(57)【要約】【課題】直四角形状の窒化物半導体発光素子の電流拡散を改善し輝度を向上させる。【解決手段】平面形状が直四角形の窒化物半導体発光素子において、基板31上面に形成されたｎ型半導体層32；ｎ型窒化物半導体層の上面の一角に隣接形成されたｎ側ボンディングパッド37aと上記ｎ側パッドから延長された帯状のｎ側電極指37bからなるｎ側電極37；上記ｎ側電極がない上記ｎ型半導体層上に順次積層された活性層33及びｐ型半導体層34からなるメサ構造体；メサ構造体の上面に形成されたオーミックコンタクト層35；上記コンタクト層上に形成され、上記ｎ側パッドが隣接した角を成さない一短辺に対向する他の短辺のほぼ中央に隣接形成されたｐ側ボンディングパッド36aと上記ｐ側パッドから延長された帯状のｐ側電極指36bからなるｐ側電極36を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの短辺及び２つの長辺からなる直四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子において、
基板の上面に形成されたｎ型窒化物半導体層；
上記ｎ型窒化物半導体層の上面の一角に隣接し形成されたｎ側ボンディングパッドと上記ｎ側ボンディングパッドから延長された帯形状のｎ側電極指からなるｎ側電極；
上記ｎ側電極が形成されない上記ｎ型窒化物半導体層上に順次に積層された活性層及びｐ型窒化物半導体層からなるメサ構造体；
上記メサ構造体上面のほぼ全面に形成されたオーミックコンタクト層；及び
上記オーミックコンタクト層上に形成され、上記ｎ側ボンディングパッドが隣接した角を成さない短辺のほぼ中央に隣接して形成されたｐ側ボンディングパッドと上記ｐ側ボンディングパッドから延長された帯形状のｐ側電極指からなるｐ側電極を含む窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
上記ｎ側電極指は上記ｎ側ボンディングパッドが隣接した角を成す長辺に沿って形成され、上記ｐ側電極指は上記ｐ側ボンディングパッドが隣接した短辺及び上記ｎ側電極指が形成された長辺に対向する長辺に沿って形成されたことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
上記ｎ側電極指とｐ側電極指は上記短軸方向に重畳された領域を有することを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
上記ｎ側電極指の端部と上記ｐ側ボンディングパッド間の最短距離と、上記ｐ側電極指の端部とｎ側ボンディングパッド間の最短距離と、上記短軸方向に重畳された領域のｎ側電極指とｐ側電極指間の最短距離は実質的に同一であることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
上記ｎ側電極と上記メサ構造体間の距離は一定であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体発光素子に関するものであり、より詳細には実質的に直四角形の断面を有する窒化物半導体発光素子のｎ側電極とｐ側電極の構造を適切に形成することにより、直四角形の断面を有する窒化物半導体発光素子の電流の拡散を改善し輝度を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、窒化物半導体はＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ等のようなIII−Ｖ族半導体結晶として、短波長光（紫外線ないし緑色光）、特に青色光を出すことが可能な発光素子に広く使用される。
【０００３】
窒化物半導体発光素子は結晶成長のための格子整合条件を満足するサファイア基板やＳｉＣ基板等の絶縁性基板を利用し製造されるため、ｐ型及びｎ型窒化物半導体層に連結された２つの電極が発光構造の上面にほぼ水平に配列されるプレーナー構造を取るようになる。
【０００４】
従来の窒化物半導体発光素子の平面図が図１の（ａ）に図示されている。図１の（ａ）に図示された従来の窒化物半導体発光素子１０は、サファイア基板（図示せず）上にｎ型窒化物半導体層１２、活性層（図示せず）、ｐ型窒化物半導体層１４、オーミックコンタクト層１５を順次に形成した後、上記活性層、ｐ型窒化物半導体層１４及びオーミックコンタクト層１５の一部を蝕刻しメサ構造体を形成しｎ型窒化物半導体層１２の上面の一部を露出させる。
【０００５】
また、従来の窒化物半導体発光素子１０は上記ｎ型窒化物半導体層１２の上面の一部を露出させた領域にｎ側電極１７を形成し、オーミックコンタクト層１５の上面にｐ側電極１６を形成した構造を有する。上記ｎ側電極１７及びｐ側電極１６はワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングを通じ電気的に外部電極と連結され電流注入が行われることにより上記活性層から光が生成される。
【０００６】
このような従来の窒化物半導体発光素子１０は電流の拡散に適し、加工に容易な構造として図１の（ａ）に図示されたようにその平面が正四角形（例えば、４００μｍ×４００μｍ）の形状を有するように製作されていた。
【０００７】
一方、携帯電話のＬＣＤサイドビュー（Ｓｉｄｅ  Ｖｉｅｗ）のような特定パッケージに使用される窒化物半導体発光素子はその幅を減少させながらも発光がなされるメサ構造体の面積を維持するため直四角形形状の平面を有することが要求されている。図１の（ｂ）は図１の（ａ）に図示した従来の正四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子に適用された電極構造を直四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子に適用した図面である。
【０００８】
図１の（ｂ）に図示した通り、図１の（ａ）に図示された正四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子と同一の電極構造を有する直四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子２０は、ｐ側電極２６とｎ側電極２７との間の間隔が遠くなり、上記両電極を通じ注入される電流は大部分両電極の最短経路を通じ流れるようになるため、電流の拡散が低下され電流分布に偏よりが発生し、これにより発光に加担（寄与）するメサ構造体に含まれた活性層の実効的な面積が減少し輝度が減少する問題が発生する。
【０００９】
従って、当技術分野ではＬＣＤのサイドビューに適用されることが可能な直四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子の電流の拡散を改善し輝度を向上させることが可能な新たな電極構造が要求されているのが実情である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記の従来技術の問題を解決するため案出されたものであり、実質的に直四角形（長方形）の平面パターンを有する窒化物半導体発光素子のｎ側電極とｐ側電極の構造を適切に形成することにより直四角形（長方形）の平面パターンを有する窒化物半導体発光素子の電流の拡散を改善し輝度を向上させることが可能な窒化物半導体発光素子を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、２つの短辺及び２つの長辺からなる直四角形（長方形）形状の平面を有する窒化物半導体発光素子において、基板の上面に形成されたｎ型窒化物半導体層；上記ｎ型窒化物半導体層上面の一角に隣接し形成されたｎ側ボンディングパッドと上記ｎ側ボンディングパッドから延長された帯形状のｎ側電極指からなるｎ側電極；上記ｎ側電極が形成されない上記ｎ型窒化物半導体層上に順次に積層された活性層及びｐ型窒化物半導体層からなるメサ構造体；上記メサ構造体の上面のほぼ全面に形成されたオーミックコンタクト層；及び上記オーミックコンタクト層上に形成され、上記ｎ側ボンディングパッドが隣接した角を成さない短辺のほぼ中央に隣接し形成されたｐ側ボンディングパッドと上記ｐ側ボンディングパッドから延長された帯形状のｐ側電極指からなるｐ側電極を含む窒化物半導体発光素子を提供する。
【００１２】
本発明の好ましい実施形態において、上記ｎ側電極指は上記ｎ側ボンディングパッドが隣接した角を成す長辺に沿って形成され、上記ｐ側電極指は上記ｐ側ボンディングパッドが隣接した短辺及び上記ｎ側電極指が形成された長辺に対向する長辺に沿って形成されることが可能で、より好ましくは上記ｎ側電極指とｐ側電極指は上記短軸方向に重畳された領域を有することが可能である。
【００１３】
このような電極構造において、上記ｎ側電極指の短部と上記ｐ側ボンディングパッド間の最短距離と、上記ｐ側電極指の端部とｎ側ボンディングパッド間の最短距離と、上記短軸方向に重畳された領域のｎ側電極指とｐ側電極指との間の最短距離は実質的に同一であることが最も好ましい。
【００１４】
さらに、上記ｎ側電極と上記メサ構造体との間の距離は一定に形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、適切なｎ側電極及びｐ側電極の形状及びその配置を提供することにより直四角形状の平面を有する窒化物半導体発光素子の電流の拡散及び分布を改善することが可能な効果がある。
【００１６】
これを通じ直四角形状の平面或いは各層横断面を有する窒化物半導体発光素子の輝度を改善することが可能な効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照し本発明による窒化物半導体発光素子をより詳細に説明する。本発明に対する説明に参照される図面において実質的に同一構成と機能を有する構成要素などは同一参照符号を使用する。
【００１８】
図２の（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態による窒化物半導体発光素子の平面図及び側断面図である。図２の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、本発明の一実施形態によるフリップチップ用の窒化物半導体発光素子３０は同一長さを有する２つの短辺と上記短辺より長い同一長さを有する２つの長辺からなる直四角形（長方形）形状の平面を有することを特徴とする。
【００１９】
この際、本発明の一実施形態によるフリップチップ用の窒化物半導体発光素子３０は、基板３１の上面に形成されたｎ型窒化物半導体層３２；上記ｎ型窒化物半導体層３２の上面の一角に隣接し形成されたｎ側ボンディングパッド３７ａと上記ｎ側ボンディングパッド３７ａから延長された帯形状のｎ側電極指３７ｂからなるｎ側電極３７；上記ｎ側電極３７が形成されない上記ｎ型窒化物半導体層３２上に順次に積層された活性層３３及びｐ型窒化物半導体層３４からなるメサ構造体；上記メサ構造体上面のほぼ全面に形成されたオーミックコンタクト層３５；及び上記オーミックコンタクト層３５上に形成され、上記ｎ側ボンディングパッド３７ａが隣接した角を成さない短辺のほぼ中央に隣接し形成されたｐ側ボンディングパッド３６ａと上記ｐ側ボンディングパッド３６ａから延長された帯形状のｐ側電極指３６ｂからなるｐ側電極３６を含み構成される。上記ｎ型窒化物半導体層３２、活性層３３、ｐ型窒化物半導体層３４及びオーミックコンタクト層３５の横断面形状は、上記半導体発光素子３０の平面形状に準じた直四角形（長方形）状とされている。
【００２０】
上記基板３１は、その上に成長される窒化物半導体物質の結晶と結晶構造が同一ながら格子整合を成す商業的な基板が存在しないため、格子整合を考慮しサファイア基板が主に使用される。サファイア基板は六角−ロンボ型（Ｈｅｘａ−Ｒｈｏｍｂｏ  Ｒ３ｃ）対称性を有する結晶体としてｃ軸方向の格子常数が１３．００１Å、ａ軸方向には４．７６５の格子間距離を有し、サファイア面方向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｐｌａｎｅ）にはＣ（０００１）面、Ａ（１１２０）面、Ｒ（１１０２）面等を有する特徴がある。このようなサファイア基板のＣ面の場合比較的ＧａＮ薄膜の成長が容易であり、高温で安定するため青色または緑色の発光素子用の基板としてサファイア基板が主に使用される。
【００２１】
上記ｎ型窒化物半導体層３２はＡｌｘＩｎｙＧａ（１−x−y）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有するｎドーピングされた半導体物質からなることが可能で、代表的な窒化物半導体物質としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮがある。上記ｎ型窒化物半導体層３２のドーピングに使用される不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、ＴｅまたはＣ等が使用され得る。上記ｎ型窒化物半導体層３２は、上記半導体物質を有機金属気相蒸着法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：  ＭＯＣＶＤ）、分子ビーム成長法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：  ＭＢＥ）またはハイブリッド気相蒸着法（Ｈｙｂｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：  ＨＶＰＥ）のような周知の蒸着工程を使用し上記基板３１上に成長させることにより形成される。
【００２２】
一般的に、上記基板３１とｎ型窒化物半導体３２の間には格子不整合を緩和するためのバッファ層が形成され得る。このバッファ層としては通常数十ｎｍの厚さを有するＧａＮまたはＡｌＮ等の低温核成長層が使用され得る。
【００２３】
上記ｎ側電極３７はｎ側ボンディングパッド３７ａ、ｎ側電極指３７ｂを含む。上記ｎ側ボンディングパッド３７ａは電気的な連結のためワイヤ等がボンディングされる部分である。上記ボンディングパッドは直四角形状の平面で一角に隣接した位置の上記ｎ型窒化物半導体層３２の上面に形成される。図２の（ａ）は図面上から見た時左側下段角に隣接し形成されたｎ側ボンディングパッド３７ａの例を図示する。
【００２４】
上記ｎ側電極指３７ｂは、上記ボンディングパッド３７ａから延長された帯形状の電極である。上記ｎ側電極指３７ｂは電流の流れをボンディングパッド３７ａに集中させず電流の分布をより均一にする役割をする。上記ｎ側電極指３７ｂは上記ｎ側ボンディングパッド３７ａが隣接した角をなす長辺に沿って形成される。図２の（ａ）は図面上から見た時ｎ側ボンディングパッド３７ａが左側断面と下側長辺がなす角に隣接して形成されたため、上記ｎ側電極指３７ｂは下側長辺に沿って延長して形成される。また、ｎ側電極指は上記ボンディングパッド３７ａから一短辺に沿って延長された部分を有し電流の流れをできるだけ均一に拡げるようになされている。上記ｎ側電極３７は直四角形の辺に隣接し形成されるため発光のため効率的な構造を形成することが可能である。
【００２５】
前記のような構造を有する上記ｎ側電極３７はＴｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ及びＡｕで構成されたグループから選択された物質からなる単一層または複数層で形成されることが可能である。上記ｎ側電極３７は通常の金属層成長方法である蒸着法またはスパッタリング工程により形成され得る。
【００２６】
上記ｎ側電極が形成されないｎ型窒化物半導体層３２の上面領域には活性層３３及びｐ型窒化物半導体層３４が順次に積層されたメサ構造体が形成される。上記メサ構造体は上記ｎ側電極から一定の距離（Ｄ４）をもって離隔して形成されることが好ましい。
【００２７】
上記活性層３３は光を発光するための層として、単一または多重の量子井戸構造を有するＧａＮまたはＩｎＧａＮ等の窒化物半導体層で構成される。上記活性層３３は上記ｎ型窒化物半導体層３２のように有機金属気相蒸着法、分子ビーム成長法またはハイブリッド気相蒸着法のような一般的な蒸着工程を使用し形成され得る。
【００２８】
上記ｐ型窒化物半導体層３４は上記ｎ型窒化物半導体層３２と同様に、ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ組成式（ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有するｐドーピングされた半導体物質からなることが可能で、代表的な窒化物半導体物質としてはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮがある。上記ｐ型窒化物半導体層３４のドーピングに使用される不純物としてはＭｇ、ＺｎまたはＢｅ等がある。上記ｐ型窒化物半導体層３４は、上記半導体物質を有機金属気相蒸着法、分子ビーム成長法またはハイブリッド気相蒸着法のような周知の蒸着工程を使用し上記活性層３３上に成長させることにより形成される。
【００２９】
上記オーミックコンタクト層３５は、比較的高いエネルギーバンドギャップを有するｐ型窒化物半導体層３４との接触抵抗を低め電流の拡散を改善すると同時に活性層３３から生成される光を少ない損失で透過させることに適切な物質として形成されることが要求される。このような接触抵抗改善及び透光性の条件を満足するために適切で代表的な材料としてはＮｉ／Ａｕまたは伝導性透明酸化物の一種であるＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）等がある。上記オーミックコンタクト層３５は化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：  ＣＶＤ）及び電子ビーム蒸発法（Ｅ−ｂｅａｍ  ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）のような公知の蒸着方法またはスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）等の工程により形成されることが可能で、オーミックコンタクトの特性を向上させるため約４００ないし９００℃の温度で熱処理され得る。
【００３０】
上記高反射性オーミックコンタクト層３５上にはｐ側電極３６が形成される。上記ｐ側電極３６は前記のｎ側電極３７と類似にｐ側ボンディングパッド３６ａと、ｐ側電極指３６ｂからなる。
【００３１】
上記ｐ側ボンディングパッド３６ａはワイヤ等をボンディングするための領域を提供するものであり、上記オーミックコンタクト層３５上で、上記ｎ側ボンディングパッド３７ａが隣接した角を成さない一短辺に対向する他の短辺のほぼ中央に隣接して形成される。即ち、図２の（ａ）において、ｎ側ボンディングパッド３７ａが左側短辺が成す角に隣接して形成されていることが図示され、上記ｐ側ボンディングパッド３６ａは右側短辺の中央に隣接し形成されていることが図示からも理解される。
【００３２】
上記ｐ側電極指３６ｂは上記ｐ側ボンディングパッド３６ａが隣接した短辺及び上記ｎ側電極指が形成された長辺に対向するところの他の長辺に沿って形成される。上記ｎ側電極指３７ｂと同様に上記ｐ側電極指３６ｂは電流の流れの分布を均一にする役割をする。図２の（ａ）において、ｎ側電極指３７ｂが下側長辺に沿って形成された形態が図示されていて、上記ｐ側電極指３６ｂは右側短辺及び上側長辺に沿って形成されていることが図示からも理解される。
【００３３】
前記のような本発明の一実施形態による窒化物半導体発光素子のｎ側及びｐ側電極構造において、上記ｎ側電極指３７ｂとｐ側電極指３６ｂは上記短軸方向に重畳された領域を有するよう形成されることが好ましい。上記重畳された両電極指の間で電流の流れが成され電流の拡散及び分布の均一化を図ることが可能なためである。上記両電極指３７ｂと３６ｂとの短軸方向の重畳形態は、各電極指が上記長辺と並行して互いに反対方向に長尺状に延長されて並行対面する部分を有するパターンとすることによって得られている。
【００３４】
電流の拡散及び分布の均一化のため最も好ましい電極構造としては、上記ｎ側電極指３７ｂの端部と上記ｐ側ボンディングパッド３６ａとの間の最短距離（Ｄ３）と、上記ｐ側電極指３６ｂの端部とｎ側ボンディングパッド３７ａとの間の最短距離（Ｄ１）と、上記短軸方向に重畳された領域のｎ側電極指３７ｂとｐ側電極指３６ｂとの間の最短距離（Ｄ２）は実質的に同一に形成することである。
【００３５】
電流の流れは抵抗が最も小さい経路、すなわち、最短経路を通じ大部分流れる特徴があるため、図２の（ａ）に図示された直四角形形状の平面を有する窒化物半導体発光素子の中心部では両電極指が短軸方向に重畳された領域で多くの電流の流れが成され、発光素子の左側ではｐ側電極指３６ｂの短部とｎ側ボンディングパッド３７ａを通じ主な電流の流れが成され、発光素子の右側ではｎ側電極指３７ｂとｐ側ボンディングパッド３６ａを通じ主な電流の流れが成される。従って、直四角形状の平面パターンを有する窒化物半導体発光素子のほぼ全面に電流が分布するようになりこれを通じ発光に加担する活性層の領域（実効的活性領域）を増加させ発光素子の輝度改善をもたらすことが可能となる。
【００３６】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定されるものである。請求範囲に記載された本発明の技術思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当技術分野の通常の知識を有している者には自明なことである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は従来の窒化物半導体発光素子の電極構造を図示した平面図である。
【図２】（ａ）は本発明による窒化物半導体発光素子の電極構造を図示した平面図であり、（ｂ）は本発明による窒化物半導体発光素子の側断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
３１    基板
３２    ｎ型窒化物半導体層
３３    活性層
３４    ｐ型窒化物半導体層
３５    オーミックコンタクト層
３６    ｐ側電極
３６ａ    ｐ側ボンディングパッド
３６ｂ    ｐ側電極指
３７    ｎ側電極
３７ａ    ｎ側ボンディングパッド
３７ｂ    ｎ側電極指
【図１】
2006287193.tif 000003
【図２】
2006287193.tif 000004