JP2000216431A

JP2000216431A - 発光素子

Info

Publication number: JP2000216431A
Application number: JP37199098A
Authority: JP
Inventors: Toyozo Nishida; 豊三西田; Koji Tominaga; 浩司冨永; Masayuki Hata; 雅幸畑; Minoru Sawada; 稔澤田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【目的】発光強度の向上した発光素子を提供する。【構成】基板１の一主面上に、ｎ型半導体層とｐ型半
導体層とを備え、且つｐ型半導体層上に形成されたｐ側
電極１２の側から発光が取り出されるようにされた発光
素子において、ｐ側電極１２は、ｐ型半導体層の表面を
覆って設けられた電極膜部分１２Ａと、前記ｐ型半導体
層を露出して設けられた発光取出し部１２Ｂとを有し、
且つｐ側電極１２における電極膜部分１２Ａの割合が５
０％より大きく７５％以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特にｐ型窒化物半
導体のように抵抗の大きいｐ型半導体層を備えた発光素
子に係り、発光効率の優れた発光素子を提供する技術に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、青色発光素子として、ＧａＮ、Ｉ
ｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等の一般式Ｉｎ
_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１）で表わ
される窒化物半導体を用いた発光素子が検討されてい
る。

【０００３】斯かる窒化物半導体を用いた発光素子は、
一般にサファイアやスピネル等の絶縁性の基板上に、バ
ッファ層を介してｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体
層が積層されて構成されている。そして、窒化物半導体
を用いた発光素子においては絶縁性の基板を用いている
ために、他のＧａＡｓやＧａＡｌＰ等の半導体基板を用
いた発光素子のように基板側から電極を取出すことがで
きず、ｐ側電極とｎ側電極とは同一面側に設けられてい
る。

【０００４】さらに、斯かる窒化物半導体を用いた発光
素子においては、一般に上記ｐ側電極を透光性の電極と
し、このｐ側電極を介して発光を取出す構成とすること
により、チップサイズを小さくすることが行なわれてい
る。このようなｐ側電極として、ｐ型半導体層上に金属
膜を格子状に設け、そしてこの格子状の金属膜から露出
するｐ型半導体層表面より発光を取出すようにしたｐ側
電極の構造が知られている（特開平５−３３５６２２
号）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の発光素子に
おいては、金属膜により覆われる部分の面積をｐ型半導
体層表面の５０％を越えない範囲としている。然し乍
ら、窒化物半導体からなるｐ型半導体層はＳｉ等通常の
半導体からなるｐ型半導体層に比して抵抗が大きいため
に、金属膜を介して半導体層に流れる電流は、ｐ型半導
体層の面方向には殆ど広がることなく膜厚方向に流れて
電極直下の領域で発光を生じさせる。従って金属膜によ
り覆われる部分の面積を５０％を越えない範囲とする
と、発光が生じる領域の面積割合も素子全体の表面積の
５０％を越えることがなく、素子全体としての発光量が
低下してしまう。

【０００６】本発明は、斯かる従来の課題を解決し、発
光効率の向上した発光素子を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明発光素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体
層とを備え、且つ前記ｐ型半導体層上に形成されたｐ側
電極の側から発光が取り出されるようにされた発光素子
において、前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の表面を
覆って設けられた電極膜部分と、前記ｐ型半導体層を露
出して設けられた発光取出し部とを有し、且つ前記ｐ側
電極における前記電極膜部分の割合が５０％より大きく
７５％以下であることを特徴とする。

【０００８】また、前記発光取出し部を複数個有すると
共に、各々の発光取出し部が略均一に分散して設けられ
たこと。

【０００９】さらには、前記ｐ側電極における前記電極
膜部分の割合が、５５％以上７０％以下であることを特
徴とする。

【００１０】加えて、前記ｐ側電極が、前記発光取出し
部から露出する前記ｐ型半導体層上に設けられ、且つ前
記電極膜部分と電気的に接続された透明導電層を有する
ことを特徴とする。

【００１１】また、本発明発光素子は、前記電極膜部分
が、透光性を有することを特徴とする。

【００１２】さらに、前記電極膜部分が、金属層と透明
導電層との積層構造を有することを特徴とし、前記透明
導電層が、前記発光取出し部から露出する前記ｐ型半導
体層上に延在して設けられたことを特徴とする。

【００１３】加えて、前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体
層が透光性を有する基板の一主面上に設けられ、且つ該
基板の他主面上に反射膜を有することを特徴とする。

【００１４】さらには、前記ｐ型半導体層が、窒化物半
導体からなることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態に係る
発光素子を説明するための構造図であり、同図（Ａ）は
断面図、また（Ｂ）は平面図である。

【００１６】同図を参照して、１はサファイアからなる
基板であり、２は厚さ約２．５ｎｍのアンドープのＡｌ
Ｎ層と厚さ約２．５ｎｍのアンドープのＧａＮ層とを交
互に４周期積層して形成された多層膜からなるバッファ
層、３はｎ型ＧａＮからなる厚さ約５μｍのｎ型コンタ
クト層である。尚、上記バッファ層２はＡｌＮ、ＧａＮ
或いはＡｌＧａＮの単層膜から構成しても良い。

【００１７】また、４は発光層であり、例えば厚さ約５
ｎｍのアンドープのＧａＮからなる障壁層と厚さ約３ｎ
ｍのアンドープのＧａＩｎＮからなる井戸層とを交互に
積層して超格子構造とされている。

【００１８】発光層４上にはアンドープのＧａＮからな
る厚さ約１０ｎｍの保護層５を介してｐ型ＡｌＧａＮか
らなる厚さ約０．１５μｍのｐ型クラッド層６が形成さ
れ、そして該ｐ型クラッド層６上にはｐ型ＧａＮからな
る厚さ約０．３μｍのｐ型コンタクト層７が設けられて
いる。

【００１９】尚、本発明発光素子の構成はここに挙げた
構成に限定されるものではなく、ｐ型半導体層として窒
化物半導体のような抵抗の大きい半導体を用いた発光素
子であれば、他の構成のものであっても良い。

【００２０】また、上記ｐ型コンタクト層７からｎ型コ
ンタクト層３に到るまでの領域の一部が除去されてお
り、露出したｎ型コンタクト層３の表面にはｎ側電極１
１が設けられ、またｐ型コンタクト層７の略全面にｐ側
電極１２が設けられている。

【００２１】ここで、本発明にあっては、上記ｐ側電極
１２が、前記ｐ型コンタクト層７上に格子状に設けられ
た金属膜からなる電極膜部分１２Ａと、前記ｐ型コンタ
クト層７の表面を露出して設けられた複数個の発光取出
し部１２Ｂとを有している。この電極膜部分１２Ａはｐ
型コンタクト層７上の略全面にわたって設けられてお
り、各々の発光取出し部１２Ｂは、電極膜部分１２Ａが
設けられた領域内において略均一に分散して設けられて
いる。

【００２２】そして、本発明にあっては、ｐ側電極１２
における前記電極膜部分１２Ａの割合が５０％より大き
く７５％以下であることを特徴としている。

【００２３】尚、電極膜部分１２Ａはｐ型コンタクト層
７とのオーミック性の良好な金属から構成され、本実施
形態の如くｐ型コンタクト層がｐ型ＧａＮからなる場合
には、Ｐｄ，Ｐｔ，Ｎｉを用いることが好ましい。ま
た、本実施形態にあっては電極膜部分１２Ａを厚膜とす
ることにより低抵抗としている。

【００２４】図２は本発明の効果を説明するための説明
図であり、同図（Ａ）が本発明に係る発光素子の、また
（Ｂ）は従来の発光素子の説明図である。

【００２５】同図を参照して、発光層５１上にはｐ型半
導体層５２が形成されており、そしてｐ型半導体層５２
上の略全面にわたって、電極膜部分５３Ａ及び発光取出
し部５３Ｂを有するｐ側電極５３が形成されている。
尚、電極膜部分５３Ａの幅は、本発明と従来とで同一と
している。

【００２６】前述したように、窒化物半導体からなるｐ
型半導体層はその抵抗率が０．１〜１０Ω・ｃｍ程度で
あり、Ｓｉ等通常用いられる半導体材料からなるｐ型半
導体層より抵抗が大きい。このように抵抗率が０．１Ω
・ｃｍ以上の抵抗の大きいｐ型半導体層を有する発光素
子にあっては、ｐ側電極５３を介してｐ型半導体層５２
に流れる電流は、ｐ型半導体層５２中において面方向に
殆ど広がることなく膜厚方向に流れて発光層５１に達
し、そして電極膜部分５３Ａの略直下の位置にある発光
領域Ａで発光する。

【００２７】発光領域Ａにおける発光強度はＢに示すよ
うに、電極５３の直下では発光強度が大きく、その周辺
では流れる電流が少なくなることから発光強度が小さく
なるような分布を有している。尚、Ｂの縦軸は発光強度
の強さを示しており、横軸は位置を示している。そし
て、発光取出し部５３Ｂに対応する位置で発光した光
が、矢印で示す如く外部に取出される。

【００２８】同図（Ａ）と（Ｂ）との比較から明らかな
ように、本発明の発光素子によれば電極膜部分１２Ａの
直下に存在する発光領域Ａの面積を従来素子よりも増大
させることができる。

【００２９】加えて、発光取出し部５３Ｂ直下の発光層
５１において、全く発光しない無発光領域Ｃの占める割
合を従来の発光素子よりも小さくすることができる。こ
のため、従来にあっては発光取出し部５３Ｂのうち端部
に位置する一部の領域からしか光を外部に取出すことが
できなかったのに対し、本発明によれば発光取出し部５
３Ｂの略全面から光を外部に取出すことが可能となる。

【００３０】以上のことから、本発明によれば素子全体
としての発光強度を従来よりも向上させることができ
る。

【００３１】図３は、図１に示す構造の発光素子におい
て、ｐ側電極１２における電極膜部分１２Ａの割合を変
化させたときの発光出力の変化を相対値で示した特性図
であり、従来の値を破線で示している。尚、電極膜部分
１２Ａは約５０μｍの幅を有するライン状の金属膜を格
子状に組合わせた格子状の形状を有するものとし、そし
てライン間の間隔を調整することにより、ｐ側電極１２
における電極膜部分１２Ａの占める面積割合を変化させ
ている。

【００３２】同図から明らかな如く、電極膜部分１２Ａ
の割合を５０％より大きく７５％以下、好ましくは５５
％以上７０％以下とすることにより、従来よりも発光出
力を向上させることができる。

【００３３】このように電極膜部分１２Ａの割合を５０
％よりも大きくする方法としては、電極膜部分１２Ａの
形状を上記の格子状とした場合、ライン幅を小さくして
ラインの本数を増加させる方法と、ライン幅を大きくし
てラインの本数を少なくする方法の２通りが考えられ
る。

【００３４】然し乍ら、後者の場合には前者に比べ発光
取出し部１２Ｂの数が減少することとなるために発光が
離散的となると共に、素子から取出せる発光量が減少し
てしまう。これを防止し、素子としての発光分布を見か
け上均一とするためには、幅が約５０μｍ以下のライン
を格子状に組合わせた格子状の形状とすることが好まし
い。

【００３５】また、当然のことながら、発光強度の面内
での均一性を向上させるために、複数の発光取出し部１
２Ｂの面積は互いに同程度とし、略均一に分散して設け
ることが好ましい。尚、ここで略均一とは、完全に均一
であることも含む。

【００３６】図４は、本発明の別の実施の形態を説明す
るための素子構造断面図である。

【００３７】同図に示す如く、本実施の形態にあっては
ｐ側電極１２が、発光取出し部１２Ｂから露出するｐ型
コンタクト層７上に設けられ、且つ電極膜部分１２Ａと
電気的に接続された透明導電層１２Ｃを有している。

【００３８】この透明導電層１２Ｃを形成するにあたっ
ては、同図（Ａ）に示す如く電極膜部分１２Ａの形成後
に透明導電層１２Ｃを形成すれば良く、或いは同図
（Ｂ）に示す如くｐ型コンタクト層７上に透明導電層１
２Ｃを形成後、電極膜１２Ａを形成しても良い。

【００３９】斯かる構成によれば、発光取出し部１２Ｂ
に対応する位置のｐ型コンタクト層７中にも透明導電層
１２Ｃを介して電流が流れ、発光層４で発光することと
なるので、第１の実施の形態よりもさらに発光量を増加
させることができる。

【００４０】上記のような透明導電層１２Ｃの材料とし
ては、ＳｎＯ₂，ＩＴＯ，ＭｇＯ或いはＺｎＯ等の金属
酸化物を用いることができる。

【００４１】また、半導体としてＧａＮ等の窒化物半導
体を用いた場合にあっては、ｐ型コンタクト層７上にま
ず電極膜部分１２Ａを形成した方が良好なオーミック性
接触を得られやすく、図４（Ａ）の構造の方が図４
（Ｂ）の構造よりも好ましい。

【００４２】以上の実施の形態において、ｐ側電極１２
における電極膜部分１２Ａを薄膜の金属膜から構成して
透光性を持たせると、電極膜部分１２Ａを介しても発光
を取出すことができるのでさらに好ましい。

【００４３】図２に示す如く、本発明によれば発光領域
Ａの占める割合を従来よりも向上することができ、この
ため素子全体で発光する発光の量を従来よりも増大させ
ることができる。従って、ｐ側電極１２における電極膜
部分１２Ａを透光性とし、この透光性の電極膜部分１２
Ａを介しても光を外部に取出すことにより、発光出力を
大幅に向上することができる。

【００４４】尚、このように電極膜部分１２Ａを透光性
とするためには、薄膜の金属膜を用いる、或いは前述の
透明な金属酸化物を用いる、という方法がある。然し乍
ら、このように薄膜の金属膜を用いた場合には電極膜部
分１２Ａの抵抗が大きくなる。特に、ｐ型半導体層とし
て窒化物半導体を用いた場合にあっては、透明な金属酸
化物では良好なオーミック性接触を得られにくく、薄膜
の金属膜を用いる必要があるために、電極膜部分１２Ａ
の抵抗が大きくなる。

【００４５】これを防止するためには、電極膜部分１２
Ａを薄膜の金属層と透明導電層との積層構造とすれば良
い。斯かる構成によれば、金属層の厚みを薄くしたこと
による抵抗の増大を透明導電層により抑制することがで
きる。

【００４６】また、この場合透明導電層は電極膜部分１
２Ａにおける金属層上に設けるだけでも良いが、図４に
示す如く発光取出し部１２Ｂから露出するｐ型コンタク
ト層７上に延在して設けるようにすると、前記のように
さらに発光量を増大させることができる。（実施例１）実施例１として図１に示す構造の発光素子
を製造した。尚、ｐ側電極１２の電極膜部分１２Ａには
厚さ１０ｎｍのＮｉ膜と厚さ約８００ｎｍのＡｕ膜との
積層膜を用いている。また、素子を構成する各窒化物半
導体層はいずれもＭＯＶＰＥ法を用いて形成しており、
ｐ型半導体層を形成する際のドーパントガスとしてはＣ
ｐ₂Ｍｇを、ｎ型半導体層を形成する際のドーパントガ
スとしてはＳｉＨ₄，Ｈ ₂Ｓｅ或いはＧｅＨ₄を用いてい
る。さらに、実際の素子形成にあたっては、サファイア
からなる厚さ約３００μｍの基板１上に発光素子を形成
後、基板１の厚さが約１００μｍ以下となる様裏面側に
研磨を施し、次いでスクライブ、ダイシング、ブレーキ
ング等の方法を用いて１辺が約４００μｍの略正方形状
の素子を製造した。また、ｐ側電極１２のうちｐ型コン
タクト層７を覆う部分の割合は６０％とした。

【００４７】斯かる発光素子の発光強度を、ｐ側電極が
ｐ型コンタクト層の表面を覆う面積割合を４０％とした
従来の発光素子と比較したところ、２０ｍＡの電流を流
したときの発光強度は従来の約１．３倍であった。（実施例２）ｐ側電極１２の電極膜部分１２Ａを厚さ約
１ｎｍのＮｉ膜と、厚さ約２ｎｍのＡｕ膜との薄膜の多
層膜から構成して透光性を持たせ、さらにｐ側電極１２
上の一隅部にワイヤボンディングのためのパッド電極を
設けた以外は実施例１と同様にして発光素子を形成し
た。その結果、２０ｍＡの電流を流したときの発光強度
は従来の約１．６倍であった。（実施例３）ｐ側電極１２の電極膜部分１２Ａを厚さ約
２ｎｍの薄膜のＰｄ膜と、厚さ約２００ｎｍのＩＴＯ膜
との多層膜から構成して透光性を持たせた以外は実施例
２と同様にして発光素子を形成した。尚、本実施例にお
いては薄膜のＰｄ膜形成後に、Ｐｄ膜上にＩＴＯ膜を発
光取出し部１２Ｂから露出するｐ型コンタクト層７上に
も延在させて形成した。その結果、２０ｍＡの電流を流
したときの発光強度は従来の約２．７倍であった。ま
た、この場合にはＩＴＯ膜が薄膜のＰｄ膜を保護する役
割も果たす。

【００４８】以上のように、本発明によれば発光強度の
向上した発光素子を提供することができる。

【００４９】以上の実施例にあっては窒化物半導体から
なる発光素子について説明したが、これに限らず、窒化
物半導体のように高い抵抗を有するｐ型半導体層を用い
た発光素子について本発明を適用することができる。

【００５０】また、本発明にあってはｐ側電極１２を構
成する電極膜部分１２Ａの形状は上述したような格子状
の形状に限定されるものではなく、例えば櫛状、渦巻
状、ミアンダ状、樹枝状、放射状、波状等の他の形状で
あっても良いことは言うまでもない。そして、電極膜部
分１２Ａを櫛状、渦巻状等の形状とする場合にあって
は、連続する１つの発光取出し部１２Ｂを有することと
なる。

【００５１】さらに、基板として透光性を有する基板を
用い、この基板の背面側に金属膜或いはホログラム素子
による反射膜を設けるとより好ましい。斯かる構成によ
れば、発光領域で発光した光のうち基板側へ放射された
光を上記反射膜により反射させてｐ側電極側から外部に
取出すことができるため、より高い発光強度を得ること
ができる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば、ｐ
側電極が、ｐ型半導体層の表面を覆って設けられた電極
膜部分と、前記ｐ型半導体層を露出して設けられた発光
取出し部とを有し、且つｐ側電極における電極膜部分の
割合が５０％より大きく７５％以下であるとすることに
より、発光強度の向上した窒化物半導体発光素子を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る発光素子の構造図で
ある。

【図２】本発明の効果を説明するための説明図である。

【図３】ｐ側電極のうちｐ型コンタクト層の表面を覆う
部分の割合を変化させた場合の発光出力の変化を示す特
性図である。

【図４】本発明の別の実施の形態に係る発光素子の素子
構造断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…バッファ層、３…ｎ型コンタクト層、４
…発光層、５…保護層、６…ｐ型クラッド層、７…ｐ型
コンタクト層、１１…ｎ側電極、１２…ｐ側電極、１２
Ａ…電極膜部分、１２Ｂ…発光取出し部

フロントページの続き (72)発明者畑雅幸大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者澤田稔大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA40 CA83 CA88 CA93

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを備え、
且つ前記ｐ型半導体層上に形成されたｐ側電極の側から
発光が取り出されるようにされた発光素子において、前
記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の表面を覆って設けら
れた電極膜部分と、前記ｐ型半導体層を露出して設けら
れた発光取出し部とを有し、且つ前記ｐ側電極における
前記電極膜部分の割合が５０％より大きく７５％以下で
あることを特徴とする発光素子。
【請求項２】前記発光取出し部を複数個有すると共
に、各々の発光取出し部が略均一に分散して設けられた
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】前記ｐ側電極における前記電極膜部分の
割合が、５５％以上７０％以下であることを特徴とする
請求項１又は２に記載の発光素子。
【請求項４】前記ｐ側電極が、前記発光取出し部から
露出する前記ｐ型半導体層上に設けられ、且つ前記電極
膜部分と電気的に接続された透明導電層を有することを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素
子。
【請求項５】前記電極膜部分が、透光性を有すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光素
子。
【請求項６】前記電極膜部分が、金属層と透明導電層
との積層構造を有することを特徴とする請求項５記載の
発光素子。
【請求項７】前記透明導電層が、前記発光取出し部か
ら露出する前記ｐ型半導体層上に延在して設けられたこ
とを特徴とする請求項６記載の発光素子。
【請求項８】前記ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が透
光性を有する基板の一主面上に設けられ、且つ該基板の
他主面上に反射膜を有することを特徴とする請求項１乃
至７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】前記ｐ型半導体層が、窒化物半導体から
なることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
の発光素子。