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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024177816
(43)【公開日】2024-12-24
(54)【発明の名称】半導体発光素子及び半導体発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/62 20100101AFI20241217BHJP
H01L 33/50 20100101ALI20241217BHJP
H01L 33/58 20100101ALI20241217BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20241217BHJP
【ＦＩ】
H01L33/62
H01L33/50
H01L33/58
H01L33/00 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023096162
(22)【出願日】2023-06-12
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】田渕 健司
(72)【発明者】
【氏名】村田 知之
【テーマコード（参考）】
5F142
【Ｆターム（参考）】
5F142BA32
5F142CA11
5F142CA13
5F142CB07
5F142CB18
5F142CD02
5F142CD15
5F142CD18
5F142CD43
5F142CD44
5F142CD47
5F142CG01
5F142DA14
5F142DA15
5F142DA23
5F142DA36
5F142DA64
5F142DA73
5F142DB17
5F142DB54
5F142EA02
5F142EA34
5F142GA12
(57)【要約】 （修正有）
【課題】簡便な１チップ構造を有し、多段階の光出力調整が容易で、また、１チップでフルカラー出力が可能なマルチセグメント型の半導体発光素子及び半導体発光装置を提供する。
【解決手段】ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む発光機能層と、発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備えている。発光機能層の接合面側には、ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、支持基板の接合面側には、複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、複数のｐオーミック電極の各々は、発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、支持基板の接合面の反対側には、ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有している。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む発光機能層と、発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備えている。発光機能層の接合面側には、ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、支持基板の接合面側には、複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、複数のｐオーミック電極の各々は、発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、支持基板の接合面の反対側には、ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有している。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む発光機能層と、
前記発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備え、
前記発光機能層の接合面側には、前記ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、前記ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、
前記支持基板の接合面側には、前記複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、前記ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、
前記複数のｐオーミック電極の各々は、前記前記発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、
前記支持基板の接合面の反対側には、前記ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有する、半導体発光素子。
前記発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備え、
前記発光機能層の接合面側には、前記ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、前記ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、
前記支持基板の接合面側には、前記複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、前記ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、
前記複数のｐオーミック電極の各々は、前記前記発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、
前記支持基板の接合面の反対側には、前記ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有する、半導体発光素子。
【請求項2】
前記複数のｐオーミック電極は、前記ｐ型半導体層の層厚以上の間隔で離間して配されている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項3】
前記複数のｐオーミック電極は互いに異なる面積を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項4】
前記複数のｐオーミック電極に対応して画定される複数の発光領域上に互いに変換波長が異なる複数の波長変換部材が設けられている請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項5】
前記発光領域を少なくとも３つ有し、当該少なくとも３つの発光領域のうち２つの発光領域上にそれぞれ緑色光（Ｇ）及び赤色光（Ｒ）を出射する波長変換部材が設けられ、
前記発光層の出射光は青色光（Ｂ）である、請求項４に記載の半導体発光素子。
前記発光層の出射光は青色光（Ｂ）である、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項6】
前記互いに変換波長が異なる波長変換部材は量子ドット波長変換部材である請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項7】
前記複数の波長変換部材の各々の間の間隙及び周囲に遮光マスクが設けられている請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項8】
請求項１ないし７のいずれか１に記載の半導体発光素子がマトリクス状に配されている半導体発光装置。
【請求項9】
請求項１ないし７のいずれか１に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が実装された装置基板と、
前記複数のｐオーミック電極のうちのいずれか１と前記ｎオーミック電極との間に接続された保護素子と、を有する半導体発光装置。
前記半導体発光素子が実装された装置基板と、
前記複数のｐオーミック電極のうちのいずれか１と前記ｎオーミック電極との間に接続された保護素子と、を有する半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置、特にマルチセグメントの半導体発光素子及び当該半導体発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高出力化や発光色制御のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を複数デバイス内に配置して用いることが行われている。また、照明用光源、インジケータランプ及びミニＬＥＤ（mini－ＬＥＤ）などの光源としてマルチカラーの発光装置が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、第１のＬＥＤである青色ＬＥＤと、該青色ＬＥＤに被覆された黄色系蛍光体と、第２のＬＥＤである赤色ＬＥＤと、前記青色ＬＥＤの発光波長帯域と前記黄色系蛍光体の励起発光波長帯域との間の発光波長帯域を有する第３のＬＥＤとからなり、カラー表示装置のバックライトや自然な照明光として蛍光灯に代替することが可能な白色系ＬＥＤ発光装置及びカラー表示装置について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００５－５４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、簡便な１チップ構造を有し、多段階の光出力調整が容易で、また、１チップでフルカラー出力が可能なマルチセグメント型の半導体発光素子及び半導体発光装置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】
【0006】
本発明の１実施形態による半導体発光素子は、
ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む発光機能層と、
前記発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備え、
前記発光機能層の接合面側には、前記ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、前記ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、
前記支持基板の接合面側には、前記複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、前記ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、
前記複数のｐオーミック電極の各々は、前記前記発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、
前記支持基板の接合面の反対側には、前記ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有する。
ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含む発光機能層と、
前記発光機能層を接合して支持する支持基板と、を備え、
前記発光機能層の接合面側には、前記ｐ型半導体層上に互いに離間した複数のｐオーミック電極と、前記ｎ型半導体層上にｎオーミック電極とが設けられ、
前記支持基板の接合面側には、前記複数のｐオーミック電極に対向する互いに離間した複数の基板ｐ電極と、前記ｎオーミック電極に対向する基板ｎ電極とが設けられ、
前記複数のｐオーミック電極の各々は、前記前記発光機能層の接合領域の外側に設けられたｐ配線電極を有し、
前記支持基板の接合面の反対側には、前記ｎオーミック電極に電気的に接続されたｎ配線電極を有する。
【0007】
本発明の１実施形態による半導体発光装置は、
上記の半導体発光素子がマトリクス状に配されている。
上記の半導体発光素子がマトリクス状に配されている。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】第１の実施形態の半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。
【図2A】第１の実施形態の半導体発光素子の上面図である。
【図3A】発光機能層の底面、すなわち、支持基板との接合面を示す図である。
【図4A】支持基板の上面、すなわち、発光機能層との接合面を示す図である。
【図5C】基材を貫通し、基板電極及び共通カソードに導通する貫通電極を示す図である。
【図6A】半導体発光素子の回路基板への実装前を示す斜視図である。
【図6B】半導体発光素子の回路基板への実装後を示す斜視図である。
【図7A】第２の実施形態の半導体発光装置を用いた液晶ディスプレイを模式的に示す図である。
【図8】第３の実施形態の半導体発光素子の上面を模式的に示す図である。
【図9】第４の実施形態の半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。
【図10】第４の実施形態の変形例である半導体発光素子を模式的に示す斜視図である。
【図11A】第５の実施形態の半導体発光装置の上面図である。
【図11C】第５の実施形態の半導体発光装置の裏面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［第１の実施形態］
１．半導体発光素子の構造
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光素子１０を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す半導体発光素子１０の等価回路図である。
［第１の実施形態］
１．半導体発光素子の構造
図１Ａは、本発明の第１の実施形態による半導体発光素子１０を模式的に示す斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す半導体発光素子１０の等価回路図である。
【0010】
半導体発光素子１０は、支持基板３０と、支持基板３０上に接合されて設けられた発光機能層２０とからなる。発光機能層２０は３つの発光領域、すなわち、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３を有している。
【0011】
支持基板３０上には、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３にそれぞれ接続された基板配線電極である第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３が設けられている。また、支持基板３０の裏面には、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３に共通して接続されたｎ配線電極である共通カソード３４が設けられている。
【0012】
図１Ｂは、半導体発光素子１０の接続構成を示す回路図である。半導体発光素子１０は、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３が並列に接続された構成を有する。
【0013】
したがって、第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２又は第３アノード３５Ａ３と共通カソード３４との間に電流を流すことによって、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３の各々を個別に駆動し、個別に発光させることができる。すなわち、半導体発光素子１０はマルチセグメント型の発光素子として構成されている。
【0014】
以下に、図２Ａ～図２Ｃを参照して半導体発光素子１０の構造の詳細について説明する。図２Ａは半導体発光素子１０の上面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ図２Ａに示す線Ａ－Ａ、線Ｄ－Ｄに沿った断面図である。
【0015】
図２Ａ～図２Ｃに示すように、半導体発光素子１０は、いわゆるシンフィルムＬＥＤ（thin-film LED）である発光機能層２０を支持基板３０に貼り付けた構成を有している。より具体的には、成長基板上にエピタキシャル成長したＬＥＤ構造を有する半導体層に電極及び保護膜等を形成した後、成長基板から取り外し（シンフィルムＬＥＤ）、支持基板３０に接合した構成を有している。
【0016】
【0017】
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、発光機能層２０は、ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３からなる発光半導体層２０Ａを有している。なお、本実施形態において、ｐ型半導体層２３は、ｐクラッド層２３Ａとｐクラッド層２３Ａ上に形成されたｐコンタクト層２３Ｂからなる。
【0018】
より詳細には、ｎ型半導体層２１及びｐ型半導体層２３は、それぞれ少なくとも１つの半導体層からなる。例えば、電子障壁層（ＥＢＬ：Electron Blocking Layer）、電流拡散層、コンタクト層など種々の半導体層が設けられていてもよい。また、ｎ型半導体層２１及びｐ型半導体層２３には、アンドープ層（又はｉ層）が設けられていてもよい。
【0019】
発光機能層２０は、例えばＧａＮ系の半導体層からなる青色発光のＬＥＤ半導体層であるが、これに限定されない。発光層２２は、例えば単一量子井戸（ＳＱＷ）又は多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有している。あるいは、発光層２２は、いわゆるバルク構造を有していてもよい。
【0020】
図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、発光機能層２０には、素子電極であるｐ電極２５Ａ（ｐオーミック電極）及びｎ電極２５Ｂ（ｎオーミック電極）が設けられている。より詳細には、図３Ａ及び図３Ｃに示すように、ｐ電極２５Ａは、ｐ電極２５Ａ１（第１のｐ電極）、ｐ電極２５Ａ２（第２のｐ電極）及びｐ電極２５Ａ３（第３のｐ電極）からなる。
【0021】
なお、以下においては、ｐ電極２５Ａが第１～第３のｐ電極の３つの電極に分割された場合を例に説明するが、ｐ電極２５Ａは、複数の電極に分割されていればよい。なお、当該分割電極を特に区別しない場合には、ｐ電極２５Ａと総称して説明する。
【0022】
より詳細には、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３におけるｐ型半導体層２３上にそれぞれｐ電極２５Ａ１、ｐ電極２５Ａ２及びｐ電極２５Ａ３が形成されている。
【0023】
換言すれば、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３は、それぞれｐ電極２５Ａ１、ｐ電極２５Ａ２及びｐ電極２５Ａ３に対応して画定される。
ｐ電極２５Ａは、光反射性の電極として形成されている。ｐ電極２５Ａは、例えば、透光性導電膜のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）オーミック電極、ニッケル（Ｎｉ）／銀（Ａｇ）反射膜、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）がｐ型半導体層２３上にこの順で形成されたＩＴＯ／Ｎｉ／Ａｇ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕ層からなる。なお、ｐ電極２５ＡにはＡｇ膜等の反射率の高い反射膜が設けられていることが好適であるが、反射膜は設けられていなくてもよい。
ｐ電極２５Ａは、光反射性の電極として形成されている。ｐ電極２５Ａは、例えば、透光性導電膜のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）オーミック電極、ニッケル（Ｎｉ）／銀（Ａｇ）反射膜、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）がｐ型半導体層２３上にこの順で形成されたＩＴＯ／Ｎｉ／Ａｇ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ａｕ層からなる。なお、ｐ電極２５ＡにはＡｇ膜等の反射率の高い反射膜が設けられていることが好適であるが、反射膜は設けられていなくてもよい。
【0024】
図２Ｂに示すように、発光層２２から放射され、ｐ電極２５Ａによって反射された反射Ｌｒは、発光層２２からの直接光Ｌｄとともにｎ型半導体層２１の表面から出射される。なお、ｎ型半導体層２１の表面（光出射面）は、粗面加工されていることが、光取り出し効率を向上する点において好ましい。
【0025】
また、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、隣接する発光領域の間、すなわち隣接するｐ電極２５Ａの間には、発光層２２及びｐ型半導体層２３を貫通し、ｎ型半導体層２１が露出する孔部２７Ｈが形成されている。そして、ｎ型半導体層２１の当該露出面上にはｎ電極２５Ｂが形成されている。
【0026】
ｎ電極２５Ｂは、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）がｎ型半導体層２１上にこの順で形成されたＴｉ／Ａｕ層からなる。
【0027】
なお、ｐ電極２５Ａ及びｎ電極２５Ｂの材料及び層構造は上記に限定されない。オーミック特性、光反射による取り出し効率、素子信頼性（寿命）などの特性を考慮して適宜選択し得る。
【0028】
再び図１Ｂの回路図を参照すると、第１の発光領域１０Ａ１～第３の発光領域１０Ａ３間の抵抗Ｒｃは、第１アノード３５Ａ１～第３アノード３５Ａ３が電気的に接続されたｐ型半導体層２３間の抵抗に相当する。
【0029】
この抵抗Ｒｃは高く、例えば、第２アノード３５Ａ２と共通カソード３４との間に電圧を印加して第２の発光領域１０Ａ２を発光させる場合でも、第１の発光領域１０Ａ１及び第３の発光領域１０Ａ３の電圧が立上り電圧値に達しない程度の大きさを有している。
【0030】
ＧａＮ系半導体の場合では、ｐ型半導体のホール移動度が１～３（cm２/ Ｖsec）以下と小さく、また、ｐ型半導体層２３（すなわち、ｐクラッド層２３Ａ及びｐコンタクト層２３Ｂ）の厚さも薄く（０．５μｍ～１μｍ以下）、第１アノード３５Ａ１～第３アノード３５Ａ３の各アノードの周縁から横方向への電流拡散が極めて限定的（ｐ型半導体層２３の厚さ程度以下）である。したがって、電流はほぼアノードの大きさ程度で発光層２２に流れるので、ｐ電極を分割することで、１チップ内において発光領域を分割することが可能となる。換言すれば、第１アノード３５Ａ１～第３アノード３５Ａ３の各々をｐ型半導体層２３の層厚以上離間して設けることによって、各発光領域を独立して駆動することができる。
【0031】
ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３からなる発光半導体層２０Ａの側面には、絶縁膜（ＳｉＯ２）からなる素子保護膜２８Ａが設けられている。また、図２Ｂに示すように、孔部２７Ｈに露出する発光半導体層２０Ａの内壁面にも素子保護膜２８Ａが設けられている。また、図３Ｃに示すように、ｐ電極２５Ａ１、ｐ電極２５Ａ２及びｐ電極２５Ａ３の各電極間にも素子保護膜２８Ａが設けられている。
【0032】
【0033】
支持基板３０は、基材３１と、基材３１の上面に設けられた層間絶縁膜３２とを有している。基材３１は、リン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）などをドープしたシリコン（Ｓｉ）からなる導電性のｎ型シリコン基板である。また、層間絶縁膜３２は、例えばＳｉＯ２からなる。
【0034】
図４Ａ～図４Ｃに示すように、層間絶縁膜３２上には、第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３（ｐ基板電極）が設けられている。第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３は、発光機能層２０のそれぞれｐ電極２５Ａ１、ｐ電極２５Ａ２及びｐ電極２５Ａ３に対応する形状、大きさ及び位置（図３Ａを参照）を有して形成されている。
【0035】
第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３は発光機能層２０との接合領域の外側まで延在し、各々の延在部の端部上には、第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３にそれぞれ接続された第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３（基板配線電極）が設けられている。
【0036】
第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３の各電極間及び各電極の縁部、及び、第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３の各電極の縁部には、絶縁膜である電極保護膜３６が設けられている。したがって、基材３１上において、第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３の各電極は互いに電気的に絶縁されている。
【0037】
【0038】
【0039】
図５Ａに示すように、発光機能層２０Ａのｐ電極２５Ａ１、ｐ電極２５Ａ２及びｐ電極２５Ａ３の各電極は、導電性のｐ側接合層２６によって支持基板３０の第１基板電極３３Ａ１、第２基板電極３３Ａ２及び第３基板電極３３Ａ３に接合される。
【0040】
また、図５Ｂに示すように、発光機能層２０のｎ電極２５Ｂは、ｎ側接合層２７によって支持基板３０の基板電極３３Ｂに接合される。基材３１は導電性であり、基材３１を介して基板電極３３Ｂは共通カソード３４に電気的に接続されている。
【0041】
なお、基材３１には、セラミック等の絶縁性材料を用いることもできる。この場合、図５Ｃに示すように、基材３１を貫通し、基板電極３３Ｂ及び共通カソード３４に導通する貫通電極３９を設ければよい。
【0042】
第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３は発光機能層２０及び支持基板３０の接合領域の外側に設けられ、第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２及び第３アノード３５Ａ３は支持基板３０の上面に露出している。
【0043】
第１アノード３５Ａ１、第２アノード３５Ａ２又は第３アノード３５Ａ３と共通カソード３４との間に電流を流すことによって、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３の各々を個別に駆動することができる。これにより、図２Ｃに示すように、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３からそれぞれ出射光ＬＥ１，ＬＥ２及びＬＥ３が出射される。
【0044】
【0045】
図６Ａに示すように、回路基板４１は、アノード配線４３Ａ１，４３Ａ２及び４３Ａ３とカソード配線４４とを有する。半導体発光素子１０の共通カソード３４は回路基板４１のカソード配線４４上に、例えば錫銀銅（ＳｎＡｇＣｕ）はんだを介して接合され、共通カソード３４は回路基板４１のカソード配線４４に電気的に接続される。
【0046】
図６Ｂに示すように、半導体発光素子１０の回路基板４１への接合後、半導体発光素子１０の第１配線電極３５Ａ１、第２配線電極３５Ａ２及び第３配線電極３５Ａ３は、それぞれ回路基板４１のアノード配線４３Ａ１，４３Ａ２及び４３Ａ３にボンディングワイヤ４５で接続される。以上により、回路基板４１上へ半導体発光素子１０を実装した半導体発光装置５０が得られる。
【0047】
回路基板４１のアノード配線４３Ａ１，４３Ａ２及び４３Ａ３のうちの少なくとも１つとカソード配線４４との間に通電することにより発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３を個別に発光制御することができる。
【0048】
例えば、発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３の面積が同一で、同一電圧を印加する場合、各発光領域への通電又は非通電（ＯＮ／ＯＦＦ）により、１の発光領域の光出力をＬＥとしたとき、半導体発光素子１０の光出力を１×ＬＥ、２×ＬＥ、３×ＬＥとすることができる。また、各発光領域への印加電圧を異ならせることで半導体発光素子１０の光出力を０から３×ＬＥの間で連続的に調整することもできる。
さらに、発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３の面積を異ならせることによっても半導体発光素子１０の光出力を自由に調整することができる。
さらに、発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３の面積を異ならせることによっても半導体発光素子１０の光出力を自由に調整することができる。
【0049】
【0050】
液晶ディスプレイＬＣＤは、第２の実施形態による半導体発光装置６０を有する。すなわち、半導体発光装置６０は液晶ディスプレイの光源パネルとして構成されている。 図７Ｂに示すように、半導体発光装置６０の各画素には、第１の実施形態の半導体発光素子１０が実装されている。すなわち、半導体発光装置６０には半導体発光素子１０がマトリクス状に配されている。
【0051】
また、液晶ディスプレイＬＣＤには、波長変換シート６３及び液晶パネル６５（偏光板を含む）が設けられている。波長変換シート６３は、例えば、量子ドット（ＱＤ：Quantum Dot）波長変換材を用いて構成されている。より詳細には、波長変換シート６３は半導体発光装置６０の半導体発光素子１０の光（例えば、青色光）を白色光に変換する。液晶パネル６５は、波長変換シート６３からの白色光のカラー制御を行う。
【0052】
各画素の半導体発光素子１０の光出力を制御することによりローカルディミングを行うことができる。例えば、各画素の半導体発光素子１０の光出力をアノード３５Ａ１、３５Ａ２及び３５Ａ３と共通カソード３４との間の通電又は非通電（ＯＮ／ＯＦＦ）により、照明領域の明るさを３段階に調整することができる。すなわち、各画素への通電又は非通電のみによってディミング領域ＤＲの減光を容易に行うことができる。
【0053】
したがって、通電又は非通電のみの制御によって、多段階の光出力調整を容易に行うことができる。さらに、アノード３５Ａ１、３５Ａ２及び３５Ａ３と共通カソード３４間の駆動電圧をｎ段階（例えば、ｎ＝５）に調整すれば、３×ｎ（例えば、１５）段階の光出力調整が可能である。
【0054】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態による半導体発光素子７０の上面を模式的に示す図である。半導体発光素子７０においては、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３の面積が互いに異なっている。その他の構成は第１の実施形態の半導体発光素子１０と同一である。
図８は、本発明の第３の実施形態による半導体発光素子７０の上面を模式的に示す図である。半導体発光素子７０においては、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３の面積が互いに異なっている。その他の構成は第１の実施形態の半導体発光素子１０と同一である。
【0055】
具体的には、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３の面積の比が、例えば３：１：２であるように形成されている。なお、上記したように、第１アノード３５Ａ１～第３アノード３５Ａ３の各アノードの周縁から横方向への電流拡散は極めて限定的であるから、発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３の各面積は、ｐ電極２５Ａ１、２５Ａ２及び２５Ａ３の面積によって設定することができる。
【0056】
例えば、発光領域１０Ａ１、１０Ａ２及び１０Ａ３の面積の比を３：１：２とすることで、アノード３５Ａ１、３５Ａ２及び３５Ａ３と共通カソード３４との間の通電又は非通電（ＯＮ／ＯＦＦ）を単に制御することで６段階（１、２、３、１＋３、２＋３、１＋２＋３）に光出力を調整することができる。
【0057】
したがって、通電又は非通電のみの制御によって、多段階の光出力調整を容易に行うことができる。また、駆動電流制御を併用することで、容易に高精度な光出力調整を行うことができる。
【0058】
［第４の実施形態］
図９は、本発明の第４の実施形態による半導体発光素子８０を模式的に示す斜視図である。半導体発光素子８０においては、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３上に、それぞれ第１波長変換部材８１、第２波長変換部材８２及び第３波長変換部材８３が設けられている。
波長変換部材８１、８２及び８３には、量子ドット（ＱＤ）波長変換部材が用いられている。ＱＤ波長変換部材は、粒子径がｎｍオーダー（１ｎｍ～数十ｎｍ）と小さいので、出光面に緻密に塗布でき、励起光の光抜けを抑え、色純度の高い波長変換を可能にする。
図９は、本発明の第４の実施形態による半導体発光素子８０を模式的に示す斜視図である。半導体発光素子８０においては、第１の発光領域１０Ａ１、第２の発光領域１０Ａ２及び第３の発光領域１０Ａ３上に、それぞれ第１波長変換部材８１、第２波長変換部材８２及び第３波長変換部材８３が設けられている。
波長変換部材８１、８２及び８３には、量子ドット（ＱＤ）波長変換部材が用いられている。ＱＤ波長変換部材は、粒子径がｎｍオーダー（１ｎｍ～数十ｎｍ）と小さいので、出光面に緻密に塗布でき、励起光の光抜けを抑え、色純度の高い波長変換を可能にする。
【0059】
ＱＤ波長変換部材は、量子閉じ込め効果を発現する程度の大きさに形成された半導体の粒子を含む部材であり、粒子サイズ又は粒子径を小さくすることでバンドギャップをバルク状態よりも増大させることができる。したがって、波長変換部材８１、８２及び８３の粒子径を異ならせることで変換波長を調整することができる。
【0060】
ＱＤ波長変換部材としては、例えば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）等のＳ系ナノ粒子、ＺｎＴｅ等のＴｅ系ナノ粒子、ＩｎＧａＰ等のＰ系ナノ粒子、Ｚｎ（Ｔｅ、Ｓｅ）等のＳｅ系ナノ粒子、ＺｎＯ等のＯ系ナノ粒子、Ｓｉ系ナノ粒子などが挙げられる。
【0061】
ＱＤ波長変換部材としては、材料コスト、加工容易性、可視域での発光を得られる粒子径の制御性、蛍光量子収率を総合的に勘案すると、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、Ｓｉ等の半導体結晶が好適である。
【0062】
発光装置の薄型化の観点からは、波長変換部材の薄型化のためＱＤ波長変換部材の粒子径を小さくすることが望ましく、加工の容易な単元素系材料、例えばＳｉ系ナノ粒子を適用することが好適である。また、量子ドットはコアシェル型の構造を有していてもよい。
【0063】
各波長変換部材は発光層２２からの出射光の波長を変換し出力する。例えば、第１波長変換部材８１は青色光（Ｂ）を出力し、第２波長変換部材８２は緑色光（Ｇ）を出力し、第３波長変換部材８３は赤色光（Ｒ）を出力する。なお、発光層２２の発光色が青色の場合は、指向特性調整部材を用いることができる。
【0064】
したがって、第４の実施形態の半導体発光素子８０によれば、１つの発光素子内に３つの発光領域を設け、各発光領域からそれぞれ青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）及び赤色（Ｒ）の発光が可能となる。すなわち、１つの発光素子でＲＧＢ発光する発光素子を実現することができる。
【0065】
さらに、半導体発光素子８０は、各色で発光する発光領域が隣接して設けられているので、視差による色ズレを低減でき、色ズレのない可視光発光を実現することができる。
【0066】
なお、波長変換部材８１、８２及び８３に代えて、指向特性調整部材、拡散板（散乱板）やプリズムレンズなどの光学部材を設けてもよい。出射光の指向特性、配光特性、均一性を調整することができる。
【0067】
また、半導体発光素子８０の３色の組合せはＲＧＢに限らず、高演色性の白色（ＷＷ）、シアン色（Ｃ）及び赤色（Ｒ）などの組合せであってもよい。あるいは、少なくとも４つの発光領域を設け、ＲＲＧＢなどの組合せの発光素子とすることもできる。１チップで高演色性のフルカラー出力が可能なマルチセグメント型の半導体発光素子を提供することができる。
【0068】
（変形例）
図１０は、第４の実施形態による半導体発光素子８０の変形例である半導体発光素子８５を模式的に示す斜視図である。
図１０は、第４の実施形態による半導体発光素子８０の変形例である半導体発光素子８５を模式的に示す斜視図である。
【0069】
第４の実施形態の半導体発光素子８５は、第３の実施形態の半導体発光素子８０の波長変換部材８１、８２及び８３間の間隙及び周囲に遮光マスク８７を設けている。したがって、各発光領域からの出射光の僅かな色混ざりやクロストークをも防止することができる。
【0070】
遮光マスクとしては、カーボンブラックをシリコーン樹脂に添加したブラックマスク、酸化チタンをシリコーン樹脂シリコーン樹脂に添加したホワイトマスクなどを用いることができる。
【0071】
また、支持基板３０の基材３１が可視光を吸収する素材（例えば、シリコン）の場合には、支持基板３０の側面に誘電体多層反射膜８８を設けてもよい。吸収による光出力低下を抑制することができる。
【0072】
なお、波長変換部材８１、８２及び８３上に、拡散板（散乱板）やプリズムレンズなどの光学部材を設け、配光特性、均一性を調整することができる。
【0073】
【0074】
半導体発光装置９０は、第４の実施形態の半導体発光素子８０と、半導体発光素子８０が実装された装置基板９１とを有する。装置基板９１上には、アノード配線９３Ａ１，９３Ａ２及び９３Ａ３とカソード配線９３Ｂとが設けられている。
【0075】
また、装置基板９１の裏面には、第１実装電極９６Ａ１、第２実装電極９６Ａ２及び第３実装電極９６Ａ３と共通実装電極９６Ｂとが設けられている。第１実装電極９６Ａ１、第２実装電極９６Ａ２及び第３実装電極９６Ａ３は、ビア電極９５Ａ１、９５Ａ２及び９５Ａ３でアノード配線９３Ａ１，９３Ａ２及び９３Ａ３にそれぞれ接続され、共通実装電極９６Ｂはビア電極９５Ｂでカソード配線９３Ｂに接続されている。
【0076】
半導体発光素子８０は、カソード配線９３Ｂの載置領域上に接合部材によって実装され、半導体発光素子８０の共通カソード３４はカソード配線９３Ｂに電気的に接続されている。半導体発光素子８０のアノード３５Ａ１、３５Ａ２及び３５Ａ３は、ボンディングワイヤＢＷによって、それぞれアノード配線９３Ａ１，９３Ａ２及び９３Ａ３に接続されている。
【0077】
また、カソード配線９３Ｂ上には保護素子９７が実装され、保護素子９７の一方の端子はカソード配線９３Ｂに接続されている。保護素子９７の他方の端子はボンディングワイヤＢＷによってアノード配線９３Ａ２の延長部９３ＥＸに接続されている。保護素子９７としてはツェナーダイオード又はバリスタなどを用いることができるが、これに限定されない。
【0078】
半導体発光素子８０の発光半導体層２０Ａは分割されていないので、アノード配線９３Ａ１，９３Ａ２及び９３Ａ３の１つ（本実施形態では、中央のアノード配線９３Ａ２）とカソード配線９３Ｂとの間に１つの保護素子９７を設けることによって、発光素子全体の保護を行うことができる。
【0079】
すなわち、アノード配線９３Ａ２に隣接するアノード配線９３Ａ１又は９３Ａ３とカソード配線９３Ｂ間に異常電流が流れても、発光半導体層２０Ａのｐ型半導体層２３を介して異常電流はアノード配線９３Ａ２を流れるので、半導体発光素子８０は異常電流から保護される。
【0080】
したがって、半導体発光装置９０においては、保護素子を設けた発光領域に隣接する発光領域の保護素子を省略することができる。
【0081】
また、半導体発光装置９０は、半導体発光素子８０を含む装置基板９１の上面全体を覆う封止部材９８が設けられている。封止部材９８には、半導体発光素子８０からの光を拡散する拡散剤が含まれていてもよい。
【0082】
なお、半導体発光装置９０の上方にのみ出光させたい場合は、装置基板９１の周縁に半導体発光素子８０、封止部材９８を包含するように遮光性の枠体を設けることもできる。
【0083】
以上、詳細に説明したように、本発明の半導体発光装置によれば、簡便な１チップ構造を有し、多段階の光出力調整が容易で、また、１チップでフルカラー出力が可能なマルチセグメント型の半導体発光素子及び半導体発光装置を提供することができる。
【0084】
なお、上記した実施形態は適宜組み合わせて実施することができる。例えば、第２の実施形態においては、半導体発光素子１０をマトリクス状に配した半導体発光装置について説明したが、フルカラー出力の半導体発光素子８０（第４の実施形態）をマトリクス状に配した半導体発光装置を構成してもよい。
【符号の説明】
【0085】
１０，７０，８０：半導体発光素子
２０：発光機能層
２１：ｎ型半導体層、
２２：発光層２２
２３：ｐ型半導体層
２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ａ３：ｐオーミック電極（素子電極）
２５Ｂ：ｎオーミック電極（素子電極）
２６：ｐ側接合層
２７：ｎ側接合層
３０：支持基板
３１：基材（基板）
３２：層間絶縁膜
３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３：基板電極（ｐ電極）
３３Ｂ：基板電極（ｎ電極）
３４：共通カソード（基板配線電極）
３５Ａ１，３５Ａ２，３５Ａ３：アノード（基板配線電極）
３６：電極保護膜
５０，６０，９０：半導体発光装置
８１，８２，８３：波長変換部材
８７：遮光マスク
９３Ａ１，９３Ａ２，９３Ａ３：アノード配線
９３Ｂ：カソード配線
９６Ａ１，９６Ａ２，９６Ａ３：実装電極（ｐ電極）
９６Ｂ：共通実装電極（ｎ電極）
９７：保護素子
９８：封止部材
２０：発光機能層
２１：ｎ型半導体層、
２２：発光層２２
２３：ｐ型半導体層
２５Ａ１，２５Ａ２，２５Ａ３：ｐオーミック電極（素子電極）
２５Ｂ：ｎオーミック電極（素子電極）
２６：ｐ側接合層
２７：ｎ側接合層
３０：支持基板
３１：基材（基板）
３２：層間絶縁膜
３３Ａ１，３３Ａ２，３３Ａ３：基板電極（ｐ電極）
３３Ｂ：基板電極（ｎ電極）
３４：共通カソード（基板配線電極）
３５Ａ１，３５Ａ２，３５Ａ３：アノード（基板配線電極）
３６：電極保護膜
５０，６０，９０：半導体発光装置
８１，８２，８３：波長変換部材
８７：遮光マスク
９３Ａ１，９３Ａ２，９３Ａ３：アノード配線
９３Ｂ：カソード配線
９６Ａ１，９６Ａ２，９６Ａ３：実装電極（ｐ電極）
９６Ｂ：共通実装電極（ｎ電極）
９７：保護素子
９８：封止部材
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】