JP4414580B2

JP4414580B2 - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP4414580B2
Application number: JP2000280322A
Authority: JP
Inventors: 章雅田中; 欣宏奥山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-09-14
Filing date: 2000-09-14
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2020-09-14
Also published as: JP2002094115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＥＤ等の半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の半導体発光素子の平面図、図６は図５に示した半導体発光素子のＶＩ−ＶＩ矢印断面図である。この半導体素子１０１は基板１２１上にｎ型バッファ層１２３、ｎ型クラッド層１２５、活性層１２７、ｐ型クラッド層１２９、コンタクト層１３１、絶縁層１３５が順次積層された構造を有しており、基板１２１の下面には負電極１３３が設置される。絶縁層１３５にはコンタクト層１３１に達する開口（発光取出し領域）が形成され、絶縁層１３５上の開口を除く部分に正電極１３７が設置される。開口の縁部にはコンタクト層１３１及び正電極１３７を接続するコンタクト電極１３９が設置され、開口内にもコンタクト電極１３９の電極パターンが格子状に形成される。半導体素子１０１において、活性層１２７で発生した光は、各光取出し窓１４３から外部に取出される。
【０００３】
また、別の従来の半導体発光素子は、特開平１０−２５６０２号公報に開示されている。同公報に記載の半導体発光素子は、半導体発光層の両面側に設けられた電極間に電流を流すことにより半導体発光層が発光する半導体発光素子において、電極の一方は中心部から外側に向かって放射状に延びた複数の電極部を備えている。なお、発光層は、発光の大部分に寄与する活性層、及び発光効率を高めるために活性層を挟持するクラッド層からなり、電極部は金属積層体であるＮｉ／Ａｕ／Ａｌからなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体発光素子においては、格子状電極部、或いは中心部から外側に向かって放射状に延びた複数の電極部を備えているが、このような構造においては当該中心部に電流が流れやすくなる。発光層における電流経路が、実際の発光領域となることから、上記構造の電極パターンにおいては中心部の発光輝度が周辺部よりも高くなる。また、極端な電流の集中は局所的な発熱を引き起こし、発光効率を低下させる。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、発光分布の均一性を向上可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明に係る半導体発光素子は、半導体発光層の両面側に設けられた電極間に電流を流すことにより半導体発光層が発光する半導体発光素子において、電極の一方は半導体発光層を含む半導体材料の表面側に設けられ、中心部から外側に向かって放射状に延びた複数の電極部を備え、前記中心部は有限の面積を有しており、且つ、前記電極部は前記中心部には存在せず、電極部の幅は中心部に向かうに従って細くなっており、電極の一方は、電極部のそれぞれに接続され、前記電極部の存在しない中心部から等距離に位置する環状電極部を更に備え、電極の他方は、半導体材料の裏面側の全面に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この半導体発光素子によれば、放射状に延びた複数の電極部の幅が中心部に向かうに従って細くなっているので、中心部における発光強度が抑制され、発光分布の均一性を向上させることができる。
【０００８】
また、上述のように、電極の一方は、電極部のそれぞれに接続され、中心部から等距離に位置する環状電極部を更に備えている。
【０００９】
また、上記電極部は金属からなることとしてもよいが、高濃度に不純物がドープされた半導体を用いることもできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子について説明する。同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１１】
図１は半導体発光素子の平面図、図２は図１に示した半導体発光素子のＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【００１２】
本実施形態に係る半導体発光素子は面発光型のＬＥＤであり、半導体発光層１ｉの両面側に設けられた電極２ｕ，２ｌ間に電流を流すことにより半導体発光層１ｉが発光する半導体発光素子である。
【００１３】
半導体材料１は、半導体基板１ｓ、基板１ｓ上に半導体バッファ層１ｂを介して形成された発光層１ｉ、及び発光層１ｉ上に形成された半導体コンタクト層１ｃからなる。半導体材料１裏面側の全面には裏面電極２ｌが、表面側には表面電極２ｕがオーミック接触している。半導体材料１のコンタクト層１ｃの表面は開口を有する絶縁層（ＳｉＯ₂）３によって覆われている。表面電極２ｕは当該開口内に形成され、絶縁層３上に形成された電極パッド２ｕ’に電気的に接続されている。電極パッド２ｕ’は、ボンディングワイヤ等の電力供給線が接続されるものである。
【００１４】
電力供給線を介して電極パッド２ｕ’にバイアス電位を与え、裏面電極２ｌをグランドに接続すると、発光層１ｉを形成するｐｎ接合ダイオードに順方向バイアスが印加され、電極２ｕ，２ｌ間に電流（駆動電流）が流れる。このように駆動電流を半導体発光素子に供給すると、発光層１ｉにおける電流経路上の領域が発光する。なお、発光層１ｉに順方向バイアスが印加されるのであれば、電極パッド２ｕ’（表面電極２ｕ）をグランドに接続し、裏面電極２ｌにバイアス電位を与えてもよい。
【００１５】
ここで、表面側の電極２ｕの構造について説明する。
【００１６】
表面電極２ｕは有限の面積を有する中心部Ｏから外側に向かって放射状に延びた複数の電極部２ｕ₁〜２ｕ₈を備えており、それぞれの電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅は中心部Ｏに向かうに従って細くなっている。中心部Ｏ及び電極部２ｕ₁〜２ｕ₈間の領域においては、コンタクト層１ｃが露出している。
【００１７】
表面電極２ｕは、電極部２ｕ₁〜２ｕ₈それぞれの外側端部に接続された環状電極部２ｕｃを更に備えており、環状電極部２ｕｃは中心部Ｏから等距離に位置する。表面電極２ｕの面積は、裏面電極２ｌの面積よりも小さいので、これらの電極間を流れる電流は、小さい方の電極、すなわち表面電極２ｕの直下に集中する。本半導体発光素子によれば、中心部Ｏが有限の面積を有して露出しており、また、放射状に延びた複数の電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅が中心部Ｏに向かうに従って細くなっているので、中心部Ｏ或いはその近傍における発光強度が抑制され、発光分布の均一性を向上させることができる。
【００１８】
なお、上記電極部２ｕ₁〜２ｕ₈，２ｕｃは金属からなる。このような金属として、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ等の単体金属や、金属積層体であるＮｉ／Ａｕ／Ａｌ等を用いることができる。なお、電極部２ｕ₁〜２ｕ₈，２ｕｃとしては、高濃度に不純物がドープされた半導体を用いることもできる。ここで、高濃度とは１０^20/ｃｍ³以上の不純物濃度を意味することとする。すなわち、例えば、コンタクト層１ｃの一部領域に不純物を更に添加して抵抗率を低下させることとしてもよい。
【００１９】
図３は発光層１ｉの拡大図である。発光層１ｉは、下部クラッド層１ＣＬ、活性層ＡＶ、上部クラッド層１ＣＵを積層してなる。クラッド層１ＣＬ，１ＣＵのエネルギーバンドギャップは活性層ＡＶよりも広く、格子定数は小さい。本例における半導体には以下の材料を用いる。なお、カッコ内は不純物濃度を示す。
【００２０】
【表１】

【００２１】
なお、本例の場合、活性層ＡＶと下部クラッド層１ＣＬとはｐｎ接合を構成している。ｐ型側に位置する表面電極２ｕに正電位を、ｎ型側に位置する裏面電極２ｌに負電位を与えると、当該ｐｎ接合に順方向バイアスが印加され、表面電極２ｕ下に位置する活性層ＡＶ内を略均一に電流が流れ、略均一な面内分布を有する発光が観察される。なお、ここでいう電位の正負は相対的なものであり、勿論、一方がグランドレベルであってもよい。
【００２２】
上記では、それぞれの電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅は、中心部に向かうに従って連続的に減少したが、これは不連続に減少してもよい。
【００２３】
図４は、電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅が不連続に減少するタイプの半導体発光素子の平面図である。同図に示すように、電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅は、環状電極部２ｕｃの径方向に沿って、ステップ状に減少している。なお、他の構成は上記と同一であるため、説明を省略する。
【００２４】
以上、説明したように、上記半導体発光素子によれば、放射状に延びた複数の電極部２ｕ₁〜２ｕ₈の幅が中心部Ｏに向かうに従って細くなっており、中心部における抵抗が高くなるので、中心部Ｏやその近傍における発光強度が周辺に比して抑制され、結果的には発光分布の均一性を向上させることができる。また、上記半導体発光素子によれば、極端な電流の集中による局所的発熱やこれに起因する発光効率低下を抑制することができる。このように均一に発光が分散されると、素子全体としての応答特性が均一化され、全体としては高速な応答ができるようになる。なお、このような半導体発光素子は、特に、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）との光結合が良好である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明に係る半導体発光素子によれば、発光分布の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体発光素子の平面図である。
【図２】図１に示した半導体発光素子のＩＩ−ＩＩ矢印断面図である。
【図３】発光層１ｉの拡大図である。
【図４】別の実施形態に係る半導体発光素子の平面図である。
【図５】従来の半導体発光素子の平面図である。
【図６】図５に示した半導体発光素子のＶＩ−ＶＩ矢印断面図である。
【符号の説明】
２ｕ…表面電極、２ｌ…裏面電極、１ｉ…半導体発光層、２ｕ₁〜２ｕ₈…電極部、２ｕｃ…環状電極部。

Claims

半導体発光層の両面側に設けられた電極間に電流を流すことにより前記半導体発光層が発光する半導体発光素子において、
前記電極の一方は前記半導体発光層を含む半導体材料の表面側に設けられ、中心部から外側に向かって放射状に延びた複数の電極部を備え、
前記中心部は有限の面積を有しており、且つ、前記電極部は前記中心部には存在せず、
前記電極部の幅は前記中心部に向かうに従って細くなっており、
前記電極の一方は、前記電極部のそれぞれに接続され、前記電極部の存在しない前記中心部から等距離に位置する環状電極部を更に備え、
前記電極の他方は、前記半導体材料の裏面側の全面に設けられている、
ことを特徴とする半導体発光素子。
前記電極部は金属からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
前記電極部は高濃度に不純物がドープされた半導体からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。