KR101332053B1 - 반도체 발광 소자 - Google Patents

Abstract

발광 구조 밖에 형성되는 전극에 투광성 전극을 이용하여, 소자의 저저항화, 고출력화, 고전력 효율화(1m/W), 높은 양산성·저코스트화 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는 그 대부분을 실현하는 발광 소자를 제공한다. 제1, 2 도전형 반도체층을 포함하는 반도체 구조에, 발광 구조부와, 제1 도전형 반도체층, 발광 구조부의 제2 도전형 반도체층에 각각 형성된 제1 전극, 제2 전극과, 제2 도전형 반도체층 상의 적어도 일부에 형성된 투광성 절연막을 갖고, 제2 전극이, 제2 도전형 반도체층의 적어도 일부를 피복하는 투광성 도전막의 제1층과, 투광성 절연층 상의 적어도 일부에 형성되고, 제1층에 도통하는 제2층을 갖고, 제1층의 표면측과, 투광성 절연막과 반도체 구조의 경계 영역에 각각 광반사부가 형성되며, 투광성 절연막의 제2층측 표면이, 제1층의 표면보다 반도체 구조로부터 떨어져 있는 반도체 발광 소자.

투광성 절연막, 반도체 발광 소자, 차광성 전극, 투광성 도전막, 도전형 반도체층, 백금족 원소, 패드 전극, 산화 인듐

Description

반도체 발광 소자{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING ELEMENT}

본 발명은, 반도체의 발광 소자에 관한 것으로, 특히 발광 소자의 전극 구조 에 관한 것이다.

질화물 반도체를 이용한 발광 소자는, 그 와이드 밴드 갭 특성으로부터, 근자외부터 적색 영역에서 발광이 얻어지기 때문에, 여러 가지의 연구가 이루어지고 있다. 질화물 반도체 발광 소자의 일반적인 기본 구조는, 기판 상에, n형 질화물 반도체, 활성층, p형 질화물 반도체를 적층한 구조로서, p형층, 일부 노출된 n형층에 각 전극이 형성된 구조로 되고, 전극 구조를 포함하는 발광 소자 구조에 대하여 연구되고 있다. 특히, 그 고출력화를 목표로 하여, 다양한 발광 소자 구조, 및 전극 구조가 제안되어 있다.

종래의 제안으로서,

(1) JP-H08-250769A, JP-H09-129921A, WO98-42030A, JP-H10-173224A에 개시되는 바와 같이, 발광 구조부 상에 형성되는 p전극에 대하여, ITO 등의 투명 전극을 이용하여, 일부에 절연막의 전류 저지부를 형성하여, 투명 전극부를 선택적으로 발광시키는 것,

(2) JP-2003-124517A에 개시되는 바와 같이, 외부 접속부와 발광부를 분리하는 그 밖의 구조,

(3) n전극 등의 전극 2층 구조로서, 상층에 금속층·반사층을, JP-2003-124517A와 같이 일부에, 혹은, JP-2005-197289A, JP-2004-179347A, JP-2005-317931A와 같이 전부에, 겹쳐서 형성하는 구조가 있다.

전술한 종래의 구조에서는, 특히 투명 전극의 영역에서 광취출로 하는 구조에서는 그 전극의 시트 저항이 높아지고, 그러한 구조에서, 선택 발광·부분적인 전류 저지부의 구조를 부가하는 경우에는 소자 저항이 높아지며, 또한 선택 발광·전류 주입부에서의 광손실이 증가하는 경향이 있으며, 나아가서는 전력 효율(W.P.E.)이 저하하는 경향이 있다. 반도체 발광 소자의 조명 용도 등에의 응용, 범용화에서, 높은 양산성, 저코스트화와, 광출력, 전력 효율의 향상이 필요로 된다. 특히 후자, 전력 효율은, Vf 등의 소자 저항을 저감하며, 또한 발광 특성, 광취출 효율의 향상이 필요로 되기 때문에, 곤란한 요청으로 되는 경우가 있다.

또한, 다른 관점으로부터 종래의 제안으로서, n형층에 형성되는 n전극에 대하여,

(1) JP-2003-060236A, JP-2005-317931A에 개시되는 바와 같이, ITO 등의 투명 전극을 이용하는 것,

(2) JP-2001-102631A, 상기 JP-2003-133590A와 JP-2004-179347A와 JP-2005-317931에 개시되는 바와 같이, 2층 구조로서, 상층에 금속층·반사층을 일부, 전부에 겹쳐서 형성하는 구조

가 있다. 또한 다른 제안으로서, 활성층으로부터의 발광에 대하여, JP-2001-102631A에 n전극의 높이를 낮게 하여 차광 효과를 억제하는 것, JP-2004-128321A에 n전극의 측면을 경사시켜 반사 효과를 높이는 것, 등이 있다.

여기서, JP-[번호]A의 표기는, 일본의 특허 공개 공보 번호를 나타내며, WO[번호]A의 표기는 국제 공개 번호를 나타낸다.

본 발명자들은, 전술한 종래 기술에서, 외부 접속부에서의 발광 제어, 투명 전극에 의한 광출사하는 구조에서는, 발광 특성, 전기 특성의 향상이 곤란한 것, 광취출 영역에 형성된 투명 전극에 의한 광반사에서 많은 광손실이 있는 것을 신규로 발견하고, 그 지견에 기초하여, 투명 전극의 광취출 영역 및/또는 전류 주입·발광 영역에서의 광반사를 바람직하게 제어하여, Vf·소자 저항의 상승을 억제하여, 광취출 효율의 향상, 나아가서는 전력 효율을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명의 구체적인 과제는, 발광 구조 밖에 형성되는 전극에 투광성 전극을 이용하여, 소자의 저저항화, 고출력화, 발광 효율(1m/W), 전력 효율(W.P.E)의 향상, 높은 양산성·저코스트화 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는 그 대부분을 실현하는 발광 소자를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 형태에 따른 과제는, 발광 구조 밖에 형성되는 전극에 투광성 전극을 이용하여, 상기 발광 소자를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 청구항 1의 반도체 발광 소자에 의해, 제2층 형성 영역에 개재하는 투광성 절연막 표면이, 제1층의 피복 영역의 전류 주입 영역, 발광 영역, 광취출 창영역에서의 제1층 표면으로부터 떨어져서 형성되고, 그 각각의 반사 영역에서, 바람직한 광반사, 즉, 피복 영역에서의 제1층의 투광성 도전막에 의한 광흡수의 저감, 주로 금속 등의 차광성, 광흡수로 되는 제2층에서의 투광성 절연막에 의한 광반사의 향상으로 할 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따른 청구항 11의 반도체 발광 소자에 의해, 피복 영역의 제1층의 투광성 도전막과, 그 표면 상의 절연성 보호막에 의해, 반도체 구조와의 경계 영역에서의 광반사 영역으로서, 그 광반사에서의 광손실이 큰 투광성 도전막의 막두께를 작게 하여, 대부분의 광을 절연성 보호막에서 반사시키고, 한편, 제2층의 투광성 절연막 영역에서는, 금속 등의 차광성 전극에 도달하는 광을 그 경계 영역에서 반사시키며, 또한 후막의 절연막에 의해 광손실이 낮은 바람직한 광반사 영역으로 할 수 있다.

상기 제1, 2의 양태에서, 이하의 형태이면, 또한 바람직하다.

피복 영역의 투광성 도전막(제1층)이 λ/2n₁ 이하의 박막으로 형성되는 형태에 의해, 그 광반사 영역에서의 광의 누설 성분이 감쇠 계수가 높은 투명 도전막에서의 광손실을 낮게 억제하고, 한편, λ/2n₂ 이상의 후막으로 감쇠 계수가 낮은 투광성 절연막에 의해, 광손실이 낮은 바람직한 광반사 제2층에 도달하는 광량을 줄 일 수 있다. 피복 영역의 제1층 표면에, 감쇠 계수가 낮은 투광성의 광투과 부재를 구비하는 형태에 의해, 상기 피복 영역에서의 광반사에서, 광손실이 낮은 광투과 부재 중에서 대부분의 광누설 성분이 광반사된다. 그 피복 영역에서의 광투과 부재의 절연성 보호막과, 제1층의 투광성 도전막에 의해, 반도체 구조의 내부의 광에 대한 광반사의 경계 영역이 형성되는 형태로, 전술한 바와 같은 광손실이 저감된 광반사를 실현할 수 있다.

절연막 표면이 투광성 부재보다 위인 형태로, 제2층 아래의 후막의 투광성 절연막에 의해, 반도체 구조에서 바람직한 광반사면, 특히 전반사로 할 수 있고, 한편, 광취출 창영역에서의 박막의 보호막에 의해, 광반사율을 낮게 하여 바람직한 취출을 할 수 있다. 반도체 구조 표면의 반사 영역에서의 광반사의 광누설 영역으로 되는 1파장분(λ/n₁), 혹은 그 전후 1/4 파장분(λ/n₁±λ/2n₁)의 범위 내에, 절연막, 또한 그 표면에 보호막이 형성되는 형태로, 그 감쇠 계수가 낮은 막에 의해, 광손실을 낮게 하고, 광반사 기능을 높여, 반사율을 낮게 할 수 있다. 또한, 각 막의 굴절률 n_{1 , 2}가 반도체의 굴절률 n_s보다 작은, ns>n_{1 , 2}의 형태이면, 그 광반사 기능을 높일 수 있다. 이와 같이, 제1층의 피복 영역과 제2층·절연막 영역을 각각 원하는 부재, 각 영역·두께로 구성함으로써, 반도체 구조 표면의 상호의 영역(피복 영역과 절연막 영역)을 광학적으로 분리하여, 한쪽에서 바람직한 광취출, 다른 쪽에서 바람직한 내부 반사, 광취출부로부터의 분리를 실현할 수 있다.

제1층의 피복 영역을 광취출의 창영역으로 하고, 거기에 제2층의 외부 접속 부로부터 신장하여, 전류 확산하는 연신부를 구비한 형태로, 발광 특성, 전류 확산성이 우수한 바람직한 발광 구조로 할 수 있으며, 또한 제2층의 연신부에 투광성 절연막을 개재하는 형태로, 전류 확산성 향상, 소자 저항 저감을 할 수 있고, 또한 바람직한 광취출을 실현할 수 있다. 투광성 절연막 상에 연장하는 제1층이 제2층과 겹치는 형태로, 서로 도통함으로써, 제2층이 절연막 끝부 밖으로 연장하여 광손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있고, 한편, 상기 광반사에서, 광반사·누설 영역의 외측의 절연막 상에서 감쇠 계수가 높은 투광성 도전막을 형성함으로써, 광손실을 낮게 억제할 수 있다.

절연막 외연을 박막으로 하는 형태, 상기 반도체 구조면 내의 피복 영역(제1층)과 절연막 영역(제2층)의 경계 근방에 위치하는 절연막의 끝부 부근을 박막으로 하는 형태로, 상기 영역 간에 가로 놓이는 각 막(제1, 2층, 보호막 등)의 밀착성을 양호하게 하고, 쌍방의 영역의 광학적인 중간 영역으로 되어, 바람직한 광학적 경계가 형성된다.

대략 동일 재료이고 박막의 보호막과 후막의 절연막의 형태, 혹은 대략 동일 재료, 동일 막두께의 보호막과 절연막이며 제1층 개재부와 연장 형성부를 갖는 형태에 의해, 전술한 피복·절연 영역(제1층·제2층 영역)의 각 기능을 바람직하게 발현할 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따른 청구항 15의 반도체 발광 소자에 의해, 각 전극의 제1층이 투광성 절연막의 외측으로 연장되고, 그 피복부와 제2층을, 제1 전극에서는 상호 겹치고, 제2 전극에서는 상호 분리시킴으로써, 제2 전극의 피복부의 투 광성의 제1층을 광취출 창부로 하고, 제1 전극의 피복부의 제1층 전극에서 전류 주입으로 하는 구조를 바람직하게 실현할 수 있다.

본 발명의 제4 양태에 따른 청구항 16에 기재된 반도체 발광 소자에 의해, 제1 도전형 반도체층 상에, 투광성 절연막을 개재하여 제1 전극의 제2층이 형성되고, 발광 구조부 외의 비발광부에서의 전극 형성 영역에서, 광반사 구조를 구비하여, 반도체 구조 내에 바람직하게 광반사시키고, 그 전극 형성 영역의 일부 영역에서 투광성의 제1층을 제1 도전형 반도체층에 도통시킴으로써, 바람직한 전류 주입을 실현할 수 있다.

본 발명의 제5 양태에 따른 청구항 23의 반도체 발광 소자에 의해, 투광성 절연막의 외측에서 각 도전형층에 도통하는 투광성의 제1층(피복부) 상에 연장 형성하는 제2층 연장 형성부의 단면폭 혹은 면적을 제1 전극보다 제2 전극이 크고, 보다 바람직하게는 그 제1층 피복부, 제2층 연장 형성부의 수를 제1 전극보다 제2 전극이 크고, 투광성 절연막과 각 도전형 반도체층 사이에 제1층을 개재시킨 구조임으로써, 피복부·연장 형성부에서 바람직한 전류 주입, 개재부에서 바람직한 전류 확산, 그 위의 투광성 절연막에 의해 바람직한 광반사의 각 기능이 제공되고, 발광 구조부의 피복부·연장 형성부를 비발광부보다 크게 함으로써, 전극 형성면측에 대향하는 반도체 구조의 주면측으로부터 광취출하는 구조를 바람직하게 실현할 수 있다.

상기 각 양태에 대하여, 이하의 형태이면, 또한 바람직하다.

투광성 절연막 외측의 제1층의 피복부를 갖는 형태로, 그 제1 도전형층에 바 람직한 전류 주입을 실현할 수 있고, 상기 (2)이면 발광 구조부에 형성되는 제2 전극도 제1 전극과 마찬가지로 투광성 절연막을 통한 제2층과, 그 외측의 제1층을 가짐으로써, 발광 구조부에서의 광을 바람직하게 반사하는 구조, 또한 투광성의 제1층에 의한 광취출 창부에서의 바람직한 광취출 구조로 할 수 있다. 투광성 절연막을, 그것보다 외측의 제1 전극의 제1층 피복부의 단면폭, 면적 혹은 각각의 총합보다 큰 형태로, 광반사 기능을 높여 바람직한 전류 주입을 실현할 수 있다. 제1 전극에서 제2층과 절연막 사이에 제1층 개재부를 갖는 형태로, 절연막에 의한 제1층의 분단을 방지하고, 그 개재부에 의해 절연막 양측의 제1층을 바람직하게 도통하여, 전류의 균일성을 높일 수 있다. 제2층의 연장 형성부가 발광 구조부 측에, 그곳으로부터 노출된 제1층 피복부가 외연측에 배치되는 형태로, 제1층의 시트 저항 성분을 저감하여, 또한 연장 형성부로부터 발광 구조부에의 바람직한 전류 주입을 실현할 수 있다. 제2 전극에서 복수의 절연막 상과, 그것을 덮는 제2층의 연장 형성부와, 그 사이를 접속하는 피복부를 갖는 형태로, 전극 형성면측에서 바람직한 광반사 구조를 실현하고, 그것에 대향하는 반도체 구조면측으로부터 바람직한 광취출을 실현할 수 있다. 제1, 2 전극의 제1층 피복부가 그 연장 형성부보다 단면폭이 넓고, 대면적인 형태로, 발광 구조부의 전극 형성면측의 대부분의 영역이 복수의 투광성 절연막에 의해 덮여져 광반사 기능을 높이고, 그 절연막 사이의 개구부에서 반도체와 도통하는 연장 형성부가 형성되며, 절연막을 덮는 피복부를 구비하고, 우수한 전류 주입 구조로 되는 제2층을 갖는 소자로 할 수 있다. 또한, 전극 형성면의 대향측을 광취출측으로 하여, 바람직한 광반사 구조의 소자로 할 수 있 다.

후막의 절연막과, 그것보다 외측, 박막의 제1 전극 제1층의 피복부의 형태로, 반도체 구조보다 저굴절율의 투광성 절연막이 형성됨으로써, 바람직한 광반사 구조, 특히 제2층 아래에서의 광반사 구조로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 발광 구조 밖에 형성되는 전극에 투광성 전극을 이용하여, 소자의 저저항화, 고출력화, 고전력 효율화(1m/W), 높은 양산성·저코스트화 중 적어도 어느 하나, 바람직하게는 그 대부분을 실현하는 발광 소자를 제공할 수 있다.

이하, 발명의 실시 형태에 대하여 적절히 도면을 참조하여 설명한다. 단, 이하에 설명하는 발광 소자·장치는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 것으로서, 본 발명을 이하의 것에 특정하지 않는다. 특히, 이하에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그것에만 한정한다는 취지가 아니라, 단지 설명예에 불과하다. 또한, 각 도면이 도시하는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장하고 있는 경우가 있다. 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는, 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 양태로 해도 되며, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재에서 분담하여 실현할 수도 있다.

<실시 형태 1>

도 1을 이용하여, 실시 형태 1에 따른 LED(100)의 구체예, 그 구성에 대하여 설명한다. 여기서, 도 1a는, 실시 형태 1에 따른 LED를 전극 형성면측으로부터 본 평면을, 도 1b, c는, 도 1a의 A-A선, B-B선에서의 단면을 각각 설명하는 개략도이고, 도 1d, e는, 도 1c의 부분 확대한 개략도, 도 1e는 도 1d의 다른 형태를 설명하는 개략도이다.

도 1의 발광 소자의 구조는, 기판(10) 상에, 버퍼층 등의 기초층(도시 생략)을 개재하여, 제1 도전형층인 n형 질화물 반도체층(21), 발광부로 되는 활성층(22), 제2 도전형층인 p형 질화물 반도체층(23)이 적층된 적층 구조로 이루어지는 반도체 구조(20)를 갖는다. n형층(21)의 일부가 노출되어 n전극(제1 전극)(30)이 형성되고, 제1, 2 도전형층(21, 23)(과 그 사이의 활성층(22))이 형성된 발광 구조(25)와, 그 표면(25t)인 p형층(23s) 상에 p전극(제2 전극)(40)이 형성된 소자 구조를 갖고 있다. 여기서, 평면도(도 1a)에서는 보호막(51)을 생략하고, 각 전극의 외부 접속부(33, 43)로 되는 보호막 개구부를 세선인 일점 쇄선의 포위부로서 도시하고 있고, 도 3, 도 4, 도 5a, 도 12, 도 15의 각 평면도도 마찬가지이다. 도 11A도 보호막을 생략하고, 또한 외부 접속부와 제2층 표면과 보호막 개구부가 대략 일치하고 있기 때문에 생략하고 있다. 도 6a도 보호막(51)을 생략하고, 각 전극의 제1, 2층 끝부가 대략 일치하여 하나의 선으로 도시하고, 제2 투광성 절연막(18)은, 개구부와, 그것과 대략 일치하는 제2층 연장 형성부를 실선으로 도시하여, 다른 영역을 생략하고 있다.

또한 도 1에 따른 구체예에서는, 제1 전극(30)은, 직사각 형상의 소자 구 조(26), 발광 구조(25)에서, 그 각부 부근에 발광 구조(25)를 내측으로 오목하게 들어가게 하도록 제1 도전형 노출 영역(21s)이 형성된 오목 절결부의 일부에 전극 형성 영역(21e)이 형성되고, 대략 직사각 형상의 제1 전극(30)이 형성되어 있다. 제2 전극(40)에는, 투광성 도전막의 제1층(41)과, 그것에 접속하는 제2층(42)이 일부에 투광성 절연막(18)을 개재하여 적층된 구조를 갖는다. 전극의 제2층은 제1층보다 투광성이 낮은 전극, 예를 들면 차광성의 금속 전극으로 형성된다. 투광성 절연막(18)과 반도체 구조의 제2 도전형층(23s)(발광 구조부 상면(25t))의 경계 영역, 구체적으로는 굴절률이 반도체 구조(20), 제2 도전형층(32), 혹은 그 표면(23s) 영역보다 낮은 절연막(18)을 형성한다. 그들의 경계에서, 반도체 구조 내에서 전파되는 광이, 거기를 덮는 제2층 형성 영역에 의한 차광을 억제하여, 그 앞의 절연막과 반도체의 경계의 반사에 의해, 바람직한 광반사가 이루어져 광손실을 억제하여, 다른 노출부, 반도체 구조(20) 측면, 발광 구조 상면(25t), 투광성의 기판(10) 등의 광창부, 특히 제1층(41)의 피복 영역으로부터 바람직하게 취출된다. 또한, 제1 전극은, 후술하는 바와 같이, 제2 전극과 마찬가지로, 도 1b에 도시되는 제1, 2층(31, 32) 중 적어도 2층을 구비한 구조를 가져도 되고, 나아가서는 도 2에 도시하는 바와 같이, 적어도 제2층의 일부가 투광성 절연막(17)을 개재하여 형성되는 구조이어도 된다.

제1 전극(30)은 제2층보다 단면폭이 넓고, 대면적인 제1층에서 바람직한 전극으로 하고 있다. 투광성 절연막 상면을 덮는 제2층(42)의 피복부는 특별히 한정되지 않지만, 도 1에 도시하는 바와 같이, 그 위에 외부 접속부(43)를 형성하는 경 우에는, 외부 접속부는 다른 부분, 예를 들면 도 1, 도 3, 도 4, 도 11에 도시하는 전극 연신부(44) 등에 비하여 단면폭이 넓고, 대면적으로 형성된다. 이 피복부 상에 적어도 외부 접속부를 형성하는 것이 바람직하며, 폭이 넓고, 대면적인 외부 접속부에서 바람직한 광반사가 이루어진다. 또한, 외부 접속 시의 내충격성, 제1층, 투광성 절연막과의 밀착성이 우수하기 때문에, 이 점에서도 바람직하다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하면, 전술한 제1층, 특히 그 발광 구조부를 피복하여, 구체적으로는 전류 주입, 발광 영역으로 하는 제1층 피복 영역에서, 반도체 구조 내부에의 바람직한 광반사 기능을 부여하고, 나아가서는 바람직한 광취출의 창영역을 제공한다. 한편, 발광 구조부 상의 다른 영역인 투광성 절연막 형성 영역 혹은 제2층 형성 영역에서, 차광 영역으로 되는 제2층의 광손실을 억제하여, 반도체 구조 내부에의 바람직한 광반사 기능을 제공한다.

반도체 구조에서, 그 내부의 광은 주로, 도 1b의 백색 화살표로 도시하는 가로 방향 성분의 광과, 세로 방향 성분의 광으로 이분할 수 있고, 후자는, 소자의 외표면에 저각도로 입사되고, 그 도달한 주면에서 즉시 취출된다. 한편, 도면 중 화살표에 도시하는 바와 같이, 가로 방향 성분의 광은, 상기 주면에 대하여 고각도로 입사되고, 일부는 외부로 취출되는 것이 있지만, 대부분은 내부로 반사된다. 또한, 그러한 반사를 반복하여, 가로 방향으로 전파되게 된다. 또한, 반도체 구조는, 후술하는 실시예(도 1, 도 3, 도 4, 도 5), 치수:두께 약 5㎛ 폭 320㎛(소자 외형:320㎛×320㎛, 노출부, 전극 형성 영역 폭 100㎛, 소자 외연 20㎛)로 도시하는 바와 같이, 가로 방향으로 확산을 갖는 매질이다. 즉 반도체 구조의 표면에 도 달하는 광로가 세로 방향에 비하여 가로 방향으로 극히 긴 전파 거리의 매질이다. 또한, 발광 영역으로부터 전체 방위에 균일한 발광으로 하는 경우에, 발광 구조 주면에 도달하는 광은, 전체 방위 발광의 입체각에 차지하는 비율로부터, 대부분이 가로 방향 성분의 광으로 된다. 이상에 의해, 반도체 구조 내부의 대부분은, 가로 방향 성분의 광으로 되고, 그 광의 대부분은 내부로 반사되기 때문에, 이 가로 방향 성분의 제어를 바람직하게 하는 구조가 본 발명의 발광 소자 구조로 된다.

구체적으로는, 도 1b에 도시하는 가로 방향 성분의 광(도면에서의 백색 화살표)에 대하여, 타원 포위부를 확대하는 도 1D에 도시하는 바와 같이, 반도체 구조부의 주면, 그 대면적을 차지하는 발광 구조부, 나아가서는 그 발광 구조부의 대면적을 차지하는 제1층 피복 영역에서, 상기 가로 방향 성분의 광반사가 이루어진다. 여기서, 제1층 피복 영역에서의 가로 방향 성분, 즉 입사각이 높은 광성분의 반사에서, 그 광반사부를 구성하는 이종 재료 경계 영역에서 반사되고, 구체적으로는 반도체 구조 표면으로부터 파장분 정도 두께의 띠 영역을 광반사 영역(도면에서의 음영부(70))으로 하여, 광반사가 이루어지게 되고, 예를 들면 반도체 구조 표면으로부터 경계 영역 내에 광이 새어나와 반사되는 형태로 된다.

한편, 이러한 파장분 정도의 박막에서의 광매질의 굴절률은, 복소 굴절률 N의 식, N=n-ik로 표현되고, 굴절률의 실수부 n과, 허수부 ik로 구성된다. 투광성 절연막, 투광성 부재, 절연성 보호막에 이용되는 유전체막 재료의 경우에는, 감쇠 계수 k=0으로 되고, 그 굴절률 N은 실수부 n으로 된다. 한편, 후술하는 실시예의 ITO와 같이, 감쇠 계수 k>0의 경우, 흡수 계수 α와의 관계식, α=4πk/λ에 의해, 상기 경계 영역, 광반사 영역 내(도면에서의 음영부(70))에서 광흡수가 발생한다.

후술하는 비교예 등에 도시하는 구조에서는, 상기 제1층 피복 영역 및 제2층·투광성 절연막 형성 영역 근방의 확대도(도 1d)가, 도 1e에 도시하는 바와 같은 구조로 되고, 가로 방향 성분의 광(도면 중 백색 화살표)이 고각도로 입사하여, 제1층의 파장분 정도(λ/n_{1 ,} 실시예 1에서는 약 230㎚)의 반사 영역에서, 상기 광흡수가 발생하여, 광이 감쇠한다. 도 1d에 도시하는 본 발명의 구조에서는, 제1층 피복 영역에서, 상기 띠 형상의 광반사 영역(70)이, 박막의 제1층과, 그 위를 덮는 투광성 부재, 절연성 보호막으로 구성되고, 제1층에 의한 광흡수를 억제하여, 입사광과 반사광의 비를 높게 한 바람직한 광반사가 실현된다. 또한, 제2층 및/또는 투광성 절연막의 형성 영역 내에서는, 전술한 바와 같이, 유전체막과 같은 투명 재료의 투광성 절연막에 상기 광반사 영역이 형성되고(도 1d), 여기서도 가로 방향 성분의 바람직한 광반사, 더욱 바람직하게는 임계각 이상의 광에 의한 전반사가 실현된다.

또한, 이 형성 영역에서는, 다른 기능으로서 후술하는 바와 같이, 절연막 개재에 의한 전류 저지 영역으로서 그 영역 아래의 발광 구조부를 비발광 영역으로 하고, 절연막, 나아가서는 그 후방의 제2층에 도달하기 쉬운 바로 아래의 발광에 의한 세로 방향 성분의 광을 없애면 된다. 또한, 그 근방의 제1층 피복 영역 아래의 발광, 특히 저각도로 입사하는 세로 방향 성분의 광에 대해서는, 반도체 구조와 투광성 절연막의 경계 영역에 의한 높은 반사율로 광을 반사한다. 이 때문에, 전 류 저지, 비발광 영역으로 하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같은 가로 방향 성분의 광반사 기구는, 후술하는 실시예에서의 기판 평탄성의 상위, 구체적으로는 도 1b에 도시하는 바와 같은 평탄한 기판 표면, 도 2에 도시하는 바와 같은 요철 구조의 기판 표면, 즉 전극 형성면에 대향하는 반도체 구조의 주면에서의 평탄 표면과 요철 구조 표면의 대비, 예를 들면 실시예 1A∼C와 1a∼c, 실시예 2A∼C와 2a∼c의 대비에 의해, 발견할 수 있다. 이러한 요철 구조(11)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기 가로 방향 성분의 광(도면에서의 점선 화살표)이 요철 표면에 도달하여, 그 광의 일부를 세로 방향으로 전환하여 일부를 상향, 하향 성분의 광으로 변환(도면에서의 실선 화살표)한다. 이 세로 방향으로 전환한 광이, 외부에 취출되어, 광취출 효율을 높이는 구조로 되어 있다. 따서, 전술한 반도체 구조 내의 가로 방향 성분의 광이, 도 1b에 도시하는 바와 같은 평탄한 표면에 비하여 감소하는 구조이며, 그럼에도 불구하고 평탄한 표면에 비하여 감소한 가로 방향 성분의 광에 의한 반사로 되기 때문에, 상기 반사 기구에 의한 효과가 저감되게 된다. 이것은, 후술하는 실시예 1A∼C와 1a∼c, 2A∼C와 2a∼c의 대비로부터 명확한 바와 같이, 본 발명의 반사 구조의 효과가 요철 구조(11)에 의해 저감하는 경향이 보이기 때문에, 전술한 반사 영역이 있는 것을 알 수 있다.

상기 도 1의 구체예는, 발광 구조부(25)의 상면(25t)에 형성되는 제2 전극(40), 특히 제1층 피복 영역(31c)에서, 주된 광취출의 창영역, 구체적으로는 전술한 세로 방향 성분의 취출 창영역으로 하는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 광취출은, 그 밖의 영역, 예를 들면 차광성의 구조물, 예를 들면 제2 전극, 각 전극 의 제2층으로부터의 노출면, 예를 들면 반도체 구조의 노출면, 측면, 다른 쪽의 주면(기판측)으로부터도 광이 취출되는 발광 소자 구조로 되어 있고, 이러한 발광 소자 구조인 것이 본 발명의 하나의 실시 형태로서 바람직하다.

도 1의 구체예에서는, 전술한 바와 같이, 제1층 피복 영역, 또한 그것에 부가하여 제1층을 덮는 투광성 부재의 복합 재료 영역(70)에서, 특히 제1층의 막두께를 작게 하고, 그 표면을 반도체 구조 표면의 근처에 배치하여, 그 표면 상에서 바람직한 광반사부로 되는 구조로 한다. 즉, 도 1b∼d에 도시하는 바와 같이, 광반사 영역 내에 박막의 제1층이 형성됨으로써, 바람직하게는 그 표면 상에서의 투광성의 부재가, 반도체 구조보다 굴절률이 낮은, 더욱 바람직하게는 제1층보다 감쇠 계수가 낮은 것에 의해 반사 성분을 많게 할 수 있어, 바람직한 반사 구조로 할 수 있다. 후술하는 실시예 1, 2 등에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직하게는, 반도체 구조 표면으로부터 λ/2n₁의 거리 내에 제1층, 그 표면을 형성하는 것, 구체적으로는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 도전형층 표면에 형성되는 제1층의 막두께를 λ/2n₁ 이하로 하는 것, 더욱 바람직하게는 λ/4n₁ 이하로 함으로써, 광손실을 충분히 낮게 할 수 있다. 또한, 막두께의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 반도체 구조, 특히 발광 구조부에 전류 주입하는 기능을 제공하는 정도, 후술하는 실시예에 설명하는 바와 같이, Vf 상승을 억제하기 위해서는, 예를 들면 후술하는 실시예에서는 10㎚ 이상, 바람직하게는 20㎚ 이상으로 하고, 이것은 λ/8n₁ 부근에 상당한다.

다음으로, 투광성 절연막 영역, 제2층 영역에 대하여 설명하면, 제2층은 전극으로서, 상층측에 형성되고, 하층측의 제1층과 전기적으로 접속되며, 구체적으로는 제1층 형성 영역과 일부가 서로 겹쳐서 형성된다. 바람직하게는, 도 1의 예 등에서 설명하는 바와 같이, 투광성 절연막 상에 형성된 제1층 연장부에서 접속하는 것, 더욱 바람직하게는 제2층이 투광성 절연막 상에 내포됨으로써, 제2층 및/또는 투광성 절연막 형성 영역에서 바람직한 반사 기구를 구비하는 것, 그 효과를 증대시키는 것이 가능하다.

도 1d, 도 1e에 도시하는 바와 같이, 상기 반사 영역(70)보다도 투광성 절연막 표면을 외측에 형성하는 것, 구체적으로는 그것보다 후막으로 반도체 구조 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 광흡수하는 제2층에 도달하는 광, 예를 들면 도 2에 도시하는 바와 같은 상향의 화살표 방향의 광을 바람직하게 반사하며, 바람직하게는 전반사된다.

여기서, 반도체 구조 표면으로부터 투광성 절연막 표면까지의 거리, 구체적으로는 반도체 구조 표면에 형성된 절연막의 막두께는, 구체적으로는 전술한 제1층 표면까지의 거리 혹은 그 막두께보다 크게 하는 것, 또는 λ/4n₂(λ는 발광 소자의 발광 파장, n₂는 투광성 절연막의 굴절률) 이상으로 하는 것, 바람직하게는 λ/2n₂ 이상임으로써 바람직한 반사 구조로 할 수 있으며, 막두께의 상한으로서는 특별히 한정되지 않지만, 제1층 피복 영역에서, 그 표면보다 장거리의 절연막 표면 혹은 그 막두께보다 큰 절연막의 막으로 하는 것이며, 바람직하게는 도 1b, 도 1c에 도 시하는 바와 같이, 보호막 표면과 반도체 구조 표면의 거리 혹은 제1층 및 보호막의 막두께의 합보다 크게 함으로써, 절연막 형성 영역에서 바람직한 광반사 영역이 형성된다. 이 경우, 구체적인 거리 혹은 막두께로서는, 1파장분(λ/n₂) 정도 이상 있으면 된다.

한편, 후술하는 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 바람직하게는 λ/2n₂ 부근, 보다 구체적으로는 λ/2n₂±λ/4n₂(λ/4n₂ 이상 3λ/4n₂ 이하)로 함으로써, 바람직한 광출력, 소자 특성의 것이 얻어진다. 이것은, λ/2n₂ 이하의 영역에서는, 매질의 두께에 따라 반사율, 특히 입사각이 임계각보다 고각도, 특히 그 임계각 근방 영역에서의 반사율이 상승한다. 한편, 그 반사율 상승은, λ/2n₂ 이상(예를 들면, λ/n₂까지, 혹은 λ/n₂ 초과)의 영역에서, 상승률이 둔화한다. 구체적으로는, λ/2n₂±λ/4n₂의 범위에서, 상승률 둔화로 변이하는 경향이 보인다. 그런데, 입사각이 고각도로 되는 투광성 절연막 형성 영역으로부터 이격된 영역의 발광, 특히 광량이 많은 임계각 근방으로 되는 절연막 형성 영역 근방의 발광에 대하여 바람직한 반사가, λ/2n₂±λ/4n₂의 범위에서 이루어지게 되고, 상기 절연막에 의한 전류 저지 영역 구조에 바람직하게 적용할 수 있다. 또한, 상기 범위(상한 3λ/4n₂)를 초과하여, 예를 들면 1파장분 혹은 그 1파장분 초과에서도, 상기 범위 내와 동등하게 바람직한 광특성의 발광 소자 구조로 할 수 있다.

도 1b∼도 1d에 도시하는 바와 같이, 투광성 절연막이 후막화되면, 발광 구조부 표면(25t)과, 또한 제1층 피복 영역(41c) 사이에 큰 단차가 설정된다. 도 1의 예에서는 제1층 및 보호막(51), 도 7, 도 8의 예에서는 제1, 2 전극(30, 40)의 제1, 2층 및 보호막(17, 18)에서, 부분적인 단선, 박리 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 이에 의해, 제조 수율, 소자의 특성 변동의 원인으로 된다. 또한, 제1층을 박막화시키는 경우, 나아가서는, 제2층을 제1층 피복 영역으로부터 이격시키는 구조의 경우에, 그 문제가 현저하게 되는 경향이 있다.

또한, 상기 단차부는, 반도체 구조의 전극 형성면 내, 특히 발광 구조부(25)의 표면(25t) 내에서, 제1층 피복 영역(41c)(31c)과, 상기 절연막(18)(17)의 형성 영역, 나아가서는 제2층의 형성 영역에서, 그 영역 사이의 경계 영역에 해당한다. 그 경계 영역에서, 단차가 커져서, 예를 들면 1파장분(λ/n2) 초과로 되면, 전술한 바와 같은 반사 영역에서의 광학적 분포의 변화가 커져서, 광학 특성, 예를 들면 지향성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 도 8, 도 9, 도 11에 도시하는 바와 같은 끝부측 등에, 박막부(61, 62)가 형성되면, 경계 영역의 변화를 작게 할 수 있다. 투광성 절연막이 상기 범위(λ/2n₂±λ/4n₂)인 것, 나아가서는 절연막 상에 제1층 연장부가 있음으로써, 상기 반사 영역이, 피복 영역, 절연막 형성 영역에서, 부재의 배치가 반전되어 있는 것을 제외하고, 마찬가지의 복합 부재로 할 수 있어, 영역 간의 차를 작게 할 수 있어 바람직하다.

〔발광 소자의 구체예·제조예〕

<실시예 1>

이하에 실시예 1을 이용하여, 본 실시 형태의 상세, 그 제조 방법을 예시한다.

본 실시 형태의 도 1의 발광 소자의 구체적인 반도체 구조, 적층 구조(20)로서는, 기판(10) 상에, 기초층(도시 생략)으로서, 막두께 20㎚의 GaN의 버퍼층과, 막두께 1㎛의 언도프 GaN층을, 그 위의 제1 도전형층(21)(n형층)으로서, 막두께 5㎛의 Si 도프 GaN의 n측 컨택트층과, 0.3㎛의 언도프 GaN층과, 0.03㎛의 Si 도프 GaN층과, 다층막(5㎚의 GaN층과 4㎚의 언도프 GaN층과 2㎚의 언도프 In_{0 .1}Ga_{0 .9}N층을 반복하여 교대로 10층씩 적층)을, n형층 상의 활성층(22)으로서, 막두께 25㎚의 언도프 GaN의 장벽층과, 막두께 3㎚의 In_{0 .3}Ga_{0 .7}N의 웰 층을 반복하여 교대로 6층씩 적층하고, 마지막으로 장벽층을 적층한 다중 양자웰 구조를, 활성층 상의 제2 도전형층(23)(p형층)으로서, p측 다층막(4㎚의 Mg 도프의 Al_{0 .15}Ga_{0 .85}N층과 2.5㎚의 Mg 도프 In_{0 .03}Ga_{0 .97}N층을 반복하여 5층씩 교대로 적층하고, 마지막으로 상기 AlGaN층을 적층)과, 막두께 0.12㎛의 Mg 도프 GaN의 p측 컨택트층을, 적층한 구조(발광 파장 약 460㎚, 청색 LED)를 이용할 수 있다. 이들 층은, 예를 들면, C면 사파이어 기판 상에 MOVPE로 c축 성장한 질화물 반도체 결정을 형성할 수 있으며, 또한 반응 용기 내에서 열처리(700℃)함으로써 p형층을 저저항화한다.

<반도체 구조부 가공:비발광부, 발광 구조부(25)의 형성>

제1 도전형층 노출(영역)(21s), 발광 구조 영역(25), 이들 영역의 획정은, 적층 구조(20)의 일부를 원하는 형상으로 에칭 등으로, 가공·제거함으로써 이루어진다. 실시예에서는 SiO₂ 등의 마스크를 형성하고, n형 컨택트층의 깊이 방향 일부까지를, RIE 등의 에칭으로 제거하여, 노출 영역(21s), 그 일부의 제1 전극 형성 영역(21e)을 형성한다.

<투광성 절연막(18)>

노출된 반도체 구조의 전극 형성면측에 SiO₂의 투광성 절연막을 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피에 의해 레지스트의 마스크를 형성하여, 발광 구조부 상면(25t)으로 되는 제2 도전형층(p형층 중의 p측 컨택트층)에, 원하는 형상의 투광성 절연막(18)을 형성한다.

<전극(30, 40)>

상기 제1, 2 도전형층에, 제1 전극(30)(n형층측)과 제2 전극(40)(p형층측)의 투광성의 오믹 전극(제1층)(31, 41)으로서, 반도체 구조의 전극 형성면측에 ITO(약 20㎚)를 성막한 후에, 포토리소그래피에 의해 레지스트의 마스크를 형성하고, ITO의 일부를 에칭 제거하여, 각 도전형층 상, 및 제2 도전형층에 형성된 투광성 절연막(18)을 덮는 원하는 형상의 제1층을 형성한다. 이 제1층(31, 41)의 일부, 상기 투광성 절연막(18)에 겹치도록, 각 패드 전극(외부 접속부(33, 43)) 및 거기로부터 신장하는 전극 연신부(34, 44)를 갖는 제2층(32, 42)을 형성한다. 제2층은, 포토리소그래피에 의해 마스크 형성 후에, Ti(약 2㎚)/Rh(약 200㎚)/Au(약 600㎚)를 이 순으로 적층한 구조의 막을 형성하여, 리프트 오프하여 원하는 형상으로 형성한다. 이와 같이, 제1, 2 전극(30, 40)을 동시에 형성, 구체적으로는 동일한 공정에서 각 전극의 각 층을 형성하는 것이 제조 공정수를 저감할 수 있어 바람직하다. 이것에 한하지 않고, 각각의 공정, 각각의 재료, 적층 구조로 형성해도 된다. 계속해서, 300℃ 이상의 열처리에서, 전극을 어닐링 처리하여, 각 전극과 각 도전형 반도체층의 접촉 저항을 저감시킨다.

또한, 실시 형태 3, 도 5에서는, 제1 전극(30)에서는, 제1층 피복부(31c) 상에 연장 형성하는 제2층 연장 형성부(32p)에서, 그 연장 형성부(32p)로부터 노출된 제1층 피복부(41c)보다도 저저항화할 수 있어, 바람직하다. 한편, 제2 전극(40)에서는 제1층이, 제2층, 절연막으로부터 노출된 영역, 혹은 그 외측의 영역이, 덮여진 영역 혹은 그 내측의 영역보다도 저저항화할 수 있기 때문에, 제2층이 제1층, 특히 그 피복부(31c)에 이격하고 있는 것이 바람직하며, 제2층이 절연막 표면에 내포되는 것이 바람직하다. 또한, 절연막과 반도체 구조 사이에 제1층 개재부를 형성하는 경우에는, 이 성질을 이용하여, 개재부를 전류 주입부나 전류 저지부로서 제어 가능하다. 이 때, 각 전극의 접촉 저항은, 제1 전극에서 제1층을 제1층 형성 후, 노출시킨 상태의 열처리에 의해, 제2 전극에서 제1층에 제2층 연장 형성부가 피복된 상태의 열처리에 의해, 각각 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 도 6의 개재부를 갖는 구조의 예에서는, 제1층을 각 전극으로서 형성하고, 제1 전극의 제1층을 노출시켜 열처리하여 제2 전극의 개재부의 전류 주입부를 형성하고, 제2 전극은 제2층 연장 형성부를 형성하고, 열처리한다. 이를 위해, 제1, 2 전극을 동일 공정·구조로 하는 경우에는, 2번의 열처리, 예를 들면 1번째는 제2 전극의 개재부의 저 저항화, 2번째는 제1 전극의 연장 형성부 아래의 제1층의 저저항화를 실시한다.

<보호막(51)>

이 예에서는, 도 1a의 일점 쇄선의 세선으로 도시하는 바와 같이, 각 전극(제2층)의 외부 접속부(33, 43)를, 에칭 등으로 노출시키고, 그 밖의 영역을 피복하는 보호막(51)으로서, 200㎚의 SiO₂를, 예를 들면 표면 전체에 형성한 후에, 포토리소그래피로 레지스트 마스크 형성하고 RIE로 드라이 에칭하여 개구부를 형성하거나 하여, 형성한다.

마지막으로, 이 예에서는 320㎛×320㎛의 대략 정방형으로 기판(10)을 분할하여, 발광 파장 약 460㎚의 LED칩을 제작한다. 또한, 이 예에서는, 소자 주연부의 n형층 노출폭 약 20㎛이다. 여기서, 각 투광성 재료의 굴절률은, 투광성 도전막(제1층)의 굴절률 n₁이 약 2.00(ITO), 투광성 절연막 및 보호막의 굴절률 n_{2 ,} n₃이 약 1.46(SiO₂), 반도체 구조의 굴절률 n_s가 약 2.46(GaN)이고, n_s>n₁>n_{2, 3}의 관계로 된다.

이상의 예에서 설명하는 각 구조의 치수의 구체예로서, 기판(10)의 두께로서는 50∼200㎛ 정도(상기 예에서는 약 90㎛), 적층 구조(20)에서는 기초층의 두께는 1∼2㎛ 정도, n형 반도체층(21)의 두께는 1∼2㎛ 정도, 활성층·발광층(22)의 두께는 10∼150㎚ 정도, p형 반도체층(23)의 두께는, 100∼300㎚ 정도, n형 노출층(21s) 표면으로부터 발광 구조의 높이는 0.5∼3㎛(상기 예에서는 약 1.5㎛) 정도, 제2층(패드 전극, 연신부)의 두께는 0.3∼1.5㎛ 정도, 외부 접속부·패드 전극 의 폭·직경은 50∼150㎛ 정도, 이 예와 같이 전극 형성면측을 광취출측으로 하는 경우의 도전부(연신부(34, 44))의 폭은 3∼20㎛, 제2층(패드 전극·연신 도전부)이 절연층(18) 내에 피복 영역과 이격하여 형성하는 경우의 도전부와 절연층의 끝부간 거리(절연층 돌출부의 단면폭)는 3∼10㎛ 정도이다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 전극도 제2 전극과 마찬가지로, 투광성 절연막(17)을 형성하는 경우에는, 제1 전극의 제1층의 절연막으로부터 연장한 피복 영역(31c)의 단면폭을 3∼20㎛ 정도, 또한, 제2층이 절연막으로부터 피복 영역에까지 연장 형성되는 경우에, 그 연장 형성부(32p, 42p)의 단면폭은 제2 전극에서는 0.1∼30㎛ 정도, 제1 전극에서는 3∼20㎛ 정도이다.

또한, 상기 예와 같이 하여 얻어지는 발광 소자에서, 제1층의 ITO 및 투광성 절연막의 막두께를 변화시켜, 그 의존성을 검토한다. 이 검토예는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 전극도 제2 전극과 마찬가지로, 동일 공정에서, 투광성 절연막(17, 18)을, 제2층과 대략 동일 영역에 형성하고, 제2 전극 연신부의 제2층의 폭을 약 3㎛로 하며, 제1 전극의 제1층의 피복 영역(제2층으로부터 노출된 연장부)의 단면폭은 약 10㎛로 투광성 절연막의 양측에 형성되어 있다.

이 검토예에서는, 투광성 절연막(SiO₂)의 막두께를, 20㎚(실시예 1A), 보호막과 대략 동일막 두께인 200㎚(실시예 1B), 400㎚(실시예 1C)과, 비교예 1로서 투광성 절연막을 제거하는 것 외는 상기 실시예 1A∼C와 마찬가지의 것으로 한다. 이들 각 실시예 1A∼C, 비교예 1에서, 도 2에 도시하는 바와 같이 기판 표면에 요 철 구조를 형성하는 것으로 하여, 각각 실시예 1a∼c, 비교예 1'를 제작한다. 이를, 도 15에 도시하는 바와 같은 에폭시 수지 밀봉·성형에 의한 직경 5㎜의 포탄형 램프의 발광 장치(200)에서 평가하면, 하기 표 1과 같은 특성의 소자가 얻어진다. 여기서, 표에서의 각 특성 평가 항목은, If=20㎃에서의 순방향 전압 Vf, 주파장 λ_d, 광속으로서 적분구 φ_e를 각각 나타내고 있다. 여기서 발광 장치(200)는, 리드(210)의 한 쪽의 재치부(201)에, 소자(100)가 접착 부재(180)를 통하여 투광성 부재(50)로 이루어지는 밀봉 부재(230)로 밀봉되어 있다.

비교예 1(1')에 비하여, 제1층과 각 도전형층의 접촉부의 면적, 즉 제1층의 피복 영역의 비율이 저감되었기 때문에, 실시예 1b를 제외하고, 실시예 1A∼C, 1a, 1b의 Vf가 0.2∼0.3V 정도 높아지는 경향이 있다. 광속은, 비교예 1에 비하여, 실시예 1A∼C에서 각각 6%, 16%, 16% 향상하고, 비교예 1'에 비하여 실시예 1a∼c에서 각각 6%, 10%, 10% 향상한다. 또한, 전력 효율(W.P.E.)은, 비교예 1에 비하여, 동일 정도(실시예 1A)의 것으로부터 약 3% 증가(실시예 1B, C)의 것으로 되지만, 실시예 1a∼1c에서는 비교예 1'에 비하여 저하하는 경향이 보인다.

	Vf[V]	φe[mW]	전력 효율[%]	λd[㎚]
실시예 1A	3.34	28.7	42.9	459.1
실시예 1B	3.38	31.2	46.2	460.8
실시예 1C	3.42	31.3	45.8	460.5
비교예 1	3.13	27.0	43.0	459.5
실시예 1a	3.26	33.3	52.2	449.9
실시예 1b	4.11	34.5	50.9	449.9
실시예 1c	3.26	34.5	41.9	449.7
비교예 1'	3.01	31.4	51.8	450.4

이와 같이, 투광성 절연막의 두께가 상위한 실시예 1a와 1b∼c, 1A와 1B∼C를 각각 비교하면, 광출력에서 약 4∼9% 향상한다. 여기서, 투광성 절연막의 1/2파장, λ/2n₂는, 약 154㎚(λ=450㎚일 때), 약 157㎚(λ=460㎚일 때)이며, 절연막의 막두께와의 관계는,

[실시예 1A(1a)]<λ/4n₂<λ/2n₂<[실시예 1B(1b)]<3λ/4n₂<λ/2n₂<[실시예 1C(1c)]

이며, 실시예 1B(1b)의 λ/2n₂ 부근, 보다 구체적으로는, λ/2n₂±λ/4n₂(λ/4n₂ 이상 3λ/4n₂ 이하)에서, 바람직한 광출력의 것이 얻어진다. 한편, 실시예 1A(1a)와 실시예 1C(1c)의 대비로부터, 절연막이 후막화할수록, Vf가 높아지는 경향이 있고, 이것은 절연막의 막두께 단차와, 그것을 덮는 제1층과의 관계로부터, Vf가 높아진다고 생각된다.

다음으로, 상기 실시예 1(검토예, 도 1의 구조), 기타, 하기 검토예, 하기 실시 형태 2·실시예 2(도 4의 구조), 실시 형태 7·실시예 5(도 3의 구조), 및 그들의 비교예에서 설명하는 구조에서, 제1층 ITO의 막두께를, 20㎚∼170㎚에서 변화시켜 발광 소자를 각각 제작하면, 도 13과 같은 출력 특성이 얻어진다. 여기서, 구조차에 의한 출력차를 상쇄시키기 위해, 각 구조에서, If=20㎃의 발광 출력(mＷ)에 대하여, 제1층의 막두께가 20㎚인 것으로 규격화하여 나타내고, 또한 범례 중의 도면 번호는 각 도면의 구조에 대응하며, 괄호 내는, 「도 2」가 도 2에 도시하는 요철 구조를 갖는 것, 「Ag」가 제2층의 하층에 후술하는 바와 같은 Ag 반사층을 갖는 것을, 또한 말미의 「-1」, 「-2」는 별도 계열의 실시예에 따른 것을 나타낸다.

이것에서 알 수 있는 바와 같이, 50㎚ 초과의 영역에서는, 대략 막두께 증가에 수반하여, 출력이 감소하는 경향이 보이며, 20㎚ 이상 50㎚ 이하의 영역 내에서, 고출력의 영역이 얻어지는 경향, 특히 막두께 감소에 수반하여, 출력이 증가하는 경향이 보인다.

<실시 형태 2>

실시 형태 2로서는, 실시 형태 1, 실시예 1에서, 제2 전극(p전극)의 연신부(44)의 형상을 도 4에 도시하는 바와 같은 것으로 하여, 연신부의 개수를 4개(실시예1) 내지 9개로 하고, 그 연신부(제2층) 및 전극 형상에 대응하는 투광성 절연막을 형성하는 것 외에는 실시예 1과 마찬가지의 구조, 치수로 대략 정방형(320㎛×320㎛)의 발광 소자를 제작한다.

이 발광 소자에서는, 실시예 2에 비하여, 전극 연신부의 개수, 면적이 많기 때문에, 전류 확산 등이 향상하는 한편, 투광성 절연막의 면적 증가에 의한 발광 면적 저하가 있어, 소자의 출력이 실시예 2보다 약간 저하하는 경향이 있다.

구체적으로 비교하면, 상기 실시예 1의 검토예(실시예 1A∼C, 도 1a∼c)와 마찬가지로 제2 전극의 제2층과 투광성 절연막을 대략 동일 영역의 조건에서, 또한 제1 전극은 실시예 1의 검토예와 달리, 도 1에 도시하는 바와 같이 투광성 절연막 및 제1층을 생략한 구조로 하고, 도 1a, 도 3, 도 4에 각각 도시하는 상기 실시예 1과 하기 실시예 2와 하기 실시예 5의 구조의 발광 소자를 각각 제작한다. 또한, 투광성 절연막, 제1층의 막두께는 상기 실시예 1B와 마찬가지로, 200㎚, 20㎚로 하고, 또한 기판도 상기 실시예 1B와 마찬가지로 표면이 평탄한 기판을 사용한다. 이와 같이 하여 제작되는 발광 소자를 상기 실시예 1의 검토와 마찬가지로, 도 15의 포탄형 램프의 발광 장치(200)에서 평가하면, 하기 표 2에 나타내는 바와 같은 특성의 소자가 얻어진다.

	Vf[V]	φe[mW]	전력 효율[%]	λd[㎚]
도 4의 예	3.33	29.7	44.7	458.5
도 3의 예	3.16	28.5	45.1	459.2
도 1a의 예	3.20	30.6	47.9	457.4

이 평가로부터, 투광성 절연막을 전류 저지부로 함으로써, 도 4의 예와 같이 전극 연신부(44)가 2개에서는, 도 3, 도 1a의 9개, 4개에 비하여 Vf가 높아지는 경향이 보이며, 이것은 상기 투광성 도전막의 박막화에 따른 시트 저항 증가의 영향이라고 생각된다. 한편, 연신부의 개수, 면적 증가는, 투광성 절연막의 면적 증가, 발광 면적 저하로 되기 때문에, 도 4와 도 3의 예에서는 동일 정도의 광출력, 전력 효율로 되고, 그 중간에 해당하는 도 1a의 예에서는, 이들에 비하여, 높은 광출력, 전력 효율로 된다. 이와 같이, 투광성 도전막의 박막화에 수반하여, 전극 형상, 특히 제2층, 그 연신부의 형상 등, 그것에 수반하는 투광성 절연막의 형상·면적을 고려하여 소자 구조를 제작하면 된다는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

상기 실시예 1에서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 폭 약 3㎛의 연신부(44)가 9개의 제2층(42)을 갖는 구조로 하고, 그 밖에는 마찬가지의 구조, 치수의 발광 소자로 한다.

제1층의 막두께를, 각각 20㎚(실시예 2A), 40㎚(실시예 2B), 170㎚(실시예 2C)과, 그 각 예 2A∼2C의 평탄한 기판을 도 2에 도시하는 바와 같은 요철 구조의 기판으로 하는 구조(실시예 2a∼2c)로 하는 것 외는, 상기 표 2의 도 4의 예와 마찬가지로 발광 소자를 제작하고, 발광 장치에서 평가하면, 하기 표 3과 같은 특성의 소자가 얻어진다. 또한, 비교를 위해, 하기 비교예 3 및 3'(도 3의 예에서 투광성 절연막을 생략한 구조)의 각 특성도 마찬가지로 나타낸다. 또한, 다른 검토예로서, 상기 실시예 2A와 마찬가지의 실시예 2A'와, 그 비교예 2A로서, 실시예 2A'의 투광성 절연막을 생략한 구조의 소자를 제작하여, 그 소자 칩을 평가하면, 하기 표 3과 같은 특성의 소자가 얻어진다. 여기서, 표 4의 λ_p는 피크 파장이고, 그 외에는 표 1∼3과 마찬가지이다.

	Vf[V]	φe[mW]	전력 효율[%]	λd[㎚]
실시예 2A	3.11	28.7	46.1	455.2
실시예 2B	3.11	29.5	47.5	453.5
실시예 2C	3.10	28.0	45.2	452.7
비교예 3	3.04	26.3	43.2	455.8
실시예 2a	3.07	32.6	53.1	451.1
실시예 2b	3.07	32.1	52.2	451.3
실시예 2c	3.06	27.6	45.0	451.9
비교예 3'	2.99	30.8	51.5	451.0

상기와 같이, 비교예 3(3')에 비하여, 실시예 2A(2a), 2B(2b), 2C가 고출력, 고전력 효율로 되고, 실시예 2c에서는 저출력, 저전력 효율로 된다. 또한, 투광성 도전막(굴절률 n₂=2.00)의 파장, 1/2 파장, 1/4 파장으로 각 도전막의 막두께, 그것과 보호막(200㎚)의 막두께의 합을 비교하면,

[실시예 2A(2a)]<[실시예 2B(2b)]<[λ/2n₂]<[실시예 2C(2c)]<[λ/n₂],

또한, [실시예 2A]<[실시예 2B]<[λ/4n₂], [3λ/4n₂]<[실시예 2C],

[실시예 2A의 합]<λ/n₂<[실시예 2B의 합]<3λ/2n₂]<[실시예 2C의 합]<[7λ/4n₂]

로 된다.

	Vf[V]	φe[mW]	전력 효율[%]	λd[㎚]	λd[㎚]
실시예 2A'	3.09	31.0	50.2	454.4	448.8
비교예 2A	3.10	30.2	48.7	453.4	447.9

상기와 같이, 비교예 2A에 비하여, 실시예 2A'는 Vf가 동일 정도이며, 출력이 약 3% 향상하고, 전력 효율도 향상한다.

<실시 형태 3>

도 5를 이용하여, 실시 형태 3에 따른 LED(100)의 구체예, 즉, 제1 전극과 제1 투광성 절연막을 적어도 갖는 소자 구조, 그 구성에 대하여 설명한다. 또한, 제2 전극에 대하여 그 제2 투광성 절연막(18)을 갖는 구조, 즉 바람직한 발광 소자의 실시 형태를 설명하지만, 그것에 한하지 않고, 본 실시 형태에서는, 제2 전극에 절연막이 없는 구조에 적용할 수 있고, 또한 실시 형태 4, 5, 6에 대해서도 마찬가지이다. 여기서, 도 5a는, 실시 형태 1에 따른 LED를 전극 형성면측으로부터 본 평면을, 도 5b는, 도 5a의 A-A선에서의 단면을 설명하는 개략도이다.

또한 도 5에 따른 구체예에서는, 실시 형태 1의 도 1의 예와, 소자 구조, 전극 구조가 이하의 점을 제외하고 대략 동일하게 되어 있다. 노출부(21s)의 제1 전극(30)이, 제1, 2층(31, 32) 중 적어도 2층을 구비한 구조를 갖고, 적어도 제2층의 일부가 투광성 절연막을 개재하여 형성되며, 제1층이 반도체에 접속되어 있다. 제1 전극(30)의 제1, 2층(31, 32)의 재료는, 제2 전극과 마찬가지이고, 그 구조도 마찬가지이다. 구체적으로는, 투광성 절연막(17)과 반도체 구조의 제1 도전형층(21)의 노출부(21s)의 경계, 구체적으로는 굴절률이 반도체 구조, 제1 도전형층, 혹은 그 노출부보다 낮은 절연막(17)과의 경계에서, 반도체 구조 내에서 전파되는 광이 노출부(21s)로부터 취출되는 경우에, 거기를 덮는 전극 형성 영역에 의해 차광을 억제하여, 그 앞의 절연막과 반도체의 경계에 의한 높은 반사율의 광반사에 의해, 특히 임계각 이상으로 대략 전반사되어 광손실되지 않고, 다른 노출부, 반도체 구조 측면, 발광 구조 상면, 투광성의 기판 등의 광창부로부터 바람직하게 취출된다.

또한, 도 5b에 도시하는 바와 같이, 제1 전극(30)은, 하층측에 형성된 투광성 도전막의 제1층(31)이, 투광성 절연막(17)보다 외측으로 연장하여, 제1 도전형층에 접속하는 피복부(31c)를 갖고 있다. 또한, 그 상층측에, 예를 들면 반사성의 금속막을 갖는, 제2층(32)이 적층된 구조로서, 절연막(17)의 외측에, 상기 피복부(31c) 상에, 연장 형성된 제2층의 연장 형성부(32p)가 형성되어 있다. 제1 전극(30)에서, 이 연장 형성부(32p)에 의해 제1 도전형층과 바람직한 오믹 접촉이 실현된다. 예를 들면 도 9에 도시하는 바와 같이, 피복부(31c)로부터 이격하여 형성하는 경우보다도 접촉 저항, 순방향 전압을 저감할 수 있다. 특히, 도 5, 도 7에 도시하는 바와 같이, 투광성 절연막의 면적, 단면폭이 그 피복부(31c), 그 총합보다 큰 경우, 또한 그 절연막을 피복하는 제2층의 피복부보다 큰 경우, 전극에 차지하는 절연막 개재 영역이 커서 반도체층 접속 영역이 작은 경우에, 바람직하게 기능할 수 있다. 또한 그러한 구조임으로써, 상기 반사 기능을 높일 수 있으며, 나아가서는, 광취출 효율, 발광 출력, 전력 효율을 높일 수 있다.

제2층의 절연막을 피복하는 부분은 특별히 한정되지 않지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 그 위에 외부 접속부(33)를 형성하는 경우에는, 전술한 제2 전극과 마찬가지로, 외부 접속부는 다른 부분, 예를 들면 도 11에 도시하는 전극 연신부(34) 등에 비하여 단면폭이 넓게 형성되어, 큰 면적을 필요로 한다. 이 때문에, 그 절연막을 피복하는 제2층 부분에 외부 접속부를 형성하는 것이 바람직하고, 따라서 바람직한 광반사가 이루어지며, 또한, 외부 접속 시의 내충격성, 하층의 제1층, 투광성 절연막과의 밀착성이 우수하기 때문이다.

또한, 제1층은, 도 2, 도 5, 도 7, 도 9, 도 11에 도시하는 바와 같이, 적어도 투광성 절연막의 일부를 덮는 연장부(31e)와, 그 외측으로 연장하는 피복부(31c)를 갖는 구조이면, 제2층과의 바람직한 접착, 접속이 이루어져 바람직하다. 또한, 제2층과 투광성 절연막 사이, 바람직하게는 제2층과 투광성 절연막 및 반도체층 사이에, 제1층이 개재됨으로써, 더욱 바람직하게는 전극 형성면 내에서 제1층에 내포되고, 나아가서는 단면에서 제1층 끝부, 특히 피복부의 끝부보다 내측에 제2층 끝부가 형성됨으로써 제2층의 하면측이 제1층에서 부설되어, 더욱 효과가 있다.

이와 같이, 제1, 2 전극, 그 제1, 2층을, 대략 동일 구조, 동일 공정에서 각각 형성하는 경우, 즉, 제1층 및/또는 제2층이 대략 동일 막두께로 제1, 2 전극에 형성되는 경우, 나아가서는 투광성 절연막에 대해서도 마찬가지인 경우에는, 후술하는 제1, 2 전극의 상위 부분에 의해, 각 전극 및 소자 기능을 높일 수 있다.

전술한 제1 전극의 구조 및 그 구성의 대부분은, 제2 전극에도 적용할 수 있지만, 상위시킴으로써 상승적으로 소자 기능을 높일 수 있으며, 그 상위점에 대하여 이하 설명한다.

도 5의 예는, 반도체 구조(20)에서, 발광 구조부가 다른 영역, 예를 들면 상기 노출부, 전극 형성 영역 등의 비발광부보다도 단면폭이 넓고, 대면적으로 형성되는 구조이며, 또한 그 전극 형성면측을 광취출측으로 하는 구조이고, 이 경우, 발광 구조부의 전극 형성면측에 광취출 창부가 형성되기 때문에, 그 창영역에 제1층의 투광성 도전막이 형성되어 있다. 한편, 비발광부의 제1 전극에서는, 발광 구조부에 비하여 광량이 적기 때문에, 제1층을 통한 광취출이 적어진다. 따라서, 제2 전극에서는, 제2층은, 제1층의 피복부보다 단면폭, 면적이 작아져서, 도 7에 도시하는 바와 같은 피복부 상의 연장 형성부가 형성되는 구조로서 전기 특성을 높이는 것보다도, 도 5의 예와 같이, 피복부(41p)로부터 이격하여 형성하여 연장 형성부에 의한 차광, 광손실을 억제하는 것이 바람직하며, 또한 투광성 절연막의 끝부보다 내측에 제2층 끝부를 형성하는 것, 투광성 절연막 상에 내포되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 도 5의 예의 구조에서는, 제2층, 투광성 절연막의 각 형성 영역은, 광반사 영역으로 하고, 제1층의 피복부를 광취출의 창영역으로 하는 것, 그 기능을 높이는 구조로 하는 것이 바람직하다.

제1, 2 전극 구조의 구체적인 양태로서는, 제1, 2 전극이 그 일부와 적어도 겹치는 투광성 절연막을 개재하여 형성되고, 그 제1층의 피복부가, 제1 전극(30)에서, 그 피복부(31c) 상에 제2층(32)이 연장 형성부(32p)를 갖고, 제2 전극(40)에서, 그 피복부(41c)와 이격하여 제2층(42)이 형성된 구조, 바람직하게는 그 제2층(42)이 단면에서 투광성 절연막의 끝부보다 내측에, 평면에서 투광성 절연막에 내포되어, 형성되는 구조이다. 이에 의해, 제1 전극의 피복부와 제2층이 서로 겹쳐서 전기 특성을 향상시키고, 한편 제2 전극에서는 피복부로부터 이격하여 투광성 절연막 상에 제2층을 형성함으로써, 제1층의 피복부의 광취출 창영역을 바람직하게 기능시키고, 한편, 제2층 영역에서는 그 차광 부재에 도달하는 광을 투광성 절연막의 개재로 바람직하게 반사하는 반사 영역으로서 기능시키는 구조로 할 수 있다.

이상 설명한 점 이외의 구성 등에 대하여, 이하 설명한다. 도 5의 예에서는, 투광성 절연막 상에서, 제1층과 제2층(피복부)이 상호 적어도 일부가 겹치는 것이, 밀착성, 전기 특성상 바람직하다. 또한, 투광성 절연막의 외측으로 연장하는 전극의 각 층은, 적어도 투광성 절연막으로, 단면에서의 한 쪽 혹은 전극 형성면 내에서의 외주의 일부로 연장하는 전극부, 바람직하게는 단면의 양측 혹은 외주의 대략 전체부로 연장하는 전극부, 특히 제1층의 피복부를 형성하는 것이 바람직하다.

도 5의 예에서는 제1 전극에 연신부는 없지만, 제1 전극에 대해서도, 도 11의 예에서 설명하는 바와 같이, 마찬가지의 연신부(34)를 형성할 수 있다. 또한, 도 5b의 단면도에서는, 제1 전극의 제1층은, 투광성 절연막의 끝부 및 그 측면을 덮는 연속된 막으로서 도시하고 있지만, 분리·이격시킬 수도 있다. 바람직하게는 도면에 도시하는 바와 같이, 연속하는 막으로 구성한다.

또한, 도 5의 예에서, 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이, 반사 기능을 담당하는 투광성 절연막보다 박막으로 형성하여, 광의 누설량보다 얇게 함으로써, 반도체 구조와 보호막의 경계에서 광반사면이 형성된다. 즉, 전술한 감쇠 계수가 낮은 투광성의 보호막, 절연막의 상면, 하면 등의 이종 재료 경계면에서의 반사를 기대할 수 있다. 특히, 투광성의 보호막(51)이 상기 투광성 절연막(17, 18)과 마찬가지로, 반도체 구조, 구체적으로는 전극 형성된 각 도전형의 반도체층보다, 그 굴절률이 작은 것이 바람직하다. 또한, 실시 형태 1과 마찬가지로, n_s>n₁인 것이 바람직하며, |n_s-n₁|<|n_s-n₂|인 경우에 더욱 바람직하고, 나아가서는 n_s>n₁>n₂인 것이 바람직하다.

<실시예 3>

상기 실시예 1(실시 형태 1)에서, 투광성 절연막을, 제1, 2 전극의 양방에 형성하는 것 외는 마찬가지로 하고, 도 5에 도시하는 발광 소자를 제작할 수 있다. 이 때 제1 절연막(17)은, 제2 절연막(18)과 동일 공정에서 형성한다.

<실시 형태 4>

본 실시 형태는, 상기 실시 형태 3(도 5)에서, 도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 전극에서, 제2층을 투광성 절연막과 대략 동일 폭, 형상·위치에서 형성하고, 제2 전극에서, 일부를, 이 예에서는, 제2 전극(40)의 연신부(44)를, 절연막(18)의 외측에서 제1층으로 연장 형성한 연장 형성부(42p)로 하고 있는 점이 상위하다. 실시 형태 3과 비교하면, 제1 전극에서는, 연장 형성부(32p)에 의한 광흡수, 손실이 감소하지만, 한편, 제1 도전형층과의 접촉 저항이 높아지는 경향이 있다. 제2 전극에서는, 제1층의 피복부의 면적, 나아가서는 발광 면적이 커지지만, 한편, 전극 연신부(44)에서 광흡수가 발생하여, 결과적으로 출력이 저하하는 경향이 있다. 따라서, 제1 전극에서의 Vf 상승과, 제2 전극에 의한 광손실 증가에 의해, 전력 효율이 저하하는 경향이 있다. 이 도 2의 예에서는, 상기 실시예 1(1A∼1C), 비교예 1의 발광 소자가 얻어지고, 제1 전극에서 투광성 절연막(17)을 가짐으로써, 그 소자 특성이 향상하는 것을 알 수 있다.

<실시 형태 5>

실시 형태 5로서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, LED의 크기를 420㎛×240㎛으로 하여, 장방형 형상으로 하는 형태이다. 돌기부(60)를 제외하고, 실시 형태 3과 마찬가지로 형성할 수 있다. 제1 전극(30)의 형성 영역(21e)인 발광 구조(25)의 오목 절결부는, 발광 구조의 코너부로서, 길이 형상의 발광 소자의 영역·발광 구조에 대하여, 길이 방향의 한 쪽의 끝부측에 형성되어 있다. 또한, 형성 영역(22e)은, 길이 방향에서 전극의 측면 일부로 연장하여 형성된 형상으로 되어 있다. 또한 제1 전극, 제2 전극은, 각각 기점으로 되는 길이 방향 양단 부근의 외부 접속부(33, 43)로부터 길이 방향으로 연신하는 연신부(34, 44)를 갖고 있고, 서로의 연신부는 발광 구조를 사이에 끼우도록 폭 방향으로 대향하여 형성된다.

(실시예 4)

상기 실시예 1에서, 전술한 도 14의 소자 구조로서 형성하고, 각 전극의 제2층을 Ni(0.6㎚)/Ag/Ni/Ti/Pt/Au의 Ag 반사 전극으로 하는 것 외에는 마찬가지로 하여 발광 소자를 제작한다. 여기서, 제1 전극을, 실시예 1과 마찬가지로 제2층(32)과 제1 투광성 절연막(17)을 대략 동일 형상으로 하는 것(실시예 4A)과 그 제1 투광성 절연막(17)을 생략하고 있는 것(비교예 4), 전극 연신부의 대향 방향에서 제2 전극·발광 구조부에 근접하도록 변위시키고(도면의 하방향), 그 변위량으로서 제1 전극의 제2층 연장 형성부 끝부와 투광성 절연막 끝부의 거리가 2.4㎛인 것(실시예 4B)과, 6.7㎛인 것(실시예 4C)에서는, 하기 표 5의 특성의 소자가 각각 얻어진다. 이 표 5에서의 평가는 표 1과 마찬가지로 발광 장치에 실장하여 얻어지는 각 특성으로 된다. 비교예 4에 비하여, 상기 실시예 1의 경우와 마찬가지로, 제1층의 접촉 면적의 관계로부터 Vf가 높아지는 경향이 있지만, 변위량을 크게 함으로써 감소시키고, 동일 정도까지 저감(실시예 4C)할 수 있다. 이것으로부터 제2층의 연장 형성부의 단면폭은 3㎛ 이상, 바람직하게는 5㎛ 이상으로 함으로써, Vf 증가를 억제할 수 있고, 그 밖의 대부분을 차지하는 영역(제2층의 전극 연신부[단면폭 약 20㎛], 외부 접속부[단면폭 약 100㎛])에서, 바람직한 광반사 구조를 실현할 수 있다. 또한, 광속은, 비교예 4에 비하여, 3%(실시예 4A), 6%(실시예 4B, 4C) 향상시킬 수 있고, 전력 효율도 0.5∼2.5% 정도 향상할 수 있다.

	Vf[V]	φe[mW]	전력 효율[%]	λd[㎚]
실시예 4A	3.24	28.0	43.2	454.9
실시예 4B	3.21	28.6	44.5	454.0
실시예 4C	3.16	28.6	45.3	453.9
비교예 4	3.18	27.1	42.6	454.5

상기 실시예 1 및 본 실시예 4의 지견으로부터, 제1, 2 전극을 본 발명의 투광성 절연막 및 제1, 2층 구조로 함으로써, 각 전극에 투광성 절연막을 형성하지 않는 것, 제2 전극에 본 발명과 마찬가지의 구조로 하는 것에 비하여, 각각, 15%, 5% 정도의 광속 향상, 또한 전력 효율 향상이 가능하게 된다.

(실시 형태 6)

실시 형태 6은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 반도체 구조의 전극 형성면측을 광반사측으로 하고, 그것에 대향하는 면측을 광취출측으로 하는 구조이며, 본 발명, 특히 실시 형태 3∼5(제1 전극)에서의 그러한 반사 소자 구조의 예를 설명하는 것이다. 여기서, 도 6a는, 발광 소자의 전극 형성면측의 평면도의 개략이고, 도 6b는 도 6a의 소자의 일부 영역의 AA 단면도의 개략이다. 또한, 제1, 2 전극(30, 40)의 외부 접속부(33, 43)는, 도 6a 중에서 일점 쇄선의 포위 세선으로서 나타내고, 제2 전극(40)의 제2층(42)의 연장 형성부(42p), 그것에 대응하는 절연막 개구부는 도 6a 중에서 사각형으로서 도시하고 있다. 이 예의 발광 소자의 치수는, 소자 외형이 1㎜×1㎜의 대략 정방형이다. 각 전극의 외부 접속부 등 다른 구조물의 치수는, 소자의 크기에 관계되는 발광 구조 및 그것에 수반하는 연신부를 제외하고, 상기 각 예와 마찬가지의 치수로 형성할 수 있다.

또한, 그 밖의 상위점으로서, 제1층이 투광성 절연막 아래에 부설된 개재부를 갖고, 제2층이 투광성 절연막을 덮고, 그 외측의 연장 형성부에서 제1층(피복부(41c))에 도통하고 있다. 이 개재부에 의해, 상기 각 실시 형태의 예에서는 투광성 절연막에 의해 분단되어 있던 제1층, 그 피복부가 상호 접속된 구조로 된다. 이에 의해, 투광성 절연막의 형상 등에 의존도를 낮게 하여, 제1층에 의한 바람직한 전류 확산을 실현할 수 있다.

제2 전극(40)에서는, 제2층과 제1층 사이에 개재하는 투광성 절연막에 개구부가 형성되고, 그 개구부가 제1, 2층 간의 도통부(41c, 42p)로서 기능하고 있다. 즉 제2층은, 개구부에 연장 형성부가 형성되고, 절연막을 덮는 피복부에 의해 그 각 연장 형성부가 서로 접속되고, 연결된 구조로 되어 있다. 또한, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 투광성 절연막에 개구부, 구체적으로는 상호 분리한 복수의 개구부를 갖는 형태 이외에, 발광 구조부(25), 제1층(41) 상에서 상호 분리한 투광성 절연막의 섬 형상부, 도 10에 도시하는 상호 분리한 복수의 절연막의 섬 형상부와 그 노출부, 등의 형태로 할 수도 있다. 이러한 섬 형상부, 노출부, 개구부의 형상, 배치로서는 특별히 한정되지 않고, 도면에 도시하는 바와 같은 직사각 형상 외에, 원 형상, 다각 형상, 타원 형상, 띠 형상, 스트라이프 형상, 격자 형상 등 여러 가지의 형상으로 할 수 있다. 그 배치도 도면에 도시하는 바와 같은 발광 구조부(25), 제1층(41) 상에서 주기적으로 배치된 구조 외에, 불규칙한 배치이어도 되며, 원하는 반사 특성, 전기 특성으로 되도록 여러 가지의 형상, 배치를 채용한다. 바람직하게는, 도 6a, 도 6b에 도시하는 바와 같이, 절연막이, 그 개구부 혹은 노출부, 거기를 피복하는 제1층 피복부(41c), 나아가서는 그 위의 제2층 연장 형성부(42p)보다도, 단면에서 폭이 넓고, 반도체 구조 주면, 전극 형성면 내에서 면적이 큰 것이다. 이에 의해, 절연막(18)의 반사 영역이 차지하는 비율을 높여, 바람직한 반사 구조로 할 수 있어, 바람직하다. 또한, 제2 전극(40)은, 제2층이, 투광성 절연막 상에서 일부가 분리, 노출되는 것보다도, 절연막의 영역을 덮는 피복부가 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 의해 그 피복부에서 광반사, 외부 접속부를 바람직하게 형성할 수 있다. 이 때, 제2층은, 절연막(18) 상의 피복부가, 연장 형성부 사이의 절연막을 덮도록 형성된다. 또한, 보다 구체적으로는 제1, 2층 사이에 형성되는 절연막의 개구부가 각 층 간의 연통부로 되고, 그 부분을 제2층으로부터 연장 형성한 연장 형성부가 충전하도록 형성된다. 이러한 발광 소자는, 발광 구조부를 덮는 제2층 상에, 도면에 도시하는 외부 접속부(43), 예를 들면, 땜납 범프 등이 형성되고, 그 도전성 접착 부재를 개재하여 발광 장치의 실장부 등에 접착된다. 이상은, 제2 전극에 대하여 주로 설명하였지만, 제1 전극에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

이와 같이, 각 전극(30, 40)의 제2층(32, 42)의 연장 형성부(32p, 42p)에서, 제2 전극의 연장 형성부의 전극 형성면 내에서의 면적, 혹은 반도체 구조의 단면의 폭을, 제1 전극보다 크게 한다. 이에 의해, 제2 전극 제1층, 특히 발광 구조부 상면에서, 바람직한 전류 주입이 이루어지고, 개재부에 의한 바람직한 전류 확산, 반도체 구조에의 주입이 이루어지며, 절연막에 의한 바람직한 광반사도 실현할 수 있다. 또한, 제1 전극에서는, 제2층 연장 형성부의 바로 아래의 제1층 피복부에서 바람직한 접촉, 전류 주입이 이루어지고, 제2 전극보다 작게 함으로써, 그 전류 주입부를 작게 하여, 절연막부, 또한 발광 구조부를 크게 할 수 있다. 이 때, 바람직하게는 도 6b에 도시하는 바와 같이, 단면에서 연장 형성부를, 절연막의 양측에, 더욱 바람직하게는 발광 구조부에 인접하는 부분에, 나아가서는 절연막의 외주 전역에, 형성한다. 또한, 도 6a에 도시하는 바와 같이, 전극 형성면 내에서의 제1 전극 연장 형성부의 길이를, 제2 전극 연장 형성부보다 길게 한다. 나아가서는 제1 전극 연장 형성부의 수를 제2 전극의 그것 보다 많게 함으로써, 전술한 전기·발광·반사의 기능을 바람직하게 높일 수 있어 바람직하다.

이 예에서는, 도 7의 제2 전극에도 보이는 바와 같이, 상기 제1층의 개재부에서, 각 도전형층과의 접촉 저항을 피복부와 동일 정도로 하여, 개재부 및 피복부의 양방을 전류 주입부, 발광 구조부 상에서는 발광 영역으로 할 수도 있다. 또한, 접촉 저항을 피복부보다 높게 하여 그 피복부에 비하여 전류 억제부, 발광 구조부에서의 약발광 영역으로 할 수도 있다. 또한, 그것보다 높게 하여 전류 저지부, 발광 구조부에서의 비발광 영역으로 할 수도 있다. 본 실시 형태와 같이, 전극 형성면에 대향하는 면측을 광취출측으로 하는 소자에서는, 전자의 전류 주입부(발광 영역)로 함으로써, 제1 전극 형성의 노출부에 대하여 그 한 쪽, 바람직하게는 그 양측에 인접하는 발광 구조부에 바람직한 전류 주입으로 할 수 있다. 발광 구조부 상, 그 제2 전극에서는, 그 제1층 형성 영역 전체를 발광 영역으로 할 수 있기 때문에, 제1층 피복부에 대하여 적어도 한 쪽, 바람직하게는 제1 전극측, 더욱 바람직하게는 양측에 개재부의 전류 주입부를 형성하면 된다.

이러한 구조에 대하여 구체적으로 설명하면, 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 제1층의 개재부에서, 각 도전형층과의 접촉 저항을, 그것보다 외측의 접촉부(피복부)와 동일 정도로 한다. 이에 의해 개재부 및 외접촉부의 양방을 전류 주입부, 발광 구조부 상에서는 발광 영역으로 할 수 있다. 이상의 전류 주입 구조는, 예를 들면 전극 형성면에 대향하는 면측을 광취출측으로 하는 소자에서 바람직하게 이용할 수 있다. 개재부에서 약발광 영역, 고저항부, 전류 저지부로 하는 구조는, 제2 전극 형성측을 광취출측으로 하는 소자에 바람직하게 이용된다. 또한, 그 개재부를 가짐으로써, 상기 절연막의 단차의 문제를 해결하고 개재부에 의해 절연막 영역을 전기적으로 접속하여, 면 내의 전위차, 전류 확산을 바람직하게 할 수 있어 바람직하다. 개재부는, 절연막 아래에서, 전체에 형성되어도, 일부가 겹쳐서 형성되고, 일부에서 분리되어도 된다.

이러한 제1층(41)(31), 특히 그 피복 영역, 개재 영역에서의 접촉 저항의 제어는, 전술한 실시예 1의 제조 방법에서 설명한 바와 같이, 전극의 열처리 어닐링에 의해 제어할 수 있다. 구체적으로는, 상기 예에서는, 발광 구조부측의 p측층 상에서는, 제1층을 덮는 전극(제2층), 투광성 절연막을 피복 후에 열처리함으로써, 그 절연막으로부터 노출된 영역(제1층 피복 영역)에서, 그 절연막 영역(제1층 개재 영역)보다, 바람직한 접촉 저항 저감이 가능하게 된다. 한편, 제1층 성막 시에, 전체 영역을 노출된 영역으로서 열처리함으로써, 면 내에서 대략 균일한 접촉을 실현할 수 있고, 그 위에, 상기 전극, 절연막 등의 피복 영역을 형성함으로써, 개재 영역을 포함시킨 제1층 형성 영역을 전류 주입 영역으로 하는 구조가 얻어진다. 또한 제2 전극에서는, 제1층을 덮는 제2층, 투광성 절연막을 피복 후에 열처리함으로써, 그 제2층 피복 영역(연장 형성부(32p))에서, 제2층으로부터 노출된 영역보다, 제1층의 바람직한 접촉 저항 저감이 가능하게 된다. 도 6에 도시하는 제2층 연장 형성부(32p) 영역 하의 제1층 피복 영역(31c)이, 개재부에 의해, 바람직한 저감이 가능하게 되며, 이것을 이용하여 여러 가지의 전류 제어 구조를 형성할 수 있다. 또한, 제1 전극에서는, 개재부와 외접촉부와의 접촉 저항 제어보다도, 전술한 바와 같이 연장 형성부에서의 외접촉부의 접촉 저항 제어 쪽이 강해지는 경향이 있고, 전술한 바와 같이 외접촉부(피복부)를 개재부에 대한 배치, 폭을 제어하여, 전류 주입 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 도 6b의 부분 확대도로 나타낸 바와 같이, 또한 투광성막의 상면측에는, 반사막 구조로서, 유전체 다층막(19)의 반사 구조를 형성하여도 된다. 이에 의해, 예를 들면 금속 등의 제2층(42)에 도달하는 광량을 줄여서, 광손실을 저감할 수 있다. 유전체 다층막은, Si, Ti, Zr, Nb, Ta, Al로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 산화물 또는 질화물로부터 선택된 적어도 2개를 반복하여 적층한 유전체 다층막, DBR이다. 이 경우, 반사층(19)은, 예를 들면 (SiO₂/TiO₂, SiO₂/Nb₂O₃), 등 저굴절율과 고굴절률의 막(19a, 19b)을 교대로, 적어도 1쌍, 바람직하게는 2쌍 이상, 구체적으로는 2∼5쌍 적층한 구조 등으로 구성된다.

이러한 유전체 다층막 반사 구조는, 제1 전극에 형성할 수도 있고, 이에 의해 비발광부의 전극 형성 영역에서도, 광반사와 그 대향측(기판측)에서의 바람직한 광취출을 실현할 수 있어 바람직하다. 이 때, 제1, 2 전극에서, 각 절연막 및 다층막 반사막의 형성을 동일 공정에서 형성한다. 더욱 절연막과 보호막을 동일 공정에서 형성하고, 즉 동일막으로 구성한다. 이러한 보호막과 절연막의 동일 구조는, 보호막을 광취출 창부라고 하는 구조에서, 각 막의 두께가 서로 다른 실시 형태 1에 비하여, 각 막의 반사 기능을 최적화할 수 없지만, 제조 상 유리하게 된다. 또한 보호막에 바람직한 두께에서 동일 구조로 하는 것, 또한 제1층 개재부에 의해 전류 주입부로 함으로써, 바람직한 소자가 얻어진다. 또한, 도시하는 바와 같이, 보호막(51) 상에도 형성할 수도 있어 바람직하다. 또한, 그 다층막 반사막 대신에, 혹은 그에 더하여 금속의 반사막을 형성하는 것, 그와 같은 금속 반사막을 제2층 최하층에 이용할 수도 있다. 이상과 같은 구조, 각 형태는, 그것을 다른 실시 형태에 적용할 수도 있다.

<실시 형태 7>

실시 형태 7로서는, 실시 형태 2, 실시예 2, 5에서, 제2 전극(p전극)의 연신부(44)의 형상을 도 3에 도시하는 바와 같은 것으로 하고, 연신부의 개수를 4개(실시예 2, 5)로부터 2개로 하고, 제1 전극의 제2층(32)을 도 9에 도시하는 바와 같이 투광성 절연막(17)에 내포되도록 형성하고, 대략 정방형(320㎛×320㎛)의 발광 소자로 한다. 또한, 연신부(44)의 개수가 감소한 것에 수반하여, 그 폭을 도 1, 도 4의 예보다 폭이 넓게 하고, 실시예 5에서는 약 20㎛로 하고 있다. 전극 연신부의 개수가 적은 것에 의해, 발광 구조에 차지하는 투광성 절연막(18)의 면적이 작아지고, 발광 면적이 커지지만, 전극 연신부(44)의 개수 감소, 그 주연부의 면적 감소에 의해, 전류 확산이 저하하는 경향이 있고, 출력이 저하하는 경향이 있다. 또한, 제1 전극에도, 제2 전극과 마찬가지의 절연막 구조를 갖고 있다.

<실시예 5>

상기 실시예 2에서, 도 3에 도시하는 바와 같은 전극 형상으로 하는 외에는, 마찬가지로 하여 발광 소자를 제작한다. 또한, 그 비교예 5로서, 실시예 5에 비하여, 투광성 절연막을 생략한 구조로 한다. 비교예 5에 비하여, 고출력, 고효율, 고전력 효율의 소자로 된다.

<실시 형태 8>

실시 형태 8로서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 대면적의 발광 소자이며, 발광 구조(25)의 내부에, 전극 형성 영역(21e) 및 제1 전극(30)이 2개 형성된 구조를 갖는다. 길이 형상의 발광 구조부(25A, 25B), 구체적으로는 내측 발광 구조부(25A)와 2개의 외측 발광부(25B)가, 그 폭 방향으로 제1 전극(30)(형성 영역(21e))과 교대로 배치된 구조로 되어 있다. 각 발광 구조부(25A, 25B)에 대하여, 상기 실시 형태 5(도 14)와 마찬가지로, 그것에 병설된 제1 전극(30), 주로 그 연신부(34)를 갖는 구조로 되어, 바람직한 전류 확산, 발광을 실현할 수 있다. 여기서, 도 11a는, 발광 소자의 평면도의 개략이며, 도 11b는 도 11a의 소자의 일부 영역의 AA 단면도의 개략이다. 또한, 이 예의 발광 소자의 치수는, 소자 외형이 800㎛×800㎛이며, 각 전극의 외부 접속부 등 다른 구조물의 치수는, 소자의 크기에 관계되는 발광 구조 및 그것에 수반하는 연신부를 제외하고, 상기 각 예와 마찬가지의 치수로 형성할 수 있다.

이 예에서도, 본 발명의 전극 구조는 바람직하게 기능하며, 상기 실시 형태와 마찬가지로, 폐색된 전극 형성 영역(22e)에서도, 발광 구조부에 둘러싸인 노출부(21s)의 전극 형성 영역(21e)에서, 바람직한 광반사 구조로 할 수 있다. 이 구조와 같이, 각 전극 및 그 연신부 혹은 외부 접속부, 발광 구조부가 복수 형성되는 발광 소자 구조에서도 본 발명은 바람직하게 적용된다.

또한, 본 실시 형태와 같은 대면적의 소자의 변형예로서, 도 12에 도시하는 소자, 외형 450㎛×450㎛을 설명한다. 이 소자는, 도 11의 예와 같이, 제1, 2 전극의 연신부 사이에 끼워진 복수의 발광 구조부로 구획하여 고정할 수 있다. 이 제1 전극 구조는, 본 발명의 전극 구조이며, 이에 의해, 150lm/W의 발광 장치가 얻어진다.

이하, 상기 각 실시 형태 및 본 발명에서의 각 구성에 상세하게 설명하지만, 이것에 한하지 않고, 각 구성을 적절히 조합하는 응용도 가능하다. 또한, 각 실시 형태, 및 그것에 개시된 각 구성, 양태에 대해서도 마찬가지로 적절히 조합할 수 있다.

<반도체 구조·소자 구조·발광 구조>

발광 소자 구조는, 도 1 등에 도시하는 바와 같이, 기판 상의 반도체 구조(20) 외에, 그 기판이 없는 구조, 반도체 기판을 포함하는 소자 영역·구조로 할 수도 있다. 또한, 제1 도전형층 노출 영역(21s)과, 발광 구조(25)의 영역이 적어도 반도체 구조에 배치된 구조로 된다. 발광 구조(25)로서는, 그 밖에 호모 접합, 헤테로 접합의 p-n 접합 구조, p-i-n 구조, mis 구조로 할 수 있다. 또한, 소자 구조 중, 혹은 각 도전형층 내에, 일부 반절연·절연성, i형층, 역도전형의 층·영역이 형성되어 있어도 되고, 예를 들면 전류 주입 영역을 제어하는 반절연·절연성, i형층 등으로 형성되는 전류 저지층·영역, 전극과의 접합용의 역도전형으로 형성되는 터널층 등이 형성된 구조이어도 된다.

반도체, 예를 들면 질화물 반도체는, 기판 상에, MOVPE 등의 종래 알려진 성장 방법에 의해 형성된다. 질화물 반도체의 성장 기판으로서는, 사파이어, MgAl₂O_4, SiC, NdGaO₃ 혹은 Si 기판, GaN 등의 반도체 기판 등을 들 수 있다. 기판으로서는, 투광성 기판, 또한 반도체와 상이한 재료의 이종 기판이 바람직하다. 광투과성이 부족한 반도체 기판, 금속 기판 등은, 반도체와의 사이에 광반사층을 형성하는 구조로 할 수 있다. 또한, 질화 갈륨계 화합물 반도체 재료로서는, 일반식 In_xAl_yGa_{1 -x- y}N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)인 것, III족 원소로서 B, V족 원소로서 N의 일부가 P, As로 치환된 것을 이용해도 된다. 또한 각 도전형의 질화물 반도체에 n형 불순물로서, Si, Ge 등의 IV족 원소 등, p형 불순물로서 Mg, Zn 등을 함유하고 있다. 또한, 질화물 반도체 이외에, GaAs계, GaP계, AlGaAs계, InAlGaP계, 화합물 반도체 등의 다른 반도체 재료에도 적용할 수 있다.

<전극·전극 구조>

발광 구조 상면(25t)의 제2 도전형층 표면(23s) 상, 제1 도전형층(21s) 상에서, 동일 면측, 즉, 반도체 구조의 한 쪽의 주면측에, 각 도전형의 전극이 형성되는 것이 바람직하다. 이것에 한하지 않고, 반도체 구조의 대향하는 면측에 각각 전극이 형성되는 구조이어도 된다. 이 경우, 상기 성장 기판을 연마, LLO(Laser Lift Off) 등으로 제거하는 형태, 그 반도체 구조를 다른 담체로 되는 부재에 형성하는 형태이어도 된다. 제1, 2 전극의 하층측(제1층)은, 바람직하게는 투광성이며, 오믹 접촉용으로서, 제2 전극의 경우에는, 전류 확산 도체로서도 기능시켜진다. 제2 전극에서는, 투광성 도전막이 바람직하게 광투과성의 구조, 예를 들면 격자 형상의 구조 등을 이용할 수도 있다. 한편, 제1 전극(30) 측에서는, 상기 전류 확산 도체는, 발광 구조 하방의 제1 도전형 반도체 영역이 주로 그것을 담당한다. 연신부는, 전류 확산을 보조한다. 또한, 제2 전극도 연신부가 없는 구조로 해도 된다.

제1, 2 전극(30, 40)의 제1층(31, 41)은, 투광성의 막이 상기 투광성 절연막과 조합하여, 제1, 2 전극 형성측을 주발광측으로 하거나, 혹은 그것을 반사측으로 하고 대향측을 주발광측으로 하는 소자 구조에 이용된다. 또한, 도 1C의 제1 전극(30)과 같이, 제1, 2층 사이에 투광성 절연막이 개재되어 있지 않은 전극 구조의 경우에는, 제1층을 생략하거나, 제1층을 비투광성으로 하거나 할 수 있다. 투광성의 도전막, 질화물 반도체의 전극으로서는, Ni, Pt, Pd, Rh, Ru, Os, Ir, Co, Ag 등으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속, 합금, 적층 구조, 나아가서는, 그들의 화합물, 예를 들면, 도전성의 산화물, 질화물 등이 있다. 도전성의 금속 산화물(산화물 반도체)로서, 주석을 도핑한 두께 5㎚∼10㎛의 ITO(Indium Tin Oxide), 또한 산화 아연, 산화 인듐, 또는 산화 주석, 이들의 복합물, 예를 들면 IZO(Indium Zinc Oxide)를 들 수 있으며, 투광성에서 바람직하게 이용된다.

상기 구체예에서 설명하는 바와 같이, 제1, 2 전극(30, 40)의 투광성막(제1층(31))을 동일 재료, 막두께, 구조로 하는 것이 바람직하고, 또한 동일 공정에서 형성하는 것이 바람직하며, 양산성이 풍부한 전극 구조로 할 수 있다. 그 상층측에 배치되는 금속막·반사성막(제2층(32, 42), 패드 전극, 반사 전극)도 마찬가지이다. 제2층·패드 전극은, 단층막이어도 되지만, 다층막 구조, 구체적으로는 하층측으로부터 순서대로, 반사층/패드부·전류 확산용의 금속층 중 적어도 2층, 바람직하게는 도 7∼도 9에 도시하는 바와 같이 반사층(32-1)(42-1)/배리어층(32-2)(42-2)/패드부용의 금속층(32-3)(42-3) 중 적어도 3층을 갖는 구조로 각 층의 기능이 바람직하게 높여진다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 하기 밀착층 등을 포함시킨 4층((32-1∼32-4)과 (42-1∼42-4)), 그 이상으로 할 수도 있다. 반사막으로서는, 구체적으로는 Ag, Al, Rh 등을 들 수 있고, 제1층과의 접촉측에 배치된다. 배리어층은 W, Mo 등의 고융점 재료나, 백금족 원소, 패드 전극용의 재료로서는 Au, Al이 있다. 각 층의 막두께는, 특별히 한정되지 않지만, 0.05∼5㎛으로 형성된다. 구체예로서는, Ni 개재층 상에 Ag/Ni·Ti(밀착층)/Pt/Au 외에, Rh/Pt/Au, Al/Pt/Au, Ti(밀착층)/Rh/Pt/Au, Al/W/Pt/Au, Ni(밀착층)/Ag/Ni/Ti(밀착층)/Au를, 이 순으로 적층한 구조 등이 있다. 여기서, 제2층은, 도 7, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제조상, 단면이 제1층측을 광폭으로 하는 사다리꼴 형상으로 할 수도 있고, 인접하는 발광 구조 측면에 대하여 측면이 경사진 구조이면, 도 9와 같은 다층 구조에 비하여, 광의 반사 작용에 의해 지향성·축상 광도를 높일 수도 있어 바람직하다. 또한 종래 알려진 제조 방법, 예를 들면 마스크 재료·형상, 성막 조건에 의해 원하는 형상으로 할 수 있다.

<돌기부·광학적 구조부>

상기 전극(30)과 발광 구조(25) 사이에, 도 9, 도 12에 도시하는 바와 같이, 돌기부(60) 등의 광학적인 기능, 예를 들면 홈·오목부(26p), 그 측면(61, 63), 상면(62) 등에서 반사, 산란, 회절 등의 기능을 갖는 구조부, 혹은 반도체 구조의 광취출부, 기판 표면 등에 그것을 형성하고, 상기 보호막, 절연막, 반도체, 기판의 투광성의 부재로 형성함으로써, 광취출 효율을 향상할 수 있어 바람직하다. 또한, 도 2, 도 7에 도시하는 기판(10) 표면의 요철 구조(11)도 마찬가지이다. 이들 구조물로서는, 폭 0.5∼5㎛이면, 바람직하게 제조할 수 있다.

<투광성 부재(50), 보호막(51), 밀봉 부재·피복 부재(52), 투광성 절연막(17, 18)>

도 1b∼d, 도 2, 도 4, 도 5b, 도 7, 도 8, 도 11b 등에 도시하는 바와 같이, 각 전극의 외부 접속부(33, 43)를 개구시킨 개구부를 형성하고, 다른 소자 영역의 거의 전체면을 덮는 절연성의 보호막(51)이 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 발광 장치(200)의 예와 같이, 발광 소자는, 소자 혹은 반도체 구조를 덮는 투광성 부재(50), 예를 들면 피복 부재(52), 밀봉 부재(230)를 갖는 형태가 바람직하다. 또한 보호막은, 상기 반도체 구조, 특히 전극 형성면측에 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도면에 도시한 바와 같이, 보호막(51)과 그 외부를 덮는 피복 부재(52)를 적어도 갖는 투광성 부재(50)인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 개구부의 형상은, 도 1b∼d, 도 2에 도시하는 전극 제2층의 일부가 개구되는 형태, 도 7, 도 8에 도시하는 개구부 내 등에, 보호막 끝부로부터 이격하여 전극 상층측(제2층)이 형성되는 형태이어도 되고, 비교적 박막으로 형성되는 제1층 피복 영역을 적어도 덮는 형태인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 절연막 끝부, 그 외연부 혹은 그 박막부(17a, 18a), 또는 상기 피복 영역과 절연막 영역의 경계 영역을 적어도 덮는 형태로 한다. 투광성 부재, 특히 보호막 재료로서는, 종래 알려진 것, Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, 나아가서는 이들의 산화물, 질화물, 불화물 등의 화합물, 구체적으로는, 규소의 산화물·질화물, 알루미늄, 니오븀의 산화물, 유전체막 등이다. 발광 소자의 광·파장에 따라서, 적절히 투광성이 높은, 원하는 굴절률 혹은 감쇠 계수 k, 바람직하게는 k=0의 재료를 이용하면 된다. 보호막, 특히 제1층 피복부를 덮는 영역도 투광성 절연막과 마찬가지로, 광반사 기능을 높이기 위해서는, 적어도 λ/2n_3, 바람직하게는 λ/n_3, 이상의 막두께로 한다. 밀봉 부재로서는, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 등의 내후성이 우수한 투명 수지나 유리 등이 이용되고, 상기 발광 소자를 피복하는 피복 부재도 마찬가지의 재료가 이용된다.

또한, 본 발명에서, 전술한 각 투광성의 층·막과, 반도체 구조의 굴절률의 관계는, 적어도 ns>n₂, 또한 투광성 부재(보호막 등), 특히 보호막의 굴절률 n₃은, n_s>n₃인 것, 특히 제1층 피복 영역 상의 보호막인 것으로 전술한 피복 영역에서의 바람직한 광반사 구조로 할 수 있어 바람직하다. 나아가서는, n₁>n₃임으로써 상기 반사 영역에서의 제1층과 보호막의 혼재 구조에서, 바람직한 반사 구조로 할 수 있어 바람직하다.

또한, 도 7∼도 9에 도시하는 바와 같이, 투광성 절연막이, 그 끝부에서 막두께가 작고, 그것보다 내측에서 막두께가 큰 구조로 할 수도 있고, 그 끝부 근방에서의 상층의 제1층, 제2층, 보호막과의 밀착성이 향상하기 때문에 바람직하다. 구체적으로는, 적어도 한 쪽의 끝부, 바람직하게는 양단부, 외연의 적어도 일부, 바람직하게는 전체 외주에 그 박막부(17a, 18a)가 형성된다. 이에 의해, 절연막 상과 반도체층 표면의 단차에 걸쳐 가설되는 제1층의 피복 영역 근방(도 8, 도 9), 제2층의 피복부와 연장 형성부(32p) 사이(도 8)에서, 나아가서는 상기 실시 형태 6과 같이 개구부에 가설되는 제2층 혹은 제1층을 갖는 형태로, 그 효과를 바람직하게 발휘할 수 있어 바람직하다. 또한, 도 9와 같이, 제1층의 피복 영역에 이격한 제2층인 경우에는, 상기 단차에서의 분단을 회피할 수 있어 바람직하다. 또한 전술한 제1층 피복 영역과 절연막 형성 영역 사이의 경계 영역에서의 광학적인 분포를 완만하게 할 수 있어, 바람직하다. 또한, 이러한 박막부는, 마스크의 끝면 경사에 의한 리프트 오프, 마스크 끝부 근방 아래에의 오버 에칭 등에 의해, 형성할 수 있다. 본 발명에서, 상기 각 실시 형태, 실시예에서는, 전극 아래, 구체적으로는 제2층 혹은 제1층과 반도체 구조 사이에 투광성 절연막을 형성하는 형태를 주로 설명하였다. 그 밖에, 전술한 실시 형태 6(도 6), 도 7에 도시하는 바와 같이, 투광성 절연막과 반도체 구조, 특히 절연막과 발광 구조부(25) 사이에 개재하는 제1층(개재 영역)을 형성할 수도 있다. 또한, 도 7∼도 9에, 또한 도 2, 도 3 등에도 도시하는 바와 같이, 전술한 제2 전극을, 제1 전극에도 적용할 수 있다. 그 제2층(32)은, 예를 들면 도 2, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제1층 피복 영역(31c)으로부터 이격하는 경우와, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 절연막의 외측에서 제1층 피복 영역(31c) 상에 연장 형성부(32p)가 형성된 구조로 할 수 있다. 한편, 제2 전극의 경우에는, 연장 형성부를 갖지 않고, 제1층 피복 영역(41c)으로부터 이격하는 형태, 바람직하게는 절연막에 내포되고, 절연막 끝부로부터 이격되는 형태가 바람직하다.

또한 기본적인 구조는, 전술한 바와 같이, 제1, 2 전극에 공통으로, 제1층과 제2층은 상호 적어도 일부가 겹쳐, 전기적으로 접속되고, 제2층과 투광성 절연막도 또한 상호 적어도 일부가 겹치도록 형성되는 구조이다. 여기서, 이것에 부가하여 도 2, 도 3, 도 7∼도 9의 예에서는, 투광성 절연막 상에서, 제1층(연장부(31e, 41e))과 제2층(피복부(32e, 42e))이 상호 적어도 일부가 겹치는 것이, 밀착성, 전기 특성상 바람직하다. 이 경우, 제2층이, 절연막과 제1층에 접촉하는 형태보다, 제1층 상에만 형성되는 쪽이 바람직하다. 또한, 투광성 절연막의 외측으로 연장하는 전극의 각 층은, 절연막의 한 쪽 혹은 외주의 일부로 연장하는 전극부, 바람직하게는 그 양측 혹은 외주의 대략 전체부로 연장하는 전극부로 하는 것, 특히 제1층의 피복 영역을 형성하는 것이 바람직하며, 나아가서는 절연막 상의 연장부로 연장되는 형태로 하는 것이 바람직하다. 또한, 실시 형태 6(도 6b), 도 7의 제2 전극과 같이, 제1, 2층의 겹침이, 절연막의 외측이면, 제1층의 단선 등의 영향 없이, 서로 도통할 수 있다. 이 경우, 도 5b, 도 7의 제1 전극과 같이, 절연막 상의 제1층 연장부를 갖는 형태, 도 6b, 도 7의 제1 전극과 같이, 제1층 개재부를 갖는 형태 중 어느 것이어도 된다. 또한, 그 개재부의 일부, 혹은 전부가 없고, 절연막의 일부, 혹은 전부가 반도체에 접촉하여, 절연막의 한쪽, 혹은 양측의 제1층 피복부에서 제2층과 접속하는 형태이어도 된다.

<제1, 2층, 절연막의 배치 형태>

본 발명에서, 제1층(31)(41)과 제2층(32)(42)은, 상호 겹치면 되고, 예를 들면 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1층 상의 일부에 형성되는 구조로서, 여러 가지의 형태를 채용할 수 있다. 예를 들면, 제1층(도면에서의 실선)과 제2층(도면에서의 점선)이 일부에서 서로 겹치고, 제2층이 제1층의 외측으로 연장하는 형태(도면 중 A), 전술한 실시 형태, 도 7, 도 9에 설명하는 제1층에 내포되는 형태(도면 중 B), 상호 분리하는 형태(도면 중 C), 연신 방향에서 짧게 하는 형태(도면 중 D), 등으로 할 수 있고, 이들 형태의 제1층과 제2층을 반대로 한 형태로 할 수도 있다. 이러한 제1, 2층 및 절연막의 접촉 형태에 의해 원하는 전류 제어를 가능하게 한다. 또한, 절연막은 제어 형태에 따라서 적절하게, 제1, 2층 사이, 반도체와 제1층 사이에 배치한다.

상기 A의 형태에서는, 전극 형성 영역(21e) 중앙으로부터 한 쪽의 발광 구조부 측에 절연막(17)이 변위하여, 그 거리가 가깝게 되도록 배치된다. 이 근거리 측의 발광 구조부보다도, 원거리 측에 우선적으로 전류가 주입된다. 이것은, 제2층 연장 형성부가 그 원거리 측에 배치되고, 근거리 측에서는 제2층으로부터 돌출된 절연막(17)이 형성되어 있는 것에 의한다. 이 때문에, 제2층, 나아가서는 제1층이, 전극 형성 영역(21e) 중앙, 발광 구조부로부터 등거리에 배치되며, 나아가서는 제1층 피복부가 각 발광 구조부 측에 배치되면 된다. 이에 의해, 그 제2층 연장 형성부를 배치한 측의 발광 구조부에, 비배치측, 혹은 연장 형성부의 단면폭, 전극 형성면의 면적이 작은 측보다도, 우선적으로 전류 주입하는 전류 제어 구조로 할 수 있다. 도 14에서는 발광 구조부 측에 연장 형성부를 배치하고, 소자 외연측에 배치하지 않으며, 발광 구조부 측에 우선적으로 전류 주입하는 구조로 하고 있다. 한편 도 11은, 도 10의 B에 도시하는 바와 같이, 연신부(34)에서, 연신부를 사이에 둔 발광 구조부(25A)와 발광 구조부(25B)(-1, -2)와 대략 등폭으로 각각 연장 형성부가 형성된 구조, 더욱 바람직하게는 절연막의 외주 전역에서 대략 등폭, 더욱 바람직하게는 전극 형성 영역의 내주 전역에서 대략 등거리로 배치된다. 더욱 바람직하게는 외부 접속부(34)에서 이들 구조로 한다. 이에 의해, 각 발광 구조부에서 전류, 발광의 균일성을 도모하는 구조로 하고 있다.

여기서는, 전극, 그 형성 영역을 사이에 둔 발광 구조부에 대하여 설명하였지만, 전극(형성 영역)에 인접하는 발광 구조부에도 적용할 수 있다. 또한, 전극 연신부의 끝부에 인접하는 발광 구조부, 상기 연신부를 사이에 둔 각 발광 구조부를 접속하는 접속부에서, 예를 들면 도 10의 D와 같이, 그 접속부에서의 전극 연신부의 끝부에 연장 형성부를 형성하여 거기를 우선적인 영역으로 할 수 있다. 또한, 도면 중 C의 예와 같이, 양측의 발광 구조부에 인접하는 연장 형성부를 분포시켜, 각 분포부를 우선적인 영역으로 할 수도 있다. 도면 중 C, 실시 형태 6(도 6)과 같이, 절연막이 일부에서 분리, 개구되는 형태에서는, 절연막의 형성 영역을 그 분리·개구부를 포함시켜 전술한 절연막 구조에 적용할 수 있다. 이상은 제1 전극에 대하여 주로 설명하였지만, 제2 전극에 대해서는, 전술한 바와 같이 제2층 연장 형성부, 그 연신부(제2층)의 구조를 적용하여, 바람직하게 응용할 수 있다.

본 발명의 반도체 발광 소자는, 디스플레이, 광통신이나 OA 기기의 광원에 최적인 자외 영역 광부터 적색광을 발광하는 발광 다이오드나 혹은 이 이외의 파장 영역의 전자파 출사의 반도체 장치, 이것을 이용한 디스플레이, 조명 등에 바람직하게 이용할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 1b는 도 1a의 AA 단면에서의 단면 개략도.

도 1c는 도 1a의 BB 단면에서의 단면 개략도.

도 1d는 도 b의 일부(원으로 둘러싸인 부분)를 확대한 단면 개략도.

도 1e는 도 1d의 변형예에 따른 단면 개략도.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 단면 개략도.

도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 5a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 5b는 도 1a의 AA 단면에서의 단면 개략도.

도 6a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 6b는 도 6a의 AA 단면에서의 단면과, 그 일부를 확대한 부분 확대의 개략도.

도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 일부의 단면 개략도.

도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 일부의 단면 개략도.

도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 일부의 단면 개략도.

도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 일부의 평면 개략도.

도 11a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 11b는 도 11a의 AA 단면에서의 단면의 개략도.

도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 13은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 제1층과 출력 특성의 관계를 설명하는 도면.

도 14는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 소자의 평면 개략도.

도 15는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 발광 장치의 단면 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기판

18 : 제2 투광성 절연막

20 : 반도체 구조

21 : n형 질화물 반도체층

21e : 전극 형성 영역

21s : 제1 도전형 노출 영역

22 : 활성층

23 : p형 질화물 반도체층

23s : p형층

25 : 발광 구조

25t : 발광 구조의 표면

30 : n전극(제1 전극)

33, 43 : 외부 접속부

40 : p전극(제2 전극)

41 : 제1층

42 : 제2층

51 : 보호막

100 : LED

Claims (25)

1. 반도체 발광 소자로서,

   제1 도전형 반도체층(21);

   제2 도전형 반도체층(23);

   상기 제1 도전형 반도체층(21) 상에 설치된 제1 전극(30);

   상기 제2 도전형 반도체층(23) 상에 설치된 제2 전극(40); 및

   상기 제1 전극(30) 또는 상기 제2 전극(40)의 일부와 겹쳐지도록 위치하는 투광성 절연막(17; 18)

   을 포함하고,

   적어도 상기 제1 전극(30) 또는 상기 제2 전극(40)은 제1 층(31; 41) 및 제2 층(32; 42)을 양자 모두를 포함하며, 상기 제1 층(31; 41) 및 상기 제2 층(32; 42)은 상기 제1 도전형 반도체층(21) 측 또는 상기 제2 도전형 반도체층(23) 측으로부터 순서대로 적층되고,

   상기 제2 층(32; 42)은 외부 접속부(33; 43)와, 상기 외부 접속부(33; 43)로부터 연장하는 전극 연신부(34; 44)를 포함하며,

   상기 투광성 절연막(17; 18)은, 상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 제2 층(32; 42)과 대응하는 형상을 갖는 반도체 발광 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 투광성 절연막(17; 18)은 상기 제2 층(32; 42)의 전극 연신부(34; 44)를 따라 배치되는 반도체 발광 소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 적어도 상기 외부 접속부(33; 43) 또는 상기 전극 연신부(34; 44)는, 상기 투광성 절연막(17; 18)이 위치하는 영역 내에 배치되는 반도체 발광 소자.
4. 제2항에 있어서,

   상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 적어도 상기 외부 접속부(33; 43) 또는 상기 전극 연신부(34; 44)의 일부는, 상기 투광성 절연막(17; 18)이 위치하는 영역의 밖에 배치되는 반도체 발광 소자.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1 층(31; 41) 및 상기 제2 층(32; 42)이 상기 투광성 절연막(17; 18)의 외측에 적층되어 있는 반도체 발광 소자.
6. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 전극 연신부(34; 44)의 폭이 상기 투광성 절연막(17; 18)의 폭보다 좁은 반도체 발광 소자.
7. 제1항에 있어서,

   상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 제1 전극(30)과, 상기 제2 전극(40)의 외부 접속부(43)가 대각선 형태로(diagonally) 배치되어 있는 반도체 발광 소자.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1 도전형 반도체층(21)은 n형 층이고, 상기 제2 도전형 반도체층(23)은 p형 층인 반도체 발광 소자.
9. 제1항에 있어서,

   반도체 구조가 그 위에 형성되는 기판(10)을 더 포함하며,

   상기 반도체 구조와 상기 기판(10) 사이에 요철 구조(11)가 형성되어 있는 반도체 발광 소자.
10. 제1항에 있어서,

    상기 반도체 발광 소자의 단면도에서, 상기 투광성 절연막(18)이 상기 제2 도전형 반도체층(23)과 상기 제2 전극(40)의 제1 층(41) 사이에 위치해 있는 반도체 발광 소자.
11. 제1항에 있어서,

    상기 반도체 발광 소자의 단면도에서, 상기 제1 층(31; 41)의 두께는 상기 투광성 절연막(17; 18)의 두께보다 작은 반도체 발광 소자.
12. 제1항에 있어서,

    상기 제1 층(31; 41)은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide)을 포함하는 반도체 발광 소자.
13. 제1항에 있어서,

    상기 제2 층(32; 42)은 Au를 포함하는 반도체 발광 소자.
14. 반도체 발광 소자로서,

    제1 도전형 반도체층(21);

    제2 도전형 반도체층(23);

    상기 제1 도전형 반도체층(21)에 설치된 제1 전극(30);

    상기 제2 도전형 반도체층(23)에 설치된 제2 전극(40); 및

    상기 제1 전극(30) 또는 상기 제2 전극(40)의 일부와 겹쳐지도록 위치하는 투광성의 절연막(17; 18)

    을 포함하고,

    상기 반도체 발광 소자의 단면도에서, 상기 투광성 절연막(17; 18)은 외연 영역에서의 막 두께보다 내부 영역에서 더 큰 막 두께를 가지며,

    적어도 상기 제1 전극(30) 또는 상기 제2 전극(40)은 제1 층(31; 41) 및 제2 층(32; 42) 양자 모두를 포함하며, 상기 제1 층(31; 41) 및 상기 제2 층(32; 42)은 상기 제1 도전형 반도체층(21) 또는 상기 제2 도전형 반도체층(23)으로부터 순서대로 적층되며,

    상기 제2 층(32; 42)은 외부 접속부(33; 43)를 포함하며,

    상기 외부 접속부(33; 43)는, 상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 투광성 절연막(17; 18)의 적어도 일부와 겹쳐지도록 배치되어 있는 반도체 발광 소자.
15. 제14항에 있어서,

    상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 제1 전극(30) 및 상기 제2 전극(40)은 상기 반도체 구조의 동일 평면 상에 설치되어 있는 반도체 발광 소자.
16. 제14항에 있어서,

    상기 제1 도전형 반도체층(21)은 n형 층이며, 상기 제2 도전형 반도체층(23)은 p형 층인 반도체 발광 소자.
17. 제14항에 있어서,

    상기 반도체 발광 소자의 단면도에서, 상기 투광성 절연막(18)이, 상기 제2 도전형 반도체층(23)과 상기 제2 전극(40)의 제1 층(41) 사이에 위치해 있는 반도체 발광 소자.
18. 제1항에 있어서,

    상기 반도체 발광 소자의 평면도에서, 상기 제1 전극(30) 및 상기 제2 전극(40)이 상기 반도체 구조의 동일 평면 상에 설치되어 있는 반도체 발광 소자.
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