JP2003243708A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Abstract
を支持基板の同一面側にて形成した構造の半導体発光素
子にて、発光強度を向上させ、パワーロスを防止する。 【解決手段】 支持基板1上に第1導電型の第1コンタ
クト層2が積層されている。第1コンタクト層2上に
は、第1導電型クラッド31と第2導電型クラッド32
の境界に発光接合部33が形成された発光半導体層3が
積層されている。発光半導体層3上には、第2導電型の
第2コンタクト層4が積層されている。第1コンタクト
層2には、その表面の露出領域21が発光半導体層3と
隣接形成され、この露出領域21には発光半導体層3に
対向する略一文字状の第1の電極5が形成されている。
第2コンタクト層4上には、第1の電極5に対して遠い
位置から近づく方向に略等間隔に複数本離間して延在さ
せ、それらの先端と第1の電極5との距離を略等しくし
た棒状電極片61を有する第2の電極6が形成されてい
る。
Description
し、詳しくは特に発光接合部を有する半導体層および該
半導体層のn型領域とp型領域にバイアス印加するため
の電極をそれぞれ支持基板の同一面側において形成した
構造を有する半導体発光素子に関するものである。
号や特開平8−228048号、特開平10−9313
8号などに示されるように、支持基板の同一面側におい
てn型領域とp型領域を積層して発光接合部を有する半
導体層を形成し、これにバイアス印加するための電極を
支持基板の同一面側に形成した構造を有する半導体発光
素子が知られている。
ファイア基板を支持基板としてその上にバッファ層を介
してn型コンタクト層が積層され、さらに発光接合層
(活性層)を有する発光半導体層、p型コンタクト層が
順次積層された層構造を有している。前記発光半導体層
は、3族窒化物半導体よりなるn型クラッド層とp型ク
ラッド層が下位と上位に配されておりこれらの境界に発
光接合部が形成されている。また、前記n型コンタクト
層上において前記p型コンタクト層および発光半導体層
の一部をエッチングにより前記n型コンタクト層が露出
するまで除去することで、前記n型コンタクト層が露出
した領域が前記発光半導体層の積層領域に隣接して形成
されている。前記n型コンタクト層の露出領域には平面
視において一文字状の電極が前記発光半導体層と間隔を
あけて対向するよう形成されており、一方、前記p型コ
ンタクト層においても一文字状の電極が前記露出領域の
前記電極と平行となるよう形成されている。そして、前
記発光半導体層に順方向バイアスを印加(前記p型コン
タクト層の電極にプラス電圧を印加)することにより、
前記p型コンタクト層にそれぞれ設けた電極から前記n
型コンタクト層の露出部に設けた電極に向かって電流が
流れ、前記発光半導体層中の発光接合層にてホールと電
子が結合し発光する。
な従来の半導体発光素子においては、前記電極間に順方
向バイアスを印加したときに前記発光半導体層中を流れ
る電流は、前記発光半導体層中において抵抗が比較的小
さくなる領域を主として流れる傾向がある。すなわち、
前記発光半導体層中の抵抗は電流が発光半導体層中を流
れる距離が短くなるほど小さくなるため、電流は前記p
型コンタクト層の電極と前記n型コンタクト層の露出部
に設けた電極との間の領域を主として流れる。そのた
め、前述の通り、従来の半導体発光素子では支持基板の
同一面側においてp型コンタクト層の電極と前記n型コ
ンタクト層の電極を互いに平行な一文字状にしているが
故に、前記発光半導体層中の発光接合層のうち電流が流
れて実質的に強く発光する領域は前記両電極の間に介在
する部分に片寄ってしまい、前記発光接合層全体を発光
領域として使えず発光強度は全体として小さくなってし
まうという問題がある。
体発光素子においてp型コンタクト層の電極の位置を前
記n型コンタクト層の電極から遠い位置になるよう配置
すれば発光領域として使える発光接合層の大きさは広が
るが、その反面、前記発光半導体層中を電流が流れる距
離も大きくなって抵抗値が大きくなりパワーロスにつな
がるという問題を生じるものであった。
あり、その目的は、発光接合部を有する半導体層および
該半導体層のn型領域とp型領域にバイアス印加するた
めの電極をそれぞれ支持基板の同一面側において形成し
た構造であっても、発光強度を向上させ、しかもパワー
ロスを防止することができる半導体発光素子を提供する
ことにある。
は、上記目的を達成するために以下の構成を備えてい
る。すなわち、本発明の半導体発光素子は、支持基板を
備え、この支持基板上に第1導電型の第1コンタクト層
が積層されている。この第1コンタクト層上には、第1
導電型クラッドと第2導電型クラッドが夫々下位と上位
に配されてそれらの境界に発光接合部が形成された発光
半導体層が積層されている。この発光半導体層上には、
第2導電型の第2コンタクト層が積層されている。前記
第1コンタクト層にあっては、その表面が露出する領域
が前記発光半導体層と隣接形成されおり、この第1コン
タクト層の露出領域には前記発光半導体層に対向するよ
うに略一文字状に形成された第1の電極が形成されてい
る。前記第2コンタクト層上においては、前記第1の電
極に対して遠い位置から近づく方向に略等間隔に複数本
離間して延在させ、それらの先端と前記第1の電極との
距離を略等しくした棒状電極片を有する第2の電極が形
成されている。
は、n型あるいはp型の何れかの導電型を対極的に意味
するものでって、例えば一方がn型であれば他方はp型
となる。また、前記第1コンタクト層の露出領域につい
ては、前記第1の電極が直接形成されておれば、必ずし
も最終的に大気中に直接露出した状態で存在しなくとも
よく、例えば前記第1の電極が形成された後に当該半導
体発光素子の発光を阻害せず且つ素子の物理的或いは化
学的特性に影響を及ぼさない材料で表面被覆されていて
もよい。
したとき、前記第2の電極の棒状電極片と前記第1の電
極との間において前記発光半導体層内を流れる電流の経
路が形成されることになるが、このとき前記複数の棒状
電極片は各々等間隔で離間しており且つそれらの各先端
は一文字状の前記第1の電極と略等距離となっているの
で、各棒状電極片と前記第1の電極との間で特定個所に
片寄ることなく略均一に電流経路が形成される。また、
前記棒状電極片は、前記第1の電極に対して遠い位置か
ら近づく方向に延在しているので、前記第2コンタクト
層上において第2の電極を位置を第1の電極から遠い位
置に配置しなくとも、発光の著しい電極周辺長を長くし
て前記発光接合層において発光に寄与する領域を拡大す
ることができる。その結果、本発明の半導体発光素子で
は全体として発光効率を向上させることが出来、しかも
パワーロスを来すこともない。
電極において両側の最外部に位置する2本の棒状電極片
が、それぞれ前記第1の電極の両端位置に対応するよう
配置されていると好ましい。この場合、前記第2の電極
と前記第1の電極とが対向している長さが大きくなるの
で、発光効率をより向上させることができる。
棒状電極片の幅は、先端部に向かうに従って狭小してい
ると好ましい。この場合、前記第1の電極に対して第2
の電極の等電位面は電極のパターン形状、すなわち先端
部に向かうに従って幅が狭小する前記棒状電極片の形状
のように分布する。このとき電流は等電位面に対して直
交する電気力線に平行に流れるので、第1及び第2の電
極間を流れる電流は、前記棒状電極片の幅が先端側に向
かって狭小している事によって、前記第1の電極との距
離が最も近くなる前記棒状電極片の先端だけに集中せ
ず、隣り合う前記棒状電極片同士の側辺と側辺の間にも
電流が流れることになり、その結果、発光効率をより向
上させることができる。
コンタクト層上において複数の前記露出領域が、前記発
光半導体層を挟むよう形成されているようにしても良
い。この場合、前記発光半導体層を挟むよう形成した前
記露出領域の各々に第1の電極を形成しておき、前述の
如き第1および第2の電極の対向関係を実現しておけ
ば、前記発光半導体層はこれを挟む双方向から発光領域
を拡大できるため、発光効率をより向上させることがで
きる。
いて複数の前記露出領域と複数の前記発光半導体層とが
交互となるよう配置されていてもよい。このようにする
ことで、前述の如き第1および第2の電極の対向関係を
同一素子内において繰り返し実現することができ、発光
効率をより向上させることができる。
第1の電極は、一文字状の代わりに複数のブロックに分
割された形状に形成され、且つこれら各ブロックは隣り
合った前記棒状電極片の先端の中間位置と対向するよう
配置されていてもよい。この場合、前記第1の電極の各
ブロックは、互いに隣り合う前記棒状電極片の各先端と
の距離が等しくなり、前記第2の電極における各棒状電
極片と第1の電極の間の電流をより均一化させることが
できる。
部は丸みが付与されていると好ましい。すなわち、電流
は角に集中しやすい傾向にあるので、先端部に丸みをつ
けることでこの電流集中を防止でき、電流のより均一化
が図れる。
であって、前記第1コンタクト層はバッファ層を介して
前記支持基板上に形成され、前記発光半導体層は3族窒
化物半導体により形成されている半導体発光素子におい
て適用すると特に有用である。すなわち、このような材
料構成の半導体発光素子では、通常、発光半導体層にバ
イアス印加するための電極をそれぞれ支持基板の同一面
側において形成した構造をとるため、本発明の効果がよ
り顕著に現れるからである。
詳しく説明する。
光素子を示す斜視図であり、図2は図1に示した半導体
発行素子の平面図である。
性のサファイア基板が支持基板1として用いられてお
り、この支持基板1上にはバッファ層7を介してn型G
aNよりなる第1コンタクト層2が積層形成されてい
る。バッファ層7はサファイア基板とn型GaNとの格
子不整合を緩和するために設けられるもので、例えばG
aN、AlGaN、AlN等より形成される。
3を有する発光半導体層3が積層形成されている。この
発光半導体層3は、3族窒化物半導体を用いて形成され
たものであって、下位にn型クラッド層31、上位にp
型クラッド層32を有しており、発光接合部33はこれ
らクラッド層31、33の境界に形成されている。これ
らn型クラッド層31、発光接合部33、p型クラッド
層32は、例えばn型AlGaN、n型InGaN、p
型AlGaNを順次積層することで形成することができ
る。発光接合部33をn型InGaNで形成する場合、
この発光接合部33における発光色は、Inの組成比を
適宜調整したり、或いはSi、Ge、S等のn型不純物
やZn、Mg等のp型不純物を適宜ドープすることによ
り紫外〜赤色の範囲で所望の色に調節可能である。発光
半導体層3の上にはp型GaNよりなる第2コンタクト
層2が積層形成されている。
上は、前述の如く発光半導体層3が積層されている領域
の隣に、第1コンタクト層2の表面が露出した領域21
が形成されている。この露出領域21は、例えば第1コ
ンタクト層2の全面に発光半導体層3および第2コンタ
クト層2を積層形成した後、これら発光半導体層3およ
び第2コンタクト層2のうち露出領域21に相当する部
位に積層されている部分を第1コンタクト層2が露出す
るまでエッチング除去することで形成するとよい。なお
本実施形態において、第1コンタクト層2上で発光半導
体層3が積層されている領域と露出領域21とは長辺に
て隣接する長方形となっている。なお、図2中の符号A
は発光半導体層3およびp型コンタクト層4と露出領域
21との境界を示している。
極5が形成されている。この第1の電極5は、境界Aに
て立ち上がる発光半導体層3の側壁面に対し間隔をあけ
て対向し、その長手方向が境界Aに沿って平行に延在し
ている。
の電極6が形成されている。この第2の電極6は、第1
の電極5に対して直交する方向に延在する3本の棒状電
極片61を等間隔に離間して平行に有しており、これら
3本の棒状電極片61が第1の電極5から遠い位置の端
部にて一文字状の電極連結部62にて接続された、いわ
ゆるクシ歯形状に形成されている。電極連結部62から
第1の電極5に近づく方向に突出する3本の棒状電極片
61の先端部は、第1伝導型電極との距離が略等しくな
っている。なお、図示しないが、この棒状電極片61の
先端部は丸みを付与することもできる。この場合、電流
は角に集中しやすい傾向にあるので、先端部に丸みをつ
けることでこの電流集中を防止でき、電流のより均一化
が図れる。
形状となるよう所定のマスクを用いて形成することがで
きるものであって、電極材料としては例えばNi、A
l、Au、Ti等の金属を使用するとよい。
方向バイアスすなわちp型である第2コンタクト層に形
成した第2の電極6にプラス電圧を印加すると、発光半
導体層3中の発光接合部33にてホールと電子が結合し
発光する。このとき、3本の棒状電極片61と第1の電
極5との間において発光半導体層3内を流れる電流の経
路が形成されることになるが、3本の棒状電極片61は
各々等間隔で離間し且つそれらの各先端は第1の電極5
と等距離となっていることから、電流は各棒状電極片6
1に対して均一に流れることになる。また、棒状電極片
61は、第1の電極5に対し直行方向に延在しているの
で、発光の著しい電極周辺長を長くして発光接合層33
において発光に寄与する領域を第1の電極5から遠い領
域まで拡大することができ、発光素子全体として発光効
率を向上させることができる。しかも、棒状電極片61
の先端は第1の電極5に近い位置に存在するため、抵抗
値は比較的小さくて済み、パワーロスを来すこともな
い。
を示す平面図である。この実施形態では、棒状電極片6
1を4本とし、また最も外側に位置する2本の棒状電極
片61がそれぞれ第1の電極5の両端位置に対応するよ
う配置した点で、図1に示した前述の実施形態とは異な
っている。
第2の電極6が対向している長さが最も大きく、すなわ
ち全ての棒状電極片61が第1の電極5の長さいっぱい
の範囲で配置されることになるので、第1の電極5の長
さ分を余すことなく発光接合層33を通る電流源に利用
でき、発光効率をより向上させることができる。
素子を示す平面図である。この実施形態では、棒状電極
片61が、先端部に向かうに従って幅が狭小している形
状となっている点で、図3に示した前述の実施形態とは
異なっている。
に向かって幅が狭小していることから、棒状電極片61
の側辺は第1の電極5に対し直交方向ではなく斜めにな
っている。第2の電極の等電位面は電極のパターン形状
のように分布することから、棒状電極片61では先端部
と同様に側辺部にも等電位面が分布する。バイアス印加
したとき、第2の電極での電流の流れは等電位面に対し
て直交する電気力線に平行に流れるので、第1の電極5
との距離が最も近くなる棒状電極片61の先端だけに集
中せず、隣り合う棒状電極片61、61同士の側辺と側
辺の間にも電流が流れることになる。その結果、発光効
率をより向上させることができる。
素子を示す平面図である。この実施形態では、コンタク
ト層2上において発光半導体層3を挟むように2つの露
出領域21が形成されており、2つの露出領域21には
それぞれ一文字状の第1の電極5が形成され、またコン
タクト層2上の第2の電極6において各棒状電極片61
はコンタクト層2の略中央にて電極連結部62にて連結
されており、この電極連結部62から左右両側に向かっ
て突出する各棒状電極片61はいずれも先端側に向かっ
て幅が狭小している点で、図4に示した前述の実施形態
とは異なっている。
露出領域21で挟む構成としていることで、前述の実施
形態で述べた如き第1の電極5と第2の電極6の対向関
係を発光半導体層3の左右両側で実現しており、発光半
導体層3の左右双方向から発光領域を拡大できるため、
発光効率をより向上させることができる。
素子を示す平面図である。この実施形態では、コンタク
ト層2上において露出領域21を3箇所、発光半導体層
3を2箇所として、これらが交互となるよう配置されて
いる点で、図5に示した前述の実施形態とは異なってい
る。
述べた如き発光半導体層3での発光構造を同一素子内に
おいて複数箇所で実現しており、発光効率をより向上さ
せることができる。
素子を示す平面図である。この実施形態では、第1の電
極5が一文字状の代わりに複数のブロック51に分割さ
れた形状に形成されている点で、図4に示した前述の実
施形態とは異なっている。各ブロック51は隣り合った
前記棒状電極片の先端の中間位置と対向するよう配置さ
れている。なお図示しないが、各ブロック51は同電位
となるよう接続されている。
ク51は、互いに隣り合う棒状電極片61の各先端との
距離が等しくなっているため、第2の電極6における各
棒状電極片61と第1の電極5の間の電流をより均一化
させることができる。
導体発光素子にあっては、第2の電極が有する複数の棒
状電極片は各々等間隔で離間しており且つそれらの各先
端は一文字状の第1の電極と略等距離となっているの
で、順方向バイアスを印加したとき、各棒状電極片と前
記第1の電極との間で特定個所に片寄ることなく略均一
に電流経路が形成される。また前記棒状電極片は、前記
第1の電極に対して遠い位置から近づく方向に延在して
いるので、前記第2コンタクト層上において第2の電極
を位置を第1電極から遠い位置に配置しなくとも、発光
の著しい電極周辺長を長くして前記発光接合層において
発光に寄与する領域を拡大することができる。その結
果、本発明の半導体発光素子では全体として発光効率を
向上させることが出来、しかもパワーロスを来すことも
ない、という効果を奏する。
は、請求項1の発明において、前記第2の電極において
両側の最外部に位置する2本の棒状電極片が、それぞれ
前記第1の電極の両端位置に対応するよう配置されてい
るので、前記第2の電極と前記第1の電極とが対向して
いる長さが大きくなり、発光効率をより向上させること
ができる。
は、請求項1又は2の発明において、前記棒状電極片の
幅は、先端部に向かうに従って狭小しているので、前記
第1の電極との距離が最も近くなる前記棒状電極片の先
端だけに集中せず、隣り合う前記棒状電極片同士の側辺
と側辺の間にも電流が流れることになり、その結果、発
光効率をより向上させることができる。
は、請求項1乃至3のいずれかの発明において、前記コ
ンタクト層上において複数の前記露出領域が、前記発光
半導体層を挟むよう形成されているので、前記発光半導
体層を挟む双方向から発光領域を拡大でき、発光効率を
より向上させることができる。
は、請求項4の発明において、前記コンタクト層上にお
いて複数の前記露出領域と複数の前記発光半導体層とが
交互となるよう配置されているので、同一素子内におい
て複数の前記発光半導体層にて発光領域を拡大でき、発
光効率をより向上させることができる。
は、請求項1ないし請求項5のいずれかの発明におい
て、前記第1の電極は、一文字状の代わりに複数のブロ
ックに分割された形状に形成され、且つこれら各ブロッ
クは隣り合った前記棒状電極片の先端の中間位置と対向
するよう配置されているので、前記各ブロックは、互い
に隣り合う前記棒状電極片の各先端との距離が等しくな
り、前記第2の電極における各棒状電極片と第1の電極
の間の電流をより均一化させることができる。
は、請求項1ないし請求項6のいずれかの発明におい
て、前記棒状電極片の先端部は丸みが付与されているの
で、先端部に角が無くなりこの角への電流集中を防止で
き、電流のより均一化を図ることができる。
は、請求項1ないし請求項7のいずれかの発明におい
て、前記支持基板がサファイア基板であって、前記第1
コンタクト層はバッファ層を介して前記支持基板上に形
成され、前記発光半導体層は3族窒化物半導体により形
成されている構成とすることで、本発明の効果はより顕
著なものとなる。
す斜視図である。
る。
平面図である。
素子の平面図である。
素子の平面図である。
素子の平面図である。
素子の平面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 支持基板と、この支持基板上に積層され
た第1導電型の第1コンタクト層と、 この第1コンタクト層上に積層され、第1導電型クラッ
ドと第2導電型クラッドが夫々下位と上位に配されてそ
れらの境界に発光接合部が形成された発光半導体層と、 この発光半導体層上に積層された第2導電型の第2コン
タクト層と、 前記第1コンタクト層の表面が露出する領域が前記発光
半導体層と隣接形成されて、この第1コンタクト層の露
出領域に前記発光半導体層に対向するように略一文字状
に形成された第1の電極と、 前記第2コンタクト層上において、前記第1の電極に対
して遠い位置から近づく方向に略等間隔に複数本離間し
て延在させ、それらの先端と前記第1の電極との距離を
略等しくした棒状電極片を有する第2の電極と、 を備えたことを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項2】 前記第2の電極において両側の最外部に
位置する2本の棒状電極片は、それぞれ前記第1の電極
の両端位置に対応するよう配置されていることを特徴と
する請求項1記載の半導体発光素子。 - 【請求項3】 前記棒状電極片の幅は、先端部に向かう
に従って狭小していることを特徴とする請求項1又は2
記載の半導体発光素子。 - 【請求項4】 前記コンタクト層上において複数の前記
露出領域が、前記発光半導体層を挟むよう形成されてい
ることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の半
導体発光素子。 - 【請求項5】 前記コンタクト層上において複数の前記
露出領域と複数の前記発光半導体層とが交互となるよう
配置されていることを特徴とする請求項4記載の半導体
発光素子。 - 【請求項6】 前記第1の電極は、一文字状の代わりに
複数のブロックに分割された形状に形成され、且つこれ
ら各ブロックは隣り合った前記棒状電極片の先端の中間
位置と対向するよう配置されていることを特徴とする請
求項1乃至5のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項7】 前記棒状電極片の先端部は丸みが付与さ
れていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに
記載の半導体発光素子。 - 【請求項8】 前記支持基板がサファイア基板であっ
て、前記第1コンタクト層はバッファ層を介して前記支
持基板上に形成され、前記発光半導体層は3族窒化物半
導体により形成されてい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半導体発光素子。
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JP2002039219A JP4134573B2 (ja) | 2002-02-15 | 2002-02-15 | 半導体発光素子 |
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