面に一部電極として形成されているｎ側オーミック電極は、ｐｎ接合構造の周辺部に形成されている場合と比較して、ｐｎ接合構造の中央部に形成されている場合の方がより高い光出力を得ることができる。
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置では、ｎ側オーミック電極をｐｎ接合構造の上面における中央付近に形成することにより、半導体発光装置における発光効率の向上をより一層図ることができる。
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置の構造について、図１１を参照しながら説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。
尚、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図に関しては、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置と同様であるので省略する。
図１１に示すように、ＣｕＷよりなる支持体４０４の上に、融着材料（図示せず）を介して、一辺の大きさが３５０μｍの正方形の形状にパターニングされた半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９がアレイ状に配置されている。
各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９は、第１の電極（図示せず）及び第２の電極（図示せず）を有しており、第１の電極及び第２の電極のうちいずれか一方の電極が、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の上部を構成しており、もう一方の電極が、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の下部を構成している。各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の下部を構成している電極は、融着材料を介してヒートシンクである支持体４０４の上に固着されている。
支持体４０４の上面における半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９が存在していない部分上から、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の上部を構成している電極まで延びるようにして、絶縁体膜（図示せず）を介して配線メタル４０７が形成されている。配線メタル４０７における絶縁体膜を介して支持体４０４の上面に形成されている部分の上には、Ａｕメッキ層４０８が形成されている。Ａｕメッキ層４０８は、Ａｕワイヤ（図示せず）を介して、給電部（図示せず）と電気的に接続されている。このようにして、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の上部を構成している電極は、共通の配線メタル４０７を介して、給電部（図示せず）と電気的に接続されている。
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子の上ではなく支持体４０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、ワイヤボンドを形成することができる。これにより、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９に対して、ワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタル４０７を介して給電を行うことができる。このため、製造の際に半導体発光素子が加圧されることにより、支持体４０４と半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９との間に介在されている融着材料（例えば、ＡｕＳｎ）が変形されて、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができる。
更には、共通の配線メタル４０７を介して、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９に対して給電を行うことができるので、半導体発光素子の各々にワイヤボンドを形成する必要がない。このため、アレイ状に配置された半導体発光素子の個数に関係なく、半導体発光装置の歩留まりの向上を図ると共に製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、各々の半導体発光素子の上ではなく支持体４０４における半導体発光素子が存在していない部分の上に、共通のパッド電極を形成することができる。このため、各々の半導体発光素子の上面に、パッド電極を形成する必要がないので、半導体発光素子における有効な光取り出し面の面積の増加を図ることができるので、個々の半導体発光素子について発光効率の向上をより一層図ることができる。
また、各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９を構成しているｐｎ接合構造の屈折率が大きいため、半導体発光素子の上面ではある角度以上を持つ光は全て全反射される。これに対し、半導体発光素子の側面では、ｐｎ接合構造の屈折率に関係することなく、全反射されることがない。このため、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、複数の半導体発光素子をアレイ状に配置することにより、半導体発光素子全体における光取り出し面に対して、半導体発光素子全体の側面が占める面積の割合の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
尚、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９のサイズについて、一辺の大きさが３５０μｍの正方形である場合について述べたが、これに限定するものではない。例えば、一辺の大きさが１５０μｍ以下の正方形である場合では、半導体発光素子における光取り出し面に対して、半導体発光素子の側面が占める面積の割合の増加を図ることができるので、発光効率の向上をより一層図ることができる。
また、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、９個の半導体発光素子をアレイ状に配置した場合について述べたが、半導体発光素子の個数はこれに限定するものではない。
また、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９の形状が正方形である場合について述べたが、これに限定するものではない。例えば、長方形、平行四辺形、三角形、円形等の任意の形状であってもよい。
また、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置では、全ての半導体発光素子を並列に接続する場合について述べたが、これに限定するものではない。例えば、全ての半導体発光素子を直列に接続しても良いし、並列接続したいくつかの半導体発光素子のグループを直列に接続しても良い。
（第５の実施形態）
以下に、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置の構造について、図１２を参照しながら説明する。
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図である。
尚、図１２において、前述した本発明の第１の実施形態に係る半導体装置と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施形態では、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置と同様の説明は繰り返し行わない。
図１２に示すように、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置では、前述した第４の実施形態に係る半導体発光装置における半導体発光素子の上に、蛍光体を含有する樹脂材料５００が塗布されている。
樹脂材料５００に含有される蛍光体の材料として、例えば、ＹＡＧ蛍光体のように、半導体発光素子から発せられた青色光によって励起されて黄色に発光する蛍光体を用いる。これにより、半導体発光素子からの青色光と蛍光体からの黄色光との混色により、白色に発光する半導体発光装置を実現することができる。
また、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置では、従来例のように、樹脂材料を塗布する際の圧力によってＡｕワイヤ（図示せず）が断線することがない。このため、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光装置を極めて高い歩留まりで製造することができる。
尚、本実施形態に係る半導体発光装置では、半導体発光素子からの発光波長を青色光の波長としたが、これに限定するものではない。例えば、約４２０ｎｍ以下の紫外光の波長であってもよい。
また、本実施形態に係る半導体発光装置では、樹脂材料５００に含有される蛍光体としてＹＡＧ系蛍光体を用いたが、これに限定するものではない。例えば、赤、緑、青に発光する３種類の蛍光体を混合してもよい。
尚、本発明の第１〜第５の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法では、絶縁体膜の材料としてＳｉＯ2 を用いたが、これに限定するものではない。例えば、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、Ｎｄ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、及びＺｒＯ2 等の絶縁体膜、又はこれらの材料よりなる多層膜の絶縁体膜を用いてもよい。
また、本発明の第１〜第５の実施形態に係る半導体発光装置及びその製造方法では、支持体の材料としてＣｕＷ（１０４）又はＡｕ（２０３）を用いたが、これに限定するものではない。例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＢＮ、ＡｌＮ、又はＧａＮ等よりなる支持体を用いてもよい。
また、本発明の第１〜第５の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、半導体層を構成するコンタクト層の材料として、ｎ−ＧａＮコンタクト層（１０１ｆ）を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、半導体層を構成するコンタクト層は、Ｉｎ(ｘ)Ａｌ(ｙ)Ｇａ(１−ｘ−ｙ)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）よりなるコンタクト層を用いても良い。
また、本発明の第１〜５の実施形態に係る半導体発光装置の製造方法では、レーザー光として、ＹＡＧ３倍高調波レーザから発せられるレーザー光を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ、及びＡｒＦエキシマレーザのうちから選択されるいずれか一つの装置から発せられるレーザー光を用いても良い。
（第６の実施形態）
以下に、本発明に係る半導体発光装置を備えた照明モジュールについて、図１３を参照しながら説明する。
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールの構造を示す斜視図である。
尚、図１３において、前述した本発明の第４の実施形態に係る半導体装置と同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施形態では、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置と同様の説明は繰り返し行わない。
図１３に示すように、Ａｌよりなるヒートシンク６００の上に、支持体４０４が、Ａｇペースト（図示せず）又は第１の融着材料（図示せず）を介して固着されている。ヒートシンク６００の上には、半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９がアレイ状に配置されたＬＥＤアレイ６０１が形成されている。ヒートシンク６００には、固定用貫通孔６０２が複数設けられていると共に、導電性であるヒートシンク６００と電気的に絶縁された状態で、給電電極６０３が設けられている。
ＬＥＤアレイ６０１における各々の半導体発光素子は、第１の電極及び第２の電極を有しており、これらの電極のうち各々の半導体発光素子の上部を構成している電極は、共通の配線メタル４０７を介して、電気的に接続されている。一方、半導体発光素子の下部を構成している電極は、第２の融着材料（図示せず）を介して、導電性である支持体４０４の上に固着されている。導電性である支持体４０４及び配線メタル４０７には、Ａｕワイヤ６０４を介して、給電電極６０３と電気的に接続されている。
本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールでは、導電性である支持体４０４及び配線メタル４０７に対して、外部から電流を供給することによって、ＬＥＤアレイ６０１を発光させることができる。
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールでは、ＬＥＤアレイ６０１における各々の半導体発光素子に対してワイヤボンドを介して給電を行うことなく、共通の配線メタル４０７を介して給電を行うことができる。このため、ワイヤボンディングの際に半導体発光素子が加圧されることにより、半導体発光素子においてクラック又は欠けが発生することを防止することができる。したがって、照明モジュールを構成している半導体発光装置の歩留まりの向上を図ることができるので、高い歩留まりで照明モジュールを製造することができる。
また、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールでは、半導体発光装置は、第１の融着材料を介して、ヒートシンク６００の上に固着されている。このため、放熱特性に優れた照明モジュールを実現することができるので、高出力の動作が可能である照明モジュールを提供することができる。
また、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールでは、ＬＥＤアレイ６０１における各々の半導体発光素子Ｌ１〜Ｌ９は、第２の融着材料を介して、ヒートシンクである支持体４０４の上に固着されている。このため、放熱特性に優れた半導体発光装置を提供することができるので、半導体発光装置において高出力の動作が可能となる。
以下に、本発明に係る半導体発光装置を備えた照明装置について、図１４を参照しながら説明する。
図１４は、本発明の第６の実施形態に係る照明装置の構造を示す断面図である。
尚、図１４において、前述した本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールと同一の構成要素については、同一の符号を付す。したがって、本実施形態では、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールと同様の説明は繰り返し行わない。
図１４に示すように、反射鏡７００に、固定用貫通孔６０２に設けられた固定ネジ７０１によって、本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールが固定されている。尚、図１４に示される照明モジュールの構造は、図１３で示すＸＩＶ−ＸＩＶ線における断面図に相当する。
本発明の第６の実施形態に係る照明装置では、前述したように、優れた放熱特性を有する照明モジュールを用いているので、照明装置において高出力の動作が可能となる。
尚、本実施形態に係る照明モジュール及び照明装置では、ヒートシンク６００の材料として、Ａｌを用いたが、これに限定するものではない。例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、ステンレス鋼等の金属、ＡｌＮ、Ａｌ2 Ｏ3 等のセラミクス、又は金属とセラミクスの多層構造であってもよい。
本発明は、照明分野等に好適に利用可能な半導体発光装置及びその製造方法に有用である。
(a) 及び(b) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置を構成するｐｎ接合構造の詳細構造を示す断面図である。 ｐｎ接合構造の膜厚に対する半導体発光装置の歩留まりの変化について示す図である。 (a) 〜(d) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(e) は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 及び(b)は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す図である。 (a) 〜(d) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 (a) 〜(e) は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光装置の製造工程を示す要部工程断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。 駆動電流に対する半導体発光装置の光出力の変化について示す図である 本発明の第４の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す平面図である。 本発明の第５の実施形態に係る半導体発光装置の構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る照明モジュールを示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態に係る照明装置の構造を示す断面図である。 従来の半導体発光装置の構造を示す断面図である。
符号の説明
１００、２００ 基板
１０１、２０１ ｐｎ接合構造
１０２、２０２ ｐ側オーミック電極
１０３ 融着材料
１０４、２０３、４０４ 支持体
１０１ａ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１０１ｂ ｐ−ＡｌＧａＮ電流拡散層
１０１ｃ ｐ−ＡｌＧａＮ障壁層
１０１ｄ ｕｎ−ＡｌＧａＮ中間層
１０１ｅ ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ多量子井戸活性層
１０１ｆ ｎ−ＧａＮコンタクト層
１０５、２０４、３０５ 絶縁体膜
１０６、２０５、３０６ ｎ側オーミック電極
１０７、２０６、３０７、４０７ 配線メタル
１０８、２０７、４０８ Ａｕメッキ層
１０９、２０８ Ａｕワイヤ
１１０、２０９ 給電用ポール
５００ 樹脂材料
６００ ヒートシンク
６０１ ＬＥＤアレイ
６０２ 固定用貫通孔
６０３ 給電電極
６０４ Ａｕワイヤ
７００ 反射鏡
７０１ 固定ネジ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８、Ｌ９ 半導体発光素子
８００ 支持体
８０１ 融着材料
８０２ ｐ側オーミック電極
８０３ ｐｎ接合構造
８０４ ｎ側オーミック電極
８０５ Ａｕメッキ層
８０６ Ａｕワイヤ
８０７ 給電用ポール



























Claims (23)

  1. 金属材料よりなる支持体と、
    前記支持体の上に融着材料を介して固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる半導体発光素子と、
    前記支持体の上面における前記半導体発光素子が存在していない部分上に形成されたパッド電極と、
    前記パッド電極から前記第２の電極まで延びるように形成された配線メタルと、
    前記配線メタルと前記支持体との間に形成された絶縁体膜とを備え、
    前記第２の電極への給電は、前記配線メタルを介して行なわれ、
    前記半導体層は、上層に前記第２の電極と接続するｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていると共に、下層に前記第１の電極と接続するｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 金属材料よりなる支持体と、
    前記支持体の上に固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる半導体発光素子と、
    前記支持体の上面における前記半導体発光素子が存在していない部分上に形成されたパッド電極と、
    前記パッド電極から前記第２の電極まで延びるように形成された配線メタルと、
    前記配線メタルと前記支持体との間に形成された絶縁体膜とを備え、
    前記第２の電極への給電は、前記配線メタルを介して行なわれ、
    前記半導体層は、上層に前記第２の電極と接続するｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていると共に、下層に前記第１の電極と接続するｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  3. 前記半導体層の膜厚は３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  4. 前記配線メタルと前記半導体発光素子との間には、前記絶縁体膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  5. 前記絶縁体膜の膜厚は１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
  6. 前記絶縁体膜は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＯ2、Ｎｄ2Ｏ5、Ｔａ2Ｏ5、及びＺｒＯ2のうちから選択されるいずれか一つの種類の材料よりなる膜、又はこれらの材料のうちから選択される複数の種類の材料よりなる多層膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光装置。
  7. 前記融着材料は、ＰｂＳｎ、ＡｕＳｎ、ＡｇＳｎ、又はＩｎＳｎよりなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  8. 前記支持体は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、又はＣｕＷよりなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  9. 前記支持体の上面のうち前記半導体発光素子が存在していない領域上の面と前記半導体発光素子の側面とが成す角度は、９０°よりも大きく且つ１８０°よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  10. 前記第２の電極は、前記半導体層の上面における中央付近に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  11. 前記半導体発光素子の表面には、前記半導体発光素子からの発光により励起される蛍光体を含む樹脂材料が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  12. 金属材料よりなる支持体と、
    各々が、前記支持体の上に融着材料を介して固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる複数の半導体発光素子と、
    前記支持体の上面における前記複数の半導体発光素子が存在していない部分上に形成された共通のパッド電極と、
    前記パッド電極から、前記複数の半導体発光素子の各々における前記第２の電極まで延びるように形成された配線メタルと、
    前記配線メタルと前記支持体との間に形成された絶縁体膜とを備え、
    前記第２の電極への給電は、前記配線メタルを介して行なわれ、
    前記半導体層は、上層に前記第２の電極と接続するｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていると共に、下層に前記第１の電極と接続するｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  13. 金属材料よりなる支持体と、
    各々が、前記支持体の上に固着され、下面に第１の電極を有すると共に上面に第２の電極を有し、少なくとも活性層を含む半導体層よりなる複数の半導体発光素子と、
    前記支持体の上面における前記複数の半導体発光素子が存在していない部分上に形成された共通のパッド電極と、
    前記パッド電極から、前記複数の半導体発光素子の各々における前記第２の電極まで延びるように形成された配線メタルと、
    前記配線メタルと前記支持体との間に形成された絶縁体膜とを備え、
    前記第２の電極への給電は、前記配線メタルを介して行なわれ、
    前記半導体層は、上層に前記第２の電極と接続するｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていると共に、下層に前記第１の電極と接続するｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発光装置。
  14. 請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の半導体発光装置を備えることを特徴とする照明モジュール。
  15. 請求項１４に記載の照明モジュールを備えることを特徴とする照明装置。
  16. 基板の上に、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層及びｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層の上に、第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の電極における前記半導体層が形成されている側の面と対向している側の面の上に、融着材料を介して金属材料よりなる支持体を形成する工程と、
    前記支持体の形成後に、前記半導体層と前記基板とを分離する工程と、
    前記半導体層から半導体発光素子を形成する工程と、
    前記半導体発光素子における前記第１の電極が形成されている側の面と対向している側の面の上に、第２の電極を形成する工程と、
    前記支持体における前記融着材料を介して前記第１の電極が形成されている面における前記半導体発光素子が存在していない部分の上に、絶縁体膜を形成する工程と、
    前記絶縁体膜の上から、前記第２の電極まで延びるように配線メタルを形成する工程とを備え、
    前記配線メタルは前記支持体上における前記半導体発光素子が存在していない部分上にパッド電極を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  17. 基板の上に、ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、活性層及びｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されてなる半導体層を形成する工程と、
    前記半導体層の上に、第１の電極を形成する工程と、
    前記第１の電極における前記半導体層が形成されている側の面と対向している側の面の上に、金属材料よりなる支持体を形成する工程と、
    前記支持体の形成後に、前記半導体層と前記基板とを分離する工程と、
    前記半導体層から半導体発光素子を形成する工程と、
    前記半導体発光素子における前記第１の電極が形成されている側の面と対向している側の面の上に、第２の電極を形成する工程と、
    前記支持体における前記第１の電極が形成されている面における前記半導体発光素子が存在していない部分の上に、絶縁体膜を形成する工程と、
    前記絶縁体膜の上から、前記第２の電極まで延びるように配線メタルを形成する工程とを備え、
    前記配線メタルは前記支持体上における前記半導体発光素子が存在していない部分上にパッド電極を有することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
  18. 前記絶縁体膜を形成する工程は、前記半導体発光素子を形成する工程よりも後であって前記第２の電極を形成する工程よりも前、又は前記第２の電極を形成する工程よりも後であって前記配線メタルを形成する工程よりも前に行い、
    前記絶縁体膜を形成する工程は、前記半導体発光素子の側面の上に、前記絶縁体膜を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の半導体発光装置の製造方法。
  19. 前記半導体層の吸収端に相当する波長以下の波長を有するレーザー光を選択して、
    前記基板における前記半導体層が形成されている側の面と対向している側の面に対して、前記レーザー光を照射することにより、前記半導体層と前記基板とを分離することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の半導体発光装置の製造方法。
  20. 前記基板は、透明基板であることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光装置の製造方法。
  21. 前記透明基板はサファイアよりなることを特徴とする請求項２０に記載の半導体発光装置の製造方法。
  22. 前記半導体層を構成するコンタクト層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）よりなることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光装置の製造方法。
  23. 前記レーザー光は、ＹＡＧ３倍高調波レーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、及びＡｒＦエキシマレーザのうちから選択されるいずれか一つの装置から発せられることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光装置の製造方法。
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