JP2009302201A - Group iii nitride semiconductor light emitting element - Google Patents
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Description
本発明は、III 族窒化物半導体発光素子に関するものであり、特に電極の構造に特徴を有するものである。 The present invention relates to a group III nitride semiconductor light emitting device, and particularly has a feature in the structure of an electrode.
従来、フェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子では、p型層の全面にITOやNi/Auなどの透明電極を形成して電流が面方向に広がるようにすることで均一に発光するようにしている。しかし、このような透明電極を形成したとしても、pパッド電極とnパッド電極を結ぶ距離が短い領域に電流が流れやすいため、十分に均一な発光を得ることはできない。 Conventionally, in a face-up type III-nitride semiconductor light emitting device, a transparent electrode such as ITO or Ni / Au is formed on the entire surface of the p-type layer so that the current spreads in the plane direction so as to emit light uniformly. I have to. However, even if such a transparent electrode is formed, sufficiently uniform light emission cannot be obtained because a current easily flows in a region where the distance between the p pad electrode and the n pad electrode is short.
そこで、透明電極上にpパッド電極と接続する配線形状の延伸電極を設けることで、pパッド電極とnパッド電極を結ぶ距離が遠い領域にも電流が流れるようにし、より均一に発光するようにする技術が知られている(特許文献1、2)。特許文献1では、透明電極をNi/Auとし、延伸電極をTi/Auとすることが示されている。また、特許文献2では、透明電極をCo/Auとし、延伸電極とpパッド電極をV/Au/Alとすることが示されている。
Therefore, by providing a wiring-shaped extending electrode connected to the p-pad electrode on the transparent electrode, current can flow even in a region where the distance between the p-pad electrode and the n-pad electrode is far, so that light is emitted more uniformly. The technique which performs is known (patent documents 1, 2). Patent Document 1 discloses that the transparent electrode is Ni / Au and the stretched electrode is Ti / Au.
一方、特許文献3には、p型層上に形成する透明電極を配線形状にすることが示されている。p型層を覆う透明電極の面積を減らすことで、透明電極による光の反射、吸収を減らすことができ、光取り出し効率を向上させることができる。
しかし、特許文献1、2に示された方法では延伸電極が光を透過しないため、光取り出し効率が低いという問題があった。
However, the methods disclosed in
また、特許文献3に示された方法では、透明電極の面積が小さいため面方向に十分に電流を広げることができず、均一に発光させることが難しい。 In the method disclosed in Patent Document 3, since the area of the transparent electrode is small, the current cannot be sufficiently spread in the surface direction, and it is difficult to emit light uniformly.
そこで本発明の目的は、発光面積を減少させることなく、均一に発光させることができるIII 族窒化物半導体発光素子を実現することである。 Therefore, an object of the present invention is to realize a group III nitride semiconductor light-emitting device that can emit light uniformly without reducing the light-emitting area.
第1の発明は、光取り出し面側をp型層として積層されたIII 族窒化物半導体層を備えるフェイスアップ型の発光素子において、p型層の全面にわたって形成され、透光性と導電性とを有した透明電極と、透明電極上に形成されたp側パッド電極と、発光素子端部の透明電極上に形成され、透光性と導電性とを有した厚肉部と、を有することを特徴とする発光素子である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a face-up type light emitting device including a group III nitride semiconductor layer laminated with a light extraction surface side as a p-type layer, and is formed over the entire surface of the p-type layer. A transparent electrode having a transparent electrode, a p-side pad electrode formed on the transparent electrode, and a thick portion formed on the transparent electrode at the end of the light emitting element and having translucency and conductivity. It is a light emitting element characterized by these.
III 族窒化物半導体とは、GaN、AlGaN、InGaN、AlGaInNなど、一般式Alx Gay In1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表されるものである。III 族窒化物半導体層の主要な層は、一般的にGaとNを必須成分とする半導体で構成されている。n型不純物としては、Siなどが用いられ、p型不純物としてはMgなどが用いられる。 The group III nitride semiconductor is represented by a general formula Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) such as GaN, AlGaN, InGaN, and AlGaInN. Is. The main layer of the group III nitride semiconductor layer is generally composed of a semiconductor containing Ga and N as essential components. Si or the like is used as the n-type impurity, and Mg or the like is used as the p-type impurity.
透明電極と厚肉部の材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。透光性と導電性を有した材料としては、たとえばITO、IZO、ICO、TNOなどの導電性酸化物や、Ni/Au、Co/Au、Ni、Coなどの金属薄膜が挙げられる。厚肉部の材料を金属薄膜とする場合には、厚肉部とp側パッド電極の材料が同一であってもよい。 The material of the transparent electrode and the thick part may be the same or different. Examples of the material having translucency and conductivity include conductive oxides such as ITO, IZO, ICO, and TNO, and metal thin films such as Ni / Au, Co / Au, Ni, and Co. When the material of the thick part is a metal thin film, the material of the thick part and the p-side pad electrode may be the same.
第2の発明は、第1の発明において、厚肉部は透明電極と同一の材料からなることを特徴とする発光素子である。 A second invention is the light emitting element according to the first invention, wherein the thick part is made of the same material as the transparent electrode.
第3の発明は、第2の発明において、透明電極および厚肉部は、導電性酸化物であることを特徴とする発光素子である。 A third invention is the light emitting element according to the second invention, wherein the transparent electrode and the thick part are a conductive oxide.
第4の発明は、第1の発明において、厚肉部は、透明電極とは異なる材料からなることを特徴とする発光素子である。 A fourth invention is the light emitting element according to the first invention, wherein the thick portion is made of a material different from that of the transparent electrode.
第5の発明は、第4の発明において、透明電極は導電性酸化物からなり、厚肉部は金属薄膜からなることを特徴とする発光素子である。 A fifth invention is the light emitting device according to the fourth invention, wherein the transparent electrode is made of a conductive oxide and the thick part is made of a metal thin film.
第6の発明は、第5の発明において、金属薄膜は、Ni/AuまたはCo/Auであることを特徴とする発光素子である。 A sixth invention is the light emitting element according to the fifth invention, wherein the metal thin film is Ni / Au or Co / Au.
第7の発明は、第6の発明において、金属薄膜の膜厚は、50〜100Åであることを特徴とする発光素子である。 A seventh invention is the light-emitting element according to the sixth invention, wherein the metal thin film has a thickness of 50 to 100 mm.
50Å以下ではシート抵抗が高く望ましくない。また、100Å以上では透光性が低くなり望ましくない。 Below 50 mm, sheet resistance is high and undesirable. On the other hand, if it is 100 mm or more, the translucency is lowered, which is undesirable.
第8の発明は、第3の発明、第5の発明から第7の発明において、導電性酸化物は、ITOであることを特徴とする発光素子である。 An eighth invention is a light-emitting element according to the third invention, the fifth invention to the seventh invention, wherein the conductive oxide is ITO.
第9の発明は、第1の発明から第8の発明において、厚肉部は、p側パッド電極と連続する配線形状に形成されていることを特徴とする発光素子である。 A ninth invention is a light emitting device according to the first to eighth inventions, wherein the thick portion is formed in a wiring shape continuous with the p-side pad electrode.
第10の発明は、第1の発明から第8の発明において、厚肉部は、発光素子端部に向かうにつれ厚くなる形状であることを特徴とする発光素子である。 A tenth aspect of the present invention is the light emitting element according to any one of the first to eighth aspects, wherein the thick portion has a shape that becomes thicker toward the end of the light emitting element.
本発明によると、発光素子端部の透明電極上に厚肉部を設けることにより、発光素子端部におけるシート抵抗を低減することができ、発光素子端部を流れる電流が増加する。そのため、発光素子面方向の電流密度分布が均一となり、発光の均一性を高めることができる。また、厚肉部は透光性を有する材料としているため、吸収や反射によって光の取り出しが妨げられることがなく、光取り出し効率を向上させることができる。 According to the present invention, by providing the thick portion on the transparent electrode at the end of the light emitting element, the sheet resistance at the end of the light emitting element can be reduced, and the current flowing through the end of the light emitting element is increased. Therefore, the current density distribution in the light emitting element surface direction becomes uniform, and the uniformity of light emission can be improved. Moreover, since the thick portion is made of a light-transmitting material, light extraction is not hindered by absorption or reflection, and light extraction efficiency can be improved.
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
図1は、実施例1のフェイスアップ型の発光素子1の平面図である。また、図2は、図1におけるA−Aでの断面図である。 FIG. 1 is a plan view of a face-up light-emitting element 1 according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
発光素子1は、主として、サファイア基板10上にバッファ層(図示しない)を介して形成されたIII 族窒化物半導体層(n型層11、活性層12、p型層13)と、電極(n側パッド電極14、透明電極15、p側パッド電極16、延伸電極17)とにより構成されている。また、発光素子1は図1に示すように平面形状が四角形状である。また、光取り出し面は、p型層13表面側である。延伸電極17は、本発明の厚肉部に相当する。
The light-emitting element 1 mainly includes a group III nitride semiconductor layer (n-
III 族窒化物半導体層は、サファイア基板10側から順にn型層11、活性層12、p型層13が積層された構造である。n型層11、活性層12、p型層13の構造には、従来より知られる種々の構造を用いることができる。n型層、p型層は単層であってもよいし、複層であってもよく、超格子層を含んでいてもよい。たとえば、n型層はn型コンタクト層とn型クラッド層で構成され、p型層はp型クラッド層とp型コンタクト層で構成されたものを用いることができる。また、活性層はMQWやSQWなどの構造を用いることができる。III 族窒化物半導体層は、サファイア基板10上のバッファ層を介して、MOCVD法によりn型層11、活性層12、p型層13を順に形成することで得られる。
The group III nitride semiconductor layer has a structure in which an n-
ある一辺側のIII 族窒化物半導体層の領域には、n型層13に達する深さの凹部18が形成され、n型層13の一部領域が露出している。この露出したn型層13上には、n側パッド電極14が形成されていて、n型層13とn側パッド電極14とが電気的に接続されている。
A recess 18 having a depth reaching the n-
透明電極15はITO(Indium−Tin−Oxide、酸化インジウムスズ)であり、p型層13表面の全面にわたって形成されている。ITO以外にはIZO(Indium−Zinc−Oxide、酸化インジウム亜鉛)、ICO(Indium−Cerium−Oxide、酸化インジウムセリウム)、TNO(Titanium−Niobium−Oxide、酸化チタンニオブ)などの透光性を有した導電性酸化物を用いることができる。また、透明電極15は、図2に示すように、発光素子1の端部側に向かうにつれ連続的に厚く形成されている。
The
延伸電極17は、透明電極15上に形成されていて、その平面形状は、n側パッド電極14が形成されている側ではない3辺に沿うコの字型の配線形状に形成されている。延伸電極17は、Ni/Auであり、透光性を有する程度の膜厚で形成されている。Ni/Au以外には、Co/Au、Ni、Coなどの金属膜を用いることができる。膜厚は50〜100Åとするのが望ましい。50Å以下ではシート抵抗が高くなってしまい、100Å以上では透光性が低くなるからである。
The extending
このような延伸電極17は、フォトリソグラフィにより透明電極15上にコの字型の配線形状とは逆のパターンにレジストを形成し、蒸着法によって、レジストに覆われていない透明電極15上にNi/Au膜を形成したのち、レジストを除去することで得られる。
Such a stretched
なお、延伸電極17は他の透光性と導電性を有した材料で形成されていてもよい。たとえば、透明電極15と同じITOであってもよいし、透明電極15の材料とは異なる導電性酸化物であってもよい。
In addition, the extending | stretching
p側パッド電極16は、n側パッド電極14が形成されている側の一辺とは反対側の一辺側であって、透明電極15上に延伸電極17に連続して形成されている。p側パッド電極16は、Ni/Auであり、延伸電極17と同一の材料である。p側パッド電極16を構成するNi膜と延伸電極17を構成するNi膜は、同一の膜厚で連続して形成されていて、p側パッド電極16を構成するAu膜が、延伸電極17を構成するAu膜よりも厚い膜厚で形成されている。その結果、p側パッド電極16は延伸電極17よりも厚く形成されている。
The p-
なお、p側パッド電極16の材料としてNi/Au以外にも従来より知られるさまざまな材料を用いることができる。また、実施例1の発光素子1ではp側パッド電極16と延伸電極17とを同一の材料としているが、必ずしも同一である必要はない。また、発光素子1では、透明電極15上と延伸電極17上に形成し、透明電極15、延伸電極17の双方に電気的に接続するようにp側パッド電極16を形成しているが、延伸電極17のみに電気的に接続するようにしてもよい。たとえば、延伸電極17をNiやCoの単層とし、その延伸電極17上にAuからなるp側パッド電極16を形成するようにしてもよい。
In addition to the Ni / Au, various conventionally known materials can be used as the material for the p-
この発光素子1では、従来と同様にp側パッド電極16に接続する延伸電極17を、発光素子1端部の透明電極15上に設けることにより、発光素子1端部における電流を増大させ、面方向に電流を拡散させることができ、発光を均一にすることができる。また、従来は透光性のない材料で延伸電極が構成されていたが、実施例1の発光素子1では透光性を有した延伸電極17を用いているため、延伸電極17により光が吸収、反射されることがない。その結果、光取り出し効率が向上している。また、透明電極15を発光素子1の端部に向かうにつれ厚く形成したため、端部における透明電極15のシート抵抗が低くなり、発光素子1の端部を流れる電流を増加させることができ、より面方向に均一に電流を拡散させることができる。
In this light-emitting element 1, the
なお、実施例1では延伸電極17をコの字型としているが、図3のように、四角形の対角上にnパッド電極24、pパッド電極26を設け、pパッド電極26に接続する延伸電極27を、透明電極25上にL字型に設けてもよい。
In the first embodiment, the extending
また、n側パッド電極に接続する延伸電極を設けてもよい。たとえば、図4のように示す構造であってもよい。図4に示す発光素子は、平面形状が長方形であり、ある角部39aから長手方向の辺39bに沿ってn型層31が露出し、角部39aのn型層31上にn側パッド電極34を形成し、長手方向の辺39bに沿って露出したn型層31上に、n側パッド電極34に接続する延伸電極38を形成し、角部39aの対角である角部39cの透明電極35上にp側パッド電極36を形成し、辺39bの対辺である辺39dに沿って直線状に延伸電極37を形成した構造である。 Moreover, you may provide the extending | stretching electrode connected to an n side pad electrode. For example, the structure shown in FIG. 4 may be used. The light-emitting element shown in FIG. 4 has a rectangular planar shape, the n-type layer 31 is exposed along a side 39b in the longitudinal direction from a certain corner 39a, and the n-side pad electrode is formed on the n-type layer 31 of the corner 39a. 34, and an extended electrode 38 connected to the n-side pad electrode 34 is formed on the n-type layer 31 exposed along the side 39b in the longitudinal direction, and the corner portion 39c, which is the diagonal of the corner portion 39a, is transparent. In this structure, the p-side pad electrode 36 is formed on the electrode 35, and the extended electrode 37 is formed linearly along the side 39d which is the opposite side of the side 39b.
また、実施例1では透明電極15の厚さを発光素子端部に向かうにつれ連続的に厚くなるよう形成しているが、階段状に形成することで段階的に厚くなるようにしてもよい。また、延伸電極によって十分に電流を拡散することができるのであれば、透明電極15の厚さを均一に形成してもよい。
In the first embodiment, the thickness of the
図5は、実施例2のフェイスアップ型の発光素子2の平面図であり、図6は図5におけるB−B断面図である。発光素子1との構造の違いは、発光素子2にはp側パッド電極16に連続する延伸電極を設けていない点である。
FIG. 5 is a plan view of the face-up light-emitting
透明電極15は、実施例1においても述べたように、発光素子2端部に向かうにつれ連続的に膜厚が厚くなる厚肉部15aを有している。この厚肉部15aによって、透明電極15のシート抵抗は端部に向かうにつれ低くなる。したがって、延伸電極を設けずに、厚肉部15aの厚さを調整することのみによっても、発光素子2端部を流れる電流を増加させ、面方向に電流を拡散させることができ、発光を均一にすることができる。
As described in the first embodiment, the
なお、発光素子のIII 族窒化物半導体層の構造は実施例1、2に限るものではなく、フェイスアップ型のIII 族窒化物半導体発光素子の構造に用いられている種々の構造を用いることができる。 The structure of the group III nitride semiconductor layer of the light emitting element is not limited to the first and second embodiments, and various structures used for the structure of the face-up type group III nitride semiconductor light emitting element can be used. it can.
また、いずれの実施例においても透明電極の材料として導電性酸化物を用いているが、他の透光性と導電性を有した材料、たとえば金属薄膜など、であってもよい。 In any of the embodiments, the conductive oxide is used as the material of the transparent electrode. However, other materials having translucency and conductivity, such as a metal thin film, may be used.
本発明は、表示装置や照明装置などに用いることができる。 The present invention can be used for display devices, lighting devices, and the like.
10:サファイア基板
11:n型層
12:活性層
13:p型層
14:n側パッド電極
15:透明電極
16:p側パッド電極
17:延伸電極
10: Sapphire substrate 11: n-type layer 12: active layer 13: p-type layer 14: n-side pad electrode 15: transparent electrode 16: p-side pad electrode 17: stretched electrode
Claims (10)
前記p型層の全面にわたって形成され、透光性と導電性とを有した透明電極と、
前記透明電極上に形成されたp側パッド電極と、
前記発光素子端部の前記透明電極上に形成され、透光性と導電性とを有した厚肉部と、
を有することを特徴とする発光素子。 In a face-up type light emitting device comprising a group III nitride semiconductor layer laminated with the light extraction surface side as a p-type layer,
A transparent electrode formed over the entire surface of the p-type layer and having translucency and conductivity;
A p-side pad electrode formed on the transparent electrode;
A thick portion formed on the transparent electrode at the end of the light emitting element and having translucency and conductivity;
A light-emitting element including:
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