JP4882792B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
別の提案として、活性層からの発光に対して、n電極の高さを低くして遮光効果を抑えること(特許文献6)、n電極の側面を傾斜させて反射効果を高めること(特許文献7)などがある。
このように、第1導電型半導体層の上に、透光性絶縁膜を介して第1電極の第2層が設けられ、発光構造部外の非発光部における電極形成領域において、光反射構造を備えて、半導体構造内へ好適に光反射させ、その電極形成領域の一部領域において透光性の第1層を第1導電型半導体層に導通させることで、好適な電流注入を実現できる。
上記(1)であると透光性絶縁膜外側の第1層の被覆部で好適な電流注入を実現でき、上記(2)であると発光構造部に設けられる第2電極も第1電極と同様に透光性絶縁膜を介した第2層と、その外側の第1層を有することで、発光構造部における光を好適に反射する構造、また透光性の第1層による光取り出し窓部における好適な光取り出し構造、とすることができる。
このように、各電極の第1層が透光性絶縁膜の外側に延在され、その被覆部と第2層を、第1電極では相互に重ね合わせ、第2電極では相互に分離させることで、第2電極の被覆部の透光性の第1層を光取り出し窓部とし、第1電極の被覆部の第1層電極で電流注入とする構造を好適に実現できる。
(3)第1の透光性絶縁膜の半導体構造における断面幅、若しくは電極形成面内の面積が、第1層の被覆部より大きい、
(4)第1電極の第1層が、第1電極の第2層と第1の透光性絶縁膜との間に介在する介在部を有する、
(5)半導体構造の電極形成面内において、第1電極が、発光構造部に対向する対向側と、半導体構造の外縁に設けられた露出部に隣接する外縁側とを有し、対向側に第2層延設部が設けられ、外縁側に第2層から露出された第1層の被覆部が設けられている、
(6)第2電極の第1層が、第2の透光性絶縁膜の外側に設けられた被覆部を有し、第2電極の第2層が、第1層の被覆部から離間している、
がある。
上記(6)であると発光構造部上の第2電極において、透光性絶縁膜の外側で半導体に導通する第1層の被覆部から離れて、透光性絶縁膜上の第2層を設けること、更に好ましくは透光性絶縁膜の表面内に第2層を内包することで、透光性の第1層による光取り出し窓部での好適な光取り出し、第2層の遮光、光吸収・損失を抑えた構造とすることができる。
(1)第2電極の第2層延設部が、半導体構造断面において複数設けられ、第2の透光性絶縁膜上を覆う第2層被覆部で互いに接続されている、
(2)第2層被覆部が第2層延設部よりも、半導体構造の断面における幅が広い、及び/又は、半導体構造の電極形成面内における面積が大きい、
(3)半導体構造の電極形成面側を光反射側とし、電極形成面側に対向する面側を光取り出し側とする、
がある。
(1)第2電極の第2層延設部が、半導体構造断面において複数設けられ、第2の透光性絶縁膜上を覆う第2層被覆部で互いに接続されている、
(2)第2層被覆部が第2層延設部よりも、半導体構造の断面における幅が広い、及び/又は、半導体構造の電極形成面内における面積が大きい、
(3)半導体構造において、電極形成面側を光反射側とし、電極形成面側に対向する面側を光取り出し側とする、
(4)第1の透光性絶縁膜の外縁部に、外縁部内側より膜厚の小さい薄膜部を有する、
(5)前記第1の透光性絶縁膜の半導体構造における断面の幅、若しくは前記電極形成面の面積が、前記第1電極の第1層の被覆部より大きい、
(6)第2層被覆部に外部接続部が設けられている、
(7)第1の透光性絶縁膜の膜厚が、第1層の外部接触部より大きく、半導体構造より、第1の透光性絶縁膜の屈折率が小さい、
がある。
上記(4)であると、透光性絶縁膜の縁部分が薄くなるような層構造であることで、その縁部分上を横架する第1層、第2層、保護膜との間、及び第1層上の各材料間の密着性を向上させることができる。上記(5)であると、第1層の被覆部の電極形成面における面積若しくは断面における幅が、前記第2層の延設部より大きくでき、透光性絶縁膜の外側の第1層被覆部上に、第2層の延設部が設けられて、それより幅、面積の大きな第1層被覆部とすること、好ましくは、第2層延設部より外側に被覆部が延在していること、被覆部の端部より内側に第2層延設部が設けられていること、により、電極と半導体との接触界面を第1層とした構造とでき、密着性に優れた電極構造とでき、また大面積、幅広の第1の透光性絶縁膜で好適な光反射構造と、小面積、幅狭の第1層被覆部で好適な電流注入を実現できる。上記(6)であると、透光性絶縁膜上で電極が外部と接続されることで、耐衝撃性、密着性、光取り出し効率に優れた素子構造とでき、上記(7)であると透光性の第1層の外部接触部より厚膜で、半導体構造より低屈折率の透光性絶縁膜が設けられることで、好適な光反射構造、特に第2層下における光反射構造、とできる。
図1を用いて、実施の形態1に係るLED100の具体例、その構成について説明する。ここで、図1Aは、実施の形態1に係るLEDを電極形成面側からみた平面を、図1B,Cは、図1AのA−A線における断面を説明する概略図である。
図1の発光素子の構造は、基板10上に、バッファ層などの下地層(図示せず)を介して、第1導電型層のn型窒化物半導体層21、発光部となる活性層22、第2導電型層のp型窒化物半導体層23が積層された積層構造からなる半導体構造20を有し、n型層21の一部が露出されてn電極(第1電極)30が設けられ、第1,2導電型層(とその間の活性層)が設けられた発光構造25の表面25tであるp型層23s上にp電極(第2電極)40が設けられた素子構造を有している。尚、平面図(図1A)では保護膜50を省略し、各電極の外部接続部33,43となる保護膜開口部を一点鎖線の細線囲み部として示しており、図3,4,9,11も同様であり、図5Aは保護膜を省略し、また各電極の第1,2層端部が略一致して1つの線で示し、第2の透光性絶縁膜は、開口部と、それに略一致する第2層延設部を実線で示して、他の領域を省略し、図9Aでも第2電極の第1,2層端部が略一致して1つの線で示している。
また、第1層は、図1,2,6,7,9に観るように、少なくとも透光性絶縁膜の一部を覆う延在部31eと、その外側に延在する被覆部31cを有する構造であると、第2層との好適な接着、接続がなされ好ましい。また、第2層と透光性絶縁膜との間、好ましくは第2層と透光性絶縁膜及び半導体層との間に、第1層が介在することで、更に好ましくは電極形成面内において第1層に内包されること、更には断面において第1層端部、特に被覆部の端部より内側に第2層端部が設けられること、で第2層の下面側が第1層で敷設され、更に効果がある。
図1の例は、半導体構造20において、発光構造部が他の領域、例えば上記露出部、電極形成領域などの非発光部よりも断面幅広、大面積で形成される構造で、更にその電極形成面側を光取り出し側とする構造であり、この場合、発光構造部の電極形成面側に光取り出し窓部が形成されるため、その窓領域に第1層の透光性導電膜が形成されている。他方、非発光部の第1電極では、発光構造部に比して光量が少ないため、第1層を介した光取り出しが少なくなる。従って、第2電極では、第2層は、第1層の被覆部より断面幅、面積が小さくなり、図6に観るような被覆部上の延設部が設けられる構造として電気特性を高めるよりも、図1の例のように、被覆部41pから離間して設けて延設部による遮光、光損失を抑えることが好ましく、更に透光性絶縁膜の端部より内側に第2層端部を設けること、透光性絶縁膜上に内包されることが好ましい。このため、図1の例の構造では、第2層、透光性絶縁膜の各形成領域は、光反射領域とし、第1層の被覆部を光取り出しの窓領域とすること、その機能を高める構造とすることが好ましい。
また、透光性絶縁膜の外側に延在する電極の各層は、少なくとも透光性絶縁膜で、断面における片側若しくは電極形成面内における外周の一部に延在する電極部、好ましくは断面の両側若しくは外周の略全部に延在する電極部、特に第1層の被覆部を設けることが好ましい。
また、透光性導電膜を半導体構造に比して屈折率を高くしても良い。膜厚について、保護膜と半導体構造との境界による光反射を抑える程度の厚膜にすることもできるが、この場合透光性導電膜の媒質伝搬による光損失が大きくなる傾向にあるため、透光性絶縁膜より薄い透光性導電膜であることが好ましい。
また、保護膜に代えて、若しくは保護膜に重ねて、素子を覆って設けられる、後述する発光装置の透光性部材、例えば被覆部材、封止部材、にも同様に適用できる。
以下に実施例1を用いて、本実施の形態の詳細、その製造方法を例示する。
本実施の形態の図1の発光素子の具体的な半導体構造、積層構造20としては、基板10上に、下地層(図示せず)として、膜厚20nmのGaNのバッファ層と、膜厚1μmのアンドープGaN層、を
その上の第1導電型層21(n型層)として、膜厚5μmのSiドープGaNのn側コンタクト層と、コンタクト層と活性層との間の領域に、0.3μmのアンドープGaN層と、0.03μmのSiドープGaN層と、5nmのGaN層と、4nmのアンドープGaN層と2nmのアンドープIn0.1Ga0.9N層とを繰り返し交互に10層ずつ積層された多層膜、を
n型層の上の活性層22として、膜厚25nmのアンドープGaNの障壁層と、膜厚3nmのIn0.3Ga0.7Nの井戸層とを繰り返し交互に6層ずつ積層し、最後に障壁層を積層した多重量子井戸構造、を、
活性層の上の第2導電型層23(p型層)として、4nmのMgドープのAl0.15Ga0.85N層と2.5nmのMgドープIn0.03Ga0.97N層とを繰り返し5層ずつ交互に積層し、最後に上記AlGaN層を積層したp側多層膜層と、膜厚0.12μmのMgドープGaNのp側コンタクト層、を、
積層した構造(発光波長465nm,青色LED)を用いることができる。これらの層は、例えば、C面サファイア基板上にMOVPEでc軸成長した窒化物半導体結晶で形成することができ、更に反応容器内で熱処理(700℃)することでp型層を低抵抗化する。
第1導電型層露出部(領域)21s、発光構造部(領域)25、これらの領域の画定は、積層構造20の一部を所望形状にエッチングなどで、加工・除去することでなされる。具体例としては、上記構造例でp型層側から、フォトリソグラフィーにより所望形状のSiO2などのマスクを設けて、n型コンタクト層の深さ方向一部までを、RIEなどのエッチングで除去して、露出領域21s、その一部の第1電極形成領域21e(図1の例では発光構造25の凹欠部)を形成する。
露出された半導体構造の電極形成面側にSiO2の透光性絶縁膜を設け、フォトリソグラフィーによりレジストのマスクを形成し、第1導電型層(n型層中のn側コンタクト層)21sと発光構造部上面25tとなる第2導電型層(p型層中のp側コンタクト層)に、所望の形状の透光性絶縁膜17,18を設ける。
上記第1,2導電型層に、第1電極30(n電極)と第2電極40(p型層側)の透光性のオーミック電極(第1層)31,41として、半導体構造の電極形成面側にITO(約20nm)を成膜した後に、フォトリソグラフィーによりレジストのマスクを形成し、ITOの一部をエッチング除去して、各導電型層上、及びそこに設けられた透光性絶縁膜を覆う所望形状の第1層を形成する。この第1層31,41の一部に重なるように、各延伸・パッドの電極(第2層32,42)として、フォトリソグラフィーによりマスク形成後に、Ti(約2nm)/Rh(約200nm)/Au(約600nm)をこの順に積層した構造の膜を形成して、リフトオフして所望形状に形成する。このように、第1,2電極30, 40を同時に形成、具体的には同一の工程で各電極の各層を形成、することが製造工数低減でき好ましいが、別々の工程、別々の材料、積層構造で形成しても良い。続いて、300℃以上の熱処理で、電極をアニーリング処理して、各電極と各導電型半導体層との接触抵抗を低減させる。特に、第1電極30においては、第1層被覆部31c上に延設する第2層延設部42pにおいて、その延設部42pから露出された第1層被覆部41cよりも低抵抗化でき、一方、第2電極40においては第1層が、第2層、絶縁膜から露出された領域が、覆われた領域よりも低抵抗化できるため、第2層が第1層、特にその被覆部31c、に離間していることが好ましく、第2層が絶縁膜表面に内包されることが好ましい。また、絶縁膜と半導体構造との間に第1層介在部を設ける場合は、この性質を利用して、介在部を電流注入部、電流阻止部として制御可能である。このとき、第1電極の第1層は第1層形成後、露出状態の熱処理で、第2電極のそれは第1層が第2層延設部の被覆状態の熱処理でそれぞれ接触抵抗を低減させることができる。このため、図5の介在部を有する構造の例では、第1層を各電極として形成して、第1電極の第1層が露出させて熱処理して第2電極の介在部の電流注入部を形成し、第2電極は第2層延設部を設けて、熱処理する。このため、第1,2電極を同一工程・構造とする場合には、2度、1度目は第2電極の介在部の低抵抗化、2度目は第1電極の延設部下の第1層の低抵抗化、の熱処理を実施する。
図1の例では一点鎖線の細線で示すように、各電極(第2層)の外部接続部33, 43を、エッチングなどで露出させて、その他の領域を被覆する保護膜50のSiO2(200nm)を設ける。
最後に、この例では□320μm(320μm角)に基板10を分割して、発光波長455nmのLEDチップを作製する。尚、この例では、素子周縁部のn型層露出幅約20μmで、分割前のウエハではその2倍の幅がある領域のほぼ中央部を分割位置とする。
本実施の形態は、上記実施の形態1(図1)において、図2に示すように、第1電極において、第2層を透光性絶縁膜と略同一幅、形状・位置で形成し、第2電極において、第2層下の透光性絶縁膜の断面幅を短くして、一部を第1層に延設した延設部としている点が相違する。この例では、第2電極40の延伸部44で、透光性絶縁膜を設けずに第2層(延設部)を形成しているため、図に示すように、外部接続部の領域にのみ透光性絶縁膜18を介した構造となっている。
実施の形態1に比較すると、第1電極では、第1層の被覆部に離間して、更には透光性絶縁膜に略内包して、第2層が形成されているため、延設部による光吸収、損失が減るが、他方、第1導電型層との接触抵抗が向上する傾向にある。第2電極では、第1層の被覆部の面積、ひいては発光面積が大きくなるが、他方、電極延伸部44において光吸収が起こり、結果として出力が低下する傾向にある。従って、第1電極におけるVf上昇と、第2電極による光損失増により、電力効率が低下する傾向にある。
上記実施例1において、第1電極の第2層と第1の透光性絶縁膜17を図2に観るように、略同一形状(略同一幅)で形成する他は、同様にして発光素子を作製する。
この時、透光性絶縁膜17,18の膜厚を、20nm(実施例2A)、200nm(実施例2B)、400nm(実施例2C)と、比較例1として、透光性絶縁膜17,18を設けない他は実施例1と同様のものと、を作製すると、下表1のような特性の素子が得られる。ここで、表中の各特性評価項目は、図10Bに示すような砲弾型(φ5mm)の発光装置に実装して、If=20mAにおける順方向電圧Vf、主波長λd、光束として積分球結果φeをそれぞれ示している。比較例1に比して、第2電極接触部の面積、すなわち第2電極に占める第1層の被覆部の割合、が低減したため、Vfが0.3〜0.4V程度高くなる傾向にあるが、光束が実施例2A〜Cでそれぞれ6%,16%,16%向上し、電力効率が同程度(実施例2A)から約3%増(実施例2B,C)のものとなる。
実施例3としては、実施例2において、第2電極(p電極)の延伸部44の形状を図3に示すようなものとして、延伸部の本数を4本(実施例2)から9本とし、その延伸部(第2層)及び電極形状に対応する透光性絶縁膜を設ける他は実施例2と同様な略正方形(□320μm)の発光素子を作製する。
この発光素子では、実施例2に比して、電極延伸部の本数、面積が多いため、電流広がり等が向上する一方で、透光性絶縁膜の面積増による発光面積低下があり、素子の出力が実施例2より僅かに低下する傾向にある。
実施例3としては、実施例2において、第2電極(p電極)の延伸部44の形状を図4に示すようなものとして、延伸部の本数を4本(実施例2)から2本とし、その延伸部(第2層)及び電極形状に対応する透光性絶縁膜18を設け、第1電極の第2層を図7に示すように透光性絶縁膜17に内包されるように設け、素子周縁の露出領域21sを幅広とする他は実施例2と同様な略正方形(□320μm)の発光素子を作製する。
実施の形態3としては、上記実施形態1の具体例(図1)のLED形状が略正方形であるのに比して、図11に示すように、LEDの大きさを420μm×240μmとして、長方形状にする形態である。実施形態1と同様に、半導体構造を形成し、発光素子構造・突起部・電極形成領域を形成し、各電極を設け、基板分割により形成できる。
上記実施例2において、上述した図11の素子構造として形成し、各電極の第2層をNi(0.6nm)/Ag/Ni/Ti/Pt/AuのAg反射電極とする他は同様にして発光素子を作製する。ここで、第1電極を、実施例2と同様に第2層と透光性絶縁膜が略同一形状とするもの(実施例5A)とその第1の透光性絶縁膜17を省略しているもの(比較例2)、電極延伸部の対向方向で第2電極・発光構造部に近づくように変位させ(図中下方向)、その変位量として第1電極の第2層延設部端部と透光性絶縁膜端部との距離が2.4μmのもの(実施例5Bと、6.7μmのもの(実施例5C)、をそれぞれ作製すると、下表2のような特性の素子が得られる。この表2中の評価は表1同様に図10Bの発光装置に実装して得られる各特性となる。比較例2に比して、上記実施例2の場合同様、第1層の接触面積の関係からVfが高くなる傾向にあるが、変位量を大きくすることで減少させ、同程度まで低減すること(実施例5C)ができる。このことから第2層の延設部の断面幅は3μm以上、好ましくは5μm以上とすることで、Vf増を抑えることができ、その他の多くを占める領域(第2層の電極延伸部[断面幅約20μm]、外部接続部[断面幅約100μm])において、好適な光反射構造が実現できる。また、光束は、比較例2に比して、3%(実施例5A)、6%(実施例5B,C)向上させることができ、電力効率も0.5〜2.5%程度向上できる。
実施の形態4としては、図9に示すように、発光構造25の内部に、電極形成領域21e及び第1電極30が2つ設けられた構造を有し、複数の発光構造部25の間にそれぞれ第1電極が配置された発光構造を有している。従って、長手形状の発光構造部25A〜B、具体的には内側発光構造部25Aと2つの外側発光部25B、が、その幅方向に第1電極30(形成領域21e)と交互に配置された構造となっており、第1,2電極30,40は、幅広な外部接続部33,43と、そこから長手方向に延伸する幅の狭い延伸部34, 44を有する構造となっている。これにより、長手形状の各発光構造部25A〜Bに対して、並設された第1電極30、主にその延伸部34を有する構造とでき、好適な電流広がり、発光を実現できる構造となっている。ここで、図9Aは、発光素子の平面図の概略であり、図9Bは図9Aの素子の一部領域のAA断面図の概略である。また、この例の発光素子の寸法は、素子外形が□800μm(800μm角)の略正方形であり、各電極の外部接続部など他の構造物の寸法は、素子の大きさに関わる発光構造及びそれに伴う延伸部を除いて、上記各例と同様な寸法で形成できる。
実施の形態5は、上記実施の形態1〜4と異なり、図5に示すように、半導体構造の電極形成面側を光反射側として、それに対向する面側を光取り出し側とする構造であり、図5の例は本発明におけるそのような反射素子構造の例を示すものである。ここで、図5Aは、発光素子の電極形成面側の平面図の概略であり、図5Bは図5Aの素子の一部領域のAA断面図の概略である。また、第1,2電極30,40の外部接続部33,43は、図5A中で一点鎖線の囲み細線として示し、第2電極40の第2層42の延設部42p、それに対応する絶縁膜開口部は図5A中で四角形として示している。この例の発光素子の寸法は、素子外形が□1mm(1mm角)の略正方形であり、各電極の外部接続部など他の構造物の寸法は、素子の大きさに関わる発光構造及びそれに伴う延伸部を除いて、上記各例と同様な寸法で形成できる。
このような誘電体多層膜反射構造は、図に観るように第1電極に設けることもでき、これにより非発光部の電極形成領域においても、光反射とその対向側(基板側)での好適な光取り出しが実現でき好ましい。また、図示するように保護膜51の上にも設けることもでき、(第1,2)電極形成領域以外の電極から露出した電極露出領域において、好適に光反射、その対向側での光取り出しが実現でき好ましい。また、その多層膜に代えて若しくはそれに加えて金属の反射膜を設けること、その様な金属反射膜を第2層最下層に用いることもできる。
以上の様な構造、各形態は、それを上記実施の形態1〜4に適用することもできる。
発光素子構造は、図1などに示すように、基板上に半導体構造20、特に各層が積層された積層構造が設けられてなるが、基板を除去するなど、基板の無い、加えて下記下地層など素子能動領域外の層の無い構造、半導体基板など基板中に導電型領域を設けるなどして基板を含む素子領域・構造とすることもできる。発光構造25は、図1の例では、第1,2導電型層21, 23とその間の活性層22が設けられた構造として示すように、半導体構造20による発光領域が設けられた構造となり、更に同一面側に第1,2電極30, 40を設ける電極構造を備える。この電極構造では、基板面内の素子領域内に第1電極30若しくは第1導電型層露出領域22sと、発光構造25の領域とが少なくとも半導体構造に配置された構造となる。発光構造25としては、このような活性層若しくは発光層を第1,2導電型層の間に設ける構造が好ましいが、その他にp−n接合部を発光部とする構造、p−i−n構造、mis構造、などの発光構造とすることもできる。また、素子構造中、若しくは各導電型層中に、一部半絶縁・絶縁性、i型層、逆導電型の層・領域が設けられていても良く、例えば電流注入域を制御する半絶縁・絶縁性,i型層などで形成される電流阻止層・領域、電極との接合用の逆導電型で形成されるトンネル層などが設けられた構造でも良い。
発光素子100の電極は、上記例で示すように、発光構造上25tに設けられる第2電極40と、発光構造25から離間した第1導電型層21s上に設けられる第1電極30を有する。このように、半導体構造、基板10の同一面側、すなわち、半導体構造の一方の主面側に、各導電型の電極が設けられることが好ましい。これに限らず、半導体構造、それに加えて基板を有する構造で、それらの構造の対向する面上に各々電極が設けられる構造でも良い。この場合、上記例の半導体層の成長基板を研磨、LLO(Laser Lift Off)などで除去する形態を用いることができ、その成長基板が除去された半導体構造が別の担体となる部材を、基板に用いる形態でもよく、その際に担体部材と半導体構造間に他の層、例えば、導電性膜、光反射性膜、などが設けられる構造をとることもできる。
本発明において、第1層31(41)と第2層32(42)とは、相互に重なり合えば良く、例えば図8に示すように、第1層上の一部に設けられる構造として、種々の形態を採用することができる。例えば、第1層(図中実線)と第2層(図中点線)が一部で重なり合い、第2層が第1層の外側へ延在する形態(図中A)、上述の実施の形態、図7に説明する第1層に内包される形態(図中B)、相互に分離する形態(図中C)、延伸方向で短くする形態(図中D)、などとでき、これら形態の第1,2層を逆にした形態とすることもできる。
上記Aの形態では、電極形成領域21e中央から一方の発光構造部側に絶縁膜17が変位して、その距離が近くなるように配置され、この近距離側の発光構造部よりも、遠距離側に優先的に電流が注入される。これは、第2層延設部がその遠距離側に配置され、近距離側では第2層から突出した絶縁膜17が設けられているため、第2層、更には第1層が、電極形成領域21e中央、発光構造部から等距離に配置され、更には第1層被覆部が各発光構造部側に配置されても、その第2層延設部を配置した側の発光構造部に、非配置側、若しくは延設部の断面幅、電極形成面の面積が小さい側よりも、優先的に電流注入する電流制御構造とできる。図11では発光構造部側に延設部を配して、素子外縁側に配置せず、発光構造部側に優先的に電流注入する構造としており、他方図9では、図8中のBに示すように、延伸部34において、延伸部を挟む発光構造部25Aと25B-1,2とに略等幅で各々延設部が設けられた構造、更に好ましくは絶縁膜の外周全域で略等幅、更に好ましくは電極形成領域の内周全域で略等距離に配置されて、更に好ましくは外部接続部34においてこれらの構造とすることで、各発光構造部で電流、発光の均一性を図る構造としている。また、電極、その形成領域を挟む発光構造部について説明したが、電極(形成領域)に隣接する発光構造部にも適用でき、電極延伸部の端部に隣接する発光構造部、上記延伸部を挟む各発光構造部を接続する接続部で、例えば図8中のDのように、その接続部における電極延伸部の端部に延設部を設けてそこを優先的な領域とすることができ、また図中Cの例のように、両側の発光構造部に隣接する延設部を分布させて、各分布部を優先的な領域とすることもできる。
以上は第1電極について主に説明したが、第2電極については、上述したように第2層延設部、その延伸部(第2層)の構造を適用して、好適に応用できる。
上記電極30と発光構造25との間に、図7に示すように、突起部60、半導体構造・発光構造部、例えば第2電極、その第1層形成領域、の一部を電気的に接続、若しくは絶縁して分離する凹部・溝部26pなどの光学的な機能、例えば溝・凹部(26p)による光取り出し、傾斜した側面61,63、上面62などで、反射,散乱,回折などの機能、を有する構造部、若しくは半導体構造の光取り出し部にそれを設けることで、光取り出し効率を向上でき好ましい。また、図2に示す基板10表面の凹凸構造11のように、半導体構造表面を凹凸とする構造が設けられていても良い。このような光学的な構造部としては、第1導電型半導体層露出表面21s上に、透光性の部材、例えば保護膜51などによる表面凹凸構造など、光吸収・損失の低い、透光性の材料で形成されることが好ましく、また、その面内における外形、配置は、円形状、楕円形状、四角・矩形状,平行四辺形状,三角形状,六角形状(蜂の巣状)、などの形状、配置が適宜選択され、高密度な配置がなされることが好ましく、断面形状は、上記第2層と同様に、台形・逆台形状、矩形状などの形状とできる。これら構造物(突起・凹・溝の各部)の平面の大きさとしては、幅0.5〜5μm、好ましくは1〜3μmであると、好適に製造できる。
図1B,2,3B、9Bなどに示すように、各電極の外部接続部33, 43を開口させた開口部を設けて、他の素子領域のほぼ全面を覆う絶縁性の保護膜が形成されていても良い。保護膜は、素子構造側を主光取り出し側とする際には、透光性材料で形成される。また、開口部の形状は、図1B,2,3Bに示すように、電極上面の一部が開口される形状であっても良く、図6に示すように電極の下層側(透光性の第1層)を覆い、開口部内に、保護膜端部から離間して電極の上層側(第2層)が設けられる形態でも良く、少なくとも比較的薄膜で形成される下層側の透光性導電膜、特に第1層被覆部を覆う形態であることが好ましい。また、絶縁膜と半導体との間に第1層介在部を有する構造、電極形成面側を光反射側とする素子構造、例えば図5の例、では、図5に示すように、透光性絶縁膜17,18と保護膜51を同一工程、略同一膜厚、同一材料・構造とすることができ、この場合、工程を短縮でき量産性に富む構造とできる。このとき、保護膜・絶縁膜上の反射層も同様に形成できる。保護膜材料としては、従来知られたもの、例えば、珪素の酸化物・窒化物、アルミニウム、ニオブの酸化物、実施の形態5などで説明したような誘電体膜など、発光素子の光・波長に応じて、適宜透光性の良い材料を用いると良い。膜厚としては、0.1〜3μm程度、好ましくは、0.2〜0.6μm程度で形成される。保護膜、特に第1層被覆部を覆う領域、も透光性絶縁膜と同様に、光反射機能を高めるには、透光性絶縁膜同様に、少なくともλ/2n3、好ましくはλ/n3、以上の膜厚とする。保護膜、透光性絶縁膜を異なる膜厚で形成することもできる。
また、図6,7に示すように、透光性絶縁膜が、その端部で膜厚が小さく、それより内側で膜厚が大きいような構造とすることもでき、その端部近傍における上層の第1層、第2層、保護膜との密着性が向上するため好ましい。具体的には、断面において少なくとも一方の端部、好ましくは両端部、電極形成面内において外縁の少なくとも一部、好ましくは全外周にその薄膜部が設けられることで、その上層、特に図6,7に示すように、絶縁膜上と電極が設けられる各導電型半導体層表面との段差に跨って架かる第1層の被覆部近傍(図6,7)、第2層の被覆部と延設部との間、特に第1電極の場合(図6)において、更には上記実施の形態5のように複数の絶縁膜開口部に架かる第2層若しくは第1層を有する形態において、その効果を好適に発揮でき好ましい。また、図7のように、第1層の被覆部に離間した第2層である場合には、上記段差における分断を回避でき好ましい。また、このような薄膜部は、その形成時においてマスクの端面傾斜によるリフトオフ、マスク端部近傍下へのオーバーエッチングなど、により、形成できる。
本発明において、上記実施の形態1〜4、それらの実施例では、電極の下、具体的には第2層若しくは第1層と半導体構造との間、に透光性絶縁膜を設ける形態を主に説明したが、図6、実施の形態5(図9)に示すように、透光性絶縁膜と半導体構造、特に絶縁膜と発光構造部25、との間に介在する第1層介在部を設けることもできる。介在部を有する構造では、上述したように絶縁膜の厚みによる延在部と被覆部との分離を防止することができ好ましい。この構造について具体的に説明すると、図6に観るように、上記第1層の介在部において、各導電型層との接触抵抗、絶縁膜の外で接触する外接触部(被覆部)と同程度として、介在部及び外接触部の両方を電流注入部、発光構造部上においては発光領域とすることもでき、接触抵抗を外接触部より高くしてその外接触部に比して電流抑制部、発光構造部における弱発光領域とすることも、更に高くして電流阻止部、発光構造部における非発光領域とすることもできる。この様な構造は、例えば電極形成面に対向する面側を光取り出し側とする素子において好適に利用でき、前者の電流注入部(発光領域)とすることで、露出部においてはその一方、好ましくは両側に隣接する発光構造部へ好適な電流注入とでき、発光構造部上においてはその全体を発光領域とできるため、少なくとも一方、好ましくは第2電極(発光構造部)側、更に好ましくは両側を電流注入部とすることが好ましい。第1電極においては、介在部と外接触部との接触抵抗制御よりも、上述したように延設部における外接触部の接触抵抗制御の方が強くなる傾向にあり、上述したように外接触部(被覆部)の介在部に対する配置、幅を制御して、電流注入制御することが好ましい。
以上の発光素子100を搭載する発光装置200について説明すると、図10A,Bに示すように、実装用の基体・領域201の発光素子実装部173に発光素子100が載置された構造となる。実装基体として例えば、発光素子用、受光素子用のステム(図10Bの210)、平面実装用セラミック基板、プラスチック基板等が挙げられる。具体的にはAlNからなる実装基体、金属性の実装基体を用いると放熱性の高い発光装置を得ることができ好ましい。半導体発光素子が実装される実装面173は金属材料からなることで、発光素子外に取り出された光を反射し、好適な光指向性の発光装置とすることができる。実装面などの発光素子が載置され、光が到達する装置内部の表面、反射面203では、金属材料が例えばリード電極210などに用いられ、その金属材料は本発光装置の発光波長の光を高反射率で反射することのできる金属材料が好ましい。具体的には、Ag、Al、Rh等が挙げられ、鍍金被膜など形成される。発光装置の例は、装置の基体・筐体220に設けられた素子実装部173に接着層160を介して、第2の主面に反射層などのメタライズ層、共晶ハンダ、接着層180を設けた半導体発光素子100を熱圧着などで実装して、各電極にワイヤ250などで、発光装置200のリード電極210(a,b)とそれぞれ接続して、発光素子を封止部材230で封止した構造を有している。尚、図中の符号122〜124、110は、上記発光素子の各層22〜24及び基板10に相当する。図10Aでは発光装置200の基体220に各電極リード210が貫入されて、発光素子が載置される領域に露出されて、その電極接続部にワイヤ250で電気的に接続された構造となっており、更に、その露出領域を発光素子と共に封止する透光性の封止部材230、若しくは気密封止などにより封止された構造を有する。気密封止の場合は、素子表面の被覆部材を前記保護膜だけで構成されても良い。図10Bの例では、封止部材230が装置の基材を兼ねた構造となっている。封止部材としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが用いられ、上記発光素子を被覆する被覆部材も同様な材料が用いられ、接着部材180にはこれらの樹脂材料の他、共晶ハンダなどの半田,共晶材料、Agペーストなどが用いられる。
また、基板の半導体構造に対向する面側にメタライズ層として、反射層を設けても良い。反射層を設けることで、光の反射性が向上する傾向にあり、好ましく、基板の第2の主面が露出した発光素子でも良い。尚、接着部材は、基板のメタライズ層に、基板側接着層として設ける形態でも良い。
Claims (16)
- 第1,2導電型半導体層を含む半導体構造に、発光構造部と、第1導電型半導体層が露出された露出部と、を備え、前記半導体素子構造の同一面側において前記第1導電型半導体層、第2導電型半導体層に各々設けられた第1電極、第2電極と、を有し、
前記第1電極が、前記第1導電型半導体層の露出部に設けられ、透光性導電膜で第1導電型半導体に導通する第1層と、該第1層上に第1層と導通するように設けられた第2層と、を少なくとも有すると共に、
前記露出部の第1導電型半導体層と第2層との間に、第1の透光性絶縁膜が前記第2層の少なくとも一部と重なるように設けられている半導体発光素子。 - 前記第1層が、前記第1の透光性絶縁膜の外側に設けられた被覆部を有し、前記第2層が前記第1層の被覆部上に延設された延設部を有する請求項1に記載の半導体発光素子。
- 前記第2電極が、透光性導電膜で第2導電型半導体に導通する第1層と、該第1層上に第1層に導通するように設けられた第2層と、を有し、前記第2層と前記半導体層との間に、第2の透光性絶縁膜が前記第2層の少なくとも一部と重なるように設けられている請求項1又は2に記載の半導体発光素子。
- 第1,2導電型半導体層を含む半導体構造に、発光構造部と、第1導電型半導体層が露出された露出部と、を備え、前記半導体素子構造の同一面側において前記第1導電型半導体層、第2導電型半導体層に各々設けられた第1電極、第2電極と、を有し、
前記第1導電型半導体層の露出部に設けられた第1電極と前記発光構造部の第2導電型半導体層に設けられた第2電極が、透光性導電膜で各第1,2導電型半導体に導通する第1層と、該第1層上に第1層と導通するように設けられた第2層、の少なくとも2層を、それぞれ有し、
前記第1電極及び第2電極の第2層と、前記第1,2導電型半導体層との間に、前記第2層の少なくとも一部と重なるように、それぞれ第1,2の透光性絶縁膜が設けられ、
前記第1,2電極の第1層は、前記第1,2の透光性絶縁膜の外側で第1,2導電型半導体層にそれぞれ接触する被覆部が各々設けられ、
前記第1電極の第2層が前記第1の透光性絶縁膜上から前記第1層の被覆部上に延設された延設部を有し、前記第2電極の第2層が前記第1層の被覆部に離間している半導体発光素子。 - 前記第1層の被覆部の電極形成面における面積若しくは断面における幅が、前記第2層の延設部より大きい請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極の第1層が、前記第1電極の第2層と前記第1の透光性絶縁膜との間に介在する介在部を有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体構造の電極形成面内において、前記第1電極が、前記発光構造部に対向する対向側と、前記半導体構造の外縁に設けられた前記露出部に隣接する外縁側と、を有し、前記対向側に前記第2層延設部が設けられ、前記外縁側に前記第2層から露出された前記第1層の被覆部が設けられている請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第2電極の第1層が、前記第2の透光性絶縁膜の外側に設けられた被覆部を有し、前記第2電極の第2層が、前記第1層の被覆部から離間している請求項3乃至7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 第1,2導電型半導体層を含む半導体構造に、発光構造部と、第1導電型の半導体層が露出された露出部と、を備え、前記半導体素子構造の同一面側において前記第1導電型半導体層、第2導電型半導体層に各々設けられた第1電極、第2電極と、を有し、
前記第1導電型半導体層の露出部に設けられた第1電極と前記発光構造部の第2導電型半導体層に設けられた第2電極が、透光性導電膜で各第1,2導電型半導体に導通する第1層と、該第1層上に第1層と導通するように設けられた第2層、の少なくとも2層を、それぞれ有し、
前記第1電極及び第2電極の第2層と、前記第1,2導電型半導体層との間に、前記第2層の少なくとも一部と重なるように、それぞれ第1,2の透光性絶縁膜が設けられ、
前記第1,2電極の第1層は、前記第1,2の透光性絶縁膜の外側で第1,2導電型半導体層にそれぞれ接触する被覆部と、前記第1,2導電型半導体層と前記第1,2の透光性絶縁膜との間に介在する介在部と、が各々設けられ、
前記第1,2電極の第2層は、前記各第1層の被覆部にそれぞれ延設される前記第2層の延設部が各々設けられ、
前記第1電極の第2層の延設部が、前記第2電極の第2層の延設部より、電極形成面の面積若しくは半導体構造断面の幅が小さい半導体発光素子。 - 前記第2電極の第2層延設部が、前記半導体構造断面において複数設けられ、前記第2の透光性絶縁膜上を覆う第2層被覆部で互いに接続されている請求項9に記載の半導体発光素子。
- 前記第2層被覆部が該第2層延設部よりも、前記半導体構造の断面における幅が広い、及び/又は、前記半導体構造の電極形成面内における面積が大きい請求項9又は10に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体構造において、電極形成面側を光反射側とし、前記電極形成面側に対向する面側を光取り出し側とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1の透光性絶縁膜の外縁部に、該外縁部内側より膜厚の小さい薄膜部を有する請求項1乃至12のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1の透光性絶縁膜の半導体構造における断面の幅、若しくは前記電極形成面の面積が、前記第1電極の第1層の被覆部より大きい請求項1乃至13のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極の第2層被覆部に外部接続部が設けられている請求項14記載の半導体発光素子。
- 前記第1の透光性絶縁膜の膜厚が、前記第1電極の第1層の被覆部より大きく、前記半導体構造より、前記第1の透光性絶縁膜の屈折率が小さい請求項1乃至15のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
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