JP2009140976A - 半導体発光素子およびそれを用いる照明装置ならびに半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n型電極となる導電性のシリコン基板3に凹所4を形成するとともに、その凹所4の側壁に第1の絶縁膜5を形成した後、ナノコラム2を成長させ、そのp型GaN層2cの成長の際に、その径を拡大させて一体化させ、外周縁部分を凹所4の内周面4aの第1の絶縁膜5と密着させて該凹所4内を気密に封止する。したがって、ナノコラム2を真空状態のまま外気に曝さずにでき、ナノコラム2の表面に異物が付着し、リーク電流が流れることによる効率低下を防止できる。こうして、高効率で高品質なLEDを実現できる。また、p型GaN層2c上の薄膜電極6を凹所4の周縁の側壁上面まで引出し、その部分にp型パッド電極17を形成するので、充分な強度でワイヤボンディングを行っても、ナノコラム2にダメージを与えることはなく、ボンディング条件を最適に選択できる。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の実施の第1の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオード(LED)1の構造を模式的に示す平面図であり、図2はその断面図であり、図3はその製造工程を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、ナノコラム2はGaNを例に挙げるが、そのような窒化物に限らず、酸化物や酸窒化物などを含む化合物半導体発光素子の総てについても当てはまることは言うまでもない。また、基板3としてSiを用いているが、それに限定されるものではなく、たとえばサファイア、GaN、SiC、SiO2、ZnO、AlN等を用いることもできる。前記サファイアやGaN等の絶縁性基板の場合は、電極引出しのために、絶縁の上、適宜バッファ層が設けられればよい。
図4は、本発明の実施の第2の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオード(LED)21の構造を模式的に示す平面図である。このLED21は、前述のLED1に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、このLED21では、前述のLED1がp型GaN層2cからp型パッド電極17までの配線をメッシュ状で50nm厚の白金薄膜から成る薄膜電極6としたが、これを凹所4全面を覆う透明導電膜、たとえばITOから成る薄膜電極26とすることである。これによって、メッシュが形成されていなかった部分からの光取出しは減少するが、前記メッシュが形成されていた部分からも光を取出せるようになるとともに、薄膜電極16から発光層2cへの電流供給量を増加させることにより、該発光層2cの発光面積を増加させることもできる。このトレードオフを最適化することによって、さらに発光効率の高いナノコラムLEDを実現することができる。
図5は、本発明の実施の第3の形態に係る半導体発光素子である発光ダイオード(LED)31の構造を模式的に示す断面図である。このLED31は、前述のLED1,21に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、p型GaN層2cと薄膜電極26との間には、シリコン酸化膜から成る第2の絶縁膜35が介在され、そのナノコラム2の形成領域、すなわち凹所4の中央の部分に開口36が形成されて、前記p型GaN層2cと薄膜電極26とが電気的に接続されていることである。
2 ナノコラム
2a n型GaN層
2b 発光層
2c p型GaN層
3 基板
4 凹所(トレンチ)
5 第1の絶縁膜
6,26 薄膜電極
7 分布型ブラッグ反射ミラー
11,13,14 シリコン酸化膜
12 シリコン窒化膜
15 多結晶GaN
17 p型パッド電極
35 第2の絶縁膜
36 開口
Claims (8)
- 一方の電極となる基板またはその上に形成されたバッファ層上に、少なくとも第1の導電型半導体層、発光層および第2の導電型半導体層の順で積層されたナノスケールの柱状結晶構造体を複数有し、前記第2の導電型半導体層上に他方の電極が形成されて成る半導体発光素子において、
前記基板は、前記柱状結晶構造体の形成領域を規定する凹所を有し、前記凹所の内周面には第1の絶縁膜が形成され、
前記柱状結晶構造体は、それぞれの前記第2の導電型半導体層が拡径して一体化するように成長され、かつ一体化された該第2の導電型半導体層の外周縁部分が前記凹所内周面の第1の絶縁膜と密着することで、該凹所内が気密に封止されることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第2の導電型半導体層上には薄膜電極が形成され、該薄膜電極は前記基板における凹所周縁の側壁上面まで引出され、その部分に他方の電極の電極パッドが形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記薄膜電極は、第2の絶縁膜を介して前記第2の導電型半導体層上に形成され、前記第2の絶縁膜は、前記柱状結晶構造体の形成領域の中央部分に開口が形成されて前記第2の導電型半導体層と薄膜電極とが電気的に接続されることを特徴とする請求項2記載の半導体発光素子。
- 前記基板は、Siの単結晶基板から成り、その面方位は、(111)または(100)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1の導電型半導体層に、分布型ブラッグ反射ミラーを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第2の導電型半導体層の表面は、凹凸または粗面処理が施されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体発光素子を用いることを特徴とする照明装置。
- 一方の電極となる基板またはその上に形成されたバッファ層上に、少なくとも第1の導電型半導体層、発光層および第2の導電型半導体層の順で積層されたナノスケールの柱状結晶構造体を複数有し、前記第2の導電型半導体層上に他方の電極が形成されて成る半導体発光素子の製造方法において、
前記基板に、前記柱状結晶構造体の形成される領域を彫り込み、凹所を形成する工程と、
前記凹所の内周面に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記凹所の底面から前記柱状結晶構造体の第1の導電型半導体層および発光層を順次成長させ、前記第2の導電型半導体層の成長の際に、拡径させて一体化させ、かつ一体化し該第2の導電型半導体層の外周縁部分を前記凹所内周面の第1の絶縁膜と密着させることで、該凹所内を気密に封止する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
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