JP6292956B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子に関する。

発光ダイオードなどの半導体発光素子は、通常、成長用基板上に、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層からなる半導体構造層を形成し、半導体構造層上にｎ電極とｐ電極とを形成して作製される。

特許文献１には、ｐ型半導体層上に形成されたｐ電極、ｐ型半導体層側から半導体膜の一部を除去することによって露出したｎ型半導体層上に形成されたｎ電極及びｎ型半導体層に形成されたトレンチを有する半導体発光素子が開示されている。

特開2007-134700号公報

発光素子のｎ電極とｐ電極との間に電圧を印加すると、半導体構造層内を電流が流れ、その際に発光層から光が放出される。半導体構造層内を流れる電流の大きさは、電極間の電気抵抗の大きさによって変動する。また、電極間の電気抵抗の大きさは、電極間の電流路の長さすなわちｎ電極上の任意の点とｐ電極上の任意の点との間の電流路の長さに比例する。例えば、電流路の長さが増大することに伴って電気抵抗が増大し、電極間を流れる電流は減少する。従って、電極間の距離に応じて発光層を通過する電流の大きさにバラつきが発生し、これによって発光層における１の領域と他の領域との間で放出される光の強度にバラつきが発生する。例えば表示用途や照明用途にこのような発光素子を使用すると、輝度ムラが発生してしまう。

特に、半導体構造層の一方の主面側にｎ電極及びｐ電極の両方を形成する構成（以下、横型電極構成と称する場合がある）を有する発光素子においては、上記問題が露呈する。すなわち、横型電極構成の発光素子においては、その電極の配置に起因して、発光層の全体に亘って均一に電流を分配することが困難であった。

例えば、特許文献１に開示された半導体発光素子はｎ電極とｐ電極との間にトレンチを有している。当該トレンチは、ｎ電極とｐ電極との間の短い電流路を遮断し、素子内の電流集中を防止する機能を有している。しかし、特許文献１に記載の半導体発光素子を含めた従来の横型電極構成を有する発光素子は、電極間の高い電気抵抗を有する電流路すなわち長い電流路上の発光層領域における発光強度のバラつきを解決することが困難であった。

本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、発光層に均一に電流を分配し、輝度ムラのない高性能の発光素子を提供することを目的としている。

本発明による発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された構造を有する半導体構造層と、第１の半導体層上に形成された第１の電極と、第１の半導体層側から第１の半導体層及び発光層を貫通して第２の半導体層内に至り、第２の半導体層に接続された第２の電極と、第１の半導体層の表面における第１及び第２の電極間の領域から第１の半導体層及び発光層を貫通して第２の半導体層内に至る深さを有し、第２の電極を囲むように形成されたトレンチと、を有し、半導体構造層は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域と、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域との少なくとも２つの領域からなり、低抵抗方向領域における第２の電極及びトレンチ間の距離は、高抵抗方向領域における第２の電極及びトレンチ間の距離よりも大きいことを特徴としている。
また、本発明による発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された構造を有する半導体構造層と、第１の半導体層上に形成された第１の電極と、各々が、第１の半導体層側から第１の半導体層及び発光層を貫通して第２の半導体層内に至り、第２の半導体層に接続された複数のビア電極からなる第２の電極と、各々が、第１の半導体層の表面における第１及び第２の電極間の領域から第１の半導体層及び発光層を貫通して第２の半導体層内に至る深さを有し、ビア電極の各々を囲むように形成された複数のトレンチ部からなるトレンチと、を有し、半導体構造層は、各々がビア電極の各々を中心とする発光セグメントを有し、発光セグメントの各々は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域と、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域と、その中間の電気抵抗を有する電流路の領域である中抵抗方向領域との３つの領域からなり、ビア電極の各々は、そのトレンチ部までの距離が、低抵抗方向領域から中抵抗方向領域又は高抵抗方向領域に近づくに従って、また、中抵抗方向領域から高抵抗方向領域に近づくに従って小さくなるように構成されていることを特徴としている。

（ａ）〜（ｃ）は、実施例１に係る発光素子の構造を示す図である。 （ａ）は実施例１の発光素子の半導体構造層の構成を示す図であり、（ｂ）は半導体構造層の電極形成面を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例１の発光素子内の電流路を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２に係る発光素子の構造を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例３に係る発光素子の構造を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例１の変形例に係る発光素子における電極構造を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例１の変形例に係る発光素子の半導体構造層の構成及び電極構造をそれぞれ示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２の変形例、実施例３の変形例１及び２に係る発光素子の電極構造をそれぞれ示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、半導体構造層内における電流路の方向及びその方向領域を区別する手法を説明する図である。

本発明は、ｎ電極とｐ電極との間の半導体構造層内の電流路に対し、半導体構造層の面内方向（半導体構造層に平行な平面内の方向）において相対的に高い電気抵抗を有する高抵抗方向と低い電気抵抗を有する低抵抗方向とが存在することに着目してなされたものである。

図９（ａ）を用いて、高抵抗方向、低抵抗方向、高抵抗方向領域及び低抵抗方向領域について簡単に説明する。図９（ａ）は、例示的な発光素子の構造として、上面視において正方形の半導体構造層１１０を有し、半導体構造層１１０の一方の主面（以下、電極形成面と称する場合がある）にｐ電極１２０及びｎ電極１３０の両方が形成された発光素子１００の上面を示す図である。発光素子１１０においては、ｎ電極１３０は半導体構造層１１０の１つの端部領域に形成され、ｐ電極１２０はｎ電極１３０の形成領域を除く半導体構造層１１０の電極形成面のほぼ全面に形成されている。

まず、半導体構造層１１０に平行な方向におけるｎ電極１３０とｐ電極１２０上のｎ電極１３０からの最遠点との間の異なる２方向の直線を決定する。そして、当該２つの直線のうち、その直線距離が大きい方の方向を高抵抗方向ＨＤ、小さい方の方向を低抵抗方向ＬＤと区別する。

具体的には、発光素子１１０のような電極構成の場合、電極間における半導体構造層１１０の面内方向における直線距離は、辺方向が最も短く、対角方向が最も長い。すなわち、辺方向から対角方向に向かって電極間の電流路における電気抵抗が高くなる。従って、半導体構造層１１０の面内方向において、辺方向が低抵抗方向ＬＤ、対角方向が高抵抗方向ＨＤと区別することができる。また、図９（ｂ）に示すように、半導体構造層１１０は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域１１０Ｌと、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域１１０Ｈとに区画することができる。

以下、図を参照しつつ本発明の実施例に係る発光素子について具体的に説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施例１に係る発光素子１０の斜視図である。発光素子１０は、半導体構造層１１の同一主面側にｐ電極（第１の電極）１４及びｎ電極（第２の電極）１５の両方が形成された横型電極構成を有している。以下においては、ｐ電極１４及びｎ電極１５が形成されている側の半導体構造層１１の主面を電極形成面（第１の主面）１２、電極形成面１２の反対側の半導体構造層１１の主面を対向面（第２の主面）１３と称する。

発光素子１０は、電極形成面１２のｐ電極１４とｎ電極１５との間の領域（以下、電極間領域と称する）から対向面１３に向かって形成されたトレンチ１６を有している。トレンチ１６は、例えば、フォトリソグラフィによって電極形成面１２上にパターニングが施されたマスクを成膜し、反応性イオンエッチングなどの既知の加工方法によって凹部を形成した後、マスクを除去することによって形成される。

図１（ｂ）は、図１（ａ）において、発光素子１０を面ＯＰＱＲに沿って切断したときの断面図を示している。図１（ｃ）は、図１（ａ）において、発光素子１０を面ＳＴＵＶに沿って切断したときの断面図を示している。なお、面ＯＰＱＲは、半導体構造層１１の辺方向に沿った平面であり、面ＳＴＵＶは、半導体構造層１１の対角方向に沿った平面である。面ＯＰＱＲ及び面ＳＴＵＶは、それぞれ図１（ａ）の一点鎖線によって囲まれた平面である。

図１（ｂ）を用いて、半導体構造層１１、ｐ電極１４及びｎ電極１５について説明する。半導体構造層１１は、例えば、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）の組成を有するｐ型半導体層（第１の半導体層）１７、発光層１８及びｎ型半導体層（第２の半導体層）１９が順次積層された構造を有している。ｎ型半導体層１９は、ｐ型半導体層１７とは反対の導電型を有している。本実施例においては、半導体構造層１１の電極形成面１２がｐ型半導体層１７の表面であり、対向面１３がｎ型半導体層１９の表面である。

ｐ電極１４は、ｐ型半導体層１７上に形成されている。ｐ電極１４は、例えば、ｐ型半導体層１７上にフォトリソグラフィを用いてマスク材料のパターニングを行い、スパッタ法などにより電極材料を形成した後、マスクを除去することによって形成される。ｐ電極１５は、既知の電極材料、例えば、Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｕなどを用いて形成される。

ｎ電極１５は、ｐ型半導体層１７側からｐ型半導体層１７及び発光層１８を貫通してｎ型半導体層１９に至り、ｎ型半導体層１９に接続されている。ｎ電極１５は、例えば、半導体構造層１１のｐ型半導体層１９上にｐ電極１４が形成されない領域を設け、当該領域において、ｐ型半導体層１７の表面からｐ型半導体層１７及び発光層１８を貫通してｎ型半導体層１９に至る開口部を形成した後、当該開口部に電極材料を形成することによって形成される。ｎ電極１５は、例えばｐ電極１４と同様の材料を用いて形成される。

次にトレンチ１６について説明する。トレンチ１６は、ｐ型半導体層１７の表面（電極形成面１２）におけるｐ電極１４及びｎ電極１５間の領域（電極間領域）からｐ型半導体層１７及び発光層１８を貫通してｎ型半導体層１９内に至る深さを有し、ｎ電極１５を囲むように形成されている。トレンチ１６は、ｐ型半導体層１７の表面におけるｎ電極１５の形成領域を囲むように形成されている。半導体構造層１１内のｐ電極１４及びｎ電極１５間の電流路は、トレンチ１６によって狭窄される。

具体的には、両電極間の電流は、トレンチ１６と対向面１３との間の開口ＡＰを介して（迂回して）流れる。すなわち、トレンチ１６は、ｐ電極１４からｎ電極１５に向かう電流路のうち、比較的短い電流路の一部を遮断する機能を有している。従って、比較的短い電流路上の発光層１８の領域、すなわちｎ電極１５に近いｐ電極１４の領域上の発光層１８の領域から大きな強度の光が放出されることを防止する。従って、同一方向内での輝度ムラを抑制することが可能となる。

なお、トレンチ１６によって形成される電流路の開口ＡＰの大きさによって、半導体構造層１１内の電流路の電気抵抗値が変化する。例えば、開口ＡＰが大きくなる（開口が広くなる）のに従って、その電流路における電気抵抗は低くなる。なお、本実施例においては、トレンチ１６は一定の深さを有している。

次に、図１（ｂ）及び図１（ｃ）を用いて、発光素子１０におけるｎ電極１５の構成について説明する。図１（ｂ）は、発光素子１０の低抵抗方向ＬＤにおける断面図を示している。図１（ｃ）は、発光素子１０の高抵抗方向ＨＤにおける断面図を示している。図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、ｎ電極１５は、そのトレンチ１６までの距離が、低抵抗方向ＬＤと高抵抗方向ＨＤとの間で異なる。具体的には、低抵抗方向ＬＤにおけるｎ電極１５とトレンチ１６との間の距離Ｌ１は、高抵抗方向ＨＤにおけるｎ電極１５とトレンチ１６との間の距離Ｌ２よりも大きい。

図２（ａ）は、半導体構造層１１の構成を模式的に示す発光素子１０の上面図である。図２（ａ）においては、ｐ電極１４及びｎ電極１５の形成領域を破線で示している。図２（ａ）に示すように、半導体構造層１１は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域１１Ｌと、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域１１Ｈと、からなる。具体的には、低抵抗方向領域１１Ｌは低抵抗方向ＬＤ上の半導体構造層１１の領域であり、高抵抗方向領域１１Ｈは高抵抗方向ＨＤ上の半導体構造層１１の領域である。

本実施例においては、半導体構造層１１に垂直な方向から見たとき（上面視において）、半導体構造層１１が正方形の形状を有している。また、ｎ電極１５が半導体構造層１１の端部領域に設けられ、ｐ電極１４はｎ電極１５の形成領域をトレンチ１６によって隔てたｐ型半導体層１７の表面（電極形成面１２）のほぼ全面に設けられている。従って、本実施例においては、ｎ電極１５の形成領域を含む半導体構造層１１の辺方向に沿った領域が低抵抗方向領域１１Ｌであり、対角方向に沿った領域が高抵抗方向領域１１Ｈである。半導体構造層１１の各領域（各方向）は、ｎ電極１５の形成領域から放射状に形成される。

図２（ｂ）は、発光素子１０の電極形成面１２を電極形成面１２に垂直な方向から見たとき、すなわち電極形成面１２の上面視における平面図を示している。図２（ｂ）に示すように、トレンチ１６は、電極形成面１２（ｐ型半導体層１７の表面）におけるｎ電極１５の形成領域を囲むように形成されている。また、低抵抗方向領域１１Ｌにおけるｎ電極１５とトレンチ１６との間の距離（第１の距離）Ｌ１は、高抵抗方向領域１１Ｈにおけるｎ電極１５とトレンチ１６との間の距離（第２の距離）Ｌ２よりも大きい。すなわち、ｎ電極１５は、高抵抗方向領域１１Ｈよりも低抵抗方向領域１１Ｌにおいてトレンチ１６までの距離が大きい。

図３（ａ）は、低抵抗方向ＬＤにおける半導体構造層１１内の電流路を示す図である。図３（ｂ）は、高抵抗方向ＨＤにおける半導体構造層１１内の電流路を示す図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図１（ｂ）及び図１（ｃ）と同様の断面図であるが、電流路の説明のためにハッチングを省略してある。また、電流路の一例を破線で示している。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、低抵抗方向ＬＤ（低抵抗方向領域１１Ｌ）においては、トレンチ１６からｎ電極１５までの距離が長い。一方、高抵抗方向ＨＤ（高抵抗方向領域１１Ｈ）においてはトレンチ１６からｎ電極１５までの距離が短い。従って、トレンチ１６とｎ電極１５との間の電流路における電気抵抗値は、高抵抗方向領域１１Ｈよりも低抵抗方向領域１１Ｌの方が大きい（高い）。

従って、トレンチ１６までの距離が同程度のｐ電極１４の部分から流れる電流の電流路Ｃ１（低抵抗方向ＬＤの電流路）及びＣ３（高抵抗方向ＨＤの電流路）を比べると、電極間の電気抵抗値は電流路Ｃ１（低抵抗方向領域１１Ｌ）の方が大きい。同様に、電流路Ｃ２及びＣ４では、電流路Ｃ２の方がその電気抵抗値が大きい。このため、高抵抗方向ＨＤには低抵抗方向ＬＤに比べて大きな電流が流れやすい。従って、低抵抗方向１１Ｌ及び高抵抗方向１１Ｈ間での輝度ムラが抑制される。

さらに、ｎ電極１５及びトレンチ１６間の距離を調整することによって、例えば、高抵抗方向領域１１Ｈにおけるトレンチ１６までの距離が大きなｐ電極１４の部分から流れる電流の電流路Ｃ５における電気抵抗値が低抵抗方向領域１１Ｌにおける電流路Ｃ２の電気抵抗値と同程度になるように構成することが可能となる。

上記したように、発光素子１０のｎ電極１５は、低抵抗方向領域１１Ｌと高抵抗方向領域１１Ｈとの間でトレンチ１６までの距離が異なるように形成されている。従って、発光層１８の全体に均一に電流を分配することができ、面内方向において均一な発光強度を有する光を発光層１８から放出させることができる。

図４（ａ）は、本発明の実施例２に係る発光素子２０の斜視図である。発光素子２０は、ｎ電極の構造を除いては実施例１の発光素子１０と同様の構造を有している。本実施例の発光素子２０は、低抵抗方向ＬＤと高抵抗方向ＨＤとの間で形成深さが異なるｎ電極２５を有している。

図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、それぞれ低抵抗方向ＬＤ及び高抵抗方向ＨＤにおける発光素子２０の断面を示す図である。図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、ｎ電極２５は、低抵抗方向ＬＤ（低抵抗方向領域１１Ｌ）よりも高抵抗方向ＨＤ（高抵抗方向領域１１Ｈ）の方が浅く形成されている。具体的には、高抵抗方向領域１１Ｈにおけるｎ電極２５の形成深さＤ１は、低抵抗方向領域１１Ｌにおけるｎ電極２５の形成深さＤ２よりも小さい。

なお、ｎ電極２５は、トレンチ１６よりも浅く形成されていることが好ましい。例えばｎ電極２５がその一部においてトレンチ１６よりも深く形成されると、各方向（各方向領域）間で電流路の電気抵抗値が所望の値とならない場合があるからである。すなわち、ｎ電極２５は、その全ての側面がトレンチ１６に対向している（面している）ことが好ましい。

本実施例においては、発光素子２０は低抵抗方向ＬＤの方が高抵抗方向ＨＤよりも浅く形成されたｎ電極２５を有している。すなわち、ｎ電極２５の形成深さを調節することによって、トレンチ１６とｎ電極２５との間の電流路の長さを調節している。本実施例においても、トレンチ１６からｎ電極２５までの電流路の長さは、高抵抗方向ＨＤよりも低抵抗方向ＬＤの方が大きい。従って、低抵抗方向ＬＤよりも高抵抗方向ＨＤにおいて電流が流れやすくなる。従って、高抵抗方向領域１１Ｈに低抵抗方向領域１１Ｌよりも多くの電流を分配することが可能となる。従って、方向間での輝度ムラが抑制される。

図５（ａ）は、実施例３に係る発光素子３０の斜視図である。発光素子３０は、ｎ電極の構造を除いては実施例１の発光素子１０又は実施例２の発光素子２０と同様の構造を有している。本実施例の発光素子３０は、形成深さ及びトレンチ１６までの距離の両方が低抵抗方向ＬＤと高抵抗方向ＨＤとの間で異なるように形成されたｎ電極３５を有している。発光素子３０のｎ電極３５は、ｎ電極１５（実施例１）及びｎ電極２５（実施例２）の特徴を組み合わせた構成を有している。

図５（ｂ）及び図５（ｃ）は、それぞれ低抵抗方向ＬＤ及び高抵抗方向ＨＤにおける発光素子３０の断面を示す図である。図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、ｎ電極３５は、低抵抗方向ＬＤ（低抵抗方向領域１１Ｌ）よりも高抵抗方向ＨＤ（高抵抗方向領域１１Ｈ）の方が浅く形成されている。具体的には、高抵抗方向領域１１Ｈにおけるｎ電極２５の形成深さＤ１は、低抵抗方向領域１１Ｌにおけるｎ電極２５の形成深さＤ２よりも小さい。

また、ｎ電極３５は、高抵抗方向領域１１Ｈよりも低抵抗方向領域１１Ｌにおいてトレンチ１６までの距離が大きくなるように形成されている。具体的には、低抵抗方向領域１１Ｌにおけるｎ電極３５とトレンチ１６との間の距離Ｌ１は、高抵抗方向領域１１Ｈにおけるｎ電極３５とトレンチ１６との間の距離Ｌ２よりも大きい。

本実施例においては、ｎ電極３５の形成深さ及びトレンチ１６までの距離の両方を調節することによって、トレンチ１６とｎ電極３５との間の電流路の長さを調節している。本実施例においては、トレンチ１６及びｎ電極３５間の電流路の長さを高い自由度で調節することが可能となる。方向間での輝度ムラが大幅に抑制される。

なお、上記においては、半導体構造層が低抵抗方向領域及び高抵抗方向領域の２つの領域からなる場合について説明したが、半導体構造層はこの２つの領域からなることに限定されるものではない。例えば半導体構造層を低抵抗方向領域、中抵抗方向領域及び高抵抗方向領域の３つの領域に区画し、３段階でｎ電極の深さ及びトレンチまでの距離を調節してもよい。すなわち、半導体構造層は低抵抗方向領域及び高抵抗方向領域の少なくとも２つの領域からなっていればよい。半導体構造層をより多くの領域に区画することで、当該領域間における電流路の調整をより厳密に行うことが可能となる。

次に、図６乃至図９を用いて、実施例１乃至３の変形例に係る発光素子の構造について説明する。図６（ａ）は、実施例１の変形例に係る発光素子１０Ａの上面図である。図６（ｂ）は、発光素子１０Ａにおけるｎ電極１５Ａの斜視図である。発光素子１０Ａは、半導体構造層、ｎ電極及びトレンチの構造を除いては発光素子１０と同様の構造を有している。本変形例においては、半導体構造層１１Ａは上面視において長方形の形状を有している。また、ｎ電極１５Ａが複数のビア電極ＶＥからなり、トレンチ１６Ａは複数のトレンチ部ＴＲからなる。

具体的には、ｎ電極１５Ａは、ビア形状（柱形状）を有する複数のビア電極ＶＥからなる電極群として構成されている。本変形例においては、ｎ電極１５Ａは、上面視において半導体構造層１１Ａの辺方向に沿って２行２列でマトリクス状に配置された４つのビア電極ＶＥからなる。また、トレンチ１６Ａは、ビア電極ＶＥの各々を囲むように形成された複数のトレンチ部ＴＲからなるトレンチ群として形成されている。トレンチ部ＴＲの各々は、ｐ型半導体層１７の表面（電極形成面１２）におけるビア電極ＶＥの各々の形成領域を囲むように形成されている。

本変形例においては、ｎ電極１５Ａのビア電極ＶＥの各々及びトレンチ１６Ａのトレンチ部ＴＲの各々は、その形成領域が完全にｐ電極１４に囲まれるように形成されている。また、トレンチ部ＴＲの各々は、一定の深さを有している。

また、半導体構造層１１Ａは、隣接するビア電極ＶＥの中心間を結ぶ線分の垂直二等分線によって複数の発光セグメントＥＳに区画される。本変形例においては、半導体構造層１１Ａは、各々がビア電極ＶＥの各々を中心とする発光セグメントＥＳを有する。また、発光セグメントＥＳは、半導体構造層１１Ａと相似形状を有する（上面視において長方形の形状を有する）。半導体構造層１１Ａは、その発光セグメントＥＳの各々内において低抵抗方向ＬＤ及び高抵抗方向ＨＤなどに区別されることができる。

本変形例においては、発光セグメントＥＳは、半導体構造層１１Ａの短辺側の辺方向に沿った方向である低抵抗方向ＬＤ、長辺側の辺方向に沿った方向である中抵抗方向ＭＤ及び対角方向に沿った方向である高抵抗方向ＨＤに区別されることができる。ｎ電極１５Ａのビア電極ＶＥの各々は、そのトレンチ１６Ａのトレンチ部ＴＲまでの距離が、低抵抗方向ＬＤ、中抵抗方向ＭＤ及び高抵抗方向ＨＤの各々で異なるように形成されている。

図７（ａ）は、発光セグメントＥＳの部分を拡大した半導体構造層１１Ａの上面図である。図７（ａ）を用いて、発光セグメントＥＳの構成について説明する。発光セグメントＥＳは、その各々が、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域ＥＳＬと、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域ＥＳＨと、その中間の電気抵抗を有する電流路の領域である中抵抗方向領域ＥＳＭとの３つの領域からなる。発光セグメントＥＳの各領域は、ビア電極ＶＥの形成領域から放射状に形成される。

図７（ｂ）は、ｎ電極１５Ａのビア電極ＶＥの部分を拡大した半導体構造層１１Ａの上面図である。図７（ｂ）を用いてビア電極ＶＥの構成について説明する。本変形例においては、ビア電極ＶＥは、そのトレンチ部ＴＲまでの距離が、低抵抗方向領域ＥＳＬから中抵抗方向領域ＥＳＭ又は高抵抗方向領域ＥＳＨに近づくに従って、また、中抵抗方向領域ＥＳＭから高抵抗方向領域ＥＳＨに近づくに従って小さくなるように構成されている。

具体的には、低抵抗方向領域ＥＳＬにおけるビア電極ＶＥ及びトレンチ部ＴＲ間の距離（第１の距離）Ｌ１Ａは、中抵抗方向領域ＥＳＭにおけるビア電極ＶＥ及びトレンチ部ＴＲ間の距離（第３の距離）Ｌ２Ａよりも大きい。また、中抵抗方向領域ＥＳＭにおけるビア電極ＶＥ及びトレンチ部ＴＲ間の距離Ｌ２Ａは、高抵抗方向領域ＥＳＨＭにおけるビア電極ＶＥ及びトレンチ部ＴＲ間の距離（第２の距離）Ｌ３Ａよりも大きい。

図８（ａ）は、実施例２の変形例に係る発光素子２０Ａのｎ電極２５Ａの構造を示す斜視図である。発光素子２０Ａは、ｎ電極の構成を除いては発光素子１０Ａと同様の構造を有している。ｎ電極２５Ａは、複数のビア電極ＶＥからなる電極群として構成されている。ｎ電極２５Ａのビア電極ＶＥの各々は、その形成深さが、低抵抗方向ＬＤ（低抵抗方向領域ＥＳＬ）から中抵抗方向ＭＤ（中抵抗方向領域ＥＳＭ）又は高抵抗方向ＨＤ（高抵抗方向領域ＥＳＨ）に近づくに従って、また、中抵抗方向ＭＤ（中抵抗方向領域ＥＳＭ）から高抵抗方向ＨＤ（高抵抗方向領域ＥＳＨ）に近づくに従って大きく（深く）なるように構成されている。

図８（ｂ）は、実施例３の変形例１に係る発光素子３０Ａのｎ電極３５Ａの構造を示す斜視図である。発光素子３０Ａは、ｎ電極の構成を除いては発光素子１０Ａ又は２０Ａと同様の構造を有している。ｎ電極３５Ａのビア電極ＶＥは、ｎ電極１５Ａ及び２５Ａのビア電極ＶＥの特徴を組み合わせた構成となっている。具体的には、ｎ電極３５Ａのビア電極ＶＥは、その形成深さ及びトレンチ部ＴＲまでの距離の両方が各方向（各方向領域）で異なるように構成されている。

上記変形例においては、ｎ電極が複数のビア電極ＶＥからなる電極群として構成され、トレンチは、ビア電極ＶＥの各々を囲むように形成されたトレンチ部ＴＲからなるトレンチ群として構成されている。また、ビア電極ＶＥの各々は、その形成深さ及びトレンチ部までの距離のいずれかが、低抵抗方向領域と高抵抗方向領域との間で異なるように形成されている。

また、上記の変形例は、大型の素子やアスペクト比の大きな形状の素子を作製する場合に有利な構成となっている。具体的には、例えば大型の素子を作製する場合、一定の電流分配を考慮してｎ電極を複数個設けることがある。本変形例においては、ｎ電極としてビア電極を複数個設けることで電流分配の粗調整を行い、ビア電極の形状を調節してさらに電流分配量の微調整を行うことが可能となる。従って、様々な形状及びサイズの素子に対応して輝度ムラを低減することができる。

なお、上記した変形例は他の実施例と組み合わせて実施することが可能である。また、上記変形例においては、ビア電極が１つのみ設けられていてもよい。

なお、上記した半導体構造層各領域への区画方法や発光セグメントの区画方法、発光セグメント内における各領域へ区画方法は一例に過ぎない。具体的には、例えば半導体構造層や発光セグメントの形状又は素子への給電用のパッドの形状若しくは当該パッドからの距離などによって、様々な区画の手法を用いることができる。例えばパッドから遠いビア電極は他のビア電極に比べて電流の分配量が少ないため、そのビア電極を中心とする発光セグメントの範囲は小さくなる場合がある。また、発光セグメント内においてもビア電極毎に異なる領域の区画方法を用いることができる。

図８（ｃ）は、実施例３の変形例２に係る発光素子３０Ｂのｎ電極３５Ｂの構造を示す斜視図である。上記においては、ｎ電極の形成深さやトレンチまでの距離が段階的に（不連続に）変化する場合について説明した。本変形例においては、連続的に形成深さが変化するｎ電極３５Ｂ（ビア電極ＶＥ）を有する。本変形例のように、ｎ電極の形成深さやトレンチまでの距離は連続的に調節されていてもよい。ｎ電極３５Ｂ（そのビア電極ＶＥ）は、例えば電極形成時のマスクの層厚を調節することでその形成深さを調節し、例えばマスクのパターンを調節することでそのトレンチまでの距離を調節することができる。なお、本変形例は、全ての実施例に適用することが可能である。

なお、上記の実施例及びその変形例においては、正方形又は長方形の形状の主面を有する半導体構造層を有する場合について説明したが、半導体構造層の主面の形状はこれらに限定されるものではない。例えば、半導体構造層の主面は、多角形状又は円形状を有していてもよい。いずれの形状の半導体構造層を有する場合であっても、高抵抗方向と低抵抗方向との間で電流路の長さを調節するようにｎ電極を形成することによって、発光層に均一に電流を分配することができる。

また、第１の導電型がｐ型の導電型であり、第２の導電型がｐ型とは反対の導電型のｎ型である場合について説明したが、第１の導電型がｎ型であり、第２の導電型がｐ型であっていてもよい。また、第１の導電型及び第２の導電型のいずれかが真性導電型であってもよい。すなわち、第１の半導体層及び第２の半導体層のいずれかが真性半導体層であってもよい。

上記したように、半導体構造層は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域と、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域との少なくとも２つの領域からなる。また、ｎ電極は、その形成深さ及びトレンチまでの距離のいずれかが、低抵抗方向領域と高抵抗方向領域との間で異なるように形成されている。従って、半導体構造層の全体に均一に電流を分配することが可能となり、輝度ムラが大幅に抑制された高発光効率な発光素子を提供することが可能となる。

１０、１０Ａ、２０、２０Ａ、３０、３０Ａ、３０Ｂ 発光素子
１１ 半導体構造層
１７ ｐ型半導体層
１８ 発光層
１９ ｎ型半導体層
１４ ｐ電極
１５、１５Ａ ｎ電極
ＶＥ ビア電極
１６、１６Ａ トレンチ
ＴＲ トレンチ部
１１Ｈ、ＥＳＨ 高抵抗方向領域
１１Ｌ、ＥＳＬ 低抵抗方向領域
ＥＳＭ 中抵抗方向領域

Claims (8)

1. 第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された構造を有する半導体構造層と、
   前記第１の半導体層上に形成された第１の電極と、
   前記第１の半導体層側から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通して前記第２の半導体層内に至り、前記第２の半導体層に接続された第２の電極と、
   前記第１の半導体層の表面における前記第１及び第２の電極間の領域から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通して前記第２の半導体層内に至る深さを有し、前記第２の電極を囲むように形成されたトレンチと、を有し、
   前記半導体構造層は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域と、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域との少なくとも２つの領域からなり、
   前記低抵抗方向領域における前記第２の電極及び前記トレンチ間の距離は、前記高抵抗方向領域における前記第２の電極及び前記トレンチ間の距離よりも大きいことを特徴とする発光素子。
2. 前記第２の電極は、前記低抵抗方向領域よりも前記高抵抗方向領域の方が浅く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記トレンチは一定の深さを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記第２の電極は、複数のビア電極からなる電極群として構成され、
   前記トレンチは、前記ビア電極の各々を囲むように形成された複数のトレンチ部からなるトレンチ群として構成され、
   前記ビア電極の各々は、その形成深さ及び前記トレンチ部までの距離のいずれかが、前記低抵抗方向領域と前記高抵抗方向領域との間で異なるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光素子。
5. 前記トレンチ部の各々は一定の深さを有していることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び前記第１の導電型とは反対導電型の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された構造を有する半導体構造層と、
   前記第１の半導体層上に形成された第１の電極と、
   各々が、前記第１の半導体層側から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通して前記第２の半導体層内に至り、前記第２の半導体層に接続された複数のビア電極からなる第２の電極と、
   各々が、前記第１の半導体層の表面における前記第１及び第２の電極間の領域から前記第１の半導体層及び前記発光層を貫通して前記第２の半導体層内に至る深さを有し、前記ビア電極の各々を囲むように形成された複数のトレンチ部からなるトレンチと、を有し、
   前記半導体構造層は、各々が前記ビア電極の各々を中心とする発光セグメントを有し、
   前記発光セグメントの各々は、相対的に低い電気抵抗を有する電流路の領域である低抵抗方向領域と、相対的に高い電気抵抗を有する電流路の領域である高抵抗方向領域と、その中間の電気抵抗を有する電流路の領域である中抵抗方向領域との３つの領域からなり、
   前記ビア電極の各々は、その前記トレンチ部までの距離が、前記低抵抗方向領域から前記中抵抗方向領域又は前記高抵抗方向領域に近づくに従って、また、前記中抵抗方向領域から前記高抵抗方向領域に近づくに従って小さくなるように構成されていることを特徴とする発光素子。
7. 前記ビア電極の各々は、その形成深さが、前記低抵抗方向領域から前記中抵抗方向領域又は前記高抵抗方向領域に近づくに従って、また、前記中抵抗方向領域から前記高抵抗方向領域に近づくに従って大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記トレンチ部の各々は一定の深さを有していることを特徴とする請求項６又は７に記載の発光素子。