JP3674613B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に活性層に電圧を印加するための電極をそれぞれ支持基板の同一面側に形成した構造を有する半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光素子として、例えば、特開２００１−３４５４８０（特許文献１）に提案されているものがあり、これを図６に示す。図６は全体概略平面図である。このものは、サファイアからなる支持基板１０１に窒化アルミニウムからなるバッファ層を積層し、次いで、シリコン（Ｓｉ）をドープした窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層からなるｎ−Ｇａｎ層１０２と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）層と窒化ガリウム層とを繰り返し積層して形成された活性層と、マグネシウム（Ｍｇ）をドープした窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層とｐ型クラッド層からなるｐ−ＧａＮ層１０３とを順に積層させた構造をなしている。
【０００３】
また、ｐ−ＧａＮ層１０３の表面の略全面には、例えば、コバルト（Ｃｏ）と金（Ａｕ）との合金からなる透光性電極１０４が設けられており、さらに、その上面には、例えば、例えば、バナジウム（Ｖ）、Ａｕ、アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ電極１０５が設けられている。このうち、透光性電極１０４は、その上面に設けられるｐ電極１０５から注入される電流をｐ−ＧａＮ層１０３へ十分拡散させるために設けられており、また、透光性とすることで、活性層で発光した光をｐ電極１０５の形成面側から取り出すことができる。また、ｐ電極１０５は、半導体発光素子の一辺の略中央に配設されたｐ台座電極１０５ａと、そこからｐ−ＧａＮ層１０３中央に向かって延長された部位と周縁に沿って延長された部位からなるｐ補助電極１０５ｂから構成されており、平面視において櫛状に形成されている。また、このように配置することにより、ｐ補助電極１０５ｂと透光性電極１０４のすべての角部までの距離を一定にしている。
【０００４】
一方、ｎ電極１０６は、ｐ−ＧａＮ１０３と活性層及びｎ−ＧａＮ層１０２の一部を所定の深さまでエッチングして表出させたｎ−ＧａＮ層１０２の表面に設けられている。このｎ電極１０６もｎ台座電極１０６ａとｎ補助電極１０６ｂから構成されており、ｎ台座電極１０６ａは、ｐ台座電極１０５ａと対向する一辺の略中央に配設され、ｎ補助電極１０６ｂは、ｎ台座電極から延長されるとともにｐ補助電極１０５ｂと互い違いに平行になるように配設されている。
【０００５】
したがって、この半導体発光素子によれば、透光性電極１０４のすべての点がｐ電極１０５から所定の距離内にあるので、ｐ台座電極１０５ａ又はｐ補助電極１０５ｂから最も離れた透光性電極１０４の部分へも電流が十分に拡散されて半導体発光素子の全面が均等に発光することができる。また、ｐ補助電極１０５ｂを透光性電極１０４の中央部に延設しているので、ｐ補助電極１０５ｂと透光性電極１０４のすべての角部までの距離が一定となり、また、ｎ補助電極１０６ｂを半導体発光素子の内方まで延設しているので、ｎ補助電極１０６ｂと半導体発光素子の角部までの距離が一定となり、角部での発光出力の低下を防止できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４５４８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体発光素子は、活性層で発光した光を、透光性電極１０４を介してｐ−ＧａＮ層１０３のｐ電極１０５を形成した面側から取り出せる。しかしながら、この取り出せる光量は、透光性電極１０４に入射する光量がそこに吸収される分を除いたものとなる。そして、透光性電極１０４に吸収される分は、入射する光量の半分程度以上である。つまり、取り出せる光量、すなわち、光の透過率は、透光性電極１０４に入射する光量を１００％とした場合に５０％程度以下になるのである。
【０００８】
また、ｐ−ＧａＮ層１０３及び透光性電極１０４の屈折率は空気の屈折率より大きいため、活性層で発光した光は、ｐ−ＧａＮ層１０３及び透光性電極１０４と空気との境界部分で全反射される場合があり、この場合、発光した光を半導体発光素子外部へ取り出せないこととなり、やはり、光の取り出し効率を低減させる要因となる。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、半導体発光素子の全面を均等に発光させつつ、光の取り出し効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の半導体発光素子は、支持基板と、支持基板の一方の面に第１の導電型を有する半導体層と、活性層と、第２の導電型を有する半導体層とを順次積層して備え、第２の導電型を有する半導体層に第２の電極を設けるとともに、第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層の一部を除去して露出させた第１の導電型を有する半導体層に第１の電極を設けた半導体発光素子において、前記第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層は、その除去部分の縁部を第１の導電型を有する半導体層に沿って凹凸する形状に設けるとともに、前記第１の電極及び前記第２の電極は、その縁部における第１の導電型を有する半導体層の凸領域及び第２の導電型を有する半導体層の凸領域に向かってそれぞれ突出するように設けた複数の歯部電極を有し、かつ両電極の歯部電極の先端を縁部からの最短距離が一定の間隔となるようにそれぞれの半導体層の内方に位置している櫛歯状の電極であることを特徴としている。
【００１１】
この構成により、透光性電極を備えずとも第１の導電型を有する半導体層から第２の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を一定にすることができるので、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極の歯部電極と歯部電極との間は第２の導電型を有する半導体層が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明の半導体発光素子は、請求項１記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に支持基板の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝を設けたものとしている。
【００１３】
この構成により、歯部電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半は臨界角以下になるので、全反射を低減できて光の取り出し効率を向上することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明の半導体発光素子は、請求項１又は２記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に第２の導電型を有する半導体層と同等もしくはそれより大きい屈折率を有する凸部を設けたものとしている。
【００１５】
この構成により、第２の電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなく第２の導電型を有する半導体層から出ていくので、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至３記載の構成において、前記第２の電極は、前記歯部電極を前記支持基板の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成してなるものとしている。
【００１７】
この構成により、歯部電極と歯部電極の間から出力した光が歯部電極の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減できるので、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至４記載の構成において、前記歯部電極は、その先端を面取りしてなるものとしている。
【００１９】
この構成により、第２の電極の歯部電極の隅角部と第１の電極の歯部電極の隅角部との間での電界集中を低減できるので、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面を均等に発光させることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至５記載の構成において、前記歯部電極は、その先端に向かうに従って幅が小さくなるように形成してなるものとしている。
【００２１】
この構成により、電界が歯部電極の先端に集中するのを防止できるので、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面を均等に発光させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る半導体発光素子を図１乃至図３に基づいて説明する。図１はその平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断したときの中央付近を示す要部拡大断面図であり、図３は歯部電極の拡大図である。
【００２３】
この半導体発光素子は、支持基板１と、第１の導電型を有する半導体層２と、活性層３と、第２の導電型を有する半導体層４と、第１の電極５と、第２の電極６とを主要構成要素としている。
【００２４】
支持基板１は、半導体発光素子のベースとなるものであり、例えば、サファイアのような透光性及び絶縁性を有する基板にて形成されている。また、この支持基板１の一方の面に、第１の導電型を有する半導体層２と、活性層３と、第２の導電型を有する半導体層４とが順次積層されている。
【００２５】
第１の導電型を有する半導体層２は、ｎ型の導電型を示すように形成しており、詳しくは、ｎ型バッファ層２１とｎ型コンタクト層２２とｎ型クラッド層２３から構成している。このうち、ｎ型バッファ層２１は、例えば、ＧａＮにて形成しており、支持基板１とｎ型コンタクト層２２との格子不整合を緩和するために設けている。また、ｎ型クラッド層２３は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）のような活性層３よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のもので形成している。そして、ｎ型コンタクト層２２は、例えば、ＧａＮにて形成しており、第１の導電型を有する半導体層２の上方の表面側の層ではないものの後述する第１の電極５を設けている。これは、直接、第１の電極５を第１の導電型を有する半導体層２の上方の表面側の層であるｎ型クラッド層２３に設けたものと比較すると、両者の接触界面における接触障壁（ショットキバリア）を小さくし、オーミック接触を実現している。さらに、このｎ型コンタクト層２２の一部は、その表層にあるｎ型クラッド層２３と活性層３と第２の導電型を有する半導体層４の所定の一部を除去することにより露出されている。そして、この露出したｎ型コンタクト層２２と、ｎ型クラッド層２３と活性層３と第２の導電型を有する半導体層４の境界にあたる縁部７は、平面視において、ｎ型コンタクト層２２に沿って凹凸を有した形状、本実施形態では正弦波状にしている。
【００２６】
活性層３は、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる半導体で形成され、単一量子井戸又は多重量子井戸構造をなして第１の導電型を有する半導体層２の上に積層している。前述した縁部７は、活性層３からみてもｎ型コンタクト層２２との境界となる。また、この活性層３は、色純度のよい発光を得るために不純物を注入せずにニュートラルなＩｎＧａＮ層としている。なお、このもののＩｎとＧａの組成比を調整したり、ｎ型あるいはｐ型の導電型にすることにより、バンドギャップを変化させて発光波長を変化させることができる。また、ｎ型の導電型にするにはシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を適宜注入すればよく、逆に、ｐ型の導電型にするにはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）等の不純物を注入すればよい。
【００２７】
第２の導電型を有する半導体層４は、ｐ型の導電型を示すように形成されており、ｐ型コンタクト層４２とｐ型クラッド層４１とから構成して活性層３の上に積層している。前述した縁部７は、第２の導電型を有する半導体層４からみてもｎ型コンタクト層２２との境界となる。このうち、第２の導電型を有する半導体層４の上方の表面側の層であるｐ型コンタクト層４２は、例えば、ＧａＮにて形成しており、後述する第２の電極６を設けている。これは、直接、第２の電極６をｐ型クラッド層４１に設けたものと比較すると、両者の接触界面における接触障壁（ショットキバリア）を小さくし、オーミック接触を実現している。また、ｐ型クラッド層４１は、例えば、ＡｌＧａＮのような活性層３よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のもので形成している。なお、前述した図２の説明、すなわち、図１のＡ−Ａ線に沿って切断したときの中央付近とは、活性層３と第２の導電型を有する半導体層４が存在する３個の断面のうちの中央部分と、活性層３と第２の導電型を有する半導体層４が存在しない中央部分の両側に位置する断面の一部を指す。
【００２８】
第１の電極５は、前述したように、ｎ型コンタクト層２２の表面に設けている。このものは、例えば、クロム（Ｃｒ）やタンタル（Ｔａ）やバナジウム（Ｖ）に金（Ａｕ）を積層した２層構造としている。また、この第１の電極５は、平面視において略四角形状をなす棟部電極５１と、その棟部電極５１と直交するとともに所定の間隔を有して配設された複数の歯部電極５２とで形成された櫛形状をしている。さらに、この歯部電極５２は、その形状を平面視において略長四角形状とし、好ましくは、棟部電極５１側からその先端部５３に向かって幅が狭くなるようにしており、その先端部５３は、縁部７から所定の距離だけｎ型コンタクト層２２の内方に位置するように、すなわち、全ての歯部電極５２で先端部５３から最も近距離にある縁部７に向かって下ろした垂線の長さが略一定となるように形成している。また、先端部５３は、その隅角部が面取りされた形状をしている。
【００２９】
第２の電極６は、これも前述したように、ｐ型コンタクト層４２の表面に設けている。このものは、例えば、パラジウム（Ｐｄ）やＣｒにＡｕを積層した２層構造としている。その形状は、第１の電極５と同様、平面視において略四角形状をなす棟部電極６１と、その棟部電極６１と直交するとともに所定の間隔を有して配設された複数の歯部電極６２とで形成された櫛形状をしている。そして、歯部電極６２においてその平面視における形状は、第１の電極５の歯部電極５２と同じく略長四角形状とし、好ましくは、棟部電極６３側からその先端部６３に向かって幅が狭くなるようにしているものの、その断面視における形状は、支持基板１の方向（図１の下側）に向かうに従って幅が大きくなる略台形状をしている。また、先端部６３は、その形状を第１の電極５の歯部電極５２と同様、隅角部を面取りしており、その形成位置は、縁部７から所定の距離だけｐ型コンタクト層４２の内方に位置するように、すなわち、全ての歯部電極６２で先端部６３から最も近距離にある縁部７に向かって下ろした垂線の長さが略一定となるように形成している。
【００３０】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、ｐ型コンタクト層４２の電位は略一様になり、ｐ型コンタクト層４の全域に電流が十分拡散される。その結果、ｐ型コンタクト層４２の下層にあるｐ型クラッド層４１や活性層３に流れる電流の電流密度を一定に保つことができ、素子の全面を均等に発光することができるのである。また、活性層３で発光した光は、歯部電極６２と歯部電極６２との間に位置するｐ型コンタクト層４２が露出した部位から外部に出ていくことができる。この際、光は透光性電極のような光を吸収する物質を透過しないので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができるのである。さらに、活性層３で発光する光はその任意の点から放射状に発光するため、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面には様々な入射角を持った光が入射する。そのうち、臨界角より小さい角度で入射した光の一部は、ｐ型コンタクト層４２から半導体発光素子の外部へ出ていく際に歯部電極６２の側面に入射して散乱や吸収されるが、この側面に傾斜をつけることで散乱や吸収される光量を低減することができるのである。
【００３１】
以上説明した第１の実施形態の半導体発光素子によると、第２の導電型を有する半導体層４と活性層３及びｎ型クラッド層２３は、その除去部分の縁部７をｎ型コンタクト層２２に沿って正弦波状に凹凸する形状とするとともに、第１の電極５及び第２の電極６は、その縁部７に向かって突出するように設けた複数の歯部電極５２，６２を有し、かつ歯部電極５２，６２の先端部５３，６３が縁部７から所定の間隔をおいてそれぞれの半導体層２，４の内方に位置している櫛歯状の電極としているので、透光性電極を備えずとも第２の導電型を有する半導体層４から第１の導電型を有する半導体層２へ流れる電流密度を一定にすることができるので、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間は、第２の導電型を有する半導体層４が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。また、第２の電極６の歯部電極６２を支持基板１の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成しているので、歯部電極６２と歯部電極６２の間から出力した光が歯部電極６２の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減できるので、光の取り出し効率を向上することができる。さらに、歯部電極５２，６２は、その先端部５３，６３を面取りしてなり、加えて、先端部５３，６３に向かうに従って幅が小さくなるように形成しているので、第２の電極６の歯部電極６２の隅角部と第１の電極５の歯部電極５２の隅角部との間での電界集中を低減でき、また、電界が歯部電極５２，６２の先端部５３，６３に集中するのを防止できるので、第２の導電型を有する半導体層４から第１の導電型を有する半導体層２へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をより均等に発光させることができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る半導体発光素子を図４に基づいて説明する。図４は半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【００３３】
この実施形態の半導体発光素子は、ｐ型コンタクト層４２が第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のｐ型コンタクト層４２は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に溝４３を形成していることが第１の実施形態と異なっている。その溝４３は、断面視において、支持基板１の方向に向かうに従い、つまり、ｐ型クラッド層４１に近づくにつれて幅が狭くなるように形成しており、その深さは、ｐ型コンタクト層４２の１／２程度にしている。また、溝４３の上部の幅は、歯部電極６２と歯部電極６２との間隔と略同等になるように形成している。
【００３５】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面に入射する活性層３の任意の点から放射状に発光した光の入射角を変化することができ、すなわち、臨界角以上で入射する光（全反射）を減少させることができるようになるのである。
【００３６】
以上説明した第２の実施形態の半導体発光素子によると、第２の導電型を有する半導体層４の表面に設けられた第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に支持基板１の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝４３を設けているので、歯部電極６２の直下に位置する活性層３から発光した光が歯部電極６２と歯部電極６２との間にあるｐ型コンタクト層４２の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半が臨界角以下となり、全反射を低減できて光の取り出し効率を向上することができる。
【００３７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る半導体発光素子を図５に基づいて説明する。図５は半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【００３８】
この実施形態の半導体発光素子は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に別部材を設けたことが第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の半導体発光素子は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間にｐ型コンタクト層４２と接して上側（図５の上方向）に突出する凸部４４を設けている。
【００４０】
この凸部４４は、活性層３で発光する光に対して透光性を有し、かつｐ型コンタクト層４２と同等もしくはより大きい屈折率を持つ材料で形成しており、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いて形成している。また、その形状は、断面視において歯部電極６２と同一高さから半球状に突出した形に形成している。
【００４１】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面に入射する活性層３の任意の点から放射状に発光した光の透過角を変化することができ、すなわち、その界面で全反射する光を減少させることができるようになるのである。
【００４２】
以上説明した第３の実施形態の半導体発光素子によると、ｐ型コンタクト層４２の表面に設けられた第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間にｐ型コンタクト層４２と同等もしくはより大きい屈折率を有する凸部４４を設けたので、第２の電極６の直下に位置する活性層３から発光した光が歯部電極６２と歯部電極６２との間にあるｐ型コンタクト層４２の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなくｐ型コンタクト層４２から出ていき、光の取り出し効率を向上することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の半導体発光素子は、支持基板と、支持基板の一方の面に第１の導電型を有する半導体層と、活性層と、第２の導電型を有する半導体層とを順次積層して備え、第２の導電型を有する半導体層に第２の電極を設けるとともに、各半導体層の一部を除去して露出させた第１の導電型を有する半導体層に第１の電極を設けた半導体発光素子において、前記各半導体層は、その除去部分の縁部を第１の導電型を有する半導体層に沿って凹凸する形状に設けるとともに、前記第１の電極及び前記第２の電極は、その縁部における第１の導電型を有する半導体層の凸領域及び第２の導電型を有する半導体層の凸領域に向かってそれぞれ突出するように設けた複数の歯部電極を有し、かつ両電極の歯部電極の先端を縁部からの最短距離が一定の間隔となるようにそれぞれの半導体層の内方に位置している櫛歯状の電極であるので、透光性電極を備えずとも第１の導電型を有する半導体層から第２の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を一定にし、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極の歯部電極と歯部電極との間は第２の導電型を有する半導体層が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。
【００４４】
請求項２に係る発明の半導体発光素子は、請求項１記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に支持基板の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝を設けたものであるので、請求項１記載の効果に加え、歯部電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半は臨界角以下になり、全反射を低減できて光の取り出し効率をより向上することができる。
【００４５】
請求項３に係る発明の半導体発光素子は、請求項１又は２記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に第２の導電型を有する半導体層と同等もしくはそれより大きい屈折率を有する凸部を設けたものであるので、請求項１又は２記載の効果に加え、第２の電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなく第２の導電型を有する半導体層から出ていき、より光の取り出し効率を向上することができる。
【００４６】
請求項４に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至３記載の構成において、前記第２の電極は、前記歯部電極を前記支持基板の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成してなるものであるので、請求項１乃至請求項３記載の効果に加え、歯部電極と歯部電極の間から出力した光が歯部電極の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減でき、さらに光の取り出し効率を向上することができる。
【００４７】
請求項５に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至４記載の構成において、前記歯部電極は、その先端を面取りしてなるものであるので、請求項１乃至請求項４記載の効果に加え、第２の電極の歯部電極の隅角部と第１の電極の歯部電極の隅角部との間での電界集中を低減でき、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をより均等に発光させることができる。
【００４８】
請求項６に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至５記載の構成において、前記歯部電極は、その先端に向かうに従って幅が小さくなるように形成してなるものであるので、請求項１乃至５記載の効果に加え、電界が歯部電極の先端に集中するのを防止でき、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をさらに均等に発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す全体概略平面図である。
【図２】同上のＡ−Ａ線に沿って切断した中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図３】同上の歯部電極を示す拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図６】従来の半導体発光素子の全体概略平面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 第１の導電型を有する半導体層
３ 活性層
４ 第２の導電型を有する半導体層
４３ 溝
４４ 凸部
５ 第１の電極
５２ 歯部電極
５３ 先端部
６ 第２の電極
６２ 歯部電極
６３ 先端部
７ 縁部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に活性層に電圧を印加するための電極をそれぞれ支持基板の同一面側に形成した構造を有する半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光素子として、例えば、特開２００１−３４５４８０（特許文献１）に提案されているものがあり、これを図６に示す。図６は全体概略平面図である。このものは、サファイアからなる支持基板１０１に窒化アルミニウムからなるバッファ層を積層し、次いで、シリコン（Ｓｉ）をドープした窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層からなるｎ−Ｇａｎ層１０２と、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）層と窒化ガリウム層とを繰り返し積層して形成された活性層と、マグネシウム（Ｍｇ）をドープした窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層とｐ型クラッド層からなるｐ−ＧａＮ層１０３とを順に積層させた構造をなしている。
【０００３】
また、ｐ−ＧａＮ層１０３の表面の略全面には、例えば、コバルト（Ｃｏ）と金（Ａｕ）との合金からなる透光性電極１０４が設けられており、さらに、その上面には、例えば、例えば、バナジウム（Ｖ）、Ａｕ、アルミニウム（Ａｌ）からなるｐ電極１０５が設けられている。このうち、透光性電極１０４は、その上面に設けられるｐ電極１０５から注入される電流をｐ−ＧａＮ層１０３へ十分拡散させるために設けられており、また、透光性とすることで、活性層で発光した光をｐ電極１０５の形成面側から取り出すことができる。また、ｐ電極１０５は、半導体発光素子の一辺の略中央に配設されたｐ台座電極１０５ａと、そこからｐ−ＧａＮ層１０３中央に向かって延長された部位と周縁に沿って延長された部位からなるｐ補助電極１０５ｂから構成されており、平面視において櫛状に形成されている。また、このように配置することにより、ｐ補助電極１０５ｂと透光性電極１０４のすべての角部までの距離を一定にしている。
【０００４】
一方、ｎ電極１０６は、ｐ−ＧａＮ１０３と活性層及びｎ−ＧａＮ層１０２の一部を所定の深さまでエッチングして表出させたｎ−ＧａＮ層１０２の表面に設けられている。このｎ電極１０６もｎ台座電極１０６ａとｎ補助電極１０６ｂから構成されており、ｎ台座電極１０６ａは、ｐ台座電極１０５ａと対向する一辺の略中央に配設され、ｎ補助電極１０６ｂは、ｎ台座電極から延長されるとともにｐ補助電極１０５ｂと互い違いに平行になるように配設されている。
【０００５】
したがって、この半導体発光素子によれば、透光性電極１０４のすべての点がｐ電極１０５から所定の距離内にあるので、ｐ台座電極１０５ａ又はｐ補助電極１０５ｂから最も離れた透光性電極１０４の部分へも電流が十分に拡散されて半導体発光素子の全面が均等に発光することができる。また、ｐ補助電極１０５ｂを透光性電極１０４の中央部に延設しているので、ｐ補助電極１０５ｂと透光性電極１０４のすべての角部までの距離が一定となり、また、ｎ補助電極１０６ｂを半導体発光素子の内方まで延設しているので、ｎ補助電極１０６ｂと半導体発光素子の角部までの距離が一定となり、角部での発光出力の低下を防止できる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４５４８０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような半導体発光素子は、活性層で発光した光を、透光性電極１０４を介してｐ−ＧａＮ層１０３のｐ電極１０５を形成した面側から取り出せる。しかしながら、この取り出せる光量は、透光性電極１０４に入射する光量がそこに吸収される分を除いたものとなる。そして、透光性電極１０４に吸収される分は、入射する光量の半分程度以上である。つまり、取り出せる光量、すなわち、光の透過率は、透光性電極１０４に入射する光量を１００％とした場合に５０％程度以下になるのである。
【０００８】
また、ｐ−ＧａＮ層１０３及び透光性電極１０４の屈折率は空気の屈折率より大きいため、活性層で発光した光は、ｐ−ＧａＮ層１０３及び透光性電極１０４と空気との境界部分で全反射される場合があり、この場合、発光した光を半導体発光素子外部へ取り出せないこととなり、やはり、光の取り出し効率を低減させる要因となる。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなしたものであり、その目的とするところは、半導体発光素子の全面を均等に発光させつつ、光の取り出し効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明の半導体発光素子は、支持基板と、支持基板の一方の面に第１の導電型を有する半導体層と、活性層と、第２の導電型を有する半導体層とを順次積層して備え、第２の導電型を有する半導体層に第２の電極を設けるとともに、第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層の一部を除去して露出させた第１の導電型を有する半導体層に第１の電極を設けた半導体発光素子において、前記第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層は、その除去部分の縁部を第１の導電型を有する半導体層に沿って凹凸する形状に設けるとともに、前記第１の電極及び前記第２の電極は、その縁部における第１の導電型を有する半導体層の凸領域及び第２の導電型を有する半導体層の凸領域に向かってそれぞれ突出するように設けた複数の歯部電極を有し、かつ両電極の歯部電極の先端を縁部からの最短距離が一定の間隔となるようにそれぞれの半導体層の内方に位置している櫛歯状の電極であることを特徴としている。
【００１１】
この構成により、透光性電極を備えずとも第１の導電型を有する半導体層から第２の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を一定にすることができるので、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極の歯部電極と歯部電極との間は第２の導電型を有する半導体層が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１２】
請求項２に係る発明の半導体発光素子は、請求項１記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に支持基板の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝を設けたものとしている。
【００１３】
この構成により、歯部電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半は臨界角以下になるので、全反射を低減できて光の取り出し効率を向上することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明の半導体発光素子は、請求項１又は２記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に第２の導電型を有する半導体層と同等もしくはそれより大きい屈折率を有する凸部を設けたものとしている。
【００１５】
この構成により、第２の電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなく第２の導電型を有する半導体層から出ていくので、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１６】
請求項４に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至３記載の構成において、前記第２の電極は、前記歯部電極を前記支持基板の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成してなるものとしている。
【００１７】
この構成により、歯部電極と歯部電極の間から出力した光が歯部電極の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減できるので、光の取り出し効率を向上することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至４記載の構成において、前記歯部電極は、その先端を面取りしてなるものとしている。
【００１９】
この構成により、第２の電極の歯部電極の隅角部と第１の電極の歯部電極の隅角部との間での電界集中を低減できるので、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面を均等に発光させることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至５記載の構成において、前記歯部電極は、その先端に向かうに従って幅が小さくなるように形成してなるものとしている。
【００２１】
この構成により、電界が歯部電極の先端に集中するのを防止できるので、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面を均等に発光させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る半導体発光素子を図１乃至図３に基づいて説明する。図１はその平面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿って切断したときの中央付近を示す要部拡大断面図であり、図３は歯部電極の拡大図である。
【００２３】
この半導体発光素子は、支持基板１と、第１の導電型を有する半導体層２と、活性層３と、第２の導電型を有する半導体層４と、第１の電極５と、第２の電極６とを主要構成要素としている。
【００２４】
支持基板１は、半導体発光素子のベースとなるものであり、例えば、サファイアのような透光性及び絶縁性を有する基板にて形成されている。また、この支持基板１の一方の面に、第１の導電型を有する半導体層２と、活性層３と、第２の導電型を有する半導体層４とが順次積層されている。
【００２５】
第１の導電型を有する半導体層２は、ｎ型の導電型を示すように形成しており、詳しくは、ｎ型バッファ層２１とｎ型コンタクト層２２とｎ型クラッド層２３から構成している。このうち、ｎ型バッファ層２１は、例えば、ＧａＮにて形成しており、支持基板１とｎ型コンタクト層２２との格子不整合を緩和するために設けている。また、ｎ型クラッド層２３は、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）のような活性層３よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のもので形成している。そして、ｎ型コンタクト層２２は、例えば、ＧａＮにて形成しており、第１の導電型を有する半導体層２の上方の表面側の層ではないものの後述する第１の電極５を設けている。これは、直接、第１の電極５を第１の導電型を有する半導体層２の上方の表面側の層であるｎ型クラッド層２３に設けたものと比較すると、両者の接触界面における接触障壁（ショットキバリア）を小さくし、オーミック接触を実現している。さらに、このｎ型コンタクト層２２の一部は、その表層にあるｎ型クラッド層２３と活性層３と第２の導電型を有する半導体層４の所定の一部を除去することにより露出されている。そして、この露出したｎ型コンタクト層２２と、ｎ型クラッド層２３と活性層３と第２の導電型を有する半導体層４の境界にあたる縁部７は、平面視において、ｎ型コンタクト層２２に沿って凹凸を有した形状、本実施形態では正弦波状にしている。
【００２６】
活性層３は、例えば、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる半導体で形成され、単一量子井戸又は多重量子井戸構造をなして第１の導電型を有する半導体層２の上に積層している。前述した縁部７は、活性層３からみてもｎ型コンタクト層２２との境界となる。また、この活性層３は、色純度のよい発光を得るために不純物を注入せずにニュートラルなＩｎＧａＮ層としている。なお、このもののＩｎとＧａの組成比を調整したり、ｎ型あるいはｐ型の導電型にすることにより、バンドギャップを変化させて発光波長を変化させることができる。また、ｎ型の導電型にするにはシリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を適宜注入すればよく、逆に、ｐ型の導電型にするにはマグネシウム（Ｍｇ）や亜鉛（Ｚｎ）等の不純物を注入すればよい。
【００２７】
第２の導電型を有する半導体層４は、ｐ型の導電型を示すように形成されており、ｐ型コンタクト層４２とｐ型クラッド層４１とから構成して活性層３の上に積層している。前述した縁部７は、第２の導電型を有する半導体層４からみてもｎ型コンタクト層２２との境界となる。このうち、第２の導電型を有する半導体層４の上方の表面側の層であるｐ型コンタクト層４２は、例えば、ＧａＮにて形成しており、後述する第２の電極６を設けている。これは、直接、第２の電極６をｐ型クラッド層４１に設けたものと比較すると、両者の接触界面における接触障壁（ショットキバリア）を小さくし、オーミック接触を実現している。また、ｐ型クラッド層４１は、例えば、ＡｌＧａＮのような活性層３よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のもので形成している。なお、前述した図２の説明、すなわち、図１のＡ−Ａ線に沿って切断したときの中央付近とは、活性層３と第２の導電型を有する半導体層４が存在する３個の断面のうちの中央部分と、活性層３と第２の導電型を有する半導体層４が存在しない中央部分の両側に位置する断面の一部を指す。
【００２８】
第１の電極５は、前述したように、ｎ型コンタクト層２２の表面に設けている。このものは、例えば、クロム（Ｃｒ）やタンタル（Ｔａ）やバナジウム（Ｖ）に金（Ａｕ）を積層した２層構造としている。また、この第１の電極５は、平面視において略四角形状をなす棟部電極５１と、その棟部電極５１と直交するとともに所定の間隔を有して配設された複数の歯部電極５２とで形成された櫛形状をしている。さらに、この歯部電極５２は、その形状を平面視において略長四角形状とし、好ましくは、棟部電極５１側からその先端部５３に向かって幅が狭くなるようにしており、その先端部５３は、縁部７から所定の距離だけｎ型コンタクト層２２の内方に位置するように、すなわち、全ての歯部電極５２で先端部５３から最も近距離にある縁部７に向かって下ろした垂線の長さが略一定となるように形成している。また、先端部５３は、その隅角部が面取りされた形状をしている。
【００２９】
第２の電極６は、これも前述したように、ｐ型コンタクト層４２の表面に設けている。このものは、例えば、パラジウム（Ｐｄ）やＣｒにＡｕを積層した２層構造としている。その形状は、第１の電極５と同様、平面視において略四角形状をなす棟部電極６１と、その棟部電極６１と直交するとともに所定の間隔を有して配設された複数の歯部電極６２とで形成された櫛形状をしている。そして、歯部電極６２においてその平面視における形状は、第１の電極５の歯部電極５２と同じく略長四角形状とし、好ましくは、棟部電極６３側からその先端部６３に向かって幅が狭くなるようにしているものの、その断面視における形状は、支持基板１の方向（図１の下側）に向かうに従って幅が大きくなる略台形状をしている。また、先端部６３は、その形状を第１の電極５の歯部電極５２と同様、隅角部を面取りしており、その形成位置は、縁部７から所定の距離だけｐ型コンタクト層４２の内方に位置するように、すなわち、全ての歯部電極６２で先端部６３から最も近距離にある縁部７に向かって下ろした垂線の長さが略一定となるように形成している。
【００３０】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、ｐ型コンタクト層４２の電位は略一様になり、ｐ型コンタクト層４の全域に電流が十分拡散される。その結果、ｐ型コンタクト層４２の下層にあるｐ型クラッド層４１や活性層３に流れる電流の電流密度を一定に保つことができ、素子の全面を均等に発光することができるのである。また、活性層３で発光した光は、歯部電極６２と歯部電極６２との間に位置するｐ型コンタクト層４２が露出した部位から外部に出ていくことができる。この際、光は透光性電極のような光を吸収する物質を透過しないので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができるのである。さらに、活性層３で発光する光はその任意の点から放射状に発光するため、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面には様々な入射角を持った光が入射する。そのうち、臨界角より小さい角度で入射した光の一部は、ｐ型コンタクト層４２から半導体発光素子の外部へ出ていく際に歯部電極６２の側面に入射して散乱や吸収されるが、この側面に傾斜をつけることで散乱や吸収される光量を低減することができるのである。
【００３１】
以上説明した第１の実施形態の半導体発光素子によると、第２の導電型を有する半導体層４と活性層３及びｎ型クラッド層２３は、その除去部分の縁部７をｎ型コンタクト層２２に沿って正弦波状に凹凸する形状とするとともに、第１の電極５及び第２の電極６は、その縁部７に向かって突出するように設けた複数の歯部電極５２，６２を有し、かつ歯部電極５２，６２の先端部５３，６３が縁部７から所定の間隔をおいてそれぞれの半導体層２，４の内方に位置している櫛歯状の電極としているので、透光性電極を備えずとも第２の導電型を有する半導体層４から第１の導電型を有する半導体層２へ流れる電流密度を一定にすることができるので、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間は、第２の導電型を有する半導体層４が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。また、第２の電極６の歯部電極６２を支持基板１の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成しているので、歯部電極６２と歯部電極６２の間から出力した光が歯部電極６２の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減できるので、光の取り出し効率を向上することができる。さらに、歯部電極５２，６２は、その先端部５３，６３を面取りしてなり、加えて、先端部５３，６３に向かうに従って幅が小さくなるように形成しているので、第２の電極６の歯部電極６２の隅角部と第１の電極５の歯部電極５２の隅角部との間での電界集中を低減でき、また、電界が歯部電極５２，６２の先端部５３，６３に集中するのを防止できるので、第２の導電型を有する半導体層４から第１の導電型を有する半導体層２へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をより均等に発光させることができる。
【００３２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る半導体発光素子を図４に基づいて説明する。図４は半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【００３３】
この実施形態の半導体発光素子は、ｐ型コンタクト層４２が第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００３４】
本実施形態のｐ型コンタクト層４２は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に溝４３を形成していることが第１の実施形態と異なっている。その溝４３は、断面視において、支持基板１の方向に向かうに従い、つまり、ｐ型クラッド層４１に近づくにつれて幅が狭くなるように形成しており、その深さは、ｐ型コンタクト層４２の１／２程度にしている。また、溝４３の上部の幅は、歯部電極６２と歯部電極６２との間隔と略同等になるように形成している。
【００３５】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面に入射する活性層３の任意の点から放射状に発光した光の入射角を変化することができ、すなわち、臨界角以上で入射する光（全反射）を減少させることができるようになるのである。
【００３６】
以上説明した第２の実施形態の半導体発光素子によると、第２の導電型を有する半導体層４の表面に設けられた第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に支持基板１の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝４３を設けているので、歯部電極６２の直下に位置する活性層３から発光した光が歯部電極６２と歯部電極６２との間にあるｐ型コンタクト層４２の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半が臨界角以下となり、全反射を低減できて光の取り出し効率を向上することができる。
【００３７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る半導体発光素子を図５に基づいて説明する。図５は半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【００３８】
この実施形態の半導体発光素子は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間に別部材を設けたことが第１の実施形態と異なるものであり、他の構成要素は第１の実施形態のものと実質的に同一であるので、同一部材には同一の番号を付して説明を省略する。
【００３９】
本実施形態の半導体発光素子は、第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間にｐ型コンタクト層４２と接して上側（図５の上方向）に突出する凸部４４を設けている。
【００４０】
この凸部４４は、活性層３で発光する光に対して透光性を有し、かつｐ型コンタクト層４２と同等もしくはより大きい屈折率を持つ材料で形成しており、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）を用いて形成している。また、その形状は、断面視において歯部電極６２と同一高さから半球状に突出した形に形成している。
【００４１】
つまり、半導体発光素子がこのような構成をとることで、歯部電極６２と歯部電極６２との間のｐ型コンタクト層４２の界面に入射する活性層３の任意の点から放射状に発光した光の透過角を変化することができ、すなわち、その界面で全反射する光を減少させることができるようになるのである。
【００４２】
以上説明した第３の実施形態の半導体発光素子によると、ｐ型コンタクト層４２の表面に設けられた第２の電極６の歯部電極６２と歯部電極６２との間にｐ型コンタクト層４２と同等もしくはより大きい屈折率を有する凸部４４を設けたので、第２の電極６の直下に位置する活性層３から発光した光が歯部電極６２と歯部電極６２との間にあるｐ型コンタクト層４２の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなくｐ型コンタクト層４２から出ていき、光の取り出し効率を向上することができる。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の半導体発光素子は、支持基板と、支持基板の一方の面に第１の導電型を有する半導体層と、活性層と、第２の導電型を有する半導体層とを順次積層して備え、第２の導電型を有する半導体層に第２の電極を設けるとともに、各半導体層の一部を除去して露出させた第１の導電型を有する半導体層に第１の電極を設けた半導体発光素子において、前記各半導体層は、その除去部分の縁部を第１の導電型を有する半導体層に沿って凹凸する形状に設けるとともに、前記第１の電極及び前記第２の電極は、その縁部における第１の導電型を有する半導体層の凸領域及び第２の導電型を有する半導体層の凸領域に向かってそれぞれ突出するように設けた複数の歯部電極を有し、かつ両電極の歯部電極の先端を縁部からの最短距離が一定の間隔となるようにそれぞれの半導体層の内方に位置している櫛歯状の電極であるので、透光性電極を備えずとも第１の導電型を有する半導体層から第２の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を一定にし、半導体発光素子の全面を均等に発光することができる。また、第２の電極の歯部電極と歯部電極との間は第２の導電型を有する半導体層が露出しているので、発光する光を減衰させることなく取り出すことができ、光の取り出し効率を向上することができる。
【００４４】
請求項２に係る発明の半導体発光素子は、請求項１記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に支持基板の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝を設けたものであるので、請求項１記載の効果に加え、歯部電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、その入射角度の大半は臨界角以下になり、全反射を低減できて光の取り出し効率をより向上することができる。
【００４５】
請求項３に係る発明の半導体発光素子は、請求項１又は２記載の構成において、前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に第２の導電型を有する半導体層と同等もしくはそれより大きい屈折率を有する凸部を設けたものであるので、請求項１又は２記載の効果に加え、第２の電極の直下に位置する活性層から発光した光が歯部電極と歯部電極の間にある第２の導電型を有する半導体層の外部との境界面に入射した際、光は全反射することなく第２の導電型を有する半導体層から出ていき、より光の取り出し効率を向上することができる。
【００４６】
請求項４に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至３記載の構成において、前記第２の電極は、前記歯部電極を前記支持基板の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成してなるものであるので、請求項１乃至請求項３記載の効果に加え、歯部電極と歯部電極の間から出力した光が歯部電極の側面に入射して散乱又は吸収されてしまうことを低減でき、さらに光の取り出し効率を向上することができる。
【００４７】
請求項５に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至４記載の構成において、前記歯部電極は、その先端を面取りしてなるものであるので、請求項１乃至請求項４記載の効果に加え、第２の電極の歯部電極の隅角部と第１の電極の歯部電極の隅角部との間での電界集中を低減でき、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をより均等に発光させることができる。
【００４８】
請求項６に係る発明の半導体発光素子は、請求項１乃至５記載の構成において、前記歯部電極は、その先端に向かうに従って幅が小さくなるように形成してなるものであるので、請求項１乃至５記載の効果に加え、電界が歯部電極の先端に集中するのを防止でき、第２の導電型を有する半導体層から第１の導電型を有する半導体層へ流れる電流密度を均一化して半導体発光素子の全面をさらに均等に発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す全体概略平面図である。
【図２】同上のＡ−Ａ線に沿って切断した中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図３】同上の歯部電極を示す拡大図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子の中央付近を示す要部拡大断面図である。
【図６】従来の半導体発光素子の全体概略平面図である。
【符号の説明】
１ 支持基板
２ 第１の導電型を有する半導体層
３ 活性層
４ 第２の導電型を有する半導体層
４３ 溝
４４ 凸部
５ 第１の電極
５２ 歯部電極
５３ 先端部
６ 第２の電極
６２ 歯部電極
６３ 先端部
７ 縁部
Claims (6)
- 支持基板と、支持基板の一方の面に第１の導電型を有する半導体層と、活性層と、第２の導電型を有する半導体層とを順次積層して備え、第２の導電型を有する半導体層に第２の電極を設けるとともに、第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層の一部を除去して露出させた第１の導電型を有する半導体層に第１の電極を設けた半導体発光素子において、
前記第２の導電型を有する半導体層と活性層及び第１の導電型を有する半導体層は、その除去部分の縁部を第１の導電型を有する半導体層に沿って凹凸する形状に設けるとともに、前記第１の電極及び前記第２の電極は、その縁部における第１の導電型を有する半導体層の凸領域及び第２の導電型を有する半導体層の凸領域に向かってそれぞれ突出するように設けた複数の歯部電極を有し、かつ両電極の歯部電極の先端を縁部からの最短距離が一定の間隔となるようにそれぞれの半導体層の内方に位置している櫛歯状の電極であることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に支持基板の方向に向かうに従って幅が小さくなる溝を設けた請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記第２の導電型を有する半導体層は、その表面に設けられた前記第２の電極の前記歯部電極と歯部電極との間に第２の導電型を有する半導体層と同等もしくはそれより大きい屈折率を有する凸部を設けた請求項１又は２記載の半導体発光素子。
- 前記第２の電極は、前記歯部電極を前記支持基板の方向に向かうに従って幅が大きくなるように形成してなる請求項１乃至３記載の半導体発光素子。
- 前記歯部電極は、その先端を面取りしてなる請求項１乃至４記載の半導体発光素子。
- 前記歯部電極は、その先端に向かうに従って幅が小さくなるように形成してなる請求項１乃至５記載の半導体発光素子。
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