半導体発光素子
【課題】発光動作時における効率低下や光出力の低下を回避しつつ静電破壊耐量の向上を図る。
【解決手段】支持基板３０と、発光層１２を含む半導体膜１０と、光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、支持基板と半導体膜との間に設けられた光反射層２０、から形成され、表面電極は、半導体膜とオーミック接触する第１の電極片４３と、第１の電極片に電気的に接続され且つ半導体膜とショットキー接触する第２の電極片４１と、を含み、光反射層に形成される反射電極は、第１の電極片と互いに重ならないように配置され半導体膜とオーミック接触する第３の電極片２１Ｄと、第３の電極片に電気的に接続され半導体膜とオーミック接触し且つ第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、第１の電極片と第４の電極片との間の半導体膜の主面方向における最短距離は、第１の電極片と第３の電極片との間の同方向における最短距離よりも大きくする。
【解決手段】支持基板３０と、発光層１２を含む半導体膜１０と、光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、支持基板と半導体膜との間に設けられた光反射層２０、から形成され、表面電極は、半導体膜とオーミック接触する第１の電極片４３と、第１の電極片に電気的に接続され且つ半導体膜とショットキー接触する第２の電極片４１と、を含み、光反射層に形成される反射電極は、第１の電極片と互いに重ならないように配置され半導体膜とオーミック接触する第３の電極片２１Ｄと、第３の電極片に電気的に接続され半導体膜とオーミック接触し且つ第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、第１の電極片と第４の電極片との間の半導体膜の主面方向における最短距離は、第１の電極片と第３の電極片との間の同方向における最短距離よりも大きくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子に関する。
【従来技術】
【０００２】
AlGaInP系材料で構成されるＬＥＤは、結晶成長に使用されるGaAs基板のバンドギャップよりも発光層のバンドギャップの方が大きい。そのため、発光層から放射された光のうち、光取り出し面側に向かう光の一部は取り出すことができるが、GaAs基板側に向かう光はGaAs基板に吸収される。このような問題を解消し得る素子構造として、半導体膜の光取り出し面と反対側の面に光反射膜を形成した所謂貼り合わせ構造が知られている。このような、発光素子は、例えば、GaAs基板上にAlGaInP系材料からなる半導体膜を形成した後、半導体膜の表面に反射率の高い金属からなる光反射膜を設け、光反射膜上に支持基板に貼り付けた後、GaAs基板を除去することにより製造される。かかる構成のＬＥＤによれば、光取り出し面とは反対側に向かう光は、光反射膜で反射されて外部に放出されるので、ＬＥＤの光取り出し効率が向上する。
【０００３】
一方、半導体膜と空気又は樹脂等の周囲媒体との界面に対して臨界角以上の角度で入射する光は、全反射され外部に取り出すことはできない。外部に取り出すことができない光は、半導体膜内部で反射を繰り返して減衰する。半導体膜の内部を伝搬する光の強度は、伝搬距離（光路長）に対して指数関数的に減少する。例えば、AlGaInP系半導体膜の屈折率は３．３であり、これを屈折率１．５の樹脂で封止した場合、臨界角は２７°、半導体膜と樹脂との界面における反射率は１５％程度となり、外部へ取り出すことができる光は４．５％程度に制限される。
【０００４】
そこで、半導体膜の光取り出し面を粗面化することにより形成される光取り出し構造が知られている。かかる構造によれば、光取り出し面に向かう光は半導体膜表面の凹凸部で散乱、回折され、光取り出し面と周囲媒体との界面で全反射される光の量を減じることができ、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【０００５】
また、半導体膜の上面と下面にそれぞれ電極を設け、半導体膜の厚さ方向に電流を流す所謂縦型の発光素子において、上面側の電極と下面側の電極とが、半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置したものが知られている。このような電極構成をカウンタ電極と呼ぶ。このような電極構成によれば、半導体膜の主面方向における電流拡散が促進され、電流密度分布および発光輝度分布の均一性を向上させることができる。尚、カウンタ電極は、上記の貼り合わせ構造と組み合わせて使用されるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２７８９５号公報
【特許文献２】特開２００８−６０３３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したような、貼り合わせ構造を有する半導体発光素子においては、半導体膜の厚さは通常２０μｍ以下と薄い故に電流集中が生じやすく、特に逆方向サージに対する静電破壊耐量が低い。また、半導体膜の表面をエッチング処理するなどしてフォトニック結晶などの光取り出し構造を形成すると、電流拡散に寄与する半導体膜の厚さが更に小さくなるため静電破壊耐量は一層低下する。カウンタ電極配置とすることで、半導体膜内における電流拡散が促進されて静電破壊耐量が向上する傾向が見られるものの十分ではない。
【０００８】
静電破壊耐量を向上させるための有効な手段として、サージ電圧印加時における電流の局所集中を回避することが可能な電極構成とすることが挙げられる。このとき、発光動作時における発光効率の低下や光出力の低下を極力抑えることが重要である。例えば光取り出し面に形成される表面電極の被覆率を大きくした場合には、光出力の低下は避けられない。また、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド）の直下で生成される光は、給電用パッドによって遮られて、外部に取り出すことは困難である。従って、給電用パッドの直下に電流が流入して、給電用パッド直下で光が生成されると光取り出し効率が低下する。このような光出力の低下や光取り出し効率の低下を伴うことなく静電破壊耐量の向上を図ることが望ましい。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光動作時における効率低下や光出力の低下を回避しつつ静電破壊耐量の向上を図ることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第２の電極片と、を含み、前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記半導体膜との間でオーミック接触を形成し且つ前記第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、前記第１の電極片と前記第４の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第２の電極片と、を含み、前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記第２の電極片と対向するように配置され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第４の電極片とを含み、前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、前記第３の電極片と前記第２の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第３の電極片と前記第１の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最端距離よりも大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体発光装置によれば、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向電圧印加時においては第２の電極片と第４の電極片との間に電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。
【図２】図１における２−２線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施例に係る表面電極の構成を示す平面図である。図３（ｂ）は、本発明の実施例に係る反射電極の構成を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の発光動作時における電流経路を示す断面図、図４（ｂ）は逆方向サージ電圧印加時における電流経路を示す断面図である。図４（ｃ）は、比較例に係る半導体発光素子の逆方向サージ電圧印加時における電流経路を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る半導体発光素子および比較例に係る半導体発光素子の静電破壊試験の結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）における８ｂ−８ｂ線に沿った断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の実施例３に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ、図９（ａ）における９ｂ−９ｂ線および９ｃ−９ｃ線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の実施例４に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における１０ｂ−１０ｂ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体発光素子１の構成を示す平面図、図２は、図１における２−２線に沿った断面図である。尚、図１において、光取り出し面側に設けられた表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられた反射電極が破線で示されている。
【００１６】
半導体発光素子１は、例えば１辺３００μｍの正方形の主面を有し、光反射層２０を間に挟んで半導体膜１０と支持基板３０とが接合されたいわゆる貼り合わせ構造を有する。半導体膜１０は、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１、発光層１２、ｐ型クラッド層１３、ｐ型コンタクト層１４が積層されて構成される。ｎ型クラッド層１１は、例えば厚さ２．５μｍのSiドープされた（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Pからなる層と、厚さ０．５μｍのSiドープされたAl0.5In0.5Pからなる層が積層されて構成される。発光層１２は、例えば厚さ２０ｎｍの（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Pからなる井戸層と、厚さ１０ｎｍの（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Pからなるバリア層とからなるペアを１５回繰り返して積層して構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１３は、例えば厚さ０．５μｍのMgドープされたAl0.5In0.5Pにより構成される。ｐ型コンタクト層１４は、例えば厚さ１．５μｍのMgドープされたGaPにより構成される。尚、各層の組成比は上記したものに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
【００１７】
光取り出し面となるｎ型クラッド層１１の表面には、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する光取り出し面側のオーミック電極（第１の電極片）４３と、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第２の電極片）４１と、給電用パッド４１とオーミック電極４３とを電気的に接続するための配線電極４２と、からなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１および配線電極４２は、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成する材料により構成されている。ショットキー障壁の高さは、オーミック電極４３を介して電流が流れ始めるまでの配線抵抗を含む順方向電圧ＶＦよりも高く、０．２Ｖ以上、好ましくは０．５Ｖ以上である。給電用パッド４１および配線電極４２の材料としてAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）を使用することが可能である。尚、給電用パッド４１は、ワイヤボンディング強度を向上させるために、上記のショットキー電極材料の上にTiなどからなる密着層を介してAu（厚さ約１μｍ）を積層して構成されていてもよい。オーミック電極４３は、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成する材料により構成される。オーミック電極４３は、例えば、AuGeN（厚さ３００ｎｍ）からなるコンタクト層、Ti/Ni（厚さ２００ｎｍ）からなるバリア層、Au（厚さ２００ｎｍ）からなる電流拡散層をこの順序で積層することにより構成することができる。ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成し得る他の材料としては、例えば、AuSn、AuGe、AuSnNiなどが挙げられる。
【００１８】
図３（ａ）は、表面電極を構成する給電用パッド４１、オーミック電極４３および配線電極４２のみを示した図である。給電用パッド４１は、例えば直径１００μｍ（７８５０μｍ２）の円形形状を有し、光取り出し面の中央に配置されている。尚、給電用パッド４１のサイズは２５００μｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは５０００μｍ２以上である。給電用パッド４１には半導体発光素子１の各コーナ部に向けて伸びる幅５μｍ程度の線状の配線電極４２が接続されている。接続配線４２の各々には、幅５μｍ程度の線状のオーミック電極４３が接続されている。オーミック電極４３は、半導体発光素子１のコーナ部付近およびコーナ部からやや中央部寄りに分散配置された８つの電極片４３ａ〜４３ｈにより構成されている。分散配置されたオーミック電極４３の各電極片４３ａ〜４３ｈは、接続配線４２を介して給電用パッド４１と電気的に接続されている。給電用パッド４１、接続配線４２およびオーミック電極４３からなる表面電極は、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに、４回回転対称（９０°回転すると重なる）となるようなパターンを有する。
【００１９】
光反射層２０は、ｐ型コンタクト層１４に隣接して設けられている。光反射層２０は、誘電体層２５と反射電極とを含み、半導体膜１０と接する面において光反射面を形成する。反射電極は、ｐ型コンタクト層１４との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnなどからなる線状のライン電極２１Ｌ、島状のドット電極２１Ｄおよび対向電極２２により構成される。対向電極２２は、給電用パッド４１と対向する位置に配置される電極片である。尚、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、本発明の第３の電極片を構成し、対向電極２２は、本発明の第４の電極片を構成する。誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、ｐ型コンタクト層１４との界面近傍に形成されている。誘電体層２５は、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄ、対向電極２２の間に介在し、半導体層１０と接する面において、これらの各電極間を分離している。換言すれば、誘電体層２５は、反射電極のパターンを画定している。尚、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄ、対向電極２２は、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。尚、誘電体層２５の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。また、反射電極の材料は、ｐ型コンタクト層１４との間でオーミック性接触を形成することができ、高い光反射性を有する他の材料を用いることができる。
【００２０】
図３（ｂ）は、光反射面側に設けられたライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２のみを示した図である。ライン電極２１Ｌは、幅５μｍ程度の線状をなしており、対向電極２２の外周を囲むように形成された円環状の第１の部分２１Ｌ１と、第１の部分２１Ｌ１に接続され、半導体発光素子１の各辺に向けて伸長する略十字型の第２の部分２１Ｌ２と、第２の部分２１Ｌ２に接続され、半導体発光素子１の外縁に沿って伸長する第３の部分２１Ｌ３と、半導体発光素子１の各コーナ部近傍に設けられ、各コーナ部を挟む２つの辺を跨ぐようにして第３の部分２１Ｌ３に接続する第４の部分２１Ｌ４により構成される。ドット電極２１Ｄは、例えば直径５μｍ程度の円形をなしており、ライン電極２１Ｌの各部分に沿うように分散配置されている。このように光反射面側にドット電極２１Ｄを分散配置することで半導体膜１０の膜厚が小さい場合でも半導体膜１０内における電流拡散が促進され、更にライン電極２１Ｌを併せて設けることにより、ドット電極２１Ｄへの電流集中を防止している。
【００２１】
対向電極２２は、光取り出し面側の給電用パッド４１の直下に配置される。対向電極２２は、例えば、給電用パッド４１と同一サイズの円形をなしているが、これに限定されるものではない。対向電極２２のサイズは給電用パッド４１よりも大きくてもよく、その形状も適宜変更することが可能である。対向電極２２は、その外周を囲むように設けられた誘電体層２５によって半導体膜１０と接する面においてライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている。
【００２２】
図１に示すように、光取り出し面側のオーミック電極（第１の電極片）４３と、光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄ（第３の電極片）は、半導体膜１０の主面と平行な投影面にこれらを投影したときに互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、光取り出し面側のオーミック電極４３を構成する各電極片を挟んだ両側に当該電極片に沿うように配置されている。光取り出し面側のオーミック電極４３の直下には誘電体層２５が配置される。このような電極構成とすることで、光取り出し面側のオーミック電極４３の面積を小さくしても、半導体膜１０内に広く電流を拡散させることが可能となる。また、本実施例では、光取り出し面側の電極と光反射面側の電極を含めた全体の電極パターンは、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となっている。これにより、半導体発光素子１とレンズ等とを組み合わせて照明装置を構成した場合に、等方的な配光を得ることができる。
【００２３】
光反射層２０上にバリアメタル層２６が設けられ、さらにバリアメタル層２６上に密着層２７が設けられる。バリアメタル層２６は、例えばTa、Ti、W等の高融点金属もしくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成することができる。バリアメタル層２６は、反射電極に含まれるZnが外方拡散するのを防止するとともに、接合層３３に含まれる共晶接合材（例えばAuSn）が反射電極内に拡散するのを防止する。密着層２７は、接合層３３に含まれる共晶接合材に対する濡れ性が高い材料、例えばNiなどを含む。
【００２４】
支持基板３０は、例えばｐ型不純物を高濃度で添加することにより導電性が付与されたSi基板である。支持基板３０の両面には、例えばPtからなるオーミック金属層３１および３２が形成される。オーミック金属層３２上にはTi、Ni、AuSnを順次積層して構成される接合層３３が設けられている。支持基板３０は、接合層３３と密着層２７との結合によって半導体膜１０に接合される。尚、支持基板３０の材料としては、Si以外にもGe、Al、Cu等の他の導電性材料を用いることができる。
【００２５】
図４（ａ）は、上記した構成を有する半導体発光素子１の発光動作時の半導体膜１０内を流れる電流の経路を示した図である。電流は、ｐ型コンタクト層１４と接する光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３に向けて流れる。オーミック電極４３と、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、半導体膜１０の主面と平行な投影面にこれらを投影したときに互いに重ならないように配置されている故、電流の流れる方向は半導体膜１０の主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０内において電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１は半導体膜１０との間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０のｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、光反射面側のライン電極２１Ｌ、ドット電極２２ｂおよび対向電極２２のいずれからも給電用パッド４１に向けて電流は流れない。すなわち、発光動作時においては、給電用パッド４１の直下領域には電流は流入しないようになっている。
【００２６】
給電用パッド４１の直下領域に電流が流れると、給電用パッド４１によって遮られる光取り出しに寄与しない領域において光が生成されることとなり、光取り出し効率が低下する。特に、本実施例に係る半導体発光素子１は、半導体膜１０の膜厚が比較的小さいため、給電用パッド４１の直下に電流が流入した場合に光取り出し効率の低下が顕著となる。本実施例に係る半導体発光素子１においては、給電用パッド４１をショットキー電極として構成したことに加え、光反射面側の各電極の構成によっても給電用パッド４１直下への電流流入を防止している。すなわち、対向電極２２は、光取り出し面側のオーミック電極４３までの距離がいずれのライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄよりも遠い位置に配置され、しかも、半導体膜１０と接する面において、誘電体層２５によってライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている。換言すれば、給電用パッド４１と、これに隣接するオーミック電極４３との間の領域Ａの直下には、半導体膜１０と接する面において対向電極２２から分離されたライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄ（図４（ａ）において破線で囲まれている）が配置されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２からオーミック電極４３に向けて電流は殆ど流れない。従って、発光動作時において、給電用パッド４１の直下領域に流入する電流をほぼ完全になくすことができる。
【００２７】
図４（ｂ）は、半導体発光素子１の逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０内を流れる電流の経路を示した図である。半導体膜１０のｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側の各オーミック電極４３から光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１と半導体膜１０との間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１と半導体膜１０との間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１から対向電極２２に向けて電流が流れる。ここで、図４（ｃ）は、給電用パッド４１に対向する対向電極を有さない比較例に係る半導体発光素子における逆方向サージ電圧印加時の電流経路を示した図である。対向電極を設けないこととした場合、電流経路は、光取り出し面側のオーミック電極４３から光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄに向かう経路のみとなる。この場合において、高い電圧が印加されると抵抗の最も小さい経路に電流が集中し（カレントバンチング）、静電破壊耐量が低くなる。抵抗の不均一は、例えば、電極配置の僅かなずれなどに起因して生じ、これを完全に排除することは困難である。一方、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、逆方向サージ電圧印加時には比較的面積の大きい給電用パッド４１と対向電極２２との間にも電流経路が形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。特に逆方向サージ電圧印加時において、給電用パッド４１と対向電極２２との距離は、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの距離よりも短く、給電用パッド４１と対向電極２２との間の電流経路は、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの間の電流経路と比較して、抵抗が低い。従って、効率よく電流集中を緩和して静電破壊耐量を向上させることができる。そして、図２に示すように、光取り出し面側のオーミック電極４３と、光反射面側のライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｌとの間の半導体膜１０の主面方向における最短距離ｌ１よりも、給電用パッド４１と対向電極２２との間の距離ｄ（すなわち、半導体膜１０の厚さ）を小さくすることにより（ｌ１＞ｄ）、給電用パッド４１と対向電極２２との間に形成されるサージ電流経路上の抵抗を小さくすることができ、静電破壊耐量の改善効果をより高めることができる。
【００２８】
次に、上記した構成を有する半導体発光素子１の製造方法について図５および図６を参照説明する。
【００２９】
（半導体膜形成）
半導体膜１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成した。半導体膜１０の結晶成長に使用する成長用基板５０として（１００）面から[０１１]方向に１５°傾斜させた厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を使用した。成長用基板５０上に厚さ２．５μｍのSiドープされた（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Pからなる層と、厚さ０．５μｍのSiドープされたAl0.5In0.5Pからなる層が積層されて構成されるｎ型クラッド層１１を形成した。ｎ型クラッド層１１上に発光層１２を形成した。発光層１２は、（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Pからなる厚さ２０ｎｍの井戸層と、（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Pからなる厚さ１０ｎｍのバリア層からなるペアを１５回繰り返して積層した多重量子井戸構造とした。尚、井戸層のAl組成比ｚは発光波長に合わせて０≦ｚ≦０．４の範囲で調整することができる。発光層１２上にMgドープされたAl0.5Ga0.5Pからなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッド層１３を形成した。尚、ｎ型クラッド層１１およびｐ型クラッド層１３のAl組成比ｚは、０．４≦ｚ≦１．０の範囲で調整することができる。ｐ型クラッド層１３上にMgドープされたGaPからなる厚さ１．５μｍのｐ型コンタクト層１４を形成した。ｐ型コンタクト層１４には、発光層１２からの光を吸収しない範囲でInを含めることができる。これらの各層により半導体膜１０が構成される（図５（ａ））。尚、V族原料としてホスフィン（PH3）を使用し、III族原料としてトリメチルガリウム（TMGa）、トリメチルアルミニウム（TMAl）、トリメチルインジウム（TMI）の有機金属を使用した。また、ｎ型不純物であるSiの原料としてシラン（SiH4）を使用し、ｐ型不純物であるMgの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を使用した。成長温度は７５０〜８５０℃であり、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は１０ｋＰａとした。
【００３０】
（光反射層およびメタル層形成）
ｐ型コンタクト層１４上にプラズマＣＶＤ法により誘電体層２５を構成するSiO2膜を形成した。SiO2膜の膜厚ｄは、真空中の発光波長をλ０、SiO2膜の屈折率をｎ、任意の整数をｍとすると、ｄ＝ｍ・λ０／４ｎを満たすように設定する。ここで、λ０＝６２５ｎｍ、ｎ＝１．４５、ｍ＝１として、誘電体層２５の膜厚ｄ＝１０７ｎｍとした。続いて、SiO2膜上にレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてエッチングを行うことにより、SiO2膜にライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２のパターンに対応したパターニングを施した。SiO2膜を除去した部分において開口部が形成され、この開口部においてｐ型コンタクト層１４が露出する（図５（ｂ））。尚、SiO2膜の成膜方法として熱ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることもできる。また、SiO2膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。誘電体層２５の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。
【００３１】
次に、ＥＢ蒸着法により誘電体層２５上にAuZnからなる厚さ３００ｎｍの反射電極を形成した。反射電極は、先のエッチング処理によって誘電体層２５に形成された開口部においてｐ型電流拡散１４と接触する。反射電極は、誘電体層２５によってライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２に分割される。誘電体層２５および反射電極により光反射層２０が構成される（図５（ｃ））。
【００３２】
次に、光反射層２０上にスパッタ法によりTaN（厚さ１００ｎｍ）、TiW（厚さ１００ｎｍ）、TaN（厚さ１００ｎｍ）を順次堆積させ、バリアメタル層２６を形成した。尚、バリアメタル層２６は、Ta、Ti、W等の他の高融点金属もしくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成されていてもよい。また、バリアメタル層２６の形成には、スパッタ法以外にＥＢ蒸着法を用いることが可能である。その後、約５００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行った。これにより、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２とｐ型コンタクト層１４との間で良好なオーミック接触が形成される。
【００３３】
次に、ＥＢ蒸着法によりバリアメタル層２６上にNi（厚さ３００ｎｍ）、Au（厚さ３０ｎｍ）を順次形成し、密着層２７を形成した。尚、接合層２７の形成には、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法を用いることが可能である（図５（ｄ））。
【００３４】
（支持基板の接合）
半導体膜１０を支持するための支持基板３０としてｐ型不純物を添加することにより導電性が付与されたSi基板を用いた。ＥＢ蒸着法により、支持基板３０の両面にＰｔからなる厚さ２００ｎｍのオーミック金属層３１、３２を形成した。続いて、スパッタ法によりオーミック金属層３２上にTi（厚さ１５０ｎｍ）、Ni（厚さ１００ｎｍ）、AuSn（厚さ６００ｎｍ）を順次堆積して接合層３３を形成した。AuSn層は、共晶接合材として機能する。Ni層は共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。Ti層は、Niとオーミック金属層３２との密着性を向上させる機能を有する。尚、オーミック金属層３１、３２は、Ptに限らずSi基板との間でオーミック性接触を形成し得る他の材料、例えばAu、Ni、Tiなどを用いることができる。また、支持基板３０は、導電性および高熱伝導性を備えた他の材料、例えばGe、Al、Cuなどで構成されていてもよい。
【００３５】
半導体膜１０と支持基板３０とを熱圧着により接合した。半導体膜１０側の密着層２７と支持基板３０側の接合層３３とを密着させ、１ＭＰａ、３３０℃の窒素雰囲気下で１０分間保持した。支持基板３０側の接合層３３に含まれる共晶接合材（AuSn）が溶融して、半導体膜１０側の密着層２７（Ni/Au）との間でAuSnNiを形成することにより支持基板３０と半導体膜１０とが接合される（図６（ａ））
（成長用基板の除去）
半導体膜１０の結晶成長に使用した成長用基板５０をアンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより除去した。尚、成長用基板５０を除去する方法として、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨法（ＣＭＰ）またはこれらの組み合わせを用いてもよい（図６（ｂ））。
【００３６】
（光取り出し構造の形成）
成長用基板を除去することによって表出したｎ型クラッド層１１の表面に光取り出し効率を向上させる為の光取り出し構造としてフォトニック結晶を形成した。フォトリソグラフィ法によってｎ型クラッド層１１上に人工的周期構造のレジストマスク（図示せず）を形成し、このレジストマスクを介してｎ型クラッド層の表面をドライエッチングすることによりｎ型クラッド層１１の表面に複数の円錐状の突起からなるフォトニック結晶を形成した。円錐状の突起は、三角格子配列、周期５００ｎｍ、高さ６００ｎｍ、アスペクト比１．２にて形成された。尚、レジストマスクのパターンニングには、ＥＢリソグラフィ、ＥＢ描画装置、ナノインプリント、レーザ露光などの方法を用いることが可能である。また、フォトニック結晶を構成する複数の突起の形状は、円柱形状、角錐形状、角柱形状などであってもよく、周期３００ｎｍ〜１０００ｎｍ、アスペクト比０．７〜１．５の範囲であれば良い。また、フォトニック結晶に代えて、ｎ型クラッド層１１の表面をウェットエッチング処理などによって粗面化することにより光取り出し構造を形成してもよい。
【００３７】
（光取り出し面側の電極形成）
ｎ型クラッド層１１の表面にオーミック電極４３、給電用パッド４１および配線電極４２を形成した。ｎ型クラッド層１１との間でオーミック性接触を形成するAuGeNiをＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１上に堆積させた後、リフトオフ法によりパターニングを行ってオーミック電極４３を形成した。続いて、ＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成するTi（厚さ１００ｎｍ）をｎ型クラッド層１１上に堆積させ、更にTi上にAu（厚さ１．５μｍ）を堆積した。その後、リフトオフ法によりパターニングを行って給電用パッド４１および配線電極４２を形成した。尚、オーミック電極４３の材料としてAuGe、AuSn、AuSnNi等を使用することも可能である。また、給電用パッド４１および配線電極４２の材料としてAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）を使用することも可能である。また、ワイヤボンディング強度を向上させるために、上記のショットキー接触を形成し得る材料の上にTiなどからなる密着層を介してAu（厚さ約１μｍ）が積層されていてもよい。次に、ｎ型クラッド層１１とオーミック電極４３との間でオーミック性接触の形成を促進させるために４００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行った（図６（ｃ））。以上の各工程を経て半導体発光装置１が完成する。
【００３８】
図７は、本発明の実施例に係る半導体発光素子１（実線）と、給電用パッド４１に対向する対向電極を有さない比較例に係る半導体発光素子（破線）における静電破壊試験（ＥＳＤ）の結果を示す図である。試験は、JEDEC:JESD22-A114Fに準拠して行った。試験サンプルは、光取り出し面側のオーミック電極と、光反射面側のライン電極およびドット電極との間の電極間距離の水平方向成分を変化させることにより、シリーズ抵抗Ｒｓを変化させた複数種のサンプルを使用した。図７において、横軸はシリーズ抵抗Ｒｓであり、縦軸は静電破壊電圧である。実施例および比較例に係るサンプルの両者において、シリーズ抵抗Ｒｓが小さくなる程、静電破壊耐量が向上する傾向が確認された。また、シリーズ抵抗Ｒｓが同一であれば、本実施例に係る半導体発光素子は、比較例に係る半導体発光素子よりも３０００〜５０００Ｖ程度静電破壊耐量が向上することが確認された。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、半導体膜の膜厚が比較的小さい所謂貼り合わせ構造を有する発光素子において、表面電極の被覆率を抑えつつも半導体膜内において均一な電流拡散を達成することができる。従って、輝度むらがなく光取り出し効率の高い発光素子を提供することができる。
【００４０】
また、給電用パッド（第２の電極片）４１は、半導体膜１０内を流れる順方向電流に対してショットキー電極として機能し、しかも給電用パッド４１に対向配置された対向電極（第４の電極片）２２は、オーミック電極（第１の電極片）４３までの最短距離が、オーミック電極（第１の電極片）４３とライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄ（第３の電極片）との間の最短距離よりも大きくなるように配置されているため、対向電極２２とオーミック電極４３との間の抵抗が、ライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄとオーミック電極４３との間の抵抗より高い。このため、発光動作時に給電用パッド４１の直下領域には電流が殆ど流れず、この領域では光は生成されない。本実施例においては、半導体膜１０の膜厚はほぼ一定に形成されているため、対向電極２２とオーミック電極４３との半導体膜１０の主面方向における最短距離（図２において示すｌ２）が、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄとの間の半導体膜１０の主面方向における最短距離（図２において示すｌ１）よりも大きくなる。さらに、対向電極２２は、半導体膜１０と接する面において誘電体層２５によってライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている故、これらの電極を連続させて形成した場合と比較して、発光動作時におけるオーミック電極４３と対向電極２２との間の電流経路に流れる電流を抑制することができる。一方、逆方向サージ電圧印加時には、給電用パッド４１と対向電極２２との間に電流経路が形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量の向上を達成することができる。このように、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１と対向電極２２との間にオーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。特に、半導体膜と支持基板との間に光反射層を有する半導体発光素子においては半導体膜の膜厚が比較的小さく、静電破壊耐量が不十分となりやすいが、本実施例の構成によれば、静電破壊耐量を大幅に改善することができる。また、フォトニック結晶などの光取り出し構造を適用した場合においても、十分な静電破壊耐量を確保することができる。
【実施例２】
【００４１】
図８（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光素子２の構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）における８ｂ−８ｂ線に沿った断面図である。尚、図８（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子２は、主に半導体層の材料および電極構成が上記した実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。他の構成部分は、実施例１に係る半導体発光装置１と同様である。
【００４２】
半導体層１０ａは、GaN系半導体からなり、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１ａ、発光層１２ａ、ｐ型クラッド層１３ａが積層されて構成される。ｎ型クラッド層１１ａは、例えば厚さ５μｍのSiドープされたGaNにより構成される。発光層１２ａは例えば厚さ２ｎｍのIn0.35Ga0.65Nからなる井戸層および厚さ１４ｎｍのGaNからなるバリア層からなるペアを５回繰り返して積層して構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１３ａは、例えば厚さ４０ｎｍのMgドープされたAl0.2Ga0.8Nからなる層と、厚さ１００ｎｍのMgドープされたGaNからなる層が積層されて構成される。
【００４３】
光取り出し面となるｎ型クラッド層１１ａの表面には、ｎ型クラッド層１１ａとの間でオーミック接触を形成するオーミック電極（第１の電極片）４３ａと、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第２の電極片）４１ａと、からなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１ａはｎ型クラッド層１１ａとの間でショットキー接触を形成する材料、例えばAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）により構成することができる。オーミック電極４３ａは、ｎ型クラッド層１１ａとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばTi（厚さ１ｎｍ）/Al（厚さ２００ｎｍ）/Au（厚さ１０００ｎｍ）をこの順序で積層して構成される。給電用パッド４１ａは、半導体発光素子２の１辺を挟む２つコーナ部の近傍にそれぞれ配置されている。オーミック電極４３ａは、給電用パッド４１ａに接続され、ｎ型クラッド層１１ａの表面を伸長する線状をなしており、半導体膜１０ａの各部分に電流を供給する。
【００４４】
ｐ型クラッド層１３ａに隣接して設けられる光反射層２０ａは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０ａと接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ａとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ａと、２つの給電用パッド４１ａのそれぞれに対向する対向電極（第４の電極片）２２ａにより構成される。オーミック電極２１ａおよび対向電極２２ａは、ｐ型クラッド層１３ａとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばPtなどにより構成される。
【００４５】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、光反射層２０ａの表層部分に設けられている。誘電体層２５は、対向電極２２ａの外周を囲む環状をなす部分と、光取り出し面側のオーミック電極４３ａの直下においてこれに沿うように伸長する線状をなす部分とを有している。誘電体層２５は、半導体層１０ａと接する面において光反射面側のオーミック電極２１ａを複数の部分に分割するとともに対向電極２２ａをオーミック電極２１ａの各部分から分離する。尚、オーミック電極２１ａの各部分と対向電極２２ａは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。
【００４６】
対向電極２２ａは、給電用パッド４１ａの直下に配置される。対向電極２２ａは、例えば、給電用パッド４１ａと同一サイズおよび同一形状を有している。対向電極２２ａは、その外周を囲むように設けられた環状の誘電体層２５によって、半導体膜１０ａと接する面において、オーミック電極２１ａの各部分から分離されている。
【００４７】
光取り出し面側のオーミック電極４３ａと、光反射面側のオーミック電極２１ａの各部分は、半導体膜１０ａの主面と平行な投影面にこれらを投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ａは、光取り出し面側のオーミック電極４３ａを挟んだ両側においてこれに沿うように配置され、オーミック電極４３ａの直下には誘電体層２５が配置される。
【００４８】
図８（ｂ）において、発光動作時の半導体膜１０ａ内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０ａ内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、ｐ型クラッド層１３ａと接する光反射面側のオーミック電極２１ａの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３ａに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０ａの主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０ａ内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ａは半導体膜１０ａとの間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０ａのｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁、（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、発光動作時において給電用パッド４１ａに向けて電流は流れない。また、対向電極２２ａは、光取り出し面側のオーミック電極４３ａまでの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）が、光反射面側のオーミック電極２１ａと光取り出し面側のオーミック電極４３ａとの間の最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）よりも大きくなる位置に配置されており、しかも、半導体膜１０ａと接する面において、誘電体層２５によってオーミック電極２１ａの各部分から分離されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２ａからオーミック電極４３ａに向けて電流が殆ど流れず、従って、発光動作時において、給電用パッド４１ａの直下領域を流れる電流をほぼ完全になくすことができる。その結果、給電用パッド４１ａの直下での発光を防止することができ、光取り出し効率を高めることができる。
【００４９】
一方、半導体膜１０ａのｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側のオーミック電極４３ａから光反射面側のオーミック電極２１ａに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１ａと半導体膜１０ａとの間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ａと半導体膜１０ａとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい給電用パッド４１ａから対向電極２２ａに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時には、光取り出し面側のオーミック電極４３ａと光反射面側のオーミック電極２１ａとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ａと対向電極２２ａとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００５０】
実施例２に係る半導体発光素子２は、半導体膜１０ａがＧａＮ系半導体により構成され、ｐ型クラッド層１３ａの抵抗が比較的高い。このため、ｐ型クラッド層１３ａに接続される反射電極の面積は、AlGaInP系半導体からなる半導体膜を含む実施例１に係る半導体発光素子のそれよりも大きいことが好ましい。そこで、実施例２に係る半導体発光素子２では、ｐ型クラッド層１３ａの大部分を覆うように反射電極を形成して順方向電圧ＶＦの低減を図っている。このような電極構成を有する半導体発光素子２においても、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ａと対向電極２２ａとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ａと光反射面側のオーミック電極２１ａとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００５１】
図９（ａ）は、本発明の実施例３に係る半導体発光素子３の構成を示す平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ、図９（ａ）における９ｂ−９ｂ線および９ｃ−９ｃ線に沿った断面図である。尚、図９（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子３は、主に、光取り出し面側に設けられる表面電極を構成する全ての部分が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料で構成される一方、光反射面側に設けられる反射電極が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料で構成される部分とショットキー接触を形成する材料で構成される部分を有する点が上記した実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。他の構成部分は、実施例１に係る半導体発光装置１と同様である。
【００５２】
AlGaInP系半導体からなる半導体膜１０の光取り出し面（ｎ型クラッド層の表面）に設けられる表面電極は、給電用パッド（第１の電極片）４１ｂと、これに接続されたオーミック電極（第２の電極片）４３ｂにより構成される。給電用パッド４１ｂは、半導体膜１０の主面の中央に配置され、円形形状を有する。オーミック電極４３ｂは給電用パッド４１ｂと一体的に形成され半導体膜１０の表面を伸長する線状の電極である。給電用パッド４１ｂおよびオーミック電極４３ｂはともに半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuGeNiにより構成される。表面電極を構成する各部分を同一材料で構成することにより、単一のマスクを用いた１回の成膜工程で表面電極を形成することが可能となる。実施例１および２の場合のように、表面電極を、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する部分と、ショットキー接触を形成する部分で構成した場合には、例えばオーミック電極を形成した後、これを覆うようにオーミック電極とは材料の異なる配線電極を形成する必要がある。この場合、配線電極がオーミック電極を覆う部分（すなわち段差部分）におけるカバレージ性が悪いと、配線電極にクラックや断線が生じ、静電破壊耐量が低下するおそれがある。一方、本実施例のように、表面電極を単一の材料で構成することにより、そのようなリスクを回避することが可能となる。
【００５３】
半導体膜１０のｐ型クラッド層に隣接する光反射層２０ｂは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０と接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ｂと、給電用パッド４１ｂと対向する位置に配置された対向電極（第４の電極片）２２ｂとにより構成される。オーミック電極２１ｂは、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnにより構成される。対向電極２２ｂは、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成する材料、例えばWSiにより構成される。
【００５４】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、半導体膜１０と接する面において光反射面側のオーミック電極２１ｂと対向電極２２ｂとの間に介在し、これらの電極を分離する。尚、オーミック電極２１ａの各部分と対向電極２２ｂは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。対向電極２２ｂは、光取り出し面側の給電用パッド４１ｂの直下に配置される。対向電極２２ｂは、例えば、給電用パッド４１と同一形状および同一サイズを有している。
【００５５】
光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと、光反射面側のオーミック電極２１ｂは、半導体膜１０の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ｂは、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂを挟んだ両側に配置され、これに沿うように伸長する線状の電極である。誘電体層２５は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂの直下を含む部分に延在している。
【００５６】
このように、本実施例に係る半導体発光素子３は、表面電極を構成する各部分が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する単一の材料で構成される一方、反射電極が半導体膜との間でオーミック接触を形成する部分（オーミック電極２１ｂ）とショットキー接触を形成する部分（対向電極２２ｂ）を含む。互いに異なる材料からなる部分を含む反射電極は、例えば、以下のように形成することができる。半導体膜１０を形成した後、誘電体層２５を構成するSiO2膜を半導体膜１０上に成膜し、このSiO2膜に対して反射電極に対応するパターニングを施す。次に、SiO2膜の対向電極２２ｂを形成する部分以外の部分をレジストマスクで覆い、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成する材料を成膜した後、レジストマスクを除去して対向電極２２ｂを形成する。次に、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料を成膜して光反射面側のオーミック電極２１ｂを形成する。
【００５７】
図９（ｂ）および図９（ｃ）において、発光動作時の半導体膜１０内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、光反射面側のオーミック電極２１ｂの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３ｂに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０の主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ｂは、光反射面側のオーミック電極２１ｂから十分に離れた位置に配置され、また対向電極２２ｂは、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成している故、発光動作時において給電用パッド４１に向けて電流は流れない。すなわち、給電用パッド４１ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）が、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）よりも大きくなるように配置されている。そのため、発光動作時において、給電用パッド４１ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗が、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗よりも大きくなるため、給電用パッド４１ｂに流れる電流を抑制することができる。
【００５８】
一方、半導体膜１０のｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂから光反射面側のオーミック電極２１ｂに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１ｂと半導体膜１０との間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ｂと半導体膜１０ａとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい給電用パッド４１から対向電極２２ｂに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ｂと対向電極２２ｂとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００５９】
このように実施例３に係る半導体発光素子３においては、表面電極を構成する給電用パッド４１ｂとオーミック電極４３ｂとが同一の材料で構成されるので、１回の成膜工程で表面電極を形成することができ、給電用パッドと４１ｂとオーミック電極４３ｂとが重なることなく、半導体膜上において界面を形成せずに連続して形成することができる。すなわち、表面電極は段差部分を有しないので、クラックや断線などが生じにくい。従って、静電破壊耐量が低下するリスクを低減することが可能となる。また、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ｂと対向電極２２ｂとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００６０】
図１０（ａ）は、本発明の実施例４に係る半導体発光素子４の構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における１０ｂ−１０ｂ線に沿った断面図である。尚、図１０（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子４は、主に、半導体膜１０ｃの光取り出し面側にｐ型クラッド層が配置され、光反射面側にｎ型クラッド層が配置されている点が実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。
【００６１】
半導体膜１０ｃは、AlGaInP系材料からなり、光取り出し面側から順にｐ型コンタクト層１４ｃ、ｐ型クラッド層１３ｃ、発光層１２ｃ、ｎ型クラッド層１１ｃが積層されて構成される。各層の組成は、上記した実施例１に係る半導体膜と同様である。
【００６２】
光取り出し面となるｐ型コンタクト層１４ｃの表面には、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第１の電極片）４１ｃ、半導体膜１０ｃとの間でオーミック接触を形成する光取り出し面側のオーミック電極（第２の電極片）４３ｃ、給電用パッド４１ｃとオーミック電極４３ｃとを接続する配線電極４２ｃからなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１ｃおよび配線電極４２ｃは、ｐ型クラッド層１３ｃとの間でショットキー接触を形成する材料、例えばTa、Ti、W、Pt、WSi、Cuなどにより構成される。給電用パッド４１ｃは、半導体膜１０ｃの主面中央に配置され、円形形状を有する。配線電極４２ｃは、給電用パッド４１ｃから半導体膜１０ｃの４つの辺に向けて伸長してオーミック電極４３ｃに接続する線状の電極である。オーミック電極４３ｃは、ｐ型コンタクト層１４ｃとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnにより構成される。オーミック電極４３ｃは、ｐ型コンタクト層１４ｃの表面を伸長する線状をなしており、半導体膜１０ｃの各部分に電流を供給する。
【００６３】
ｎ型クラッド層１１ｃに隣接して設けられる光反射層２０ｃは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０ｃと接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ｃと、給電用パッド４１ｃに対向する対向電極２２ｃ（第４の電極片）により構成される。オーミック電極２１ｃおよび対向電極２２ｃは、ｎ型クラッド層１１ｃとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuGeNiなどにより構成される。
【００６４】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、光反射層２０ｃの表層部分に設けられている。誘電体層２５は、対向電極２２ｃの外周を囲む環状をなす部分と、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃの直下においてこれに沿うように伸長する線状をなす部分とを有している。誘電体層２５は、オーミック電極２１ｃと対向電極２２ｃとを分離する。尚、オーミック電極２１ｃと対向電極２２ｃは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。
【００６５】
対向電極２２ｃは、光取り出し面側の給電用パッド４１ｃの直下に配置される。対向電極２２ｃは、例えば、給電用パッド４１ｃと同一形状および同一サイズを有している。対向電極２２ｃは、その外周を囲むように設けられた円環状の誘電体層２５によって半導体膜１０ｃと接する面において、オーミック電極２１ｃから分離されている。
【００６６】
光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと、光反射面側のオーミック電極２１ｃは、半導体膜１０ｃの主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ｃは、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃを挟んだ両側に配置され、オーミック電極４３ｃの直下には誘電体層２５が配置されている。
【００６７】
図１０（ｂ）において、発光動作時の半導体膜１０ｃ内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０ｃ内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、ｐ型クラッド層１３ｃと接する光取り出し面側のオーミック電極４３ｃの各々から、光反射面側のオーミック電極２１ｃに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０ｃの主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０ｃ内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ｃは半導体膜１０ｃとの間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０ｃにおけるｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁、（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、発光動作時において給電用パッド４１ｃに向けて電流は流れない。また、対向電極２２ｃは、光取り出し面側のオーミック電極４３までの距離が光反射面側のオーミック電極２１ｄのいずれの部分よりも遠い位置に配置されており、しかも、半導体膜１０ｃと接する面において、誘電体層２５によってオーミック電極２１ｃから分離されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２ｃからはオーミック電極４３ｃに向けて電流が殆ど流れず、従って、発光動作時において、給電用パッド４１ｃの直下領域を流れる電流をほぼ完全になくすことができる。
【００６８】
一方、半導体膜１０ｃのｐｎ接合に対して逆方向のサージ電圧が印加されると、光反射面側のオーミック電極２１ｃから光取り出し面側のオーミック電極４３ｃに向けて電流が流れる。給電用パッド４１ｃと半導体膜１０ｃとの間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ｃと半導体膜１０ｃとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい対向電極２２ｃから給電用パッド４１ｃに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと光反射面側のオーミック電極２１ｃとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ｃと対向電極２２ｃとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００６９】
半導体膜の光取り出し面に設けられる表面電極は、光取り出し効率を確保する観点から、被覆率をあまり高くすることはできない。一方、一般的にAlGaInP系半導体は、ｎ型半導体の抵抗を下げて電流拡散させる構造を形成しにくい。というのも、ｐ側はｐ型AlGaInPに続いて抵抗率の低い格子不整合のGaPを積層できるためｐ側の抵抗を下げることができるのに対し、ｎ側は一般的にｎ型GaAs基板上にｎ型から積層して形成するため、格子不整合である抵抗率の低いGaPを用いることができないためである。尚、膜厚の増加で低抵抗化することは可能であるが、順次積層するMQW、ｐ型半導体層の結晶性が悪化するため好ましくない。従って、ｎ型クラッド層を光取り出し面側に配置した場合にはｎ型クラッド層上に小面積の表面電極を形成することとなり、電流を十分に拡散させることが困難となる。本実施例のようにｎ型クラッド層を光反射面側に配置することにより、ｎ型クラッド層の表面の大部分を反射電極で覆うことが可能となり、半導体膜内における電流拡散を促進することが可能となる。このような構成を有する実施例４に係る半導体発光素子４においても、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ｃと対向電極２２ｃとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと光反射面側のオーミック電極２１ｃとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【００７０】
上記した構成を有する半導体発光素子４は、例えば以下のようなプロセスで製造することができる。ＭＯＣＶＤ法などによりGaAs基板などの成長用基板上に半導体膜１０ｃを形成する。半導体膜１０ｃは、ｎ型クラッド層１１ｃ、発光層１２ｃ、ｐ型クラッド層１３ｃ、ｐ型コンタクト層１４ｃの順で成長用基板上に積層される。次に、ｐ型コンタクト層１４ｃの表面に樹脂接着材などを用いてSiやガラスなどからなる一時基板を接合する。次に、成長用基板を除去して、ｎ型クラッド層１１ｃを表出させる。次に、ｎ型クラッド層１１ｃ上に光反射層２０ｃを構成するSiO2膜を形成し、これをパターニングした後、SiO2膜上にITOおよびAuを成膜して反射電極を形成する。尚、反射電極は、AuGeNiやAuSnなどによって形成することも可能であるが、この場合、合金層が形成されて反射率が低下するおそれがある。従って、反射電極は、合金層を形成しないITOで形成することが好ましい。その後、光反射層上にバリアメタル層および密着層を形成し、実施例１と同様の手順で、支持基板を接合する。次に、一時基板を除去してｐ型コンタクト層１４ｃの表面を表出させる。次に、ｐ型クラッド層１３ｃの表面に光取り出し面側のオーミック電極４３ｃを形成した後、給電用パッド４１ｃおよび配線電極４２ｃを形成する。
【００７１】
尚、上記した各実施例においては、逆方向電圧印加時にのみ機能する（導通する）サージ電流経路を給電用パッドの直下に配置することとしたが、給電用パッドの直下領域以外の単一または複数の領域にこのような電流経路を配置することとしてもよい。すなわち、半導体膜を挟んで対向し且つ少なくとも一方がショットキー電極である電極対が半導体膜上に分散配置されていてもよい。また上記した各実施例において示した電極構成および半導体膜の構成を、相互に入れ替えてまたは適宜組み合わせて半導体発光装置を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 半導体膜
１１、１１ａ、１１ｃ ｎ型クラッド層
１２、１２ａ、１２ｃ 発光層
１３、１３ａ、１３ｃ ｐ型クラッド層
１４ ｐ型コンタクト層
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 光反射層
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 反射面側オーミック電極
２１Ｌ ライン電極
２１Ｄ ドット電極
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 対向電極
３０ 支持基板
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 給電用パッド
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 光取り出し面側オーミック電極
３０ 支持基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発光素子に関する。
【従来技術】
【０００２】
AlGaInP系材料で構成されるＬＥＤは、結晶成長に使用されるGaAs基板のバンドギャップよりも発光層のバンドギャップの方が大きい。そのため、発光層から放射された光のうち、光取り出し面側に向かう光の一部は取り出すことができるが、GaAs基板側に向かう光はGaAs基板に吸収される。このような問題を解消し得る素子構造として、半導体膜の光取り出し面と反対側の面に光反射膜を形成した所謂貼り合わせ構造が知られている。このような、発光素子は、例えば、GaAs基板上にAlGaInP系材料からなる半導体膜を形成した後、半導体膜の表面に反射率の高い金属からなる光反射膜を設け、光反射膜上に支持基板に貼り付けた後、GaAs基板を除去することにより製造される。かかる構成のＬＥＤによれば、光取り出し面とは反対側に向かう光は、光反射膜で反射されて外部に放出されるので、ＬＥＤの光取り出し効率が向上する。
【０００３】
一方、半導体膜と空気又は樹脂等の周囲媒体との界面に対して臨界角以上の角度で入射する光は、全反射され外部に取り出すことはできない。外部に取り出すことができない光は、半導体膜内部で反射を繰り返して減衰する。半導体膜の内部を伝搬する光の強度は、伝搬距離（光路長）に対して指数関数的に減少する。例えば、AlGaInP系半導体膜の屈折率は３．３であり、これを屈折率１．５の樹脂で封止した場合、臨界角は２７°、半導体膜と樹脂との界面における反射率は１５％程度となり、外部へ取り出すことができる光は４．５％程度に制限される。
【０００４】
そこで、半導体膜の光取り出し面を粗面化することにより形成される光取り出し構造が知られている。かかる構造によれば、光取り出し面に向かう光は半導体膜表面の凹凸部で散乱、回折され、光取り出し面と周囲媒体との界面で全反射される光の量を減じることができ、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【０００５】
また、半導体膜の上面と下面にそれぞれ電極を設け、半導体膜の厚さ方向に電流を流す所謂縦型の発光素子において、上面側の電極と下面側の電極とが、半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置したものが知られている。このような電極構成をカウンタ電極と呼ぶ。このような電極構成によれば、半導体膜の主面方向における電流拡散が促進され、電流密度分布および発光輝度分布の均一性を向上させることができる。尚、カウンタ電極は、上記の貼り合わせ構造と組み合わせて使用されるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２２７８９５号公報
【特許文献２】特開２００８−６０３３１号公報
【特許文献３】特開２０１０−１９２７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したような、貼り合わせ構造を有する半導体発光素子においては、半導体膜の厚さは通常２０μｍ以下と薄い故に電流集中が生じやすく、特に逆方向サージに対する静電破壊耐量が低い。また、半導体膜の表面をエッチング処理するなどしてフォトニック結晶などの光取り出し構造を形成すると、電流拡散に寄与する半導体膜の厚さが更に小さくなるため静電破壊耐量は一層低下する。カウンタ電極配置とすることで、半導体膜内における電流拡散が促進されて静電破壊耐量が向上する傾向が見られるものの十分ではない。
【０００８】
静電破壊耐量を向上させるための有効な手段として、サージ電圧印加時における電流の局所集中を回避することが可能な電極構成とすることが挙げられる。このとき、発光動作時における発光効率の低下や光出力の低下を極力抑えることが重要である。例えば光取り出し面に形成される表面電極の被覆率を大きくした場合には、光出力の低下は避けられない。また、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド）の直下で生成される光は、給電用パッドによって遮られて、外部に取り出すことは困難である。従って、給電用パッドの直下に電流が流入して、給電用パッド直下で光が生成されると光取り出し効率が低下する。このような光出力の低下や光取り出し効率の低下を伴うことなく静電破壊耐量の向上を図ることが望ましい。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、発光動作時における効率低下や光出力の低下を回避しつつ静電破壊耐量の向上を図ることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体発光素子は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第２の電極片と、を含み、前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記半導体膜との間でオーミック接触を形成し且つ前記第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、前記第１の電極片と前記第４の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも大きいことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子は、支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第２の電極片と、を含み、前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記第２の電極片と対向するように配置され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第４の電極片とを含み、前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、前記第３の電極片と前記第２の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第３の電極片と前記第１の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最端距離よりも大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る半導体発光装置によれば、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向電圧印加時においては第２の電極片と第４の電極片との間に電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体発光素子の構成を示す平面図である。
【図２】図１における２−２線に沿った断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の実施例に係る表面電極の構成を示す平面図である。図３（ｂ）は、本発明の実施例に係る反射電極の構成を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の発光動作時における電流経路を示す断面図、図４（ｂ）は逆方向サージ電圧印加時における電流経路を示す断面図である。図４（ｃ）は、比較例に係る半導体発光素子の逆方向サージ電圧印加時における電流経路を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施例に係る半導体発光素子の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明の実施例に係る半導体発光素子および比較例に係る半導体発光素子の静電破壊試験の結果を示す図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）における８ｂ−８ｂ線に沿った断面図である。
【図９】図９（ａ）は、本発明の実施例３に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ、図９（ａ）における９ｂ−９ｂ線および９ｃ−９ｃ線に沿った断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の実施例４に係る半導体発光素子の構成を示す平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）における１０ｂ−１０ｂ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。尚、以下に示す図において、実質的に同一又は等価な構成要素、部分には同一の参照符を付している。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る半導体発光素子１の構成を示す平面図、図２は、図１における２−２線に沿った断面図である。尚、図１において、光取り出し面側に設けられた表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられた反射電極が破線で示されている。
【００１６】
半導体発光素子１は、例えば１辺３００μｍの正方形の主面を有し、光反射層２０を間に挟んで半導体膜１０と支持基板３０とが接合されたいわゆる貼り合わせ構造を有する。半導体膜１０は、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１、発光層１２、ｐ型クラッド層１３、ｐ型コンタクト層１４が積層されて構成される。ｎ型クラッド層１１は、例えば厚さ２．５μｍのSiドープされた（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Pからなる層と、厚さ０．５μｍのSiドープされたAl0.5In0.5Pからなる層が積層されて構成される。発光層１２は、例えば厚さ２０ｎｍの（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Pからなる井戸層と、厚さ１０ｎｍの（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Pからなるバリア層とからなるペアを１５回繰り返して積層して構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１３は、例えば厚さ０．５μｍのMgドープされたAl0.5In0.5Pにより構成される。ｐ型コンタクト層１４は、例えば厚さ１．５μｍのMgドープされたGaPにより構成される。尚、各層の組成比は上記したものに限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。
【００１７】
光取り出し面となるｎ型クラッド層１１の表面には、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する光取り出し面側のオーミック電極（第１の電極片）４３と、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第２の電極片）４１と、給電用パッド４１とオーミック電極４３とを電気的に接続するための配線電極４２と、からなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１および配線電極４２は、ｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成する材料により構成されている。ショットキー障壁の高さは、オーミック電極４３を介して電流が流れ始めるまでの配線抵抗を含む順方向電圧ＶＦよりも高く、０．２Ｖ以上、好ましくは０．５Ｖ以上である。給電用パッド４１および配線電極４２の材料としてAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）を使用することが可能である。尚、給電用パッド４１は、ワイヤボンディング強度を向上させるために、上記のショットキー電極材料の上にTiなどからなる密着層を介してAu（厚さ約１μｍ）を積層して構成されていてもよい。オーミック電極４３は、ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成する材料により構成される。オーミック電極４３は、例えば、AuGeN（厚さ３００ｎｍ）からなるコンタクト層、Ti/Ni（厚さ２００ｎｍ）からなるバリア層、Au（厚さ２００ｎｍ）からなる電流拡散層をこの順序で積層することにより構成することができる。ｎ型クラッド層１１との間でオーミック接触を形成し得る他の材料としては、例えば、AuSn、AuGe、AuSnNiなどが挙げられる。
【００１８】
図３（ａ）は、表面電極を構成する給電用パッド４１、オーミック電極４３および配線電極４２のみを示した図である。給電用パッド４１は、例えば直径１００μｍ（７８５０μｍ２）の円形形状を有し、光取り出し面の中央に配置されている。尚、給電用パッド４１のサイズは２５００μｍ２以上であることが好ましく、より好ましくは５０００μｍ２以上である。給電用パッド４１には半導体発光素子１の各コーナ部に向けて伸びる幅５μｍ程度の線状の配線電極４２が接続されている。接続配線４２の各々には、幅５μｍ程度の線状のオーミック電極４３が接続されている。オーミック電極４３は、半導体発光素子１のコーナ部付近およびコーナ部からやや中央部寄りに分散配置された８つの電極片４３ａ〜４３ｈにより構成されている。分散配置されたオーミック電極４３の各電極片４３ａ〜４３ｈは、接続配線４２を介して給電用パッド４１と電気的に接続されている。給電用パッド４１、接続配線４２およびオーミック電極４３からなる表面電極は、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに、４回回転対称（９０°回転すると重なる）となるようなパターンを有する。
【００１９】
光反射層２０は、ｐ型コンタクト層１４に隣接して設けられている。光反射層２０は、誘電体層２５と反射電極とを含み、半導体膜１０と接する面において光反射面を形成する。反射電極は、ｐ型コンタクト層１４との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnなどからなる線状のライン電極２１Ｌ、島状のドット電極２１Ｄおよび対向電極２２により構成される。対向電極２２は、給電用パッド４１と対向する位置に配置される電極片である。尚、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、本発明の第３の電極片を構成し、対向電極２２は、本発明の第４の電極片を構成する。誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、ｐ型コンタクト層１４との界面近傍に形成されている。誘電体層２５は、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄ、対向電極２２の間に介在し、半導体層１０と接する面において、これらの各電極間を分離している。換言すれば、誘電体層２５は、反射電極のパターンを画定している。尚、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄ、対向電極２２は、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。尚、誘電体層２５の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。また、反射電極の材料は、ｐ型コンタクト層１４との間でオーミック性接触を形成することができ、高い光反射性を有する他の材料を用いることができる。
【００２０】
図３（ｂ）は、光反射面側に設けられたライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２のみを示した図である。ライン電極２１Ｌは、幅５μｍ程度の線状をなしており、対向電極２２の外周を囲むように形成された円環状の第１の部分２１Ｌ１と、第１の部分２１Ｌ１に接続され、半導体発光素子１の各辺に向けて伸長する略十字型の第２の部分２１Ｌ２と、第２の部分２１Ｌ２に接続され、半導体発光素子１の外縁に沿って伸長する第３の部分２１Ｌ３と、半導体発光素子１の各コーナ部近傍に設けられ、各コーナ部を挟む２つの辺を跨ぐようにして第３の部分２１Ｌ３に接続する第４の部分２１Ｌ４により構成される。ドット電極２１Ｄは、例えば直径５μｍ程度の円形をなしており、ライン電極２１Ｌの各部分に沿うように分散配置されている。このように光反射面側にドット電極２１Ｄを分散配置することで半導体膜１０の膜厚が小さい場合でも半導体膜１０内における電流拡散が促進され、更にライン電極２１Ｌを併せて設けることにより、ドット電極２１Ｄへの電流集中を防止している。
【００２１】
対向電極２２は、光取り出し面側の給電用パッド４１の直下に配置される。対向電極２２は、例えば、給電用パッド４１と同一サイズの円形をなしているが、これに限定されるものではない。対向電極２２のサイズは給電用パッド４１よりも大きくてもよく、その形状も適宜変更することが可能である。対向電極２２は、その外周を囲むように設けられた誘電体層２５によって半導体膜１０と接する面においてライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている。
【００２２】
図１に示すように、光取り出し面側のオーミック電極（第１の電極片）４３と、光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄ（第３の電極片）は、半導体膜１０の主面と平行な投影面にこれらを投影したときに互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、光取り出し面側のオーミック電極４３を構成する各電極片を挟んだ両側に当該電極片に沿うように配置されている。光取り出し面側のオーミック電極４３の直下には誘電体層２５が配置される。このような電極構成とすることで、光取り出し面側のオーミック電極４３の面積を小さくしても、半導体膜１０内に広く電流を拡散させることが可能となる。また、本実施例では、光取り出し面側の電極と光反射面側の電極を含めた全体の電極パターンは、半導体発光素子１の中心点を回転中心としたときに４回回転対称となっている。これにより、半導体発光素子１とレンズ等とを組み合わせて照明装置を構成した場合に、等方的な配光を得ることができる。
【００２３】
光反射層２０上にバリアメタル層２６が設けられ、さらにバリアメタル層２６上に密着層２７が設けられる。バリアメタル層２６は、例えばTa、Ti、W等の高融点金属もしくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成することができる。バリアメタル層２６は、反射電極に含まれるZnが外方拡散するのを防止するとともに、接合層３３に含まれる共晶接合材（例えばAuSn）が反射電極内に拡散するのを防止する。密着層２７は、接合層３３に含まれる共晶接合材に対する濡れ性が高い材料、例えばNiなどを含む。
【００２４】
支持基板３０は、例えばｐ型不純物を高濃度で添加することにより導電性が付与されたSi基板である。支持基板３０の両面には、例えばPtからなるオーミック金属層３１および３２が形成される。オーミック金属層３２上にはTi、Ni、AuSnを順次積層して構成される接合層３３が設けられている。支持基板３０は、接合層３３と密着層２７との結合によって半導体膜１０に接合される。尚、支持基板３０の材料としては、Si以外にもGe、Al、Cu等の他の導電性材料を用いることができる。
【００２５】
図４（ａ）は、上記した構成を有する半導体発光素子１の発光動作時の半導体膜１０内を流れる電流の経路を示した図である。電流は、ｐ型コンタクト層１４と接する光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３に向けて流れる。オーミック電極４３と、ライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄは、半導体膜１０の主面と平行な投影面にこれらを投影したときに互いに重ならないように配置されている故、電流の流れる方向は半導体膜１０の主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０内において電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１は半導体膜１０との間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０のｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、光反射面側のライン電極２１Ｌ、ドット電極２２ｂおよび対向電極２２のいずれからも給電用パッド４１に向けて電流は流れない。すなわち、発光動作時においては、給電用パッド４１の直下領域には電流は流入しないようになっている。
【００２６】
給電用パッド４１の直下領域に電流が流れると、給電用パッド４１によって遮られる光取り出しに寄与しない領域において光が生成されることとなり、光取り出し効率が低下する。特に、本実施例に係る半導体発光素子１は、半導体膜１０の膜厚が比較的小さいため、給電用パッド４１の直下に電流が流入した場合に光取り出し効率の低下が顕著となる。本実施例に係る半導体発光素子１においては、給電用パッド４１をショットキー電極として構成したことに加え、光反射面側の各電極の構成によっても給電用パッド４１直下への電流流入を防止している。すなわち、対向電極２２は、光取り出し面側のオーミック電極４３までの距離がいずれのライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄよりも遠い位置に配置され、しかも、半導体膜１０と接する面において、誘電体層２５によってライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている。換言すれば、給電用パッド４１と、これに隣接するオーミック電極４３との間の領域Ａの直下には、半導体膜１０と接する面において対向電極２２から分離されたライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄ（図４（ａ）において破線で囲まれている）が配置されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２からオーミック電極４３に向けて電流は殆ど流れない。従って、発光動作時において、給電用パッド４１の直下領域に流入する電流をほぼ完全になくすことができる。
【００２７】
図４（ｂ）は、半導体発光素子１の逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０内を流れる電流の経路を示した図である。半導体膜１０のｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側の各オーミック電極４３から光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１と半導体膜１０との間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１と半導体膜１０との間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１から対向電極２２に向けて電流が流れる。ここで、図４（ｃ）は、給電用パッド４１に対向する対向電極を有さない比較例に係る半導体発光素子における逆方向サージ電圧印加時の電流経路を示した図である。対向電極を設けないこととした場合、電流経路は、光取り出し面側のオーミック電極４３から光反射面側のライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄに向かう経路のみとなる。この場合において、高い電圧が印加されると抵抗の最も小さい経路に電流が集中し（カレントバンチング）、静電破壊耐量が低くなる。抵抗の不均一は、例えば、電極配置の僅かなずれなどに起因して生じ、これを完全に排除することは困難である。一方、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、逆方向サージ電圧印加時には比較的面積の大きい給電用パッド４１と対向電極２２との間にも電流経路が形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。特に逆方向サージ電圧印加時において、給電用パッド４１と対向電極２２との距離は、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの距離よりも短く、給電用パッド４１と対向電極２２との間の電流経路は、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの間の電流経路と比較して、抵抗が低い。従って、効率よく電流集中を緩和して静電破壊耐量を向上させることができる。そして、図２に示すように、光取り出し面側のオーミック電極４３と、光反射面側のライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｌとの間の半導体膜１０の主面方向における最短距離ｌ１よりも、給電用パッド４１と対向電極２２との間の距離ｄ（すなわち、半導体膜１０の厚さ）を小さくすることにより（ｌ１＞ｄ）、給電用パッド４１と対向電極２２との間に形成されるサージ電流経路上の抵抗を小さくすることができ、静電破壊耐量の改善効果をより高めることができる。
【００２８】
次に、上記した構成を有する半導体発光素子１の製造方法について図５および図６を参照説明する。
【００２９】
（半導体膜形成）
半導体膜１０は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により形成した。半導体膜１０の結晶成長に使用する成長用基板５０として（１００）面から[０１１]方向に１５°傾斜させた厚さ３００μｍのｎ型ＧａＡｓ基板を使用した。成長用基板５０上に厚さ２．５μｍのSiドープされた（Al0.6Ga0.4）0.5In0.5Pからなる層と、厚さ０．５μｍのSiドープされたAl0.5In0.5Pからなる層が積層されて構成されるｎ型クラッド層１１を形成した。ｎ型クラッド層１１上に発光層１２を形成した。発光層１２は、（Al0.1Ga0.9）0.5In0.5Pからなる厚さ２０ｎｍの井戸層と、（Al0.5Ga0.5）0.5In0.5Pからなる厚さ１０ｎｍのバリア層からなるペアを１５回繰り返して積層した多重量子井戸構造とした。尚、井戸層のAl組成比ｚは発光波長に合わせて０≦ｚ≦０．４の範囲で調整することができる。発光層１２上にMgドープされたAl0.5Ga0.5Pからなる厚さ０．５μｍのｐ型クラッド層１３を形成した。尚、ｎ型クラッド層１１およびｐ型クラッド層１３のAl組成比ｚは、０．４≦ｚ≦１．０の範囲で調整することができる。ｐ型クラッド層１３上にMgドープされたGaPからなる厚さ１．５μｍのｐ型コンタクト層１４を形成した。ｐ型コンタクト層１４には、発光層１２からの光を吸収しない範囲でInを含めることができる。これらの各層により半導体膜１０が構成される（図５（ａ））。尚、V族原料としてホスフィン（PH3）を使用し、III族原料としてトリメチルガリウム（TMGa）、トリメチルアルミニウム（TMAl）、トリメチルインジウム（TMI）の有機金属を使用した。また、ｎ型不純物であるSiの原料としてシラン（SiH4）を使用し、ｐ型不純物であるMgの原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を使用した。成長温度は７５０〜８５０℃であり、キャリアガスに水素を使用し、成長圧力は１０ｋＰａとした。
【００３０】
（光反射層およびメタル層形成）
ｐ型コンタクト層１４上にプラズマＣＶＤ法により誘電体層２５を構成するSiO2膜を形成した。SiO2膜の膜厚ｄは、真空中の発光波長をλ０、SiO2膜の屈折率をｎ、任意の整数をｍとすると、ｄ＝ｍ・λ０／４ｎを満たすように設定する。ここで、λ０＝６２５ｎｍ、ｎ＝１．４５、ｍ＝１として、誘電体層２５の膜厚ｄ＝１０７ｎｍとした。続いて、SiO2膜上にレジストマスクを形成した後、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いてエッチングを行うことにより、SiO2膜にライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２のパターンに対応したパターニングを施した。SiO2膜を除去した部分において開口部が形成され、この開口部においてｐ型コンタクト層１４が露出する（図５（ｂ））。尚、SiO2膜の成膜方法として熱ＣＶＤ法やスパッタ法を用いることもできる。また、SiO2膜のエッチング方法としてドライエッチング法を用いることも可能である。誘電体層２５の材料としては、SiO2以外にもSi3N4やAl2O3等の他の透明な誘電体材料を用いることができる。
【００３１】
次に、ＥＢ蒸着法により誘電体層２５上にAuZnからなる厚さ３００ｎｍの反射電極を形成した。反射電極は、先のエッチング処理によって誘電体層２５に形成された開口部においてｐ型電流拡散１４と接触する。反射電極は、誘電体層２５によってライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２に分割される。誘電体層２５および反射電極により光反射層２０が構成される（図５（ｃ））。
【００３２】
次に、光反射層２０上にスパッタ法によりTaN（厚さ１００ｎｍ）、TiW（厚さ１００ｎｍ）、TaN（厚さ１００ｎｍ）を順次堆積させ、バリアメタル層２６を形成した。尚、バリアメタル層２６は、Ta、Ti、W等の他の高融点金属もしくはこれらの窒化物を含む単層又は２以上の層により構成されていてもよい。また、バリアメタル層２６の形成には、スパッタ法以外にＥＢ蒸着法を用いることが可能である。その後、約５００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行った。これにより、ライン電極２１Ｌ、ドット電極２１Ｄおよび対向電極２２とｐ型コンタクト層１４との間で良好なオーミック接触が形成される。
【００３３】
次に、ＥＢ蒸着法によりバリアメタル層２６上にNi（厚さ３００ｎｍ）、Au（厚さ３０ｎｍ）を順次形成し、密着層２７を形成した。尚、接合層２７の形成には、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法を用いることが可能である（図５（ｄ））。
【００３４】
（支持基板の接合）
半導体膜１０を支持するための支持基板３０としてｐ型不純物を添加することにより導電性が付与されたSi基板を用いた。ＥＢ蒸着法により、支持基板３０の両面にＰｔからなる厚さ２００ｎｍのオーミック金属層３１、３２を形成した。続いて、スパッタ法によりオーミック金属層３２上にTi（厚さ１５０ｎｍ）、Ni（厚さ１００ｎｍ）、AuSn（厚さ６００ｎｍ）を順次堆積して接合層３３を形成した。AuSn層は、共晶接合材として機能する。Ni層は共晶接合材に対する濡れ性を向上させる機能を有する。Ti層は、Niとオーミック金属層３２との密着性を向上させる機能を有する。尚、オーミック金属層３１、３２は、Ptに限らずSi基板との間でオーミック性接触を形成し得る他の材料、例えばAu、Ni、Tiなどを用いることができる。また、支持基板３０は、導電性および高熱伝導性を備えた他の材料、例えばGe、Al、Cuなどで構成されていてもよい。
【００３５】
半導体膜１０と支持基板３０とを熱圧着により接合した。半導体膜１０側の密着層２７と支持基板３０側の接合層３３とを密着させ、１ＭＰａ、３３０℃の窒素雰囲気下で１０分間保持した。支持基板３０側の接合層３３に含まれる共晶接合材（AuSn）が溶融して、半導体膜１０側の密着層２７（Ni/Au）との間でAuSnNiを形成することにより支持基板３０と半導体膜１０とが接合される（図６（ａ））
（成長用基板の除去）
半導体膜１０の結晶成長に使用した成長用基板５０をアンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いたウェットエッチングにより除去した。尚、成長用基板５０を除去する方法として、ドライエッチング法、機械研磨法、化学機械研磨法（ＣＭＰ）またはこれらの組み合わせを用いてもよい（図６（ｂ））。
【００３６】
（光取り出し構造の形成）
成長用基板を除去することによって表出したｎ型クラッド層１１の表面に光取り出し効率を向上させる為の光取り出し構造としてフォトニック結晶を形成した。フォトリソグラフィ法によってｎ型クラッド層１１上に人工的周期構造のレジストマスク（図示せず）を形成し、このレジストマスクを介してｎ型クラッド層の表面をドライエッチングすることによりｎ型クラッド層１１の表面に複数の円錐状の突起からなるフォトニック結晶を形成した。円錐状の突起は、三角格子配列、周期５００ｎｍ、高さ６００ｎｍ、アスペクト比１．２にて形成された。尚、レジストマスクのパターンニングには、ＥＢリソグラフィ、ＥＢ描画装置、ナノインプリント、レーザ露光などの方法を用いることが可能である。また、フォトニック結晶を構成する複数の突起の形状は、円柱形状、角錐形状、角柱形状などであってもよく、周期３００ｎｍ〜１０００ｎｍ、アスペクト比０．７〜１．５の範囲であれば良い。また、フォトニック結晶に代えて、ｎ型クラッド層１１の表面をウェットエッチング処理などによって粗面化することにより光取り出し構造を形成してもよい。
【００３７】
（光取り出し面側の電極形成）
ｎ型クラッド層１１の表面にオーミック電極４３、給電用パッド４１および配線電極４２を形成した。ｎ型クラッド層１１との間でオーミック性接触を形成するAuGeNiをＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１上に堆積させた後、リフトオフ法によりパターニングを行ってオーミック電極４３を形成した。続いて、ＥＢ蒸着法によりｎ型クラッド層１１との間でショットキー接触を形成するTi（厚さ１００ｎｍ）をｎ型クラッド層１１上に堆積させ、更にTi上にAu（厚さ１．５μｍ）を堆積した。その後、リフトオフ法によりパターニングを行って給電用パッド４１および配線電極４２を形成した。尚、オーミック電極４３の材料としてAuGe、AuSn、AuSnNi等を使用することも可能である。また、給電用パッド４１および配線電極４２の材料としてAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）を使用することも可能である。また、ワイヤボンディング強度を向上させるために、上記のショットキー接触を形成し得る材料の上にTiなどからなる密着層を介してAu（厚さ約１μｍ）が積層されていてもよい。次に、ｎ型クラッド層１１とオーミック電極４３との間でオーミック性接触の形成を促進させるために４００℃の窒素雰囲気下で熱処理を行った（図６（ｃ））。以上の各工程を経て半導体発光装置１が完成する。
【００３８】
図７は、本発明の実施例に係る半導体発光素子１（実線）と、給電用パッド４１に対向する対向電極を有さない比較例に係る半導体発光素子（破線）における静電破壊試験（ＥＳＤ）の結果を示す図である。試験は、JEDEC:JESD22-A114Fに準拠して行った。試験サンプルは、光取り出し面側のオーミック電極と、光反射面側のライン電極およびドット電極との間の電極間距離の水平方向成分を変化させることにより、シリーズ抵抗Ｒｓを変化させた複数種のサンプルを使用した。図７において、横軸はシリーズ抵抗Ｒｓであり、縦軸は静電破壊電圧である。実施例および比較例に係るサンプルの両者において、シリーズ抵抗Ｒｓが小さくなる程、静電破壊耐量が向上する傾向が確認された。また、シリーズ抵抗Ｒｓが同一であれば、本実施例に係る半導体発光素子は、比較例に係る半導体発光素子よりも３０００〜５０００Ｖ程度静電破壊耐量が向上することが確認された。
【００３９】
以上の説明から明らかなように、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、半導体膜の膜厚が比較的小さい所謂貼り合わせ構造を有する発光素子において、表面電極の被覆率を抑えつつも半導体膜内において均一な電流拡散を達成することができる。従って、輝度むらがなく光取り出し効率の高い発光素子を提供することができる。
【００４０】
また、給電用パッド（第２の電極片）４１は、半導体膜１０内を流れる順方向電流に対してショットキー電極として機能し、しかも給電用パッド４１に対向配置された対向電極（第４の電極片）２２は、オーミック電極（第１の電極片）４３までの最短距離が、オーミック電極（第１の電極片）４３とライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄ（第３の電極片）との間の最短距離よりも大きくなるように配置されているため、対向電極２２とオーミック電極４３との間の抵抗が、ライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄとオーミック電極４３との間の抵抗より高い。このため、発光動作時に給電用パッド４１の直下領域には電流が殆ど流れず、この領域では光は生成されない。本実施例においては、半導体膜１０の膜厚はほぼ一定に形成されているため、対向電極２２とオーミック電極４３との半導体膜１０の主面方向における最短距離（図２において示すｌ２）が、オーミック電極４３とライン電極２１Ｌまたはドット電極２１Ｄとの間の半導体膜１０の主面方向における最短距離（図２において示すｌ１）よりも大きくなる。さらに、対向電極２２は、半導体膜１０と接する面において誘電体層２５によってライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄから分離されている故、これらの電極を連続させて形成した場合と比較して、発光動作時におけるオーミック電極４３と対向電極２２との間の電流経路に流れる電流を抑制することができる。一方、逆方向サージ電圧印加時には、給電用パッド４１と対向電極２２との間に電流経路が形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量の向上を達成することができる。このように、本実施例に係る半導体発光素子１によれば、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１と対向電極２２との間にオーミック電極４３とライン電極２１Ｌおよびドット電極２１Ｄとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。特に、半導体膜と支持基板との間に光反射層を有する半導体発光素子においては半導体膜の膜厚が比較的小さく、静電破壊耐量が不十分となりやすいが、本実施例の構成によれば、静電破壊耐量を大幅に改善することができる。また、フォトニック結晶などの光取り出し構造を適用した場合においても、十分な静電破壊耐量を確保することができる。
【実施例２】
【００４１】
図８（ａ）は、本発明の実施例２に係る半導体発光素子２の構成を示す平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）における８ｂ−８ｂ線に沿った断面図である。尚、図８（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子２は、主に半導体層の材料および電極構成が上記した実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。他の構成部分は、実施例１に係る半導体発光装置１と同様である。
【００４２】
半導体層１０ａは、GaN系半導体からなり、光取り出し面側から順にｎ型クラッド層１１ａ、発光層１２ａ、ｐ型クラッド層１３ａが積層されて構成される。ｎ型クラッド層１１ａは、例えば厚さ５μｍのSiドープされたGaNにより構成される。発光層１２ａは例えば厚さ２ｎｍのIn0.35Ga0.65Nからなる井戸層および厚さ１４ｎｍのGaNからなるバリア層からなるペアを５回繰り返して積層して構成される多重量子井戸構造を有する。ｐ型クラッド層１３ａは、例えば厚さ４０ｎｍのMgドープされたAl0.2Ga0.8Nからなる層と、厚さ１００ｎｍのMgドープされたGaNからなる層が積層されて構成される。
【００４３】
光取り出し面となるｎ型クラッド層１１ａの表面には、ｎ型クラッド層１１ａとの間でオーミック接触を形成するオーミック電極（第１の電極片）４３ａと、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第２の電極片）４１ａと、からなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１ａはｎ型クラッド層１１ａとの間でショットキー接触を形成する材料、例えばAu、Al、Ag、Cu、Fe、Ni、Pd、Ni、Pd、Pt、Mo、Ta、Ti、Wまたはこれらの窒化物（例えばTaN、WN）またはこれらのシリサイド（例えばWSi、TaSi）により構成することができる。オーミック電極４３ａは、ｎ型クラッド層１１ａとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばTi（厚さ１ｎｍ）/Al（厚さ２００ｎｍ）/Au（厚さ１０００ｎｍ）をこの順序で積層して構成される。給電用パッド４１ａは、半導体発光素子２の１辺を挟む２つコーナ部の近傍にそれぞれ配置されている。オーミック電極４３ａは、給電用パッド４１ａに接続され、ｎ型クラッド層１１ａの表面を伸長する線状をなしており、半導体膜１０ａの各部分に電流を供給する。
【００４４】
ｐ型クラッド層１３ａに隣接して設けられる光反射層２０ａは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０ａと接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ａとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ａと、２つの給電用パッド４１ａのそれぞれに対向する対向電極（第４の電極片）２２ａにより構成される。オーミック電極２１ａおよび対向電極２２ａは、ｐ型クラッド層１３ａとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばPtなどにより構成される。
【００４５】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、光反射層２０ａの表層部分に設けられている。誘電体層２５は、対向電極２２ａの外周を囲む環状をなす部分と、光取り出し面側のオーミック電極４３ａの直下においてこれに沿うように伸長する線状をなす部分とを有している。誘電体層２５は、半導体層１０ａと接する面において光反射面側のオーミック電極２１ａを複数の部分に分割するとともに対向電極２２ａをオーミック電極２１ａの各部分から分離する。尚、オーミック電極２１ａの各部分と対向電極２２ａは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。
【００４６】
対向電極２２ａは、給電用パッド４１ａの直下に配置される。対向電極２２ａは、例えば、給電用パッド４１ａと同一サイズおよび同一形状を有している。対向電極２２ａは、その外周を囲むように設けられた環状の誘電体層２５によって、半導体膜１０ａと接する面において、オーミック電極２１ａの各部分から分離されている。
【００４７】
光取り出し面側のオーミック電極４３ａと、光反射面側のオーミック電極２１ａの各部分は、半導体膜１０ａの主面と平行な投影面にこれらを投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ａは、光取り出し面側のオーミック電極４３ａを挟んだ両側においてこれに沿うように配置され、オーミック電極４３ａの直下には誘電体層２５が配置される。
【００４８】
図８（ｂ）において、発光動作時の半導体膜１０ａ内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０ａ内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、ｐ型クラッド層１３ａと接する光反射面側のオーミック電極２１ａの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３ａに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０ａの主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０ａ内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ａは半導体膜１０ａとの間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０ａのｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁、（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、発光動作時において給電用パッド４１ａに向けて電流は流れない。また、対向電極２２ａは、光取り出し面側のオーミック電極４３ａまでの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）が、光反射面側のオーミック電極２１ａと光取り出し面側のオーミック電極４３ａとの間の最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）よりも大きくなる位置に配置されており、しかも、半導体膜１０ａと接する面において、誘電体層２５によってオーミック電極２１ａの各部分から分離されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２ａからオーミック電極４３ａに向けて電流が殆ど流れず、従って、発光動作時において、給電用パッド４１ａの直下領域を流れる電流をほぼ完全になくすことができる。その結果、給電用パッド４１ａの直下での発光を防止することができ、光取り出し効率を高めることができる。
【００４９】
一方、半導体膜１０ａのｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側のオーミック電極４３ａから光反射面側のオーミック電極２１ａに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１ａと半導体膜１０ａとの間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ａと半導体膜１０ａとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい給電用パッド４１ａから対向電極２２ａに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時には、光取り出し面側のオーミック電極４３ａと光反射面側のオーミック電極２１ａとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ａと対向電極２２ａとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００５０】
実施例２に係る半導体発光素子２は、半導体膜１０ａがＧａＮ系半導体により構成され、ｐ型クラッド層１３ａの抵抗が比較的高い。このため、ｐ型クラッド層１３ａに接続される反射電極の面積は、AlGaInP系半導体からなる半導体膜を含む実施例１に係る半導体発光素子のそれよりも大きいことが好ましい。そこで、実施例２に係る半導体発光素子２では、ｐ型クラッド層１３ａの大部分を覆うように反射電極を形成して順方向電圧ＶＦの低減を図っている。このような電極構成を有する半導体発光素子２においても、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ａと対向電極２２ａとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ａと光反射面側のオーミック電極２１ａとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【実施例３】
【００５１】
図９（ａ）は、本発明の実施例３に係る半導体発光素子３の構成を示す平面図、図９（ｂ）および図９（ｃ）は、それぞれ、図９（ａ）における９ｂ−９ｂ線および９ｃ−９ｃ線に沿った断面図である。尚、図９（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子３は、主に、光取り出し面側に設けられる表面電極を構成する全ての部分が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料で構成される一方、光反射面側に設けられる反射電極が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料で構成される部分とショットキー接触を形成する材料で構成される部分を有する点が上記した実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。他の構成部分は、実施例１に係る半導体発光装置１と同様である。
【００５２】
AlGaInP系半導体からなる半導体膜１０の光取り出し面（ｎ型クラッド層の表面）に設けられる表面電極は、給電用パッド（第１の電極片）４１ｂと、これに接続されたオーミック電極（第２の電極片）４３ｂにより構成される。給電用パッド４１ｂは、半導体膜１０の主面の中央に配置され、円形形状を有する。オーミック電極４３ｂは給電用パッド４１ｂと一体的に形成され半導体膜１０の表面を伸長する線状の電極である。給電用パッド４１ｂおよびオーミック電極４３ｂはともに半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuGeNiにより構成される。表面電極を構成する各部分を同一材料で構成することにより、単一のマスクを用いた１回の成膜工程で表面電極を形成することが可能となる。実施例１および２の場合のように、表面電極を、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する部分と、ショットキー接触を形成する部分で構成した場合には、例えばオーミック電極を形成した後、これを覆うようにオーミック電極とは材料の異なる配線電極を形成する必要がある。この場合、配線電極がオーミック電極を覆う部分（すなわち段差部分）におけるカバレージ性が悪いと、配線電極にクラックや断線が生じ、静電破壊耐量が低下するおそれがある。一方、本実施例のように、表面電極を単一の材料で構成することにより、そのようなリスクを回避することが可能となる。
【００５３】
半導体膜１０のｐ型クラッド層に隣接する光反射層２０ｂは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０と接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ｂと、給電用パッド４１ｂと対向する位置に配置された対向電極（第４の電極片）２２ｂとにより構成される。オーミック電極２１ｂは、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnにより構成される。対向電極２２ｂは、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成する材料、例えばWSiにより構成される。
【００５４】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、半導体膜１０と接する面において光反射面側のオーミック電極２１ｂと対向電極２２ｂとの間に介在し、これらの電極を分離する。尚、オーミック電極２１ａの各部分と対向電極２２ｂは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。対向電極２２ｂは、光取り出し面側の給電用パッド４１ｂの直下に配置される。対向電極２２ｂは、例えば、給電用パッド４１と同一形状および同一サイズを有している。
【００５５】
光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと、光反射面側のオーミック電極２１ｂは、半導体膜１０の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ｂは、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂを挟んだ両側に配置され、これに沿うように伸長する線状の電極である。誘電体層２５は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂの直下を含む部分に延在している。
【００５６】
このように、本実施例に係る半導体発光素子３は、表面電極を構成する各部分が半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する単一の材料で構成される一方、反射電極が半導体膜との間でオーミック接触を形成する部分（オーミック電極２１ｂ）とショットキー接触を形成する部分（対向電極２２ｂ）を含む。互いに異なる材料からなる部分を含む反射電極は、例えば、以下のように形成することができる。半導体膜１０を形成した後、誘電体層２５を構成するSiO2膜を半導体膜１０上に成膜し、このSiO2膜に対して反射電極に対応するパターニングを施す。次に、SiO2膜の対向電極２２ｂを形成する部分以外の部分をレジストマスクで覆い、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成する材料を成膜した後、レジストマスクを除去して対向電極２２ｂを形成する。次に、半導体膜１０との間でオーミック接触を形成する材料を成膜して光反射面側のオーミック電極２１ｂを形成する。
【００５７】
図９（ｂ）および図９（ｃ）において、発光動作時の半導体膜１０内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、光反射面側のオーミック電極２１ｂの各々から、これらの最短距離に位置する光取り出し面側のオーミック電極４３ｂに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０の主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ｂは、光反射面側のオーミック電極２１ｂから十分に離れた位置に配置され、また対向電極２２ｂは、半導体膜１０との間でショットキー接触を形成している故、発光動作時において給電用パッド４１に向けて電流は流れない。すなわち、給電用パッド４１ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）が、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの最短距離（半導体膜の主面方向における最短距離）よりも大きくなるように配置されている。そのため、発光動作時において、給電用パッド４１ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗が、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗よりも大きくなるため、給電用パッド４１ｂに流れる電流を抑制することができる。
【００５８】
一方、半導体膜１０のｐｎ接合に対して逆方向の電圧が印加されると、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂから光反射面側のオーミック電極２１ｂに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、給電用パッド４１ｂと半導体膜１０との間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ｂと半導体膜１０ａとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい給電用パッド４１から対向電極２２ｂに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ｂと対向電極２２ｂとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００５９】
このように実施例３に係る半導体発光素子３においては、表面電極を構成する給電用パッド４１ｂとオーミック電極４３ｂとが同一の材料で構成されるので、１回の成膜工程で表面電極を形成することができ、給電用パッドと４１ｂとオーミック電極４３ｂとが重なることなく、半導体膜上において界面を形成せずに連続して形成することができる。すなわち、表面電極は段差部分を有しないので、クラックや断線などが生じにくい。従って、静電破壊耐量が低下するリスクを低減することが可能となる。また、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ｂと対向電極２２ｂとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ｂと光反射面側のオーミック電極２１ｂとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【実施例４】
【００６０】
図１０（ａ）は、本発明の実施例４に係る半導体発光素子４の構成を示す平面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）における１０ｂ−１０ｂ線に沿った断面図である。尚、図１０（ａ）において、光取り出し面側に設けられる表面電極が実線で示され、光反射面側に設けられる反射電極が破線とハッチングで示されている。半導体発光素子４は、主に、半導体膜１０ｃの光取り出し面側にｐ型クラッド層が配置され、光反射面側にｎ型クラッド層が配置されている点が実施例１に係る半導体発光素子１と異なる。
【００６１】
半導体膜１０ｃは、AlGaInP系材料からなり、光取り出し面側から順にｐ型コンタクト層１４ｃ、ｐ型クラッド層１３ｃ、発光層１２ｃ、ｎ型クラッド層１１ｃが積層されて構成される。各層の組成は、上記した実施例１に係る半導体膜と同様である。
【００６２】
光取り出し面となるｐ型コンタクト層１４ｃの表面には、ボンディングワイヤが接続される給電用パッド（ボンディングパッド、第１の電極片）４１ｃ、半導体膜１０ｃとの間でオーミック接触を形成する光取り出し面側のオーミック電極（第２の電極片）４３ｃ、給電用パッド４１ｃとオーミック電極４３ｃとを接続する配線電極４２ｃからなる表面電極が設けられている。給電用パッド４１ｃおよび配線電極４２ｃは、ｐ型クラッド層１３ｃとの間でショットキー接触を形成する材料、例えばTa、Ti、W、Pt、WSi、Cuなどにより構成される。給電用パッド４１ｃは、半導体膜１０ｃの主面中央に配置され、円形形状を有する。配線電極４２ｃは、給電用パッド４１ｃから半導体膜１０ｃの４つの辺に向けて伸長してオーミック電極４３ｃに接続する線状の電極である。オーミック電極４３ｃは、ｐ型コンタクト層１４ｃとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuZnにより構成される。オーミック電極４３ｃは、ｐ型コンタクト層１４ｃの表面を伸長する線状をなしており、半導体膜１０ｃの各部分に電流を供給する。
【００６３】
ｎ型クラッド層１１ｃに隣接して設けられる光反射層２０ｃは、誘電体層２５と反射電極とにより構成され、半導体膜１０ｃと接する面において光反射面を形成する。反射電極は、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃとともにカウンタ電極を構成する光反射面側のオーミック電極（第３の電極片）２１ｃと、給電用パッド４１ｃに対向する対向電極２２ｃ（第４の電極片）により構成される。オーミック電極２１ｃおよび対向電極２２ｃは、ｎ型クラッド層１１ｃとの間でオーミック接触を形成する材料、例えばAuGeNiなどにより構成される。
【００６４】
誘電体層２５は、例えばSiO2からなり、光反射層２０ｃの表層部分に設けられている。誘電体層２５は、対向電極２２ｃの外周を囲む環状をなす部分と、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃの直下においてこれに沿うように伸長する線状をなす部分とを有している。誘電体層２５は、オーミック電極２１ｃと対向電極２２ｃとを分離する。尚、オーミック電極２１ｃと対向電極２２ｃは、誘電体層２５の下方において互いに繋がっており、互いに同電位となっている。
【００６５】
対向電極２２ｃは、光取り出し面側の給電用パッド４１ｃの直下に配置される。対向電極２２ｃは、例えば、給電用パッド４１ｃと同一形状および同一サイズを有している。対向電極２２ｃは、その外周を囲むように設けられた円環状の誘電体層２５によって半導体膜１０ｃと接する面において、オーミック電極２１ｃから分離されている。
【００６６】
光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと、光反射面側のオーミック電極２１ｃは、半導体膜１０ｃの主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、いわゆるカウンタ電極を構成している。すなわち、光反射面側のオーミック電極２１ｃは、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃを挟んだ両側に配置され、オーミック電極４３ｃの直下には誘電体層２５が配置されている。
【００６７】
図１０（ｂ）において、発光動作時の半導体膜１０ｃ内を流れる電流の経路が実線矢印で、逆方向サージ電圧印加時の半導体膜１０ｃ内を流れる電流の経路が破線矢印で示されている。発光動作時において電流は、ｐ型クラッド層１３ｃと接する光取り出し面側のオーミック電極４３ｃの各々から、光反射面側のオーミック電極２１ｃに向けて流れる。両電極は、カウンタ電極を構成している故、電流の流れる方向は半導体膜１０ｃの主面方向（横方向）成分を持ち、これにより、比較的膜厚の小さい半導体膜１０ｃ内における電流拡散が促進され電流密度分布の均一化が図られる。一方、給電用パッド４１ｃは半導体膜１０ｃとの間でショットキー接触を形成しており、これらの間には、半導体膜１０ｃにおけるｐｎ接合によって形成されるダイオードの向きとは逆向きの障壁、（すなわち、順方向電流を阻止するように作用する障壁）が形成されている。それ故、発光動作時において給電用パッド４１ｃに向けて電流は流れない。また、対向電極２２ｃは、光取り出し面側のオーミック電極４３までの距離が光反射面側のオーミック電極２１ｄのいずれの部分よりも遠い位置に配置されており、しかも、半導体膜１０ｃと接する面において、誘電体層２５によってオーミック電極２１ｃから分離されている。反射電極をこのように構成することで、発光動作時において対向電極２２ｃからはオーミック電極４３ｃに向けて電流が殆ど流れず、従って、発光動作時において、給電用パッド４１ｃの直下領域を流れる電流をほぼ完全になくすことができる。
【００６８】
一方、半導体膜１０ｃのｐｎ接合に対して逆方向のサージ電圧が印加されると、光反射面側のオーミック電極２１ｃから光取り出し面側のオーミック電極４３ｃに向けて電流が流れる。給電用パッド４１ｃと半導体膜１０ｃとの間のショットキー接合は、いわゆる順方向にバイアスされる故、給電用パッド４１ｃと半導体膜１０ｃとの間に障壁は殆どなく、電圧に対して指数関数的に電流が流れる。従って、逆方向サージ電圧印加時においては、比較的面積の大きい対向電極２２ｃから給電用パッド４１ｃに向けて電流が流れる。逆方向サージ電圧印加時においては、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと光反射面側のオーミック電極２１ｃとの間の電流経路の抵抗よりも低抵抗の電流経路が給電用パッド４１ｃと対向電極２２ｃとの間に形成される故、電流集中が緩和され、静電破壊耐量が大幅に向上する。
【００６９】
半導体膜の光取り出し面に設けられる表面電極は、光取り出し効率を確保する観点から、被覆率をあまり高くすることはできない。一方、一般的にAlGaInP系半導体は、ｎ型半導体の抵抗を下げて電流拡散させる構造を形成しにくい。というのも、ｐ側はｐ型AlGaInPに続いて抵抗率の低い格子不整合のGaPを積層できるためｐ側の抵抗を下げることができるのに対し、ｎ側は一般的にｎ型GaAs基板上にｎ型から積層して形成するため、格子不整合である抵抗率の低いGaPを用いることができないためである。尚、膜厚の増加で低抵抗化することは可能であるが、順次積層するMQW、ｐ型半導体層の結晶性が悪化するため好ましくない。従って、ｎ型クラッド層を光取り出し面側に配置した場合にはｎ型クラッド層上に小面積の表面電極を形成することとなり、電流を十分に拡散させることが困難となる。本実施例のようにｎ型クラッド層を光反射面側に配置することにより、ｎ型クラッド層の表面の大部分を反射電極で覆うことが可能となり、半導体膜内における電流拡散を促進することが可能となる。このような構成を有する実施例４に係る半導体発光素子４においても、実施例１の場合と同様、発光動作時においては給電用パッドの直下領域への電流流入は防止される一方、逆方向サージ電圧印加時においては給電用パッド４１ｃと対向電極２２ｃとの間に、光取り出し面側のオーミック電極４３ｃと光反射面側のオーミック電極２１ｃとの間の電流経路上の抵抗よりも低抵抗の電流経路が形成されるので、発光動作時における光取り出し効率の低下や光出力の低下を回避しつつ逆方向の静電サージに対する破壊耐量を向上させることが可能となる。
【００７０】
上記した構成を有する半導体発光素子４は、例えば以下のようなプロセスで製造することができる。ＭＯＣＶＤ法などによりGaAs基板などの成長用基板上に半導体膜１０ｃを形成する。半導体膜１０ｃは、ｎ型クラッド層１１ｃ、発光層１２ｃ、ｐ型クラッド層１３ｃ、ｐ型コンタクト層１４ｃの順で成長用基板上に積層される。次に、ｐ型コンタクト層１４ｃの表面に樹脂接着材などを用いてSiやガラスなどからなる一時基板を接合する。次に、成長用基板を除去して、ｎ型クラッド層１１ｃを表出させる。次に、ｎ型クラッド層１１ｃ上に光反射層２０ｃを構成するSiO2膜を形成し、これをパターニングした後、SiO2膜上にITOおよびAuを成膜して反射電極を形成する。尚、反射電極は、AuGeNiやAuSnなどによって形成することも可能であるが、この場合、合金層が形成されて反射率が低下するおそれがある。従って、反射電極は、合金層を形成しないITOで形成することが好ましい。その後、光反射層上にバリアメタル層および密着層を形成し、実施例１と同様の手順で、支持基板を接合する。次に、一時基板を除去してｐ型コンタクト層１４ｃの表面を表出させる。次に、ｐ型クラッド層１３ｃの表面に光取り出し面側のオーミック電極４３ｃを形成した後、給電用パッド４１ｃおよび配線電極４２ｃを形成する。
【００７１】
尚、上記した各実施例においては、逆方向電圧印加時にのみ機能する（導通する）サージ電流経路を給電用パッドの直下に配置することとしたが、給電用パッドの直下領域以外の単一または複数の領域にこのような電流経路を配置することとしてもよい。すなわち、半導体膜を挟んで対向し且つ少なくとも一方がショットキー電極である電極対が半導体膜上に分散配置されていてもよい。また上記した各実施例において示した電極構成および半導体膜の構成を、相互に入れ替えてまたは適宜組み合わせて半導体発光装置を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ 半導体膜
１１、１１ａ、１１ｃ ｎ型クラッド層
１２、１２ａ、１２ｃ 発光層
１３、１３ａ、１３ｃ ｐ型クラッド層
１４ ｐ型コンタクト層
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 光反射層
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 反射面側オーミック電極
２１Ｌ ライン電極
２１Ｄ ドット電極
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 対向電極
３０ 支持基板
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ 給電用パッド
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 光取り出し面側オーミック電極
３０ 支持基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、
前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第２の電極片と、を含み、
前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記半導体膜との間でオーミック接触を形成し且つ前記第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、
前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、
前記第１の電極片と前記第４の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、
前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第２の電極片と、を含み、
前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記第２の電極片と対向するように配置され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第４の電極片とを含み、
前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、
前記第３の電極片と前記第２の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第３の電極片と前記第１の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最端距離よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２の電極片は、給電用パッドであ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】
前記光反射層は、その表層部に設けられた誘電体層を含み、
前記誘電体層は、前記光反射層が前記半導体膜と接する面において前記第３の電極片と前記第４の電極片との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第３の電極片は、前記第１の電極片と前記第２の電極片との間隙の直下に配置され且つ前記半導体膜と接する面において前記誘電体層によって前記第４の電極片から分離された電極片を含む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】
前記第２の電極片と前記４の電極片との間の距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第３の電極片は、前記光反射面上を伸長する線状のライン電極と、前記ライン電極に沿って分散配置された複数の島状のドット電極を含む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８】
前記第１の電極片は、前記光取り出し面上を伸長する線状をなし、
前記誘電体層は、前記第４の電極片の外周を囲む環状をなす部分と、前記第１の電極片の直下において前記第１の電極片に沿って伸長する線状をなす部分とを有す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９】
前記第１の電極片と前記第２の電極片は、同一の材料からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記半導体膜は、AlGaInPからなる層を含み、前記光反射面側にｎ型の半導体層が配置され、前記光取り出し面側にｐ型の半導体層が配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１】
支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、
前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第２の電極片と、を含み、
前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記半導体膜との間でオーミック接触を形成し且つ前記第２の電極片と対向するように配置された第４の電極片とを含み、
前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、
前記第１の電極片と前記第４の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
支持基板と、前記支持基板上に設けられた発光層を含む半導体膜と、前記半導体膜の光取り出し面側の表面に設けられた表面電極と、前記支持基板と前記半導体膜との間に設けられて前記半導体膜と接する面において光反射面を形成する光反射層と、を含む半導体発光素子であって、
前記表面電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第１の電極片と、前記第１の電極片に電気的に接続され且つ前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第２の電極片と、を含み、
前記光反射層は、反射電極を含み、前記反射電極は、前記半導体膜との間でオーミック接触を形成する第３の電極片と、前記第３の電極片に電気的に接続されて前記第２の電極片と対向するように配置され且つ前記半導体膜との間でショットキー接触を形成して前記半導体膜の順方向電流を妨げる障壁を形成する第４の電極片とを含み、
前記第１の電極片と前記第３の電極片は、前記半導体膜の主面と平行な投影面に投影したときに、互いに重ならないように配置され、
前記第３の電極片と前記第２の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離は、前記第３の電極片と前記第１の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最端距離よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記第２の電極片は、給電用パッドであ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】
前記光反射層は、その表層部に設けられた誘電体層を含み、
前記誘電体層は、前記光反射層が前記半導体膜と接する面において前記第３の電極片と前記第４の電極片との間に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第３の電極片は、前記第１の電極片と前記第２の電極片との間隙の直下に配置され且つ前記半導体膜と接する面において前記誘電体層によって前記第４の電極片から分離された電極片を含む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】
前記第２の電極片と前記４の電極片との間の距離は、前記第１の電極片と前記第３の電極片との間の前記半導体膜の主面方向における最短距離よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第３の電極片は、前記光反射面上を伸長する線状のライン電極と、前記ライン電極に沿って分散配置された複数の島状のドット電極を含む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８】
前記第１の電極片は、前記光取り出し面上を伸長する線状をなし、
前記誘電体層は、前記第４の電極片の外周を囲む環状をなす部分と、前記第１の電極片の直下において前記第１の電極片に沿って伸長する線状をなす部分とを有す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９】
前記第１の電極片と前記第２の電極片は、同一の材料からなることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記半導体膜は、AlGaInPからなる層を含み、前記光反射面側にｎ型の半導体層が配置され、前記光取り出し面側にｐ型の半導体層が配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２６４５１（Ｐ２０１３−２６４５１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６００６０（Ｐ２０１１−１６００６０）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２３０３）スタンレー電気株式会社 (2,684)
【Ｆターム（参考）】
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