JP2008227109A - GaN系LED素子および発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaN系半導体素子は、基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板に近い側からn型層、発光層、p型層がこの順に含まれている。正電極は、導電性酸化物からなる透光性電極層と、金属製の正パッド電極とから構成されている。透光性電極層は、低シート抵抗部と、該低シート抵抗部よりも高いシート抵抗を有する高シート抵抗部とから構成されており、平面視したとき、低シート抵抗部と負電極とが高シート抵抗部を挟んで離間されており、低シート抵抗部は正パッド電極に覆われていない電流拡散部を有している。
【選択図】図1
Description
(1)基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板に近い側からn型層、発光層、p型層がこの順に含まれており、前記n型層には負電極が接続されており、前記p型層には正電極が接続されており、前記正電極は、導電性酸化物からなる透光性電極層と、該透光性電極層に接続された金属製の正パッド電極とから構成されており、前記負電極は前記正電極と同一面側に形成されているGaN系LED素子において、前記透光性電極層は、低シート抵抗部と、該低シート抵抗部よりも高いシート抵抗を有する高シート抵抗部とから構成されており、当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とが前記高シート抵抗部を挟んで離間されており、前記低シート抵抗部は前記正パッド電極に覆われていない電流拡散部を有している、ことを特徴とするGaN系LED素子。
(2)前記電流拡散部が、前記p型層の縁に沿って、前記正パッド電極から遠ざかる方向に伸びる部分を有している、前記(1)に記載のGaN系LED素子。
(3)当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記電流拡散部の先端と、該電流拡散部が伸びる方向の先にある前記p型層の縁との間隔が、50μm以下である、前記(2)に記載のGaN系LED素子。
(4)当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記正パッド電極が、前記低シート抵抗部の前記負電極に近い側の縁から、前記負電極側にはみ出さないように形成されており、かつ、前記低シート抵抗部の前記負電極に近い側の縁と前記負電極との距離が均一である、前記(3)に記載のGaN系LED素子。
(5)前記負電極が帯状部を有しており、前記電流拡散部が、前記負電極の帯状部に平行に、前記正パッド電極から遠ざかる方向に伸びる部分を有している、前記(1)に記載のGaN系LED素子。
(6)当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記正パッド電極の第1の方向の幅が、該第1の方向と直交する第2の方向の幅の2/3倍〜3/2倍である、前記(1)〜(5)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(7)前記正パッド電極の面積が前記p型層の上面の面積の30%未満である、前記(1)〜(6)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(8)前記低シート抵抗部の膜厚が前記高シート抵抗部の膜厚よりも大きい、前記(1)〜(7)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(9)前記透光性電極層が、第1導電層と、該第1導電層に部分的に積層された第2導電層とからなり、前記高シート抵抗部が前記第1導電層のみからなる部分であり、前記低シート抵抗部が前記第1導電性および第2導電層からなる部分である、前記(1)〜(8)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(10)前記高シート抵抗部の表面に人工的な凹凸を有する、前記(1)〜(9)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(11)前記正パッド電極の直下での発光が抑制されている、前記(1)〜(10)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(12)前記正パッド電極の直下に、前記低シート抵抗部と前記p型層との接触界面が存在し、該接触界面における前記低シート抵抗部と前記p型層との間の接触抵抗が、前記高シート抵抗部と前記p型層との間の接触抵抗よりも高い、前記(11)に記載のGaN系LED素子。
(13)前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、前記高シート抵抗部のシート抵抗が、前記n型層のシート抵抗と等しいか、または、前記n型層のシート抵抗よりも高い、前記(1)〜(12)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(14)前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、前記低シート抵抗部のシート抵抗が、前記n型層のシート抵抗よりも低い、前記(1)〜(13)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(15)前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、前記n型層がn型不純物濃度1018cm−3〜1020cm−3のn型コンタクト層を含み、前記低シート抵抗部のシート抵抗が10Ω/□以下であり、前記高シート抵抗部のシート抵抗が10Ω/□以上である、前記(1)〜(14)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(16)前記負電極が、前記n型層の表面上に形成された導電性酸化物からなる酸化物電極層と、該酸化物電極層の上に部分的に形成された金属製の負パッド電極とからなる、前記(1)〜(15)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(17)前記基板が透光性を有している、前記(1)〜(16)のいずれかに記載のGaN系LED素子。
(18)前記(17)に記載のGaN系LED素子をフリップチップ実装してなる発光装置。
GaN系LED素子100は、基板110の上に、MOVPE法(有機金属化合物気相成長法)、MBE法(分子ビームエピタキシー法)、HVPE法(ハイドライド気相成長法)などを用いてGaN系半導体結晶をエピタキシャル成長させて、半導体積層体120を形成することにより、製造することができる。この場合には、基板として、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、ケイ素、GaN系半導体(GaN、AlGaNなど)、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAO、ホウ化ジルコニウム、ホウ化チタンなどの材料からなる結晶基板(単結晶基板、テンプレート)を、好ましく用いることができる。透光性の基板としては、発光層から放出される光の波長に応じて、サファイア、スピネル、炭化ケイ素、GaN系半導体、リン化ガリウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、LGO、NGO、LAOなどから選択される材料で構成される基板を好ましく用いることができる。基板の上にGaN系半導体結晶をエピタキシャル成長させるにあたっては、バッファ層技術を用いることが推奨される。好ましいバッファ層として、GaN系半導体で形成する低温バッファ層や高温バッファ層が例示される。GaN系半導体結晶のラテラル成長を発生させるために、基板の表面に酸化ケイ素などからなるマスクを部分的に形成したり、あるいは、基板の表面を凹凸状に加工するといったことは、任意に行うことができる。
n型層121:膜厚4μm、電子濃度5×1018cm−3のSiドープGaN層。
発光層122:膜厚8nmのGaN障壁層と膜厚2nmのInGaN井戸層とを、最上層および最下層が障壁層となるように、かつ、含まれる井戸層の層数が2〜20となるように、交互に積層した多重量子井戸層。
p型層123:発光層122に接するp型クラッド層と、その上に積層されたp型コンタクト層とからなる2層構造の積層体。p型クラッド層は、膜厚100nm、Mg濃度5×1019cm−3のMgドープAl0.1Ga0.9N層。p型コンタクト層は、膜厚200nm、Mg濃度1×1020cm−3のMgドープGaN層。
120 半導体積層体
121、221、321、421、521 n型層
122 発光層
123、223、323、423、523 p型層
130、230、330、430、530 負電極
140、240、340、440、540 正電極
141、241、341、441、541 透光性電極層
141A、241A、341A、441A、541A 低シート抵抗部
141Aa、241Aa、341Aa、441Aa、541Aa 電流拡散部
141B、241B、341B、441B、541B 高シート抵抗部
142、242、342、442、542 正パッド電極
Claims (18)
- 基板と、該基板上に形成された複数のGaN系半導体層からなる半導体積層体とを有し、該半導体積層体には、前記基板に近い側からn型層、発光層、p型層がこの順に含まれており、前記n型層には負電極が接続されており、前記p型層には正電極が接続されており、前記正電極は、導電性酸化物からなる透光性電極層と、該透光性電極層に接続された金属製の正パッド電極とから構成されており、前記負電極は前記正電極と同一面側に形成されているGaN系LED素子において、
前記透光性電極層は、低シート抵抗部と、該低シート抵抗部よりも高いシート抵抗を有する高シート抵抗部とから構成されており、
当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記低シート抵抗部と前記負電極とが前記高シート抵抗部を挟んで離間されており、
前記低シート抵抗部は前記正パッド電極に覆われていない電流拡散部を有している、
ことを特徴とするGaN系LED素子。 - 前記電流拡散部が、前記p型層の縁に沿って、前記正パッド電極から遠ざかる方向に伸びる部分を有している、請求項1に記載のGaN系LED素子。
- 当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記電流拡散部の先端と、該電流拡散部が伸びる方向の先にある前記p型層の縁との間隔が、50μm以下である、請求項2に記載のGaN系LED素子。
- 当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記正パッド電極が、前記低シート抵抗部の前記負電極に近い側の縁から、前記負電極側にはみ出さないように形成されており、かつ、前記低シート抵抗部の前記負電極に近い側の縁と前記負電極との距離が均一である、請求項3に記載のGaN系LED素子。
- 前記負電極が帯状部を有しており、前記電流拡散部が、前記負電極の帯状部に平行に、前記正パッド電極から遠ざかる方向に伸びる部分を有している、請求項1に記載のGaN系LED素子。
- 当該GaN系LED素子を平面視したとき、前記正パッド電極の第1の方向の幅が、該第1の方向と直交する第2の方向の幅の2/3倍〜3/2倍である、請求項1〜5のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記正パッド電極の面積が前記p型層の上面の面積の30%未満である、請求項1〜6のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記低シート抵抗部の膜厚が前記高シート抵抗部の膜厚よりも大きい、請求項1〜7のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記透光性電極層が、第1導電層と、該第1導電層に部分的に積層された第2導電層とからなり、前記高シート抵抗部が前記第1導電層のみからなる部分であり、前記低シート抵抗部が前記第1導電性および第2導電層からなる部分である、請求項1〜8のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記高シート抵抗部の表面に人工的な凹凸を有する、請求項1〜9のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記正パッド電極の直下での発光が抑制されている、請求項1〜10のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記正パッド電極の直下に、前記低シート抵抗部と前記p型層との接触界面が存在し、該接触界面における前記低シート抵抗部と前記p型層との間の接触抵抗が、前記高シート抵抗部と前記p型層との間の接触抵抗よりも高い、請求項11に記載のGaN系LED素子。
- 前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、
前記高シート抵抗部のシート抵抗が、前記n型層のシート抵抗と等しいか、または、前記n型層のシート抵抗よりも高い、請求項1〜12のいずれかに記載のGaN系LED素子。 - 前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、
前記低シート抵抗部のシート抵抗が、前記n型層のシート抵抗よりも低い、請求項1〜13のいずれかに記載のGaN系LED素子。 - 前記基板が導電性を実質的に有していないか、または、前記基板と前記n型層とが絶縁されており、
前記n型層がn型不純物濃度1018cm−3〜1020cm−3のn型コンタクト層を含み、前記低シート抵抗部のシート抵抗が10Ω/□以下であり、前記高シート抵抗部のシート抵抗が10Ω/□以上である、請求項1〜14のいずれかに記載のGaN系LED素子。 - 前記負電極が、前記n型層の表面上に形成された導電性酸化物からなる酸化物電極層と、該酸化物電極層の上に部分的に形成された金属製の負パッド電極とからなる、請求項1〜15のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 前記基板が透光性を有している、請求項1〜16のいずれかに記載のGaN系LED素子。
- 請求項17に記載のGaN系LED素子をフリップチップ実装してなる発光装置。
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