JP2008306224A - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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【解決手段】基板および基板上に積層されたn型半導体層、発光層およびp型半導体層からなる窒化ガリウム系化合物半導体層を有し、n型半導体層上に負極、p型半導体層上に透明性正極および正極ボンディングパッドがそれぞれ設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、該発光素子の平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形であり、該正極ボンディングパッドが矩形長辺の中心から±30%の範囲内にあり、該窒化ガリウム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面が窒化ガリウム単結晶格子においてM面と平行であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【選択図】図5
Description
(1)基板および基板上に積層されたn型半導体層、発光層およびp型半導体層からなる窒化ガリウム系化合物半導体層を有し、n型半導体層上に負極、p型半導体層上に透明性正極および正極ボンディングパッドがそれぞれ設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、該発光素子の平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形であり、該正極ボンディングパッドが矩形長辺の中心から±30%の範囲内にあり、該窒化ガリウム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面が窒化ガリウム単結晶格子においてM面と平行であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
図1は本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における光の進行の一例を模式的に示す断面図で、半導体層の側面と基板の主面との角度θが90°より小さい場合である。図2は本発明の別の態様の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子における光の進行の一例を模式的に示す断面図で、半導体層の側面と基板の主面との角度θが90°より大きい場合である。これらの図において、204は基板(201)の主面、205は窒化ガリウム系化合物半導体層(202)の側面で、これらのなす角度がθである。203は半導体層中のA点で発光した光の進路である。
図3は従来の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であるが、例えばA点で発光した光が矢線のように進行した場合、半導体層の側面に入射した光が臨界角以上であると光はそこで反射し、さらに半導体層の上面でも臨界角以上となり反射する。その結果光の取り出し率は下がる。
従って、発光素子の半導体層側面を基板主面に対して傾斜させることによる光取り出し効率の向上効果は、発光素子の平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形、即ち長方形の場合に大きくなる。
透光性の正極材料としては、Pt、Pd、Au、Cr、Ni、Cu、Coなどを含んでも良い。また、その一部が酸化されている構造とすることで、透光性が向上することが知られている。また、透明電極として一般的な、ITO、IZO、IWO等の導電性酸化物を使用する事もなんら問題ない。反射型の正極材料としては、上記の材料の他に、Rh、Ag、Alなどを用いることができる。
その後、各発光素子に分割される。
基板としてサファイア(Al2O3)C面基板を用い、その上に特開2003−243302号公報にある方法に従ってAlNからなるバッファ層を積層した。次いで、バッファ層上に、アンドープGaNからなる下地層を6μm、Geを周期的にドープして平均のキャリア濃度が1×1019cm-3となるようにしたGaNからなるn型コンタクト層を4μm、In0.1Ga0.9Nからなる厚さ12.5nmのn型クラッド層、GaNからなる厚さ16nmの障壁層とIn0.2Ga0.8Nからなる厚さ2.5nmの井戸層を交互に5回積層させた後、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層、Mgドープ(濃度8×1019/cm3)Al0.03Ga0.97Nからなる厚さ0.15μmのp型コンタクト層を順次積層して基板上の窒化ガリウム系化合物半導体層とした。
これらの積層は通常のMOCVD法によって行なった。
その後、RIE装置を用いて、個々の発光素子の境界部分および負極形成領域(レジストで保護されていない部分)のn型コンタクト層を露出させた。
正極ボンディングパッドの位置を変えたことを除いて参考例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製し、得られた発光素子を参考例1と同様に評価して、正極ボンディングパッド−負極間距離と発光素子特性との関係を検討した。
結果を図7に示す。この図から、正極ボンディングパッド−負極間距離を大きくするにつれて、発光出力が徐々に上昇することが判る。一方、駆動電圧も正極ボンディングパッド−負極間距離を大きくするにつれて上昇し、特に250μmを越えると上昇幅が大きくなることが判る。従って、発光出力と駆動電圧のバランスから、正極ボンディングパッドの位置は、発光素子長辺の中央部付近が好ましい。
長方形の長辺がGaN結晶のM面(10−10)に平行になるように方位を揃えたことを除いて、参考例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を参考例1と同様に評価したところ、20mA印加時の出力は6.4mWであり、駆動電圧は3.30Vであった。発光素子側面をSEMにより観察したところ、窒化ガリウム系化合物半導体層の側面は、図1に示すように側面と基板主面との角度(θ)が70°であった。また、窒化ガリウム系化合物半導体層側面の形状は、短辺側は凹凸が形成されていたが、長辺側はほぼ平坦であった。
ウェットエッチングを実施しないことを除いて、参考例1と同様に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
得られた発光素子を参考例1と同様に評価したところ、20mA印加時の出力は5.1mWであり、駆動電圧は3.32Vであった。発光素子側面をSEMにより観察したところ、窒化ガリウム系化合物半導体層の側面は、基板の側面と同様、基板主面に対し垂直であった。また、窒化ガリウム系化合物半導体層側面の形状は、短辺側も長辺側もほぼ平坦であった。
2 バッファ層
3 n型半導体層
4 発光層
5 p型半導体層
10 正極
11 透光性正極
12 正極ボンディングパッド
20 負極
201 基板
202 窒化ガリウム系化合物半導体層
203 半導体層中のA点で発光した光の進路
204 基板の主面
205 窒化ガリウム系化合物半導体層の側面
Claims (8)
- 基板および基板上に積層されたn型半導体層、発光層およびp型半導体層からなる窒化ガリウム系化合物半導体層を有し、n型半導体層上に負極、p型半導体層上に透明性正極および正極ボンディングパッドがそれぞれ設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、該発光素子の平面形状が縦横の辺の長さが異なる矩形であり、該正極ボンディングパッドが矩形長辺の中心から±30%の範囲内にあり、該窒化ガリウム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面が窒化ガリウム単結晶格子においてM面と平行であることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 窒化ガリウム系化合物半導体層の矩形長辺側の側面に沿って、光取出し効率向上のための構造が設けられている請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 長辺の長さが50μm〜2000μmである請求項1または2に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 長辺の長さが200μm〜600μmである請求項3に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 短辺と長辺との比が1:10から4:5である請求項1〜4のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 短辺と長辺との比が1:2から2:3である請求項5に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 光取出し効率向上のための構造が、窒化ガリウム系化合物半導体層の側面を基板主面に対して傾斜させる構造である請求項2〜6のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
- 窒化ガリウム系化合物半導体層の側面と基板主面との角度θが90°より小さい請求項7に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
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