(57)【要約】【課題】　発光素子全体に均一な発光強度が得られる発光素子を提供する。【解決手段】　発光素子１０は、透明基板１２と、半導体層１４と、ｐ側電極１６と、ｎ側電極１８とを含む。半導体層１４は、透明基板１２上に形成され、透明基板１２上に積層されるｎ型ＧａＮコンタクト層２２、ＩｎＧａＮ発光層２４およびｐ型ＧａＮコンタクト層２６を含む。ｐ側電極１６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に形成され、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上の一部に形成されたパラジウム（Ｐｄ）からなるコンタクト電極部１６ａと、コンタクト電極部１６ａおよびｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）からなる反射電極部１６ｂとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　透明基板と、前記透明基板の一主面上に形成され少なくとも一導電型の半導体層および他の導電型の半導体層を前記透明基板側からこの順序で含む半導体層と、前記一導電型の半導体層に接続された第１電極と、前記他の導電型の半導体層上に形成された第２電極とを備える発光素子であって、
　前記第２電極は、前記他の導電型の半導体層上の一部に形成されたコンタクト電極部と、前記コンタクト電極部および前記他の導電型の半導体層上に形成された反射電極部とを含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
　前記コンタクト電極部は、パラジウムまたはニッケルの少なくともいずれか一方を含む金属膜であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
　前記反射電極部は、アルミニウムからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
　前記他の導電型の半導体層は、ｐ型ＧａＮコンタクト層であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　この発明は発光素子に関し、特にたとえば透明基板を用い透明基板側から光を出射させる発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来、発光ダイオード等の発光素子は、発光層からの発光を基板と反対側の方向へ出射させる構造のものが一般的に用いられている。
【０００３】
　しかし、この構造では、半導体層上に形成された透光性電極やパッド電極が出射光を減少させてしまうという問題があった。
【０００４】
　この問題を解決するために、サファイア基板等の透明基板を用いた発光素子において、透明基板側から光を出射させる構造の発光素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
　この発光素子１は、図８（ａ）に示すように、透明基板２と、透明基板２上に形成されたｎ型半導体層３と、ｎ型半導体層３上に形成されたｐ型半導体層４と、ｎ型半導体層３上に形成されたｎ側電極５と、ｐ型半導体層４上に形成されたｐ側電極６とを備える。
【０００６】
　この発光素子１では、ｎ型半導体層３およびｐ型半導体層４から発せられた光は、透明基板２を透過して光出射方向Ａの方向に出射される。
【特許文献１】特開平６−１２０５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
　しかし、上記従来技術では、発光素子１から出射される光が均一でないという問題があった。
【０００８】
　図８（ｂ）に、透明基板２の光出射方向Ａ側の一主面における位置と発光強度との関係を示す。図８（ｂ）から明らかなように、従来の発光素子１では、ｎ側電極５に対応する部分の発光強度が低下し、均一な発光強度が得られない。
【０００９】
　そのため、この発明の主たる目的は、発光素子全体に均一で高い発光強度が得られる発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
　上記課題を解決するために、本発明の発光素子は、透明基板と、透明基板の一主面上に形成され少なくとも一導電型の半導体層および他の導電型の半導体層を透明基板側からこの順序で含む半導体層と、一導電型の半導体層に接続された第１電極と、他の導電型の半導体層上に形成された第２電極とを備える発光素子であって、透明基板の側面の一部と、一導電型の半導体層の側面のうち透明基板の側面に隣接する側面とが、一主面に対して一定の角度を有する略面一な斜面を形成し、第１電極は斜面上に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
　本発明の発光素子は、第１電極が、第２電極を取り囲むように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
　本発明の発光素子は、第２電極が、他の導電型の半導体層上の一部に形成されたパラジウムまたはニッケルの少なくともいずれか一方を含む金属膜と、他の導電型の半導体層および金属膜上に形成されたアルミニウム膜とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
　本発明の発光素子では、半導体層から発せられた光が、透明基板の一部と半導体層とによって形成された斜面上の第１電極によって反射される。従って、本発明の発光素子によれば、第１電極の部分でも発光強度が低下せず、また、第１電極によって光が閉じこめられるため、発光素子全体に均一で高い発光強度が得られる。
【００１４】
　本発明の発光素子では、第１電極が第２電極を取り囲むように形成されているため、第１電極および第２電極から半導体層に電流が均一に注入される。従って、本発明の発光素子によれば、均一な発光を得ることができる。
【００１５】
　本発明の発光素子では、第２電極がパラジウムまたはニッケルとアルミニウム膜とを含み、アルミニウム膜は高い反射率で半導体層から発せられた光を反射する。従って、本発明の発光素子によれば、発光素子全体に均一で高い発光強度が得られる。
【００１６】
　以上説明したように、この発明によれば、電極が透明基板の主面に対して一定の角度を有する斜面上に形成されるため、均一で高い発光強度の発光素子を得ることができる。
【００１７】
　また、斜面上に形成された電極が、他の電極を取り囲むように形成されるため、電流注入が均一に行われ、均一な発光強度の発光素子が得られる。
【００１８】
　さらに、半導体層上に形成する電極を高反射率金属とすることによって、高い発光強度の発光素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
　以下、この発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
【００２０】
　この実施形態の発光素子１０の平面図を図１（ａ）に、図１（ａ）のＸ−Ｙの位置での正面断面図を図１（ｂ）に示す。
【００２１】
　図１を参照して、発光素子１０は、透明基板１２と、半導体層１４と、ｐ側電極１６と、ｎ側電極１８とを含む。
【００２２】
　透明基板１２側面の半導体層１４側の一部と半導体層１４の側面とは、透明基板１２の一主面１２ａに対して一定の角度を有する略面一な斜面２０を形成する。
【００２３】
　発光素子１０はたとえば４００μｍ角であり、斜面２０は図１（ｂ）での幅Ｌがたとえば２５μｍである。
【００２４】
　透明基板１２は、たとえばサファイア基板等である。なお、透明基板１２は、半導体層１４から発せられる光の波長において、光吸収係数が小さいものであればよい。
【００２５】
　半導体層１４は、透明基板１２上に形成され、たとえば、透明基板１２上に積層されるｎ型ＧａＮコンタクト層２２、ＩｎＧａＮ発光層２４およびｐ型ＧａＮコンタクト層２６を含む。各半導体層の層厚は、たとえばｎ型ＧａＮコンタクト層２２が４μｍ、ＩｎＧａＮ発光層２４が１０ｎｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６が０．３μｍである。
【００２６】
　ｐ側電極１６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に形成される。ｐ側電極１６は、図２の模式断面図に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上の一部に形成されたパラジウム（Ｐｄ）からなるコンタクト電極部１６ａと、コンタクト電極部１６ａおよびｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に形成されたアルミニウム（Ａｌ）からなる反射電極部１６ｂとを含む。コンタクト電極部１６ａは、たとえば複数の短冊状のＰｄで形成される。コンタクト電極部１６ａの膜厚はたとえば２００ｎｍであり、反射電極部１６ｂの膜厚はたとえば５００ｎｍである。
【００２７】
　なお、ｐ側電極１６は、ｐ側ＧａＮコンタクト層２６とオーミックに接続し、かつ反射率が高いものであればよい。たとえば、コンタクト電極部１６ａは、Ｎｉ、またはＰｄおよびＮｉの合金であってもよい。
【００２８】
　ｎ側電極１８は、斜面２０のうちの透明基板１２およびｎ型ＧａＮコンタクト層２２上に、ｐ側電極１６を取り囲むように形成される。ｎ側電極１８には金属薄膜が用いられるが、たとえば斜面２０側からＡｌ（膜厚６ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２ｎｍ）、Ｎｉ（膜厚１０ｎｍ）、Ａｌ（膜厚０．５μｍ）の順に積層された高反射率金属薄膜、あるいは斜面２０側からＴｉ（膜厚２ｎｍ）、Ａｌ（膜厚０．５μｍ）の順に積層された高反射率金属薄膜を用いることが好ましい。
【００２９】
　図３を参照して、この発光素子１０の製造工程の一例を示す。
【００３０】
　まず、図３（ａ）に示すように、透明基板１２上に、半導体層１４および垂直断面が台形状であるマスク２８をこの順序で形成する。半導体層１４は、透明基板１２上に順次積層されるｎ型ＧａＮコンタクト層２２、ＩｎＧａＮ発光層２４、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６を含む。
【００３１】
　半導体層１４は、たとえば、原料ガスとしてトリメチルガリウム、トリメチルインジウムおよびアンモニアを用い、ドーピングガスとしてシランおよびシクロペンタジエニルマグネシウムを用いたＭＯＣＶＤ法等によって形成できる。
【００３２】
　垂直断面が台形状であるマスク２８は、たとえば、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に膜厚３０μｍのＡｌを電子ビーム蒸着法で均一に蒸着した後、フォトリソ工程およびエッチング工程によって垂直断面が台形状になるように加工することによって形成できる。
【００３３】
　その後、図３（ｂ）に示すように、マスク２８、半導体層１４および透明基板１２を同時にエッチングして、断面Ｖ字状の凹部３０を形成する。凹部３０の内面は、斜面２０となる。
【００３４】
　断面Ｖ字状の凹部３０は、たとえば、マスク２８と半導体層１４と透明基板１２とでエッチングレートが略等しくなるようにエッチングを行うことによって形成できる。たとえば、平行平板型ドライエッチング装置を用い、放電出力３００Ｗ、圧力５Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、エッチングガスとしてＣＦ４ガスを用いた場合には、マスク２８、半導体層１４および透明基板１２を略等しいエッチングレートでエッチングできる。
【００３５】
　その後、図３（ｃ）に示すように、マスク２８を除去した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上にｐ側電極１６を形成する。ｐ側電極１６の構造は図２に示したものである。このｐ側電極１６は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に短冊状のＮｉからなるコンタクト電極部１６ａを形成した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６およびコンタクト電極部１６ｂ上にＡｌからなる反射電極部１６ｂを蒸着することによって形成できる。
【００３６】
　コンタクト電極部１６ａは、電子ビーム蒸着法でＮｉ薄膜を斜面２０およびｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に蒸着した後、フォトリソ工程およびエッチング工程を用いて不要なＮｉ薄膜を除去することによって形成できる。同様に、反射電極部１６ｂも、Ａｌ薄膜を蒸着した後、フォトリソ工程およびエッチング工程を用いて不要なＡｌ薄膜を除去することによって形成できる。
【００３７】
　その後、図３（ｄ）に示すように、斜面２０の透明基板１２およびｎ型ＧａＮコンタクト層２２の部分にｎ側電極１８を形成し、たとえば４００μｍ角となるように素子ごとに分離する。
【００３８】
　ｎ側電極１８は、ｎ側電極１８を形成する部分を除いてフォトレジストを形成し、電子ビーム蒸着法でたとえばＡｌ薄膜、Ｓｉ薄膜、Ｎｉ薄膜、Ａｌ薄膜をこの順序で蒸着した後、リフトオフすることによって形成できる。
【００３９】
　素子ごとの分離は、たとえば、透明基板１２にスクライバーによってスクライブラインを形成することによって、容易に行うことができる。
【００４０】
　このようにして、発光素子１０が形成される。
【００４１】
　発光素子１０の機能を、図４（ａ）に模式的に示す。
【００４２】
　図４（ａ）を参照して、この発光素子１０では、ＩｎＧａＮ発光層２４から発せられた光は、透明基板１２を通過して、またはｐ側電極１６あるいはｐ側電極１６およびｎ側電極１８で反射して、光出射方向Ａの方向に出射される。
【００４３】
　図４（ｂ）に、透明基板１２の光出射方向Ａ側の一主面１２ｂ上における位置と発光強度との関係を示す。
【００４４】
　図４（ｂ）から明らかなように、発光素子１０によれば、ｎ側電極１８が形成されている部分に対応する位置でも発光強度の低下が小さい。従って、発光素子１０によれば、図８に示した従来構造の発光素子１と異なり、均一な発光が得られる。
【００４５】
　また、発光素子１０では、ｎ側電極１８が一主面１２ａに対して一定の角度で形成されるため、ＩｎＧａＮ発光層２４から発せられた光が側面に散逸するのを防止して光出射方向Ａに閉じこめる効果を有する。従って、発光素子１０によれば、高い発光強度が得られる。
【００４６】
　従って、発光素子１０によれば、発光素子１０の全体に均一で、かつ高い発光強度を有する発光素子を得ることができる。
【００４７】
　なお、図４（ｂ）に示すように、透明基板１２の一主面１２ａと斜面２０とのなす角α（図４（ａ）参照）が７０度の場合には、αが１０度の場合よりも、均一で高い発光強度が得られる。
【００４８】
　一方、αを小さくすることによって、斜面２０およびｎ側電極１８を容易に形成することができ、ｎ型ＧａＮコンタクト層２２とｎ側電極１８との接触面積を大きくすることができる。特に、αを４５度以下とした場合には、斜面２０およびｎ側電極１８を精度よく容易に形成することができる。
【００４９】
　従って、均一な発光強度が得られ、かつ容易に形成できる発光素子１０を得るためには、αを３０度ないし４５度とすることが好ましい。
【００５０】
　さらに、発光素子１０では、ｐ側電極１６の周囲をｎ側電極１８が取り囲む構造となっているため、ｐ側電極１６およびｎ側電極１８から半導体層１４への電流の注入が均一に行われ、より均一な発光強度が得られる。
【００５１】
　また、この発明の発光素子１０では、ｐ側電極１６として高反射率金属を用いているため、ＩｎＧａＮ発光層２４で発せられた光は、高い反射率で反射される。
【００５２】
　たとえば、図２に示したｐ側電極１６の構造では、反射電極部１６ｂに用いられるアルミニウムが高い反射率であるのでＩｎＧａＮ発光層２４で発せられた光は、高い反射率で反射される。従って、発光素子１０によれば、高い発光強度が得られる。
【００５３】
　なお、ｐ側電極１６は、図２の構造に限らず、図５（ａ）に示す構造でもよい。図５（ａ）に示すｐ側電極１７は、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に形成されたＰｄ薄膜からなるコンタクト電極部１７ａと、コンタクト電極部１７ａ上に形成されたＡｌからなる反射電極部１７ｂとを含む。コンタクト電極部１７ａには、Ｐｄのかわりにニッケル（Ｎｉ）、またはＰｄとＮｉとの合金を用いてもよい。
【００５４】
　図５（ａ）に示したｐ側電極１７の構造では、コンタクト電極部１７ａの膜厚を薄くすることによって、ｐ側電極１７の反射率を向上させることができる。図５（ｂ）にコンタクト電極部１７ａと反射電極部１７ｂの材料および膜厚を変化させた場合における、発光素子１０の光出力の変化を示す。
【００５５】
　図５（ｂ）中の光出力は、コンタクト電極部１７ａにＰｄ（膜厚３０ｎｍ）を用い、反射電極部１７ｂにＡｕ（膜厚２００ｎｍ）を用いた場合の光出力を１００としたときの相対値を示している。図５（ｂ）から明らかなように、コンタクト電極部１７ａとして膜厚２ｎｍのＰｄを用い、反射電極部１７ｂとして膜厚２００ｎｍのＡｌを用いたときに、最も光出力が大きくなる。
【００５６】
　従って、図５（ａ）の構造を用いた発光素子１０によれば、コンタクト電極部１７ａおよび反射電極部１７ｂの材料および膜厚を変化させることによって、高い輝度が得られる。
【００５７】
　図６を参照して、この発光素子１０の製造工程の他の一例を示す。この製造工程は、図３に示した製造工程と凹部３０の形成方法が異なるものである。
【００５８】
　まず、図６（ａ）に示すように、透明基板１２上に、半導体層１４を形成した後、溝部３２を形成する。半導体層１４を形成する工程は、図３（ａ）で説明したものと同様であるので重複する説明は省略する。溝部３２は、半導体層１４の表面からの深さが例えば１０μｍであり、ダイシングソー等を用いて容易に形成することができる。
【００５９】
　その後、図６（ｂ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層２６上に、垂直断面が台形状になるようにマスク２８を形成する。マスク２８を形成する工程は図３（ａ）で説明した工程と同様である。
【００６０】
　その後、マスク２８、半導体層１４および透明基板１２をエッチングすることによって、図６（ｃ）に示すように、断面Ｖ字状の凹部３０を形成する。エッチング工程は、図３（ｂ）で説明した工程と同様である。
【００６１】
　その後、図６（ｄ）に示すように、マスク２８を除去した後、ｐ側電極１６およびｎ側電極１８を形成する。ｐ側電極１６およびｎ側電極１８を形成する工程は、図３（ｃ）および図３（ｄ）で説明した工程と同様である。
【００６２】
　このようにして、発光素子１０が形成される。
【００６３】
　図６に示した製造工程では、溝部３２を形成することによって、凹部３０を形成する場合のエッチング工程を短縮することができる。従って、図６に示した製造工程によれば、発光素子１０の製造が容易である。
【００６４】
　図７に、この発明の発光素子１０を、発光ダイオード４０に用いる場合の一例を示す。
【００６５】
　発光ダイオード４０は、発光素子１０と、ステム４２および４４と、マウント台４６と、絶縁部材４８と、ｎ側電極接続部材５０と、導電性接着剤５２と、金ワイヤ５４と、透明樹脂（図示せず）とを備える。
【００６６】
　ステム４２および４４は、たとえば金属からなり、マウント台４６と電気的に接続されている。
【００６７】
　マウント台４６は、金属からなり、導電性接着剤５２によって発光素子１０のｐ側電極１６と電気的に接続されている。
【００６８】
　ｎ側電極接続部材５０は、たとえば金属からなり、ｎ側電極１８に密着するように斜面５８が形成されている。ｎ側電極接続部材５０は、絶縁部材４８によってマウント台４６と電気的に絶縁されており、導電性接着剤（図示せず）によってｎ側電極１８と電気的に接続されている。ｎ側電極接続部材５０は、反射鏡としても機能する。
【００６９】
　ステム４４は、金ワイヤ５４によってｎ側電極接続部材５０と電気的に接続されている。
【００７０】
　発光素子１０は、通常の発光ダイオードと同様に、透明樹脂（図示せず）によってモールドされる。
【００７１】
　この発光ダイオード４０では、発光素子１０をマウント台４６およびｎ側電極接続部材５０に固定して電気的に接続する場合に、ｎ側電極１８と斜面５８とによって発光素子１０が所定の位置に固定される。従って、発光素子１０を用いた発光ダイオード４０によれば、発光素子１０をマウント台４６およびｎ側電極接続部材５０に固定して電気的に接続する場合に、ｐ側電極１６とｎ側電極１８とが短絡することを防止できるという特徴を有する。
【００７２】
　すなわち、従来の発光素子１（図８（ａ））を用いた発光ダイオードでは、発光素子１の位置決めが容易でなく、発光素子１を固定する際にｎ側電極５とｐ側電極６とが短絡しやすいという問題があったが、発光素子１０を用いた発光ダイオード４０によれば、ｐ側電極１６とｎ側電極１８とが短絡しにくく、従来のものより歩留まりよく製造することができる。
【００７３】
　以上、この発明の実施形態について例を挙げて説明したが、上記実施形態はこの発明を用いた場合の一例にすぎず、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００７４】
　たとえば、上記実施形態で示した半導体層１４は、発光素子として機能するものであればいかなる構造でもよい。たとえば、透明基板１２とｎ型ＧａＮコンタクト層２２との間にＧａＮバッファ層等を形成してもよく、また、ＩｎＧａＮ発光層２６の両側にクラッド層等を形成してもよい。さらに、サファイ基板１２上に形成する各半導体層の順序を逆にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】この発明の一実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面断面図である。
【図２】この発明の一実施形態におけるｐ側電極の構造の一例を示す断面図である。
【図３】この発明の一実施形態における発光素子の製造工程の一例を示す断面図である。
【図４】この発明の一実施形態における発光素子の機能を示す図解図である。
【図５】（ａ）はこの発明の一実施形態におけるｐ側電極の構造の他の一例を示す断面図であり、（ｂ）はコンタクト電極部および反射電極部と光出力との関係を示す図である。
【図６】この発明の一実施形態における発光素子の製造工程の他の一例を示す断面図である。
【図７】この発明の一実施形態における発光素子を用いた発光ダイオードを示す正面断面図である。
【図８】従来の発光素子の構造と発光強度を示す図解図である。
【符号の説明】
【００７６】
　　１０　発光素子
　　１２　透明基板
　　１２ａ　一主面
　　１４　半導体層
　　１６、１７　ｐ側電極
　　１６ａ、１７ａ　コンタクト電極部
　　１６ｂ、１７ｂ　反射電極部
　　１８　ｎ側電極
　　２０　斜面
　　２２　ｎ型ＧａＮコンタクト層
　　２４　ＩｎＧａＮ発光層
　　２６　ｐ型ＧａＮコンタクト層
　　２８　マスク
　　３０　凹部
　　３２　溝部
　　４０　発光ダイオード
　　４６　マウント台
　　５０　ｎ側電極接続部材
　　Ａ　光出射方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004119996.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2004119996.tif 000008
【図７】
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【図８】
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