JP2012244165A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第1電極と、第2電極と、誘電体部と、パッド電極と、を備える。積層構造体は、第1半導体層、第2半導体層及び発光層を含む。積層構造体は、第2半導体層側の表面から第1半導体層に到達する凹部を有する。第1電極は、凹部内において第1半導体層に接する接触部と、ビア部とを有する。第2電極は第2半導体層と接し光反射する。誘電体部は、凹部内に埋め込まれる部分を有し、第1電極と第2電極との間、及び、第1半導体層と第2電極との間を電気的に絶縁する。パッド電極は、ビア部と電気的に接続され積層構造体の第1半導体層とは反対側に位置する。第1半導体層から第2半導体層へ向かう積層方向にみたときに発光層と重なる第2電極の領域の面積は、接触部の第1半導体層との接触面積よりも大きい。
【選択図】図1
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係数などは、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係数が異なって表される場合もある。
また、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、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的断面図である。
図2は、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的平面図である。
ここで、図1は、図2のA−A’線における模式的断面図を示している。
ここで、本実施形態では、第1半導体層10と第2半導体層20とをむすぶ方向をZ軸方向、Z軸方向と直交する方向のうち1つをX軸方向、Z軸方向及びX軸方向と直交する方向をY軸方向ということにする。積層方向は、Z軸方向である。
すなわち、第2電極60は、第1電極50と第1誘電体部40を介して電気的に絶縁されている。実施形態において、第1誘電体部40は、第1電極50の接触部51の周囲のみに設けられている。このため、積層構造体100の第2主面100b側において、第2電極60の第1部分61は、第1誘電体部40が設けられていない比較的大きな面積で第2半導体層20と接触することになる。したがって、積層構造体100で発生した熱は、第2電極60から外部へ効率良く放出されることになる。
支持基板70には裏面電極85が設けられている。つまり、第2半導体層20は、第2電極60、支持基板70及び裏面電極85と導通する。これにより、半導体発光素子110を図示しない実装用基板等に実装することで、実装用基板等に設けられた導通部分と、第2半導体層20と、の導通を得ることができる。
図3(a)は、凹凸部の模式的断面図である。図3(b)は、1つの凸部の模式的平面図である。
図3(a)に表したように、凹凸部12pには、複数の突起が設けられている。突起のX軸方向に沿った最大幅ΔWは、発光層30から放射される発光光の第1半導体層10中のピーク波長よりも長い。
図4に表したように、参考例に係る半導体発光素子190において、第1電極50は、接触部51と、第3部分54と、を含んでいる。第3部分54は、接触部51と導通しており、第2主面100bに沿って設けられている。また、Z軸方向に沿って、第3部分と、第2電極60の第1部分61と、のあいだには、第3誘電体部41が設けられている。
図5〜図7は、半導体発光素子の製造方法の一例を順に説明する模式的断面図である。
先ず、図5(a)に表したように、サファイア等の成長用基板80の上に、第1半導体層10、発光層30及び第2半導体層20を順に結晶成長させる。これにより、成長用基板80の上に、積層構造体100を形成する。
先ず、表面がサファイアc面からなる成長用基板80の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第1AlNバッファ層(例えば、炭素濃度が3×1018cm−3以上、5×1020cm−3以下で、例えば、厚さが3nm以上、20nm以下)、高純度の第2AlNバッファ層(例えば、炭素濃度が1×1016cm−3以上3×1018cm−3以下で、厚さが2μm)、及びノンドープGaNバッファ層(例えば、厚さが2μm)が、この順に形成される。上記の第1AlNバッファ層、及び、第2AlNバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。第1及び第2AlNバッファ層として単結晶の窒化アルミニウム層を用いることで、後述する結晶成長において高品質な半導体層を形成することができ、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。
これらのバッファ層を採用することで、低温成長AlNバッファ層を採用する場合と比較して、結晶欠陥を約1/10に低減することができる。この技術によって、n形GaNコンタクト層への高濃度Siドーピングや、紫外帯域発光でありながらも高効率な半導体発光素子が製造される。また、ノンドープGaNバッファ層における結晶欠陥を低減することにより、ノンドープGaNバッファ層での光の吸収も抑制される。
また、サファイア基板上のバッファ層は、特に限定されるものではなく、低温成長のAlxGa1−xN(0≦x≦1)薄膜を用いても良い。
ここで、第1誘電体部40を成膜する際、高温成長による成膜を適用することができる。すなわち、先に形成した第1電極50は600℃程度でシンター処理を行っているため、同程度の熱処理条件まで耐熱性を備えている。したがって、第1誘電体部40の成膜は十分に高温で行うことができる。このため、第1誘電体部40は、絶縁性、カバレッジ、信頼性等に優れた高品質な膜になる。
本実施形態によれば、単結晶AlNバッファ層を用いることで高品質な半導体層を形成することができるため、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、GaNをレーザ光LSRで分解する際、GaNのすぐそばにある高熱伝導特性を示すAlNバッファ層に熱が拡散するため、局所的な加熱による熱ダメージを受けにくい。
先ず、図7(a)に表したように、積層構造体100の一部をドライエッチングで除去し、第1電極50の一部(引き出し部53)を露出させる。次に、積層構造体100の第1主面100aの全面に第2誘電体部45を形成し、一部に開口を設ける。第2誘電体部45としては、例えばSiO2が用いられる。第2誘電体部45の膜厚は、例えば800nmである。第2誘電体部45の開口からは、例えばノンドープGaNバッファ層の表面が露出する。
その後、必要に応じて劈開またはダイヤモンドブレード等により、支持基板70を切断する。これにより、半導体発光素子110が完成する。
図8は、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的断面図である。
図9は、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表面側の模式的平面図である。
図10は、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裏面側の模式的平面図である。
ここで、図8は、図9のB−B’線における模式的断面図を示している。
なお、第2電極60は、第1部分61及び第2部分62をめっきによって形成してもよい。
本具体例では、第1の実施形態に係る半導体発光素子110が用いられているが、半導体発光装置には他の実施形態に係る半導体発光素子120を用いることもできる。
半導体発光装置500は、半導体発光素子110と、蛍光体と、を組み合わせた白色LEDである。すなわち、本実施形態に係る半導体発光装置500は、半導体発光素子110と、半導体発光素子110から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備える。
赤色蛍光体としては、例えばY2O3、YVO4、Y2(P,V)O4を母材として用いることができ、これに3価のEu(Eu3+)を付活物質として含ませる。すなわち、Y2O3:Eu3+、YVO4:Eu3+等を赤色蛍光体として用いることができる。Eu3+の濃度は、モル濃度で1%〜10%とすることができる。
緑色蛍光体としては、例えば3価のTbを発光中心とするY2SiO5:Ce3+,Tb3+を用いることができる。この場合、CeイオンからTbイオンへエネルギーが伝達されることにより励起効率が向上する。緑色蛍光体としては、例えば、Sr4Al14O25:Eu2+を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。特に、3価のTbは、視感度が最大となる550nm付近に鋭い発光を示すので、3価のEuの鋭い赤色発光と組み合わせると発光効率が著しく向上する。
半導体発光装置500によれば、高効率で所望を色の光を得ることができる。
Claims (5)
- 窒化物半導体を含む第1半導体層と、
窒化物半導体を含む第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窒化物半導体を含む発光層と、
を含み、前記第2半導体層側の表面から前記第1半導体層に到達する凹部を有する積層構造体と、
前記凹部内において前記第1半導体層に接する接触部と、前記接触部に電気的に接続され前記接触部から前記積層構造体の前記第1半導体層とは反対側に向けて延在するビア部と、を有する第1電極と、
前記第2半導体層と接し、光反射する第2電極と、
前記凹部内に埋め込まれた部分を有し、前記第1電極と前記第2電極との間、及び、前記第1半導体層と前記第2電極との間を電気的に絶縁する誘電体部と、
前記第1電極の前記ビア部と電気的に接続され、前記積層構造体の前記第1半導体層とは反対側に位置するパッド電極と、
を備え、
前記第1半導体層から前記第2半導体層へ向かう積層方向にみたときに前記発光層と重なる前記第2電極の領域の面積は、前記接触部の前記第1半導体層との接触面積よりも大きいことを特徴とする半導体発光素子。 - 前記発光光は、前記第1半導体層から前記第2半導体層へ向かう方向よりも、前記第2半導体層から前記第1半導体層へ向かう方向に、多く外部へ放出される請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記第1半導体層は、前記第1主面に設けられた凹凸部を含み、
前記凹凸部は、前記発光層から放射される発光光のピーク波長よりも長いピッチの凹凸を有する請求項1または2に記載の半導体発光素子。 - 前記第2電極はめっき金属を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記発光光のピーク波長は、370ナノメートル以上、400ナノメートル以下である請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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