JP6287317B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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Description
[半導体発光素子の構成]
本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子1の構成について、図1〜図4を参照しながら説明する。
第1半導体層19aに接続された第1電極15と、第2半導体層に接続された第2電極17とは、半導体積層体19と基板11との間に設けられている。
第1電極15と第2電極17とは、第1電極15と第2電極17との間に設けられた絶縁膜16によって電気的に分離される。絶縁膜16はさらに、第1電極15の一部を構成する突出部151と第2半導体層19b及び活性層19cとを電気的に分離している。
第1電極15は、第1半導体層19aと接続するための突出部151を備え、突出部151はさらに、絶縁膜16で覆われた突出本体部151aと、突出本体部151a上で絶縁膜16から露出して第1半導体層19aと接続された突出先端部151bとを有する。
ここで、突出先端部151bの幅とは、例えば、上面よりも底面の面積が大きい円錐台形状のように断面視したときに位置により幅が異なる形状の場合には、断面における最も広い部分の幅をいい、第1半導体層19aの上面に投影した領域の幅に等しくなる。
また、平面視したときに例えば、楕円、又は長方形のように長軸方向と短軸方向で幅が異なる場合には、短軸方向の幅を突出先端部151bの幅という。
具体的には、例えば、突出先端部151bが上面よりも底面の面積が大きい円錐台形状の場合は突出先端部151bの底面の直径を突出先端部151bの幅といい、
突出先端部151bが円錐台形状であって、その平面視における断面が楕円の場合は底面の短軸の長さを突出先端部151bの幅といい、
突出先端部151bが四角錐台形状であって、その平面視における断面が長方形の場合は底面の短辺の長さを突出先端部151bの幅といい、
突出先端部151bが四角錐台形状であって、その平面視における断面が正方形の場合は底面の一辺の長さを突出先端部151bの幅という。
以下、第1実施形態の半導体発光素子1を構成する各構成について詳細に説明する。
基板11は、電極などの部材を介して貼り合わせられた半導体積層体19などを支持するためのものである。基板11は、図1および図2に示すように、略矩形平板状に形成されており、第1電極15の下部に設けられている。また、基板11は、具体的には図2に示すように、下面に裏面接着層12が形成され、上面に基板側接着層13が形成されている。この基板11の面積は特に限定されず、当該基板11上に積層される部材の大きさに応じて適宜選択される。また、基板11の厚さは、放熱性の観点から50〜500μmとすることが好ましい。
裏面接着層12は、基板11と電気的に接続され、半導体発光素子1を例えば発光装置の実装基板(図示省略)に実装するための層である。裏面接着層12は、図2に示すように、基板11の下面全域、すなわち基板11の基板側接着層13が形成されている面の反対側に形成されている。この裏面接着層12の厚さは特に限定されず、所望の接合性および導電性に応じて適宜調整することができる。また、裏面接着層12の具体例としては、TiSi2,Ti,Ni,Pt,Ru,Au,Sn,Al,Co,Moなどの金属を含む層やその積層構造で構成することができる。なお、裏面接着層12は、後記する基板側接着層13、第1電極側接着層14と同様の材料を使用することができるが、例えば導電性樹脂材料を使用してもよい。
基板側接着層13は、基板11を後記する第1電極側接着層14と接合し、かつ第1電極側接着層14と基板11とを電気的に接続するための層である。基板側接着層13は、図2に示すように、基板11の上面全域、すなわち基板11の裏面接着層12が形成されている面の反対側に形成され、基板11と電気的に接続されている。この基板側接着層13の厚さは特に限定されず、所望の接合性および導電性に応じて適宜調整することができる。また、基板側接着層13の具体例としては、Al,Al合金,TiSi2,Si,Ti,Ni,Pt,Au,Sn,Pd,Rh,Ru,In,Co,Moなどの金属を含む層やその積層構造で構成することができる。
第1電極側接着層14は、第1電極15を基板側接着層13と接合し、かつ基板側接着層13と半導体積層体19とを電気的に接続するための層である。第1電極側接着層14は、図2に示すように、第1電極15の下面全域に形成されている。この第1電極側接着層14の厚さは特に限定されず、所望の接合性および導電性に応じて適宜調整することができる。また、第1電極側接着層14の具体例としては、前記した基板側接着層13と同様に、Al,Al合金,TiSi2,Si,Ni,Ti,Pt,Au,Sn,Pd,Rh,Ru,In,Co,Moなどの金属を含む層やその積層構造で構成することができる。
第1電極15は、第1半導体層19aに対して電流を供給するためのものである。第1電極15は、第1半導体層19aがn型半導体層である本実施形態においてはn側電極として機能する。第1電極15は、図2に示すように、第1電極側接着層14の上面全域に形成され、後記する絶縁膜16を挟んで、第2電極17と対向するように配置されている。また、第1電極15は、図2に示すように、後記する半導体積層体19の面積よりも広い面積で形成されている。なお、前記した「半導体積層体19の面積」とは、ここでは図1に示すように、半導体積層体19の下面(すなわち第2半導体層19bの下面)の面積のことを意味している。
絶縁膜16は、第1電極15と第2電極17とを絶縁し、第1電極15と第2半導体層19bおよび活性層19cとを絶縁するためのものである。絶縁膜16は、図2に示すように、突出先端部151bを除いた、第1電極15の表面を全て覆うように形成されている。また、絶縁膜16は、第1電極15と、後記する第2電極17の配線部17aとの間にも形成されている。
第2電極17は、第2半導体層19bに電流を供給するためのものである。第2電極17は、第2半導体層19bがp型半導体層である本実施形態においてはp電極として機能する。第2電極17は、図2に示すように、第2半導体層19bの下部に膜状に形成され、絶縁膜16を挟んで第1電極15と対向するように配置されている。第2電極17は、より具体的には、第2半導体層19bと接続される内部接続部17bと、内部接続部17bを介して第2半導体層19bに電気的に接続される配線部17aと、配線部17aと接続される外部接続部17cとから構成されている。
第1保護膜18は、図2に示すように、内部接続部17bと同層に配置される。すなわち、第1保護膜18は、内部接続部17bと外部接続部17cとの間、および、内部接続部17bと絶縁膜16の開口突出部161との間をそれぞれ満たすように形成されている。また、第1保護膜18は、図2に示すように、半導体積層体19の外側に露出する絶縁膜16の上面を覆うように形成されている。また、第1保護膜18は、図2に示すように、配線部17aおよび第2保護膜21の間と、配線部17aおよび第2半導体層19bの間と、絶縁膜16および第2半導体層19bの間と、絶縁膜16および第2保護膜21の間とに設けられている。
半導体積層体19は、半導体発光素子1における発光部を構成するものである。半導体積層体19は、図2に示すように、基板11の上部に配置されている。また、半導体積層体19と基板11との間には、基板側接着層13、第1電極側接着層14、第1電極15、絶縁膜16、第2電極17および第1保護膜18が配置されている。そして、半導体積層体19は、具体的には図2に示すように、第2電極17の内部接続部17b上および第1保護膜18上に形成されているとともに、第1電極15の突出部151および絶縁膜16の開口突出部161によって、複数個所が貫かれた状態となっている。なお、前記した「貫かれた状態」とは、ここでは図2に示すように、突出部151および開口突出部161によって、半導体積層体19の第2半導体層19bおよび活性層19cが完全に貫通されており、かつ、半導体積層体19の第1半導体層19aの下面を貫通して厚さ方向の途中にまで達した状態のことを意味している。
半導体積層体19には、図1および図2に示すように、複数の貫通孔20が形成されている。この貫通孔20は、第2半導体層19b、活性層19cおよび第1半導体層19aの一部が除去されて形成されたものであり、第2半導体層19bおよび活性層19cが円形状に貫通しており、内部に絶縁膜16の開口突出部161および第1電極15の突出部151が設けられている。
第2保護膜21は、半導体積層体19を埃、塵の付着などによる電流のショートや物理的ダメージから保護するための層である。第2保護膜21は、図2に示すように、半導体積層体19の側面および上面の縁を覆うように形成されている。なお、第2保護膜21は、半導体積層体19の上面を全て覆うように形成しても構わない。
以下、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子1の製造方法について、図5〜図7を参照(構成については図1〜図4参照)しながら説明する。なお、以下で参照する図5〜図7は、前記した図2と同様に、図1のA−A断面に相当する断面図であり、貫通孔20、第1電極15の突出部151および絶縁膜16の開口突出部161をそれぞれ3個だけ図示し、その他の構成を省略している。
本発明の第2実施形態に係る半導体発光素子1Aの構成について、図8を参照しながら説明する。ここで、半導体発光素子1Aは、突出部151および開口突出部161の位置以外は前記した半導体発光素子1と同様の構成を備えている。従って、以下では、前記した半導体発光素子1と重複する構成および製造方法について説明を省略する。
本発明の第3実施形態に係る半導体発光素子1Bの構成について、図9を参照しながら説明する。ここで、半導体発光素子1Bは、突出部151Aおよび開口突出部161Aの形状以外は前記した半導体発光素子1と同様の構成を備えている。従って、以下では、前記した半導体発光素子1と重複する構成および製造方法について説明を省略する。
本発明の第4実施形態に係る半導体発光素子1Cの構成について、図10を参照しながら説明する。ここで、半導体発光素子1Cは、突出部151Bおよび開口突出部161Bの形状以外は前記した半導体発光素子1と同様の構成を備えている。従って、以下では、前記した半導体発光素子1と重複する構成および製造方法について説明を省略する。
本発明の第5実施形態に係る半導体発光素子1Dの構成について、図11(a)(b)を参照しながら説明する。この第5実施形態の半導体発光素子1Dは、第1半導体層19aの表面に形成された凹部291が第1実施形態の半導体発光素子1より高い密度で形成されている点を除いて、第1実施形態と同様に構成される。従って、以下の説明では、第1実施形態の半導体発光素子1と同様の構成については、図11において図1〜3と同様の符号を付しており適宜説明は省略する。また、製造方法についても第1実施形態と同様であり説明を省略する。ここで、凹部291が高い密度で形成されるとは、単位面積当たりで凹部191の個数よりも凹部291の個数が多いことをいう。第5の実施形態では、第1実施形態に比べて凹部291の底部の面積が小さく、かつ第1領域30の最小幅よりも、隣接する凹部291間の距離が狭くなるよう、凹部291が高密度で配置されている。詳細には、第5実施形態では、平面視で最大幅が8μmの六角形の凹部291が、隣接する凹部291と約4μm離間して、100μm2あたりに100〜200個配置されている。
尚、第2領域において、凹部291が第1領域の最小幅より狭い間隔で設けられており、凹部291間の膜厚の厚い第1半導体層により構成される1つ1つの電流路の抵抗は高くなる傾向にある。しかしながら、第5実施形態の半導体発光素子では、第2領域において、凹部291が高い密度で形成されているので、電流路の数が多くなり、全体としての抵抗の上昇を抑えることができる。したがって、第5実施形態の半導体発光素子1Dのように、隣接する凹部291間の間隔を第1領域の最小幅より狭くして凹部291を高い密度で形成しても、第1半導体層19aの厚い部分(電流路)が多く各々が繋がっているため、第2領域における電流の拡散が阻害されることはなく、突出部から離れた位置における発光強度の低下及び発光ムラは抑えられる。したがって、第5実施形態の半導体発光素子では、突出部151から離れた位置における発光強度の低下及び発光ムラを抑えつつ、凹部291の密度を光の取り出し効率を考慮して最適化することができる。
本発明の第6実施形態に係る半導体発光素子1Eの構成について、図12を参照しながら説明する。この第6実施形態の半導体発光素子1Eは、第1半導体層19aの表面に形成された凹部391の構成が第1実施形態の半導体発光素子1と異なっている以外は、第1実施形態と同様に構成される。以下、第1実施形態の半導体発光素子1と異なる第1半導体層19aの表面の構成、特に凹部391の構成について詳細に説明する。
本発明の第7実施形態に係る半導体発光素子1Fの構成について、図13を参照しながら説明する。第7実施形態の半導体発光素子は、複数の第1領域の内部又は内包するようにそれぞれ形成された複数の凸部51が、それぞれ中心が正方格子の格子点と一致するように配置されている点は、第6実施形態と同様であるが、隔壁492の平面視の形状が第6実施形態とは異なっている。尚、第1領域を除く第2領域に隔壁492によって区切られた複数の凹部491が形成されている点では第6実施形態と同様である。
(a)第3隔壁492c1と第3隔壁492c2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が台形の凹部491aが2つ、
(b)2つの第3隔壁492c2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が台形の凹部491bが2つ、
(c)第3隔壁492c2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が三角形の凹部491cが2つ、
(d)第4隔壁492d1と第4隔壁492d2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が台形の凹部491dが2つ、
(e)2つの第4隔壁492d2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が台形の凹部491eが2つ、
(f)第4隔壁492d2と第1隔壁492aと第2隔壁492bとに囲まれた平面形状が三角形の凹部491fが2つ、
の計12個の凹部491が高い密度で形成される。
11 基板
12 裏面接着層
13 基板側接着層
14 第1電極側接着層
15 第1電極
20 貫通孔
21 第2保護膜
30 第1領域
31,32 領域
60 第2領域
50,51 凸部
151,151A,151B 突出部
151a 突出本体部
151b 突出先端部
16 絶縁膜
161,161A,161B 開口突出部
17 第2電極
17a 配線部
17b 内部接続部
17c 外部接続部
18 第1保護膜(光反射部材)
19 半導体積層体
19a 第1半導体層
19b 第2半導体層
19c 活性層
191,291,391,491,491a,491b,491c,491d,491e,491f 凹部
192 粗面部
392,492 隔壁
392a,492a 第1隔壁
392b,492b 第2隔壁
492c,492c1,492c2 第3隔壁
492d,492d1,492d2 第4隔壁
Sb サファイア基板
Claims (12)
- 第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層の間の活性層とを含み、前記第1半導体層の表面を含む上面と、前記第2半導体層の表面を含む下面とを有する半導体積層体と、
前記第2半導体層および前記活性層を貫通する複数の突出部を有し、前記突出部を介して前記第1半導体層と接続された第1電極と、
前記下面で前記第2半導体層と接続された第2電極と、
前記上面において、前記突出部上にそれぞれ位置する第1領域を除いた第2領域に、前記第1領域の最小幅より狭い間隔で形成された複数の凹部と、
を含み、
前記凹部を仕切る隔壁によって前記第1領域間がそれぞれ接続されている半導体発光素子。 - 第1半導体層と、第2半導体層と、前記第1半導体層と前記第2半導体層の間の活性層とを含み、前記第1半導体層の表面を含む上面と、前記第2半導体層の表面を含む下面とを有する半導体積層体と、
前記第2半導体層および前記活性層を貫通する複数の突出部を有し、前記突出部を介して前記第1半導体層と接続された第1電極と、
前記下面で前記第2半導体層と接続された第2電極と、
前記上面において、前記突出部上にそれぞれ位置する第1領域を除いた第2領域に、前記第1領域の最小幅より狭い間隔で形成された複数の凹部と、
を含み、
前記凹部の底部を含む前記第1半導体層の上面に前記凹部よりも小さい凹凸からなる粗面部を有する半導体発光素子。 - 前記凹部は、前記第1領域の外周に接しないように前記外周から離れて形成されている請求項1又は2記載の半導体発光素子。
- 前記突出部と前記活性層及び前記第2半導体層との間に絶縁膜を有し、
前記突出部はそれぞれ、前記絶縁膜で覆われた突出本体部と、前記突出本体部上で前記絶縁膜から上面と側面とが露出した突出先端部とを有する請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。 - 前記第1領域は、その中心が矩形格子の格子点に一致するように設けられており、前記隔壁は、前記矩形格子の対角方向の一方の方向に形成された第1隔壁と、前記矩形格子の対角方向の他方の方向に形成された第2隔壁とを含む請求項1〜4のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記隔壁はさらに、前記矩形格子の一辺に平行な方向に形成された第3隔壁と、前記矩形格子の一辺に直交する方向に形成された第4隔壁とを含み、前記第3と第4隔壁はそれぞれ前記第1領域間を接続する請求項5に記載の半導体発光素子。
- 前記第1領域間を接続する前記隔壁に加えてさらに、隔壁間を接続する隔壁を備えた請求項1〜6のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記隔壁間を接続する隔壁は、前記対角方向にそれぞれ形成されている請求項7に記載の半導体発光素子。
- 前記隔壁間を接続する隔壁は、前記矩形格子の一辺に平行な方向又は前記矩形格子の一辺に直交する方向に形成されている請求項7に記載の半導体発光素子。
- 前記凹部の数は、前記突出部の数よりも多いことを特徴とする請求項1〜9のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記凹部の底部の面積の合計は、前記第1半導体層の上面の面積の40〜50%の範囲内であることを特徴とする請求項1〜10のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。
- 前記第1電極の下に、基板を備えたことを特徴とする請求項1〜11のうちのいずれか1つに記載の半導体発光素子。
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