JPH11150300A - 窒化物半導体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光層（又は受光層）に均一に電流を注入す
ることができ、発光効率（又は受光効率）を高くできる
窒化物半導体素子を提供する。 【解決手段】 基板上に形成されたｎ型窒化物半導体か
らなる第１半導体層と、該第１半導体層上に動作領域を
介して形成されたｐ型窒化物半導体からなる第２半導体
層と、第２半導体層上に形成された正電極と、第２半導
体層の一部を除去して露出させた第１半導体層の表面に
形成された負電極とを備えた窒化物半導体素子であっ
て、負電極が形成される第１半導体層の表面は、第１半
導体層の少なくとも一部の外周側面と連続するように露
出されており、かつ負電極が第１半導体層の露出させた
表面と該表面に連続する外周側面とに連続して形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｎ型及びｐ型窒化
物半導体層を備えた窒化物半導体素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物化合物半導体を用いた発光
素子が、青色系の発光が可能な発光素子として注目され
ている。この窒化物化合物半導体を用いた従来の発光素
子は、図１５に示すように、サファイヤ基板１１上にｎ
型窒化物半導体層１２を成長させ、そのｎ型窒化物半導
体層１２上に発光層１０を介してｐ型窒化物半導体層１
３を成長させた層構造を有する。この従来の窒化物半導
体発光素子において、図１５，１６に示すように、ｐ型
窒化物半導体層上には、ｐ型窒化物半導体層とオーミッ
ク接触可能な金属膜からなるｐ側の正電極１５が形成さ
れ、ｎ側の負電極１４は、所定の位置で、ｐ型窒化窒化
物半導体層と発光層をエッチングにより除去してｎ型窒
化物半導体層の上面を露出させて、露出させた上面上に
形成されている。このように、従来例の窒化物半導体発
光素子では、同一面側に形成された正負の電極間の短絡
を防止するためと、素子の保護のために正負の電極の取
り出し部分（開口部１８，１９）を除いて絶縁膜１７が
形成されている。尚、図１５，１６の窒化物半導体発光
素子においては、正電極１５上の負電極１４から比較的
離れた位置に取り出し電極１６が形成されている。以上
のように構成された従来例の窒化物半導体発光素子は、
比較的高い強度の青色系の発光が可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
窒化物半導体発光素子では、ｐ型窒化物半導体の抵抗が
ｎ型窒化物半導体の抵抗に比較して大きいので、ｐ側の
正電極１５の面積をｎ側の負電極１４の面積に比較して
大きくする必要があり、かつ負電極１４はｎ型窒化物半
導体層の上面にのみ形成されているので、ｎ型窒化物半
導体層１２との接触面積を大きくすることができいとい
う問題点があった。また、窒化物半導体発光素子におい
て、ｐ型窒化物半導体１３の上に透明電極を形成して、
該透明電極を介して光を出力するいわゆる半導体側発光
とする場合、ｐ側の正電極１５として形成される透明電
極の面積をさらに大きくする必要があるので、ｎ側の負
電極の面積の確保が益々困難になるという問題点があっ
た。この結果、従来の窒化物半導体発光素子では、発光
層１５全体に電流を均一に流すことが困難であり、窒化
物半導体発光素子の高い発光効率を十分引き出すことが
できなかった。また、電流が一部に集中して流れること
により、素子特性の劣化させる恐れがあった。以上、窒
化物半導体発光素子の例について説明したが、発光層１
０に代えて受光層を形成することにより窒化物半導体を
用いた窒化物半導体受光素子を構成しようとする場合に
おいても同様の問題点を有していた。

【０００４】そこで、本発明は上記問題点を解決して、
発光層（又は受光層）に均一に電流を注入することがで
き、発光効率（又は受光効率）を高くできる窒化物半導
体素子を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の従来例の持つ問題
点を解決するために、本発明に係る窒化物半導体素子
は、基板上に形成されたｎ型窒化物半導体からなる第１
半導体層と、該第１半導体層上に動作領域を介して形成
されたｐ型窒化物半導体からなる第２半導体層と、上記
第２半導体層上に形成された正電極と、上記第２半導体
層の一部を除去して露出させた上記第１半導体層の表面
に形成された負電極とを備えた窒化物半導体素子であっ
て、上記負電極が形成される上記第１半導体層の表面
は、上記第１半導体層の少なくとも一部の外周側面と連
続するように露出されており、かつ上記負電極が上記第
１半導体層の露出させた表面と該表面に連続する上記外
周側面とに連続して形成されていることを特徴とする。
ここで、上記動作領域とは、発光層又はｐｎ接合面等の
発光領域又は光吸収層又はｐｎ接合面等の光吸収領域の
ことをいう。これによって、ｎ側の上記負電極と上記第
１の半導体層との接触面積を大きくすることができるの
で、動作効率を向上させることができる。

【０００６】また、本発明の窒化物半導体素子におい
て、上記負電極が形成される上記第１の半導体層の表面
が上記第２の半導体層を囲むように露出され、かつ上記
負電極が上記第２の半導体層の少なくとも一部を囲むよ
うに形成されていることが好ましい。これによって、さ
らに負電極とｎ型窒化物半導体層との接触面積を大きく
でき、上記動作層に電流をより均一に流すことができ
る。従って、本発明の窒化物半導体素子では、上記負電
極が形成される上記第１の半導体層の表面が上記第２の
半導体層の周囲を全て囲むように露出され、かつ上記負
電極が上記第２の半導体層の周囲を全て囲むように形成
されていることがさらに好ましい。

【０００７】上記窒化物半導体素子のｐ側の正電極上に
おいて、上記正電極の中央部に、上記正電極に接続され
た取り出し電極を設けることが好ましく、上記第２の半
導体の周囲を囲むように形成された負電極と相俟って、
さらに効率的に電流を流すことができる。

【０００８】また、上記負電極が上記第２の半導体層の
周囲を全て囲むように形成されている窒化物半導体素子
においては、上記第２の半導体層の外周側面と上記正電
極の外周周辺部とを覆うように絶縁膜を形成し、上記負
電極を該絶縁膜を介して上記正電極の外周周辺部上まで
延在させて形成することが好ましい。これによって、上
記ｐ型窒化物半導体層及び上記正電極の面積を大きくで
きるので、動作効率を高くでき、しかも上記負電極の外
部回路との接続部分の面積を大きくすることができる。

【０００９】また、本発明に係る１つの態様の窒化物半
導体素子は、上記動作領域が発光領域である。また、上
記動作領域として発光領域を有する窒化物半導体素子で
は、上記正電極を透光性を有する金属薄膜で構成し、発
光した光を上記正電極を介して出力するようにしてもよ
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態について説明する。 実施形態１．本発明に係る実施形態１の窒化物半導体発
光素子は、図１及び図２に示すように、例えばサファイ
ヤ等からなる基板１１上に、例えば、Ｓｉがドープされ
たＡｌＩｎＧａＮからなるｎ型窒化物半導体層１２、例
えば、ＩｎＧａＮからなる発光層１０及び例えば、Ｍｇ
がドープされたＡｌＩｎＧａＮからなるｐ型窒化物半導
体層１３が順に積層された半導体層構造を有する。ま
た、実施形態１の窒化物半導体発光素子において、ｐ型
窒化物半導体層は、ｎ型窒化物半導体層１２の少なくと
も一側面に沿ってｎ型窒化物半導体層１２の上面を露出
させるように除去され、露出されたｎ型窒化物半導体層
１２の上面からｎ型窒化物半導体層１２の外周側面２２
に渡って連続したｎ側の負電極２１を形成する。ｐ側の
正電極１５は、ｐ型窒化物半導体層１３上面のほぼ全面
に形成され、ｐ側の正電極１５の一部に取り出し電極１
６を形成する。尚、実施形態１の窒化物半導体発光素子
において、負電極２１上及び取り出し電極１６上の開口
部１８，１９を除いて、各電極及び各半導体層の表面を
覆うように絶縁膜１７が形成される。

【００１１】以上のように構成された実施形態１の窒化
物半導体発光素子において、ｎ側の負電極２１が形成さ
れるべきｎ型窒化物半導体層１２の上面は、ｎ型窒化物
半導体層の外周側面２２と連続するように露出されてお
り、かつｎ側の負電極２１が露出させたｎ型窒化物半導
体層の上面と該上面に連続する上記外周側面２２とに連
続して形成されている。これによって、ｎ型窒化物半導
体層１２とｎ側の負電極２１との接触面積を大きくでき
るので、接触抵抗を低くでき、効率的に発光させること
ができる。

【００１２】以上の実施形態１の窒化物半導体素子にお
いて、発光層１０において発光した光りは、半導体層側
から出力するようにしてもよいし、基板１１側から出力
するようにしてもよい。半導体層側から光りを出力する
場合は、正電極１５及び絶縁膜１７とを透光性を有する
もので構成する。

【００１３】実施形態２．図３は、実施形態２の窒化物
半導体素子におけるｐ側の正電極１５とｎ側の負電極と
の形状を示すための模式図である。この実施形態２の窒
化物半導体素子は、負電極２１から延在する負電極２１
ａと負電極２１ｂを備えている点が実施形態１と異な
り、他の部分は実施形態１と同様に構成される。尚、図
３において、図１及び図２と同様のものには同様の符号
を付して示している。すなわち、実施形態２の窒化物半
導体素子においては、ｐ型窒化物半導体層１３を取り囲
むように露出されたｎ型窒化物半導体層１２の上面にお
いて、負電極２１の両端部からｎ型窒化物半導体層１２
の各側面に沿って負電極２１ａと負電極２１ｂとを形成
している。ここで、負電極２１ａ，２１ｂは、ｎ型窒化
物半導体層１２の表面から側面に渡って形成されてい
る。これによって、実施形態２では、ｎ型窒化物半導体
層１２の３つの側面がほぼ全て覆われることになる。

【００１４】以上のように構成された実施形態２の窒化
物半導体素子は、実施形態１と同様の効果を有するとと
もに、負電極２１から延在するように形成された負電極
２１ａ，２１ｂによって、実施形態１に比較して電流を
均一に発光層に注入することができるので、より効率的
な発光が可能になる。

【００１５】実施形態３．図４は、実施形態３の窒化物
半導体素子の構成を示す模式断面図であり、図５は実施
形態３の窒化物半導体素子におけるｐ側の正電極１５と
ｎ側の負電極との形状を示すための模式図である。この
実施形態３の窒化物半導体素子は、ｐ型窒化物半導体層
１３の全周を取り囲むように形成された負電極２１ｃを
備えている点が実施形態１と異なり、他の部分は実施形
態１と同様に構成される。尚、図４，５において、図１
及び図２と同様のものには同様の符号を付して示してい
る。すなわち、実施形態３の窒化物半導体素子において
は、ｐ型窒化物半導体層１３を取り囲むように露出され
た上面において、負電極２１及び負電極２１ｃによっ
て、ｐ型窒化物半導体層１３の周囲を取り囲むように負
電極を形成している。ここで、負電極２１ｃは、ｎ型窒
化物半導体層１２の表面から側面に渡って形成されてい
る。これによって、実施形態３では、ｎ型窒化物半導体
層１２の４つの側面が全て覆われることになる。

【００１６】以上のように構成された実施形態３の窒化
物半導体素子は、実施形態１と同様の効果を有するとと
もに、ｐ型窒化物半導体層の周囲を全て取り囲むように
形成された負電極２１，２１ｃによって、実施形態１及
び２に比較してさらに電流を均一に発光層に注入するこ
とができ、より効率的な発光が可能になる。

【００１７】実施形態４．図６は、本発明に係る実施形
態４の構成を示す断面図である。本実施形態４の窒化物
半導体発光素子は、実施形態１と同様、基板１１上にｎ
型窒化物半導体層１２、発光層１０及びｐ型窒化物半導
体層１３が順に積層された半導体層構造を有し、ｐ側と
ｎ側の電極が以下のように形成される。 （１）まず、ｐ型窒化物半導体層の周辺部が除去され、
ｐ型窒化物半導体層１３の周囲にｎ型窒化物半導体層１
２の上面が所定の幅で露出される（図７）。 （２）次に、ｐ型窒化物半導体層１３の上面のほぼ全面
に比較的薄いｐ側の正電極３５を形成する（図８）。 （３）そして、正電極３５の中央部に円形の開口部２５
ａを有する絶縁膜３７を、正電極３５及びｐ型窒化物半
導体層１３の上面及び側面を覆うように形成する（図
９）。 （４）次に、開口部２５ａとその近傍を除いて、絶縁膜
３７とｐ型窒化物半導体層１３の周囲に所定の幅に露出
されたｎ型窒化物半導体層１３の上面及びｎ型窒化物半
導体層１３の側面とを覆うように、ｎ側の負電極３１を
形成する（図１０）。ここで、負電極３１は、ｐ型窒化
物半導体層１３の外側に露出されたｎ型窒化物半導体層
１２の上面及び側面でｎ型窒化物半導体層１２とオーミ
ック接触する。 （５）次に、負電極３１を覆うように絶縁膜３８を形成
する（図１１）。ここで、絶縁膜３８は、絶縁膜３７の
開口部２５ａの直上に開口部２５ｂが形成され、該開口
部２５ａと開口部２５ｂとによって開口部２５が形成さ
れる。また、絶縁膜３８は、正電極３５上の片側に略矩
形の開口部２６が形成される。 （６）次に、開口部２５を介して正電極３５と接触する
ｐ側取り出し電極３６を形成する（図１２）。ここで、
ｐ側取り出し電極３６は、開口部２６側には、絶縁膜３
８を介して負電極３１の一部分と厚さ方向に重なるよう
に開口部２６に近接する位置まで延在し、かつ開口部２
６の反対側にはｐ型窒化物半導体層１３の上部において
絶縁膜３８を介して負電極３１と厚さ方向に重なるよう
に、ｐ型窒化物半導体層の縁まで延在して形成される。 （７）ｎ側取り出し電極３２を、開口部２６を介して負
電極３１と導通するように形成する（図１３）。 （８）さらに、ｎ側取り出し電極３２上に開口部２８を
有しかつｐ側取り出し電極３６上のｎ側取り出し電極３
２から離れた位置に開口部２７を有する絶縁膜３９を、
形成する（図１４）。

【００１８】以上のように構成された実施形態４の窒化
物半導体発光素子は、（ａ）正電極３５がｐ型窒化物半
導体層１３のほぼ全面に形成されかつ正電極３５に中央
部で接続された取り出し電極３６を有し、しかも、
（ｂ）負電極３１が、ｐ型窒化物半導体層１３を周囲を
すべて取り囲むように該半導体層１３に近接してｎ型窒
化物半導体層１２に接続している。これによって、発光
層１０にほぼ均一に電流を流すことができるので、効率
よく発光させることができる。

【００１９】また、以上のように構成された実施形態４
の窒化物半導体素子では、絶縁膜３７を介して正電極３
５と電気的に導通しないように正電極３５上に重ねてｎ
側取り出し電極３２を形成できるように構成している。
これによって、正電極１５と負電極２１とを並置して設
けた実施形態１〜３に比較して、ｐ型窒化物半導体層１
３及び正電極１５の面積を大きくできるので、より効率
的な発光が可能になる。

【００２０】また、以上のように構成された実施形態４
の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層１２、
発光層１０及びｐ型窒化物半導体層１３の各側面及び上
面が、基板１１側に位置する面を除いて、それぞれ比較
的厚く形成された負電極３１、ｎ側取り出し電極３２又
はｐ側取り出し電極３６のいずれかで覆われているの
で、半導体層の側面又は上面からの光りの漏れを防止で
きる。これによって、発光した光りを基板１１側から効
率よく出力することができる。

【００２１】また、以上のように構成された実施形態４
の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層１２、
発光層１０及びｐ型窒化物半導体層１３の各側面及び上
面が、基板１１側に位置する面を除いて、それぞれ比較
的厚く形成された負電極３１、ｎ側取り出し電極３２又
はｐ側取り出し電極３６のいずれかで覆われているの
で、サファイヤ基板の高い熱伝導率と相俟って、各半導
体層で発生する熱を効率よく外部に放出でき、各半導体
層の温度上昇を防止できる。これによって、窒化物半導
体発光素子の寿命を長くできる。

【００２２】以上の実施の形態１〜４では、窒化物半導
体からなる発光層１０を用いて構成したが、本発明はこ
れに限らず、発光領域としてｎ型窒化物半導体層とｐ型
窒化物半導体層とのｐｎ接合を用い、該ｐｎ接合部で発
光させるようにしてもよい。以上のように構成しても実
施形態１〜４と同様の効果を有する。

【００２３】以上の実施の形態１〜４では、それぞれ窒
化物半導体層からなるｎ型窒化物半導体層１２、発光層
１０及びｐ型窒化物半導体層１３とを備えた発光素子に
付いて説明したが、本発明はこれに限らず、バッファ層
等の他の層を有する半導体素子についても適用すること
ができる。すなわち、本願発明は、基板上に少なくとも
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とを有する半
導体素子であって、ｎ側の負電極とｐ側の正電極とが同
一面側に形成されているものであれば適用することがで
きる。

【００２４】以上の実施の形態１〜４では、本願発明を
発光素子に適用した例を示したが本発明はこれに限ら
ず、受光素子に適用しても実施形態１〜４と同様の効果
を有する。本願発明を受光素子に適用する場合、実施形
態１〜４に示した発光層１０に代えて、吸収層を形成す
る以外は、基本的には実施形態１〜４と同様に構成され
る。尚、この場合、吸収層に代えてｎ型窒化物半導体層
とｐ型窒化物半導体層とのｐｎ接合部を吸収領域として
用いてもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
上記動作領域に効率よく電流を流すことができるので、
動作効率のよい窒化物半導体素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施形態１の窒化物半導体発光
素子の構成を模式的に示す断面図である。

【図２】 図１の窒化物半導体発光素子の電極形状を示
す平面図である。

【図３】 本発明に係る実施形態２の電極形状を示す平
面図である。

【図４】 本発明に係る実施形態３の窒化物半導体発光
素子の構成を模式的に示す断面図である。

【図５】 図４の窒化物半導体発光素子の電極形状を示
す平面図である。

【図６】 本発明に係る実施形態４の窒化物半導体発光
素子の構成を模式的に示す断面図である。

【図７】 実施形態４の窒化物半導体発光素子の半導体
層構造を示す斜視図である。

【図８】 実施形態４の窒化物半導体発光素子における
正電極３５の形状を示す斜視図である。

【図９】 実施形態４の窒化物半導体発光素子における
絶縁膜３７の形状を示す斜視図である。

【図１０】 実施形態４の窒化物半導体発光素子におけ
る電極３１の形状を示す斜視図である。

【図１１】 実施形態４の窒化物半導体発光素子におけ
る絶縁膜３８の形状を示す斜視図である。

【図１２】 実施形態４の窒化物半導体発光素子におけ
る電極３６の形状を示す斜視図である。

【図１３】 実施形態４の窒化物半導体発光素子におけ
る電極３２の形状を示す斜視図である。

【図１４】 実施形態４の窒化物半導体発光素子におけ
る絶縁膜３９の形状を示す斜視図である。

【図１５】 従来例の窒化物半導体発光素子の構成を示
す模式断面図である。

【図１６】 従来例の窒化物半導体発光素子の電極構成
を示す平面図である。

【符号の説明】

１０…発光層、 １１…基板、 １２…ｎ型窒化物半導体層、 １３…ｐ型窒化物半導体層、 １５，３５…正電極、 １６，３２，３６…取り出し電極、 １７，３７，３８，３９…絶縁膜、 １８，１９，２５，２５ａ，２５ｂ，２６，２７，２８
…開口部、 ２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…負電極、 ２２…ｎ型窒化物半導体層１２の外周側面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成されたｎ型窒化物半導体か
   らなる第１半導体層と、該第１半導体層上に動作領域を
   介して形成されたｐ型窒化物半導体からなる第２半導体
   層と、上記第２半導体層上に形成された正電極と、上記
   第２半導体層の一部を除去して露出させた上記第１半導
   体層の表面に形成された負電極とを備えた窒化物半導体
   素子であって、 上記負電極が形成される上記第１半導体層の表面は、上
   記第１半導体層の少なくとも一部の外周側面と連続する
   ように露出されており、かつ上記負電極が上記第１半導
   体層の露出させた表面と該表面に連続する上記外周側面
   とに連続して形成されていることを特徴とする窒化物半
   導体素子。
2. 【請求項２】 上記負電極が形成される上記第１の半導
   体層の表面が上記第２の半導体層を囲むように露出さ
   れ、かつ上記負電極が上記第２の半導体層の少なくとも
   一部を囲むように形成されている請求項１記載の窒化物
   半導体素子。
3. 【請求項３】 上記負電極が形成される上記第１の半導
   体層の表面が上記第２の半導体層の周囲を全て囲むよう
   に露出され、かつ上記負電極が上記第２の半導体層の周
   囲を全て囲むように形成されている請求項１記載の窒化
   物半導体素子。
4. 【請求項４】 上記窒化物半導体素子においてさらに、
   上記正電極の中央部に、上記正電極に接続された取り出
   し電極を設けた請求項３記載の窒化物半導体素子。
5. 【請求項５】 上記第２の半導体層の外周側面と上記正
   電極の外周周辺部とを覆うように絶縁絶縁膜を形成し、
   上記負電極を該絶縁膜を介して上記正電極の外周周辺部
   上まで延在させて形成した請求項３又は４記載の窒化物
   半導体素子。
6. 【請求項６】 上記動作領域が発光領域である請求項１
   〜５のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
7. 【請求項７】 上記正電極が透光性を有する金属薄膜か
   らなり、発光した光を上記正電極を介して出力する請求
   項６記載の窒化物半導体素子。