JP6976039B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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そこで、本発明は、耐圧を向上できる半導体発光素子を提供することを目的とする。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体発光素子1を示す平面図である。図2は、図1のII-II線に沿う縦断面図である。図3は、図2のIII-III線に沿う横断面図である。
図1および図2に示されるように、本実施形態に係る半導体発光素子1は、直方体形状の基板2を含む。基板2は、サファイア基板であってもよい。基板2は、一方表面3と、その反対の他方表面4と、それらを接続する4つの側面5とを有している。基板2の一方表面3上には、本発明の半導体層の一例としてのエピタキシャル層6が形成されている。
第1透明電極層15は、メサ構造10および基板2の側面5から間隔を空けて、外周領域11に接合されている。第1透明電極層15は、本実施形態では、平面視において外周領域11と略相似の扇形状に形成されている。一方、第2透明電極層16は、第2半導体層9に接合されるように、メサ構造10の平坦部12に配置されている。第2透明電極層16は、本実施形態では、平面視においてメサ構造10と略相似のL字形状に形成されている。
図2および図3に示されるように、半導体発光素子1は、第2パッド電極18と第2半導体層9(メサ構造10の平坦部12)との間の領域に、第2半導体層9の抵抗値および第2パッド電極18の抵抗値よりも高い抵抗値を有する高抵抗層31が選択的に設けられていることを特徴とする。高抵抗層31は、第2半導体層9における第2パッド電極18に対向する対向部32および第2パッド電極18を通る第1電流経路P1が、第2パッド電極18と第2半導体層9との間に形成されるのを許容する許容部33を備えている。つまり、許容部33は、電流が第1電流経路P1を通って第2半導体層9の対向部32および第2パッド電極18を通過するのを許容する。
高抵抗層31は、その全域が前述の第2透明電極層16によって被覆されている。したがって、高抵抗層31と第2パッド電極18との間の領域には、第2透明電極層16が介在している。高抵抗層31は、平面視において第2パッド電極18の周縁を横切るように配置されており、第2パッド電極18と重なる重複部37と、第2パッド電極18から露出する露出部38とを有している。なお、高抵抗層31は、必ずしも平面視で第2パッド電極18の周縁を横切っている必要はなく、平面視でその全体が、第2パッド電極18の周縁により取り囲まれた領域内に配置されていてもよい。
参考例に係る半導体発光素子41が、本実施形態に係る半導体発光素子1と異なる点は、高抵抗層31に代えて、絶縁性の電流阻止層42が設けられている点である。電流阻止層42は、第2パッド電極18の下方の発光層8で光が生成されるのを防止するために設けられており、平面視で第2パッド電極18の外形よりも大きい外形で第2半導体層9の対向部32の全域を被覆している。
参考例に係る半導体発光素子41の静電破壊の態様を調べた結果が、図5(a)、図5(b)および図5(c)に示されている。図5(a)〜(c)は、いずれも図4の参考例に係る半導体発光素子41の静電破壊の一態様を示す顕微鏡画像である。
次に、図6Cを参照して、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法により、第2半導体層9の抵抗値よりも高い抵抗値を有する高抵抗材料(本実施形態では絶縁材料)が堆積されて、高抵抗層31(絶縁層34)が形成される。次に、たとえばマスクを介するエッチングにより、高抵抗層31が選択的にパターニングされる。高抵抗層31は、後の工程において形成される第2パッド電極18の直下に所定の態様で形成される。なお、高抵抗層31(絶縁層34)は、スパッタ法またはリフトオフ法によって所定態様のパターンで形成されてもよい。
次に、図6Dを参照して、たとえばスパッタ法によって、第1透明電極層15および第2透明電極層16の元となる透明導電材料が堆積されて、エピタキシャル層6上に透明導電材料層が形成される。次に、たとえばマスクを介するエッチングにより、透明導電材料層が選択的にパターニングされて、第1透明電極層15が外周領域11上に形成され、第2透明電極層16がメサ構造10上に形成される。
図7は、本発明の第2実施形態に係る半導体発光素子60を示す平面図である。図8は、図7のVIII-VIII線に沿う縦断面図である。図9は、図8のIX-IX線に沿う横断面図である。図7〜図9において、前述の第1実施形態で説明した構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図10は、本発明の第3実施形態に係る半導体発光素子62を示す平面図である。図10において、前述の第1実施形態で説明した構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図10に示されるように、本実施形態に係る第2パッド電極18は、本体部63と、本体部63から第1パッド電極17の周囲に延設された延設部64とを含む。本体部63は、本実施形態では平面視円形状の柱状に形成されている。延設部64は、本体部63と同一の厚さで形成されており、平面視で本体部63から第1パッド電極17の周縁に沿って、第1パッド電極17を中心とする円弧状に延びるように帯状に延設されている。
図11Aは、本発明の第4実施形態に係る半導体発光素子71を示す平面図である。図11Bは、図11Aの一点鎖線XIBにより取り囲まれた領域の拡大平面図である。図12は、図11AのXII-XII線に沿う縦断面図である。図11A、図11Bおよび図12において、前述の第1実施形態で説明した構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図13を参照して、参考例に係る半導体発光素子41では、第2パッド電極18の対向面18aに沿って静電破壊が生じているのに加えて、第2透明電極層16の対向面16aに沿って静電破壊が生じていることが理解される。したがって、第2パッド電極18の周縁(対向面18a)に沿う部分に加えて、第2透明電極層16の周縁(対向面16a)に沿う部分の電界強度を緩和し、第2パッド電極18および第2透明電極層16に対する電界集中を抑制することによって、耐圧を効果的に向上できることが理解される。
図14は、本発明の第5実施形態に係る半導体発光素子81を示す縦断面図である。図14において、前述の第1実施形態で説明した構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る半導体発光素子81は、基板2の他方表面4が光取り出し面とされた素子である。半導体発光素子81は、第1透明電極層15および第2透明電極層16を被覆するようにエピタキシャル層6上に形成された絶縁性の光反射膜82を含む。光反射膜82は、屈折率の異なる複数の絶縁膜が積層された積層構造を有する絶縁層であってもよい。光反射膜82は、屈折率の異なる絶縁膜が1/4波長の光学長で交互に積層された積層構造を有するDBR層であってもよい。DBR層は、ZrO2、Al2O3、SiO2、TiO2、Ta2O5、Nb2O5、AlN、SiN、AlONおよびSiONを含む群から選択される2種以上の絶縁膜によって形成されていてもよい。
一方、第2パッド電極88は、光反射膜82上から第2パッド開口86に入り込み、当該第2パッド開口86内で第2透明電極層16に電気的に接続されている。第2パッド電極88は、複数の金属膜が積層された積層構造を有していてもよいし、1つの金属膜からなる単層構造を有していてもよい。第2パッド電極88は、本実施形態では、第2透明電極層16側からこの順に積層された第1電極層91および第2電極層92を含む2層構造を有している。
図15は、本発明の第6実施形態に係る半導体発光素子101を示す縦断面図である。図15において、前述の第1実施形態で説明した構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態に係る半導体発光素子101は、基板2の他方表面4が光取り出し面とされた素子である。半導体発光素子101は、第1透明電極層15を被覆する第1ミラーメタル102と、第2透明電極層16を被覆する第2ミラーメタル103とを含む。第1ミラーメタル102および第2ミラーメタル103は、エピタキシャル層6(発光層8)で生成された光を基板2の他方表面4側に向けて反射する導電性の反射膜である。
一方、第2パッド電極110は、光反射膜104上から第2パッド開口108に入り込み、当該第2パッド開口108内で第2ミラーメタル103に電気的に接続されている。第2パッド電極110は、複数の金属膜が積層された積層構造を有していてもよいし、1つの金属膜からなる単層構造を有していてもよい。第2パッド電極110は、本実施形態では、第2ミラーメタル103側からこの順に積層された第1電極層113および第2電極層114を含む2層構造を有している。
図16は、本発明の第7実施形態に係る半導体発光素子121を示す縦断面図である。図16において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図16を参照して、本実施形態に係る基板2の一方表面3には、その全域に亘って凹凸122が形成されており、これによって基板2がPSS(Patterned Sapphire Substrate)とされている。この凹凸122には、規則的に配列された複数個の凸部123が含まれる。複数個の凸部123は、行列状に配列されていてもよいし、千鳥状に配列されていてもよい。むろん、複数個の凸部123は、規則性なく離散的に配列されていてもよい。PSSとされた基板2によれば、光反射層24に加えて凹凸122によって、エピタキシャル層6(発光層8)で生成された光を当該エピタキシャル層6側に反射させることができるから、輝度を向上させることが可能となる。
このような構成によっても、前述の第1実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、本実施形態に係る半導体発光素子121によれば、基板2の他方表面4の全域が光反射層24によって被覆されていると共に、基板2の一方表面3に凹凸122が形成されているから、輝度を効果的に向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の第1実施形態では、第2半導体層9上に所定厚さの高抵抗層31(絶縁層34)が形成された例について説明した。しかし、図17に示される形態が採用されてもよい。図17は、図1の半導体発光素子1の第1変形例を示す断面図である。図17は、前述の図2に示された拡大断面図に対応する部分の拡大図でもある。図17において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
また、前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構成が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。したがって、基板2の一方表面3上にこの順に積層されたp型の第1半導体層7、発光層8およびn型の第2半導体層9を含むエピタキシャル層6が形成されてもよい。
A1:基板と、前記基板上に前記基板側からこの順に積層された第1導電型の第1半導体層、発光層および第2導電型の第2半導体層を含む半導体層と、前記第2半導体層上に配置された透明電極層とを含み、前記第2半導体層上には、前記透明電極層の周縁に沿い、かつ、前記透明電極層に被覆されるように、前記第2半導体層の抵抗値よりも高い抵抗値を有する高抵抗層が配置されている、半導体発光素子。
A4:前記高抵抗層は、平面視で前記透明電極層によって被覆された被覆部と、前記透明電極層から露出する露出部とを含む、A1〜A3のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
A6:前記第1半導体層上に配置された第1パッド電極と、前記透明電極層上に配置された第2パッド電極と、前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間の領域に選択的に設けられ、前記第2半導体層の抵抗値よりも高い抵抗値を有するパッド側高抵抗層をさらに含み、前記パッド側高抵抗層は、前記第2半導体層における前記第2パッド電極に対向する対向部および前記第2パッド電極を通る電流経路が、前記第2パッド電極と前記第2半導体層の前記対向部との間に形成されるのを許容する許容部を備えている、A1に記載の半導体発光素子。
B1:基板と、前記基板上に前記基板側からこの順に積層された第1導電型の第1半導体層、発光層および第2導電型の第2半導体層を含む半導体層と、前記第1半導体層上に配置された第1パッド電極と、前記第2半導体層上に配置された第2パッド電極と、前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間の領域に選択的に設けられ、前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間の電界強度を緩和する電界緩和層とを含み、前記電界緩和層は、前記第2半導体層における前記第2パッド電極に対向する対向部および前記第2パッド電極を通る電流経路が、前記第2パッド電極と前記第2半導体層の前記対向部との間に形成されるのを許容する許容部を備えている、半導体発光素子。
B3:前記電界緩和層の前記許容部は、前記電界緩和層における前記第2半導体層の前記対向部を選択的に露出させる部分によって形成されている、B1またはB2に記載の半導体発光素子。
B5:前記第2パッド電極は、平面視で前記第1パッド電極と対向する対向面を有しており、前記電界緩和層は、平面視で前記第2半導体層の前記対向部を選択的に露出させ、少なくとも前記第2パッド電極の前記対向面に沿うように前記第2パッド電極の前記対向面の下方に配置されている、B1〜B4のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B7:前記電界緩和層は、平面視において、前記第2パッド電極の周縁を横切るように配置されており、前記第2半導体層と重なる重複部と、前記第2半導体層から露出する露出部とを有している、B1〜B6のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B9:前記電界緩和層は、前記第2半導体層の表面部に埋め込まれた埋め込み絶縁層を含む、B1〜B7のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B10:前記電界緩和層は、前記第2半導体層の表面部に形成された欠陥層を含む、B1〜B7のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B12:前記半導体層は、前記第1半導体層を露出させるように前記第1半導体層の一部、前記発光層および前記第2半導体層を選択的に切り欠いて形成されたメサ構造と、前記メサ構造の外側の領域であり前記第1半導体層が露出する外周領域とを有しており、前記第1パッド電極は、前記外周領域上に配置されており、前記第2パッド電極は、前記メサ構造上に配置されており、前記電界緩和層は、前記第2パッド電極と前記メサ構造との間の領域に選択的に設けられている、B1〜B11のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B14:前記基板は、平面視矩形状に形成されており、前記第1パッド電極および前記第2パッド電極は、平面視において前記基板の一つの対角線に沿って互いに間隔を空けて配置されている、B1〜B13のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
B16:前記第2パッド電極は、本体部と、前記本体部から前記第1パッド電極の周囲に延設された延設部とを含み、前記電界緩和層は、前記第2半導体層の前記対向部を選択的に露出させるように、前記第2パッド電極の前記本体部および前記延設部の各周縁に沿って形成されている、B1〜B15のいずれか一つに記載の半導体発光素子。
Claims (15)
- 基板と、
前記基板上に前記基板側からこの順に積層された第1導電型の第1半導体層、発光層および第2導電型の第2半導体層を含む半導体層と、
前記第1半導体層上に配置された第1パッド電極と、
前記第2半導体層上に配置された第2パッド電極と、
前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間の領域に設けられ、前記第2パッド電極の周縁に沿う環状に形成され、前記第2パッド電極の下面外周部全域に対向する前記第2半導体層の抵抗値よりも高い抵抗値を有する高抵抗層とを含み、
前記高抵抗層は、前記第2半導体層における前記第2パッド電極に対向する対向部の一部に、前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間に電流が流れる電流経路が形成されるのを許容する許容部を備えており、
前記許容部は、電流が前記電流経路を通って前記第2半導体層の前記対向部および前記第2パッド電極を通過するのを許容する、半導体発光素子。 - 前記第2半導体層上には、前記第2半導体層に電気的に接続される第2透明電極層が配置され、
前記第2パッド電極は、前記第2透明電極層上に配置され、平面視円形状に形成されていて、
前記高抵抗層は、前記第2半導体層上に形成され、前記第2透明電極層内に埋設されている、請求項1に記載の半導体発光素子。 - 平面視において、前記第2パッド電極の周縁の全体は、前記環状の高抵抗層に重なる、請求項1または2に記載の半導体発光素子。
- 平面視において、前記環状の高抵抗層は、前記第2パッド電極を取り囲んでいる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記高抵抗層の前記許容部は、前記第2半導体層の前記対向部の中央領域上に形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記高抵抗層は、平面視で前記第2パッド電極の周縁を横切るように配置されており、前記第2パッド電極と重なる重複部と、前記第2パッド電極から露出する露出部とを有している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記高抵抗層は、前記第2パッド電極と前記第2半導体層との間に配置された絶縁層を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記高抵抗層は、前記第2半導体層の表面部に埋め込まれた埋め込み絶縁層を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記高抵抗層は、前記第2半導体層の表面部に形成された欠陥層を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
- 前記半導体層は、前記第1半導体層を露出させるように前記第1半導体層の一部、前記発光層および前記第2半導体層を選択的に切り欠いて形成されたメサ構造と、前記メサ構造の外側の領域であり前記第1半導体層が露出する外周領域とを有しており、
前記第1パッド電極は、前記外周領域上に配置されており、
前記第2パッド電極は、前記メサ構造上に配置されており、
前記高抵抗層は、前記第2パッド電極と前記メサ構造との間の領域に設けられている、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記第1パッド電極は、外部接続用の第1外部端子を兼ねており、
前記第2パッド電極は、外部接続用の第2外部端子を兼ねている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記基板は、平面視矩形状に形成されており、
前記第1パッド電極および前記第2パッド電極は、平面視において前記基板の一つの対角線に沿って互いに間隔を空けて配置されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記基板は、平面視矩形状に形成されており、
前記第1パッド電極および前記第2パッド電極は、平面視において前記基板の一つの辺が延びる方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記第2パッド電極は、本体部と、前記本体部から前記第1パッド電極の周囲に延設された延設部とを含み、
前記高抵抗層は、前記第2半導体層の前記対向部を選択的に露出させるように、前記第2パッド電極の前記本体部および前記延設部の各周縁に沿って形成されている、請求項1〜13のいずれか一項に記載の半導体発光素子。 - 前記第2パッド電極は、前記延設部を複数含む、請求項14に記載の半導体発光素子
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