JP2013008818A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013008818A JP2013008818A JP2011140245A JP2011140245A JP2013008818A JP 2013008818 A JP2013008818 A JP 2013008818A JP 2011140245 A JP2011140245 A JP 2011140245A JP 2011140245 A JP2011140245 A JP 2011140245A JP 2013008818 A JP2013008818 A JP 2013008818A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light emitting
- thin wire
- wire electrode
- semiconductor
- wiring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 205
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 138
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 23
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 18
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 10
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 6
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N trimethylindium Chemical compound C[In](C)C IBEFSUTVZWZJEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N magnesium;cyclopenta-1,3-diene Chemical compound [Mg+2].C1C=CC=[C-]1.C1C=CC=[C-]1 QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—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
- H01L33/36—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 electrodes
- H01L33/38—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 electrodes with a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0016—Processes relating to electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—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
- 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
- H01L33/20—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 with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—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
- H01L33/36—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 electrodes
- H01L33/40—Materials therefor
- H01L33/42—Transparent materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体積層体11は第1シート抵抗を有する第1半導体層12、発光層13、第2半導体層14乃至16が順に積層され、第1半導体層12の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部18と、切り欠き部18から−X方向に延在し、+Y方向に分岐または曲折し且つ−Y方向に曲折または分岐した湾入部19を備える。第1半導体層12上であって、切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部19に沿って第1細線電極22が形成されている。半導体積層体11上に第1シート抵抗より低い第2シート抵抗を有する透明導電膜20が形成されている。透明導電膜20上であって、他端側に形成された第2パッド電極23から±Y方向に延在し、曲折して+X方向に延在する第2細線電極24が形成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】半導体積層体11は第1シート抵抗を有する第1半導体層12、発光層13、第2半導体層14乃至16が順に積層され、第1半導体層12の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部18と、切り欠き部18から−X方向に延在し、+Y方向に分岐または曲折し且つ−Y方向に曲折または分岐した湾入部19を備える。第1半導体層12上であって、切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部19に沿って第1細線電極22が形成されている。半導体積層体11上に第1シート抵抗より低い第2シート抵抗を有する透明導電膜20が形成されている。透明導電膜20上であって、他端側に形成された第2パッド電極23から±Y方向に延在し、曲折して+X方向に延在する第2細線電極24が形成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
従来、窒化物半導体発光素子では、窒化物半導体層上に形成された透明導電膜と、透明導電膜上に形成された上部細線電極と、窒化物半導体層の下部を露出させ、その露出部に上部細線電極に対応して形成された下部細線電極とを有し、窒化物半導体層に流れる電流の分布を均一化するするとともに、効率的に光を取り出せるように構成されているものがある。
透明導電膜が用いられるのは、窒化物半導体は導電率が比較的低い材料であるため、窒化物半導体層における電流の拡がりを改善し、且つ放射される光が電極材で遮蔽されるのを防止するためである。
上部細線電極および下部細線電極が用いられるのは、透明電極は光の吸収が無視できないためにその厚さが制限されるので、半導体発光素子のサイズが大きくなるほど電流分散が難しくなるのを改善するためである。
この窒化物半導体発光素子では、上部細線電極から注入されたキャリアが透明導電膜で広げられ、下部細線電極から注入されたキャリアと発光層で再結合する。これにより、広い発光領域で、均一な発光が得られている。
然しながら、電流を均一に拡げるほどキャリア密度が低下するので、非発光再結合の割合が大きくなり、発光効率自体は低下する問題がある。通電電流を増やせばキャリア密度を増加させることができるが、電圧降下による発熱などに起因して、発光効率は必ずしも向上しないという問題がある。
本発明は、キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子を提供する。
一つの実施形態によれば、半導体発光素子では、半導体積層体は第1シート抵抗を有する第1導電型の第1半導体層と、発光層と、第2導電型の第2半導体層が順に積層されている。前記半導体積層体は前記第1半導体層の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から他端側に向かう第1の方向に延在し、前記第1の方向に略垂直な第2の方向に分岐または曲折し且つ前記第2の方向と反対の方向に曲折または分岐した湾入部を備えている。前記発光層から放出される光に対する透光性と前記第1シート抵抗より低い第2シート抵抗を有する透明導電膜が前記半導体積層体上に形成されている。前記第1半導体層上であって、前記切り欠き部に形成された第1パッド電極から前記湾入部に沿って第1細線電極が形成されている。前記透明導電膜上であって、前記他端側に形成された第2パッド電極から前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に延在し、曲折して前記第1の方向と反対の方向に延在する第2細線電極が形成されている。
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
本実施例に係る半導体発光素子について、図1を用いて説明する。図1は本実施例の半導体発光素子を示す図で、図1(a)はその平面図、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
図1に示すように、本実施例の半導体発光素子10では、半導体積層体11は、第1導電型の第1半導体層であるN型GaNクラッド層12と、発光層13と、第2導電型の第2半導体層であるP型AlGaNオーバフロー防止層14、P型GaNクラッド層15およびP型GaNコンタクト層16とが順に積層された多層構造の窒化物半導体積層体である。
半導体積層体11は、発光層13から放出される光に対して透明な基板17、例えばサファイア基板上に形成されている。
半導体積層体11は、N型GaNクラッド層12の一部を露出するように、一端側が矩形状に切り欠かれた切り欠き部18と、切り欠き部18から他端側に向かう第1の方向(図の−X方向)に延在し、第1の方向に略垂直な第2の方向(図の+Y方向)および第2の方向と反対の方向(図の−Y方向)に分岐した湾入部19を有している。
半導体積層体11のP型GaNコンタクト層16上に発光層13から放出される光に対して透明な透明導電膜20、例えば厚さ0.1乃至0.2μmのITO(Indium Tin Oxide)膜が形成されている。
透明導電膜20により、半導体発光素子10の周辺まで電流が広げられる。電流を広げるためにはITO膜を厚くした方が良い。一方、ITO膜はわずかであるが光を吸収してしまうため、光を取り出すためには薄い方が好ましい。以後、透明導電膜をITO膜とも記す。
透明導電膜20は、半導体積層体11の側面に沿って流れる表面電流を抑制するために、P型GaNコンタクト層16のエッジより距離L4、例えば10μmだけ内側に形成されている。距離L4は、発光層13に注入される少数キャリアの拡散長(μmオーダ)の10倍以上が好ましい。
N型GaNクラッド層12上であって、切り欠き部18に第1パッド電極21が形成され、第1パッド電極21から湾入部19に沿って、第1細線電極22が形成されている。
第1細線電極22は、第1パッド電極21から−X方向に延在する第1配線22aと、第1配線22aから+Y方向に分岐した第2配線22bおよび−Y方向に分岐した第3配線22cを有している。
第1パッド電極21および第1細線電極22は、例えばチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)の積層膜である。
透明導電膜20上であって、他端側に第2パッド電極23が形成され、第2パッド電極23から第1細線電極22を囲うように第2細線電極24が形成されている。
第2細線電極24は第2パッド電極23から±Y方向に延在し、曲折して+X方向に延在する第4配線24aおよび第5配線24bを有している。
第2パッド電極23および第2細線電極24は、例えば金(Au)またはアルミニウム(Al)膜である。
平面視で第1細線電極22と第2細線電極24が略垂直に対向する部位間の第1の距離は、第1細線電極22と第2細線電極24が略平行に対向する部位間の第2の距離より小さく設定されている。
第2配線22bが第4配線24aと略垂直な位置関係に配置され、第3配線22cが第5配線24bと略垂直な位置関係に配置されている。第2配線22bと第4配線24a間の第1の距離はL1aおよび第3配線22cと第5配線24bの間の第1の距離はL1bに設定されている。
平行に対向する第1配線22aと第4配線24a間の第2の距離をL2、平行に対向する第2配線22bと第4配線24a間の第2の距離をL3とすると、L1a<L2、L3およびL1b<L2、L3の関係にある。
半導体発光素子10のサイズが450μm×450μm□のとき、第1の距離L1a、L1bは、例えば30μmから60μm程度に設定する。
N型GaNクラッド層12は、例えば不純物濃度が2E18cm−3、移動度が300乃至400cm2/V・s程度なので、抵抗率は8E−3乃至1E−2Ωcmである。N型GaNクラッド層12の厚さが4μmのとき、N型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1は、20乃至25Ω/□となる。
透明導電膜20の抵抗率は、製法や条件により異なるが、2E−4Ωcmとすることは可能である。透明導電膜20の第2シート抵抗ρs2は、十分な透過率、例えば80%以上が得られる厚さである0.2μm以下でも、12Ω/□以下となる。
従って、十分な透過率を維持して、透明導電膜20の第2シート抵抗ρs2をN型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より小さく設定することが可能である。
なお、半導体積層体11については周知であるが、以下簡単に説明する。N型GaNクラッド層12は、発光層13乃至P型GaNコンタクト層16までをエピタキシャル成長させるための下地単結晶層を兼ねており、基板17上に、例えば約2乃至5μmと厚く形成されている。
発光層13は、例えばInGaN障壁層とInGaN井戸層とが交互に積層された多重量子井戸(MQW:Multiple Quantum Well)である。
InGaN障壁層は、例えば厚さが10nm、In組成比が0.05である。InGaN井戸層は、例えば厚さが2.5nm、In組成比が0.2である。InGaN障壁層とInGaN井戸層は、例えば8組形成されている。
P型AlGaNオーバフロー防止層14は、例えば厚さが10nm、Al組成比が0.15である。P型GaNクラッド層15は、例えば厚さが40nmである。P型AlGaNオーバフロー防止層14のバンドギャップはP型GaNクラッド層15のバンドギャップより大きい。P型GaNコンタクト層16は、例えば厚さが5nmである。
第1パッド電極21と第2パッド電極23間に電圧を印加することにより、発光層13に注入されたキャリアが発光再結合し、例えばピーク波長が約450nmの光が放出される。
本実施例の半導体発光素子10は、第2配線22bと第4配線24a間および第3配線22cと第5配線24b間の電流密度を周りより高くし、発光層13内に局所的にキャリア密度の高い領域25a、25bを作り出すように構成されている。
更に、本実施例の半導体発光素子10は、第2シート抵抗ρs2を第1シート抵抗ρs1より低くすることにより(ρs1>ρs2)、第1細線電極22のパターンに応じた電流密度分布が容易に得られように構成されている。
半導体発光素子の発光効率は、電子と正孔のペアが発光に係る発光再結合寿命と、欠陥に捕まって熱となるのに係る非発光再結合寿命のバランスで決定される。
非発光再結合にはキャリア密度の3乗に比例するオージェ再結合とキャリア密度に比例するショックレー・リード・ホール(SRH)再結合がある。キャリア密度の小さい低電流の場合、およびオージェ再結合が起こりにくい半導体では、SRH再結合の影響が大きくなる。
その場合、半導体発光素子の発光効率は、主にキャリア密度の自乗に比例する発光再結合確率と、SRH非発光再結合確率に支配されることになる。
発光層13内にキャリア密度の疎密を設けることにより、キャリア密度が高い領域は発光再結合確率がSRH非発光再結合確率より十分大きくなり、発光効率が相対的に大きくなる。
一方、キャリア密度が低い領域は発光再結合確率とSRH非発光再結合確率の差が縮まり発光効率は相対的に小さくなる。
従って、キャリア密度が高い領域とキャリア密度が低い領域の割合およびその面内分布を最適化することにより、全体として発光効率を向上させることが可能である。発光層13に流れる電流分布を単に均一化する場合より、高い発光効率を得ることが可能である。
電流はほぼ透明導電膜20に沿って広がり、P型GaNクラッド層15、P型GaNコンタクト層16などのP型層に沿っての電流の広がりは無視することができる。その結果、P型GaNコンタクト層16から発光層13に基板17に対して垂直な方向に電流が流れ、第1細線電極22のパターンに応じた電流密度分布が得られる。
従って、キャリア密度が高い領域とキャリア密度が低い領域の割合およびその面内分布の最適化が容易になる。
図2は半導体発光素子の電流分布のシミュレーション結果を比較例と対比して示す図で、図2(a)、図2(b)が本実施例の半導体発光素子の表面近傍と発光層の電流分布を示す図、図2(c)、図2(d)が比較例の半導体発光素子の表面近傍と発光層の電流分布を示す図である。
図3は半導体発光素子の特性を測定した結果を比較例と対比して示す図で、図3(a)が通電電流と光出力の関係を示す図、図3(b)が通電電流と電圧降下の関係を示す図である。図3(a)、図3(b)において、実線が本実施例の半導体発光素子の特性を示し、破線が比較例の半導体発光素子の特性を示している。
図4は比較例の半導体発光素子を示す図で、図4(a)はその平面図、図4(b)は図4(a)のB−B線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。比較例の半導体発光素子とは、N型GaNクラッド層のシート抵抗より高いシート抵抗を有する透明導電膜が形成されている半導体発光素子のことである。
図4に示すように、比較例の半導体発光素子30は、切り欠き部18から−X方向に延在する湾入部31を有している。切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部31に沿って第1細線電極32が形成されている。第2細線電極24は第1細線電極32を挟むように第1パッド電極21近くまで延在している。
シミュレーションは、対称性を利用して図1(a)の平面図の上側半分について有限要素法を用いて行った。シミュレーション条件は下記の通りである。
半導体発光素子10、30のサイズが450μm角、第2細線電極24のX/Y方向の長さが160μm/240μm、N型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1=24Ω/□、印加電圧が4.5Vであることは共通である。
本実施例の半導体発光素子10は、第1細線電極22のX、Y方向の長さが120、120μm、第2配線22bと第4配線24a間および第3配線22cと第5配線24b間の第1の距離L1a、L1bがともに60μmである。透明導電膜20の第2シート抵抗ρs2=12Ω/□である。平行に対向する第1配線22bと第4配線24a間の第2の距離L3は100μmである。
比較例の半導体発光素子30は、第1細線電極32のX方向の長さが120μm、平行な第2細線電極24と第1細線電極32間の距離L5は120μmである。透明導電膜33の第2シート抵抗ρs2=60Ω/□である。
図2(a)および図2(c)に示すように、本実施例の半導体発光素子10では、比較例の半導体発光素子30に比べて、表面近傍、即ち主に透明導電膜20を流れる電流が大きくなっている。
図2(b)および図2(d)に示すように、本実施例の半導体発光素子10では、比較例の半導体発光素子30に比べて発光層13での電流分布が第1細線電極22の第2配線22bの近傍の周囲に集中していることが分かる。これは、図2(a)および図2(c)に示す表面近傍の電流密度分布を反映している。
図3(a)に示すように、本実施例の半導体発光素子10はいずれの電流値でも比較例の半導体発光素子30に比べて光出力が増加する結果が得られた。これから、本実施例の半導体発光素子10は比較例の半導体発光素子30より、発光効率が向上していることが確かめられた。
図3(b)に示すように、本実施例の半導体発光素子10はいずれの電流値でも比較例の半導体発光素子30に比べて電圧降下が減少する結果が得られた。これは透明導電膜20の第2シート抵抗ρs2が透明導電膜33の第2シート抵抗ρs2より低く、第1の距離L1a、L1bが距離L5より短いため、透明導電膜20での電圧降下が減少したためである。
次に、半導体発光素子10の製造方法について説明する。図5および図6は半導体発光素子10の製造工程を順に示す断面図である。
図5(a)に示すように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、エピタキシャル成長用の基板17(図示せず)にN型GaNクラッド層12、発光層13、P型AlGaNオーバフロー防止層14、P型GaNクラッド層15およびP型GaNコンタクト層16を順にエピタキシャル成長させて半導体積層体11を形成する。
半導体積層体11の製造プロセスについては周知であるが、以下簡単に説明する。基板17としてC面サファイア基板を用い、前処理として、例えば有機洗浄、酸洗浄を施した後、MOCVD装置の反応室内に収納する。次に、例えば窒素(N2)ガスと水素(H2)ガスの常圧混合ガス雰囲気中で、高周波加熱により、基板17の温度を、例えば1100℃まで昇温する。これにより、基板17の表面が気相エッチングされ、表面に形成されている自然酸化膜が除去される。
次に、N2ガスとH2ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばアンモニア(NH3)ガスと、トリメチルガリウム(TMG:Tri-Methyl Gallium)を供給し、N型ドーパントとして、例えばシラン(SiH4)ガスを供給し、厚さ4μmのN型GaN層12を形成する。
次に、NH3ガスは供給し続けながらTMGおよびSiH4ガスの供給を停止し、基板17の温度を1100℃より低い温度、例えば800℃まで降温し、800℃で保持する。
次に、N2ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばNH3ガス、TMGおよびトリメチルインジウム(TMI:Tri-Methyl Indium)を供給し、厚さ10nm、In組成比が0.05のInGaN障壁層を形成し、TMIの供給を増やすことにより、厚さ2.5nm、In組成比が0.2のInGaN井戸層を形成する。
次に、TMIの供給を増減することにより、InGaN障壁層とInGaN井戸層の形成を、例えば8回繰返す。これにより、MQW層が得られる。
次に、TMG、NH3ガスは供給し続けながらTMIの供給を停止し、アンドープで厚さ5nmのGaNキャップ層(図示せず)を形成する。
次に、NH3ガスは供給し続けながらTMGの供給を停止し、N2ガス雰囲気中で、基板17の温度を800℃より高い温度、例えば1030℃まで昇温し、1030℃で保持する。
次に、N2ガスとH2ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとしてNH3ガス、TMG、トリメチルアルミニウム(TMA:Tri-Methyl Aluminum)、P型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を供給し、厚さが10nm、Al組成比が0.15、Mg濃度が1E18cm−3程度のP型AlGaNオーバフロー防止層14を形成する。
次に、TMG、NH3ガス、TMG、Cp2Mgは供給し続けながらTMAの供給を停止し、厚さが40nm、Mg濃度が1E20cm−3程度のP型GaNクラッド層15を形成する。
次に、Cp2Mgの供給を増やして、厚さ10nm、Mg濃度が1E21cm−3程度のP型GaNコンタクト層16を形成する。
次に、NH3ガスは供給し続けながらTMGの供給を停止し、キャリアガスのみ引き続き供給し、基板17を自然降温する。NH3ガスの供給は、基板17の温度が500℃に達するまで継続する。これにより、基板17上に半導体積層体11が形成され、P型GaNコンタクト層16が表面になる。
次に、図5(b)に示すように、P型GaNコンタクト層16上に、例えばスパッタリング法により厚さ約0.2μmのITO膜40を形成する。
一般に、スパッタリング等でITO膜を形成すると、成膜時の基板温度、プラズマ密度、酸素分圧等に依存して、アモルファスITOと結晶質ITOが混在したITO膜が得られることが知られている。
例えば、基板温度で言えば、ITOの結晶化温度は150℃乃至200℃付近にある。基板温度が結晶化温度付近にあると、アモルファスITOと結晶質ITOが混在したITO膜が得られる。
次に、図5(c)に示すように、IOT膜40上に、切り欠き部18と湾入部19に対応する開口を有するレジスト膜41をフォトリソグラフィ法により形成する。レジスト膜41をマスクとしてIOT膜40を、例えば塩酸と硝酸の混酸によりウェットエッチングする。エッチングは、結晶質ITOおよびアモルファスITOがともに除去されるまでおこなう。
結晶質ITOのエッチング速度は、アモルファスITOのエッチング速度より遅くなる。結晶質ITOのエッチング速度は、例えば50乃至100nm/min程度である。アモルファスITOエッチング速度は、例えば100乃至500nm/min程度である。
このとき、IOT膜40は、例えば1μm程度サイドエッチングされる。一方、レジスト膜41は、エッチングされないので、薄くなることは無く、略初期の厚さを維持している。
なお、結晶質ITOは、残渣として残留し易いため、超音波を印加してエッチングするか、またはエッチング後に超音波洗浄を施して物理的に除去することが望ましい。
次に、図6(a)に示すように、レジスト膜41を残置したまま、レジスト膜41をマスクとして、塩素系ガスを用いたRIE法により、P型GaNコンタクト層16からN型GaNクラッド層12の上部までを異方性エッチングし、N型GaNクラッド層12の一部を露出させる。
次に、図6(b)に示すように、レジスト膜41を残置したまま、レジスト膜41をマスクとして、再びIOT膜40をウェットエッチングする。ITO膜40はアンダーカットされ、P型GaNコンタクト層16のエッジより距離L4だけ内側に後退する。
次に、レジスト膜41を、例えばアッシャーを用いて除去した後、図6(c)に示すように、ITO膜40の結晶化を促進し、ITO膜40の導電率を高めるためにITO膜40に熱処理を施す。熱処理は、例えば窒素中、もしくは窒素と酸素の混合雰囲気中で、温度400乃至750℃程度、時間1乃至20分程度が適当である。
この段階で、ITO膜40は図1に示す透明導電膜20になる。厚さが0.2μmのITO膜20は光の吸収は増えるが、シード抵抗は概ねN型GaNクラッド層12のシード抵抗より低くなる。
次に、周知の方法により、N型GaN層12上であって、切り欠き部18に第1パッド電極21と、第1パッド電極21から湾入部19に沿った第1細線電極22を形成する。
透明導電膜20上であって、他端側に第2パッド電極23と、第2パッド電極23から±Y方向に延在し、曲折して+X方向に延在する第2細線電極24を形成する。これにより、図1に示す半導体発光素子10が得られる。
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子10は、第2配線22bと第4配線24a、および第3配線22cと第5配線24bをそれぞれ略垂直に配置し、第1の距離L1a、L1bまで接近させている。
更に、透明導電膜20の第2シート抵抗ρs2をN型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より低くしている(ρs1>ρs2)。
その結果、電流を周辺部まで広げて、発光層13内に局所的に高キャリア密度領域25a、25bが作り出される。高キャリア密度領域25a、25bでは周りより発光効率が大きくなる。
従って、キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子が得られる。発光層13内に局所的にキャリア密度の高い領域を形成する位置およびキャリア密度の最適化が容易である。
ここでは、第1細線電極が±Y方向に分岐した、所謂T字型である場合について説明したが、同様な別の形状でも構わない。図7は別の半導体発光素子を示す平面図である。
図7に示すように、半導体発光素子50では、切り欠き部18から−X方向に延在し、途中で+Y方向に分岐し、先端が−Y方向に曲折した湾入部51が形成されている。
第1細線電極52は、湾入部51に沿って形成されている。第1細線電極52は、第1パッド電極21から−X方向に延在する第1配線52aと、途中で+Y方向に分岐した第2配線52bおよび先端が曲折した第3配線52cを有している。
平面視で第2配線52bと第4配線24a、および第3配線52cと第5配線24bがそれぞれ略垂直に配置され、且つ第1の距離L1a、L1bまで接近している。
キャリア密度の高い領域を2箇所設けた場合について説明したが、更にキャリア密度の高い領域を増やしても構わない。図8はキャリア密度の高い領域を3箇所設けた半導体発光素子を示す平面図である。
図8に示すように、半導体発光素子60では、切り欠き部18から−X方向に第2パッド電極23付近まで延在し、途中で±Y方向に分岐した、所謂十字状の湾入部61が形成されている。
第1細線電極62は、湾入部61に沿って形成されている。第1細線電極62は、第1パッド電極21から−X方向に第2パッド電極23付近まで延在する第1配線62aと、途中で±Y方向に分岐した第2および第3配線62b、62cを有している。
平面視で第1配線62aは第2細線電極24の±Y方向の配線24cと略垂直な位置関係に配置され、第1配線62aと配線24c間の距離はL1cである。
これにより、第1細線電極62の第1乃至第3配線62a、62b、62cの先端の周りに高キャリア密度領域25a、25b、25cが3箇所形成される。キャリア密度の高い領域を増やして分散させることにより、発光効率を維持して面内の発光強度を均一化することが可能である。
第2および第3配線62b、62cは同一箇所から±Y方向に分岐しているが、異なる箇所から分岐していても構わない。
基板17がサファイア基板である場合について説明したが、SiC基板、GaN基板を用いることもできる。
本実施例に係る半導体発光素子について図9を用いて説明する。図9は本実施例の半導体発光素子を示す平面図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例1と異なる点は、第1細線電極と第2細線電極の平行に対向する部位間の距離を平行に対向する部位の長さより短くしたことにある。
即ち、図9に示すように、本実施例の半導体発光素子70は、切り欠き部18から−X方向に延在し、−Y方向に曲折し、更に−X方向に曲折した湾入部71を有している。
N型GaNクラッド層12上であって、切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部71に沿って第1細線電極72が形成されている。第1細線電極72は、第1パッド電極21から−X方向に延在する第1配線72aと、第1配線72aから−Y方向に曲折した第2配線72bと、第2配線72bから−X方向に曲折した第3配線72cを有している。
平面視で、第1パッド電極21と第2パッド電極23が対向している。第1細線電極72の第1配線72aと第2細線電極24の第4配線24aが平行に対向している。第1細線電極72の第3配線72cと第2細線電極24の第5電極24bが平行に対向している。
第1パッド電極21と第2パッド電極23の間隔をd0、第1配線72aと第4配線24aが対向する部位の長さをd1、第1配線72aと第4配線24aが対向する部位間の距離をd2、第3配線82cと第5配線24bが対向する部位の長さをd3、第3配線72cと第5配線24bが対向する部位間の距離をd4とする。
d1はd0の1/2未満で且つd2より大きく設定され(d2<d1<d0/2)、d3はd0の1/2未満で且つd4より大きく設定されている(d4<d3<d0/2)。
これにより、電流を制御性良く集中し、動作電圧の上昇を抑制することが可能である。長さd1、d3をd0の1/2未満としているので、平行に対向する部分を複数設けることができる。第1パッド電極21および第2パッド電極23による光の吸収も少なくなり、発光効率を向上させることができる。
図10は半導体発光素子70の特性を測定した結果を比較例の半導体発光素子と対比して示す図で、図10(a)が通電電流と光出力の関係を示す図、図10(b)が通電電流と電圧降下の関係を示す図である。図10(a)、図10(b)において、実線が本実施例の半導体発光素子の特性を示し、破線が比較例の半導体発光素子の特性を示している。
ここで、比較例の半導体発光素子とは、図4に示す半導体発光素子30から透明導電膜33を除いた半導体発光素子のことである。
図10(a)に示すように、本実施例の半導体発光素子70はいずれの電流値でも比較例の半導体発光素子に比べて光出力が増加する結果が得られた。図10(b)に示すように、本実施例の半導体発光素子70はいずれの電流値でも比較例の半導体発光素子に比べて電圧降下が減少する結果が得られた。
これから、本実施例の半導体発光素子70は比較例の半導体発光素子より、発光効率が向上し、動作電圧の上昇が抑制されていることが確かめられた。
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子70は、第1細線電極71と第2細線電極24の平行に対向する部位の長さ(d1、d3)を第1、第2パッド電極21、23間の距離(d0)の1/2未満とし、平行に対向する部位間の距離(d2、d4)を平行に対向する部位の長さ(d1、d3)より短くしている。
その結果、電流を制御性良く集中し、動作電圧の上昇を抑制することができる利点がある。
半導体発光素子70に、透明導電膜および電流ブロック層を設けることができる。図11は透明導電膜が形成された半導体発光素子を示す平面図である。図11に示すように、半導体発光素子75では、図1に示す半導体発光素子10と同様な透明導電膜76が形成されている。
図12は透明導電膜および電流ブロック層が形成された半導体発光素子を示す図で、図12(a)はその平面図、図12(b)は図12(a)のC−C線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
図12に示すように、半導体発光素子77では、透明導電膜76に加えて、P型GaNコンタクト層16と透明導電膜76の間に、第2パッド電極23および第2細線電極24に対応した電流ブロック層78が形成されている。
電流ブロック層78は、例えばシリコン酸化膜で、第2パッド電極23および第2細線電極24より一回り大きいサイズに形成されている。
電流ブロック層78により、第2パッド電極23および第2細線電極24の直下には電流が流れないので、第2パッド電極23および第2細線電極24により遮光される発光が予め抑制される。
図13は半導体発光素子77の製造工程の要部を順に示す断面図である。図13(a)に示すように、基板17上に半導体積層体11を形成した後、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、厚さ約100nmのシリコン酸化膜81を形成する。
次に、図13(b)に示すように、電流ブロック層78に対応したレジスト膜82をフォトリソグラフィ法により形成する。レジスト膜82をマスクとして、シリコン酸化膜81をウェットエッチングする。これにより、電流ブロック層78が形成される。
次に、図13(c)に示すように、電流ブロック層78が形成されたP型GaN層16上にITO膜83を形成する。以後、図5(c)乃至図6(c)と同様の工程を経て半導体発光素子77が形成される。
ここでは、第1細線電極が1段である場合について説明したが、複数段とすることもできる。図14は第1細線電極が複数段である半導体発光素子を示す平面図である。
図14に示すように、半導体発光素子90は切り欠き部18から−X方向に延在し、途中で+Y方向に分岐して更に−X方向に曲折するとともに、−Y方向に分岐して更に−X方向に曲折した湾入部91を有している。
N型GaNクラッド層12上であって、切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部91に沿って第1細線電極92が形成されている。第1細線電極92は、第1パッド電極21から−X方向に延在する第1配線82aと、第1配線82aから−Y方向に曲折した第2配線82bと、第2配線82bから−X方向に曲折した第3配線82cに加えて、第1配線82aの途中で+Y方向に分岐した第6配線92a、第6配線92aから−X方向に曲折した第7配線92bを有している。
第2細線電極24の第4配線24aと第1細線電極92の第7配線92bが平行に対向し、平行に対向する部位の長さがd1、平行に対向する部位間の距離d2である。半導体発光素子90は、チップサイズが比較的大きい場合に適した構造である。
本実施例に係る半導体発光素子について図15を用いて説明する。図15は本実施例の半導体発光素子を示す平面図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例1と異なる点は、第2細線電極に沿って第1細線電極と第2細線電極間の距離が実質的に交互に変化するようにしたことにある。
即ち、図15に示すように、本実施例の半導体発光素子100は、切り欠き部18から−X方向に延在する湾入部101を有している。切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部101に沿って第1細線電極102が形成されている。
P型GaN層16上に透明導電膜103が形成されている。P型GaN層16と透明導電膜103の間であって、第2パッド電極23および第2細線電極24に対応した電流ブロック層104が形成されている。
電流ブロック層104は、第1細線電極102側のエッジに鋸歯状の凹凸部104aが形成されている。電流ブロック層104と第1細線電極102間の距離は、凹凸部104aに応じて交互に変化する。
凹凸部104aの凹部aと第1細線電極102間の距離は長く、凹凸部104aの凸部bと第1細線電極102間の距離は短い。これにより、第2細線電極24に沿って第1細線電極102と第2細線電極24間の距離が実質的に交互に変化する。
凹凸部104aの凹部aは第2細線電極24に近いので、キャリア密度が大きくなる。一方、凹凸部104aの凸部bは第2細線電極24から遠いので、キャリア密度が小さくなる。
キャリア密度の小さい部分は非発光再結合の割合が増えるが、キャリア密度が大きい部分は殆どのキャリアを発光再結合させることが可能になり、全体の発光効率を向上させることができる。凹凸部104aの周期はキャリアの拡散長以上で分割可能な値(2〜100μm)が好ましい。
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子100では、電流ブロック層104の第1細線電極102側のエッジに鋸歯状の凹凸部104aが形成されている。
その結果、凹部aにおけるキャリア密度が大きくなり、凸部bにおけるキャリア密度が小さくなる。キャリア密度に疎密が生じ、全体として発光効率を向上させることができる。
図16は鋸歯の高さを2段にした半導体発光素子を示す平面図である。図16に示すように、半導体発光素子105では、電流ブロック層106の第1細線電極102側のエッジに、凹部aと凸部bの間に高さが凸部bより小さい凸部cを有する鋸歯状の凹凸部106aが形成されている。
高さが2段の鋸歯状の凹凸部106aにより、キャリア密度が高くなるポイントが分散されるので、過度の電流集中による発光効率の低下を抑制することができる利点がある。
ここでは、凹凸部104aが鋸歯状である場合について説明したが、その他の形状、例えば矩形波状、波状などでも同様の効果を得ることができる。
本実施例に係る半導体発光素子について図17を用いて説明する。図17は本実施例の半導体発光素子を示す平面図である。本実施例において、上記実施例3と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
本実施例が実施例3と異なる点は、透明導電膜の第1細線電極側のエッジが凹凸部を有することにある。
即ち、図17に示すように、本実施例の半導体発光素子110では、透明導電膜111は、第1細線電極102側のエッジに鋸歯状の凹凸部111aが形成されている。透明導電膜111と第1細線電極102間の距離は、凹凸部111aに応じて交互に変化する。
凹凸部111aの凹部aと第1細線電極102間の距離は長く、凹凸部111aの凸部bと第1細線電極102間の距離は短い。これにより、第2細線電極24に沿って第1細線電極102と第2細線電極24間の距離が実質的に交互に変化する。
透明導電膜111がN型GaNクラッド層12よりキャリアが移動し易い場合、第2細線電極24から注入されたキャリアは透明導電膜111端の凸部bまで広がるためキャリア密度が大きくなる。一方、凹部aはキャリア密度が小さくなる。
透明導電膜111がN型GaNクラッド層12よりキャリアが移動しにくい場合、第1細線電極102から注入されたキャリアは透明導電膜111端の凹部aの下方まで広がるためキャリア密度が大きくなる。一方、凸部bはキャリア密度が小さくなる。
いずれの場合でも、キャリア密度の小さい部分は非発光再結合の割合が増えるが、キャリア密度が大きい部分は殆どのキャリアを発光再結合させることが可能になり、全体として発光効率を向上させることができる。
凹凸部111aの周期はキャリアの拡散長以上で分割可能な値(2〜100μm)が好ましい。
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子110では、透明導電膜111の第1細線電極102側のエッジに鋸歯状の凹凸部111aが形成されている。
その結果、凹部aにおけるキャリア密度が大きくなり、凸部bにおけるキャリア密度が小さくなる。キャリア密度に疎密が生じ、全体として発光効率を向上させることができる。
図18は鋸歯の高さを2段にした半導体発光素子を示す平面図である。図18に示すように、半導体発光素子113では、透明導電膜114の第1細線電極102側のエッジに、凹部aと凸部bの間に高さが凸部bより小さい凸部cを有する鋸歯状の凹凸部114aが形成されている。
高さが2段の鋸歯状の凹凸部114aにより、キャリア密度が高くなるポイントが分散されるので、過度の電流集中による発光効率の低下を抑制することができる利点がある。
ここでは、凹凸部114aが鋸歯状である場合について説明したが、その他の形状、例えば矩形波状、波状などでも同様の効果を得ることができる。
本実施例に係る半導体発光素子について図19を用いて説明する。図19は本実施例の半導体発光素子を示す平面図である。本実施例において、上記実施例3と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例3と異なる点は、第2細線電極の形状を九十九折状にしたことにある。
即ち、図19に示すように、本実施例の半導体発光素子116では、第2細線電極117の第4配線117aは交互に折れ曲がり、九十九折りされている。第5配線117bも同様である。第2細線電極117と第1細線電極102間の距離は、第4配線117aおよび第5配線117bの曲折に応じて交互に変化する。
第2細線電極117の凹部aと第1細線電極102間の距離長く、第2細線電極116の凸部bと第1細線電極102間の距離は短い。これにより、第2細線電極117に沿って第1細線電極102と第2細線電極117間の距離が実質的に交互に変化する。
これにより、第2細線電極117と第1パッド電極21および第1細線電極102との間の距離が近くキャリア密度が大きくなる部分と、距離が遠くキャリア密度が小さくなる部分が生じる。
キャリア密度の小さい部分は非発光再結合の割合が増えるが、キャリア密度が大きい部分は殆どのキャリアを発光再結合させることが可能になり、全体として発光効率を向上させることができる。
第2細線電極117の曲折の周期はキャリアの拡散長以上で分割可能な値(2〜100μm)が好ましい。
ここでは、第2細線電極117の形状が鋸歯状である場合について説明したが、その他の形状、例えば矩形波状、波状などでも同様の効果を得ることができる。
本実施例に係る半導体発光素子について図20を用いて説明する。図20は本実施例の半導体発光素子を示す図で、図20(a)はその平面図、図20(b)は図20(a)のD−D線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例1と異なる点は、N型GaNクラッド層のシート抵抗よりシート抵抗の高い領域と低い領域を有する透明導電膜を形成したことにある。
即ち、図20に示すように、本実施例の半導体発光素子120では、切り欠き部18から−X方向に延在する湾入部121を有している。切り欠き部18に形成された第1パッド電極21から湾入部121に沿って第1細線電極122が形成されている。
P型GaNコンタクト層16上に透明導電膜123が形成されている。透明導電膜123は、湾入部121の途中から他端側にN型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より低い第2シート抵抗ρs2を有する第1の領域123aと、湾入部121の途中から一端側にN型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より高い第3シート抵抗ρs3を有する第2の領域123bを備えている。
透明導電膜123の厚さを変えることにより、第2シート抵抗ρs2を有する第1の領域123aと第3シート抵抗ρs3を有する第2の領域123bが作り分けられている。第1の領域123aは第2の領域123bより厚く形成されている。
N型GaNクラッド層12は、不純物濃度が2E18cm−3のとき、移動度が300乃至400cm2/V・s程度であり、抵抗率は8E−3〜1E−2Ωcmである。透明導電膜123の抵抗率は2E−4Ωcm程度が可能である。
N型GaNクラッド層12は、厚さ4μmのとき、第1シート抵抗ρs1は20〜25Ω/□である。
一方、透明導電膜123は、厚さが0.17μmのとき、シート抵抗が10Ω/□であり、N型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より小さくなる。透明導電膜123は、厚さが0.05μmのとき、シート抵抗が40Ω/□であり、N型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より大きくなる。
第2細線電極24は透明導電膜123の第1の領域123aから第2の領域123bに跨って形成されている。
これにより、透明導電膜123の第1の領域123aではホールが広がりやすいため、電流が第1細線電極122の周辺aに集中しやすくなる。一方、透明導電膜123の第2の領域123bではホールが広がりにくいため、電流が第2細線電極24の周辺bに集中しやすくなる。
電流が集中することにより、キャリア密度の疎密が生じ、全体として発光効率を高めることができる。電流が集中化する領域を複数設けて、適度に分散することにより発光パターンを広げることもできる。
透明導電膜123の第1の領域123aではホールが透明導電膜123内を移動し、透明導電膜123の第2の領域123bでは主に電子がN型GaNクラッド層12内を移動する。そのため、全体として抵抗が高くなり過ぎる恐れは少ない。
なお、P型窒化物系半導体は、ITOなどの透明導電膜よりも抵抗率が大きく、厚く成長させることが困難なため、シート抵抗は高い。電流はほぼ透明導電膜123を通って広がることになる。P型GaNクラッド層15、P型GaNコンタクト層16などのP型層を通っての電流の広がりは無視することができる。
次に、半導体発光素子120の製造方法について説明する。図21は半導体発光素子120の製造工程の要部を順に示す断面図である。図5(a)および図5(b)と同様にして、基板17上に半導体積層体11を形成し、半導体積層体11上に、例えば厚さ200nmのITO膜125を形成する。
次に、図21(a)に示すように、ITO膜125上にフォトリソグラフィ法により第2の領域123aに対応する開口を有するレジスト膜126を形成する。レジスト膜126をマスクとして、RIE法によりITO膜125を異方性エッチングし、ITO膜125を、例えば50nmまで薄くする。
次に、図21(b)に示すように、レジスト膜126を除去した後、ITO膜125上にフォトリソグラフィ法により切り欠き部18および湾入部121に対応する開口を有するレジスト膜127を形成する。薄化されたITO膜125の一部がレジスト膜127で覆われている。
レジスト膜127をマスクとしてITO膜125をウェットエッチングし、P型GaNコンタクト層16の一部を露出させる。
次に、図21(c)に示すように、レジスト膜127をマスクとしてRIE法により、P型GaNコンタクト層16からN型GaNクラッド層12の上部まで異方性エッチングし、N型GaNクラッド層12の一部を露出させる。
次に、図6(b)および図6(c)と同様にして、ITO膜125をアンダーカットし、熱処理を施す。次に、第1および第2パッド電極21、23、第1および第2細線電極122、24を形成する。
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子120では、透明導電膜123にN型GaNクラッド層12の第1シート抵抗ρs1より低い第2シート抵抗ρs2を有する第1の領域123aと、第1シート抵抗ρs1より高い第3シート抵抗ρs3を有する第2の領域123bを形成し、第2細線電極24を第1の領域123aから第2の領域123bに跨って形成している。
その結果、第1の領域123aでは電流が第1細線電極122の周辺に集中しやすくなり、第2の領域123bでは電流が第2細線電極24の周辺に集中しやすくなる。
キャリア密度に疎密が形成され、キャリア密度の小さい部分は非発光再結合の割合が増えるが、キャリア密度が大きい部分a、bは殆どのキャリアを発光再結合させることが可能になり、全体の発光効率を向上させることができる。
P型GaNコンタクト層16と透明導電膜123の間で、第2パッド電極23および第2細線電極24に対応した電流ブロック層を形成しても構わない。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 前記半導体積層体と前記透明導電膜の間であって、前記第2パッド電極および前記第2細線電極に対応した絶縁層が形成され、前記絶縁層の前記第1細線電極側のエッジが凹凸部を有する請求項4に記載の半導体発光素子。
(付記1) 前記半導体積層体と前記透明導電膜の間であって、前記第2パッド電極および前記第2細線電極に対応した絶縁層が形成され、前記絶縁層の前記第1細線電極側のエッジが凹凸部を有する請求項4に記載の半導体発光素子。
(付記2) 前記透明導電膜の前記第1細線電極側のエッジが凹凸部を有する請求項4に記載の半導体発光素子。
(付記3) 前記第2細線電極が交互に曲折した凹凸部を有する請求項4に記載の半導体発光素子。
(付記4) 前記凹凸部は、高さの異なる凸部を有する付記1、2のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
(付記5) 前記凹凸部は、鋸歯状、矩形状、波状である付記1、2、3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
(付記6) 前記透明導電膜は前記半導体積層体のエッジより内側に形成され、前記透明導電膜のエッジと前記半導体積層体のエッジの間の距離が、前記発光層に注入される少数キャリアの拡散長の10倍以上である請求項1、4、5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
(付記7) 前記発光層から放出される光に対する透光性を有する透明導電膜が前記半導体積層体上に形成され、前記第2パッド電極および前記第2細線電極が前記透明導電膜上に形成されている請求項3に記載の半導体発光素子。
(付記8) 前記半導体積層体と前記透明導電膜の間に、前記第2パッド電極および前記第2細線電極に対応して形成された絶縁層を具備する請求項3に記載の半導体発光素子。
(付記9) 前記半導体積層体は、窒化物半導体積層体である請求項1、3、4、5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
(付記10) 前記発光層が、Inx1Aly1Ga(1−x1−y1)N井戸層(0<x1<1、0≦y1<1、)と、Inx2Aly2Ga(1−x2−y2)N障壁層(0≦x2<1、0≦y2<1、x1>x2)が交互に積層された多重量子井戸である付記9に記載の半導体発光素子。
(付記11) 前記透明導電膜は、ITO膜、ZnO膜およびSn2O膜のいずれかである請求項1、4、5、付記8のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
10、30、50、60、70、75、77、90、100、105、110、113、116、120 半導体発光素子
11 半導体積層体
12 N型GaNクラッド層
13 発光層
14 P型オーバフロー防止層
15 P型GaNクラッド層
16 P型GaNコンタクト層
17 基板
18 切り欠き部
19、31、51、61、71、81、91、101、121 湾入部
20、33、76、103、111、114、123 透明導電膜
21 第1パッド電極
22、32、52、62、72、82、92、102、122 第1細線電極
23 第2パッド電極
24、117 第2細線電極
25a、25b、25c 高キャリア密度領域
40、83、125 ITO膜
41、82、 126、127 レジスト膜
78、104、106 電流ブロック層
81 シリコン酸化膜
104a、106a、111a、114a 凹凸部
123a 第1の領域
123b 第2の領域
11 半導体積層体
12 N型GaNクラッド層
13 発光層
14 P型オーバフロー防止層
15 P型GaNクラッド層
16 P型GaNコンタクト層
17 基板
18 切り欠き部
19、31、51、61、71、81、91、101、121 湾入部
20、33、76、103、111、114、123 透明導電膜
21 第1パッド電極
22、32、52、62、72、82、92、102、122 第1細線電極
23 第2パッド電極
24、117 第2細線電極
25a、25b、25c 高キャリア密度領域
40、83、125 ITO膜
41、82、 126、127 レジスト膜
78、104、106 電流ブロック層
81 シリコン酸化膜
104a、106a、111a、114a 凹凸部
123a 第1の領域
123b 第2の領域
Claims (5)
- 第1シート抵抗を有する第1導電型の第1半導体層と、発光層と、第2導電型の第2半導体層が順に積層され、前記第1半導体層の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から他端側に向かう第1の方向に延在し、前記第1の方向に略垂直な第2の方向に分岐または曲折し且つ前記第2の方向と反対の方向に曲折または分岐した湾入部を備えた半導体積層体と、
前記半導体積層体上に形成され、前記発光層から放出される光に対する透光性と前記第1シート抵抗より低い第2シート抵抗を有する透明導電膜と、
前記第1半導体層上であって、前記切り欠き部に形成された第1パッド電極から前記湾入部に沿って形成された第1細線電極と、
前記透明導電膜上であって、前記他端側に形成された第2パッド電極から前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に延在し、曲折して前記第1の方向と反対の方向に延在する第2細線電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。 - 平面視で前記第1細線電極と前記第2細線電極が略垂直に対向する部位間の第1の距離が略平行に対向する部位間の第2の距離より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子。
- 第1導電型の第1半導体層と、発光層と、第2導電型の第2半導体層が順に積層され、前記第1半導体層の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から他端側に向かう第1の方向に延在し、前記第1の方向に略垂直な第2の方向に曲折し、更に前記第1の方向に曲折した湾入部を有する半導体積層体と、
前記第1半導体層上であって、前記切り欠き部に形成された第1パッド電極から前記湾入部に沿って形成され、前記第1パッド電極から前記第1の方向に延在する第1配線と、前記第1配線から前記第2の方向に曲折した第2配線と、前記第2配線から前記第1の方向に曲折した第3配線を有する第1細線電極と、
前記半導体積層体上であって、前記他端側に形成された第2パッド電極から、前記第1細線電極を挟むように、前記第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に延在し、曲折して前記第1の方向と反対の方向に延在する第4および第5配線を有する第2細線電極と、
を具備し、
平面視で前記第1パッド電極と前記第2パッド電極間の距離をd0とし、前記第1配線と前記第4配線が対向する部位の長さをd1、前記第1配線と前記第4配線が対向する部位間の距離をd2、前記第3配線と前記第5配線が対向する部位の長さをd3、前記第3配線と前記第5配線が対向する部位間の距離をd4とすると、
d2<d1<d0/2、d4<d3<d0/2の関係にあることを特徴とする半導体発光素子。 - 第1導電型の第1半導体層と、発光層と、第2導電型の第2半導体層が順に積層され、前記第1半導体層の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から他端側に向かう第1の方向に延在する湾入部を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体上に形成され、前記発光層から放出される光に対して透光性を有する透明導電膜と、
前記第1半導体層上であって、前記切り欠き部に形成された第1パッド電極から前記湾入部に沿って形成された第1細線電極と、
前記透明導電膜上であって、前記他端側に形成された第2パッド電極から、前記第1細線電極を挟むように、前記第1の方向に略垂直な第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に延在し、曲折して前記第1の方向と反対の方向に延在する第2細線電極と、
を具備し、
前記第2細線電極に沿って前記第1細線電極と前記第2細線電極間の距離が、実質的に交互に変化することを特徴とする半導体発光素子。 - 第1シート抵抗を有する第1導電型の第1半導体層と、発光層と、第2導電型の第2半導体層が順に積層され、前記第1半導体層の一部を露出するように、一端側に形成された切り欠き部と、前記切り欠き部から他端側に向かう第1の方向に延在する湾入部を有する半導体積層体と、
前記半導体積層体上に形成され、前記発光層から放出される光に対して透光性を有し、且つ前記湾入部の途中から前記他端側に設けられ、前記第1シート抵抗より低い第2シート抵抗を有する第1の領域と、前記湾入部の途中から前記一端側に設けられ、前記第1シート抵抗より高い第3シート抵抗を有する第2の領域を備えた透明導電膜と、
前記第1半導体層上であって、前記切り欠き部に形成された第1パッド電極から前記湾入部に沿って形成された第1細線電極と、
前記透明導電膜上であって、前記他端側に形成された第2パッド電極から前記第1の方向に略垂直な第2の方向および前記第2の方向と反対の方向に延在し、曲折して前記第1の方向と反対の方向に前記第1および第2の領域に跨って延在する第2細線電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011140245A JP2013008818A (ja) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | 半導体発光素子 |
US13/399,535 US20120326117A1 (en) | 2011-06-24 | 2012-02-17 | Semiconductor light emmiting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011140245A JP2013008818A (ja) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | 半導体発光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013008818A true JP2013008818A (ja) | 2013-01-10 |
Family
ID=47360982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011140245A Withdrawn JP2013008818A (ja) | 2011-06-24 | 2011-06-24 | 半導体発光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120326117A1 (ja) |
JP (1) | JP2013008818A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140146957A (ko) * | 2013-06-18 | 2014-12-29 | 삼성전자주식회사 | 반도체 발광소자 |
JP2016536779A (ja) * | 2014-05-30 | 2016-11-24 | ミクロ メサ テクノロジー カンパニー リミテッド | マイクロ発光ダイオード |
JPWO2016143574A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2017-12-14 | スタンレー電気株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子および該素子構成を含むウエハ |
JP2018050006A (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社カネカ | 太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法 |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI544658B (zh) * | 2012-08-01 | 2016-08-01 | 晶元光電股份有限公司 | 發光二極體結構 |
KR101482526B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2015-01-16 | 일진엘이디(주) | 질화물 반도체 발광 소자 제조 방법 |
JP6136701B2 (ja) * | 2013-07-24 | 2017-05-31 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
WO2015074353A1 (zh) * | 2013-11-25 | 2015-05-28 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种半导体发光二极管芯片 |
US9608168B2 (en) * | 2014-06-13 | 2017-03-28 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light emitting diode |
US9543488B2 (en) | 2014-06-23 | 2017-01-10 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light emitting device |
CN105633236B (zh) * | 2016-01-06 | 2019-04-05 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 发光二极管及其制作方法 |
US10818823B2 (en) | 2016-08-26 | 2020-10-27 | Stanley Electric Co., Ltd. | Group III nitride semiconductor light-emitting element and wafer including such element configuration |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6614056B1 (en) * | 1999-12-01 | 2003-09-02 | Cree Lighting Company | Scalable led with improved current spreading structures |
US6445007B1 (en) * | 2001-03-19 | 2002-09-03 | Uni Light Technology Inc. | Light emitting diodes with spreading and improving light emitting area |
TWI222756B (en) * | 2002-11-12 | 2004-10-21 | Epitech Corp Ltd | Lateral current blocking light emitting diode and method of making the same |
JP2007109885A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Toshiba Corp | 半導体発光装置及びその製造方法 |
WO2008038842A1 (en) * | 2006-09-25 | 2008-04-03 | Seoul Opto Device Co., Ltd. | Light emitting diode having extensions of electrodes for current spreading |
TWI376817B (en) * | 2007-11-23 | 2012-11-11 | Epistar Corp | Light emitting device, light source apparatus and backlight module |
US8384115B2 (en) * | 2008-08-01 | 2013-02-26 | Cree, Inc. | Bond pad design for enhancing light extraction from LED chips |
-
2011
- 2011-06-24 JP JP2011140245A patent/JP2013008818A/ja not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-02-17 US US13/399,535 patent/US20120326117A1/en not_active Abandoned
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140146957A (ko) * | 2013-06-18 | 2014-12-29 | 삼성전자주식회사 | 반도체 발광소자 |
KR102075983B1 (ko) | 2013-06-18 | 2020-02-11 | 삼성전자주식회사 | 반도체 발광소자 |
JP2016536779A (ja) * | 2014-05-30 | 2016-11-24 | ミクロ メサ テクノロジー カンパニー リミテッド | マイクロ発光ダイオード |
JPWO2016143574A1 (ja) * | 2015-03-06 | 2017-12-14 | スタンレー電気株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子および該素子構成を含むウエハ |
JP2018050006A (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 株式会社カネカ | 太陽電池セル、及び太陽電池セルの製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20120326117A1 (en) | 2012-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013008818A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP5996846B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP5115425B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
JP7228176B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
CN102822996B (zh) | 半导体发光器件 | |
US9373750B2 (en) | Group III nitride semiconductor light-emitting device | |
US8860067B2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
WO2010146808A1 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光ダイオード | |
JP2007184411A (ja) | 発光ダイオードおよびその製造方法ならびに集積型発光ダイオードおよびその製造方法ならびに発光ダイオードバックライトならびに発光ダイオード照明装置ならびに発光ダイオードディスプレイならびに電子機器ならびに電子装置およびその製造方法 | |
JP2014529195A (ja) | 凹凸パターンを有する基板、これを具備する発光ダイオード及び発光ダイオードの製造方法 | |
US20130099198A1 (en) | Semiconductor light emitting element and method of manufacturing the same | |
JP2013214700A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2014154727A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2013102061A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP5518273B1 (ja) | 発光ダイオード素子および発光ダイオード装置 | |
JP5318353B2 (ja) | GaN系LED素子および発光装置 | |
JP2013168598A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2010263189A (ja) | 窒化物半導体発光ダイオード | |
JP2013122950A (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子 | |
JP6648685B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 | |
JP2013183032A (ja) | 半導体発光素子 | |
JP2014175512A (ja) | 半導体発光装置 | |
KR20110044094A (ko) | 반도체 발광 소자 | |
KR20140072553A (ko) | 반도체 발광소자 | |
JP6210434B2 (ja) | Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140902 |