JP2017069437A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、低い順方向電圧(VF)でも複数のコンタクト部に万遍なく電流を流すことができる半導体発光素子を提供することである。
たとえば、前記枝状電極部は、前記半導体層の周縁部に配置された外周部と、前記外周部と前記パッド電極部とを接続する中間部とを含み、前記距離d2は、前記第1コンタクト部と前記中間部との距離であり、前記距離d3は、前記第2コンタクト部と前記外周部との距離であってもよい。
また、前記半導体層は、平面視四角形状に形成されており、前記パッド電極部は、前記半導体層の一つの角部に配置されており、前記枝状電極部は、前記パッド電極部から、当該パッド電極部が配置された前記半導体層の前記角部から延びる端面に沿って延びていてもよい。
また、前記絶縁層は、SiO2膜およびSiN膜の少なくとも一方を含んでいてもよい。
また、各前記コンタクト部の径が、8μm〜15μmであってもよい。
また、前記半導体発光素子の発光面積に対する前記複数のコンタクト部の総面積で示される被覆率(コンタクト部面積/発光面積)が、6%〜40%であってもよい。
また、前記金属層は、Auを含んでいてもよく、前記基板は、シリコン基板を含んでいてもよい。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子1を示す平面図である。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。なお、図1および図2では、明瞭化のため、要素間の比率を一部変更して示している。
この半導体発光素子1は、基板2と、基板2上の金属層3と、金属層3上の絶縁層4と、絶縁層4上の本発明の半導体層の一例としてのIII族窒化物半導体積層構造5と、基板2の裏面(III族窒化物半導体積層構造5と反対側の表面)に接触するように形成されたp側電極6(裏面電極)と、III族窒化物半導体積層構造5の表面に接触するように形成されたn側電極7(表面電極)とを含む。
絶縁層4は、たとえば、SiO2膜やSiN膜からなっていてもよい。絶縁層4には、III族窒化物半導体積層構造5の下面を選択的に露出させるコンタクトホール33が形成されており、このコンタクトホール33に、金属層3の一部がコンタクト部32として埋め込まれている。当該コンタクト部32は、III族窒化物半導体積層構造5に接続されている。これにより、半導体発光素子1には、ODR(Omni-Directional-Reflector)構造が形成されている。
発光層8は、この実施形態では、InGaP層からなる量子井戸層(たとえば5nm厚)とAlInGaP層からなる障壁層(たとえば4nm厚)とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸(MQW:Multiple-Quantum Well)構造を有している。この場合に、InGaPからなる量子井戸層は、Inの組成比が5%以上とされることによって、バンドギャップが比較的小さくなり、AlInGaPからなる障壁層は、バンドギャップが比較的大きくなる。たとえば、量子井戸層(InGaP)と障壁層(AlInGaP)とは交互に2〜7周期繰り返し積層されており、これにより、多重量子井戸構造の発光層8が構成されている。発光波長は、量子井戸層のバンドギャップに対応しており、バンドギャップの調整は、Inの組成比を調整することによって行うことができる。Inの組成比を大きくするほど、バンドギャップが小さくなり、発光波長が大きくなる。この実施形態では、発光波長は、量子井戸層(InGaP層)におけるInの組成を調整することによって、610nm〜630nm(たとえば625nm)とされている。
表面電極としてのn側電極7は、この実施形態では、AuまたはAuを含む合金で構成されている。具体的には、(III族窒化物半導体積層構造5側)Au/Ge/Ni/Auで示される積層構造であってもよい。
この実施形態では、平面視において、パッド電極部20がメサ部17の略中央に配置されており、当該パッド電極部20とメサ部17の4つの隅のそれぞれとの間に包囲領域22A,22B,22C,22Dを区画するように枝状電極部21が形成されている。各包囲領域22A〜22Dは、パッド電極部20からメサ部17の各周縁(もしくは端面)に向かって十字状に延びる枝状電極部21の中間部21Aと、当該十字型の中間部21Aに交差してメサ部17の互いに対向する一対の周縁(もしくは端面)に沿って延びる枝状電極部の外周部21Bと、パッド電極部20によって取り囲まれている。一方、包囲領域22A〜22Dを除く外周部21Bの外側の領域は、メサ部17の外周領域23となっている。
金属層3のコンタクト部32は、図1に示すように、基板2の面内に離散的に配列されている。たとえば、平面視四角形状のメサ部17内に行列状に配列されていてもよい。
一方、一対の外周部21Bの内側の包囲領域22A〜22Dには、複数のコンタクト部32からなる内側列322が設けられている。内側列322は、たとえば、外側列321と平行に複数列設けられている。この実施形態では、包囲領域22Aと包囲領域22Dとの間を跨るように二列形成され、包囲領域22Bと包囲領域22Cとの間を跨るように二列形成されている。
各コンタクト部32の径は、たとえば、8μm〜15μmである。また、複数のコンタクト部32の総数は、たとえば、28個〜60個である。この実施形態では、44個のコンタクト部32が形成されている。また、半導体発光素子1の発光面積(この実施形態では、メサ部17の表面面積)に対する複数のコンタクト部32の総面積(各コンタクト部32の径×個数)で示される被覆率(コンタクト部32面積/発光面積)は、たとえば、6%〜40%である。
d1:内側列322のコンタクト部32のうち、パッド電極部20の周囲の本発明の第1コンタクト部の一例としてのコンタクト部32A(図1の破線で囲まれた領域R内のコンタクト部32)とパッド電極部20との距離
d2:コンタクト部32Aと中間部21Aとの距離
d3:外側列321の本発明の第2コンタクト部の一例としてのコンタクト部32Bと外周部21Bとの距離
図3A〜図3Iは、図1および図2の半導体発光素子1の製造工程を工程順に示す図である。
次に、図3Hに示すように、III族窒化物半導体積層構造5の周縁部が選択的に除去されることによって、メサ部17および引き出し部18が形成される。メサ部17および引き出し部18の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。
以上、この半導体発光素子1によれば、図1に示すように、枝状電極部21の外周部21Bと、これに隣接する外側列321のコンタクト部32Bとの距離d3が最も小さくされている。当該外周部21Bはパッド電極部20から最も離れているので、パッド電極部20やパッド電極部20に直接接続された中間部21Aに比べて比較的電流が流れにくい。しかしながら、上記のように距離d3を小さくすることで、コンタクト部32Bにも良好に電流を流すことができる。一方、パッド電極部20の周囲においても、距離d1>距離d2とし、コンタクト部32Aをパッド電極部20よりも枝状電極部21の中間部21Aに近づけることで、電流をパッド電極部20に集中させず、パッド電極部20の周囲の枝状電極部21(中間部21A)にも分散させることができる。これにより、基板2の面内のほぼ全体に亘って離散的に配置された複数のコンタクト部32を有効に利用できるので、低い順方向電圧(VF)でも複数のコンタクト部32に万遍なく電流を流すことができる。その結果、低い順方向電圧(VF)で高輝度な半導体発光素子1を提供することができる。
たとえば、n側電極7のパターンおよびコンタクト部32の配列パターンは、図1に示した例に限らず、図4〜図8に示すものであってもよい。なお、図4以降の図では、距離d1,d2およびd3に関して、d1>d2>d3を満たすように図示されていない場合がある。
また、図7および図8に示すように、半導体発光素子1は、メサ部17の一つの角部に配置されたパッド電極部30と、当該パッド電極部30からメサ部17の周縁(もしくは端面)に沿って形成された枝状電極部31とを備えていてもよい。枝状電極部31は、メサ部17の周縁の全周に亘って形成された外周部31Aを含んでいてもよい。この外周部31Aで取り囲まれた内側に包囲領域34が区画され、外周部31Aの外側が外周領域35であってもよい。さらに、枝状電極部31は、図8に示すように、包囲領域34を複数の包囲領域34A,34B,34Cに分割する架設部31Bを含んでいてもよい。
(1)輝度(IV)および順方向電圧(VF)の測定
図9A〜図9Qおよび表1,2に示す条件で半導体発光素子を作製し、それぞれについて、輝度(IV)および順方向電圧(VF)を測定した。結果を図10および図11に示す。図10、図11および表1,2に示すように、d1>d2>d3を満たすAパターンが、低い順方向電圧(VF)でかつ高輝度を達成している。
図12に示す4パターンの半導体発光素子を作製した。それぞれについて、前述のメサ部17の表面にフロスト処理によって微細な凹凸形状19が形成されたものと、形成しなかったものを用意し、評価サンプルを合計8パターンとした。図12において、右側のパターンは、それぞれ、上側から前述の図4のパターンおよび図5のパターンと同一である。そして、各評価サンプルについて、輝度(IV)および順方向電圧(VF)を測定した。結果を図13および図14に示す。図13および図14に示すように、枝有り(枝状電極部21有り)のパターンであれば、枝無しのパターンに比べて、低い順方向電圧(VF)で同等の輝度(IV)を達成している。これにより、離散的に配列されたODR構造(コンタクト部32)を縫うように枝状電極部21を形成した方が、低い順方向電圧(VF)を実現できることが分かった。
2 基板
3 金属層
4 絶縁層
5 III族窒化物半導体積層構造
6 p側電極
7 n側電極
8 発光層
9 p型半導体層
10 n型半導体層
19 微細な凹凸形状
20 パッド電極部
21 枝状電極部
21A 中間部
21B 外周部
30 パッド電極部
31 枝状電極部
31A 外周部
31B 架設部
32 コンタクト部
311A 第1部分
312A 第2部分
Claims (12)
- 基板と、
前記基板上の金属層と、
前記金属層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第1導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第2導電型層を含む半導体層と、
前記金属層と前記第1導電型層とを電気的に接続しており、前記基板の法線方向から見た平面視において前記基板の面内のほぼ全体に亘って離散的に配置された複数のコンタクト部と、
前記半導体層上に形成され、パッド電極部と、平面視において当該パッド電極部から前記複数のコンタクト部の間を縫って枝状に延びる枝状電極部とを含む表面電極と、
前記基板の裏面上の裏面電極とを含み、
前記コンタクト部のうち前記パッド電極部の周囲の第1コンタクト部と前記パッド電極部との距離d1と、当該第1コンタクト部とこの第1コンタクト部に最も近い前記枝状電極部との距離d2と、前記コンタクト部のうち前記第1コンタクト部よりも前記パッド電極部から離れた位置の第2コンタクト部とこの第2コンタクト部に最も近い前記枝状電極部との距離d3との関係が、d1>d2>d3を満たす、半導体発光素子。 - 前記枝状電極部は、前記半導体層の周縁部に配置された外周部と、前記外周部と前記パッド電極部とを接続する中間部とを含み、
前記距離d2は、前記第1コンタクト部と前記中間部との距離であり、
前記距離d3は、前記第2コンタクト部と前記外周部との距離である、請求項1に記載の半導体発光素子。 - 前記半導体層は、平面視四角形状に形成されており、
前記パッド電極部は、前記半導体層の略中央に配置されており、
前記枝状電極部は、前記パッド電極部から前記半導体層の4つの端面のそれぞれに向かって延び、さらに前記半導体層の各端面に沿って延びている、請求項1または2に記載の半導体発光素子。 - 前記半導体層は、平面視四角形状に形成されており、
前記パッド電極部は、前記半導体層の一つの角部に配置されており、
前記枝状電極部は、前記パッド電極部から、当該パッド電極部が配置された前記半導体層の前記角部から延びる端面に沿って延びている、請求項1に記載の半導体発光素子。 - 前記半導体層と前記金属層との間の絶縁層を含み、
前記コンタクト部は、前記金属層の一部からなり、前記絶縁層を貫通して前記第1導電型層に接続されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記絶縁層は、SiO2膜およびSiN膜の少なくとも一方を含む、請求項5に記載の半導体発光素子。
- 各前記コンタクト部の径が、8μm〜15μmである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記複数のコンタクト部の数が、28個〜60個である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体発光素子の発光面積に対する前記複数のコンタクト部の総面積で示される被覆率(コンタクト部面積/発光面積)が、6%〜40%である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記金属層は、Auを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記基板は、シリコン基板を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体層の表面は、微細な凹凸形状に形成されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
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