[发明专利]半导体发光元件及发光装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光元件以及发光装置，尤其涉及利用了氮化物半导体的半导体发光元件以及发光装置。

背景技术

半导体发光元件，由于光输出高，射出光的指向性强，因此作为激光显示器以及投影机等图像显示装置的光源、激光焊接装置等工业用加工装置的光源而大力被开发。在图像显示装置的领域中激光元件以及超辐射二极管(SLD)元件等的开发尤其盛行，在工业用加工装置的领域中激光元件以及激光阵列元件等的开发尤其盛行。

在发光波长从红色(650nm左右)区域到红外(1000nm左右)区域的半导体发光元件中，采用了铟铝镓磷(InAlGaP)系的材料，在发光波长从紫外(350nm左右)区域到绿色(530nm左右)区域的半导体发光元件中，采用了铟铝镓氮(InAlGaN)系的材料。

尤其是，采用了InAlGaN系的材料的半导体发光元件，被认为作为显示器用光源今后市场将会扩大，在被积极地开发着。在这样的用途的半导体发光元件中，要求超过1瓦特的光输出。为了实现光输出超过1瓦特的半导体发光元件，需要提高半导体发光元件的动作效率以及散热性。另一方面，为了抑制制造成本的增大，需要采用能够容易制造的构造。

作为能够使激光元件等半导体发光元件高效执行动作的构造，已知一种去除包覆层的一部分而形成了条状的凸部(脊(ridge)部)的脊构造。在脊构造中为了实现电流的阻断以及光的限制，而形成比包覆层折射率小的绝缘膜，以覆盖除了脊部的上表面之外的包覆层之上。通过利用绝缘膜将包覆层上覆盖，不仅能够高效地将光限制于光波导，而且还能够使注入到活性层的电流阻断。因此，半导体发光元件的发光效率提高，能够实现半导体发光元件的高效率动作。

另一方面，为了使半导体发光元件的散热性提高，普遍进行将半导体发光元件与散热片连接的操作。采用了InAlGaN系的材料的从紫外区域到蓝色区域的半导体发光元件形成在氮化镓(GaN)基板上日益成为主流。由于GaN基板的热传导率为130W/(m·K)，比GaAs基板高，因此能够期待从基板侧进行散热。因此，普遍进行将GaN基板和散热片(heat sink)连接的向上接合(junction up)安装。在向上接合安装中，在活性层产生的热主要从活性层正下方的基板侧被散热。但是，在活性层产生的热的一部分也传递给脊部侧。向脊部侧传导的热传递给在脊部上形成的电极。传递给电极的热的一部分在空气中被散热，一部分被传递给包覆层。但是，向空气中的散热效率低。此外，在脊部的周边，一般如前述那样形成绝缘膜。作为代表性的绝缘膜的二氧化硅(SiO₂)的热传导率低至1.3W/(m·K)之程度。因此，从电极向包覆层的传热效率也低，在电极上将会积累热。在光输出超过1瓦特的高输出的半导体发光元件中，由于将数瓦特的功率接入数百μm方的区域，因此使从脊部侧进行散热的散热性能提高成为重要的课题。

为了提高从脊部侧进行散热的散热性能，研究了在除了脊部之外的包覆层设置凹凸(例如，参照专利文献1。)。通过设置凹凸能够增大包覆层的表面积，因此可以期待散热性的提高。

此外，研究了不形成绝缘膜，而在脊部的侧面直接连接电极(例如，参照专利文献2)。在脊部的上表面形成与脊部欧姆接触的接触电极，在包括接触电极的上表面以及脊部的侧面在内的包覆层上的整面，形成由与包覆层肖特基接合的金属构成的布线电极。布线电极的热传导率远远大于绝缘膜，因此被期待能提高从脊部侧进行散热的散热性能。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2006-173265号公报

专利文献2：JP特开平03-156988号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在上述现有的构造中存在以下这样的问题。首先，在包覆层设置凹凸的情况下，由于在电极与包覆层之间存在绝缘膜，因此无法大幅提高散热性。另一方面，制造工艺变得复杂，制造成本增加。

此外，在包覆层上直接形成布线电极的情况下，虽然能够提高从脊部侧进行散热的散热性能，但由与脊部的侧面相接的布线电极产生光吸收，因此发光效率下降。进而，脊部的侧面一般设为相对于晶片面接近垂直的形状，在脊部上升的部分产生较大的层差。若在具有层差的部分形成布线电极，则容易产生布线电极的断线。若产生了布线电极的断线，则注入电流变得不均匀，或者发热以及光吸收增大，因此成为元件特性恶化的原因。

本发明的目的在于，解决上述问题，实现一种不使发光效率下降、且使散热性能大幅提高的半导体发光元件。

解决课题的技术手段