(57)【要約】【課題】  電流拡散を円滑にして発光素子の電気的な特性を向上させたIII族窒化物半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】  バッファー層２００上のｎ型窒化物半導体層３００と；ｎ型窒化物半導体層３００上の活性層４００と；活性層４００上のｐ型窒化物半導体層５００と；ｐ型窒化物半導体層５００上のｐ側電極６００と；ｐ型窒化物半導体層５００と活性層４００がエッチングされて露出されたｎ型窒化物半導体層３００上に形成されたｎ側電極８００と；を含むIII族窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層５００上には、ｐ側電極６００からｎ側電極８００方向に延在する枝電極が設けられ、枝電極の終端の指部７５４がｎ側電極８００に向けて二つに分岐されていることを特徴とする。【選択図】      図４
2009164572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；該基板上にエピタキシャル成長したバッファー層と；該バッファー層の上にエピタキシャル成長したｎ型窒化物半導体層と；該ｎ型窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長した活性層と；該活性層の上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層と；該ｐ型窒化物半導体層の上に形成されたｐ側電極と；前記ｐ型窒化物半導体層と前記活性層がエッチングされて露出された前記ｎ型窒化物半導体層の上に形成されたｎ側電極と；を含むIII族窒化物半導体発光素子において、
前記ｐ型窒化物半導体層の上には、前記ｐ側電極から前記ｎ側電極方向に延在する枝電極が設けられ、該枝電極の終端が前記ｎ側電極に向けて二つに分岐されていることを特徴とするIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項２】
前記枝電極は、二つの分岐された前記終端がｎ側電極と一定の距離を維持しながら取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項３】
本体が長辺と短辺を具備した四角形状とされ、
前記枝電極が前記長辺に沿って延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型窒化物半導体層は、エッチングにより露出された部分が粗面とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子.
【請求項５】
前記枝電極は、前記ｐ側電極と前記ｎ側電極との間の中央位置で二つに分岐されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のIII族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体発光素子に関し、特に電流拡散を向上させた電極を提供するIII族窒化物半導体発光素子に関する。
【０００２】
ここで、III族窒化物半導体発光素子とは、Ａｌ(ｘ）Ｇａ(ｙ)Iｎ(１-ｘ-ｙ)Ｎ(０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む化合物半導体層を有する発光ダイオードのような発光素子を意味し、さらに、ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＣＮ等の他の成分からなる物質を含むことができ、また、これらの物質からなる半導体層を含むことができる。
【背景技術】
【０００３】
図１は、従来のIII族窒化物半導体発光素子の一例を示す図面である。III族窒化物半導体発光素子は、基板１０と、基板１０上にエピタキシャル成長エピタキシャル成長したバッファー層２０と、バッファー層２０の上にエピタキシャル成長したｎ型窒化物半導体層３０と、ｎ型窒化物半導体層３０の上にエピタキシャル成長した活性層４０と、活性層４０の上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層５０と、ｐ型窒化物半導体層５０の上に形成されるｐ側電極６０と、ｐ側電極６０の上に形成されるｐ側ボンディングパッド７０と、ｐ型窒化物半導体層５０と活性層４０がエッチングされて露出されたｎ型窒化物半導体層３０の上に形成されたｎ側電極８０と、保護膜９０とを含む。
【０００４】
基板１０は、同種基板としてＧａＮ系基板が用いられ、異種基板としてサファイア基板、シリコンカーバイド基板或いはシリコン基板が用いられるが、窒化物半導体層が成長され得る基板であれば、いかなる種類であってもよい。シリコンカーバイド基板が用いられる場合には、ｎ側電極８０はシリコンカーバイド基板側に形成され得る。
【０００５】
基板１０上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層は、主にＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長法)によって成長させられる。
【０００６】
バッファー層２０は、異種基板１０と窒化物半導体間の格子定数及び熱膨脹係数の差を克服するためのものである。米国特許第５，１２２，８４５号明細書には、サファイア基板上に３８０℃〜８００℃の温度で厚さ１０ｎｍ〜５０ｎｍのＡｌＮバッファー層を成長させる技術が開示されている。米国特許第５，２９０，３９３号明細書（特許文献１）には、サファイア基板上に２００℃〜９００℃の温度で厚さ１ｎｍ〜５００ｎｍのＡｌ(ｘ）Ｇａ(１-ｘ）Ｎ(０≦ｘ<１)バッファー層を成長させる技術が開示されている。国際公開ＷＯ０５/０５３０４２号パンフレット（特許文献２）には、６００℃〜９９０℃の温度でＳｉＣバッファー層(seed layer）を成長させた後、その上にIｎ(ｘ）Ｇａ(１-ｘ）Ｎ(０<ｘ≦１)層を成長させる技術が開示されている。
【０００７】
ｎ型窒化物半導体層３０は、少なくともｎ側電極８０が形成された領域(ｎ型コンタクト層)が不純物でドーピングされ、ｎ型コンタクト層は、好ましくはＧａＮからなり、Ｓｉでドーピングされる。米国特許第５，７３３，７９６号明細書（特許文献３）には、Ｓiと他の原料物質の混合比を調節することによって所望のドーピング濃度でｎ型コンタクト層をドーピングする技術が開示されている。
【０００８】
活性層４０は、電子と正孔の再結合により光子(光)を生成する層であって、主にIｎ(ｘ）Ｇａ(１-ｘ）Ｎ(０<ｘ≦１）からなり、単一量子井戸層(single  quantum  well)または多重量子井戸層ら(multiple  quantum  wells）を有する。
【０００９】
Ｐ型窒化物半導体層５０はＭｇのような適切な不純物を利用して、ドーピングされ、活性化されることによりｐ型導電性を有するようになる。米国特許第５，２４７，５３３号明細書（特許文献４）には、電子ビーム照射によりｐ型窒化物半導体層を活性化させる技術が開示されている。米国特許第５，３０６，６６２号明細書（特許文献５）には、４００℃以上の温度でアニールすることによりｐ型窒化物半導体層を活性化させる技術が開示されている。国際公開ＷＯ０５/０２２６５５号パンフレット（特許文献６）には、ｐ型窒化物半導体層成長の窒素前駆体として、ＮＨ３とヒドラジン系原料物質を共に使用することで活性化させなくてもｐ型窒化物半導体層がｐ型導電性を有するようになる技術が開示されている。
【００１０】
ｐ側電極６０は、ｐ型窒化物半導体層５０全体に電流がよく供給されるようにするために備えられる。米国特許第５，５６３，４２２号明細書（特許文献７）には、ｐ型窒化物半導体層のほぼ全面にわたって形成され、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触し、ＮiとＡｕからなる透光性電極(light-transmitting  electrode）に関する技術が開示されている。米国特許第６，５１５，３０６号明細書（特許文献８）には、ｐ型窒化物半導体層の上にｎ型超格子層を形成した後、その上にＩＴＯ(Indium Tin Oxide）からなる透光性電極を形成した技術が開示されている。
【００１１】
一方、ｐ側電極６０は、光を透過しないように、すなわち、光を基板１０側に反射するために、厚さを大きくして形成することができるが、このような技術をフリップチップ(flip chip)技術という。米国特許第６，１９４，７４３号明細書(特許文献９）には、２０ｎｍ以上の厚さを有するＡｇ層、Ａｇ層を覆う拡散防止層、そして拡散防止層を覆うＡｕとＡｌからなるボンディング層を含む電極構造に関する技術が開示されている。
【００１２】
Ｐ側ボンディングパッド７０及びｎ側電極８０は、電流の供給と外部へのワイヤーボンディングを行うためのものである。米国特許第５，５６３，４２２号明細書（特許文献１０）には、ｎ側電極８０をＴｉとＡｌから構成した技術が開示されている。
【００１３】
保護膜９０は、二酸化ケイ素のような物質で形成されるが、省略されてもよい。
【００１４】
一方、ｎ型窒化物半導体層３０やｐ型窒化物半導体層５０は単一の層や複数個の層から構成することができる。最近では、レーザーまたは湿式エッチングによって基板１０を窒化物半導体層から分離して垂直型発光素子を製造する技術が導入されている。
【００１５】
図２は、米国特許６，３０７，２１８号明細書（特許文献１１）に開示された発光素子の一例を示す図面である。大面積化または製品仕様によって電極の配置の変化を与えるIII族窒化物半導体発光素子において、円滑な電流の供給のために多様な形態の枝電極１４ａ，１４ｂに関する技術が開示されている。
【００１６】
しかし、上記のように円滑に電流を供給するために備えられた枝電極１４ａ，１４ｂの個数が増加することにより、III族窒化物半導体発光素子の発光面積が減少し、枝電極１４ａ，１４ｂが発光素子で生成される光子(光)を反射させ、外部量子効率が低下するという問題がある。
【００１７】
図３は、国際公開ＷＯ２００４／０６１５０９号パンフレット（特許文献１２）に開示された発光素子の一例を示す図面である。外部量子効率の増加のためにｎ型窒化物半導体層に粗面１１が形成されたIII族窒化物半導体発光素子に関する技術が開示されている。
【００１８】
しかし、ｎ側電極から延びる枝電極２２がｎ型窒化物半導体層３３に形成されることによりｎ型窒化物半導体層３３に形成された粗面(rough surface)１１の面積が枝電極２２により減少して外部光子効率を減少させるという問題がある。
【００１９】
【特許文献１】米国特許第５，１２２，８４５号明細書
【特許文献２】米国特許第５，２９０，３９３号明細書
【特許文献３】国際公開ＷＯ０５/０５３０４２号パンフレット
【特許文献４】米国特許第５，７３３，７９６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，２４７，５３３号明細書
【特許文献６】米国特許第５，３０６，６６２号明細書
【特許文献７】国際公開ＷＯ０５/０２２６５５号パンフレット
【特許文献８】米国特許第５，５６３，４２２号明細書
【特許文献９】米国特許第６，５１５，３０６号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，１９４，７４３号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，５６３，４２２号明細書
【特許文献１２】米国特許６，３０７，２１８号明細書
【特許文献１３】国際公開ＷＯ２００４／０６１５０９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、枝電極により電流拡散を円滑にして発光素子の電気的な特性を向上させることを目的とする。
また、枝電極が発光素子の光を反射することを改善して発光素子の光学的特性を向上させることを目的とする
また、窒化物半導体層に粗面が形成される面積を増加させて外部量子効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、基板と；基板上にエピタキシャル成長したバッファー層と；バッファー層の上にエピタキシャル成長したｎ型窒化物半導体層と；ｎ型窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長した活性層と；活性層の上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層と；ｐ型窒化物半導体層の上に形成されたｐ側電極と；ｐ型窒化物半導体層と活性層がエッチングされて露出されたｎ型窒化物半導体層の上に形成されたｎ側電極と；を含むIII族窒化物半導体発光素子において、ｐ型半導体層の上には、ｐ側電極からｎ側電極方向に延びる枝電極が設けられ、該枝電極の終端がｎ側電極に向けて二つに分岐されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、二つの分岐された終端が、ｎ側電極と一定の距離を維持しながら取り囲むように形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、発光素子の本体が長辺と短辺を具備した四角形状とされ、枝電極が長辺に沿って延在していることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、ｎ型半導体層がエッチングされて露出された部分には、粗面が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のIII族窒化物半導体発光素子は、枝電極がｐ側電極とｎ側電極との間の中央位置で二つの分岐されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のIII族窒化物半導体発光素子によれば、以下の効果を奏する。
枝電極により電流拡散を円滑にして発光素子の電気的特性を向上させることができる。
枝電極が発光素子の光を反射することを改善して発光素子の光学的特性を向上させることができる。
窒化物半導体層に粗面が形成され得る面積を増加させて外部量子効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に、添付された図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
図４及び図５には、本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体発光素子が示されている。
【００２８】
III族窒化物半導体発光素子は、基板１００と、基板１００上にエピタキシャル成長したバッファー層２００と、バッファー層２００上にエピタキシャル成長したｎ型窒化物半導体層３００と、ｎ型窒化物半導体層３００の上にエピタキシャル成長した活性層４００と、活性層４００上にエピタキシャル成長したｐ型窒化物半導体層５００、ｐ型窒化物半導体層５００の上に形成されるｐ側電極６００と、ｐ側電極６００の上に形成されたｐ側ボンディングパッド７００と、ｐ型窒化物半導体層５００と活性層４００がエッチングされて露出されたｎ型窒化物半導体層３００の上に形成されたｎ側電極８００と、ｐ側ボンディングパッド７００と接続する枝電極７５０とを含む。
【００２９】
枝電極７５０は、ｐ側ボンディングパッド７００からｎ側電極８００方向に延在するように形成された腕部７５２と、枝電極７５０終端がｎ側電極８００に向けて分岐された２つの指部７５４とを備える。ここで、枝電極7５０は、ｐ側ボンディングパッド７００とともにｐ側電極６００の上に形成されている。
【００３０】
腕部７５２は、ｐ側ボンディングパッド７００から、ｐ側ボンディングパッド７００とｎ側電極８００間の中央位置まで延在して形成されていることが好ましい。また、２つに分岐した指部７５４は、ｎ側電極８００に対して一定の距離を維持しながらｎ側電極８００を取り囲むようにｎ側電極８００と同様の形状（相似形状）で形成されていることが好ましい。これにより、ｐ側ボンディングパッド７００とｎ側電極８００間の電流が均一に広がる。また、電流が腕部７５２によって発光素子の一側で均一に広がる。したがって、本実施形態は、特に、本体が細長い(elongated)形状とされた発光素子、または、本体が長方形とされた発光素子に好適である。
【００３１】
ここで、２つの指部７５４がｐ側ボンディングパッド７００とｎ側電極８００間の中央位置よりもｐ側ボンディングパッド７００側の近くに形成されると、指部７５４とｎ側電極８００の距離が遠くなり、順方向にバイアス電圧(Vf）が増加することになる。一方、２つの指部７５４がｐ側ボンディングパッド７００とｎ側電極８００との間の中央位置よりもｎ側電極８００側の近くに形成されると、２つの指部７５４とｎ側電極８００との間に電流が集中することによって発光面積が２つの指部７５４とｎ側電極８００間に集中して量子効率が低下する。ただし、当業者であれば、Vfと発光集中に対する上記の規制の下で、２つの指部７５４の中央への位置調整が適宜行われることに留意すべきである。
【００３２】
好ましくは、ｎ型窒化物半導体層３００は、図４に示されているように、ｎ側電極８００を除いた部分に粗面３５０を有する。これにより、発光素子内部で生成される光子(光）が全反射により発光素子外部に放出されることを防止して外部量子効率が増加する。特に、本実施形態の枝電極７５０は、ｐ側ボンディングパッド７００側のみに形成されているので、ｎ型半導体層３００上の粗面３５０の面積を増加させて外部量子効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のIII族窒化物半導体発光素子の一例を示した縦断面図である。
【図２】米国特許６，３０７，２１８号明細書に開示された発光素子の一例を示した平面図である。
【図３】国際公開ＷＯ２００４／０６１５０９号パンフレットに開示された発光素子の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるIII族窒化物半導体発光素子を示す縦断面図である。
【図５】図４に示したIII族窒化物半導体発光素子を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  基板
２００  バッファー層
３００  ｎ型窒化物半導体層
３５０  粗面
４００  活性層
５００  ｐ型窒化物半導体層
６００  ｐ側電極
７００  ｐ側ボンディングパッド
７５０  枝電極
７５２  腕部
７５４  指部
８００  ｎ側電極
【図１】
2009164572.tif 000003
【図２】
2009164572.tif 000004
【図３】
2009164572.tif 000005
【図４】
2009164572.tif 000006
【図５】
2009164572.tif 000007