JP2017005191A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光を広げた半導体発光装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体発光装置は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む発光体と、前記第１半導体層に電気的に接続された第１金属層と、前記第２半導体層に電気的に接続された第２金属層と、を備える。前記発光体は、前記第１半導体層の表面を含む第１面と、前記第２半導体の表面を含む第２面と、前記第１半導体層の外縁を含む側面と、前記第２面から前記第１半導体層中に至る深さに設けられ、前記側面に対向する内面を有する凹部と、を有する。【選択図】図１

Description

実施形態は、半導体発光装置に関する。

半導体発光装置は、例えば、ｐ形半導体層、発光層およびｎ形半導体層を積層した発光体を備える。この発光体から放出される光は、積層方向において高い輝度を有する。このため、広い配光を必要とする用途では、積層方向に交差する方向における輝度の向上が求められる。例えば、蛍光体を用いて発光層から放射された光の波長変換を行う場合、積層方向だけでなく発光体の周囲に配置される蛍光体も励起し、全体として発光効率を向上させることが望ましい。

T. Fujii, Y.Gao, R.Sharma, E,L.Hu, S. P. DenBaars, and S.Nakamura, Applied Physics Letters vol.84 No.6, pp.855-857 (2004)

配光を広げた半導体発光装置を提供する。

実施形態に係る半導体発光装置は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む発光体と、前記第１半導体層に電気的に接続された第１金属層と、前記第２半導体層に電気的に接続された第２金属層と、を備える。前記発光体は、前記第１半導体層の表面を含む第１面と、前記第２半導体の表面を含む第２面と、前記第１半導体層の外縁を含む側面と、前記第２面から前記第１半導体層中に至る深さに設けられ、前記側面に対向する内面を有する凹部と、を有する。

（ａ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す上面図であり、（ｂ）は、半導体発光装置の模式断面図である。 （ａ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す別の上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、半導体発光装置の要部模式断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、発光体内の光伝播経路を例示する模式断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置の製造過程を表す模式断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図４（ｃ）に続く製造過程を表す模式断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図５（ｃ）に続く製造過程を表す模式断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図６（ｂ）に続く製造過程を表す模式断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、図７（ｂ）に続く製造過程を表す模式断面図である。 （ａ）は、第２実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す上面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、半導体発光装置の要部模式断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係る半導体発光装置を模式的に表す上面図であり、（ｂ）は、半導体発光装置の要部模式断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、第３実施形態の変形例に係る半導体発光装置を表す模式断面図である。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

なお、以下の実施形態において説明する半導体発光装置は一例であり、これらに限定されるものではない。また、各半導体発光装置において説明される技術的特徴は、技術的に適用可能である場合には、各実施形態において共通に適用されるものである。

（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係る半導体発光装置１を模式的に表す上面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）中に示すＡ−Ａ線に沿った半導体発光装置１の模式断面図である。半導体発光装置１は、チップ状の光源であり、例えば、実装基板上にマウントされる。

図１（ａ）に示すように、半導体発光装置１は、発光体１０と、基板２０と、を備える。発光体１０は、基板２０の上に設けられる。半導体発光装置１は、基板２０上に発光体１０と並設されたボンディングパッド３１を有する。

図１（ｂ）に示すように、発光体１０は、接合層２５を介して基板２０に接合される。発光体１０は、第１導電形の第１半導体層（以下、ｎ形半導体層１１）と、第２導電形の第２半導体層（以下、ｐ形半導体層１２）と、発光層１５と、を含む。発光体１０は、ｎ形半導体層１１と、発光層１５と、ｐ形半導体層１２と、を順に積層した構造を有する。以下、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形として説明するが、これに限定される訳ではない。実施形態は、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形とする場合も含む。

発光体１０は、ｎ形半導体層１１の表面を含む第１面１０ａと、ｐ形半導体層１２の表面を含む第２面１０ｂと、ｎ形半導体層１１の外縁を含む側面１０ｃを有する。さらに、発光体１０は、第２面１０ｂ側に設けられた凹部５０を有する。凹部５０は、第２面１０ｂからｎ形半導体層１１中に至る深さに設けられる。また、凹部５０は、内面５０ａおよび５０ｂを有する部分と、２つの内面５０ｂを有する部分と、を含む。内面５０ａは、側面１０ｃに対向し、例えば、側面１０ｃに沿って延在する。ここで、「対向」とは、側面１０ｃと内面５０ａが向き合うことを言い、側面１０ｃと内面５０ａとが非平行である場合を含む。また、凹部５０は、例えば、ｐ形半導体層１２を第１部分１２ａと第２部分１２ｂとに分離する。内面５０ａは、第１部分１２ａの端面を含み、内面５０ｂは、第２部分１２ｂの端面を含む。

発光層１５から放射される光は、主として第１面１０ａから発光体１０の外に放出される。第１面１０ａは、光取り出し構造を有する。光取り出し構造は、放射光の全反射を抑制し、光取り出し効率を向上させる。例えば、第１面１０ａは、微細な突起が設けられ、粗面化される。

半導体発光装置１は、発光体１０の第２面１０ｂ側において、第１金属層（以下、ｎ電極３３）および第２金属層（以下、ｐ電極３５）、第３金属層（以下、金属層３７、３９）を有する。ｎ電極３３は、凹部５０の底面においてｎ形半導体層１１に電気的に接続される。ｐ電極３５は、ｐ形半導体層１２の第２部分１２ｂ上に設けられ、ｐ形半導体層１２に電気的に接続される。ｐ電極３５は、ｐ形半導体草１２の第１部分１２ａ上には設けられない。金属層３７は、ｐ電極３５上に設けられる。ｎ電極３３、ｐ電極３５および金属層３７、３９は、好ましくは、発光層１５の放射光に対する反射率が高い材料を含む。ｎ電極３３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を含む。ｐ電極３５、金属層３７および３９は、例えば、銀（Ａｇ）を含む。なお、金属層３７および３９を設けない構造であっても良い。

半導体発光装置１は、誘電体膜４１、４５、４７を有する。誘電体膜４１は、凹部５０の内面において、ｎ電極３３が設けられていない部分を覆う。誘電体膜４１は、発光層１５の外縁を覆い保護する。誘電体膜４５は、凹部５０の全体を覆う。誘電体膜４５は、ｎ電極３３を覆い、基板２０および接合層２５からｎ電極３３を電気的に絶縁する。誘電体膜４５は、誘電体膜４１と同じ材料であっても良い。
誘電体膜４７は、発光体１０の第１面１０ａおよび側面１０ｃを覆う。誘電体膜４７は、例えば、側面１０ｃに露出する発光層１５を覆い保護する。また、誘電体膜４７は、発光体１０と、樹脂と、の間の密着性を向上させる。すなわち、半導体発光装置１の上に蛍光体を含む樹脂を設ける場合に有効である。

金属層３７は、誘電体膜４５上に延在し、ｎ電極３３とｐ電極３５との間の誘電体膜４１および４５を覆う。金属層３９は、誘電体膜４５の上に設けられ、凹部５０の内面５０ａと、側面１０ｃと内面５０ａとの間の第２面１０ｂの少なくとも一部を覆う。金属層３７は、ｎ電極３３とｐ電極３５との間において、誘電体膜４１および４５を通過して基板２０の方向に伝播する光を反射し、第１面１０ａに向かう方向に戻す。金属層３９は、発光体１０の外縁部において、誘電体膜４１および４５を通過して基板２０の方向に伝播する光を反射し、第１面１０ａもしくは側面１０ｃに向かう方向に戻す。

接合層２５は、金属層３７、３９および誘電体膜４５を覆うように設けられる。接合層２５は、例えば、金錫（ＡｕＳｎ）、ニッケル錫（ＮｉＳｎ）などの半田からなる接合金属を含む導電層である。ｐ電極３５は、金属層３７を介して接合層２５に電気的に接続される。また、接合層２５は、導電性を有する基板２０に電気的に接続される。接合層２５は、例えばチタン（Ｔｉ）、チタン−タングステン（ＴｉＷ）などの高融点金属膜を、ｐ電極３５、金属層３７、３９と、接合金属と、の間に含む。高融点金属膜は、半田がｐ電極３５、金属層３７、３９に拡散するのを防ぐバリア膜として機能する。基板２０の裏面側には、電極２７が設けられる。電極２７は、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜であり、例えば８００ｎｍの膜厚を有する。電極２７は、例えば、実装基板を介して外部回路に接続される。これに対し、ｎ電極３３は、例えば、ボンディングパッド３１に接続される金もしくはアルミニウムなどの金属ワイヤを介して外部回路に接続される。

図２（ａ）は、半導体発光装置１を模式的に表す別の上面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）中に示すＢ−Ｂ線に沿った断面を表す模式図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）中に示すＣ−Ｃ線に沿った断面を表す模式図である。

図２（ａ）は、発光体１０の下のチップ面を表す模式図である。同図中に示す破線は、発光体１０の外縁（側面１０ｃの端）を示している。ｎ電極３３は、凹部５０の内面５０ａと５０ｂとの間、または５０ｂ同士との間に設けられる。ｎ電極３３は、発光体１０の外側に延在する部分（延在部３３ｐ）を有し、ボンディングパッド３１は、延在部３３ｐの上に設けられる。ｐ電極３５は、内面５０ｂで囲まれたｐ形半導体層１２の第２部分１２ｂ上に設けられる（図１（ｂ）参照）。

図２（ａ）に示すように、半導体発光装置１は、５つのｐ電極３５を有する。そして、５つのｐ電極３５は、それぞれ内面５０ｂに囲まれた領域に設けられる。発光体１０において、内面５０ｂで囲まれた部分は、それぞれ発光層１５を有する。例えば、半導体発光装置１の駆動電流は、基板２０の裏面側の電極２７から供給される。そして、その駆動電流は、ｐ電極３５から発光層１５を介してｎ電極３３へ流れる。したがって、半導体発光装置１は、内面５０ｂで囲まれた５つの発光層１５（発光領域）から光を放射する。そして、図２（ａ）に示すように、内面５０ａは、５つの発光領域を囲むように設けられる。

図２（ａ）中に、凹部５０の幅Ｗ_Ｇ１、Ｗ_Ｇ２およびＷ_Ｇ３を示す。凹部５０は、最も大きな発光領域を囲む部分において、発光領域から外縁に向かう方向の幅Ｗ_Ｇ１を有する。また、凹部５０は、ボンディングパッド３１が設けられる部分において、発光領域から外縁に向かう方向の幅Ｗ_Ｇ２を有する。これらの部分には、ｎ電極３３が設けられる。そして、Ｗ_Ｇ１、Ｗ_Ｇ２は、例えば、駆動電流の最大値およびボンディングパッドのサイズに基づいて設定される。一方、ｎ電極３３が設けられない部分において、凹部５０は、発光領域から外縁に向かう方向の幅Ｗ_Ｇ３を有する。Ｗ_Ｇ３は、例えば、半導体プロセスにおける加工マージンもしくは加工精度を考慮して設定される。Ｗ_Ｇ３は、発光領域の面積を広げるために、より狭くすることが好ましい。また、広い発光領域には、広いｐ電極３５を形成することができる。これにより、広いｐ電極３５は、発光層１５の電流密度を低下させ、内部量子効率を高くする。また、発光層１５から放射される光のより多くを反射し、光取り出し効率を高くすることができる。凹部５０の最小幅は、加工方法に起因する制約などから、例えば、発光体１０の積層方向の厚さの０．１倍以上、１０倍以下とすることが好ましい。より好ましくは、凹部５０の最小幅は、発光体１０の積層方向の厚さの０．５倍以上、２倍以下である。

図２（ｂ）に示すように、発光体１０の外縁部に設けられた凹部５０は、ｐ形半導体層１２を第１部分１２ａと第２部分１２ｂとに分割する。ｐ電極３５は、第２部分１２ｂの上に設けられ、第２部分１２ｂに電気的に接続される。ｐ電極３５は、第１部分１２ａの上には設けられない。すなわち、第１部分１２ａは、凹部５０により第２部分１２ｂから電気的に分離される。したがって、駆動電流は、第１部分１２ａには流れず、ｎ形半導体層１１と第１部分１２ａとの間の発光層１５は光を放射しない。第１部分１２ａの上に第２部分１２ｂと同様にｐ電極３５を設けてもよい。その場合、誘電体４７が側面１０ｃに露出している発光層１５をパッシベーションする必要がある。

凹部５０の内面５０ａは、発光体１０の側面１０ｃに対向する。発光体１０の第２面１０ｂと内面５０ａとの間において、側面１０ｃに向き合う内角θは、好ましくは９０度以上である。

図２（ｃ）に示すように、ｎ電極３３の延在部３３ｐは、誘電体膜４５を介して接合層２５の上をチップ端１ｅの方向に延在する。発光体１０は、延在部３３ｐの上には設けられず、ボンディングパッド３１は、延在部３３ｐの上に設けられる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、発光体１０の内部を伝播する光の伝播経路を例示する模式断面図である。図３（ａ）および（ｂ）は、実施形態に係る発光体１０の断面（図１（ｂ）の端部）を表している。図３（ｃ）は、比較例に係る発光体１１０の断面を表している。

図３（ａ）に示すように、発光層１５から放射された光の一部は、発光体１０の内部を側面１０ｃに向かって伝播する。例えば、発光体１０の屈折率が誘電体膜４７の屈折率よりも大きい場合、光Ｌ_Ａ１は側面１０ｃにおいて反射され、凹部５０の内面５０ａに向かって伝播する。さらに、発光体１０の屈折率が誘電体膜４１の屈折率よりも大きい場合、光Ｌ_Ａ１は内面５０ａにおいて反射され、再び側面１０ｃに向かって伝播する。このように、側面１０ｃと内面５０ａとの間で反射を繰り返すうちに、側面１０ｃに対して全反射の臨界角よりも小さな角度で入射した光Ｌ_Ａ１は、側面１０ｃを通過して外部に放出される。

図３（ｂ）に示す例では、接合層２５と誘電体膜４５との間に金属層３９が設けられている。金属層３９は、誘電体膜４５を介して第２面１０ｂの少なくとも一部、および、内面５０ａを覆う。例えば、側面１０ｃにおいて反射された光のうちの一部は、内面５０ａを通過し接合層２５に向かって伝播する。そして、そのような光Ｌ_Ａ２は、金属層３９により反射され、再び側面１０ｃに向かって伝播する。このように、側面１０ｃと内面５０ａとの間、もしくは、側面１０ｃと金属層３９との間で反射を繰り返すうちに、側面１０ｃに対して臨界角よりも小さな角度で入射した光Ｌ_Ａ２は、側面１０ｃを通過して外部に放出される。誘電体膜４５が薄いほど、誘電体膜４５内を伝搬して接合層２５に届く光ＬＡ２が少なくなり、光取り出し効率を高めることができる。誘電体膜４５が厚いほど、ｎ電極３３と接合層２５の絶縁性がよくなり、信頼性を高めることができる。例えば、誘電体膜４５の厚さは、０．１μｍ以上、３μｍ以下とするのが好ましい。更に好ましくは、０．５μｍ以上、２μｍ以下である。

これらの例に対し、図３（ｃ）に示す発光体１１０は、その外縁部に凹部５０を有しない。発光体１１０の内部を側面１１０ｃに向かって伝播する光Ｌ_Ａ３は、側面１１０ｃにおいて反射され、第２面１１０ｂに向かって伝播する。さらに、第２面１１０ｂに向かって伝播する光Ｌ_Ａ３は、第２面１１０ｂにおいて反射され、第１面１１０ａの方向に向かって伝播する。その後、光Ｌ_Ａ３は、発光体１１０の内部において反射を繰り返し、第１面１１０ａに対しその臨界角よりも小さな角度で入射した場合に発光体１１０の外部に放出される。例えば、第１面１１０ａに光取り出し構造が設けられる場合には、第１面１１０ａにおける全反射が抑制され、光Ｌ_Ａ３は、発光体１１０の内部で反射を繰り返すことなく外部に放出される。

このように、発光体１０に設けられた凹部５０は、側面１０ｃからの光放出を増加させる。これにより、半導体発光装置１の配光を広げることが可能となり、発光層１５から第１面１０ａに向かう方向の光集中を緩和することができ、配光特性を広げることができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）において、発光体１０の側面１０ｃは、第１面１０ａの面積が第２面１０ｂの面積よりも狭くなる方向に傾斜している。このような側面１０ｃは、半導体層を選択的にエッチングする際に容易に形成されるものである。また、半導体の製造に用いられる誘電体膜の多くは、半導体の屈折率よりも小さい屈折率を有する。すなわち、発光体１０の外縁部に設けられる凹部５０の有利な効果は、半導体発光装置の多くにおいて実現することができる。

また、発光領域からチップ端１ｅに向かう方向における側面１０ｃと内面５０ａとの間隔Ｗ_Ｐは、例えば、発光体１０の積層方向の厚さの０．２倍以上、１０倍以下であることが好ましい。さらに、間隔Ｗ_Ｐは、発光体１０の積層方向の厚さの０．５倍以上、２倍以下であることがより好ましい。間隔Ｗ_Ｐは、例えば、側面１０ｃおよび凹部５０の加工方法や配光特性の設計などの制約により上記の範囲とすることが望ましい。これにより、側面１０ｃに向かって伝播する光の多くを内面５０ａにより反射し、側面１０ｃから放出させることができる。

次に、図４（ａ）〜図８（ｂ）を参照して、半導体発光装置１の製造方法を説明する。図４（ａ）〜図８（ｂ）は、半導体発光装置１の製造過程を順に表す模式断面図である。

図４（ａ）に示すように、基板１０１の上にｎ形半導体層１１、発光層１５およびｐ形半導体層１２を順に積層する。本明細書において、積層される状態は、直接接している状態に加え、間に別の要素が挿入される状態も含む。

基板１０１は、例えば、アルミニウムまたはシリコンを含む。ｎ形半導体層１１、ｐ形半導体層１２、および発光層１５は、それぞれ窒化物半導体を含む。ｎ形半導体層１１、ｐ形半導体層１２および発光層１５は、例えば、Ａｌ_ｘＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｉｎ_ｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を含む。

ｎ形半導体層１１は、例えば、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層と、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層と、を含む。Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層と、発光層１５との間に、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層が配置される。ｎ形半導体層１１は、バッファ層をさらに含んでもよく、ＧａＮバッファ層とＳｉドープｎ形ＡｌＧａＮクラッド層との間に、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層が配置される。例えば、バッファ層には、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮのいずれか又はそれらの組み合わせが用いられる。

発光層１５は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。ＭＱＷ構造においては、例えば、複数のバリア層と、複数の井戸層と、が交互に、積層される。例えば、井戸層には、ＡｌＧａＩｎＮが用いられる。例えば、井戸層には、ＧａＩｎＮが用いられる。

バリア層には、例えば、Ｓｉドープｎ形ＡｌＧａＮが用いられる。例えば、バリア層には、Ｓｉドープｎ形Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎが用いられる。バリア層の厚さは、例えば、２ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。複数のバリア層のうちで、最もｐ形半導体層１２に近いバリア層（ｐ側バリア層）は、他のバリア層とは、異なってもよく、厚くても、薄くてもよい。

発光層１５から放出される光（発光光）の波長（ピーク波長）は、例えば、２１０ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。発光光のピーク波長は、例えば、３７０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下でもよい。

ｐ形半導体層１２は、例えば、ノンドープＡｌＧａＮスペーサ層と、Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層と、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と、を含む。高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層１５との間に、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層が配置される。Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層１５との間に、Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層が配置される。Ｍｇドープｐ形ＡｌＧａＮクラッド層と発光層１５との間に、ノンドープＡｌＧａＮスペーサ層が配置される。例えば、ｐ形半導体層１２は、ノンドープＡｌ_０．１１Ｇａ_０．８９Ｎスペーサ層、Ｍｇドープｐ形Ａｌ_０．２８Ｇａ_０．７２Ｎクラッド層、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層、および、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層を含む。

なお、上記の半導体層において、組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度、および厚さは、例示であり、種々の変形が可能である。

図４（ｂ）に示すように、凹部５０を形成する。例えば、ハードマスク１０３を用いて、ｐ形半導体層１２の一部と、発光層１５の一部と、を選択的にエッチングすることにより除去する。ハードマスク１０３は、例えば、シリコン酸化膜である。エッチング深さは、例えば、０．１μｍ以上、１００μｍ以下である。好ましくは、エッチング深さは、０．４μｍ以上、２μｍ以下である。エッチング深さは、凹部５０の内面５０ａの深さ方向の幅により設定する。凹部５０は、その底面がｎ形半導体層１１中に位置する深さに形成される。エッチング深さが深いほど、内面５０ａにより反射される光の量が多くなる。これにより、半導体発光装置１の配光をより広くすることができる。

凹部５０は、ｐ形半導体層１２の表面に開口５０ｐを有する。開口５０ｐの最小幅は、例えば、ｎ形半導体層１１、発光層１５およびｐ形半導体層１２のトータル厚の０．１倍以上、１００倍以下とすることが好ましい。より好ましくは、開口５０ｐの最小幅は、ｎ形半導体層１１、発光層１５およびｐ形半導体層１２のトータル厚の０．５倍以上、２０倍以下である。

図４（ｃ）に示すように、ｐ形半導体層１２の上面、および、凹部５０の内面を覆う誘電体膜４１を形成する。誘電体膜４１は、例えば、シリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜である。ハードマスク１０３は、誘電体膜４１を形成する前にエッチングにより除去する。

図５（ａ）に示すように、凹部５０の底面に設けられた誘電体膜４１を選択的に除去し、ｎ形半導体層１１を露出させる。続いて、ｎ形半導体層１１に電気的に接続されたｎ電極３３を形成する。ｎ電極３３の材料は、例えば、ｎ形半導体層１１へのオーミック接触性と、高い光反射率と、を兼ね備え、アルミニウム（Ａｌ）および銀（Ａｇ）の少なくとも一方を含む。

図５（ｂ）に示すように、誘電体膜４１とｎ電極３３とを覆う誘電体膜４５を形成する。誘電体膜４５は、例えば、シリコン酸化膜である。

図５（ｃ）に示すように、誘電体膜４５および４１を選択的にエッチングし、開口部４５ａおよび４１ａを形成する。これにより、ｐ形半導体層１２を露出させる。この段階において、凹部５０には、ｎ電極３３が設けられた部分を除いた内面を覆う誘電体膜４１と、ｎ電極３３および誘電体膜４１を覆う誘電体膜４５が残される。続いて、ｐ形半導体層１２に電気的に接続されたｐ電極３５を形成する。ｐ電極３５は、例えば、Ａｇを含む。

図６（ａ）に示すように、金属層３７および３９を形成する。金属層３７は、ｐ電極３５の上に形成される。金属層３７は、誘電体膜４５の上に延在し、誘電体膜４１および４５を介して凹部５０の内面５０ｂを覆う。金属層３９は、誘電体膜４５の上に形成され、誘電体膜４１および４５を介して凹部５０の内面５０ａを覆う。金属層３７および３９は、例えば、Ａｇを含む。

さらに、図６（ａ）に示すように、金属層３７、３９および誘電体膜４５を覆う接合層２５ａを形成する。接合層２５ａは、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉの少なくともいずれか１つを含む金属膜と、接合金属と、を含む。接合金属は、例えば、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、およびＰｂ−Ａｇ系の少なくともいずれか１つを含む。Ｔｉ、ＰｔおよびＮｉの少なくともいずれか１つを含む金属膜は、接合金属と金属層３７との間、接合金属と金属層３９との間、および、接合金属と誘電体膜４５との間に設けられる。

図６（ｂ）に示すように、接合層２５ａを形成した基板１０１と、基板２０と、を対向させる。基板２０は、その上面に接合層２５ｂが形成されている。そして、基板２０の接合層２５ｂは、基板１０１の接合層２５ａに対向するように配置される。

接合層２５ｂは、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｎｉの少なくともいずれか１つを含む金属膜と、接合金属と、を含む。接合金属は、例えば、Ｎｉ−Ｓｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇ系、およびＰｂ−Ａｇ系の少なくともいずれか１つを含む。Ｔｉ、ＰｔおよびＮｉの少なくともいずれか１つを含む金属膜は、接合金属と基板２０との間に設けられる。

図７（ａ）に示すように、接合層２５ａと２５ｂとを接触させ、基板１０１と基板２０とを熱圧着させる。これにより、接合層２５ａと２５ｂとは一体化し、接合層２５になる。なお、図７（ａ）は、図６（ｂ）の上下を逆にして基板２０の上に接合層２５を介して各半導体層および基板１０１を配置した状態を表している。

図７（ｂ）に示すように、基板１０１を除去する。例えば、基板１０１がシリコン基板の場合は、研削及びドライエッチング（例えば、ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）などの方法を用いて除去する。例えば、基板１０１がサファイア基板の場合は、ＬＬＯ（Laser Lift Off）を用いて除去する。さらに、ｎ形半導体層１１の表面１１ａに微細な突起を形成し、粗面化する。例えば、アルカリを用いたウエット処理またはＲＩＥにより、ｎ形半導体層１１の表面１１ａを粗面化する。

図８（ａ）に示すように、ｎ形半導体層１１、ｐ形半導体層１２および発光層１５を選択的に除去し、発光体１０を形成する。例えば、ＲＩＥまたはウエットエッチングなどの方法を用いてｎ形半導体層１１、発光層１５およびｐ形半導体層１２を順にエッチングする。この時、図示しない部分において、ｎ電極３３を露出させる（図２（ａ）参照）。

さらに、誘電体膜４７となる、例えば、シリコン酸化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により形成する。シリコン酸化膜の厚さは、例えば、約２００ｎｍ（好ましくは、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下）である。さらに、図示しない部分において、ｎ電極３３上の誘電体膜４７を除去し、ボンディングパッド３１を形成する。

図８（ｂ）に示すように、発光体１０の周りの誘電体膜４７、４１、４５を選択的に除去し、ダイシング領域４０ｅを形成する。続いて、例えば、ダイサーもしくはスクライバーを用いて接合層２５および基板２０を切断し、半導体発光装置１をチップ化する。

上記の例において、誘電体膜４１、４５、４７に用いられるシリコン酸化膜の屈折率は、約１．４７（光波長４５０ｎｍ）であり、ｎ形半導体層１１、ｐ形半導体層１２に用いられるＧａＮの屈折率は、約２．５（光波長４５０ｎｍ）である。したがって、ｎ形半導体層１１と誘電体膜４１の界面、および、ｎ形半導体層１１と誘電体膜４７の界面にｎ形半導体層１１から臨界角よりも大きい入射角を持って入射する光は全反射される。すなわち、発光体１０の内部を側面１０ｃに向かって伝播する光の多くは、側面１０ｃ（ｎ形半導体層１１と誘電体膜４７の界面）において反射される。側面１０ｃにおいて反射された光は、凹部５０の内面５０ａ（ｎ形半導体層もしくはｐ形半導体層と誘電体膜４１の界面）において反射される。内面５０ａを通過して接合層２５の方向に伝播する光は、金属層３９により反射され、発光体１０に戻される。結果として、側面１０ｃと内面５０ａとの間で光の反射が繰り返される。そして、側面１０ｃに臨界角以下の角度で入射する光が側面１０ｃから外部に放出される。これにより、発光体１０の側面１０ｃから放出される光を増加させ、半導体発光装置１の配光を広くすることができる。
誘電体膜４１、４５、４７には、シリコン酸化膜以外に、窒化珪素または酸窒化珪素を用いることができる。また、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ及びＨｆ等の少なくともいずれかの金属の酸化物、上記の少なくともいずれかの金属の窒化物、または、上記の少なくともいずれかの金属の酸窒化物を用いても良い。

（第２実施形態）
図９（ａ）は、第２実施形態に係る半導体発光装置２を模式的に表す上面図である。図９（ｂ）および（ｃ）は、半導体発光装置２の要部模式断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）中に示すＤ-Ｄ線に沿った断面を表し、図９（ｃ）は、図９（ａ）中に示すＥ-Ｅ線に沿った断面を表している。

半導体発光装置２は、発光体１０と、基板２０と、を備える。発光体１０は、基板２０の上に設けられる。図９（ａ）は、発光体１０の下の電極面を表す上面図である。図９（ａ）中の破線は、発光体１０の外縁を表わしている。

図９（ａ）に示すように、半導体発光装置２は、発光体１０の下に設けられたｎ電極３３とｐ電極３５とを備える。本実施形態では、ｐ電極３５は、発光体１０の外に延在する部分（延在部３５ｐ）を有し、ボンディングパッド３２は、延在部３５ｐの上に設けられる。

発光体１０は、ｐ電極３５の外縁に沿って延在する凹部５０を有する。凹部５０は、内面５０ａと５０ｂとを有する。内面５０ａは、発光体１０の外縁に沿って延在する。内面５０ｂは、ｐ電極３５の外縁に沿って延在する。

また、発光体１０は、複数の凹部５５をさらに有する。凹部５５は、ｐ電極３５の内側に相互に離間して配置される。ｎ電極３３は、凹部５５の中にそれぞれ設けられる。

図９（ｂ）に示すように、発光体１０は、接合層２５を介して基板２０の上に設けられる。発光体１０は、ｎ形半導体層１１と、ｐ形半導体層１２と、発光層１５と、を含む。発光層１５は、ｎ形半導体層１１とｐ形半導体層１２との間に設けられる。発光体１０は、ｎ形半導体層１１の表面を含む第１面１０ａと、ｐ形半導体層１２の表面を含む第２面１０ｂと、ｎ形半導体層１１の外縁を含む側面１０ｃと、を有する。第１面１０ａには、好ましくは、光取り出し構造が設けられる。誘電体膜４７は、第１面１０ａおよび側面１０ｃを覆う。第２面１０ｂには、凹部５０と凹部５５とが設けられる。凹部５０の内面５０ａは、発光体１０の側面１０ｃに対向する。

ｎ電極３３およびｐ電極３５は、発光体１０と接合層２５との間に設けられる。ｐ電極３５と接合層２５との間には、誘電体膜４５が設けられる。誘電体膜４５は、凹部５０の内面とｐ形半導体層１２の表面を覆う。ｎ電極３３は、凹部５５の底面上に設けられ、ｎ形半導体層１１に電気的に接続される。また、接合層２５は、凹部５５中に延在し、ｎ電極３３に接する。すなわち、ｎ電極３３は、接合層２５を介して基板２０に電気的に接続される。ｐ電極３５は、ｐ形半導体層１２と誘電体膜４５との間に設けられ、ｐ形半導体層１２に電気的に接続される。ｐ電極３５は、誘電体膜４５により接合層２５および基板２０から電気的に絶縁される。

図９（ｃ）に示すように、ｐ電極３３の延在部３３ｐは、誘電体膜４５を介して接合層２５上を延在する。延在部３３ｐの上には、ボンディングパッド３２が設けられる。ｐ電極３３は、例えば、ボンディングパッド３２に接続される金属ワイヤを介して外部回路に電気的に接続される。誘電体膜４５は、延在部３５ｐの外側に突起４５ｐを有する。突起４５ｐは、凹部５０中に設けられた部分であり、ｎ形半導体層１１、発光層１５およびｐ形半導体層１２を選択的に除去した後に露出する。

本実施形態に係る凹部５０は、ｎ電極３３を設ける凹部５５とは別に設けられる。凹部５０は、発光体１０の側面１０ｃに対向する内面５０ａを配置するために設けられる。内面５０ａは、側面１０ｃにおいて反射され接合層２５に向かって伝播する光を再び反射し、側面１０ｃの方向に戻す。これにより、側面１０ｃから放出される光を増加させ、半導体発光装置２の配光を広げることができる。

ｐ形半導体層１２は、側面１０ｃと内面５０ａとの間の第１部分１２ａと、ｐ電極３５に電気的に接続された第２部分１２ｂと、を有する。第１部分１２ａは、発光体１０の外縁に沿って設けられる。第１部分１２ａは、誘電体膜４５により接合層２５および基板２０から電気的に絶縁される。したがって、第１部分１２ａに駆動電流は流れず、第１部分１２ａとｎ形半導体層１１との間の発光層１５は光を放射しない。

（第３実施形態）
図１０（ａ）は、第３実施形態に係る半導体発光装置３を模式的に表す上面図であり、図１０（ｂ）は、半導体発光装置３の要部模式断面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中に示すＦ-Ｆ線に沿った断面を表している。

半導体発光装置３は、発光体１０と、基板２０と、を備える。発光体１０は、基板２０の上に設けられる。図１０（ａ）に示すように、半導体発光装置３は、発光体１０上に設けられたｎ電極３３を備える。ｎ電極３３は、光を放出する開口を囲む部分３３ａと、ボンディングパッド３３ｂと、を有する。発光体１０は、その外縁に沿って延在する凹部５０を有する。凹部５０は、内面５０ａと５０ｂとを有する。内面５０ａは、発光体１０の外縁側で側面１０ｃに沿って延在する。

図１０（ｂ）に示すように、発光体１０は、接合層２５を介して基板２０の上に設けられる。発光体１０は、ｎ形半導体層１１と、ｐ形半導体層１２と、発光層１５と、を含む。発光層１５は、ｎ形半導体層１１とｐ形半導体層１２との間に設けられる。発光体１０は、ｎ形半導体層１１の表面を含む第１面１０ａと、ｐ形半導体層１２の表面を含む第２面１０ｂと、ｎ形半導体層１１の外縁を含む側面１０ｃと、を有する。第１面１０ａのｎ電極３３が設けられない部分には、好ましくは、光取り出し構造が設けられる。第２面１０ｂには、凹部５０が設けられる。凹部５０の内面５０ａは、発光体１０の側面１０ｃに対向する。

ｐ形半導体層１２は、側面１０ｃと凹部５０との間の第１部分１２ａと、凹部５０に囲まれた第２部分１２ｂと、を有する。第２部分１２ｂと接合層２５との間には、ｐ電極３５が設けられる。ｐ電極３５は、第２部分１２ｂに電気的に接続される。また、ｐ電極３５は、接合層２５を介して基板２０に電気的に接続される。一方、第１部分１２ａと接合層２５との間には、誘電体膜４５が設けられる。また、誘電体膜４５は、凹部５０の内面を覆う。ｐ形半導体層１２の第１部分１２ａは、誘電体膜４５により接合層２５および基板２０から電気的に絶縁される。

本実施形態に係る凹部５０は、発光体１０の側面１０ｃに対向する内面５０ａを配置するために設けられる。内面５０ａは、側面１０ｃにおいて反射され接合層２５に向かって伝播する光を再び反射し、側面１０ｃの方向に戻す。これにより、側面１０ｃから放出される光を増加させ、半導体発光装置２の配光を広げることができる。

ｐ形半導体層１２の第１部分１２ａは、発光体１０の外縁に沿って設けられる。第１部分１２ａは、誘電体膜４５により接合層２５および基板２０から電気的に絶縁される。このため、第１部分１２ａに駆動電流は流れず、第１部分１２ａとｎ形半導体層１１との間の発光層１５は光を放射しない。言い換えれば、発光体１０の側面１０ｃに露出した発光層１５には電界が生じない。したがって、発光層１５の端部を保護する誘電体膜４７を省くことができる。

図１１（ａ）および（ｂ）は、第３実施形態の変形例に係る半導体発光装置４および５を模式的に表す上面図である。同図に示すように、半導体発光装置４および５は、凹部５０の配置において半導体発光装置３と異なる。

図１１（ａ）に示すように、凹部５０は、発光体１０の1つの辺に沿って延在する。凹部５０の内面５０ａは、発光体１０の1つの側面１０ｃに沿って設けられる。これにより、内面５０ａに対向する側面１０ｃからの光の放出を増すことができる。言い換えれば、凹部５０は、半導体発光装置４において配光を広げる方向の側面１０ｃに沿って設けられる。また、凹部５０は、１つの側面１０ｃに限定されず、２つまたは３つの側面１０ｃに沿って配置しても良い。

図１１（ｂ）に示すように、発光体１０の外縁に沿って複数の凹部５０を設けても良い。凹部５０は島状に設けられ、発光体１０の外縁に沿う方向の長さは、発光体１０の一辺の長さよりも短い。個々の凹部５０は、発光体１０の側面１０ｃに対向する内面５０ａを有する。そして、凹部５０は、側面１０ｃにおいて反射され接合層２５に向かって伝播する光を再び反射し、側面１０ｃの方向に戻す。これにより、側面１０ｃから放出される光を増加させ、半導体発光装置２の配光を広げることができる。
図１１（ａ）および（ｂ）に示す例では、発光体１０の側面１０ｃと、凹部５０と、の間のｐ形半導体層１２は、ｐ電極３５に電気的に接続される。このため、発光体１０の側面１０ｃを覆う誘電体膜４７を設けることが好ましい。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、実施形態において「窒化物半導体」とは、Ｂ_ｘＩｎ_ｙＡｌ_ｚＧａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。

上記の実施形態では、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」と表現された場合の「の上に」とは、部位Ａが部位Ｂに接触して、部位Ａが部位Ｂの上に設けられている場合の他に、部位Ａが部位Ｂに接触せず、部位Ａが部位Ｂの上方に設けられている場合との意味で用いられる場合がある。また、「部位Ａは部位Ｂの上に設けられている」は、部位Ａと部位Ｂとを反転させて部位Ａが部位Ｂの下に位置した場合や、部位Ａと部位Ｂとが横に並んだ場合にも適用される場合がある。これは、実施形態に係る半導体装置を回転しても、回転前後において半導体装置の構造は変わらないからである。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１〜５・・・半導体発光装置、 １ｅ・・・チップ端、 １０、１１０・・・発光体、 １０ａ、１１０ａ・・・第１面、 １０ｂ、１１０ｂ・・・第２面、 １０ｃ、１１０ｃ・・・側面、 １１・・・ｎ形半導体層、 １２・・・ｐ形半導体層、 １２ａ・・・第１部分、 １２ｂ・・・第２部分、 １５・・・発光層、 ２０、１０１・・・基板、 ２５、２５ａ、２５ｂ・・・接合層、 ２７・・・電極、 ３１、３２、３３ｂ・・・ボンディングパッド、 ３３・・・ｎ電極、 ３３ｐ・・・延在部、 ３５・・・ｐ電極、 ３５ｐ・・・延在部、 ３７、３９・・・金属層、 ４１、４５、４７・・・誘電体膜、 ４１ａ、４５ａ・・・開口部、 ４５ｐ・・・突起、 ５０、５５・・・凹部、 ５０ａ、５０ｂ・・・内面、 ５０ｐ・・・開口、 θ・・・内角、 １０３・・・ハードマスク

Claims (12)

1. 第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を含む発光体と、
   前記第１半導体層に電気的に接続された第１金属層と、
   前記第２半導体層に電気的に接続された第２金属層と、
   を備え、
   前記発光体は、
   前記第１半導体層の表面を含む第１面と、
   前記第２半導体の表面を含む第２面と、
   前記第１半導体層の外縁を含む側面と、
   前記第２面から前記第１半導体層中に至る深さに設けられ、前記側面に対向する内面を有する凹部と、
   を有する半導体発光装置。
2. 前記側面と前記内面との間隔は、前記発光体の積層方向の厚さの０．２倍以上、１０倍以下である請求項１記載の半導体発光装置。
3. 前記内面と前記第２面との間において前記側面に向き合う内角は、９０度以上である請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記内面は、前記発光層を囲む請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
5. 前記凹部は、前記第２面に開口を有し、
   前記開口の最小幅は、前記発光体の積層方向の幅の０．１倍以上、１０倍以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
6. 前記第２半導体層は、前記第２金属層に電気的に接続されない第１部分と、前記第２金属層に電気的に接続された第２部分と、を有し、
   前記第１部分は、前記側面と前記内面との間に設けられる請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
7. 前記側面に沿って配置された複数の前記凹部を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
8. 前記凹部を覆う第１誘電体膜をさらに備え、
   前記第１金属層は、前記凹部の底面において前記第１半導体層に接し、
   前記第２金属層は、前記第２面上において前記第２半導体層に接し、
   前記第１誘電体膜は、前記第１金属層を覆う請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
9. 前記第１誘電体膜を介して前記内面を覆う第３金属層をさらに備えた請求項８記載の半導体発光装置。
10. 前記発光体の前記第２面側に設けられた基板と、
    前記発光体と前記基板との間に設けられた導電性の接合層と、
    をさらに備え、
    前記基板は、前記第２金属層に前記接合層を介して電気的に接続され、
    前記第１金属層は、前記基板に沿って前記発光体の外側に延びる延在部を有する請求項８または９に記載の半導体発光装置。
11. 前記第２面を覆う第１誘電体膜をさらに備え、
    前記第１金属層は、前記凹部の底面において前記第１半導体層に接し、
    前記第２金属層は、前記第２面上において前記第２半導体層に接し、
    前記第１誘電体膜は、前記第２金属層を覆う請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光装置。
12. 前記発光体の前記第２面側に設けられた基板と、
    前記発光体と前記基板との間に設けられた導電性の接合層と、
    をさらに備え、
    前記基板は、前記第１金属層に前記接合層を介して電気的に接続され、
    前記第２金属層は、前記基板に沿って前記発光体の外側に延びる延在部を有する請求項１１記載の半導体発光装置。