JP5141086B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
半導体発光素子100は、図1及び図2に示すように、通常、透光性の基板10上に、第1導電型半導体層11、発光層12及び第2導電型半導体層13がこの順に積層されており、第2導電型半導体層13上に第2の電極17が形成されている。また、この半導体発光素子では、第1導電型半導体層11は、1つの半導体発光素子の一部の領域において、第2導電型半導体層13及び発光層12、任意に第1導電型半導体層11の深さ方向の一部が除去されて、表面が露出しており、この露出表面上に第1の電極が形成されている。つまり、第1の電極及び第2の電極は、半導体層の同一面側に配置されて構成されている。
第3電極部は、好ましくは、第1及び第2延伸部を結ぶ直線と略平行な方向に長い形状とすると、延伸部間でより効率的に電流が広がることができる。延伸部間の電流分布をさらに均一化するためには、図1に示すように、第1及び第2延伸部を最短距離で結ぶ直線と略平行な方向に長い形状や、第1延伸部及び/または第2延伸部の延伸方向と略直交する方向に長い形状とすればよい。また、第3電極部が、第1延伸部または第2延伸部のいずれか一方と近いと、距離の近い方との間で電流が集中しやすくなるため、第3電極部と第1延伸部との距離と、第3電極部と第2延伸部との距離は、略等しいことが好ましい。同様に、第3電極部と第1電極部との距離と、第3電極部と第2電極部との距離も、略等しいことが好ましい。
第1電極部と第2電極部とは、離間して設けられ、好ましくは、図2に示すように、互いに対向するように配置する。このとき、第1及び第2電極部を、第1及び第2延伸部よりも内側、つまり、第1電極部を第1延伸部よりも第2電極部側、第2電極部を第2延伸部より第1電極部側に配置することで、第1及び第2電極部間の距離を第1及び第2延伸部間の距離よりも小さくでき、第3電極部を設けて延伸部間の電流分布を均一化できると共に、第1及び第2電極部間の電流分布も均一化して、素子の電位差を小さくでき、発光効率をさらに向上させることができる。
第1延伸部及び/または第2延伸部は、図1に示すように、第3電極部を越えて素子外周側に延伸させることができる。つまり、第3電極部が配置された側の半導体層構造の端部と、第1延伸部及び/または第2延伸部の終端部との距離x4を、x2よりも小さくすることができる。x4は、0より大きくして、各延伸部を素子内部に配置する。x4は、具体的には、x2の2倍以下とすることができ、好ましくはx2の0.5倍以上、1.5倍以下の範囲で選択され、最も好ましくは、x2と略等しくする。特に、延伸部の膜厚が薄く、終端部近傍の電流広がりが不充分である場合は、x4をx2よりも小さくして、延伸部の終端部を第3電極部よりも素子外周側に配置することで、素子外周側において電流を好適に広げることができる。
図3に示す半導体発光素子101は、第3電極部16が略楕円形状であり、第1電極部14aと第2電極部14bとを挟んで、第1延伸部15a、第2延伸部15b、第3電極部16が2つずつ配置されており、各部の配置は、第1電極部14aの中心と第2電極部14bの中心とを結ぶ直線を軸とする線対称である。各構成は、実施形態1と同様のものを採用できる。
以下、本発明の各実施形態における各構成について詳述する。
第1の電極は、第1導電型半導体層表面に設けられ、第2の電極は、典型的には、第2導電型の半導体層に、発光素子に投入された電流を第2導電型半導体層の全面に広げるための電流拡散電極として設けられる。第2の電極は、好ましくは第2導電型層のほぼ全面に設けられる。特に第2導電型層がp型層である場合には、電流が面内方向に広がりにくいためこのような構造とすることが好ましい。第2の電極には、さらに、バンプなどの導電部材と接続するための接続電極を設けることもできる。第1の電極及び第2の電極の形成は、エッチング等の方法により第1導電型層を露出させた後、蒸着法やスパッタリング法により行う。各実施形態において、第2の電極の材料は、発光素子からの光を発光素子の透光性基板方向へ反射させるものを用いることが好ましい。例えば、Ag、Al、Rh、Rh/Irが挙げられる。その他、p型半導体層の全面にITO(インジウム(In)とスズ(Sn)の複合酸化物)、ZnOのような酸化物導電膜や、Ni/Au等の金属薄膜を透光性電極として形成させることができる。
第1及び第2導電型半導体層としては、GaNやその他の半導体を使用したものを挙げることができ、例えば窒化物半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好適に挙げられる。半導体層の構造としては、MIS接合、PIN接合やpn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、第1導電型半導体層と第2導電型半導体層との間に、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造を有する構造とすることもできる。窒化物半導体を使用した場合、半導体層の成長用基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO等の材料が好適に用いられ、結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。第1及び第2導電型半導体層において、第1導電型とは、p型またはn型を指し、第2導電型とは、第1導電型とは異なる導電型、つまりn型またはp型を示す。好ましくは、第1導電型半導体層がn型半導体層であり、第2導電型半導体層がp型半導体層である。これらの半導体層は、通常、n型またはp型の不純物をドーピングすることで、n型またはp型の半導体層とすることができる。
半導体発光素子には、絶縁性の保護膜を形成することもできる。図4に、各電極上に開口部を有する保護膜18を形成した半導体発光素子の例を示す。図4(a)が正面図、図4(b)が背面図、図4(c)が左側面図、図4(d)が右側面図、図4(e)が平面図、図4(f)が底面図をそれぞれ示す。なお、図4(b)に示す背面図では、透光性の基板10を通して、各電極が見えている。また、図4に示す素子は、第2の電極17として、第2導電型半導体層表面のほぼ全面を覆う全面電極と、全面電極を覆うカバー電極とを形成している。図4において斜線で示す保護膜18は、第1の電極の各電極部上に略楕円形状の開口部を有し、第2の電極17上にX字型の開口部を有し、各開口部では電極の表面が露出している。保護膜18の開口部内で露出した各電極表面には、バンプなどの導電性部材が形成され、パッケージの導体配線等と接続され、通電される。保護膜の開口部の形状は、特に限定されるものではなく、各電極表面にバンプなどの導電性部材を形成することができる形状や大きさであればよい。図4や後述の図5に示すように、第1の電極上の開口部と第2の電極上の開口部とが独立した形状とすると、導電性部材の位置ズレなどによる各電極間の短絡を防止でき、短絡しにくい素子とできる。
本実施形態では、半導体発光素子は、透光性基板側、つまり電極形成面の対向面側から光を取り出すフリップチップ実装用の素子とすることが好ましい。フリップチップ実装用の素子であれば、電極形成面から光を取り出すフェースアップ実装用の素子と比べて、第2の電極の膜厚を厚くしたり、第2の電極の外部電極との接続領域を均等に配置したりできるため、第2の電極から第2導電型半導体層全体に均一に電流を広げやすい。このため、第1の電極の配置を変更することで素子全体の電流分布を均一化でき、本発明の効果が得られやすい。
本実施形態の半導体発光素子は、支持基板に実装し、発光装置とすることができる。その一例を図6に示す。図6に示す発光装置は、図3に示す半導体発光素子101を、支持基板20にフリップチップ実装したものである。なお、半導体発光素子101は、観測面側が透光性基板側であるため、透光性基板を実線で、各電極及び各半導体層を破線で示し、支持基板20の導体配線21、22の素子101と対向する領域も破線で示す。
11 第1導電型半導体層
12 発光層
13 第2導電型半導体層
14a 第1電極部、14b 第2電極部
15a 第1延伸部、15b 第2延伸部
16 第3電極部
17 第2の電極
18 保護膜
100、101 半導体発光素子
20 支持基板
21 第1の導体配線
22 第2の導体配線
31 p側電極
32 電極部
33 延伸部
Claims (7)
- 第1導電型半導体層、発光層、第2導電型半導体層、が順に積層された半導体層構造を有する半導体発光素子であって、
前記第2導電型半導体層、前記発光層、及び前記第1導電型半導体層の一部を除去して露出された前記第1導電型半導体層の表面に設けられた第1の電極と、第2導電型半導体層上の全面に設けられた第2の電極と、を同一面側に備え、
前記第1の電極は、前記第2の電極に囲まれており、
前記第1の電極は、互いに離間された第1電極部と第2電極部とを有すると共に、前記第1電極部から前記第1電極部よりも狭い幅で延伸された第1延伸部と、前記第1延伸部と略平行な方向に、前記第2電極部から前記第2電極部よりも狭い幅で延伸された第2延伸部とを有し、
さらに前記第1の電極は、前記第1延伸部と前記第2延伸部との間に、前記第1及び第2延伸部と離間して設けられた第3電極部を有し、
前記第3電極部は、前記第1及び第2延伸部の延伸方向と異なる方向に長い形状である半導体発光素子。 - 前記第3電極部と、素子外周側の前記半導体層構造の端部との最短距離は、前記第3電極部と、前記第1延伸部及び/又は前記第2延伸部との最短距離以下である請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第3電極部と、素子外周側の前記半導体層構造の端部との最短距離は、前記第3電極部と、前記第1電極部及び/又は前記第2電極部との最短距離以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 前記第1及び第2延伸部の終端部は、前記第3電極部よりも素子外周側に配置される請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第3電極部は、前記第1及び第2延伸部を最短距離で結ぶ直線と略平行な方向に長い形状である請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第3電極部は、前記第1延伸部及び/または第2延伸部の延伸方向と略垂直な方向に長い形状である請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極部と前記第2電極部とは対向しており、前記第1延伸部と前記第2延伸部の延伸方向は略等しい請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
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