JP2004071644A

JP2004071644A - 窒化物半導体発光素子

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Publication number: JP2004071644A
Application number: JP2002225043A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kususe; 楠瀬　健; Takahiko Sakamoto; 坂本　貴彦
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP3912219B2

Abstract

【課題】発光効率が高くかつ光の出射効率が高い窒化物半導体発光素子を提供する。
【解決手段】基板上に、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が積層されてなる積層部を有し、その積層部で発光する窒化物半導体発光素子において、積層部の側面は、ｎ型半導体層の表面を含む傾斜面であり、そのｎ型半導体層の表面にｎ電極が形成されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子、特に窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光ダイオードが、紫外域、青色等の比較的短い波長域を中心に広く用いられるようになって来ている。この窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移であり発光効率が高いことからもその適用範囲が拡大している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、窒化ガリウム系化合物半導体は通常、絶縁基板であるサフアイア基板の上に成長されることに起因して、従来の窒化物半導体発光素子には以下のような課題があった。
第１に、サファイア基板が絶縁体であるために、ｎ側の電極とｐ側の電極をいずれも、サファイア基板上の窒化ガリウム半導体の上に形成する必要があり、特にｎ側の電極部分は、非発光領域となり、発光領域から生じた光が、ＧａＮ層を横方向に伝播する際の多重反射により吸収され、取り出し効率を低下させるという問題点があった。
第２に、発光した光は基板面に対して通常は垂直方向に取り出すように構成されるが、発光ダイオードの側面から出射される光の割合が比較的高く、発光した光を効果的に利用することができないという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、ｎ側電極下部での多重反射をなくし、ｎ側の電極による吸収を低減し、取り出し効率の高い窒化物半導体発光素子を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は発光した光を効果的に利用することができる窒化物半導体発光素子を提供することを第２の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
以上の従来の問題点を解決するために、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が積層されてなる積層部を有し、その積層部で発光する窒化物半導体発光素子において、
上記積層部の側面は、上記ｎ型半導体層の表面を含む傾斜面であり、そのｎ型半導体層の表面にｎ電極が形成されたことを特徴とする。
以上のように構成された窒化物半導体発光素子は、光の出射効率を高くできる。
【０００６】
本発明に係る窒化物半導体発光素子では、上記ｎ電極は上記積層部を囲むように形成されていることが好ましい。
【０００７】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子では、上記ｎ電極を上記基板の側面から上記基板の下面にも連続して形成することができる。このようにすると、ｐ側オーミック電極を透光性電極としてその透光性電極を介して光を出射させる場合に、上記基板の側面及び上記基板の下面で反射した光も透光性電極を介して出力できるので、光の取り出し効率を高くできる。
【０００８】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子では、上記発光領域となる積層部を複数形成することもでき、これにより、大面積でかつ発光効率の高い窒化物半導体発光素子を構成できる。
【０００９】
上記積層部を複数形成した窒化物半導体発光素子では、上記各積層部に形成されたｎ電極を互いに接続して共通電極として形成することができる。
これにより、上記発光領域である積層部を容易に並列接続することが可能となる。
また、上記積層部を複数形成した窒化物半導体発光素子では、上記ｎ電極を互いに接続して共通電極として形成するとともに、上記各積層部において形成された上記ｐ型半導体層とオーミック接触するｐ側オーミック電極を互いに接続することもできる。
これにより、上記発光領域である積層部が素子上で並列接続された窒化物半導体発光素子を提供できる。
【００１０】
また、本発明に係る窒化物半導体発光素子において、基板側から光を出力するように構成する場合には、光の出射効率を高くするために、上記積層部を覆うように反射層を形成することが好ましい。
【００１１】
また、上記窒化物半導体発光素子において、上記金属層は、上記積層部のｐ型半導体層にそれぞれ形成されたｐオーミック電極を接続する接続電極により構成することができる。
【００１２】
本発明に係る窒化物半導体発光素子において、上記反射層は上記積層部を覆うように絶縁膜を介して金属層を形成することにより形成してもよいし、誘電体多層膜により構成するようにしても良い。
【００１３】
本発明に係る窒化物半導体発光素子において、上記傾斜側面は、外側に膨らんだ凸曲面とすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の窒化物半導体発光素子について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体発光素子は、図１及び図２に示すように、発光領域を構成する積層部１０の側面を内側に傾斜した傾斜面１０ａとし、その傾斜面１０ａに露出したｎ型コンタクト層１２とオーミック接触するようにｎ電極２１を形成することにより構成されている。
【００１５】
実施の形態１の窒化物半導体発光素子において、積層部１０は、図２に示すように、サファイア基板１上に、バッファ層１１、ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、ｐ型クラッド層１５及びｐ型コンタクト層１６を順次成長させて積層構造を形成し、図１に示す平面形状（略矩形形状において、１つの隅部が円弧状に切り欠かれた形状）になるようにエッチングすることにより形成される。
【００１６】
積層部１０を構成する各層は例えば次のようなもので形成する。
バッファ層１１：４００℃〜６００℃の低温で成長されたＧａＮ又はＡｌＧａＮ層、
ｎ型コンタクト層１２：ＳｉドープのＧａＮ（例えば、厚さ６μｍ）、
ｎ型クラッド層１３：ｎ型ＡｌＧａＮ、
発光層１４：ノンドープのＩｎＧａＮ井戸層を含む（例えば、厚さ約３０Å）単一又は多重量子井戸構造、
ｐ型クラッド層１５：ｐ型ＡｌＧａＮ、
ｐ型コンタクト層１６：ＭｇがドープされたＧａＮ（例えば、厚さ約１２００Å）。
【００１７】
また、本実施の形態１において、積層部１０を形成するためのエッチングは、サファイヤの表面が露出するまで行い、積層部１０が円弧状に切り欠かれた１つの隅部にｎ電極２１を形成するためにサファィヤ基板表面を露出させる。尚、本実施の形態１では、ｎ電極２１を形成するために露出されたサファイア基板の表面と連続して積層部１０の周りを取り囲むようにサファィヤ基板の表面が露出される。
【００１８】
本実施の形態１において、ｎ電極２１は、図１及び図２に示すように、積層部１０の１つの隅部に露出させたサファィヤ基板１の表面から積層部１０の傾斜面１０ａに亙って連続して形成し、傾斜面１０ａに露出したｎ型コンタクト層１２とオーミック接触する。
また、ｐ側の電極は全面電極３１とｐパッド電極３２とからなり、全面電極３１は積層部１０の最上層に位置するｐ型コンタクト層１６の表面のほぼ全面に形成され、ｐパッド電極３２は全面電極３１上のｎ側電極２１と対角をなす位置（他方の隅部）に形成される。
【００１９】
以上のように構成された実施の形態１の窒化物半導体発光素子は、ｎ電極２１による光の吸収を極めて少なくできるので、効率良く光を出力できる。
すなわち、図２１に示す従来の構造では、基板１とｎ電極５２１の間に存在するｎ型コンタクト層５１２に発光領域で発光した光が漏れ出して導波し、基板１の上面とｎ電極１２１の裏面により繰り返して反射される間に（図２１において、Ｙ１００の符号を付して模式的に示す）、大部分の光がｎ電極１２１によって吸収されて結局外部に取り出すことができないという問題があった。しかしながら、本発明では、傾斜側面１０ａに露出されたｎ型コンタクト層１２の表面でｎ電極をオーミック接触させることにより、ｎ型コンタクト層１２において光が導波する部分を無くし（図２において、Ｙ１の符号を付して模式的に示す）、従来の問題点を解決している。
また、発光した光を基板側から出射させる場合に、積層部１０の傾斜側面１０ａで反射した光も基板を介して出力することができ、出射効率を向上させることができる。
【００２０】
また、発光した光を基板側から出射させる場合に、傾斜側面１０ａで効果的に反射させるためには、傾斜側面１０ａには通常ＳｉＯ２保護膜が形成されていることを考慮すると、傾斜側面１０ａの傾斜角αを６０度以下に設定することが好ましく、４５度以下に設定することがより好ましい。
この傾斜角αは本明細書では、図２２に示すように定義し、その好ましい範囲は、臨界角θｃがｓｉｎθｃ＝ｎ_Ｓ／ｎ_Ｇ（ｎ_Ｇ：活性層の屈折率、ｎ_Ｓ：ＳｉＯ２保護膜の屈折率）で与えられることから、求めることができる。
例えば、波長３８０ｎｍの光を発光する素子の場合、波長３８０ｎｍの光に対するＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮの屈折率は、ｘの値が１〜０の範囲であるとすると２．１５〜２．８０である。この時、臨界角θｃが最も小さくなるのは、屈折率が２．８０の場合であり、この時の臨界角θｃは約３０°である。
従って、臨界角θｃを３０°以上、すなわち、傾斜角αを６０°以下に設定すると、少なくとも半導体層に平行に伝播される最も強い光は全反射されることになる。
以上のように傾斜角αを６０°以下に設定すると半導体層と平行に伝播される最も強い光は全反射されて取り出し効率を向上させることができる。しかしながら、層内を伝播される光には半導体層に平行でない光もあり、それらも効果的に全反射させるためには、傾斜角αを４５度以下に設定することがさらに好ましい。
また、傾斜側面１０ａにｎ電極を形成することを考慮した場合における、傾斜側面１０ａの傾斜長Ｌの上から見た投影長Ｗは、１０μｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
以上の説明では、１つの隅部において、ｎ電極２１とｎ型コンタクト層１２とがオーミック接触するように形成した例について説明したが、本実施の形態１では、図３及び図４に示すように、ｎ電極２２は積層部１０を囲むように形成することが好ましい。このようにすると、発光領域全体に均一に電流を注入することができ、効率良く発光させることができる。
【００２２】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体発光素子は、図５に示すように、発光領域を構成する積層部１１０の形状を円形にしたものである。本実施の形態２の窒化物半導体発光素子において、ｎ電極２３が積層部１１０の内側に傾斜した側面である傾斜面１１０ａに露出したｎ型コンタクト層１２とオーミック接触するように形成されている点は、実施の形態１と同様である。
【００２３】
また、実施の形態２の窒化物半導体発光素子において、積層部１１０の積層構造（半導体層の構成）は実施の形態１の発光素子と同様であり、積層部１１０を形成するためのエッチングは、サファイヤの表面が露出するまで行う。
実施の形態２において、ｐ側の電極は全面電極３３とｐパッド電極３４とからなり、全面電極３３は積層部１１０の最上層に位置するｐ型コンタクト層１６の円形表面のほぼ全面に形成され、ｐパッド電極３４は全面電極３３中央部に形成される。
ここで、全面電極３３、ｐパッド電極３４及び円形の積層部１１０は中心が一致するように同心円状に形成される。
【００２４】
以上のように構成された実施の形態２の窒化物半導体発光素子は、実施の形態１の発光素子と同様の作用効果を有する。
すなわち、ｎ電極２３による光の吸収を極めて少なくでき、効率良く光を出力できるとともに、積層部１１０の傾斜側面１１０ａで反射した光も基板を介して出力することができ、出射効率を向上させることができる。
さらに、本実施の形態２では、図５から明らかなように、ｎ電極２３は積層部１１０を囲むように形成しているので、発光領域全体に均一に電流を注入することができ、効率良く発光させることができる。
【００２５】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の窒化物半導体発光素子は、図６、図７に示すように、発光領域を構成する積層部１１０の形状を円形にしたものであるが、本実施の形態２の窒化物半導体発光素子とは、以下の点が異なる。
すなわち、実施の形態３の窒化物半導体発光素子では、ｐ型コンタクト層の表面に透光性を有する透光性オーミック電極３３ａを形成し、その上にｐパッド電極３４を形成している。
また、実施の形態３の窒化物半導体発光素子では、図７に示すように、傾斜側面１１０ａでｎ型コンタクト層とオーミック接触するｎ電極２４を基板１の側面及び裏面に連続して形成している。
この実施の形態３において、透光性オーミック電極３３ａとｎ電極２４以外は、実施の形態２と同様に構成される。
【００２６】
以上のように構成された実施の形態３の窒化物半導体発光素子は、積層部１１０で発光した光を透光性オーミック電極３３ａを介して出力することができ、以下のような効果を有する。
すなわち、ｎ電極２４による光の吸収を極めて少なくでき、効率良く光を出力でき、基板の側面及び裏面に形成されたｎ電極２４により光を反射して透光性オーミック電極３３ａを介して出力できるので、出射効率を向上させることができる。
また、本実施の形態３では、図６から明らかなように、ｎ電極２４を積層部１１０を囲むように形成しているので、発光領域全体に均一に電流を注入することができ、効率良く発光させることができる。
【００２７】
以上の実施の形態３の窒化物半導体発光素子では、ｎ電極２４により基板全体が覆われるように構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、図８に示すように、ｎ電極２５と基板１を覆う電極２６とを別の金属で構成してもよい。
以上のように構成しても実施の形態３と同様の作用効果が得られ、さらに以下のような効果がある。
すなわち、ｎ電極２５はｎ型コンタクト層と良好なオーミック接触が得られる金属から選択して構成し、基板１を覆う電極２６には、その機能に応じて適切な金属材料を選択して構成することができる。
具体的には、基板１の裏面をはんだ付けにより実装する場合には、電極２６の材料としてはんだ耐熱性の優れた材料を選択したり、光の反射を重視する場合には反射率の高い金属を選択して用いることができる。
【００２８】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の窒化物半導体発光素子は、図９に示すように、発光領域を構成する積層部１１１の形状を矩形にしたものである。
すなわち、実施の形態３の窒化物半導体発光素子では、ｐ型コンタクト層の表面に全面電極３５を形成し、その上にｐパッド電極３６を形成している。
また、図９に示すように、矩形の積層部１１１の傾斜側面１１１ａでｎ型コンタクト層とオーミック接触するｎ電極２７を基板の表面とｎ型コンタクト層（傾斜側面１１１ａに露出したもの）とに亙って形成している。
尚、実施の形態４において、積層部の積層構造は実施の形態１〜３と同様に構成される。
【００２９】
以上のように構成された実施の形態４の窒化物半導体発光素子は、実施の形態１〜３と同様の作用効果を有する。
また、図９の窒化物半導体発光素子では、ｎ電極２７は積層部１１１の一辺でｎコンタクト層に接触するように形成したが、本実施の形態４では、図１０に示すように、積層部１１１の外周全体でｎコンタクト層とオーミック接触するようにｎ電極２８を形成することもでき、これにより、発光領域全体に均一に電流を注入することができ、効率良く発光させることができる。
【００３０】
実施の形態５．
実施の形態５の窒化物半導体発光素子は、図１１，図１２に示すように、複数（図１１，１２では１８個）の積層部２１０を備えた発光面積の大きい発光素子であって、素子全体の面積に占める発光領域の面積を大きくでき、発光領域全体を均一に発光させることができるという特徴を有する。
図１１は主としてｎ電極２２１の形態を示すために、ｐ側ボンディング電極２５１及びｐ側接続電極２６１を省いて示す平面図であり、図１２はｐ側ボンディング電極２５１及びｐ側接続電極２６１を省略せずに示す平面図である。また、図１３は、図１２のＤ−Ｄ’線についての断面図である。
【００３１】
このように、発光領域を複数の部分に分割して形成するのは、大面積の発光領域を分割することなく１つの大きな領域として形成した場合に生じる、電極から離れた部分で電流が低下して発光効率が悪くなるという問題を解決するためである。しかしながら、発光領域を複数の部分に分割して形成した場合には、各発光領域間を接続する電極面積が大きくなり、いかにして発光領域の面積を確保するかが課題となる。また、図２１に示す構造の従来の素子を複数個並べた場合には、ｎ型コンタクト層を光が導波して反射を繰り返すうちにｎ電極により吸収される光により発光効率が低下する。しかしながら、本実施の形態５の窒化物半導体発光素子では、第１に各積層部の傾斜した側面にｎ型コンタクト層とオーミック接触するｎ電極を形成することにより、ｎ電極が必要とする面積を小さくして発光領域の面積を確保し、かつｎ電極による光の吸収を防止している。
【００３２】
また、本実施の形態５の窒化物半導体発光素子では、ｐ側の全面電極による吸収も従来例に比較して抑えることができる。
すなわち、大面積の発光領域を分割することなく１つの大きな領域として形成した従来例では、図２３（ｂ）に示すように、臨界角以上でｐ側の全面電極に入射された光は、ｐ側の全面電極７３１と、基板１と半導体層との間の境界の間で反射を繰り返すうちに、かなりの部分がｐ側の全面電極により吸収される。
また、発光領域を複数の部分に分割して形成した場合であっても、分割された発光領域が傾斜した側面を有していない場合には、図２３（ｃ）に示すように、臨界角以上でｐ側の全面電極７３１に入射された光が基板に略垂直な側面から出射されて隣接する発光領域に再入射される確率が高くなる。そのためにｐ側の全面電極により吸収される率が高くなる。
これに対して、本実施の形態５の窒化物半導体発光素子は、各発光領域が傾斜側面を有しているので、基板側から発光させる場合には、図２３（ａ）においてＡ２の符号を付して示す光のように、また、電極側から発光させる場合には、図２３（ａ）においてＡ３の符号を付して示す光のように、隣接する発光領域に再入射されることなく（隣接する発光領域に再入射される確率を低くできる）、外部に出射される。これにより、ｐ側の全面電極３１で吸収される率を低くできる。
【００３３】
また、実施の形態５の窒化物半導体発光素子では、発光領域を構成する積層部２１０の形状を六角形とし、その複数の積層部２１０は積層部間の面積が最も小さくなるように配列される（図１１，１２）。本実施の形態５において、隣接する積層部２１０間は基板の表面までエッチングされており（図１３）、複数の積層部２１０はそれぞれ完全に分離されている。尚、隣接する積層部２１０間の間隔は、例えば、１０μｍに設定される。
また、実施の形態５において、各積層部２１０の側面は、実施の形態１等と同様に全て傾斜面２１０ａであり、その傾斜面２１０ａに露出されたｎ型コンタクト層にオーミック接触するようにｎ電極２２１が形成される。
実施の形態５において、ｎ電極２２１は図１１に示すように全ての積層部２１０を取り囲むように一体として形成される。
【００３４】
実施の形態５において、各積層部２１０のｐ型コンタクト層のほぼ全面に全面電極２３１が形成され、その中央部にｐパッド電極２３２が形成される。そして、ｐパッド電極２３２上に開口部を有する絶縁膜２７１が素子全体を覆うように形成され、その絶縁膜２７１上にｐパッド電極２３２を互いに接続する接続電極２６１（一端がｐ側ボンディング部に接続）が形成される。尚、絶縁膜２７１はｎ電極２２１のうちボンディング部２４１を開口させる開口部も有している。
【００３５】
以上のように構成された実施の形態５の窒化物半導体発光素子は、発光領域である積層部２１０の形状を六角形とし、その積層部２１０間の面積が最も小さくなるように配列し、かつ各積層部２１０の傾斜した傾斜側面にｎ電極を形成することにより、発光領域の面積が大きくなるように構成している。
これにより、発光領域を効果的に発光させることができる適切な大きさの複数の部分に分割し、かつｎ電極を形成するために必要となる面積を抑制することが可能となる。従って、発光領域の面積を低下させることなく、かつ各発光領域を効率よく発光させることができ、高い輝度を有する大面積の発光素子を構成できる。
【００３６】
実施の形態５の窒化物半導体発光素子は、基板側から光を出射するようにしても良いし、全面電極２３１を透明電極とすることにより半導体側から光を出射するようにしても良い。いずれの場合についても、発光層で発光した光は基板側とｐ型半導体側の両方に伝播されるので、出射側とは反対側に反射膜を形成することが好ましく、これにより出射効率を向上させることができる。
【００３７】
図１４は、本実施の形態５の窒化物半導体発光素子において、接続電極２６１間を更に接続する第２接続電極２６２を形成したものである。この第２接続電極２６２はｐ側ボンディング部２５１から離れた位置にある積層部２１０における電流注入量が低下するのを防止するために形成するものであり、各積層部の発光強度を均一化するものである。
しかしながら、半導体層側から光を出射させる場合には、この第２接続電極２６２が光を遮ることになるので、本構成は基板側から光を出射する場合に特に適している。
【００３８】
図１５は、半導体層側から光を出射させる場合に適した接続電極の例を示すものである。本例では、ｐ側ボンディング部２５１に接続された第１接続電極２６３を積層部２１０の間のｎ電極上に絶縁膜を介してｎ電極と導通しないようにして形成する。この第１接続電極２６３は積層部上には形成されないので、積層部で発光した光を遮ることはない。そして、各積層部２１０のｐパッド電極と第１接続電極２６３の間は第２接続電極２６４により接続される。ここで、１つのｐパッド電極２３２と第１接続電極２６３の間は、１つの第２接続電極２６４で接続されている。
【００３９】
図１６は、基板側から光を出射する場合の電極構造のより好ましい例を示したものである。
すなわち、図１６の窒化物半導体発光素子では、実施の形態５（図１２）の接続電極２６１（ｐ側ボンディング部を含む）に替えて、絶縁膜２７１の上から複数の積層部を全て覆う電極層２６５を形成している。
このようにすると、各積層部の上面、特に傾斜側面からの光の漏れを防止でき（各積層部の上面及び傾斜側面で反射させることができ）、基板側から効率良く光を出射できる。
【００４０】
以上の実施の形態５の窒化物半導体発光素子では、各積層部２１０を六角形に形成した例により示したが、四角形又は円形等の他の形状であってもよい。
図２４は、積層部４１０を四角形にした具体例を示す平面図である。本例では、ｐ側ボンディング部４５１を２つの隅部に形成された積層部４１０上にそれぞれ設け、そのｐ側ボンディング部４５１に接続された接続電極４６１により、積層部４１０のｐパッド電極間が接続される。尚、接続電極４６１は、積層部４１０の間のｎ電極上に絶縁膜を介してｎ電極と導通しないようにして形成される。
また、ｎ電極４２１は、全ての積層部４１０を取り囲むように一体として形成し、各積層部４１０の傾斜面４１０ａに露出されたｎ型コンタクト層とオーミック接触するように形成され、その一部にｎパッド電極４４１が形成される。
【００４１】
実施の形態６．
図１７は実施の形態６の窒化物半導体発光素子の全体構成を示す平面図であり、図１８は１つの積層部３１０を拡大して示す平面図である。また、図１９（ａ）は図１８のＥ−Ｅ’線についての断面図であり、図１９（ｂ）は図１８のＦ−Ｆ’線についての断面図である。
実施の形態６の窒化物半導体発光素子において、積層部３１０はそれぞれ円形形状に形成され、その中心が縦横とも１つの直線上に位置するように基板上に配列される。また、各積層部３１０の積層構造は他の実施の形態と同様であり、その外周側面は内側に傾いた傾斜面（外周傾斜面３１０ａ）とされ、その断面形状は、図１９（ａ）（ｂ）に示すように、上面を上底とする台形である。
【００４２】
各積層部３１０において、ｎオーミック電極３２１ａは外周傾斜面３１０ａに露出されたｎ側コンタクト層とオーミック接触するように外周傾斜面３１０ａの全周に形成される。また、積層部３１０の間の基板上にはそれぞれｎ接続パッド３２１ｂが形成され、各積層部３１０に形成されたｎオーミック電極３２１ａは隣接する４つのｎ接続パッド３２１ｂと接続される。
すなわち、実施の形態６の窒化物半導体発光素子において、ｎ電極３２１はｎオーミック電極３２１ａとｎ接続パッド３２１ｂとからなる。
また、各積層部３１０の上面（ｐコンタクト層の上面）のほぼ全面に、全面電極３３１が形成され、その全面電極３３１の中央部に円形のｐパッド電極３３２が形成される。
【００４３】
以上のように、ｎオーミック電極３２１ａ、ｎ接続パッド電極３２１ｂ、全面電極３３１及びｐパッド電極３３２を形成した後、接続パッド電極３２１ｂとその周辺及びｐパッド電極３３２の上面を除いて素子全体を覆う絶縁膜３７１を形成して、各積層部３１０のｐパッド電極３３２を互いに接続するｐ側接続電極３６１を形成する。尚、ｐ側接続電極３６１は、ｐパッド電極３３２上に接続されたパッド接続部３６１ｂとそのパッド接続部３６１ｂ間を接続する接続部３６１とからなる。
【００４４】
以上のように構成された実施の形態６の窒化物半導体発光素子は、実施の形態１と同様、電極による吸収を防止でき、発光した光の取り出し効率を高くできる。
実施の形態６の窒化物半導体発光素子における光の取り出し効率を確認するために以下の比較検討を行った。
【００４５】
まず、本実施の形態６の窒化物半導体発光素子として、図２５の平面図に示す積層部３１０を９個（３×３個）形成した素子を作製し、積層部３１０が１つの場合の発光素子（図２８の平面図に示す）と取り出し効率の比較を行った。
取り出し効率の測定は、図３０に示すように、マイナス側端子と一体で構成されたカップ内に発光素子をダイボンディングし、ｎパッド電極とマイナス側端子Ｔ２とをボンディングワイヤーＷ２１で接続し、ｐパッド電極とプラス側端子Ｔ１とをボンディングワイヤーＷ３２で接続して、発光光量に対する外部に取り出される光量を測定した。
【００４６】
その結果、９個の積層部３１０を形成した実施の形態６の素子（図２５）の取り出し効率は、積層部３１０が１つの場合の発光素子（図２８）の取り出し効率を１００とした場合、８６％であった。
これに対して、比較例として作製した図２６に示す発光素子（９個の積層部を形成した素子）の取り出し効率は、図２９（ａ）に示す１つの積層部を備えた発光素子の取り出し効率を１００とした場合、７１％であった。
尚、積層部３１０が１つの場合の発光素子（図２８）の取り出し効率と、図２９（ａ）に示す１つの積層部を備えた発光素子の取り出し効率とはほぼ等しいものであった。
【００４７】
ここで、比較例の発光素子において、各積層部は実施の形態６と同様の積層構造を有し、その平面形状は略矩形に形成されている。また、ｎ電極５２１は、各積層部の１つの隅部において、ｎ型コンタクト層の表面を露出させ、その露出させた表面に形成されている。さらに、ｐオーミック電極５３１はｐ型コンタクト層のほぼ全面に形成され、ｐオーミック電極５３１上のｎ電極５２１と対角をなす位置にｐパッド電極５３２が形成されている。尚、図２６に示す素子では、隣接する積層部の間はサファイア基板が露出されるまでエッチングされて、隣接する積層部の間は完全に分離されている。また、各積層部の側面は、サファイア基板の上面に対してほぼ垂直に形成されている。
【００４８】
以上のように、複数の積層部を備えた実施の形態６の窒化物半導体発光素子は、同じく集合状態の比較例の窒化物半導体発光素子に比較して、取り出し効率を高くできることが確認された。
【００４９】
また、図２７は異なる比較例として作製した素子であって、図２６に示す比較例の発光素子において、隣接する積層部間においてサファイア基板が露出するまでエッチングせずに、ｎ型コンタクト層を残すようにしたものである。この図２７の比較例の素子の取り出し効率は、図２９（ｂ）に示す１つの積層部を備えた発光素子の取り出し効率を１００とした場合、６８％であった。
尚、図２９（ａ）の素子の取り出し効率と、図２９（ｂ）の素子の取り出し効率とはほぼ等しいものであった。
以上のように、複数の積層部を備えた比較例の発光素子は、いずれも実施の形態６の発光素子より取り出し効率が悪いものであった。
【００５０】
また、実施の形態６の窒化物半導体発光素子は、実施の形態５の発光素子と同様の作用効果を有し、さらに以下のような特徴を有する。
すなわち、ウエハ上に各積層部を形成した後に、要求に応じて必要な個数の積層部３１０を含む任意の大きさの素子に分割することができるので、同一のパターンにより任意の大きさの素子を作製することが可能となる。
尚、この場合、いずれかの位置にあるｎ接続パッド電極３２１ｂとパッド接続部３６１ｂとをボンディング電極として用いることができる。
【００５１】
以上の各実施の形態の窒化物半導体発光素子は、上述したように、基板側から光を出力するようにも構成できるし、また、半導体側から光を出力するようにも構成できる。いずれの場合についても、光を出射する方向の反対側の面には、反射層を形成することが好ましい。図７、図８及び図１６に示す構造の場合にはそれぞれ、ｎ電極２４、電極２６又は電極２６５を反射層として機能させることができることは上述した通りであるが、他の構成の場合には、反射層を別途設けることが好ましい。この反射層は、反射率の高い金属を用いて構成することもできるし、誘電体多層膜を用いて構成することもできる。誘電体多層膜を用いる場合には、例えば、図１３の絶縁層２７１を誘電体多層膜により構成することにより、絶縁機能に加え、反射機能を持たせるようにしても良い。
【００５２】
実施の形態７．
図３１は実施の形態７の窒化物半導体発光素子の全体構成を示す平面図である。実施の形態７の窒化物半導体発光素子において、積層部３１０はそれぞれ円形形状に形成され、その中心が単位格子が六角形の格子点に位置するように基板上に配置される。また、各積層部６１０の積層構造は他の実施の形態と同様であり、その外周側面は内側に傾いた傾斜面とされている。
【００５３】
各積層部６１０において、ｎオーミック電極６２１ａは外周傾斜面に露出されたｎ側コンタクト層とオーミック接触するように外周傾斜面の全周に形成される。また、６つの積層部６１０に囲まれた各六角形格子の中心には、それぞれｎ接続パッド６２１ｂが形成され、各積層部６１０に形成されたｎオーミック電極６２１ａは隣接する３つのｎ接続パッド６２１ｂと接続される。
すなわち、実施の形態７の窒化物半導体発光素子において、ｎ電極はｎオーミック電極６２１ａとｎ接続パッド６２１ｂとからなる。
また、各積層部６１０の上面（ｐコンタクト層の上面）のほぼ全面に、全面電極が形成され、その全面電極の中央部に円形のｐパッド電極６３２が形成され、各積層部６１０のｐパッド電極６３２はｐ側接続電極３６１により互いに接続される。
【００５４】
尚、ｎオーミック電極６２１ａ、ｎ接続パッド電極６２１ｂ等のｎ側の電極と、全面電極６３１、ｐパッド電極６３２、ｐ側接続電極３６１等のｐ側の電極とは実施の形態６と同様にして絶縁される。
以上のように構成された実施の形態７の窒化物半導体発光素子では、１つのｎ接続パッド電極６２１ｂに対して２つの積層部が設けらており、１つのｎ接続パッド電極に対して１つの積層部が設けられた実施の形態６に比較して、発光素子全体としての発光領域の面積を大きくできる。
また、この実施の形態７のように積層部を配置した場合、外形形状が、三角形、六角形、ひし形、平行四辺形等になるように分割することができ、そのように分割する際、ＧａＮ結晶の結晶軸の方向とスクライブラインの方向を一致させることができるので、分割時の歩留まりを向上させることができる。
【００５５】
次に、上記各実施の形態の窒化物半導体発光素子において、傾斜側面を有する積層部の形成方法の一例を示す。
本方法では、まず、サファイア基板１の上に、バッファ層１１、ｎ型コンタクト層１２、ｎ型クラッド層１３、発光層１４、ｐ型クラッド層１５及びｐ型コンタクト層１６を順次成長させて積層構造を形成し、その上に、図２０（ａ）に示すように、断面が台形形状のマスクＭ１を形成する。
次に、反応性イオンエッチングにより、マスクＭ１の上から積層体をエッチングする。この時、積層体をエッチングすると同時にマスクそのものもエッチングにより少しづつ除去する。図２０（ｂ）において、破線と実線の間のＲ１の符号を付した部分が除去された部分である。
このエッチングを積層部１０の周りの基板表面が露出されるまで続ける（図２０（ｃ））。
このようにすると、マスクＭ１の形状に対応した形状の、傾斜側面１０ａを有する積層部１０が形成される。
本方法では、マスク材料と窒化物半導体材料のＲＩＥによるエッチング率を考慮して、マスクＭ１形状を設定することにより、所望の傾斜側面を有する積層部が形成できる。
【００５６】
例えば、マスクＭ１の側面を外側に膨らんだ形状とすることにより、積層部の傾斜側面を外側に膨らんだ凸曲面とすることができる。
このように、傾斜側面を外側に膨らんだ凸曲面とすることにより、基板側から光を出力する場合に集光して光を出射できる。
【００５７】
以上の各実施の形態では、最も好ましい例として、積層部の周りを基板までエッチングした例を用いて説明したが、本発明においては積層部の周りに光が伝送されないようにすることが重要であり、光の伝送を抑制できる程度の厚さにｎ型半導体層が残っていても良い。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る窒化物半導体発光素子は、傾斜した側面を持った積層部を有し、その積層部の側面のｎ型半導体層の表面にｎ電極を形成することによりｎ電極による光の吸収を抑制でき、光の出射効率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の発光素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線についての断面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１の変形例の発光素子の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線についての断面図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２の発光素子の平面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態３の発光素子の平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ’線についての断面図である。
【図８】実施の形態３の変形例に係る発光素子の断面図である。
【図９】本発明に係る実施の形態４の発光素子の平面図である。
【図１０】実施の形態４の変形例に係る発光素子の平面図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態５の発光素子において、ｐ側の電極を省いて示す平面図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態５の発光素子の平面図（ｐ側の電極を含む）である。
【図１３】図１２のＤ−Ｄ’線についての断面図である。
【図１４】実施の形態５の第１変形例に係る発光素子の平面図である。
【図１５】実施の形態５の第２変形例に係る発光素子の平面図である。
【図１６】実施の形態５の第３変形例に係る発光素子の平面図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態６の発光素子の平面図である。
【図１８】図１７の一部を拡大して示す平面図である。
【図１９】（ａ）は図１８のＥ−Ｅ’線についての断面図であり、（ｂ）は図１８のＦ−Ｆ’線についての断面図である。
【図２０】本発明の窒化物半導体発光素子において、傾斜側面を有する積層部の形成方法の一例を示す工程図である。
【図２１】従来例の発光素子の断面図である。
【図２２】本発明の窒化物半導体発光素子において、傾斜側面の好ましい傾斜角について説明するための模式図である。
【図２３】本発明の窒化物半導体発光素子において、ｐ電極による光の吸収が抑制できることを説明するための図である。
【図２４】実施の形態５の第４変形例に係る発光素子の平面図である。
【図２５】本発明に係る実施の形態６において、取り出し効率の測定に用いた発光素子の平面図である。
【図２６】本発明に係る実施の形態６の比較例（その１）として、取り出し効率の測定に用いた発光素子の平面図である。
【図２７】本発明に係る実施の形態６の比較例（その２）として、取り出し効率の測定に用いた発光素子の平面図である。
【図２８】本発明に係る実施の形態６の取り出し効率の測定において、基準として用いた発光素子の平面図である。
【図２９】本発明に係る実施の形態６において、比較例の基準として用いた発光素子の平面図である。
【図３０】本発明に係る実施の形態６の取り出し効率の測定方法の概要を示す模式図である。
【図３１】本発明に係る実施の形態７の発光素子の平面図である。
【図３２】実施の形態７の発光素子の一部を拡大して示す平面図である。
【符号の説明】
１…サファイア基板、
１０，１１０，１１１，２１０，３１０…積層部、
１０ａ，１１０ａ，１１１ａ，２１０ａ，３１０ａ…傾斜面（傾斜側面）、
１１…バッファ層、
１２…ｎ型コンタクト層、
１３…ｎ型クラッド層、
１４…発光層、
１５…ｐ型クラッド層、
１６…ｐ型コンタクト層、
２１，２２，２３，２４，２５，２７，２８，２２１，３２１…ｎ電極、
３１，３３，３５…全面電極、
３２，３４，３６…ｐパッド電極、
３３ａ…透光性オーミック電極。

Claims

基板上に、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が積層されてなる積層部を有し、その積層部で発光する窒化物半導体発光素子において、
上記積層部の側面は、上記ｎ型半導体層の表面を含む傾斜面であり、そのｎ型半導体層の表面にｎ電極が形成されたことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
上記ｎ電極は上記積層部を囲むように形成された請求項１記載の窒化物半導体発光素子。
上記ｎ電極を上記基板の側面から上記基板の下面にも連続して形成した請求項１又は２記載の窒化物半導体発光素子。
上記積層部を円形とした請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
上記積層部を六角形とした請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
上記発光領域となる積層部を複数形成した請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
上記各積層部に形成されたｎ電極は、互いに接続された共通電極として形成された請求項６記載の窒化物半導体発光素子。
上記各積層部において形成された上記ｐ型半導体層とオーミック接触するｐ側オーミック電極が互いに接続された請求項７記載の窒化物半導体発光素子。
上記積層部を覆うように反射層を形成した請求項１，２，４〜８のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。
上記反射層は上記積層部を覆うように絶縁膜を介して金属層を形成することにより形成された請求項９記載の窒化物半導体発光素子。
上記金属層は、上記積層部のｐ型半導体層にそれぞれ形成されたｐオーミック電極を接続する接続電極である請求項１０記載の窒化物半導体発光素子。
上記反射層は誘電体多層膜からなる請求項９記載の窒化物半導体発光素子。
上記傾斜側面は、外側に膨らんだ凸曲面である請求項１〜１２のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体発光素子。