JP5617670B2 - Light emitting element - Google Patents
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Description
本発明は、半導体を構成材料として発光する発光素子の構造に関し、特に線状の発光素子の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a light emitting element that emits light using a semiconductor as a constituent material, and more particularly to a structure of a linear light emitting element.
半導体の発光ダイオード(LED)は、各種の目的に使用されている。例えば、これを用いた照明機器は、従来の白熱電球や蛍光灯と比べて低消費電力かつ低発熱性のために、これらを将来的に置換することが期待されている。ここで、LEDにおけるp型半導体層やn型半導体層は、通常、エピタキシャル成長やイオン注入等によって形成される。このため、pn接合面は半導体ウェハの表面と平行に形成され、p側に接続された電極とn側に接続された電極は、この半導体層の上面と下面に振り分けられる。これらの電極間にpn接合の順方向電流を流すことによってこの発光素子を発光させることができる。この際、一般に電極はこの光を遮る金属で構成されるため、電極が形成された箇所から光を取り出すことは困難である。また、この電流が発光素子内で均一でないと、均一な発光を得ることはできない。 Semiconductor light emitting diodes (LEDs) are used for various purposes. For example, lighting equipment using this is expected to be replaced in the future because of low power consumption and low heat generation compared to conventional incandescent bulbs and fluorescent lamps. Here, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the LED are usually formed by epitaxial growth, ion implantation, or the like. Therefore, the pn junction surface is formed in parallel with the surface of the semiconductor wafer, and the electrode connected to the p side and the electrode connected to the n side are distributed to the upper surface and the lower surface of this semiconductor layer. The light emitting element can emit light by passing a forward current of a pn junction between these electrodes. At this time, since the electrode is generally made of a metal that blocks this light, it is difficult to extract the light from the place where the electrode is formed. Further, if this current is not uniform within the light emitting element, uniform light emission cannot be obtained.
こうした課題を解決する発光素子の具体的な構成は、例えば特許文献1に記載されている。その断面図を図10に示す。この発光素子90において発光する半導体発光機能層91は、下側にp型半導体層92、上側にn型半導体層93がある2層構造とされる。半導体発光機能層91の下面(p型半導体層92の下面)全体には金属で構成されたp側電極94が形成され、半導体発光機能層91の上面(n型半導体層93の上面)の一部には、金属で構成されたn側電極95が形成される。更に、上面全体には、n側電極95を覆って透明電極96が形成される。透明電極96の材料としては、例えばITO(Indium−Tin−Oxide)やZnO(Zinc−Oxide)等があり、これらは導電性であると同時に、この発光素子90が発する光に対して透明である。
A specific configuration of a light-emitting element that solves such a problem is described in Patent Document 1, for example. A cross-sectional view thereof is shown in FIG. The semiconductor light emitting functional layer 91 that emits light in the
この構造においては、この発光素子90を動作させる(発光させる)ための電圧は、p側電極94とn側電極95間に印加される。この際、p側電極94は下面全面に形成され、n側電極95は上面全面に形成された透明電極96と接続される。p型半導体層92の下面全面はp側電極94に覆われているため、電位は一様である。また、透明電極96の存在によってn型半導体層93の上面全体における電位もほぼ一様となるため、半導体発光機能層91中における電流は、その上下方向(pn接合方向)にわたってほぼ一様に流れる。このため、面内において均一な発光が得られる。
In this structure, a voltage for operating (light-emitting) the
この際、図10中の上側に発された光は、半導体発光機能層91の左端部においてはn側電極95によって遮られるものの、大部分の領域においては、遮られることなく透明電極96を透過する。このため、図10中の点線矢印で示されるように、均一な発光を取り出すことができる。
At this time, although the light emitted upward in FIG. 10 is blocked by the n-
このように、透明電極を一方の極に接続された電極として用いることにより、半導体発光機能層91の両側の表面の電位を一様とすることができ、均一な発光をする発光素子を得ることができる。 In this way, by using the transparent electrode as an electrode connected to one of the electrodes, the surface potential on both sides of the semiconductor light emitting functional layer 91 can be made uniform, and a light emitting element that emits light uniformly can be obtained. Can do.
ところが、例えばGaN系の半導体が用いられる場合には、絶縁性の基板上にn型半導体層、その上にp型半導体層がエピタキシャル成長した構造が用いられるのが一般的である。この構造においては、基板を除去しない限り、図10の構成を実現することは困難である。このため、図11にその上面図(a)、そのQ−Q方向における断面図(b)を示す構造が使用される。ここでは、左右に細長い形状の発光素子が示されている。 However, for example, when a GaN-based semiconductor is used, a structure in which an n-type semiconductor layer is epitaxially grown on an insulating substrate and a p-type semiconductor layer is epitaxially grown thereon is generally used. In this structure, it is difficult to realize the configuration of FIG. 10 unless the substrate is removed. For this reason, the structure which shows the top view (a) in FIG. 11 and the sectional view (b) in the QQ direction is used. Here, a light emitting element having an elongated shape on the left and right is shown.
この構造においては、絶縁性の基板180上に半導体発光機能層190が形成されている。半導体発光機能層190は、n型半導体層191とその上の発光層192、p型半導体層193で構成される。右端部においてはp型半導体層193、発光層192が部分的に除去されている。この構造における中央部の大半において、透明電極194がp型半導体層193上に形成されている。更にこの上の全面に絶縁層195が形成される。絶縁層195において、左側においてはp型半導体層193に達する開口が、右側においてはn型半導体層191に達する開口がそれぞれ形成される。これらのそれぞれの開口を覆った形態で、左側にはp側電極196が、右側にはn側電極197がそれぞれ形成される。なお、上面図(図11(a))においては絶縁層195の記載は省略されている。
In this structure, a semiconductor light emitting
この構造においては、p型半導体層193とn型半導体層191の間の発光層192に電流を流すことができ、図11(a)におけるWで示された領域全体において、透明電極194を通して発光を取り出すことが可能である。しかしながら、一般に、n型半導体層191、p側電極196、n側電極197と比べて、透明電極194やp型半導体層193の電気抵抗率は低い。また、p型半導体層193を厚くすることは困難である。このため、p側電極196からn側電極197に至る電流経路において、透明電極194、p型半導体層193の電気抵抗、あるいはこれによる電圧降下を無視することはできない。この場合、発光層192に流れる電流を、図11中の左右方向において均一とすることが困難であり、この方向における発光の不均一が発生する。実験的には、最も発光が強くなるのは、n側電極197に近い右側の箇所である。
In this structure, a current can be passed through the
こうした不均一性を解消するために、p側電極196を細長く右方向に延ばした構造の上面図が図12(a)、そのR−R方向の断面図が図12(b)である。この構造においては、p側電極196を細長く右方向に延ばし、複数の箇所で透明電極194との間でコンタクトをとることにより、p側電極196とp型半導体層193との間の電気抵抗を減少させ、p型半導体層193の電位を均一化している。また、p側電極196は発光に対して不透明であるが、発光領域上においてその幅を図12中の上下方向で狭くしていることにより、これによって遮られる光の量を低減している。
In order to eliminate such non-uniformity, FIG. 12A is a top view of a structure in which the p-
また、こうした発光素子を1次元又は2次元のアレイ状にして使用する場合には、こうして発光素子内の発光の均一性を高めるだけでなく、隣接する発光素子との間のクロストークが発生しないようにすることも必要である。この目的のために、特許文献2には、側面を絶縁層を介して上記のp側電極やn側電極で覆うことによって遮光する技術が記載されている。 In addition, when using such a light emitting element in a one-dimensional or two-dimensional array, not only the uniformity of light emission in the light emitting element is improved, but also crosstalk between adjacent light emitting elements does not occur. It is also necessary to do so. For this purpose, Patent Document 2 describes a technique for shielding light by covering the side surface with the p-side electrode and the n-side electrode through an insulating layer.
しかしながら、p型半導体層193における電気抵抗の影響は無視できないために、図12の構成を用いた場合においても、長手方向の発光の不均一性を解消することは困難であった。特に、例えば発光領域の縦横比が1:100となるような大きなアスペクト比をもつ場合においてはこうした不均一性は顕著となった。特許文献2に記載の技術においては、側面から発せられる光を抑制することはできるものの、上方に発せられる光の不均一性を改善することはできなかった。
However, since the influence of the electrical resistance in the p-
すなわち、半導体発光機能層の一方の面に2つの電極を形成した構成の発光素子において、長手方向で均一な発光強度を得ることは困難であった。こうした問題は、特に2つの電極の間隔が広い場合に顕著である。 That is, it is difficult to obtain a uniform light emission intensity in the longitudinal direction in a light emitting device having two electrodes formed on one surface of the semiconductor light emitting functional layer. Such a problem is particularly noticeable when the distance between the two electrodes is wide.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子は、第1の導電型をもつ第1の半導体層上に前記第1の導電型とは逆の導電型である第2の導電型をもつ第2の半導体層が形成された半導体発光機能層が用いられ、当該半導体発光機能層を発光させるための通電に用いられる2つの電極が共に前記半導体発光機能層における前記第2の半導体層が形成された側の主面上に形成された発光素子であって、前記半導体発光機能層の一方の端部において前記第2の半導体層が前記主面側から除去された箇所で、前記第1の半導体層と接続するように形成された第1の電極と、前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成された透明電極と、前記他方の端部の側において、前記透明電極と接続するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、前記透明電極及び前記半導体発光機能層を覆って形成された絶縁層と、を具備し、前記第1の電極、前記第2の電極は、前記絶縁層中に形成された開口を通してそれぞれ前記第1の半導体層、前記透明電極に接続され、前記第2の電極の一部は、前記他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成され、当該延伸して形成された部分において前記透明電極と接続され、前記第1の電極は、前記第2の電極と接触しない状態で、前記第2の電極の一部が前記一方の端部に向かって延伸した部分の先端部よりも前記他方の端部の側に向かって延伸した形状とされたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記半導体発光機能層の端部はテーパー加工され、前記第1の電極、前記第2の電極のうちの少なくとも一方は、テーパー加工された前記半導体発光機能層の端部を、前記絶縁層を介して覆っていることを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記半導体発光機能層の一方の端部において前記第2の半導体層が前記主面側から除去された箇所は、前記第1の半導体層が底部に露出するように前記半導体発光機能層に形成された開口部であり、前記第1の電極は、前記底部において前記第1の半導体層と接続されたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記第1の半導体層は、エピタキシャル成長によってシリコン基板上に形成されたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記第1の半導体層はn型窒化物半導体で構成され、前記第2の半導体層はp型窒化物半導体で構成されたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
In the light-emitting element of the present invention, a second semiconductor layer having a second conductivity type, which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type. The semiconductor light emitting functional layer is used, and two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both on the main surface of the semiconductor light emitting functional layer on the side where the second semiconductor layer is formed. A formed light-emitting element formed so as to be connected to the first semiconductor layer at a position where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light-emitting functional layer. A first electrode formed on the surface of the second semiconductor layer, a transparent electrode formed by extending from the other end side toward the one end portion, and the other end portion. On the side of the transparent electrode so as to connect with the transparent electrode A second electrode which is the comprises the transparent electrode and the semiconductor light-emitting functional layer overlying formed insulating layer, wherein the first electrode, the second electrode is formed on the insulating layer The first electrode is connected to the first semiconductor layer and the transparent electrode through the openings, and a part of the second electrode extends from the other end side toward the one end side. Formed and connected to the transparent electrode at the stretched portion, the first electrode is not in contact with the second electrode, and a part of the second electrode is at the one end It is characterized by having a shape extending toward the other end portion rather than the tip end portion of the portion extending toward the portion .
In the light emitting device of the present invention, an end portion of the semiconductor light emitting functional layer is tapered, and at least one of the first electrode and the second electrode is an end portion of the semiconductor light emitting functional layer tapered. Is covered with the insulating layer .
In the light emitting device of the present invention, the portion where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light emitting functional layer is such that the first semiconductor layer is exposed at the bottom. An opening formed in the semiconductor light emitting functional layer, wherein the first electrode is connected to the first semiconductor layer at the bottom.
In the light emitting device of the present invention, the first semiconductor layer is formed on a silicon substrate by epitaxial growth.
In the light emitting device of the present invention, the first semiconductor layer is made of an n-type nitride semiconductor, and the second semiconductor layer is made of a p-type nitride semiconductor.
本発明は以上のように構成されているので、半導体発光機能層の一方の面に2つの電極を形成した構成の発光素子において、長手方向で均一な発光強度を得ることができる。 Since this invention is comprised as mentioned above, in the light emitting element of the structure which formed two electrodes in one surface of a semiconductor light-emitting functional layer, uniform luminescence intensity can be obtained in a longitudinal direction.
以下、本発明の実施の形態となる発光素子につき説明する。この発光素子は、半導体発光機能層における一方の主面側にp側電極(アノード)とn側電極(カソード)が共に形成される。また、半導体発光機能層は、特にp側電極からn側電極に向かう方向において細長い形態をなしている。 Hereinafter, a light-emitting element according to an embodiment of the present invention will be described. In this light emitting element, a p-side electrode (anode) and an n-side electrode (cathode) are both formed on one main surface side of the semiconductor light emitting functional layer. The semiconductor light emitting functional layer has an elongated shape, particularly in the direction from the p-side electrode to the n-side electrode.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態となる発光素子10の上面図(a)、及びそのA−A方向の断面図(b)である。また、図2(a)〜(e)は、それぞれ図1(a)におけるB−B方向、C−C方向、D−D方向、E−E方向、F−F方向の断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a top view of a
この発光素子10において発光する半導体発光機能層20は、Si基板11上に形成され、n型GaN層(第1の半導体層)21、MQW(Multi Quantum Well)層22、p型GaN層(第2の半導体層)23からなる積層構造をもつ。この構成における主たる発光層はMQW層22である。図1(b)中の一方の端部(右端部)側の領域においては、p型GaN層23とMQW層22とが部分的に除去されている。このため、発光に寄与する半導体発光機能層20の右側の端部は、図1中にTで示された位置となる。また、図1(b)、図2でその断面が図示されるように、この構造においては、Si基板11、n型GaN層21、MQW層22、p型GaN層23、及びこれらからなる積層構造の端部は、テーパー形状とされている。なお、図示を省略しているが、図1の構造全体は支持基板上に形成されている。
The semiconductor light emitting
p型GaN層23の表面(一方の主面)には、他方の端部(左端部)側から右端部側に向かって延伸する形態で、p型GaN層23の右端部(Tの位置)付近まで透明電極31が形成されている。更に、この構造全体を覆う形態で絶縁層32が形成されている。左端部側の領域(断面B−Bの箇所)と、右端部側でp型GaN層23とMQW層22とが部分的に除去された領域(断面F−Fの箇所)の2箇所において、この絶縁層32には開口が形成されている。また、これらの間の透明電極31上における7箇所(例えば断面D−Dの箇所)においても、より小さな開口が絶縁層32に形成されている。なお、上面図(図1(a))においては絶縁層32の記載は省略されている。
On the surface (one main surface) of the p-
この左端部の領域にはp側電極(アノード:第2の電極)33が接続されている。また、この7箇所の領域にも、p側電極33の部分的に右側に延伸した領域が接続されている。p側電極33には、発光に対して透明ではないが電気抵抗率の小さな金属材料が用いられる。上面図(図1(a))で示されるように、p側電極33は、左側の領域においては、半導体発光機能層20全体を、そのテーパー化された端部も含み絶縁層32を介して覆うように形成されている。一方、これよりも右側の領域における部分的に延伸した領域は、図1(a)中における上下方向には透明電極31よりも細く形成されており、開口の部分においてのみわずかに太くされている。この延伸した領域における開口上でない箇所(断面C−Cの箇所)の断面が図2(b)であり、開口上の箇所(断面D−Dの箇所)の断面が図2(c)である。
A p-side electrode (anode: second electrode) 33 is connected to the left end region. In addition, a region extending partially to the right side of the p-
一方、n側電極(第1の電極:カソード)34は断面F−Fの箇所においてn型GaN層21と接続され、透明電極31、p側電極33とn側電極34とは接触していない構成とされる。n側電極34も、左側の領域におけるp側電極33と同様に、右側の領域における半導体発光機能層20を含むこの積層構造全体を、そのテーパー化された端面も含んで覆うように形成されている。
On the other hand, the n-side electrode (first electrode: cathode) 34 is connected to the n-
また、n側電極34は、p型GaN層23とMQW層22とが部分的に除去された領域の左側の領域、すなわち、図1(a)における半導体発光機能層20の右端部(図1(a)におけるTの位置)を越えて、これよりも左側の発光機能層20の上面も覆っている。
Further, the n-
ここで、Si基板11は、シリコンの単結晶基板であり、不純物がドーピングされて高導電性とされていても、ノンドープとされて高抵抗率とされていてもよい。この上に良質の半導体発光機能層20(n型GaN層21、MQW層22、p型GaN層23)がヘテロエピタキシャル成長できるように、その面方位は適宜設定される。
Here, the
n型GaN層21、MQW層22、p型GaN層23は、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によってSi基板11上にエピタキシャル成長させることができる。n型GaN層21にはドナーとなる不純物が、p型GaN層23にはアクセプタとなる不純物が適宜ドーピングされる。n型GaN層21の厚さは例えば5.0μm、p型GaN層23の厚さは例えば0.2μm程度とすることができる。また、MQW層22は、例えば数nm〜数10nmの厚さのInGaN、GaN薄膜が複数積層された構造をもち、InGaN、GaNの各層はn型GaN層21、p型GaN層23と同様にエピタキシャル成長により形成される。
The n-
半導体発光機能層20の右端部の領域でp型GaN層23、MQW層22を除去してn型GaN層21を露出させるためには、この領域以外にフォトレジストを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行う。また、半導体発光機能層20を図1の形態に加工し、かつ端部をテーパー化する工程は、半導体発光機能層20を上記の順序で形成した後に、テーパー形状とされたフォトレジストをその上に形成し、これをマスクとしたドライエッチングにより行われる。フォトレジストのテーパー化は、露光条件や現像条件の調整によって行うことができる。これにより、図1(b)に示された端部のテーパー角を、例えば30〜60°とすることができる。
In order to remove the p-
透明電極31は、p型GaN層23とオーミック接触が可能で、かつ半導体発光機能層20が発する光に対して透明な材料として、例えばITO(Indium−Tin−Oxide)やZnO(Zinc−Oxide)等で構成される。なお、p型GaN層23との間のオーミック性や密着性等を向上させるために、これらの間に、光が充分透過する程度に薄いチタン(Ti)層やニッケル(Ni)層を挿入することもできる。透明電極31のパターニングは、全面に上記の透明電極材料を成膜し、所望の箇所にフォトレジスト等のマスクを形成してからエッチングを行い、所望の箇所以外の透明電極材料を除去する(エッチング法)、(2)所望の箇所以外にフォトレジスト等のマスクを形成してから全面に上記の透明電極材料を成膜し、後でマスクを除去することによって所望の箇所以外の透明電極材料を除去する(リフトオフ法)、のいずれかの方法を用いることができる。なお、透明電極31を構成する材料には高い光透過率が要求されるため、その導電率はp側電極33、n側電極34を構成する材料よりも低い。このため、図1中の左右方向における透明電極31の電気抵抗は、一般にp側電極33、n側電極34よりも高い。
For example, ITO (Indium-Tin-Oxide) or ZnO (Zinc-Oxide) is used as the
絶縁層32は、充分な絶縁性をもち、かつこの発光素子10(半導体発光機能層20)が発する光に対して透明な材料で構成され、例えば酸化シリコン(SiO2)で構成される。その形成は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いることにより、右端部の領域においてp型GaN層23とMQW層22が除去された箇所の段差部や、テーパー化された端部においてもこれを被覆性よく形成することが可能である。
The insulating
p側電極33は、アルミニウム(Al)等の導電性の高い金属で形成される。n側電極34は、n型GaN層21とオーミック接触がとれる材料で構成される。p側電極33、n側電極34のパターニングは、透明電極31のパターニングと同様に行うことができる。p側電極33、n側電極34を構成する材料には、光透過率の高さは要求されない。このため、これらの導電率を透明電極31を構成する透明電極材料よりも高くすることができ、p側電極33やn側電極34中の電気抵抗(あるいはこれらによる電圧降下)は無視することができる。一方、半導体発光機能層20が発する光は、p側電極33、n側電極34を透過しない。
The p-
図1の構成により、p側電極33と透明電極31との間の電気的接続を図1中の左右方向の広い範囲でとることができるため、p側電極33と透明電極31との間の電気抵抗を小さくすることができる。これにより、p側電極33とp型GaN層23との間の電気抵抗も小さくすることができ、左右方向(長手方向)における発光の均一性を高めることができる。ここで、発光層からの光は、右側に延伸したp側電極33によって遮られるが、この延伸した領域は上下方向に細いため、その遮られる量を小さくすることができる。この点においては図12の構造と同様である。
1, the electrical connection between the p-
この際、半導体発光機能層20の上にp側電極33、n側電極34が形成された領域においては、半導体発光機能層20からの発光が遮られる。一方、半導体発光機能層20上にp側電極33、n側電極34が形成されていない領域からはその発光が図1(b)の上側に向かって発せられる。
At this time, light emission from the semiconductor light emitting
上記のp側電極33の構成により、長手方向における発光の均一性は高まる。しかしながら、この場合においても、一般的には、半導体発光機能層20におけるn側電極34とのコンタクト領域(開口部)に近い側の発光が最も強くなる。図1の構造においては、この発光がもっとも強くなる領域が特にn側電極34によって覆われるため、長手方向にわたって均一な発光を得ることができる。一般的には、n側電極34が半導体発光機能層20(透明電極31)をその右端部から覆う長さは、100μm程度以上とすることが有効である。この領域において半導体発光機能層20が図1(b)中の上側に向かって発した光は、n側電極34で遮られて下側に反射される。その後、GaNよりも禁制帯幅の狭いシリコンで構成されたSi基板11中で吸収される。
Due to the configuration of the p-
また、半導体発光機能層20の右側の領域が図1(a)の右側、上側、下側の端面から発する光も、端部を覆うn側電極34で反射され、吸収される。この際、図1(b)中の上側に発する光と同様に、半導体発光機能層20の右側の領域においてはこの光も強くなる。この光は、この発光素子10をアレイとして使用する場合には、隣接する素子の発光と識別することが困難となるため、好ましくない。すなわち、この影響も上記の構造によって低減する。同様に、半導体発光機能層20の左側の領域が図1(a)中の左側、上側、下側の側面から発する光は、端部を覆うp側電極33で反射され、吸収される。半導体発光機能層20/Si基板11の端面を上記の通りにテーパー加工することにより、p側電極33、n側電極34のこれらの側面における被覆性を高めることができる。
Further, light emitted from the right, upper, and lower end faces of the right side region of the semiconductor light emitting
なお、上記の構成において、n側電極34は、半導体発光機能層20(p型GaN層23)を、その右端部Tからp側電極33の右側の先端部近くまでの範囲にかけて覆っていた。しかしながら、左右方向(長手方向)の発光の均一性が得られる限りにおいて、これを覆う範囲は、特にその左側においては適宜設定することができる。一般的に、最も発光強度が高くなるのは、透明電極31の右端部(一方の端部側における透明電極31の一端)周辺である。この場合、少なくとも、透明電極31の右端部を含む領域におけるp型GaN層23の上部が、絶縁層32を介してn側電極34によって覆われていればよい。
In the above configuration, the n-
(第2の実施の形態)
図3は、第2の実施の形態となる発光素子110の上面図(a)、及びそのG−G方向の断面図(b)である。また、図4(a)〜(c)は、それぞれ図3(a)におけるH−H方向、I−I方向、J−J方向の断面図である。これを構成するSi基板11、半導体発光機能層20等については第1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する(以降の実施の形態においても同様である)。また、図3(a)において半導体発光機能層20の右端部はTで示された位置となる点についても同様である。なお、図1におけるB−B方向、C−C方向、D−D方向、F−F方向の断面に対応する箇所の構造については、第1の実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
3A is a top view of the
この発光素子110においては、n側電極34は、半導体発光機能層20の右端部Tよりも左側には形成されていない。すなわち、半導体発光機能層20が発する光は、n側電極34によっては遮られない。
In the
その代わりに、この発光素子110においては、p側電極33の右端部が大きく広がり、半導体発光機能層20の右端部Tを越えて、半導体発光機能層20の右側端部付近及びその図3(a)における上側、下側、右側の側面を覆っている。これにより、第1の実施の形態と同様に、発光強度の高い領域からの発光がp側電極33によって遮られ、長手方向にわたって均一な発光を得ることができる。また、高い放熱効果を得ることができることも同様である。p側電極33がp型GaN層23(半導体発光機能層20)を覆うべき範囲についても、第1の実施の形態と同様である。
Instead, in the
(第3の実施の形態)
図5は、第3の実施の形態となる発光素子210の上面図(a)、及びそのK−K方向の断面図(b)である。また、図6(a)、(b)は、それぞれ図5(a)におけるL−L方向、M−M方向の断面図である。また、図1におけるB−B方向、C−C方向、D−D方向の断面に対応する箇所の構造については、第1の実施の形態と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 5A is a top view of a
この発光素子210においては、特に右側の領域における半導体発光機能層20等の構造が、前記の実施の形態と大きく異なる。まず、前記の実施の形態においてはn型GaN層21上のMQW層22、p型GaN層23が右側端部付近においては一様に除去されていたのに対し、この発光素子210においては、n型GaN層露出領域212のみにおいて局所的にこれらを除去する。すなわち、半導体発光機能層20中におけるこの領域において、n型GaN層21がその底部に露出した開口部を形成する。その後、この開口部に含まれるn側コンタクト領域213における絶縁層32に対して開口を形成し、その上にn側電極34を形成することにより、この底部においてn側電極34とn型GaN層21が接続される。このn側電極34の平面形状は第1の実施の形態と同様であり、n型GaN露出領域212の左側までも覆う形態とされる。p側電極33の構造、形態は第1の実施の形態と同様である。
In the
この構造においても、最も発光強度が高くなる、透明電極31の右端部とp型GaN層23が主面側から除去された箇所との間が、n側電極34によって覆われる。このため、第1の実施の形態と同様に、長手方向にわたって均一な発光を得ることができる。また、この構造の場合には、n型GaN層露出領域212以外の広い領域にわたってp型GaN層21、透明電極31等も残されており、n側コンタクト領域213の周囲におけるn側電極34の表面積も大きくなるために、特に放熱効果を高めることができる。
Also in this structure, the n-
(第4の実施の形態)
図7は、第4の実施の形態となる発光素子310の上面図(a)、及びそのN−N方向の断面図(b)である。また、図8は、図7(a)におけるO−O方向の断面図である。また、図1におけるB−B方向、C−C方向、D−D方向、E−E方向、F−F方向の断面に対応する箇所の構造については、第1の実施の形態と同様である。
(Fourth embodiment)
FIG. 7A is a top view of a
この発光素子310においては、第1の実施の形態の発光素子10と比べて、n側電極34がより左側に延伸した形状とされ、p側電極33の右端部を取り囲んだ形状とされる。すなわち、n側電極34は、p側電極33と接触しない状態で、p側電極33の一部が右側(一方の端部側)に向かって延伸した部分の先端部よりも左側(他方の端部の側)に向かって延伸した形状とされている。
In the
この構造においては、第1〜第3の実施の形態と比べて、n側電極34によて遮光される領域をより左側まで広げることができるため、より均一な発光を得ることが可能である。また、n側電極34の面積が大きくなるため、これによる放熱効果もより高まる。
In this structure, as compared with the first to third embodiments, the region shielded by the n-
(第5の実施の形態)
図9は、第5の実施の形態となる発光素子410の上面図(a)、及びそのP−P方向の断面図(b)である。この発光素子410は、第1〜第4の実施の形態に係る発光素子とは異なり、p側電極33からn側電極34に向かう方向が長手方向ではなく、これと垂直な方向が長手方向となっている。p側電極33の形状は、図10におけるp側電極94と同様であり、n側電極34に向かって延伸した形状とはされていない。
(Fifth embodiment)
FIG. 9A is a top view of a
図9(b)はこの長手方向における断面図となっており、この構造は図1(b)と同様である。すなわち、半導体発光機能層20の端部Tよりもp側電極側33にn側電極34が延伸することによって、発光強度の高い箇所が遮光される。
FIG. 9B is a sectional view in the longitudinal direction, and this structure is the same as that in FIG. In other words, the n-
このように、p側電極からn側電極に向かう方向が長手方向でない場合であっても、同様の構造を採用することができる。これによって放熱効果が高まることも同様である。 Thus, even when the direction from the p-side electrode toward the n-side electrode is not the longitudinal direction, a similar structure can be employed. This also increases the heat dissipation effect.
なお、上記の第1〜第5の実施の形態に係る構造を、適宜組み合わせて用いることができることは明らかである。 It is obvious that the structures according to the first to fifth embodiments can be used in appropriate combination.
上記の例以外でも、半導体発光機能層の一方の端部側(p側電極が形成された側と反対の側)と透明電極端部との間の領域において、n側電極又はp側電極が絶縁層を介して半導体発光機能層の表面を覆う形態であれば、同様の効果を奏することは明らかである。この場合、n側電極又はp側電極がこの領域以外の発光領域を覆う面積を小さくし、この領域以外における発光を阻害しない構成とすることが好ましい。こうしたn側電極又はp側電極の形状は、上記の例の他にも適宜設定が可能である。 In addition to the above example, in the region between one end side of the semiconductor light emitting functional layer (the side opposite to the side on which the p-side electrode is formed) and the transparent electrode end, the n-side electrode or the p-side electrode is It is obvious that the same effect can be obtained if the surface of the semiconductor light emitting functional layer is covered via the insulating layer. In this case, it is preferable to reduce the area where the n-side electrode or the p-side electrode covers the light emitting region other than this region and to prevent the light emission outside this region from being hindered. The shape of the n-side electrode or the p-side electrode can be appropriately set in addition to the above example.
また、上記の構成においては、Si基板11上に、半導体発光機能層20として、第1の半導体層としてn型GaN層21、発光層としてMQW層22、第2の半導体層としてp型GaN層23が形成された例につき記載した。しかしながら、MQW層22を用いない場合でも、単純なpn接合を用いた発光ダイオード(LED)として動作することは明らかである。あるいは、発光層として上記の構成のMQW層以外の構成のものを用いることもできる。また、GaN以外の材料で半導体発光機能層を構成することもできる。この場合、発光波長に応じて半導体材料を設定することができる。
Further, in the above configuration, on the
また、上記の例では基板(Si基板11)側にn型半導体層(第1の半導体層)を、その上にp型半導体層(第2の半導体層)を形成したが、上側の半導体層における導電率が低い場合には、これらの導電型が逆であっても同様の効果を奏することは明らかである。すなわち、第1の半導体層と第2の半導体層の導電型が逆であり、これらの半導体層に接続される2つの電極が半導体発光機能層の一方の主面側において形成された構成であれば、上記の構成は有効である。 In the above example, the n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) is formed on the substrate (Si substrate 11) side, and the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) is formed thereon. It is clear that the same effect can be obtained even when these conductivity types are reversed when the conductivity at is low. That is, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have opposite conductivity types, and two electrodes connected to these semiconductor layers are formed on one main surface side of the semiconductor light emitting functional layer. For example, the above configuration is effective.
更に、半導体発光機能層が基板上に形成されていなくとも、上記の効果を奏することは明らかである。また、基板が用いられる場合に、基板と半導体発光機能層との間に、半導体発光機能層の結晶性を高めるための緩衝層を挿入することも可能である。2つの電極を半導体発光機能層の同一主面側に形成する限りにおいて、基板や緩衝層は絶縁性であっても導電性であってもよい。 Further, it is clear that the above-described effect can be obtained even if the semiconductor light emitting functional layer is not formed on the substrate. When a substrate is used, a buffer layer for enhancing the crystallinity of the semiconductor light emitting functional layer can be inserted between the substrate and the semiconductor light emitting functional layer. As long as the two electrodes are formed on the same main surface side of the semiconductor light emitting functional layer, the substrate and the buffer layer may be insulative or conductive.
また、エピタキシャル成長において、基板上にまず初めに導電性の高いn型層が形成され、その上に導電性の低いp型層、透明電極が形成される構造において、特に上記の構成が有効であることは明らかである。こうした構成は、特に上記のようなGaNを初めとする窒化物半導体において特に顕著となるため、上記の構成はこの材料を用いた発光素子において特に有効である。 In the epitaxial growth, the above configuration is particularly effective in a structure in which an n-type layer having high conductivity is first formed on a substrate and a p-type layer having low conductivity and a transparent electrode are formed thereon. It is clear. Such a configuration is particularly prominent in nitride semiconductors including GaN as described above, and thus the above configuration is particularly effective in a light-emitting element using this material.
また、上記の例では、半導体発光機能層等の端部をテーパー形状とし、これを絶縁層を介してn側電極やp側電極で覆う形態とした。しかしながら、端面からの光の漏れを無視できる場合においては、こうした構成は不要である。すなわち、n側電極やp側電極がこれらの端面を覆う必要はない。この場合には、端部をテーパー形状とすることも不要である。この場合、電極によって半導体発光機能層が覆われる部分以外での絶縁層は必ずしも必要ではない。 In the above example, the end of the semiconductor light emitting functional layer or the like has a tapered shape and is covered with an n-side electrode or a p-side electrode through an insulating layer. However, such a configuration is not necessary when light leakage from the end face can be ignored. That is, it is not necessary for the n-side electrode and the p-side electrode to cover these end faces. In this case, it is not necessary that the end is tapered. In this case, an insulating layer other than the portion where the semiconductor light emitting functional layer is covered with the electrode is not necessarily required.
10、90、110、210、310、410 発光素子
11 Si基板(基板)
20、91、190 半導体発光機能層
21 n型GaN層(第1の半導体層)
22、192 MQW層(発光層)
23 p型GaN層(第2の半導体層)
31、96、194 透明電極
32、195 絶縁層
33、94、196 p側電極(第2の電極)
34、95、197 n側電極(第1の電極)
92、193 p型半導体層
93、191 n型半導体層
212 n型GaN層露出領域
213 n側コンタクト領域
10, 90, 110, 210, 310, 410 Light-emitting
20, 91, 190 Semiconductor light emitting functional layer 21 n-type GaN layer (first semiconductor layer)
22, 192 MQW layer (light emitting layer)
23 p-type GaN layer (second semiconductor layer)
31, 96, 194
34, 95, 197 n-side electrode (first electrode)
92, 193 p-type semiconductor layer 93, 191 n-type semiconductor layer 212 n-type GaN layer exposed region 213 n-side contact region
Claims (5)
前記半導体発光機能層の一方の端部において前記第2の半導体層が前記主面側から除去された箇所で、前記第1の半導体層と接続するように形成された第1の電極と、
前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成された透明電極と、
前記他方の端部の側において、前記透明電極と接続するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、
前記透明電極及び前記半導体発光機能層を覆って形成された絶縁層と、
を具備し、
前記第1の電極、前記第2の電極は、前記絶縁層中に形成された開口を通してそれぞれ前記第1の半導体層、前記透明電極に接続され、
前記第2の電極の一部は、前記他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成され、当該延伸して形成された部分において前記透明電極と接続され、
前記第1の電極は、前記第2の電極と接触しない状態で、前記第2の電極の一部が前記一方の端部に向かって延伸した部分の先端部よりも前記他方の端部の側に向かって延伸した形状とされたことを特徴とする発光素子。 A semiconductor light emitting functional layer is used in which a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type. The two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both light emitting elements formed on the main surface of the semiconductor light emitting functional layer on the side where the second semiconductor layer is formed. And
A first electrode formed so as to be connected to the first semiconductor layer at a position where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light emitting functional layer;
A transparent electrode formed on the surface of the second semiconductor layer by extending from the other end side toward the one end side;
A second electrode formed on the transparent electrode so as to be connected to the transparent electrode on the other end side;
An insulating layer formed to cover the transparent electrode and the semiconductor light emitting functional layer;
Comprising
The first electrode and the second electrode are respectively connected to the first semiconductor layer and the transparent electrode through an opening formed in the insulating layer,
A part of the second electrode is formed by extending from the other end side toward the one end side, and is connected to the transparent electrode at a portion formed by the extension,
The first electrode is not in contact with the second electrode, and a part of the second electrode is closer to the other end than a tip of a part extending toward the one end. A light-emitting element having a shape extending toward the surface .
前記第1の電極は、前記底部において前記第1の半導体層と接続されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。 The portion where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light emitting functional layer is formed in the semiconductor light emitting functional layer so that the first semiconductor layer is exposed at the bottom. Opening.
The first electrode, the light emitting device according to claim 1 or 2, characterized in that it is connected to the first semiconductor layer at the bottom.
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