発光装置
【課題】放熱性に優れ、光出力の向上を図れる発光装置を提供する。
【解決手段】酸化亜鉛基板１ａの一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂを備えた半導体発光素子１と、該半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａにおける他表面側が光取り出し面となるように金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装する実装基板２と、を有する発光装置２０であって、半導体発光素子１は、平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように酸化亜鉛基板１ａよりも小さいＬＥＤ薄膜部１ｂを備えてなり、金属バンプ３，４が、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプ３と、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａと対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプ４を備えている。
【解決手段】酸化亜鉛基板１ａの一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂを備えた半導体発光素子１と、該半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａにおける他表面側が光取り出し面となるように金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装する実装基板２と、を有する発光装置２０であって、半導体発光素子１は、平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように酸化亜鉛基板１ａよりも小さいＬＥＤ薄膜部１ｂを備えてなり、金属バンプ３，４が、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプ３と、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａと対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプ４を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化物半導体材料（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど）を用いた半導体発光素子の研究が各所で行われている。この種の半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置は、たとえば、半導体発光素子と、該半導体発光素子から放射された青色の光によって励起され半導体発光素子からの青色の光よりも長波長の黄色の光を放射する蛍光体が含有された波長変換部材と、を組み合わせて半導体発光素子の発光色とは異なる色合いの混色光（たとえば、白色の光）を出すことに利用できる。このような半導体発光素子を用いた白色の光が発光可能な発光装置は、電球等と比較して低消費電力、高輝度且つ長寿命に発光することが可能なことから、各種の照明光源を代替するものの一つとして注目され、より高効率化および高出力化のために研究開発がされている。
【０００３】
この種の発光装置の基礎構成として、基板の一表面側にｎ型窒化物半導体層と該ｎ型窒化物半導体層上のｐ型窒化物半導体層とが積層されたＬＥＤ薄膜部を備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置が知られている。この発光装置では、前記半導体発光素子の前記ＬＥＤ薄膜部から放出する光が、前記半導体発光素子の光取り出し面側となる前記基板の前記他表面側から前記金属バンプなどで遮られることなく取り出すことができ、光出力を高めることができる。
【０００４】
このような発光装置に用いることができる半導体発光素子として、前記ＬＥＤ薄膜部の外形が前記基板の前記一表面側における外形と同一の矩形形状で形成された半導体発光素子を図７に例示する。半導体発光素子１’は、平面視において中央部にＬＥＤ薄膜部１ｂ’のｐ型窒化物半導体層１１’からエッチングによりＬＥＤ薄膜部１ｂ’のｎ型窒化物半導体層１３’の表面が露出するまでｐ型窒化物半導体層１１’の一部を除去している。円形形状に露出したｎ型窒化物半導体層１３’の表面側には、金属バンプ４’が形成されている。また、ｐ型窒化物半導体層１１’の表面には、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の中央部に形成された１個の金属バンプ４’を囲むように４個の金属バンプ３’が設けられた半導体発光素子１’が提案されている（たとえば、特許文献１。）。
【０００５】
なお、半導体発光素子１’は、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の中央部から矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂ’の対角方向にもエッチングすることで、ｐ型窒化物半導体層１１’の一部を中央部から対角線状に除去されている。また、金属バンプ４’の下地となるｎ型電極２３は、エッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層１３’の表面上に中央部から放射状に半導体発光素子１’の対角方向に延伸させた延伸部位２６を備えていることで、ｐ型窒化物半導体層１１’への電流の拡散性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００６−６６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の半導体発光素子１’を実装基板に実装した発光装置を照明光源として一般照明にまで利用しようとする場合、半導体発光素子１’には、たとえば、１Ａ以上の大電流を印加し、発光装置から大きな光出力を取り出すことが要求されている。そのため、半導体発光素子１’は、大電流が流れることにより半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で生ずる発熱量も大きくなる。この場合、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で発生した熱を、それぞれ金属バンプ３’と金属バンプ４’を介して前記実装基板側に効率よく放熱できなければ、半導体発光素子１’の発光効率が低下し、光出力が低下する。さらに、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で生じた熱が金属バンプ３’，４’を介して前記実装基板側に効率よく放熱できなければ、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’における熱分布が不均一となってＬＥＤ薄膜部１ｂ’の面内における輝度むらが生ずることも考えられる。
【０００８】
ここで、半導体発光素子１’は、放熱性を向上させるためにＬＥＤ薄膜部１ｂ’に設けられた金属バンプ４’やｎ型電極２３およびｎ型電極２３の延伸部位２６を大きくさせようとすると、ｐ型窒化物半導体層１１’をエッチングする領域が増えＬＥＤ薄膜部１ｂ’の発光領域が減少することになる。また、半導体発光素子１’におけるＬＥＤ薄膜部１ｂ’の形状が、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の平面視におけるｐ型窒化物半導体層１１’の中央部でエッチングされた領域によって、いびつになり、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂ’から均一な出力を得ることが難しい傾向にある。また、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’におけるｐ型窒化物半導体層１１’側のエッチングする領域を減らして発光領域を増加させようとすると、半導体発光素子１’から金属バンプ３’，４’を介して前記実装基板へ放熱する放熱経路の断面積が小さくなる。そのため、半導体発光素子１’からの熱を効率よく金属バンプ３’，４’を介して実装基板側に放熱することが難しくなる。
【０００９】
そのため、照明用途に用いられる場合のような光出力のより高い発光装置が求められる現在においては、上記構成では十分ではなく、さらなる特性向上が求められている。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、導電性基板と該導電性基板の一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層を有するＬＥＤ薄膜部とを備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記導電性基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置であって、前記半導体発光素子は、平面視において前記導電性基板の前記一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記金属バンプが、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプであることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、半導体発光素子が平面視において導電性基板の一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さいＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプと、を用いて前記半導体発光素子を実装基板に実装させるという比較的簡単な構成で、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置とすることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記半導体発光素子の前記導電性基板が酸化亜鉛基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｐ型窒化物半導体層を前記ｎ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ｎ型窒化物半導体層と比較して、一般に抵抗が高いとされるｐ型窒化物半導体層を前記酸化亜鉛基板の前記一表面側に備えてなることで、前記酸化亜鉛基板は、該酸化亜鉛基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第１の金属パッドからの電流を前記ｐ型窒化物半導体層に面状に拡散させることができる。また、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱は、前記ＬＥＤ薄膜部の前記ｐ型窒化物半導体層から面状に前記酸化亜鉛基板に熱伝達され、前記酸化亜鉛基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第１の金属パッドから拡散して前記実装基板側へ効率よく放出させることができる。そのため、前記半導体発光素子の前記ＬＥＤ薄膜部における熱分布を均一にして輝度むらを抑制して光出力の向上を図ることが可能な発光装置とすることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記半導体発光素子の前記導電性基板が窒化物半導体基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｎ型窒化物半導体層を前記ｐ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ｐ型窒化物半導体層は、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱を前記ｐ型窒化物半導体層側に設けられた複数の第二の金属パッドを介して前記実装基板側に放熱させることができる。また、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱は、ｎ型窒化物半導体層から前記窒化物半導体基板に面状に拡散し、前記窒化物半導体基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第一の金属パッドを介して放出させることができる。そのため、より大きな電流を流し、より光出力の向上を図ることが可能な発光装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、半導体発光素子が、平面視において導電性基板の一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備え、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプによって実装基板に実装することにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】同上の半導体発光素子における概略平面図である。
【図３】同上の実装基板における概略平面図である。
【図４】実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図５】同上の半導体発光素子における概略平面図を示す。
【図６】同上の実装基板における概略平面図を示す。
【図７】従来の半導体発光素子における概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について、図１ないし図３を用いて説明する。
【００２０】
本実施形態の発光装置２０は、図１に示すように、導電性基板たる酸化亜鉛基板１ａと該酸化亜鉛基板１ａの一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂとを備えた半導体発光素子１と、該半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａにおける他表面側が光取り出し面となるように各金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装する実装基板２と、を有する。
【００２１】
特に、発光装置２０に用いられる半導体発光素子１は、図２に示す平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように酸化亜鉛基板１ａよりも小さいＬＥＤ薄膜部１ｂを備えている。また、発光装置２０に用いられる各金属バンプ３，４は、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられた複数個のｐ型電極パッド５と、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａと対向する表面側に設けられた複数個のｎ型電極パッド６とを接続している。より具体的には、複数個のｐ型電極パッド５は、それぞれ一対一に接合する複数個の第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に接続している。また、複数個のｎ型電極パッド６は、それぞれ一対一に接合する複数個の第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に接続している。
【００２２】
これにより、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂで発生した熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｐ型窒化物半導体層１１から面状に酸化亜鉛基板１ａに熱伝達する。熱伝達された酸化亜鉛基板１ａの熱は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられたｐ型電極パッド５およびｐ型電極パッド５に接続された第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱させることができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂで発生した熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３からもｎ型電極パッド６およびｎ型電極パッド６に接続された第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に放熱させることができる。
【００２３】
以下、本実施形態の発光装置２０に用いられる各構成について説明する。まず、最初に半導体発光素子１について詳述する。
【００２４】
半導体発光素子１は、導電性基板たる酸化亜鉛基板１ａの一表面にｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂを備え、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面とは対向する他表面側を光取り出し面としている。
【００２５】
そのため、半導体発光素子１の前記導電性基板は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから放射される光の波長に対して透光性を有し、ＬＥＤ薄膜部１ｂに電力を供給することが可能な導電性を有している。このような前記導電性基板の材料としては、ｎ型ＺｎＯ材料からなる酸化亜鉛基板１ａなどが挙げられる。
【００２６】
本実施形態では、半導体発光素子１の導電性基板として、酸化亜鉛基板１ａを用いており、酸化亜鉛基板１ａの外形形状は、ＬＥＤ薄膜部１ｂを底面に備えた六角錐形状としている。このような酸化亜鉛基板１ａの六角錐形状の外形形状は、たとえば、酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側を塩酸に浸しエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングを利用することにより形成することができる。エッチング時間を調整して、酸化亜鉛基板１ａの外形形状を六角錐台形状に形成することもできる。このように半導体発光素子１の光取り出し面となる酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側を六角錐形状ないし六角錐台形状にすることで、半導体発光素子１からの光取り出し効率をより向上させることができる。なお、酸化亜鉛基板１ａの外形形状は、六角錐形状あるいは六角錐台形状に限られず、立方体形状や直方体形状としてもよい。
【００２７】
半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面に形成されたｐ型窒化物半導体層１１と該ｐ型窒化物半導体層１１上のｎ型窒化物半導体層１３を備えた積層構造により青色の光を放射することが可能に構成している。また、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、図２に示す平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面の六角形状における中央部に酸化亜鉛基板１ａと相似形で、より小さい六角形状に形成している。
【００２８】
また、本実施形態の半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄにおいて、ｐ型電極パッド５が、酸化亜鉛基板１ａに対してオーミック接触となるように形成している。これにより半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１は、ｐ型電極パッド５から酸化亜鉛基板１ａを介して電気的に接続することができる。また、半導体発光素子１は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３に対してオーミック接触となるようにｎ型窒化物半導体層１３の表面にｎ型電極パッド６が形成されている。これにより半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３は、ｎ型電極パッド６と電気的に接続している。ここで、ｎ型窒化物半導体層１３の表面には、１９個のｎ型電極パッド１ｃがｎ型窒化物半導体層１３の中心から放射状に略等間隔となるように配置されている。また、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄには、六角形の一辺を除いて、１１個のｐ型電極パッド５が略等間隔でＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように配置してある。
【００２９】
ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれ第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４との密着性を向上させるために好適に設けている。なお、ｐ型電極パッド５と酸化亜鉛基板１ａとは、直接接合させてもよいし、ｐ型電極を介して接続させても良い。同様に、ｎ型電極パッド６とｎ型窒化物半導体層１３とは、直接接合させても良いし、ｎ型電極を介して接続させてもよい。ｐ型電極やｎ型電極の大きさを、それぞれｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６よりも大きくすることで、電流の拡散性や放熱性をより向上させることができる。たとえば、ｐ型電極は、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄに沿ってリング形状に形成すればよい。また、ｎ型電極は、ｎ型窒化物半導体層１３の全面に形成すればよい（図示していない。）。
【００３０】
本実施形態の半導体発光素子１に用いられるＬＥＤ薄膜部１ｂのより詳細な構成としては、発光層１２をｎ型窒化物半導体層１３とｐ型窒化物半導体層１１とにより挟んで積層構造に形成している。
【００３１】
ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３は、発光層１２に対してクラッド層として機能するとともにコンタクト層としても機能するｎ型ＧａＮ層により構成している。なお、ｎ型窒化物半導体層１３は、単層構造に限らず、たとえば、コンタクト層として機能するｎ型ＧａＮ層と、クラッド層として機能するｎ型ＩｎＧａＮ層に機能分離させた多層構造としてもよい。
【００３２】
さらに、クラッド層やコンタクト層として機能させるためには、それぞれ単層構造で形成させる場合に限らず、多層構造で形成してもよい。たとえば、ＬＥＤ薄膜部１ｂに生ずる内部応力を低減して結晶性を向上させるなどのために、前記クラッド層や前記コンタクト層を厚膜の単層構造で形成させるだけでなく、異なる組成の窒化物半導体層を数Åから数百Åの膜厚の薄膜で交互に積層させた量子効果を奏するとされる超格子多層膜で形成することもできる。このような、超格子多層膜としては、たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を薄膜で交互に積層した積層膜や、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層を薄膜で交互に積層した積層膜などが挙げられる。前記超格子多層膜は、その組成、膜厚や積層数を調整することで、ＬＥＤ薄膜部１ｂに生ずる内部応力の低減などを図りつつ単層構造のものとは異なる電気特性や光学特性を持たせることができる。
【００３３】
本実施形態のＬＥＤ薄膜部１ｂにおける発光層１２は、ＧａＮ層からなる障壁層によりＩｎＧａＮ層からなる井戸層が挟まれた多重量子井戸構造を有している。発光層１２は、放出される光の発光ピークが４６０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比を設定しているが、発光ピークを特に限定するものではない。なお、半導体発光素子１の発光層１２は、多重量子井戸構造に限らず単一量子井戸構造でもよい。また、発光層１２は、ホモ構造、ヘテロ構造やダブルヘテロ構造で形成してもよい。発光層１２の材料は、窒化物半導体材料であればよく、たとえば、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮのほか、ＳｉとＺｎとが含有されたＧａＮなどでもよい。
【００３４】
ＬＥＤ薄膜部１ｂのｐ型窒化物半導体層１１は、発光層１２に対してクラッド層として機能するｐ型ＡｌＧａＮ層からなる第１のｐ型窒化物半導体層と、コンタクト層として機能するｐ型ＧａＮ層からなる第２のｐ型窒化物半導体層とに機能分離して構成している。ｐ型窒化物半導体層１１は、量産性や求める電気特性や光学特性に応じて、多層構造でも良いしｐ型ＧａＮ層やｐ型ＡｌＧａＮ層だけの単層構造としても良い。また、ｐ型窒化物半導体層１１の前記クラッド層や前記コンタクト層は、ｎ型窒化物半導体層１３の場合と同様に、それぞれ厚膜の単層構造で成膜させるだけでなく、異なる組成の窒化物半導体層を数Åから数百Åの膜厚で交互に積層させた量子効果を奏するとされる超格子多層膜で形成してもよい。
【００３５】
なお、ＬＥＤ薄膜部１ｂは、後述するようにＬＥＤ薄膜部１ｂを酸化亜鉛基板１ａの基礎となるｎ型ＺｎＯウェハと接合する前に、主表面が（０００１)面であるサファイアウェハの主表面側に低温成長バッファ層（たとえば、ＧａＮ層、ＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層など）を介してｎ型窒化物半導体層１３、発光層１２、ｐ型窒化物半導体層１１の順に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜することができる。ここで、ＬＥＤ薄膜部１ｂのエピタキシャル成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するものではなく、たとえば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを用いて成膜してもよい。
【００３６】
ところで、窒化物半導体材料および酸化亜鉛材料は、ともにウルツ鉱型の結晶構造でｃ軸方向に極性を有する有極性半導体である。そのため、ＬＥＤ薄膜部１ｂは、ｎ型窒化物半導体層１３における前記ｎ型ＧａＮ層の発光層１２側とは反対側の表面がＮ極性面である（０００−１）面により構成され、ｐ型窒化物半導体層１１における前記ｐ型ＧａＮ層の発光層１２側とは反対側の表面がＧａ極性面である（０００１）面により構成されている。また、酸化亜鉛基板１ａは、ＬＥＤ薄膜部１ｂを備える前記一表面側がＺｎ極性面である（０００１）面により構成され、酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側がＯ極性面である（０００−１）面により構成されている。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤ薄膜部１ｂと酸化亜鉛基板１ａとは、酸化亜鉛基板１ａのＺｎ極性面とｐ型窒化物半導体層１１のＧａ極性面とが接合されている。
【００３８】
酸化亜鉛基板１ａは、不純物をドーピングすることなく酸素空孔もしくは亜鉛の格子間原子欠陥によりｎ型の導電性を示すノンドープＺｎＯ基板を用いてもよいが、不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御したものでもよい。不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御した酸化亜鉛基板１ａとしては、たとえば、ＧａドープＺｎＯ基板（ＧＺＯ基板）や、ＡｌドープＺｎＯ基板（ＡＺＯ基板）が挙げられる。不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御した酸化亜鉛基板１ａは、不純物をドープしていない酸化亜鉛基板１ａと比較して、酸化亜鉛基板１ａと接触させるｐ型電極パッド５などとのオーミック接触の接触抵抗を低減することが可能なため、より好ましい。
【００３９】
次に、半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲む設けられるｐ型電極パッド５およびＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３の表面に設けられるｎ型電極パッド６は、それぞれＴｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜により構成している。ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、いずれも最表面側がＡｕ膜で構成してある。ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、たとえば、Ｔｉ膜の膜厚を１０ｎｍ、Ａｌ膜の膜厚を５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍとすることができるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、必要に応じて、ｐ型電極パッド５と酸化亜鉛基板１ａとの間、ｎ型電極パッド６とｎ型窒化物半導体層１３との間には、電流拡散や熱拡散等のために別途電極を形成させてもよい。
【００４０】
いずれにしろ、本実施形態の半導体発光素子１は、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６が同一の金属材料により形成され、同一の電極構造を有している。ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれを構成する前記積層膜において厚み方向で重なる膜同士の密着性を高めることができるとともに、それぞれ接続される酸化亜鉛基板１ａおよびｎ型窒化物半導体層１３に対する密着性を高めることもできる。また、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、前記積層膜の構造により、量産性よく同時形成することができる。ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）により同時に成膜しているが、これに限られるものではなく、スパッタ法や他の蒸着法（たとえば、抵抗加熱蒸着法や誘導加熱蒸着法）などを用いて形成してもよい。
【００４１】
本実施形態の半導体発光素子１では、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６として、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜を採用することにより、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄ、ｎ型窒化物半導体層１３の表面に対してそれぞれ良好なオーミック接触（低オーミック抵抗のオーミック接触）を得ることができる。なお、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、前記積層膜に限らず、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜やＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜の群から選択される１つの積層膜により形成してもよい。いずれの構成でも、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６の最表面側がＡｕ膜とすることで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６の表面の酸化を防ぐことができる。このような、半導体発光素子１に設けられたｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれ第一の金属バンプ（たとえば、Ａｕバンプ）３および第二の金属バンプ（たとえば、Ａｕバンプ）４と一対一に接合し、実装基板２の配線パターン８，９に設けられた配線パッド２１，２２上に実装することができる。
【００４２】
なお、本実施形態の半導体発光素子１は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａ側とは反対側のｎ型窒化物半導体層１３の表面に微細凹凸構造をしてもよい。微細凹凸構造は、ＬＥＤ薄膜部１ｂから放射された光を散乱させ半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。また、ｎ型窒化物半導体層１３の表面においてｎ型電極パッド６の形成部位に微細凹凸構造を形成させると、ｎ型窒化物半導体層１３の表面とｎ型電極パッド６との密着性を向上させることができる。なお、前記微細凹凸構造の周期および高低差は、数μｍ以下で適宜設定すればよい。
【００４３】
また、本実施形態においては、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１から酸化亜鉛基板１ａ側に放出された光は、窒化物半導体材料と酸化亜鉛材料との屈折率差が一般的な青色ＬＥＤ素子などに用いられている窒化物半導体材料とサファイアとの屈折率差よりも小さいため、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから酸化亜鉛基板１ａ側に効率よく光を取り出すことができる。
【００４４】
また、酸化亜鉛基板１ａにおける前記一表面側の外周部１ｄは、ｐ型電極パッド５との密着性を向上させるために凹凸構造とすることもできる。このような、外周部１ｄの前記凹凸構造は、所望の周期や高低差など適宜設計することができる。
【００４５】
以下、本実施形態の発光装置２０に用いられる半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００４６】
半導体発光素子１は、サファイアウェハのＣ面である主表面側に低温成長バッファ層となるＡｌＧａＮ層を介してＬＥＤ薄膜部１ｂとなるｎ型窒化物半導体層１３と発光層１２とｐ型窒化物半導体層１１との積層構造膜をＭＯＶＰＥ法などの結晶成長法により順に成膜する。他方、水熱合成法などにより形成させたｎ型ＺｎＯウェハを半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａの基礎として用いる。次に、ＬＥＤ薄膜部１ｂを酸化亜鉛基板１ａ上に形成させるため、前記サファイアウェハの前記主面側の前記積層構造膜と、前記ｎ型ＺｎＯウェハとの接合面を洗浄した後、窒素雰囲気中において６００℃に加熱し、２ＭＰａの圧力をかけて熱接合する。その後、前記サファイアウェハとｎ型ＺｎＯウェハが熱接合されたウェハから前記サファイアウェハを剥離して、前記ｎ型ＺｎＯウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる前記積層構造膜が熱接合されたウェハを形成させることができる。
【００４７】
ここでサファイアウェハの剥離方法としては、たとえば、前記サファイアウェハと前記積層構造膜との界面付近にレーザ光を照射しレーザ加工工程により前記低温成長バッファ層が形成されたサファイアウェハごと前記積層構造膜を剥離する方法がある。また、別のサファイアウェハの剥離方法としては、前記積層構造膜を前記サファイアウェハ上に選択成長法により結晶成長をさせ前記ｎ型ＺｎＯウェハとの熱接合後、前記積層構造膜と前記サファイアウェハとの界面近傍において選択成長時に形成したボイドを利用して熱応力により前記サファイアウェハ側を剥離する方法などが挙げられる。
【００４８】
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて前記積層構造膜が酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄが露出するように前記ｎ型ＺｎＯウェハ上でパターニングを行い、六角柱形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを形成する。
【００４９】
その後、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側に電子ビーム蒸着法による成膜、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄに相当する前記ｎ型ＺｎＯウェハ上にＴｉ膜、Ａｌ膜および最表面がＡｕ膜となるｐ型電極パッド５を形成する。同時に、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３のコンタクト層として機能するｎ型ＧａＮ層上にＴｉ膜、Ａｌ膜および最表面がＡｕ膜となるｎ型電極パッド６を形成する。
【００５０】
続いて、前記ｎ型ＺｎＯウェハにおける複数のＬＥＤ薄膜部１ｂが形成された前記一表面とは反対側の他表面に各ＬＥＤ薄膜部１ｂに対応してパターニングされたマスク層を形成するマスク層形成工程を行う。その後、塩酸系のエッチング液（たとえば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングを行った後、前記マスク層を除去する。これにより、エッチング面が平滑面であり、ＬＥＤ薄膜部１ｂを備えた底面から頂点までの高さが約５００μｍとなる六角錐状の酸化亜鉛基板１ａを有する半導体発光素子１を形成することができる。
【００５１】
次に、本実施形態の発光装置２０に用いられる実装基板２について説明する。実装基板２は、図１で示すように略直方体形状の電気絶縁性を有するＡｌＮ材料からなるベース部７と、該ベース部７の表面上に配置され半導体発光素子１に電流を供給することが可能なＡｕ膜からなる一対の配線パターン８，９が形成されている。
【００５２】
一方の配線パターン９は、図３で示すように平面視において、ベース部７における矩形状の前記表面の中央部に六角形状部１５を備えている。また、配線パターン９は、六角形状部１５の一辺における中央の一端からベース部７の前記表面における前記矩形状の一隅部に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためカソード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１７を形成している。また、他方の配線パターン８は、一方の配線パターン９における六角形状部１５の外周に沿って離間して囲むリング形状部１４を備えている。リング形状部１４の一部は、一方の配線パターン９の配線と短絡しないように切り欠いている。
【００５３】
また、他方の配線パターン８は、六角形状部１５の前記一辺と対向する他辺側のリング形状部１４の一端からベース部７の前記表面における前記一隅部と対向する隅部側に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためアノード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１６を形成している。また、配線パターン８，９と電気的に分離して、前記ベース部７の前記一表面を覆い半導体発光素子１からの光を反射する光反射膜１８を形成させてある。
【００５４】
さらに、実装基板２の配線パターン８におけるリング形状部１４上には、半導体発光素子１を実装させるための第一の金属バンプ３と一対一に接続される１１個の第一の配線パッド２１を形成している。同様に、実装基板２の配線パターン９における六角形状部１５上には、半導体発光素子１を実装させるための第二の金属バンプ４と一対一に接続される１９個の第二の配線パッド２２を形成している。ここで、半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａのＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた一表面側と対向する他表面側を光取り出し面側として、実装基板２の配線パターン８，９上に第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装することになる。
【００５５】
実装基板２のベース部７は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂからの熱が各金属バンプ３，４を介して効率よく実装基板２側に放熱できるように熱伝導率が高い材料が好ましい。ベース部７の具体的材料としては、たとえば、アルミナ、窒化アルミニウムや金属Ｃｕなどが挙げられる。なお、ベース部７が金属Ｃｕなど導電性を有する場合は、ベース部７の表面と配線パターン８，９との間にベース部７への熱伝導性を妨げないように絶縁膜（たとえば、結晶化ガラスや金属酸化物など）を別途に形成しておけばよい。なお、配線パターン８，９は、たとえば、Ａｕ膜により形成することができる。
【００５６】
本実施形態では、実装基板２の配線パターン８，９上には、第一の金属バンプ３と接続可能な第一の配線パッド２１と、第二の金属バンプ４と接続可能な第二の配線パッド２２と、が形成されている。ここで、配線パターン８の第一の配線パッド２１は、半導体発光素子１における酸化亜鉛基板１ａの前記一表面に設けられたｐ型電極パッド５と第一の金属バンプ３を介して電気的に接続させてある。また、配線パターン９の第二の配線パッド２２は、半導体発光素子１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３に設けられたｎ型電極パッド６と第二の金属バンプ４を介して電気的に接続させてある。
【００５７】
本実施形態の実装基板２の光反射膜１８は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから放射される光を光取り出し面側に反射させるものであり、半導体発光素子１から放出される光に対して反射率の高い金属膜で形成すればよい。したがって、半導体発光素子１から放出される光の波長にもよるが、光反射膜１８の材料として、たとえばＡｇやＡｌなどの金属材料を用いることができる。これにより、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから実装基板２側に放射される光が実装基板２に吸収されてしまうことを抑制し、発光装置２０の光出力低下を防止することができる。
【００５８】
ここで、光反射膜１８は、Ａｇ膜の単層膜に限らず、たとえば、Ａｇ膜およびＡｕ膜の多層膜でもよい。光反射膜１８は、たとえば、電解メッキ法、スパッタ法や電子ビーム蒸着法などにより形成すればよい。
【００５９】
次に、本実施形態の発光装置２０に用いられる各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１を実装基板２に実装固定するものであって、Ａｕ膜により形成させている。なお、各金属バンプ３，４の材料としては、Ａｕに限られず、ＡｕＳｎやＳｎＡｇＣｕなどを用いても良い。また、各金属バンプ３，４は、それぞれ複数個で形成することができ、その数は限定されない。しかしながら、第一の金属バンプ３は、ＬＥＤ薄膜部１ｂを囲んで形成するために、少なくとも３個以上としている。
【００６０】
各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１を実装基板２に実装させるに先立って、半導体発光素子１のｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６上に予め形成させてもよいし、実装基板２の第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２上に予め形成させてもよい。また、各金属バンプ３，４は、ｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６を厚膜で形成させて、各金属バンプ３，４と、ｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６と、を兼用しても良い。同様に、各金属バンプ３，４は、第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２を厚膜で形成させて、各金属バンプ３，４と、第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２とを兼用させることもできる。
【００６１】
このような各金属バンプ３，４を形成するためには、電解メッキ法、スタッドバンプ法、印刷法や蒸着法などを用いればよい。各金属バンプ３，４は、量産性の向上のためにｐ型電極パッド５と接続させる第一の金属バンプ３と、ｎ型電極パッド６と接続させる第二の金属バンプ４とを同じ材料を用いて同時に形成してもよい。また、各金属バンプ３，４は、ＬＥＤ薄膜部１ｂの厚み分だけ酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄと接続させる第一の金属バンプ３をｎ型窒化物半導体層１３と接続させる第二の金属バンプ４よりも厚くさせた別の構成や別の材料で形成させてもよい。
【００６２】
具体的には、予め、実装基板２の表面側において、第一の配線パッド２１および第二の配線パッド２２上が開口する開口部位を備えたレジスト膜をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。次に、前記開口部位に電解メッキ法でＡｕ膜を成長させた後、レジスト膜を除去して金属バンプの材料となるＡｕ膜を形成する。続いて、前記Ａｕ膜を除いて実装基板２の前記表面側にフォトリソグラフィ技術を用いて保護マスクを形成し、実装基板２にリフローを施すことで前記Ａｕ膜が溶融して球状の各金属バンプ３，４を配線パッド２１，２２上にそれぞれ形成させることができる。最後に前記保護マスクを除去することで各金属バンプ３，４を備えた実装基板２を形成させることができる。
【００６３】
なお、各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１や実装基板２に対して同じ接合面積で接合したとしても、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ１個づつ大きく形成させるより、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ複数個づつに分けて小さく形成させる方が、半導体発光素子１への電流分布や半導体発光素子１からの熱分布を調整しやすい。また、各金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装基板２へ実装する場合、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ複数個づつ分けて形成させたものを用いて実装させた方が、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ１個づつ用いて実装させたものと比較して、実装精度を高め強固に実装させやすい。
【００６４】
次に、半導体発光素子１を第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装基板２に実装させて本実施形態の発光装置２０を製造する。
【００６５】
半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａのＬＥＤ薄膜部１ｂが設けられた前記一表面側と対向する他表面側を光取り出し面側として、実装基板２に実装する。
【００６６】
ここで、半導体発光素子１のｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６と、実装基板２における配線パターン８上に形成している第一の金属バンプ３および配線パターン９上に形成している第二の金属バンプ４とをそれぞれ位置合わせを行い熱圧着接合により実装する。こうして形成された発光装置２０の実装基板２における配線パターン８に設けたパッド電極１６と配線パターン９に設けたパッド電極１７との間に外部から電流を供給すると、発光装置２０は、青色の光を発光することができる。
【００６７】
ここで、半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａに用いられる酸化亜鉛材料の熱伝導率は、約０．６Ｗ／ｃｍＫであり、一般的に知られている窒化物半導体を用いた青色ＬＥＤ素子などの基板材料であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）の熱伝導率の約０．３Ｗ／ｃｍＫと比較して、約２倍も熱伝導性に優れている。そのため、本実施形態の発光装置２０では、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱をＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１から面状に半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａに熱伝導することができる。熱伝導された酸化亜鉛基板１ａの熱は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄからＬＥＤ薄膜部１ｂを囲む第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱させることができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層２１から第二の金属バンプ４を介して実装基板２に放熱させることができる。これにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置２０とすることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、半導体発光素子１から放射される光が青色の光となるように発光層１２を設計してあるが、半導体発光素子１から放射される光は、青色の光に限らず、たとえば、紫外線、緑色の光や黄色の光などであってもよい。
【００６９】
また、発光装置２０は、実装基板２上に該半導体発光素子１からの光を吸収して波長変換する蛍光体が含有された波長変換部材のカバーを設けることで、白色などの混色光を放出させることもできる。さらに、発光装置２０は、所望に応じて実装基板２に複数個の半導体発光素子１をそれぞれ実装させることができ、各半導体発光素子１を実装基板２上に設けた配線パターン８，９を用いて電気的に直列接続、並列接続や直並列接続させてもよい。
【００７０】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置２０の基本構成は、実施形態１と略同一であり、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１が酸化亜鉛基板１ａの一表面側に設けられるかわりに、図４に示すように半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３をｎ型ＧａＮ材料からなる窒化物半導体基板１ｃの一表面側に備えた点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７１】
本実施形態の発光装置２０は、半導体発光素子１を半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃにおけるＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた前記一表面側と対向する他表面側を光取り出し面として、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に実装している。
【００７２】
本実施形態の半導体発光素子１は、導電性基板たる窒化物半導体基板１ｃの一表面と接してＬＥＤ薄膜部１ｂが形成されている。本実施形態の半導体発光素子１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂは、実施形態１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂの積層構造と略同一であるが、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３をｐ型窒化物半導体層１１よりも導電性基板たる窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側に備えている。ここで、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、図５に示す平面視において窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面の矩形形状における中央部に窒化物半導体基板１ｃと略相似形でより小さい略矩形形状に形成している。ＬＥＤ薄膜部１ｂの略矩形形状は、四隅を切り欠いて形成している。また、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１の全面には、ｐ型窒化物半導体層１１と相似形で、より小さい略矩形形状のｐ型電極１９を形成させている。ここで、ｐ型電極１９は、Ｐｔ膜とＡｇ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層構造物としている。ｐ型電極１９は、最表面側をＡｕ膜としている。
【００７３】
また、半導体発光素子１は、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄの四隅において、ＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むようにｎ型電極パッド６を４個形成している。ｎ型電極パッド６は、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層構造物としている。ｎ型電極パッド６は、最表面側をＡｕ膜としている。
【００７４】
また、本実施形態の実装基板２は、ベース部７に半導体発光素子１の前記一表面側におけるｎ型電極パッド６やｐ型電極１９などの配置形状を考慮して一対の配線パターン８，９を形成している。一方の配線パターン８は、図６に示す平面視において、ベース部７における矩形状の前記表面の中央部にベース部７の矩形とは略４５度傾斜した矩形形状部２４を備えている。また、配線パターン８は、矩形形状部２４の一辺における中央の一端からベース部７の前記表面における前記矩形状の一隅部に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためアノード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１６を形成している。また、他方の配線パターン９は、一方の配線パターン８における矩形形状部２４の外周に沿い離間して囲むリング形状部２５を備えている。
【００７５】
また、他方の配線パターン９は、矩形形状部２４の前記一辺と対向する他辺側のリング形状部２５の一端からベース部７の前記一表面における前記一隅部と対向する隅部側に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためカソード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１７を形成している。
【００７６】
本実施形態では、半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃの前記一表面における外周部１ｄに略矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように四隅にそれぞれ形成したｎ型電極パッド６が、実装基板２の配線パターン９と第一の金属バンプ３を介して電気的に接続することになる。同様に、ＬＥＤ薄膜部１ｂの表面に形成させたｐ型電極１９上に形成された複数のｐ型電極パッド５は、実装基板２の配線パターン８と第二の金属バンプ４を介して電気的に接続することになる。なお、ｐ型電極１９上には、ｎ型電極パッド６と同一構成、同一材料のｐ型電極パッド５を第二の金属バンプ４と一対一に接続させるために複数個形成している。
【００７７】
したがって、半導体発光素子１は、窒化物半導体基板１ｃのＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた前記一表面側と対向する前記他表面側を光取り出し面側として、実装基板２の配線パターン８，９上に第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装することになる。
【００７８】
ここで、半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃに用いられるＧａＮの熱伝導率は、約１．３Ｗ／ｃｍＫであり、サファイアの熱伝導率の約０．３Ｗ／ｃｍＫと比較して約４倍も大きい。そのため、本実施形態の発光装置２０は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱をＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３から面状に半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃに熱伝導することができる。窒化物半導体基板１ｃに熱伝導された熱は、窒化物半導体基板１ｃの一表面における外周部１ｄに略矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように四隅にそれぞれ形成したｎ型電極パッド６から第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱することができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１からｐ型電極１９、ｐ型電極パッド５を経て第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に放熱することができる。これにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置２０とすることができる。
【００７９】
本実施形態の半導体発光素子１は、窒化物半導体材料からなるウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる窒化物半導体層の積層構造膜をＭＯＶＰＥ法などの結晶成長法により順次成膜させる。その後、ＬＥＤ薄膜部１ｂとなる前記窒化物半導体層の前記積層構造膜を、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄにｎ型電極パッド６などを設けることができるように、窒化物半導体基板１ｃとなる表面が露出するまでＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりエッチングする。続いて、ｎ型電極パッド６、ｐ型電極１９およびｐ型電極パッド５をそれぞれ電子ビーム蒸着法による成膜、フォトグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成した後、窒化物半導体材料からなるウェハをダイシングすることにより、半導体発光素子１を形成することができる。
【００８０】
なお、本実施形態の半導体発光素子１は、前記窒化物半導体層の前記積層構造膜をエッチングして露出した前記積層構造膜の結晶成長面上にｎ型電極パッド６などを接合させるものと比較して、前記窒化物半導体層の前記積層構造膜をエッチングして窒化物半導体基板１ｃの外周部１ｄにｎ型電極パッド６などを接合させる方が、エッチングに伴う前記積層構造膜の内部応力を低減させることができる。そのため、各金属バンプ３，４を介して、半導体発光素子１から実装基板２側へ熱伝導する熱量が大きい場合でも、半導体発光素子１の長寿命化を図ることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態の半導体発光素子１の別の形成方法として、サファイアウェハに低温成長バッファ層を介してＬＥＤ薄膜部１ｂを形成させた後、別途に形成させた窒化物半導体材料からなるウェハにＬＥＤ薄膜部１ｂを熱圧着などにより接合する。その後、サファイアウェハを剥離することで窒化物半導体材料からなるウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる窒化物半導体層の積層構造膜が形成されたウェハを得る。前記窒化物半導体層の前記積層構造膜が形成されたウェハを用いて、半導体発光素子１を形成することもできる。この場合、窒化物半導体基板１ｃの一表面と接するＬＥＤ薄膜部１ｂは、実施形態１と同様にｐ型窒化物半導体層１１となる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 半導体発光素子
１ａ 酸化亜鉛基板（導電性基板）
１ｂ ＬＥＤ薄膜部
１ｃ 窒化物半導体基板（導電性基板）
１ｄ 外周部
２ 実装基板
３ 第一の金属バンプ
４ 第二の金属バンプ
１１ ｐ型窒化物半導体層
１３ ｎ型窒化物半導体層
２０ 発光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いた半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、窒化物半導体材料（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなど）を用いた半導体発光素子の研究が各所で行われている。この種の半導体発光素子を実装基板に実装した発光装置は、たとえば、半導体発光素子と、該半導体発光素子から放射された青色の光によって励起され半導体発光素子からの青色の光よりも長波長の黄色の光を放射する蛍光体が含有された波長変換部材と、を組み合わせて半導体発光素子の発光色とは異なる色合いの混色光（たとえば、白色の光）を出すことに利用できる。このような半導体発光素子を用いた白色の光が発光可能な発光装置は、電球等と比較して低消費電力、高輝度且つ長寿命に発光することが可能なことから、各種の照明光源を代替するものの一つとして注目され、より高効率化および高出力化のために研究開発がされている。
【０００３】
この種の発光装置の基礎構成として、基板の一表面側にｎ型窒化物半導体層と該ｎ型窒化物半導体層上のｐ型窒化物半導体層とが積層されたＬＥＤ薄膜部を備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置が知られている。この発光装置では、前記半導体発光素子の前記ＬＥＤ薄膜部から放出する光が、前記半導体発光素子の光取り出し面側となる前記基板の前記他表面側から前記金属バンプなどで遮られることなく取り出すことができ、光出力を高めることができる。
【０００４】
このような発光装置に用いることができる半導体発光素子として、前記ＬＥＤ薄膜部の外形が前記基板の前記一表面側における外形と同一の矩形形状で形成された半導体発光素子を図７に例示する。半導体発光素子１’は、平面視において中央部にＬＥＤ薄膜部１ｂ’のｐ型窒化物半導体層１１’からエッチングによりＬＥＤ薄膜部１ｂ’のｎ型窒化物半導体層１３’の表面が露出するまでｐ型窒化物半導体層１１’の一部を除去している。円形形状に露出したｎ型窒化物半導体層１３’の表面側には、金属バンプ４’が形成されている。また、ｐ型窒化物半導体層１１’の表面には、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の中央部に形成された１個の金属バンプ４’を囲むように４個の金属バンプ３’が設けられた半導体発光素子１’が提案されている（たとえば、特許文献１。）。
【０００５】
なお、半導体発光素子１’は、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の中央部から矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂ’の対角方向にもエッチングすることで、ｐ型窒化物半導体層１１’の一部を中央部から対角線状に除去されている。また、金属バンプ４’の下地となるｎ型電極２３は、エッチングにより露出したｎ型窒化物半導体層１３’の表面上に中央部から放射状に半導体発光素子１’の対角方向に延伸させた延伸部位２６を備えていることで、ｐ型窒化物半導体層１１’への電流の拡散性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００６−６６８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述の半導体発光素子１’を実装基板に実装した発光装置を照明光源として一般照明にまで利用しようとする場合、半導体発光素子１’には、たとえば、１Ａ以上の大電流を印加し、発光装置から大きな光出力を取り出すことが要求されている。そのため、半導体発光素子１’は、大電流が流れることにより半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で生ずる発熱量も大きくなる。この場合、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で発生した熱を、それぞれ金属バンプ３’と金属バンプ４’を介して前記実装基板側に効率よく放熱できなければ、半導体発光素子１’の発光効率が低下し、光出力が低下する。さらに、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’で生じた熱が金属バンプ３’，４’を介して前記実装基板側に効率よく放熱できなければ、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’における熱分布が不均一となってＬＥＤ薄膜部１ｂ’の面内における輝度むらが生ずることも考えられる。
【０００８】
ここで、半導体発光素子１’は、放熱性を向上させるためにＬＥＤ薄膜部１ｂ’に設けられた金属バンプ４’やｎ型電極２３およびｎ型電極２３の延伸部位２６を大きくさせようとすると、ｐ型窒化物半導体層１１’をエッチングする領域が増えＬＥＤ薄膜部１ｂ’の発光領域が減少することになる。また、半導体発光素子１’におけるＬＥＤ薄膜部１ｂ’の形状が、ＬＥＤ薄膜部１ｂ’の平面視におけるｐ型窒化物半導体層１１’の中央部でエッチングされた領域によって、いびつになり、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂ’から均一な出力を得ることが難しい傾向にある。また、半導体発光素子１’のＬＥＤ薄膜部１ｂ’におけるｐ型窒化物半導体層１１’側のエッチングする領域を減らして発光領域を増加させようとすると、半導体発光素子１’から金属バンプ３’，４’を介して前記実装基板へ放熱する放熱経路の断面積が小さくなる。そのため、半導体発光素子１’からの熱を効率よく金属バンプ３’，４’を介して実装基板側に放熱することが難しくなる。
【０００９】
そのため、照明用途に用いられる場合のような光出力のより高い発光装置が求められる現在においては、上記構成では十分ではなく、さらなる特性向上が求められている。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、導電性基板と該導電性基板の一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層を有するＬＥＤ薄膜部とを備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記導電性基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置であって、前記半導体発光素子は、平面視において前記導電性基板の前記一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記金属バンプが、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプであることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、半導体発光素子が平面視において導電性基板の一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さいＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプと、を用いて前記半導体発光素子を実装基板に実装させるという比較的簡単な構成で、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置とすることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記半導体発光素子の前記導電性基板が酸化亜鉛基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｐ型窒化物半導体層を前記ｎ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、ｎ型窒化物半導体層と比較して、一般に抵抗が高いとされるｐ型窒化物半導体層を前記酸化亜鉛基板の前記一表面側に備えてなることで、前記酸化亜鉛基板は、該酸化亜鉛基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第１の金属パッドからの電流を前記ｐ型窒化物半導体層に面状に拡散させることができる。また、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱は、前記ＬＥＤ薄膜部の前記ｐ型窒化物半導体層から面状に前記酸化亜鉛基板に熱伝達され、前記酸化亜鉛基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第１の金属パッドから拡散して前記実装基板側へ効率よく放出させることができる。そのため、前記半導体発光素子の前記ＬＥＤ薄膜部における熱分布を均一にして輝度むらを抑制して光出力の向上を図ることが可能な発光装置とすることができる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記半導体発光素子の前記導電性基板が窒化物半導体基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｎ型窒化物半導体層を前記ｐ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、ｐ型窒化物半導体層は、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱を前記ｐ型窒化物半導体層側に設けられた複数の第二の金属パッドを介して前記実装基板側に放熱させることができる。また、前記ＬＥＤ薄膜部で生じた熱は、ｎ型窒化物半導体層から前記窒化物半導体基板に面状に拡散し、前記窒化物半導体基板の前記一表面側における前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられた複数の第一の金属パッドを介して放出させることができる。そのため、より大きな電流を流し、より光出力の向上を図ることが可能な発光装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明は、半導体発光素子が、平面視において導電性基板の一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備え、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプによって実装基板に実装することにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置にできるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図２】同上の半導体発光素子における概略平面図である。
【図３】同上の実装基板における概略平面図である。
【図４】実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略平面図である。
【図５】同上の半導体発光素子における概略平面図を示す。
【図６】同上の実装基板における概略平面図を示す。
【図７】従来の半導体発光素子における概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について、図１ないし図３を用いて説明する。
【００２０】
本実施形態の発光装置２０は、図１に示すように、導電性基板たる酸化亜鉛基板１ａと該酸化亜鉛基板１ａの一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂとを備えた半導体発光素子１と、該半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａにおける他表面側が光取り出し面となるように各金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装する実装基板２と、を有する。
【００２１】
特に、発光装置２０に用いられる半導体発光素子１は、図２に示す平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように酸化亜鉛基板１ａよりも小さいＬＥＤ薄膜部１ｂを備えている。また、発光装置２０に用いられる各金属バンプ３，４は、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられた複数個のｐ型電極パッド５と、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａと対向する表面側に設けられた複数個のｎ型電極パッド６とを接続している。より具体的には、複数個のｐ型電極パッド５は、それぞれ一対一に接合する複数個の第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に接続している。また、複数個のｎ型電極パッド６は、それぞれ一対一に接合する複数個の第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に接続している。
【００２２】
これにより、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂで発生した熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｐ型窒化物半導体層１１から面状に酸化亜鉛基板１ａに熱伝達する。熱伝達された酸化亜鉛基板１ａの熱は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように設けられたｐ型電極パッド５およびｐ型電極パッド５に接続された第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱させることができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂで発生した熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３からもｎ型電極パッド６およびｎ型電極パッド６に接続された第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に放熱させることができる。
【００２３】
以下、本実施形態の発光装置２０に用いられる各構成について説明する。まず、最初に半導体発光素子１について詳述する。
【００２４】
半導体発光素子１は、導電性基板たる酸化亜鉛基板１ａの一表面にｐ型窒化物半導体層１１およびｎ型窒化物半導体層１３を有するＬＥＤ薄膜部１ｂを備え、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面とは対向する他表面側を光取り出し面としている。
【００２５】
そのため、半導体発光素子１の前記導電性基板は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから放射される光の波長に対して透光性を有し、ＬＥＤ薄膜部１ｂに電力を供給することが可能な導電性を有している。このような前記導電性基板の材料としては、ｎ型ＺｎＯ材料からなる酸化亜鉛基板１ａなどが挙げられる。
【００２６】
本実施形態では、半導体発光素子１の導電性基板として、酸化亜鉛基板１ａを用いており、酸化亜鉛基板１ａの外形形状は、ＬＥＤ薄膜部１ｂを底面に備えた六角錐形状としている。このような酸化亜鉛基板１ａの六角錐形状の外形形状は、たとえば、酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側を塩酸に浸しエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングを利用することにより形成することができる。エッチング時間を調整して、酸化亜鉛基板１ａの外形形状を六角錐台形状に形成することもできる。このように半導体発光素子１の光取り出し面となる酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側を六角錐形状ないし六角錐台形状にすることで、半導体発光素子１からの光取り出し効率をより向上させることができる。なお、酸化亜鉛基板１ａの外形形状は、六角錐形状あるいは六角錐台形状に限られず、立方体形状や直方体形状としてもよい。
【００２７】
半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面に形成されたｐ型窒化物半導体層１１と該ｐ型窒化物半導体層１１上のｎ型窒化物半導体層１３を備えた積層構造により青色の光を放射することが可能に構成している。また、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、図２に示す平面視において酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面の六角形状における中央部に酸化亜鉛基板１ａと相似形で、より小さい六角形状に形成している。
【００２８】
また、本実施形態の半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄにおいて、ｐ型電極パッド５が、酸化亜鉛基板１ａに対してオーミック接触となるように形成している。これにより半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１は、ｐ型電極パッド５から酸化亜鉛基板１ａを介して電気的に接続することができる。また、半導体発光素子１は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３に対してオーミック接触となるようにｎ型窒化物半導体層１３の表面にｎ型電極パッド６が形成されている。これにより半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３は、ｎ型電極パッド６と電気的に接続している。ここで、ｎ型窒化物半導体層１３の表面には、１９個のｎ型電極パッド１ｃがｎ型窒化物半導体層１３の中心から放射状に略等間隔となるように配置されている。また、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄには、六角形の一辺を除いて、１１個のｐ型電極パッド５が略等間隔でＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように配置してある。
【００２９】
ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれ第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４との密着性を向上させるために好適に設けている。なお、ｐ型電極パッド５と酸化亜鉛基板１ａとは、直接接合させてもよいし、ｐ型電極を介して接続させても良い。同様に、ｎ型電極パッド６とｎ型窒化物半導体層１３とは、直接接合させても良いし、ｎ型電極を介して接続させてもよい。ｐ型電極やｎ型電極の大きさを、それぞれｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６よりも大きくすることで、電流の拡散性や放熱性をより向上させることができる。たとえば、ｐ型電極は、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄに沿ってリング形状に形成すればよい。また、ｎ型電極は、ｎ型窒化物半導体層１３の全面に形成すればよい（図示していない。）。
【００３０】
本実施形態の半導体発光素子１に用いられるＬＥＤ薄膜部１ｂのより詳細な構成としては、発光層１２をｎ型窒化物半導体層１３とｐ型窒化物半導体層１１とにより挟んで積層構造に形成している。
【００３１】
ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３は、発光層１２に対してクラッド層として機能するとともにコンタクト層としても機能するｎ型ＧａＮ層により構成している。なお、ｎ型窒化物半導体層１３は、単層構造に限らず、たとえば、コンタクト層として機能するｎ型ＧａＮ層と、クラッド層として機能するｎ型ＩｎＧａＮ層に機能分離させた多層構造としてもよい。
【００３２】
さらに、クラッド層やコンタクト層として機能させるためには、それぞれ単層構造で形成させる場合に限らず、多層構造で形成してもよい。たとえば、ＬＥＤ薄膜部１ｂに生ずる内部応力を低減して結晶性を向上させるなどのために、前記クラッド層や前記コンタクト層を厚膜の単層構造で形成させるだけでなく、異なる組成の窒化物半導体層を数Åから数百Åの膜厚の薄膜で交互に積層させた量子効果を奏するとされる超格子多層膜で形成することもできる。このような、超格子多層膜としては、たとえば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を薄膜で交互に積層した積層膜や、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層を薄膜で交互に積層した積層膜などが挙げられる。前記超格子多層膜は、その組成、膜厚や積層数を調整することで、ＬＥＤ薄膜部１ｂに生ずる内部応力の低減などを図りつつ単層構造のものとは異なる電気特性や光学特性を持たせることができる。
【００３３】
本実施形態のＬＥＤ薄膜部１ｂにおける発光層１２は、ＧａＮ層からなる障壁層によりＩｎＧａＮ層からなる井戸層が挟まれた多重量子井戸構造を有している。発光層１２は、放出される光の発光ピークが４６０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層のＩｎ組成比を設定しているが、発光ピークを特に限定するものではない。なお、半導体発光素子１の発光層１２は、多重量子井戸構造に限らず単一量子井戸構造でもよい。また、発光層１２は、ホモ構造、ヘテロ構造やダブルヘテロ構造で形成してもよい。発光層１２の材料は、窒化物半導体材料であればよく、たとえば、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮのほか、ＳｉとＺｎとが含有されたＧａＮなどでもよい。
【００３４】
ＬＥＤ薄膜部１ｂのｐ型窒化物半導体層１１は、発光層１２に対してクラッド層として機能するｐ型ＡｌＧａＮ層からなる第１のｐ型窒化物半導体層と、コンタクト層として機能するｐ型ＧａＮ層からなる第２のｐ型窒化物半導体層とに機能分離して構成している。ｐ型窒化物半導体層１１は、量産性や求める電気特性や光学特性に応じて、多層構造でも良いしｐ型ＧａＮ層やｐ型ＡｌＧａＮ層だけの単層構造としても良い。また、ｐ型窒化物半導体層１１の前記クラッド層や前記コンタクト層は、ｎ型窒化物半導体層１３の場合と同様に、それぞれ厚膜の単層構造で成膜させるだけでなく、異なる組成の窒化物半導体層を数Åから数百Åの膜厚で交互に積層させた量子効果を奏するとされる超格子多層膜で形成してもよい。
【００３５】
なお、ＬＥＤ薄膜部１ｂは、後述するようにＬＥＤ薄膜部１ｂを酸化亜鉛基板１ａの基礎となるｎ型ＺｎＯウェハと接合する前に、主表面が（０００１)面であるサファイアウェハの主表面側に低温成長バッファ層（たとえば、ＧａＮ層、ＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層など）を介してｎ型窒化物半導体層１３、発光層１２、ｐ型窒化物半導体層１１の順に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜することができる。ここで、ＬＥＤ薄膜部１ｂのエピタキシャル成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するものではなく、たとえば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを用いて成膜してもよい。
【００３６】
ところで、窒化物半導体材料および酸化亜鉛材料は、ともにウルツ鉱型の結晶構造でｃ軸方向に極性を有する有極性半導体である。そのため、ＬＥＤ薄膜部１ｂは、ｎ型窒化物半導体層１３における前記ｎ型ＧａＮ層の発光層１２側とは反対側の表面がＮ極性面である（０００−１）面により構成され、ｐ型窒化物半導体層１１における前記ｐ型ＧａＮ層の発光層１２側とは反対側の表面がＧａ極性面である（０００１）面により構成されている。また、酸化亜鉛基板１ａは、ＬＥＤ薄膜部１ｂを備える前記一表面側がＺｎ極性面である（０００１）面により構成され、酸化亜鉛基板１ａの前記他表面側がＯ極性面である（０００−１）面により構成されている。
【００３７】
すなわち、ＬＥＤ薄膜部１ｂと酸化亜鉛基板１ａとは、酸化亜鉛基板１ａのＺｎ極性面とｐ型窒化物半導体層１１のＧａ極性面とが接合されている。
【００３８】
酸化亜鉛基板１ａは、不純物をドーピングすることなく酸素空孔もしくは亜鉛の格子間原子欠陥によりｎ型の導電性を示すノンドープＺｎＯ基板を用いてもよいが、不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御したものでもよい。不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御した酸化亜鉛基板１ａとしては、たとえば、ＧａドープＺｎＯ基板（ＧＺＯ基板）や、ＡｌドープＺｎＯ基板（ＡＺＯ基板）が挙げられる。不純物のドーピングによって導電型や導電率を制御した酸化亜鉛基板１ａは、不純物をドープしていない酸化亜鉛基板１ａと比較して、酸化亜鉛基板１ａと接触させるｐ型電極パッド５などとのオーミック接触の接触抵抗を低減することが可能なため、より好ましい。
【００３９】
次に、半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄにＬＥＤ薄膜部１ｂを囲む設けられるｐ型電極パッド５およびＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３の表面に設けられるｎ型電極パッド６は、それぞれＴｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜により構成している。ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、いずれも最表面側がＡｕ膜で構成してある。ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、たとえば、Ｔｉ膜の膜厚を１０ｎｍ、Ａｌ膜の膜厚を５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍとすることができるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、必要に応じて、ｐ型電極パッド５と酸化亜鉛基板１ａとの間、ｎ型電極パッド６とｎ型窒化物半導体層１３との間には、電流拡散や熱拡散等のために別途電極を形成させてもよい。
【００４０】
いずれにしろ、本実施形態の半導体発光素子１は、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６が同一の金属材料により形成され、同一の電極構造を有している。ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれを構成する前記積層膜において厚み方向で重なる膜同士の密着性を高めることができるとともに、それぞれ接続される酸化亜鉛基板１ａおよびｎ型窒化物半導体層１３に対する密着性を高めることもできる。また、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、前記積層膜の構造により、量産性よく同時形成することができる。ここで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、電子ビーム蒸着法（ＥＢ蒸着法）により同時に成膜しているが、これに限られるものではなく、スパッタ法や他の蒸着法（たとえば、抵抗加熱蒸着法や誘導加熱蒸着法）などを用いて形成してもよい。
【００４１】
本実施形態の半導体発光素子１では、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６として、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜を採用することにより、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄ、ｎ型窒化物半導体層１３の表面に対してそれぞれ良好なオーミック接触（低オーミック抵抗のオーミック接触）を得ることができる。なお、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、前記積層膜に限らず、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜やＡｌ膜とＡｕ膜との積層膜、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜の群から選択される１つの積層膜により形成してもよい。いずれの構成でも、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６の最表面側がＡｕ膜とすることで、ｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６の表面の酸化を防ぐことができる。このような、半導体発光素子１に設けられたｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６は、それぞれ第一の金属バンプ（たとえば、Ａｕバンプ）３および第二の金属バンプ（たとえば、Ａｕバンプ）４と一対一に接合し、実装基板２の配線パターン８，９に設けられた配線パッド２１，２２上に実装することができる。
【００４２】
なお、本実施形態の半導体発光素子１は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおける酸化亜鉛基板１ａ側とは反対側のｎ型窒化物半導体層１３の表面に微細凹凸構造をしてもよい。微細凹凸構造は、ＬＥＤ薄膜部１ｂから放射された光を散乱させ半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。また、ｎ型窒化物半導体層１３の表面においてｎ型電極パッド６の形成部位に微細凹凸構造を形成させると、ｎ型窒化物半導体層１３の表面とｎ型電極パッド６との密着性を向上させることができる。なお、前記微細凹凸構造の周期および高低差は、数μｍ以下で適宜設定すればよい。
【００４３】
また、本実施形態においては、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１から酸化亜鉛基板１ａ側に放出された光は、窒化物半導体材料と酸化亜鉛材料との屈折率差が一般的な青色ＬＥＤ素子などに用いられている窒化物半導体材料とサファイアとの屈折率差よりも小さいため、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから酸化亜鉛基板１ａ側に効率よく光を取り出すことができる。
【００４４】
また、酸化亜鉛基板１ａにおける前記一表面側の外周部１ｄは、ｐ型電極パッド５との密着性を向上させるために凹凸構造とすることもできる。このような、外周部１ｄの前記凹凸構造は、所望の周期や高低差など適宜設計することができる。
【００４５】
以下、本実施形態の発光装置２０に用いられる半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００４６】
半導体発光素子１は、サファイアウェハのＣ面である主表面側に低温成長バッファ層となるＡｌＧａＮ層を介してＬＥＤ薄膜部１ｂとなるｎ型窒化物半導体層１３と発光層１２とｐ型窒化物半導体層１１との積層構造膜をＭＯＶＰＥ法などの結晶成長法により順に成膜する。他方、水熱合成法などにより形成させたｎ型ＺｎＯウェハを半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａの基礎として用いる。次に、ＬＥＤ薄膜部１ｂを酸化亜鉛基板１ａ上に形成させるため、前記サファイアウェハの前記主面側の前記積層構造膜と、前記ｎ型ＺｎＯウェハとの接合面を洗浄した後、窒素雰囲気中において６００℃に加熱し、２ＭＰａの圧力をかけて熱接合する。その後、前記サファイアウェハとｎ型ＺｎＯウェハが熱接合されたウェハから前記サファイアウェハを剥離して、前記ｎ型ＺｎＯウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる前記積層構造膜が熱接合されたウェハを形成させることができる。
【００４７】
ここでサファイアウェハの剥離方法としては、たとえば、前記サファイアウェハと前記積層構造膜との界面付近にレーザ光を照射しレーザ加工工程により前記低温成長バッファ層が形成されたサファイアウェハごと前記積層構造膜を剥離する方法がある。また、別のサファイアウェハの剥離方法としては、前記積層構造膜を前記サファイアウェハ上に選択成長法により結晶成長をさせ前記ｎ型ＺｎＯウェハとの熱接合後、前記積層構造膜と前記サファイアウェハとの界面近傍において選択成長時に形成したボイドを利用して熱応力により前記サファイアウェハ側を剥離する方法などが挙げられる。
【００４８】
次に、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて前記積層構造膜が酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄが露出するように前記ｎ型ＺｎＯウェハ上でパターニングを行い、六角柱形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを形成する。
【００４９】
その後、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面側に電子ビーム蒸着法による成膜、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄに相当する前記ｎ型ＺｎＯウェハ上にＴｉ膜、Ａｌ膜および最表面がＡｕ膜となるｐ型電極パッド５を形成する。同時に、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３のコンタクト層として機能するｎ型ＧａＮ層上にＴｉ膜、Ａｌ膜および最表面がＡｕ膜となるｎ型電極パッド６を形成する。
【００５０】
続いて、前記ｎ型ＺｎＯウェハにおける複数のＬＥＤ薄膜部１ｂが形成された前記一表面とは反対側の他表面に各ＬＥＤ薄膜部１ｂに対応してパターニングされたマスク層を形成するマスク層形成工程を行う。その後、塩酸系のエッチング液（たとえば、塩酸水溶液など）を用いてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した結晶異方性エッチングを行った後、前記マスク層を除去する。これにより、エッチング面が平滑面であり、ＬＥＤ薄膜部１ｂを備えた底面から頂点までの高さが約５００μｍとなる六角錐状の酸化亜鉛基板１ａを有する半導体発光素子１を形成することができる。
【００５１】
次に、本実施形態の発光装置２０に用いられる実装基板２について説明する。実装基板２は、図１で示すように略直方体形状の電気絶縁性を有するＡｌＮ材料からなるベース部７と、該ベース部７の表面上に配置され半導体発光素子１に電流を供給することが可能なＡｕ膜からなる一対の配線パターン８，９が形成されている。
【００５２】
一方の配線パターン９は、図３で示すように平面視において、ベース部７における矩形状の前記表面の中央部に六角形状部１５を備えている。また、配線パターン９は、六角形状部１５の一辺における中央の一端からベース部７の前記表面における前記矩形状の一隅部に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためカソード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１７を形成している。また、他方の配線パターン８は、一方の配線パターン９における六角形状部１５の外周に沿って離間して囲むリング形状部１４を備えている。リング形状部１４の一部は、一方の配線パターン９の配線と短絡しないように切り欠いている。
【００５３】
また、他方の配線パターン８は、六角形状部１５の前記一辺と対向する他辺側のリング形状部１４の一端からベース部７の前記表面における前記一隅部と対向する隅部側に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためアノード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１６を形成している。また、配線パターン８，９と電気的に分離して、前記ベース部７の前記一表面を覆い半導体発光素子１からの光を反射する光反射膜１８を形成させてある。
【００５４】
さらに、実装基板２の配線パターン８におけるリング形状部１４上には、半導体発光素子１を実装させるための第一の金属バンプ３と一対一に接続される１１個の第一の配線パッド２１を形成している。同様に、実装基板２の配線パターン９における六角形状部１５上には、半導体発光素子１を実装させるための第二の金属バンプ４と一対一に接続される１９個の第二の配線パッド２２を形成している。ここで、半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａのＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた一表面側と対向する他表面側を光取り出し面側として、実装基板２の配線パターン８，９上に第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装することになる。
【００５５】
実装基板２のベース部７は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂからの熱が各金属バンプ３，４を介して効率よく実装基板２側に放熱できるように熱伝導率が高い材料が好ましい。ベース部７の具体的材料としては、たとえば、アルミナ、窒化アルミニウムや金属Ｃｕなどが挙げられる。なお、ベース部７が金属Ｃｕなど導電性を有する場合は、ベース部７の表面と配線パターン８，９との間にベース部７への熱伝導性を妨げないように絶縁膜（たとえば、結晶化ガラスや金属酸化物など）を別途に形成しておけばよい。なお、配線パターン８，９は、たとえば、Ａｕ膜により形成することができる。
【００５６】
本実施形態では、実装基板２の配線パターン８，９上には、第一の金属バンプ３と接続可能な第一の配線パッド２１と、第二の金属バンプ４と接続可能な第二の配線パッド２２と、が形成されている。ここで、配線パターン８の第一の配線パッド２１は、半導体発光素子１における酸化亜鉛基板１ａの前記一表面に設けられたｐ型電極パッド５と第一の金属バンプ３を介して電気的に接続させてある。また、配線パターン９の第二の配線パッド２２は、半導体発光素子１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層１３に設けられたｎ型電極パッド６と第二の金属バンプ４を介して電気的に接続させてある。
【００５７】
本実施形態の実装基板２の光反射膜１８は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから放射される光を光取り出し面側に反射させるものであり、半導体発光素子１から放出される光に対して反射率の高い金属膜で形成すればよい。したがって、半導体発光素子１から放出される光の波長にもよるが、光反射膜１８の材料として、たとえばＡｇやＡｌなどの金属材料を用いることができる。これにより、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂから実装基板２側に放射される光が実装基板２に吸収されてしまうことを抑制し、発光装置２０の光出力低下を防止することができる。
【００５８】
ここで、光反射膜１８は、Ａｇ膜の単層膜に限らず、たとえば、Ａｇ膜およびＡｕ膜の多層膜でもよい。光反射膜１８は、たとえば、電解メッキ法、スパッタ法や電子ビーム蒸着法などにより形成すればよい。
【００５９】
次に、本実施形態の発光装置２０に用いられる各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１を実装基板２に実装固定するものであって、Ａｕ膜により形成させている。なお、各金属バンプ３，４の材料としては、Ａｕに限られず、ＡｕＳｎやＳｎＡｇＣｕなどを用いても良い。また、各金属バンプ３，４は、それぞれ複数個で形成することができ、その数は限定されない。しかしながら、第一の金属バンプ３は、ＬＥＤ薄膜部１ｂを囲んで形成するために、少なくとも３個以上としている。
【００６０】
各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１を実装基板２に実装させるに先立って、半導体発光素子１のｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６上に予め形成させてもよいし、実装基板２の第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２上に予め形成させてもよい。また、各金属バンプ３，４は、ｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６を厚膜で形成させて、各金属バンプ３，４と、ｐ型電極パッド５やｎ型電極パッド６と、を兼用しても良い。同様に、各金属バンプ３，４は、第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２を厚膜で形成させて、各金属バンプ３，４と、第一の配線パッド２１や第二の配線パッド２２とを兼用させることもできる。
【００６１】
このような各金属バンプ３，４を形成するためには、電解メッキ法、スタッドバンプ法、印刷法や蒸着法などを用いればよい。各金属バンプ３，４は、量産性の向上のためにｐ型電極パッド５と接続させる第一の金属バンプ３と、ｎ型電極パッド６と接続させる第二の金属バンプ４とを同じ材料を用いて同時に形成してもよい。また、各金属バンプ３，４は、ＬＥＤ薄膜部１ｂの厚み分だけ酸化亜鉛基板１ａの外周部１ｄと接続させる第一の金属バンプ３をｎ型窒化物半導体層１３と接続させる第二の金属バンプ４よりも厚くさせた別の構成や別の材料で形成させてもよい。
【００６２】
具体的には、予め、実装基板２の表面側において、第一の配線パッド２１および第二の配線パッド２２上が開口する開口部位を備えたレジスト膜をフォトリソグラフィ技術を用いて形成する。次に、前記開口部位に電解メッキ法でＡｕ膜を成長させた後、レジスト膜を除去して金属バンプの材料となるＡｕ膜を形成する。続いて、前記Ａｕ膜を除いて実装基板２の前記表面側にフォトリソグラフィ技術を用いて保護マスクを形成し、実装基板２にリフローを施すことで前記Ａｕ膜が溶融して球状の各金属バンプ３，４を配線パッド２１，２２上にそれぞれ形成させることができる。最後に前記保護マスクを除去することで各金属バンプ３，４を備えた実装基板２を形成させることができる。
【００６３】
なお、各金属バンプ３，４は、半導体発光素子１や実装基板２に対して同じ接合面積で接合したとしても、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ１個づつ大きく形成させるより、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ複数個づつに分けて小さく形成させる方が、半導体発光素子１への電流分布や半導体発光素子１からの熱分布を調整しやすい。また、各金属バンプ３，４を介して半導体発光素子１を実装基板２へ実装する場合、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ複数個づつ分けて形成させたものを用いて実装させた方が、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４をそれぞれ１個づつ用いて実装させたものと比較して、実装精度を高め強固に実装させやすい。
【００６４】
次に、半導体発光素子１を第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装基板２に実装させて本実施形態の発光装置２０を製造する。
【００６５】
半導体発光素子１は、酸化亜鉛基板１ａのＬＥＤ薄膜部１ｂが設けられた前記一表面側と対向する他表面側を光取り出し面側として、実装基板２に実装する。
【００６６】
ここで、半導体発光素子１のｐ型電極パッド５およびｎ型電極パッド６と、実装基板２における配線パターン８上に形成している第一の金属バンプ３および配線パターン９上に形成している第二の金属バンプ４とをそれぞれ位置合わせを行い熱圧着接合により実装する。こうして形成された発光装置２０の実装基板２における配線パターン８に設けたパッド電極１６と配線パターン９に設けたパッド電極１７との間に外部から電流を供給すると、発光装置２０は、青色の光を発光することができる。
【００６７】
ここで、半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａに用いられる酸化亜鉛材料の熱伝導率は、約０．６Ｗ／ｃｍＫであり、一般的に知られている窒化物半導体を用いた青色ＬＥＤ素子などの基板材料であるサファイア（Ａｌ２Ｏ３）の熱伝導率の約０．３Ｗ／ｃｍＫと比較して、約２倍も熱伝導性に優れている。そのため、本実施形態の発光装置２０では、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱をＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１から面状に半導体発光素子１の酸化亜鉛基板１ａに熱伝導することができる。熱伝導された酸化亜鉛基板１ａの熱は、酸化亜鉛基板１ａの前記一表面における外周部１ｄからＬＥＤ薄膜部１ｂを囲む第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱させることができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂのｎ型窒化物半導体層２１から第二の金属バンプ４を介して実装基板２に放熱させることができる。これにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置２０とすることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、半導体発光素子１から放射される光が青色の光となるように発光層１２を設計してあるが、半導体発光素子１から放射される光は、青色の光に限らず、たとえば、紫外線、緑色の光や黄色の光などであってもよい。
【００６９】
また、発光装置２０は、実装基板２上に該半導体発光素子１からの光を吸収して波長変換する蛍光体が含有された波長変換部材のカバーを設けることで、白色などの混色光を放出させることもできる。さらに、発光装置２０は、所望に応じて実装基板２に複数個の半導体発光素子１をそれぞれ実装させることができ、各半導体発光素子１を実装基板２上に設けた配線パターン８，９を用いて電気的に直列接続、並列接続や直並列接続させてもよい。
【００７０】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置２０の基本構成は、実施形態１と略同一であり、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１が酸化亜鉛基板１ａの一表面側に設けられるかわりに、図４に示すように半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３をｎ型ＧａＮ材料からなる窒化物半導体基板１ｃの一表面側に備えた点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７１】
本実施形態の発光装置２０は、半導体発光素子１を半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃにおけるＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた前記一表面側と対向する他表面側を光取り出し面として、第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に実装している。
【００７２】
本実施形態の半導体発光素子１は、導電性基板たる窒化物半導体基板１ｃの一表面と接してＬＥＤ薄膜部１ｂが形成されている。本実施形態の半導体発光素子１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂは、実施形態１におけるＬＥＤ薄膜部１ｂの積層構造と略同一であるが、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３をｐ型窒化物半導体層１１よりも導電性基板たる窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側に備えている。ここで、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂは、図５に示す平面視において窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄが露出するように、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面の矩形形状における中央部に窒化物半導体基板１ｃと略相似形でより小さい略矩形形状に形成している。ＬＥＤ薄膜部１ｂの略矩形形状は、四隅を切り欠いて形成している。また、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１の全面には、ｐ型窒化物半導体層１１と相似形で、より小さい略矩形形状のｐ型電極１９を形成させている。ここで、ｐ型電極１９は、Ｐｔ膜とＡｇ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層構造物としている。ｐ型電極１９は、最表面側をＡｕ膜としている。
【００７３】
また、半導体発光素子１は、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄの四隅において、ＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むようにｎ型電極パッド６を４個形成している。ｎ型電極パッド６は、Ｔｉ膜とＡｌ膜とＡｕ膜との積層構造物としている。ｎ型電極パッド６は、最表面側をＡｕ膜としている。
【００７４】
また、本実施形態の実装基板２は、ベース部７に半導体発光素子１の前記一表面側におけるｎ型電極パッド６やｐ型電極１９などの配置形状を考慮して一対の配線パターン８，９を形成している。一方の配線パターン８は、図６に示す平面視において、ベース部７における矩形状の前記表面の中央部にベース部７の矩形とは略４５度傾斜した矩形形状部２４を備えている。また、配線パターン８は、矩形形状部２４の一辺における中央の一端からベース部７の前記表面における前記矩形状の一隅部に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためアノード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１６を形成している。また、他方の配線パターン９は、一方の配線パターン８における矩形形状部２４の外周に沿い離間して囲むリング形状部２５を備えている。
【００７５】
また、他方の配線パターン９は、矩形形状部２４の前記一辺と対向する他辺側のリング形状部２５の一端からベース部７の前記一表面における前記一隅部と対向する隅部側に向かって配線が延在し、該配線の他端に略円形のランドを形成している。該ランド上には、発光装置２０の外部と電気的に接続させるためカソード電極となるＡｕ膜からなるパッド電極１７を形成している。
【００７６】
本実施形態では、半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃの前記一表面における外周部１ｄに略矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように四隅にそれぞれ形成したｎ型電極パッド６が、実装基板２の配線パターン９と第一の金属バンプ３を介して電気的に接続することになる。同様に、ＬＥＤ薄膜部１ｂの表面に形成させたｐ型電極１９上に形成された複数のｐ型電極パッド５は、実装基板２の配線パターン８と第二の金属バンプ４を介して電気的に接続することになる。なお、ｐ型電極１９上には、ｎ型電極パッド６と同一構成、同一材料のｐ型電極パッド５を第二の金属バンプ４と一対一に接続させるために複数個形成している。
【００７７】
したがって、半導体発光素子１は、窒化物半導体基板１ｃのＬＥＤ薄膜部１ｂが備えられた前記一表面側と対向する前記他表面側を光取り出し面側として、実装基板２の配線パターン８，９上に第一の金属バンプ３および第二の金属バンプ４を介して実装することになる。
【００７８】
ここで、半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃに用いられるＧａＮの熱伝導率は、約１．３Ｗ／ｃｍＫであり、サファイアの熱伝導率の約０．３Ｗ／ｃｍＫと比較して約４倍も大きい。そのため、本実施形態の発光装置２０は、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱をＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｎ型窒化物半導体層１３から面状に半導体発光素子１の窒化物半導体基板１ｃに熱伝導することができる。窒化物半導体基板１ｃに熱伝導された熱は、窒化物半導体基板１ｃの一表面における外周部１ｄに略矩形形状のＬＥＤ薄膜部１ｂを囲むように四隅にそれぞれ形成したｎ型電極パッド６から第一の金属バンプ３を介して実装基板２側に放熱することができる。同様に、半導体発光素子１のＬＥＤ薄膜部１ｂの熱は、ＬＥＤ薄膜部１ｂにおけるｐ型窒化物半導体層１１からｐ型電極１９、ｐ型電極パッド５を経て第二の金属バンプ４を介して実装基板２側に放熱することができる。これにより、放熱性に優れ、より光出力の向上を図れる発光装置２０とすることができる。
【００７９】
本実施形態の半導体発光素子１は、窒化物半導体材料からなるウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる窒化物半導体層の積層構造膜をＭＯＶＰＥ法などの結晶成長法により順次成膜させる。その後、ＬＥＤ薄膜部１ｂとなる前記窒化物半導体層の前記積層構造膜を、窒化物半導体基板１ｃの前記一表面側における外周部１ｄにｎ型電極パッド６などを設けることができるように、窒化物半導体基板１ｃとなる表面が露出するまでＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法によりエッチングする。続いて、ｎ型電極パッド６、ｐ型電極１９およびｐ型電極パッド５をそれぞれ電子ビーム蒸着法による成膜、フォトグラフィ技術およびエッチング技術を用いて形成した後、窒化物半導体材料からなるウェハをダイシングすることにより、半導体発光素子１を形成することができる。
【００８０】
なお、本実施形態の半導体発光素子１は、前記窒化物半導体層の前記積層構造膜をエッチングして露出した前記積層構造膜の結晶成長面上にｎ型電極パッド６などを接合させるものと比較して、前記窒化物半導体層の前記積層構造膜をエッチングして窒化物半導体基板１ｃの外周部１ｄにｎ型電極パッド６などを接合させる方が、エッチングに伴う前記積層構造膜の内部応力を低減させることができる。そのため、各金属バンプ３，４を介して、半導体発光素子１から実装基板２側へ熱伝導する熱量が大きい場合でも、半導体発光素子１の長寿命化を図ることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態の半導体発光素子１の別の形成方法として、サファイアウェハに低温成長バッファ層を介してＬＥＤ薄膜部１ｂを形成させた後、別途に形成させた窒化物半導体材料からなるウェハにＬＥＤ薄膜部１ｂを熱圧着などにより接合する。その後、サファイアウェハを剥離することで窒化物半導体材料からなるウェハ上にＬＥＤ薄膜部１ｂとなる窒化物半導体層の積層構造膜が形成されたウェハを得る。前記窒化物半導体層の前記積層構造膜が形成されたウェハを用いて、半導体発光素子１を形成することもできる。この場合、窒化物半導体基板１ｃの一表面と接するＬＥＤ薄膜部１ｂは、実施形態１と同様にｐ型窒化物半導体層１１となる。
【符号の説明】
【００８２】
１ 半導体発光素子
１ａ 酸化亜鉛基板（導電性基板）
１ｂ ＬＥＤ薄膜部
１ｃ 窒化物半導体基板（導電性基板）
１ｄ 外周部
２ 実装基板
３ 第一の金属バンプ
４ 第二の金属バンプ
１１ ｐ型窒化物半導体層
１３ ｎ型窒化物半導体層
２０ 発光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と該導電性基板の一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層を有するＬＥＤ薄膜部とを備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記導電性基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記半導体発光素子は、平面視において前記導電性基板の前記一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記金属バンプが、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプであることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子の前記導電性基板が酸化亜鉛基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｐ型窒化物半導体層を前記ｎ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子の前記導電性基板が窒化物半導体基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｎ型窒化物半導体層を前記ｐ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１】
導電性基板と該導電性基板の一表面側に形成されｐ型窒化物半導体層およびｎ型窒化物半導体層を有するＬＥＤ薄膜部とを備えた半導体発光素子と、該半導体発光素子の前記導電性基板における他表面側が光取り出し面となるように金属バンプを介して前記半導体発光素子を実装する実装基板と、を有する発光装置であって、
前記半導体発光素子は、平面視において前記導電性基板の前記一表面側における外周部が露出するように前記導電性基板よりも小さい前記ＬＥＤ薄膜部を備えてなり、前記金属バンプが、前記導電性基板の前記外周部に前記ＬＥＤ薄膜部を囲むように設けられる複数個の第一の金属バンプと、前記ＬＥＤ薄膜部における前記導電性基板と対向する表面側に設けられる複数個の第二の金属バンプであることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子の前記導電性基板が酸化亜鉛基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｐ型窒化物半導体層を前記ｎ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記半導体発光素子の前記導電性基板が窒化物半導体基板であるとともに、前記ＬＥＤ薄膜部における前記ｎ型窒化物半導体層を前記ｐ型窒化物半導体層よりも前記導電性基板の前記一表面側に備えてなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２５１４８１（Ｐ２０１０−２５１４８１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９８３８５（Ｐ２００９−９８３８５）
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１４日（２００９．４．１４）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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