JP2012138479A - 発光素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、発光素子は、発光層を含む半導体積層体と、半導体積層体の上で、半導体積層体に直接的に接続された第1上部電極と、半導体積層体の上で、半導体積層体に第1コンタクト層を介して接続され、第1上部電極から延出された、少なくとも1つの第2上部電極と、半導体積層体の下に設けられた下部電極と、を備える。発光素子は、半導体積層体と、下部電極と、の間に設けられ、発光層から発せられる光を透過する透明導電層と、透明導電層と、下部電極と、の間に設けられた光反射層と、半導体積層体と、透明導電層と、の間および半導体積層体と、第1上部電極および第2上部電極と、の間の少なくともいずれかに設けられ、発光層の主面に対して垂直な方向からみて少なくとも1つのスリットが選択的に設けられた電流阻止層と、を備える。
【選択図】図1
Description
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図2は、第1実施形態に係る発光素子の要部平面模式図である。
図1には、図2のX−X’断面が示されている。
発光素子1は、半導体積層体10と、支持基板20と、光反射層30と、透明導電層40と、電流阻止層50と、上部電極60と、下部電極70と、を備える。半導体積層体10は、発光層(活性層)14を含んでいる。
この中間層45の存在により、半導体層と透明導電層40との各構成元素が互いに混ざり難くなる。このため、半導体層側に従来のオーミック接合のような合金層(組成混合層)が生成し難くなる。仮に、この合金層が存在すると、この合金層が光吸収層となって、発光素子の輝度を低下してしまう。発光素子1では、この合金層が形成し難くなるため、輝度が向上する。
なお、本明細書では、コンタクト層63を第1コンタクト層、コンタクト層11を第2コンタクト層、コンタクト層17を第3コンタクト層とする。
例えば、透明導電層40と、半導体積層体10と、の接触抵抗をρc(Ω・cm2)とし、総面積Aを介して電流値を、Ic(A)とする。また、コンタクト層11と、光反射層30と、の間の電圧を、Vc(V)とし、透明導電層40と、半導体積層体10と、の接触界面における許容電圧を、Vmax(V)とする。この場合、Vc=Ic×(ρc/A)、Vmax>Vcであり、総面積A(cm2)は、
A>Ic×ρc/Vmax ・・・(1)式
で表される。
発光素子1の効果を説明する前に、参考例に係る発光素子100の作用について説明する。
図3(a)に示す参考例に係る発光素子100においては、上述した第2上部電極部62が設けられていない。発光素子100においては、半導体積層体10の上に、コンタクト層63を介して、第1上部電極部61のみが設けられている。
図4は、発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、(a)は、半導体積層体の成長過程を含む製造過程図、(b)は、支持基板の上に拡散防止層を介して反射膜を形成する製造過程図である。
ここで、スリット50hを有する電流阻止層50を形成する前の酸化膜に選択的なエッチング加工を施し、薬液で洗浄した後、透明導電層40を形成する。さらに、透明導電層40に、400℃以上の熱処理を施す等、透明導電層40を安定化させるための一連の処理を施すと、透明導電層40と半導体積層体10との間に、厚みが10nm以下の酸素リッチな中間層45が形成される。
なお、図4(a)で示す製造過程と、図4(b)で示す製造過程と、は同時に進行させてもよく、図4(a)で示す製造過程の前に、図4(b)で示す製造過程を進行させてもよい。また、図4(a)で示す製造過程の後に、図4(b)で示す製造過程を進行させてもよい。
図6は、第2実施形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図6は、図2のX−X’断面に対応している。
第2実施形態に係る発光素子2においては、第1光反射層部35の材料が発光素子1の第1光反射層部31の材料とは異なっている。
発光素子2においては、バリア層36と、第2光反射層部32と、の間に金(Au)を含む接合層37がさらに設けられている。
発光素子2においては、接合層37と、第2光反射層部32と、が接合されて、第1光反射層部35、バリア層36、接合層37、および第2光反射層部32を有する光反射層30が設けられている。
さらに、発光素子2においては、第1光反射層部35の材質を銀(Ag)もしくは銀(Ag)合金にしたことにより、半導体基板80と、第1光反射層部35と、の線膨張係数の差が発光素子1に比べ縮まる。このため、製造プロセス中の半導体基板80の反り、割れが抑制される。
図7は、第3実施形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図7は、図2のX−X’断面に対応している。
第3実施形態に係る発光素子3においては、発光層14の第1主面に対して垂直な方向からみて、半導体積層体10の面積は、支持基板20の面積よりも小さくなっている。
支持基板20の上には、支持基板20の面積と略等しい拡散防止層21、光反射層30、透明導電層40、および電流阻止層50が設けられている。
図8は、第4実施形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図8は、図2のX−X’断面に対応している。
発光素子4においては、第2光反射層部32と、第1光反射層部38と、が接合している。第1光反射層部38と、半導体積層体10と、の間には、透明導電層41が介在している。透明導電層41と、コンタクト層11と、の間には、中間層45と同一成分の中間層46が介在している。
その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。
10 半導体積層体
10s 辺
11 コンタクト層(第2コンタクト層)
12、16 電流拡散層
13、15 クラッド層
14 発光層
17 コンタクト層(第3コンタクト層)
20 支持基板
21 拡散防止層
22、23 金属膜
30 光反射層
31、35、38 第1光反射層部
31r 凹部
31s 空間
32 第2光反射層部
36 バリア層
37 接合層
40、41 透明導電層
45、46 中間層
50 電流阻止層
50h スリット
60 上部電極
61 第1上部電極部
62 第2上部電極部
62a 第1電極部
62b 第2電極部
63 コンタクト層(第1コンタクト層)
65 絶縁層
70 下部電極
80 半導体基板
90 ダイシングライン
500h 開口部
Claims (24)
- 発光層を含む半導体積層体と、
前記半導体積層体の上で、前記半導体積層体に直接的に接続された第1上部電極と、
前記半導体積層体の上で、前記半導体積層体に第1コンタクト層を介して接続され、前記第1上部電極から延出された、少なくとも1つの第2上部電極と、
前記半導体積層体の下に設けられた下部電極と、
前記半導体積層体と、前記下部電極と、の間に設けられ、前記発光層から発せられる光を透過する透明導電層と、
前記透明導電層と、前記下部電極と、の間に設けられた光反射層と、
前記半導体積層体と、前記透明導電層と、の間および前記半導体積層体と、前記第1上部電極および第2上部電極と、の間の少なくともいずれかに設けられ、前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて少なくとも1つのスリットが選択的に設けられた電流阻止層と、
を備えたことを特徴とする発光素子。 - 発光層を含む半導体積層体と、
前記半導体積層体の上で、前記半導体積層体に直接的に接続された第1上部電極と、
前記半導体積層体の上で、前記半導体積層体に第1コンタクト層を介して接続され、前記第1上部電極から延出された、少なくとも1つの第2上部電極と、
前記半導体積層体の下に設けられた下部電極と、
前記半導体積層体と、前記下部電極との間に設けられ、前記発光層から発せられる光を透過する透明導電層と、
前記透明導電層と、前記下部電極と、の間に設けられた光反射層と、
前記半導体積層体と、前記透明導電層と、の間および前記半導体積層体と、前記第1上部電極および第2上部電極と、の間の少なくともいずれかに設けられ、前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて少なくとも1つのスリットが選択的に設けられた電流阻止層と、
前記半導体積層体と前記透明導電層との間に設けられた、酸素および炭素の少なくともいずれかが含有された中間膜と、
を備えたことを特徴とする発光素子。 - 前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて、
前記第2上部電極は、前記第1上部電極から前記半導体積層体の平面の外周部に向かって延出された第1電極部と、前記第1電極部に接続され前記平面の外周に対し略平行に延在する第2電極部と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の発光素子。 - 前記第2電極部の周辺に、前記スリットが選択的に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記下部電極と、前記光反射層と、の間に、支持基板がさらに設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層から発せられる光の波長において、前記電流阻止層の屈折率は、前記半導体積層体の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記第1上部電極および前記第2上部電極の少なくともいずれかの直下には、前記スリットが設けられていないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて、前記第2電極部と、前記スリットと、の間の距離は、10μm以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて、前記スリットの幅の長さを一辺とする四角の面積は、1000(μm)2以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記電流阻止層の厚みは、100nm以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層から発せられる光の波長において、前記透明導電層の屈折率は、前記半導体積層体の屈折率よりも低いことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記透明導電層が前記スリットを介して前記半導体積層体と接する総面積A(cm2)は、
前記発光層の主面に対して垂直な方向からみたときの前記半導体積層体の面積の5%以上、15%以下であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の発光素子。 - 前記透明導電層の厚みは、30nm以上、100nm以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記光反射層は、前記半導体積層体側に設けられた第1光反射層部と、前記支持基板側に設けられた第2光反射層部と、を接合させた層であることを特徴とする請求項5〜13のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記第1光反射層部は、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、錫(Sn)、炭素(C)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、テルル(Te)、セレン(Se)、チタン(Ti)、酸素(O)、水素(H)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)の群から選択される少なくとも1つの元素を含むことを特徴とする請求項14記載の発光素子。
- 前記第1光反射層部は、銀(Ag)もしくは銀(Ag)合金であり、前記銀合金には、金(Au)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、錫(Sn)、炭素(C)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、テルル(Te)、セレン(Se)、チタン(Ti)、酸素(O)、水素(H)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)の群から選択される少なくとも1つの元素が含まれることを特徴とする請求項14記載の発光素子。
- 前記第1光反射層部と、前記第2光反射層部と、の間にバリア層がさらに設けられ、
前記バリア層には、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、チタン(Ti)の群から選択される少なくとも1つの元素が含まれることを特徴とする請求項16記載の発光素子。 - 前記バリア層と、前記第2光反射層部と、の間に金(Au)を含む接合層がさらに設けられている特徴とする請求項17記載の発光素子。
- 前記第2光反射層部は、金(Au)もしくは金(Au)合金であり、前記金合金には、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、錫(Sn)、炭素(C)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、テルル(Te)、セレン(Se)、チタン(Ti)、酸素(O)、水素(H)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)の群から選択される少なくとも1つが含まれることを特徴とする請求項14記載の発光素子。
- 前記第2光反射層部は、多層であり、前記多層のそれぞれの層には、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、錫(Sn)、炭素(C)、マグネシウム(Mg)、クロム(Cr)、テルル(Te)、セレン(Se)、チタン(Ti)、酸素(O)、水素(H)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)の群から選択される少なくとも1つの元素が含まれることを特徴とする請求項14記載の発光素子。
- 前記支持基板は、導電性基板であることを特徴とする請求項5〜20のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記スリットの下の前記光反射層に空間がさらに形成されていることを特徴とする請求項1〜21のいずれか1つに記載の発光素子。
- 前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて、前記半導体積層体の面積は、前記支持基板の面積よりも小さいことを特徴とする請求項5〜22のいずれか1つに記載の発光素子。
- 半導体基板の上に、発光層を含む半導体積層体を形成する工程と、
前記半導体積層体の上に、少なくとも1つのスリットが選択的に形成された電流阻止層を形成する工程と、
前記電流阻止層の上に、透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層の上に、第1光反射層部を形成する工程と、
支持基板の上に設けられた第2光反射層部を前記第1光反射層部に接合する工程と、
前記半導体積層体から前記半導体基板を除去する工程と、
前記半導体積層体の上に、第1上部電極を直接的に形成し、さらに、第1コンタクト層を介して前記第1上部電極に接続する第2上部電極を少なくとも1つ形成する工程と、
を備え、
前記発光層の主面に対して垂直な方向からみて、前記スリットを、前記第2上部電極の周辺の前記電流阻止層に選択的に形成することを特徴とする発光素子の製造方法。
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