JP2006237467A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低減することができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１と、基板１における一方の主面に配置されている発光部２と、発光部２の上に配置されている第１電極３と、第１電極３の上に配置されているパッド電極９と、基板１における一方の主面の少なくとも一部に凹部１１ａが形成されており、その凹部１１ａに配置されている導電性材料からなるものであって、発光部２から出射された光を反射する導電層１１とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 基板１と、基板１における一方の主面に配置されている発光部２と、発光部２の上に配置されている第１電極３と、第１電極３の上に配置されているパッド電極９と、基板１における一方の主面の少なくとも一部に凹部１１ａが形成されており、その凹部１１ａに配置されている導電性材料からなるものであって、発光部２から出射された光を反射する導電層１１とを有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子は、シリコン、セラミック又はＳｉＣなどの基板の上に、発光部が配置さている。発光部としては、以下の各種構造がある。第１に、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層との間に発光層を挟んだダブルヘテロ構造がある。第２に、半導体層と半導体層との間に極めて薄い発光層を挟んだ単一量子井戸構造（ＳＱＷ）がある。第３に、発光層が多層化された薄い層からなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）がある。また、従来の半導体発光素子は、発光部の上に第１電極が配置されている。また、従来の半導体発光素子は、基板の底面側（発光部側とは反対側の面）に第２電極が配置されている。第２電極は、発光部を介して第１電極と電気的に接続されていればよい。
そして、基板は、発光部を支持する役割を果たすために厚く形成されている。そこで、発光層から出射された光を効率よく取り出すために、発光層と基板との間に反射膜を設けた構造が考え出されている。このようにすると、発光層から基板方向に出射された光は、反射膜で反射されて第１電極側から外に放射されることとなる。さらに、屈折率の異なる反射膜を重ねることにより反射率を向上させる構造が考え出されている（特許文献１参照）。この特許文献１の反射膜は、絶縁材料であるＡｌＯｙからなる主反射膜とその主反射膜よりも屈折率の低いＡｌＧａＡｓからなる副反射膜との多層構造となっている。
また、第１電極によって発光層から出射された光が半導体装置の外部へ出射した時に減衰するなどの問題を考慮して、第１電極が半導体層（発光部）の上面の全体ではなく一部に形成されている場合、第１電極と第２電極と間における各部の電流経路の距離が一様でなくなってしまう。すなわち、第１電極直下の第２電極における部位と第１電極との間の電流経路は、第1電極直下を除いた第２電極における部位と第１電極との間の電流経路よりも短い。そして、第１電極と第２電極間の抵抗値は、両者間の電流経路の距離に比例するので、第１電極直下の第２電極における部位と第１電極との間の電流経路に電流が比較的多く流れる。その結果、横方向の電流拡散性が低い場合、第１電極直下の発光層近傍のみで光を発してしまう。
これに対して、第１電極を半導体層（発光部）の上面ほぼ全体に形成することによって、電流を半導体発光素子全体に行き渡らせ、発光層からの光取り出し効率を向上させる構造が考え出されている。また、第１電極において光が遮断されないように、第１電極を光透過性がある薄い電極材料で形成した構造も考え出されている。また、パッド電極直下にパッド電極よりも幅が広い電流阻止層を設け、パッド電極直下の電流経路の抵抗値を上げることにより、半導体発光素子の全体に電流が流れるようにする構造も考えられている。
特開２００３−１６３３６８号公報
しかしながら、特許文献１に記載の従来の半導体発光素子では、絶縁材料ＡｌＯｙで構成される反射膜が導電層の周りに形成されているため、電流が反射膜内を通過することができず、反射膜の内側の導電層を通らなければならず、電流経路が狭くなる。これにより、半導体発光素子の順方向電圧が上昇してしまう。
さらに、特許文献１の半導体発光素子では、中央に設けられたパッド電極直下に電流阻止層が設けられている。このような構造の半導体発光素子では、第１電極と第２電極間の電流経路が長くなり、順方向電圧が上昇してしまうという問題点がある。
さらに、特許文献１の半導体発光素子の構造において、反射膜の上に発光部を形成しようとすると、反射膜を形成する結晶の格子の大きさと発光部を形成する結晶の格子の大きさの違いなどが原因となり、発光部に結晶欠陥が生じ易くなる。
これに対して、反射膜と基板とで構成される部分と、発光部で構成される部分とを予め形成しておき、両者を張り合わせるという製造方法が考えられる。しかし、この製造方法では、両者の接合部における密着性の問題、及び製造工程が複雑になるという問題が生じる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、順方向電圧を低減することができる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低減することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低減することができ、さらに簡便に製造できる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低減することができる半導体発光素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低減することができ、さらに簡便に製造できる半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明の半導体発光素子は、基板と、前記基板における一方の主面に配置された発光部と、前記発光部の上に配置されている第１電極とを有している。そして、前記一方の主面の上方から見て前記基板は前記発光部に対して延伸している。そして、導電性材料からなる導電層が、前記一方の主面の基板側に形成され、前記一方の主面の上方から見て、前記発光部の内側から前記基板が前記発光部に対して延伸している領域に向かって形成されている。そして、前記導電層は、前記発光部から出射された光を反射する機能を有する。
さらに、請求項２に示すように、前記導電層は、前記基板と前記発光部とを接続する機能を有し、前記導電層と前記基板との接触抵抗と、前記導電層と前記発光部との接触抵抗との和は、前記発光部と前記基板との接触抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子に係るものである。
さらに、請求項３に示すように、前記一方の主面の上方から見て、前記パッド電極直下に前記導電層は形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子に係るものである。
さらに、請求項４に示すように、前記一方の主面の上方から見て、前記導電層は前記発光部の内側から前記延伸している領域に向かって形成され、前記発光部の外側まで張り出し露出していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子に係るものである。
さらに、請求項５に示すように、前記導電層の内側には、該導電層の屈折率とは異なる屈折率の部材からなる反射膜が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子に係るものである。
さらに、請求項６に示すように、基板上に発光部を形成する工程と、一方の主面の上方から見て前記発光部の一部について前記基板まで削除し、前記基板の表面の一部を露出させる工程と、一方の主面の上方から見て、前記基板の露出した領域から基板と発光部との界面への方向に延伸するように前記基板の一方の主面に凹部を形成する工程と、前記凹部に少なくとも導電性材料を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法に係るものである。
本願各請求項の発明は次の効果を有する。
請求項１の発明によれば、光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、発光部から出射された光を発光部の内側から基板が発光部に対して延伸している領域に向かって形成された導電層で反射させることで、発光部から出射された光が基板で吸収される割合を低減させることができる。さらに、導電層では、光取り出し面の方向（基板の一方の主面の上方）に光を反射することができ、光取り出し面での光取り出し効率を向上させることができる。さらに、導電性を有する導電層で反射させる構造であるので、電流経路を狭めることなく、発光部から出射された光を導電層で反射させることができる。以上の事柄より、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低く抑えることができる。
請求項１の発明によれば、光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、発光部から出射された光を発光部の内側から基板が発光部に対して延伸している領域に向かって形成された導電層で反射させることで、発光部から出射された光が基板で吸収される割合を低減させることができる。さらに、導電層では、光取り出し面の方向（基板の一方の主面の上方）に光を反射することができ、光取り出し面での光取り出し効率を向上させることができる。さらに、導電性を有する導電層で反射させる構造であるので、電流経路を狭めることなく、発光部から出射された光を導電層で反射させることができる。以上の事柄より、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低く抑えることができる。
更に、請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、導電層と基板との接触抵抗と、導電層と発光部との接触抵抗との和を、発光部と基板との接触抵抗よりも小さくすることによって、発光部の内側から基板が発光部に対して延伸している領域に向かって形成された導電層に流れる電流通路の抵抗値を低減することができる。その結果、半導体発光素子の全面に電流を拡散させることができる。換言すれば、発光部から出射された光が第１電極で遮断されることなく、半導体発光素子の外部に取り出すことができるので、さらに光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低く抑えることができる。
更に、請求項３の発明によれば、パッド電極直下（パットの下方向の部位）に導電層が配置されていない。換言すれば、基板の一方の主面において、パッド電極直下は発光部と基板とが接触しており、発光部と基板との界面を取り囲むように導電層が形成されている。これにより、あたかもパット電極の直下に高抵抗層（電流阻止層）を配置した構造と同様の効果を奏することができ、パッド電極直下での電流集中を緩和することができ、発光部から出射された光が第１電極で遮断されることを改善でき、光取り出し効率を向上することができる。以上のような事柄から、さらに光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低く抑えることができる。
更に、請求項４の発明によれば、基板における一方の主面の上方から見たときに、導電層は発光部の内側から基板が発光部に対し延伸している領域に向かって形成され、発光部の外側まで張り出し露出しているので、導電層を設けた所を通る抵抗値が減少し、パッド電極直下での電流集中を緩和することができる。その結果、発光部から出射された光が第１電極で遮断されることを改善でき、光取り出し効率を向上することができる。また、発光部から該外側（断面における斜め下方向、図１参照）に出た光をも、発光部の外側まで張り出し露出した導電部で反射することができる。以上のような事柄から、さらに光取り出し効率を向上させながら順方向電圧を低く抑えることができる。
更に、請求項５の発明によれば、導電層の表面のみならず、導電層内に設けられた反射膜との境界面においても光を反射することができ、導電層全体での反射率を向上させ、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
また、請求項６の発明によれば、基板上に発光部を形成した後、導電層を埋め込むので、導電層と基板とで構成される部分と発光部で構成される部分との張り合わせによる従来の製造方法に比べて、張り合わせる工程がなくなり製造を容易化することができる。また、導電層の上に発光部を積層する場合、導電層の上に形成する発光部の結晶成長が難しく、発光部で結晶欠陥を生じやすい。しかし、請求項６の発明を適応することによってこの問題を解決することができる。また、導電層と基板及び発光部との密着性が良い材料を選定する必要がない。よって導電性や反射性が良好な導電材料の選定を容易化することができ、光取り出し効率が比較的高く、順方向電圧が比較的低い半導体発光素子を提供することができる。
次に、本発明の実施形態に係る半導体発光素子としての窒化物系化合物半導体を有する半導体発光素子（発光ダイオード）について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。第１の実施形態の半導体発光素子は、基板１と、発光部２と、第１電極３と、第２電極４と、パッド電極９と、導電層１１とを有して構成されている。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。第１の実施形態の半導体発光素子は、基板１と、発光部２と、第１電極３と、第２電極４と、パッド電極９と、導電層１１とを有して構成されている。
基板１は、シリコン又はＳｉＣなど導電性を有する材料からなる。基板１の上（一方の主面上）に、発光部２が形成されている。例えば、低抵抗のｎ型のシリコンで基板１を構成する。すなわち、ｎ型の導電型決定不純物としてＡｓ（砒素）を含むｎ＋型シリコン単結晶で基板１を構成する。
発光機能層を含む半導体層からなる発光部２は、基板1の一方の主面上に形成されており、一方の主面の上方から見て基板１が発光部２に対して延伸する領域を有するように形成されている。換言すれば、一方の主面の上方から見て、基板１の一方の主面上において発光部２を有しない領域が存在する。発光部２の第１構造例としては、図１に示すように、第１導電型の窒化物系化合物半導体からなる第１クラッド層５と、第２導電型の窒化物系化合物半導体からなる第２クラッド層６との間に発光層７を挟んだダブルヘテロ構造が挙げられる。発光部２の第２構造例としては図１に示すように、第１クラッド層５と第２クラッド層６との間に極めて薄い発光層７を挟んだ単一量子井戸構造（ＳＱＷ）が挙げられる。発光部２の第３構造例としては、図１に示すように、第１クラッド層５と第２クラッド層６との間に配置された発光層７が多層化された薄い層からなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が挙げられる。例えば、第１クラッド層５は、ｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成する。発光層７は、ｐ型の窒化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＮ）で構成する。第２クラッド層６は、ｐ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）で構成する。
第１電極３は、発光部２の上に形成されている。第１電極３は、本発明の第１の実施形態の半導体発光素子（発光ダイオード）のアノード電極をなしている。そして第１電極３は、発光部２から出る光を透過させるために、薄く形成されていると共に、光透過性を有している。例えば、膜厚５ｎｍのＮｉ（ニッケル）と膜厚５ｎｍのＡｕ（金）との積層で第１電極３を構成する。また、第１電極３の表面には、パッド電極９が形成されている。パッド電極９は、本発明の第１の実施形態の半導体発光素子と外部とを電気的に接続するための電極であり、ワイヤボンディング方法などで電気的に接続される電極である。ちなみに、第1電極３は、図1に示すように発光部２の上面全体に形成されていなくてもよく、発光部２の上面の一部の領域に形成されていてもよい。また、この場合、バット電極９を第１電極３に置き換えても、本発明の効果を得ることができる。
第２電極４は、基板１の他方の主面（基板１の下面）に形成されている。第２電極４は本発明の第１の実施形態の半導体発光素子のカソード電極をなしている。例えばＡｌ（アルミニウム）で第２電極４を構成する。そして、第２電極４は、第１電極３に対して短絡することなく、且つ発光部２を介して第１電極３との間で電流を流すように形成されている。
導電層１１は、一方の主面の基板１側、すなわち、基板１における一方の主面（上面）の一部領域に環状（リング状）に形成された凹部１１ａ上に配置されている。ただし、凹部１１ａは、一方の主面の上方から見て、パッド電極９の直下以外の領域に配置することが望ましい。この凹部１１ａを埋めるように、導電層１１が配置されている。
また、基板１における一方の主面の上方から見たときに、導電層１１は環状で、発光部２の内側から、発光部２に対して基板が延伸している領域に向かって形成されていることが望ましい。換言すれば、導電層１１は発光部２の外側まで張り出すように形成されていることが望ましい。さらに、導電層１１が発光部２の外側まで張り出し、一方の主面の上方から見て、露出していることが望ましい。換言すれば、発光部２の外周近傍の発光部２の内側を含むように配置されている導電層１１と、発光部２の外周を囲むように環状に配置されている導電層１１の露出部位１１’が連続して形成されていることが望ましい。（以下、導電層１１の形成されている領域を領域Ａとして述べる）。なお、図１において基板１の端まで延伸していることが望ましいが、基板１の端まで延伸していなくても良い。
導電層１１は、発光部２から出射された光を反射する層であって、低抵抗性（または高不純物濃度）の導電性材料からなり、第１クラッド層５及び基板１のそれぞれに電気的に接続されている。つまり、導電層１１は、基板１と発光部２との間に形成され、基板１と発光部２とを電気的に低抵抗接続する。
よって、導電層１１を通る電流経路Ｂの抵抗値が、導電層１１を通らない電流経路Ｃの抵抗値よりも低くなるように、少なくとも導電層１１と基板１との界面の接触抵抗と、導電層１１と発光部２との界面の接触抵抗との和が、発光部２と基板１と界面の接触抵抗よりも小さくなることが望ましい。このような構造にすることにより、導電層１１を電流が通り易くなり、半導体発光素子を流れる電流が図面の横方向（流路に直交する方向）に拡散し易くなる。したがって、導電層１１と基板１とはオーミック接触していることが望ましい。さらに、導電層１１と発光部２とはオーミック接触していることが望ましい。さらに、導電層１１をなす材料が基板１のシート抵抗よりも小さいことが望ましい。
例えば、発光部２と基板１との界面近傍が同一のｎ型半導体で構成されている場合、導電層１１の材料構成は、導電層１１の界面における接触抵抗を小さくするために、仕事関数の小さい物質であることが望ましく、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕのうちのいずれか少なくとも１つを構成元素として含む導電層１１であることが望ましい。逆に、発光部２と基板１との界面近傍が同一のｐ型半導体で構成されている場合、導電層１１の構成材料は仕事関数の大きい物質であることが望ましく、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔのうちのいずれか少なくとも１つを構成元素として含む導電層１１であることが望ましい。
図２は、図１に示す本発明の第１の実施形態の半導体発光素子の作用・効果を説明するための断面図である。本発明の第１の実施形態の半導体発光素子によれば、光取り出し効率を向上させることができる。発光部２から出射される光は、発光部２から見て上方（第１電極３の方向）に出射される光Ｌ１のみならず、下方（第２電極４の方向）に出射される光もある。この下方に出射された光の一部は、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ２となる。また、発光部２の側面からも光が出射される。この側面から出射された光の一部も、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ３となる。これらにより、本発明の第１の実施形態の半導体発光素子は、光取り出し面（上方）での光取り出し効率を向上させることができる。
また、第１の実施形態の半導体発光素子によれば、導電層１１が反射膜としての機能を兼ねるため、電流通路を確保しながら出射される光を効果的に光取り出し面方向に反射させて光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、順方向電圧を低く抑えながら光取り出し効率を向上することができる。
また、第１の実施形態の半導体発光素子によれば、パッド電極９の直下に導電層１１が配置されておらず、領域Ａに導電層１１が配置されている。その結果、導電層１１を通る抵抗値を低減し、あたかもパット電極９の直下に高抵抗層（電流阻止層）を配置した構造と同様の効果を奏することができる。すなわち、パッド電極９直下での電流集中を緩和することができ、輝度ムラを改善でき、寿命を延ばすことができる。
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図３において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第２の実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、平面においての導電層１１の配置と、発光部２、第１電極３及びパッド電極９の配置形状とである。
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図３において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第２の実施形態と第１の実施形態との主な相違点は、平面においての導電層１１の配置と、発光部２、第１電極３及びパッド電極９の配置形状とである。
本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子は、基板１が発光部２に対して延伸する領域を有するように発光部２が環状（ドーナツ状）に形成され、発光部２の内側から延伸する領域（露出部位１１’）に向かって基板１の上面に形成された凹部１１ａ上に導電層１１が配置されていることが望ましい。さらに、発光部２が導電層１１の外周を含むように環状（ドーナツ状）に囲まれており、基板１における一方の主面の上方から見たときに、導電層１１の露出部位１１’を囲むように発光層２が有していることが望ましい。換言すれば、導電層１１は発光部２の外側まで張り出し、露出部位１１’を有していることが望ましい。また、発光部２の上に形成されている第１電極３も、環状（ドーナツ状）となっていることが望ましい。また、第１電極３の上に形成されているパッド電極９も、環状（ドーナツ状）となっており、パッド電極９は第１電極３の外周に沿って形成されていることが望ましい。また、図３において、導電層１１の露出部位１１’の限定された領域に導電層１１より内側の凹部を形成し、導電層１１と異なる反射率の良い材料を埋め込んでも良い。
図４は、図２に示す本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の作用・効果を説明するための断面図である。第２の半導体発光素子によれば、第１の実施形態の半導体発光素子と同様に、光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、発光部２から出射される光は、発光部２から見て上方（第１電極３の方向）に出射される光Ｌ１のみならず、下方（第２電極４の方向）に出射される光もある。この下方に出射された光の一部は、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ２となる。また、発光部２の内側の側面からも光が出射される。この側面から出射された光の一部も、導電層１１で反射されて上方に向かう光Ｌ３となる。これらにより、第２の実施形態の半導体発光素子は、光取り出し面（上方）での光取り出し効率を向上させることができる。
また、第２の実施形態の半導体発光素子によれば、導電層１１が反射膜としての機能を兼ねるため、電流通路を確保しながら出射される光を効果的に光取り出し面方向に反射させて光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、順方向電圧を低く抑えながら光取り出し効率を向上することができる。
また、第２の実施形態の半導体発光素子によれば、パッド電極９の直下に導電層１１が配置されておらず、領域Ａに導電層１１が配置されている。換言すれば、パッド電極９から比較的に遠い所に限定して導電層１１を配置している。導電層１１を配置することによって導電層１１を通る抵抗値を低減し、あたかもパット電極９の直下に高抵抗層（電流阻止層）を配置した構造と同様の効果を奏することができる。すなわち、パッド電極９直下での電流集中を緩和することができ、輝度ムラを改善でき、寿命を延ばすことができる。
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図５において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第１〜２の実施形態では、基板１の下面と半導体発光素子領域の上面とに一対の電極を設け、素子の厚み方向（縦方向）に電流を流す構造について説明したが、第３の実施形態で示すように、電流を横方向に流す構造の半導体発光素子に適用することも可能である。即ち、一方の主面の上方に第１電極３と第２電極４とを並置した構造の半導体発光素子にも適用可能である。ちなみに、第３の実施形態では、第１の実施形態の基板１が絶縁基板１４の上に半導体層１５を形成した構造に置き換わっている。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図５において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第１〜２の実施形態では、基板１の下面と半導体発光素子領域の上面とに一対の電極を設け、素子の厚み方向（縦方向）に電流を流す構造について説明したが、第３の実施形態で示すように、電流を横方向に流す構造の半導体発光素子に適用することも可能である。即ち、一方の主面の上方に第１電極３と第２電極４とを並置した構造の半導体発光素子にも適用可能である。ちなみに、第３の実施形態では、第１の実施形態の基板１が絶縁基板１４の上に半導体層１５を形成した構造に置き換わっている。
ここで、第２電極４と半導体層１５との間にはコンタクト層１３が形成されていてもよい。なお、第１クラッド層５とコンタクト層１３とは、分離されている。
導電層１１は、半導体層１５における一方の主面（上面）の一部領域に形成された凹部１１ａ上に配置され、半導体層１５における一方の主面の上方から見たときに、発光部２の内側から、発光部２に対して基板が延伸している領域に向かって形成されていることが望ましい。換言すれば、導電層１１は発光部２の外側まで張り出すように形成されていることが望ましい。さらに、導電層１１が発光部２の外側まで張り出し、一方の主面の上方から見て、露出していることが望ましい。換言すれば、発光部２の外周近傍の発光部２の内側を含むように配置されている導電層１１と、発光部２の外周を囲むように環状に配置されている導電層１１の露出部位１１’が連続して形成されていることが望ましい。さらに、一方の主面の上方から見て、露出部位１１’を介してコンタクト層１３の内側まで達していることが望ましい。ただし、凹部１１ａは、一方の主面の上方から見て、パッド電極９の直下以外の領域に配置することが望ましい。なお、このような電流を横方向に流す構造の半導体発光素子では、シリコンなどの導電性基板の代わりにサファイアなどの絶縁基板を使用してもよい。また、導電層１１は一方の主面の上方から見て、コンタクト層１３の直下全面に形成されているが、コンタクト層１３の直下を含まなくても良い。ただし、半導体層５と近い領域の一部を含むように形成されていることが望ましい。また、導電層１１の露出部位１１’の限定された領域に導電層１１より内側の凹部を形成し、導電層１１と異なる反射率の良い材料を埋め込んでも良い。
図６は、図５に示す第３の実施形態の半導体発光素子の作用・効果を説明するための断面図である。第３の実施形態の半導体発光素子では半導体層１５内を横方向に電流が流れるが、半導体層１５内に発光部２の外側まで張り出すように導電層１１を形成することにより、第１実施形態と同様に、光取り出し効率を向上することができる。すなわち、発光部２から出射される光は、発光部２から見て上方（第１電極３の方向）に出射される光Ｌ１のみならず、下方（半導体層１５の方向）に出射される光もある。この下方に出射された光の一部は、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ２となる。また、発光部２の側面からも光が出射される。この側面から出射された光の一部も、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ３となる。これらにより、本半導体発光素子は、光取り出し面（上方）での光取り出し効率を向上させることができる。
また、第３の実施形態の半導体発光素子によれば、導電層１１が反射膜としての機能を兼ねるため、電流通路を確保しながら出射される光を効果的に光取り出し面方向に反射させて光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、順方向電圧を低く抑えながら光取り出し効率を向上することができる。
また、第３の実施形態の半導体発光素子によれば、パッド電極９の直下に導電層１１が配置されていない。換言すれば、パッド電極９から比較的に遠い所に限定して導電層１１を配置している。導電層１１を配置することによって導電層１１を通る抵抗値を低減し、あたかもパット電極９の直下に高抵抗層（電流阻止層）を配置した構造と同様の効果を奏することができる。すなわち、パッド電極９直下での電流集中を緩和することができ、輝度ムラを改善でき、寿命を延ばすことができる。
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図７において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第４の実施形態と第１の実施形態との相違点は、導電層１１の内側に、導電層１１の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる反射膜１２が配置されている点であり、第４の実施形態を第１の実施形態〜第３の実施形態に適応することができる。反射膜１２を構成する材料は、導電層１１よりも屈折率が高いものであることが望ましく、絶縁材料であってもよい。
図７は、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子を示す断面図である。図７において図１に示す第１の実施形態の構成要素と同一の構成要素には同一符号を付けている。第４の実施形態と第１の実施形態との相違点は、導電層１１の内側に、導電層１１の屈折率とは異なる屈折率の材料からなる反射膜１２が配置されている点であり、第４の実施形態を第１の実施形態〜第３の実施形態に適応することができる。反射膜１２を構成する材料は、導電層１１よりも屈折率が高いものであることが望ましく、絶縁材料であってもよい。
図８は、図７に示す第４の実施形態の半導体発光素子の作用・効果を説明するための断面図である。第４の実施形態の半導体発光素子によれば、第１の実施形態の半導体発光素子よりも、光取り出し効率を向上させることが可能である。すなわち、発光部２から出射される光は、発光部２から見て上方（第１電極３の方向）に出射される光Ｌ１のみならず、下方（基板１の方向）に出射される光もある。この下方に出射された光の一部は、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ２ａとなる。また、下方に出射された光の他の一部は、反射膜１２で反射されて、上方に向かう光Ｌ２ｂとなる。また、発光部２の側面からも光が出射される。この側面から出射された光の一部も、導電層１１で反射されて、上方に向かう光Ｌ３ａとなる。また、側面から出射された光の他の一部は、反射膜１２で反射されて、上方に向かう光Ｌ３ｂとなる。これらにより、第４の実施形態の半導体発光素子は、光取り出し面（上方）での光取り出し効率を向上させることができる。また、第４の実施形態の半導体発光素子によれば、導電層１１が反射膜としての機能を兼ねるため、電流通路を確保しながら出射される光を効果的に光取り出し面方向に反射させて光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、順方向電圧を低く抑えながら光取り出し効率を向上することができる。
また、第４の実施形態の半導体発光素子によれば、導電層１１が反射膜としての機能を兼ねるため、電流通路を確保しながら出射される光を効果的に光取り出し面方向に反射させて光取り出し効率を向上させることができる。すなわち、順方向電圧を低く抑えながら光取り出し効率を向上することができる。
また、第４の実施形態の半導体発光素子によれば、第１〜第３の実施形態で述べた領域Ａに導電層１１が配置されている。換言すれば、パッド電極９から比較的に遠い所に限定して導電層１１を配置している。導電層１１を配置することによって導電層１１を通る抵抗値を低減し、あたかもパット電極９の直下に高抵抗層（電流阻止層）を配置した構造と同様の効果を奏することができる。すなわち、パッド電極９直下での電流集中を緩和することができ、輝度ムラを改善でき、寿命を延ばすことができる。
（製造方法）
図９は本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。図９は、図１に示した第１の実施形態の半導体発光素子を例として記載している。図９において図１に示す構成要素と同一のものには同一符号を付けている。
図９は本発明の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例を示す断面図である。図９は、図１に示した第１の実施形態の半導体発光素子を例として記載している。図９において図１に示す構成要素と同一のものには同一符号を付けている。
先ず、基板１を用意する。そして、基板１の上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法)などにより第１クラッド層５と発光層７と第２クラッド層６とを順に積層する。これにより、発光部２が基板１上に形成される。また、第２クラッド層６の表面全体に透明電極を形成して、その透明電極を第１電極３とする（図９（ａ）参照）。
次いで、基板１の表面（第１電極３側）にフォトマスクを選択的に形成する。そして、ドライエッチングを施す。このドライエッチングでは、基板１と発光部２とのエッチング速度の違いを利用して、図９（ｂ）に示すように、第１電極３及び発光部２の一部を選択的に削除して、溝２１を形成する。この溝２１により、基板１の上面の一部が露出する。
次いで、例えば、ＨＦとＨＮＯ３との混合液からなるエッチング溶液で、基板１の露出部位のみについて等方性エッチングを行う。これにより、基板１の露出した部位から基板１と発光部２との界面への方向に延伸するように基板１の一方の主面に凹部１１ａを形成する。換言すれば、溝２１を起点として基板１がエッチングされ、凹部１１ａが基板１の一方の主面に形成する。この凹部１１ａは、図９（ｃ）に示すように、発光部２によるオーバーハングを有するような凹部となる。
次いで、メッキ、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学蒸着法）、ゾルゲル法などを用いて、凹部１１ａに少なくとも導電性材料を埋め込む。これにより、図９（ｄ）に示すように、凹部１１ａ内に、反射機能を有する導電層１１が形成される。
次いで、図９（ｅ）に示すように、基板１の下面全体に第２電極４を形成し、第１電極３の上にパッド電極９を形成する。次いで、図９（ｆ）に示すように、矢印２３に沿ってダイシングする。これにより、図１に示す半導体発光素子が複数完成する。なお、第２から第４の実施形態に係る半導体発光素子も、上記製造方法を利用することで製造することができる。
これらにより、本実施形態の製造方法によれば、導電層１１をなす材料の選定を容易化することができる。すなわち、基板１上に発光部２を形成し、その後、等方性エッチングなどで凹部１１ａを形成でき、その凹部１１ａに導電層１１を形成することができる。したがって、本製造方法は、従来の製造方法である張り合わせによる方法に比べて、導電層１１と基板１及び発光部２との密着性が問題とならない。また、導電層１１の上に発光部２を積層する工程がないので、発光部２での結晶成長が生じにくく、結晶欠陥を低減することができる。
また、本実施形態の製造方法によれば、基板１と発光部２とを張り合わせる工程がないので、容易に、第１から第４の実施形態の半導体発光素子を製造することができる。これらにより、本製造方法によれば、光取り出し効率が比較的高く、順方向電圧が比較的低い半導体発光素子を、安価に製造することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の半導体発光素子及びその製造方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。
本発明は、各種の半導体発光素子に有用である。すなわち、本発明は、各種の発光ダイオードに適用でき、例えば窒化ガリウム系化合物青色発光ダイオードに適用することができる。
１…基板、２…発光部、３…第１電極、４…第２電極、５…第１クラッド層、６…第２クラッド層、７…発光層、９…パッド電極、１１…導電層、１１ａ…凹部、１２…反射膜、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ
Claims (6)
- 基板と、
前記基板における一方の主面に配置された発光部と、
前記発光部の上に配置されている第１電極と、
前記一方の主面の上方から見て、前記基板は前記発光部に対して延伸しており、
導電性材料からなるものであって、前記一方の主面の基板側に形成され、前記一方の主面の上方から見て、前記発光部の内側から前記延伸している領域に向かって形成され、前記発光部から出射された光を反射する導電層と
を有することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記導電層は、前記基板と前記発光部とを接続する機能を有し、
前記導電層と前記基板との接触抵抗と、前記導電層と前記発光部との接触抵抗との和は、前記発光部と前記基板との接触抵抗よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。 - 前記一方の主面の上方から見て、前記パッド電極直下に前記導電層は、形成されていないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
- 前記一方の主面の上方から見て、
前記導電層は前記発光部の内側から前記基板が前記発光部に対して延伸している領域に向かって形成され、前記発光部の外側まで張り出し露出していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記導電層の内側には、該導電層の屈折率とは異なる屈折率の部材からなる反射膜が配置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 基板の一方の主面上に発光部を形成する工程と、
一方の主面の上方から見て前記発光部の一部について前記基板まで削除し、前記基板の表面の一部を露出させる工程と、
一方の主面の上方から見て、前記基板の露出した領域から基板と発光部との界面への方向に延伸するように前記基板の一方の主面に凹部を形成する工程と、
前記凹部に反射機能を有する導電性材料を埋め込む工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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