JP5614938B2

JP5614938B2 - 半導体発光素子

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Publication number: JP5614938B2
Application number: JP2009044203A
Authority: JP
Inventors: 量平広瀬; 佐野　雅彦; 雅彦佐野; 史大井上
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP2010199395A

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、特に、取出し効率と発光の均一性を共に高めた半導体発光素子に関する。

従来の半導体発光素子において、発光むらを改善させるために、外部電源と接続するｐパッド電極から細長いｐ側電極を延伸させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに発光むらを改善するために、ｐパッド電極から伸びる直線状のｐ側電極と、ｎパッド電極から伸びるｎ側電極とを交互に配列した半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献２〜４参照）。

また、発光領域内部に設けられたｎ側電極を、延伸部を設けたｐ側電極で囲んだ半導体発光素子も知られている（例えば、特許文献５〜８参照）。

別の形態の発光素子では、ｎ側電極を発光領域のｐ型半導体層上に絶縁膜を介して設け、ｐ型半導体層に形成した複数のビアを介してｎ側電極とｎ型半導体層とを複数箇所で接続したものが知られている（例えば、特許文献９参照）。また、ｐ型半導体層にｐ側電極を複数設けた発光素子も知られている（例えば、特許文献１０の図１７（ａ）参照）。

特開２００７−２８１４２６号公報特開２００２−３１９７０４号公報特開２００１−３４５４８０号公報特開２０００−１６４９３０号公報特開２００５−１８３９１０号公報特開平７−２５４７３２号公報特開平７−３０１５３号公報特開２００３−１７９２６３号公報特開２００４−４７９８８号公報特開２００４−５６１０９号公報

発光素子は、ｐ側電極の直下で強く発光するが、その発光の一部はｐ側電極に吸収される。特許文献１〜８のようにｐ側電極を延伸すると、発光素子の発光部における発光むらが抑制できる効果はあるものの、ｐ側電極の面積が広くなるため、発光の吸収量が増加する。その結果、発光効率が低くなる問題がある。
特許文献１０は、比較的小面積のｐ側電極を複数設けるので、ｐ側電極の面積を小さく抑えることができる。しかしながら、発光素子の実装時に、ｐ側電極と外部電極との配線が複雑になる恐れがある。

そこで、本発明は発光むらを抑制しながら、光取出し効率を高めた半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明の半導体発光素子は、第２導電型層、発光層及び第１導電型層を順に積層した発光部と、前記第２導電型層に接続された第２電極と前記第１導電型層上に透光性電極を有し該透光性電極に接続された第１電極とからなる電極対と、を備えた半導体発光素子であって、前記半導体発光素子を上面から見て、前記第１電極は、前記第２電極を囲むように形成された延伸部を含み、前記延伸部の下部に、絶縁膜を備えると共に、前記透光性電極と電気的に接続される第１接続部を２つ以上有し、前記第２電極は、少なくとも２つの前記第１接続部を結ぶ領域に、前記第２導電型半導体層と電気的に接続される第２接続部を有することを特徴とする。

本発明によれば、第１電極が延伸部を有し、延伸部の下部に絶縁膜を備えることで、延伸部における発光吸収を抑制することができる。さらに、本発明によれば、延伸部と透光性電極とが電気的に接続されている第１接続部を２つ以上有し、それらの接続部を結ぶ領域に第２電極が形成されていることで、光取り出し面における発光むらが大幅に改善される。このように、本発明の半導体発光素子は、発光むらを抑制しながら、光取り出し効率を高めることができる。本発明において「発光むら」とは、光取出し面側から見たときに、発光部の発光が不均一に見えることであり、例えば光が他と比べて暗部があるものなどをいい、発光むらが改善されるとは、発光部の発光が均一に近づくことをいう。

第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図１のＡ−Ａ線における概略断面図である。図１のＢ−Ｂ線における概略断面図である。第１の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。第１の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。第２の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。第２の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。また発明を理解しやすくするために、実施形態を分けて説明するが、これらの実施形態はそれぞれ独立するものではなく、共有できるところは他の実施形態の説明を適用できる。

＜第１の実施形態＞
図１、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、本願発明に係る半導体発光素子１は、基板３の上に第２導電型層（ｎ型半導体層）１１、発光層１２及び第１導電型層（ｐ型半導体層）１３を順に積層した発光部１０を備えている。発光部１０は、ｐ型半導体層１３及び発光層１２を部分的に除去してｎ型半導体層１１を露出させた切欠き部１５（図１では切り欠きされた方向に対して垂直方向に長い楕円形）を備えている。

本実施の形態の半導体発光素子１は、第２電極（ｎ側電極）３０と第１電極（ｐ側電極）４０とから成る電極対２０を１組備えている。またｐ側電極４０はｐ型半導体層１３上に備えた透光性電極７０と接続されている。ｎ側電極３０は、切欠き部１５に露出したｎ型半導体層１１に電気的に接続されて、第２接続部３５を形成している（図１及び図２Ａ参照）。ｎ側電極３０は、切欠き部１５からｐ側半導体層１３の上面に伸びて、外部電極（図示せず）と接続される。そして、ｎ側電極３０とｐ型半導体層１３と間には絶縁膜６０が形成されており、ｎ側電極３０とｐ型半導体層１３との短絡を防止している（図１及び図２Ｂ参照）。

図１に示すように、ｐ側電極４０は、ｐ型半導体層１３上に備えた透光性電極７０の表面の一部に形成されている。ｐ側電極４０は、ｎ側電極３０を囲むように形成された延伸部４１を含んでいる。そして、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、延伸部４１の下部、すなわち延伸部４１と透光性電極７０との間に、絶縁膜５０が形成されている。この絶縁膜５０には、２つ以上（図１では２つ）の開口部５１が形成され、この開口部５１の内側で、延伸部４１と透光性電極７０（ｐ型半導体層１３）とが接触して第１接続部４５を形成している。この第１接続部４５は、少なくとも延伸部４１の一部と透光性電極７０とが電気的に接続されていればよい。絶縁膜５０に設けた開口部５１内に第１接続部４５を形成する他にも、例えば、延伸部４１の一部を絶縁膜５０の幅よりも広い幅で設けて、その幅広領域において、延伸部４１と透光性電極７０とを絶縁膜５０の周囲で接続して第１接続部４５を形成することもできる。

この半導体発光素子１によれば、延伸部４１と、ｐ型半導体層１３上に有する透光性電極７０と、の間に絶縁膜５０が形成されるので、発光層１２から延伸部４１に入射する光が減少するので、延伸部４１での発光吸収が抑制される。よって、半導体発光素子１の光取出し効率が向上する。

また、少なくとも２つ以上（図１では２つ）の第１接続部４５を有することで、それぞれの第１接続部４５から電流が透光性電極７０に流れ、さらにｐ型半導体層１３に流れることで、発光層１２の面内における発光むらを、ひいては光取出し部での発光むらを改善することができる。さらに、半導体発光素子を上面から見て、少なくとも２つ以上の第１接続部４５を結ぶ領域５５内に第２接続部３５が形成されている（つまり、領域５５内にｎ側電極３０が形成されている）ので、１つのｎ側電極３０に向かってそれぞれの第１接続部４５から電流が流れて、ｎ側電極３０の周囲を広く発光させることができる。その結果、ｎ側電極３０周囲の非発光領域（いわゆる暗部）が減少し、発光むらを効果的に抑えることができる。図１においては、第１接続部４５が２つ設けられており、この２つの第１接続部４５を結ぶ領域５５（斜線部分）内にｎ側電極が配置されているので、領域５５において発光むらを抑えることができる。

第１接続部４５の大きさは、延伸部４１での発光吸収を抑制するために、できるだけ小さく設けることが好ましい。本実施形態のように第１接続部４５が２つであって、これらの第１接続部４５を結ぶ領域５５にｎ側電極３０が配置される場合、２つの第１接続部４５の延伸方向における長さの総和は、延伸部４１の延伸方向における長さの少なくとも半分以下に設定することが好ましい。また各第１接続部４５の面積は、少なくともｐ側電極から透光性電極７０に電流が流れればよく、できるだけ小さく設けることが好ましい。

なお、本明細書において、「少なくとも２つの第１接続部４５を結ぶ領域５５に、第２導電型半導体層（ｎ型半導体層）１１と電気的に接続される第２接続部３５を有する」とは、領域５５の内部にｎ側電極３０の少なくとも一部が形成され、かつ領域５５の内部においてｎ側電極３０がｎ型半導体層１１と通電している（すなわち、領域５５内に第２接続部３５の少なくとも一部が設けられている）ことを意味している。特に図１に示すように、ｎ側電極３０の先端部が領域５５の内部に形成されているのが好ましい。

また、図１のように、第１接続部４５（開口部５１）が延伸部４１の先端近傍に形成されているのが好ましい。延伸部４１の先端は、ｐ側電極４０の給電位置から最も遠い部分である。よって、延伸部４１の先端に第１接続部４５を設けると、発光部１０の広範囲に電流を拡散することができる。その結果、半導体発光素子１の発光むらを抑えることができる。
なお、図１では、絶縁膜５０の先端近傍に形成された開口部５１を介して、第１接続部４５を設ける形態を示している。しかしながら、開口部５１を形成せずに、延伸部４１の先端に第１接続部４５を設けてもよい。例えば、図７のように、延伸部４１の長手方向において延伸部４１を絶縁膜５０よりも長く形成すれば、延伸部４１の先端は、絶縁膜５０を越えて透光性電極７０に接触し、第１接続部４５が形成される。

延伸部４１は、ｎ側電極３０を囲むように形成されていれば、どのような形状に延伸することもできる。特に、延伸部４１が略Ｕ字状（図１では上下が逆向きのＵ字状に描かれている）であるのが好ましい。
図１において、上側から下向きに伸びるｐ側電極４０は、左右に分岐したのちに弧を描きながら下方向に延びている。「Ｕ字状の延伸部４１」とは、図１のｐ側電極４０において、左右に分岐して下方向に伸びている部分を指している。

複数の第１接続部４５（開口部５１）を形成するときに、第１接続部４５とｎ側電極３０との距離をほぼ等しくすると、各第１接続部４５からｎ側電極３０に流れる電流の電流密度が同程度になる。よって、第１接続部４５とｎ側電極３０との間の輝度がほぼ一定にできる利点がある。そして、延伸部４１を略Ｕ字状に形成することにより、第１接続部４５の形成位置に関係なく、第１接続部４５とｎ側電極３０との距離をほぼ等しくすることができる。
すなわち、延伸部４１をＵ字状にすることにより、任意の位置に第１接続部４５（開口部５１）を形成しても、発光むらを抑えることができる。

第２電極（ｎ側電極）３０は第２配線（ｎ側配線）３７を備えることが好ましい。本明細書における「ｎ側配線３７」とは、切欠き部１５に設けられたｎ側電極３０から延びる配線部分を指す。ｎ側配線３７を設けることにより、外部電源と接続されるパッド（図示せず）と、パッドから離れた位置（例えば領域５５内）に形成されたｎ側電極３０との間を、電気的に接続することができる。よって、領域５５内に第２接続部３５を設けることが比較的容易になる。

ｎ側配線３７は、発光する領域（主に、領域５５）の外側まで設けることが好ましい。具体的には、図１のように、切欠き部１５が発光部１０内に孤立して形成されている場合（つまり、切欠き部１５の周囲が、全てｐ型半導体層１３で囲まれている場合）、ｎ側配線３７は、ｐ型半導体層１３の上に形成されることになる。ｎ側電極３０とｐ型半導体層１３との短絡を防止するために、ｎ側配線３７とｐ型半導体層１３と間に、絶縁膜６０を介在させるとよい（図２Ｂ参照）。また、絶縁膜６０により、発光層１２からｎ側配線３７に入射する光が減少するので、ｎ側配線３７での発光吸収が抑制される。よって、半導体発光素子１の光取出し効率が向上する効果も得られる。

また、別の例としては、切欠き部１５が発光部１０の外側まで連続して設けられている場合（図示せず）、ｎ側配線３７は、切欠き部１５に（すなわち、ｎ型半導体層１１の上に）形成することができる。ｎ側配線３７とｎ型半導体層１１との間は絶縁する必要はないので、それらの間には絶縁膜を介在させても、させなくてもよい。特に、絶縁膜を介在させると、発光層１２からｎ側配線３７に入射する光を減少させて、ｎ側配線３７での発光吸収を抑制することができる。すなわち、絶縁膜を介在させることにより、半導体発光素子１の光取出し効率が向上する効果が得られる。

なお、切欠き部１５を形成するには、発光層１２を除去する必要がある。よって、切欠き部１５の面積をできるだけ小さくすると、発光層１２の面積を広くすることができる。特に、図１のように、切欠き部１５を孤立して形成すると、切欠き部１５の面積は、第２接続部３５の形成に必要な面積まで縮小可能なため、発光部１０の面積を広くするのに有利である。

図１の半導体発光素子１を応用して、大面積化に適した半導体発光素子を形成することもできる。図３及び図４を参照しながら、半導体発光素子１の応用例を詳細に説明する。

図３に示すように、本発明の半導体発光素子１では、１つの発光部１０に、ｎ側電極３０とｐ側電極４０とから成る電極対５０を複数形成してもよい。図１と同様に、電極対５０のｐ側電極４０の２本の延伸部４１の先端近傍には、第１接続部４５（開口部５１）がそれぞれ形成されている。また、２つの第１接続部４５を結ぶ領域５５の内部には、ｎ側電極３０が形成されている。なお図３では、第１接続部４５、開口部５１及び領域５５は１つ（上側）の電極対５０のみに図示されているが、実際には、それらの構成は、全ての電極対５０に形成されている。
特に、大面積の半導体発光素子１を形成する場合には、複数の電極対５０を形成することにより、半導体発光素子１の全体を発光させることができる。よって、大面積の半導体発光素子１であっても、発光むらを抑えることができる。

図３には、２つのｎパッド３３と、２つのｐパッド４３とが図示されている。これらのパッド３、４３は、半導体発光素子１と外部電源との接続の際に、ワイヤ等をボンディングする部分である。
１つのｎパッド３３には、隣接する電極対２０のｎ側電極３０から、それぞれ１本（合計２本）のｎ側配線３７が接続されている。そして、全ての（図３では３つの）ｎ側電極３０が、ｎパッド３３とｎ側配線３７によって接続されている。
また、１つのｐパッド４３には、隣接する電極対２０のｐ側電極４０から、それぞれ１本（合計２本）の第１配線（ｐ側配線）４７が接続されている。そして、全ての（図３では３つの）ｐ側電極４０が、ｐパッド４３とｐ側配線４７によって接続されている。
ｎ側配線３７及びｐ側配線４７を上述のように接続することにより、複数の電極対５０が並列に接続される。
なお、隣接する２つのｎ側電極３０は、ｎパッド３３と接続する前に、互いのｎ側配線３７によって接続されてもよい。また、隣接する２つのｐ側電極４０も、ｐパッド４３と接続する前に、互いのｐ側配線４７によって接続されてもよい。

複数の電極対５０は、直列に接続することもできる（図示せず）。２つの電極対２０を直列接続する例を具体的に説明する。２つの電極対２０を隣接配置し、一方の電極対２０のｎ側電極３０と、他方の電極対２０のｐ側電極４０とを、ｎ側配線３７及びｐ側配線４７を介して接続する。そして、一方の電極対２０のｐ側電極４０は、ｐ側配線４７を介してｐパッド４３と接続する。他方の電極対２０のｎ側電極３０は、ｎ側配線３７を介してｎパッド３３と接続する。３つ以上の電極対２０を直列接続する場合も同様に接続すればよく、隣接する電極対２０のｎ側電極３０とｐ側電極４０とを接続し、両端に位置するｎ側電極３０とｐ側電極４０とを、それぞれｎパッド３３及びｐパッド４３と接続する。

１つの発光部１０に複数の電極対２０を形成する場合には、図３のように並列に接続するのがより好ましい。電極対２０を並列にすると、全ての電極対２０の周囲の発光の強度がほぼ等しくなるので、発光部１０の発光むらを抑制することができる。

図４に示すように、本発明の半導体発光素子１では、複数の発光部１０を備えることができる。そのような半導体発光素子１は、特に、大面積の半導体発光素子１を形成するのに適している。複数の発光部１０を形成し、各発光部１０を発光させることにより、大面積の半導体発光素子１であっても発光むらを抑えることができる。

図４には、図３に示した「複数（３つ）の電極対５０を備えた発光部１０」を、さらに複数（３つ）備えた半導体発光素子１を図示している。ｎパッド３３は、一番下の発光部１０の下縁部に形成され、ｐパッド４３は、一番上の発光部１０の上縁部に設けられている。まん中の発光部１０には、いずれのパッド３３、４３も形成されていない。
また、隣り合う発光部１０と発光部１０との間から、基板３が露出されている。

図４では、横方向（各発光部１０内）に配列した３つの電極対２０は、図３と同様に並列に接続されている。
そして、縦方向（隣接する発光部１０間）に配列した３つの電極対２０は、直列に接続される。つまり、縦方向に隣接する電極対２０の一方に含まれるｎ側電極３０（例えば、一番上の発光部１０のｎ側電極３０）と、他方に含まれるｐ側電極４０（例えば、まん中の発光部１０のｐ側電極４０）とが、ｎ側配線３７及びｐ側配線４７を介して接続されている。そして、一番上の発光部１０のｐ側電極４０は、ｐ側配線４７を介してｐパッド４３に接続さる。また、一番下の発光部１０のｎ側電極３０は、ｎ側配線３７を介してｎパッド３３に接続される。

なお、縦方向（隣接する発光部１０間）に配列した３つの電極対２０も、並列に接続することもできる（図示せず）。つまり、縦方向に並んだ電極対２０の全てのｎ側電極３０が、それぞれのｎ側配線３７を介して接続され、全てのｐ側電極４０が、それぞれのｐ側配線４７を介して接続されてもよい。そして、いずれかのｎ側配線３７がｎパッド３３に接続され、いずれかのｐ側配線４７がｐパッド４３に接続される。

複数の発光部１０に複数の電極対２０を形成する場合には、並列に接続するのがより好ましい。電極対２０を並列にすると、全ての電極対２０の周囲の発光の強度がほぼ等しくなるので、発光部１０の発光むらを抑制することができる。

図３及び図４では、ｎ側配線３７及びｐ側配線４７の下側に絶縁膜が形成される（図示せず）。絶縁膜により、ｎ側配線３７及びｐ側配線４７は、その下にあるｎ型半導体層１１、ｐ型半導体層１３、及び透光性電極７０と絶縁される。なお、図４の発光部１０間のように、基板１３の上にｎ側配線３７及びｐ側配線４７を形成する場合にも、ｎ側配線３７及びｐ側配線４７と基板１３との間に絶縁膜を形成するのが好ましい。

ｐパッド４３は、発光部１０の上側に形成されてもよいが、特に、発光部１０の外側に形成されるのが好ましい。ｐパッド４３を発光部１０の外側に形成すると、発光層１２からの光をｐパッド４３が吸収するのを防ぐことができる。さらに、ｐパッド４３によって発光層１２からの光が遮られるのを防止する効果も得られる。

上面図（図３及び図４）における具体的なｐパッド４３の形成位置としては、発光素子１の端部が最も好ましい。
また、断面図における具体的なｐパッド４３の形成位置としては、基板３上又はｎ型半導体層１１上が挙げられる。これらの位置は、直下に発光層１２を含まないので、発光の吸収や遮光の影響を少なくできる。なお、ｎ型半導体層１１上にｐパッド４３を形成する場合には、絶縁膜等を介して絶縁する必要がある。

さらに、光吸収の抑制と遮光の低減のために、発光部１０の上側に形成されるｐ側配線４７の長さをできるだけ短くするのが好ましい。例えば、図３では、隣接する電極対２０のｐ側電極４０は、ｐ側配線４７やｐパッド４３を介して並列接続されるが、その際に、ｐ側配線４７の長さができるだけ短くなるように配線するのが好ましい。具体例としては、隣接する電極対２０のそれぞれのｐ側電極４０から、最近接の発光部１０の縁部までｐ側配線４７を延ばし、発光部１０外側で互いのｐ側配線４７を接続する。

また、ｎパッド３３も、発光部１０の上側に形成されてもよいが、特に発光部１０の外側に形成されるのが好ましい。ｎパッド３３を発光部１０の外側に形成すると、発光層１２からの光をｎパッド３３が吸収するのを防ぐことができる。さらに、ｐパッド４３によって発光層１２からの光が遮られるのを防止する効果も得られる。

上面図（図３及び図４）における具体的なｎパッド３３の形成位置としては、発光素子１の端部が最も好ましい。
また、断面図における具体的なｎパッド３３の形成位置としては、基板３上又はｎ型半導体層１１上が挙げられる。これらの位置は、直下に発光層１２を含まないので、発光の吸収や遮光の影響を少なくできる。

また、ｐ型半導体層１３はｐ型窒化物半導体層であり、ｎ型半導体層１１はｎ型窒化物半導体層にすることができる。
ｐ型の窒化物半導体層は、ｎ型の窒化物半導体層に比べて非常に抵抗が高いので、電流が面内に広がりにくい。しかしながら、本発明では、ｐ型半導体層１３の表面に透光性電極７０を有しており、この透光性電極７０が、ｐ型半導体層１３の面内に電流を広げる補助として機能するので、発光層１２に流れる電流も、面内に均一に流れやすくなる。よって、本発明は、ｐ型半導体層１３をｐ型窒化物半導体層から形成するのに好適である。

次に、各構成部材について詳述する。

（基板３）
基板３は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるのに適した材料から形成される。窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した基板３としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａ１_２Ｏ_３）やスピネル（ＭｇＡ_１２Ｏ_４）のような絶縁性基板、またＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド；ＬｉＮｂＯ_３、ＮｄＧａＯ_３等の酸化物基板、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、半導体成長面がオフアングルした基板、或いは凹凸構造が設けられた基板であってもよい。なお、基板３は、最終的に除去することもできる。さらに、透光性を有する基板であれば、半導体素子構造を積層した主面に対向するもう一方の主面側を光取り出し面とすることも可能である。

（発光部１０）
半導体発光素子１を構成する発光部１０としては、いわゆる発光ダイオード、レーザーダイオードなどが好適である。発光部１０の形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形又はこれに近い形状のものを利用することができる。特に、三角形、四角形、六角形などの形状であると、半導体発光素子１を形成する際に、複数の発光部１０を緻密に配置できるので好ましい。

発光部１０の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合等のホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体活性層１２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、多重量子井戸構造としてもよい。活性層１２には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる半導体発光素子１の発光波長は、半導体の材料、混晶比、活性層１２のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、活性層１２にドープする不純物の種類を変化させる等によって、紫外領域から赤外領域まで変化させることができる。

発光部１０に含まれるｎ型半導体層１１、活性層１２及びｐ型半導体層１３は、例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体から形成することができる。特に、ｎ型半導体層１１、活性層１２ｐ型半導体層１３は、窒化物半導体から形成するのが好ましい。

窒化物半導体から成る発光部１０の具体例としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｎ側クラッド層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｐ側クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を含むことができる。

（電極３０、４０）
電極３０、４０は、第１接続部４５及び第２接続部３５を形成する際に、ｎ型半導体層１１もしくは透光性電極７０と接続される。よって、第１接続部４５及び第２接続部３５が低抵抗な状態で接続できるように、電極３０、４０の材料が選択される。電極３０、４０を積層構造で設ける場合、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせとすることができる。具体的な一例として、窒化物半導体層や透光性電極７０と接続する側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどを用いて構成することができる。

（透光性電極７０）
発光部上の第２導電型半導体層に設けられる透光性電極７０は、第２導電型半導体層の全面に設けられることが好ましい。発光層１２からの光は、この透光性電極７０を通って外部に放出される。そのため、透光性電極７０には、特に、発光層で発生する光の波長域における光透過率が大きい材料が好適に用いられる。例えば、透光性電極７０としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｗ、Ｔｉから選択される少なくとも１種を含む導電性の酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２及びこれらの複合酸化物が挙げられる。

（絶縁膜５０、６０）
絶縁膜５０、６０は、ｐ型半導体層１３よりも屈折率の小さい材料から形成するのが好ましい。これにより、ｐ型半導体層１３側から入射した光は、ｐ型半導体層１３と絶縁膜５０、６０との界面で全反射が起こりやすくなる。よって、絶縁膜５０、６０の上側に形成されたｎ側電極３０（ｎ側配線３７を含む）及びｐ側電極４０（ｐ側配線４７を含む）に入射する発光を効果的に低減して、それらの電極３０、４０に吸収される発光を低減することができる。その結果、半導体発光素子１の発光の取出し効率を向上させることができる。
ｐ型半導体層１３がＧａＮに代表される窒化物半導体層（ｎ＝２．５〜２．６）から成る場合、絶縁膜５０、６０は、屈折率が２．５未満（ｎ＜２．５）の材料が適している。

さらに、絶縁膜５０、６０は、透光性電極７０よりも屈折率の小さい材料から形成するのが好ましい。これにより、透光性電極７０の上に絶縁膜５０、６０が形成された場所において、透光性電極７０と絶縁膜５０、６０との界面で全反射が起こりやすくなる。よって、絶縁膜５０、６０の上側に形成されたｎ側電極３０（ｎ側配線３７を含む）及びｐ側電極４０（ｐ側配線４７を含む）に入射する発光を効果的に低減して、それらの電極３０、４０に吸収される発光を低減することができる。その結果、半導体発光素子１の発光の取出し効率を向上させることができる。
透光性電極７０がＩＴＯ（屈折率：ｎ＝２．１〜２．２）である場合、絶縁膜５０、６０に適した材料には、ＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）、Ａｌ_２Ｏ_３（ｎ＝１．６）などがある。

＜第２の実施形態＞
図５は、延伸部４１に第１接続部４５（開口部５１）を３つ設けた点で、第１の実施形態と異なる。第１接続部４５を３つ以上設けると、それらを結ぶ領域５５が多角形となるため、領域５５の面積は、主に第１接続部４５の配置に依存する。よって、本実施の形態では、第１接続部４５の寸法が小さくても、十分な面積の領域５５を確保できる。
なお、第１の実施形態（図１参照）では、第１接続部４５を２つだけ設けているので、第１接続部４５を結んだ領域５５の面積は、第１接続部４５の寸法（例えば、延伸部４１の延伸方向における第１接続部４５の長さ）に依存する。よって、第１の実施形態では、領域５５の面積を確保しながら、第１接続部４５の寸法を小さくすることが難しい。

このように、本実施形態では、領域５５の面積を確保しながら第１接続部４５（開口部５１）の寸法を小さくできるので、延伸部４１と透光性電極７０（ｐ型半導体層１３）との間に備える絶縁膜５０を大きく設けることができる。よって、延伸部４１での発光吸収をさらに抑制することができる。

また、本実施形態も、第１の実施形態と同様に、領域５５の内部にｎ側電極３０の第２接続部３５の少なくとも一部が含まれているので、ｎ側電極３０周囲の暗部が減少し、発光むらを抑えることができる。

本実施形態では、第１接続部４５（開口部５１）の個数は、３つ以上であれば任意に選択できる。また、第１接続部４５の配置は任意に設計することができる。一例として、図６〜図７に、５つの第１接続部４５の配置例を示す。

図６〜図７に示す半導体発光素子１では、５つの第１接続部４５を設けている。まず、２本の延伸部４１の先端に、第１接続部４５（４５１）を各々１つ（合計２つ）形成する。そして、２つの延伸部４１のほぼ中央の位置に第１接続部４５（４５２）を１つ形成する。第１接続部４５２から湾曲して左右に延びる延伸部４１に、さらに第１接続部４５（４５３）を各々１つ（合計２つ）形成する。第１接続部４５３は、湾曲した延伸部４１に沿って、中央の第１接続部４５２と端部の第１接続部４５１との間に位置することになる。
ここで、図６では、第１接続部４５３は、延伸部４１に沿って測定したときに、隣接する中央の第１接続部４５２と端部の第１接続部５４１との間隔が等しくなるように配置されている。一方、図７では、図６に比べると、第１接続部４５３が先端の第１接続部４５１寄りに配置されている。

なお、図６〜図７では、第１接続部４５は左右対称の位置に配置されているが、これに限定されず、左右非対称に配置しても構わない。また、形成する第１接続部４５の個数によっては、中央の第１接続部４５２を形成しなくてもよい。

図６〜図７のいずれの半導体発光素子１でも、領域５５の内側にｎ側電極３０の第２接続部３５の少なくとも一部が含まれているので、ｎ側電極３０周囲の暗部が減少し、発光むらを抑えることができる。特に、図６のように開口部５１を等間隔に形成すると、発光むらが最も小さくできる。

なお、開口部５１の形状は、図３〜図５では円形にされているが、これに限定されない。第１接続部４５は、少なくともｐ側電極から透光性電極７０に電流が流れればよく、楕円形、多角形等の任意の形状にすることができる。

上述の第１及び第２の実施形態では、第１導電型半導体層がｐ型半導体層１３から成り、第２導電型半導体層がｎ型半導体層１１から成る半導体発光素子１を説明してきた。しかしながら、特に限定する場合を除いて、本発明は、第１導電型半導体層がｎ型半導体層から成り、第２導電型半導体層がｐ型半導体層から成る半導体発光素子も含むものと理解されるべきである。この場合、第１電極がｎ側電極、第２電極はｐ側電極となる。

また、本発明で使用される透光性電極７０は、第１導電型半導体層が高抵抗の場合（例えばｐ型窒化物半導体層から成る場合）に、第１導電型半導体層の面内に沿って電流を拡げるのに非常に有効である。しかしながら、第１導電型半導体層の抵抗がそれほど高くなく、第１導電型半導体層の内部で十分に電流を拡げることができる場合等には、透光性電極７０を設けなくてもよい。

本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。

１半導体発光素子
３基板
１０発光部
１１第１導電型層（ｎ型半導体層）
１２発光層
１３第２導電型層（ｐ型半導体層）
１５切欠き部
２０電極対
３０第１電極（ｎ側電極）
３３ｎパッド
３５第２接続部
３７第２配線（ｎ側配線）
４０第２電極（ｐ側電極）
４１延伸部
４３ｐパッド
４５第１接続部
４７第１配線（ｐ側配線）
５０、６０絶縁膜
５１開口部
５５領域
７０透光性電極

Claims

基板と、
前記基板上において、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層を順に積層した発光部と、
前記ｎ型窒化物半導体層に接続されたｎ側電極と、前記ｐ型窒化物半導体層上に設けた透光性電極に接続されたｐ側電極と、からなる電極対と、
を備えた半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子を上面から見て、
前記ｐ側電極は、前記基板上であって前記発光部の外側に、外部と接続されるパッド部を備え、前記パッド部から延伸し前記発光部上で前記ｎ側電極を囲むように形成された略Ｕ字状の延伸部を含み、
前記延伸部は、その下部に絶縁膜を備えると共に、前記略Ｕ字状の延伸部の２つの先端に対応する位置を含む少なくとも３か所において前記透光性電極と電気的に接続される３以上の第１接続部を有し、
前記ｎ側電極は、前記３以上の第１接続部を結ぶ領域に、前記ｎ型窒化物半導体層と電気的に接続される第２接続部を有し、当該第２接続部と各第１接続部との間の距離が略等しいことを特徴とする半導体発光素子。
前記ｎ側電極は、ｎ側配線を含み、
該ｎ側配線の下部に、絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
前記発光部に前記電極対が複数形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
複数の前記発光部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
前記絶縁膜が、前記透光性電極より屈折率の小さい材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。