JP2017059719A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光の均一化を図り、高電流での光出力低下を抑制すること。
【解決手段】ｐ電極１６およびｎ電極１７の一方の平面パターンは、各発光領域１０１ａ〜ｄの円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円ないし円周（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円周の場合）、または扇型ないし円弧（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円弧の場合）である。また、ｐ電極１６およびｎ電極１７の他方の平面パターンは、各発光領域１０１ａ〜ｄの円周または円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円周の場合）、または円弧（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円弧の場合）である。
【選択図】図１

Description

本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子に関する。特に、光通信用途に適した構造を有した発光素子であって、発光領域、および電極の平面パターンに特徴を有したものに関する。

短距離の光ファイバー通信では、安価で曲げに強いなどの理由によりＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）が広く採用されている。ＰＯＦは緑色帯域において低損失であるため、光源としてIII 族窒化物半導体からなる緑色発光の発光素子が適している。

そのような通信用途においては、高電流での光出力低下が少ないことが望ましい。所望の明暗差を得るために必要な最大電流値を小さくすることができるためである。高電流での光出力低下の抑制には、発光の均一化を図ることが有効である。

特許文献１には、発光層の平面パターンを円とし、その発光層上部に円形の平面パターンのｎ電極、発光層を囲うリング状の平面パターンのｐ電極を設けた発光素子が記載されている。発光領域の平面パターンは、発光層の平面パターンと同様の円となる。また、発光層の上部に電流阻止層を設けて、電流を流す領域を制限することが記載されている。発光素子の平面パターンをこのように構成することにり、発光層へ流れる電流が均一となる旨が記載されている。

特許文献２には、中心部を円形にエッチングしてｎ層を露出させ、その中心部に円形のｎ電極、それを囲うようにリング状の平面パターンのｐ電極とし、発光領域をそのｐ電極に沿ってリング状とした発光素子が記載されている。これにより発光の均一化を図る旨が記載されている。

特開２００９−１４６９８０号公報 特開２０１３−１４５９１３号公報

しかし、従来の発光素子では発光が十分に均一でなく、高電流での光出力低下の抑制も十分ではなかった。また、緑色発光では青色発光に比べて均一に発光させることが難しかった。そのため、さらに均一な発光とすることが望まれていた。

そこで本発明は、発光の均一化を図り、高電流での光出力低下を抑制することを目的とする。

本発明の第１の態様は、III 族窒化物半導体からなり、各々が発光する第１素子領域を複数有し、各第１素子領域にｐ電極およびｎ電極が設けられた発光素子において、各第１素子領域の各発光領域の平面パターンは、円周または円弧であり、ｐ電極およびｎ電極の一方の平面パターンは、発光領域の円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円、扇型、円周または円弧であり、ｐ電極およびｎ電極の他方の平面パターンは、発光領域の円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周または円弧である、ことを特徴とする発光素子である。

本発明の第２の態様は、III 族窒化物半導体からなり、発光する１つの第１素子領域を有し、第１素子領域にｐ電極およびｎ電極が設けられた発光素子において、第１素子領域の発光領域の平面パターンは、円周または円弧であり、ｐ電極およびｎ電極の一方の平面パターンは、発光領域の円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円、扇型、円周または円弧であり、ｐ電極およびｎ電極の他方の平面パターンは、発光領域の円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周または円弧であり、第１素子領域よりも外側に、第１素子領域とは電気的に分離され、ｐ電極およびｎ電極が設けられておらず発光しない第２素子領域を有する、ことを特徴とする発光素子である。

本発明の第１の態様において、第２の態様と同様に、第１素子領域よりも外側に、第１素子領域とは電気的に分離され、ｐ電極およびｎ電極が設けられておらず発光しない第２素子領域を有するようにしてもよい。第２素子領域によって、発光のピーク波長よりも短波長側の光を吸収することで、発光スペクトルの半値幅がより狭くなり、指向性もより高くなる。そのため、ＰＯＦを用いた近距離光通信により適した発光となる。

また、本発明の第１の態様において、各発光領域の平面パターンの面積Ｓは、各発光領域の平面パターンの面積の平均値をＳ０として、０．９×Ｓ０以上１．１×Ｓ０以下の範囲とするのがよい。各発光領域１０１ａ〜ｄからの発光がより均一となる。より望ましくは０．９５×Ｓ０以上１．０５×Ｓ０以下の範囲であり、最も望ましいのは、各発光領域の平面パターンの面積を等しくすることである。

また、本発明の第１の態様において、各素子領域は、並列接続されているとよい。応答速度の向上を図ることができ、より光通信に適したものとすることができる。

また、本発明おいて、発光領域の円周または円弧の幅は、５〜２０μｍであるとよい。より均一な発光とすることができる。より望ましくは、５〜１５μｍ、さらに望ましくは５〜１０μｍである。

本発明は、緑色発光の素子に特に有効である。緑色発光の素子は、青色発光の素子に比べて均一に発光させることが難しかったためである。緑色発光は、中心波長が４９０〜５７０ｎｍの範囲である。より望ましい発光波長の範囲は５００〜５３０ｎｍである。

本発明の発光素子は、ＰＯＦ（プラスチック光ファイバー）を用いた光通信の光源用途として特に有効である。本発明の発光素子は、高電流での光出力低下が抑制されており、所望の明暗差を得るために必要な最大電流値を小さくすることができるためである。

本発明によれば、発光領域から均一に発光させることができ、高電流での光出力低下を抑制することができる。

実施例１の発光素子の構成を示した平面図。 実施例１の発光素子の構成を示した断面図。 実施例１の発光素子の構成を示した断面図。 実施例１の発光素子の構成の変形例を示した断面図。 実施例２の発光素子の構成を示した平面図。 実施例２の発光素子の構成を示した断面図。 実施例２の発光素子の構成の変形例を示した断面図。 順方向電流と光出力の関係を示したグラフ。 実施例３の発光素子の構成を示した平面図。

以下、本発明の具体的な実施例について、図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

図１は、実施例１の発光素子の構成を示した平面図である。また、図２は、実施例１の発光素子の構成を示した断面図である。図２の断面図は、図１におけるＡ−Ａ’での断面である。図３の断面図は、図１におけるＢ−Ｂ’での断面である。実施例１の発光素子はフェイスアップ型であり、図１において紙面垂直方向に奥側から手前側へと光を取り出す構造である。また、実施例１の発光素子は、ＰＯＦを用いた近距離光通信に適した緑色発光（中心波長４９０〜５７０ｎｍ）である。

図２のように、実施例１の発光素子は、基板１０を有し、基板１０上にIII 族窒化物半導体からなるｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を積層し、ｐ層１３上の所定領域に電流阻止層１４を設け、ｐ層１３および電流阻止層１４上に透明電極１５を設け、透明電極１５上にｐ電極１６、溝により露出させたｎ層１１上にｎ電極１７を設けた構造である。各層の構成の詳細については後に述べる。

次に、図１を参照に、実施例１の発光素子の平面パターンについて説明する。

図１のように、実施例１の発光素子は、平面視で一辺が４２０μｍの正方形であり、素子分離溝１９によって、４つの第１素子領域１００ａ〜ｄと、第２素子領域１００ｅとに電気的に分離されている。ここで素子領域とは、基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３の積層構造が形成された領域（ただしｎ電極１７が形成される領域はｎ層１１まで）である。素子分離溝１９は、ｐ層１３表面から基板１０に達する深さの溝である。なお、素子分離溝１９の深さは、発光層１２が電気的に分離される深さであればよく、ｐ層１３表面からｎ層１１に達する深さであってもよい。４つの第１素子領域１００ａ〜ｄは、ｐ電極１６およびｎ電極１７によって並列接続され、それぞれが発光する発光領域１０１ａ〜ｄを有している。一方、第２素子領域１００ｅは、ｐ電極１６およびｎ電極１７が設けられておらず、発光しない。

第１素子領域１００ａ、ｂの平面パターンと第１素子領域１００ｃ、ｄの平面パターンは、発光素子の正方形の平面パターンにおいて、その正方形の辺に平行な中心軸に対して対称なパターンである。

第１素子領域１００ａ、ｃの平面パターンは、図１に示すように円であり、それぞれの半径は等しい。第１素子領域１００ａの平面パターンの円の中心Ｏ１は、発光素子の正方形の平面パターンにおける一辺１０２ａ近傍の中央に位置している。第１素子領域１００ｃの平面パターンの円の中心Ｏ２は、発光素子の正方形の平面パターンにおける辺１０２ａの対辺である辺１０２ｂ近傍の中央に位置している。

第１素子領域１００ｂ、ｄの平面パターンは、図１に示すように円弧であり、それぞれの半径、および円弧の幅は等しい。第１素子領域１００ｂの平面パターンである円弧の中心は、第１素子領域１００ａの平面パターンである円の中心Ｏ１と同一である。また、第１素子領域１００ｂの平面パターンである円弧の半径は、第１素子領域１００ａの平面パターンである円の半径よりも大きく、その円を内包する。第１素子領域１００ｄの平面パターンである円弧の中心は、その中心を第１素子領域１００ｃの平面パターンである円の中心Ｏ２と同一である。また、第１素子領域１００ｄの平面パターンである円弧の半径は、第１素子領域１００ｃの平面パターンである円の半径よりも大きく、その円を内包する。

第２素子領域１００ｅは、第１素子領域１００ｂ、ｄの外側（その平面パターンである円弧の中心部側とは反対側）に、素子分離溝１９により隔てられて存在する領域である。第２素子領域１００ｅにはｐ電極１６およびｎ電極１７が接続されておらず、第１素子領域１００ａ〜ｄと電気的に分離されている。そのため、第２素子領域１００ｅは発光しない領域である。第２素子領域１００ｅは、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を除去して素子分離溝１９としてもよい領域であるが、実施例１のように残すことが望ましい。第２素子領域１００ｅを、発光領域１０１ａ〜ｄから放射される光のうち、ピーク波長よりも短波長側の光を吸収する吸収層として機能させるためである。この機能によって、発光スペクトルの半値幅がより狭くなり、指向性もより高くなる。そのため、ＰＯＦを用いた近距離光通信により適した発光となる。

発光領域１０１ａ、ｃの平面パターンは、それぞれ第１素子領域１００ａ、ｃに内包される円周状（円形のリング状）である。発光領域１０１ａの平面パターンである円周の中心は、第１素子領域１００ａの平面パターンである円の中心Ｏ１と同一である。また、発光領域１０１ｃの平面パターンである円周の中心は、第１素子領域１００ｃの平面パターンである円の中心Ｏ２と同一である。

発光領域１０１ｂ、ｄの平面パターンは、それぞれ第１素子領域１００ｂ、ｄに内包される中心角１８０°の円弧状（半円のリング状）である。その円弧の両端を結ぶ方向は、辺１０２ａ、ｂと平行に揃えている。発光領域１０１ｂの平面パターンである円弧の中心は、第１素子領域１００ａの平面パターンである円の中心Ｏ１と同一である。また、発光領域１０１ｄの平面パターンである円弧の中心は、第１素子領域１００ｃの平面パターンである円の中心Ｏ２と同一である。また、発光領域１０１ｂ、ｄの平面パターンである円弧の幅は、発光領域１０１ａ、ｃの平面パターンである円周の幅と同一である。また、発光領域１０１ｂ、ｄの平面パターンである円弧の半径（中心から径方向に円弧の幅の中心までの距離）は、発光領域１０１ａ、ｃの平面パターンである円の半径の２倍である。したがって、発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンの面積はそれぞれ等しい。

なお、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは上記に限るものではなく、円周ないし円弧であれば任意のパターンでよい。また、各発光領域１０１ａ〜ｄの相互の配置の仕方は、ある点を中心として同心円状に配置し、かつ素子の平面パターンに対して対称的な配置とするのがよい。

また、実施例１では各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンの面積はそれぞれ等しくしているが、異なっていてもよい。ただし、均一な発光を得るためには、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンの面積Ｓは、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンの面積の平均値をＳ０として、０．９×Ｓ０以上１．１×Ｓ０以下の範囲とするのがよい。より望ましくは０．９５×Ｓ０以上１．０５×Ｓ０以下の範囲であり、最も望ましいのは、実施例１のように各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンの面積を等しくすることである。

また、発光領域１０１ａ〜ｄ全体の面積は、発光素子全体の平面パターンの面積の１〜３０％とするのがよい。発光面積の縮小による応答速度の向上を図ることができ、光通信に適したものとすることができる。より望ましくは１〜２０％であり、さらに望ましくは１〜１０％である。

また、各発光領域１０１ａ〜ｄの幅は、５〜２０μｍとするのがよい。発光のさらなる均一化を図ることができる。より望ましくは、５〜１５μｍ、さらに望ましくは５〜１０μｍである。

なお、第１素子領域１００ａ〜ｄの平面パターンは、それぞれが電気的に分離されたパターンであれば、実施例１に限らないが、発光の均一化のためには、発光領域１０１ａの平面パターンの相似形とするのがよい。

ｐ電極１６の平面パターンは、円周状の平面パターンである円周部１６ａ、ｃと、中心角１８０°の円弧状の平面パターンである円弧部１６ｂ、ｄと、これらを接続するコの字型の直線状の平面パターンである接続部１６ｅで構成されている。

円周部１６ａの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域１０１ａの外側であって、その発光領域１０１ａの平面パターンの円周と中心を同一とする円周状（リング状）のパターンである。また、円周部１６ｃの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域１０１ｃの内側であって、その発光領域１０１ｃの平面パターンの円周と中心を同一とする円周状（リング状）のパターンである。

円弧部１６ｂの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域１０１ｂの外側に円弧に沿って対向し、発光領域１０１ｂの平面パターンの円弧と中心および中心角を同一とする円弧状（半円のリング状）のパターンである。また、円弧部１６ｄの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域１０１ｂの内側に円弧に沿って対向し、発光領域１０１ｂの平面パターンの円弧と中心および中心角を同一とする円弧状のパターンである。

接続部１６ｅの平面パターンは、円周部１６ａ、ｃ、円弧部１６ｂ、ｄを互いに接続するコの字型のパターンである。具体的には、円周部１６ａから辺１０２ａに沿って辺１０２ｃ（発光素子の正方形の平面パターンにおける辺のうち、辺１０２ａ、ｂに直交する２辺の一方）に向かって延伸し、円弧部１６ｂの端部と接続する直線状のパターンと、円周部１６ｃから辺１０２ｂに沿って辺１０２ｃに向かって延伸し、円弧部１６ｄの端部と接続する直線状のパターンと、辺１０２ｃ近傍においてその辺１０２ｃに沿って延伸し、両端において上記の辺１０２ａ、ｂに平行な直線状パターンと接続する直線状のパターンと、で構成されたコの字型のパターンである。

ｎ電極１７の平面パターンは、ｐ電極１６の平面パターンを１８０°回転させたパターンであり、円周状の平面パターンである円周部１７ａ、ｃと、中心角１８０°の円弧状の平面パターンである円弧部１７ｂ、ｄと、これらを接続するコの字型の直線状の平面パターンである接続部１７ｅで構成されている。

円周部１７ａの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域１０１ａの内側であって、その発光領域１０１ａの平面パターンの円周と中心を同一とする円周状（リング状）のパターンである。また、円周部１７ｃの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域１０１ｃの外側であって、その発光領域１０１ｃの平面パターンの円周と中心を同一とする円周状（リング状）のパターンである。

円弧部１７ｂの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域１０１ｂの内側に円弧に沿って対向し、発光領域１０１ｂの平面パターンの円弧と中心および中心角を同一とする円弧状（半円のリング状）のパターンである。また、円弧部１７ｄの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域１０１ｂの外側に円弧に沿って対向し、発光領域１０１ｂの平面パターンの円弧と中心および中心角を同一とする円弧状のパターンである。

接続部１７ｅの平面パターンは、円周部１７ａ、ｃ、円弧部１７ｂ、ｄを互いに接続するコの字型のパターンである。具体的には、円周部１７ａから辺１０２ａに沿って辺１０２ｄ（発光素子の正方形の平面パターンにおける辺のうち、辺１０２ｃに対向する辺）に向かって延伸し、円弧部１７ｂの端部と接続する直線状のパターンと、円周部１７ｃから辺１０２ｂに沿って辺１０２ｄに向かって延伸し、円弧部１７ｄの端部と接続する直線状のパターンと、辺１０２ｄ近傍においてその辺１０２ｄに沿って延伸し、両端において上記の辺１０２ａ、ｂに平行な直線状パターンと接続する直線状のパターンと、で構成されたコの字型のパターンである。

ｐ電極１６の平面パターンとｎ電極１７の平面パターンは一部重なっている部分があるが、断面においてはｐ電極１６とｎ電極１７との間に絶縁膜１８を設けて電気的に分離させている。

なお、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンは上記に限るものではなく、以下の条件をいずれも満たすのであれば任意のパターンでよい。第１に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の一方の平面パターンが、各発光領域１０１ａ〜ｄの円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円ないし円周（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円周の場合）、または扇型ないし円弧（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円弧の場合）である必要がある。第２に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の他方の平面パターンが、各発光領域１０１ａ〜ｄの円周または円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円周の場合）、または円弧（発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンが円弧の場合）である必要がある。すなわち、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンは、円周状または円弧状の発光領域１０１ａ〜ｄを挟んで対向し、かつその円周または円弧に沿った同心円状のパターンであればよい。

以上のように発光領域１０１ａ〜ｄ、ｐ電極１６、およびｎ電極１７の平面パターンを構成すると、ｐ電極１６からｎ電極１７までの最短距離が均一となり、その最短距離方向における発光領域１０１ａ〜ｄの幅も均一となるため、発光領域１０１ａ〜ｄを流れる電流もいたるところ均一となる。そのため、発光領域１０１ａ〜ｄを極めて均一に発光させることができ、高電流での光出力低下を抑制することができる。

次に、実施例１の発光素子の各層の構成について、図２を参照に説明する。

基板１０は、ｎ層１１側の表面に凹凸加工（図示しない）が施されたサファイア基板である。凹凸加工は光取り出し効率を向上させるために設けている。基板１０の材料にはサファイア以外にも、III 族窒化物半導体を結晶成長可能な任意の材料の基板を用いることができる。たとえば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯなどである。

ｎ層１１は、基板１０側から順に、ｎ型コンタクト層、ｎ型ＥＳＤ層、ｎ型ＳＬ層が積層された構造である。ｎ型コンタクト層はｎ電極１７が接触する層である。ｎ型コンタクト層は、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁸／ｃｍ³ 以上のｎ−ＧａＮからなる。ｎ型コンタクト層をキャリア濃度の異なる複数の層で構成することでｎ電極１７のコンタクト抵抗を低減することも可能である。ｎ型ＥＳＤ層は、素子の静電破壊を防止するための静電耐圧層である。ｎ型ＥＳＤ層は、ノンドープのＧａＮとＳｉドープのｎ−ＧａＮの積層構造である。ｎ型ＳＬ層は、ＩｎＧａＮと、ＧａＮと、ｎ−ＧａＮとを順に積層した構造を単位として、これを複数単位繰り返し積層した超格子構造を有するｎ型超格子層である。ｎ型ＳＬ層は、発光層１２にかかる応力を緩和するための層である。

発光層１２は、ＩｎＧａＮからなる井戸層と、ＡｌＧａＮからなる障壁層とを繰り返し積層したＭＱＷ構造である。井戸層のＩｎ組成比は、緑色発光（中心波長が４９０〜５７０ｎｍ）となるように調整されている。井戸層と障壁層との間に、Ｉｎの蒸発を防ぐための保護層を設けてもよい。

ｐ層１３は、発光層１２側から順に、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が積層された構造である。ｐ型クラッド層は、電子がｐ型コンタクト層側に拡散するのを防止するための層である。ｐ型クラッド層は、ｐ−ＩｎＧａＮとｐ−ＡｌＧａＮを順に積層した構造を単位として、これを複数回繰り返し積層させた構造である。ｐ型コンタクト層は、ｐ電極１６がｐ層１３に良好にコンタクトをとるために設ける層である。ｐ型コンタクト層は、Ｍｇ濃度が１×１０¹⁹〜１×１０²²／ｃｍ³ で厚さ１００〜１０００Åのｐ−ＧａＮからなる。

ｎ層１１、発光層１２、およびｐ層１３は、素子分離溝１９によって各第１素子領域１００ａ〜ｄ、および第２素子領域１００ｅに電気的に分離されている。

なお、ｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３の構成は、上記記載の構成に限るものではなく、従来、III 族窒化物半導体からなる発光素子に用いられている任意の構成を採用することができる。

電流阻止層１４は、ＳｉＯ₂ からなり、ｐ層１３上の所定の領域に設けられている。電流阻止層１４の厚さは１００ｎｍである。電流阻止層１４を設けることにより、その領域の電流をブロックして、発光領域１０１ａ〜ｄが図１に示す平面パターンとなるようにする。この発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは、ｐ電極１６の平面パターンと重ならないようにする。ｐ電極１６直下の領域を光らせないこと、および電流阻止層１４による反射によってｐ電極１６へと向かう光を反射させることによって、ｐ電極１６による光の吸収・遮蔽を抑制するためである。

電流阻止層１４の材料には、ＳｉＯ₂ 以外にも、ＳｉＯＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、ＨｆＯ₂ 、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 、などの酸化物、ＡｌＮ、ＳｉＮなどの窒化物、ＳｉＣなどの炭化物、フッ化物、など種々の絶縁体を用いることができる。それらの材料の単層でも多層でもよく、単結晶、多結晶、アモルファスのいずれの結晶状態であってもよい。また、光学膜厚が１／４波長で屈折率が異なる２種類の膜を交互に積層させた誘電体多層膜としてもよい。電流阻止層１４による反射によってｐ電極１６へと向かう光が減少し、ｐ電極１６による光の吸収が低減されるため、発光効率をより向上させることが可能である。

透明電極１５は、ＩＺＯ（亜鉛ドープの酸化インジウム）からなる。透明電極１５は、ｐ層１３上および電流阻止層１４上に連続して形成されている。平面視において、ｐ層１３と透明電極１５が接している領域が発光領域１０１ａ〜ｄとなる。透明電極１５の厚さは２００ｎｍである。透明電極１５の材料として、ＩＺＯ以外にも、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＣＯ（セリウムドープの酸化インジウム）などの酸化インジウム系材料や、その他の透明導電性酸化物を用いることができる。

発光をより均一とするために、透明電極１５のシート抵抗は、ｎ層１１のシート抵抗の０．８倍から１．２倍であることが望ましい。より望ましくは０．９倍から１．１倍であり、さらに望ましくは０．９５倍から１．０５倍である。

ｐ電極１６およびｎ電極１７は、Ｎｉ／Ａｕ／Ａｌからなる。Ｎｉ膜は５０ｎｍ、Ａｕ膜は１５００ｎｍ、Ａｌ膜は１０ｎｍである。ｐ電極１６の平面パターンは図１の通りである。ｐ電極１６のうち円周部１６ａ、ｃと円弧部１６ｂ、ｄは、透明電極１５上の所定領域に位置している。ｐ電極１６のうち接続部１６ｅは、絶縁膜１８中に位置している。接続部１６ｅによって、円周部１６ａ、ｃ、円弧部１６ｂ、ｄが並列に接続されている。また、ｎ電極１７のうち円周部１７ａ、ｃと円弧部１７ｂ、ｄは、エッチングにより露出したｎ層１１上の所定領域に位置している。ｎ電極１７のうち接続部１７ｅは、絶縁膜１８中に位置している。接続部１７ｅによって、円周部１７ａ、ｃ、円弧部１７ｂ、ｄが並列に接続されている。

なお、実施例１では、図３に示すようにｐ電極１６およびｎ電極１７によって各第１素子領域１００ａ〜ｄは並列接続されているが、ｐ電極１６およびｎ電極１７の接続部１６ｅ、１７ｅの平面パターンを変えることで直列接続としてもよい。直列接続とした場合のＢ−Ｂ’における断面図を図４に示す。ただし、並列接続とすれば、応答速度の向上を図ることができ、より光通信に適したものとすることができる。

絶縁膜１８は、ＳｉＯ₂ からなり、第１素子領域１００ａ〜ｄの上面を覆うようにして形成されている。そして、絶縁膜１８中には、Ｔｉ／Ａｕ／Ａｌからなるｐパッド部１６ｆ、接続部１６ｅ、ｎパッド部１７ｆ、接続部１７ｅが形成されている。ｐパッド部１６ｆおよび接続部１６ｅは溝を介して円周部１６ａ、ｃ、円弧部１６ｂ、ｄと接続されている。また、ｎパッド部１７ｆおよび接続部１７ｅは溝を介して円周部１７ａ、ｃ、円弧部１７ｂ、ｄと接続されている。また、ｐパッド部１６ｆ、ｎパッド部１７ｆ上の一部領域は絶縁膜１８が形成されておらず、露出している。

以上、実施例１の発光素子では、発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンを円周状ないし円弧状とし、その内側と外側に対向して、中心および中心角を同一とする円弧状の平面パターンのｐ電極１６およびｎ電極１７を設けているため、発光領域１０１ａ〜ｄを均一に発光させることができ、高電流での光出力低下を抑制することができる。

図５は、実施例２の発光素子の構成を示した平面図である。また、図６は、実施例２の発光素子の構成を示した断面図である。図６の断面図は、図５におけるＡ−Ａ’での断面である。実施例２の発光素子は、実施例１の発光素子における第１素子領域１００ａ〜ｄ、第２素子領域１００ｅ、発光領域１０１ａ〜ｄ、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンを、図５のように替えたものであり、他の構成は実施例１と同様である。

図５のように、実施例２の発光素子は、平面視で一辺が４２０μｍの正方形であり、素子分離溝２９によって、第１素子領域２００ａと、第２素子領域２００ｂとに電気的に分離されている。第１素子領域２００ａは、ｐ電極２６およびｎ電極２７によって接続され、発光する発光領域２０１を有している。一方、第２素子領域２００ｂは、ｐ電極２６およびｎ電極２７が設けられておらず、発光しない。

第１素子領域２００ａの平面パターンは、図５に示すように円である。第１素子領域２００ａの平面パターンの円の中心Ｏは、発光素子の正方形の平面パターンにおける一辺２０２ａの中央近傍に位置している。

第２素子領域２００ｂは、第１素子領域２００ａの外側に、素子分離溝２９により隔てられて存在する領域である。第２素子領域２００ｂにはｐ電極２６およびｎ電極２７が接続されておらず、第１素子領域２００ａと電気的に分離されている。そのため、第２素子領域２００ｂは発光しない領域である。第２素子領域２００ｂを、発光領域２０１から放射される光のうち、ピーク波長よりも短波長側の光を吸収する吸収層として機能させる。この機能によって、発光スペクトルの半値幅がより狭くなり、指向性もより高くなる。そのため、ＰＯＦを用いた近距離光通信により適した発光となる。

発光領域２０１の平面パターンは、第１素子領域２００ａに内包される円周状（円形のリング状）である。発光領域２０１の平面パターンである円周の中心は、第１素子領域２００ａの平面パターンである円の中心Ｏと同一である。

ｐ電極２６の平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域２０１の内側であって、その発光領域２０１の平面パターンの円周と中心を同一とする円のパターンである。

ｎ電極２７の平面パターンは、円周状の平面パターンである円周部２７ａと、パッド部２７ｂと、これらを接続する接続部２７ｃで構成されている。円周部２７ａの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域２０１の外側であって、その発光領域２０１の平面パターンの円周と中心を同一とする円周状（リング状）のパターンである。

以上述べた実施例２の発光素子は、発光領域２０１、ｐ電極２６、およびｎ電極２７の平面パターンが上記のように構成されているため、実施例１と同様の効果が得られる。すなわち、ｐ電極２６からｎ電極２７までの最短距離が均一となり、その最短距離方向における発光領域２０１の幅も均一となるため、発光領域２０１を流れる電流もいたるところ均一となる。そのため、発光領域２０１を極めて均一に発光させることができ、高電流での光出力低下を抑制することができる。

図８（ａ）は、実施例２の発光素子における順方向電流と光出力の関係を示したグラフである。光出力は、順方向電流を５ｍＡとしたときの光出力を基準とした相対値である。比較のため、図８（ｂ）に示す電極パターンの発光素子（比較例１〜４の発光素子）についても順方向電流と光出力の関係を調べた。比較例１〜４の発光素子においては、発光領域はｐ電極とｎ電極の間にはさまれた矩形の平面パターンである。比較例１〜４では、パッド部から伸びる配線状のパターンの本数、およびその間隔を変化させていて、比較例１ではパッド部のみ、比較例２では、ｐパッド部、ｎパッド部からそれぞれ１本の配線状のパターン、比較例３では、ｎパッド部から１本の配線状、ｐパッド部から２本の配線状のパターン、比較例４では、ｎパッド部から２本の配線状、ｐパッド部から３本の配線状のパターンとした。

図８のように、配線状のパターンの本数が多く、その間隔が短いほど、つまりｐ電極とｎ電極の最短距離が均一であるほど、高電流での光出力低下が小さく、高電流での光出力低下が最も小さいのは実施例２の発光素子であった。

図９は、実施例３の発光素子の構成を示した平面図である。実施例３の発光素子は、実施例１の発光素子における第１素子領域１００ａ〜ｄ、第２素子領域１００ｅ、発光領域１０１ａ〜ｄ、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンを、図９のように替えたものであり、他の構成は実施例１と同様である。

図９のように、実施例３の発光素子は、平面視で一辺が４２０μｍの正方形であり、素子分離溝３９によって、４つの第１素子領域３００ａ〜ｄに分離されている。４つの第１素子領域３００ａ〜ｄは、ｐ電極３６およびｎ電極３７によって並列接続され、それぞれが発光する発光領域３０１ａ〜ｄを有している。

第１素子領域３００ａの平面パターンは、図９に示すように円であり、その中心Ｏは、発光素子の正方形の平面パターンにおける一辺１０２ｂ近傍の中央に位置している。第１素子領域３００ｂ、ｃの平面パターンは、図１に示すように、中心をＯとする円弧状である。第１素子領域３００ａの外側に、第１素子領域３００ｂ、ｃの順に配置された２重の同心円状のパターンである。第１素子領域３００ｄは、第１素子領域３００ｃの外側の領域である。

発光領域３０１ａの平面パターンは、第１素子領域３００ａに内包される円周状（円形のリング状）である。発光領域３０１ｂの平面パターンは、第１素子領域３００ｂに内包される中心角１８０°の円弧状（半円のリング状）である。その円弧の両端を結ぶ方向は、辺１０２ｂと平行に揃えている。発光領域３０１ｃの平面パターンは、第１素子領域３００ｂに内包される中心角１２０°の円弧状である。発光領域３０１ｄの平面パターンは、第１素子領域３００ｂに内包される中心角８０°の円弧状である。発光領域３０１ａ〜ｄの平面パターンである円弧の中心は、第１素子領域３００ａの平面パターンである円の中心Ｏと同一である。また、発光領域３０１ｂ〜ｄは、辺１０２に直交し中心Ｏを通る中心軸に対して対称なパターンとなっている。したがって、発光領域３０１ａ〜ｄの相互の配置は、中心軸に対して対称な同心円状のパターンとなっている。

発光領域３０１ａ〜ｄの平面パターンである円周ないし円弧の幅は、互いに等しい。また、発光領域３０１ａの平面パターンである円周の半径（中心Ｏから径方向に円周の幅の中央までの距離）をｒとすると、発光領域３０１ｂの平面パターンである円弧の半径は２ｒ、発光領域３０１ｃの平面パターンである円弧の半径は３ｒ、発光領域３０１ｄの平面パターンである円弧の半径は４．５ｒである。したがって、発光領域３０１ａ〜ｄの平面パターンの面積は互いに等しい。

ｐ電極３６の平面パターンは、円周状の平面パターンである円周部３６ａと、中心角がそれぞれ１８０°、１２０°、８０°の円弧状の平面パターンである円弧部３６ｂ〜ｄと、これらを接続する直線状の平面パターンである接続部３６ｅで構成されている。

円周部３６ａの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域３０１ａの内側であって、その発光領域３０１ａの平面パターンの円周と中心Ｏを同一とする円周状（円形のリング状）のパターンである。

円弧部３６ｂ〜ｄの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域３０１ｂ〜ｄの内側に円弧に沿って対向し、発光領域３０１ｂ〜ｄの平面パターンの円弧と中心Ｏおよび中心角を同一とする円弧状のパターンである。

接続部３６ｅの平面パターンは、円周部３６ａからその径方向に円弧部３６ｄの一方の端部まで延伸し、円周部３６ａと円弧部３６ｂ〜ｄとを接続する直線状のパターンである。

ｎ電極３７の平面パターンは、円周状の平面パターンである円周部３７ａと、中心角がそれぞれ１８０°、１２０°、８０°の円弧状の平面パターンである円弧部３７ｂ〜ｄと、これらを接続する直線状の平面パターンである接続部３７ｅと、パッド部３７ｆで構成されている。

円周部３７ａの平面パターンは、円周状の平面パターンである発光領域３０１ａの外側であって、その発光領域３０１ａの平面パターンの円周と中心Ｏを同一とする円周状（円形のリング状）のパターンである。

円弧部３７ｂ〜ｄの平面パターンは、円弧状の平面パターンである発光領域３０１ｂ〜ｄの外側に円弧に沿って対向し、発光領域３０１ｂ〜ｄの平面パターンの円弧と中心Ｏおよび中心角を同一とする円弧状のパターンである。円弧部３７ｄは、へら型の平面パターンのパッド部３７ｆに接続している。

接続部３７ｅの平面パターンは、円周部３７ａからその径方向に円弧部３７ｄの一方の端部まで延伸し、円周部３７ａと円弧部３７ｂ〜ｄとを接続する直線状のパターンである。

以上述べた実施例３の発光素子は、発光領域３０１ａ〜ｄ、ｐ電極３６、およびｎ電極３７の平面パターンが上記のように構成されているため、実施例１と同様の効果が得られる。すなわち、ｐ電極３６からｎ電極３７までの最短距離が均一となり、その最短距離方向における発光領域３０１ａ〜ｄの幅も均一となるため、発光領域３０１ａ〜ｄを流れる電流もいたるところ均一となる。そのため、発光領域３０１ａ〜ｄを極めて均一に発光させることができ、高電流での光出力低下を抑制することができる。
［各種変形例］

本発明の発光素子は、第１素子領域、発光領域１０１、およびｐ電極、ｎ電極の平面パターンや配置に特徴を有するものであり、実施例１〜３に示したフェイスアップ型の素子に限らず、従来知られる任意の構造を採用することができる。

たとえば、フリップチップ型の素子や縦型の素子にも本発明は適用することができる。また、実施例１〜３において、ｎ層およびｎ電極の平面パターンとｐ層およびｐ電極の平面パターンを反転した構造にも適用することができる。このような反転構造としても、発光領域の平面パターンを変えずに済む。図７は、実施例２の発光素子において、そのような反転構造とした場合のＡ−Ａ’での断面を示す。

また、電流阻止層１４を設けずに、替わりにその領域においてｐ電極とｐ層を直接接触させてもよい。ｐ層に対するコンタクトはｐ電極よりも透明電極の方が良好であるため、電流はｐ電極から透明電極を介してｐ層へと流れ、ｐ電極とｐ層が接触している領域へは流れないので、発光領域の平面パターンを同様とすることができる。

これら各種素子構造の中でも、特に本発明が有効なのはフリップチップ型の素子である。フリップチップ型の素子では、実装時にボンディングワイヤによって光が遮蔽されることがなく、発光素子から放射される光を効率的にＰＯＦのコアに入射させることができるからである。

本発明は、中心波長が４９０〜５７０ｎｍの緑色発光の素子以外にも適用可能である。ただし、本発明の発光素子は高電流での光出力低下が抑制されているため、ＰＯＦによる光通信用の光源として特に有効である。ＰＯＦは緑色帯域において低損失であるから、本発明の発光素子も中心波長が４９０〜５７０ｎｍの緑色発光とするのがよい。より望ましいのは中心波長が５１０〜５５０ｎｍである。

本発明の発光素子は、光通信の光源などに利用することができ、特にＰＯＦを用いた短距離通信の光源として有効である。

１０：基板
１１：ｎ層
１２：発光層
１３：ｐ層
１４：電流阻止層
１５：透明電極
１６、２６、３６：ｐ電極
１７、２７、３７：ｎ電極
１８：絶縁膜
１００ａ〜ｄ、２００ａ、３００ａ〜ｄ：第１素子領域
１００ｅ、２００ｂ：第２素子領域
１０１ａ〜ｄ、２０１、３０１ａ〜ｄ：発光領域

Claims (8)

1. III 族窒化物半導体からなり、各々が発光する第１素子領域を複数有し、前記各第１素子領域にｐ電極およびｎ電極が設けられた発光素子において、
   各前記第１素子領域の各発光領域の平面パターンは、円周または円弧であり、
   前記ｐ電極および前記ｎ電極の一方の平面パターンは、前記発光領域の円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円、扇型、円周または円弧であり、
   前記ｐ電極および前記ｎ電極の他方の平面パターンは、前記発光領域の円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周または円弧である、
   ことを特徴とする発光素子。
2. 前記第１素子領域よりも外側に、前記第１素子領域とは電気的に分離され、前記ｐ電極および前記ｎ電極が設けられておらず発光しない第２素子領域を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記各発光領域の平面パターンの面積Ｓは、前記各発光領域の平面パターンの面積の平均値をＳ０として、０．９×Ｓ０以上１．１×Ｓ０以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子。
4. 前記各第１素子領域は、並列接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. III 族窒化物半導体からなり、発光する１つの第１素子領域を有し、前記第１素子領域にｐ電極およびｎ電極が設けられた発光素子において、
   前記第１素子領域の発光領域の平面パターンは、円周または円弧であり、
   前記ｐ電極および前記ｎ電極の一方の平面パターンは、前記発光領域の円周または円弧の平面パターンの内側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円、扇型、円周または円弧であり、
   前記ｐ電極および前記ｎ電極の他方の平面パターンは、前記発光領域の円弧の平面パターンの外側に対向して設けられ、その円周または円弧と中心および中心角を同一とする円周または円弧であり、
   前記第１素子領域よりも外側に、前記第１素子領域とは電気的に分離され、前記ｐ電極および前記ｎ電極が設けられておらず発光しない第２素子領域を有する、
   ことを特徴とする発光素子。
6. 前記発光領域の円周または円弧の幅は、５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光素子。
7. 緑色発光であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光素子。
8. プラスチック光ファイバーを用いた光通信の光源用途であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光素子。