半導体発光素子
【課題】本発明は半導体発光素子に関する。
【解決手段】発光された光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子が提案される。本発明の半導体発光素子は第１導電型及び第２導電型半導体層とその間の活性層を含み、各半導体層を電気的に連結させる第１電極層及び第２電極部を含む。第２電極部は電極パッド部、電極延長部、及び電極パッド部と電極延長部を連結する電極連結部を含む。
【解決手段】発光された光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子が提案される。本発明の半導体発光素子は第１導電型及び第２導電型半導体層とその間の活性層を含み、各半導体層を電気的に連結させる第１電極層及び第２電極部を含む。第２電極部は電極パッド部、電極延長部、及び電極パッド部と電極延長部を連結する電極連結部を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子に関するもので、より詳しくは、発光された光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に、小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、素子内に含まれている物質が光を発光する素子であって、例えば、ＬＥＤのようにダイオードを用いて半導体を接合した形態で、電子／正孔の再結合によるエネルギーを光に変換して放出する素子がある。このような半導体発光素子は現在、照明、表示装置及び光源として広く用いられその開発が加速化している傾向にある。
【０００３】
特に、最近その開発及び使用が活性化された窒化ガリウム系発光ダイオードを用いた携帯電話のキーパッド、サイドビュアー、カメラフラッシュなどの常用化に力付けられ、最近、発光ダイオードを用いた一般照明の開発が活発になっている。大型テレビジョンのバックライトユニット及び自動車のヘッドライト、一般の照明などその応用製品が小型の携帯製品から大型化、高出力化、高効率化、信頼性化された製品に進んで該当製品から求められる特性を有した光源を求めるようになった。
【０００４】
半導体接合発光素子の構造は、ｐ型半導体及びｎ型半導体の接合構造であることが一般である。半導体接合構造では両半導体の接合領域で電子／正孔の再結合による発光があり得るが、その発光をより活性化させるために両半導体の間に活性層を設けることも出来る。このような半導体接合の発光素子は半導体層のための電極の位置によって垂直型構造及び水平型構造があり、水平型構造には成長型（ｅｐｉ−ｕｐ）及びフリップチップ型（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）がある。前述のように使われる製品の特性上、それぞれ求められる発光素子の構造的特性を重要に考慮するようになった。
【０００５】
図１ａは従来の水平型の半導体発光素子で、図１ｂは従来の垂直型の半導体発光素子の断面図である。以下では便宜上、図１ａ乃至図１ｃで基板と接触する半導体層がｎ型半導体層で、活性層上に形成される半導体層はｐ型半導体層と仮定して説明する。
【０００６】
先ず、図１ａを参照に水平型半導体発光素子を説明する。
半導体発光素子１は、不導電性基板１３、ｎ型半導体層１２、活性層１１、及びｐ型半導体層１０を含む。ｎ型半導体層１２にはｎ型電極１５が、ｐ型半導体層１０側にはｐ型電極１４が形成され、電圧などの印加のため外部電源（未図示）と電気的に連結されている。
【０００７】
それぞれの電極１４，１５を通して半導体発光素子１に電圧が印加されると、ｎ型半導体層１２から電子が移動し、ｐ型半導体層１０から正孔が移動して電子及び正孔の再結合を通して発光が生じる。半導体発光素子１は活性層１１を含み、発光は活性層１１から発生する。活性層１１では半導体発光素子１の発光が活性化され、光が発光する。電気的な連結のためにｎ型半導体層１２にはｎ型電極が、ｐ型半導体層１０にはｐ型電極が接触抵抗値を最少化しながら位置する。
【０００８】
基板の種類によって電極の位置が異なり得るが、例えば、本図面のように基板１３が不導電性基板であるサファイア基板の場合には、ｎ型半導体層１２の電極は不導電性基板１３上に形成されることが出来ず、ｎ型半導体層１２に形成されなければならない。
【０００９】
従って、図１ａを参照すると、ｎ型半導体層１２上にｎ型電極１５が形成されるとき、オーミック接触部位の形成を理由に上部のｐ型半導体層１０及び活性層１２が消耗されたことが分かる。このような電極の形成により半導体発光素子１の発光面積は減少し、それによって発光効率も減少することになる。
【００１０】
このような短所を含んだ様々な短所を克服すべく、不導電性基板ではなく導電性基板を使用する半導体発光素子が登場した。図１ｂに図示された発光素子２は垂直型の半導体発光素子であって、導電性基板２３を使用して基板上にｎ型電極２５を形成することが出来る。または、図１ｂでは導電性基板２３上にｎ型電極を形成したが、不導電性基板を用いて半導体層を成長させた後、基板を除去しｎ型半導体層上に直接ｎ型電極を形成して垂直型の発光素子を製造することも出来る。
【００１１】
導電性基板２３を使用すると、導電性基板２３を通してｎ型半導体層２２への電圧の印加が可能なため、基板自体に電極を形成することが出来る。従って、図１ｂのように導電性基板２３上にｎ型電極２５が形成され、ｐ型半導体層２０上にｐ型電極２４が形成され、垂直構造型の半導体発光素子が製造されることが出来る。
【００１２】
ところがこの場合、特に高出力のための大面積の発光素子を製造する場合、電流の分散のため電極の基板に対する面積の割合が高いことが求められる。これによって光抽出の制限及び光吸収による光損失、発光効率の減少という短所があった。
【００１３】
発光効率をより高めるための形態である水平型の発光素子が図１ｃに図示されている。図１ｃに図示された発光素子はフリップチップ型の発光素子であって、基板３３が最上層に位置し、それぞれの電極３４，３５は導電性基板３８上の電極接触部３６，３７とそれぞれ接触している。活性層３１から発光する光は電極３４，３５に影響されず基板３３を通過して発光するため、図１ａ及び図１ｂに記述された形態の発光素子のような発光効率が減少する現象は防ぐことが出来た。
【００１４】
しかし、優れた発光効率の長所にも拘らず、発光素子内にｎ型電極及びｐ型電極を同一平面上に一緒に配置してボンディングしなければならず、ボンディングの後電極接触部３６，３７と電極との分離現象が頻繁なため、高価の精密な工程装備が求められ、高い製造費用、低い生産性及び低い歩留まりと製品信頼性という問題点が生じた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上述の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、発光した光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に、小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上のような目的を達成すべく、本発明の一側面による半導体発光素子は、導電性基板、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層が順番に積層されて形成された半導体発光素子であって、導電性基板及び第１導電型半導体層の間に形成された第１電極層と、第１電極層から第２導電型半導体層の表面まで延長され、第１電極層、第１導電型半導体層、及び活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極パッド部、第１電極層から第２導電型半導体層の内部まで延長され、第１電極層、第１導電型半導体層、及び活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極延長部、及び第１電極層と同一層上に形成されるが、第１電極層と電気的に分離され、電極パッド部及び電極延長部を連結する電極連結部を含む第２電極部と、を含む。
【００１７】
電極パッド部は、活性層を横切る断面の面積が第２導電型半導体層を横切る断面の面積より小さいことが好ましい。
【００１８】
電極延長部は複数個であり得るが、複数の電極延長部は電極パッド部と電極連結部を通して直接連結されていることが出来る。または、複数の電極延長部のうち少なくとも一つの電極延長部は電極パッド部と連結された電極延長部を通して電極パッド部に連結され、残りの電極延長部は直接電極パッド部に連結されることが出来る。尚、電極延長部は電極パッド部と所定距離離隔されて形成されることが出来る。
【００１９】
電極延長部の活性層を横切る断面の面積は電極パッド部の活性層を横切る断面の面積より小さいことが好ましい。
【００２０】
第１電極層は活性層から発生した光を反射させることが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｔのうち何れか一つを含むことが出来る。
【００２１】
第１導電型半導体層及び上記第２導電型半導体層はＧａＮ系化合物半導体であることができ、活性層はＩｎｘＡlｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）系化合物半導体であることが出来る。
【００２２】
第２導電型半導体層は凹凸パターンが形成されることができ、このような凹凸パターンは光結晶構造であることが出来る。
【００２３】
導電性基板は金属性基板であり得るが、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属を含むことが出来る。または導電性基板は半導体基板であり得るが、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つを含むことが出来る。導電性基板はメッキ法または基板接合法を用いて形成されることが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による半導体発光素子は、発光方向に位置する半導体層の電極部を発光面上に全て形成せず、その一部を除いては活性層の下に形成することにより、発光した光が電極部によって反射或いは吸収される現象を防ぐことができ、発光面積も最大に確保できるため発光を最大化することが出来るという効果がある。
【００２５】
他にも電極部を電流の分散を円滑にするよう一つまたはそれ以上の電極パッド部及び電極延長部を備え、小さい面積の電極で均一な電流の分散が可能であるという効果がある。
【００２６】
また、電極パッド部が半導体発光素子の上面に位置してダイボンディング時に整列が不要で、ワイヤボンディングも容易であるため優れた量産性を奏するという効果がある。
【００２７】
従って、本発明によると、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子を具現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の 実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるものではない。本発明の実施形態は当業界において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明するために提供される。
【００２９】
図２は本発明の一実施例による半導体発光素子の断面図で、図３ａ乃至図３ｂは図２の半導体発光素子の上面図で、図４ａ乃至図４ｃはそれぞれ図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'での断面図である。
【００３０】
本発明の一実施例による半導体発光素子１００は、導電性基板１４０、第１導電型半導体層１３０、活性層１２０及び第２導電型半導体層１１０が順番に積層されて形成される。特に、本発明の一実施例による半導体発光素子１００は導電性基板１４０及び第１導電型半導体層１３０の間に形成された第１電極層１６０と、電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ、電極連結部１５０−ｃを含む第２電極部とを含む。
【００３１】
電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長され、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されている。電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで延長され、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されている。また、電極連結部１５０−ｃは第１電極層と同一層上に形成されて第１電極層１６０とは電気的に分離され、電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを連結する機能をする。
【００３２】
導電性基板１４０は金属性基板あるいは半導体基板であることが出来る。導電性基板１４０が金属の場合、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属で構成されることが出来る。また、導電性基板１４０が半導体基板の場合、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つの半導体基板であることが出来る。導電性基板を半導体発光素子に形成する方法としては、メッキシード層を形成して基板を形成するメッキ法や、導電性基板１４０を別途に用意してＡｕ、Ａｕ−Ｓｎ、またはＰｂ−Ｓｒのような導電性接着剤を用いて接合させる基板接合法を利用することが出来る。
【００３３】
それぞれの半導体層１３０，１１０は、例えば、ＧａＮ系半導体、ＺｎＯ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＰ系半導体、及びＧａＡｓＰ系半導体のような無機半導体で構成されることが出来る。半導体層の形成は例えば、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ）方法を用いて行われることが出来る。他にも、半導体層はＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、及びＳｉで構成された群から適切に選択され具現されることが出来る。
【００３４】
活性層１２０は発光を活性化させる層であって、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０のエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有する物質を用いて形成する。例えば、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０がＧａＮ系化合物半導体の場合、ＧａＮのエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いて活性層１２０を形成することが出来る。即ち、活性層１２０はＩｎｘＡlｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）であることが出来る。
【００３５】
この際、活性層１２０の特性上、不純物はドーピングされないことが好ましく、構成物質のモル比を調節して発光する光の波長を調節することも出来る。従って、半導体発光素子１００は活性層１２０の特性によって赤外線、可視光線、及び紫外線のうち何れか一つの光を発光することが出来る。
【００３６】
活性層１２０によって半導体発光素子１００の全体のエネルギーバンドダイアグラムにはエネルギー井戸構造があらわれ、それぞれの半導体層１３０，１１０からの電子及び正孔は移動するうちにエネルギー井戸構造に閉ざされ、発光がさらに効率的に発生することになる。
【００３７】
第１電極層１６０は、第１導電型半導体層１３０を外部電源（未図示）と電気的に連結する電極である。第１電極層１６０は金属で構成されることが出来る。第１電極層１６０は例えば、ｎ型電極としてＴｉ、ｐ型電極としてＰｄまたはＡｕにより構成されることが出来る。
【００３８】
第１電極層１６０は活性層から発生した光を反射することが好ましい。反射した光は発光面に向かい、半導体発光素子の発光効率が増加する。活性層から発生した光を反射させるために第１電極層１６０は可視光線領域で白色系列の金属であることが好ましいが、例えば、Ａｇ、Ａl、及びＰｔのうち何れか一つであることが出来る。第１電極層１６０については、図４ａ乃至図４ｃを参照にさらに説明する。
【００３９】
第２電極部１５０は、第２導電型半導体層１１０を外部電源（未図示）と電気的に連結する電極である。第２電極部１５０は金属で構成されることが出来る。第２電極部１５０は例えば、ｎ型電極としてはＴｉ、ｐ型電極としてはＰｄまたはＡｕにより構成されることが出来る。特に、本発明による第２電極部１５０は電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ、及び電極連結部１５０−ｃを含む。
【００４０】
図３ａを参照すると、第２導電型半導体層１１０上の表面には電極パッド部１５０−ｂが形成され、点線で表された複数の電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０の内部に位置することが示されている。
【００４１】
図３ｂは図３ａに表した第２導電型半導体層１１０の上面をＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'に切ったものが示されている。Ａ−Ａ'は電極延長部１５０−ａのみを含む断面を、Ｂ−Ｂ'は電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを含む断面を、そしてＣ−Ｃ'は電極延長部１５０−ａ及び電極パッド部１５０−ｂを含まない断面を表すために選択された。
【００４２】
図４ａ乃至図４ｃはそれぞれ図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'の断面図である。以下、図２、図３ａ、図３ｂ、図４ａ乃至図４ｃを参照に説明する。
【００４３】
図４ａにおいて、電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで延長される。電極延長部１５０−ａは第１導電型半導体層１３０及び活性層１２０を通過して第２導電型半導体層１１０まで延長され、少なくとも第２導電型半導体層１１０の一部まで延長されるが、電極パッド部１５０−ｂのように第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される必要は無い。電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０に電流を分散させるためのものであるためである。
【００４４】
電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０に電流を分散させるためのものであるため所定の面積を有すべきである。しかし、電極パッド部１５０−ｂのように電気的な連結のためのものではないため、第２導電型半導体層１１０上に電流が均一に分布するための最小の面積で所定の数が形成されることが好ましい。電極延長部１５０−ａが少なすぎる数で形成されると、電流の分散が難しくなり電気的な特性が悪化することがあり、多すぎる数で形成されると形成のための工程の難しさ及び活性層の減少による発光面積の減少を引き起こすため、このような条件を考慮して適切に選択することが出来る。従って、電極延長部１５０−ａは出来るだけ少ない面積を占めながら電流の分散が効果的な形状で具現される。
【００４５】
電極延長部１５０−ａは電流分散のため複数個であることが好ましい。また、電極延長部１５０−ａは円筒状であり得るが、その面積は電極パッド部１５０−ｂの面積より小さいことが好ましい。また、電極パッド部１５０−ｂと所定距離離隔されて形成されることが好ましいが、これは後述の電極連結部１５０−ｃにより第１電極層１６０上で相互連結されることがあるため、所定距離離隔されて均一な電流の分散を誘導しなければならないためである。
【００４６】
電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで形成されるが、第２導電型半導体層の電流の分散のためのものであるため、他の層とは電気的に分離される必要がある。従って、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されることが好ましい。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて行うことが出来る。
【００４７】
図４ｂにおいて、電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される。電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から始まって、第１導電型半導体層１３０、活性層１２０及び第２導電型半導体層１１０を通過して第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される。電極パッド部１５０−ｂは、特に第２電極部１５０の外部電源（未図示）との連結のためのものであるため、第２電極部１５０は少なくとも一つの電極パッド部１５０−ｂを備えることが好ましい。
【００４８】
電極パッド部１５０−ｂは、第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長されている。電極パッド部１５０−ｂは第２導電型半導体層１１０の表面で外部電源と電気的に連結され電極延長部に電流を供給することになるため、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０とは電気的に分離されることが好ましい。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて絶縁層を形成して行うことが出来る。
【００４９】
電極パッド部１５０−ｂは電極延長部１５０−ａに電流を供給する機能を行うが、他にも第２導電型半導体層１１０と電気的に分離されず直接電流を分散させることがある。電極パッド部１５０−ｂは電極延長部１５０−ａに電流を供給する機能と第２導電型半導体層１１０に電流を分散させる機能中、求められる機能を考慮して第２導電型半導体層１１０と適切に電気的に分離させることが出来る。
【００５０】
電極パッド部１５０−ｂは特に、活性層１２０での断面の面積が第２導電型半導体層１１０の表面での断面の面積より小さいことが好ましいが、これは活性層１２０を最大に確保して発光効率を増加させるためである。しかし、第２導電型半導体層１１０の表面では外部電源（未図示）との連結のために所定の面積を有する必要がある。
【００５１】
電極パッド部１５０−ｂは半導体発光素子１００の中央に位置することがあるが、この場合、電極延長部１５０−ａは出来るだけ電極パッド部１５０−ｂと所定距離離隔されて均一に分散され位置することが好ましい。図３ａを参照すると、電極パッド部１５０−ｂと電極延長部１５０−ａが第２導電型半導体層１１０上に均一に分散されて位置し電流の分散を最適化している。図３ａでは電極パッド部１５０−ｂが１つで、電極延長部１５０−ａが１２個の場合を想定して図示したが、それぞれの数は電気的な連結の状況（例えば、外部電源の位置）及び第２導電型半導体層１１０の厚さなどのような電流分散の状況を考慮して適切に選択することが出来る。
【００５２】
電極延長部１５０−ａが複数個の場合、電極パッド部１５０−ｂと複数個の電極延長部１５０−ａの両方は直接連結されることが出来る。この場合、半導体発光素子１００の中心部に電極パッド部１５０−ｂが形成され、電極延長部１５０−ａがその周りに位置し、電極連結部１５０−ｃは放射状で電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを直接連結させることが出来る。
【００５３】
または複数の電極延長部１５０−ａのうち幾つかの電極延長部１５０−ａは電極パッド部１５０−ｂに直接連結され、残りの電極延長部１５０−ａは電極パッド部１５０−ｂに直接連結された電極延長部１５０−ａと連結され、電極パッド部１５０−ｂとは間接連結されることが出来る。この場合には、さらに多い数の電極延長部１５０−ａを形成することができ、電流分散の効率化を向上させることになる。
【００５４】
図４ａ乃至図４ｃにおいて、電極連結部１５０−ｃは第１電極層１６０上に形成され電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを連結する。従って、第２電極部１５０の相当の部分が光を発光する活性層１２０の光の進行方向の反対側の後面に位置することになり発光効率を増加させる。特に、図４ｃは、電極連結部１５０−ｃのみ第１電極層１６０上に位置して第２電極部１５０が第１導電型半導体層１３０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１１０上に位置しない状態を表す。従って、図４ｃのような場合、電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａが発光に影響を与えないため発光効率が高い領域になる。図４ｃには特に図示されていないが、第１電極層１６０は導電性基板１４０と接触して外部電源（未図示）に連結されることが出来る。
【００５５】
そして、電極連結部１５０−ｃは第１電極層１６０と電気的に分離されている。第１電極層１６０と第２電極部１５０は相互反対の極性を示す電極であり、外部電源を第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０にそれぞれ供給するため、両電極は必ず電気的に分離されなければならない。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて行うことが出来る。
【００５６】
図４ｂにおいて、電極パッド部１５０−ｂが第２導電型半導体層１１０の表面に位置することにより、垂直型の半導体発光素子の特性を表すことができ、図４ｃでは電極連結部１５０−ｃが第１電極層１６０のような平面に位置するため水平型の半導体発光素子の特性を表すことが出来る。従って、半導体発光素子１００は水平型及び垂直型を統合した形態の構造を示すことになる。
【００５７】
図４ａ乃至図４ｃにおいて、第２導電型半導体層１１０はｎ型半導体層で、第２電極部１５０はｎ型電極部であることが出来る。この場合、第１導電型半導体層１３０はｐ型半導体層で、第１電極層１６０はｐ型電極であることが出来る。電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ及び電極連結部１５０−ｃは相互連結されている第２電極部１５０であり、第２電極部１５０がｎ型電極の場合、絶縁物質を用いて絶縁部１７０を形成してｐ型電極である第１電極層１６０と電気的に分離されることが出来る。
【００５８】
図５ａは本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターン１８０が形成された半導体発光素子の発光を表した図面で、図５ｂは本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターン１８０が形成された半導体発光素子での電流分散を表した図面である。
【００５９】
本発明による半導体発光素子１００は、発光された光の進行方向の最外郭の表面が第２導電型半導体層１１０で構成されている。従って、フォトリソグラフィー方法のような公知の方法を用いて表面に凹凸パターンを形成することが容易である。この場合、活性層１２０から発光した光は第２導電型半導体層１１０の表面に形成された凹凸パターン１８０を通過して抽出され、凹凸パターン１８０により光抽出効率が増加する。
【００６０】
凹凸パターン１８０は光結晶構造であることが出来る。光結晶は屈折率が相違する媒質が結晶のように規則的に配列されたものを言うが、このような光結晶は光の波長の倍数の長さ単位の光調節が可能であるため光抽出の効果をさらに高めることが出来る。光結晶構造は第２導電型半導体層１１０を形成し第２電極部１５０まで製造した後に、所定の適切な工程を通して行われることが出来る。例えば、蝕刻工程によって形成されることが出来る。
【００６１】
第２導電型半導体層１１０に凹凸パターン１８０が形成されているとしても電流分散には影響がない。図５ｂを参照すると、電極延長部１５０−ａでの電流分散は凹凸パターン１８０に影響されないためである。それぞれの電極延長部１５０−ａは凹凸パターンの下で電流を分散させ、凹凸パターンは発光された光を抽出して発光効率が高くなる。
【００６２】
表１は、一般の半導体発光素子の発光面積、電流密度及び発光効率を表す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
発光面積が高いほど発光効率が高くなるが、発光面積を確保するためには分布された電極の面積が減少しなければならないため、発光面の電流密度は減少する傾向を表す。しかし、このような発光面での電流密度の減少は半導体発光素子の電気的な特性を損なうことがあるという問題点がある。
【００６５】
しかし、このような問題点は本発明での電極延長部を用いた電流分散の確保を通して解消できる。従って、電流密度が減少して発生し得る電気的な特性上の問題点は発光表面まで形成されず、その内部に形成され電流分散を担当する電極延長部を形成させる方法を通して克服できる。従って、本発明による半導体発光素子は所望の電流分散の程度を獲得しながら最大の発光面積を確保して好ましい発光効率を得ることが出来る。
【００６６】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。また、本発明の請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当該技術分野の通常の知識を有している者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】従来の水平型半導体発光素子である。
【図１ｂ】従来の垂直型半導体発光素子の断面図である。
【図１ｃ】従来の水平型半導体発光素子である。
【図２】本発明の一実施例による半導体発光素子の斜視図である。
【図３ａ】図２の半導体発光素子の上面図である。
【図３ｂ】図２の半導体発光素子の上面図である。
【図４ａ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'の断面図である。
【図４ｂ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＢ−Ｂ'の断面図である。
【図４ｃ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＣ−Ｃ'の断面図である。
【図５ａ】本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子の発光を表した図面である。
【図５ｂ】本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子での電流分散を表した図面である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 半導体発光素子
１１０ 第２導電型半導体層
１２０ 活性層
１３０ 第１導電型半導体層
１４０ 導電性基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子に関するもので、より詳しくは、発光された光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に、小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、素子内に含まれている物質が光を発光する素子であって、例えば、ＬＥＤのようにダイオードを用いて半導体を接合した形態で、電子／正孔の再結合によるエネルギーを光に変換して放出する素子がある。このような半導体発光素子は現在、照明、表示装置及び光源として広く用いられその開発が加速化している傾向にある。
【０００３】
特に、最近その開発及び使用が活性化された窒化ガリウム系発光ダイオードを用いた携帯電話のキーパッド、サイドビュアー、カメラフラッシュなどの常用化に力付けられ、最近、発光ダイオードを用いた一般照明の開発が活発になっている。大型テレビジョンのバックライトユニット及び自動車のヘッドライト、一般の照明などその応用製品が小型の携帯製品から大型化、高出力化、高効率化、信頼性化された製品に進んで該当製品から求められる特性を有した光源を求めるようになった。
【０００４】
半導体接合発光素子の構造は、ｐ型半導体及びｎ型半導体の接合構造であることが一般である。半導体接合構造では両半導体の接合領域で電子／正孔の再結合による発光があり得るが、その発光をより活性化させるために両半導体の間に活性層を設けることも出来る。このような半導体接合の発光素子は半導体層のための電極の位置によって垂直型構造及び水平型構造があり、水平型構造には成長型（ｅｐｉ−ｕｐ）及びフリップチップ型（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）がある。前述のように使われる製品の特性上、それぞれ求められる発光素子の構造的特性を重要に考慮するようになった。
【０００５】
図１ａは従来の水平型の半導体発光素子で、図１ｂは従来の垂直型の半導体発光素子の断面図である。以下では便宜上、図１ａ乃至図１ｃで基板と接触する半導体層がｎ型半導体層で、活性層上に形成される半導体層はｐ型半導体層と仮定して説明する。
【０００６】
先ず、図１ａを参照に水平型半導体発光素子を説明する。
半導体発光素子１は、不導電性基板１３、ｎ型半導体層１２、活性層１１、及びｐ型半導体層１０を含む。ｎ型半導体層１２にはｎ型電極１５が、ｐ型半導体層１０側にはｐ型電極１４が形成され、電圧などの印加のため外部電源（未図示）と電気的に連結されている。
【０００７】
それぞれの電極１４，１５を通して半導体発光素子１に電圧が印加されると、ｎ型半導体層１２から電子が移動し、ｐ型半導体層１０から正孔が移動して電子及び正孔の再結合を通して発光が生じる。半導体発光素子１は活性層１１を含み、発光は活性層１１から発生する。活性層１１では半導体発光素子１の発光が活性化され、光が発光する。電気的な連結のためにｎ型半導体層１２にはｎ型電極が、ｐ型半導体層１０にはｐ型電極が接触抵抗値を最少化しながら位置する。
【０００８】
基板の種類によって電極の位置が異なり得るが、例えば、本図面のように基板１３が不導電性基板であるサファイア基板の場合には、ｎ型半導体層１２の電極は不導電性基板１３上に形成されることが出来ず、ｎ型半導体層１２に形成されなければならない。
【０００９】
従って、図１ａを参照すると、ｎ型半導体層１２上にｎ型電極１５が形成されるとき、オーミック接触部位の形成を理由に上部のｐ型半導体層１０及び活性層１２が消耗されたことが分かる。このような電極の形成により半導体発光素子１の発光面積は減少し、それによって発光効率も減少することになる。
【００１０】
このような短所を含んだ様々な短所を克服すべく、不導電性基板ではなく導電性基板を使用する半導体発光素子が登場した。図１ｂに図示された発光素子２は垂直型の半導体発光素子であって、導電性基板２３を使用して基板上にｎ型電極２５を形成することが出来る。または、図１ｂでは導電性基板２３上にｎ型電極を形成したが、不導電性基板を用いて半導体層を成長させた後、基板を除去しｎ型半導体層上に直接ｎ型電極を形成して垂直型の発光素子を製造することも出来る。
【００１１】
導電性基板２３を使用すると、導電性基板２３を通してｎ型半導体層２２への電圧の印加が可能なため、基板自体に電極を形成することが出来る。従って、図１ｂのように導電性基板２３上にｎ型電極２５が形成され、ｐ型半導体層２０上にｐ型電極２４が形成され、垂直構造型の半導体発光素子が製造されることが出来る。
【００１２】
ところがこの場合、特に高出力のための大面積の発光素子を製造する場合、電流の分散のため電極の基板に対する面積の割合が高いことが求められる。これによって光抽出の制限及び光吸収による光損失、発光効率の減少という短所があった。
【００１３】
発光効率をより高めるための形態である水平型の発光素子が図１ｃに図示されている。図１ｃに図示された発光素子はフリップチップ型の発光素子であって、基板３３が最上層に位置し、それぞれの電極３４，３５は導電性基板３８上の電極接触部３６，３７とそれぞれ接触している。活性層３１から発光する光は電極３４，３５に影響されず基板３３を通過して発光するため、図１ａ及び図１ｂに記述された形態の発光素子のような発光効率が減少する現象は防ぐことが出来た。
【００１４】
しかし、優れた発光効率の長所にも拘らず、発光素子内にｎ型電極及びｐ型電極を同一平面上に一緒に配置してボンディングしなければならず、ボンディングの後電極接触部３６，３７と電極との分離現象が頻繁なため、高価の精密な工程装備が求められ、高い製造費用、低い生産性及び低い歩留まりと製品信頼性という問題点が生じた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上述の問題点を解決するためのもので、本発明の目的は、発光した光の反射または吸収を最少化し、発光面積は最大に確保して発光効率を最大化すると同時に、小さい面積の電極で均一な電流分散が可能で、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以上のような目的を達成すべく、本発明の一側面による半導体発光素子は、導電性基板、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層が順番に積層されて形成された半導体発光素子であって、導電性基板及び第１導電型半導体層の間に形成された第１電極層と、第１電極層から第２導電型半導体層の表面まで延長され、第１電極層、第１導電型半導体層、及び活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極パッド部、第１電極層から第２導電型半導体層の内部まで延長され、第１電極層、第１導電型半導体層、及び活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極延長部、及び第１電極層と同一層上に形成されるが、第１電極層と電気的に分離され、電極パッド部及び電極延長部を連結する電極連結部を含む第２電極部と、を含む。
【００１７】
電極パッド部は、活性層を横切る断面の面積が第２導電型半導体層を横切る断面の面積より小さいことが好ましい。
【００１８】
電極延長部は複数個であり得るが、複数の電極延長部は電極パッド部と電極連結部を通して直接連結されていることが出来る。または、複数の電極延長部のうち少なくとも一つの電極延長部は電極パッド部と連結された電極延長部を通して電極パッド部に連結され、残りの電極延長部は直接電極パッド部に連結されることが出来る。尚、電極延長部は電極パッド部と所定距離離隔されて形成されることが出来る。
【００１９】
電極延長部の活性層を横切る断面の面積は電極パッド部の活性層を横切る断面の面積より小さいことが好ましい。
【００２０】
第１電極層は活性層から発生した光を反射させることが好ましく、例えば、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｔのうち何れか一つを含むことが出来る。
【００２１】
第１導電型半導体層及び上記第２導電型半導体層はＧａＮ系化合物半導体であることができ、活性層はＩｎｘＡlｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）系化合物半導体であることが出来る。
【００２２】
第２導電型半導体層は凹凸パターンが形成されることができ、このような凹凸パターンは光結晶構造であることが出来る。
【００２３】
導電性基板は金属性基板であり得るが、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属を含むことが出来る。または導電性基板は半導体基板であり得るが、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つを含むことが出来る。導電性基板はメッキ法または基板接合法を用いて形成されることが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による半導体発光素子は、発光方向に位置する半導体層の電極部を発光面上に全て形成せず、その一部を除いては活性層の下に形成することにより、発光した光が電極部によって反射或いは吸収される現象を防ぐことができ、発光面積も最大に確保できるため発光を最大化することが出来るという効果がある。
【００２５】
他にも電極部を電流の分散を円滑にするよう一つまたはそれ以上の電極パッド部及び電極延長部を備え、小さい面積の電極で均一な電流の分散が可能であるという効果がある。
【００２６】
また、電極パッド部が半導体発光素子の上面に位置してダイボンディング時に整列が不要で、ワイヤボンディングも容易であるため優れた量産性を奏するという効果がある。
【００２７】
従って、本発明によると、信頼性が高く量産性に優れた高品質の半導体発光素子を具現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の 実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限られるものではない。本発明の実施形態は当業界において通常の知識を有している者に本発明をより完全に説明するために提供される。
【００２９】
図２は本発明の一実施例による半導体発光素子の断面図で、図３ａ乃至図３ｂは図２の半導体発光素子の上面図で、図４ａ乃至図４ｃはそれぞれ図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'での断面図である。
【００３０】
本発明の一実施例による半導体発光素子１００は、導電性基板１４０、第１導電型半導体層１３０、活性層１２０及び第２導電型半導体層１１０が順番に積層されて形成される。特に、本発明の一実施例による半導体発光素子１００は導電性基板１４０及び第１導電型半導体層１３０の間に形成された第１電極層１６０と、電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ、電極連結部１５０−ｃを含む第２電極部とを含む。
【００３１】
電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長され、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されている。電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで延長され、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されている。また、電極連結部１５０−ｃは第１電極層と同一層上に形成されて第１電極層１６０とは電気的に分離され、電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを連結する機能をする。
【００３２】
導電性基板１４０は金属性基板あるいは半導体基板であることが出来る。導電性基板１４０が金属の場合、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属で構成されることが出来る。また、導電性基板１４０が半導体基板の場合、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つの半導体基板であることが出来る。導電性基板を半導体発光素子に形成する方法としては、メッキシード層を形成して基板を形成するメッキ法や、導電性基板１４０を別途に用意してＡｕ、Ａｕ−Ｓｎ、またはＰｂ−Ｓｒのような導電性接着剤を用いて接合させる基板接合法を利用することが出来る。
【００３３】
それぞれの半導体層１３０，１１０は、例えば、ＧａＮ系半導体、ＺｎＯ系半導体、ＧａＡｓ系半導体、ＧａＰ系半導体、及びＧａＡｓＰ系半導体のような無機半導体で構成されることが出来る。半導体層の形成は例えば、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ、ＭＢＥ）方法を用いて行われることが出来る。他にも、半導体層はＩＩＩ−Ｖ族半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、及びＳｉで構成された群から適切に選択され具現されることが出来る。
【００３４】
活性層１２０は発光を活性化させる層であって、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０のエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有する物質を用いて形成する。例えば、第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０がＧａＮ系化合物半導体の場合、ＧａＮのエネルギーバンドギャップより少ないエネルギーバンドギャップを有するＩｎＡｌＧａＮ系化合物半導体を用いて活性層１２０を形成することが出来る。即ち、活性層１２０はＩｎｘＡlｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）であることが出来る。
【００３５】
この際、活性層１２０の特性上、不純物はドーピングされないことが好ましく、構成物質のモル比を調節して発光する光の波長を調節することも出来る。従って、半導体発光素子１００は活性層１２０の特性によって赤外線、可視光線、及び紫外線のうち何れか一つの光を発光することが出来る。
【００３６】
活性層１２０によって半導体発光素子１００の全体のエネルギーバンドダイアグラムにはエネルギー井戸構造があらわれ、それぞれの半導体層１３０，１１０からの電子及び正孔は移動するうちにエネルギー井戸構造に閉ざされ、発光がさらに効率的に発生することになる。
【００３７】
第１電極層１６０は、第１導電型半導体層１３０を外部電源（未図示）と電気的に連結する電極である。第１電極層１６０は金属で構成されることが出来る。第１電極層１６０は例えば、ｎ型電極としてＴｉ、ｐ型電極としてＰｄまたはＡｕにより構成されることが出来る。
【００３８】
第１電極層１６０は活性層から発生した光を反射することが好ましい。反射した光は発光面に向かい、半導体発光素子の発光効率が増加する。活性層から発生した光を反射させるために第１電極層１６０は可視光線領域で白色系列の金属であることが好ましいが、例えば、Ａｇ、Ａl、及びＰｔのうち何れか一つであることが出来る。第１電極層１６０については、図４ａ乃至図４ｃを参照にさらに説明する。
【００３９】
第２電極部１５０は、第２導電型半導体層１１０を外部電源（未図示）と電気的に連結する電極である。第２電極部１５０は金属で構成されることが出来る。第２電極部１５０は例えば、ｎ型電極としてはＴｉ、ｐ型電極としてはＰｄまたはＡｕにより構成されることが出来る。特に、本発明による第２電極部１５０は電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ、及び電極連結部１５０−ｃを含む。
【００４０】
図３ａを参照すると、第２導電型半導体層１１０上の表面には電極パッド部１５０−ｂが形成され、点線で表された複数の電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０の内部に位置することが示されている。
【００４１】
図３ｂは図３ａに表した第２導電型半導体層１１０の上面をＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'に切ったものが示されている。Ａ−Ａ'は電極延長部１５０−ａのみを含む断面を、Ｂ−Ｂ'は電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを含む断面を、そしてＣ−Ｃ'は電極延長部１５０−ａ及び電極パッド部１５０−ｂを含まない断面を表すために選択された。
【００４２】
図４ａ乃至図４ｃはそれぞれ図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'、Ｂ−Ｂ'、及びＣ−Ｃ'の断面図である。以下、図２、図３ａ、図３ｂ、図４ａ乃至図４ｃを参照に説明する。
【００４３】
図４ａにおいて、電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで延長される。電極延長部１５０−ａは第１導電型半導体層１３０及び活性層１２０を通過して第２導電型半導体層１１０まで延長され、少なくとも第２導電型半導体層１１０の一部まで延長されるが、電極パッド部１５０−ｂのように第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される必要は無い。電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０に電流を分散させるためのものであるためである。
【００４４】
電極延長部１５０−ａは第２導電型半導体層１１０に電流を分散させるためのものであるため所定の面積を有すべきである。しかし、電極パッド部１５０−ｂのように電気的な連結のためのものではないため、第２導電型半導体層１１０上に電流が均一に分布するための最小の面積で所定の数が形成されることが好ましい。電極延長部１５０−ａが少なすぎる数で形成されると、電流の分散が難しくなり電気的な特性が悪化することがあり、多すぎる数で形成されると形成のための工程の難しさ及び活性層の減少による発光面積の減少を引き起こすため、このような条件を考慮して適切に選択することが出来る。従って、電極延長部１５０−ａは出来るだけ少ない面積を占めながら電流の分散が効果的な形状で具現される。
【００４５】
電極延長部１５０−ａは電流分散のため複数個であることが好ましい。また、電極延長部１５０−ａは円筒状であり得るが、その面積は電極パッド部１５０−ｂの面積より小さいことが好ましい。また、電極パッド部１５０−ｂと所定距離離隔されて形成されることが好ましいが、これは後述の電極連結部１５０−ｃにより第１電極層１６０上で相互連結されることがあるため、所定距離離隔されて均一な電流の分散を誘導しなければならないためである。
【００４６】
電極延長部１５０−ａは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の内部まで形成されるが、第２導電型半導体層の電流の分散のためのものであるため、他の層とは電気的に分離される必要がある。従って、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０と電気的に分離されることが好ましい。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて行うことが出来る。
【００４７】
図４ｂにおいて、電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される。電極パッド部１５０−ｂは第１電極層１６０から始まって、第１導電型半導体層１３０、活性層１２０及び第２導電型半導体層１１０を通過して第２導電型半導体層１１０の表面まで延長される。電極パッド部１５０−ｂは、特に第２電極部１５０の外部電源（未図示）との連結のためのものであるため、第２電極部１５０は少なくとも一つの電極パッド部１５０−ｂを備えることが好ましい。
【００４８】
電極パッド部１５０−ｂは、第１電極層１６０から第２導電型半導体層１１０の表面まで延長されている。電極パッド部１５０−ｂは第２導電型半導体層１１０の表面で外部電源と電気的に連結され電極延長部に電流を供給することになるため、第１電極層１６０、第１導電型半導体層１３０、及び活性層１２０とは電気的に分離されることが好ましい。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて絶縁層を形成して行うことが出来る。
【００４９】
電極パッド部１５０−ｂは電極延長部１５０−ａに電流を供給する機能を行うが、他にも第２導電型半導体層１１０と電気的に分離されず直接電流を分散させることがある。電極パッド部１５０−ｂは電極延長部１５０−ａに電流を供給する機能と第２導電型半導体層１１０に電流を分散させる機能中、求められる機能を考慮して第２導電型半導体層１１０と適切に電気的に分離させることが出来る。
【００５０】
電極パッド部１５０−ｂは特に、活性層１２０での断面の面積が第２導電型半導体層１１０の表面での断面の面積より小さいことが好ましいが、これは活性層１２０を最大に確保して発光効率を増加させるためである。しかし、第２導電型半導体層１１０の表面では外部電源（未図示）との連結のために所定の面積を有する必要がある。
【００５１】
電極パッド部１５０−ｂは半導体発光素子１００の中央に位置することがあるが、この場合、電極延長部１５０−ａは出来るだけ電極パッド部１５０−ｂと所定距離離隔されて均一に分散され位置することが好ましい。図３ａを参照すると、電極パッド部１５０−ｂと電極延長部１５０−ａが第２導電型半導体層１１０上に均一に分散されて位置し電流の分散を最適化している。図３ａでは電極パッド部１５０−ｂが１つで、電極延長部１５０−ａが１２個の場合を想定して図示したが、それぞれの数は電気的な連結の状況（例えば、外部電源の位置）及び第２導電型半導体層１１０の厚さなどのような電流分散の状況を考慮して適切に選択することが出来る。
【００５２】
電極延長部１５０−ａが複数個の場合、電極パッド部１５０−ｂと複数個の電極延長部１５０−ａの両方は直接連結されることが出来る。この場合、半導体発光素子１００の中心部に電極パッド部１５０−ｂが形成され、電極延長部１５０−ａがその周りに位置し、電極連結部１５０−ｃは放射状で電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを直接連結させることが出来る。
【００５３】
または複数の電極延長部１５０−ａのうち幾つかの電極延長部１５０−ａは電極パッド部１５０−ｂに直接連結され、残りの電極延長部１５０−ａは電極パッド部１５０−ｂに直接連結された電極延長部１５０−ａと連結され、電極パッド部１５０−ｂとは間接連結されることが出来る。この場合には、さらに多い数の電極延長部１５０−ａを形成することができ、電流分散の効率化を向上させることになる。
【００５４】
図４ａ乃至図４ｃにおいて、電極連結部１５０−ｃは第１電極層１６０上に形成され電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａを連結する。従って、第２電極部１５０の相当の部分が光を発光する活性層１２０の光の進行方向の反対側の後面に位置することになり発光効率を増加させる。特に、図４ｃは、電極連結部１５０−ｃのみ第１電極層１６０上に位置して第２電極部１５０が第１導電型半導体層１３０、活性層１２０、及び第２導電型半導体層１１０上に位置しない状態を表す。従って、図４ｃのような場合、電極パッド部１５０−ｂ及び電極延長部１５０−ａが発光に影響を与えないため発光効率が高い領域になる。図４ｃには特に図示されていないが、第１電極層１６０は導電性基板１４０と接触して外部電源（未図示）に連結されることが出来る。
【００５５】
そして、電極連結部１５０−ｃは第１電極層１６０と電気的に分離されている。第１電極層１６０と第２電極部１５０は相互反対の極性を示す電極であり、外部電源を第１導電型半導体層１３０及び第２導電型半導体層１１０にそれぞれ供給するため、両電極は必ず電気的に分離されなければならない。電気的な分離は誘電体のような絶縁物質を用いて行うことが出来る。
【００５６】
図４ｂにおいて、電極パッド部１５０−ｂが第２導電型半導体層１１０の表面に位置することにより、垂直型の半導体発光素子の特性を表すことができ、図４ｃでは電極連結部１５０−ｃが第１電極層１６０のような平面に位置するため水平型の半導体発光素子の特性を表すことが出来る。従って、半導体発光素子１００は水平型及び垂直型を統合した形態の構造を示すことになる。
【００５７】
図４ａ乃至図４ｃにおいて、第２導電型半導体層１１０はｎ型半導体層で、第２電極部１５０はｎ型電極部であることが出来る。この場合、第１導電型半導体層１３０はｐ型半導体層で、第１電極層１６０はｐ型電極であることが出来る。電極パッド部１５０−ｂ、電極延長部１５０−ａ及び電極連結部１５０−ｃは相互連結されている第２電極部１５０であり、第２電極部１５０がｎ型電極の場合、絶縁物質を用いて絶縁部１７０を形成してｐ型電極である第１電極層１６０と電気的に分離されることが出来る。
【００５８】
図５ａは本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターン１８０が形成された半導体発光素子の発光を表した図面で、図５ｂは本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターン１８０が形成された半導体発光素子での電流分散を表した図面である。
【００５９】
本発明による半導体発光素子１００は、発光された光の進行方向の最外郭の表面が第２導電型半導体層１１０で構成されている。従って、フォトリソグラフィー方法のような公知の方法を用いて表面に凹凸パターンを形成することが容易である。この場合、活性層１２０から発光した光は第２導電型半導体層１１０の表面に形成された凹凸パターン１８０を通過して抽出され、凹凸パターン１８０により光抽出効率が増加する。
【００６０】
凹凸パターン１８０は光結晶構造であることが出来る。光結晶は屈折率が相違する媒質が結晶のように規則的に配列されたものを言うが、このような光結晶は光の波長の倍数の長さ単位の光調節が可能であるため光抽出の効果をさらに高めることが出来る。光結晶構造は第２導電型半導体層１１０を形成し第２電極部１５０まで製造した後に、所定の適切な工程を通して行われることが出来る。例えば、蝕刻工程によって形成されることが出来る。
【００６１】
第２導電型半導体層１１０に凹凸パターン１８０が形成されているとしても電流分散には影響がない。図５ｂを参照すると、電極延長部１５０−ａでの電流分散は凹凸パターン１８０に影響されないためである。それぞれの電極延長部１５０−ａは凹凸パターンの下で電流を分散させ、凹凸パターンは発光された光を抽出して発光効率が高くなる。
【００６２】
表１は、一般の半導体発光素子の発光面積、電流密度及び発光効率を表す。
【００６３】
【表１】
【００６４】
発光面積が高いほど発光効率が高くなるが、発光面積を確保するためには分布された電極の面積が減少しなければならないため、発光面の電流密度は減少する傾向を表す。しかし、このような発光面での電流密度の減少は半導体発光素子の電気的な特性を損なうことがあるという問題点がある。
【００６５】
しかし、このような問題点は本発明での電極延長部を用いた電流分散の確保を通して解消できる。従って、電流密度が減少して発生し得る電気的な特性上の問題点は発光表面まで形成されず、その内部に形成され電流分散を担当する電極延長部を形成させる方法を通して克服できる。従って、本発明による半導体発光素子は所望の電流分散の程度を獲得しながら最大の発光面積を確保して好ましい発光効率を得ることが出来る。
【００６６】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。また、本発明の請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能ということは当該技術分野の通常の知識を有している者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１ａ】従来の水平型半導体発光素子である。
【図１ｂ】従来の垂直型半導体発光素子の断面図である。
【図１ｃ】従来の水平型半導体発光素子である。
【図２】本発明の一実施例による半導体発光素子の斜視図である。
【図３ａ】図２の半導体発光素子の上面図である。
【図３ｂ】図２の半導体発光素子の上面図である。
【図４ａ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＡ−Ａ'の断面図である。
【図４ｂ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＢ−Ｂ'の断面図である。
【図４ｃ】図３ｂに図示された半導体発光素子のＣ−Ｃ'の断面図である。
【図５ａ】本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子の発光を表した図面である。
【図５ｂ】本発明の他の実施例によって表面に凹凸パターンが形成された半導体発光素子での電流分散を表した図面である。
【符号の説明】
【００６８】
１００ 半導体発光素子
１１０ 第２導電型半導体層
１２０ 活性層
１３０ 第１導電型半導体層
１４０ 導電性基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層が順番に積層されて形成された半導体発光素子であって、
前記導電性基板及び前記第１導電型半導体層の間に形成された第１電極層と、
前記第１電極層から前記第２導電型半導体層の表面まで延長され、前記第１電極層、前記第１導電型半導体層及び前記活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極パッド部と、
前記第１電極層から前記第２導電型半導体層内部まで延長され、前記第１電極層、前記第１導電型半導体層、及び前記活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極延長部と、
前記第１電極層と同一層上に形成されるが、前記第１電極層と電気的に分離され、前記電極パッド部及び前記電極延長部を連結する電極連結部を含む第２電極部と、を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記電極パッド部は、前記活性層を横切る断面の面積が前記第２導電型半導体層を横切る断面の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極延長部は、複数個であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の電極延長部は、前記電極パッド部と前記電極連結部を通して直接連結されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の電極延長部のうち少なくとも一つの電極延長部は、前記電極パッド部と連結された電極延長部を通して前記電極パッド部と連結されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記電極延長部は、前記電極パッド部と所定距離離隔されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記電極延長部の前記活性層を横切る断面の面積は、前記電極パッド部の前記活性層を横切る断面の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１電極層は、前記活性層から発生した光を反射させることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１電極層は、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｔのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層は、ＩｎｘＡlｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）系化合物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２導電型半導体層は、凹凸パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第２導電型半導体層は、光結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記導電性基板は、金属性基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記金属性基板は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記導電性基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記半導体基板は、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記導電性基板は、メッキ法を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記導電性基板は、基板接合法を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１】
導電性基板、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層が順番に積層されて形成された半導体発光素子であって、
前記導電性基板及び前記第１導電型半導体層の間に形成された第１電極層と、
前記第１電極層から前記第２導電型半導体層の表面まで延長され、前記第１電極層、前記第１導電型半導体層及び前記活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極パッド部と、
前記第１電極層から前記第２導電型半導体層内部まで延長され、前記第１電極層、前記第１導電型半導体層、及び前記活性層と電気的に分離されている一つまたはそれ以上の電極延長部と、
前記第１電極層と同一層上に形成されるが、前記第１電極層と電気的に分離され、前記電極パッド部及び前記電極延長部を連結する電極連結部を含む第２電極部と、を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記電極パッド部は、前記活性層を横切る断面の面積が前記第２導電型半導体層を横切る断面の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記電極延長部は、複数個であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の電極延長部は、前記電極パッド部と前記電極連結部を通して直接連結されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の電極延長部のうち少なくとも一つの電極延長部は、前記電極パッド部と連結された電極延長部を通して前記電極パッド部と連結されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記電極延長部は、前記電極パッド部と所定距離離隔されて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記電極延長部の前記活性層を横切る断面の面積は、前記電極パッド部の前記活性層を横切る断面の面積より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１電極層は、前記活性層から発生した光を反射させることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１電極層は、Ａｇ、Ａｌ、及びＰｔのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体層及び前記第２導電型半導体層は、ＧａＮ系化合物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記活性層は、ＩｎｘＡlｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）系化合物半導体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第２導電型半導体層は、凹凸パターンが形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第２導電型半導体層は、光結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）構造が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記導電性基板は、金属性基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記金属性基板は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＷのうち何れか一つの金属を含むことを特徴とする請求項１４に記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記導電性基板は、半導体基板であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記半導体基板は、Ｓｉ、Ｇe、及びＧａＡｓのうち何れか一つを含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記導電性基板は、メッキ法を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記導電性基板は、基板接合法を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図２】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図４ｃ】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【公開番号】特開２０１０−１１８６９８（Ｐ２０１０−１１８６９８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３８２５３（Ｐ２０１０−３８２５３）
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【分割の表示】特願２００８−５０１５（Ｐ２００８−５０１５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２４日（２０１０．２．２４）
【分割の表示】特願２００８−５０１５（Ｐ２００８−５０１５）の分割
【原出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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