KR101220130B1

KR101220130B1 - 발광소자

Info

Publication number: KR101220130B1
Application number: KR1020120003765A
Authority: KR
Inventors: 노부히사 스기모리
Original assignee: 산켄덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-01-11
Also published as: CN102738343A; TW201242119A; CN102738343B; KR20120111960A; JP5549629B2; TWI456809B; JP2012209475A

Abstract

(과제)
반도체 발광기능층의 일방의 면에 2개의 전극을 형성한 구성의 발광소자에 있어서, 높은 발광효율 또한 면 내에서 균일한 발광강도를 얻는다.
(해결수단)
발광소자(10)에 있어서는, (1)n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)와 p측 콘택트 개구(제2개구부)(41)가 각각, 사각형에 있어서의 대향하는 2변(상변, 하변)과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 형성된 것, (2)이 2개의 직선 사이에 있어서, 이 2개의 직선과 수직방향으로 연장되는 투명전극(30) 사이의 공극(투명전극 개구부(31))이 복수 형성됨으로써 차광면적을 증가시키지 않아 전류의 균일화를 하여, 발광의 균일화를 실현하고 있다.

Description

발광소자{LIGHT EMITTING ELEMENT}

본 발명은, 반도체(半導體)를 구성하는 재료로서 발광(發光)하는 발광소자(發光素子)의 구조에 관한 것이다.

반도체의 발광다이오드(LED)는 각종 목적으로 사용되고 있다. 예를 들면 이것을 사용한 조명기기(照明機器)는, 종래의 백열전구나 형광등과 비교하여 저소비전력이고 또한 저발열성(低發熱性)이기 때문에, 장래에 있어서 이들을 대체하는 것이 기대되고 있다. 여기에서 LED에 있어서의 p형 반도체층이나 n형 반도체층은, 보통의 경우에 있어서 에피택셜 성장(epitaxial groth)이나 이온주입(ion 注入) 등에 의하여 형성된다. 이 때문에 pn접합면(pn接合面)은 반도체 웨이퍼(半導體 wafer)의 표면과 평행하게 형성되고, p측에 접속된 전극(電極)과 n측에 접속된 전극은, 이 반도체층의 상면과 하면에 나누어서 배치된다. 이들의 전극 사이에 pn접합의 순방향 전류를 흐르게 함으로써 이 발광소자를 발광시킬 수 있다. 이 때에 일반적으로 전극은 이 광(光)을 차단하는 금속으로 구성되기 때문에, 전극이 형성된 장소로부터 광을 나오게 하는 것은 곤란하다. 또한 이 전류가 발광소자 내에서 균일하지 않으면, 균일한 발광을 얻을 수는 없다.

이러한 과제를 해결하는 발광소자의 구체적인 구성에 대한 단면도를 도14에 나타내었다. 이 발광소자(90)에 있어서 발광하는 반도체 발광기능층(半導體發光機能層)(91)은, 하측에 p형 반도체층(92), 상측에 n형 반도체층(93)이 있는 2층 구조가 된다. 반도체 발광기능층(91)의 하면(p형 반도체층(92)의 하면) 전체에는 금속으로 구성된 p측 전극(94)이 형성되고, 반도체 발광기능층(91)의 상면(n형 반도체층(93)의 상면)의 일부에는 금속으로 구성된 n측 전극(95)이 형성된다. 또한 상면 전체에는, n측 전극(95)을 덮어서 투명전극(透明電極)(96)이 형성된다. 투명전극(96)의 재료로서는 예를 들면 ITO(Indium-Tin-Oxide)나 ZnO(Zinc-Oxide) 등이 있고, 이들은 도전성(導電性)임과 아울러 이 발광소자(90)가 발하는 광에 대하여 투명하다. p측 전극(94), n측 전극(95)은, 이것과는 대조적으로 전기저항은 낮지만 투명하지는 않다.

이 구조에 있어서는, 이 발광소자(90)를 동작시키기(발광시키기) 위한 전압은, p측 전극(94)과 n측 전극(95)의 사이에 인가된다. 이 때에 p측 전극(94)은 하면의 전체 면에 형성되고, n측 전극(95)은 상면의 전체 면에 형성된 투명전극(96)과 접속된다. p형 반도체층(92)의 하면 전체 면은 p측 전극(94)으로 덮여 있기 때문에 전위는 동일하다. 또한 투명전극(96)의 존재에 의하여 n형 반도체층(93)의 상면 전체에 있어서의 전위도 대략 동일하게 되기 때문에, 반도체 발광기능층(91) 내에 있어서의 전류는 그 상하방향(pn접합 방향)에 걸쳐서 대략 일정하게 흐른다. 이 때문에 면 내에 있어서 균일한 발광이 얻어진다.

이 때에 도14에서의 상측으로 나오는 광은, 반도체 발광기능층(91)의 좌단부에 있어서는 n측 전극(95)에 의하여 차단되지만, 대부분의 영역에 있어서는 차단되지 않아 투명전극(96)을 투과한다. 이 때문에 도14에서의 점선 화살표로 나타나 있는 바와 같이 균일한 발광을 하도록 할 수 있다. 여기에서 일반적으로는 투명전극(96)의 전기저항은, n측 전극(95)이나 p측 전극(94)보다 높다. 이 때문에 도14의 구성에 있어서 투명전극(96)의 전기저항을 무시할 수는 없어, 간단하게 표면에 투명전극(96)만을 형성한 것으로는 그 바로 아래의 전위를 균일하게 하는 것은 곤란하다. 도14의 구성의 경우에는, 하면 전체 면을 p측 전극(94)으로 덮고 있음으로써 전류분포를 균일하게 하여, 균일한 발광을 얻을 수 있다.

이와 같이 투명전극을 일방(一方)의 극에 접속된 전극으로서 사용하고 또한 반도체 발광기능층에 있어서의 투명전극과 반대측의 전체 면에 타방(他方)의 극에 접속된 전극을 형성함으로써, 반도체 발광기능층 내에 흐르는 전류를 동일하게 할 수 있어, 균일한 발광을 하는 발광소자를 얻을 수 있다.

그러나 예를 들면 GaN계의 반도체(질화물 반도체(窒化物半導體))가 사용되는 경우에는, 양질의 결정을 얻기 위하여 절연성(絶緣性)의 기판 상에 n형 반도체층, 그 위에 p형 반도체층이 에피택셜 성장된 구조가 사용되는 것이 일반적이다. 이러한 경우에 있어서는, 기판을 제거하지 않는 한 도14의 구성과 같이 p측 전극과 n측 전극을 각각 반도체 발광기능층의 다른 측에 형성한 구성을 실현하는 것은 곤란하다.

이 때문에 질화물 반도체가 사용되는 경우에는, 보통은, p측 전극과 n측 전극이 반도체 발광기능층에 있어서의 동일한 주면(主面)측으로부터 선택되는 경우가 많다. 이러한 경우에 있어서는, 도14의 p측 전극(94)과 같이 반도체 발광기능층에 있어서 일방의 주면 전체 면을 덮고 전기저항이 낮은 전극을 사용하는 것은 곤란하다. 이 경우에 면적이 넓은 발광다이오드에 있어서는, 균일한 발광을 얻는 것이 특히 곤란하다. 또한 일반적으로 질화물 반도체에 있어서는, n형 반도체층과 비교하여 p형 반도체층의 전기저항이 높기 때문에 p형 반도체층의 전기저항에 기인하는 불균일도 발생한다.

이러한 점을 개선하기 위하여 p형 반도체층, 투명전극, p측 전극, n측 전극의 구성이나 p측 전극과 투명전극과의 접속부분의 구성을 연구함으로써, 큰 면적에서도 균일한 발광이 얻어지는 구조가 제안되고 있다.

특허문헌1에 기재된 기술에 있어서는, 사각형 모양의 발광다이오드에 있어서, 사각형의 대향(對向)하는 정상부에 n측 전극과 p측 전극이 각각 형성된다. p측 전극에는, n측 전극이 형성된 측의 정상부를 중심으로 한 대략 원주(圓周)를 따르는 2개의 연장부가 형성되어 있고, 이 연장부의 바로 아래에서 투명전극과 접속되어 있다. 또한 투명전극은 도14에 나타나 있는 바와 같은 평면 모양이 아니라, 구멍부가 2차원 배열로 다수 형성된 그물코 모양으로 되어 있다. 또한 p형 반도체층에 있어서도 투명전극의 구멍부에 대응한 오목부가 형성되어 있다. 이 구성에 의하여 pn접합에 흐르는 전류를 면 방향에서 균일화 하여, 균일한 발광을 얻을 수 있다.

또한 특허문헌2에 기재된 기술에 있어서는, 동일한 목적을 위하여 반도체 발광기능층의 일방의 주면 상에 있어서, n측 패드전극(n側 pad電極)으로부터 연장된 선(線) 모양의 n측 전극과, p측 패드전극으로부터 연장된 선 모양의 p측 전극이 다수 사용된 구성이 기재되어 있다. 여기에서 발광소자에 있어서 일방의 측면쪽에 n측 패드전극이, 타방의 측면쪽에 p측 패드전극이 각각 배치되고 또한 n측 전극과 p측 전극이 교대로 평행하게 되는 빗(comb)의 형상으로 배치되어 있다. 이 구성에 있어서는, 평행하게 인접한 n측 전극과 p측 전극의 사이에 일정하게 전류가 흐르기 때문에, 발광소자의 전체 면에 있어서 균일한 발광을 얻을 수 있다.

일본국 공개특허 특개2005-39264호 공보 일본국 공개특허 특개2005-328080호 공보

특허문헌1에 기재된 기술에 있어서는, 그물코 모양의 투명전극이 사용된다. 상기한 바와 같이 투명전극의 전기저항은 높기 때문에, 이 그물코 모양으로 된 장소에 있어서의 저항은 더 높아진다. 이 때문에 이에 기인한 국소적인 전류의 불균일이 발생한다. 또한 이에 따라 국소적인 발열이나 발광다이오드에 있어서의 순방향 강하전압(順方向降下電壓)(VF)의 국소적인 변동 등이 발생하기 쉬워진다. 이러한 경향은 p형 반도체층에 오목부를 형성한 경우에는 더 현저하게 된다. 즉 특허문헌1에 기재된 구조에 있어서도, 전류의 불균일에 기인한 발광의 불균일 해소는 불충분하다.

특허문헌2에 기재된 기술에 있어서는, 광(光)에 대하여 불투명한 p측 전극과 n측 전극이 다수 개 형성되기 때문에 발광효율은 크게 저하된다. 또한 p측 전극과 n측 전극을 사이에 두고 좁은 영역에만 전류가 집중되기 때문에, 국소적으로 보면 발광의 불균일이나 전류집중에 의한 발열의 문제가 발생한다.

즉 반도체 발광기능층의 일방의 면에 2개의 전극을 형성한 구성의 발광소자에 있어서, 높은 발광효율 또한 면 내에서 균일한 발광강도를 얻는 것은 곤란하였다. 이러한 문제는 특히 발광면적이 넓을 경우에 현저하다.

본 발명은 상기의 문제점에 고려하여 이루어진 것으로서, 상기의 문제점을 해결하는 발명을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이하에 기재된 구성으로 하였다.

본 발명의 발광소자(發光素子)는, 제1도전형(第一導電型)을 구비하는 제1반도체층(第一半導體層) 상에 상기 제1도전형과는 반대의 도전형인 제2도전형을 구비하는 제2반도체층이 형성된 반도체 발광기능층(半導體發光機能層)이 사용되고, 상기 반도체 발광기능층에 있어서의 상기 제2반도체층이 형성된 측의 주면(主面) 상에, 상기 제2반도체층과 직접 접촉되는 투명전극(透明電極)과, 상기 투명전극 상에 형성된 절연층(絶緣層)과, 상기 절연층의 상에 형성되고 상기 절연층 내에 형성된 제1개구부(第一開口部)에 있어서 상기 제1반도체층과 직접 접촉되는 제1전극층(第一電極層)과, 상기 절연층 상에 형성되고 상기 절연층 내에 형성된 제2개구부(第二開口部)에 있어서 상기 투명전극과 직접 접촉되는 제2전극층(第二電極層)을 구비하고, 평면에서 볼 때에 있어서의 사각형 모양의 발광소자로서, 상기 제1개구부 및 상기 제2개구부는, 상기 사각형 모양의 대향(對向)하는 2변과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 각각 형성된 부분을 구비하고, 상기 투명전극에는, 상기 2개의 직선의 사이에 있어서, 상기 2개의 직선과 수직의 방향으로 연장되는 투명전극 개구부(透明電極開口部)가 복수 형성되는 것을 특징으로 한다(여기에서 '사각형 모양'이라는 것은 물리적으로 정확한 사각형 모양을 포함하는 대략 사각형 모양인 것을 의미한다. 이하, 본 명세서에서 동일하다).

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은, 상기 2개의 직선과 각각 평행하게 연장되는 선(線) 모양의 형태를 이루는 선모양부와, 상기 선모양부보다 폭이 굵게 된 패드부(pad部)를 각각 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 2변은 상기 사각형 모양의 길이방향을 따르는 2변이며, 상기 제1개구부 및 상기 제2개구부는, 각각 상기 2변측의 단부(端部)측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방(一方)은 상기 2변을 사이에 두고 중앙부에 형성되고, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 타방(他方)은 상기 2변측의 양단부(兩端部)측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1전극층에 있어서의 패드부 및 상기 제2전극층에 있어서의 패드부는, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방이 연장되는 선 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1전극층에 있어서의 패드부 및 상기 제2전극층에 있어서의 패드부는, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방이 연장되는 선 상에 있어서의 상기 2변과 수직의 2변측의 양단부측에 각각 형성되고, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 타방은, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방과 직접 접속된 상기 제1전극층, 상기 제2전극층의 일방에 있어서의 상기 패드부가 형성된 측과 대향하는 변측에 있어서, 상기 대향하는 변측을 따르는 굴곡부(屈曲部)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자는, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중 일방의 선단부와 상기 굴곡부의 선단부 사이의 거리가, 상기 굴곡부가 형성된 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중 타방에 있어서의 상기 사각형 모양의 대향하는 2변과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 형성된 부분과 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방까지의 간격과 동일하게 된 것을 특징으로 한다(여기에서 '동일'이라는 것은 물리적으로 정확한 동일을 포함하는 대략 동일인 것을 의미한다. 이하, 본 명세서에서 동일하다).

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1반도체층은, 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의하여 기판 상에 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자는, 상기 선모양부가 연장되는 일방향(一方向)의 연장 상에 있어서의 상기 기판 상에, 상기 기판 상에 있어서의 반도체층이 부분적으로 제거된 소자분리영역(素子分離領域)을 사이에 두고 다이오드가 형성되고, 상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 상기 소자분리영역을 넘어서 상기 다이오드가 형성된 영역 상으로 연장되고, 상기 반도체 발광기능층을 사용하여 형성된 발광다이오드와 상기 다이오드는, 순방향이 역방향이 되도록 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 패드부는, 상기 다이오드가 형성된 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광소자에 있어서, 상기 제1반도체층은 n형 질화물 반도체(n型窒化物半導體)로 구성되고, 상기 제2반도체층은 p형 질화물 반도체로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 반도체 발광기능층의 일방의 면에 2개의 전극을 형성한 구성의 발광소자에 있어서, 높은 발광효율 또한 면 내에서 균일한 발광강도를 얻을 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시형태에 관한 발광소자를 상면측에서 본 평면도이다.
도2는 본 발명의 제1실시형태에 관한 발광소자의 A-A 방향(a), B-B 방향(b), C-C 방향(c), D-D 방향(d)에 있어서의 단면도이다.
도3은 본 발명의 제1실시형태에 관한 발광소자에 있어서의 n형 GaN층(a), p형 GaN층(b), 투명전극(c), 절연층(d), 전극(e)의 구성을 나타내는 평면도이다.
도4는 본 발명의 제1실시형태에 관한 발광소자에 있어서의 전류경로를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도5는 투명전극 개구부를 형성하지 않은 발광소자에 있어서의 전류경로를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도6은 본 발명의 제1실시형태에 관한 발광소자의 변형예를 상면측에서 본 평면도이다.
도7은 본 발명의 제2실시형태에 관한 발광소자를 상면측에서 본 평면도이다.
도8은 본 발명의 제2실시형태에 관한 발광소자의 E-E 방향(a), F-F 방향(b), G-G 방향(c), H-H 방향(d), I-I 방향(e)에 있어서의 단면도이다.
도9는 본 발명의 제2실시형태에 관한 발광소자에 있어서의 n형 GaN층(a), p형 GaN층(b), 투명전극(c), 절연층(d), 전극(e)의 구성을 나타내는 평면도이다.
도10은 본 발명의 제2실시형태에 관한 발광소자에 있어서의 전류경로를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도11은 본 발명의 제3실시형태에 관한 발광소자의 회로구성을 나타내는 도면이다.
도12는 본 발명의 제3실시형태에 관한 발광소자를 상면측에서 본 평면도이다.
도13은 본 발명의 제3실시형태에 관한 발광소자의 J-J 방향(a), K-K 방향(b), L-L 방향(c)에 있어서의 단면도이다.
도14는 종래의 발광소자에 대한 일례의 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태가 되는 발광소자(發光素子)에 대하여 설명한다. 이 발광소자는, 반도체 발광기능층(半導體發光機能層)에 있어서의 일방(一方)의 주면(主面)측에 p측 전극(애노드)과 n측 전극(캐소드)이 함께 형성된다. 또한 반도체 발광기능층에 있어서의 발광면(發光面)은 사각형 모양을 이루고 있다.

(제1실시형태)

도1은, 제1실시형태가 되는 발광소자(10)를 상면측에서 본 평면도이다. 또한 이 평면도에 있어서의 A-A 방향, B-B 방향, C-C 방향, D-D 방향의 단면도가 각각 도2(a)～도2(d)이다. 또한 이 구성에 있어서의 n형 GaN층(제1반도체층(第一半導體層))(21), p형 GaN층(22), 투명전극(透明電極)(30), 전극(p측 전극(51), n측 전극(52))을 각각 상면(일방(一方)의 주면 : 발광(發光)이 주(主)가 되어 나오는 측)에서 본 평면도가 도3(a)～도3(e)이다. 이 발광소자(10)는 평면에서 볼 때에 있어서 도1에서 좌우방향으로 길이가 긴 사각형 모양이다.

이 발광소자(10)에 있어서 발광하는 반도체 발광기능층(20)은, 기판(基板)(11) 상에 형성되는 것으로서, n형 GaN층(제1반도체층, 이하, n형층이라고 약칭한다)(21), MQW(Multi Quantum Well)층(23), p형 GaN층(제2반도체층(第二半導體層), 이하, p형층이라고 약칭한다)(22)으로 이루어지는 적층구조(積層構造)를 구비한다. 이 구성에 있어서의 주된 발광층은 MQW층(23)이다. 또한 기판(11)으로서는, 예를 들면 사파이어(sapphire), SiC, Si 등 n형 GaN층(21)을 이 위에 헤테로 에피택셜 성장(hetero epitaxial growth)시킬 수 있는 재료를 사용할 수 있다.

여기에서 도3(a)에 나타나 있는 바와 같이 기판(11) 상의 n형층(21)은 도1에 있어서의 구성의 전체 면에 걸쳐서 형성되어 있다. 기판(11)도 마찬가지이다.

p형층(22)은, 도1, 도2(c), 도3(b)의 상변측을 따르는 리세스 영역(recess 領域)(60)에 있어서 부분적으로 제거되어 있다. MQW층(23)에 대해서도 마찬가지이다. 이 때문에 리세스 영역(60)에 있어서는, 반도체 발광기능층(20)의 상면측에는 n형층(21)이 노출되어 있다. 또 상기한 바와 같이 n형층(21)은 전체 면에 걸쳐서 형성되어 있지만, 리세스 영역(60)에 있어서는 n형층(21)도 부분적으로 에칭(etching)되어 파고들어간 형태로 되어 있다. 또 도2(c)에 도면에 나타나 있는 바와 같이 그 단면 형상은 테이퍼(taper) 형상으로 되어 있다.

p형층(22)에 있어서 표면(일방의 주면)의 대부분에는, 투명전극(30)이 7분할되어 형성되어 있다. 투명전극(30) 사이의 공극(空隙)(투명전극 개구부(透明電極開口部)(31))은, 개개의 투명전극(30)의 폭과 비교하여 작게 되어 있다. 또한 도3(c)에 나타나 있는 바와 같이 투명전극(30)은, 리세스 영역(60)에는 형성되지 않는다. 이 구성에 의하여 투명전극(30)은 p형층(22)과 전기적으로 접속된다.

이 투명전극(30)이 형성된 반도체 발광기능층(20) 상에 절연층(絶緣層)(40)이 형성되어 있다. 절연층(40) 내에는, 도3(d)에 나타나 있는 바와 같이 p측 콘택트 개구(p側 contact 開口)(제2개구부)(41)가 도1, 도3(d)에 있어서의 하변측을 따라 개개의 투명전극(30)마다 7군데 형성된다. 이 구성에 의하여 절연층(40)으로 덮인 표면에 있어서, p측 콘택트 개구(41) 내에 투명전극(30)이 노출된다. n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)는, 도3(b)의 리세스 영역(60) 내에 있어서 상변을 따라 형성된다. 이 때문에 절연층(40)으로 덮인 표면에 있어서, n측 콘택트 개구(42) 내에 n형층(21)이 노출된다. 또 절연층(40)은, 리세스 영역(60), 투명전극(30)의 형상에 기인하는 단차부(段差部)도 피복하는 형태가 된다.

p측 전극(제2전극층)(51)은, 도1, 도3(e)에 나타나 있는 바와 같이 하변을 따라 모든 p측 콘택트 개구(제2개구부)(41)를 포함하도록 절연층(40) 상에 선(線) 모양으로 형성된 p측 전극 선모양부(선모양부)(511)를 구비한다. 또한 p측 전극(51)에 있어서는, 좌단부의 영역에서 상측을 향하여 폭이 넓혀진 p측 패드영역(p側 pad領域)(패드부)(512)이 형성된다. 이 구성에 의하여 p측 전극(51)은, 절연층(40) 내의 p측 콘택트 개구(41)를 통하여 투명전극(30)과 접속되어, 간접적으로 p형층(22)과 접속된다.

n측 전극(제1전극층)(52)은, 도1, 도3(e)에 나타나 있는 바와 같이 상변을 따라 n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)를 포함하도록 절연층(40) 상에 선 모양으로 형성된 n측 전극 선모양부(선모양부)(521)를 구비한다. 또한 n측 전극(52)에 있어서는, 우단부에서 하측을 향하여 폭이 넓혀진 n측 패드영역(n側 pad領域)(패드부)(522)이 형성된다. 이 구성에 의하여 n측 전극(52)은, 절연층(40) 내의 n측 콘택트 개구(42)를 통하여 n형층(21)에 직접 접속된다.

또 절연층(40)의 존재에 의하여 p측 전극(51)과 n형층(21), n측 전극(52)과 p형층(22) 등의 사이는 전기적으로 절연된다.

여기에서 기판(11)의 재료로서 Si가 사용되는 경우에는, 특히 실리콘의 단결정기판(單結晶基板)이 사용되며, 불순물이 도핑(doping)되어 고도전성(高導電性)으로 되어 있더라도, 논 도프(non-dope)가 되어 고저항율(高抵抗率)로 되어 있더라도 좋다. 이 위에 양질의 반도체 발광기능층(20)(n형층(21), MQW층(23), p형층(22))이 헤테로 에피택셜 성장될 수 있도록 그 면 방향은 적절하게 설정된다.

n형층(21), MQW층(23), p형층(22)은, MBE법(Molecular Beam Epitaxy法) 혹은 MOCVD법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition法)에 의하여 기판(11) 상에 에피택셜 성장시킬 수 있다. n형층(21)에는 도너(donor)가 되는 불순물이, p형층(22)에는 억셉터(acceptor)가 되는 불순물이 적절하게 도핑된다. n형층(21)의 두께는 예를 들면 5.0μm, p형층(22)의 두께는 예를 들면 0.2μm 정도로 할 수 있다. 또한 MQW층(23)은, 예를 들면 수 nm～수십 nm 두께의 InGaN, GaN 박막이 복수로 적층된 구조를 구비하고, InGaN, GaN의 각 층은 n형층(21), p형층(22)과 마찬가지로 에피택셜 성장에 의하여 형성된다. 이 반도체 발광기능층(20)에 리세스 영역(60)을 형성하기 위해서는, 리세스 영역(60) 이외의 영역에 포토레지스트(photoresist)를 형성하고, 이것을 마스크(mask)로 하여 드라이 에칭(dry etching) 등을 한다. 이 때의 포토레지스트의 형상이나 드라이 에칭 등의 조건을 조정함으로써 리세스 영역(60) 단면(斷面)의 테이퍼 형상(각도)을 조정할 수 있다.

투명전극(30)은, p형층(22)과 오믹접촉(Ohmic contact)이 가능하며 또한 반도체 발광기능층(20)이 발하는 광(光)에 대하여 투명한 재료로서, 예를 들면 ITO(Indium-Tin-Oxide)나 ZnO(Zinc-Oxide) 등으로 구성된다. 또 p형 GaN층(22)과의 사이의 오믹성(Ohmic性)이나 밀착성 등을 향상시키기 위하여 이들의 사이에 광이 충분하게 투과될 정도로 얇은 티탄(Ti)층이나 니켈(Ni)층을 삽입할 수도 있다. 투명전극(30)의 패터닝(patterning)은, (1)전체 면에 상기한 투명전극재료를 성막(成膜)하고, 원하는 장소에 포토레지스트 등의 마스크를 형성한 후에 에칭을 하고, 원하는 장소 이외의 투명전극재료를 제거한다(에칭법), (2)원하는 장소 이외에 포토레지스트 등의 마스크를 형성한 후에 전체 면에 상기한 투명전극재료를 성막하고, 나중에 마스크를 제거함으로써 원하는 장소 이외의 투명전극재료를 제거한다(리프트 오프법(lift-off法))는 방법 중에서 어느 하나의 방법을 사용할 수 있다. 또 투명전극(30)을 구성하는 재료에는 높은 광투과율(光透過率)이 요구되기 때문에, 그 도전율은 p측 전극(51), n측 전극(52)을 구성하는 재료보다 낮다. 이 때문에 투명전극(30)의 전기저항은, 일반적으로 p측 전극(51), n측 전극(52)보다 높다.

절연층(40)은, 충분한 절연성을 구비하고 또한 이 발광소자(10)(반도체 발광기능층(20))가 발하는 광에 대하여 투명한 재료로 구성되며 예를 들면 산화실리콘(SiO₂)으로 구성된다. 그 형성은 예를 들면 CVD법(Chemical Vapor Deposition法) 등을 사용함으로써 투명전극 개구부(31)나 리세스 영역(60)에 기인하는 단차부에 있어서도, 이것을 피복성이 좋게 형성할 수 있다. p측 콘택트 개구(41), n측 콘택트 개구(42)는 상기의 에칭법에 의하여 형성할 수 있다. 또는 반도체 발광기능층(20)에 있어서의 리세스 영역(60) 단면의 테이퍼 각도는, 이 단면이 절연층(40)으로 충분히 피복되도록 조정된다.

p측 전극(51)은, 금(Au) 등 도전성이 높은 금속으로 형성된다. n측 전극(52)은, n형 GaN층(21)과 오믹 접촉이 얻어지는 재료로 구성된다. p측 전극(51), n측 전극(52)의 패터닝은 투명전극(30)의 패터닝과 동일하게 할 수 있다. p측 전극(51), n측 전극(52)을 구성하는 재료에는, 광투과율의 높이는 요구되지 않는다. 이 때문에 이들의 도전율을 투명전극(30)을 구성하는 투명전극재료보다 높게 할 수 있어, p측 전극(51)이나 n측 전극(52) 중의 전기저항(혹은 이들에 의한 전압강하)은 무시할 수 있다. 한편 반도체 발광기능층(20)이 발하는 광은 p측 전극(51), n측 전극(52)을 투과하지 않는다. 또 p측 패드영역(512), n측 패드영역(522)은, 각각 p측 전극(51), n측 전극(52)에 대하여 와이어 본딩(wire bonding)을 할 수 있도록 p측 전극 선모양부(511), n측 전극 선모양부(521)보다 각각 굵게 형성되어 있다.

상기의 구성에 의하여 반도체 발광기능층(20) 내에 있어서 순방향이 되는 전압을 p측 전극(51)과 n측 전극(52)의 사이에 인가하면, 반도체 발광기능층(20)을 발광시킬 수 있다. 여기에서 주된 발광층은 도1, 도3(b)에 나타나 있는 p형층(22)과 동일한 형상의 MQW층(23)이다. 이 때문에 발광에 기여하는 것은, 도3(b)의 리세스 영역(60) 이외의 영역이다. 리세스 영역(60) 이외의 영역으로부터 나온 광은, 주로 투명전극(30) 등이 형성된 상면측을 향하여 나온다. 이 때에 투명전극(30)이나 절연층(40)은 이 광에 대하여 투명하지만, p측 전극(51), n측 전극(52)은 이 광에 대하여 투명이 아니기 때문에 p측 전극(51), n측 전극(52)이 존재하는 장소에서는 이 광이 차단된다. 이에 대하여 도1의 구성에 있어서는, p측 전극(51), n측 전극(52)의 대부분(p측 전극 선모양부(511), n측 전극 선모양부(521))을 좌우방향으로 가늘고 긴 형태로 함으로써 차광(遮光)되는 면적을 작게 하고 있다. 또한 특히 p측 전극 선모양부(511), n측 전극 선모양부(521)를 발광영역의 상하변에 배치함으로써, p측 전극(51), n측 전극(52)에 의한 차광의 영향을 저감시키고 있다.

이 발광소자(10)에 있어서, 균일한 발광이 얻어지는 이유를 이하에서 설명한다. 여기에서 발광의 불균일성은 투명전극(30)이나 p형층(22)의 전기저항이 높은 것에 기인하기 때문에, 이들의 길이가 길어지는 방향에 있어서의 불균일성이 특히 문제가 된다. 이 방향은, 도1의 구성에 있어서는 좌우방향이다. 이 때문에 이하에서는 도1의 특히 좌우방향에 있어서의 균일성에 대하여 설명한다.

이 발광소자(10)의 발광의 균일성을 향상시키기 위해서는, p측 전극(51), n측 전극(52)에 의하여 차광된 장소 이외의 장소에 있어서의 발광강도를 균일하게 하는 것이 요구된다. 이 발광강도는, 주로 도1, 도3(b)의 면 내의 각 점에 있어서의 MQW층(23) 혹은 p형층(22)과 n형층(21)의 사이에 흐르는 전류에 의하여 결정된다. 즉 이 각 점에 있어서 p형층(22)과 n형층(21)의 사이에 흐르는 전류를 균일화 하는 것이 필요하다. 이 때에 특히 p형층(22), 투명전극(30)의 전기저항이나 이들에 있어서의 전압강하의 영향은 무시할 수 없기 때문에, 이 전류분포는 p측 전극(51), n측 전극(52), 투명전극(30) 등의 형상에 크게 의존한다.

n형층(21)으로부터 n측 전극(52)에 전류가 주입되는 장소는 n측 콘택트 개구(42)의 바로 아래이다. 또한 p측 전극(51)으로부터 p형층(22)에 전류가 주입되는 장소는 투명전극(30) 전체의 바로 아래이지만, 투명전극(30)의 전기저항은 높기 때문에 그 중에서도 가장 전류밀도가 높아지는 것은 p측 콘택트 개구(41)의 바로 아래이다. 이 때문에 주된 전류경로는, p측 콘택트 개구(41)로부터 n측 콘택트 개구(42)까지의 사이가 된다.

상기의 구성에 있어서는, 투명전극(30) 사이의 공극(투명전극 개구부(31))으로부터 p형층(22)에 전류가 주입되기 어렵기 때문에, 투명전극(30) 사이의 공극의 바로 아래에 있어서는 p형층(22)에도 전류가 흐르기 어렵게 된다. 이 때문에 p측 콘택트 개구(41)·n측 콘택트 개구(42) 사이에 흐르는 전류의 방향은 제한되어, 전류는 투명전극(30) 바로 아래의 영역에 있어서 주로 투명전극(30)을 따라 흐르기 쉽게 된다. 이 전류경로를 도4에 모식적으로 나타내었다. 이 전류경로는 좌측으로부터 D1～D7로 나타나 있는 바와 같이 투명전극(30)마다 하측(p측 콘택트 개구(41))으로부터 상측(n측 콘택트 개구(42))을 향하여 흐른다.

상기의 구성에 있어서는, 전류경로(D1～D7)의 길이는, p측 콘택트 개구(41)와 n측 콘택트 개구(42) 사이의 거리이며, p측 콘택트 개구(41)와 n측 콘택트 개구(42)는 평행이기 때문에 동일하다. 또한 D1～D7에 대응한 영역에 있어서는 좌우의 단부(端部)(D1, D7)의 영역에만 p측 패드영역(512), n측 패드영역(522)이 각각 형성되어 있는 점만이 다르지만, 투명전극(30)에서 하층의 구조는 동일하다. 이 때문에 D1～D7에 있어서의 전류분포도 동일하게 된다. 즉 좌우방향에 있어서의 균일한 발광을 얻을 수 있다.

특허문헌2에 기재된 기술에 있어서는, p측 전극이나 n측 전극을 교대로 병렬로 복수 형성함으로써 발광을 면 내에서 균일화 하고 있었다. 그러나 p측 전극이나 n측 전극은 발광에 대하여 불투명이기 때문에, 이 구성에 의하여 발광효율은 저하된다. 이에 대하여 이 발광소자(10)에 있어서는, 병렬로 복수 형성되는 것은 투명전극(30) 혹은 이들 사이의 공극이다. 이들에 의하여 그 하부로부터의 발광이 차단되지 않는다. 발광이 크게 차단되는 장소는 도1에서의 좌측 하부의 p측 패드영역(512)과 우측 상부의 n측 패드영역(522)이 있는 장소이지만, p측 패드영역(512)과 n측 패드영역(522)은 구성에 관계없이 본딩용으로 필요한 최저한의 영역이다.

또한 투명전극(30)을 7분할하지 않고, 7개의 투명전극(30)이 일체화된 구성(비교예)으로 하였을 경우에 있어서의 전류분포를 도4와 마찬가지로 도5에 나타내었다. 이 경우에 있어서는, 중앙부에 있어서는 경사방향으로 흐르는 전류성분이 존재하는 것에 대하여, 좌우의 단부 부근에서는 경사방향으로 흐르는 전류성분이 감소된다. 이 때문에 중앙부에서 크고, 좌우 단부의 영역에서 전류가 작아지는 분포가 되어, 발광강도의 분포도 동일하게 된다.

이에 대하여 상기의 발광소자(10)에 있어서는, (1)n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)와 p측 콘택트 개구(제2개구부)(41)가 각각, 사각형에 있어서의 대향(對向)하는 2변(상변, 하변)과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 형성된 것, (2)이 2개의 직선의 사이에 있어서, 이 2개의 직선과 수직의 방향으로 연장되는 투명전극(30) 사이의 공극(투명전극 개구부(31))이 복수 형성된 것에 의하여 도4의 전류분포가 실현되고 있다.

이 때문에 상기한 구성에 있어서는, 차광면적을 증가시키지 않고 전류의 균일화를 하여, 발광의 균일화를 실현하고 있다.

또 상기한 예에서는, 차광영역이 되는 p측 패드영역(512), n측 패드영역(522)은 각각 좌측의 하부, 우측의 상부에 형성되었다. 그러나 p측 전극(51), n측 전극(52)에 있어서의 전기저항이 무시될 수 있는 한 p측 패드영역(512), n측 패드영역(522)의 위치에 의하지 않고, p측 패드영역(512), n측 패드영역(522) 이외의 영역에 있어서의 발광의 균일화 효과가 얻어진다. 예를 들면 도6에 나타나 있는 바와 같이 p측 패드영역(512)을 중앙부보다 약간 좌측의 하측, n측 패드영역(522)을 중앙부보다 약간 우측의 상측에 형성할 수도 있다. 이와 같이 p측 패드영역(512), n측 패드영역(522)은 발광소자의 사용 태양 등에 따라 적절하게 설정할 수 있다.

(제2실시형태)

도7은, 제2실시형태가 되는 발광소자(110)를 상면측에서 본 평면도이다. 또한 이 평면도에 있어서의 E-E 방향, F-F 방향, G-G 방향, H-H 방향, I-I 방향의 단면도가 각각 도8(a)～도8(e)이다. 또한 이 구성에 있어서의 n형층(21), p형층(22), 투명전극(30), 절연층(40), 전극(p측 전극(51), n측 전극(52))을 각각 상면(일방의 주면 : 발광이 주가 되어 나오는 측)에서 본 평면도가 도9(a)～도9(e)이다. 이 발광소자(110)는, 평면에서 볼 때에 있어서, 도7에 나타나 있는 바와 같은 대략 정사각형(1변이 L)을 이루고 있다.

이 발광소자(110)에 있어서 발광하는 반도체 발광기능층(20)은, 상기와 마찬가지로 기판(11) 상에 형성되며, n형층(21), MQW층(23), p형층(22)으로 이루어지는 적층구조를 구비한다.

여기에서 도9(a)에 나타나 있는 바와 같이 기판(11) 상의 n형층(제1반도체층)(21)은 도7에서의 구성의 전체 면에 걸쳐서 형성된 일변(一邊)의 길이가 L인 정사각형으로 되어 있다.

p형층(제2반도체층)(22)은, 도7, 도8(c), 도9(b)의 리세스 영역(60)에 있어서 부분적으로 제거되어 있다. 여기에서 리세스 영역(60)은, 상하방향에 있어서 중앙부에 형성되어 있다.

p형층(22)에 있어서 표면(일방의 주면)의 대부분에는, 투명전극(30)이 형성되어 있다. 투명전극(30)에는, 도7, 도9(c)에 나타나 있는 바와 같이 도면의 상하방향을 길이방향으로 하는 투명전극 개구부(31)가 상하로 6개씩 동일한 간격으로 형성되어 있다. 투명전극 개구부(31) 내에 있어서는, p형층(22)이 부분적으로 노출된다. 또한 도9(c)에 나타나 있는 바와 같이 리세스 영역(60)에는 형성되지 않는다. 이 구성에 의하여 투명전극(30)은 p형층(22)과 전기적으로 접속되고, n형층(21)에는 접속되지 않는다.

이 투명전극(30)이 형성된 반도체 발광기능층(20) 상에 절연층(40)이 형성되어 있다. 절연층(40)에는, 도9(d)에 나타나 있는 바와 같이 p측 콘택트 개구(제2개구부)(41), n측 콘택트 개구(제2개구부)(42)가 형성되어 있다.

p측 콘택트 개구(제2개구부)(41)는, 상부 p측 콘택트 개구부(411)와 하부 p측 콘택트 개구부(416)로 분할되어 있다. 상부 p측 콘택트 개구부(411)는, 도면에 있어서 좌측 상부의 정점(頂點)에서 굴곡된 형상을 이루며, 상부 p측 콘택트 개구부 상변부(412)와 상부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(413)로 이루어진다. 하부 p측 콘택트 개구부(416)는, 이것과 상하대칭의 구성을 이루며, 하부 콘택트 개구부 하변부(417)와 하부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(418)로 이루어진다. 절연층(40)에 있어서의 p측 콘택트 개구(41) 내에 있어서는, 투명전극(30)이 노출된다.

한편 n측 콘택트 개구(42)는, 도9(b)의 리세스 영역(60) 내에 형성된다. 이 때문에 절연층(40)에 있어서의 n측 콘택트 개구(42) 내에 있어서는, n형층(21)이 노출된다. 또 절연층(40)은, 리세스 영역(60), 투명전극(30)의 형상에 기인하는 단차부도 피복하는 형태가 된다.

p측 전극(51)은, 도7, 도9(e)에 나타나 있는 바와 같이 좌변과 상하변에 있어서 p측 콘택트 개구(41)를 포함하는 영역 상에 형성된다. 또한 p측 전극(51)은, p측 전극 상변 선모양부(선모양부)(513), p측 전극 좌변 선모양부(514), p측 전극 하변 선모양부(선모양부)(515)와, 좌변에 있어서 중앙부의 영역에서 우측을 향하여 굵게 되어 있는 p측 패드영역(패드부)(516)으로 구성된다. 이 구성에 의하여 p측 전극(51)은, 절연층(40) 내의 2군데의 p측 콘택트 개구(41)(상부 p측 콘택트 개구부(411), 하부 p측 콘택트 개구부(416))를 통하여 투명전극(30)과 접속되어, 간접적으로 p형층(22)과 접속된다. 또한 이 구성에 의하여 상부 p측 콘택트 개구부(411)와 하부 p측 콘택트 개구부(416) 내의 투명전극(30)이 단일의 연속된 p측 전극(51)에서 접속되고, 차광부가 되는 p측 패드영역(516)은 최저한으로 필요한 1군데에만 형성되어 있다. p측 패드영역(516)이 형성되는 장소는, 발광소자(110)에 있어서의 상하방향의 대칭성을 유지하기 위하여 상하방향의 중앙부로 되어 있다.

n측 전극(52)은, 도7, 도9(e)에 나타나 있는 바와 같이 상하방향의 중앙부에 있어서 좌측으로부터 우측을 향하여 n측 콘택트 개구(42)를 포함하는 영역 상으로 연장되는 n측 전극 선모양부(선모양부)(521)를 구비한다. 또한 n측 전극(52)에 있어서는, 우측의 단부에서 상하측을 향하여 굵게 되어 있는 n측 패드영역(패드부)(522)이 형성된다. 이 구성에 의하여 n측 전극(52)은, 절연층(40) 내의 n측 콘택트 개구(42)를 통하여 n형층(21)에 직접 접속된다. 또 상하방향에 있어서 중앙부의 좌단에는 상기의 p측 패드영역(516)이 존재하기 때문에, n측 콘택트 개구(42), n측 전극(52)은, p측 패드영역(516)에는 도달하지 않는 위치까지 좌측으로 연장되어 있다. 즉 n측 콘택트 개구(42)는 p측 패드영역(516)까지는 도달하지 않고 있다.

상기의 구성에 있어서는, 발광에 기여하는 것은 도9(b)에 나타나 있는 바와 같이 리세스 영역(60) 이외의 영역이다. 리세스 영역(60)은, 도9(b)에 나타나 있는 상하방향의 중앙부에 있는 가늘고 긴 영역이기 때문에, 발광소자(110) 전체의 면적이 차지하는 비율은 적다. 즉 이 발광소자(110)에 있어서는, 발광에 기여하는 면적을 크게 할 수 있다.

또한 이 광을 차단하는 것은, 도9(e)에 나타나 있는 p측 전극(51), n측 전극(52)이다. 이 중에서 p측 전극(51)에 있어서의 p측 전극 상변 선모양부(선모양부)(513), p측 전극 좌변 선모양부(514), p측 전극 하변 선모양부(선모양부)(515)는 상변, 좌변, 하변을 따르는 가늘고 긴 영역이며, 이것에 의한 차광의 영향은 작다. n측 전극(52)에 있어서의 n측 전극 선모양부(선모양부)(521)는, 발광에 기여하지 않는 리세스 영역(60)과 대략 동일한 영역이다. 이 때문에 차광의 영향이 가장 큰 것은 p측 패드영역(516)과 n측 패드영역(522)이다. 다만 이들은 와이어 본딩을 실시하기 위하여 필요한 최소한의 영역이다.

상기의 구성에 있어서는, 상부 p측 콘택트 개구부 상변부(412), 하부 콘택트 개구부 하변부(417)를 각각 상하변을 따라 선 모양으로 형성하고, 이들을 사이에 두고 중앙부에 있어서 이들과 평행하게 n측 콘택트 개구(42)를 선 모양으로 형성하고 있다. 이 구성에 의하여 1변이 L인 정사각형의 발광소자(110)에 있어서, 도7의 상하방향에 있어서의 p측 콘택트 개구(41)(상부 p측 콘택트 개구부 상변부(412), 하부 콘택트 개구부 하변부(417))와 n측 콘택트 개구(42)의 간격을 약 L/2로 저감하고 있다.

즉 이 발광소자(110)에 있어서는, n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)를 상하 2변을 사이에 두고 중앙부에 형성하고, p측 콘택트 개구(제2개구부)를 이들 2변측의 양단부측에 형성함으로써, 이들 사이의 전류경로의 길이를 제1실시형태와 동일한 구성으로 하였을 경우와 비교하여, 약 1/2로 하고 있다. 이에 따라 이 방향에 있어서의 전류분포를 균일화 할 수 있다.

또한 도7에서의 상반부, 하반부의 영역에 있어서의 투명전극(30) 내에는, 각각 투명전극 개구부(31)가 6개씩 형성되어 있다. 이 투명전극 개구부(31)는, 제1실시형태에 있어서의 투명전극(30) 사이의 공극과 동등하다.

이 때문에 도7에서의 상반부, 하반부의 각각에 있어서, 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 우측에 있어서는, 제1실시형태에 관한 발광소자(10)가 각각 형성되어 있다고 생각할 수 있다. 즉 도7에서의 상반부, 하반부 각각에 있어서의 대부분의 영역에서 균일한 발광을 얻을 수 있다.

또한 n측 패드영역(522), p측 패드영역(516)을 n측 콘택트 개구(제1개구부)(42)가 연장되는 선 상의 양단부측에 형성하여, n측 콘택트 개구에서 보아서 상하대칭의 구성을 실현하고 있다. 이 때문에 상반부, 하반부에 있어서의 발광도 대칭이 된다. 이 때문에 도7에서의 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 우측에 있어서는, 발광에 기여하지 않는 리세스 영역(60)과 차광영역(p측 전극(51)이 있는 영역 및 n측 패드영역(522)이 있는 영역) 이외의 면 내에 있어서, 균일한 발광을 얻을 수 있다.

그러나 제1실시형태에 관한 발광소자(10)와 크게 다른 것은, p측 패드영역(516)의 존재 때문에 n측 콘택트 개구(42)가 좌단부까지 도달하지 않고 있는 점이다. 이 때문에 도7에 있어서의 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 좌측의 영역은 제1실시형태에 관한 발광소자(10)와는 다르다.

이상의 점을 고려하여 p측 콘택트 개구(41)로부터 n측 콘택트 개구(42)로 전류가 흐르는 경로를 화살표로 나타낸 것이 도10이다. 상기한 바와 같이 상반부에 있어서의 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 우측에 있어서의 전류경로는 제1실시형태와 동등하며, D11～D16으로 되어 있다. 하반부에 있어서는, 이들과 방향이 상하가 역전된 모양으로 D17～D22로 되어 있다. 제1실시형태와 마찬가지로 D11～D16, D17～D22에 있어서의 전류분포는 각각 동등하다. 또한 이 발광소자(110)는 n측 콘택트 개구(42)에서 보아서 상하대칭의 구조를 구비하기 때문에, 결국 전류경로(D11～D22)에 따른 전류분포도 대칭이 된다. 이 때문에 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 우측에 있어서는, 면 내에서 균일한 발광이 얻어진다.

한편 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 좌측의 영역에 있어서의 상반부에 있어서 지배적인 전류경로가 D31, 마찬가지로 하반부에 있어서 지배적인 전류경로가 D32이다. 이들은 모두 p측 콘택트 개구(41)로부터 n측 콘택트 개구(42)까지의 최단거리의 경로로 되어 있다. D31은 상부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(413)의 선단부(하단부)로부터 n측 콘택트 개구(42)의 좌단부까지로 되어 있고, D32는 하부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(418)의 선단부(상단부)로부터 n측 콘택트 개구(42)의 좌단부까지로 되어 있다. D31, D32의 전류경로의 방향은, D11 등과는 달리 도10에서의 상하방향으로부터 경사진 각도로 되어 있다.

상기의 발광소자(10)에 있어서는, D31, D32의 경로의 길이를 D11 등과 같이 L/2로 한다. 즉 n측 콘택트 개구(42)의 선단부와 굴곡부(상부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(413), 하부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(418))의 선단부까지의 거리를, 상부 p측 콘택트 개구부 상변부(412)와 n측 콘택트 개구(42)의 간격, 하부 콘택트 개구부 하변부(417)와 n측 콘택트 개구(42)의 간격과 동일하게 하고 있다. 이 구성은, p측 콘택트 개구(41)(상부 p측 콘택트 개구부(411), 하부 p측 콘택트 개구부(416))에 있어서, 굴곡부(상부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(413), 하부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(418))를 형성함으로써 실현이 가능하다. 또는 D31, D32의 경로의 길이를 D11 등과 엄밀하게 동일하게 하지 않는 경우에도, 이러한 굴곡부를 p측 콘택트 개구(41)에 형성함으로써, D31, D32의 경로의 길이를 D11 등에 가깝게 하는 것이 가능하다.

이 구성에 의하여 도10에서의 가장 좌측의 투명전극 개구부(31)보다 좌측의 영역에 있어서의 발광강도를, 이보다 우측의 영역에 있어서의 발광강도와 동등하게 할 수 있다. 이에 따라 발광에 기여하지 않는 리세스 영역(60)과, p측 전극(51), n측 전극(52)에 의하여 차광된 좁은 영역 이외의 전체 면에 있어서의 발광소자(10)에 있어서의 발광강도를 면 내에서 균일하게 할 수 있다.

즉 이 발광소자(110)는, 높은 발광효율 또한 발광강도에 있어서의 높은 면 내 균일성을 구비한다.

또 상기한 구성에 있어서, n측 콘택트 개구, n측 전극 등과, p측 콘택트 개구, p측 전극 등을 역전시키더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것은 분명하다. 즉 상하방향의 중앙부에 p측 콘택트 개구 등을 형성하고, 상하변, 좌변을 따라 리세스 영역, n측 콘택트 개구 등을 형성하더라도 동일하다. 즉 제1개구부, 제2개구부 중에서 일방을 상하변을 사이에 두고 중앙부에 형성하고, 제1개구부, 제2개구부 중에서 타방을 상하변측의 양단부측에 형성하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한 제1, 제2실시형태에 있어서는, 반도체 발광기능층이 기판 상에 형성되지 않고 있더라도, 상기한 효과를 얻을 수 있다는 것은 분명하다. 또한 기판이 사용되는 경우에 기판과 반도체 발광기능층의 사이에, 반도체 발광기능층의 결정성을 높이기 위한 완충층(緩衝層)을 삽입할 수도 있다. 2개의 전극을 반도체 발광기능층의 동일 주면측에 형성하는 한 기판이나 완충층은 절연성이더라도 도전성이더라도 좋다.

(제3실시형태)

제3실시형태에 관한 발광소자(210)는, 제1실시형태에 관한 발광소자(10)와 유사의 구성을 구비하는 발광다이오드와 보호다이오드(다이오드)가 기판 상에서 온 칩(on-chip)으로 접속된 구성을 구비한다. 이 구성의 발광소자(210)의 회로도가 도11에 기재되어 있다. 여기에서는, 발광다이오드(220)와 보호다이오드(230)가 역방향으로 접속되어 있다. 이 경우에 발광다이오드(220)에 과대한 전압이 인가된 경우에, 보호다이오드(230)가 제너효과(zener 效果)에 의하여 온 상태가 되어 전류가 바이패스 됨으로써 발광다이오드(220)가 보호된다.

도12는, 이 발광소자(210)의 구성을 도1과 마찬가지로 나타내는 평면도이다. 또한 도13(a)～도13(c)는, 각각 이 발광소자(210)에 있어서의 보호다이오드부 주변의 J-J 방향, K-K 방향, L-L 방향의 단면도이다. 여기에서는, 발광다이오드(220)에 있어서의 반도체 발광기능층(20)은 제1, 제2실시형태와 동일한 재료로 기판 상에 형성된다. 또한 보호다이오드(230)를 구성하는 재료도, 동일한 재료로 동일 기판 상에 형성된다. 이들은 동일한 기판(11) 상에 형성된다.

도12에 있어서의 X로 나타나 있는 영역은, 제1실시형태에 관한 발광소자(10)와 유사한 구성을 구비하는 영역이다. 이 구성에 있어서는, p측 패드영역(511)은 제1실시예에서는 좌측에 배치되어 있는 것에 대하여, 여기에서는 우측에 배치되어 있는 점만이 다르다. 이 때문에 여기에서는 이에 대한 상세한 것에 관해서는 생략한다.

한편 도12에 있어서의 Y로 나타나 있는 영역은, 보호다이오드(230)가 형성된 영역이다. 이 보호다이오드는, 발광다이오드(220)에 있어서의 반도체 발광기능층(20)과 동일한 구성을 이용하고 있기 때문에, 발광다이오드(220)와 보호다이오드(230)를 동일한 기판(11) 상에 형성할 수 있다. 즉 기판(11) 상에 n형층(21), MQW층(23), p형층(22)을 순차적으로 형성하고, 이들을 패터닝 함으로써 도12에서의 X로 나타나 있는 영역에 있어서는 발광다이오드(220)를, Y로 나타나 있는 영역에 있어서는 보호다이오드(230)를 형성한다. 이들 사이의 영역(소자분리영역(素子分離領域)(300))에 있어서, p형층(22), MQW층(23), n형층(21)을 에칭에 의하여 제거함으로써 발광다이오드(220)와 보호다이오드(230)를 전기적으로 분리할 수 있다. 그 후에 p측 전극(51), n측 전극(52)을 도11에서의 회로가 구성되도록 접속함으로써 발광소자(210)가 얻어진다.

도12, 도13에 나타나 있는 바와 같이 절연층(40)은, 소자분리영역(300)을 넘어서 영역(Y)을 포함하는 발광소자(210)의 전체 면에 형성되어 있다. 이 때에 소자분리영역(300)에 있어서 p형층(22), MQW층(23), n형층(21)이 에칭된 홈의 측면이 절연층(40)에 의하여 피복되고 또한 이 홈이 절연층(40)으로 메워진 형태가 된다. 또한 하측의 p측 전극(51), 상측의 n측 전극(52)은 소자분리영역(300)을 넘어서 영역(Y)까지 연장되어 있다.

도12에서의 J-J 방향의 단면도인 도13(a)에 나타나 있는 바와 같이 영역(Y)에 있어서는, p측 전극(51)은 절연층(40) 내의 보호다이오드 제1콘택트 개구부(43) 내에서 n형층(21)에 접속된다. 이에 따라 p측 전극(51)은 영역(Y)에 있어서의 n형층(21)에 접속된다. 또한 n측 전극(52)은 절연층(40) 내의 보호다이오드 제2콘택트 개구부(44) 내에서 투명전극(30)에 접속된다. 이에 따라 n측 전극(52)은 영역(Y)에 있어서의 p형층(22)에 간접적으로 접속된다.

영역(Y)에 있어서의 n형층(21), MQW층(23), p형층(22)에 의하여 보호다이오드(230)가 형성된다. 이 때문에 상기한 구성에 의하여 도11에서의 회로구성이 실현된다. 즉 이 구성에 의하여 영역(X)에 있어서 반도체 발광기능층(20)으로 구성된 발광다이오드와, 영역(Y)에 있어서 형성된 보호다이오드가, 순방향이 역방향이 되도록 병렬로 접속된다.

이 발광소자(210)에 있어서는, 제1실시형태에 관한 발광소자(10)와 동일한 구성을 구비한 발광다이오드(220)가 우측에 형성되어 있기 때문에, 발광강도가 높은 균일성이 얻어진다. 한편 보호다이오드(230)가 동일한 기판(11) 상에 형성되어 있기 때문에, 서지(serge) 등에 의하여 파손되기 어려워서 높은 신뢰성이 얻어진다. 또한 발광다이오드(220)와 보호다이오드(230)가 동시에 얻어지기 때문에, 이 발광소자(210)를 저비용화 할 수 있다.

또 상기한 구성에 있어서는, p측 패드영역(511), n측 패드영역(521)을 영역(X)에 있어서의 우측에 배치하였지만, 이들을 형성하는 장소는 임의이다. 예를 들면 이들을 영역(Y)에 형성하면, 영역(X)에 있어서는 차광면적이 작아지기 때문에 높은 발광효율이 얻어진다. 반대로 p측 패드영역(511), n측 패드영역(521)을 영역(X)에 배치하면, 보호다이오드(230)의 면적을 크게 잡는 것이 가능하게 되기 때문에, 서지 등에 대한 내성(耐性)을 더 높일 수 있다.

또한 상기한 예에 있어서는, Si 기판을 사용하여 n형층(21), MQW층(23), p형층(22)으로 이루어지는 동일한 적층구조를 영역(X, Y)에 있어서 사용하고 있지만, 예를 들면 영역(Y)에 있어서만 이온주입 등을 실시함으로써 이들 층의 특성을 영역(X, Y)에서 다르게 되도록 할 수도 있다. 이에 따라 보호다이오드(230)로서의 더 양호한 특성을 얻을 수도 있다.

또한 상기한 구성에 있어서는, 반도체 발광기능층(20)으로서, 제1반도체층으로서 n형 GaN층(21), 발광층으로서 MQW층(23), 제2반도체층으로서 p형 GaN층(22)이 기판(11) 상에 형성된 예에 대하여 기재하였다. 그러나 MQW층(23)을 사용하지 않는 경우에도 단순한 pn 접합을 사용한 발광다이오드(LED)로서 동작하는 것은 분명하다. 또는 발광층으로서 상기한 구성의 MQW층 이외의 구성의 것을 사용할 수도 있다. 또한 GaN 이외의 재료로 반도체 발광기능층을 구성할 수도 있다. 이 경우에 발광파장에 따라 반도체 재료를 설정할 수 있다.

또한 상기한 예에서는 기판(11)측에 n형 반도체층(제1반도체층)을, 그 위에 p형 반도체층(제2반도체층)을 형성하였지만, 상측의 반도체층에 있어서의 도전율이 낮은 경우에는, 이들의 도전형이 반대이더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것은 분명하다. 즉 제1반도체층과 제2반도체층의 도전형이 반대이고, 이들의 반도체층에 접속되는 2개의 전극이 반도체 발광기능층의 일방의 주면측에 있어서 형성된 구성이면, 상기한 구성은 유효하다.

또한 에피택셜 성장에 있어서, 기판 상에 우선 처음에 도전성이 높은 n형층이 형성되고, 그 위에 도전성이 낮은 p형층, 투명전극이 형성되는 구조에 있어서, 특히 상기한 구성이 유효한 것은 분명하다. 이러한 구성은, 특히 상기와 같은 GaN을 비롯한 질화물 반도체에 있어서 특히 현저하게 되기 때문에, 상기한 구성은 이 재료를 사용한 발광소자에 있어서 특히 유효하다. 또한 Si 이외의 재료로 이루어지는 기판을 사용하였을 경우에 있어서도 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것은 분명하다.

또한 상기한 예에서는, 반도체 발광기능층 등의 단부(端部)나 소자분리영역 내의 홈의 단면(斷面)을 테이퍼 형상으로 하고, 이것을 절연층을 통하여 n측 전극이나 p측 전극으로 덮는 형태로 하였다. 그러나 이들 장소에 있어서, 절연층에 의하여 n측 전극, p측 전극과 p형층, n형층과의 사이의 절연성이 유지되는 경우이면, 테이퍼 형상으로 할 필요는 없다.

또한 상기한 예에서는, 발광소자를 사각형 모양인 것으로 하였지만, 상기한 효과를 얻을 수 있는 한 엄밀한 사각형 모양일 필요는 없다.

10, 90, 110, 210 : 발광소자
11 : 기판
20, 91 : 반도체 발광기능층
21 : n형 GaN층(제1반도체층)
22 : p형 GaN층(제2반도체층)
23 : MQW층(발광층)
30, 96 : 투명전극
31 : 투명전극 개구부
40 : 절연층
41 : p측 콘택트 개구(제2개구부)
42 : n측 콘택트 개구(제1개구부)
43 : 보호다이오드 제1콘택트 개구부
44 : 보호다이오드 제2콘택트 개구부
51, 94 : p측 전극(제2전극층)
52, 95 : n측 전극(제1전극층)
60 : 리세스 영역
92 : p형 반도체층
93 : n형 반도체층
220 : 발광다이오드
230 : 보호다이오드(다이오드)
300 : 소자분리영역
411 : 상부 p측 콘택트 개구부(p측 콘택트 개구)
412 : 상부 p측 콘택트 개구부 상변부
413 : 상부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(굴곡부)
416 : 하부 p측 콘택트 개구부(p측 콘택트 개구)
417 : 하부 콘택트 개구부 하변부
418 : 하부 p측 콘택트 개구부 굴곡부(굴곡부)
511 : p측 전극 선모양부(선모양부)
512, 516 : p측 패드영역(패드부)
513 : p측 전극 상변 선모양부(선모양부)
514 : p측 전극 좌변 선모양부
515 : p측 전극 하변 선모양부(선모양부)
521 : n측 전극 선모양부(선모양부)
522 : n측 패드영역(패드부)

Claims

제1도전형(第一導電型)을 구비하는 제1반도체층(第一半導體層) 상에 상기 제1도전형과는 반대의 도전형인 제2도전형을 구비하는 제2반도체층이 형성된 반도체 발광기능층(半導體發光機能層)이 사용되고, 상기 반도체 발광기능층에 있어서의 상기 제2반도체층이 형성된 측의 주면(主面) 상에, 상기 제2반도체층과 직접 접촉되는 투명전극(透明電極)과, 상기 투명전극 상에 형성된 절연층(絶緣層)과, 상기 절연층의 상에 형성되고 상기 절연층 내에 형성된 제1개구부(第一開口部)에 있어서 상기 제1반도체층과 직접 접촉되는 제1전극층(第一電極層)과, 상기 절연층 상에 형성되고 상기 절연층 내에 형성된 제2개구부(第二開口部)에 있어서 상기 투명전극과 직접 접촉되는 제2전극층(第二電極層)을 구비하고, 평면에서 볼 때에 있어서의 사각형 모양의 발광소자(發光素子)로서,
상기 제1개구부 및 상기 제2개구부는, 상기 사각형 모양의 대향(對向)하는 2변과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 각각 형성된 부분을 구비하고, 상기 투명전극에는, 상기 2개의 직선의 사이에 있어서, 상기 2개의 직선과 수직의 방향으로 연장되는 투명전극 개구부(透明電極開口部)가 복수 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제1항에 있어서,
상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은, 상기 2개의 직선과 각각 평행하게 연장되는 선(線) 모양의 형태를 이루는 선모양부와, 상기 선모양부보다 폭이 굵게 된 패드부(pad部)를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제2항에 있어서,
상기 2변은 상기 사각형 모양의 길이방향을 따르는 2변이며, 상기 제1개구부 및 상기 제2개구부는, 각각 상기 2변측의 단부(端部)측에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제2항에 있어서,
상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방(一方)은 상기 2변을 사이에 두고 중앙부에 형성되고, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 타방(他方)은 상기 2변측의 양단부(兩端部)측에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제4항에 있어서,
상기 제1전극층에 있어서의 패드부 및 상기 제2전극층에 있어서의 패드부는, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방이 연장되는 선 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제4항에 있어서,
상기 제1전극층에 있어서의 패드부 및 상기 제2전극층에 있어서의 패드부는, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방이 연장되는 선 상에 있어서의 상기 2변과 수직의 2변측의 양단부측에 각각 형성되고,
상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 타방은, 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방과 직접 접속된 상기 제1전극층, 상기 제2전극층의 일방에 있어서의 상기 패드부가 형성된 측과 대향하는 변측에 있어서, 상기 대향하는 변측을 따르는 굴곡부(屈曲部)를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제6항에 있어서,
상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중 일방의 선단부와 상기 굴곡부의 선단부 사이의 거리가, 상기 굴곡부가 형성된 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중 타방에 있어서의 상기 사각형 모양의 대향하는 2변과 평행하게 연장된 2개의 직선을 따라 형성된 부분과 상기 제1개구부, 상기 제2개구부 중의 일방까지의 간격과 동일하게 된 것을 특징으로 하는 발광소자.
제2항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1반도체층은, 에피택셜 성장(epitaxial growth)에 의하여 기판 상에 형성된 것을 특징으로 하는 발광소자.
제8항에 있어서,
상기 선모양부가 연장되는 일방향(一方向)의 연장 상에 있어서의 상기 기판 상에, 상기 기판 상에 있어서의 반도체층이 부분적으로 제거된 소자분리영역(素子分離領域)을 사이에 두고 다이오드가 형성되고,
상기 제1전극층 및 상기 제2전극층은 상기 소자분리영역을 넘어서 상기 다이오드가 형성된 영역 상으로 연장되고, 상기 반도체 발광기능층을 사용하여 형성된 발광다이오드와 상기 다이오드는, 순방향이 역방향이 되도록 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제9항에 있어서,
상기 패드부는, 상기 다이오드가 형성된 영역 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자.
제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 제1반도체층은 n형 질화물 반도체(n型窒化物半導體)로 구성되고, 상기 제2반도체층은 p형 질화물 반도체로 구성된 것을 특징으로 하는 발광소자.