JP2017063067A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】応答速度の向上を図りつつ、光出力低下の抑制を図ること。【解決手段】図１のように、発光素子は、２×２の格子状に４つの正方形状の素子領域１００ａ〜ｄを各辺を揃えて配置したものである。発光領域１０１ａ〜ｄは、図１のように、素子領域１００ａ〜ｄの中央部Ｏ側の角部近傍に位置しており、素子領域１００ａ〜ｄ全体の中においては、発光領域１０１ａ〜ｄが中央部Ｏの近傍に偏在した形となっている。また、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは、各発光領域１０１ａ〜ｄによって挟まれた領域Ｓ内に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンが位置しないようにしている。【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、発光素子の応答速度は速いことが望ましいが、緑色発光の発光素子は応答速度が遅く、改善の必要がある。

発光素子の応答速度を向上させる方法としては、発光面積を縮小する方法が知られている（特許文献１〜３）。

特許文献１では、ｐ層上にｐパッド電極と透明電極を離間して形成し、ｐパッド電極から拡散電極を延伸させて透明電極の外周と接続した構成が示されており、ｐ層に対するオーミック性が、拡散電極よりも透明電極の方が良好となるようにすることで、透明電極を設けた領域を発光領域としている。

また、特許文献２、３には、光通信に用いるフリップチップ型のIII 族窒化物半導体発光素子が記載されている。特許文献２には、ｐ層と反射電極との間に窓を開けた絶縁膜を設け、絶縁膜を設けた領域の電流を遮断し、その窓の領域でのみ導通を取ることにより、その窓の領域を発光領域とし、絶縁膜の厚さを発光波長の１／４とすることで光軸方向の指向性を高めることが記載されている。また、特許文献３には、ｐ層に接するオーミック電極の面積を小さくすることで発光領域を小さくし、応答速度の向上を図ることが記載されている。

特開２００２−３１４１３０号公報 特開２００３−３４７５８４号公報 特開２００４−５５８５５号公報

しかし、発光面積の縮小により応答速度の向上を図る方法では、光出力が低下してしまうという問題があった。

そこで本発明の目的は、応答速度の向上を図りつつ、光出力の低下も改善することである。

本発明は、III 族窒化物半導体からなり、各々が発光する素子領域を複数有し、各素子領域に電極が設けられた発光素子において、各素子領域は、平面視において、発光素子全体における中央部で分割され、各素子領域の各発光領域は、平面視において中央部の近傍に位置し、各素子領域の電極は、平面視において、各発光領域によって挟まれた領域外に位置している、ことを特徴とする発光素子である。

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応答速度の向上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、発光面積の縮小による応答速度の向上と、光出力低下の抑制が両立可能なためである。

素子領域とは、素子の機能がそれぞれ独立した領域であり、基板ごとに分離されたもの（つまりチップごとに分離されたもの）であってもよいし、基板は分離せず、半導体層を溝などにより電気的に分離したもの（モノリシック構造のもの）であってもよい。また、発光素子全体における中央部とは、発光素子全体を内包する外接円の中心である。

各発光領域の平面パターンは、発光素子全体における中央部の近傍に偏在させてあればよいが、中央部に近い側と遠い側で直線により面積を２等分した場合に、中央部Ｏに近い側の領域内に、発光領域が含まれるようにするとよい。中央部に光をより集中させることができるためである。

また、ＰＯＦによる光通信の光源として本発明の発光素子を用いる場合、各発光領域の平面パターンすべてが、中央部を中心とし、直径がＰＯＦコアの直径の１／２である円の内部に含まれるようにするとよい。効率的にＰＯＦコアへと光を入射させることができるからである。一般的なＰＯＦコアの直径はおよそ１ｍｍであるため、各発光領域すべてを含む全体の平面パターンが、中央部を中心とし、直径が０．５ｍｍである円の内部に含まれるようにするとよい。

各発光領域の面積は、各素子領域の面積の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十分に図るためである。また、同様の理由により、各発光領域の面積は、その発光領域の電極の面積（つまりｐ電極とｎ電極の面積の合計）以下であることが望ましい。

各素子領域および各発光領域は、以下のようにすると、構成が簡素であり、製造が容易である。１つは、各素子領域を、中央部において２×２の格子状に４分割したパターンとし、各発光領域を、素子領域の中央部側の角部近傍に位置するようにすることである。他の１つは、各素子領域を、中央部において２分割したパターンとし、各発光領域を、素子領域の中央部側の辺近傍に位置するようにすることである。

本発明によれば、応答速度の向上を図りつつ、十分な光出力を確保することができる。すなわち、各発光領域について、その面積を小さくすることで応答速度の向上を図ることができる。また、複数の発光領域からの光は中央部分に集中するため、発光面積の縮小による光出力低下を抑制して十分な光出力を確保できる。特に、ＰＯＦへ効率的に光を入射させることができる。

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。 他の変形例の発光素子の構成を示した断面図。 実施例２の発光素子の構成を示した平面図。 他の変形例の発光素子の構成を示した断面図。 他の変形例の発光素子の構成を示した断面図。

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。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、２×２の格子状に４つの正方形状の素子領域１００ａ〜ｄを各辺を揃えて配置したものである。４つの素子領域１００ａ〜ｄは、それぞれ同一の構造を有し、平面視で一辺が２３０μｍの正方形の１つのチップである。これら４つの素子領域１００ａ〜ｄは、実施例１の発光素子が実装された際に、直列ないし並列に接続される。そして、各素子領域１００ａ〜ｄの所定の領域（発光領域１０１ａ〜ｄ）が発光する。４つの素子領域１００ａ〜ｄは、隙間１９によって間隔を空けられている。隙間１９は、発光素子全体の平面パターンにおける中央部Ｏでクロスした十字型の平面パターンである。隙間１９の幅Ｄ（隣接する素子領域１００ａ〜ｄ同士の間隔）は、２０μｍである。このように隙間１９によって間隔を空けて素子領域１００ａ〜ｄを配置することで、隣接する素子領域１００ａ〜ｄ間での光の吸収を低減している。

なお、４つのチップを２×２に配置するのではなく、１つのチップに４つの素子領域１００ａ〜ｄを設けた、いわゆるモノリシック構造としてもよい。つまり、１の基板１０上にｎ層１１、発光層１２、ｐ層１３を積層させ、ｐ層１３側から少なくともｎ層１１にまで達する溝を形成し、その溝の平面パターンを隙間１９と同一とすることで、それぞれ電気的に分離した４つの素子領域１００ａ〜ｄを形成した構造としてもよい。

また、隙間１９の幅Ｄは上記値に限らないが、５μｍ以上５０μｍ以下とすることが望ましい。５μｍより小さいと側面からの光の取り出しが十分でなく望ましくない。また、５０μｍよりも大きいと、各発光領域１０１ａ〜ｄが中央部Ｏから離れて分散してしまい、発光が中央部Ｏに集中しなくなるため望ましくない。より望ましくは５μｍ以上３０μｍ以下、さらに望ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下である。

発光領域１０１ａ〜ｄは、図１のように、素子領域１００ａ〜ｄの中央部Ｏ側の角部近傍に位置しており、素子領域１００ａ〜ｄ全体の中においては、発光領域１０１ａ〜ｄが中央部Ｏの近傍に偏在した形となっている。発光領域１０１ａ〜ｄを縮小して応答速度の向上を図ると、個々の発光領域１０１ａ〜ｄの光出力は低下するが、発光領域１０１ａ〜ｄ全体を中央部Ｏに集中させることで全体として光出力低下の抑制を図っている。

各発光領域１０１ａ〜ｄの面積は、各素子領域１００ａ〜ｄの面積に対して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十分に図ることができ、光通信用途に適した発光素子とできるためである。より望ましくは１〜２０％、さらに望ましくは１〜１０％である。また、同様の理由により、各発光領域１０１ａ〜ｄの面積は、ｐ電極１６とｎ電極１７の面積の合計以下であることが望ましい。

また、発光領域１０１ａ〜ｄ全体の平面パターンは中央部Ｏになるべく集中していることが望ましい。ＰＯＦを用いた光通信に実施例１の発光素子を用いた際の、ＰＯＦへの光入射効率を高めるためである。

具体的には、発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンすべてが、中央部Ｏを中心とし、直径がＰＯＦコアの直径の１／２である円の内部に含まれるようにするとよい。図１において、点線で示した円ＣがＰＯＦコアの外縁を示している。より望ましくは、中央部Ｏを中心とし、直径がＰＯＦコアの直径の１／４である円の内部に含まれるようにするとよい。一般的なＰＯＦはコアの直径がおよそ１ｍｍであるから、発光領域１０１ａ〜ｄ全体の平面パターンは中央部Ｏを中心とする直径０．５ｍｍ（より望ましくは０．２５ｍｍ）の円内部に含まれるようにすればよい。

また、各素子領域１００ａ〜ｄの平面パターンを、中央部Ｏに近い側と遠い側で直線により面積を２等分した場合に、中央部Ｏに近い側の領域内に、各発光領域１０１ａ〜ｄが含まれるようにするのが望ましい。その直線とは、各素子領域１００ａ〜ｄの中央と、素子全体における中央部Ｏとを結ぶ直線に垂直な直線である。図１において２分する直線ｍを点線で示す。直線ｍは、実施例１のように各素子領域１００ａ〜ｄが正方形である場合には、正方形の対角線である。より望ましくは、中央部Ｏに近い側と遠い側で、直線により面積が１：４となるように分けた場合に、中央部Ｏに近い側の領域内に、各発光領域１０１ａ〜ｄが含まれるようにする。

各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは、図１に示すように対称なＬ字型であり、それぞれ同一である。そして、各発光領域１０１ａ〜ｄのＬ字型のパターンは、各素子領域１００ａ〜ｄにおいて中央部Ｏ側の角部近傍に配置され、Ｌ字の各辺を素子領域１００ａ〜ｄの各辺と平行に揃え、Ｌ字の角部を中央部Ｏ側に向けて配置されている。

発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは上記に限定されるものではなく、任意のパターンでよい。たとえば、長方形、正方形、菱形、円、半円、１／４円などでもよい。ＰＯＦのコアは一般に円形であるから、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンを１／４円形状とし、その頂角を中心部方向へ向けた配置とすれば、発光領域１０１ａ〜ｄ全体の平面パターンは円形に近くなり、ＰＯＦコアへの光の入射効率向上が期待できる。

また、各素子領域１００ａ〜ｄにおける電極パターンは、図１に示すパターンとなっている。

ｐ電極１６は、ｐパッド部１６ａと、ｐパッド部１６ａに接続し、直線状に延伸するｐ配線状部１６ｂを有している。ｐ配線状部１６ｂによって発光の均一化を図っている。ｐパッド部１６ａの平面パターンは円であり、その円の中心は、各素子領域１００ａ〜ｄの中央から発光素子の中央部Ｏ方向へややずらした位置である。また、ｐ配線状部１６ｂの平面パターンは、ｐパッド部１６ａから中央部Ｏに向かって伸びる一本の細い線状である。また、各発光領域１０１ａ〜ｄは、ｐ電極１６よりも中央部Ｏ側に位置しており、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンとｐ電極１６の平面パターンが重ならないように配置している。

ｎ電極１７は、ｎパッド部１７ａと、ｎパッド部１７ａに接続し、直線状に延伸する２本のｎ配線状部１７ｂを有している。ｎ配線状部１７ｂによって発光の均一化を図っている。ｎパッド部１７ａの平面パターンは、中央部Ｏ側の角を大きく丸めた正方形であり、各発光領域１０１ａ〜ｄの中央部Ｏ側とは反対側の角部に位置している。ｎ配線状部１７ｂの平面パターンは、ｎパッド部１７ａから各発光領域１０１ａ〜ｄの辺に沿って伸び、２本の互いに直交する線状である。

また、各発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンは、各発光領域１０１ａ〜ｄによって挟まれた領域Ｓ内に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンが位置しないようにしている。つまり、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンは、領域Ｓ外に位置している。発光領域１０１ａ〜ｄの平面パターンをこのようにすることで、中央部Ｏに集中した発光がｐ電極１６およびｎ電極１７によって吸収・遮蔽されるのを抑制し、ＰＯＦへの光の入射効率を向上させている。

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。

発光層１２とｐ層１３は、上部にｐ電極１６を形成する領域と発光領域１０１ａ〜ｄとする領域のみが島状に残されており、それ以外の領域はエッチングにより除去されている。エッチング底面にはｎ層１１が露出している。このように発光層１２およびｐ層１３を残すことで効率的に発光領域１０１ａ〜ｄを縮小している。

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。

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は、透明電極１５上の所定領域に位置している。そのｐ電極１６の平面パターンは図１の通りである。また、ｎ電極１７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。そのｎ電極１７の平面パターンは図１の通りである。

なお、図３に示すように、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１６とｐ層１３を直接接触させてもよい。ｐ層１３に対するコンタクトはｐ電極１６よりも透明電極１５の方が良好であるため、電流はｐ電極１６から透明電極１５を介してｐ層１３へと流れ、ｐ電極１６とｐ層１３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図１と同様とすることができる。

絶縁膜１８は、素子領域１００ａ〜ｄの上面を覆うようにして形成されていて、ｐ電極１６のｐパッド部１６ａ上、およびｎ電極１７のｎパッド部１７ａ上を除いた領域に形成されている。絶縁膜１８は、ＳｉＯ₂ からなる。

以上、実施例１の発光素子では、素子領域を中央部Ｏで２×２に４分割して素子領域１００ａ〜ｄとし、各素子領域１００ａ〜ｄの各発光領域１０１ａ〜ｄを縮小することで応答速度の向上を図っている。そして、各発光領域１０１ａ〜ｄを中央部Ｏの近傍に偏在させて発光を集中させ、各発光領域１０１ａ〜ｄによって挟まれた領域Ｓ内に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンが位置しないようにすることで、ＰＯＦを用いた光通信に十分な光出力を確保し、光出力低下の抑制を図っている。

実施例２の発光素子は、実施例１の発光素子において、素子領域１００ａ〜ｄ、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４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４のように、実施例２の発光素子は、２つの正方形状の素子領域２００ａ、ｂを各辺揃えて並べて配置したものである。各素子領域２００ａ、ｂは、それぞれ同一の構造を有した平面視で一辺が２３０μｍの正方形の１つのチップである。２つの素子領域２００ａ、ｂは、実施例２の発光素子が実装された際に、直列ないし並列に接続される。そして、各素子領域２００ａ、ｂの所定の領域（発光領域２０１ａ、ｂ）が発光する。２つの素子領域２００ａ、ｂは、隙間２９によって間隔を空けられている。

発光領域２０１ａ、ｂは、図４のように、素子領域２００ａ、ｂの中央部Ｏ側の辺近傍に位置しており、素子領域２００ａ、ｂ全体の中においては、発光領域２０１ａ、ｂが中央部Ｏの近傍に偏在した形となっている。発光領域２０１ａ、ｂを縮小して応答速度の向上を図ると、個々の発光領域２０１ａ、ｂの光出力は低下するが、発光領域２０１ａ、ｂ全体を中央部Ｏに集中させることで全体として光出力低下の抑制を図っている。発光領域２０１ａ、ｂの面積、範囲などについての望ましい範囲は、実施例１の発光領域１０１ａ〜ｄと同様である。

ｐ電極２６は、ｐパッド部２６ａと、ｐパッド部２６ａに接続し、直線状に延伸するｐ配線状部２６ｂを有している。ｐパッド部２６ａの平面パターンは円であり、その円の中心は、各素子領域２００ａ、ｂにおける中央から素子全体における中央部Ｏ側へ少しずらした位置である。ｐ配線状部２６ｂの平面パターンは、ｐパッド部２６ａから中央部Ｏ側に向かって伸びる１本の細い線状である。また、各発光領域２０１ａ、ｂは、ｐ電極２６よりも中央部Ｏ側に位置しており、各発光領域２０１ａ、ｂの平面パターンとｐ電極２６の平面パターンが重ならないように配置している。

ｎ電極２７は、ｎパッド部２７ａと、ｎパッド部２７ａに接続し延伸する２本のｎ配線状部２７ｂを有している。ｎパッド部２７ａの平面パターンは正方形であり、中央部Ｏ側とは反対側の辺近傍に位置している。ｎ配線状部２７ｂの平面パターンは、ｎパッド部１７ａからコの字型に発光領域２０１ａやｐ電極１６を囲うように伸びる２本の線状である。

また、各発光領域２０１ａ、ｂの平面パターンは、各発光領域２０１ａ、ｂによって挟まれた領域Ｓ内に、ｐ電極２６およびｎ電極２７の平面パターンが位置しないようにしている。発光領域２０１ａ、ｂの平面パターンをこのようにすることで、中央部Ｏに集中した発光がｐ電極２６およびｎ電極２７によって吸収・遮蔽されるのを抑制し、ＰＯＦへの光の入射効率を向上させている。

以上、実施例２の発光素子もまた、実施例１の発光素子と同様に、応答速度の向上を図りつつ、光出力低下を抑制することができ、ＰＯＦを用いた光通信に十分な光出力を確保することができる。

［変形例］
実施例１の発光素子は、素子領域が素子全体における中央部で２×２の４分割され、実施例２の発光素子は、素子領域が中央部で２分割されているものであったが、本発明は素子領域が中央部（素子領域全体を内包する外接円の中心であり、その中心から外接円の半径の１／１０の距離ずれた範囲を誤差として許容する）で２分割以上されているものであればよく、対称性を有したパターンの分割である必要もないし、各素子領域が同一パターンである必要もない。ただし、素子作製の容易さなどから実施例１、２のように素子領域が分割され、各素子領域が同一パターンであることが望ましい。また、各素子領域すべてが、中央部を中心とし、直径がＰＯＦコアの直径と同一である円の内部に含まれるようにするとよい。ＰＯＦコアへの光入射効率の向上のためである。また、少なくとも各素子領域が電気的に分離するようにすればよく、チップ単位に分離されていてもモノリシック構造であってもよい。

各発光領域の平面パターンは、実施例１、２に示したものに限るものではなく、以下の条件を満たすものであれば任意のパターンとすることができる。第１に、各発光領域の平面パターンを、素子全体における中央部近傍に偏在させる。どの程度偏在させればよいかは、実施例１において示した通りである。つまり、各発光領域の平面パターンすべてが、素子全体における中央部を中心とし、直径がＰＯＦコアの直径の１／２（より望ましくは１／４）である円の内部に含まれるようにするのがよい。第２に、各発光領域によって挟まれた領域内に、ｐ電極１６およびｎ電極１７の平面パターンが位置しないように、各発光領域の平面パターンを構成する。各発光領域の平面パターンは同一パターンとする必要はないが、発光を均一化してＰＯＦへの光の入射効率を向上させるために、同一パターンとすることが望ましい。

ｐ電極およびｎ電極の平面パターンは、その一部ないし全部が各発光領域によって挟まれた領域内に存在しないパターンであれば任意のパターンでよい。ただし、実施例１、２のようにｐ電極１６およびｎ電極１７に配線状のパターンを設け、電流を均一に拡散し、発光領域の発光が均一になるようにすることが望ましい。特に、ｐ電極１６またはｎ電極１７の配線状部を、各素子領域が隣接していない側の辺の近傍に、その辺に沿って配線状に延伸させるパターンとするのがよい。

本発明の発光素子は、素子領域、発光領域、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、２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、２において、ｎ層１１およびｎ電極１７の平面パターンとｐ層１３およびｐ電極１６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１０１ａ〜ｄの平面パターンを変えずに済む。図５は、実施例１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、図６に示すように、透明電極１５上、ｎ層１１上に直接ｐ電極１６、ｎ電極１７を設けるのではなく、絶縁膜上にｐ電極１６やｎ電極１７を設け、絶縁膜１８に空けたドット状の孔３０を介して透明電極１５とｐ電極１６、およびｎ層１１とｎ電極１７が接続するようにしてもよい。このとき、透明電極１５上、ｎ層１１上であって孔３０の位置に、コンタクトを良好とするためのコンタクト電極３１を設けてもよい。また、このとき、絶縁膜１８中であって、平面視においてｐ電極１６、ｎ電極１７と重なる位置に、反射膜を設けてｐ電極１６およびｎ電極１７による光の吸収・遮蔽を低減するようにしてもよい。

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（たとえば図６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、緑色発光の素子は他の発光波長の素子に比べて応答速度の向上が難しいため、本発明はそのような緑色発光の素子に対して特に有効である。また、ＰＯＦは緑色帯域において光損失が低いため、本発明は、ＰＯＦを用いた光通信用の素子として特に有効である。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：ｐ電極
１７、２７：ｎ電極
１８：絶縁膜
１００ａ〜ｄ、２００ａ、ｂ：素子領域
１０１ａ〜ｄ、２０１ａ、ｂ：発光領域

Claims (11)

1. III 族窒化物半導体からなり、各々が発光する素子領域を複数有し、前記各素子領域に電極が設けられた発光素子において、
   各前記素子領域は、平面視において、前記発光素子全体における中央部で分割され、
   各前記素子領域の各発光領域は、平面視において前記中央部の近傍に位置し、
   各前記素子領域の電極は、平面視において、前記各発光領域によって挟まれた領域外に位置している、
   ことを特徴とする発光素子。
2. 各前記素子領域の平面パターンを、前記中央部に近い側と遠い側で直線により面積を２等分した場合に、中央部に近い側の領域内に、各前記発光領域が含まれるようにした、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 各前記発光領域の平面パターンすべてが、前記中央部を中心とし、直径が０．５ｍｍである円の内部に含まれるようにした、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. 各前記発光領域の面積は、各前記素子領域の面積の１〜３０％である、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. 各前記発光領域の面積は、その発光領域の電極の面積以下である、ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 各前記素子領域間に、５μ以上５０μｍ以下の隙間が設けられている、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. 各前記素子領域は、前記中央部において２×２の格子状に４分割されており、
   各前記発光領域は、前記素子領域の前記中央部側の角部近傍に位置する、
   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. 各前記素子領域は、前記中央部において２分割されており、
   各前記発光領域は、前記素子領域の前記中央部側の辺近傍に位置する、
   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。
9. 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８のいずれか１項に記載の発光素子。
10. 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９のいずれか１項に記載の発光素子。
11. 各前記発光領域の平面パターンすべてが、前記中央部を中心とし、直径が前記プラスチック光ファイバーのコアの直径の１／２である円の内部に含まれるようにした、ことを特徴とする請求項１０に記載の発光素子。

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