(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備える窒化物半導体発光素子において、
前記ｎ電極は、電気的に接続され、かつ反射性を有する第１の領域と第２の領域とから構成されており、
ｎ電極形成面側から見て、前記第１の領域の最背面は前記第２の領域の最背面と略同じ面に位置し、かつ前記ｎ電極の第２の領域は、前記窒化物半導体発光素子からの光に対して、前記ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を有し、
前記ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、かつ前記ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｎ電極の第１の領域は、前記ｎ型窒化物半導体層とオーミック接触していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
ｎ電極形成面側から見た前記ｎ電極の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見た前記ｎ電極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体発光素子は、前記ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であると共に、前記ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成を備え、さらにｎ電極形成面側から見た前記第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、前記ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置されることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項５】
ｎ電極形成面側から見た前記第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、前記ｐ型窒化物半導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらにｎ電極形成面側から見た前記第１の領域の最背面は略一定の幅であることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項６】
半導体積層方向断面において、第１の領域および第２の領域から構成される前記ｎ電極の最上面は、前記活性層の最下面よりも低い位置に配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の窒化物半導体発光素子。
【請求項７】
ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備える窒化物半導体発光素子において、
前記ｎ電極は、電気的に接続される第１の領域と第２の領域とから構成され、
前記第１の領域は、前記ｎ型窒化物半導体層とオーミック接触しており、
ｎ電極形成面側から見て、前記第１の領域の最背面は前記第２の領域の最背面と略同じ面に位置し、かつ前記ｎ電極の第２の領域は、前記窒化物半導体発光素子からの光に対して、前記第１の領域よりも高い反射率を有し、
ｎ電極形成面側から見て、前記ｎ電極の最背面における全周縁部が第１の領域であることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の領域を構成する前記ｎ電極の内側および上部に前記第２領域を構成する前記ｎ電極が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を層構造に含む発光素子、すなわち窒化物半導体発光素子に係わり、特に発光効率を飛躍的に向上させた窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体を層構造に含む窒化物半導体発光素子は高輝度純緑色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤとして、フルカラーＬＥＤディスプレイ、交通信号灯、バックライトなど、様々な分野で広く利用されている。
【０００３】
これらのＬＥＤは、一般に、サファイアなどの基板上にｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型窒化物半導体層が順に積層された構造となっている。さらに、ｐ型窒化物半導体層上にはｐ電極が配置され、ｎ型窒化物半導体層上にはｎ電極が配置されている。たとえば、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に設ける場合は、ｐ型窒化物半導体層上にｐ電極が配置されると共に、ｐ型窒化物半導体層、活性層、およびｎ型窒化物半導体層の一部がエッチングなどにより除去され、露出したｎ型窒化物半導体層上にｎ電極が配置された構成となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、省エネなどに応じて、発光出力の低下を伴わずに消費電力の低減を可能とするＬＥＤが望まれている現在において、上記の構成では十分とは言えず、さらなる改良が求められている。
【０００５】
すなわち、上記した従来のＬＥＤは、活性層にて発光した光が各種半導体層または基板を介してＬＥＤの上面および側面から出射される。より詳細には、活性層から出射された光の一部は、あらゆる界面、すなわち基板と半導体層との界面、半導体層と半導体層の界面、あるいは半導体層と電極との界面で反射してしまう。そして、このような工程を複数回繰り返しても各々の部材に吸収されずに残った光が、ＬＥＤの上面および側面から出射される。ここで、主に側面から出射される光の一部はｐ電極またはｎ電極に反射してＬＥＤ外部に取り出されると考えられるが、光の一部がｐ電極またはｎ電極に吸収されてしまうという問題があった。これにより、活性層からの光の一部が無駄になり、ＬＥＤ外部に光を効率よく取り出すことができなかった。また、これに伴い、ＬＥＤを長寿命化することが困難となってしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するために成されたものであり、特にｎ電極を特定の構成とすることにより、窒化物半導体発光素子における光の取り出し効率をさらに向上させ、寿命の長い窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備える窒化物半導体発光素子である。特に、ｎ電極は電気的に接続された第１の領域と第２の領域とから構成されており、ｎ電極形成面側から見て、第１の領域の最背面は第２の領域の最背面と略同じ面に位置している。さらに、ｎ電極の第２の領域は窒化物半導体発光素子からの光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を備えることを特徴とする。これにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【０００８】
さらに、ｎ電極の第１の領域は前記ｎ型窒化物半導体層とオーミック接触していることをが好ましい。これにより、ｎ電極における第１の領域および第２の領域の構成部材を広範囲に選択することができる。
【０００９】
また、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されていることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子を効率よく発光させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の窒化物半導体発光素子は、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成において、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置されることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子をさらに効率よく発光させることができる。
【００１１】
また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は略一定の幅であることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子をさらに効率よく発光させることができる。
【００１２】
また、半導体積層方向断面において、第１の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されていることが好ましい。これにより、窒化物半導体発光素子の端面すなわち側面から出射された光がｎ電極に吸収されるのを大幅に軽減することができる。
【００１３】
さらに、ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であることが好ましい。これにより、各電極を比較的容易に形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、窒化物半導体発光素子としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いた例について説明する。本発明に係るＬＥＤを構成する各半導体層としては種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより基板上にＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。また、その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００１５】
またＬＥＤは、一般的には、特定の基板上に各半導体層を成長させて形成されるが、その際、基板に絶縁性基板を用いその絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになる。この場合、フェイスアップ実装すなわち半導体層側を視認側に配置し発光された光を半導体層側から取り出すことも可能であるし、フェイスダウン実装すなわち基板側を視認側に配置し発光された光を基板側から取り出すことも可能である。もちろん、初めから絶縁性基板を用いず、あるいは最終的に絶縁性基板を取り除くことにより、ｐ電極とｎ電極が半導体層構造を介して対向するように配置された構成とすることもできる。
【００１６】
ここで、本発明に係わるＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置にｎ電極を備えるＬＥＤである。特に、ｎ電極は電気的に接続された第１の領域と第２の領域とから構成されており、ｎ電極形成面側から見て、第１の領域の最背面は第２の領域の最背面と略同じ面に位置している。さらに、ｎ電極の第２の領域はＬＥＤからの光に対して、ｎ電極の第１の領域よりも高い反射率を備えることを特徴とする。これにより、ｎ電極における光の吸収を大幅に軽減することができるので、結果的に光の取り出し効率を向上させることができる。なお、ここでいう高い反射率とは、ＬＥＤからの光の全波長において反射率が高いことをいう。もちろん、ＬＥＤからの光の所定の波長においてのみ反射率を高くすることも可能であるが、ＬＥＤからの光の全波長において反射率を高くすることにより、より優れた効果を得ることができる。
【００１７】
なお、ｎ電極を構成する第１の領域および第２の領域は、ｎ型窒化物半導体層に直接接した、換言すればｎ型窒化物半導体層に直接配置された構成とすることが好ましいが、ｎ電極とｎ型窒化物半導体層との間に、ＬＥＤからの光を完全に遮ることのない部材を介して配置することもできる。
【００１８】
また、ここではｎ電極の第１の領域がｎ型窒化物半導体層とオーミック接触している構成とすることが好ましい。さらに、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極の最背面における周縁部の少なくとも一部に配置されている構成とすることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤに最終的に電流を供給する際に、電流が流れる経路を広範囲に取ることができるので、より均一な発光を得ることができる。
【００１９】
さらに、本発明のＬＥＤは、ｎ型窒化物半導体層の所定の位置に配置されるｎ電極と同一面側であると共に、ｎ型窒化物半導体層の該所定の位置と異なる別の位置に、少なくとも活性層とｐ型窒化物半導体層とが順に積層された構成を備える場合、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面が、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と対向して配置されることが好ましい。すなわち、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極の第１の領域が第２の領域を介さずにｐ型窒化物半導体層の周縁部に隣接して配置させることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤに最終的に電流を供給する際に、電流が流れる経路を短くすることができるので、より優れた発光効率を得ることができる。
【００２０】
また、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型窒化物半導体層の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域の最背面は略一定の幅であることが好ましい。このように構成することにより、本発明のＬＥＤをより効率よく均一に発光させることができる。
【００２１】
また、半導体積層方向断面において、第１の領域および第２の領域から構成されるｎ電極の最上面は、活性層の最下面よりも低い位置に配置されていることが好ましい。このように構成することにより、ＬＥＤの端面から出射された光がｎ電極に吸収されるのを大幅に軽減することができる。なお、ここではパッド部を備えないｎ電極領域について記載したが、もちろん、パッド部の最上面を活性層の最下面よりも低く設定することにより、より優れた光の取り出し効率を得ることができる。
【００２２】
また、ｎ電極を構成する第１の領域は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈのうち少なくとも１つを含む層構造または合金であり、ｎ電極を構成する第２の領域は、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕのうち少なくとも１つを含む層構造または合金とする。さらに、第１の領域を形成した後にアニーリングを行うことにより、よりよいオーミック特性を得ることができる。また、第２の領域の膜厚は４００Å以上であることが好ましい。これにより、第２の領域が薄すぎることにより生じる光の透過を略完全に防止でき、第２の領域の持つ反射率をそのままに再現することができる。
【００２３】
なお、ｎ電極の形状は特に限定されず、その形状はたとえば、ｎ電極形成面側から見て、円形、四角形、扇形など種々選択することができる。さらに、より優れた発光効率を得るために、ｎ電極を構成する第１の領域および第２の領域のうち少なくとも第１の領域を所定の方向に突起させた形状とすることもできる。また、ｎ電極は、少なくともｎ電極形成面すなわちｎ電極とｎ型窒化物半導体層の接触面において第１の領域と第２の領域とに分割されていればよく、たとえば第１の領域の半導積層方向側に第２の領域が配置されてもよい。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのＬＥＤを例示するものであって、本発明はＬＥＤを以下のものに特定するものではない。さらに、各図面が示す部材の大きさや位置関係などは、説明を明確にするため誇張していることがある。
【００２５】
図１、２に、本実施の形態のＬＥＤの概略図を示す。ここでは、図に示すように同一面側にｐ電極およびｎ電極を配置したＬＥＤについて説明する。図１は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図２は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図１のＡ−Ａ部における断面すなわち半導体積層方向断面を表す。以下、本実施の形態のＬＥＤの各構成について詳細に説明する。
（基板１）
まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１をＭＯＣＶＤの反応容器内にセットし、容器内を水素で十分に置換した後、水素を流しながら基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリーニングを行う。基板１はサファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア基板、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）のような絶縁性の基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体基板を用いることができる。
（バッファ層２）
続いて温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、基板上にＧａＮよりなるバッファ層２を約１００Åの膜厚で成長させる。なお、このバッファ層２は基板の種類、成長方法によっては省略できる。また、このバッファ層２はＡｌの割合の小さいＡｌＧａＮを用いることもできる。
（アンドープＧａＮ層３）
次に、バッファ層２成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層３を１．５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型コンタクト層４）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層４を２．１６５μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型第１多層膜層５）
次に、シランガスのみを止め、１０５０℃でＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮよりなる下層を３０００Åの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなる中間層を３００Åの膜厚で成長させ、更に続いてシランガスのみを止め、同温度にてアンドープＧａＮからなる上層を５０Åの膜厚で成長させ、３層からなる層膜厚３３５０Åのｎ型第１多層膜層５を成長させる。
（ｎ型第２多層膜層６）
次に、同様の温度で、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させ、次に温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い、アンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる窒化物半導体層を２０Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い交互に１０層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｎ型第２多層膜層６を６４０Åの膜厚で成長させる。
（活性層７）
次にＴＭＧ、アンモニアを用いアンドープのＧａＮよりなる障壁層を２５０Åの膜厚で成長させる。続いて同温度にてＴＭＩを追加し、Ｉｎ０．３Ｇａ０．７Ｎよりなる井戸層を３０Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い交互に６層ずつ積層し、さらにアンドープＧａＮよりなる障壁を２５０Åの膜厚で成長させ、多重量子井戸構造の活性層７を１９３０Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型多層膜層８）
次に、温度１０５０℃で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタンジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用いＭｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる窒化物半導体層を２５Åの膜厚で成長させる。これらの操作を繰り返し行い、Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層とＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ層を交互に５層ずつ積層し、さらにＭｇを５×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で成長させた超格子構造のｐ型多層膜層８を３６５Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型コンタクト層９）
続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮからなるｐ型コンタクト層９を１２００Åの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００２６】
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、所定の領域をＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置でｐ側コンタクト層側からエッチングを行い、図２に示すようにｎ型コンタクト層４の表面を露出させる。露出後、ｎ型コンタクト層４の表面を３００℃以上で熱処理する。
【００２７】
続いて、スパッタリング装置、蒸着装置などを用いて、ｐ型コンタクト層９の略全域に膜厚２０ｎｍのＮｉおよびＡｕを順に形成し、透光性のｐ電極１０を形成する。次に、予め露出させたｎ型コンタクト層４面の一部に、スパッタリング装置、蒸着装置などを用いて、たとえば膜厚１００ÅのＲｈと膜厚５００ÅのＡｌとを順に積層させ、Ｒｈ／Ａｌより構成される第１の領域１１ａを形成する。さらに、Ｒｈ／Ａｌからなる第１の領域１１ａを５００℃でアニーリングする。これにより、ｎ型コンタクト層４とのより優れたオーミック特性を得ることができる。引き続き、第１の領域１１ａと接続した所定の部位に、Ａｌの単層を５００Åの膜厚で積層し、第２の領域１１ｂを形成する。このように本実施の形態においては、ｎ電極１１は、Ｒｈ／Ａｌより構成される第１の領域１１ａとＡｌより構成される第２の領域１１ｂから構成されている。
【００２８】
なお、ここでは、ｎ電極の第１の領域１１ａとしてＲｈ／Ａｌを示したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｗ／Ａｌなど、上記した種々の部材を用いることができる。
【００２９】
さらに、ｐ電極１０およびｎ電極１１の上に、Ｗをバリア層として介して、Ａｕからなるパッド部１２、１３を形成する。なお、バリア層とはバリア層の上下に位置する部材が合金化するのを防ぐための層であり、ここではＷの膜厚を２０００Å、Ａｕの膜厚を３０００Åとしている。また、バリア層を構成する部材は特に限定されず、Ｗの他に、Ｔｉ、Ｎｉ、ＴｉＮ、Ｍｏ、ＲｈＯなどを用いてもよい。
【００３０】
引き続き、窒化物半導体露出面の全面に保護膜、帯電防止膜として、ＳｉＯ２を２００ｎｍの膜厚で形成する。このとき、窒化物半導体露出面の全面にまずＮｉを１００Å程度形成しておくと、ＳｉＯ２の密着性が向上する。最後にＳｉＯ２およびＮｉの一部をエッチングして、ｐパッド部１２およびｎパッド部１３を形成すべき部位を露出させ、各露出部位にｐパッド部１２およびｎパッド部１３を形成してＬＥＤを作製する。ここでは図１に示すように、ｎ電極形成面側から見て、ｐパッド部１２とｎパッド部１３がＬＥＤの対角線上に配置されるように構成される。なお、ｐパッド部１２およびｎパッド部１３は、最終的に金線などから構成されるワイヤーを取り付けるためのものであり、各ワイヤーを介してＬＥＤに電流を供給する、あるいは電流を取り出すことができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の形状を扇形とし、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の第１の領域１１ａの最背面が、ｎ電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向するように配置している。すなわち、ｎ電極形成面側から見て、扇形であるｎ電極１１の円弧部位に第１の領域１１ａの最背面が位置するように構成し、ｎ電極形成面側から見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接するように配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構成されている。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成されている。また、本実施の形態においては、第１の領域１１ａの半導体積層方向すなわちｎ型コンタクト層４上だけでなく第１の領域１１ａ上にも第２の領域が配置された構成としている。
【００３２】
このように構成することにより、本実施例のＬＥＤはより効率よく発光することができる。その理由は定かではないが本発明者は次のように考えている。すなわち、一般にＬＥＤは電流を供給される際にｐパッド部（詳細には、ｐパッド部のワイヤーが接続される部位）からｎパッド部（詳細には、ｎパッド部のワイヤーが接続される部位）に種々の経路を通って電流が流れる。しかしながら、たとえば図７に示すｎコンタクト層６４とｎ電極７１の接触面全域においてオーミック接触しているＬＥＤは、実際に電流を流すと、図における直線Ａ−Ａ部上の矢印で表すように、直線Ａ−Ａ部周辺に集中的に電流が流れる。このため、直線Ａ−Ａ部から離れた部位、たとえば直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部上の矢印で表すように、直線Ｂ−Ｂ部乃至Ｃ−Ｃ部周辺の発光が少なくなってしまう。これは、ｎ電極形成面側から見て、ｐパッド部７２のワイヤーが接続される部位とｎ電極７１の所望の部位を結んだ直線（たとえば直線Ａ−Ａ部、直線Ｂ−Ｂ部、直線Ｃ−Ｃ部）において、その直線が通過するｎ型コンタクト層６４とｎ電極７１の接触領域が各々の直線によって異なることが原因のひとつであると考えられる。具体的には、図７に示す形状のｎ電極７１の場合は、直線Ｂ−Ｂ部または直線Ｃ−Ｃ部よりも直線Ａ−Ａ部の方が、直線が通過するｎ型コンタクト層６４とｎ電極７１の接触領域が大きいのでより集中的に電流が流れると考えられる。
【００３３】
それに対して図１に示す本発明のＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見たｎ電極１１の形状を扇形とし、ｎ電極形成面側から見てｐ型コンタクト層９と対向する部位にｎ電極１１の第１の領域１１ａを配置している。すなわち、図において扇形であるｎ電極１１の円弧部位が第１の領域１１ａとなるように構成し、ｎ電極形成面側から見て円弧部位がｐ型コンタクト層９に隣接するように配置されている。さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は、ｎ電極形成面側から見て、ｐ型コンタクト層９の周縁部と略一定の距離をおいて配置されており、さらに、ｎ電極形成面側から見た第１の領域１１ａの最背面は略一定の幅になるように構成されている。換言すれば、ｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａとの接触面が略一定の幅になるように構成されている。これにより、ｐパッド部１２のワイヤーが接続される部位と第１の領域１１ａの異なる複数の部位を結んだ各々の直線において、各直線が通過するｎ型コンタクト層４と第１の領域１１ａの接触領域の大きさをより均等にすることができる。すなわち、第１の領域１１ａのあらゆる部位において、ｐパッド部から供給される電流量をより一定とすることができるので、発光の分布が均一化され、優れた発光効率が得られると本発明者は考えている。
【００３４】
さらに、第１の領域１１ａと第２の領域１１ｂの反射率を次のようにして求める。まず、得られたＬＥＤのｎ電極形成面と反対側の面すなわち基板側から、第１の領域１１ａまたは第２の領域１１ｂのそれぞれに、得られたＬＥＤの発光波長範囲を持つ所定の光を垂直に照射し、各領域における反射率（反射波の強度と入射波の強度との比）を算出する。これにより、第１の領域１１ａおよび第２の領域１１ｂそれぞれにおいて、前記所定の光の発光波長範囲における反射率を得ることができる。このようにして得られた波長毎の反射率に、得られたＬＥＤの発光波長のうちピークとなる４６５ｎｍの波長を対応させて、第１の領域および第２の領域の反射率を求めたところ、第１の領域の反射率は７０％、第２の領域の反射率は８５％であった。このようにｎ電極１１を特定の構成とすることにより、比較的簡単な構成であるにも係わらず発光効率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
一方、図１、２に示すＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見てｐ電極およびｎ電極が対角に位置する構成としたが本発明はこれに限定されず、たとえば図３、４に示すような構成とすることもできる。ここでは、図に示すように同一面側にｐ電極およびｎ電極を配置したＬＥＤについて説明する。図３は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図４は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図３のＡ−Ａ部における断面を表す。なお、ここでは半導体層構造は先に記載したＬＥＤと同様のものとする。
【００３６】
すなわち、本実施の形態のＬＥＤは、ｎ電極形成面側から見て、円形のｎ電極３１の周囲全域にｐ型コンタクト層２９が位置した構成となる。ｎ電極３１は、詳細には、ドーナッツ状の第１の領域３１ａがｎ型コンタクト層２４と接するように構成され、その内部および上部（半導体積層方向）に第２の領域３１ｂが配置された構成となる。なお、ｎ電極３１を構成する第１の領域３１ａおよび第２の領域３１ｂはそれぞれ、先に記載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜およびＡｌの単層膜により構成しているので、第１の領域３１ａと第２の領域３１ｂそれぞれにおける反射率は先に記載したＬＥＤと同じである。
【００３７】
このように、ｎ電極形成面側から見て、円形のｎ電極３１の周囲全域にｐ型コンタクト層２９が位置した構成となる場合は、ｎ電極形成面側から見たｎ電極３１の最背面における全周縁部に第１の領域３１ａが配置されることが好ましい。このように構成することにより、より効率のよい均一な発光を得ることができる。
【００３８】
次に、図５、６に示す同一面側にｐ電極およびｎ電極を備え、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極が所定の方向に突起しているＬＥＤについて説明する。図５は、本実施の形態のＬＥＤをｎ電極形成面側から見た概略図である。また、図６は、本実施の形態のＬＥＤの層構成を示す模式的断面図であり、図５のＡ−Ａ部における断面を表す。なお、ここでは半導体層構造は先に記載したＬＥＤと同様のものとする。
【００３９】
本実施の形態のＬＥＤは、図５に示すように、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の周囲全域にｐ型コンタクト層４９が位置した構成となる。ｎ電極５１は、詳細には、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の最背面における全周縁部が第１の領域５１ａとなる共に、その内部および上部（半導体積層方向）に第２の領域５１ｂが配置された構成となる。なお、ｎ電極５１を構成する第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂはそれぞれ、先に記載したＬＥＤと同様に、Ｒｈ／Ａｌの二層膜およびＡｌの単層膜により構成しているので、第１の領域５１ａと第２の領域５１ｂそれぞれにおける反射率は先に記載したＬＥＤと同じである。
【００４０】
なおここでは、ｎ電極形成面側から見て、ｎ電極の所定の一部に該ｎ電極から外部に電流を取り出すワイヤーを接続するためのｎパッド部５３を備える構成とする。これにより、半導体積層方向断面において、ｎパッド部５３形成部位に比較してｎパッド部５３形成部位以外のｎ電極５１部位の高さを低くすることができるので、端面から出射される光を遮ることなく外部に取り出すことができる。
【００４１】
一方、本実施の形態のように、ｐ型コンタクト層４９の内側に所定の方向に突起したｎ電極５１を配置することにより、比較的容易に大電流、具体的には２０ｍＡ以上の電流を供給することができる。ここで、一般に、大電流を効率よく供給するにはｎ電極５１の断面積がある程度必要となる。しかしながら、ｎ電極５１の断面積を確保するために積層方向にｎ電極５１を厚くすると、部分的に設けられたパッド部を除く領域の半導体積層方向断面において、ｎ電極の最上面５１ｈが活性層の最下面４７ｈよりも高い位置に配置されてしまう。このように構成すると、ＬＥＤ端部から出射される光の一部が第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂから構成されるｎ電極５１に吸収されてしまい、効率よく光を取り出すことができない。そこで、ｎ電極５１の断面積を保持しつつ、ｎ電極の高さ５１ｈを活性層の最下面４７ｈよりも低くすると、当然、ｎ電極５１とｎ型コンタクト層４４との接触面積が大きくなる。しかしながら、ｎ電極５１とｎ型コンタクト層４４との接触面積全域をオーミック電極とする必要はなく、接触面積の一部を部分的にオーミック電極とすることで十分なオーミック特性を得ることができる。
【００４２】
このような理由から、本実施の形態では、ｎ電極形成面側から見て、所定の方向に突起したｎ電極５１の周縁部全域に第１の領域５１ａが配置されると共に、第１の領域５１ａの内部および上部に第２の５１ｂが配置された構成において、ｎ電極上に部分的に設けられたパッド部を除く領域、たとえばＡ−Ａ部の半導体積層方向断面において、第１の領域５１ａおよび第２の領域５１ｂから構成されるｎ電極５１の最上面５１ｈを活性層４７の最下面４７ｈよりも低い位置に配置することにより、ＬＥＤ端面から出射された光がｎ電極５１に吸収されるを大幅に軽減することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係わる窒化物半導体発光素子によれば、ｎ電極における光の吸収を最小限に抑えることができる。これにより、光の取り出し効率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ部における断面図である。
【図３】  本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ部における断面図である。
【図５】  本発明に係わる１ＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図６】  図５のＡ−Ａ部における断面図である。
【図７】  本発明に係わるＬＥＤと比較するためのＬＥＤをｎ電極形成面側から見た平面図である。
【図８】  図７のＡ−Ａ部における断面図である。
【符号の説明】
１、２１、４１、６１・・・基板
２、２２、４２、６２・・・バッファ層
３、２３、４３、６３・・・アンドープＧａＮ層
４、２４、４４、６４・・・ｎ型コンタクト層
５、２５、４５、６５・・・ｎ型第１多層膜層
６、２６、４６、６６・・・ｎ型第２多層膜層
７、２７、４７、６７・・・活性層
８、２８、４８、６８・・・ｐ型多層膜層
９、２９、４９、６９・・・ｐ型コンタクト層
１０、３０、５０、７０・・・ｐ電極
１１、３１、５１、７１・・・ｎ電極
１１ａ、３１ａ、５１ａ・・・第１の領域
１１ｂ、３１ｂ、５１ｂ・・・第２の領域
１２、３２、５２、７２・・・ｐパッド部
１３、３３、５３、７３・・・ｎパッド部
４７ｈ・・・活性層の最下面
５１ｈ・・・ｎ電極の最上面
【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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【図７】
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【図８】
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