JP2015109332A

JP2015109332A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2015109332A
Application number: JP2013251111A
Authority: JP
Inventors: 勝次井口; Katsuji Iguchi
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-11

Abstract

【課題】電流を均一に拡散させて発光分布を均一にすることが可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は、基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を含む半導体積層体と、透明導電層２１と、ｐ側パッド電極２５と、ｐ側パッド電極２５から延びる２つ以上のｐ側補助電極２７と、ｎ側パッド電極２９とが設けられている。透明導電層２１は、ｐ型半導体層上に設けられている。透明導電層２１の上面の一部には、絶縁層２３が設けられている。ｐ側パッド電極２５は、絶縁層２３上に設けられている。ｎ側パッド電極２９は、ｐ型半導体層および発光層から露出するｎ型半導体層上に設けられている。平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に、絶縁層２３から露出する透明導電層２１とｐ側補助電極２７とが接触してなるコンタクト部３１が２つ以上設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、特に、半導体発光素子全体に亘って電流を均一に拡散させて発光分布を均一にすることが可能な半導体発光素子に関する。

近年、窒化物半導体素子を発光素子として用いた青色発光素子と蛍光体とを利用した白色発光装置が、大型液晶テレビのバックライトまたは照明用の光源などに用いられるようになってきている。このような大型液晶テレビまたは照明などの製品には、一度に大量の白色発光装置を使用するため、これらの製品に用いられる青色発光素子には、良質に大量生産できることが求められている。

従来の窒化物半導体発光素子は、２０ｍＡ程度の比較的低電流領域で駆動されている。大型液晶テレビのバックライトまたは照明用の光源などに用いられる窒化物半導体発光素子は、たとえば８０ｍＡ以上の大電流領域で駆動されることが一般的となりつつある。

一般に、上記従来の窒化物半導体発光素子は、次に示すように構成されている。絶縁性を有するサファイア基板のｃ面上に、ｎ型半導体層、発光層としての活性層およびｐ型半導体層などの窒化物半導体層が形成されている。ｐ型半導体層および活性層の一部を除去することにより露出されたｎ型半導体層上には、ｎ側パッド電極が形成されている。残存したｐ型半導体層の全面には、少なくとも発光層からの光に対して透明な透明導電層が形成されており、透明導電層上にはｐ側パッド電極が形成されている。この場合、透明導電層は、ｐ型半導体層の上面全体に亘って電流を均一に拡散させて発光分布を均一にする機能を有する。しかしながら、透明導電層をｐ型半導体層の全面に形成しただけでは、電流は、ｐ側パッド電極の中央とｎ側パッド電極の中央との距離が最短となる直線付近に集中して流れる。これにより、発光分布は、上記直線に集中するので不均一となる。

そこで、特許文献１には、ｐ側パッド電極とｎ側パッド電極との間の距離が略一定となるようにｐ側パッド電極に枝状の補助電極を設けることが提案されている。特許文献１には、ｐ側パッド電極が上記枝状の補助電極を有していれば、ｐ側パッド電極からｎ側パッド電極へ流れる電流を均一に拡散させることができるので、ｐ型半導体層の上面全体に亘って均一に電流を供給でき、よって、発光分布が均一となることが記載されている。

特許文献２には、ｐ側電極およびｎ側電極がそれぞれの一部分から延伸した延伸部を有していれば、半導体層全体に効率良く電流を注入することができ、効率良く発光させることができるということが記載されている。

特開２００５−０３９２６４号公報特開２００８−４７２９号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の電極配置では、電流は、ｐ側電極およびｎ側電極のそれぞれのパッド電極の近傍に集中する。そのため、半導体発光素子全体に亘って電流密度を充分に均一にすることができず、発光分布が不均一となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、電流を均一に拡散させて発光分布を均一にすることが可能な半導体発光素子の提供を目的とする。

本発明の半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を含む半導体積層体と、透明導電層と、ｐ側パッド電極と、ｐ側パッド電極から延びる２つ以上のｐ側補助電極と、ｎ側パッド電極とが設けられてなる。透明導電層は、ｐ型半導体層上に設けられている。透明導電層の上面の一部には、絶縁層が設けられている。ｐ側パッド電極は、絶縁層上に設けられている。ｎ側パッド電極は、ｐ型半導体層および発光層から露出するｎ型半導体層上に設けられている。平面視においてｎ側パッド電極から等距離離れた位置に、絶縁層から露出する透明導電層とｐ側補助電極とが接触してなるコンタクト部が２つ以上設けられている。

半導体発光素子は、平面視で矩形の形状を有していることが好ましく、平面視で正方形の形状を有していることがより好ましい。コンタクト部は、平面視での半導体発光素子の各隅部に設けられていることが好ましい。

コンタクト部は、平面視で、矩形、円形、鉤型またはアーチ状の形状を有していることが好ましい。

ｐ側パッド電極とコンタクト部との間の抵抗がそれぞれ等しいことが好ましい。

本発明の半導体発光素子では、電流を半導体発光素子全体に均一に拡散させて発光分布を均一にすることができる。

本発明の一実施形態の半導体発光素子の平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１に示すＩＩＡ−ＩＩＡ線、ＩＩＢ−ＩＩＢ線およびＩＩＣ−ＩＩＣ線における断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態の半導体発光素子の要部平面図である。本発明の一実施形態の半導体発光素子の平面図である。実施例１の半導体発光素子の平面図である。実施例２の半導体発光素子の平面図である。実施例３の半導体発光素子の平面図である。実施例４の半導体発光素子の平面図である。

以下、本発明の半導体発光素子について図面を用いて説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

＜第１の実施形態＞
［半導体発光素子の構造］
図１は、本発明の第１の実施形態の半導体発光素子１の平面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、図１に示すＩＩＡ−ＩＩＡ線、ＩＩＢ−ＩＩＢ線およびＩＩＣ−ＩＩＣ線における断面図である。

半導体発光素子１では、基板３上に、ｎ型半導体層１１、発光層１３およびｐ型半導体層１５を含む半導体積層体１０と、透明導電層２１と、ｐ側パッド電極２５と、ｐ側パッド電極２５から延びる２つ以上のｐ側補助電極２７と、ｎ側パッド電極２９とが設けられている。透明導電層２１は、ｐ型半導体層１５上に設けられている。透明導電層２１の上面の一部には、絶縁層２３が設けられている。ｐ側パッド電極２５は、絶縁層２３上に設けられている。ｎ側パッド電極２９は、ｐ型半導体層１５および発光層１３から露出するｎ型半導体層１１上に設けられている。平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に、絶縁層２３から露出する透明導電層２１とｐ側補助電極２７とが接触してなるコンタクト部３１が２つ以上設けられている。「平面視」とは、ｐ型半導体層１５側から半導体発光素子１を見た場合を意味する。

半導体発光素子１が上記構成を有しているので、ｐ側パッド電極２５から透明導電層２１へ注入された電流は、ｐ側パッド電極２５の近傍に集中せず、且つ、ｎ側パッド電極２９へ均等に流れる。これにより、半導体発光素子１全体に亘って電流密度を均一にすることができる。よって、半導体発光素子１の発光分布を均一とすることができる。以下、半導体発光素子１の各構成を示す。

基板３は、下面２と、下面２とは反対側に位置する上面４と、４つの側面とを有することが好ましく、平面視で正方形の形状を有することが好ましい。たとえば、基板３は、６５０μｍ×６５０μｍ角で約１３０μｍの厚さを有することが好ましい。基板３の上面４には、周期的な凹凸構造が形成されていることが好ましい。

基板３は、ＳｉＣ基板などであっても良いが、サファイア基板であることが好ましい。基板３がサファイア基板である場合、基板３の上面４はサファイア基板のｃ面であることが好ましい。

基板３の上面４にはバッファ層７が設けられていることが好ましい。バッファ層７は、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなることが好ましく、約１５ｎｍの厚さを有することが好ましい。

バッファ層７上にはノンドープ半導体層９が設けられていることが好ましい。ノンドープ半導体層９は、たとえば、ノンドープのＧａＮからなることが好ましく、約５００ｎｍの厚さを有することが好ましい。

＜半導体積層体＞
半導体積層体１０は、ｎ型半導体層１１と発光層１３とｐ型半導体層１５とを含む。ｎ型半導体層１１は、ノンドープ半導体層９上に設けられていることが好ましく、ｎ型コンタクト層であることが好ましい。ｎ型半導体層１１は、一般式Ａｌ_ｘ１Ｉｎ_ｙ１Ｇａ_ｚ１Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）で表わされる窒化物半導体結晶にｎ型不純物がドープされて形成された層（単層）であっても良いし、窒化物半導体結晶の材料が異なる２種以上の上記層が積層されて構成されても良い。ｎ型不純物は、たとえば、シリコンまたはゲルマニウムなどであることが好ましい。ｎ型半導体層１１は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）が１×１０^１８／ｃｍ^３ドープされたＧａＮからなることが好ましく、約５μｍの厚さを有することが好ましい。

発光層１３は、ｎ型半導体層１１上に設けられていることが好ましい。発光層１３は、一般式Ａｌ_ｘ２Ｉｎ_ｙ２Ｇａ_ｚ２Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）で表わされるアンドープの窒化物半導体結晶からなる層であっても良いし、上記一般式で表わされる窒化物半導体結晶にｎ型不純物およびｐ型不純物の少なくとも一方がドープされて形成された層（単層）であっても良いし、窒化物半導体結晶の材料が異なる２種以上の上記層が積層されて構成されても良い。発光層１３は、単一量子井戸（ＳＱＷ（Single Quantum Well））構造を有しても良いし、多重量子井戸（ＭＱＷ（Multi Quantum Well））構造を有しても良い。

発光層１３が多重量子井戸（ＭＱＷ（Multi Quantum Well））構造を有する場合、発光層１３の井戸層は、少なくともＩｎを含むＩｎ_ｙ３Ｇａ_１−ｙ３Ｎ（０≦ｙ３＜０．３）からなることが好ましい。たとえば、発光層１３は、１層のＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなる井戸層（厚さが３ｎｍ）と１層のＧａＮからなる障壁層（厚さが５ｎｍ）とが交互に積層されて構成されていることが好ましく、１層の井戸層と１層の障壁層とを１組として６組有することが好ましい。

ｐ型半導体層１５は、発光層１３上に設けられた電子ブロック層１４と、電子ブロック層１４上に設けられたｐ型コンタクト層１６とを有することが好ましい。

電子ブロック層１４は、たとえば、一般式Ａｌ_ｘ４Ｉｎ_ｙ４Ｇａ_ｚ４Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４≠０）で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物がドープされて形成された層（単層）であっても良いし、窒化物半導体結晶の材料が異なる２種以上の上記層が積層されて構成されても良い。ｐ型不純物は、たとえば、マグネシウムまたは亜鉛などであることが好ましい。電子ブロック層１４は、たとえば、Ｍｇが２×１０^１９／ｃｍ^３ドープされたｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層であることが好ましく、２５ｎｍの厚さを有することが好ましい。

ｐ型コンタクト層１６は、たとえば、一般式Ａｌ_ｘ５Ｉｎ_ｙ５Ｇａ_ｚ５Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）で表わされる窒化物半導体結晶にｐ型不純物がドープされて形成された層（単層）であっても良いし、窒化物半導体結晶の材料が異なる２種以上の上記層が積層されて構成されても良い。ｐ型コンタクト層１６は、たとえば、Ｍｇが８×１０^１９／ｃｍ^３ドープされたｐ型ＧａＮ層であることが好ましく、１００ｎｍの厚さを有することが好ましい。

発光層１３とｐ型半導体層１５とは、平面視での半導体積層体１０の中央（以下では「半導体積層体１０の中央」と記す）と平面視での半導体積層体１０の周縁（以下では「半導体積層体１０の周縁」と記す）とにおいてエッチングされている。これにより、半導体積層体１０の中央およびその周縁では、ｎ型半導体層１１が発光層１３およびｐ型半導体層１５から露出する。

＜ｎ側パッド電極＞
ｎ側パッド電極２９は、半導体積層体１０の中央において露出するｎ型半導体層１１上に設けられていることが好ましい。ｎ側パッド電極２９は、たとえば、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｐｔ（白金）、Ｔｉ（チタン）、Ｐｄ（パラジウム）、Ａｌ（アルミニウム）およびＮｉ（ニッケル）の少なくとも１つを含む金属層（単層）であっても良いし、２種以上の上記金属層が積層されて構成されても良い。

＜透明導電層＞
透明導電層２１は、たとえば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化インジュウム（Indium Oxide）、酸化スズ（Tin Oxide）または酸化亜鉛（ZnO（Zinc Oxide））からなっても良いし、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｌおよびＮｉのうちの少なくとも１つからなっても良い。

＜絶縁層＞
絶縁層２３は、その上面の各隅部に開口部を有する。これにより、絶縁層２３の上面の各隅部（平面視での半導体発光素子１の各隅部）では、透明導電層２１が絶縁層２３から露出している。

絶縁層２３の上記開口部は、平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に形成されていることが好ましい。これにより、コンタクト部３１（後述）が平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に設けられる。「コンタクト部３１が平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に設けられる」には、コンタクト部３１のそれぞれとｎ側パッド電極２９との距離が平面視において同一である場合だけでなく、その距離が当該距離の平均値に対して±５％である場合も含まれる。「コンタクト部３１のそれぞれとｎ側パッド電極２９との距離」は、平面視でのコンタクト部３１の重心と平面視でのｎ側パッド電極２９の重心との間の距離を意味する。

絶縁層２３の上記開口部は、平面視で鉤型の形状を有する。そのため、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は、平面視で鉤型の形状を有する。ここで、「鉤型」とは、互いに異なる２方向へ延びる形状を意味する。互いに異なる２方向がなす角度は９０°に限定されない。

絶縁層２３は、半導体積層体１０の周縁において露出するｐ型半導体層１５および発光層１３の各側面上にも設けられていることが好ましい。半導体積層体１０の周縁における絶縁層２３の外側面１２３は、基板３の側面よりも内側に位置していることが好ましい。このような絶縁層２３は、たとえば、酸化シリコン、窒化シリコンおよび酸化チタンの少なくとも１つからなることが好ましい。

＜ｐ側パッド電極＞
ｐ側パッド電極２５は絶縁層２３上の一部に設けられていれば良く、絶縁層２３の上面におけるｐ側パッド電極２５の位置は特に限定されない。これにより、電極レイアウトの自由度が高くなる。ｐ側パッド電極２５は、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｌおよびＮｉの少なくとも１種を含む金属層（単層）であっても良いし、２種以上の上記金属層が積層されて構成されても良い。

＜ｐ側補助電極＞
ｐ側補助電極２７は、たとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｐｄ、ＡｌおよびＮｉの少なくとも１種を含む金属層（単層）であっても良いし、２種以上の上記金属層が積層されて構成されても良い。ｐ側補助電極２７は、被覆部２７ａと、第１連結部２７ｂと、第２連結部２７ｃとを有することが好ましい。

被覆部２７ａは、絶縁層２３の上面の各隅部に設けられており、絶縁層２３から露出する透明導電層２１の部分を覆っている。これにより、透明導電層２１と被覆部２７ａとが接触してコンタクト部３１（後述）が形成される。このような被覆部２７ａは、平面視で、絶縁層２３から露出する透明導電層２１と同一の形状を有することが好ましい。よって、本実施形態では、被覆部２７ａは、平面視で鉤型の形状を有することが好ましい。

第１連結部２７ｂと第２連結部２７ｃとは、絶縁層２３上に設けられている。これにより、ｐ側補助電極２７は、被覆部２７ａ以外の部分において透明導電層２１に接触しないので、ｐ側補助電極２７の形状による電流集中の発生を防止することができる。

第１連結部２７ｂは、向かい合う被覆部２７ａを連結し、絶縁層２３の上面においてそれぞれ平行であることが好ましい。第２連結部２７ｃは、ｐ側パッド電極２５と第１連結部２７ｂとを連結し、第１連結部２７ｂの長手方向中央とｐ側パッド電極２５とを連結することが好ましい。

ｐ側補助電極２７の幅が小さければ、発光層１３からの光がｐ側補助電極２７に遮られることを防止することができる。しかし、ｐ側補助電極２７の幅が小さすぎると、半導体発光素子の順方向電圧Ｖｆが高くなる。特に、大電流が注入される半導体発光素子では、光出力と半導体発光素子の順方向電圧Ｖｆとの関係から最適な線幅を選ぶ必要がある。このことを考慮してｐ側補助電極２７の幅を設定することが好ましい。

また、第２連結部２７ｃの幅は、第１連結部２７ｂの幅の２倍程度であることが好ましい。これにより、半導体発光素子１全体に亘って電流密度がより均一となるので、半導体発光素子１の発光分布がより均一となる。

＜コンタクト部＞
コンタクト部３１は、上述のように透明導電層２１と被覆部２７ａとが接触して形成されている。よって、コンタクト部３１は、平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に設けられ、具体的には絶縁層２３の上面の各隅部に設けられる。また、絶縁層２３から露出する透明導電層２１が平面視で鉤型の形状を有するので、コンタクト部３１は、平面視で鉤型の形状を有する。

基板３は、平面視で正方形の形状を有しているので、絶縁層２３の上面の形状は、正方形である。そして、コンタクト部３１は、絶縁層２３の上面の各隅部に設けられている。これらのことから、ｎ側パッド電極２９からコンタクト部３１までの距離がそれぞれ等しいだけでなく、コンタクト部３１同士の間の距離もまた、それぞれ、等しくなる。よって、ｐ側パッド電極２５から透明導電層２１へ注入された電流は、ｐ型半導体層１５へより均等に注入される。したがって、半導体発光素子１全体に亘って電流密度がより均一となるので、半導体発光素子１の発光分布がより均一となる。好ましくは、コンタクト部３１がｎ側パッド電極２９を中心として対称に形成されていることである。

ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗がそれぞれ等しいことが好ましい。これにより、電流は、ｐ側パッド電極２５から透明導電層２１へ均一に注入されることとなる。よって、半導体発光素子１全体に亘って電流密度がより一層、均一となる。したがって、半導体発光素子１の発光分布がより一層、均一となる。

ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の距離、ｐ側補助電極２７の材料またはｐ側補助電極２７の形状（幅または厚さ）などを変更することにより、ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗を変更できる。そのため、ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗がそれぞれ等しいのであれば、ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の距離は異なっても良い。

「ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗がそれぞれ等しい」には、ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗が同一である場合だけでなく、その抵抗が当該抵抗の平均値に対して±５％である場合も含まれる。「ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗」の測定方法としては、たとえば、抵抗測定装置（テスターなど）の一方の端子をｐ側パッド電極２５に接触させ、その他方の端子をコンタクト部３１に接触させて測定するという方法が挙げられる。

なお、本実施形態では、基板３は、平面視で矩形の形状を有していても良い。この場合、絶縁層２３の上面の形状が矩形となる。このような場合であっても、ｎ側パッド電極２９からコンタクト部３１までの距離がそれぞれ等しくなるようにコンタクト部３１を設けることができる。これにより、コンタクト部３１から透明導電層２１へ注入された電流は、ｎ側パッド電極２９から最も遠距離にあるｐ型半導体層１５の部分からｎ側パッド電極２９へ向かって均等に注入される。よって、半導体発光素子１全体に亘って電流密度が均一となるので、半導体発光素子１の発光分布が均一となる。

［半導体発光素子の製造］
本実施形態の半導体発光素子１は以下に示す方法にしたがって製造される。半導体発光素子１の構成要素の材料などは上記［半導体発光素子の構成］で示したとおりである。

まず、基板３となるウエハを準備する。たとえば、ウエハの上面にレジストをパターニングしてから、ＩＣＰ（Inductively coupled plasma）などのエッチング方法によってウエハの上面の一部をエッチングする。これにより、周期的な凹凸構造がウエハの上面に形成される。

次に、ウエハの上面に、バッファ層、ノンドープ半導体層、ｎ型半導体層、発光層、電子ブロック層およびｐ型コンタクト層を順に積層する。たとえば、ウエハをＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置内に設置した後に、ＭＯＣＶＤ法によってＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮなどの窒化物半導体結晶を結晶成長させる。その後、ウエハを熱処理する。これにより、電子ブロック層およびｐ型コンタクト層内のｐ型ドーパントが活性化される。

続いて、たとえばスパッタ法または真空蒸着法などによって、ｐ型コンタクト層上に透明導電層形成用層を形成する。その後、チップサイズに合わせて、透明導電層形成用層上に保護マスク（図示せず）を形成し、たとえばフッ化水素などを用いて透明導電層形成用層の一部を除去する。これにより、透明導電層が形成される。

続いて、透明導電層およびその外周部の一部を覆うように保護マスク（図示せず）を形成してから、たとえばドライエッチングなどを行う。これにより、ｎ側パッド電極を設けるための開口と素子分割用溝とが形成される。

続いて、露出したｐ型コンタクト層、電子ブロック層、発光層およびｎ型コンタクト層と透明導電層とを覆う絶縁層を形成する。その後、絶縁層の一部をエッチングする。これにより、半導体積層体の上面の中央においてｎ型半導体層が露出し、絶縁層の上面の各隅部において透明導電層が露出する。

続いて、ｎ型半導体層の露出部、透明導電層の露出部、ｐ側パッド電極形成部およびｐ側補助電極形成部を開口するように保護マスク（図示せず）を絶縁層上に形成する。ｎ型半導体層の露出部上にｎ側パッド電極を形成する。透明導電層の露出部上およびｐ側補助電極形成部上にｐ側補助電極を形成する。ｐ側パッド電極形成部上にｐ側パッド電極を形成する。たとえば真空蒸着法またはスパッタ法などによってｐ側パッド電極、ｐ側補助電極およびｎ側パッド電極を形成することができる。このようにして、複数の半導体発光素子が格子状に配列されたウエハが得られる。

ｐ側パッド電極、ｐ側補助電極およびｎ側パッド電極の形成の順序は特に限定されない。たとえば、ｐ側パッド電極およびｐ側補助電極を形成してから、ｎ側パッド電極を形成しても良い。

続いて、レーザスクライブ装置を用いてウエハに分割のきっかけ（分割容易部）となる改質部を形成する。たとえば、まず、ステンレスリングに貼り付けられた粘着シートに、ウエハを貼り付ける。このウエハをレーザスクライブ装置のステージにセットし、ウエハの一側面から所定の深さの位置にレーザスクライブを行う。これにより、改質部が形成される。その後、レーザダイシング装置のステージを回して、ウエハを９０°回転させる。その後、ウエハの別の一側面から所定の深さの位置にレーザスクライブを行い、改質部を形成する。ウエハの各側面には、改質部を１つ形成しても良いし、改質部を複数形成しても良い。

ウエハをチップサイズ分だけＹ方向に移動させてレーザスクライブを繰り返し行うことが好ましい。同様に、ウエハをチップサイズ分だけＸ方向に移動させてレーザスクライブを繰り返し行うことが好ましい。

続いて、ウエハをステンレスリングから外して、内部に改質部が形成されたウエハをブレーキングする。これにより、改質部に含まれる亀裂がウエハの上面および下面に伸展してウエハがチップに分離される。よって、本実施形態の半導体発光素子１が得られる。

以上説明した本実施形態の技術は、半導体発光素子１の発光波長に関係なく、どの波長においても適用可能である。

なお、平面視でのコンタクト部３１の形状は、上記第１の実施形態に記載の形状に限定されず、図３（ｂ）〜（ｄ）に示す形状であっても良い（後述の第２〜第４の実施形態）。なお、図３（ａ）に示すコンタクト部３１は、上記第１の実施形態に記載のコンタクト部３１と同一である。また、絶縁層２３の上面におけるコンタクト部３１の位置は、上記第１の実施形態に記載の位置に限定されず、図４に示す位置であっても良い（後述の第５の実施形態）。

＜第２の実施形態＞
図３（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の要部平面図である。本実施形態では、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は、平面視で正方形の形状を有する。これにより、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は、平面視で正方形の形状を有する。このような場合であっても、上記第１の実施形態に記載の効果を得ることができる。

絶縁層２３から露出する透明導電層２１は平面視で矩形の形状を有していても良く、よって、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は平面視で矩形の形状を有していても良い。

＜第３の実施形態＞
図３（ｃ）は、本発明の第３の実施形態の半導体発光素子の要部平面図である。本実施形態では、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は、平面視で円形の形状を有する。これにより、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は、平面視で円形の形状を有する。このような場合であっても、上記第１の実施形態に記載の効果を得ることができる。

その上、図３（ｃ）に示すコンタクト部３１にはエッジがないので、コンタクト部３１における電流の集中が防止される。このような効果は、コンタクト部３１が平面視で曲線により形成された形状を有している場合に得られる。たとえば、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は平面視で楕円形の形状を有していても良く、よって、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は平面視で楕円形の形状を有していても良い。つまり、「コンタクト部３１は、平面視で、円形の形状を有している」とは、各コンタクト部３１が平面視で曲線により形成された形状を有していることを意味する。

＜第４の実施形態＞
図３（ｄ）は、本発明の第４の実施形態の半導体発光素子の要部平面図である。本実施形態では、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は、平面視でアーチ状の形状を有する。これにより、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は、平面視でアーチ状の形状を有する。このような場合であっても、図３（ｃ）に示す場合と同様の効果が得られる。

その上、図３（ｄ）に示す場合には、各コンタクト部３１の至るところにおいてｎ側パッド電極２９からの距離が等しくなる。これにより、半導体発光素子全体に亘って電流密度がさらに均一となるので、半導体発光素子の発光分布がさらに均一となる。

「コンタクト部３１は、平面視で、アーチ状の形状を有している」とは、各コンタクト部３１が平面視でｎ側パッド電極２９の重心を中心とする円の一部の形状を有することを意味する。

上記第１〜第４の実施形態のいずれであってもコンタクト部３１において電流集中が起こらず、また、コンタクト部３１の大きさは必要最小限である。よって、光出力を損なうことなく、半導体発光素子全体に亘って電流密度を均一にすることができる。

＜第５の実施形態＞
図４は、第５の実施形態の半導体発光素子の平面図である。本実施形態では、透明導電層２１は、絶縁層２３の上面の各隅部よりも内側において絶縁層２３から露出しており、絶縁層２３から露出する透明導電層２１は、平面視でアーチ状の形状を有する。これにより、ｐ側補助電極２７の被覆部２７ａおよびコンタクト部３１は、絶縁層２３の上面の各隅部よりも内側に設けられており、平面視でアーチ状の形状を有する。このような場合であっても、上記第４の実施形態に示す場合と同様の効果が得られる。

以上説明したように、図１〜図４に示す半導体発光素子１では、基板３上に、ｎ型半導体層１１、発光層１３およびｐ型半導体層１５を含む半導体積層体１０と、透明導電層２１と、ｐ側パッド電極２５と、ｐ側パッド電極２５から延びる２つ以上のｐ側補助電極２７と、ｎ側パッド電極２９とが設けられている。透明導電層２１は、ｐ型半導体層１５上に設けられている。透明導電層２１の上面の一部には、絶縁層２３が設けられている。ｐ側パッド電極２５は、絶縁層２３上に設けられている。ｎ側パッド電極２９は、ｐ型半導体層１５および発光層１３から露出するｎ型半導体層１１上に設けられている。平面視においてｎ側パッド電極２９から等距離離れた位置に、絶縁層２３から露出する透明導電層２１とｐ側補助電極２７とが接触してなるコンタクト部３１が２つ以上設けられている。これにより、半導体発光素子全体に亘って電流密度を均一にすることができるので、半導体発光素子の発光分布を均一にすることができる。

好ましくは、半導体発光素子１は平面視で矩形の形状を有し、コンタクト部３１は平面視での半導体発光素子１の各隅部に設けられている。これにより、半導体発光素子１全体に亘って電流密度がより均一となるので半導体発光素子１の発光分布がより均一となる。

より好ましくは、半導体発光素子１は平面視で正方形の形状を有する。これにより、半導体発光素子１全体に亘って電流密度がさらに均一となるので、半導体発光素子１の発光分布がさらに均一となる。

コンタクト部３１は、平面視で、矩形、円形、鉤型またはアーチ状の形状を有していることが好ましい。これにより、光出力を損なうことなく、半導体発光素子全体に亘って電流密度を均一にすることができる。

ｐ側パッド電極２５とコンタクト部３１との間の抵抗がそれぞれ等しいことが好ましい。これにより、半導体発光素子の発光分布がより一層、均一となる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
実施例１では、図５に示す半導体発光素子を製造した。まず、サファイアからなるウエハの上面にレジストをパターニングし、ＩＣＰによってウエハの上面の一部をエッチングした。これにより、周期的な凹凸構造をウエハの上面に形成した。

次に、ＭＯＣＶＤ法により、ウエハの上面に、ＡｌＮ層（厚さが１５ｎｍ、バッファ層）、ノンドープＧａＮ層（厚さが５００ｎｍ、ノンドープ半導体層）、Ｓｉが１×１０^１８／ｃｍ^３ドープされたＧａＮ層（厚さが約５μｍ、ｎ型コンタクト層）、発光層、Ｍｇが２×１０^１９／ｃｍ^３ドープされたｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層（厚さが２５ｎｍ、電子ブロック層）、および、Ｍｇが８×１０^１９／ｃｍ^３ドープされたｐ型ＧａＮ層（厚さが１００ｎｍ、ｐ型コンタクト層）を順に形成した。

次に示す方法にしたがって発光層を形成した。１層のＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層（厚さが３ｎｍ、井戸層）と１層のＧａＮ層（厚さが５ｎｍ、障壁層）とを交互に積層し、１層のＩｎ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ層と１層のＧａＮ層とを１組として６組形成した。

ウエハを熱処理してＭｇを活性化させてから、スパッタ法によりｐ型ＧａＮ層上にＩＴＯ層形成用層（透明導電層形成用層）を形成した。チップサイズに合わせて、ＩＴＯ層形成用層上に保護マスクを形成し、フッ化水素を用いて透明導電層形成用層の一部を除去した。これにより、ＩＴＯ層（透明導電層）２１が形成された。

ＩＴＯ層２１およびその外周部の一部を覆うように保護マスクを形成してから、ドライエッチングを行った。これにより、ｎ側パッド電極２９を設けるための開口と素子分割用溝とを形成した。

ドライエッチングにより露出したｐ型ＧａＮ層、ｐ型Ａｌ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層、発光層およびｎ型ＧａＮ層とＩＴＯ層２１とを覆うように、ＳｉＯ_２層（絶縁層）２３を形成した。その後、ＳｉＯ_２層２３の一部をエッチングした。これにより、半導体積層体の上面の中央においてｎ型ＧａＮ層が露出し、ＳｉＯ_２層２３の隅部においてＩＴＯ層２１が露出した。

ｎ型ＧａＮ層の露出部、ＩＴＯ層２１の露出部、ｐ側パッド電極形成部およびｐ側補助電極形成部を開口するように保護マスクをＳｉＯ_２層２３に形成した。スパッタ法により、ｎ型ＧａＮ層の露出部上にｎ側パッド電極２９を形成し、ＩＴＯ層２１の露出部およびｐ側補助電極形成部上にｐ側補助電極２７を形成し、ｐ側パッド電極形成部上にｐ側パッド電極２５を形成した。このようにして、複数の半導体発光素子が格子状に配列されたウエハを得た。ＳｉＯ_２層２３の上面において、ｐ側パッド電極２５およびｎ側パッド電極２９は、直径を７６μｍとする円形状に形成されていた。ｐ側補助電極２７の第２連結部２７ｃの幅は１０μｍであり、ｐ側補助電極２７の第１連結部２７ｂの幅は５μｍであった。

ステンレスリングに貼り付けられた粘着シートに、得られたウエハを貼り付けた。このウエハをレーザスクライブ装置のステージにセットし、ウエハの一側面から所定の深さの位置にレーザスクライブを行った。その後、レーザダイシング装置のステージを回してウエハを９０°回転させ、ウエハの別の一側面から所定の深さの位置にレーザスクライブを行った。

その後、ウエハをステンレスリングから外して、内部に改質部が形成されたウエハをブレーキングした。これにより、本実施例の半導体発光素子を得た。本実施例の半導体発光素子は、６５０μｍ×６５０μｍ角で厚さが１３０μｍの立方体形状からなっていた。

本実施例では、９０ｍＡの電流がコンタクト部３１のそれぞれからｐ側補助電極２７の第１連結部２７ｂへ流れ、ｐ側補助電極２７の第１連結部２７ｂとｐ側補助電極２７の第２連結部２７ｃとの交点で合流された。これにより、ｐ側補助電極２７の第２連結部２７ｃのそれぞれには１８０ｍＡの電流が流れてｐ側パッド電極２５へ注入された。

＜実施例２＞
実施例２では、図６に示す半導体発光素子を製造した。ＳｉＯ_２層２３の各隅部よりも内側においてＩＴＯ層２１をＳｉＯ_２層２３から露出させること、および、ＳｉＯ_２層２３から露出するＩＴＯ層２１の平面視での形状をアーチ状とすることを除いては、上記実施例１に記載の方法にしたがって半導体発光素子を製造した。

本実施例においても、９０ｍＡの電流がコンタクト部３１のそれぞれからｐ側補助電極２７の第１連結部２７ｂへ流れ、ｐ側補助電極２７の第１連結部２７ｂとｐ側補助電極２７の第２連結部２７ｃとの交点で合流された。これにより、ｐ側補助電極２７の第２連結部２７ｃのそれぞれには１８０ｍＡの電流が流れてｐ側パッド電極２５へ注入された。

＜実施例３＞
実施例３では、図７に示す半導体発光素子を製造した。ｎ側パッド電極２９にｎ側補助電極２９ａ〜２９ｄを設けたことを除いては、上記実施例２に記載の方法にしたがって半導体発光素子を製造した。

また、ｎ側パッド電極２９にはｎ側補助電極２９ａ〜２９ｄが設けられていたため、上記実施例２に比べて更に電流密度を均一化できた。

なお、発光層の一部を除去することによりｎ側補助電極２９ａ〜２９ｄを形成した。そのため、均一発光による発光効率の改善と発光層からの光量または外部光取出し効率との兼ね合いで、ｎ側補助電極２９ａ〜２９ｄの形状（幅または長さなど）を設定することが好ましい。

＜実施例４＞
実施例４では、図８に示す半導体発光素子を製造した。ｎ側補助電極２９ａ〜２９ｄをコンタクト部３１へ向かって延びるように設けたことを除いては、上記実施例３に記載の方法にしたがって半導体発光素子を製造した。本実施例では、上記実施例３に比べて更に電流密度を均一化できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２下面、３基板、４上面、７バッファ層、９ノンドープ半導体層、１０半導体積層体、１１ｎ型半導体層、１３発光層、１４電子ブロック層、１５ｐ型半導体層、１６ｐ型コンタクト層、２１透明導電層、２３絶縁層、２５ｐ側パッド電極、２７ｐ側補助電極、２７ａ被覆部、２７ｂ第１連結部、２７ｃ第２連結部、２９ｎ側電極、２９ａ〜２９ｄｎ側補助電極、３１コンタクト部、１２３外側面。

Claims

基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を含む半導体積層体と、透明導電層と、ｐ側パッド電極と、前記ｐ側パッド電極から延びる２つ以上のｐ側補助電極と、ｎ側パッド電極とが設けられてなる半導体発光素子であって、
前記透明導電層は、前記ｐ型半導体層上に設けられ、
前記透明導電層の上面の一部には、絶縁層が設けられ、
前記ｐ側パッド電極は、前記絶縁層上に設けられ、
前記ｎ側パッド電極は、前記ｐ型半導体層および前記発光層から露出する前記ｎ型半導体層上に設けられ、
平面視において前記ｎ側パッド電極から等距離離れた位置に、前記絶縁層から露出する透明導電層と前記ｐ側補助電極とが接触してなるコンタクト部が２つ以上設けられている半導体発光素子。
前記半導体発光素子は、平面視で矩形の形状を有しており、
前記コンタクト部は、平面視での前記半導体発光素子の各隅部に設けられている請求項１に記載の半導体発光素子。
前記半導体発光素子は、平面視で正方形の形状を有している請求項２に記載の半導体発光素子。
前記コンタクト部は、平面視で、矩形、円形、鉤型またはアーチ状の形状を有している請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記ｐ側パッド電極と前記コンタクト部との間の抵抗がそれぞれ等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の半導体発光素子。
前記ｐ側補助電極のうち前記コンタクト部において前記透明導電層と接触する部分とは異なる部分は、前記絶縁層上に設けられている請求項１〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。