(57)【要約】【課題】単位電力あたりの発光効率が向上するような半導体発光素子を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体発光素子は、支持基板１と、第１導電型半導体層３と、発光層である活性層４と、第２導電型半導体層５とを順次積層して備えた半導体発光素子であって、第２導電型半導体層５より活性層４を貫通し第１導電型半導体層３に至る溝部６を備え、溝部６に第１電極７を設け、第２導電型半導体層５に第２電極８を設けるとともに、少なくとも、第１電極７と第２電極８との対向面に絶縁部９を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、第１導電型半導体層と、発光層である活性層と、第２導電型半導体層とを順次積層して備えた半導体発光素子であって、
前記第２導電型半導体層より前記活性層を貫通し前記第１導電型半導体層に至る溝部を備え、
該溝部に第１電極を設け、前記第２導電型半導体層に第２電極を設けるとともに、
少なくとも、前記第１電極と前記第２電極との対向面に絶縁部を設けたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記絶縁部を、少なくとも前記溝部の側面を覆うように設けた請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記溝部が、平面視においてクシ歯状である請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１電極及び前記第２電極を構成する材料が、透光性を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記絶縁部は、表面に凹凸部を備えた請求項４に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に発光層に電圧印加するための電極をそれぞれ支持基板の同一面側において形成した構造を有する半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体発光素子としては、例えば、図５に示すように、支持基板１であるサファイア基板の上に、バッファ層２であるＡｌＮと、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ層３と、発光層であり活性層である低キャリア濃度ｎ層４であるｎ−ＧａＮと、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体からなるｐ層５と、ｐ層５の上面からｎ層３に至るまで形成された溝５０と、ｐ層５の上面からｎ層３に至るまで形成された孔６０と、孔６０にｎ層３と接合しｐ層５の上面にまで形成された第１電極７と、ｐ層５の上面に溝５０によって第１電極７と電気的に絶縁分離されるように形成された第２電極８とを備えたものを挙げることができる（特許文献１参照。）。
【０００３】
上述の半導体発光素子は、溝５０により第１電極７と第２電極８との電気的な絶縁分離を実現しているので、半導体発光素子を順方向バイアスにする、つまり、第２電極８をプラス電圧にし第１電極７をマイナス電圧に印加することにより、第２電極８から第１電極７に向かって電流が流れ、ｐ層５とｎ層３の界面に位置する低キャリア濃度ｎ層４にてホールと電子が結合し発光する。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６９６０９５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような半導体発光素子においては、前述の溝により第１電極と第２電極との間の電気的な絶縁分離を実現されているため、溝を形成する分だけ、半導体発光素子全体に占める活性層の面積が制約を受けてしまい、単位電力あたりの発光効率が低下するという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を改善するためになされたものであり、単位電力あたりの発光効率が向上するような半導体発光素子を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る半導体発光素子は、支持基板と、第１導電型半導体層と、発光層である活性層と、第２導電型半導体層とを順次積層して備えた半導体発光素子であって、前記第２導電型半導体層より前記活性層を貫通し前記第１導電型半導体層に至る溝部を備え、該溝部に第１電極を設け、前記第２導電型半導体層に第２電極を設けるとともに、少なくとも、前記第１電極と前記第２電極との対向面に絶縁部を設けている。
【０００８】
このような構成の半導体発光素子は、少なくとも前記第１電極と前記第２電極との対向面に前記絶縁部を設けることで、半導体発光素子全体に占める前記活性層の面積割合を大きくすることができ、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係る半導体発光素子は、請求項１に記載の半導体発光素子において、少なくとも前記溝部の側面を覆うように設けている。
【００１０】
このような構成の半導体発光素子は、少なくとも前記溝部の側面を覆うことで、前記第２電極から前記第１電極に向けて流れる漏れ電流の経路となりうる前記溝部の側面、つまり、前記溝部の前記活性層側及び前記第２導電型半導体層側に対して少なくとも前記絶縁部を形成して、漏れ電流の影響を取り除くことで、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る半導体発光素子は、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子において、前記溝部が平面視においてクシ歯状である。
【００１２】
このような構成の半導体発光素子は、溝部が平面視においてクシ歯状に形成することで、発光に寄与する活性層を流れる電流の均一化がされるので、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る半導体発光素子は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子において、前記第１電極及び前記第２電極を構成する材料が透光性を有する。
【００１４】
このような構成の半導体発光素子は、第１電極及び第２電極を構成する材料が透光性を有することで、活性層より生じる光を半導体発光素子表面（上面）からも取り出せるようになるので、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００１５】
また、本発明の請求項５に係る半導体発光素子は、請求項４に記載の半導体発光素子において、前記絶縁部は、表面に凹凸部を備えている。
【００１６】
このような構成の半導体発光素子は、絶縁部が表面に凹凸部を備えることで、絶縁部の表面で全反射する光量が低減できるため、半導体発光素子表面（上面）からの光の取り出し効率が更に向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１、図２に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図であり、図２は、第１実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【００１８】
第１実施形態においては、半導体発光素子は、図１に示すように、支持基板１と、バッファ層２と、第１導電型半導体である第１導電型クラッド層３と、第１導電型クラッド層３と後述の第２導電型クラッド層５とに挟まれた発光半導体層であり低キャリア濃度ｎ層である活性層４と、第２導電型半導体である第２導電型クラッド層５とが順次積層された構成であり、第２導電型クラッド層５より活性層４を貫通し第１導電型クラッド層３に至る溝部６と、Ａｌで形成された第１電極７と、Ａｌで形成された第２電極８と、絶縁部９とを備えた構成である。
【００１９】
なお、半導体発光素子の上下方向は、実際の使用状態での方位性に依存するため一義的に規定できないが、第１実施形態の記述では説明の便宜上、図１、図２に示すように、支持基板１の配置側を下（下面）側、第２導電型クラッド層５の配置側を上（上面）側というように上下方向を規定するものとする。
【００２０】
ここで、第２電極８は、第２導電型クラッド層５の上面に接続されるように形成され、第２電極８の上面及び第２電極８の溝部６側の側面には、絶縁部９を備えている。つまり、第１実施形態においては、絶縁部９は、第１電極７と第２電極８とが直接的に面する対向面に形成されている。
【００２１】
また、第１電極７は、溝部６に対して、第１導電型クラッド層３の表面が露出した露出領域に接続され、この露出領域から第２電極８の側面に設けた絶縁部９、第２電極８の上面の一部にわたり形成されている。なお、絶縁部９は、第１電極７と第２電極８との間の電気的な絶縁分離を行うために、第１電極７と第２電極８との間に少なくとも設けられていればよい。
【００２２】
ここで、支持基板１は、例えば絶縁性のサファイア基板であり、第１導電型クラッド層３は、例えばｎ型ＡｌＧａＮのようなｎ型ＧａＮよりなる高キャリア濃度ｎ＋層であり、活性層４は、例えばｎ型ＩｎＧａＮのような３族窒化物半導体を用いて形成されたものである。また、第２導電型クラッド層５は、例えばｐ型ＡｌＧａＮのようなｐ型ＧａＮよりなる高キャリア濃度ｎ＋層であり、絶縁部９は、例えば絶縁膜であり、その材料は例えば、透明性を有しているＳｉＯ２を用いる。なお、絶縁部９は、絶縁性を備えており、更に好ましくは透明性を有するものがであればよい。
【００２３】
また、バッファ層２は支持基板１と第１導電型クラッド層３との格子不整合を緩和するために設けられるもので、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮにより形成される。なお、活性層４をｎ型ＩｎＧａＮで形成する場合には、活性層４の発光色は、Ｉｎの組成比を適宜調整したり、あるいはＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のｎ型不純物やＺｎ、Ｍｇ等のｐ型不純物を適宜ドープすることにより、紫外〜赤色の範囲で所望の色に調節可能である。
【００２４】
なお、第１導電型クラッド層３の露出領域は、例えば第１導電型クラッド層３の全面に活性層４及び第２導電型クラッド層５を積層形成した後、活性層４及び第２導電型クラッド層５のうち露出領域相当箇所上部に積層されている部分を第１導電型クラッド層３が露出するまでエッチング除去することで形成することができる。なお、溝部６は、この第１導電型クラッド層３の露出領域を含み、活性層４、第２導電型クラッド層５のエッチング除去された箇所で構成されている。
【００２５】
第２電極８は、第２導電型クラッド層５の上に、後に第２電極８の側面に設ける絶縁部９相当箇所を考慮し、溝部６を取り囲むように形成される。そして、第２電極８の上面及び第２電極８の溝部６側の側面には、絶縁部９が形成される。
【００２６】
その後、第１導電型クラッド層３の露出領域から活性層４、第２導電型クラッド層５、第２電極８の溝部６側の側面に設けた絶縁部９、第２電極８の上面に設けた絶縁部９の一部にわたって、第１導電型クラッド層３に接続した第１電極７が形成される。
【００２７】
第１電極７及び第２電極８は、例えば所定のマスクを用いて形成することができるもので、両電極の材料としてはＡｌの他に、例えばＮｉ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属を使用することができる。
【００２８】
なお、第１実施形態においても、半導体発光素子は、順方向バイアス、すなわちｐ型である第２導電型クラッド層５に形成した第２電極８にプラス電圧にし、第１電極７をマイナス電圧に印加することにより、活性層４にてホールと電子が結合し発光する。
【００２９】
かかる半導体発光素子においては、少なくとも、第１電極７と第２電極８との対向面に絶縁部９を設けることで、従来のように、第１電極７と第２電極８とを電気的に絶縁分離するための溝を形成する必要はなくなるので、半導体発光素子全体に占める活性層４の面積割合を大きくすることができ、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００３０】
ここで、第１実施形態における変形例として、第１電極７及び第２電極８の材料として、透光性を有する透明電極を用いてもよい。透明電極の材料としては、例えば、Ｉｎ２Ｏ３とＳｎＯ２の複合化合物であるＩＴＯや、Ｃｄ２ＳｎＯ４を用いることができる。
【００３１】
この場合、第１の電極７及び第２電極８に透明電極を用いることで、活性層４より生じる光を半導体発光素子表面（上面）からも取り出せるようにすることで、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。また、半導体発光素子の両面、つまり、表面（上面）と裏面（下面）から光の取り出しが可能なフリップチップ実装との組み合わせにおいては、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００３２】
また、第１電極７及び第２電極８の材料として、透光性を有する透明電極を用いた場合に、図２に示すように、半導体発光素子の絶縁部９の表面に凹凸部９１設けた構成であってもよい。なお、凹凸部９１は、例えば、サンドブラスト法で形成することができる。なお、図２において、光の取り出しの様子は矢印で示している。
【００３３】
この場合、絶縁部９の表面に凹凸部９１設けることで、絶縁部９表面での全反射が抑制されるので、半導体発光素子表面（上面）からの光の取り出し効率が更に向上する。
【００３４】
なお、第１実施形態及びその変形例においては、漏れ電流の経路となる可能性がある活性層４及び第２導電型クラッド層５は、例えば数μｍレベルと非常に薄く、ハイインピーダンス状態となるため、第２電極８から第１電極７に向けて漏れ電流は、活性層４を流れる電流に比べ、ほとんどの場合において、無視できるレベルに制限される。
【００３５】
次に、第１実施形態における絶縁部９の形成箇所の変形例を示した実施形態を、本発明の第２実施形態として図３に基づいて説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。なお、第１実施形態との同一箇所には同一符号を付して、共通部分の説明は省略する。
【００３６】
第２実施形態においては、半導体発光素子は、図３に示すように、絶縁部９が溝部６にける第１導電型クラッド層３の露出領域の一部まで拡大された構成であり、この点が、第１電極７と第２電極８とが直接的に面する対向面に絶縁部９を形成した第１実施形態の構成と異なる点である。
【００３７】
第２実施形態においては、絶縁部９は、溝部６の側面及び第１導電型クラッド層３の露出領域の一部まで形成されているが、少なくとも溝部６の側面を覆うように形成されていればよい。
【００３８】
かかる半導体発光素子においては、第２電極８から第１電極７に向けて流れる漏れ電流の経路となりうる溝部６の側面、つまり、溝部６の活性層４側及び第２導電型クラッド層５側に対して、少なくとも絶縁部９を形成して漏れ電流の影響を取り除くことで、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００３９】
次に、第１実施形態における溝部６をクシ歯状に形成した実施形態を、本発明の第３実施形態として図４に基づいて説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図及び概略断面図である（図４（ａ）は、平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＸ−Ｘ断面における概略断面図であり、図４（ａ）においては、平面視における絶縁部９の段差部の図示は省略している）。なお、第１実施形態との同一箇所には同一符号を付して、共通部分の説明は省略する。
【００４０】
第３実施形態においては、半導体発光素子は、図４に示すように、平面視において例えば５つのクシ歯状になるように各溝部６を備え、その各溝部６に第１電極７を設けた構成である。なお、各第１電極７は、第１電極７と一体形成されたＡｌからなるクシ芯部７１により各々電気的に接続されている。
【００４１】
かかる半導体発光素子においては、溝部６を平面視においてクシ歯状に形成したすることにより、発光に寄与する活性層４を流れる電流が均一化されるため、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００４２】
ここで、第２実施形態における溝部６をクシ歯状に形成しても勿論よい。この場合も、同様に、活性層４を流れる電流が均一化されるため、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。また、第２実施形態及び第３実施形態において、第１実施形態における変形例に示したように、第１電極７及び第２電極８の材料として、透光性を有する透明電極を用いてもよいし、更に絶縁部９の表面に凹凸部を設けた構成であってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１に係る半導体発光素子は、第２導電型半導体層より活性層を貫通し第１導電型半導体層に至る溝部に第１電極を設け、第２導電型半導体層に第２電極を設けるとともに、少なくとも、第１電極と第２電極との対向面に絶縁部を設けることで、半導体発光素子全体に占める活性層の面積割合を大きくすることができ、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００４４】
また、本発明の請求項２に係る半導体発光素子は、請求項１に記載の半導体発光素子の効果に加えて、第２電極から第１電極に向けて流れる漏れ電流の経路となりうる溝部の側面、つまり、溝部の活性層側及び第２導電型半導体層側に対して少なくとも絶縁部を形成して、漏れ電流の影響を取り除くことで、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００４５】
また、本発明の請求項３に係る半導体発光素子は、請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子の効果に加えて、溝部が平面視においてクシ歯状であることで、発光に寄与する活性層を流れる電流の均一化がされるので、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００４６】
また、本発明の請求項４に係る半導体発光素子は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子の効果に加えて、第１電極及び第２電極を構成する材料が透光性を有することで、活性層より生じる光を半導体発光素子表面（上面）からも取り出せるようになるので、更に単位電力あたりの発光効率が向上する。また、半導体発光素子の両面、つまり、表面（上面）と裏面（下面）から光の取り出しが可能なフリップチップ実装との組み合わせにおいては、単位電力あたりの発光効率が向上する。
【００４７】
また、本発明の請求項５に係る半導体発光素子は、請求項４に記載の半導体発光素子の効果に加えて、絶縁部は、表面に凹凸部を備えることで、絶縁部の表面で全反射する光量が低減できるため、半導体発光素子表面（上面）からの光の取り出し効率が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の変形例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図及び概略断面図である。
【図５】従来例に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  支持基板
２  バッファ層
３  第１導電型クラッド層
４  活性層
５  第２導電型クラッド層
６  溝部
７  第１電極
８  第２電極
９  絶縁部
９１  凹凸部
【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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