JP2013187332A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、第1導電形の第1半導体層と、第2導電形の第2半導体層と、発光層と、ボンディングパッドと、細線電極と、第1絶縁層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記発光層は、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前記第1半導体層と接する。前記細線電極は、前記第1半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられる。前記細線電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接続される。前記細線電極は、前記第1半導体層とオーミック接触する第1部分と、前記第1部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する第2部分と、を有する。前記第1絶縁層は、前記第2部分と前記第1半導体層との間に設けられる。
【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(a)及び図1(b)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図である。
図1(a)は、図1(b)のA1−A2線断面図である。図1(b)は、平面図である。
図1(a)及び図2(b)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子110は、第1半導体層10と、第2半導体層20と、発光層30と、ボンディングパッド41と、細線電極42と、第1絶縁層45と、を含む。
このため、図1(b)に表したように、発光領域30rは、例えば、第1部分42aと第2部分42bとの境界を中心とする一定の面積の領域となる。
図2に表したように、参考例の半導体発光素子119においては、半導体発光素子110における第1絶縁層45が、ボンディングパッド41と第1半導体層10との間に設けられているが、細線電極42と第1半導体層10との間には設けられていない。このため、ボンディングパッド41と細線電極42との境界から、電流が集中して、第1半導体層10に注入される。この電流は一定の範囲に広がり、発光領域30rは、ボンディングパッド41と重なる。このため、発光の多くの部分は、ボンディングパッド41に入射し、損失が生じる。このように、半導体発光素子119においては、光取り出し効率が低い。このように、ボンディングパッド41と第1半導体層10との間に絶縁層を配置し、ボンディングパッド41直下の発光を抑制したとしても、電流の広がりにより、細線電極42のうちでボンディングパッド41に近い部分(第2部分42b)には電流が注入され、この電流による発光は効率的に取り出すことができない。
先ず、積層構造体の全体にドライエッチングを行う。バッファ層などが除去され、第1半導体層10が露出する。この例では、第2半導体層20の厚さ、発光層30の厚さ及び第1半導体層10の厚さの合計が例えば約4μmになるようにエッチング量を調整する。実施形態はこれに限らず、第1半導体層10に厚さは、0.5μm以上6μm以下でも良い。0.5μm未満では、電流広がり長Lsが短くなり、発光領域30rが狭くなるため、実効的な電流密度がより高くなり、内部量子効率の低下、半導体層の劣化が促進される。6μmを超えると、結晶層の成長時間が長くなることや結晶層にクラックが発生し易くなるため、生産性や歩留まりが低下する。
ボンディングパッド41には、ボンディングワイヤが接続される。
第1半導体層10の1つの点から電流を注入したとき、その電流は、発光層30に到達するまでの間に、第1半導体層10中でX−Y平面内で広がる。Z軸方向に見たときに、電流の広がりは、注入点を中心として円形であるとする。電流広がり長Lsは、この半径に相当する。電流広がり長Ls(μm)は、以下の第1式で表される。
Ls=((nideal・kT/(ρ・e))×(t/J))1/2 (1)
ここで、tは、電流広がり層の厚さ(μm)である。Jは、電流密度(アンペア/cm2)である。Tは、温度(K:ケルビン)である。nidealは、ダイオードの理想因子である。nidealは、例えば、1.5を用いる。ρは、電流広がり層の抵抗率(Ωcm)である。kは、ボルツマン定数(ジュール・ケルビン−1)であり、約1.38×10−23である。eは、電気素量であり、約1.60×10−19(クーロン)である。
図3は、第1試料SP01及び第2試料SP02における電流広がり長Lsを測定した結果を示している。横軸は、第1半導体層10の厚さt10(厚さt)の平方根tsq(μm1/2)である。縦軸は、電流の広がり長Lsである。この実験では、各電流密度において、電流の広がり長Lsを以下の第2式によるフィッティングから求めた。
P(x)=2P0/((x/Ls+21/2)2) (2)
細線電極42の端を原点として、細線電極42の延在方向に対して垂直な方向(例えば細線電極42の延在方向をY軸方向とすれば、垂直な方向は、X軸方向となる)に、細線電極42から離れる方向を距離x(μm)とした。原点における光出力をP0として、P0=1として規格化した。距離xにおける光出力をP(x)とした。
図4(a)及び図4(b)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図である。
図4(a)は、図4(b)のB1−B2線断面図である。図4(b)は、透視平面図である。
図4(a)及び図4(b)に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子120は、第1半導体層10と、第2半導体層20と、発光層30と、ボンディングパッド41と、細線電極42と、第1絶縁層45と、を含む。
本実施形態においても、電流の広がりを考慮して、発光領域30rをボンディングパッド41から離し、損失を低減する。これにより、高い光取り出し効率が得られる。
図5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、細線電極42のうちの第1部分42aが、第1絶縁層45から離間している。これ以外は、半導体発光素子120と同様である。半導体発光素子121においては、第1半導体層10とオミック接触する第1部分42aが、第1絶縁層45のパターンとは別に設けられる。半導体発光素子121においても、光取り出し効率の高い半導体発光素子が提供できる。
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 (9)
- 第1導電形の第1半導体層と、
第2導電形の第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前記第1半導体層と接する発光層と、
ボンディングパッドと、
前記第1半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられ前記第1半導体層とオーミック接触する第1部分と、前記面上に設けられ前記第1部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する第2部分と、を含み、前記ボンディングパッドと電気的に接続された細線電極と、
前記第2部分と前記第1半導体層との間に設けられた第1絶縁層と、
を備えた半導体発光素子。 - 前記第1絶縁層の前記ボンディングパッドとは反対側の端と、前記ボンディングパッドと、の間の距離(マイクロメートル)は、前記第1半導体層の厚さ(マイクロメートル)の平方根の35倍以上である請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記距離は、前記ボンディングパッドから前記第1部分に向かう方向に沿った前記細線電極の長さの1/2以下である請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 前記細線電極と前記第2半導体層との間に前記発光層が配置され、
前記細線電極と前記発光層との間に前記第1半導体層が配置され、
前記ボンディングパッドは、前記第1半導体層の前記発光層に接しない前記面上に設けられ、
前記第1絶縁層は、前記ボンディングパッドと前記第1半導体層との間にさらに設けられる請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第2半導体層と電気的に接続された第2電極をさらに備え、
前記第2電極と前記細線電極との間、及び、前記第2電極と前記ボンディングパッドとの間に前記第1半導体層が配置され、
前記第2電極と前記第1半導体層との間に前記発光層が配置され、
前記第2電極と前記発光層との間に前記第2半導体層が配置される請求項4記載の半導体発光素子。 - 金属層と、
前記金属層の一部の上に設けられ前記金属層と電気的に接続された第2電極と、
前記金属層の他部の上に設けられた第2絶縁層と、
をさらに備え、
前記第2電極の上に前記第2半導体層が配置され、
前記第2半導体層の上に前記発光層が配置され、
前記第2絶縁層の上に前記細線電極が配置され、
前記細線電極は、前記面に対して平行な面に投影したときに前記第1半導体層と重ならない第3部分をさらに含み、
前記ボンディングパッドは前記第3部分の上に配置され、
前記細線電極のうちの前記第2部分の上に前記第1絶縁層が配置され、
前記第1部分と、前記第1絶縁層との上と、前記発光層の上と、に前記第1半導体層が配置される請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第2半導体層に電気的に接続された支持基板をさらに備え、
前記支持基板と前記第1半導体層の少なくとも一部との間に前記発光層が配置され、
前記発光層と前記支持基板との間に前記第2半導体層が配置される請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記発光層から放出された光のうちで第1半導体層を通過して外部に出射する光の割合は、前記第2半導体層を通過して外部に出射する光の割合よりも大きい請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1絶縁層は、前記発光層から放出する光に対して透過性である請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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