JP6067400B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)及び図1(b)は、第1の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式図である。
図1(b)は、模式的平面図である。図1(a)は、図1(b)のA1−A2線拡大断面図である。図1(b)は、透視図であり、図1(b)においては、絶縁層は省略されている。
図1(b)に表したように、金属層60の主面60mfの形状は、例えば、矩形である。この例では、主面60mfの外縁60r(後述する)に沿って、第2導電層42が設けられている。第2導電層42の形状は、矩形の環状である。この例では、第2導電層42の1つの辺の2つのコーナーのそれぞれに、パッド電極44が設けられている。第1導電層41は、第2導電層42の環状の形状の内側に設けられている。この例では、第1導電層41は、矩形の4つの辺に沿う部分と、矩形の中心部分に設けられX軸方向に沿って延在する部分と、を有する。X−Y平面に投影したときに、第1電極40は、第1導電層41の一部に重なる。第1半導体層10、第2半導体層20及び発光層30は、金属層60の主面60mfの一部(パッド電極44が設けられていない部分)の上に設けられる。各構成要素の構成については、後述する。
図1(a)及び図1(b)に表したように、金属層60の上面(主面60mf)の一部の上に、積層構造体90が設けられる。
X−Y平面に投影したときに、非重畳部42bと第1領域60aとの間に、重畳部42aが配置される。X−Y平面に投影したときに、非重畳部42bと発光層30との間に、重畳部42aが配置される。
図2は、金属層60の主面60mfを例示している。
図2に表したように、主面60mfは、例えば矩形である。主面60mfの形状は任意である。主面60mfは、例えば、六角形でもよい。以下では、主面60mfが矩形である例として説明する。
図3(a)〜図3(f)は、金属層60の主面60mfにおける、内側領域60i、外側領域60o、第1領域60a、第2領域60b、第3領域60c及び第4領域60dのパターンの例を、それぞれ示している。
図4(a)〜図4(f)は、X−Y平面に投影したときの、半導体発光素子の各構成要素の例をそれぞれ表している。
図4(a)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第1半導体層10は、金属層60の主面60mfの内側領域60i(第1領域60a及び第2領域60b)と重なる。X−Y平面に投影したときに、第1半導体層10の第1部分11及び第2部分12が、内側領域60iと重なる。この例では、第1半導体層10の一部(第3部分13)は、外側領域60oの第4領域60dと重なる(図3(b)及び図4(a)参照)。
図4(b)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第1導電層41は、金属層60の主面60mfの第2領域60bの少なくとも一部と重なる。第1導電層41は、さらに、主面60mfの第3領域60cの少なくとも一部とも重なる。すなわち、第1導電層41は、主面60mfの内側領域60i(第2領域60b)から外側領域60o(第3領域60c)に延出する。第1導電層41は、外側領域60oから内側領域60iに延出する。
図4(c)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第2半導体層20と発光層30とは、実質的に互いに重なる。X−Y平面に投影したときに、第2半導体層20及び発光層30は、金属層60の主面60mfの第1領域60aと重なる。X−Y平面に投影したときに、第2半導体層20及び発光層30は、金属層60の主面60mfの内側領域60iの少なくとも一部と重なる。
図4(d)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第2電極50は、金属層60の主面60mfの第1領域60aの少なくとも一部と重なる。第2電極50の少なくとも一部は、第2半導体層20の少なくとも一部と重なる(図4(c)及び図4(d)参照)。
図4(e)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第1電極40は、金属層60の主面60mfの第2領域60bの一部と少なくとも重なる。すなわち、第1電極40は、内側領域60iの一部の上に設けられる。パッド電極44は、金属層60の主面60mfの第3領域60cの少なくとも一部と重なる。すなわち、パッド電極44は、外側領域60oの一部の上に設けられる。パッド電極44は、第1電極40と離間している。内側領域60iに配置された第1電極40と、外側領域60oに配置されたパッド電極44と、は、第1導電層41により電気的に接続される(図4(b)及び図4(e)参照)。
図4(f)に表したように、この例では、第5絶縁部85は、島状である。図4(e)及び図4(f)に表したように、X−Y平面に投影したときに、第5絶縁部85の少なくとも一部は、第1電極40とパッド電極44との間に配置される。既に説明したように、第5絶縁部85は、積層方向において、第1導電層41の一部と、第1半導体層10の一部(第2部分12の一部)と、の間に設けられる。第5絶縁部85が設けられるのは、第1導電層41のパッド電極44側の一部と、第1半導体層10の第2部分12と、の間である。X−Y平面に投影したときに、第1導電層41のパッド電極44側の一部と、第1半導体層10の第2部分12と、の間にも第5絶縁部85が設けられる。第5絶縁部85は、第1電極40から第1半導体層10へのキャリアの注入を部分的にブロックし、発光領域の調整を行う。これにより、光取り出し効率の低いパッド電極44付近での発光を抑え、発光効率を向上できる。
C1=80(pF/m)×S1(m2)/d1(m) …(1)
第1式において、S1(m2)は、X−Y平面に投影したときの発光層30の面積である。d1(m)は、発光層30の厚さである。例えば、半導体発光素子110において、X−Y平面に投影したときの積層構造体90の形状が、1辺の長さが0.68mmの正方形である場合は、素子の静電容量は、約400pFである。
C2=ε0εr×S2/d2 …(2)
第2式において、ε0は、真空の誘電率である。εrは、誘電体(絶縁層80)の比誘電率である。S2は、導電層と金属層60とが互いに対向する領域の面積である。d2は、導電層と金属層60との間隔である。d2は、導電層と金属層60との間に設けられる絶縁層80の厚さに対応する。
図5は、第1の実施形態に係る積層構造体を例示する模式的断面図である。
図5に表したように、第1半導体層10は、例えば、第1n側層16と、第2n側層17と、を含む。第2n側層17は、発光層30と第1n側層16との間に配置される。第1n側層16は、例えばコンタクト層である。第2n側層17は、例えばクラッド層である。この例では、第1半導体層10は、第3n側層18をさらに含む。第2n側層17と第3n側層18との間に第1n側層16が配置される。第3n側層18における不純物濃度は、第1n側層16における不純物濃度よりも低い。第2n側層17における不純物濃度は、第1n側層16における不純物濃度よりも低い。
図6(a)は、第1電極40、第1半導体層10及び第1導電層41の例を示している。
図6(a)に表したように、第1電極40は、第1半導体層10の第1n側層16(例えばコンタクト層)と接触している。第1電極40は、第1半導体層10の第2部分12と接触している。第1電極40は、例えば、第1半導体層10に対してオーミック接触する。
図6(b)に表したように、第2導電層42(の一部)は、第1半導体層10の第3部分13に対向する。第2導電層42と第3部分13との間に第4絶縁部84(絶縁層80の一部)が少なくとも配置される。第2導電層42は、第1半導体層10に対向する部分42c(例えば上側部分)を有する。部分42cは、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、金(Au)及びロジウム(Rh)の少なくともいずれかを含む。部分42cが、このような反射金属を含むことで、光取り出し効率をより向上できる。
図6(c)に表したように、第2電極50は、第2半導体層20に対向する部分50cを有する。部分50cは、例えば、第2半導体層20と接触する。部分50cは、例えば、Agを含む。
図7は、半導体発光素子110の発光層30を含む領域の拡大図である。
図7に表したように、この例では、第1絶縁部81は、第1膜部81aと第2膜部81bとを含む。第1膜部81aは、第2膜部81bと金属層60との間に配置される。第1膜部81aは、例えば金属層60と接する。第2膜部81bは、積層構造体90と接する。第1膜部81aと第2膜部81bとの間の境界は、観測される場合と、観測されない場合がある。
裏面電極70と金属層60との間に支持基板54が配置される。支持基板54と金属層60との間に接合層53が配置される。支持基板54と積層構造体90との間に、金属層60が配置される。
例えば、サファイア等の成長用基板の上に、第1半導体膜、発光膜及び第2半導体膜を順に結晶成長させる。第1半導体膜は、第1半導体層10となる。発光膜は、発光層30となる。第2半導体膜は、第2半導体層20となる。これにより、成長用基板の上に、積層構造膜が形成される。
積層構造体90の形成の例について説明する。
例えば、積層構造体90の一部をドライエッチングで除去して、第4絶縁部84の一部、第5絶縁部85の一部、及び、第6絶縁部86を露出させる。積層構造体90の第1主面においては、例えばノンドープGaNバッファ層(第3n側層18)の表面が露出する。
図9は、第2の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式断面図である。
図9に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子120は、金属層60と、積層構造体90と、第1電極40と、パッド電極44と、第1導電層41と、第2導電層42と、第2電極50と、絶縁層80と、を含む。半導体発光素子120においては、さらに、反射層56が設けられている。これ以外は、半導体発光素子110と同様なので説明を省略する。
Claims (15)
- 第1領域と第2領域とを含む内側領域と、前記内側領域の外側に設けられ第3領域と第4領域とを含む外側領域と、を含む主面を有し、前記第1領域及び前記第2領域は、前記第3領域と前記第4領域との間に配置された、金属層と、
前記金属層の前記主面上に設けられた積層構造体であって、
前記第1領域の上に設けられた第1部分と、前記第2領域の上に設けられた第2部分と、前記第4領域の上に設けられた第3部分と、を含む第1導電形の第1半導体層と、
前記第1領域と前記第1部分との間に設けられ前記第3領域と重ならない第2導電形の第2半導体層と、
前記第1部分と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、
を含む前記積層構造体と、
前記第2領域と前記第2部分との間に設けられ、前記第2部分と電気的に接続された第1電極と、
前記第3領域の上に設けられたパッド電極と、
前記第2領域と前記第1電極との間、及び、前記第3領域と前記パッド電極との間に設けられ、前記第1電極と前記パッド電極とを電気的に接続する第1導電層と、
前記第4領域の上に設けられ前記第1導電層と電気的に接続された第2導電層であって、前記第1半導体層から前記第2半導体層に向かう第1方向において前記第3部分と重なる重畳部と、前記第1方向において前記第3部分と重ならない非重畳部と、を含む前記第2導電層と、
前記第1領域と前記第2半導体層との間に設けられ前記第2半導体層及び前記金属層と電気的に接続された第2電極と、
絶縁層であって、
前記第2領域と前記第1導電層との間に設けられた第1絶縁部と、
前記第3領域と前記第1導電層との間に設けられた第2絶縁部と、
前記第4領域と前記第2導電層との間に設けられた第3絶縁部と、
第4絶縁部と、
を含む前記絶縁層と、
を備え、
前記第4絶縁部の一部は、前記重畳部と前記第3部分との間に配置され、
前記第4絶縁部の前記一部は、前記第1方向において前記第3部分と直接接し、
前記第2導電層は、前記第4絶縁部と前記第4領域との間に配置され、
前記第2導電層は、前記第1方向に対して垂直な第2方向において前記第3絶縁部の一部と前記第2電極との間に配置された、半導体発光素子。 - 前記第1絶縁部は、前記第1半導体層の前記第1部分の第1側面、前記第2半導体層の第2側面、及び、前記発光層の第3側面に沿う第1側面部を含み、
前記第1側面部は、前記第1側面と前記金属層との間、前記第2側面と金属層との間、及び、前記第3側面と前記金属層との間を電気的に絶縁する請求項1記載の半導体発光素子。 - 前記第2方向において、前記非重畳部と前記第1領域との間に、前記重畳部が配置される請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第2方向において、前記非重畳部と前記発光層との間に、前記重畳部が配置される請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第4絶縁部は、前記第1半導体層の前記第1部分の第4側面、前記第2半導体層の第5側面、及び、前記発光層の第6側面に沿う第2側面部を含み、
前記第2側面部は、前記第4側面と前記金属層との間、前記第5側面と金属層との間、及び、前記第6側面と前記金属層との間を電気的に絶縁する請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第1方向に対して垂直な平面に投影したときの前記第2導電層の面積は、前記平面に投影したときに前記第1導電層と第1電極とが重なる部分の面積の2倍以上である請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1導電層の厚さは、前記第1電極の厚さよりも厚い請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1導電層の抵抗率は、前記第1電極の抵抗率よりも低い請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層は、前記第1導電層と前記第2部分との間に設けられた第5絶縁部をさらに含み、
前記第5絶縁部の少なくとも一部は、前記第1方向に対して垂直な平面に投影したときに、前記第1電極と前記パッド電極との間に配置される請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第2電極の面積は、前記第1電極の面積よりも大きい請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極の延在方向に対して直交する方向の前記パッド電極の長さは、前記直交する方向の前記第1電極の長さよりも長い請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極のうちの、前記第2部分に対向する部分は、Ag、Al、Au及びRhの少なくともいずれかを含む請求項1〜11のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第2導電層のうちの、前記第1半導体層に対向する部分は、Ag、Al、Au及びRhのうちの少なくともいずれかを含む請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記絶縁層と前記金属層との間に設けられ、前記第1方向において、前記第1導電層と前記第2電極との間の領域、及び、前記第2導電層と前記第2電極との間の領域と重なる反射層をさらに備えた請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 支持基板をさらに備え、
前記金属層は、前記積層構造体と前記支持基板との間に配置され、
前記支持基板の少なくとも一部は、導電性を有する請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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