(57)【要約】【課題】光出射効率を向上させることで高輝度とすることが可能な半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、基板１にｎ型半導体層２が積層され、ｎ型半導体層２にボンディング用のｎ側電極３と発光層４とが積層され、発光層４にｐ型半導体層５が積層され、ｐ型半導体層５に光透過性を有するｐ側透明電極部６が積層され、ｐ側透明電極部６にボンディング用のｐ側電極７が積層されたものである。発光層４の位置は、透明電極部３ｃのほぼ中央部分に位置するので、透明電極部３ｃに斜行して入射してきた光のうち下側に向かう光を反射電極層３ｂが反射し、上側に向かう光を反射電極層３ｄが反射しながらｎ側電極３の側方に出射する。従って、光出射効率を向上させることができ、半導体発光素子１０の輝度を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にｎ型半導体層が積層され、前記ｎ型半導体層にｎ側電極と発光層とが積層され、前記発光層にｐ型半導体層が積層され、前記ｐ型半導体層にｐ側電極が積層された半導体発光素子において、
前記ｎ側電極は、前記発光層が位置する高さに、前記発光層から側方へ出た光を透過させる透明電極部を有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記透明電極部は、前記発光層の厚さよりも厚く形成された請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明電極部を挟むように光反射電極層が形成された請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透明電極部の前記ｎ側半導体層側となる面のみに、光反射電極層が形成された請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明電極部の前記ｎ側半導体層側とは逆側となる面のみに、光反射電極層が形成された請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に半導体層および発光層が層状に積み重ねられた構造を有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子として例えば図５に示されるものがある。図５に示すように、この半導体発光素子６０は、サファイア絶縁基板６１または窒化ガリウム（ＧａＮ）導電性基板にｎ型半導体層６２が積層され、このｎ型半導体層６２にチタンで形成されたコンタクト層６９を介して金で形成されたボンディング用のｎ側電極６３と発光層６４とが積層され、発光層６４にｐ型半導体層６５、光透過性を有するｐ側透明電極６６、金で形成されたボンディング用のｐ側電極６７が順に積層されている。ｐ側電極およびｎ側電極は、ワイヤ６８により外部と電気的に接続している。
【０００３】
また、他の従来の発光素子として特許文献１に記載のものがある。図６に示すように、特許文献１に記載の半導体発光素子は、サファイア絶縁基板５０に窒化ガリウムバッファ層５１が積層され、この窒化ガリウムバッファ層５１にｎ型コンタクト層５２が積層され、このｎ型コンタクト層５２の第１の表面にｎ型クラッド層５３、発光層５４、ｐ型クラッド層５５、ｐ型コンタクト層５６、ｎ型逆方向トンネリング層５７が積層され、このｎ型逆方向トンネリング層５７にｐ側透明電極５８が順に積層されている。また、ｎ型コンタクト層５２の第２の表面にもｐ側透明電極５８と同一の材料から形成されるｎ側透明電極５９が積層されている。特許文献１に記載の半導体発光素子は、ｐ側透明電極５８とｎ側透明電極５９を同一の材料で形成することにより、ｐ側透明電極５８とｎ側透明電極５９とを１回の製造工程で同時に形成することができるので、製造手順を単純化することができる。
【特許文献１】特開２００３−６０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図５に示される従来の半導体発光素子６０では、半導体発光素子６０の発光層６４で発光し、この発光層６４の上方に向かう光は、光透過性を有するｐ側透明電極６６を通過して外に出射される。しかしながら、発光層６４の側方に位置するｎ側電極６３へ向かう光は、ｎ側電極６３を形成する金により少なからず吸収されてしまう。これにより、このｎ側電極６３に吸収された分だけ半導体発光素子６０の光出射効率が悪くなってしまい、輝度が低下する。
【０００５】
特許文献１のｎ側透明電極５９は、製造手順を単純化するためにｐ側透明電極５８と同一の材料で形成されたもので、輝度の向上について考慮されたものではない。
【０００６】
半導体発光素子は、輝度の向上を図るためには電流を増加させることも考えられるが、熱の問題など他の障害が発生することが懸念される。従って、できるだけ光出射効率を向上させるのが望ましい。
【０００７】
そこで本発明は、光出射効率を向上させることで高輝度とすることが可能な半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、基板にｎ型半導体層が積層され、前記ｎ型半導体層にｎ側電極と発光層とが積層され、前記発光層にｐ型半導体層が積層され、前記ｐ型半導体層にｐ側電極が積層された半導体発光素子において、前記ｎ側電極は、前記発光層が位置する高さに、前記発光層から側方へ出た光を透過させる透明電極部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光素子によれば、ｎ側電極が、発光層が位置する高さに、発光層の側方からの光を透過させる透明電極部を有することにより、発光層の側方に位置するｎ側電極に向かう光は、透明電極部を通過して外部に出射することができる。これにより、半導体発光素子の光出射効率が高まり、輝度の高い半導体発光素子とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願の第１の発明は、基板にｎ型半導体層が積層され、ｎ型半導体層にｎ側電極と発光層とが積層され、発光層にｐ型半導体層が積層され、ｐ型半導体層にｐ側電極が積層された半導体発光素子において、ｎ側電極は、発光層が位置する高さに、発光層から側方へ出た光を透過させる透明電極部を有することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１１】
発光層の側方に位置するｎ側電極に向かう光は、ｎ側電極において、発光層が位置する高さに形成された発光層から側方へ出た光を透過させる透明電極部を通過して外に出射される。従って、半導体発光素子の光出射効率を向上させることができ、輝度の高い半導体発光素子とすることができる。
【００１２】
本願の第２の発明は、本願の第１の発明において、透明電極部は、発光層の厚さよりも厚く形成されたことを特徴とする。
【００１３】
透明電極部が発光層の厚さよりも厚く形成されたことにより、透明電極部は、発光層の側方から透明電極部側に向かう光の大部分を透過させて外に出射することができるので、さらに輝度の高い半導体発光素子とすることができる。
【００１４】
本願の第３の発明は、本願の第１または第２の発明において、透明電極部を挟むように光反射電極層が形成されたことを特徴とする。
【００１５】
発光層の側方から透明電極部に斜行して入射してきた光を、透明電極部を挟むように透明電極部の上面および下面に形成された光反射電極層が反射してｎ側電極の側方から外に出射させることができるので、半導体発光素子の輝度をさらに向上させることができる。
【００１６】
本願の第４の発明は、本願第１の発明または第２の発明において、透明電極部のｎ側半導体層側となる面のみに、光反射電極層が形成されたことを特徴とする。
【００１７】
透明電極部のｎ側半導体層側となる面のみに光反射電極層が形成されたことにより、発光層の側方から透明電極部に斜行して入射してきた光のうちｎ側半導体層側に向かう光を光反射電極層が反射して、ｎ側電極のｎ側半導体層側とは反対側となる面から外に出射させることができるので、半導体発光素子の輝度をさらに向上させることができる。
【００１８】
本願の第５の発明は、本願第１の発明または第２の発明において、透明電極部のｎ側半導体層側とは逆側となる面のみに、光反射電極層が形成されたことを特徴とする。
【００１９】
透明電極部のｎ側半導体層側とは逆側となる面のみに光反射電極層が形成されたことにより、発光層の側方から透明電極部に斜行して入射してきた光のうちｎ側半導体層側とは逆側に向かう光を光反射電極層が反射して、ｎ側電極の側方から外に出射させることができるので、半導体発光素子の輝度をさらに向上させることができる。
【００２０】
（実施の形態１）
以下、図を用いて本発明の第１の実施の形態における半導体発光素子を説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態における半導体発光素子の側面図である。図１に示すように、本実施形態の半導体発光素子１０は、基板１にｎ型半導体層２が積層され、ｎ型半導体層２にボンディング用のｎ側電極３と発光層４とが積層され、発光層４にｐ型半導体層５が積層され、ｐ型半導体層５に光透過性を有するｐ側透明電極部６が積層され、ｐ側透明電極部６にボンディング用のｐ側電極７が積層されたものである。本実施形態の半導体発光素子１０は、いわゆるフェイスアップ型の発光素子であり、光透過性を有するｐ側透明電極部６から全面的に光を取り出す構造となっている。
【００２２】
基板１の材料としては、絶縁性を有する材料であるサファイア基板または導電性を有するＧａＮ基板が用いられる。
【００２３】
ｎ型半導体層２は、基板１にＧａＮ，ＡｌＧａＮを積層させて形成されている。なお、基板１とｎ型半導体層２との間にＧａＮやＩｎＧａＮで形成したバッファ層を設けることも可能である。
【００２４】
発光層４はｎ型半導体層２の全面にＩｎＧａＮを積層させて形成されている。また、ｐ型半導体層５は、発光層４の全面にＧａＮを積層させて形成されている。この発光層４とｐ型半導体層５とは、ｎ型半導体層２の全面に、発光層４となるＩｎＧａＮと、このＩｎＧａＮの全面にｐ型半導体層５となるＧａＮとを積層した後に、ドライエッチングによりｎ型半導体層２にｎ側電極３を形成する領域を露出させることによって形成される。本実施形態の発光層４は１層構造であるが、例えば、ＩｎＧａＮ型半導体層とＧａＮ型半導体層とを交互に少なくとも一対積層した多量子井戸構造とすることにより、さらに輝度を向上させることができる。
【００２５】
ｐ側透明電極部６は、ｐ型半導体層５の全面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＺｎＯを積層させて形成されており、発光層４で発光して上方に向かう光は、光透過性を有するｐ側透明電極部６を通過して半導体発光素子１０の外に出射される。このｐ側透明電極部６上には、ボンディング性がよいＡｕなどを部分的に積層してｐ側電極７が形成されている。このｐ側電極７にワイヤ８をボンディングし、半導体発光素子１０を外部と電気的に接続している。
【００２６】
ｎ側電極３は、ドライエッチングによりｎ型半導体層２に形成された領域に、Ｔｉなどで形成されたｎ型半導体層２と接続するコンタクト電極３ａ、Ａｌなどの光反射率のよい材料で形成された反射電極層３ｂ、ＩＴＯやＺｎＯで形成された透明電極部３ｃ、前述した材料と同じ材料、または反射率の異なる材料で形成される反射電極層３ｄ、ボンディングするために好適なＡｕなどで形成されたボンディング電極３ｅを順に積層させて形成されている。そして、このボンディング電極３ｅにワイヤ８をボンディングし、半導体発光素子１０を外部と電気的に接続している。なお、反射電極層３ｄとボンディング電極３ｅとの接着性が悪い場合は、反射電極層３ｄとボンディング電極３ｅとの間にバリアメタルを設けてもよい。これにより、ボンディング電極３ｅが反射電極層３ｄから剥がれることを防止することができる。
【００２７】
ここで、発光層４とｎ側電極３の透明電極部３ｃとの位置関係を説明する。図１に示すように、ｎ側電極３のうち発光層４が形成されている位置と同じ高さには透明電極部３ｃが位置しており、この透明電極部３ｃは、発光層４から側方へ出た光を透過させて、半導体発光素子１０の側方に出射させることができるように、発光層４よりも厚く形成されている。本実施形態のｎ側電極３は、コンタクト電極３ａの膜厚が０．１μｍ、反射電極層３ｂ，３ｄの膜厚が０．０５μｍ、ボンディング電極３ｅの膜厚が０．８μｍで形成されている。また、ｎ型半導体層２のｎ側電極３が形成された面から発光層４の下端までの厚さが０．３μｍ、発光層４の膜厚が０．０６μｍ、ｐ型半導体層５の膜厚が０．１２μｍで形成されている。
【００２８】
このように、各膜厚を上記のように設定したことにより、発光層４の位置は、透明電極部３ｃのほぼ中央部分に位置することになり、図１に示すように、透明電極部３ｃに斜行して入射してきた光のうち下側に向かう光を反射電極層３ｂが反射し、上側に向かう光を反射電極層３ｄが反射しながらｎ側電極３の側方に出射する。これにより、半導体発光素子１０の輝度を向上させることができる。
【００２９】
なお、本実施形態の各層および各電極の膜厚は上記記載のものに限ったものではなく、発光層４が位置する高さにｎ側電極３の透明電極部３ｃが位置していればどのようなものであってもよいが、発光層４から発光層４の側方に位置するｎ側電極３に向かう光を高い効率で出射させるためには、透明電極部３ｃの膜厚をできる限り厚く形成した方がよい。また、透明電極部３ｃのほぼ中央に発光層４が位置することが望ましいが、これに限定されるものではない。
【００３０】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における半導体発光素子を説明する。図２は、本発明の実施の形態２における半導体発光素子の側面図である。なお、実施の形態１における半導体発光素子１０と同様の構成のものについては、同符号を付し説明を省略する。
【００３１】
図２に示すように、実施の形態２の半導体発光素子２０は、ｎ側電極１３が、ドライエッチングによりｎ型半導体層２に形成された領域に、Ｔｉなどで形成されたｎ型半導体層２と接続するコンタクト電極１３ａ、Ａｌなどの光反射率のよい材料で形成された反射電極層１３ｂ、ＩＴＯやＺｎＯで形成された透明電極部１３ｃが順に積層されたものであり、本発明の実施の形態１のｎ側電極３の反射電極層３ｄが省略され、ボンディング電極１３ｅが透明電極部１３ｃの一部に積層されたものである。ワイヤ８は、このボンディング電極１３ｅにボンディングされ、半導体発光素子２０を外部と電気的に接続している。
【００３２】
実施の形態２の半導体発光素子２０においても、本発明の実施の形態１の半導体発光素子１０と同様に、発光層４が位置する高さにｎ側電極１３の透明電極部１３ｃが位置しているので、発光層４から発光層４の側方に位置するｎ側電極１３に向かう光は透明電極部１３ｃを透過して半導体発光素子２０の側方に出射する。また、図２に示すように、透明電極部１３ｃに斜行して入射してきた光のうち下側に向かう光を反射電極層１３ｂが反射してｎ側電極１３の上方または側方に出射し、また、透明電極部１３ｃに斜行して入射してきた光のうち上側に向かう光をそのまま通過させてｎ側電極１３の上方に出射する。これにより、半導体発光素子２０の輝度を向上させることができる。
【００３３】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における半導体発光素子を説明する。図３は、本発明の実施の形態３における半導体発光素子の側面図である。なお、実施の形態１における半導体発光素子１０と同様の構成のものについては、同符号を付し説明を省略する。
【００３４】
図３に示すように、実施の形態３の半導体発光素子３０は、いわゆるフェイスダウン型の発光素子であり、光反射性を有するｐ側光反射電極層９がｐ型半導体層５とｐ側電極１６との間に形成されたものである。なお、実施の形態３の半導体発光素子３０は、基板１側から光を取り出す構造であるので、ｐ側電極１６は、光を通過させる透明な電極で形成する必要はなく、半導体発光素子３０をＡｕバンプ１７により実装するためのボンディング性を考慮してＡｕなどで形成する方が望ましい。
【００３５】
実施の形態３の半導体発光素子３０の発光層４で発光して上側に向かう光は、基板１を通過して外に出射される。また、発光層４で発光して下側に向かう光は、ｐ側光反射電極層９で反射されて上方または側方に向かう。そして、実施の形態３の半導体発光素子３０においても、本発明の実施の形態１の半導体発光素子１０と同様に、発光層４が位置する高さにｎ側電極３の透明電極部３ｃが位置しているので、発光層４から発光層４の側方に位置するｎ側電極３に向かう光は透明電極部３ｃを透過して半導体発光素子３０の側方に出射する。また、図３に示すように、透明電極部３ｃに斜行して入射してきた光のうち下側に向かう光を反射電極層３ｄが反射し、また、上側に向かう光を反射電極層３ｂが反射してｎ側電極３の側方に出射する。これにより、半導体発光素子３０の輝度を向上させることができる。
【００３６】
なお、図４に示すように、実施の形態３における半導体発光素子３０の他の実施の形態として、反射電極層３ｂを省略した構成としてもよい。発光層４から透明電極部３ｃに斜行して入射してきた光のうち下側に向かう光を反射電極層３ｄが反射してｎ側電極３の側方に出射する。これにより、半導体発光素子４０の輝度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は、基板に半導体層および発光層が層状に積み重ねられた構造を有する半導体発光素子において、光出射効率を向上させることができるので、輝度の高い半導体発光素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態における半導体発光素子の側面図
【図２】本発明の第２の実施の形態における半導体発光素子の側面図
【図３】本発明の第３の実施の形態における半導体発光素子の側面図
【図４】本発明の他の実施の形態における半導体発光素子の側面図
【図５】従来の半導体発光素子の側面図
【図６】従来の半導体発光素子の側面図
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
２  ｎ型半導体層
３  ｎ側電極
３ａ，１３ａ  コンタクト電極
３ｂ，３ｄ，１３ｂ  反射電極層
３ｃ，１３ｃ  透明電極部
３ｅ，１３ｅ  ボンディング電極
４  発光層
５  ｐ型半導体層
６  ｐ側透明電極部
７，１６  ｐ側電極
８  ワイヤ
９  ｐ側光反射電極層
１０，２０，３０  半導体発光素子
１７  バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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