JP2012060188A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1半導体層と、第2半導体層と、第1半導体層と第2半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、第2半導体層及び発光層が選択的に除去されて第1半導体層の一部が露出した積層構造体と、第1半導体層の一部に接する第1電極と、第2半導体層に接し透光性の第2電極と、第2半導体層の発光層とは反対の側に設けられ、第2電極に電気的に接続され、光に対する透過率が第2電極よりも低いパッド層と、を備え、前記第2電極の導電率は、前記パッド層から前記第1電極に向かう方向に沿って連続的に減少することを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【選択図】図12
Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
なお、半導体発光素子110において、発光層30から放射された光は、積層構造体10sの主面10aの側から主に出射する。すなわち、光は、透光性を有する第2電極50を通過して半導体発光素子110の外部へ主に取り出される。
すなわち、第2電極50のシート抵抗は、パッド層55から第1電極40に向かう方向に沿って漸増する。
図1(a)に例示したように、半導体発光素子110は、積層構造体10sの主面10aとは反対の側の裏面10bに、サファイアからなる基板5を有している。基板5の上に、バッファ層6が設けられ、その上に積層構造体10sが設けられている。
サファイアからなる基板5の上に、バッファ層6を形成した後、n型不純物がドープされたn型GaN層11を結晶成長する。n型GaN層11の結晶成長には、例えば有機金属気相成長法(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)が用いられる。この他、分子線エピタキシー法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)により結晶成長を行っても良い。
これにより、図1(a)及び(b)に例示した半導体発光素子110が形成される。
図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子における電流密度Jc(半導体層に注入される電流の電流密度)と、発光効率Erと、の関係の一例を示しており、横軸は、電流密度Jcであり、縦軸は発光効率Erである。ここで、発光効率Erは、電流密度Jcを変化させたときに得られる最も高い発光効率を1として規格化した値として例示されている。
すなわち、同図(a)、(b)、(c)及び(d)は、X軸方向に沿った、第2電極50の膜厚、第2電極50のシート抵抗、半導体層に注入される電流密度、及び、発光効率の変化をそれぞれ示し、これらの図の横軸は、X軸方向に沿った位置xである。そして、同図(a)、(b)、(c)及び(d)の縦軸は、第2電極50の厚さTt、第2電極50のシート抵抗Rs、半導体層に注入される電流密度Jc、及び、発光効率Erである。ここで、発光効率Erは、電流密度Jcを変化させたときに得られる最も高い発光効率を1として規格化した値として例示されている。
すなわち、同図(a)は、第1比較例の半導体発光素子119aの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図(a)においては、半導体発光素子119aのうち、第1半導体層10の側の部分が省略されて描かれているが、この部分は本実施形態に係る半導体発光素子110と同様の構成である。同図(b)、(c)、(d)及び(e)は、半導体発光素子119aの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図3(a)、(b)、(c)及び(d)に対応するグラフ図である。
すなわち、同図(a)は、第2比較例の半導体発光素子119bの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図(a)においては、省略されているが、半導体発光素子119cの第1半導体層10の側の部分は半導体発光素子110と同様である。同図(b)、(c)、(d)及び(e)は、半導体発光素子119bの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図3(a)、(b)、(c)及び(d)に対応するグラフ図である。
すなわち、同図(a)は、第3比較例の半導体発光素子119cの構成を例示する模式的断面図である。なお、同図(a)においては、省略されているが、半導体発光素子119cの第1半導体層10の側の部分は半導体発光素子110と同様である。同図(b)、(c)、(d)及び(e)は、半導体発光素子119cの特性を例示するグラフ図であり、それぞれ、図3(a)、(b)、(c)及び(d)に対応するグラフ図である。
すなわち、同図は、本実施形態に係る半導体発光素子110並びに第1及び第3比較例の半導体発光素子119a及び119cの特性を例示しており、横軸は電流Ifであり、縦軸は光出力Poである。
なお、第2比較例の半導体発光素子119bの光出力Poは、第1比較例の半導体発光素子119aと同様であり、第3比較例の半導体発光素子119cの光出力Poよりも低い。
すなわち、これらの図は、本実施形態に係る半導体発光素子110a〜110jの第2電極50のシート抵抗Rsの種々の特性の例を示しており、横軸はX軸方向の位置xであり、縦軸は第2電極50のシート抵抗Rsである。
すなわち、これらの図は、半導体発光素子の第2電極50の厚さTtの種々の特性の例を示しており、横軸はX軸方向の位置xであり、縦軸は第2電極50の厚さTtである。図9(a)〜(j)に例示する厚さTtに関する特性は、それぞれ図8(a)〜(j)に例示したシート抵抗Rsの特性に対応している。
図10(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子111においては、積層構造体10sの主面10aの側で露出している第1半導体層10の一部10pが、第2半導体層20に取り囲まれている。そして、Z軸方向(積層構造体10sの積層方向)からみたときにおいて、第1電極40は第2電極50に取り囲まれている。すなわち、第2電極50のパターン形状が開口部を有しており、その開口部の内部において、第1半導体層10の露出した一部10pが配置され、その開口部の内部に、第1電極40が配置されている。これ以外は、半導体発光素子110と同様なので説明を省略する。
半導体発光素子111及び112の場合においても、第2電極50のシート抵抗Rsの変化は、例えば、第2電極50の厚さTtを変化させることで実現される。
このように、本実施形態に係る半導体発光素子における、第1電極40、第2電極50及びパッド層55の配置とパターン形状(Z軸方向からみたときのパターン形状)は種々の変形が可能である。
すなわち、同図は、図1(b)のA−A’線断面に相当する断面図である。なお、同図においては、本実施形態に係る半導体発光素子113のうち、第1半導体層10の側の部分が省略されて描かれているが、この部分は本実施形態に係る半導体発光素子110と同様の構成である。
このように、パッド層55は、第2半導体層20の主面10aの側に設けられ、第2電極50に電気的に接続されていれば良い。
図12は、本発明の第2の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
すなわち、同図(a)、(b)及び(c)は、X軸方向に沿った、第2電極50の凹部間幅Wa、凹部比率WR、及び、シート抵抗Rsの変化をそれぞれ示している。これらの図の横軸はX軸方向に沿った位置xであり、同図(a)、(b)及び(c)の縦軸は、それぞれ凹部間幅Wa、凹部比率WR、及び、シート抵抗Rsである。
これにより、半導体発光素子120によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率の半導体発光素子が得られる。
すなわち、同図(b)は模式的平面図であり、同図(a)は、同図(b)のA−A’線断面図である。
図14に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子121においては、第2電極50に設けられる凹部50hが、第2電極50をZ軸方向に貫通している。これ以外は、半導体発光素子120と同様とすることができるので説明を省略する。
図15は、本発明の第3の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図15に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子130においては、第2電極50の導電率(電気伝導率)が、パッド層55から第1電極40に向かう方向に沿って連続的に変化している。この場合、第2電極50の厚さ(凹部50hが設けられていない部分の厚さ)は一定として良い。
すなわち、同図(a)、(b)及び(c)は、X軸方向に沿った、第2電極50のアニール温度Tm、第2電極50に含まれる粒子の粒径GS、及び、シート抵抗Rsの変化をそれぞれ示している。これらの図の横軸はX軸方向に沿った位置xであり、同図(a)、(b)及び(c)の縦軸は、それぞれアニール温度Tm、粒径GS、及び、シート抵抗Rsである。
これにより、半導体発光素子130によれば、注入電流密度の分布を均一化し、過大注入電流密度を抑制し、高効率の半導体発光素子が得られる。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (5)
- 第1導電型の第1半導体層と、第1導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第1半導体層の一部が露出した積層構造体と、
前記第1半導体層の前記一部に接する第1電極と、
前記第2半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第2電極と、
前記第2半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第2電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第2電極よりも低いパッド層と、
を備え、
前記第2電極の導電率は、前記パッド層から前記第1電極に向かう方向に沿って連続的に減少することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第2電極に含まれる粒子の粒径は、前記方向に沿って連続的に減少することを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子。
- 第1導電型の第1半導体層と、第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第1半導体層の一部が露出した積層構造体と、
前記第1半導体層の前記一部に接する第1電極と、
前記第2半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第2電極と、
前記第2半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第2電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第2電極よりも低いパッド層と、
を備え、
前記第2電極には複数の凹部が設けられており、前記複数の凹部の、前記パッド層から前記第1電極に向かう方向に沿う幅の、前記第2電極のうちの前記凹部が設けられていない部分の前記方向に沿う幅に対する比率は、前記方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子。 - 第1導電型の第1半導体層と、第1導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた発光層と、を有し、前記第2半導体層及び前記発光層が選択的に除去されて前記第1半導体層の一部が露出した積層構造体と、
前記第1半導体層の前記一部に接する第1電極と、
前記第2半導体層に接し、前記発光層から放射される光に対して透光性を有する第2電極と、
前記第2半導体層の前記発光層とは反対の側に設けられ、前記第2電極に電気的に接続され、前記光に対する透過率が前記第2電極よりも低いパッド層と、
を備え、
前記第2電極には前記第2電極の厚さ方向に貫通する複数の孔が設けられており、前記複数の穴の、前記パッド層から前記第1電極に向かう第1方向に沿う幅の、前記第2電極のうちの前記穴が設けられていない部分の前記第1方向に沿う幅に対する比率は、前記第1方向に沿って連続的に増大することを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第2電極は、インジウム、錫及び亜鉛の少なくともいずれかを含む酸化物を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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