JP2013098211A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光むらが低減された半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極と、前記ｐ側パッド電極方向に延びるｎ側第１延伸部と、を有し、前記ｐ側延伸部は、前記ｐ側パッド電極から延伸するｐ側第１延伸部と、前記ｐ側第１延伸部から延伸するｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第２延伸部から分岐して延伸するｐ側第３延伸部と、前記ｐ側第３延伸部から延伸するｐ側第４延伸部と、を備え、前記ｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第４延伸部と、前記ｎ側第１延伸部とが平行である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光むらが低減された半導体発光素子（Light Emitting Device:以下「LED」と記す）に関する。

従来の半導体発光素子において、発光むらを改善させるために、外部電源と接続するｐパッド電極から細長いｐ側電極を延伸させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに発光むらを改善するために、ｐパッド電極から伸びる直線状のｐ側電極と、ｎパッド電極から伸びるｎ側電極とを交互に配列した半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献２〜３参照）。

また、発光領域内部に設けられたｎ側電極を、延伸部を設けたｐ側電極で囲んだ半導体発光素子も知られている（例えば、特許文献４〜５参照）。

特開２００７−２８１４２６号公報 特開２００２−３１９７０４号公報 特開２００１−３４５４８０号公報 特開２００５−１８３９１０号公報 特開２００３−１７９２６３号公報

しかしながら、特許文献１では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献２では電流が供給されるパッドから電極の端部が相当な距離で離隔されるので、他の隣接部分に比して低い光出力を示す部分がある。特許文献３では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献４及び５は電流が供給されるｐパッド電極が一つであるため、ｐパッド電極とｎパッド電極との間の発光と、ｐパッド電極を除く電極とｎパッド電極との間の発光と、で明るさに違いが生じている。

そこで、本発明は発光むらが低減された半導体発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体発光素子は、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極と、前記ｐ側パッド電極方向に延びるｎ側第１延伸部と、を有し、前記ｐ側延伸部は、前記ｐ側パッド電極から延伸するｐ側第１延伸部と、前記ｐ側第１延伸部から延伸するｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第２延伸部から分岐して延伸するｐ側第３延伸部と、前記ｐ側第３延伸部から延伸するｐ側第４延伸部と、を備え、前記ｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第４延伸部と、前記ｎ側第１延伸部とが平行である。これにより発光むらを低減することができる。また、Ｖｆを低減することもできる。ここで「ｎ側電極を囲む」とは、Ｏ字のようにｎ側電極を完全に囲っていなくてもよく、Ｃ字のように一部開口していてもよい。

本発明に係る半導体発光素子は、前記ｎ側電極は、前記ｎ側第１延伸部と電気的に接続されるｎ側第２延伸部を有していることが好ましい。これにより発光むらを低減することができる。これは電流せき止め効果によるものと考えられる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第２延伸部は、前記ｐ側第１延伸部と平行な部分を有することが好ましい。これによりさらに発光むらを低減することができる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側第４延伸部は、前記ｎ側第１延伸部と前記ｎ側第２延伸部と最短距離が等しいことが好ましい。これによりさらに電流拡散が均一となる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記ｎ側パッド電極は、ｎ側第３延伸部を有しており、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第３延伸部は、前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側第２延伸部との最短距離を結ぶ方向に向かって延びていることが好ましい。これによりこれによりｎ側パッド電極とｐ側第２延伸部との距離を短くすることができ発光むらをさらに低減することができる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第２延伸部は、前記ｐ側第１延伸部と等距離であることが好ましい。これによりさらに電流拡散が均一となる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側パッド電極は、同じ大きさであることが好ましい。これにより発光面積を拡大することができる。

本発明に係る半導体発光素子は、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側パッド電極が前記ｐ側第１延伸部よりも前記半導体発光素子の側辺側に配置されることが好ましい。

本発明の半導体発光素子は、発光むらを低減することができる。「発光むら」とは、光取出し面側から見たときに、発光部の発光が不均一に見えることであり、例えば光が他と比べて暗部があるものなどをいい、発光むらが改善されるとは、発光部の発光が均一に近づくことをいう。また、Ｖｆを低減することもできる。

第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。 第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。 第１の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。 第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。 実施例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例３に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例４に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例５に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例６に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例７に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例８に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例９に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 実施例１０に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 比較例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 比較例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 比較例３に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。 比較例４に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。また発明を理解しやすくするために、実施形態を分けて説明するが、これらの実施形態はそれぞれ独立するものではなく、共有できるところは他の実施形態の説明を適用できる。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る半導体発光素子について図面を用いて詳述する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図であり、図１のＡ−Ａ’線における概略断面図である。図３は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略平面図である。
ただし、説明の便宜上、図１と図２と図３は同一縮尺ではない。半導体発光素子の平面を上面と呼ぶ。

第１の実施の形態に係る半導体発光素子１は、基板１１０の上にｎ型半導体層１２１、発光層１２２及びｐ型半導体層１２３を順に積層した半導体層１２０を備えている。半導体発光素子１０１を上面から見て、ｐ型半導体層１２３及び発光層１２２を部分的に除去してｎ型半導体層１２１を露出させている。通電時、発光部１０５は、露出されたｎ型半導体層１２１を除いてｐ型半導体層１２３が発光しているように見える。半導体発光素子１０１の上面はｎ側パッド電極１３２、ｐ側パッド電極１４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜１５０で覆われている。図２では、保護膜１５０を省略している。

半導体発光素子１は、一対のｎ側電極１３０とｐ側電極１４０とを備えている。
ｐ側電極１４０は、ｐ側パッド電極１４２と、ｐ側透光性電極１４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８、ｐ側第４延伸部１４９）と、を備えている。ｐ側透光性電極１４４はｐ型半導体層１２３上に備えられており、ｐ側透光性電極１４４はｐ側パッド電極１４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極１４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８、ｐ側第４延伸部１４９は、連続的に形成されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８は、略Ｕ字状を成している。

ｎ側電極１３０は、ｎ側パッド電極１３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７、ｎ側第３延伸部１３８）と、ｎ側透光性電極１７０と、を備えている。ｎ側パッド電極１３２は、ｎ型半導体層１２１上に備えられており、ｎ側パッド電極１３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されている。ｎ側電極１３０は、ｐ側半導体層１２３の上面に伸びて、外部電極（図示せず）と電気的に接続される。そして、ｎ側電極１３０とｐ型半導体層１２３と間には絶縁膜（図示せず）が形成されており、ｎ側電極１３０とｐ型半導体層１２３との短絡を防止している。

ｐ側パッド電極１４２を半導体発光素子１０１の外周付近に配置している。ワイヤーボンディングを行いやすくするためである。本実施形態では、矩形状の半導体発光素子１０１において、ｐ側パッド電極は半導体発光素子１０１の角部ではない一辺付近に設けているが、角部であっても構わない。ｐ側パッド電極１４２は、上面視で、ｐ側第１延伸部１４６に対して半導体発光素子１０１の側辺側に突出している。そのため、ｐ側延伸部は半導体発光素子１０１の側辺よりも内側に配置されている。ｐ側第１延伸部１４６がｐ側パッド電極１４２に対し側辺側にある場合と比較して、ｎ側第２延伸部１３７とｐ側第１延伸部１４６、ｐ側パッド電極１４２の距離が等距離となり、より発光むらを低減することができる。しかし、ｐ側パッド電極１４２を半導体発光素子１０１のやや内側に配置してもよい。例えば、半導体発光素子１０１の一辺を１とした場合、ｎ側パッド電極１３２が配置されている側と対向する一辺からｐ側パッド電極１４２の中心までは０．１５〜０．３０の位置に配置してもよい。ｐ側パッド電極１４２と最も近い半導体発光素子１０１の外周までの間も発光しているからである。

ｐ側パッド電極１４２及びｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８、ｐ側第４延伸部１４９は、ｐ型半導体層１２３上に備えたｐ側透光性電極１４４の表面の一部に形成されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８は、ｎ側電極３０をＣ字状に囲むように形成されている。ｐ側第１延伸部１４６は、ｐ側パッド電極１４２からｎ側パッド電極１３２に向かう方向に対し垂直な方向に延びており、ｐ側第２延伸部１４７はｐ側第１延伸部１４６から垂直な方向に延びており、ｐ側第３延伸部１４８はｐ側第２延伸部１４７から分岐して垂直な方向に延びている。ｐ側第１延伸部１４６とｐ側第２延伸部１４７との交点は丸みを帯びているが、直交していてもよい。ｐ側第２延伸部１４７は直線上に延びる部分と先端の湾曲状の部分とを有する。このｐ側第２延伸部１４７の先端の湾曲状はｎ側パッド電極１３２の円形状と距離を同じにするように円弧状となっていることが好ましい。ｎ側パッド電極１３２とｐ側第２延伸部１４７の先端付近の距離が等距離となり均一に発光しやすいからである。さらにｐ側第３延伸部１４８は、ｎ側第１延伸部方向１３６に向かって延びている。
ｐ側第３延伸部１４８は、ｎ側パッド電極１３２とｎ側第２延伸部１３７との間に配置される。ｐ側第３延伸部１４８は、先端から、ｐ側第２延伸部１４７と平行で、ｎ側パッド電極１３２の方向へ延びるｐ側第４延伸部１４９を備える。ｐ側第３延伸部１４８とｐ側第４延伸部１４９は略Ｌ字状となり、ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７とほぼ等距離になるように配置される。ｐ側第３延伸部１４８がｎ側パッド電極１３２よりに配置されている場合、ｐ側第４延伸部１４９はｎ側第２延伸部１３７の方向に延伸してもよい。ｐ側第４延伸部１４９は、ｎ側第１延伸部１３６との最短距離と、ｎ側第２延伸部１３７との最短距離が等しい方が好ましい。また、ｐ側第４延伸部１４９は、ｐ側第２延伸部１４７ともほぼ等距離になるように配置する。すなわち、ｐ側第４延伸部１４９が、ｎ側第１延伸部１３６とｐ側第２延伸部との中間に位置する。これにより、ｎ側第１延伸部１３６と対向するｐ側第４延伸部１４９の面積が増え、またｎ側第１延伸部１３６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第４延伸部１４９間の距離が等しくなるため、これらの間の電流をさらに均一に拡散させることができる。また、ｎ側パッド電極１３２付近では電流密度が大きいため、ｐ側第４延伸部１４９とｎ側パッド電極１３２との距離は、ｐ側第４延伸部１４９とｎ側第２延伸部１３７との距離よりも長い方が好ましい。

半導体発光素子１０１を上面から見て、ｐ側延伸部は、ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８へと枝分かれしていくに従って、幅が細くなることが好ましい。ｐ側延伸部が枝分かれして細くなると流れる電流も小さくなるためである。これにより、Ｖｆが低減できる。また、ｐ側延伸部の面積が減るので発光面積を拡大することができる。

ｐ側電極１４０とｐ型半導体層１２３の間には絶縁層１８０を設けることもできる。特に、絶縁層１８０は、ｐ側透光性電極１４４とｐ型半導体層１２３の間であって、ｐ側パッド電極１４２とｐ側延伸部の形状に沿って、ｐ側パッド電極１４２とｐ側延伸部よりも幅広に形成されることが好ましい。これによりｐ側パッド電極１４２周辺への過度な電流集中を緩和することができる。

また、ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７は半導体発光素子１０１の外周に配置されていることが好ましい。これにより発光面積を広くとることができ、半導体発光素子１０１の外周が暗くなるのを抑制することができる。

ｎ側パッド電極１３２は、発光する領域内に孤立して形成される。ｐ型半導体層１２３及び発光層１２２を上面から見て円形状にエッチングしている。半導体発光素子１０１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極１４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極１３２の中心までは０．２０〜０．３５の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極１３２の中心とｐ側パッド電極１４２の中心との距離は０．７５〜０．６０離れている。より好ましくは、半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極１４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極１３２の中心までは０．２５〜０．３０の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極１３２の中心とｐ側パッド電極１４２の中心との距離は０．６５〜０．６０離れている。

ｎ側パッド電極１３２及びｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７、ｎ側第３延伸部１３８は、ｎ型半導体層１２１上に備えたｎ側透光性電極１７０の表面の一部に形成されている。ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７は、Ｔ字状に形成されている。ｎ側第１延伸部１３６は、ｎ側パッド電極１３２からｐ側パッド電極１４２に向かって直線上に延びている。ｎ側第２延伸部１３７はｎ側第１延伸部１３６から垂直な方向に延びている。
ｎ側第１延伸部１３６とｐ側第２延伸部１４７は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部１３７とｐ側第１延伸部１４６は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部１３７とｐ側第３延伸部１４８は平行な部分を有している。
本実施形態において、ｎ側第２延伸部１３７は、ｐ側第１延伸部１４６と平行に配置、すなわち、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して垂直に配置されているが、これに限らず、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して角度を有して配置されていてもよい。また、ｎ側第２延伸部１３７は曲部を有していてもよい。

ｎ側第２延伸部１３７の長さはｐ側パッド電極１４２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。また、ｎ側第２延伸部１３７の長さはｎ側パッド電極１３２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。ここで、電流せき止め効果について説明する。ｎ側第２延伸部１３７がないと、ｎ側第１延伸部１３６がｐ側パッド電極１４２方向に延びているのみとなる。そうすると、ｎ側延伸部からｐ側パッド電極１４２方向へ向かう電流は、ｎ側第１延伸部１３６の先端に集中することになり、ｎ側第１延伸部１３６とｐ側パッド電極１４２との間で直線的に電流が集中する。しかし、ｎ側第２延伸部１３７がある場合、電流はｎ側第１延伸部１３６からｎ側第２延伸部１３７へ広がってｐ側パッド電極１４２へ向かうため、電流が均一に拡散される。

ｎ側第３延伸部１３８は、ｎ側パッド電極１３２からｎ側第１延伸部１３６とは異なってｐ側第２延伸部１４７の方向に延びている。特に、ｐ側第２延伸部１４７に対して垂直に延びることが好ましい。これにより、ｐ側第２延伸部１４７とｎ側パッド電極１３２との距離を縮めることができるため、ｎ側パッド電極の大きさの比率を小さくすることができる。したがって、ｎ側パッド電極１３２はｐ側パッド電極１４２と同等若しくは小さくすることもできる。ｎ側パッド電極１３２が縮小された分、発光部１０５が拡大し発光効率が向上する。また、ｎ側パッド電極１３２を挟んで直線方向に延びる２つのｎ側第３延伸部１３８の両端までの長さは、ｎ側第２延伸部１３７の長さと等しいことが好ましい。これによりｎ側第３延伸部１３８とｐ側第２延伸部１４７、ｎ側第２延伸部１３７とｐ側第２延伸部１４７の距離が等しくなり、発光むらを低減することができる。

ｐ側第２延伸部１４７の先端部分とｎ側パッド電極１３２との距離は等距離であることが好ましい。ｐ側第２延伸部１４７の直線部分とｎ側第１延伸部１３６との距離も等距離であることが好ましい。また、ｐ側第２延伸部１４７の先端部分及び直線部分とｐ側第３延伸部１４８で囲まれた部分とｎ側パッド電極１３２との距離は等距離であってもよいが、ｎ側第１延伸部１３６があるため、ｐ側第２延伸部１４７の先端方向（ｐ側パッド電極１４２と離れる方向）にずれていることが好ましい。ｐ側パッド電極１４２とｎ側第２延伸部１３７との最短距離は、ｐ側第２延伸部１４７の直線部分とｎ側第２延伸部１３７との最短距離よりも広いことが好ましい。電流集中を抑制することができるからである。ｎ側第２延伸部１３７の長さはｐ側第１延伸部１４６の長さの半分であることが好ましく、ｐ側第３延伸部１４８の長さはｐ側第１延伸部１４６の長さの半分であることが好ましい。ｎ側第２延伸部１３７とｐ側第２延伸部１４７との距離と、ｐ側第３延伸部１４８とｎ側第１延伸部１３６との距離が等しくなることが好ましい。
ｎ側第２延伸部は、ｎ側パッド電極とｐ側パッド電極との中間地点よりも、ｐ側パッド電極よりに配置されるのが好ましい。ｎパッド電極からより遠くへ電流を拡散させるためである。

半導体発光素子１１０１に示すように、一対のｎ側電極１１３０とｐ側電極１１４０は２つ以上用いることもできる。２つのｐ側電極１１４０を別々に形成しても良いが、ｐ側第２延伸部１１４７を共通にしてｐ側電極１１４０を連結することが好ましい。このときｐ側第２延伸部１１４７の先端はそれぞれに対応するｎ側パッド電極１１３２と等距離となるように分岐していることが好ましい。

また、２つのｐ側パッド電極１１４２を有することで上面から見たとき半導体発光素子１１０１を略正方形にすることができる。このとき２つのｐ側パッド電極１１４２の間のｐ側第２延伸部１１４７を共通にすることでｐ側第２延伸部１１４７を３本としている。これにより発光むらを低減することができる。これはｐ側第２延伸部１１４７を４本とした場合、内側２本の間が暗くなるためである。
次に、各構成部材について詳述する。

（基板１０）
基板は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるのに適した材料から形成される。窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した基板としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａ１_２Ｏ_３）やスピネル（ＭｇＡ_１２Ｏ_４）のような絶縁性基板、またＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド；ＬｉＮｂＯ_３、ＮｄＧａＯ_３等の酸化物基板、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、半導体成長面がオフアングルした基板、或いは凹凸構造が設けられた基板であってもよい。なお、基板は、最終的に除去することもできる。さらに、透光性を有する基板であれば、半導体素子構造を積層した主面に対向するもう一方の主面側を光取り出し面とすることも可能である。

（半導体層２０）
半導体発光素子を構成する発光部としては、いわゆる発光ダイオード、レーザーダイオードなどが好適である。発光部の形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形又はこれに近い形状のものを利用することができる。特に、三角形、四角形、六角形などの形状であると、半導体発光素子を形成する際に、複数の発光部を緻密に配置できるので好ましい。

発光部の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合等のホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体発光層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造、多重量子井戸構造としてもよい。発光層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる半導体発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、発光層にドープする不純物の種類を変化させる等によって、紫外領域から赤外領域まで変化させることができる。

発光部に含まれるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層２３は、例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体から形成することができる。特に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層は、窒化物半導体から形成するのが好ましい。

窒化物半導体から成る発光部の具体例としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｎ側クラッド層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｐ側クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を含むことができる。

（ｎ側電極３０、ｐ側電極４０（以下、特に指摘なければ「電極」と呼ぶ））
ｎ側電極はパッド電極と延伸部とにより構成され、ｐ側電極はパッド電極、透光性電極、延伸部とにより構成される。各延伸部は対応するパッド電極と電気的に接続される。よって、延伸部が低抵抗な状態で接続できるように、電極の材料が選択される。電極を積層構造で設ける場合、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせとすることができる。具体的な一例として、窒化物半導体層やｐ側透光性電極４４と接続する側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどを用いて構成することができる。

発光部上のｐ型半導体層に設けられるｐ側透光性電極は、ｐ型半導体層の全面に設けられることが好ましい。発光層からの光は、このｐ側透光性電極を通って外部に放出される。そのため、ｐ側透光性電極には、特に、発光層で発生する光の波長域における光透過率が大きい材料が好適に用いられる。例えば、ｐ側透光性電極としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｗ、Ｔｉから選択される少なくとも１種を含む導電性の酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２及びこれらの複合酸化物が挙げられる。

（保護膜５０）
保護膜は、ｎ側パッド電極、ｐ側パッド電極の上面の一部を除いて、発光部の全面を覆っている。保護膜の材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２などの単層膜または多層膜を用いることができる。保護膜を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。

（メタライズ６０）
半導体発光素子の裏面にはメタライズを施している。半導体層から放出された光を上面側に効率よく反射させるためである。メタライズは基板の全面に反射率の高い材料を設けることが好ましい。メタライズの材料はＡｌ、Ａｇなどである。

＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る半導体発光素子２０１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１０１と、ｐ側第４延伸部１４９の形状が異なる以外はほぼ同じである。図４は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。

第２の実施の形態に係る半導体発光素子２０１は、基板２１０の上にｎ型半導体層２２１、発光層２２２及びｐ型半導体層２２３を順に積層した半導体層２２０を備えている。半導体発光素子２０１を上面から見て、ｐ型半導体層２２３及び発光層２２２を部分的に除去してｎ型半導体層２２１を露出させている。通電時、発光部２０５は、露出されたｎ型半導体層２２１を除いてｐ型半導体層２２３が発光しているように見える。半導体発光素子２０１の上面はｎ側パッド電極２３２、ｐ側パッド電極２４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜２５０で覆われている。

半導体発光素子２０１は、一対のｎ側電極２３０とｐ側電極２４０とを備えている。
ｐ側電極２４０は、ｐ側パッド電極２４２と、ｐ側透光性電極２４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部２４６、ｐ側第２延伸部２４７、ｐ側第３延伸部２４８、ｐ側第４延伸部２４９）と、を備えている。ｐ側透光性電極２４４はｐ型半導体層２２３上に備えられており、ｐ側透光性電極２４４はｐ側パッド電極２４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極２４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部２４６、ｐ側第２延伸部２４７，ｐ側第３延伸部２４８、ｐ側第４延伸部２４９は、連続的に形成されている。ｐ側第１延伸部２４６、ｐ側第２延伸部２４７，ｐ側第３延伸部２４８は、略Ｕ字状を成している。ｐ側第２延伸部２４７の先端はｎ側パッド電極２３２と等間隔となるように円弧状となっている。

ｐ側第３延伸部２４８はｐ側第２延伸部２４７から垂直な方向に伸びており、さらにその先端からｐ側第２延伸部２４７と平行な方向へ延びるｐ側第４延伸部２４９を備える。そしてｐ側第３延伸部２４８とｐ側第４延伸部２４９は、ｎ側第１延伸部２３６、ｎ側第２延伸部２３７とほぼ等距離になるように略Ｔ字状に配置されることが好ましい。これにより、略Ｌ字状のときよりも、ｎ側第１延伸部２３６と対向するｐ側第４延伸部２４９の面積が増え、これらの間の電流をさらに拡散させることができる。ｐ側第３延伸部２４８、ｐ側第４延伸部２４９がＴ字状の場合、ｐ側第３延伸部２４８がｎ側パッド電極２３２寄りに配置されても、ｐ側第４延伸部２４９の長さを長くすればｎ側第１延伸部２３６、ｎ側第２延伸部２３７との対向面積や距離を調整することができる。そのため、例えば半導体発光素子が大きくなり、ｎ側パッド電極２３２とｐ側パッド電極２４２の距離が離れてｎ側第１延伸部２３６の長さが長くなっても、Ｔ字形状の調節により効果的な電流拡散を奏するので、好適に利用できる。

実施例１及び２に係る半導体発光素子は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１０１に基づいている。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。図４は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図５〜１４は、それぞれ実施例１〜１０に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図１５〜１８は、それぞれ比較例１〜４に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図５乃至１８は有限要素法によりｎ側第２延伸部、ｎ側第３延伸部、ｐ側第４延伸部の効果を比較した結果である。実施例に係る半導体発光素子について説明するに際し、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１０１と同一のところは説明を省略することもある。

実施例１に係る半導体発光素子１０１は、基板１１０の上にｎ型半導体層１２１、発光層１２２及びｐ型半導体層１２３を順に積層した半導体層１２０を備えている。半導体発光素子１０１を上面から見て、ｐ型半導体層１２３及び発光層１２２を部分的に除去してｎ型半導体層１２１を露出させている。半導体発光素子１０１の上面はｎ側パッド電極１３２、ｐ側パッド電極１４２の一部を除いて保護膜１５０で覆われている。

半導体発光素子１０１は、一対のｎ側電極１３０とｐ側電極１４０とを１つ備えている。
ｐ側電極１４０は、ｐ側パッド電極１４２と、ｐ側透光性電極１４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８、ｐ側第４延伸部１４９）と、を備えている。ｐ側透光性電極１４４はｐ型半導体層１２３上に備えられており、ｐ側透光性電極１４４はｐ側パッド電極１４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極１４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８、ｐ側第４延伸部１４９は、連続的に形成されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８は、略Ｕ字状を成している。ｐ側第３延伸部１４８は、先端から、ｐ側第２延伸部１４７と平行で、ｎ側パッド電極１３２の方向へ延びるｐ側第４延伸部１４９を有している。ｐ側第３延伸部１４８とｐ側第４延伸部１４９は略Ｌ字状で、ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７とほぼ等距離になるように配置される。ｐ側透光性電極１４４とｐ型半導体層１２３の間には絶縁層１８０が設けられている。絶縁層１８０は、ｐ側パッド電極１４２とｐ側延伸部の形状に沿って、ｐ側パッド電極１４２とｐ側延伸部よりも幅広に形成されている。
ｎ側電極１３０は、ｎ側パッド電極１３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７、ｎ側第３延伸部１３８）と、ｎ側透光性電極１７０と、を備えている。ｎ側パッド電極１３２は、ｎ型半導体層１２１上に備えられており、ｎ側パッド電極１３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部１３６、ｎ側第２延伸部１３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されている。ｎ側第３延伸部１３８は、ｎ側パッド電極１３２からｎ側第１延伸部１３６とは異なってｐ側第２延伸部１４７の方向に延びている。

基板１１０にはサファイアを用いる。ｎ型半導体層１２１が形成される側のサファイアの上面は凹凸加工がなされている。ｎ型半導体層１２１、発光層１２２及びｐ型半導体層１２３は窒化物半導体が積層されている。主波長は４５５ｎｍである。半導体発光素子１０１の大きさは９００μｍ×６００μｍ×１２０μｍである。
ｎ側パッド電極１３２とｐ側パッド電極は直径９０μｍである。ｎ側パッド電極１３２及びｐ側パッド電極１４２はＴｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｕを含む積層構造であり、ｐ側透光性電極１４４はＩＴＯである。保護膜１５０はＳｉＯ_２を用い２００ｎｍで被覆している。

実施例２，３は、ｎ側第２延伸部１３７の形状が異なる以外は、実質的に実施例１の半導体発光素子１０１と同様である。実施例２は、ｎ側第１延伸部から延伸するｎ側第２延伸部が、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して角度を有して配置されており、かつ曲部を有している。つまり、略Ｃ字状となっている。実施例３は、ｎ側第１延伸部から延伸するｎ側第２延伸部が、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して角度を有して直線的に延伸するように配置されており、略Ｙ字状となっている。実施例４は、ｎ側第３延伸部１３８を、実施例５は、ｎ側第２延伸部１３７を、それぞれ有していない以外は、実質的に実施例１の半導体発光素子１０１と同様である。

実施例６は、ｐ側第４延伸部２４９の形状と半導体発光素子２０１の大きさが異なる以外は、実質的に実施例１の半導体発光素子１０１と同様である。主波長は４５５ｎｍで、半導体発光素子２０１の大きさは１０００μｍ×５００μｍ×１２０μｍである。実施例４は、ｐ側第３延伸部２４８、ｐ側第４延伸部２４９が連続的に形成されてＴ字状になっている。

実施例７、８は、ｎ側第２延伸部２３７の形状が異なる以外は、実質的に実施例６の半導体発光素子２０１と同様である。実施例７は、ｎ側第１延伸部から延伸するｎ側第２延伸部が、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して角度を有して配置されており、かつ曲部を有している。つまり、略Ｃ字状となっている。実施例８は、ｎ側第１延伸部から延伸するｎ側第２延伸部が、ｎ側パッド電極の中心とｐ側パッド電極の中心とを結ぶ直線に対して角度を有して直線的に延伸するように配置されており、略Ｙ字状となっている。実施例９は、ｎ側第３延伸部２３８を、実施例１０は、ｎ側第２延伸部２３７を、それぞれ有していない以外は、実質的に実施例６の半導体発光素子２０１と同様である。

比較例１は、ｐ側第４延伸部１４９を、そして比較例２は、ｎ側第３延伸部１３８と、ｎ側第２延伸部１３７と、ｐ側第４延伸部１４９と、を有していない以外は実施例１と同様の構成を採る。また、比較例３は、ｐ側第４延伸部２４９を、そして比較例４は、ｎ側第３延伸部２３８と、ｎ側第２延伸部２３７と、ｐ側第４延伸部２４９と、を有していない以外は実施例６と同様の構成を採る。

以上の構成にすることにより、ｎ側第１延伸部において、実施例１〜１０のｐ側第４延伸部を設けたものの方が、比較例１〜４のｐ側第４延伸部を設けないものよりも電流拡散効果を有している。さらに、実施例１〜３、６〜８のようにｎ側第２延伸部、ｎ側第３延伸部、ｐ側第４延伸部を設けた方が、半導体発光素子全体において電流拡散効果を有し、より電流密度分布が均一となる。特にｎ側パッド電極、ｎ側第１延伸部、ｐ側パッド電極の周囲の電流密度分布が均一となっている。さらにまた、実施例２、３、７、８のように、ｎ側第２延伸部がｐ側第１延伸部に対して平行配置されていない場合であっても電流密度は均一であるが、実施例１、６のように平行配置であるとより好ましい。
つまり、実施例１、６の構成にすることで、ｎ側第１延伸部１３６、２３６に平行なｐ側第４延伸部１４９、２４９により、ｎ側第１延伸部１３６、２３６と対向する面積が増え、これらの間の電流密度分布が均一となっている。また、実施例１〜１０の結果から、ｎ側第３延伸部１３８、２３８を備えることで、ｎ側パッド電極とｐ側第２延伸部１４７、２４７との距離を近づけることができ、電流密度分布の均一化を図ることができた。さらに、ｐ側パッド電極１４２、２４２がｐ側第１延伸部１４６、２４６よりも半導体発光素子１０１、２０１の側辺側にあり、ｐ側第１延伸部１４６、２４６がｎ側第２延伸部１３７、２３７に対向して平行に配置されることにより、ｎ側第２延伸部１３７、２３７とｐ側第１延伸部１４６、２４６との間も電流密度分布が均一化されていることがわかった。

本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。

１０１、２０１、１１０１ 半導体発光素子
１０５、２０５、１１０５ 発光部
１１０、２１０、１１１０ 基板
１２０、２２０、１１２０ 半導体層
１２１、２２１、１１２１ ｎ型半導体層
１２２、２２２、１１２２ 発光層
１２３、２２３、１１２３ ｐ型半導体層
１３０、２３０、１１３０ ｎ側電極
１３２、２３２、１１３２ ｎ側パッド電極
１３６、２３６、１１３６ ｎ側第１延伸部
１３７、２３７、１１３７ ｎ側第２延伸部
１３８、２３８、１１３８ ｎ側第３延伸部
１４０、２４０、１１４０ ｐ側電極
１４２、２４２、１１４２ ｐ側パッド電極
１４４、２４４、１１４４ ｐ側透光性電極
１４６、２４６、１１４６ ｐ側第１延伸部
１４７、２４７、１１４７ ｐ側第２延伸部
１４８、２４８、１１４８ ｐ側第３延伸部
１４９、２４９、１１４９ ｐ側第４延伸部
１５０、２５０、１１５０ 保護膜
１７０、２７０、１１７０ ｎ側透光性電極
１８０、２８０、１１８０ 絶縁層

Claims (8)

1. ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、
   前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、
   前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、
   前記半導体発光素子を上面から見て、
   前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、
   前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極と、前記ｐ側パッド電極方向に延びるｎ側第１延伸部と、を有し、
   前記ｐ側延伸部は、前記ｐ側パッド電極から延伸するｐ側第１延伸部と、前記ｐ側第１延伸部から延伸するｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第２延伸部から分岐して延伸するｐ側第３延伸部と、前記ｐ側第３延伸部から延伸するｐ側第４延伸部と、を備え、
   前記ｐ側第２延伸部と、前記ｐ側第４延伸部と、前記ｎ側第１延伸部とが互いに平行な部分を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記ｎ側電極は、前記ｎ側第１延伸部と電気的に接続されるｎ側第２延伸部を有していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第２延伸部は、前記ｐ側第１延伸部と平行な部分を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側第４延伸部は、前記ｎ側第１延伸部と前記ｎ側第２延伸部と最短距離が等しいことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
5. 前記ｎ側パッド電極は、ｎ側第３延伸部を有しており、
   前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第３延伸部は、前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側第２延伸部との最短距離を結ぶ方向に向かって延びていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
6. 前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側第２延伸部は、前記ｐ側第１延伸部と等距離であることを特徴とする請求項２乃至４に記載の半導体発光素子。
7. 前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極と前記ｐ側パッド電極は、同じ大きさであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
8. 前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側パッド電極が前記ｐ側第１延伸部よりも前記半導体発光素子の側辺側に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。