(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、この支持基板上に積層された第１導電型の第１コンタクト層と、
前記第１コンタクト層の一部を矩形状に露出するように当該第１コンタクト層上に積層され、第１導電型クラッドと第２導電型クラッドが夫々下位と上位に配されてそれらの境界に発光接合部が形成された発光半導体層と、
この発光半導体層上に積層された第２導電型の第２コンタクト層と、
前記第１コンタクト層上に略一文字状に形成され前記発光半導体層と前記第１コンタクト層の露出領域との境界部分に対して平行に位置する第１の電極と、
棒状をなし、前記第２コンタクト層上に互いに略等間隔に離間して設けられ、一方端と前記第１の電極との距離が略等しくなるように前記第１の電極に対して交叉する方向に配設した棒状電極片と、該棒状電極片のそれぞれを電気的に接続する電極連結部と、からなる第２電極と、を備え、
前記第１の電極は、一文字状を複数のブロックに分割した形状に形成され、且つこれら各ブロックは隣り合った前記棒状電極片の前記一方端同士を結ぶ直線の中間位置と対向する位置に配置されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記棒状電極片の幅は、先端部に向かうに従って狭小している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コンタクト層上において複数の前記露出領域が、前記発光半導体層を挟むよう形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１コンタクト層上において複数の前記露出領域と複数の前記発光半導体層とが交互となるよう配置されていることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記棒状電極片の先端部は丸みが付与されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記支持基板がサファイア基板であって、前記第１コンタクト層はバッファ層を介して前記支持基板上に形成され、前記発光半導体層はＩＩＩ族窒化物半導体により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか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、詳しくは特に発光接合部を有する半導体層および該半導体層のｎ型領域とｐ型領域にバイアス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】
従来から、例えば特開平９−３６４２２号や特開平８−２２８０４８号、特開平１０−９３１３８号などに示されるように、支持基板の同一面側においてｎ型領域とｐ型領域を積層して発光接合部を有する半導体層を形成し、これにバイアス印加するための電極を支持基板の同一面側に形成した構造を有する半導体発光素子が知られている。
【０００３】
これら従来例に係る半導体発光素子は、サファイア基板を支持基板としてその上にバッファ層を介してｎ型コンタクト層が積層され、さらに発光接合層（活性層）を有する発光半導体層、ｐ型コンタクト層が順次積層された層構造を有している。前記発光半導体層は、３族窒化物半導体よりなるｎ型クラッド層とｐ型クラッド層が下位と上位に配されておりこれらの境界に発光接合部が形成されている。また、前記ｎ型コンタクト層上において前記ｐ型コンタクト層および発光半導体層の一部をエッチングにより前記ｎ型コンタクト層が露出するまで除去することで、前記ｎ型コンタクト層が露出した領域が前記発光半導体層の積層領域に隣接して形成されている。前記ｎ型コンタクト層の露出領域には平面視において一文字状の電極が前記発光半導体層と間隔をあけて対向するよう形成されており、一方、前記ｐ型コンタクト層においても一文字状の電極が前記露出領域の前記電極と平行となるよう形成されている。そして、前記発光半導体層に順方向バイアスを印加（前記ｐ型コンタクト層の電極にプラス電圧を印加）することにより、前記ｐ型コンタクト層にそれぞれ設けた電極から前記ｎ型コンタクト層の露出部に設けた電極に向かって電流が流れ、前記発光半導体層中の発光接合層にてホールと電子が結合し発光する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来の半導体発光素子においては、前記電極間に順方向バイアスを印加したときに前記発光半導体層中を流れる電流は、前記発光半導体層中において抵抗が比較的小さくなる領域を主として流れる傾向がある。すなわち、前記発光半導体層中の抵抗は電流が発光半導体層中を流れる距離が短くなるほど小さくなるため、電流は前記ｐ型コンタクト層の電極と前記ｎ型コンタクト層の露出部に設けた電極との間の領域を主として流れる。そのため、前述の通り、従来の半導体発光素子では支持基板の同一面側においてｐ型コンタクト層の電極と前記ｎ型コンタクト層の電極を互いに平行な一文字状にしているが故に、前記発光半導体層中の発光接合層のうち電流が流れて実質的に強く発光する領域は前記両電極の間に介在する部分に片寄ってしまい、前記発光接合層全体を発光領域として使えず発光強度は全体として小さくなってしまうという問題がある。
【０００５】
この問題を緩和するため、従来構成の半導体発光素子においてｐ型コンタクト層の電極の位置を前記ｎ型コンタクト層の電極から遠い位置になるよう配置すれば発光領域として使える発光接合層の大きさは広がるが、その反面、前記発光半導体層中を電流が流れる距離も大きくなって抵抗値が大きくなりパワーロスにつながるという問題を生じるものであった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光接合部を有する半導体層および該半導体層のｎ型領域とｐ型領域にバイアス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であっても、発光強度を向上させ、しかもパワーロスを防止することができる半導体発光素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体発光素子は、上記目的を達成するために以下の構成を備えている。すなわち、本発明の半導体発光素子は、支持基板を備え、この支持基板上に第１導電型の第１コンタクト層が積層されている。この第１コンタクト層上には、第１導電型クラッドと第２導電型クラッドが夫々下位と上位に配されてそれらの境界に発光接合部が形成された発光半導体層が積層されている。この発光半導体層上には、第２導電型の第２コンタクト層が積層されている。前記第１コンタクト層にあっては、第１コンタクト層上に複数のブロックに分割された形状に形成され前記発光半導体層と前記第１コンタクト層の露出領域との境界部分に対して平行に位置する第１の電極が形成されている。前記第２コンタクト層上においては、棒状をなし、互いに略等間隔に離間して設けられ、一方端と前記第１の電極との距離が略等しくなるように前記第１の電極に対して交叉する方向に配設した棒状電極片と、該棒状電極片のそれぞれを電気的に接続する電極連結部と、からなる第２の電極が形成されている。
【０００８】
なお前記第１導電型ならびに第２導電型は、ｎ型あるいはｐ型の何れかの導電型を対極的に意味するものであって、例えば一方がｎ型であれば他方はｐ型となる。また、前記第１コンタクト層の露出領域については、前記第１の電極が直接形成されておれば、必ずしも最終的に大気中に直接露出した状態で存在しなくともよく、例えば前記第１の電極が形成された後に当該半導体発光素子の発光を阻害せず且つ素子の物理的或いは化学的特性に影響を及ぼさない材料で表面被覆されていてもよい。
【０００９】
本発明にあっては、順方向バイアスを印加したとき、前記第２の電極の棒状電極片と前記第1の電極との間において前記発光半導体層内を流れる電流の経路が形成されることになるが、このとき前記複数の棒状電極片は各々等間隔で離間しており且つそれらの各先端は前記第１の電極と略等距離となっているので、各棒状電極片と前記第１の電極との間で特定箇所に片寄ることなく略均一に電流経路が形成される。また、前記棒状電極片は、前記第１の電極に対して遠い位置から近づく方向に延在しているので、前記第２コンタクト層上において第２の電極の位置を第１の電極から遠い位置に配置しなくとも、発光の著しい電極周辺長を長くして前記発光接合層において発光に寄与する領域を拡大することができる。その結果、本発明の半導体発光素子では全体として発光効率を向上させることが出来、しかもパワーロスを来すこともない。
【００１１】
また、本発明の半導体発光素子では、前記棒状電極片の幅は、先端部に向かうに従って狭小していると好ましい。この場合、前記第１の電極に対して第２の電極の等電位面は電極のパターン形状、すなわち先端部に向かうに従って幅が狭小する前記棒状電極片の形状のように分布する。このとき電流は等電位面に対して直交する電気力線に平行に流れるので、第１及び第２の電極間を流れる電流は、前記棒状電極片の幅が先端側に向かって狭小している事によって、前記第１の電極との距離が最も近くなる前記棒状電極片の先端だけに集中せず、隣り合う前記棒状電極片同士の側辺と側辺の間にも電流が流れることになり、その結果、発光効率をより向上させることができる。
【００１２】
また、本発明の半導体発光素子では、前記第１コンタクト層上において複数の前記露出領域が、前記発光半導体層を挟むよう形成されているようにしても良い。この場合、前記発光半導体層を挟むよう形成した前記露出領域の各々に第１の電極を形成しておき、前述の如き第１および第２の電極の対向関係を実現しておけば、前記発光半導体層はこれを挟む双方向から発光領域を拡大できるため、発光効率をより向上させることができる。
【００１３】
さらにこの場合、前記第１コンタクト層上において複数の前記露出領域と複数の前記発光半導体層とが交互となるよう配置されていてもよい。このようにすることで、前述の如き第１および第２の電極の対向関係を同一素子内において繰り返し実現することができ、発光効率をより向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子では、前記第１の電極は、複数のブロックに分割された形状に形成され、且つこれら各ブロックは隣り合った前記棒状電極片の先端の中間位置と対向するように配置されている。この場合、前記第１の電極の各ブロックは、互いに隣り合う前記棒状電極片の各先端との距離が等しくなり、前記第２の電極における各棒状電極片と第１の電極の間の電流をより均一化させることができる。
【００１５】
また、本発明では、前記棒状電極片の先端部は丸みが付与されていると好ましい。すなわち、電流は角に集中しやすい傾向にあるので、先端部に丸みをつけることでこの電流集中を防止でき、電流のより均一化が図れる。
【００１６】
本発明は、前記支持基板がサファイア基板であって、前記第１コンタクト層はバッファ層を介して前記支持基板上に形成され、前記発光半導体層はＩＩＩ族窒化物半導体により形成されている半導体発光素子において適用すると特に有用である。すなわち、このような材料構成の半導体発光素子では、通常、発光半導体層にバイアス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とるため、本発明の効果がより顕著に現れるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００１８】
図１は本発明の参考例に係る半導体発光素子を示す斜視図であり、図２は図１に示した半導体発光素子の平面図である。
【００１９】
該参考例に係る半導体発光素子は、絶縁性のサファイア基板が支持基板１として用いられており、この支持基板１上にはバッファ層７を介してｎ型ＧａＮよりなる第１コンタクト層２が積層形成されている。バッファ層７はサファイア基板とｎ型ＧａＮ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ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ等より形成される。
【００２０】
ｎ型コンタクト層２の上には発光接合部３３を有する発光半導体層３が積層形成されている。この発光半導体層３は、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いて形成されたものであって、下位にｎ型クラッド層３１、上位にｐ型クラッド層３２を有しており、発光接合部３３はこれらクラッド層３１、３３の境界に形成されている。これらｎ型クラッド層３１、発光接合部３３、ｐ型クラッド層３２は、例えばｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮを順次積層することで形成することができる。発光接合部３３をｎ型ＩｎＧａＮで形成する場合、この発光接合部３３における発光色は、Ｉｎの組成比を適宜調整したり、或いは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。発光半導体層３の上にはｐ型ＧａＮよりなる第２コンタクト層２が積層形成されている。
【００２１】
本参考例において、第１コンタクト層２上は、前述の如く発光半導体層３が積層されている領域の隣に、第１コンタクト層２の表面が露出した領域２１が形成されている。この露出領域２１は、例えば第１コンタクト層２の全面に発光半導体層３および第２コンタクト層２を積層形成した後、これら発光半導体層３および第２コンタクト層２のうち露出領域２１に相当する部位に積層されている部分を第１コンタクト層２が露出するまでエッチング除去することで形成するとよい。なお本参考例において、第１コンタクト層２上で発光半導体層３が積層されている領域と露出領域２１とは長辺にて隣接する長方形となっている。なお、図２中の符号Ａは発光半導体層３およびｐ型コンタクト層４と露出領域２１との境界を示している。
【００２２】
露出領域２１の上には一文字状の第１の電極５が形成されている。この第１の電極５は、境界Ａにて立ち上がる発光半導体層３の側壁面に対し間隔をあけて対向し、その長手方向が境界Ａに沿って平行に延在している。
【００２３】
一方、ｐ型コンタクト層４の上には、第２の電極６が形成されている。この第２の電極６は、第１の電極５に対して直交する方向に延在する３本の棒状電極片６１を等間隔に離間して平行に有しており、これら３本の棒状電極片６１が第１の電極５から遠い位置の端部にて一文字状の電極連結部６２にて接続された、いわゆるクシ歯形状に形成されている。電極連結部６２から第１の電極５に近づく方向に突出する３本の棒状電極片６１の先端部は、第１伝導型電極との距離が略等しくなっている。なお、図示しないが、この棒状電極片６１の先端部は丸みを付与することもできる。この場合、電流は角に集中しやすい傾向にあるので、先端部に丸みをつけることでこの電流集中を防止でき、電流のより均一化が図れる。
【００２４】
第１の電極５および第２の電極６は、上記形状となるよう所定のマスクを用いて形成することができるものであって、電極材料としては例えばＮｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｔｉ等の金属を使用するとよい。
【００２５】
本参考例の半導体発光素子において、順方向バイアスすなわちｐ型である第２コンタクト層に形成した第２の電極６にプラス電圧を印加すると、発光半導体層３中の発光接合部３３にてホールと電子が結合し発光する。このとき、３本の棒状電極片６１と第１の電極５との間において発光半導体層３内を流れる電流の経路が形成されることになるが、３本の棒状電極片６１は各々等間隔で離間し且つそれらの各先端は第１の電極５と等距離となっていることから、電流は各棒状電極片６１に対して均一に流れることになる。また、棒状電極片６１は、第１の電極５に対し直交方向に延在しているので、発光の著しい電極周辺長を長くして発光接合層３３において発光に寄与する領域を第１の電極５から遠い領域まで拡大することができ、発光素子全体として発光効率を向上させることができる。しかも、棒状電極片６１の先端は第１の電極５に近い位置に存在するため、抵抗値は比較的小さくて済み、パワーロスを来すこともない。
【００２６】
図３は他の参考例に係る半導体発光素子を示す平面図である。この参考例では、棒状電極片６１を４本とし、また最も外側に位置する２本の棒状電極片６１がそれぞれ第１の電極５の両端位置に対応するよう配置した点で、図１に示した前述の参考例とは異なっている。
【００２７】
この参考例では、第１の電極５に対して第２の電極６が対向している長さが最も大きく、すなわち全ての棒状電極片６１が第１の電極５の長さいっぱいの範囲で配置されることになるので、第１の電極５の長さ分を余すことなく発光接合層３３を通る電流源に利用でき、発光効率をより向上させることができる。
【００２８】
図４は更に他の参考例に係る半導体発光素子を示す平面図である。この参考例では、棒状電極片６１が、先端部に向かうに従って幅が狭小している形状となっている点で、図３に示した前述の参考例とは異なっている。
【００２９】
本参考例では、棒状電極片６１が先端側に向かって幅が狭小していることから、棒状電極片６１の側辺は第１の電極５に対し直交方向ではなく斜めになっている。第２の電極の等電位面は電極のパターン形状のように分布することから、棒状電極片６１では先端部と同様に側辺部にも等電位面が分布する。バイアス印加したとき、第２の電極での電流の流れは等電位面に対して直交する電気力線に平行に流れるので、第１の電極５との距離が最も近くなる棒状電極片６１の先端だけに集中せず、隣り合う棒状電極片６１、６１同士の側辺と側辺の間にも電流が流れることになる。その結果、発光効率をより向上させることができる。
【００３０】
図５は更に他の参考例に係る半導体発光素子を示す平面図である。この参考例では、コンタクト層２上において発光半導体層３を挟むように２つの露出領域２１が形成されており、２つの露出領域２１にはそれぞれ一文字状の第１の電極５が形成され、またコンタクト層２上の第２の電極６において各棒状電極片６１はコンタクト層２の略中央にて電極連結部６２にて連結されており、この電極連結部６２から左右両側に向かって突出する各棒状電極片６１はいずれも先端側に向かって幅が狭小している点で、図４に示した前述の参考例とは異なっている。
【００３１】
本参考例では、発光半導体層３を２つの露出領域２１で挟む構成としていることで、前述の参考例で述べた如き第１の電極５と第２の電極６の対向関係を発光半導体層３の左右両側で実現しており、発光半導体層３の左右双方向から発光領域を拡大できるため、発光効率をより向上させることができる。
【００３２】
図６は更に他の参考例に係る半導体発光素子を示す平面図である。この参考例では、コンタクト層２上において露出領域２１を３箇所、発光半導体層３を２箇所として、これらが交互となるよう配置されている点で、図５に示した前述の参考例とは異なっている。
【００３３】
本参考例では、図５で示した参考例で述べた如き発光半導体層３での発光構造を同一素子内において複数箇所で実現しており、発光効率をより向上させることができる。
【００３４】
図７は第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。この実施形態では、第１の電極５が一文字状の代わりに複数のブロック５１に分割された形状に形成されている点で、図４に示した前述の参考例とは異なっている。各ブロック５１は隣り合った前記棒状電極片の先端の中間位置と対向するよう配置されている。なお図示しないが、各ブロック５１は同電位となるよう接続されている。
【００３５】
本実施形態では、第１の電極５の各ブロック５１は、互いに隣り合う棒状電極片６１の各先端との距離が等しくなっているため、第２の電極６における各棒状電極片６１と第１の電極５の間の電流をより均一化させることができる。
【００３６】
以上説明したように、請求項１に係る半導体発光素子にあっては、第２の電極が有する複数の棒状電極片は各々等間隔で離間しており且つそれらの各先端は一文字状の代わりに複数のブロックに分割された第１の電極と略等距離となっており、且つこれら各ブロックは隣り合った前記棒状電極片の先端の中間位置と対向するよう配置されているので、順方向バイアスを印加したとき、各棒状電極片と前記第１の電極との間で特定個所に片寄ることなく略均一に電流経路が形成される。また前記棒状電極片は、前記第１の電極に対して遠い位置から近づく方向に延在しているので、前記第２コンタクト層上において第２の電極を位置を第１電極から遠い位置に配置しなくとも、発光の著しい電極周辺長を長くして前記発光接合層において発光に寄与する領域を拡大することができる。その結果、本発明の半導体発光素子では全体として発光効率を向上させることが出来、しかもパワーロスを来すこともない、という効果を奏する。そして、前記各ブロックは、互いに隣り合う前記棒状電極片の各先端との距離が等しくなり、前記第２の電極における各棒状電極片と第１の電極の間の電流をより均一化させることができる。
【００３８】
請求項２に係る半導体発光素子にあっては、請求項１の発明において、前記棒状電極片の幅は、先端部に向かうに従って狭小しているので、前記第１の電極との距離が最も近くなる前記棒状電極片の先端だけに集中せず、隣り合う前記棒状電極片同士の側辺と側辺の間にも電流が流れることになり、その結果、発光効率をより向上させることができる。
【００３９】
請求項３に係る半導体発光素子にあっては、請求項１乃至２のいずれかの発明において、前記コンタクト層上において複数の前記露出領域が、前記発光半導体層を挟むよう形成されているので、前記発光半導体層を挟む双方向から発光領域を拡大でき、発光効率をより向上させることができる。
【００４０】
請求項４に係る半導体発光素子にあっては、請求項３の発明において、前記コンタクト層上において複数の前記露出領域と複数の前記発光半導体層とが交互となるよう配置されているので、同一素子内において複数の前記発光半導体層にて発光領域を拡大でき、発光効率をより向上させることができる。
【００４２】
請求項５に係る半導体発光素子にあっては、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明において、前記棒状電極片の先端部は丸みが付与されているので、先端部に角が無くなりこの角への電流集中を防止でき、電流のより均一化を図ることができる。
【００４３】
請求項６に係る半導体発光素子にあっては、請求項１ないし請求項５のいずれかの発明において、前記支持基板がサファイア基板であって、前記第１コンタクト層はバッファ層を介して前記支持基板上に形成され、前記発光半導体層はＩＩＩ族窒化物半導体により形成されている構成とすることで、本発明の効果はより顕著なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    本発明の参考例に係る半導体発光素子を示す斜視図である。
【図２】    同上参考例の半導体発光素子の平面図である。
【図３】    本発明の他の参考例に係る半導体発光素子の平面図である。
【図４】    本発明のさらに他の参考例に係る半導体発光素子の平面図である。
【図５】    本発明のさらに他の参考例に係る半導体発光素子の平面図である。
【図６】    本発明のさらに他の参考例に係る半導体発光素子の平面図である。
【図７】    本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の平面図である。
【符号の説明】
１    支持基板
２    第１コンタクト層
２１  露出領域
３    発光半導体層
３１  ｎ型クラッド（第１導電型クラッド）
３２  発光接合部
３３  ｐ型クラッド（第２導電型クラッド）
４    第２コンタクト層
５    第１の電極
６    第２の電極
６１  棒状電極片
【図１】
0004134573.tif 000002
【図２】
0004134573.tif 000003
【図３】
0004134573.tif 000004
【図４】
0004134573.tif 000005
【図５】
0004134573.tif 000006
【図６】
0004134573.tif 000007
【図７】
0004134573.tif 000008