(57)【要約】【課題】光取り出し効率を向上した半導体発光素子を提供する。【解決手段】本実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、を備える。積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する。第１電極は、前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接する第１コンタクト電極部を含む。第２電極は、透光性を有し前記第２半導体層に接する第２コンタクト電極部を含む。前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する積層構造体と、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接する第１コンタクト電極部を含む第１電極と、
透光性を有し前記第２半導体層に接する第２コンタクト電極部を含む第２電極と、
を備え、
前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１導電形はｎ形であり、前記第２導電形はｐ形であって、
前記第２電極は、前記第２コンタクト電極部に設けられたｐ側パッド電極部を含み、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側から見た平面視において、
前記ｐ側パッド電極部は、前記第１コンタクト電極部の外接矩形よりも内側に設けられ、
前記第１コンタクト電極部は、前記ｐ側パッド電極部の外接矩形よりも外側に設けられたことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ側パッド電極部の前記第１コンタクト電極部と向かい合う対向部の前記第１主面に沿った長さは、前記第１コンタクト電極部の前記ｐ側パッド電極部と向かい合う対向部の前記第１主面に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１コンタクト電極部は、前記ｐ側パッド電極部の前記第１主面に沿った外周の全体を囲むことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１コンタクト電極部は、前記ｐ側パッド電極部の前記第１主面に沿った外周の１８０度以上を囲むことを特徴とする請求項２または３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ側パッド電極部の外周縁の全周において、前記ｐ側パッド電極部の外周縁と、前記第１コンタクト電極部の内周縁と、の最短距離が等しいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｐ側パッド電極部を中心に放射状に延出する延出電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
複数の前記第１コンタクト電極部が設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１半導体層の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、５Ω／□以上、１２Ω／□以下であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ワイドバンドギャップというその特徴を活かし、高輝度の紫外〜青色・緑色を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や、青紫色〜青色を発光するレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）などに応用されている。しかし、電流密度分布の均質化及び光取り出し効率の向上には改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４５４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、電流密度分布の均質化及び光取り出し効率を向上した半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、を備える。積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する。第１電極は、前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接する第１コンタクト電極部を含む。第２電極は、透光性を有し前記第２半導体層に接する第２コンタクト電極部を含む。前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図３】電極を示す模式的平面図である。
【図４】具体例を示す模式的平面図である。
【図５】具体例を示す模式的平面図である。
【図６】具体例を示す模式的平面図である。
【図７】電流と発光効率との関係を示す図である。
【図８】電流と電圧との関係を示す図である。
【図９】電流とウォールプラグ効率との関係を示す図である。
【図１０】発光強度を示す図である。
【図１１】発光強度を示す図である。
【図１２】具体例を示す模式的平面図である。
【図１３】具体例を示す模式的平面図である。
【図１４】具体例を示す模式的平面図である。
【図１５】具体例を示す模式的平面図である。
【図１６】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１７】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図１８】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【図１９】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【図２０】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【図２１】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【図２２】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【図２３】電極間の位置に対する発光強度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的平面図である。
図２は、図１に示すＡ−Ａ’線矢視の模式的断面図である。
図２に表したように、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体７０と、第１電極４０と、第２電極５０と、を備える。積層構造体７０は、第１導電形の第１半導体層１０と、第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光部３０と、を有する。
なお、本実施形態では、第１導電形をｎ形、第２導電形をｐ形とする。
【０００９】
第１電極４０は、積層構造体７０の第２半導体層２０の側の第１主面７０ａにおいて、第２半導体層２０及び発光部３０が選択的に除去され、第１半導体層１０が露出した面１０ａに接する第１コンタクト電極部４１を含む。第２電極５０は、透光性を有し第２半導体層２０に接する第２コンタクト電極部５１を含む。
そして、第２コンタクト電極部５１のシート抵抗Ｒｔは、第１半導体層１０のシート抵抗（本実施形態では、後述するｎ形コンタクト層１２のシート抵抗Ｒｎ）よりも小さくなっている。
【００１０】
ここで、シート抵抗Ｒｔは、第２半導体層２０及び発光部３０の選択的な除去部分Ｔ以外の一様な厚さになっている第２コンタクト電極部５１の部分のシート抵抗である。
また、シート抵抗Ｒｎは、上記除去部分Ｔ以外の一様な厚さになっている第１半導体層１０の部分（ｎ形コンタクト層１２）のシート抵抗である。
シート抵抗は、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ Ｃ ２５２５）に定められた方法によって測定される。
【００１１】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子１１０では、第２コンタクト電極部５１の抵抗と、第１半導体層１０の抵抗と、の関係を、シート抵抗によって規定しているが、シート抵抗のほかに体積抵抗率によっても規定できる。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１１０において、第２コンタクト電極部５１の体積抵抗率を厚さで除した値は、第１半導体層１０の体積抵抗率を厚さで除した値よりも小さい。
【００１２】
このような半導体発光素子１１０では、光取り出し効率の損失を抑制しつつ、電流密度分布の均質化を達成する電極構造の採用が可能になる。
【００１３】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、例えば窒化物半導体系の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。
半導体発光素子１１０においては、例えばＣ面サファイアによる基板１の上に、例えばバッファ層２が設けられ、その上に、例えばアンドープの窒化物半導体層１１と、ｎ形コンタクト層１２と、が設けられる。ｎ形コンタクト層１２には、例えばＧａＮが用いられる。アンドープの窒化物半導体層１１には、例えばＧａＮが用いられる。ｎ形コンタクト層１２は、第１半導体層１０に含まれる。なお、本実施形態では、便宜上、アンドープの窒化物半導体層１１も第１半導体層１０に含まれるものとする。
【００１４】
ｎ形コンタクト層１２の上には、多数積層体３５が設けられている。多数積層体３５においては、例えば、複数の第１層と、複数の第２層と、が交互に積層されている。多数積層体３５は、例えば超格子構造を有する。
【００１５】
多数積層体３５の上には、発光部３０（活性層）が設けられている。発光部３０は、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造を有する。すなわち、発光部３０は、複数の障壁層及び複数の井戸層が、交互に繰り返し積層された構造を含んでいる。なお、発光部３０は、井戸層を挟む障壁層の組みが１組み設けられたＳＱＷ（Single Quantum Well）構成を有していてもよい。
【００１６】
発光部３０の上には、例えばｐ形ＡｌＧａＮ層２１、ｐ形の例えばＭｇドープＧａＮ層２２及びｐ形コンタクト層２３が、この順に設けられている。なお、ｐ形ＡｌＧａＮ層２１は、例えば電子オーバーフロー防止（抑制）層の機能を有する。ｐ形コンタクト層２３には、例えばＧａＮが用いられる。ｐ形ＡｌＧａＮ層２１、ＭｇドープＧａＮ層２２及びｐ形コンタクト層２３は、第２半導体層２０に含まれる。また、ｐ形コンタクト層２３の上には、透明電極である第２コンタクト電極部５１が設けられている。
【００１７】
そして、第１半導体層１０であるｎ形コンタクト層１２の一部、ならびに、その一部に対応する多数積層体３５、発光部３０及び第２半導体層２０が除去されている。第１コンタクト電極部４１は、ｎ形コンタクト層１２が露出した面１０ａ上に設けられている。
【００１８】
第１コンタクト電極部４１には、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔａ／Ｔｉ／Ｐｔの積層構造が用いられる。また、第１コンタクト電極部４１上には、ｎ側パッド電極４２ｎが設けられる。ｎ側パッド電極４２ｎには、例えばＮｉ／Ａｕの積層構造が用いられる。ｎ側パッド電極４２ｎは、第１コンタクト電極部４１上の一部に設けられていても、第１コンタクト電極部４１上の全面に設けられていてもよい。
【００１９】
第２コンタクト電極部５１の上の一部には、ｐ側パッド電極部５２ｐが設けられる。ｐ側パッド電極部５２ｐには、例えばＮｉ／Ａｕの積層構造が用いられる。
なお、第１コンタクト電極部４１、ｎ側パッド電極部４２ｎ、第２コンタクト電極部５１及びｐ側パッド電極部５２ｐとして用いられる上記材料は一例であり、本実施の形態はこれに限定されない。
このような半導体発光素子１１０の電極配置は、第１電極４０と第２電極５０とが同じ側にある「フェイスアップ型」になる。「フェイスアップ型」の半導体発光素子１１０においては、パッケージへの収納が容易である。一方、チップ内の電流密度分布が不均一になりやすい。そこで、本実施形態では、以下のような電極構造を採用する。
【００２０】
図１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０では、積層構造体７０の第２半導体層２０の側から見た平面視において、ｐ側パッド電極部５２ｐが、第１コンタクト電極部４１の外接矩形ＢＲ１よりも内側に設けられている。さらに、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの外接矩形ＢＲ２よりも外側に設けられている。
なお、本実施形態において外接矩形とは、各電極部４１及び５２ｐのそれぞれの外形に接し、半導体発光素子１１０の平面視外形の直交する２辺方向（図中、Ｘ方向及びＹ方向）に沿った矩形のことをいう。
【００２１】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化によって、発光分布の均質化が達成される。
【００２２】
図３は、向かい合う電極の対向部の長さについて説明する模式的平面図である。
同図では、ｐ側パッド電極部５２ｐの周辺を囲む矩形状の第１コンタクト電極部４１が設けられている。
同図で示す第１の長さＬ１は、ｐ側パッド電極部５２ｐにおいて、第１コンタクト電極部４１のＸ方向に沿った延在部４１１と向かい合う対向部の長さである。
また、同図で示す第２の長さＬ２は、第１コンタクト電極部４１の延在部４１１において、ｐ側パッド電極部５２ｐと向かい合う対向部の長さである。
本実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、第１の長さＬ１は、第２の長さＬ２よりも短くなっている。
【００２３】
第１の長さＬ１と第２の長さＬ２との関係は、第１コンタクト電極部４１の他の延在部４１２〜４１４についても同様である。このような関係によって、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。これにより、半導体発光素子１１０では、発光分布が均質化する。
【００２４】
ここで、半導体発光素子の具体例について説明する。
図４は、第１の具体例を示す模式的平面図である。
図４に表したように、第１の具体例に係る半導体発光素子１１１では、ｐ側パッド電極部５２ｐの第１主面７０ａに沿った外周の全体を囲むように、矩形の第１コンタクト電極部４１が設けられている。
【００２５】
半導体発光素子１１１は、ｎ形コンタクト層１２の一部、ならびに、その一部に対応する多数積層体３５、発光部３０及び第２半導体層２０が矩形に除去された除去部Ｔを有する。第１コンタクト電極部４１は、この除去部Ｔに沿って設けられ、除去部Ｔの底面（図２に示す面１０ａ）でｎ形コンタクト層１２と接している。
【００２６】
第１コンタクト電極部４１には、矩形の少なくとも一つの隅部に例えば丸みを帯びた膨らみ部分４１０が設けられる。この膨らみ部分にｎ側パッド電極部４２ｎが設けられている。ｎ側パッド電極部４２ｎの形状は、例えば円形や矩形である。ｎ側パッド電極部４２ｎが円形ならば、例えば直径５０マイクロメートル（μｍ）以上、１００μｍ以下程度とすることができる。ｎ側パッド電極部４２ｎが矩形ならば、例えば一辺５０μｍ以上、１００μｍ以下程度とすることができる。なお、第１コンタクト電極部４１の厚さは、１００ナノメートル（ｎｍ）以上、５００ｎｍ以下程度とすることができ、望ましくは３００ｎｍ程度である。
【００２７】
ｎ側パッド電極部４２ｎの大きさは、ボンディングワイヤを接続可能な大きさであり、第１コンタクト電極部４１の膨らみ部分４１０の大きさ以下である。なお、ｎ側パッド電極４２ｎは、第１コンタクト電極部４１上の一部に設けられていても、第１コンタクト電極部４１上の全面に設けられていてもよい。
【００２８】
透明電極である第２コンタクト電極部５１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である。第２コンタクト電極部５１の膜厚は、例えば１００ｎｍ以上、３００ｎｍ以下程度とすることができる。本実施形態では、第２コンタクト電極部５１のシート抵抗Ｒｔは、ｎ形コンタクト層１２のシート抵抗Ｒｎよりも小さい。
【００２９】
ここで、ｎ形コンタクト層１２では、層中のシリコン（Ｓｉ）ドープ量を１．０×１０１８／ｃｍ３以上、１．０×１０１９／ｃｍ３以下程度とすることが望ましい。一方、第２コンタクト電極部５１にＩＴＯを用いた場合、ＩＴＯのシート抵抗Ｒｔは、成膜条件と膜厚とで可変である。シート抵抗Ｒｔは、例えば、５Ω／□以上、１２Ω／□以下であり、１０Ω／□以下とすることが望ましく、８Ω／□以下がより好ましい。上記の条件の範囲内において、シート抵抗Ｒｔ＜シート抵抗Ｒｎを満たすようにする。
【００３０】
第２コンタクト電極部５１の一部には、ｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。ｐ側パッド電極部５２ｐの形状は、例えば円形や矩形である。本実施形態では、円形のｐ側パッド電極部５２ｐを例とする。ｐ側パッド電極部５２ｐの大きさは、ボンディングワイヤを接続可能な大きさである。
【００３１】
また、ｐ側パッド電極部５２ｐには、必要に応じて延出電極５２１が設けられている。図４に例示した半導体発光素子１１１では、ｐ側パッド電極部５２ｐから、矩形の第１コンタクト電極部４１の各隅部に向けて４つの延出電極５２１が設けられている。すなわち、第１コンタクト電極部４１の隅部では、円形のｐ側パッド電極部５２ｐの外周から法線方向に沿った延長上の第１コンタクト電極部４１までの距離が、他の部分に比べて遠くなる。したがって、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１の各隅部に向けて延出電極５２１を設け、上記距離が遠くなることを防止する。なお、膨らみ部分４１０を有する隅部に向けて設けられた延出電極５２１は、他の延出電極５２１よりも短くなっている。これにより、電流密度分布のバランスをとる。
【００３２】
半導体発光素子１１１において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、矩形形状の第１コンタクト電極部４１の内側に設けられている。すなわち、ｐ側パッド電極部５２ｐは、第１コンタクト電極部４１の平面視の外接矩形の内側に設けられる。また、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形の外側に設けられる。
【００３３】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１１１の発光分布が均質化する。
【００３４】
図５は、第２の具体例を示す模式的平面図である。
図５に表したように、第２の具体例に係る半導体発光素子１１２では、ｐ側パッド電極部５２ｐの第１主面７０ａに沿った外周の全体を囲むように、円形の第１コンタクト電極部４１が設けられている。
半導体発光素子１１２は、ｎ形コンタクト層１２の一部、ならびに、その一部に対応する多数積層体３５、発光部３０及び第２半導体層２０が円形に除去された除去部Ｔを有する。第１コンタクト電極部４１は、この除去部Ｔに沿って設けられ、除去部Ｔの底面（図２に示す面１０ａ）でｎ形コンタクト層１２と接している。
【００３５】
第１コンタクト電極部４１には、少なくとも一箇所に例えば丸みを帯びた膨らみ部分４１０が設けられる。この膨らみ部分４１０にｎ側パッド電極部４２ｎが設けられている。ｎ側パッド電極部４２ｎの形状は、例えば円形や矩形である。なお、ｎ側パッド電極４２ｎは、第１コンタクト電極部４１上の一部に設けられていても、第１コンタクト電極部４１上の全面に設けられていてもよい。
【００３６】
透明電極である第２コンタクト電極部５１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）である。第２コンタクト電極部５１のシート抵抗Ｒｔは、ｎ形コンタクト層１２のシート抵抗Ｒｎよりも小さい。
【００３７】
膨らみ部分４１０を除き、円形になる第１コンタクト電極部４１の中心には、第２コンタクト電極部５１と接するｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。ｐ側パッド電極部５２ｐの形状は円形である。すなわち、ｐ側パッド電極部５２ｐは、第１コンタクト電極部４１の平面視の外接矩形の内側に設けられる。また、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形の外側に設けられる。
【００３８】
このようなｐ側パッド電極部５２ｐ及び第１コンタクト電極部４１の配置では、ｐ側パッド電極部５２ｐの外周縁の全周において、ｐ側パッド電極部５２ｐの外周縁と、第１コンタクト電極部４１の内周縁と、の最短距離ＬＳが等しくなる。
【００３９】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。半導体発光素子１１２では、パッド電極部５２ｐの外周縁の全周にわたり最短距離ＬＳが等しいため、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて均一な電流密度分布を実現できる。その結果、半導体発光素子１１２の発光分布が均質化する。
【００４０】
図６は、第３の具体例を示す模式的平面図である。
図６に表したように、第３の具体例に係る半導体発光素子１１３では、ｐ側パッド電極部５２ｐの第１主面７０ａに沿った外周の１８０度以上を囲むように、第１コンタクト電極部４１が設けられている。すなわち、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの第１主面７０ａに沿った外周の半分以上に対向する。
【００４１】
図６に例示した第１コンタクト電極部４１では、半導体発光素子１１３の隅部に設けられた膨らみ部分４１０から、Ｘ方向に延在部４１３が延び、Ｙ方向に延在部４１４が延びている。また、延在部４１３の膨らみ部分４１０とは反対側の端部からＹ方向に延在部４１２が延びている。延在部４１２は、半導体発光素子１１３のＹ方向に沿った一辺の途中まで延びている。また、延在部４１４の膨らみ部分４１０とは反対側の端部からＸ方向に延在部４１１が延びている。延在部４１１は、半導体発光素子１１３のＸ方向に沿った一辺の途中まで延びている。
つまり、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの第１主面７０ａに沿った外周の１８０度以上、３６０度未満を囲むように設けられている。
【００４２】
また、ｐ側パッド電極部５２ｐには、必要に応じて延出電極５２１が設けられている。図６に例示した半導体発光素子１１３では、ｐ側パッド電極部５２ｐから、矩形の第１コンタクト電極部４１の各隅部に向けて４つの延出電極５２１が設けられている。
【００４３】
半導体発光素子１１３において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、第１コンタクト電極部４１の平面視の外接矩形の内側に設けられる。また、第１コンタクト電極部４１は、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形の外側に設けられる。
【００４４】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから第１コンタクト電極部４１に向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１１３の発光分布が均質化する。
【００４５】
図７は、半導体発光素子の電流と発光効率との関係を例示する図である。
図８は、半導体発光素子の電流と電圧との関係を例示する図である。
図９は、半導体発光素子の電流とウォールプラグ効率との関係を例示する図である。
図７〜図９においては、半導体発光素子１１２及び比較例に係る半導体発光素子１９０についてのそれぞれの関係について示している。なお、比較例に係る半導体発光素子１９０は、ｎ形コンタクト層１２と接する第１コンタクト電極部４１を中心として、外周に円形のｐ側パッド電極部を設けた構造である。
【００４６】
図７に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１２では、比較例に係る半導体発光素子１９０に比べて、電流に対する発光効率が高い。特に、高電流になるほど発光効率の差が顕著に表れる。
【００４７】
図８に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１２では、比較例に係る半導体発光素子１９０に比べて、同じ電流に対する電圧が低い。すなわち、半導体発光素子１１２は、半導体発光素子１９０に比べて低抵抗化される。
【００４８】
図９に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１２では、比較例に係る半導体発光素子１９０に比べて、電流に対するウォールプラグ効率が高い。ここで、ウォールプラグ効率ＷＰＥは、入力電圧Ｖ、電流Ｉ、出力Ｐｏとした場合、ＷＰＥ＝Ｐｏ／（Ｉ・Ｖ）である。
【００４９】
図１０及び図１１は、ｐ側及びｎ側の電極間の位置に対する発光強度について示す図である。
図１０は、本実施形態に係る半導体発光素子１１２についての発光強度の例、図１１は、比較例に係る半導体発光素子１９０についての発光強度の例をそれぞれ示している。
図１０及び図１１のそれぞれについて、（ａ）はｐ側及びｎ側の電極間での発光分布を濃淡で表示し、（ｂ）はｐ側及びｎ側の電極間での発光分布をグラフで表示している。なお、各図（ａ）では、濃度の濃いほど発光強度が低く、濃度が薄いほど発光強度が高いことを示している。
【００５０】
図１０及び図１１に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１２では、比較例に係る半導体発光素子１９０に比べて、発光強度の均一化が達成されている。
【００５１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る半導体発光素子を説明する。
第２の実施形態に係る半導体発光素子は、複数の第１コンタクト電極部４１が設けられている例である。
以下、第２の実施形態に係る半導体発光素子の具体例について説明する。なお、以下の具体例では、各半導体発光素子の平面視における電極の配置を中心に説明する。
【００５２】
図１２は、第１の具体例を示す模式的平面図である。
図１２に表したように、第１の具体例を示す半導体発光素子１２１では、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの間にｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。
２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂは、矩形の半導体発光素子１２１の対角に配置されている。ｐ側パッド電極部５２ｐは、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの間で、例えば半導体発光素子１２１の平面視の中心に配置されている。
【００５３】
半導体発光素子１２１において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの平面視の外接矩形ＢＲ１の内側に設けられる。また、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂは、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形ＢＲ２の外側にそれぞれ設けられる。
【００５４】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれに向けて電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１２１の発光分布が均質化する。
【００５５】
図１３は、第２の具体例を示す模式的平面図である。
図１３に表したように、第２の具体例を示す半導体発光素子１２２では、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの間にｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。
２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂは、矩形の半導体発光素子１２２の対角に配置されている。ｐ側パッド電極部５２ｐは、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの間で、例えば半導体発光素子１２２の平面視の中心に配置されている。
【００５６】
半導体発光素子１２２において、第１コンタクト電極部４１Ａには、２つの延在部４１１Ａ及び４１４Ａが含まれる。また、第１コンタクト電極部４１Ｂには、２つの延在部４１２Ｂ及び４１３Ｂが含まれる。
延在部４１１Ａは、膨らみ部分４１０ＡからＸ方向に延びる。延在部４１４Ａは、膨らみ部分４１０ＡからＹ方向に延びる。また、延在部４１２Ｂは、膨らみ部分４１０ＢからＹ方向に延びる。延在部４１３Ｂは、膨らみ部分４１０ＢからＸ方向に延びる。
【００５７】
半導体発光素子１２２において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂの平面視の外接矩形ＢＲ１の内側に設けられる。また、２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂは、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形ＢＲ２の外側にそれぞれ設けられる。
【００５８】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれに向けて電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１２２の発光分布が均質化する。
【００５９】
図１４は、第３の具体例を示す模式的平面図である。
図１４に表したように、第３の具体例を示す半導体発光素子１２３では、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの間にｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。
４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄは、矩形の半導体発光素子１２３の４つの隅部にそれぞれ配置されている。ｐ側パッド電極部５２ｐは、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの間で、例えば半導体発光素子１２３の平面視の中心に配置されている。
【００６０】
半導体発光素子１２３において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの平面視の外接矩形ＢＲ１の内側に設けられる。また、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄは、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形ＢＲ２の外側にそれぞれ設けられる。
【００６１】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから２つの第１コンタクト電極部４１Ａ及び４１Ｂのそれぞれに向けて電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１２３の発光分布が均質化する。
【００６２】
図１５は、第４の具体例を示す模式的平面図である。
図１５に表したように、第４の具体例を示す半導体発光素子１２４では、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの間にｐ側パッド電極部５２ｐが設けられている。
４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄは、矩形の半導体発光素子１２４の４つの隅部にそれぞれ配置されている。ｐ側パッド電極部５２ｐは、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの間で、例えば半導体発光素子１２４の平面視の中心に配置されている。
【００６３】
半導体発光素子１２４において、第１コンタクト電極部４１Ａには、２つの延在部４１１Ａ及び４１４Ａが含まれる。また、第１コンタクト電極部４１Ｂには、２つの延在部４１２Ｂ及び４１３Ｂが含まれる。また、第１コンタクト電極部４１Ｃには、２つの延在部４１１Ｃ及び４１２Ｃが含まれる。また、第１コンタクト電極部４１Ｄには、２つの延在部４１３Ｄ及び４１４Ｄが含まれる。
【００６４】
延在部４１１Ａは、膨らみ部分４１０ＡからＸ方向に延びる。延在部４１４Ａは、膨らみ部分４１０ＡからＹ方向に延びる。また、延在部４１２Ｂは、膨らみ部分４１０ＢからＹ方向に延びる。延在部４１３Ｂは、膨らみ部分４１０ＢからＸ方向に延びる。延在部４１１Ｃは、膨らみ部分４１０ＣからＸ方向に延びる。延在部４１２Ｃは、膨らみ部分４１０ＣからＹ方向に延びる。また、延在部４１３Ｄは、膨らみ部分４１０ＤからＸ方向に延びる。延在部４１３Ｄは、膨らみ部分４１０ＤからＸ方向に延びる。
【００６５】
半導体発光素子１２４において、ｐ側パッド電極部５２ｐは、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄの平面視の外接矩形ＢＲ１の内側に設けられる。また、４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄは、ｐ側パッド電極部５２ｐの平面視の外接矩形ＢＲ２の外側にそれぞれ設けられる。
【００６６】
これにより、ｐ側パッド電極部５２ｐから４つの第１コンタクト電極部４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ及び４１Ｄのそれぞれに向けて電流が流れ、電流密度分布の分散化が達成される。その結果、半導体発光素子１２４の発光分布が均質化する。
【００６７】
なお、上記説明した具体例では、第１コンタクト電極部４１が２つの例及び４つの例を示したが、第１コンタクト電極部４１が３つ、または５つ以上設けられていてもよい。
また、ｐ側パッド電極部５２ｐや第１コンタクト電極部４１の平面視形状は、上記の例に限定されない。
【００６８】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る半導体発光素子を説明する。
第３の実施形態に係る半導体発光素子は、第１導電形がＰ形、第２導電形がＮ形になっている例である。
【００６９】
図１６は、第３の実施形態に係る半導体発光素子を例示する模式的平面図である。
図１７は、図１６に示すＢ−Ｂ’線矢視の模式的断面図である。
図１７に表したように、第３の実施形態に係る半導体発光素子１３０は、積層構造体７０と、第１電極４０と、第２電極５０と、を備える。積層構造体７０は、第１導電形であるＰ形の第１半導体層１０と、第２導電形であるＮ形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられた発光部３０と、を有する。
【００７０】
第１電極４０は、積層構造体７０の第２半導体層２０の側の第１主面７０ａにおいて、第２半導体層２０及び発光部３０が選択的に除去され、第１半導体層１０が露出した面１０ａに接する第１コンタクト電極部４１を含む。第２電極５０は、透光性を有し第２半導体層２０に接する第２コンタクト電極部５１を含む。
そして、第２コンタクト電極部５１のシート抵抗は、第１半導体層１０のシート抵抗よりも小さくなっている。
【００７１】
第１コンタクト電極部４１の上には、ｐ側パッド電極部４２ｐが設けられている。また、第２コンタクト電極部５１の上には、ｎ側パッド電極部５２ｎが設けられている。
【００７２】
図１６に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１３０では、積層構造体７０の第２半導体層２０の側から見た平面視において、ｎ側パッド電極部５２ｎが、第１コンタクト電極部４１の外接矩形ＢＲ１よりも外側に設けられている。さらに、第１コンタクト電極部４１は、ｎ側パッド電極部５２ｎの外接矩形ＢＲ２よりも内側に設けられている。
【００７３】
これにより、ｐ側パッド電極部４２ｐが設けられた第１コンタクト電極部４１からｎ側パッド電極部５２ｎに向けて放射方向に電流が流れ、電流密度分布の分散化によって、発光分布の均質化が達成される。
【００７４】
図１８〜図２０は、ｐ側の電極であるｐ側パッド電極部と、ｎ側の電極である第１コンタクト電極部とが対称に配置された場合の位置に対する出力を説明する図である。
図中横軸は、ｐ側及びｎ側の電極間の位置を示し、図中縦軸は発光強度Ｐｏについて示している。
【００７５】
図１８は、第２コンタクト電極部５１のシート抵抗Ｒｔが、ｎ形コンタクト層１２のシート抵抗Ｒｎよりも小さい場合について例示している。
この場合、ｎ側の電極に電流が集中しやすいため、ｐ側及びｎ側の電極間の途中からｎ側の電極にかけて発光強度Ｐｏが強くなっている。
【００７６】
図１９は、シート抵抗Ｒｔがシート抵抗Ｒｎよりも大きい場合について例示している。
この場合、ｐ側の電極に電流が集中しやすいため、ｐ側の電極近傍が最も発光強度Ｐｏが強く、ｎ側の電極にかけて発光強度Ｐｏが弱くなっている。
【００７７】
図２０は、シート抵抗Ｒｔとシート抵抗Ｒｎとが等しい場合について例示している。
この場合、ｐ側及びｎ側の電極の近傍が最も発光強度Ｐｏが強く、ｐ側及びｎ側の電極の中間付近で発光強度Ｐｏが弱くなっている。
【００７８】
図２１〜図２３は、ｐ側の電極であるｐ側パッド電極部の周囲に、ｎ側の電極である第１コンタクト電極部が円形に配置された場合の位置に対する出力を説明する図である。
図中横軸は、ｐ側及びｎ側の電極間の位置を示し、図中縦軸は発光強度Ｐｏについて示している。
【００７９】
図２１は、第２コンタクト電極部５１のシート抵抗Ｒｔが、ｎ形コンタクト層１２のシート抵抗Ｒｎよりも小さい場合について例示している。
この場合、ｎ側の電極に電流が集中しやすい。しかし、ｐ側の電極を囲むようにｎ側の電極が設けられているため、ｐ側の電極からｎ側の電極に向けて電流は放射状に流れる。すなわち、Ｐ側の電極からｎ側の電極に向けて電流は分散化する。したがって、シート抵抗Ｒｔ＜シート抵抗Ｒｎの関係によるｎ側の電極への電流の集中と、ｐ側の電極からｎ側の電極への電流の分散と、の重畳によって、ｐ側の電極からｎ側の電極にかけて、均一な発光強度Ｐｏが得られる。
【００８０】
図２２は、シート抵抗Ｒｔがシート抵抗Ｒｎよりも大きい場合について例示している。
この場合、ｐ側の電極に電流が集中しやすい。しかも、ｐ側の電極からｎ側の電極への電流も分差化される。したがって、ｐ側の電極近傍が最も発光強度Ｐｏが強く、ｐ側の電極から離れると極度に発光強度Ｐｏが低下する。
【００８１】
図２３は、シート抵抗Ｒｔとシート抵抗Ｒｎとが等しい場合について例示している。
この場合、ｐ側の電極からｎ側の電極にかけて徐々に発光強度Ｐｏが低下する。
【００８２】
本実施形態に係る半導体発光素子は、図２１に例示した特性を示す。すなわち、シート抵抗Ｒｔがシート抵抗Ｒｎよりも小さいこと、及びｐ側の電極からｎ側の電極へ電流が分散して流れること、の両者の発光特性の重畳によって均一な発光強度Ｐｏが得られる。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体発光素子によれば、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
【００８４】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…第１半導体層、２０…第２半導体層、３０…発光部、４０…第１電極、４１…第１コンタクト電極部、４２ｎ…ｎ側パッド電極部、５０…第２電極、５１…第２コンタクト電極部、５２ｐ…ｐ側パッド電極部
【図１】
2012054525.tif 000003
【図２】
2012054525.tif 000004
【図３】
2012054525.tif 000005
【図４】
2012054525.tif 000006
【図５】
2012054525.tif 000007
【図６】
2012054525.tif 000008
【図１２】
2012054525.tif 000009
【図１３】
2012054525.tif 000010
【図１４】
2012054525.tif 000011
【図１５】
2012054525.tif 000012
【図１６】
2012054525.tif 000013
【図１７】
2012054525.tif 000014
【図１８】
2012054525.tif 000015
【図１９】
2012054525.tif 000016
【図２０】
2012054525.tif 000017
【図２１】
2012054525.tif 000018
【図２２】
2012054525.tif 000019
【図２３】
2012054525.tif 000020
【図７】
2012054525.tif 000021
【図８】
2012054525.tif 000022
【図９】
2012054525.tif 000023
【図１０】
2012054525.tif 000024
【図１１】
2012054525.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月28日(2011.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ形の第１半導体層と、ｐ形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する積層構造体と、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接し、前記第１主面と平行な方向に延びる部分を有する第１コンタクト電極部と、
透光性を有し前記第２半導体層に接する第２コンタクト電極部と、
前記第２コンタクト電極部に設けられたｐ側パッド電極部と、
を備え、
前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さく、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側から見た平面視において、前記ｐ側パッド電極部の外接矩形は、前記第１コンタクト電極部の外接矩形よりも内側に設けられたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ側パッド電極部の前記第１コンタクト電極部と向かい合う対向部の前記第１主面に沿った長さは、前記第１コンタクト電極部の前記ｐ側パッド電極部と向かい合う対向部の前記第１主面に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１コンタクト電極部は、前記ｐ側パッド電極部の前記第１主面に沿った外周の全体を囲むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１コンタクト電極部は、前記ｐ側パッド電極部の前記第１主面に沿った外周の１８０度以上を囲むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ｐ側パッド電極部の外周縁の全周において、前記ｐ側パッド電極部の外周縁と、前記第１コンタクト電極部の内周縁と、の最短距離が等しいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ側パッド電極部を中心に放射状に延出する延出電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
複数の前記第１コンタクト電極部が設けられたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１半導体層の不純物濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、５Ω／□以上、１２Ω／□以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
ｐ形の第１半導体層と、ｎ形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する積層構造体と、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接する第１コンタクト電極部と、前記第１主面と平行な方向に延びる部分を有する第１コンタクト電極部と、
透光性を有し前記第２半導体層に接する第２コンタクト電極部と、
前記第２コンタクト電極部に設けられ前記第１主面と平行な方向に延びる部分を有するｎ側パッド電極部と、
を備え、
前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さく、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側から見た平面視において、前記第１コンタクト電極部の外接矩形は、前記ｎ側パッド電極部の外接矩形よりも内側に設けられたことを特徴とする半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１コンタクト電極部と、第２コンタクト電極部と、ｐ側パッド電極部と、を備える。積層構造体は、ｎ形の第１半導体層と、ｐ形の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光部と、を有する。第１コンタクト電極部は、前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面において、前記第２半導体層及び前記発光部が選択的に除去されて露出した前記第１半導体層に接し、第１主面と平行な方向に延びる部分を有する。第２コンタクト電極部は、透光性を有し前記第２半導体層に接する。ｐ側パッド電極部は、前記第２コンタクト電極部に設けられる。前記第２コンタクト電極部のシート抵抗は、前記第１半導体層のシート抵抗よりも小さい。前記積層構造体の前記第２半導体層の側から見た平面視において、前記ｐ側パッド電極部の外接矩形は、前記第１コンタクト電極部の外接矩形よりも内側に設けられる。