JP7344433B2 - 発光素子 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子に関する。
例えば特許文献１には、緑色を発光する第１活性領域を含む第１ＬＥＤと、青色を発光する第２活性領域を含む第２ＬＥＤとがトンネル接合を介して積層された構成が開示されている。
本発明は、発光分布のムラの少ない、色度調整が可能な発光素子を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、発光素子は、上面視において、第１方向に延びる長辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延び、前記長辺よりも短い短辺とを有する窒化物半導体からなる積層体であって、第１ｎ型層と、前記第１ｎ型層上に配置された第１活性層と、前記第１活性層上に配置された第１ｐ型層と、前記第１ｐ型層上に配置されたトンネル接合層と、前記トンネル接合層上に配置された第２ｎ型層と、前記第２ｎ型層上に配置された第２活性層と、前記第２活性層上に配置された第２ｐ型層と、を有する前記積層体と、前記第１ｎ型層と電気的に接続された第１電極と、前記第２ｎ型層と電気的に接続された第２電極と、前記第２ｐ型層と電気的に接続された第３電極と、を備える。前記第１活性層の発光ピーク波長と前記第２活性層の発光ピーク波長とは異なる。前記第１ｎ型層は、前記第１電極と接する第１ｎ側コンタクト部を有する。前記第２ｎ型層は、前記第２電極と接する第２ｎ側コンタクト部を有する。上面視において、前記第１ｎ側コンタクト部の中心は、前記第２ｎ側コンタクト部の中心を通り前記第１方向に平行な線上から離れた位置に配置されている。
本発明によれば、発光分布のムラの少ない、色度調整が可能な発光素子を提供することができる。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。なお、各図面は、実施形態を模式的に示したものであるため、各部材のスケール、間隔若しくは位置関係などが誇張、又は部材の一部の図示を省略する場合がある。また、断面図として、切断面のみを示す切断部端面図を示す場合がある。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の発光素子１の模式上面図である。
図２は、図１のII-II線における模式断面図である。
図１は、本発明の第１実施形態の発光素子１の模式上面図である。
図２は、図１のII-II線における模式断面図である。
発光素子１は、基板１００と、基板１００上に配置された積層体２００とを有する。積層体２００は、基板１００上に配置された第１発光部１０と、第１発光部１０上に配置されたトンネル接合層３０と、トンネル接合層３０上に配置された第２発光部２０とを有する。
基板１００は、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やスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性基板を用いることができる。また、基板１００として、ＧａＮ、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの導電性の基板を用いてもよい。また、発光素子１は、基板１００を有していなくてもよい。
図１に示すように、積層体２００は、上面視において、第１方向Ｘに延びる一対の長辺２０１と、第１方向Ｘに直交する第２方向Ｙに延び、長辺２０１よりも短い一対の短辺２０２とを有する。積層体２００の上面視における形状は、例えば長方形である。この長方形における角部は、直角でもよいし、丸みを帯びていてもよい。
積層体２００は、窒化物半導体からなる。本明細書において「窒化物半導体」とは、例えば、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）なる化学式において組成比ｘ及びｙをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。また、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むものも「窒化物半導体」に含まれるものとする。
第１発光部１０は、基板１００上に配置された第１ｎ型層１１と、第１ｎ型層１１上に配置された第１活性層１２と、第１活性層１２上に配置された第１ｐ型層１３とを有する。トンネル接合層３０は、第１ｐ型層１３上に配置されている。第２発光部２０は、トンネル接合層３０上に配置された第２ｎ型層２１と、第２ｎ型層２１上に配置された第２活性層２２と、第２活性層２２上に配置された第２ｐ型層２３とを有する。
例えば、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法により、第１ｎ型層１１、第１活性層１２、第１ｐ型層１３、トンネル接合層３０、第２ｎ型層２１、第２活性層２２、及び第２ｐ型層２３が順に基板１００上に形成される。
第１ｎ型層１１及び第２ｎ型層２１は、ｎ型不純物として、例えば、Ｓｉ（シリコン）を含む。第１ｐ型層１３及び第２ｐ型層２３は、ｐ型不純物として、例えば、Ｍｇ（マグネシウム）を含む。第１活性層１２及び第２活性層２２は、光を発する発光層であり、例えば複数の障壁層と、複数の井戸層を含むＭＱＷ（Multiple Quantum well）構造を有する。第１活性層１２の発光ピーク波長と、第２活性層２２の発光ピーク波長とは異なる。
トンネル接合層３０は、第１ｐ型層１３よりも高いｐ型不純物濃度を有するｐ型層と、第２ｎ型層２１よりも高いｎ型不純物濃度を有するｎ型層のうち少なくとも１つの半導体層を含む。
第１ｎ型層１１の上面は、第１ｎ側コンタクト部１１ａを有する。第１ｎ側コンタクト部１１ａには、第１活性層１２、第１ｐ型層１３、トンネル接合層３０、及び第２発光部２０が設けられず、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第１活性層１２、第１ｐ型層１３、トンネル接合層３０、及び第２発光部２０から露出している。
また、第１ｎ型層１１の上面は、外周部１１ｂを有する。外周部１１ｂには、第１活性層１２、第１ｐ型層１３、トンネル接合層３０、及び第２発光部２０が設けられず、外周部１１ｂは、第１活性層１２、第１ｐ型層１３、トンネル接合層３０、及び第２発光部２０から露出している。図１に示すように、外周部１１ｂは、積層体２００の最外周に位置し、積層体２００の長辺２０１及び短辺２０２に沿って連続している。
第２ｎ型層２１の上面は、第２ｎ側コンタクト部２１ａを有する。第２ｎ側コンタクト部２１ａには、第２活性層２２及び第２ｐ型層２３が設けられず、第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第２活性層２２及び第２ｐ型層２３から露出している。
図１に示すように、上面視において、複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。また、上面視において、複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。
本実施形態においては、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数と第２ｎ側コンタクト部２１ａの数が等しい。図１においては、例えば、３つの第２ｎ側コンタクト部２１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置され、３つの第１ｎ側コンタクト部１１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。第２ｎ側コンタクト部２１ａの数は１つまたは２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数は１つまたは２つであってもよく、４つ以上であってもよい。
上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａの中心は、第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心を通り第１方向Ｘに平行な第１線Ｌ１上から離れた位置に配置されている。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第１方向Ｘに交差する方向において離れて位置する。例えば、上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心を通り第２方向Ｙに平行な第２線Ｌ２上に位置する。
図２に示すように、発光素子１は、さらに、第１電極４１、第２電極４２、第３電極４３、第４電極４４、第１絶縁膜６１、第２絶縁膜６２、及びカバー膜６３を備える。
第１絶縁膜６１は、積層体２００における基板１００とは反対側の表面、及びカバー膜６３を覆い、積層体２００を保護している。第１絶縁膜６１は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。
第１絶縁膜６１上に、第１電極４１、第２電極４２、及び第３電極４３が配置されている。第１電極４１は、金属材料からなる。第１電極４１として、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属、又はこれらの金属を含む合金を用いることができる。第１電極４１は、単層構造としてもよいし、複数の層が積層された積層構造としてもよい。第１電極４１は、例えば、Ｔｉ層、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ合金層、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層、Ｔｉ層がこの順に積層された積層構造とすることができる。第２電極４２及び第３電極４３として、第１電極４１と同様の金属材料を用いることができる。
第１電極４１の一部は、第１絶縁膜６１に形成された第１開口部６１ａを通じて、第１ｎ側コンタクト部１１ａの一部に接し、第１ｎ型層１１と電気的に接続されている。
第２電極４２の一部は、第１絶縁膜６１に形成された第２開口部６１ｂを通じて、第２ｎ側コンタクト部２１ａの一部に接し、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。
第３電極４３は、カバー膜６３及び第１絶縁膜６１を介して、第４電極４４の上面に配置されている。第３電極４３の一部は、第１絶縁膜６１に形成された第３開口部６１ｃ及びカバー膜６３に形成された第４開口部６３ａを通じて、第４電極４４の一部に接している。第３電極４３は、第４電極４４を介して第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。
第４電極４４は、第２ｐ型層２３の上面に配置され、第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。第４電極４４の抵抗率は、第２ｐ型層２３の抵抗率よりも低い。第４電極４４は、金属材料からなる。第４電極４４として、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔなどの金属、又はこれらの金属を含む合金を用いることができる。第４電極４４は、後述する第３外部接続部５３及び第３電極４３を通じて供給される電流を第２ｐ型層２３の面方向に拡散させる。
カバー膜６３は、第４電極４４の側面及び上面を覆い、第４電極４４を保護している。カバー膜６３は、絶縁膜である。カバー膜６３の材料として、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆからなる群より選択された少なくとも一種を含有する酸化物または窒化物を用いることができる。カバー膜６３は、例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。
図１に示すように、第１電極４１は、第１部分４１ａと、第１部分４１ａから第１方向Ｘに延伸する第１延伸部４１ｂとを有する。第２電極４２は、第２部分４２ａと、第２部分４２ａから第１方向Ｘに延伸する第２延伸部４２ｂとを有する。上面視において、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａは、第１方向Ｘにおいて離れて位置する。上面視において、第３電極４３は、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａとの間において第１方向Ｘに延びている。上面視において、第１電極４１の第１延伸部４１ｂと第２電極４２の第２延伸部４２ｂは、第２方向Ｙにおいて離れて位置する。上面視において、第３電極４３は、第２方向Ｙにおいて第１延伸部４１ｂと第２延伸部４２ｂとの間に位置する。
第２絶縁膜６２は、第１絶縁膜６１、第１電極４１、第２電極４２、及び第３電極４３を覆っている。第２絶縁膜６２は、第１絶縁膜６１、第１電極４１、第２電極４２、及び第３電極４３を保護している。また、第２絶縁膜６２は、第１電極４１と第２電極４２との間、第１電極４１と第３電極４３との間、及び第２電極４２と第３電極４３との間に配置されている。第２絶縁膜６２は、第１電極４１と第２電極４２との間、第１電極４１と第３電極４３との間、及び第２電極４２と第３電極４３との間を電気的に絶縁する。第２絶縁膜６２は、例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯ２等を用いることができる。
発光素子１は、さらに、第２絶縁膜６２上に配置された第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３を備える。
第１外部接続部５１として、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｒなどの金属、又はこれらの金属を含む合金を用いることができる。第１外部接続部５１は、単層構造としてもよいし、複数の層が積層された積層構造としてもよい。第１外部接続部５１は、例えば、Ｔｉ層、Ｐｔ層、Ａｕ層がこの順に積層された積層構造を有する金属層であってもよい。第２外部接続部５２及び第３外部接続部５３として、第１外部接続部５１と同様の金属材料を用いることができる。
第１外部接続部５１の一部は、第２絶縁膜６２に形成された第５開口部６２ａを通じて第１電極４１の第１部分４１ａの一部に接し、第１電極４１と電気的に接続されている。
第２外部接続部５２の一部は、第２絶縁膜６２に形成された第６開口部６２ｂを通じて第２電極４２の第２部分４２ａの一部に接し、第２電極４２と電気的に接続されている。
第３外部接続部５３の一部は、第２絶縁膜６２に形成された第７開口部６２ｃを通じて第３電極４３の一部に接し、第３電極４３と電気的に接続されている。
第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３は、例えば、はんだなどの導電性部材を介して、外部回路と電気的に接続される。
図１に示すように、上面視において、第１外部接続部５１及び第２外部接続部５２は、第３外部接続部５３の中心を通り第１方向Ｘに平行な第３線Ｌ３上に位置する。すなわち、上面視における形状が長方形の積層体２００の長辺方向に沿って、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３が互いに離れて配置されている。このような配置により、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３のうちの２つまたは３つを積層体２００の短辺方向に沿って配置する場合に比べて、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３の面積を大きくすることができる。これにより、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３に対するはんだなどの導電性部材の接合面積を大きくでき、接合信頼性を高め、且つ接合部の抵抗を低減できる。
また、上面視において、第３外部接続部５３は、第１外部接続部５１と第２外部接続部５２との間に位置することが好ましい。これにより、第３外部接続部５３から第２発光部２０に対して電流を効率よく広げることができる。
図２に示すように、積層体２００は、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３が配置された面の反対側に光取り出し面２０３を有する。光取り出し面２０３は、基板１００と第１活性層１２との間に位置する。第１活性層１２は、光取り出し面２０３と第２活性層２２との間に位置する。
第１活性層１２の発光ピーク波長は、第２活性層２２の発光ピーク波長よりも短いことが好ましい。例えば、第１活性層１２の発光ピーク波長は、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であり、第１活性層１２は青色光を発光する。例えば、第２活性層２２の発光ピーク波長は、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であり、第２活性層２２は緑色光を発光する。第１活性層１２からの光及び第２活性層２２からの光は、主に光取り出し面２０３から積層体２００の外部に取り出される。第２活性層２２よりも発光ピーク波長が短い第１活性層１２を、光取り出し面２０３と第２活性層２２との間に位置させることで、第２活性層２２から光取り出し面２０３に向かう光が第１活性層１２で吸収されにくくなる。
本実施形態によれば、第１外部接続部５１、第２外部接続部５２、及び第３外部接続部５３のうちの２つを選択して電圧を印加することで、発光素子１が発する光の色度調整が可能となる。
第２外部接続部５２に正電位を印加し、第１外部接続部５１に第２外部接続部５２に印加する電位よりも低い電位を印加すると、第１活性層１２に順方向電圧がかかり、第１活性層１２が発光する。このとき、発光素子１は、例えば、第１活性層１２による青色光を発光する。
第３外部接続部５３に正電位を印加し、第２外部接続部５２に第３外部接続部５３に印加する電位よりも低い電位を印加すると、第２活性層２２に順方向電圧がかかり、第２活性層２２が発光する。このとき、発光素子１は、例えば、第２活性層２２による緑色光を発光する。
第３外部接続部５３に正電位を印加し、第１外部接続部５１に第３外部接続部５３に印加する電位よりも低い電位を印加すると、第２活性層２２及び第１活性層１２に順方向電圧がかかり、第２活性層２２と第１活性層１２の両方が発光する。このとき、トンネル接合層３０におけるトンネル接合（ｐｎ接合）には逆方向電圧が印加されることになる。そのため、トンネル接合層３０においては、トンネル効果により電流を流す。つまり、トンネル接合層３０においては、価電子帯に存在する電子を、伝導帯にトンネリングさせることで電流を流す。
このように第１活性層１２と第２活性層２２の両方を発光させた場合には、発光素子１は、例えば青色光と緑色光とが混合された光を発光する。また、第１活性層１２と第２活性層２２のそれぞれに供給する電流値や、オンオフのデューティー比を制御することで、第１活性層１２の発光と第２活性層２２の発光により得られる光の色度を調整できる。
第２活性層２２のみを発光させるときや、第２活性層２２と第１活性層１２の両方を発光させるときには、第３外部接続部５３がアノード端子として機能する。第３外部接続部５３は、第３電極４３を介して第４電極４４と電気的に接続されている。第４電極４４は、第３外部接続部５３の面積及び第３電極４３の面積よりも大きな面積で第２ｐ型層２３の上面に配置されている。このため、第３外部接続部５３から供給される電流は、第４電極４４によって第２ｐ型層２３の面方向に拡散させることができる。
第１活性層１２のみを発光させるときは、第２外部接続部５２がアノード端子として機能する。第２外部接続部５２は、第２電極４２を介して、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。第２ｎ型層２１は、金属材料からなる第４電極４４よりもシート抵抗が高く、第２電極４２を通じて供給される電流は第２ｎ型層２１の面方向に拡散しにくい。さらに、以下に説明するように、第２ｎ型層２１を厚くできないことも、第２ｎ型層２１のシート抵抗を高くする。
第１ｎ型層１１よりも上の各層を形成するときは、すでに形成された下の層に熱ダメージを与える懸念があるため、第１ｎ型層１１よりも上の各層の成膜時間は、第１ｎ型層１１の成膜時間よりも短くすることが好ましい。この場合、第１ｎ型層１１よりも上の各層は、第１ｎ型層１１よりも薄くなる。第２ｎ型層２１の厚さが第１ｎ型層１１よりも薄くなると、第２ｎ型層２１のシート抵抗が第１ｎ型層１１のシート抵抗よりも高くなる。そのため、第２電極４２を通じて第２ｎ型層２１に供給された電流は面方向に拡散しにくくなる。電流の拡散性が低いと、第２ｎ側コンタクト部２１ａと第１ｎ側コンタクト部１１ａとの間の電流経路において第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くの電流密度が相対的に高くなり、発光分布（明るさや色度の分布）のムラが生じ得る。
本実施形態によれば、第１活性層１２のみを発光させるときのアノード側の第２ｎ側コンタクト部２１ａと、カソード側の第１ｎ側コンタクト部１１ａとの間の上面視における距離が短くなるようにする。これにより、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなることを抑制し、発光分布のムラを少なくすることができる。
具体的には、本実施形態によれば、積層体２００の上面視における形状を長方形にし、第１ｎ側コンタクト部１１ａの中心が、第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心を通り第１方向Ｘに平行な第１線Ｌ１上から離れた位置に配置するようにしている。上面視において、積層体２００の長辺方向（第１方向Ｘ）に対して交差する線上に、第１ｎ側コンタクト部１１ａの中心と第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心とが位置するようにしている。例えば、第１ｎ側コンタクト部１１ａを第２ｎ側コンタクト部２１ａよりも一方の長辺２０１に近い位置に配置し、第２ｎ側コンタクト部２１ａを第１ｎ側コンタクト部１１ａよりも他方の長辺２０１に近い位置に配置している。
このような実施形態と、積層体２００の上面視における形状を正方形にした比較例とにおいて、積層体２００の長辺２０１の長さを同じにした場合には、実施形態の方が第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａとの間の上面視における距離を短くすることができる。また、実施形態と、積層体２００の上面視における形状を正方形にした比較例とにおいて、積層体２００の短辺２０２の長さを同じにした場合には、実施形態の方が発光面積を大きくできる。したがって、実施形態によれば、発光面積を大きく確保しつつ、発光分布のムラを少なくすることができる。
また、上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａを、第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心を通り第２方向Ｙに平行な第２線Ｌ２上に位置させることで、第１ｎ側コンタクト部１１ａが第２線Ｌ２から第１方向Ｘにずれて位置する場合に比べて、第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａとの上面視での距離を短くすることができる。
また、上面視において、複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａを第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置し、複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａを第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置している。これにより、積層体２００の長辺方向（第１方向Ｘ）における電流密度分布の偏りを小さくできる。この場合、第２ｎ側コンタクト部２１ａと第１ｎ側コンタクト部１１ａとの上面視における最短距離が、第１方向Ｘにおいて隣り合う第２ｎ側コンタクト部２１ａ間の距離、及び第１方向Ｘにおいて隣り合う第１ｎ側コンタクト部１１ａ間の距離よりも短くすることで、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなることをより抑制できる。これにより、発光分布のムラを少なくすることができる。
以下、第２～第６実施形態について説明する。第２～第６実施形態において、第１実施形態と異なる構成を主に説明し、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する場合がある。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態の発光素子２の模式上面図である。
図３は、本発明の第２実施形態の発光素子２の模式上面図である。
第２実施形態の発光素子２では、第２ｎ側コンタクト部２１ａの数が、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数よりも多い。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心を通り第２方向Ｙに平行な第２線Ｌ２上に位置せず、第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに対して傾斜した方向において離れて位置する。
前述したように、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなりやすい。そのため、第２ｎ側コンタクト部２１ａの数を第１ｎ側コンタクト部１１ａの数よりも多くすることで、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなることをより抑制できる。これにより、発光分布のムラを少なくすることができる。
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態の発光素子３の模式上面図である。
図４は、本発明の第３実施形態の発光素子３の模式上面図である。
上面視において、複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。上面視において、複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。上面視において、第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第１ｎ側コンタクト部１１ａよりも、積層体２００の長辺２０１に近い位置に配置されている。複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａは、上面視において第２方向Ｙに離れて位置する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａの対を含む。第２方向Ｙに離れて位置する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａの対が複数、第１方向Ｘにおいて離れて配置されている。各対を構成する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａの中心は、第２方向Ｙに平行な第２線Ｌ２上に位置する。
また、前述した複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａの対とは別に、上面視において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに対して傾斜した方向に離れて位置する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａを対とすることもできる。この傾斜した方向に位置する対を構成する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａの間に第１ｎ側コンタクト部１１ａが位置する。なお、第２方向Ｙに離れて位置する２つの第２ｎ側コンタクト部２１ａの対の間に、第１ｎ側コンタクト部１１ａが位置してもよい。
第３実施形態においても、上記実施形態と同様、発光面積を大きく確保しつつ、発光分布のムラを少なくすることができる。また、第２ｎ側コンタクト部２１ａの数を第１ｎ側コンタクト部１１ａの数よりも多くすることで、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなることをより抑制できる。
上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２方向Ｙの中央部において、第２発光部２０、トンネル接合層３０、第１ｐ型層１３、及び第１活性層１２に形成された開口部を通じて、第２発光部２０、トンネル接合層３０、第１ｐ型層１３、及び第１活性層１２から露出している。
上面視において、第１電極４１は、第１外部接続部５１と接続される第１部分４１ａと、第１部分４１ａから第１方向Ｘに延伸する第１延伸部４１ｂとを有する。第１電極４１は、第１絶縁膜６１に形成された第１開口部６１ａ、カバー膜６３に形成された第８開口部６３ｂ、及び第４電極４４に形成された第９開口部４４ａを通じて、第２発光部２０、トンネル接合層３０、第１ｐ型層１３、及び第１活性層１２から露出する第１ｎ側コンタクト部１１ａに接し、第１ｎ型層１１と電気的に接続されている。第１外部接続部５１は、第２絶縁膜６２に形成された第５開口部６２ａを通じて第１電極４１の第１部分４１ａに接し、第１電極４１と電気的に接続されている。
上面視において、第２電極４２は、第２部分４２ａと、第２部分４２ａから第１方向Ｘに延伸する２つの第２延伸部４２ｂとを有する。上面視において、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａは、第１方向Ｘにおいて離れて位置する。上面視において、第２電極４２の２つの第２延伸部４２ｂの間に第１電極４１の第１延伸部４１ｂが位置する。
第２電極４２は、第１絶縁膜６１に形成された第２開口部６１ｂを通じて、第２ｎ側コンタクト部２１ａに接し、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。第２外部接続部５２は、第２絶縁膜６２に形成された第６開口部６２ｂを通じて、第２電極４２の第２部分４２ａに接し、第２電極４２と電気的に接続されている。
上面視において、第３電極４３は、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａとの間において第１方向Ｘに延びている。上面視において、第３電極４３は、第２電極４２の２つの第２延伸部４２ｂの間に位置する。第３電極４３は、第１絶縁膜６１に形成された第３開口部６１ｃ及びカバー膜６３に形成された第４開口部６３ａを通じて第４電極４４に接し、第４電極４４を介して第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。第３外部接続部５３は、第２絶縁膜６２に形成された第７開口部６２ｃを通じて第３電極４３に接し、第３電極４３と電気的に接続されている。
［第４実施形態］
図５は、本発明の第４実施形態の発光素子４の模式上面図である。
図５は、本発明の第４実施形態の発光素子４の模式上面図である。
上面視において、複数の第２ｎ側コンタクト部２１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。上面視において、複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａが第１方向Ｘにおいて互いに離れて配置されている。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａよりも、積層体２００の長辺２０１に近い位置に配置されている。複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａは、上面視において第２方向Ｙに離れて位置する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａの対を含む。第２方向Ｙに離れて位置する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａの対が複数、第１方向Ｘにおいて離れて配置されている。各対を構成する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａの中心は、第２方向Ｙに平行な第２線Ｌ２上に位置する。
また、複数の第１ｎ側コンタクト部１１ａは、上面視において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに対して傾斜した方向に離れて位置する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａを含む。上面視において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに対して傾斜した方向に離れて位置する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａの間に第２ｎ側コンタクト部２１ａが位置する。なお、第２方向Ｙに離れて位置する２つの第１ｎ側コンタクト部１１ａの間に、第２ｎ側コンタクト部２１ａが位置するようにしてもよい。
第４実施形態においても、上記実施形態と同様、発光面積を大きく確保しつつ、発光分布のムラを少なくすることができる。図５に示す例においては、第２ｎ側コンタクト部２１ａの数が、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数よりも少ない。第２ｎ側コンタクト部２１ａの数は、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数よりも多くすることもできる。
上面視において、第１電極４１は、第１部分４１ａと、第１部分４１ａから第１方向Ｘに延伸する２つの第１延伸部４１ｂとを有する。上面視において、第２電極４２は、第２部分４２ａと、第２部分４２ａから第１方向Ｘに延伸する第２延伸部４２ｂとを有する。上面視において、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａは、第１方向Ｘにおいて離れて位置する。上面視において、第１電極４１の２つの第１延伸部４１ｂの間に第２電極４２の第２延伸部４２ｂが位置する。
上面視において、第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第２方向Ｙの中央部において、第２ｐ型層２３及び第２活性層２２に形成された開口部を通じて、第２ｐ型層２３及び第２活性層２２から露出している。第２電極４２は、第１絶縁膜６１に形成された第２開口部６１ｂ、カバー膜６３に形成された第１０開口部６３ｃ、及び第４電極４４に形成された第１１開口部４４ｂを通じて、第２ｐ型層２３及び第２活性層２２から露出する第２ｎ側コンタクト部２１ａに接し、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。第２外部接続部５２は、第２絶縁膜６２に形成された第６開口部６２ｂを通じて第２電極４２の第２部分４２ａに接し、第２電極４２と電気的に接続されている。
上面視において、第３電極４３は、第１電極４１の第１部分４１ａと第２電極４２の第２部分４２ａとの間において第１方向Ｘに延びている。上面視において、第３電極４３は、第１電極４１の２つの第１延伸部４１ｂの間に位置する。第３電極４３は、第１絶縁膜６１に形成された第３開口部６１ｃ及びカバー膜６３に形成された第４開口部６３ａを通じて第４電極４４に接し、第４電極４４を介して第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。第３外部接続部５３は、第２絶縁膜６２に形成された第７開口部６２ｃを通じて第３電極４３に接し、第３電極４３と電気的に接続されている。
第３実施形態及び第４実施形態において、第１ｎ側コンタクト部１１ａの数及び第２ｎ側コンタクト部２１ａの数は、図示する数に限らない。また、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第１方向Ｘに延びるライン状に形成されてもよい。第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第１方向Ｘに延びるライン状に形成されてもよい。
［第５実施形態］
図６は、本発明の第５実施形態の発光素子５の模式上面図である。
図６は、本発明の第５実施形態の発光素子５の模式上面図である。
第１ｎ側コンタクト部１１ａは、上面視において、積層体２００の長方形の第１の角部から第１方向Ｘに延伸している。第２ｎ側コンタクト部２１ａは、上面視において、積層体２００の長方形の第１の角部の対角に位置する第２の角部から第１方向Ｘに延伸している。第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａよりも、積層体２００の一方の長辺２０１に近い位置で第１方向Ｘに延伸し、第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第１ｎ側コンタクト部１１ａよりも、積層体２００の他方の長辺２０１に近い位置で第１方向Ｘに延伸している。第１ｎ側コンタクト部１１ａの延伸部と、第２ｎ側コンタクト部２１ａの延伸部は、上面視において第２方向Ｙに離れて位置する。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａの延伸部を第２方向Ｙにおいて２等分する中心線Ｌ４上から離れた位置に配置されている。
第２ｐ型層２３の上面に配置された第４電極４４は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の波長に対して透光性を有する透光性導電膜である。透光性導電膜として、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＺｎＯ（Zinc Oxide）などの酸化膜を用いることができる。
第５実施形態及び後述する第６実施形態では、図２に示すカバー膜６３が設けられず、第４電極４４は第１絶縁膜６１により直接覆われている。第１絶縁膜６１は、第１活性層１２及び第２活性層２２からの光の波長に対して透光性を有する。また、第５実施形態及び第６実施形態では、第２絶縁膜６２と、第１外部接続部５１～第３外部接続部５３を設けていない。
第１電極４１は、第１ｎ側コンタクト部１１ａに接し、第１ｎ型層１１と電気的に接続されている。第１電極４１は、第１部分４１ａと第１延伸部４１ｂとを有する。上面視において、第１部分４１ａは積層体２００の長方形における上記第１の角部に配置され、第１延伸部４１ｂは第１部分４１ａから第１方向Ｘに延伸している。
第２電極４２は、第２ｎ側コンタクト部２１ａに接し、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。第２電極４２は、第２部分４２ａと第２延伸部４２ｂとを有する。上面視において、第２部分４２ａは積層体２００の長方形における上記第２の角部に配置され、第２延伸部４２ｂは第２部分４２ａから第１方向Ｘに延伸している。
第３電極４３は、第４電極４４に接し、第４電極４４を介して、第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。上面視において、第３電極４３は、第１電極４１の第１延伸部４１ｂと、第２電極４２の第２延伸部４２ｂとの間に位置する。第３電極４３は、第３部分４３ａと、２つの第３延伸部４３ｂとを有する。上面視において、第３部分４３ａは、積層体２００の長方形の中央部に位置する。２つの第３延伸部４３ｂは、第３部分４３ａから、第１方向Ｘに平行な方向おいて互いに反対方向に延伸している。
前述した第１実施形態～第４実施形態の発光素子１～発光素子４は、第１外部接続部５１～第３外部接続部５３を実装基板に対向させ、積層体２００の第１ｎ型層１１に含まれる光取り出し面２０３を実装基板の表面（実装面）の反対側に向けた、いわゆるフリップチップ実装を採用することが好ましい。
第５実施形態の発光素子５は、第１電極４１～第４電極４４を実装基板の表面の反対側に向けて実装する、いわゆるフェイスアップ実装を採用することが好ましい。第１活性層１２及び第２活性層２２からの光は、主に、第２ｐ型層２３、及び透光性導電膜である第４電極４４を介して発光素子５の外部に取り出される。第１電極４１の第１部分４１ａ、第２電極４２の第２部分４２ａ、及び第３電極４３の第３部分４３ａは、例えば、ワイヤなどの導電性部材を介して、実装基板の回路と電気的に接続される。
第５実施形態と、積層体２００の上面視における形状を正方形にした比較例とにおいて、積層体２００の長辺２０１の長さを同じにした場合には、第５実施形態の方が第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａとの間の上面視における距離を短くすることができる。また、第５実施形態と、積層体２００の上面視における形状を正方形にした比較例とにおいて、積層体２００の短辺２０２の長さを同じにした場合には、第５実施形態の方が発光面積を大きくできる。したがって、第５実施形態によれば、発光面積を大きく確保しつつ、発光分布のムラを少なくすることができる。
［第６実施形態］
図７は、本発明の第６実施形態の発光素子６の模式上面図である。
図７は、本発明の第６実施形態の発光素子６の模式上面図である。
第６実施形態の発光素子６も、第５実施形態の発光素子５と同様、第１電極４１～第４電極４４を実装基板の表面の反対側に向けて実装する、いわゆるフェイスアップ実装を採用することが好ましい。第１活性層１２及び第２活性層２２からの光は、主に、第２ｐ型層２３、及び透光性導電膜である第４電極４４を介して発光素子６の外部に取り出される。
第１ｎ側コンタクト部１１ａは、上面視において、積層体２００の長方形の一方の短辺２０２側から第１方向Ｘに延伸している。第２ｎ側コンタクト部２１ａは、上面視において、積層体２００の長方形の他方の短辺２０２側から第１方向Ｘに延伸している。上面視において、第２ｎ側コンタクト部２１ａは、第２方向Ｙにおいて離れて配置された２つの延伸部を有する。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａの延伸部の一部は、第２ｎ側コンタクト部２１ａの２つの延伸部の間に位置する。上面視において、第１ｎ側コンタクト部１１ａは、第２ｎ側コンタクト部２１ａの各延伸部を第２方向Ｙにおいて２等分する中心線Ｌ４上から離れた位置に配置されている。
第１電極４１は、第１ｎ側コンタクト部１１ａに接し、第１ｎ型層１１と電気的に接続されている。第１電極４１は、第１部分４１ａと第１延伸部４１ｂとを有する。上面視において、第１部分４１ａは、積層体２００の長方形における一方の短辺２０２の近くに配置され、第１延伸部４１ｂは第１部分４１ａから第１方向Ｘに延伸している。
第２電極４２は、第２ｎ側コンタクト部２１ａに接し、第２ｎ型層２１と電気的に接続されている。第２電極４２は、第２部分４２ａと、２つの第２延伸部４２ｂとを有する。各第２延伸部４２ｂは、第２ｎ側コンタクト部２１ａの各延伸部上に配置されている。上面視において、第２部分４２ａは積層体２００の長方形における他方の短辺２０２の近くに配置され、第２延伸部４２ｂは第２部分４２ａから第１方向Ｘに延伸している。
第３電極４３は、第４電極４４に接し、第４電極４４を介して、第２ｐ型層２３と電気的に接続されている。上面視において、第３電極４３は、第２電極４２の２つの第２延伸部４２ｂの間に位置する。第３電極４３は、第３部分４３ａと、第３部分４３ａから第１方向Ｘに延伸する第３延伸部４３ｂとを有する。さらに、第３電極４３は、第３延伸部４３ｂから第１方向Ｘに延伸する２つの第４延伸部４３ｃを有する。上面視において、第１電極４１の第１延伸部４１ｂの一部は、第３電極４３の２つの第４延伸部４３ｃの間に位置する。
第６実施形態の発光素子６は、第１ｎ側コンタクト部１１ａと第２ｎ側コンタクト部２１ａとの間の上面視における距離を短くすることができる。これにより、第２ｎ側コンタクト部２１ａの近くで電流密度が高くなることを抑制し、発光分布のムラを少なくすることができる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものである。
１～６…発光素子、１０…第１発光部、１１…第１ｎ型層、１１ａ…第１ｎ側コンタクト部、１２…第１活性層、１３…第１ｐ型層、２０…第２発光部、２１…第２ｎ型層、２１ａ…第２ｎ側コンタクト部、２２…第２活性層、２３…第２ｐ型層、３０…トンネル接合層、４１…第１電極、４２…第２電極、４３…第３電極、４４…第４電極、５１…第１外部接続部、５２…第２外部接続部、５３…第３外部接続部、６１…第１絶縁膜、６２…第２絶縁膜、６３…カバー膜、１００…基板、２００…積層体、２０１…長辺、２０２…短辺、２０３…光取り出し面、Ｘ…第１方向、Ｙ…第２方向
Claims (9)
- 上面視において、第１方向に延びる長辺と、前記第１方向に直交する第２方向に延び、前記長辺よりも短い短辺とを有する窒化物半導体からなる積層体であって、第１ｎ型層と、前記第１ｎ型層上に配置された第１活性層と、前記第１活性層上に配置された第１ｐ型層と、前記第１ｐ型層上に配置されたトンネル接合層と、前記トンネル接合層上に配置された第２ｎ型層と、前記第２ｎ型層上に配置された第２活性層と、前記第２活性層上に配置された第２ｐ型層と、を有し、前記第２ｎ型層の厚さは前記第１ｎ型層の厚さよりも薄い前記積層体と、
前記第１ｎ型層と電気的に接続された第１電極と、
前記第２ｎ型層と電気的に接続された第２電極と、
前記第２ｐ型層と電気的に接続された第３電極と、
を備え、
前記第１活性層の発光ピーク波長と前記第２活性層の発光ピーク波長とは異なり、
前記第１ｎ型層は、前記第１電極と接する第１ｎ側コンタクト部を有し、
前記第２ｎ型層は、前記第２電極と接する第２ｎ側コンタクト部を有し、
上面視において、前記第１ｎ側コンタクト部の中心は、前記第２ｎ側コンタクト部の中心を通り前記第１方向に平行な線上から離れた位置に配置され、
複数の前記第２ｎ側コンタクト部が前記第１方向において互いに離れて位置し、
上面視において、前記第２ｎ側コンタクト部と前記第１ｎ側コンタクト部との最短距離は、前記第１方向において隣り合う前記第２ｎ側コンタクト部間の距離よりも短い発光素子。 - 上面視において、前記第１ｎ側コンタクト部は、前記第２ｎ側コンタクト部の中心を通り前記第２方向に平行な線上に位置する請求項１に記載の発光素子。
- 前記第１電極と電気的に接続された第１外部接続部と、
前記第２電極と電気的に接続された第２外部接続部と、
前記第３電極と電気的に接続された第３外部接続部と、
を備え、
上面視において、前記第１外部接続部及び前記第２外部接続部は、前記第３外部接続部の中心を通り前記第１方向に平行な線上に位置する請求項１または２に記載の発光素子。 - 上面視において、前記第３外部接続部は、前記第１外部接続部と前記第２外部接続部との間に位置する請求項３に記載の発光素子。
- 前記第２ｎ型層は、上面視において、前記第１方向に交差する方向に離れて位置する２つの前記第２ｎ側コンタクト部を有し、前記２つの第２ｎ側コンタクト部の間に前記第１ｎ側コンタクト部が位置する請求項１～４のいずれか１つに記載の発光素子。
- 上面視において、２つの前記第１ｎ側コンタクト部が前記第１方向に交差する方向に離れて位置し、前記２つの第１ｎ側コンタクト部の間に前記第２ｎ側コンタクト部が位置する請求項１～４のいずれか１つに記載の発光素子。
- 前記第２ｎ側コンタクト部の数は、前記第１ｎ側コンタクト部の数よりも多い請求項１～６のいずれか１つに記載の発光素子。
- 前記第２ｐ型層の上面に設けられ、前記第２ｐ型層よりも抵抗率が低い第４電極をさらに備え、前記第３電極は、前記第４電極の上面に設けられる請求項１～７のいずれか１つに記載の発光素子。
- 前記積層体は、前記第１外部接続部、前記第２外部接続部、及び前記第３外部接続部が配置された面の反対側に光取り出し面を有し、
前記第１活性層は、前記光取り出し面と前記第２活性層との間に位置し、
前記第１活性層の発光ピーク波長は、前記第２活性層の発光ピーク波長よりも短い請求項３または４に記載の発光素子。
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