JP2014187196A - 窒化物半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作電圧が低減され、光出力が高められた窒化物半導体発光装置を提供する。
【解決手段】窒化物半導体発光装置は、積層体、第１電極、第２電極、導電体層、および蛍光体層を有する。前記積層体は、第１導電形層を含む第１の層と、第２導電形層を含む第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた発光層と、を有し、窒化物半導体を含む。前記積層体は、中央部および外周部の少なくともいずれかに前記第１の層の表面から前記第２の層に到達する段差部を有する。前記第１電極は、前記第１の層の前記表面に設けられ、前記発光層からの放出光を反射する。前記第２電極は、前記発光層に囲まれるか、または前記発光層の周囲に設けられ前記段差部の底面に接続される。前記誘電体層は、前記発光層とは反対の側となる前記第２の層の面に設けられる。前記蛍光体層は、前記第２の層の前記面のうち前記導電体層の非形成領域および前記導電体層を覆う。
【選択図】図１
【解決手段】窒化物半導体発光装置は、積層体、第１電極、第２電極、導電体層、および蛍光体層を有する。前記積層体は、第１導電形層を含む第１の層と、第２導電形層を含む第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた発光層と、を有し、窒化物半導体を含む。前記積層体は、中央部および外周部の少なくともいずれかに前記第１の層の表面から前記第２の層に到達する段差部を有する。前記第１電極は、前記第１の層の前記表面に設けられ、前記発光層からの放出光を反射する。前記第２電極は、前記発光層に囲まれるか、または前記発光層の周囲に設けられ前記段差部の底面に接続される。前記誘電体層は、前記発光層とは反対の側となる前記第２の層の面に設けられる。前記蛍光体層は、前記第２の層の前記面のうち前記導電体層の非形成領域および前記導電体層を覆う。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、窒化物半導体発光装置に関する。
窒化物半導体発光装置は、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いられる。
これらの用途では、動作電圧が低減されかつ光出力の高い半導体発光装置が強く要求される。
窒化物半導体発光装置では、半導体積層体のうち段差部が設けられた一方の面の側に、ｐ側電極およびｎ側電極を設け、他方の面の側を光取り出し面とすることが多い。
もし、ｐ側電極とｎ側電極とに近接した発光層の狭い領域にキャリアが集中して注入されると、オージェ非発光再結合やキャリアオーバーフローが増加する。このため、発光効率が低下し高い光出力は得られず、動作電圧も高くなる。
動作電圧が低減され、光出力が高められた窒化物半導体発光装置を提供する。
実施形態の窒化物半導体発光装置は、積層体、第１電極、第２電極、導電体層、および蛍光体層を有する。前記積層体は、第１導電形層を含む第１の層と、第２導電形層を含む第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた発光層と、を有し、窒化物半導体を含む。前記積層体は、中央部および外周部の少なくともいずれかに前記第１の層の表面から前記第２の層に到達する段差部を有する。前記第１電極は、前記第１の層の前記表面に設けられ、前記発光層からの放出光を反射する。前記第２電極は、前記発光層に囲まれるか、または前記発光層の周囲に設けられ前記段差部の底面に接続される。前記誘電体層は、前記発光層とは反対の側となる前記第２の層の面に設けられる。前記蛍光体層は、前記第２の層の前記面のうち前記導電体層の非形成領域および前記導電体層を覆う。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線における模式下面図である。窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、導電体層４２および蛍光体層４０を有する。
図１（ａ）は第１の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
なお、図１（ａ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ線における模式下面図である。窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、導電体層４２および蛍光体層４０を有する。
積層体１６は、第１導電形層を含む第１の層１４と、第２導電形層を含む第２の層１０と、第１の層１４と第２の層１０との間に設けられた発光層１２と、を有し窒化物半導体を含む。また、積層体１６の中央部には、第１の層１４の表面から第２の層１０の一部に到達する段差部１６ｍが設けられる。段差部１６ｍは、内壁１６ｗと底面１０ｃとを有する。
第１電極２４は、第１の層１４の表面に設けられ、発光層１２からの放出光を反射する。第１電極２４のうち第１の層１４の側が銀（Ａｇ）を含むと、光反射率を高めることができる。また、第２電極２０は、段差部１６ｍの底面１０ｃに接続され、発光層および第１電極２４に囲まれる。
導電体層４２は、発光層１２とは反対の側となる第２の層１０の面１０ｅに設けられる。第１の実施形態では、導電体層４２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)、酸化亜鉛、酸化スズなどの透明導電膜４３からなるものとし、第１の層１０の面１０ｅをほぼ覆うように設けられる。また、透明導電膜４３の厚さは、０．１７μｍなどとすることができる。
第１電極２４から注入されたキャリアＪ１は発光層１２へ供給される。他方、第２電極２０から注入されたキャリアＪ２は透明導電膜４３により広がり発光層１２へ供給される。このため、図１（ｂ）に表すように、発光層１２のうち透明導電膜４３の下方が発光領域ＥＲ１となり放出光の一部を上方に放出する。放出光の他の一部は下方に向かい、第１電極２４により反射され上方に放出される。
また、蛍光体層４０は、発光層１２からの放出光を吸収し、放出光の波長よりも長い波長である波長変換光を放出する。蛍光体層４０は、たとえば、透明樹脂液にＹＡＧ（Yttrium−Alminum−Garnet)蛍光体粒子などを混合し塗布したのち、熱硬化などにより形成できる。この結果、蛍光体層４０の上方では、放出光と波長変換光との混合光Ｇとして、白色光などを得ることができる。なお、窒化物半導体発光装置の一方の辺Ｌ１は０．５ｍｍ、他方の辺Ｌ２は０．５ｍｍ、などとすることができる。
窒化物半導体発光装置は、支持体３０をさらに有することができる。支持体３０は、たとえば、第３電極３０ａと第４電極３０ｂとを有する。結晶成長基板に上に形成された積層体１６の表面の第１電極２４と支持体３０の第３電極３０ａと、第２電極２０と支持体３０の第４電極３０ｂと、がウェーハ状態で接着される。ウェーハ接着ののち、結晶成長基板を除去することができる。なお、第１電極２４と第２電極２０との間に補強樹脂などを充填して機械的強度を保つと、支持体３０を設けないでよい。
次に、積層体１６の構造をより詳細に説明する。なお、以下の説明において、第１の層１４はｐ形層を含み、第２の層１０はｎ形層を含むものとするが、本発明はこの導電形に限定されない。
積層体１６は、サファイヤやシリコンなどの基板の上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法などを用いて結晶成長により形成される。積層体１６は、第１の層１４、第２の層１０および第１の層１４と第２の層１０との間に設けられた発光層１２を含む。
第２の層１０は、たとえば、ｎ形ＧａＮクラッド層（ドナー濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ４μｍ）１０ａ、およびＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮからなる超格子層（井戸層厚１ｎｍと障壁層厚３ｎｍとの３０ペア）１０ｂを含む。超格子層１０ｂは、アンドープ層であってもよい。また、超格子層１０ｂを設けることにより、格子不整合となりやすい窒化物半導体の結晶性を高めることができる。発光層１２は、たとえば、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮアンドープＭＱＷ層（井戸層厚さ５ｎｍと障壁層厚さ５ｎｍとの４．５ペア）とすることができる。
第１の層１４は、たとえば、ｐ形ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層（アクセプタ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ５ｎｍ）１４ａ、ｐ形クラッド層（アクセプタ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ１００ｎｍ）１４ｂ、ｐ形コンタクト層（アクセプタ濃度１×１０２１ｃｍ−３、厚さ５ｎｍ）１４ｃなどを含む。
積層体１６は、中央部に第１の層１４の表面から第２の層１０の一部に到達する凹状の段差部１６ｍを有する。段差部１６ｍの底面１０ｃは、ｎ形ＧａＮクラッド層１０ａの側に食い込んでいてもよい。段差部１６ｍの底面１０ｃに第２電極２０が設けられる。第２電極２０は、発光層１２および第１電極２４に囲まれる。
なお、第２の層１０が所定の厚さとなるように、発光層１２とは反対の側の面１０ｅをエッチングなどにより薄層化する。エッチング後の面１０ｅに凹凸を設けると、光取り出し効率を高めることができるのでより好ましい。凹凸が設けられた面１０ｅの上に蛍光体層４０を塗布すると、蛍光体層４０の両面に凹凸を設けることができる。
第１の実施形態において、透明導電膜４３を第２の層１０の面１０ｅに設けることにより、第２電極２０から注入されたキャリアを発光層１２の広い範囲に広げることができる。他方、第１電極２４は発光層１２の表面を広く覆うように設けられ発光層１２までの走行距離も短いので、キャリアを発光層１２内に広げることは容易である。このため、オージェ非発光再結合確率やキャリアオーバーフローを低く保ち発光効率を高めることができる。なお、オージェ再結合は、再結合によるエネルギーを他のキャリアに与えることにより、非発光再結合を生じ発光効率を低下させる。また、オージェ再結合確率は、電子濃度やホール濃度が高いほど高くなる。この結果、大電流動作における発光効率の低下が抑制され、光出力をより高めることができる。
また、第２電極２０をｎ側電極とした場合、ホールよりも移動度の大きい電子を発光層１２を広い範囲に広げることができる。他方、第１電極２４（ｐ側電極）は発光層１２の表面を広く覆うように設けられ発光層１２までの走行距離も短いので、電子よりも移動度が小さいホールを発光層１２内に広げることは容易である。このため、発光効率をさらに高めることができる。この結果、大電流動作における光出力をさらに高めることができる。
図２（ａ）は第２の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の沿った模式下面図、図２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ線における模式下面図である。窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、導電体層４２および蛍光体層４０を有する。
なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ線における模式下面図である。窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、導電体層４２および蛍光体層４０を有する。
また、蛍光体層４０は、透明導電膜４３の表面および透明導電膜４３の非形成領域となる第２の層１０の面１０ｅに設けられ、発光層１２からの放出光を吸収し、放出光の波長よりも長い波長である波長変換光を放出する。
なお、図２（ｂ）のように、透明導電膜４３の側面４３ｅを積層体１６の側面１６ｅよりも距離Ｄだけ内側にすると、発光層１２の周辺部を低注入領域ＮＩとでき、発光領域ＥＲ２は第１の実施形態の発光領域ＥＲ１よりも内側となる。このため、積層体１６の側面１６ｅからの放出光の強度を低減できる。たとえば、積層体１６の側面１６ｅから放出され蛍光体層４０へ入射しない青色光が低減でき、チップ周辺部において青色成分が多くなって生じる色むらを抑制できる。色むらは、色度や色温度を測定することにより求められる。
図３（ａ）は比較例にかかる窒化物半導体発光素子の模式下面図、図３（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
なお、図３（ａ）はＢ−Ｂ線に沿った模式下面図である。第２の実施形態では、積層体１１６の第２の層１１０と蛍光体層１４０との間に透明導電膜が設けられない。ｎ形ＧａＮクラッド層１１０ａの導電率は透明導電膜の導電率よりも低い。第２電極１２０からｎ形ＧａＮクラッド層１１０ａへ注入された電子ＪＪ２は、第２電極１２０の近傍の発光層１１２には流れ込むが、積層体１１６の外周部側までは広がりにくい。
なお、図３（ａ）はＢ−Ｂ線に沿った模式下面図である。第２の実施形態では、積層体１１６の第２の層１１０と蛍光体層１４０との間に透明導電膜が設けられない。ｎ形ＧａＮクラッド層１１０ａの導電率は透明導電膜の導電率よりも低い。第２電極１２０からｎ形ＧａＮクラッド層１１０ａへ注入された電子ＪＪ２は、第２電極１２０の近傍の発光層１１２には流れ込むが、積層体１１６の外周部側までは広がりにくい。
このため、電流が第２電極１２０の近傍領域に集中し、発光領域ＥＥＲが狭くなる。電流密度の増大に対して、オージェ非発光再結合確率は急激に増大しかつキャリアオーバーフローも増加し、自然発光再結合確率の増大する割合が飽和し発光効率が低下する。
図４（ａ）は第３の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
透明導電膜４３は、第１の層１０の面１０ｅのほぼ全面に設けられている。積層体１６は、その外周部の側にも第１の層１４の表面から第２の層１０の一部に到達する段差部１６ｎを有する。中央部の段差部１６ｍと外周部の段差部１６ｎとは同じエッチング工程で形成可能であるＤＳを２０μｍとすると、積層体１６の一方の辺Ｌ１は４６０μｍ、他方の辺Ｌ２は４６０μｍ、などとできる。
透明導電膜４３は、第１の層１０の面１０ｅのほぼ全面に設けられている。積層体１６は、その外周部の側にも第１の層１４の表面から第２の層１０の一部に到達する段差部１６ｎを有する。中央部の段差部１６ｍと外周部の段差部１６ｎとは同じエッチング工程で形成可能であるＤＳを２０μｍとすると、積層体１６の一方の辺Ｌ１は４６０μｍ、他方の辺Ｌ２は４６０μｍ、などとできる。
遮光層３６は、放出光のうち側面光Ｇｓが積層体１６の外周部の側面１６ｅから外方向へ漏れ出すことをさらに抑制する。このため、チップ周辺部での色むらをさらに抑制できる。なお、遮光層３６は、黒樹脂などからなる光吸収層や金属などを含む光反射層などとすることができる。
図５（ａ）は第４の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図５（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
透明導電膜４３の側面４３ｅは、積層体１６の外側面（外周部の側面でもある）１６ｅよりも内側とすると、発光領域ＥＲ２は、第３の実施形態の発光領域ＥＲ１よりも内側と
でき側面光Ｇｓを低減できる。このため、チップ周辺部での色むらをさらに抑制できる。
透明導電膜４３の側面４３ｅは、積層体１６の外側面（外周部の側面でもある）１６ｅよりも内側とすると、発光領域ＥＲ２は、第３の実施形態の発光領域ＥＲ１よりも内側と
でき側面光Ｇｓを低減できる。このため、チップ周辺部での色むらをさらに抑制できる。
図６は、透明導電膜の側面と積層体の側面との距離に対する光出力依存性をシミュレーションで求めたグラフ図である。
縦軸は光出力（ｍＷ）、横軸は電流（ｍＡ）をそれぞれ表す。
縦軸は光出力（ｍＷ）、横軸は電流（ｍＡ）をそれぞれ表す。
透明電導膜を設けない比較例において、電流を５００ｍＡと高くしても光出力は略１００ｍＷと低い。これに対して、距離Ｄが略ゼロである第３の実施形態では、電流が５００ｍＡのとき光出力が略９８０ｍＷである。また、第４の実施形態では、距離Ｄが１０μｍのとき光出力が略１０００ｍＷ、距離Ｄが３０μｍのとき光出力が略８５０ｍＷ、である。距離Ｄを５０μｍ以上とすると、電流が積層体１６の中央部に集中し、キャリアオーバーフローやオージェ非発光再結合が増加する。このため、発光効率が低下し、光出力がより低下する。すなわち、光出力を高めるには、距離Ｄは、５０μｍよりも小さいことが好ましく、３０μｍ以下であることがより好ましい。なお遮光層３６を設ける場合においても、チップ周辺部の色むらを抑制するには、距離Ｄは、ゼロよりも大きいことが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましい。
電子は、第２電極２０から第２の層１０へ注入され、第２の層１０の面１０ｅに設けられた透明導電膜４３により広がって発光層１２へ注入される。他方、第１電極２４は、第１の層１４の表面に広がって設けられているのでホールは広がって発光層１２へ供給される。この結果、発光層１２の広い領域にわたってキャリアが広がり自然発光再結合が行われる。このため、大電流でも発光層１２のキャリア密度が高くなりすぎず、オーバーフローやオージェ再結合が抑制できて、光出力および発光効率を高めることができる。
このように、透明導電膜４３を設けると、第２電極２０から注入される電子を広げることが容易となるので、第２の層１０のうちのｎ形ＧａＮクラッド層１０ａを、たとえば、２μｍと薄くすることができる。
もし、透明導電膜４３を設けないと、電子は第２電極２０に近接した発光層１２の領域に流れ込み高い電子密度となりオージェ再結合やキャリアオーバーフローが生じやすくなり発光効率および光出力が低下する。この結果、電流が５００ｍＡの時の光出力が略１１０ｍＷ以下と低くなる。
図７（ａ）は第５の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った模式下面図である。第５の実施形態において、導電体層４２としてメッシュ状金属層４４が用いられる。メッシュ状金属層４４は、第２電極２０から第２の層１０へ注入された電子を横方向に広げ発光層１２へ供給する。メッシュ状金属層４４は、Ａｌ／Ａｕの積層金属層からなり、厚さが０．５μｍかつ幅が８μｍの細線を５０μｍなどの間隔で格子状に配置した構造などとする。第２電極２０の中心が格子点となるように配置すると電流分布の対称性を保つことができる。なお、本図では、メッシュ状金属層４４の最も外側の側面４４ｅは、外周部の側面１６ｅよりも内側に設けているが、面１０ｅをほぼ覆ってもよい。
なお、図７（ａ）は、図７（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿った模式下面図である。第５の実施形態において、導電体層４２としてメッシュ状金属層４４が用いられる。メッシュ状金属層４４は、第２電極２０から第２の層１０へ注入された電子を横方向に広げ発光層１２へ供給する。メッシュ状金属層４４は、Ａｌ／Ａｕの積層金属層からなり、厚さが０．５μｍかつ幅が８μｍの細線を５０μｍなどの間隔で格子状に配置した構造などとする。第２電極２０の中心が格子点となるように配置すると電流分布の対称性を保つことができる。なお、本図では、メッシュ状金属層４４の最も外側の側面４４ｅは、外周部の側面１６ｅよりも内側に設けているが、面１０ｅをほぼ覆ってもよい。
図８（ａ）は第５の実施形態の電流に対する光出力依存性、図８（ｂ）は電流に対する電圧依存性、をシミュレーションで求めたグラフ図である。
実線はｎ形ＧａＮクラッド層１０ａの厚さが４μｍである第５の実施形態の実施例１、破線はｎ形ＧａＮクラッド層１０ａの厚さが２μｍである第５の実施形態の実施例２、鎖線はメッシュ状金属層が設けられない比較例、をそれぞれ表す。
実線はｎ形ＧａＮクラッド層１０ａの厚さが４μｍである第５の実施形態の実施例１、破線はｎ形ＧａＮクラッド層１０ａの厚さが２μｍである第５の実施形態の実施例２、鎖線はメッシュ状金属層が設けられない比較例、をそれぞれ表す。
実施例１において、電流が６００ｍＡのとき光出力が略６０５ｍＷである。実施例２において、電流が６００ｍＡのとき光出力が略５８０ｍＷとなり第１実施例よりも僅かに低下する。他方、比較例では、電流が６００ｍＡのとき光出力が略４９０ｍＷと低下することから、メッシュ金属層４４による電流拡散効果が大きいことが判明した。
他方、電流が６００ｍＡのとき、実施例１および２の電圧は共に３．０Ｖであった。他方、比較例の電圧は略３．９５Ｖと高くなり発光効率が実施例１の略６３％と低い。
一般的に、窒化物系材料は、サファイヤやシリコンなどの基板に対して格子不整合である。このため、厚い積層体を結晶成長することが困難である。ｎ形ＧａＮクラッド層１０ａを２μｍと薄くすることにより結晶性が優れた積層体１６を生産性よく成長することができる。
図９（ａ）は電極引き出し構造の模式上面図、図９（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
支持体３０は、絶縁性を有し、凹部３０ｃが設けられるものとする。支持体３０の上面には第３電極３０ａ、凹部３０ｃの底面には第４電極３０ｂが設けられる。第３電極３０ａの少なくとも一部および第４電極３０ｂの少なくとも一部が積層体１６の側面および蛍光体層４０の側面から外側になるように配設することによる引き出し用電極として用いることができる。なお、第４電極３０ｂと第２電極２０とは、バンプ３５などを用いと確実に接続できる。
支持体３０は、絶縁性を有し、凹部３０ｃが設けられるものとする。支持体３０の上面には第３電極３０ａ、凹部３０ｃの底面には第４電極３０ｂが設けられる。第３電極３０ａの少なくとも一部および第４電極３０ｂの少なくとも一部が積層体１６の側面および蛍光体層４０の側面から外側になるように配設することによる引き出し用電極として用いることができる。なお、第４電極３０ｂと第２電極２０とは、バンプ３５などを用いと確実に接続できる。
図１０（ａ）は電極引き出し構造の変形例の模式上面図、図１０（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、である。
支持体３０は、絶縁性を有し、中央部には貫通孔が設けられるものとする。支持体３０の上面には第３電極３０ａが設けられ、貫通孔には第４電極３０ｂが充填される。第３電極３０ａの少なくとも一部が積層体１６の側面および蛍光体層４０の側面よりも外側になるように配設することにより、貫通孔を充填する第４電極３０ｂと共に引き出し用電極として用いることができる。なお、第４電極３０ｂと第２電極２０とは、バンプ３５などを用いと確実に接続できる。
支持体３０は、絶縁性を有し、中央部には貫通孔が設けられるものとする。支持体３０の上面には第３電極３０ａが設けられ、貫通孔には第４電極３０ｂが充填される。第３電極３０ａの少なくとも一部が積層体１６の側面および蛍光体層４０の側面よりも外側になるように配設することにより、貫通孔を充填する第４電極３０ｂと共に引き出し用電極として用いることができる。なお、第４電極３０ｂと第２電極２０とは、バンプ３５などを用いと確実に接続できる。
図１１（ａ）は第６の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図１１（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１１（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、透明導電膜４３および蛍光体層４０を有する。
窒化物半導体発光装置は、積層体１６、第１電極２４、第２電極２０、透明導電膜４３および蛍光体層４０を有する。
積層体１６は、第１導電形層を含む第１の層１４と、第２導電形層を含む第２の層１０と、第１の層１４と第２の層１０との間に設けられた発光層１２と、を有し窒化物半導体を含む。積層体１６には、第１の層１４の表面から第２の層１０の一部に到達するメサ形状の段差部１６ｎが設けられる。段差部１６ｎは、側面１６ｅと底面１０ｃとを有する。
第１電極２４は、細線部２０ａとパッド部２０ｂとを有する。細線部２０ａは、段差部１６ｎの表面に設けられる。また、第２電極２０は、段差部１６ｎの底面１０ｃの上に、段差部１６ｎの周りに設けられる。第２電極２０のパッド部２０ｂは、底面１０ｃに設けられ、細線部２０ｂと接続されている。透明導電膜４３は、発光層１２とは反対の側の第１の層１０の面１０ｅのほぼ全面に設けられる。
積層体１６がが正方形の平面形状を有しても良いが、その場合、細線部２０ａを設けてもサイズの大きい積層体１６の中央部近傍には、キャリアが十分には広がらないことがある。積層体１６の段差部１６ｎの一辺の長さＬ３を他方の辺の長さＬ４よりも大きくすると、図１１（ｃ）に表すように、幅が狭い側の細線部２０ａからの注入されたキャリアが導電体層４２により中央部へも広がる。すなわち、積層体１６のサイズを大きくする場合、Ｌ３＞Ｌ４とすると、発光効率の透明導電膜４３によりキャリアを発光層１２の広い範囲に広げることができる。このため、オージェ非発光再結合確率やキャリアオーバーフローを低く保ち、大電流において発光効率の低下が抑制され、光出力を高めることができる。
図１２（ａ）は第７の実施形態にかかる窒化物半導体発光装置の模式下面図、図１２（ｂ）はＡ−Ａ線に沿った模式断面図、図１２（ｃ）はＣ−Ｃ線に沿った模式断面図、である。
透明導電膜４３は、発光層１２とは反対の側の第２の層１０の面１０ｅに設けられる。透明導電膜４３の側面４３ｅは、積層体１６の段差部１６ｎの側面１６ｅよりも内側とする。また、第２の層１０の面１０ｅに凹凸を設け、凹凸を転写することにより透明導電膜４３の両面に凹凸を設けると、放出光が透明導電膜４３の両面で全反射されることが抑制され、光取り出し効率を高めることができる。
図１３は、第７の実施形態の電流に対する光出力依存性をシミュレーションで求めたグラフ図である。
なお、実線は、一方の辺の長さＬ３を４００μｍ、他方の辺の長さＬ４を２００μｍとした第７の実施形態の場合、破線は透明導電膜が設けられない同一サイズの比較例の場合、をそれぞれ表す。電流が３００ｍＡのとき、第７の実施形態の光出力が略６３０ｍＷと高いのに対して、比較例の光出力は略２２０ｍＷと低い。また、透明導電膜４３の側面４３ｅが段差部の側面１６ｅよりも内側とすることにより、チップ周辺部での色むらを抑制できる。
なお、実線は、一方の辺の長さＬ３を４００μｍ、他方の辺の長さＬ４を２００μｍとした第７の実施形態の場合、破線は透明導電膜が設けられない同一サイズの比較例の場合、をそれぞれ表す。電流が３００ｍＡのとき、第７の実施形態の光出力が略６３０ｍＷと高いのに対して、比較例の光出力は略２２０ｍＷと低い。また、透明導電膜４３の側面４３ｅが段差部の側面１６ｅよりも内側とすることにより、チップ周辺部での色むらを抑制できる。
第１から第７の実施形態により、発光効率および光出力が高められた窒化物半導体発光装置が提供される。また、第２、第４、第５、第７の実施形態において、チップ周辺部の色むらが低減される。これらの窒化物半導体発光装置は、照明装置、表示装置、信号機などに広く用いられる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 第２の層、１０ｃ 底面、１０ｅ 面、１２ 発光層、１４ 第１の層、１６ 積層体、１６ｍ 中央部の段差部、１６ｎ 外周部の段差部、１６ｅ 側面、２０ 第２電極、２０ａ 細線部、２０ｂ パッド部、２４ 第１電極、３０ 支持体、３０ａ 第３電極、３０ｂ 第４電極、３６ 遮光層、４０ 蛍光体層、４２ 導電体層、４３ 透明導電膜、４３ｅ 側面、４４ メッシュ状金属層、４４ｅ 側面、Ｊ１、Ｊ２ キャリア、ＥＲ１、ＥＲ２、ＥＲ３、ＥＲ４ 発光領域、Ｇ 放出光
Claims (10)
- 第１導電形層を含む第１の層と、第２導電形層を含む第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた発光層と、を有し、窒化物半導体を含む積層体であって、前記発光層とは反対の側となる前記第１の層の表面から前記第２の層に到達する段差部を中央部および外周部にそれぞれ有する積層体と、
前記第１の層の前記表面に設けられ、前記発光層からの放出光を反射する第１電極と、
前記積層体の前記中央部に設けられた前記段差部の底面の前記第２の層の上に設けられた第２電極と、
前記発光層とは反対の側となる前記第２の層の面に設けられ、透明導電膜またはメッシュ状金属層である導電体層と、
前記第２の層の前記面のうち前記導電体層が形成されていない非形成領域と前記導電体層とを覆う蛍光体層と、
前記外周部に設けられた前記段差部の底面および側面を覆う遮光層と、
を備え、
前記導電体層の側面は、前記外周部に設けられた前記段差部の前記側面よりも内側である窒化物半導体発光装置。 - 第１導電形層を含む第１の層と、第２導電形層を含む第２の層と、前記第１の層と前記第２の層との間に設けられた発光層と、を有し、窒化物半導体を含む積層体であって、中央部および外周部の少なくともいずれかに前記発光層とは反対の側となる前記第１の層の表面から前記第２の層の一部に到達する段差部を有する積層体と、
前記第１の層の前記表面に設けられ、前記発光層からの放出光を反射する第１電極と、
前記発光層に囲まれるか、または前記発光層の周囲に設けられ前記段差部の底面の前記第２の層の上に設けられた第２電極と、
前記発光層とは反対の側となる前記第２の層の面に設けられた導電体層と、
前記第２の層の前記面のうち前記導電体層が形成されていない非形成領域と前記導電体層とを覆う蛍光体層と、
を備えた窒化物半導体発光装置。 - 前記導電体層は、透明導電膜またはメッシュ状金属層である請求項２記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記段差部は、前記中央部および前記外周部に設けられ、
前記第２電極は、前記発光層に囲まれた請求項２または３に記載の窒化物半導体発光装置。 - 前記外周部に設けられた前記段差部の底面および側面を覆う遮光層をさらに備えた請求項４記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記導電体層の側面は、前記積層体の外側面よりも内側である請求項２〜４のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記段差部は、前記外周部に設けられ、
前記第２電極は、前記段差部の前記底面の前記第２の層の上に設けられた請求項２または３に記載の窒化物半導体発光装置。 - 前記導電体層の側面は、前記積層体の外側面よりも内側である請求項７記載の窒化物半導体発光装置。
- 前記第２の層の前記面には、凹凸が設けられた請求項１〜８のいずれか１つに窒化物半導体発光装置。
- 第１導電形層は、ｐ形層であり、
第２導電形層は、ｎ形である請求項１〜９のいずれか１つに記載の窒化物半導体発光装置。
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