(57)【要約】【課題】ｎ電極、ｐ電極の位置を最適化して発光の均一性をさらに高めること。【解決手段】発光素子１の平面形状は、長辺の長さをＬとする長方形である。ｎ電極１０、ｐ電極１１は、長方形の長辺方向の対称軸Ｌ１上に配置されている。また、ｐ電極１１は、短辺１ａから距離ｄの位置に配置され、ｎ電極１０は、短辺１ｂから距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置に配置されている。ここで距離ｄは、ｐ電極１１を一方の短辺１ａに配置し、ｎ電極１０をもう一方の短辺１ｂに配置した発光素子の、対称軸Ｌ１での電流密度が最小となる位置をｘｍｉｎとして、ｄ＝ｘｍｉｎ／２である。このようにｎ電極１０、ｐ電極１１を配置することで、電流密度の均一性を高めることができ、より均一な発光を得ることができる。【選択図】図１
2010016079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１伝導型層、活性層、第２伝導型層の順に積層された半導体層と、前記第２伝導型層上に形成され透光性を有した電流拡散層と、前記電流拡散層上に形成された第２伝導型電極と、前記第１伝導型層に接続する第１伝導型電極とを備え、前記第２伝導型電極と前記第１伝導型電極が同一面側に形成され、平面形状が矩形である発光素子の製造方法において、
前記矩形のある一辺を第１の辺、前記第１の辺の対辺を第２の辺とし、
前記第２伝導型電極を前記第１の辺に接して配置し、前記第１伝導型電極を前記第２の辺に接して配置した場合の、前記第１の辺と前記第２の辺に直交する対称軸における電流密度が最小となる位置をｘとして、
前記第２伝導型電極を前記対称軸上であって、前記第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、
または、
前記第１伝導型電極を前記対称軸上であって、前記第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記第２伝導型電極を前記対称軸上であって、前記第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成し、かつ、前記第１伝導型電極を前記対称軸上であって、前記第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記位置ｘは、前記第１の辺からの距離が、
１／（２ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／２、
の位置であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子の製造方法。
ただし、
ａ＝｛（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ｝1/2 、
ｂ＝ρｐ／ρｎ、
Ｌ：対称軸方向の発光素子の長さ、
ρｐ：電流拡散層のシート抵抗、
ρｎ：第１伝導型層のシート抵抗、
ρｃ：第２伝導型電極を第１の辺に接して配置し、第１伝導型電極を第２の辺に接して配置した場合の発光素子の単位面積あたりの抵抗、
である。
【請求項４】
前記第２伝導型電極と前記第１伝導型電極のうち少なくとも一方を、前記第１の辺に平行な直線状に形成する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１伝導型はｎ型、前記第２伝導型はｐ型であり、
前記半導体層は、III 族窒化物半導体層であり、
前記電流拡散層は、透明電極である、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記透明電極は、ＩＴＯであることを特徴とする請求項５に記載の発光素子の製造方法。
【請求項７】
ｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層されたIII 族窒化物半導体層と、前記ｐ型層上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成されたｐ電極と、前記ｎ型層に接続するｎ電極とを備え、前記ｐ電極と前記ｎ電極が同一面側に形成され、平面形状が矩形である発光素子において、
前記矩形のある一辺を第１の辺、前記第１の辺の対辺を第２の辺とし、
前記ｐ電極を前記第１の辺に接して配置し、前記ｎ電極を前記第２の辺に接して配置した場合の、前記第１の辺と前記第２の辺に直交する対称軸における電流密度が最小となる位置をｘとして、
前記ｐ電極は前記対称軸上であって、前記第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成され、
前記ｎ電極は前記対称軸上であって、前記第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成されている、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項８】
前記位置ｘは、前記第１の辺からの距離が、
１／（２ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／２、
の位置であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
ただし、
ａ＝｛（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ｝1/2 、
ｂ＝ρｐ／ρｎ、
Ｌ：対称軸方向の発光素子の長さ、
ρｐ：透明電極のシート抵抗、
ρｎ：ｎ型層のシート抵抗、
ρｃ：ｐ電極を第１の辺に接して配置し、ｎ電極を第２の辺に接して配置した場合の発光素子の単位面積あたりの抵抗、
である。
【請求項９】
前記ｐ電極と前記ｎ電極のうち少なくとも一方は、前記第１の辺に平行な直線状に形成されている、
ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記透明電極は、ＩＴＯであることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族窒化物半導体からなる発光素子の製造方法に関するもので、ｐ電極およびｎ電極の位置を最適化する発光素子の製造方法である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、III 族窒化物半導体からなる発光素子の構造として、ｐ電極とｎ電極がともに同一面側に形成され、ｐ型層の全面にＩＴＯなどからなる透明電極が形成された構造が知られている。この透明電極により、光取り出しを妨げることなく面方向に電流を広げることができ、均一な発光を得ることができる。
【０００３】
このような構造の発光素子では、ｐ電極の位置によって発光素子の面方向における電流密度の分布が異なる。したがって、ｐ電極の位置を最適化することにより、さらに発光の均一性を高めることが可能である。特許文献１には、ｐ電極を発光素子の外周からｎ電極側に一定距離に配置することで、電流分布をより均一にできることが示されている。
【特許文献１】特開２００８−１０８４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１ではｐ電極の配置にｎ型層や透明電極のシート抵抗が考慮されていない。そのため、特許文献１に示されたｐ電極の位置が発光を均一にするのに最適な位置であるとは限らなかった。また、特許文献１ではｎ電極を外周に隣接した位置としており、ｎ電極の位置を変更することに関して言及されていない。
【０００５】
そこで本発明の目的は、発光を均一にするのにより適した位置にｐ電極、ｎ電極を形成する発光素子の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、第１伝導型層、活性層、第２伝導型層の順に積層された半導体層と、第２伝導型層上に形成され透光性を有した電流拡散層と、電流拡散層上に形成された第２伝導型電極と、第１伝導型層に接続する第１伝導型電極とを備え、第２伝導型電極と第１伝導型電極が同一面側に形成され、平面形状が矩形である発光素子の製造方法において、矩形のある一辺を第１の辺、第１の辺の対辺を第２の辺とし、第２伝導型電極を第１の辺に接して配置し、第１伝導型電極を第２の辺に接して配置した場合の、第１の辺と第２の辺に直交する対称軸における電流密度が最小となる位置をｘとして、第２伝導型電極を対称軸上であって、第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、または、第１伝導型電極を対称軸上であって、第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、ことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【０００７】
ここで、第１伝導型がｎ型であれば第２伝導型はｐ型であり、第１伝導型がｐ型であれば第２伝導型はｎ型である。
【０００８】
半導体層の材料は、従来より発光素子の材料として採用されているものであればよい。たとえば、近紫外〜緑色の発光素子に用いられているIII 族窒化物半導体などを用いることができる。III 族窒化物半導体とは、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなど、一般式Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表されるものである。III 族窒化物半導体層の主要な層は、一般的にＧａとＮを必須成分とする半導体で構成されている。ｎ型不純物としては、Ｓｉなどが用いられ、ｐ型不純物としてはＭｇなどが用いられる。
【０００９】
電流拡散層には、第１伝導型、第２伝導型の半導体層や、透明電極などを用いることができる。また、透明電極には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＴＮＯ（ニオブ添加酸化チタン）などの導電性酸化物や、Ｎｉ／Ａｕ、Ｃｏ／Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。また、複数の透明電極材料を積層したものであってもよい。電流拡散層は、面方向に電流を拡散されるための層であり、なるべく広く形成されていることが望ましい。
【００１０】
位置ｘは、現実に電流密度が最小となる位置である必要はなく、シミュレーションやモデル化して方程式を解くなどの方法によって求めた位置であってよい。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、第２伝導型電極を対称軸上であって、第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成し、かつ、第１伝導型電極を対称軸上であって、第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成する、ことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、位置ｘは、第１の辺からの距離が、１／（２ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／２、の位置であることを特徴とする発光素子の製造方法である。ただし、ａ＝｛（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ｝1/2 、ｂ＝ρｐ／ρｎ、Ｌ：対称軸方向の発光素子の長さ、ρｐ：電流拡散層のシート抵抗、ρｎ：第１伝導型層のシート抵抗、ρｃ：第２伝導型電極を第１の辺に接して配置し、第１伝導型電極を第２の辺に接して配置した場合の発光素子の単位面積あたりの抵抗、である。ρｃは、駆動電圧をＶｆ、駆動電流をＩｆ、発光面積をＳとして、Ｖｆ／（Ｉｆ＊Ｓ）で定義される値である。
【００１３】
第４の発明は、第１の発明から第３の発明において、第２伝導型電極と第１伝導型電極のうち少なくとも一方を、第１の辺に平行な直線状に形成する、ことを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１４】
第５の発明は、第１の発明から第４の発明において、第１伝導型はｎ型、第２伝導型はｐ型であり、半導体層はIII 族窒化物半導体層であり、電流拡散層は透明電極であることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、透明電極は、ＩＴＯであることを特徴とする発光素子の製造方法である。
【００１６】
第７の発明は、ｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層されたIII 族窒化物半導体層と、ｐ型層上の全面に形成された透明電極と、透明電極上に形成されたｐ電極と、ｎ型層に接続するｎ電極とを備え、ｐ電極とｎ電極が同一面側に形成され、平面形状が矩形である発光素子において、矩形のある一辺を第１の辺、第１の辺の対辺を第２の辺とし、ｐ電極を第１の辺に接して配置し、ｎ電極を第２の辺に接して配置した場合の、第１の辺と第２の辺に直交する対称軸における電流密度が最小となる位置をｘとして、ｐ電極は対称軸上であって、第１の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成され、ｎ電極は対称軸上であって、第２の辺から位置ｘまでの距離の１／２の位置に形成されている、ことを特徴とする発光素子である。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明において、位置ｘは、第１の辺からの距離が、１／（２ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／２、の位置であることを特徴とする発光素子である。ただし、ａ＝｛（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ｝1/2 、ｂ＝ρｐ／ρｎ、Ｌ：対称軸方向の発光素子の長さ、ρｐ：透明電極のシート抵抗、ρｎ：ｎ型層のシート抵抗、ρｃ：ｐ電極を第１の辺に接して配置し、ｎ電極を第２の辺に接して配置した場合の発光素子の単位面積あたりの抵抗、である。
【００１８】
第８の発明は、第６の発明または第７の発明において、ｐ電極とｎ電極のうち少なくとも一方は、第１の辺に平行な直線状に形成されていることを特徴とする発光素子である。
【００１９】
第９の発明は、第６の発明から第８の発明において、透明電極は、ＩＴＯであることを特徴とする発光素子である。
【発明の効果】
【００２０】
第１の発明によると、面方向における電流密度の差を小さくするのに適した位置に第１伝導型電極または第２伝導型電極を形成することができるので、対称軸方向の電流密度の均一性が高くなり、発光の均一性をより一層高めることができる。また、素子の信頼性や発光効率が向上し、駆動電圧が低減される。この駆動電圧の低減効果は、駆動電圧が高いほど大きい。
【００２１】
また、第２の発明のように、第１伝導型電極と第２伝導型電極の両方を最適な位置に形成することで、発光の均一性をさらに高めることができる。
【００２２】
また、第３の発明によると、第１伝導型電極、第２伝導型電極の位置を式により一意的に決めることができ、容易に位置を決めることができる。
【００２３】
また、第４の発明によると、第１の辺に平行な方向の電流密度をより均一にすることができる。
【００２４】
また、第５の発明のように、透明電極には低抵抗で透光性の高いＩＴＯを用いることができる。
【００２５】
また、第７の発明から第１０の発明によると、発光の均一性が高い発光素子を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の具体的な実施例について図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２７】
図１は、実施例１の発光素子１の平面図であり、図２は、発光素子１の断面図である。まず、発光素子１の構造について説明する。
【００２８】
発光素子１は、サファイアからなる成長基板１２上にバッファ層（図示せず）を介して形成されたIII 族窒化物半導体層（ｎ型層１３、活性層１４、ｐ型層１５）と、電極（ｎ電極１０、ｐ電極１１、透明電極１６）とにより構成されている。ｎ型層１３、ｐ型層１５、ｎ電極１０、ｐ電極１１、透明電極１６は、それぞれ本発明の第１伝導型層、第２伝導型層、第１伝導型電極、第２伝導型電極、電流拡散層に相当している。
【００２９】
III 族窒化物半導体層は、成長基板１２上にバッファ層（図示せず）を介してｎ型層１３、活性層１４、ｐ型層１５が順に積層された構造である。ｎ型層１３、活性層１４、ｐ型層１５の構造には、従来より知られる種々の構造を用いることができる。ｎ型層１３、ｐ型層１５は単層であってもよいし、複層であってもよく、超格子層を含んでいてもよい。たとえば、ｎ型層１３はｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層で構成され、ｐ型層１５はｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層で構成されたものを用いることができる。また、活性層１４はＭＱＷやＳＱＷなどの構造を用いることができる。ｎ型層１３のシート抵抗ρｎは２０Ω／□である。
【００３０】
発光素子１の一部領域はエッチングされていて、ｎ型層１３の一部が露出している。この露出したｎ型層１３上にｎ電極１０が形成されている。
【００３１】
透明電極１６は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなり、ｐ型層１５上のほぼ全面にわたって形成されている。透明電極１６の材料は、ＩＴＯ以外にもＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＴＮＯ（ニオブ添加酸化チタン）などの導電性酸化物や、Ｎｉ／ＡｕやＣｏ／Ａｕなどの金属薄膜を用いることができる。また、複数の透明電極材料が積層されたものを用いてもよい。透明電極１６のシート抵抗ρｐは３０Ω／□である。
【００３２】
また、発光素子１は、図１に示すように平面形状が長方形であり、同一面側にｎ電極１０、ｐ電極１１が配置されている。発光素子１の長方形短辺の長さＷは２３０μｍ、長辺の長さＬは６５０μｍである。ｎ電極１０の平面形状は各辺が長方形の長辺もしくは短辺に平行な正方形であり、その一辺の長さは５０μｍである。また、ｐ電極１１の平面形状は円であり、その直径は５０μｍである。ｎ電極１０とｐ電極１１は、長方形の長辺に平行な対称軸Ｌ１上に配置されている。ｐ電極１１は、対称軸Ｌ１に直交する２辺のうちの一方である短辺１ａ（本発明の第１の辺に相当する）から距離ｄの位置に配置されていて、ｎ電極１０は、短辺１ａの対辺である短辺１ｂ（本発明の第２の辺に相当する）から距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置に配置されている。
【００３３】
ここで、距離ｄは、以下の式によって求められる値である。
ｄ＝１／（４ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／４、
ａ＝｛（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ｝1/2 、
ｂ＝ρｐ／ρｎ、
Ｌ：対称軸Ｌ１方向の発光素子１の長辺の長さ、
ρｐ：透明電極１６のシート抵抗、
ρｎ：ｎ型層１３のシート抵抗、
ρｃ：ｐ電極１１を短辺１ａに接して配置し、ｎ電極１０を短辺１ｂに接して配置した場合の発光素子１の単位面積あたりの抵抗。
また、ρｃは、駆動電圧Ｖｆ、駆動電流Ｉｆ、発光面積Ｓ（＝Ｗ＊Ｌ）として、
ρｃ＝Ｖｆ／（Ｉｆ＊Ｓ）、
である。
【００３４】
発光素子１は、次のようにして作製した。
【００３５】
まず、成長基板１２上にＭＯＣＶＤ法によってバッファ層、ｎ型層１３、活性層１４、ｐ型層１５を形成した。原料ガスには、Ｇａ源としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、Ａｌ源としてＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｉｎ源としてＴＭＩ（トリメチルインジウム）、Ｎ源としてアンモニア、ｎ型ドーパントであるＳｉ源としてシラン、ｐ型ドーパントであるＭｇ源としてＣｐ2 Ｍｇ、を用いた。
【００３６】
次に、ｐ型層１５上の全面にわたって透明電極１６を蒸着法によって形成した。次に、短辺１ｂから距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置を中心とする領域をエッチングしてｎ型層１３を露出させた。次に、リフトオフ法によって露出したｎ型層１３上にｎ電極１０を形成し、同じくリフトオフ法によって、透明電極１６上であって短辺１ａから距離ｄの位置にｐ電極１１を形成した。
【００３７】
次に、ｄを決定する式をどのようにして導出したかについて説明する。
【００３８】
まず、ｐ電極１１を短辺１ａに配置し、ｎ電極１０を短辺１ｂに配置した場合の発光素子１０について、対称軸Ｌ１での電流密度が最小となる位置を求める。これは、発光素子１０の長辺方向の微小区間について図３に示す電気回路でモデル化することで求める。モデル化した電気回路は、図３のように、ρｐが直列に接続され、ρｎが直列に接続され、直列に接続されたρｐと直列に接続されたρｎの間にρｃが接続された構成である。ρｐが直列に接続された部分は透明電極１６の部分、ρｎが直列に接続された部分はｎ型層１３の部分、ρｃは縦の素子構造部分に相当している。短辺１ａからの距離をｘとして、ｘにおけるρｐを流れる電流をＩｐ（ｘ）、ｘにおけるρｎを流れる電流をＩｎ（ｘ）、ρｃを流れる電流をＩｃ（ｘ）、ρｃのρｐ側の電圧をＶｐ（ｘ）、ρｃのρｎ側の電圧をＶｎ（ｘ）、とすると、以下の５つの式が成り立つ。
【００３９】
Ｖｐ（ｘ）−Ｖｎ（ｘ）＝ρｃ＊Ｉｃ（ｘ）
Ｖ’ｐ（ｘ）＝−ρｐ＊Ｉｐ（ｘ）
Ｖ’ｎ（ｘ）＝−ρｎ＊Ｉｎ（ｘ）
Ｉ’ｐ（ｘ）＝−Ｉｃ（ｘ）
Ｉ’ｎ（ｘ）＝Ｉｃ（ｘ）
さらに、この５つの式から、
Ｉ’’ｃ（ｘ）＝ａ2 ＊Ｉｃ（ｘ）、ａ2 ＝（ρｐ＋ρｎ）／ρｃ
が導かれる。
【００４０】
この微分方程式を、Ｉｐ（Ｌ）＝０、Ｉｎ（０）＝０、Ｖｎ（Ｌ）＝０のもとで解き、Ｉｃ（ｘ）が最小となるｘｍｉｎを求めると、
ｘｍｉｎ＝１／（２ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／２
である。なお、ｂ＝ρｐ／ρｎと置いた。このｘｍｉｎが対称軸Ｌ１での電流密度が最小となる位置である。
【００４１】
次に、ｎ電極１０、ｐ電極１１の位置をそれぞれ変えた場合の電流密度の均一性をシミュレーションにより求め、最も均一となるｎ電極１０、ｐ電極１１の位置と、ｘｍｉｎとを比較検討した。その結果、ｐ電極１１については、短辺１ａとｘｍｉｎの中間の位置、ｎ電極１０については、短辺１ｂとｘｍｉｎの中間の位置に配置すると、十分な均一性が得られることがわかった。この結果から、
ｄ＝ｘｍｉｎ／２
＝１／（４ａ）＊ｌｎ｛（１＋ｂｅaL）／（ｂ＋ｅaL）｝＋Ｌ／４
となる。
【００４２】
図４は、ｐ電極１１を短辺１ａに配置し、ｎ電極１０を短辺１ｂに配置した場合の発光素子１０について、２０ｍＡ流したときの、対称軸Ｌ１での電流密度の分布をシミュレーションした結果である。横軸は短辺１ａからの距離を示している。図４のように、電流密度が最小となるのは３５０μｍの位置であることがわかる。また、発光素子１０の２０ｍＡでの駆動電圧は３．６２Ｖであり、単位面積あたりの抵抗ρｃは０．２７Ω・ｃｍ2 であった。
【００４３】
一方、ρｐ＝３０Ω／□、ρｎ＝２０Ω／□、ρｃ＝０．２７Ω・ｃｍ、Ｌ＝６５０μｍをｘｍｉｎの式に代入して発光素子１０の電流密度が最小となる位置を求めると、３８６μｍである。よってｎ電極１０の位置は、短辺１ｂからｘｍｉｎ／２の位置、すなわち短辺１ａから５１８μｍの位置となる。式によって求めたｎ電極１０の位置５１８μｍとシミュレーションによって求めたｎ電極１０の位置５００μｍとの差は１８μｍであり、これはＬ（＝６５０μｍ）の３％以下で十分に小さい。ｐ電極１１の位置についても同様である。
【００４４】
図５は、ｎ電極１０の位置を短辺１ａから５００μｍまたは５１８μｍの位置に固定して、ｐ電極１１の位置を変更した場合の電流密度の均一性を示すグラフであり、横軸は短辺１ａからｐ電極１１までの距離を示す。短辺１ａから５００μｍの位置は、シミュレーションによる電流密度が最小となる位置と短辺１ｂとの中間の位置であり、短辺１ａから５１８μｍの位置は、上記式により求めたｘｍｉｎと短辺１ｂとの中間の位置である。電流密度の均一性は、電流密度の最大値をｉｍａｘ、最小値をｉｍｉｎとして、（ｉｍａｘ−ｉｍｉｎ）／（ｉｍａｘ＋ｉｍｉｎ）＊１００で定義される値であり、この値が低いほど電流密度分布が均一である。図５のように、ｎ電極１０の位置を５１８μｍとした場合はｐ電極１１を約１８０μｍの位置に、ｎ電極１０の位置を５００μｍとした場合はｐ電極１１を約２００μｍの位置にすると、最も電流密度分布が均一となることがわかる。
【００４５】
図６は、ｐ電極１１の位置を短辺１ａから１７５μｍまたは１９３μｍの位置に固定してｎ電極の位置を変更した場合の電流密度の均一性を示すグラフであり、横軸は短辺１ａからｎ電極１０までの距離を示す。短辺１ａから１７５μｍの位置は、シミュレーションによる電流密度が最小となる位置と短辺１ａとの中間の位置であり、短辺１ａから５１８μｍの位置は、上記式により求めたｘｍｉｎと短辺１ａとの中間の位置である。図６のように、ｐ電極１１の位置を１９３μｍとした場合はｎ電極１０を５１０〜５３０μｍの位置に、ｐ電極１１の位置を１７５μｍとした場合はｐ電極１０を約５１０μｍの位置にすると、最も電流密度分布が均一となることがわかる。
【００４６】
図７は、ｐ電極１１の位置を固定してｎ電極の位置を変更した場合の電流密度の均一性を示すグラフであり、横軸は短辺１ａからｎ電極１０までの距離を示し、範囲は４８０μｍ〜５６０μｍである。ｐ電極１１の位置は、短辺１ａから１５６μｍ、１６９μｍ、１８２μｍ、１９５μｍ、２０８μｍの位置とした。図７から、ｐ電極１１の位置を１８２μｍ、ｎ電極の位置を５２０μｍとした場合に最も電流密度分布が均一となることがわかる。
【００４７】
ｐ電極１１を短辺１ａとｘｍｉｎの中間の位置（短辺１ａから１９３μｍの位置）とし、ｎ電極１０を短辺１ｂとｘｍｉｎの中間の位置（短辺１ａから５１８μｍの位置）とした場合の電流密度の均一性を図７から推測し、最も電流密度の均一性が低くなる場合とを比較すると、式によりｘｍｉｎを求めてｐ電極１１、ｎ電極１０の位置を決めたとしても、シミュレーションによって求めた電流密度の均一性の最小値との差はそれほど大きくなく、十分な均一性が得られている。
【００４８】
以上のように、式によって電流密度が最小となる位置ｘｍｉｎを求め、短辺１ａとｘｍｉｎの中間の位置にｐ電極１１を形成し、短辺１ｂとｘｍｉｎの中間の位置にｎ電極１０を形成することで、シミュレーションを用いることなく一意的にｎ電極１０、ｐ電極を決定することができ、電流密度の均一性が高く、発光が均一である発光素子１を製造することができる。
【実施例２】
【００４９】
図８は、実施例２の発光素子２の平面図である。発光素子２の平面形状は、一辺の長さがＬの正方形である。ｎ電極２０は、エッチングにより露出したｎ型層２３上に形成されていて、その平面形状は正方形である。ｎ電極２０は、正方形のある辺に平行な対称軸Ｌ２上であって、対称軸Ｌ２に直交する正方形の２辺のうち、一方の辺２ｂから距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置に配置されている。ｐ電極２１は、透明電極２６上であって、辺２ｂの対辺である辺２ａ側の角部２ｃに円形に形成されていて、その円形部から辺２ａに沿った直線状の延伸電極部２１ａを有している。また、ｐ電極２１は、辺２ａから距離ｄの位置に配置されている。距離ｄは、実施例１と同様の式によって求められる値である。すなわち、ｐ電極２１を辺２ａに配置し、ｎ電極２０を辺２ｂに配置した場合の発光素子について、対称軸Ｌ２での電流密度が最小となる位置を実施例１に示した式によって求め、その位置の半分の位置から辺２ａまでの距離がｄとなる。
【００５０】
この発光素子２もまた、実施例１の発光素子１と同様に、電流密度の均一性が高く、発光が均一な発光素子である。また、ｐ電極２１が直線状に形成されているため、辺２ａに平行な方向の電流密度がより均一となる。
【実施例３】
【００５１】
図９は、実施例３の発光素子３の平面図であり、図１０は図９におけるＢ−Ｂ断面図である。発光素子３の平面形状は、短辺の長さがＬの長方形である。
【００５２】
ｐ電極３１は、透明電極３６上であって、長方形の一方の長辺３ａ側の角部３ｃに円形に形成されていて、その円形部から長辺３ａに沿った直線状の延伸電極部３１ａを有している。また、ｐ電極２１は、辺３ａから距離ｄの位置に配置されている。
【００５３】
ｎ電極３０は、エッチングにより露出したｎ型層３３上に形成されている。ｎ電極３０は、角部３ｃの対角方向の角部３ｄに正方形に形成され、この正方形部から長辺３ａの対辺である長辺３ｂに沿った直線状の延伸電極部３０ａを有している。また、ｎ電極３０は、長辺３ｂから距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置に配置されている。
【００５４】
距離ｄは、ｐ電極３１を長辺３ａに配置し、ｎ電極３０を長辺３ｂに配置した場合の発光素子について、長辺に直交する長方形の対称軸Ｌ３での電流密度が最小となる位置を実施例１に示した式によって求め、その位置の半分の位置から長辺３ａまでの距離である。
【００５５】
次に、延伸電極部３０ａが形成されている領域の構造について図１０を参照に説明する。延伸電極部３０ａが形成されている領域は、成長基板３２上にバッファ層（図示せず）を介してｎ型層３３、活性層３４、ｐ型層３５が順に形成され、一部領域がｎ型層３３に達する深さまでエッチングされている。このエッチングにより露出したｎ型層３３ａ上に、ｎ電極３０の延伸電極部３０ａが形成されている。エッチングによる溝は、絶縁膜３７によって埋められている。ｐ型層３５上および絶縁膜３７上には透明電極３６がされている。このように、延伸電極部３０ａ上に絶縁膜３７を介して透明電極３６が形成された構造であるため、ｎ電極３０に延伸電極部３０ａを設けたとしても、透明電極３６による発光素子３の面方向への電流拡散の効果を損なうことはない。
【００５６】
この発光素子３もまた、実施例１の発光素子１と同様に、電流密度の均一性が高く、発光が均一な発光素子である。また、ｎ電極３０、ｐ電極３１が直線状に形成されているため、この発光素子３のようにｎ電極３０、ｐ電極３１が短辺方向に対向した配置であっても、長辺方向の電流密度を均一にすることができる。
【００５７】
なお、いずれの実施例においても、ｐ電極を距離ｄの位置、ｎ電極を距離（Ｌ−２ｄ）／２の位置に配置しているが、ｐ電極、ｎ電極の一方のみをそのような配置としてもよい。また、実施例ではｐ電極を円形、ｎ電極を正方形としたが、これらの形状に限るものではなく、任意の形状としてよい。
【００５８】
また、いずれの実施例においても成長基板としてサファイアを用いているが、他の異種基板を用いてもよく、ＧａＮなどのIII 族窒化物半導体基板を用いてもよい。導電性基板を用いる場合は、ρｎをｎ型層のシート抵抗ではなく、ｎ型層と導電性基板とを含めた全体のシート抵抗としてｘｍｉｎを求める式に適用すればよい。また、サファイア基板を用いる場合には凹凸が施されていてもよく、その場合、実効的なｎ型層のシート抵抗をρｎとしてｘｍｉｎを求める式に適用すればよい。
【００５９】
また、いずれの実施例においても、透明電極上に保護膜を設けるようにしてもよい。
【００６０】
また、実施例はいずれもIII 族窒化物半導体発光素子であるが、それ以外のＡｌＧａＡｓやＡｌＧａＩｎＰなどの半導体材料を用いた発光素子に対しても本発明は適用することができる。
【００６１】
また、発光素子の構造は、実施例に示したものに限るものではない。たとえば、ｐ型層上に電流拡散層としてｎ型層を設けてトンネル接合を形成した構造の発光素子であってもよい。また、ｐ型層の抵抗を十分に低くできる場合には、ｐ型層を電流拡散層として透明電極を設けない構造の発光素子としてもよい。また、ｐ電極の下部に絶縁体などを設け、その部分が発光しないような構造としてもよい。また、実施例では基板上にｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層された半導体層であったが、基板上にｐ型層、活性層、ｎ型層の順に積層された半導体層を有した構造の発光素子であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、表示装置や照明装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】発光素子１の構造を示す平面図。
【図２】発光素子１の構造を示す断面図。
【図３】発光素子１０の長辺方向の微小区間についてモデル化した電気回路図。
【図４】電流密度の分布を示すグラフ。
【図５】電流密度の均一性のｐ電極１１位置依存性を示すグラフ。
【図６】電流密度の均一性のｎ電極１０位置依存性を示すグラフ。
【図７】電流密度の均一性のｎ電極１０位置依存性を示すグラフ。
【図８】発光素子２の構造を示す平面図。
【図９】発光素子３の構造を示す平面図。
【図１０】発光素子３のＢ−Ｂにおける断面を示す図。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０、３０：ｎ電極
１１、２１、３１：ｐ電極
１２：成長基板
１３：ｎ型層
１４：活性層
１５：ｐ型層
１６、２６、３６：透明電極
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：対称軸
【図１】
2010016079.tif 000003
【図２】
2010016079.tif 000004
【図３】
2010016079.tif 000005
【図４】
2010016079.tif 000006
【図５】
2010016079.tif 000007
【図６】
2010016079.tif 000008
【図７】
2010016079.tif 000009
【図８】
2010016079.tif 000010
【図９】
2010016079.tif 000011
【図１０】
2010016079.tif 000012