JP6519464B2 - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
このような発光素子では、絶縁膜が設けることでpパッド電極直下の領域では発光が抑制され、pパッド電極による光吸収量を軽減できるが、pパッド電極の直下領域の周囲で発光した光の一部が、絶縁膜を透過してpパッド電極によって吸収され得る。この光吸収を抑制するために、特許文献1において、絶縁膜上に金属反射膜を設ける構造が提案されている。このように、絶縁膜と透光性電極との間に金属反射膜を設けることで、pパッド電極による光吸収を軽減することができる。
本発明は、光取り出し効率が向上する発光素子及びその製造方法を提供することを課題とする。
また、本発明に係る発光素子によれば、光取り出し効率が向上する。
なお、以下の説明において参照する図面は、本発明の実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
また、本明細書において、半導体積層体におけるn電極及びp電極の双方が設けられた側であり、かつ、光が取り出される側を「上」とし、その反対側を「下」とする。
[発光素子の構成]
図1A〜図2Cを参照して、本発明の実施形態に係る発光素子1について説明する。
なお、図1C及び図1Dに示す断面図は、図1Aにおいて、pパッド電極15のp側延伸部15bが設けられた領域及びその近傍領域、並びに発光素子1の外縁の近傍領域の断面を示し、破断線で示すように、これらの間の領域を省略している。後記する図4A〜図5も同様である。また、図2A〜図2Cにおいて、ハッチングは第2透光性部材の上面視での配置領域を示すものであり、断面を示すものではない。
基板11は、半導体積層体12を支持するものである。また、基板11は、半導体積層体12をエピタキシャル成長させるための成長基板であってもよい。基板11としては、例えば、半導体積層体12に窒化物半導体を用いる場合、サファイア(Al2O3)基板を用いることができる。
半導体積層体12は、基板11の一方の主面である上面に、n側半導体層12n及びp側半導体層12pが順に積層されてなる。図1B〜図1Dに示すように、n側半導体層12nとp側半導体層12pとの間に活性層12aを設けることが好ましい。
n電極13は、発光素子1に外部からの電流を供給するための負極側のパッド電極である。n電極13は、半導体積層体12の露出部12bの上面であるn側半導体層12n上に設けられ、n側半導体層12nと電気的に接続されている。n電極13は、ワイヤボンディングなどによる外部との接続に適するように、例えば、Cu、Au又はこれらの金属を主成分とする合金を用いることができる。また、n電極13を多層構造とし、下層側にAl、Agなどからなる光反射層を設けるようにしてもよい。
なお、n電極13は、n側外部接続部13aとn側延伸部13bとが、ともに同じ材料で構成されている。
発光素子1において、p側半導体層12p上の電極構造(以下、単に「p側電極構造」ともいう。)は、透光性電極14と、pパッド電極15と、透光性絶縁膜16と、金属膜17と、から構成されている。また、透光性電極14は、第1透光性電極141と第2透光性電極142とから構成されている。p側電極構造について、下層側から順に説明する。
透光性絶縁膜16は、p側半導体層12pの上方であって、pパッド電極15が配置される領域の直下領域及びその近傍領域、すなわち上面視でpパッド電極15の配置領域を包含する領域に設けられている。更に、透光性絶縁膜16は、p側半導体層12pと第1透光性電極141との間に設けられている。これにより、pパッド電極15の直下の領域に電流が流れにくくなり、その領域における発光が抑制されるので、pパッド電極15によって吸収される光を低減させることができる。さらに、透光性絶縁膜16の直下における領域の周辺に流れる電流を増大させることができるので、発光素子1を効率よく発光させることができる。
透光性絶縁膜16としては、例えば、屈折率が低く、透光性に優れるSiO2を用いることができる。
第1透光性電極141は、オーミック電極として作用するものであり、p側半導体層12pの上面における外周近傍を除く領域に設けられている。第1透光性電極141は、透光性絶縁膜16が配置されている領域においては、透光性絶縁膜16を介してp側半導体層12p上に設けられている。また、第1透光性電極141は、透光性絶縁膜16上において、開口部141aを有している。
第1透光性電極141は、pパッド電極15及び第2透光性電極142を介して供給される電流を拡散させてからp側半導体層12pに供給するためのものである。但し、pパッド電極15の直下領域及びその近傍領域は透光性絶縁膜16が設けられており、当該領域に対しては、電流が流れにくいように構成されている。
金属膜17は、第1透光性電極141の開口部141a内において、透光性絶縁膜16の上面と接するように設けられている。金属膜17は、p側半導体層12pと透光性絶縁膜16との界面で反射されずに、透光性絶縁膜16内を上方に伝播してくる光を反射させて半導体積層体12側に戻すための光反射膜である。金属膜17は、上面視でpパッド電極15が配置された領域を包含するように、pパッド電極15の直下領域及びその近傍領域に設けられている。言い換えると、上面視において、金属膜17はpパッド電極15よりも一回り大きい。
なお、金属膜17は、第1透光性電極141の開口部141aの内縁に接するように設けられているが、開口部141aの内縁と離間するように設けてもよく、第1透光性電極141の上面にまで延在するように設けてもよい。
第2透光性電極142は、図1A〜図1C及び図2Aに示すように、金属膜17の上面と第1透光性電極141の上面とを連続して被覆し、端部が第1透光性電極141の上面と接するように、pパッド電極15が延伸する方向において断続的に設けられている。第2透光性電極142は、第2透光性電極142の上面に設けられるpパッド電極15を介して供給される電流を、第1透光性電極141に導電する電流経路として設けられるものである。
そこで、図2Aに示すように、上面視において、金属膜17が設けられている領域及びその領域に隣接し第1透光性電極141が設けられている隣接領域に連続して設けられた第2透光性電極142を、金属膜17の延伸方向に沿って断続的に形成している。つまり、第2透光性電極142を、pパッド電極15の延伸方向、すなわち、金属膜17の延伸方向に沿って、断続的に配置することで、第2透光性電極142の配置面積が低減されるような構成としている。このような構成とすることで、第2透光性電極142による光吸収を抑制することができるので、発光素子1の光取り出し効率を向上させることができる。更に、第1透光性電極141と第2透光性電極142とが電気的に接続される領域である隣接領域が、pパッド電極15の延伸方向に沿って断続的に設けられる。これにより、pパッド電極15の外部接続部であるp側外部接続部15aに供給される電流をpパッド電極15の延伸部であるp側延伸部15bに沿って分散できるので、p側半導体層12pに効率よく電流を拡散することができる。
図2Aに示したように、第2透光性電極142は、金属膜17の延伸方向に断続的に設けることが好ましい。但し、図2Bに示すように、第2透光性電極142Aを連続的に設けてもよい。更に、図2Cに示すように、第2透光性電極142Bを、金属膜17が配置された領域に連続して設けるとともに、この領域の隣接領域に設けられる部分では断続的に設けるようにしてもよい。
pパッド電極15は、発光素子1に外部からの電流を供給するための正極側のパッド電極である。pパッド電極15は、図1Aに示すように、上面視において、発光素子1の上面側に設けられている略円形状のp側外部接続部15aと、発光素子1の長辺と略平行であって、p側外部接続部15aからn側外部接続部13aに向かって延伸するように設けられているp側延伸部15bとから構成されている。p側外部接続部15aは、外部と接続するための領域であり、p側延伸部15bは、p側外部接続部15aを介して供給される電流を、透光性電極14に効率的に拡散させるための補助電極である。
また、pパッド電極15は、図1A及び図1Bに示すように、断続的に設けられた第2透光性電極142の上面及びその間に設けられている金属膜17の上面を連続して被覆するように設けられている。
なお、pパッド電極15は、p側外部接続部15a及びp側延伸部15bが、ともに同じ材料で構成されている。
保護膜18は、透光性及び絶縁性を有し、発光素子1の上面側の略全体を被覆する膜である。図1Bなどに示すように、保護膜18は、露出部12bにおけるn側半導体層12nの上面の一部に開口部18nを有し、当該開口部18n内に、n電極13が設けられている。また、図1Bなどに示すように、保護膜18は、金属膜17が配置された領域上の一部に開口部18pを有し、当該開口部18p内に、pパッド電極15が設けられている。
保護膜18としては、前記した透光性絶縁膜16と同様の材料を用いることができ、例えば、SiO2を用いることができる。
次に、実施形態に係る発光素子1の動作について、図1A〜図1Dを参照して説明する。
発光素子1は、n側外部接続部13a及びp側外部接続部15aに外部電源が接続されると、pパッド電極15、第2透光性電極142、第1透光性電極141、p側半導体層12p、活性層12a、n側半導体層12n、n電極13の順に電流が流れ、活性層12aが発光する。
発光素子1内を上方に伝播する光は、第1透光性電極141及び保護膜18を透過して外部に取り出される。透光性絶縁膜16が配置されている領域では、活性層12aから発せられた光の一部は透光性絶縁膜16とp側半導体層12pとの界面で反射されて半導体積層体12側に戻される。また、透光性絶縁膜16内に入射する光も存在するが、その光も一部を除いて、金属膜17で反射されて半導体積層体12側に戻される。
なお、半導体積層体12側に戻された光は、基板11及び半導体積層体12を伝播して外部に取り出される。
次に、第1実施形態に係る発光素子1の製造方法について説明する。
図3に示すように、発光素子1の製造方法は、半導体積層体形成工程S11と、透光性絶縁膜形成工程S12と、第1透光性電極形成工程S13と、金属膜形成工程S14と、第2透光性電極形成工程S15と、保護膜形成工程S16と、パッド電極形成工程S17と、個片化工程S18と、を含み、この順で各工程が行われる。
各工程は、1枚の基板11上に、複数の発光素子1が形成されるウエハレベルプロセスで行われる。すなわち、基板11上に複数の発光素子1が2次元配列するように形成される。つまり、図4A〜図4Hにおいて、仮想線である境界線BDで区画された領域ごとに、1個の発光素子1が形成される。
まず、半導体積層体形成工程S11において、図4Aに示すように、露出部12bを有する半導体積層体12を形成する。半導体積層体12は、サファイアなどからなる基板11の上面に、窒化物半導体などを用いて、MOCVD法などによりn側半導体層12n、活性層12a及びp側半導体層12pを順次に積層することで得られる。次に、n電極13を形成するための領域及び複数の発光素子1を区画する境界線BDに沿った領域である境界領域(ダイシングストリート)に、エッチングなどによりn側半導体層12nが露出した露出部12bを形成することができる。
次に、透光性絶縁膜形成工程S12において、図4Bに示すように、p側半導体層12pの上面の一部(上面視でpパッド電極15が配置される領域及びその近傍領域)に、透光性絶縁膜16を形成する。透光性絶縁膜16は、スパッタリング法などにより、SiO2などの絶縁性及び透光性を有する材料を用いて形成することができる。
次に、第1透光性電極形成工程S13において、図4Cに示すように、p側半導体層12pの上面のうち透光性絶縁膜16が形成されていない領域の大部分及び透光性絶縁膜16の上面に、第1透光性電極141を形成する。ここで、第1透光性電極141は、透光性絶縁膜16の上面において開口部141aを有する。第1透光性電極141は、ITOなどの透光性を有する導電材料を用いて、スパッタリング法などにより形成することができる。
次に、金属膜形成工程S14において、図4Dに示すように、透光性絶縁膜16の上面に設けられている第1透光性電極141の開口部141a内に、金属膜17を形成する。金属膜17は、スパッタリング法などにより形成することができる。
次に、第2透光性電極形成工程S15において、図4Eに示すように、金属膜17の上面を跨ぎ、両端部が第1透光性電極141の上面と接するように、第2透光性電極142を形成する。第2透光性電極142は、pパッド電極15のp側延伸部15bの延伸方向に沿って、すなわち、金属膜17の延伸方向に沿って、断続的に形成することができる。この場合、第2透光性電極142は、上面視において、金属膜17が設けられている領域及びその領域に隣接する隣接領域において、断続的に形成される。
次に、保護膜形成工程S16において、図4Fに示すように、ウエハの上面側であってn電極13及びpパッド電極15を形成する領域を除く領域に保護膜18を形成する。保護膜18は、n電極13が配置される領域に開口部18nを有し、pパッド電極15が配置される領域に開口部18pを有する。前記したSiO2などの絶縁性及び透光性を有する材料を用いて、スパッタリング法などにより、保護膜18を形成することができる。
次に、パッド電極形成工程S17において、図4Gに示すように、保護膜18の開口部18n,18p内に、発光素子1のパッド電極であるn電極13及びpパッド電極15を形成する。
n電極13及びpパッド電極15は、Auなどの金属材料を用いて、スパッタリング法や蒸着法などによって形成することができる。なお、この工程では、前工程である保護膜形成工程S16で形成したレジストパターンを用いて、リフトオフ法によりn電極13及びpパッド電極15をパターニングすることができる。
なお、保護膜形成工程S16とパッド電極形成工程S17とは、順序を入れ換えて行うようにしてもよい。
次に、個片化工程S18において、図4Hに示すように、露出部12b上に設定された境界線BDに沿って、ダイシング法やスクライビング法などにより切断することで、ウエハを複数の発光素子1に個片化する。
以上の工程により、発光素子1を製造することができる。
次に、第2実施形態に係る発光素子について、図5を参照して説明する。
第2実施形態に係る発光素子1Cは、透光性絶縁膜16上において、第1透光性電極141Cに開口部を設けずに、金属膜17を第1透光性電極141Cの上面に設けることが第1実施形態と異なっている。その他の構成については第1実施形態と同等である。
11 基板
12 半導体積層体
12n n側半導体層
12a 活性層
12p p側半導体層
12b 露出部
13 n電極
13a n側外部接続部
13b n側延伸部
14,14A,14B,14C 透光性電極
141,141C 第1透光性電極
141a 開口部
142,142A,142B 第2透光性電極
15 pパッド電極(パッド電極)
15a p側外部接続部
15b p側延伸部
16 透光性絶縁膜
17 金属膜
18 保護膜
18n,18p 開口部
Claims (10)
- 半導体積層体の上面の一部の領域に、透光性絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体積層体の上面及び前記透光性絶縁膜の上面を連続して被覆する第1透光性電極を形成する工程と、
前記第1透光性電極を熱処理した後、前記透光性絶縁膜の上方の少なくとも一部の領域に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜の上面及び前記第1透光性電極の上面を連続して被覆して前記第1透光性電極と電気的に接続される第2透光性電極を、上面視において、断続的に、前記金属膜が設けられている領域及びその領域に隣接し前記第1透光性電極が設けられている隣接領域に形成する工程と、
上面視において、前記金属膜が設けられた領域内に、外部と電気的に接続するための外部接続部と、前記外部接続部から延伸する延伸部とを有するパッド電極を、少なくとも一部が前記第2透光性電極の上面と接するように形成する工程と、を含み、
前記第2透光性電極を形成する工程において、前記第2透光性電極は、少なくとも前記隣接領域に設けられる部分の一部又は全部が、前記延伸部の延伸方向に断続的に形成される発光素子の製造方法。 - 前記第2透光性電極を形成する工程において、前記第2透光性電極の膜厚は、前記第1透光性電極の膜厚よりも厚く形成される請求項1に記載の発光素子の製造方法。
- 前記第1透光性電極を形成する工程において、前記第1透光性電極は、前記透光性絶縁膜上に開口部を有するように設けられ、
前記金属膜を形成する工程において、前記金属膜は、前記開口部に前記透光性絶縁膜の上面と接して設けられる請求項1又は請求項2に記載の発光素子の製造方法。 - 前記第1透光性電極及び前記第2透光性電極は、ITO、ZnOから選択される金属酸化物を含有する材料を用いて形成される請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
- 前記金属膜は、Al、Ru、Ag、Ti、Niから選択される金属又はこれらの何れかの金属を主成分とする合金を含有する材料を用いて形成される請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の発光素子の製造方法。
- 半導体積層体と、
前記半導体積層体の上面の一部の領域に設けられる透光性絶縁膜と、
前記透光性絶縁膜の上方の少なくとも一部の領域に設けられる金属膜と、
前記半導体積層体の上面及び前記透光性絶縁膜の上面を連続して被覆する第1透光性電極と、
上面視において、断続的に、前記金属膜が設けられている領域及びその領域に隣接し前記第1透光性電極が設けられている隣接領域に配置され、前記金属膜の上面及び前記第1透光性電極の上面を連続して被覆して前記第1透光性電極と電気的に接続される第2透光性電極と、
外部と電気的に接続するための外部接続部と、前記外部接続部から延伸する延伸部とを有し、前記第2透光性電極の上面と少なくとも一部が接するように、上面視において、前記金属膜が設けられる領域内に設けられるパッド電極と、を備え、
上面視において、前記第2透光性電極は、少なくとも前記隣接領域に設けられる部分の一部又は全部が、前記延伸部の延伸方向に断続的に設けられている発光素子。 - 前記第2透光性電極の膜厚は、前記第1透光性電極の膜厚よりも厚い請求項6に記載の発光素子。
- 前記第1透光性電極は、前記透光性絶縁膜上に設けられた開口部を有し、
前記金属膜は、前記開口部の内側において、前記透光性絶縁膜の上面と接している請求項6又は請求項7に記載の発光素子。 - 前記第1透光性電極及び前記第2透光性電極は、ITO、ZnOから選択される金属酸化物を含有する請求項6乃至請求項8の何れか一項に記載の発光素子。
- 前記金属膜は、Al、Ru、Ag、Ti、Niから選択される金属又はこれらの何れかの金属を主成分とする合金を含有する請求項6乃至請求項9の何れか一項に記載の発光素子。
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