JP5196111B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
半導体発光素子101は、図1に示すように、絶縁性の基板10上に、第1導電型半導体層11、発光層12及び第2導電型半導体層13がこの順に積層されており、第1導電型半導体層11上に第1電極14、第2導電型半導体層13上に第2の電極として、透光性の導電性酸化物膜15と、金属膜16とが形成されている。また、本実施形態の半導体発光素子は、図2に示すように、導電性酸化物膜15が柱状構造部15aを部分的に有している。以下、各部材について詳細に説明する。
導電性酸化物膜15は、半導体層から上に向かって伸びる柱状構造部15aを有する。柱状構造部15aは、それ以外の部分よりも密度が小さく、つまり空隙が多い。このように、密度の異なる柱状構造部15aが膜内に存在することで、導電性酸化物膜内を伝播する光を柱状構造部15aで好適に乱反射、屈折させ、素子外に取り出すことができる。さらに、柱状構造部15は、半導体層から上に向かって伸びる柱状の構造であるので、導電性酸化物膜内の光を素子上面から取り出しやすい傾向にある。
基板10は、半導体層構造を成長可能な基板であればよく、例えば、C面、R面及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgAl2O4のような絶縁性基板)、SiC、Si、そして半導体層と格子整合する酸化物基板等を挙げることができる。
本発明の半導体発光素子における半導体層は、特に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、III−V族、II−VI族、VI−VI族等の化合物半導体等が挙げられる。特に、窒化物半導体、なかでも、InxAlyGa1−x−yN(0≦x、0≦y、x+y≦1)等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。半導体層は、単層構造でもよいが、MIS接合、PIN接合又はPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、n型、p型のいずれかの不純物が添加されていてもよい。この半導体層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
第1の電極14、及び導電性酸化物膜上に形成される金属膜16は、その種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、W、Rh、Ag、Pt、Pd、Al、Ti等の単層膜又は積層膜又は合金が挙げられる。さらに、金属膜16は、導電性酸化物膜、特に、ITO膜との密着性が良好なものが好ましく、具体的には、W、Rh、Pt、Ti、Auの単層膜又は積層膜が好ましい。また、この金属膜は、半田により接着され又はワイヤボンディングされた台座電極等として機能し得るものであることが好ましい。なお、第1の電極14と金属膜16は、その種類、積層構造、膜厚等が異なっていてもよいし、同じでもよい。双方とも同じ金属膜が形成されていれば、製造工程が簡略化され、結果的に安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。導電性酸化物膜が、p型半導体層及びn型半導体層の双方上に形成されている場合の金属膜についても同様である。
本実施形態の半導体発光素子の製造方法は、特に限定されるものではなく、上述のような部分的に柱状構造部を有する導電性酸化物膜が形成できる方法であればよい。例えば、柱状構造の導電性酸化物膜または緻密な導電性酸化物膜のいずれか一方を部分的に形成後、他方を形成する方法が挙げられる。また、以下に説明するような方法で導電性酸化物膜を形成すると、部分的に柱状構造部を有する導電性酸化物膜を簡便に得ることができる。
本実施形態の半導体発光素子を、図4に示す。図4に示すように、半導体発光素子102は、基板10上に、第1導電型半導体層11、発光層12及び第2導電型半導体層13がこの順に積層されており、第1導電型半導体層11上に第1電極14、第2導電型半導体層13上に、部分的に柱状構造部を有する第1及び第2の導電性酸化物膜15、40、及び金属膜16が形成されている。第1及び第2の導電性酸化物膜15、40は透光性であり、図5に示すように、第2の導電性酸化物膜40は、第1の導電性酸化物膜15よりも柱状構造部の比率が小さく、密度の高い緻密な膜の比率が大きい。ここで、実施の形態1と同じ部材には同じ符号を付与しており、実施の形態1と同様のものを用いることができる。
実施の形態3の半導体発光素子は、実施の形態2の素子と同様に、図4に示すように、半導体発光素子102は、基板10上に、第1導電型半導体層11、発光層12及び第2導電型半導体層13がこの順に積層されており、第1導電型半導体層11上に第1電極14、第2導電型半導体層13上に、第2の導電性酸化物膜40、第1の導電性酸化物膜15、及び金属膜16が形成されている。実施の形態1と同じ部材には同じ符号を付与しており、実施の形態1と同様のものを用いることができる。
本実施例の半導体発光素子は、絶縁性のサファイア基板にn型窒化ガリウム系半導体層、発光層、p型窒化ガリウム系半導体層を順に有し、露出されたn型窒化ガリウム系半導体層表面にn電極、p型窒化ガリウム系半導体層表面にp電極が設けられた素子であり、p電極は、部分的に柱状構造部を有するITOで構成される透光性の全面電極と、その上の台座電極とからなる。本実施例の素子は、以下の方法で作製される。
実施例2として、ITO粒子を塗布する前にp型層表面にITO膜を形成する以外は実施例1と同様にして、半導体発光素子を作製する。つまり、実施例2の素子ではITO膜が2層形成されており、p型層側のITO膜は、柱状構造部を有さず、全面が実施例1の非柱状構造部のような緻密で平坦な膜である。
比較例1として、p型層表面に粒子を塗布しない以外は実施例1と同様にして半導体発光素子を作製する。粒子を設けずに導電性酸化物膜を成長させると、実施例1の非柱状構造部のような平坦な膜がp型層全面に形成される。
11 第1導電型半導体層
12 発光層
13 第2導電型半導体層
14 第1の電極
15 導電性酸化物膜
16 金属膜
30 粒子
40 第2の導電性酸化物膜
15a、40a 柱状構造部
101、102 半導体発光素子
Claims (8)
- 半導体層と、該半導体層の表面上に設けられた透光性の導電性酸化物膜とを有し、
前記導電性酸化物膜は、前記半導体層の表面方向に、柱状構造部と非柱状構造部とを有する半導体発光素子。 - 前記柱状構造部は、表面に凹凸を有する請求項1記載の半導体発光素子。
- 前記非柱状構造部は、表面が、前記柱状構造部よりも平坦である請求項1または2記載の半導体発光素子。
- 前記導電性酸化物膜は、前記半導体層表面に設けられる請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記導電性酸化物膜は、第1の導電性酸化物膜であり、該第1の導電性酸化物膜と前記半導体層との間に、前記半導体層と接する第2の導電性酸化物膜が設けられており、
前記半導体層と前記第2の導電性酸化物膜との間の空隙は、前記第1の導電性酸化物膜と前記第2の導電性酸化物膜との間の空隙よりも少ない請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 - 前記導電性酸化物膜は、粒状部を有し、前記柱状構造部は、前記粒状部から伸びている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記導電性酸化物膜はITOである請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体層は窒化物半導体層である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体発光素子。
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