JP2013168444A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発光素子100では、複数のpドット電極PDおよび複数のnドット電極NDが半導体層20の発光面に対して離散して配置されている。pドット電極PDが3列に、nドット電極NDが2列に、それぞれ配置されている。pドット電極PL12と、nドット電極NL12との間のドット電極間距離をa1とする。pドット電極PC11と、nドット電極NL12との間のドット電極間距離をb1とする。内側のドット電極間距離b1は、外側のドット電極間距離a1より広い。
【選択図】図3
Description
本実施例に係る半導体発光素子について説明する。図1は、本実施例の発光素子100を光取り出し面の側から見た平面図である。ただし、電極構造の理解のため、各電極および配線が見えるように描いてある。発光素子100は、フェイスアップ型の発光素子である。そして、p型層側にある光取り出し面の側にpパッド電極PXおよびnパッド電極NXが設けられている。つまり、pパッド電極PXおよびnパッド電極NXは、p型層の側の表面に露出するように配置されている。
2−1.ドット電極の配置位置
図3は、pドット電極PDおよびnドット電極NDの平面的な配置を示す図である。図3に示すように、列L1、L2、L3、L4、L5は互いに平行である。列L3は、発光素子100を2等分する位置に配置されている。図3には、発光素子100の発光面における中央には、点Oが描かれている。これは、仮想的に描いたものであり、発光素子100に点Oが設けられているわけではない。
ここで、ドット電極間距離について説明する。本実施例でドット電極間距離とは、異なる極性のドット電極同士の間の距離、すなわち、最近接電極間距離である。つまり、p補助電極の離散電極部(各pドット電極PD)と、その離散電極部に最近接したn補助電極の離散電極部(各nドット電極ND)との間の距離である。
ここで、列間距離について説明する。列L1は、点Oから最も離れた第1の列である。列L2は、点Oから列L2の次に離れた第2の列である。列L3は、点Oから最も近い第3の列である。列L2は、点Oから列L3の次に近い第4の列でもある。つまり、列L2は、第2の列と、第4の列とを兼ねている。
3−1.電流密度
発光素子100の発光傾向は、発光面における電流の密度の分布に依存する。そこでまず、電流密度について説明する。ここで、nドット電極NL11とpドット電極PC11との間の電流路を例に挙げて説明する。電子は、nドット電極NL11からn型コンタクト層に注入されて、n型コンタクト層で横方向(発光面方向)に拡散しつつ、その一部が、縦方向(発光面に垂直な方向)に流れる。つまり、縦方向に流れる電子は、発光層と、p型コンタクト層と、導電性透明膜40とを経由してpドット電極PC11に至る。
一方、従来の半導体発光素子では、発光素子の中央部が明るく、中央部に比べて周辺部が暗い。それは、発光素子に流れる電流が中央部に集中して、周辺部には流れにくい傾向があるからである。この傾向は、発光層の発光面内に電流が十分に拡散することが困難であるために生じる。そのため、ドット電極により周辺部にも電流を流れるような技術が開発されてきている。しかし、全体として、中央付近に電流が集中しやすい傾向は依然としてある。
したがって、周辺部で電流を流れやすくすることで、発光面内でほぼ均一の発光傾向を実現させることができる。つまり、本実施例の発光素子100では、周辺部で電流を流れやすくすることにより、発光面内の中央部での発光出力を周辺部での発光出力と同程度とするのである。
発光素子100の発光傾向の制御については、各ドット電極を配置する位置を設定することにより、行うことができる。そして、そのドット電極間距離を調整することにより、電気抵抗を調整することができるからである。電極間距離を適当に選ぶことで、発光層での面内電流密度の均一化を図ることができるのである。
4−1.実験方法
続いて、本実施例の発光素子100について行った実験について説明する。この実験では、図3のドット電極間距離a1、b1を変えて、発光素子100の明るさ等を測定した。
A = a1×cos(θ1)
B = b1×cos(θ2)
ここで、角度θ1は、nドット電極NL12およびpドット電極PL12を結ぶ線と、線L6とのなす角の角度である。角度θ2は、nドット電極NL12およびpドット電極PC11を結ぶ線と、線L6とのなす角の角度である。線L6は、pドット電極PC11と、pドット電極PL12とを通る線である。
列間距離の比 ドット電極間距離の比
B/A b1/a1
1 1.00
1.4 1.27
2 1.61
表1は、電極間距離の比b1/a1を変えた場合における発光強度の比を示すものである。表1に示すように、B/Aを1.4としたときには、強度比(Y/X)は1に近い。すなわち、箇所Xでの発光強度と箇所Yでの発光強度とがほぼ等しい。
B/A b1/a1 強度比(Y/X)
1 1.00 1.14
1.4 1.27 0.97
2 1.61 0.81
1.05 ≦ b1/a1 ≦ 1.45
これは、図5で図Z1で示す範囲である。このとき、発光面内でやや均一に発光している。
1.15 ≦ b1/a1 ≦ 1.35
これは、図5で図Z2で示す範囲である。このとき、発光面内でかなり均一に発光している。
表2は、電極間距離の比b1/a1を変えた場合における全放射束Poを示すものである。表2に示すように、ドット電極間距離の比(b1/a1)が1.00のときには、全放射束Poは144.9mWであった。ドット電極間距離の比(b1/a1)が1.27のときには、全放射束Poは146.7mWであった。ドット電極間距離の比(b1/a1)が1.61のときには、全放射束Poは146.2mWであった。
B/A b1/a1 全放射束Po(mW)
1 1.00 144.9
1.4 1.27 146.7
2 1.61 146.2
以上詳細に説明したように、本形態の発光素子100では、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、ドット電極間距離が狭い。つまり、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、電極密度は高い。逆に、発光面の中央の点Oに近いほど、ドット電極間距離は広い。つまり、発光面の中央の点Oに近いほど、電極密度は低い。そのため、発光面の周辺部での電極間の電気抵抗が中央部での電極間の電気抵抗より小さい。これにより、発光面内で輝度の均一化を図った発光素子100が実現されている。
図7は、図6に示した発光素子200のJ2−J2断面での断面構造を模式的に示した図である。発光素子200は、サファイア基板10と、半導体層20と、導電性透明膜40と、絶縁層50、60と、p配線PKと、pパッド電極PXと、nドット電極NDと、n配線NKと、nパッド電極NXと、を有している。
続いて、ドット電極の配置されている位置について説明する。nドット電極NL11、NL12、NL13は、p配線PK21よりもp配線PK22に近い位置に配置されている。nドット電極NR11、NR12、NR13についても、同様に、p配線PK21よりもp配線PK23に近い位置に配置されている。
a2 < b2 ………(1)
本実施例における最近接電極間距離とは、nドット電極とp配線との間の距離である。式(1)に示すように、発光素子200の中央の点Oから遠い位置ほど、最近接電極間距離は小さい。つまり、発光素子200の中央の点Oから遠い位置ほど、電極密度は大きい。一方、発光素子200の中央の点Oから近い位置ほど、最近接電極間距離は大きい。つまり、発光素子200の中央の点Oから近い位置ほど、電極密度は小さい。
以上詳細に説明したように、本形態の発光素子200では、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、ドット電極間距離が狭い。つまり、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、電極密度は高い。逆に、発光面の中央の点Oに近いほど、ドット電極間距離は広い。つまり、発光面の中央の点Oに近いほど、電極密度は低い。そのため、発光面の周辺部での電極間の電気抵抗が中央部での電極間の電気抵抗より小さい。これにより、発光面内で輝度の均一化を図った発光素子200が実現されている。
図9は、図8に示した発光素子300のJ3−J3断面での断面構造を模式的に示した図である。発光素子300の具体的な断面を示したものではなく、あくまで概念的なものである。発光素子300は、サファイア基板10と、半導体層20と、導電性透明膜40と、絶縁層50、60と、pドット電極PDと、p配線PKと、pパッド電極PXと、n配線NKと、nパッド電極NXと、を有している。
続いて、ドット電極の配置されている位置について説明する。pドット電極PL12と、n配線NK31との間の距離は、a3である。pドット電極PL13と、n配線NK31との間の距離は、a3である。
a3 < b3 ………(2)
本実施例における最近接電極間距離とは、pドット電極とn配線との間の距離である。式(2)に示すように、発光素子300の中央の点Oから遠い位置ほど、最近接電極間距離は小さい。つまり、発光素子300の中央の点Oから遠い位置ほど、電極密度は大きい。一方、発光素子300の中央の点Oから近い位置ほど、最近接電極間距離は大きい。つまり、発光素子300の中央の点Oから近い位置ほど、電極密度は小さい。
以上詳細に説明したように、本形態の発光素子300では、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、ドット電極間距離が狭い。つまり、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、電極密度は高い。逆に、発光面の中央の点Oに近いほど、ドット電極間距離は広い。つまり、発光面の中央の点Oに近いほど、電極密度は低い。そのため、発光面の周辺部での電極間の電気抵抗が中央部での電極間の電気抵抗より小さい。これにより、発光面内で輝度の均一化を図った発光素子300が実現されている。
図11は、本実施例の発光素子400のJ4−J4断面での断面構造を模式的に示した図である。発光素子400は、サファイア基板10と、半導体層20と、反射膜440と、絶縁層50、60と、pパッド電極PXと、nドット電極NDと、n配線NKと、nパッド電極NXと、を有している。
続いて、ドット電極の配置されている位置について説明する。発光素子400では、複数のnドット電極NDが離散的に配置されている。図12に示すように、線L41上にnドット電極NDが4個配置されている。線L42上には、nドット電極NDが3個配置されている。線L43上には、nドット電極NDが4個配置されている。そして、線L41と線L42との間の間隔は、A4である。線L42と線L43との間の間隔は、B4である。そして、外側の間隔A4は、内側の間隔B4に比べて小さい。
a4 < b4 ………(3)
ただし、本実施例における最近接電極間距離とは、nドット電極同士、すなわち、極性の同じ電極間同士の間の距離である。式(3)に示すように、発光素子400の中央の点Oから遠い位置ほど、最近接電極間距離は小さい。つまり、発光素子400の中央の点Oから遠い位置ほど、電極密度は大きい。一方、発光素子400の中央の点Oから近い位置ほど、最近接電極間距離は大きい。つまり、発光素子400の中央の点Oから近い位置ほど、電極密度は小さい。
以上詳細に説明したように、本形態の発光素子400では、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、ドット電極間距離が狭い。つまり、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、電極密度は高い。逆に、発光面の中央の点Oに近いほど、ドット電極間距離は広い。つまり、発光面の中央の点Oに近いほど、電極密度は低い。これにより、発光面内で輝度の均一化を図った発光素子400が実現されている。
図13に示すように、nドット電極NL51、NL53、NR51、NR53は、それぞれ、発光素子100のnドット電極NL11、NL13、NR11、NR13の配置位置と異なっている。nドット電極NL51、NL53、NR51、NR53はそれぞれ、外側、すなわち点Oから遠ざかる向きの列方向に移動している。
発光素子500のpドット電極PL12、PL13、PR12、PR13のそれぞれを、列方向に沿って外側にずらして配置することとしてもよい。その場合、中央の点Oから遠いほど電極密度が高い傾向が、より強いこととなる。
以上詳細に説明したように、本形態の発光素子500では、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、ドット電極間距離が狭い。つまり、発光面の中央の点Oから遠ざかるほど、電極密度は高い。逆に、発光面の中央の点Oに近いほど、ドット電極間距離は広い。つまり、発光面の中央の点Oに近いほど、電極密度は低い。そのため、発光面の周辺部での電極間の電気抵抗が中央部での電極間の電気抵抗より小さい。これにより、発光面内で輝度の均一化を図った発光素子500が実現されている。
20…半導体層
40…導電性透明膜
50、60…絶縁層
100、200、300、400、500…発光素子
PL11、PL12、PL13、PL14、PR11、PR12、PR13、PR14、PC11、PC12、PL21、PR21、PC21、PD…pドット電極
PK、PK1、PK2、PK3…p配線
PX…pパッド電極
NL11、NL12、NL13、NR11、NR12、NR13、NL31、NR31、NC41、NC42、NR41、NR42、NL51、NL52、NR51、NR52、ND…nドット電極
NK、NK1、NK2…n配線
NX…nパッド電極
Claims (10)
- 第1導電型半導体層と、発光層と、第2導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層と電気的に接続されている第1極性の導電部と、
前記第2導電型半導体層と電気的に接続されている第2極性の導電部と、
を有する半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部と前記第2極性の導電部との少なくとも一方は、
発光面に対して離散して配置されている複数の離散電極部を有し、
前記離散電極部は、
発光面の中心点に近い位置ほど疎であり、
発光面の中心点から遠い位置ほど密であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項1に記載の半導体発光素子において、
第1の離散電極部と、前記第1の離散電極部より中心点から遠い位置に位置する第2の離散電極部とを有し、
第2の離散電極部のうちには、
前記第1の離散電極部の第1の最近接電極間距離よりも小さい第2の最近接電極間距離を有するものが存在し、
前記最近接電極間距離は、
前記離散電極部と、その離散電極部から最も近い前記第1極性の導電部またはその離散電極部から最も近い前記第2極性の導電部との間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項2に記載の半導体発光素子において、
前記最近接電極間距離は、
第1極性の離散電極部と、前記第2極性の導電部との間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項3に記載の半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部および前記第2極性の導電部のいずれもが複数の前記離散電極部を有し、
前記最近接電極間距離は、
前記第1極性の導電部の離散電極部と、前記第2極性の導電部の離散電極部との間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項3に記載の半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部のみが複数の前記離散電極部を有し、
前記最近接電極間距離は、
前記第1極性の導電部の離散電極部と、前記第2極性の導電部との間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項4に記載の半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部は、
前記第1極性の離散電極部同士を電気的に接続する第1極性の串歯配線部を有し、
前記第2極性の導電部は、
前記第2極性の離散電極部同士を電気的に接続する第2極性の串歯配線部を有すること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項5に記載の半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部は、
複数の前記離散電極部を電気的に接続する串歯状の第1極性の串歯配線部を有し、
前記第2極性の導電部は、
串歯状の第2極性の串歯電極部を有し、
前記最近接電極間距離は、
前記第1極性の串歯配線部に接続されている第1極性の離散電極部と、前記第2極性の串歯電極部との間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項6に記載の半導体発光素子において、
発光面の中心点から最も遠い第1の列に位置している前記離散電極部と、発光面の中心点から前記第1の列の次に遠い第2の列に位置している前記離散電極部との間の前記最近接電極間距離aに対する、
発光面の中心点から最も近い第3の列に位置している前記離散電極部と、発光面の中心点から前記第3の列の次に近い第4の列に位置している前記離散電極部との間の前記最近接電極間距離bの比b/aが、
1.05以上1.45以下の範囲内にあること、
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項8に記載の半導体発光素子において、
前記最近接電極間距離aに対する前記最近接電極間距離bの比b/aが、
1.15以上1.35以下の範囲内にあること、
を特徴とする半導体発光素子。 - 請求項2に記載の半導体発光素子において、
前記第1極性の導電部は、
前記第1極性の前記離散電極部を有し、
前記最近接電極間距離は、
前記第1極性の前記離散電極部同士の間の距離であること
を特徴とする半導体発光素子。
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