JP2007234707A - Semiconductor light emitting element - Google Patents

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Mitsuhiko Sakai
光彦 酒井
Tadahiro Okazaki
忠宏 岡崎
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    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor light emitting element capable of obtaining high luminance. <P>SOLUTION: The semiconductor light emitting element A1 includes: a substrate 1, an n-GaN layer 2 laminated on the substrate 1, an active layer 3, and a p-GaN layer 4. A plurality of projections 71 are formed on a side surface 7 extending along the laminating direction of the semiconductor light emitting element A1. When the wave length of light to be emitted from the active layer 3 is defined as λ and the refractive index of the n-GaN layer 2 or the p-GaN layer 4 is as n, the average width W<SB>A</SB>of the widths of the bottoms of the projections 71 is defined as W<SB>A</SB>≥λ/n. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ＬＥＤなどの半導体発光素子に関し、特にＧａＮを含む半導体層を有する半導体発光素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor light emitting device such as an LED, and more particularly to a semiconductor light emitting device having a semiconductor layer containing GaN.

従来より、サファイア基板上にＧａＮを含む複数の半導体層が積層された構造を有する半導体発光素子が提案されている（たとえば、特許文献１）。図１０は、このような半導体発光素子の一例を示している。同図に示された半導体発光素子Ｘは、サファイア基板９１と、サファイア基板９１上に積層されたｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、ｐ−ＧａＮ層９４、およびＺｎＯ電極９５とを備えている。ｎ−ＧａＮ層９２には、ｎ側電極９２ａが形成されている。活性層９３は、ｎ−ＧａＮ層９２およびｐ−ＧａＮ層９４から注入された電子と正孔とが再結合することにより発せられた光を増幅するための層であり、たとえば重量子井戸（Multiple Quantum Well:以下ＭＱＷ）構造とされている。半導体発光素子Ｘは、ＺｎＯ電極９５の上面とｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、ｐ−ＧａＮ層９４、およびＺｎＯ電極９５の側面９７から光を出射することが可能に構成されている。   Conventionally, a semiconductor light emitting device having a structure in which a plurality of semiconductor layers containing GaN are stacked on a sapphire substrate has been proposed (for example, Patent Document 1). FIG. 10 shows an example of such a semiconductor light emitting device. The semiconductor light emitting device X shown in the figure includes a sapphire substrate 91, an n-GaN layer 92, an active layer 93, a p-GaN layer 94, and a ZnO electrode 95 stacked on the sapphire substrate 91. . An n-side electrode 92 a is formed on the n-GaN layer 92. The active layer 93 is a layer for amplifying light emitted by recombination of electrons and holes injected from the n-GaN layer 92 and the p-GaN layer 94. For example, the active layer 93 is a quantum well (Multiple well). Quantum Well (hereinafter MQW) structure. The semiconductor light emitting device X is configured to be able to emit light from the upper surface of the ZnO electrode 95 and the n-GaN layer 92, the active layer 93, the p-GaN layer 94, and the side surface 97 of the ZnO electrode 95.

しかしながら、ｎ−ＧａＮ層９２、活性層９３、およびｐ−ＧａＮ層９４を形成するＧａＮは、その屈折率が約２．５と比較的高い。このため、空気との臨界角が約２３°程度と小さい。側面９７に対する入射角がこの臨界角よりも大きな光は、全反射されることとなり、半導体発光素子Ｘ外には出射されない。したがって、半導体発光素子Ｘは、活性層９３によって発せられた光のうち適切に出射される光の割合が小さく、高輝度化が阻害されていた。   However, GaN forming the n-GaN layer 92, the active layer 93, and the p-GaN layer 94 has a relatively high refractive index of about 2.5. For this reason, the critical angle with air is as small as about 23 °. Light having an incident angle with respect to the side surface 97 larger than the critical angle is totally reflected and is not emitted outside the semiconductor light emitting element X. Therefore, in the semiconductor light emitting device X, the proportion of light appropriately emitted out of the light emitted by the active layer 93 is small, and the increase in luminance is hindered.

特開平１０−０１２９１６号公報JP 10-012916 A

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高輝度化を図ることが可能な半導体発光素子を提供することをその課題とする。   The present invention has been conceived under the circumstances described above, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor light emitting device capable of achieving high luminance.

本発明によって提供される半導体発光素子は、基板と、上記基板に積層されたｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層と、を備えた半導体発光素子であって、上記半導体発光素子の積層方向に沿って延びる側面には、複数の凸部が形成されており、上記活性層から発光される光の波長をλ、上記ｎ型半導体層および上記ｐ型半導体層のいずれかの屈折率をｎとした場合に、上記凸部は、その底部の幅の平均幅ＷAが、ＷA≧λ／ｎとされていることを特徴としている。 A semiconductor light emitting device provided by the present invention is a semiconductor light emitting device comprising a substrate and an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer stacked on the substrate, wherein the semiconductor light emitting device includes: Plural protrusions are formed on the side surface extending in the stacking direction, the wavelength of light emitted from the active layer is λ, and the refractive index of any of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer Where n is the average width W A of the bottom width of the convex portion, W A ≧ λ / n.

このような構成によれば、上記活性層からの光のうち上記ｎ型半導体層またはｐ型半導体層と空気との界面において全反射されてしまう光の割合を低減させることが可能である。したがって、上記半導体発光素子の出射効率を高めることが可能であり、この半導体発光素子の高輝度化を図ることができる。   According to such a configuration, it is possible to reduce the proportion of the light from the active layer that is totally reflected at the interface between the n-type semiconductor layer or the p-type semiconductor layer and the air. Therefore, the emission efficiency of the semiconductor light emitting element can be increased, and the brightness of the semiconductor light emitting element can be increased.

本発明の好ましい実施の形態においては、上記ｎ型半導体層および上記ｐ型半導体層の少なくともいずれか一方は、ＧａＮからなる。このような構成によれば、上記ｎ型半導体層または上記ｐ型半導体層をｎ−ＧａＮ層またはｐ−ＧａＮ層として構成することにより、投入電力量に対する発光量を増大させることが可能である。また、ＧａＮは比較的屈折率が高い材質であるが、上述した数式を満たす平均幅ＷAとされた複数の凸部を備えることにより、上記活性層からの光が不当に全反射されてしまうことを回避することができる。 In a preferred embodiment of the present invention, at least one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is made of GaN. According to such a configuration, the n-type semiconductor layer or the p-type semiconductor layer is configured as an n-GaN layer or a p-GaN layer, so that it is possible to increase the light emission amount with respect to the input power amount. Although GaN has a relatively high refractive index material, by providing a plurality of convex portions which are the average width W A that satisfies the formula described above, light from the active layer from being unduly total reflection You can avoid that.

本発明の好ましい実施の形態においては、上記凸部は、上記積層方向に延びており、かつその断面形状が三角形または半円形とされている。このような構成によれば、上記複数の凸部を、内部からの光を適切に出射させる形状とすることができる。   In preferable embodiment of this invention, the said convex part is extended in the said lamination direction, and the cross-sectional shape is made into the triangle or the semicircle. According to such a configuration, the plurality of convex portions can be shaped to appropriately emit light from the inside.

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。   Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.

図１〜図３は、本発明に係る半導体発光素子の第１実施形態を示している。本実施形態の半導体発光素子Ａ１は、基板１、ｎ−Ｇａｎ層２、活性層３、ｐ−Ｇａｎ層４、およびＺｎＯ電極５を備えている。半導体発光素子Ａ１は、特に青色光または緑色光を発光するのに適した半導体発光素子として構成されている。   1 to 3 show a first embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention. The semiconductor light emitting device A1 of this embodiment includes a substrate 1, an n-Gan layer 2, an active layer 3, a p-Gan layer 4, and a ZnO electrode 5. The semiconductor light emitting element A1 is configured as a semiconductor light emitting element suitable for emitting blue light or green light.

基板１は、たとえばサファイア製であり、ｎ−Ｇａｎ層２、活性層３、ｐ−Ｇａｎ層４、およびＺｎＯ電極５を支持するためのものである。本実施形態においては、基板１は、その厚さが８０μｍ程度とされている。基板１上には、たとえば格子歪を緩和するためのＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなるバッファ層（図示略）が形成されている。   The substrate 1 is made of, for example, sapphire and supports the n-Gan layer 2, the active layer 3, the p-Gan layer 4, and the ZnO electrode 5. In the present embodiment, the substrate 1 has a thickness of about 80 μm. On the substrate 1, for example, a buffer layer (not shown) made of AlN, GaN, AlGaN or the like for relaxing lattice strain is formed.

ｎ−Ｇａｎ層２は、ＧａＮにＳｉがドープされたｎ型半導体からなり、本発明で言うｎ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｎ−Ｇａｎ層２は、その厚さが３〜６ｎｍ程度とされている。ｎ−ＧａＮ層２には、ｎ側電極２１が形成されている。図３に示すようにｎ−ＧａＮ層２は、その厚さが６μｍであってその平面視寸法が基板１と同一とされた部分と、その厚さが０．２μｍであってその平面視寸法が基板１よりも小サイズとされた部分とによって構成されている。基板１と同サイズとされた部分の図中上面には、ｎ側電極２１が形成されている。ｎ側電極２１は、たとえば１００Å厚のＴｉおよび２５００Å厚のＡｌが積層されたものである。   The n-Gan layer 2 is made of an n-type semiconductor in which Si is doped into GaN, and is an example of the n-type semiconductor layer referred to in the present invention. In the present embodiment, the n-Gan layer 2 has a thickness of about 3 to 6 nm. An n-side electrode 21 is formed on the n-GaN layer 2. As shown in FIG. 3, the n-GaN layer 2 has a thickness of 6 μm and the same plan view size as the substrate 1, and a thickness of 0.2 μm and the plan view size. Is constituted by a portion having a size smaller than that of the substrate 1. An n-side electrode 21 is formed on the upper surface of the portion having the same size as the substrate 1 in the figure. The n-side electrode 21 is formed by stacking, for example, 100-thick Ti and 2500-thick Al.

活性層３は、たとえばＩｎＧａＮを含むＭＱＷ構造とされた層であり、電子と正孔とが再結合することにより発せられる光を増幅させるための層である。活性層３は、複数のＩｎＧａＮ層と複数のＧａＮ層とが交互に積層されている。上記ＩｎＧａＮ層は、Ｉｎの組成比が１７％程度とされることにより、ｎ−ＧａＮ層２よりもバンドギャップが小とされており、活性層３の井戸層を構成している。上記ＧａＮ層は、活性層３のバリア層を形成している。本実施形態においては、活性層３は、３０Å厚のＩｎＧａＮ層と１００Å厚のＧａＮ層とが８層ずつ積層されており、その厚さが０．１μｍ程度とされている。なお、ｎ−ＧａＮ層２と活性層３との間には、格子歪を緩和することを目的として、ＩｎＧａＮおよびＧａＮが一原子毎に交互に積層された超格子層（図示略）が形成されている。   The active layer 3 is a layer having an MQW structure containing InGaN, for example, and is a layer for amplifying light emitted by recombination of electrons and holes. In the active layer 3, a plurality of InGaN layers and a plurality of GaN layers are alternately stacked. The InGaN layer has a band gap smaller than that of the n-GaN layer 2 when the In composition ratio is about 17%, and constitutes a well layer of the active layer 3. The GaN layer forms a barrier layer of the active layer 3. In this embodiment, the active layer 3 is formed by laminating 8 layers each of a 30-thick InGaN layer and a 100-thick GaN layer, and the thickness is about 0.1 μm. A superlattice layer (not shown) in which InGaN and GaN are alternately stacked for each atom is formed between the n-GaN layer 2 and the active layer 3 for the purpose of relaxing lattice strain. ing.

ｐ−ＧａＮ層４は、ＧａＮにＭｇがドープされたｐ型半導体からなり、本発明で言うｐ型半導体層の一例である。本実施形態においては、ｐ−ＧａＮ層４は、その厚さが０．２μｍ程度とされている。なお、活性層３とｐ−ＧａＮ層４との間には、ＧａＮ層（図示略）またはＩｎの組成が０．１％程度のＩｎＧａＮ層（図示略）が形成されている。   The p-GaN layer 4 is made of a p-type semiconductor in which GaN is doped with Mg, and is an example of the p-type semiconductor layer referred to in the present invention. In the present embodiment, the p-GaN layer 4 has a thickness of about 0.2 μm. A GaN layer (not shown) or an InGaN layer (not shown) with an In composition of about 0.1% is formed between the active layer 3 and the p-GaN layer 4.

ＺｎＯ電極５は、透明導電酸化物のひとつであるＺｎＯからなり、活性層３からの光を透過させる。ＺｎＯ電極２４は、ＺｎＯにＧａがドープされることによりその抵抗率が約２×１０4Ωｃｍと比較的低抵抗とされており、その厚さが１０００〜２００００Å程度とされている。 The ZnO electrode 5 is made of ZnO, which is one of transparent conductive oxides, and transmits light from the active layer 3. The ZnO electrode 24 has a relatively low resistivity of about 2 × 10 4 Ωcm by doping ZnO with Ga, and has a thickness of about 1000 to 20000 mm.

ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４が積層された部分の側面７には、複数の凸部７１が形成されている。図１に示すように、凸部７１は、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４の積層方向に延びており、断面三角形状とされている。図２に示すように、複数の凸部７１は、側面７のうち各角部に形成された曲面部を除く平面部に形成されている。   A plurality of convex portions 71 are formed on the side surface 7 where the n-GaN layer 2, the active layer 3, and the p-GaN layer 4 are stacked. As shown in FIG. 1, the convex portion 71 extends in the stacking direction of the n-GaN layer 2, the active layer 3, and the p-GaN layer 4, and has a triangular cross section. As shown in FIG. 2, the plurality of convex portions 71 are formed on a flat surface portion of the side surface 7 excluding a curved surface portion formed at each corner portion.

図４は、凸部７１の拡大断面図である。活性層３から発せられる光の波長をλ、ｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層４の屈折率をｎとした場合、凸部７１の底部の幅Ｗの平均幅ＷAは、ＷA＝λ／ｎを満たすものとされている。たとえば、ＩｎＧａＮ層を井戸層とする活性層３から発せられる光のピーク波長が４６０ｎｍ（青色系）、ｎ−ＧａＮ層２およいｐ−ＧａＮ層４の屈折率ｎが約２．５である場合、平均幅ＷAは、約１８４ｎｍ以上となる。一方、活性層３の井戸層が、ピーク波長が約３６５ｎｍ以上の光を発光するＧａＮ層からなる場合、平均幅ＷAは、約１４６ｎｍ以上となる。本実施形態においては、凸部７１は、その高さＨが２．５μｍ、その幅Ｗが２．１μｍ、その頂角が４６°とされている。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the convex portion 71. The wavelength of light emitted from the active layer 3 lambda, if the refractive index of the n-GaN layer 2 and the p-GaN layer 4 is n, the average width W A of the width W of the bottom of the convex portion 71, W A = It is assumed that λ / n is satisfied. For example, when the peak wavelength of light emitted from the active layer 3 having an InGaN layer as a well layer is 460 nm (blue system), and the refractive index n of the n-GaN layer 2 or the p-GaN layer 4 is about 2.5. The average width W A is about 184 nm or more. On the other hand, the well layer of the active layer 3 is, if a GaN layer peak wavelength emission of about 365nm or more light, the average width W A is about 146nm or more. In the present embodiment, the convex portion 71 has a height H of 2.5 μm, a width W of 2.1 μm, and an apex angle of 46 °.

半導体発光素子Ａ１は、たとえば以下のような製造方法によって製造することができる。   The semiconductor light emitting element A1 can be manufactured by the following manufacturing method, for example.

まず、基板１をＭＯＣＶＤ法用の成膜室内に導入し、成膜室内の温度である成膜温度を１，１００℃とする。次にＨ2ガスとＮ2ガスとを上記成膜室内に流すことにより、基板１を洗浄する。 First, the substrate 1 is introduced into a film formation chamber for MOCVD, and the film formation temperature, which is the temperature in the film formation chamber, is set to 1,100.degree. Next, the substrate 1 is cleaned by flowing H 2 gas and N 2 gas into the film formation chamber.

次に、成膜温度を１，０６０℃とした状態で、ＮＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ｎ2ガス、およびトリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）ガスを上記成膜室内に供給する。この際、ｎ型のドーパントであるＳｉのドープを行うためにＳｉＨ4ガスを同時に供給する。これにより、基板１上にｎ−ＧａＮ層２を形成する。 Next, NH 3 gas, H 2 gas, N 2 gas, and trimethyl gallium (hereinafter, TMG) gas are supplied into the film formation chamber with the film formation temperature set at 1,060 ° C. At this time, SiH 4 gas is simultaneously supplied to dope Si, which is an n-type dopant. Thereby, the n-GaN layer 2 is formed on the substrate 1.

次に、成膜温度を７００〜８００℃、たとえば約７６０℃とした状態で、ＮＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ｎ2ガス、ＴＥＧガスおよびトリメチルインジウム（以下、ＴＭＩｎ）ガスを上記成膜室内に供給する。これにより、Ｉｎの組成比が１５％程度である井戸層としてのＩｎＧａＮ層を形成する。上記井戸層を形成した後は、成膜温度を７６０℃とした状態で、ＮＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ｎ2ガス、およびＴＭＧガスを供給する。これにより、バリア層としてのＧａＮ層を形成する。この後、上述した井戸層としてのＩｎＧａＮ層およびバリア層としてのＧａＮ層の形成を交互に行う。それぞれの層を３〜７層程度形成することにより、ＭＱＷ構造を有する活性層３が得られる。 Next, NH 3 gas, H 2 gas, N 2 gas, TEG gas, and trimethylindium (hereinafter, TMIn) gas are introduced into the film formation chamber in a state where the film formation temperature is 700 to 800 ° C., for example, about 760 ° C. Supply. Thereby, an InGaN layer is formed as a well layer having an In composition ratio of about 15%. After the well layer is formed, NH 3 gas, H 2 gas, N 2 gas, and TMG gas are supplied in a state where the film forming temperature is 760 ° C. Thereby, a GaN layer as a barrier layer is formed. Thereafter, the formation of the InGaN layer as the well layer and the GaN layer as the barrier layer are alternately performed. An active layer 3 having an MQW structure can be obtained by forming about 3 to 7 layers.

次に、成膜温度を１，０１０℃とした状態で、ＮＨ3ガス、Ｈ2ガス、Ｎ2ガス、およびＴＭＧガスを供給する。この際、ｐ型のドーパントであるＭｇのドープを行うために、Ｃｐ2Ｍｇガスを同時に供給する。これにより、ｐ−ＧａＮ層４を形成する。 Next, NH 3 gas, H 2 gas, N 2 gas, and TMG gas are supplied with the film forming temperature set at 1,010 ° C. At this time, Cp 2 Mg gas is simultaneously supplied to dope Mg, which is a p-type dopant. Thereby, the p-GaN layer 4 is formed.

次に、ｐ−ＧａＮ層４上にフォトリソグラフィの手法によりレジスト膜を形成する。このレジスト膜は、図２に示す複数の凸部７１を形成可能な形状とする。そして、上記レジスト膜をマスクとしてｐ−ＧａＮ層４、活性層３、およびｎ−ＧａＮ層２の一部に対してエッチングを施すことにより、複数の凸部７１を有する側面７を形成する。   Next, a resist film is formed on the p-GaN layer 4 by a photolithography technique. This resist film has a shape capable of forming a plurality of convex portions 71 shown in FIG. Then, by etching the p-GaN layer 4, the active layer 3, and a part of the n-GaN layer 2 using the resist film as a mask, the side surface 7 having a plurality of convex portions 71 is formed.

この後は、ｐ−ＧａＮ層４上に、ＺｎＯ電極５を形成する。また、ｎ−ＧａＮ層２にｎ側電極２１を形成する。以上の工程により、半導体発光素子Ａ１の製造が完了する。   Thereafter, a ZnO electrode 5 is formed on the p-GaN layer 4. Further, the n-side electrode 21 is formed on the n-GaN layer 2. Through the above steps, the manufacture of the semiconductor light emitting element A1 is completed.

次に、半導体発光素子Ａ１の作用について説明する。   Next, the operation of the semiconductor light emitting element A1 will be described.

本実施形態によれば、活性層３から発せられた光のうち、直接あるいはｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層４を介して図１および図３における側方へと進行する光は、複数の凸部７１に到達する。発明者の研究によれば、複数の凸部７１を、その平均幅ＷAが上述したＷA≧λ／ｎの関係を満たすものとすることにより、出射する光の割合を増加させることが可能であることが判明した。具体的には、側面７を平滑とした場合に、半導体発光素子Ａ１において光として変換されたエネルギーのうち光として出射されるものの割合が１９．４％程度であるのに対し、複数の凸部７１を設けた半導体発光素子Ａ１の場合は、出射するエネルギーを２３．９％とすることができた。すなわち、半導体発光素子Ａ１においては、側面７に複数の凸部７１を設けることにより、活性層３からの光を従来よりも多く出射させることが可能である。これにより、半導体発光素子Ａ１の高輝度化を図ることができる。 According to the present embodiment, among the light emitted from the active layer 3, the light traveling to the side in FIGS. 1 and 3 directly or via the n-GaN layer 2 and the p-GaN layer 4 is plural. To the convex portion 71 of According to the study of the inventor, a plurality of convex portions 71, by which the average width W A is assumed to satisfy the relationship of W A ≧ lambda / n as described above, it can increase the percentage of the emitted light It turned out to be. Specifically, when the side surface 7 is smoothed, the ratio of the energy emitted as light in the semiconductor light emitting element A1 that is emitted as light is about 19.4%, whereas the plurality of convex portions In the case of the semiconductor light emitting device A1 provided with 71, the emitted energy could be 23.9%. That is, in the semiconductor light emitting device A1, by providing the plurality of convex portions 71 on the side surface 7, it is possible to emit more light from the active layer 3 than in the past. As a result, the brightness of the semiconductor light emitting element A1 can be increased.

特に、ｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層４は、その材質であるＧａＮの屈折率ｎが約２．５程度と高いため、空気との間の臨界角が小さい。このため、側面７が平滑な面であると全反射されてしまう光の割合が大きくなり、高輝度化が阻害される。本実施形態によれば、ＷA≧λ／ｎに用いる屈折率ｎとしてＧａＮの屈折率を採用することにより、ｎ−ＧａＮ層２およびｐ−ＧａＮ層４からの出射効率を高めるのに適している。 In particular, the n-GaN layer 2 and the p-GaN layer 4 have a small critical angle with air because the refractive index n of GaN, which is the material, is as high as about 2.5. For this reason, if the side surface 7 is a smooth surface, the proportion of light that is totally reflected increases, and the increase in luminance is hindered. According to this embodiment, by employing the index of refraction of GaN as the refractive index n used in the W A ≧ λ / n, suitable for increasing the output efficiency from the n-GaN layer 2 and the p-GaN layer 4 Yes.

複数の凸部７１は、積層方向に一様な断面形状を有しているため、上述したエッチングなどにより容易に形成することが可能である。また、断面三角形状の凸部７１は、所定の角度に傾斜した１対の面からなる。このため、側面７の部分的な傾斜角度を全体的に統一させることができる。これは、半導体発光素子Ａ１の内部からの光を均一に出射させるのに適している。   Since the plurality of convex portions 71 have a uniform cross-sectional shape in the stacking direction, they can be easily formed by the above-described etching or the like. Further, the convex section 71 having a triangular cross section is composed of a pair of surfaces inclined at a predetermined angle. For this reason, the partial inclination angle of the side surface 7 can be unified as a whole. This is suitable for uniformly emitting light from the inside of the semiconductor light emitting element A1.

図５〜図９は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。   5 to 9 show other embodiments of the present invention. In these drawings, the same or similar elements as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the above embodiment.

図５は、凸部７１の他の例を示している。図示された凸部７１は、上述した断面三角形状の凸部７１の頂部を除去した形状とされており、頂面７１ａを有する断面台形状とされている。本実施形態においては、凸部７１は、その幅Ｗが２．１μｍ、その高さＨが２μｍとされている。本実施形態によっても、ｎ−ｇａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４からの光の射出効率を高めることが可能である。   FIG. 5 shows another example of the convex portion 71. The illustrated convex portion 71 has a shape obtained by removing the top of the convex portion 71 having a triangular cross-section described above, and has a trapezoidal shape having a top surface 71a. In the present embodiment, the convex portion 71 has a width W of 2.1 μm and a height H of 2 μm. Also according to the present embodiment, it is possible to increase the light emission efficiency from the n-gaN layer 2, the active layer 3, and the p-GaN layer 4.

図６は、凸部７１の他の例を示している。図示された凸部７１は、断面半円形状とされている点が上述した例とは異なっている。凸部７１は、その幅Ｗが５．０μｍ、その高さが２．５μｍとされている。このような凸部７１を形成することにより、たとえばｎ−ＧａＮ層２からの光として出射されるエネルギーの割合を２３．８％とすることができた。   FIG. 6 shows another example of the convex portion 71. The illustrated protrusion 71 is different from the above-described example in that it has a semicircular cross section. The convex portion 71 has a width W of 5.0 μm and a height of 2.5 μm. By forming such a convex portion 71, for example, the ratio of energy emitted as light from the n-GaN layer 2 could be 23.8%.

これらの実施形態から理解されるように、本発明でいう凸部は、断面三角形状のほかに断面台形状、断面半円形状のものなどを含む概念である。   As understood from these embodiments, the convex portion referred to in the present invention is a concept including a trapezoidal cross-sectional shape and a semicircular cross-sectional shape in addition to a triangular cross-sectional shape.

図７は、本発明に係る半導体発光素子の第２実施形態を示している。本実施形態の半導体発光素子Ａ２は、基板１および、ｎ−ＧａＮ層２の下側部分にも、複数の凸部７１が形成されている点が上述した実施形態と異なっている。本実施形態における凸部７１は、図４に示された凸部７１と同一の断面形状とされている。このような複数の凸部７１は、基板１およびｎ−ＧａＮ層２に対してエッチングを施すことや、三角溝が形成されたダイシングブレードを用いてダイシングすることなどによって形成することができる。   FIG. 7 shows a second embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention. The semiconductor light emitting device A2 of this embodiment is different from the above-described embodiment in that a plurality of convex portions 71 are also formed on the lower portion of the substrate 1 and the n-GaN layer 2. The convex portion 71 in the present embodiment has the same cross-sectional shape as the convex portion 71 shown in FIG. Such a plurality of convex portions 71 can be formed by etching the substrate 1 and the n-GaN layer 2 or dicing using a dicing blade in which a triangular groove is formed.

このような実施形態によれば、活性層３からｎ−ＧａＮ層２の上側部分を透過して、ｎ−ＧａＮ層２の下側部分や基板１に到達した光を、複数の凸部７１を利用して適切に出射させることが可能である。したがって、半導体発光素子Ａ２からの出射光量をさらに多くすることが可能であり、半導体発光素子Ａ２の高輝度化に好適である。   According to such an embodiment, light that has passed through the upper part of the n-GaN layer 2 from the active layer 3 and reached the lower part of the n-GaN layer 2 or the substrate 1 is transmitted to the plurality of convex portions 71. It is possible to emit light appropriately. Therefore, it is possible to further increase the amount of light emitted from the semiconductor light emitting element A2, which is suitable for increasing the brightness of the semiconductor light emitting element A2.

図８および図９は、本発明に係る半導体発光素子の第３実施形態を示している。本実施形態の半導体発光素子Ａ３は、コーン状の複数の凸部７２が形成されている点が、上述した実施形態と異なっている。また、半導体発光素子Ａ３は、その積層構造が上述した実施形態とは異なるものとされている。   8 and 9 show a third embodiment of the semiconductor light emitting device according to the present invention. The semiconductor light emitting device A3 of this embodiment is different from the above-described embodiment in that a plurality of cone-shaped convex portions 72 are formed. Further, the semiconductor light emitting element A3 is different from the above-described embodiment in the laminated structure.

半導体発光素子Ａ３は、基板１と、基板１の片面側に積層されたｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４とを備えている。基板１は、ＳｉＣからなり、図中上側の角柱状部分と図中下側のテーパ部分とを有する形状とされている。基板１のうちｎ−ＧａＮ層２が形成された面とは反対側の面には、ｎ側電極２１が形成されている。また、ｐ−ＧａＮ層４の図中下面には、反射層６が形成されている。反射層６は、たとえばＡｌ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属層が積層された構造とされており、本実施形態においては、図中最上層にＡｌ層が配置されている。このＡｌ層は比較的反射率が高いため、活性層３から発せられた光を図中上方へと反射する機能を発揮する。また、反射層６は、ｐ側電極として用いることができる。   The semiconductor light emitting device A3 includes a substrate 1, and an n-GaN layer 2, an active layer 3, and a p-GaN layer 4 stacked on one side of the substrate 1. The substrate 1 is made of SiC and has a shape having a prismatic portion on the upper side in the drawing and a tapered portion on the lower side in the drawing. An n-side electrode 21 is formed on the surface of the substrate 1 opposite to the surface on which the n-GaN layer 2 is formed. A reflective layer 6 is formed on the lower surface of the p-GaN layer 4 in the figure. The reflective layer 6 has a structure in which metal layers such as Al, Ti, Pt, and Au are laminated, and in the present embodiment, the Al layer is disposed as the uppermost layer in the drawing. Since this Al layer has a relatively high reflectance, it exhibits the function of reflecting light emitted from the active layer 3 upward in the figure. The reflective layer 6 can be used as a p-side electrode.

半導体発光素子Ａ３の側面７には、複数の凸部７２が形成されている。ただし、側面７のうち活性層３によって形成されている部分には、複数の凸部７２は形成されていない。凸部７２は、コーン状とされており、その高さが２．５μｍ程度、その幅が２．１μｍ程度とされている。このような複数の凸部７２は、たとえば、ｎ−ＧａＮ層２、活性層３、およびｐ−ＧａＮ層４を積層させた後に、基板１の上面および活性層３をマスクによって覆った状態で約６２℃の約４ｍｏｌ／ｌのＫＯＨ溶液に浸漬させながら、約３．５Ｗ／ｃｍ2の紫外線（ＵＶ）光を約１０分間照射することにより形成することができる。 A plurality of convex portions 72 are formed on the side surface 7 of the semiconductor light emitting element A3. However, the convex part 72 is not formed in the part formed of the active layer 3 among the side surfaces 7. The convex portion 72 has a cone shape, the height is about 2.5 μm, and the width is about 2.1 μm. Such a plurality of convex portions 72 are formed, for example, in a state where the n-GaN layer 2, the active layer 3, and the p-GaN layer 4 are stacked and then the upper surface of the substrate 1 and the active layer 3 are covered with a mask. The film can be formed by irradiating with ultraviolet (UV) light of about 3.5 W / cm 2 for about 10 minutes while being immersed in a KOH solution of about 4 mol / l at 62 ° C.

このような実施形態によっても、半導体発光素子Ａ３の高輝度化を図ることができる。複数の凸部７２をコーン形状とするとともに、ＫＯＨ溶液と紫外線とを利用して複数の凸部を形成するという製造方法を採用することにより、本実施形態の基板１のように積層方向に対して傾斜した面を有する基板１にも適切に本発明で言う複数の凸部を設けることができる。半導体発光素子Ａ３の高輝度化には、側面７のうち少なくとも基板１の部分に複数の凸部７２が形成されていることが好ましい。また、側面７のうち活性層３の部分が平滑であることは、活性層３からの発光量を増大させるのに好ましい。   Also according to such an embodiment, it is possible to increase the brightness of the semiconductor light emitting element A3. By adopting a manufacturing method in which a plurality of convex portions 72 are formed in a cone shape and a plurality of convex portions are formed using a KOH solution and ultraviolet rays, the stacking direction as in the substrate 1 of the present embodiment is adopted. The substrate 1 having the inclined surface can be appropriately provided with a plurality of convex portions as referred to in the present invention. In order to increase the luminance of the semiconductor light emitting device A3, it is preferable that a plurality of convex portions 72 are formed on at least the substrate 1 portion of the side surface 7. Moreover, it is preferable that the portion of the active layer 3 in the side surface 7 is smooth in order to increase the amount of light emitted from the active layer 3.

本発明に係る半導体発光素子は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る半導体発光素子の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。   The semiconductor light emitting device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the semiconductor light emitting device according to the present invention can be varied in design in various ways.

本発明でいう凸部は、断面三角形状、断面多角形状、断面半円形状に限定されず、上述した平均幅の条件を満たす様々な形状とすることができる。ｎ型半導体層およびｐ型半導体層は、ＧａＮからなるものに限定されず、発光機能を適切に発揮させることが可能な半導体材料を用いればよい。半導体発光素子としては、上述した波長の光を発するものに限定されず、様々な波長の光を発するものとして構成してもよい。   The convex part as used in the field of this invention is not limited to a cross-sectional triangle shape, a cross-sectional polygonal shape, and a cross-sectional semicircle shape, but can be various shapes which satisfy | fill the conditions of the average width mentioned above. The n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer are not limited to those made of GaN, and a semiconductor material that can appropriately exhibit a light emitting function may be used. The semiconductor light emitting element is not limited to the one that emits light having the above-described wavelength, and may be configured to emit light having various wavelengths.

本発明に係る半導体発光素子の第１実施形態を示す全体斜視図である。1 is an overall perspective view showing a first embodiment of a semiconductor light emitting device according to the present invention. 図１に示す半導体発光素子の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor light emitting element shown in FIG. 1. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the III-III line of FIG. 図３のＩＶ−ＩＶ線に沿う要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view in alignment with the IV-IV line of FIG. 凸部の一変形例を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows one modification of a convex part. 凸部の他の変形例を示す要部拡大断面図である。It is a principal part expanded sectional view which shows the other modification of a convex part. 本発明に係る半導体発光素子の第２実施形態を示す全体斜視図である。It is a whole perspective view which shows 2nd Embodiment of the semiconductor light-emitting device based on this invention. 本発明に係る半導体発光素子の第３実施形態を示す全体斜視図である。It is a whole perspective view which shows 3rd Embodiment of the semiconductor light-emitting device based on this invention. 図８のＩＸ−ＩＸ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the IX-IX line of FIG. 従来の半導体発光素子の一例を示す全体斜視図である。It is a whole perspective view which shows an example of the conventional semiconductor light-emitting device.

符号の説明Explanation of symbols

Ａ１，Ａ２，Ａ３ 半導体発光素子
１ 基板
２ ｎ−ＧａＮ層
３ 活性層
４ ｐ−ＧａＮ層
５ ＺｎＯ電極
６ 反射層
７ 側面
２１ ｎ側電極
７１，７２ 凸部 A1, A2, A3 Semiconductor light emitting device 1 Substrate 2 n-GaN layer 3 active layer 4 p-GaN layer 5 ZnO electrode 6 reflective layer 7 side surface 21 n-side electrodes 71 and 72 convex portion

Claims (3)

基板と、
上記基板に積層されたｎ型半導体層、活性層、およびｐ型半導体層と、を備えた半導体発光素子であって、
上記半導体発光素子の積層方向に沿って延びる側面には、複数の凸部が形成されており、
上記活性層から発光される光の波長をλ、上記ｎ型半導体層および上記ｐ型半導体層のいずれかの屈折率をｎとした場合に、上記凸部は、その底部の幅の平均幅ＷAが、
ＷA≧λ／ｎ
とされていることを特徴とする、半導体発光素子。 A substrate,
A semiconductor light emitting device comprising an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer stacked on the substrate,
A plurality of convex portions are formed on the side surface extending in the stacking direction of the semiconductor light emitting element,
When the wavelength of light emitted from the active layer is λ and the refractive index of any one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is n, the convex portion has an average width W of the bottom width thereof. A
W A ≧ λ / n
A semiconductor light-emitting element, wherein 上記ｎ型半導体層および上記ｐ型半導体層の少なくともいずれか一方は、ＧａＮからなる、請求項１に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein at least one of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer is made of GaN. 上記凸部は、上記積層方向に延びており、かつその断面形状が三角形または半円形とされている、請求項１または２に記載の半導体発光素子。   The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the convex portion extends in the stacking direction and has a cross-sectional shape of a triangle or a semicircle.
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