半導体発光素子
【課題】発光むらが低減された半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の半導体発光素子１は、ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３が積層された半導体層２０と、ｎ型半導体層２１に接続されたｎ側電極３０と、ｐ型半導体層２３上にｐ側透光性電極４４を有し、ｐ側透光性電極４４に接続されたｐ側電極４０と、を備えた半導体発光素子であって、半導体発光素子１を上面から見て、ｐ側電極４０は、ｎ側電極３２を囲むように形成されたｐ側延伸部４６、４７、４８とｐ側パッド電極４２とを有し、ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２とｎ側延伸部３６とを有し、ｎ側延伸部３６はｐ側パッド電極４２方向に向かって延びるｎ側第１延伸部３６とｐ側パッド電極４２方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部３７とを備える。
【解決手段】本発明の半導体発光素子１は、ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３が積層された半導体層２０と、ｎ型半導体層２１に接続されたｎ側電極３０と、ｐ型半導体層２３上にｐ側透光性電極４４を有し、ｐ側透光性電極４４に接続されたｐ側電極４０と、を備えた半導体発光素子であって、半導体発光素子１を上面から見て、ｐ側電極４０は、ｎ側電極３２を囲むように形成されたｐ側延伸部４６、４７、４８とｐ側パッド電極４２とを有し、ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２とｎ側延伸部３６とを有し、ｎ側延伸部３６はｐ側パッド電極４２方向に向かって延びるｎ側第１延伸部３６とｐ側パッド電極４２方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部３７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光むらが低減された半導体発光素子（Light Emitting Device:以下「LED」と記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子において、発光むらを改善させるために、外部電源と接続するｐパッド電極から細長いｐ側電極を延伸させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに発光むらを改善するために、ｐパッド電極から伸びる直線状のｐ側電極と、ｎパッド電極から伸びるｎ側電極とを交互に配列した半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献２〜３参照）。
【０００３】
また、発光領域内部に設けられたｎ側電極を、延伸部を設けたｐ側電極で囲んだ半導体発光素子も知られている（例えば、特許文献４〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８１４２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９７０４号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３９１０号公報
【特許文献５】特開２００３−１７９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献２では電流が供給されるパッドから電極の短部が相当な距離で離隔されるので、他の隣接部分に比して低い光出力を示す部分がある。特許文献３では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献４及び５は電流が供給されるｐパッド電極が一つであるため、ｐパッド電極とｎパッド電極との間の発光と、ｐパッド電極を除く電極とｎパッド電極との間の発光と、で明るさに違いが生じている。
【０００６】
そこで、本発明は発光むらが低減された半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子は、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極とｎ側延伸部とを有し、該ｎ側延伸部は前記ｐ側パッド電極方向に向かって延びるｎ側第１延伸部と前記ｐ側パッド電極方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部とを備える。これにより発光むらを低減することができる。また、Ｖｆを低減することもできる。ここで「ｎ側電極を囲む」とは、Ｏ字のようにｎ側電極を完全に囲っていなくてもよく、Ｃ字のように一部開口していてもよい。
【０００８】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側延伸部は、略Ｔ字状であることが好ましい。これにより発光むらを低減することができる。これは電流せき止め効果によるものと考えられる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は略Ｕ字状であることが好ましい。発光部分を広面積にすることができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側パッド電極方向に対し垂直な方向に延びるｐ側第１延伸部と該ｐ側第１延伸部から垂直な方向に延びるｐ側第２延伸部とを備え、前記ｐ側パッド電極と前記ｎ側第２延伸部との最短距離は、前記ｐ側第２延伸部と前記ｎ側第２延伸部との最短距離よりも長いことが好ましい。ｐ側パッド電極
とｎ側第２延伸部との間の過剰な電流集中を抑制することができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側第１延伸部方向に向かって延びるｐ側第３延伸部を有することが好ましい。これによりｎ側第１延伸部とｐ側延伸部との距離を短くすることができ発光むらをさらに低減することができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極は、前記ｐ側パッド電極よりも大きいことが好ましい。これによりｎ側パッド電極とｐ側第２延伸部との距離を短くすることで発光むらを低減することができるからである。
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極は、少なくとも各２以上複数有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、発光むらを低減することができる。「発光むら」とは、光取出し面側から見たときに、発光部の発光が不均一に見えることであり、例えば光が他と比べて暗部があるものなどをいい、発光むらが改善されるとは、発光部の発光が均一に近づくことをいう。また、Ｖｆを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図５】実施例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図６】実施例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図７】比較例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図８】比較例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図９】実施例１及び２、比較例１及び２に係る半導体発光素子のＶｆ変動のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。また発明を理解しやすくするために、実施形態を分けて説明するが、これらの実施形態はそれぞれ独立するものではなく、共有できるところは他の実施形態の説明を適用できる。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る半導体発光素子について図面を用いて詳述する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。ただし、説明の便宜上、図１と図２は同一縮尺ではない。半導体発光素子の平面を上面と呼ぶ。
【００１３】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子１は、基板１０の上にｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を順に積層した半導体層２０を備えている。半導体発光素子１を上面から見て、ｐ型半導体層２３及び発光層２２を部分的に除去してｎ型半導体層２１を露出させている。通電時、発光部５は、露出されたｎ型半導体層２１を除いてｐ型半導体層２３が発光しているように見える。半導体発光素子１の上面はｎ側パッド電極３２、ｐ側パッド電極４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜５０で覆われている。基板１０の裏面はメタライズ６０が施されている。
【００１４】
半導体発光素子１は、一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０と２つ備えている。
ｐ側電極４０は、ｐ側パッド電極４２と、ｐ側透光性電極４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７、ｐ側第３延伸部４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極４４はｐ型半導体層２３上に備えられており、ｐ側透光性電極４４はｐ側パッド電極４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を２つ並べた形状を成している。
【００１５】
ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７）と、を備えている。ｎ側パッド電極３２は、ｎ型半導体層２１上に備えられており、ｎ側パッド電極３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されたものを２つ有している。ｎ側電極３０は、ｐ側半導体層２３の上面に伸びて、外部電極（図示せず）と電気的に接続される。そして、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３と間には絶縁膜（図示せず）が形成されており、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３との短絡を防止している。
【００１６】
ｐ側パッド電極４２を半導体発光素子１の外周付近に配置している。ワイヤーボンディングを行いやすくするためである。しかし、ｐ側パッド電極４２を半導体発光素子１のやや内側に配置してもよい。例えば、半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｎ側パッド電極３２が配置されている側と対向する一辺からｐ側パッド電極４２の中心までは０．１５〜０．３０の位置に配置してもよい。ｐ側パッド電極４２と最も近い半導体発光素子１の外周までの間も発光しているからである。
【００１７】
ｐ側パッド電極４２及びｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、ｐ型半導体層２３上に備えたｐ側透光性電極４４の表面の一部に形成されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、ｎ側電極３０をＣ字状に囲むように形成されている。ｐ側第１延伸部４６は、ｐ側パッド電極４２からｎ側パッド電極３２に向かう方向に対し垂直な方向に延びており、ｐ側第２延伸部４７はｐ側第１延伸部４６から垂直な方向に延びており、ｐ側第３延伸部４８はｐ側第２延伸部４７から垂直な方向に延びている。ｐ側第１延伸部４６とｐ側第２延伸部４７との交点は丸みを帯びているが、直交していてもよい。ｐ側第２延伸部４７は直線上に延びる部分と先端の湾曲状の部分とを有する。このｐ側第２延伸部４７の先端の湾曲状はｎ側パッド電極３２の円形状と距離を同じにするように円弧状となっていることが好ましい。ｎ側ｐ側パッド電極３２とｐ側第２延伸部４７の先端付近の距離が等距離となり均一に発光しやすいからである。さらにｐ側第３延伸部４８は、ｎ側第１延伸部方向３６に向かって延びている。
【００１８】
また、ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７（３本のうち真ん中は除く）は半導体発光素子１の外周に配置されていることが好ましい。これにより発光面積を広くとることができ、半導体発光素子１の外周が暗くなるのを抑制することができる。
【００１９】
ｎ側パッド電極３２は、発光する領域内に孤立して形成される。ｐ型半導体層２３及び発光層２２を上面から見て円形状にエッチングしている。半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極３２の中心までは０．２０〜０．３５の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極３２の中心とｐ側パッド電極４２の中心との距離は０．７５〜０．６０離れている。より好ましくは、半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極３２の中心までは０．２５〜０．３０の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極３２の中心とｐ側パッド電極４２の中心との距離は０．６５〜０．６０離れている。
【００２０】
ｎ側パッド電極３２及びｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、ｎ型半導体層２１上に形成されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、Ｔ字状に形成されている。ｎ側第１延伸部３６は、ｎ側パッド電極３２からｐ側パッド電極４２に向かって直線上に延びている。ｎ側第２延伸部３７はｎ側第１延伸部３６から垂直な方向に延びている。
ｎ側第１延伸部３６とｐ側第２延伸部４７は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部３７とｐ側第１延伸部４６は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部３７とｐ側第３延伸部４８は平行な部分を有している。
ｎ側第２延伸部３７の長さはｐ側パッド電極４２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。また、ｎ側第２延伸部３７の長さはｎ側パッド電極３２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。
【００２１】
半導体発光素子１を上面から見て、ｎ側パッド電極３２はｐ側パッド電極４２よりも大きい方が好ましい。ｐ側第２延伸部４７とｎ側パッド電極３２との距離を縮めることができるからである。ｐ側第２延伸部４７の先端部分とｎ側パッド電極３２との距離は等距離であることが好ましい。ｐ側第２延伸部４７の直線部分とｎ側第１延伸部３６との距離も等距離であることが好ましい。また、ｐ側第２延伸部４７の先端部分及び直線部分とｐ側第３延伸部４８で囲まれた部分とｎ側パッド電極３２との距離は等距離であってもよいが、ｎ側第１延伸部３６があるため、ｐ側第２延伸部４７の先端方向（ｐ側パッド電極４２と離れる方向）にずれていることが好ましい。ｐ側パッド電極４２とｎ側第２延伸部３７との最短距離は、ｐ側第２延伸部４７の直線部分とｎ側第２延伸部３７との最短距離よりも広いことが好ましい。電流集中を抑制することができるからである。ｎ側第２延伸部３７の長さはｐ側第１延伸部４６の長さの半分であることが好ましく、ｐ側第３延伸部４８の長さはｐ側第１延伸部４６の長さの半分であることが好ましい。ｎ側第２延伸部３７とｐ側第２延伸部４７との距離と、ｐ側第３延伸部４８とｎ側第１延伸部３６との距離が等しくなることが好ましい。
ただし、半導体発光素子１を上面から見て、ｎ側パッド電極３２はｐ側パッド電極４２と同等若しくは小さくすることもできる。ｎ側パッド電極３２を小さくすることで発光部５を拡大することができるからである。このときはｎ側パッド電極３２とｐ側第２延伸部４７との距離を近くすることが好ましい。
【００２２】
一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０とが２つ用いられている。２つのｐ側電極４０を別々に形成しても良いが、ｐ側第２延伸部４７を共通にすることが好ましい。このときｐ側第２延伸部４７の先端はそれぞれに対応するｎ側パッド電極３２と等距離となるように分岐していることが好ましい。
【００２３】
また、２つのｐ側パッド電極４２を有することで上面から見たとき半導体発光素子１を正方形にすることができる。このとき２つのｐ側パッド電極４２の間のｐ側第２延伸部４７を共通にすることでｐ側第２延伸部４７を３本としている。これにより発光むらを低減することができる。これはｐ側第２延伸部４７を４本とした場合、内側２本の間が暗くなるためである。
次に、各構成部材について詳述する。
【００２４】
（基板１０）
基板は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるのに適した材料から形成される。窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した基板としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａ１２Ｏ３）やスピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、またＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド；ＬｉＮｂＯ３、ＮｄＧａＯ３等の酸化物基板、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、半導体成長面がオフアングルした基板、或いは凹凸構造が設けられた基板であってもよい。なお、基板は、最終的に除去することもできる。さらに、透光性を有する基板であれば、半導体素子構造を積層した主面に対向するもう一方の主面側を光取り出し面とすることも可能である。
【００２５】
（半導体層２０）
半導体発光素子を構成する発光部としては、いわゆる発光ダイオード、レーザーダイオードなどが好適である。発光部の形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形又はこれに近い形状のものを利用することができる。特に、三角形、四角形、六角形などの形状であると、半導体発光素子を形成する際に、複数の発光部を緻密に配置できるので好ましい。
【００２６】
発光部の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合等のホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体発光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、多重量子井戸構造としてもよい。発光層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる半導体発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、発光層にドープする不純物の種類を変化させる等によって、紫外領域から赤外領域まで変化させることができる。
【００２７】
発光部に含まれるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層２３は、例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体から形成することができる。特に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層は、窒化物半導体から形成するのが好ましい。
【００２８】
窒化物半導体から成る発光部の具体例としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｎ側クラッド層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｐ側クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を含むことができる。
【００２９】
（ｎ側電極３０、ｐ側電極４０（以下、特に指摘なければ「電極」と呼ぶ））
ｎ側電極はパッド電極と延伸部とにより構成され、ｐ側電極はパッド電極、透光性電極、延伸部とにより構成される。各延伸部は対応するパッド電極と電気的に接続される。よって、延伸部が低抵抗な状態で接続できるように、電極の材料が選択される。電極を積層構造で設ける場合、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせとすることができる。具体的な一例として、窒化物半導体層やｐ側透光性電極４４と接続する側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどを用いて構成することができる。
【００３０】
発光部上のｐ型半導体層に設けられるｐ側透光性電極は、ｐ型半導体層の全面に設けられることが好ましい。発光層からの光は、このｐ側透光性電極を通って外部に放出される。そのため、ｐ側透光性電極には、特に、発光層で発生する光の波長域における光透過率が大きい材料が好適に用いられる。例えば、ｐ側透光性電極としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｗ、Ｔｉから選択される少なくとも１種を含む導電性の酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びこれらの複合酸化物が挙げられる。
【００３１】
（保護膜５０）
保護膜は、ｎ側パッド電極、ｐ側パッド電極の上面の一部を除いて、発光部の全面を覆っている。保護膜の材料として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。保護膜を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。
【００３２】
（メタライズ６０）
半導体発光素子の裏面にはメタライズを施している。半導体層から放出された光を上面側に効率よく反射させるためである。メタライズは基板の全面に反射率の高い材料を設けることが好ましい。メタライズの材料はＡｌ、Ａｇなどである。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と、ｎ側電極、ｐ側電極の数が異なる以外はほぼ同じである。図４は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【００３４】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、基板１１０の上にｎ型半導体層１２１、発光層１２２及びｐ型半導体層１２３を順に積層した半導体層１２０を備えている。半導体発光素子１０１を上面から見て、ｐ型半導体層１２３及び発光層１２２を部分的に除去してｎ型半導体層１２１を露出させている。通電時、発光部１０５は、露出されたｎ型半導体層１２１を除いてｐ型半導体層１２３が発光しているように見える。半導体発光素子１０１の上面はｎ側パッド電極１３２、ｐ側パッド電極１４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜１５０で覆われている。基板１１０の裏面はメタライズ１６０が施されている。
【００３５】
半導体発光素子１０１は、一対のｎ側電極１３０とｐ側電極１４０を備えている。
ｐ側電極１４０は、ｐ側パッド電極１４２と、ｐ側透光性電極１４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極１４４はｐ型半導体層１２３上に備えられており、ｐ側透光性電極１４４はｐ側パッド電極１４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極１４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を成している。ｐ側第２延伸部１４７の先端はｎ側パッド電極１３２と等間隔となるように円弧状となっている。
このように半導体発光素子１０１を上面から見て、長方形であっても発光むらを低減することができる。
【実施例】
【００３６】
実施例１及び２に係る半導体発光素子は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１に基づいている。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。図５は、実施例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図６は、実施例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図７は、比較例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図８は、比較例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図９は実施例１及び２、比較例１及び２に係る半導体発光素子のＶｆ変動のシミュレーション結果である。図５乃至９は有限要素法によりｎ側第２延伸部の効果を比較した結果である。実施例に係る半導体発光素子について説明するに際し、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と同一のところは説明を省略することもある。
【００３７】
実施例１と実施例２はｎ型半導体層２１の厚みが異なる以外は同様の構成を採る。つまり実施例１のｎ型半導体層２１の厚みに対し、実施例２のｎ型半導体層２１の厚みは１／２である。
実施例１及び２に係る半導体発光素子１は、基板１０の上にｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を順に積層した半導体層２０を備えている。半導体発光素子１を上面から見て、ｐ型半導体層２３及び発光層２２を部分的に除去してｎ型半導体層２１を露出させている。半導体発光素子１の上面はｎ側パッド電極３２、ｐ側パッド電極４２の一部を除いて保護膜５０で覆われている。基板１０の裏面はメタライズ６０が施されている。
【００３８】
半導体発光素子１は、一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０と２つ備えている。
ｐ側電極４０は、ｐ側パッド電極４２と、ｐ側透光性電極４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７、ｐ側第３延伸部４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極４４はｐ型半導体層２３上に備えられており、ｐ側透光性電極４４はｐ側パッド電極４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を２つ並べた形状を成している。
ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７）と、を備えている。ｎ側パッド電極３２は、ｎ型半導体層２１上に備えられており、ｎ側パッド電極３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されたものを２つ有している。そして、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３と間には絶縁膜（図示せず）が形成されている。
【００３９】
基板１０にはサファイアを用いる。ｎ型半導体層２１が形成される側のサファイアの上面は凹凸加工がなされている。ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３は窒化物半導体が積層されている。主波長は４０５ｎｍである。半導体発光素子１の大きさは１０００μｍ×１０００μｍ×１５０μｍである。実施例１のｎ型半導体層２１の厚みは６．０μｍであるのに対し、実施例２のｎ型半導体層２１の厚みは３．０μｍである。
ｎ側パッド電極３２は直径１４０μｍであり、ｐ側パッド電極４２は直径１００μｍである。ｎ側パッド電極３２及びｐ側パッド電極４２はＴｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｕを含む積層構造であり、ｐ側透光性電極４４はＩＴＯである。保護膜５０はＳｉＯ２を用い２００ｎｍで被覆している。メタライズ６０はＡｌを用いている。
【００４０】
比較例１はｎ側第２延伸部を有していない以外は実施例１と同様の構成を採る。また同様に、比較例２はｎ側第２延伸部を有していない以外は実施例２と同様の構成を採る。比較例１のｎ型半導体層の厚みは６．０μｍであるのに対し、比較例２のｎ型半導体層の厚みは３．０μｍである。
【００４１】
以上の構成にすることにより、実施例１のｎ側第２延伸部３７を設けた方が比較例１のｎ側第２延伸部を設けないよりも、電流密度分布が均一となっている。特にｎ側第１延伸部３６の周囲の電流密度分布が均一となっている。
また、実施例１の方が、比較例１よりもＶｆが低く抑えられている。特に、実施例１と比較例１の差よりも実施例２と比較例２との差の方が大きく、ｎ型半導体層２１の厚みを薄くしたときにＶｆ低減の効果が顕れている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０１ 半導体発光素子
５、１０５ 発光部
１０、１１０ 基板
２０、１２０ 半導体層
２１、１２１ ｎ型半導体層
２２、１２２ 発光層
２３、１２３ ｐ型半導体層
３０、１３０ ｎ側電極
３２、１３２ ｎ側パッド電極
３６、１３６ ｎ側第１延伸部
３７、１３７ ｎ側第２延伸部
４０、１４０ ｐ側電極
４２、１４２ ｐ側パッド電極
４４、１４４ ｐ側透光性電極
４６、１４６ ｐ側第１延伸部
４７、１４７ ｐ側第２延伸部
４８、１４８ ｐ側第３延伸部
５０、１５０ 保護膜
６０、１６０ メタライズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光むらが低減された半導体発光素子（Light Emitting Device:以下「LED」と記す）に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子において、発光むらを改善させるために、外部電源と接続するｐパッド電極から細長いｐ側電極を延伸させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに発光むらを改善するために、ｐパッド電極から伸びる直線状のｐ側電極と、ｎパッド電極から伸びるｎ側電極とを交互に配列した半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献２〜３参照）。
【０００３】
また、発光領域内部に設けられたｎ側電極を、延伸部を設けたｐ側電極で囲んだ半導体発光素子も知られている（例えば、特許文献４〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８１４２６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１９７０４号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献４】特開２００５−１８３９１０号公報
【特許文献５】特開２００３−１７９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献２では電流が供給されるパッドから電極の短部が相当な距離で離隔されるので、他の隣接部分に比して低い光出力を示す部分がある。特許文献３では一方のパッド電極から延びる電極が他方のパッド電極に直線上に延びていることから電流が集中する部分がある。特許文献４及び５は電流が供給されるｐパッド電極が一つであるため、ｐパッド電極とｎパッド電極との間の発光と、ｐパッド電極を除く電極とｎパッド電極との間の発光と、で明るさに違いが生じている。
【０００６】
そこで、本発明は発光むらが低減された半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子は、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極とｎ側延伸部とを有し、該ｎ側延伸部は前記ｐ側パッド電極方向に向かって延びるｎ側第１延伸部と前記ｐ側パッド電極方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部とを備える。これにより発光むらを低減することができる。また、Ｖｆを低減することもできる。ここで「ｎ側電極を囲む」とは、Ｏ字のようにｎ側電極を完全に囲っていなくてもよく、Ｃ字のように一部開口していてもよい。
【０００８】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側延伸部は、略Ｔ字状であることが好ましい。これにより発光むらを低減することができる。これは電流せき止め効果によるものと考えられる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は略Ｕ字状であることが好ましい。発光部分を広面積にすることができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側パッド電極方向に対し垂直な方向に延びるｐ側第１延伸部と該ｐ側第１延伸部から垂直な方向に延びるｐ側第２延伸部とを備え、前記ｐ側パッド電極と前記ｎ側第２延伸部との最短距離は、前記ｐ側第２延伸部と前記ｎ側第２延伸部との最短距離よりも長いことが好ましい。ｐ側パッド電極
とｎ側第２延伸部との間の過剰な電流集中を抑制することができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側第１延伸部方向に向かって延びるｐ側第３延伸部を有することが好ましい。これによりｎ側第１延伸部とｐ側延伸部との距離を短くすることができ発光むらをさらに低減することができる。
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極は、前記ｐ側パッド電極よりも大きいことが好ましい。これによりｎ側パッド電極とｐ側第２延伸部との距離を短くすることで発光むらを低減することができるからである。
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極は、少なくとも各２以上複数有していることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体発光素子は、発光むらを低減することができる。「発光むら」とは、光取出し面側から見たときに、発光部の発光が不均一に見えることであり、例えば光が他と比べて暗部があるものなどをいい、発光むらが改善されるとは、発光部の発光が均一に近づくことをいう。また、Ｖｆを低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。
【図４】第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【図５】実施例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図６】実施例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図７】比較例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図８】比較例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。
【図９】実施例１及び２、比較例１及び２に係る半導体発光素子のＶｆ変動のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」及び、それらの用語を含む別の用語）を用いる。それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。また発明を理解しやすくするために、実施形態を分けて説明するが、これらの実施形態はそれぞれ独立するものではなく、共有できるところは他の実施形態の説明を適用できる。
【００１２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態に係る半導体発光素子について図面を用いて詳述する。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。ただし、説明の便宜上、図１と図２は同一縮尺ではない。半導体発光素子の平面を上面と呼ぶ。
【００１３】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子１は、基板１０の上にｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を順に積層した半導体層２０を備えている。半導体発光素子１を上面から見て、ｐ型半導体層２３及び発光層２２を部分的に除去してｎ型半導体層２１を露出させている。通電時、発光部５は、露出されたｎ型半導体層２１を除いてｐ型半導体層２３が発光しているように見える。半導体発光素子１の上面はｎ側パッド電極３２、ｐ側パッド電極４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜５０で覆われている。基板１０の裏面はメタライズ６０が施されている。
【００１４】
半導体発光素子１は、一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０と２つ備えている。
ｐ側電極４０は、ｐ側パッド電極４２と、ｐ側透光性電極４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７、ｐ側第３延伸部４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極４４はｐ型半導体層２３上に備えられており、ｐ側透光性電極４４はｐ側パッド電極４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を２つ並べた形状を成している。
【００１５】
ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７）と、を備えている。ｎ側パッド電極３２は、ｎ型半導体層２１上に備えられており、ｎ側パッド電極３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されたものを２つ有している。ｎ側電極３０は、ｐ側半導体層２３の上面に伸びて、外部電極（図示せず）と電気的に接続される。そして、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３と間には絶縁膜（図示せず）が形成されており、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３との短絡を防止している。
【００１６】
ｐ側パッド電極４２を半導体発光素子１の外周付近に配置している。ワイヤーボンディングを行いやすくするためである。しかし、ｐ側パッド電極４２を半導体発光素子１のやや内側に配置してもよい。例えば、半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｎ側パッド電極３２が配置されている側と対向する一辺からｐ側パッド電極４２の中心までは０．１５〜０．３０の位置に配置してもよい。ｐ側パッド電極４２と最も近い半導体発光素子１の外周までの間も発光しているからである。
【００１７】
ｐ側パッド電極４２及びｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、ｐ型半導体層２３上に備えたｐ側透光性電極４４の表面の一部に形成されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、ｎ側電極３０をＣ字状に囲むように形成されている。ｐ側第１延伸部４６は、ｐ側パッド電極４２からｎ側パッド電極３２に向かう方向に対し垂直な方向に延びており、ｐ側第２延伸部４７はｐ側第１延伸部４６から垂直な方向に延びており、ｐ側第３延伸部４８はｐ側第２延伸部４７から垂直な方向に延びている。ｐ側第１延伸部４６とｐ側第２延伸部４７との交点は丸みを帯びているが、直交していてもよい。ｐ側第２延伸部４７は直線上に延びる部分と先端の湾曲状の部分とを有する。このｐ側第２延伸部４７の先端の湾曲状はｎ側パッド電極３２の円形状と距離を同じにするように円弧状となっていることが好ましい。ｎ側ｐ側パッド電極３２とｐ側第２延伸部４７の先端付近の距離が等距離となり均一に発光しやすいからである。さらにｐ側第３延伸部４８は、ｎ側第１延伸部方向３６に向かって延びている。
【００１８】
また、ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７（３本のうち真ん中は除く）は半導体発光素子１の外周に配置されていることが好ましい。これにより発光面積を広くとることができ、半導体発光素子１の外周が暗くなるのを抑制することができる。
【００１９】
ｎ側パッド電極３２は、発光する領域内に孤立して形成される。ｐ型半導体層２３及び発光層２２を上面から見て円形状にエッチングしている。半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極３２の中心までは０．２０〜０．３５の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極３２の中心とｐ側パッド電極４２の中心との距離は０．７５〜０．６０離れている。より好ましくは、半導体発光素子１の一辺を１とした場合、ｐ側パッド電極４２が配置されている側と対向する一辺からｎ側パッド電極３２の中心までは０．２５〜０．３０の位置に配置されている。つまりｎ側パッド電極３２の中心とｐ側パッド電極４２の中心との距離は０．６５〜０．６０離れている。
【００２０】
ｎ側パッド電極３２及びｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、ｎ型半導体層２１上に形成されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、Ｔ字状に形成されている。ｎ側第１延伸部３６は、ｎ側パッド電極３２からｐ側パッド電極４２に向かって直線上に延びている。ｎ側第２延伸部３７はｎ側第１延伸部３６から垂直な方向に延びている。
ｎ側第１延伸部３６とｐ側第２延伸部４７は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部３７とｐ側第１延伸部４６は平行な部分を有している。また、ｎ側第２延伸部３７とｐ側第３延伸部４８は平行な部分を有している。
ｎ側第２延伸部３７の長さはｐ側パッド電極４２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。また、ｎ側第２延伸部３７の長さはｎ側パッド電極３２の直径よりも大きいことが好ましい。これにより電流せき止め効果をより効果的に実現することができるからである。
【００２１】
半導体発光素子１を上面から見て、ｎ側パッド電極３２はｐ側パッド電極４２よりも大きい方が好ましい。ｐ側第２延伸部４７とｎ側パッド電極３２との距離を縮めることができるからである。ｐ側第２延伸部４７の先端部分とｎ側パッド電極３２との距離は等距離であることが好ましい。ｐ側第２延伸部４７の直線部分とｎ側第１延伸部３６との距離も等距離であることが好ましい。また、ｐ側第２延伸部４７の先端部分及び直線部分とｐ側第３延伸部４８で囲まれた部分とｎ側パッド電極３２との距離は等距離であってもよいが、ｎ側第１延伸部３６があるため、ｐ側第２延伸部４７の先端方向（ｐ側パッド電極４２と離れる方向）にずれていることが好ましい。ｐ側パッド電極４２とｎ側第２延伸部３７との最短距離は、ｐ側第２延伸部４７の直線部分とｎ側第２延伸部３７との最短距離よりも広いことが好ましい。電流集中を抑制することができるからである。ｎ側第２延伸部３７の長さはｐ側第１延伸部４６の長さの半分であることが好ましく、ｐ側第３延伸部４８の長さはｐ側第１延伸部４６の長さの半分であることが好ましい。ｎ側第２延伸部３７とｐ側第２延伸部４７との距離と、ｐ側第３延伸部４８とｎ側第１延伸部３６との距離が等しくなることが好ましい。
ただし、半導体発光素子１を上面から見て、ｎ側パッド電極３２はｐ側パッド電極４２と同等若しくは小さくすることもできる。ｎ側パッド電極３２を小さくすることで発光部５を拡大することができるからである。このときはｎ側パッド電極３２とｐ側第２延伸部４７との距離を近くすることが好ましい。
【００２２】
一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０とが２つ用いられている。２つのｐ側電極４０を別々に形成しても良いが、ｐ側第２延伸部４７を共通にすることが好ましい。このときｐ側第２延伸部４７の先端はそれぞれに対応するｎ側パッド電極３２と等距離となるように分岐していることが好ましい。
【００２３】
また、２つのｐ側パッド電極４２を有することで上面から見たとき半導体発光素子１を正方形にすることができる。このとき２つのｐ側パッド電極４２の間のｐ側第２延伸部４７を共通にすることでｐ側第２延伸部４７を３本としている。これにより発光むらを低減することができる。これはｐ側第２延伸部４７を４本とした場合、内側２本の間が暗くなるためである。
次に、各構成部材について詳述する。
【００２４】
（基板１０）
基板は、半導体結晶をエピタキシャル成長させるのに適した材料から形成される。窒化物半導体のエピタキシャル成長に適した基板としては、Ｃ面、Ａ面、Ｒ面のいずれかを主面とするサファイア（Ａ１２Ｏ３）やスピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、またＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド；ＬｉＮｂＯ３、ＮｄＧａＯ３等の酸化物基板、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）等が挙げられる。また、半導体成長面がオフアングルした基板、或いは凹凸構造が設けられた基板であってもよい。なお、基板は、最終的に除去することもできる。さらに、透光性を有する基板であれば、半導体素子構造を積層した主面に対向するもう一方の主面側を光取り出し面とすることも可能である。
【００２５】
（半導体層２０）
半導体発光素子を構成する発光部としては、いわゆる発光ダイオード、レーザーダイオードなどが好適である。発光部の形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、多角形又はこれに近い形状のものを利用することができる。特に、三角形、四角形、六角形などの形状であると、半導体発光素子を形成する際に、複数の発光部を緻密に配置できるので好ましい。
【００２６】
発光部の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合等のホモ構造、ヘテロ結合あるいはダブルヘテロ結合のものが挙げられる。また、半導体発光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、多重量子井戸構造としてもよい。発光層には、Ｓｉ、Ｇｅ等のドナー不純物及び／又はＺｎ、Ｍｇ等のアクセプター不純物がドープされる場合もある。得られる半導体発光素子の発光波長は、半導体の材料、混晶比、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ含有量、発光層にドープする不純物の種類を変化させる等によって、紫外領域から赤外領域まで変化させることができる。
【００２７】
発光部に含まれるｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層２３は、例えば、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化物半導体、III−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等、種々の半導体から形成することができる。特に、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層は、窒化物半導体から形成するのが好ましい。
【００２８】
窒化物半導体から成る発光部の具体例としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｎ側クラッド層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子構造のｐ側クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を含むことができる。
【００２９】
（ｎ側電極３０、ｐ側電極４０（以下、特に指摘なければ「電極」と呼ぶ））
ｎ側電極はパッド電極と延伸部とにより構成され、ｐ側電極はパッド電極、透光性電極、延伸部とにより構成される。各延伸部は対応するパッド電極と電気的に接続される。よって、延伸部が低抵抗な状態で接続できるように、電極の材料が選択される。電極を積層構造で設ける場合、例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせとすることができる。具体的な一例として、窒化物半導体層やｐ側透光性電極４４と接続する側からＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｒｈなどを用いて構成することができる。
【００３０】
発光部上のｐ型半導体層に設けられるｐ側透光性電極は、ｐ型半導体層の全面に設けられることが好ましい。発光層からの光は、このｐ側透光性電極を通って外部に放出される。そのため、ｐ側透光性電極には、特に、発光層で発生する光の波長域における光透過率が大きい材料が好適に用いられる。例えば、ｐ側透光性電極としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｗ、Ｔｉから選択される少なくとも１種を含む導電性の酸化物、具体的には、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２及びこれらの複合酸化物が挙げられる。
【００３１】
（保護膜５０）
保護膜は、ｎ側パッド電極、ｐ側パッド電極の上面の一部を除いて、発光部の全面を覆っている。保護膜の材料として、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を用いることができる。保護膜を備えることにより、ショート等を防ぎ、歩留まりや信頼性を向上することができる。
【００３２】
（メタライズ６０）
半導体発光素子の裏面にはメタライズを施している。半導体層から放出された光を上面側に効率よく反射させるためである。メタライズは基板の全面に反射率の高い材料を設けることが好ましい。メタライズの材料はＡｌ、Ａｇなどである。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と、ｎ側電極、ｐ側電極の数が異なる以外はほぼ同じである。図４は、第２の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。
【００３４】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１０１は、基板１１０の上にｎ型半導体層１２１、発光層１２２及びｐ型半導体層１２３を順に積層した半導体層１２０を備えている。半導体発光素子１０１を上面から見て、ｐ型半導体層１２３及び発光層１２２を部分的に除去してｎ型半導体層１２１を露出させている。通電時、発光部１０５は、露出されたｎ型半導体層１２１を除いてｐ型半導体層１２３が発光しているように見える。半導体発光素子１０１の上面はｎ側パッド電極１３２、ｐ側パッド電極１４２の一部を除いて短絡防止のために絶縁性の保護膜１５０で覆われている。基板１１０の裏面はメタライズ１６０が施されている。
【００３５】
半導体発光素子１０１は、一対のｎ側電極１３０とｐ側電極１４０を備えている。
ｐ側電極１４０は、ｐ側パッド電極１４２と、ｐ側透光性電極１４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７、ｐ側第３延伸部１４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極１４４はｐ型半導体層１２３上に備えられており、ｐ側透光性電極１４４はｐ側パッド電極１４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極１４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部１４６、ｐ側第２延伸部１４７，ｐ側第３延伸部１４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を成している。ｐ側第２延伸部１４７の先端はｎ側パッド電極１３２と等間隔となるように円弧状となっている。
このように半導体発光素子１０１を上面から見て、長方形であっても発光むらを低減することができる。
【実施例】
【００３６】
実施例１及び２に係る半導体発光素子は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１に基づいている。図１は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略平面図である。図２は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略断面図である。図３は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を示す概略斜視図である。図５は、実施例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図６は、実施例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図７は、比較例１に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図８は、比較例２に係る半導体発光素子の発光分布を示すシミュレーション図である。図９は実施例１及び２、比較例１及び２に係る半導体発光素子のＶｆ変動のシミュレーション結果である。図５乃至９は有限要素法によりｎ側第２延伸部の効果を比較した結果である。実施例に係る半導体発光素子について説明するに際し、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と同一のところは説明を省略することもある。
【００３７】
実施例１と実施例２はｎ型半導体層２１の厚みが異なる以外は同様の構成を採る。つまり実施例１のｎ型半導体層２１の厚みに対し、実施例２のｎ型半導体層２１の厚みは１／２である。
実施例１及び２に係る半導体発光素子１は、基板１０の上にｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３を順に積層した半導体層２０を備えている。半導体発光素子１を上面から見て、ｐ型半導体層２３及び発光層２２を部分的に除去してｎ型半導体層２１を露出させている。半導体発光素子１の上面はｎ側パッド電極３２、ｐ側パッド電極４２の一部を除いて保護膜５０で覆われている。基板１０の裏面はメタライズ６０が施されている。
【００３８】
半導体発光素子１は、一対のｎ側電極３０とｐ側電極４０と２つ備えている。
ｐ側電極４０は、ｐ側パッド電極４２と、ｐ側透光性電極４４と、ｐ側延伸部（ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７、ｐ側第３延伸部４８）と、を備えている。ｐ側透光性電極４４はｐ型半導体層２３上に備えられており、ｐ側透光性電極４４はｐ側パッド電極４２と電気的に接続されており、ｐ側パッド電極４２はｐ側延伸部と電気的に接続されている。ｐ側第１延伸部４６、ｐ側第２延伸部４７，ｐ側第３延伸部４８は、連続的に形成されており、Ｕ字状を２つ並べた形状を成している。
ｎ側電極３０は、ｎ側パッド電極３２と、ｎ側延伸部（ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７）と、を備えている。ｎ側パッド電極３２は、ｎ型半導体層２１上に備えられており、ｎ側パッド電極３２はｎ側延伸部と電気的に接続されている。ｎ側第１延伸部３６、ｎ側第２延伸部３７は、連続的に形成されており、Ｔ字状に形成されたものを２つ有している。そして、ｎ側電極３０とｐ型半導体層２３と間には絶縁膜（図示せず）が形成されている。
【００３９】
基板１０にはサファイアを用いる。ｎ型半導体層２１が形成される側のサファイアの上面は凹凸加工がなされている。ｎ型半導体層２１、発光層２２及びｐ型半導体層２３は窒化物半導体が積層されている。主波長は４０５ｎｍである。半導体発光素子１の大きさは１０００μｍ×１０００μｍ×１５０μｍである。実施例１のｎ型半導体層２１の厚みは６．０μｍであるのに対し、実施例２のｎ型半導体層２１の厚みは３．０μｍである。
ｎ側パッド電極３２は直径１４０μｍであり、ｐ側パッド電極４２は直径１００μｍである。ｎ側パッド電極３２及びｐ側パッド電極４２はＴｉ、Ｒｈ、Ｗ、Ａｕを含む積層構造であり、ｐ側透光性電極４４はＩＴＯである。保護膜５０はＳｉＯ２を用い２００ｎｍで被覆している。メタライズ６０はＡｌを用いている。
【００４０】
比較例１はｎ側第２延伸部を有していない以外は実施例１と同様の構成を採る。また同様に、比較例２はｎ側第２延伸部を有していない以外は実施例２と同様の構成を採る。比較例１のｎ型半導体層の厚みは６．０μｍであるのに対し、比較例２のｎ型半導体層の厚みは３．０μｍである。
【００４１】
以上の構成にすることにより、実施例１のｎ側第２延伸部３７を設けた方が比較例１のｎ側第２延伸部を設けないよりも、電流密度分布が均一となっている。特にｎ側第１延伸部３６の周囲の電流密度分布が均一となっている。
また、実施例１の方が、比較例１よりもＶｆが低く抑えられている。特に、実施例１と比較例１の差よりも実施例２と比較例２との差の方が大きく、ｎ型半導体層２１の厚みを薄くしたときにＶｆ低減の効果が顕れている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明の半導体発光素子は、照明用光源、各種インジケーター用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、液晶のバックライト用光源、センサー用光源、信号機、車載部品、看板用チャンネルレター等、種々の光源に使用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０１ 半導体発光素子
５、１０５ 発光部
１０、１１０ 基板
２０、１２０ 半導体層
２１、１２１ ｎ型半導体層
２２、１２２ 発光層
２３、１２３ ｐ型半導体層
３０、１３０ ｎ側電極
３２、１３２ ｎ側パッド電極
３６、１３６ ｎ側第１延伸部
３７、１３７ ｎ側第２延伸部
４０、１４０ ｐ側電極
４２、１４２ ｐ側パッド電極
４４、１４４ ｐ側透光性電極
４６、１４６ ｐ側第１延伸部
４７、１４７ ｐ側第２延伸部
４８、１４８ ｐ側第３延伸部
５０、１５０ 保護膜
６０、１６０ メタライズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、
前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、
前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子を上面から見て、
前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、
前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極とｎ側延伸部とを有し、該ｎ側延伸部は前記ｐ側パッド電極方向に向かって延びるｎ側第１延伸部と前記ｐ側パッド電極方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側延伸部は、略Ｔ字状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３】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は略Ｕ字状であ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】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側パッド電極方向に対し垂直な方向に延びるｐ側第１延伸部と該ｐ側第１延伸部から垂直な方向に延びるｐ側第２延伸部とを備え、
前記ｐ側パッド電極と前記ｎ側第２延伸部との最短距離は、前記ｐ側第２延伸部と前記ｎ側第２延伸部との最短距離よりも長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側第１延伸部方向に向かって延びるｐ側第３延伸部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極は、前記ｐ側パッド電極よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極は、少なくとも各２以上複数有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１】
ｎ型半導体層及びｐ型半導体層が積層された半導体層と、
前記ｎ型半導体層に接続されたｎ側電極と、
前記ｐ型半導体層上にｐ側透光性電極を有し、該ｐ側透光性電極に接続されたｐ側電極と、を備えた半導体発光素子であって、
前記半導体発光素子を上面から見て、
前記ｐ側電極は、前記ｎ側電極を囲むように形成されたｐ側延伸部とｐ側パッド電極とを有し、
前記ｎ側電極は、ｎ側パッド電極とｎ側延伸部とを有し、該ｎ側延伸部は前記ｐ側パッド電極方向に向かって延びるｎ側第１延伸部と前記ｐ側パッド電極方向と異なる方向に延びるｎ側第２延伸部とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側延伸部は、略Ｔ字状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３】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は略Ｕ字状であ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】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側パッド電極方向に対し垂直な方向に延びるｐ側第１延伸部と該ｐ側第１延伸部から垂直な方向に延びるｐ側第２延伸部とを備え、
前記ｐ側パッド電極と前記ｎ側第２延伸部との最短距離は、前記ｐ側第２延伸部と前記ｎ側第２延伸部との最短距離よりも長いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｐ側延伸部は前記ｎ側第１延伸部方向に向かって延びるｐ側第３延伸部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体発光素子を上面から見て、前記ｎ側パッド電極は、前記ｐ側パッド電極よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ側電極及び前記ｐ側電極は、少なくとも各２以上複数有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図９】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６４７８２（Ｐ２０１２−１６４７８２Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３４９１（Ｐ２０１１−２３４９１）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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