JP2003110140A - 窒化物半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、特にｎ電極を特定の構成とすること
により、窒化物半導体発光素子における光の取り出し効
率をさらに向上させ、寿命の長い窒化物半導体発光素子
を提供することを目的とする。 【解決手段】本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒
化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備える窒化物半導
体発光素子である。特に、ｎ電極は電気的に接続された
第１の領域と第２の領域とから構成されており、ｎ電極
形成面側から見て、第１の領域の最背面は第２の領域の
最背面と略同じ面に位置している。さらに、ｎ電極の第
２の領域は窒化物半導体発光素子からの光に対して、ｎ
電極の第１の領域よりも高い反射率を備えることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉ
ｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ
≦１）を層構造に含む発光素子、すなわち窒化物半導体
発光素子に係わり、特に発光効率を飛躍的に向上させた
窒化物半導体発光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体を層構造に含む窒化物半導
体発光素子は高輝度純緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤ
として、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、
バックライトなど、様々な分野で広く利用されている。

【０００３】これらのＬＥＤは、一般に、サファイアな
どの基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物
半導体層が順に積層された構造となっている。さらに、
ｐ型窒化物半導体層上にはｐ電極が配置され、ｎ型窒化
物半導体層上にはｎ電極が配置されている。たとえば、
ｐ電極とｎ電極とを同一面側に設ける場合は、ｐ型窒化
物半導体層上にｐ電極が配置されると共に、ｐ型窒化物
半導体層、活性層、およびｎ型窒化物半導体層の一部が
エッチングなどにより除去され、露出したｎ型窒化物半
導体層上にｎ電極が配置された構成となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、省エネ
などに応じて、発光出力の低下を伴わずに消費電力の低
減を可能とするＬＥＤが望まれている現在において、上
記の構成では十分とは言えず、さらなる改良が求められ
ている。

【０００５】すなわち、上記した従来のＬＥＤは、活性
層にて発光した光が各種半導体層または基板を介してＬ
ＥＤの上面および側面から出射される。より詳細には、
活性層から出射された光の一部は、あらゆる界面、すな
わち基板と半導体層との界面、半導体層と半導体層の界
面、あるいは半導体層と電極との界面で反射してしま
う。そして、このような工程を複数回繰り返しても各々
の部材に吸収されずに残った光が、ＬＥＤの上面および
側面から出射される。ここで、主に側面から出射される
光の一部はｐ電極またはｎ電極に反射してＬＥＤ外部に
取り出されると考えられるが、光の一部がｐ電極または
ｎ電極に吸収されてしまうという問題があった。これに
より、活性層からの光の一部が無駄になり、ＬＥＤ外部
に光を効率よく取り出すことができなかった。また、こ
れに伴い、ＬＥＤを長寿命化することが困難となってし
まうという問題もあった。

【０００６】本発明はこのような問題を解決するために
成されたものであり、特にｎ電極を特定の構成とするこ
とにより、窒化物半導体発光素子における光の取り出し
効率をさらに向上させ、寿命の長い窒化物半導体発光素
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】本発明の窒化物半導体発
光素子は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を
備える窒化物半導体発光素子である。特に、ｎ電極は電
気的に接続された第１の領域と第２の領域とから構成さ
れており、ｎ電極形成面側から見て、第１の領域の最背
面は第２の領域の最背面と略同じ面に位置している。さ
らに、ｎ電極の第２の領域は窒化物半導体発光素子から
の光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を
備えることを特徴とする。これにより、光の取り出し効
率を大幅に向上させることができる。

【０００８】さらに、ｎ電極の第１の領域は前記ｎ型窒
化物半導体層とオーミック接触していることをが好まし
い。これにより、ｎ電極における第１の領域および第２
の領域の構成部材を広範囲に選択することができる。

【０００９】また、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の第
１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の
最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されてい
ることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子
を効率よく発光させることができる。

【００１０】さらに、本発明の窒化物半導体発光素子
は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電
極と同一面側であると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所
定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型
窒化物半導体層とが順に積層された構成において、ｎ電
極形成面側から見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成
面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して
配置されることが好ましい。これにより、窒化物半導体
発光素子をさらに効率よく発光させることができる。

【００１１】また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域
の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導
体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、
さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は
略一定の幅であることが好ましい。これにより、窒化物
半導体発光素子をさらに効率よく発光させることができ
る。

【００１２】また、半導体積層方向断面において、第１
の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面
は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されているこ
とが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子の端
面すなわち側面から出射された光がｎ電極に吸収される
のを大幅に軽減することができる。

【００１３】さらに、ｎ電極を構成する第１の領域は、
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、
Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒ
ｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であ
り、ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐ
ｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１
つを含む層構造または合金であることが好ましい。これ
により、各電極を比較的容易に形成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本実施の形態では、窒化物半導体
発光素子としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ）を用いた例について説明する。本発明に係
るＬＥＤを構成する各半導体層としては種々の窒化物半
導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相
成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶ
ＰＥ）などにより基板上にＩｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}
Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の半導体を発光層と
して形成させたものが好適に用いられる。また、その層
構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有
したホモ構造、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。また、各層を超格子構造としたり、
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とすることもできる。

【００１５】またＬＥＤは、一般的には、特定の基板上
に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板
に絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除か
ない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体
層上の同一面側に形成されることになる。この場合、フ
ェイスアップ実装すなわち半導体層側を視認側に配置し
発光された光を半導体層側から取り出すことも可能であ
るし、フェイスダウン実装すなわち基板側を視認側に配
置し発光された光を基板側から取り出すことも可能であ
る。もちろん、初めから絶縁性基板を用いず、あるいは
最終的に絶縁性基板を取り除くことにより、ｐ電極とｎ
電極が半導体層構造を介して対向するように配置された
構成とすることもできる。

【００１６】ここで、本発明に係わるＬＥＤは、ｎ型窒
化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備えるＬＥＤであ
る。特に、ｎ電極は電気的に接続された第１の領域と第
２の領域とから構成されており、ｎ電極形成面側から見
て、第１の領域の最背面は第２の領域の最背面と略同じ
面に位置している。さらに、ｎ電極の第２の領域はＬＥ
Ｄからの光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反
射率を備えることを特徴とする。これにより、ｎ電極に
おける光の吸収を大幅に軽減することができるので、結
果的に光の取り出し効率を向上させることができる。な
お、ここでいう高い反射率とは、ＬＥＤからの光の全波
長において反射率が高いことをいう。もちろん、ＬＥＤ
からの光の所定の波長においてのみ反射率を高くするこ
とも可能であるが、ＬＥＤからの光の全波長において反
射率を高くすることにより、より優れた効果を得ること
ができる。

【００１７】なお、ｎ電極を構成する第１の領域および
第２の領域は、ｎ型窒化物半導体層に直接接した、換言
すればｎ型窒化物半導体層に直接配置された構成とする
ことが好ましいが、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層との間
に、ＬＥＤからの光を完全に遮ることのない部材を介し
て配置することもできる。

【００１８】また、ここではｎ電極の第１の領域がｎ型
窒化物半導体層とオーミック接触している構成とするこ
とが好ましい。さらに、ｎ電極形成面側から見たｎ電極
の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電
極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置され
ている構成とすることが好ましい。このように構成する
ことにより、本発明のＬＥＤに最終的に電流を供給する
際に、電流が流れる経路を広範囲に取ることができるの
で、より均一な発光を得ることができる。

【００１９】さらに、本発明のＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であ
ると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる
別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層と
が順に積層された構成を備える場合、ｎ電極形成面側か
ら見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成面側から見
て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置される
ことが好ましい。すなわち、ｎ電極形成面側から見て、
ｎ電極の第１の領域が第２の領域を介さずにｐ型窒化物
半導体層の周縁部に隣接して配置させることが好まし
い。このように構成することにより、本発明のＬＥＤに
最終的に電流を供給する際に、電流が流れる経路を短く
することができるので、より優れた発光効率を得ること
ができる。

【００２０】また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域
の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導
体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、
さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は
略一定の幅であることが好ましい。このように構成する
ことにより、本発明のＬＥＤをより効率よく均一に発光
させることができる。

【００２１】また、半導体積層方向断面において、第１
の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面
は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されているこ
とが好ましい。このように構成することにより、ＬＥＤ
の端面から出射された光がｎ電極に吸収されるのを大幅
に軽減することができる。なお、ここではパッド部を備
えないｎ電極領域について記載したが、もちろん、パッ
ド部の最上面を活性層の最下面よりも低く設定すること
により、より優れた光の取り出し効率を得ることができ
る。

【００２２】また、ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
ｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ
のうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、
ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏ
ｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含
む層構造または合金とする。さらに、第１の領域を形成
した後にアニーリングを行うことにより、よりよいオー
ミック特性を得ることができる。また、第２の領域の膜
厚は４００Å以上であることが好ましい。これにより、
第２の領域が薄すぎることにより生じる光の透過を略完
全に防止でき、第２の領域の持つ反射率をそのままに再
現することができる。

【００２３】なお、ｎ電極の形状は特に限定されず、そ
の形状はたとえば、ｎ電極形成面側から見て、円形、四
角形、扇形など種々選択することができる。さらに、よ
り優れた発光効率を得るために、ｎ電極を構成する第１
の領域および第２の領域のうち少なくとも第１の領域を
所定の方向に突起させた形状とすることもできる。ま
た、ｎ電極は、少なくともｎ電極形成面すなわちｎ電極
とｎ型窒化物半導体層の接触面において第１の領域と第
２の領域とに分割されていればよく、たとえば第１の領
域の半導積層方向側に第２の領域が配置されてもよい。

【００２４】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明
の技術思想を具体化するためのＬＥＤを例示するもので
あって、本発明はＬＥＤを以下のものに特定するもので
はない。さらに、各図面が示す部材の大きさや位置関係
などは、説明を明確にするため誇張していることがあ
る。

【００２５】図１、２に、本実施の形態のＬＥＤの概略
図を示す。ここでは、図に示すように同一面側にｐ電極
およびｎ電極を配置したＬＥＤについて説明する。図１
は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概
略図である。また、図２は、本実施の形態のＬＥＤの層
構成を示す模式的断面図であり、図１のＡ−Ａ部におけ
る断面すなわち半導体積層方向断面を表す。以下、本実
施の形態のＬＥＤの各構成について詳細に説明する。 （基板１）まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を
ＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、容器内を水素で十
分に置換した後、水素を流しながら基板の温度を１０５
０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。基板１
はサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファ
イア基板、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）のような絶縁性
の基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体基板を用いること
ができる。 （バッファ層２）続いて温度を５１０℃まで下げ、キャ
リアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリ
メチルガリウム）とを用い、基板上にＧａＮよりなるバ
ッファ層２を約１００Åの膜厚で成長させる。なお、こ
のバッファ層２は基板の種類、成長方法によっては省略
できる。また、このバッファ層２はＡｌの割合の小さい
ＡｌＧａＮを用いることもできる。 （アンドープＧａＮ層３）次に、バッファ層２成長後、
ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、
同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アン
ドープＧａＮ層３を１．５μｍの膜厚で成長させる。 （ｎ型コンタクト層４）続いて１０５０℃で、同じく原
料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシラン
ガスを用い、Ｓｉを４．５×１０^１８／ｃｍ^３ドープし
たＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を２．１６５μｍ
の膜厚で成長させる。 （ｎ型第１多層膜層５）次に、シランガスのみを止め、
１０５０℃でＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドー
プＧａＮよりなる下層を３０００Åの膜厚で成長させ、
続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１
０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなる中間層を３０
０Åの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止
め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層を５０Å
の膜厚で成長させ、３層からなる層膜厚３３５０Åのｎ
型第１多層膜層５を成長させる。 （ｎ型第２多層膜層６）次に、同様の温度で、アンドー
プＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長
させ、次に温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭＩ、アン
モニアを用い、アンドープＩｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎより
なる窒化物半導体層を２０Åの膜厚で成長させる。これ
らの操作を繰り返し行い交互に１０層ずつ積層し、さら
にアンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの
膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｎ型第２
多層膜層６を６４０Åの膜厚で成長させる。 （活性層７）次にＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープ
のＧａＮよりなる障壁層を２５０Åの膜厚で成長させ
る。続いて同温度にてＴＭＩを追加し、Ｉｎ_０．３Ｇａ
_０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。
これらの操作を繰り返し行い交互に６層ずつ積層し、さ
らにアンドープＧａＮよりなる障壁を２５０Åの膜厚で
成長させ、多重量子井戸構造の活性層７を１９３０Åの
膜厚で成長させる。 （ｐ型多層膜層８）次に、温度１０５０℃で、ＴＭＧ、
ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタンジエ
ニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０^１９／ｃｍ
^３ドープしたＡｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎよりなる窒化
物半導体層を４０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８
００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍ
ｇを用いＭｇを５×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＩｎ
_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎよりなる窒化物半導体層を２５
Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、
Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層とＩｎ_０．０３Ｇａ
_０．９７Ｎ層を交互に５層ずつ積層し、さらにＭｇを５
×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．１５Ｇａ_{０．
８５}Ｎよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長さ
せた超格子構造のｐ型多層膜層８を３６５Åの膜厚で成
長させる。 （ｐ型コンタクト層９）続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、
アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／
ｃｍ^３ドープしたＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を
１２００Åの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室
温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器
内において７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更
に低抵抗化する。

【００２６】アニーリング後、ウエハを反応容器から取
り出し、所定の領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、
図２に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させ
る。露出後、ｎ型コンタクト層４の表面を３００℃以上
で熱処理する。

【００２７】続いて、スパッタリング装置、蒸着装置な
どを用いて、ｐ型コンタクト層９の略全域に膜厚２０ｎ
ｍのＮｉおよびＡｕを順に形成し、透光性のｐ電極１０
を形成する。次に、予め露出させたｎ型コンタクト層４
面の一部に、スパッタリング装置、蒸着装置などを用い
て、たとえば膜厚１００ÅのＲｈと膜厚５００ÅのＡｌ
とを順に積層させ、Ｒｈ／Ａｌより構成される第１の領
域１１ａを形成する。さらに、Ｒｈ／Ａｌからなる第１
の領域１１ａを５００℃でアニーリングする。これによ
り、ｎ型コンタクト層４とのより優れたオーミック特性
を得ることができる。引き続き、第１の領域１１ａと接
続した所定の部位に、Ａｌの単層を５００Åの膜厚で積
層し、第２の領域１１ｂを形成する。このように本実施
の形態においては、ｎ電極１１は、Ｒｈ／Ａｌより構成
される第１の領域１１ａとＡｌより構成される第２の領
域１１ｂから構成されている。

【００２８】なお、ここでは、ｎ電極の第１の領域１１
ａとしてＲｈ／Ａｌを示したが、本発明はこれに限定さ
れず、たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌなど、上記した
種々の部材を用いることができる。

【００２９】さらに、ｐ電極１０およびｎ電極１１の上
に、Ｗをバリア層として介して、Ａｕからなるパッド部
１２、１３を形成する。なお、バリア層とはバリア層の
上下に位置する部材が合金化するのを防ぐための層であ
り、ここではＷの膜厚を２０００Å、Ａｕの膜厚を３０
００Åとしている。また、バリア層を構成する部材は特
に限定されず、Ｗの他に、Ｔｉ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、
ＲｈＯなどを用いてもよい。

【００３０】引き続き、窒化物半導体露出面の全面に保
護膜、帯電防止膜として、ＳｉＯ_２を２００ｎｍの膜厚
で形成する。このとき、窒化物半導体露出面の全面にま
ずＮｉを１００Å程度形成しておくと、ＳｉＯ_２の密着
性が向上する。最後にＳｉＯ _２およびＮｉの一部をエッ
チングして、ｐパッド部１２およびｎパッド部１３を形
成すべき部位を露出させ、各露出部位にｐパッド部１２
およびｎパッド部１３を形成してＬＥＤを作製する。こ
こでは図１に示すように、ｎ電極形成面側から見て、ｐ
パッド部１２とｎパッド部１３がＬＥＤの対角線上に配
置されるように構成される。なお、ｐパッド部１２およ
びｎパッド部１３は、最終的に金線などから構成される
ワイヤーを取り付けるためのものであり、各ワイヤーを
介してＬＥＤに電流を供給する、あるいは電流を取り出
すことができる。

【００３１】なお、本実施の形態では、ｎ電極形成面側
から見たｎ電極１１の形状を扇形とし、ｎ電極形成面側
から見たｎ電極１１の第１の領域１１ａの最背面が、ｎ
電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向するよ
うに配置している。すなわち、ｎ電極形成面側から見
て、扇形であるｎ電極１１の円弧部位に第１の領域１１
ａの最背面が位置するように構成し、ｎ電極形成面側か
ら見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接するように
配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から見た第１
の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ
型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をおいて配置
されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領
域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構成されて
いる。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１の領域１
１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成されてい
る。また、本実施の形態においては、第１の領域１１ａ
の半導体積層方向すなわちｎ型コンタクト層４上だけで
なく第１の領域１１ａ上にも第２の領域が配置された構
成としている。

【００３２】このように構成することにより、本実施例
のＬＥＤはより効率よく発光することができる。その理
由は定かではないが本発明者は次のように考えている。
すなわち、一般にＬＥＤは電流を供給される際にｐパッ
ド部（詳細には、ｐパッド部のワイヤーが接続される部
位）からｎパッド部（詳細には、ｎパッド部のワイヤー
が接続される部位）に種々の経路を通って電流が流れ
る。しかしながら、たとえば図７に示すｎコンタクト層
６４とｎ電極７１の接触面全域においてオーミック接触
しているＬＥＤは、実際に電流を流すと、図における直
線Ａ−Ａ部上の矢印で表すように、直線Ａ−Ａ部周辺に
集中的に電流が流れる。このため、直線Ａ−Ａ部から離
れた部位、たとえば直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部上の矢印
で表すように、直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部周辺の発光が
少なくなってしまう。これは、ｎ電極形成面側から見
て、ｐパッド部７２のワイヤーが接続される部位とｎ電
極７１の所望の部位を結んだ直線（たとえば直線Ａ−Ａ
部、直線Ｂ−Ｂ部、直線Ｃ−Ｃ部）において、その直線
が通過するｎ型コンタクト層６４とｎ電極７１の接触領
域が各々の直線によって異なることが原因のひとつであ
ると考えられる。具体的には、図７に示す形状のｎ電極
７１の場合は、直線Ｂ−Ｂ部または直線Ｃ−Ｃ部よりも
直線Ａ−Ａ部の方が、直線が通過するｎ型コンタクト層
６４とｎ電極７１の接触領域が大きいのでより集中的に
電流が流れると考えられる。

【００３３】それに対して図１に示す本発明のＬＥＤ
は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の形状を扇形と
し、ｎ電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向
する部位にｎ電極１１の第１の領域１１ａを配置してい
る。すなわち、図において扇形であるｎ電極１１の円弧
部位が第１の領域１１ａとなるように構成し、ｎ電極形
成面側から見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接す
るように配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から
見た第１の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から
見て、ｐ型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をお
いて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た
第１の領域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構
成されている。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１
の領域１１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成
されている。これにより、ｐパッド部１２のワイヤーが
接続される部位と第１の領域１１ａの異なる複数の部位
を結んだ各々の直線において、各直線が通過するｎ型コ
ンタクト層４と第１の領域１１ａの接触領域の大きさを
より均等にすることができる。すなわち、第１の領域１
１ａのあらゆる部位において、ｐパッド部から供給され
る電流量をより一定とすることができるので、発光の分
布が均一化され、優れた発光効率が得られると本発明者
は考えている。

【００３４】さらに、第１の領域１１ａと第２の領域１
１ｂの反射率を次のようにして求める。まず、得られた
ＬＥＤのｎ電極形成面と反対側の面すなわち基板側か
ら、第１の領域１１ａまたは第２の領域１１ｂのそれぞ
れに、得られたＬＥＤの発光波長範囲を持つ所定の光を
垂直に照射し、各領域における反射率（反射波の強度と
入射波の強度との比）を算出する。これにより、第１の
領域１１ａおよび第２の領域１１ｂそれぞれにおいて、
前記所定の光の発光波長範囲における反射率を得ること
ができる。このようにして得られた波長毎の反射率に、
得られたＬＥＤの発光波長のうちピークとなる４６５ｎ
ｍの波長を対応させて、第１の領域および第２の領域の
反射率を求めたところ、第１の領域の反射率は７０％、
第２の領域の反射率は８５％であった。このようにｎ電
極１１を特定の構成とすることにより、比較的簡単な構
成であるにも係わらず発光効率を大幅に向上させること
ができる。

【００３５】一方、図１、２に示すＬＥＤは、ｎ電極形
成面側から見てｐ電極およびｎ電極が対角に位置する構
成としたが本発明はこれに限定されず、たとえば図３、
４に示すような構成とすることもできる。ここでは、図
に示すように同一面側にｐ電極およびｎ電極を配置した
ＬＥＤについて説明する。図３は、本実施の形態のＬＥ
Ｄをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図４
は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図
であり、図３のＡ−Ａ部における断面を表す。なお、こ
こでは半導体層構造は先に記載したＬＥＤと同様のもの
とする。

【００３６】すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、ｎ電
極形成面側から見て、円形のｎ電極３１の周囲全域にｐ
型コンタクト層２９が位置した構成となる。ｎ電極３１
は、詳細には、ドーナッツ状の第１の領域３１ａがｎ型
コンタクト層２４と接するように構成され、その内部お
よび上部（半導体積層方向）に第２の領域３１ｂが配置
された構成となる。なお、ｎ電極３１を構成する第１の
領域３１ａおよび第２の領域３１ｂはそれぞれ、先に記
載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜およびＡｌ
の単層膜により構成しているので、第１の領域３１ａと
第２の領域３１ｂそれぞれにおける反射率は先に記載し
たＬＥＤと同じである。

【００３７】このように、ｎ電極形成面側から見て、円
形のｎ電極３１の周囲全域にｐ型コンタクト層２９が位
置した構成となる場合は、ｎ電極形成面側から見たｎ電
極３１の最背面における全周縁部に第１の領域３１ａが
配置されることが好ましい。このように構成することに
より、より効率のよい均一な発光を得ることができる。

【００３８】次に、図５、６に示す同一面側にｐ電極お
よびｎ電極を備え、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極が
所定の方向に突起しているＬＥＤについて説明する。図
５は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た
概略図である。また、図６は、本実施の形態のＬＥＤの
層構成を示す模式的断面図であり、図５のＡ−Ａ部にお
ける断面を表す。なお、ここでは半導体層構造は先に記
載したＬＥＤと同様のものとする。

【００３９】本実施の形態のＬＥＤは、図５に示すよう
に、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ
電極５１の周囲全域にｐ型コンタクト層４９が位置した
構成となる。ｎ電極５１は、詳細には、ｎ電極形成面側
から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の最背面に
おける全周縁部が第１の領域５１ａとなる共に、その内
部および上部（半導体積層方向）に第２の領域５１ｂが
配置された構成となる。なお、ｎ電極５１を構成する第
１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂはそれぞれ、先
に記載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜および
Ａｌの単層膜により構成しているので、第１の領域５１
ａと第２の領域５１ｂそれぞれにおける反射率は先に記
載したＬＥＤと同じである。

【００４０】なおここでは、ｎ電極形成面側から見て、
ｎ電極の所定の一部に該ｎ電極から外部に電流を取り出
すワイヤーを接続するためのｎパッド部５３を備える構
成とする。これにより、半導体積層方向断面において、
ｎパッド部５３形成部位に比較してｎパッド部５３形成
部位以外のｎ電極５１部位の高さを低くすることができ
るので、端面から出射される光を遮ることなく外部に取
り出すことができる。

【００４１】一方、本実施の形態のように、ｐ型コンタ
クト層４９の内側に所定の方向に突起したｎ電極５１を
配置することにより、比較的容易に大電流、具体的には
２０ｍＡ以上の電流を供給することができる。ここで、
一般に、大電流を効率よく供給するにはｎ電極５１の断
面積がある程度必要となる。しかしながら、ｎ電極５１
の断面積を確保するために積層方向にｎ電極５１を厚く
すると、部分的に設けられたパッド部を除く領域の半導
体積層方向断面において、ｎ電極の最上面５１ｈが活性
層の最下面４７ｈよりも高い位置に配置されてしまう。
このように構成すると、ＬＥＤ端部から出射される光の
一部が第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂから構
成されるｎ電極５１に吸収されてしまい、効率よく光を
取り出すことができない。そこで、ｎ電極５１の断面積
を保持しつつ、ｎ電極の高さ５１ｈを活性層の最下面４
７ｈよりも低くすると、当然、ｎ電極５１とｎ型コンタ
クト層４４との接触面積が大きくなる。しかしながら、
ｎ電極５１とｎ型コンタクト層４４との接触面積全域を
オーミック電極とする必要はなく、接触面積の一部を部
分的にオーミック電極とすることで十分なオーミック特
性を得ることができる。

【００４２】このような理由から、本実施の形態では、
ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極
５１の周縁部全域に第１の領域５１ａが配置されると共
に、第１の領域５１ａの内部および上部に第２の５１ｂ
が配置された構成において、ｎ電極上に部分的に設けら
れたパッド部を除く領域、たとえばＡ−Ａ部の半導体積
層方向断面において、第１の領域５１ａおよび第２の領
域５１ｂから構成されるｎ電極５１の最上面５１ｈを活
性層４７の最下面４７ｈよりも低い位置に配置すること
により、ＬＥＤ端面から出射された光がｎ電極５１に吸
収されるを大幅に軽減することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係わる窒化
物半導体発光素子によれば、ｎ電極における光の吸収を
最小限に抑えることができる。これにより、光の取り出
し効率を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側か
ら見た平面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ部における断面図である。

【図３】 本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側か
ら見た平面図である。

【図４】 図３のＡ−Ａ部における断面図である。

【図５】 本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側か
ら見た平面図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ部における断面図である。

【図７】 本発明に係わるＬＥＤと比較するためのＬＥ
Ｄをｎ電極形成面側から見た平面図である。

【図８】 図７のＡ−Ａ部における断面図である。

【符号の説明】

１、２１、４１、６１・・・基板 ２、２２、４２、６２・・・バッファ層 ３、２３、４３、６３・・・アンドープＧａＮ層 ４、２４、４４、６４・・・ｎ型コンタクト層 ５、２５、４５、６５・・・ｎ型第１多層膜層 ６、２６、４６、６６・・・ｎ型第２多層膜層 ７、２７、４７、６７・・・活性層 ８、２８、４８、６８・・・ｐ型多層膜層 ９、２９、４９、６９・・・ｐ型コンタクト層 １０、３０、５０、７０・・・ｐ電極 １１、３１、５１、７１・・・ｎ電極 １１ａ、３１ａ、５１ａ・・・第１の領域 １１ｂ、３１ｂ、５１ｂ・・・第２の領域 １２、３２、５２、７２・・・ｐパッド部 １３、３３、５３、７３・・・ｎパッド部 ４７ｈ・・・活性層の最下面 ５１ｈ・・・ｎ電極の最上面

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極
   を備える窒化物半導体発光素子において、 前記ｎ電極は、電気的に接続された第１の領域と第２の
   領域とから構成されており、 ｎ電極形成面側から見て、前記第１の領域の最背面は前
   記第２の領域の最背面と略同じ面に位置し、かつ前記ｎ
   電極の第２の領域は、前記窒化物半導体発光素子からの
   光に対して、前記ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率
   を有することを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 【請求項２】前記ｎ電極の第１の領域は、前記ｎ型窒化
   物半導体層とオーミック接触していることを特徴とする
   請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 【請求項３】ｎ電極形成面側から見た前記ｎ電極の第１
   の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見た前記ｎ電極
   の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されて
   いることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物
   半導体発光素子。
4. 【請求項４】前記窒化物半導体発光素子は、前記ｎ型窒
   化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面
   側であると共に、前記ｎ型窒化物半導体層の該所定の位
   置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物
   半導体層とが順に積層された構成を備え、さらにｎ電極
   形成面側から見た前記第１の領域の最背面は、ｎ電極形
   成面側から見て、前記ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対
   向して配置されることを特徴とする請求項３に記載の窒
   化物半導体発光素子。
5. 【請求項５】ｎ電極形成面側から見た前記第１の領域の
   最背面は、ｎ電極形成面側から見て、前記ｐ型窒化物半
   導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されてお
   り、さらにｎ電極形成面側から見た前記第１の領域の最
   背面は略一定の幅であることを特徴とする請求項４に記
   載の窒化物半導体発光素子。
6. 【請求項６】半導体積層方向断面において、第１の領域
   および第２の領域から構成される前記ｎ電極の最上面
   は、前記活性層の最下面よりも低い位置に配置されてい
   ることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化物半
   導体発光素子。
7. 【請求項７】 前記ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔ
   ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒ
   ｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ
   のうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、
   かつ前記ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、
   Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも
   １つを含む層構造または合金であることを特徴とする請
   求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体発光素
   子。