特許 5961377 半導体発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5961377

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】半導体発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20160719BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/38

【請求項の数】8

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-279770(P2011-279770)

(22)【出願日】2011年12月21日

(65)【公開番号】特開2013-131612(P2013-131612A)

(43)【公開日】2013年7月4日

【審査請求日】2014年12月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001025

【氏名又は名称】特許業務法人レクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梁 吉鎬

(72)【発明者】

【氏名】河合 良介

【審査官】 吉野 三寛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４３６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１８７６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２９８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５４３０６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２１０３４５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１０３６９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光層を含む半導体積層体と、前記半導体積層体の光取り出し面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極構造体と、を有する半導体発光素子であって、
前記電極構造体は、外部から電流供給を受ける接続電極と、前記接続電極に接続され、前記絶縁層に開けられた開口から露出する前記半導体積層体表面に接触するコンタクト領域と前記絶縁層上に載り上げるように形成された非コンタクト領域とを有して前記半導体積層体の表面に沿って伸張する配線電極と、を有し、
前記配線電極と前記半導体積層体との接触領域の面積は、前記接続電極との接続端から前記配線電極の伸張方向に沿って増加しており、
前記配線電極は、前記接続電極との接続端から前記配線電極の伸張方向に沿って前記非コンタクト領域が減少するように構成されていることを特徴とする半導体発光素子。

【請求項2】

前記接触領域の幅は、前記接続電極との接続端において前記配線電極の幅よりも小であり、かつ前記配線電極の伸張方向に増加してい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】

前記接触領域の幅は前記配線電極の伸張方向にリニアに増加していることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。

【請求項4】

前記配線電極は前記配線電極の伸張方向に垂直な方向において一定の配線電極幅を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。

【請求項5】

前記配線電極と前記半導体積層体との接触抵抗が１×１０^-5Ωｃｍ²以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。

【請求項6】

前記配線電極は、前記接続電極との接続端から伸張する第１の電極部と、前記第１の電極部からさらに伸張する第２の電極部とからなり、前記第１の電極部と前記半導体積層体との接触領域の面積は前記接続電極との接続端から前記第１の電極部の伸張方向に増加していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。

【請求項7】

前記電極構造体は、複数の前記配線電極を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。

【請求項8】

発光層を含む半導体積層体と、前記半導体積層体の光取り出し面上に設けられた絶縁層と、前記絶縁層上に設けられた電極構造体と、を有する半導体発光素子であって、
前記電極構造体は、外部から電流供給を受ける接続電極と、前記接続電極に接続され、前記絶縁層に開けられた開口から露出する前記半導体積層体表面に部分的に接触しつつ前記半導体積層体の表面に沿って伸張する配線電極と、を有し、
前記配線電極は前記配線電極の伸張方向に垂直な方向において一定の配線電極幅を有し、前記配線電極と前記半導体積層体との接触領域の面積は、前記接続電極との接続端から前記配線電極の伸張方向に沿って増加していることを特徴とする半導体発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子に関し、特に、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの半導体発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子では、素子表面の半導体層（又はコンタクト層）上にパッド電極などの接続電極を設け、接続電極を介して外部からの供給電流を半導体発光素子に注入して発光させる。そして、コンタクト層上に当該接続電極に接続された配線電極を設け、半導体発光素子に電流を注入する構成が採られている。

【0003】

半導体素子表面が光取り出し層となるＬＥＤにおいては、半導体層面内に均一に電流を流すことが重要である。特に、近年、ＬＥＤの高輝度化、高効率化の要請などにより、ＬＥＤの大面積化が図られている。また、例えば、サファイアなどの成長用基板上にＧａＮ系化合物半導体からなる半導体層を成長した後、成長層を基板から分離して形成される、いわゆるシンフィルムＬＥＤが製造されている。このようなＬＥＤにおいては、半導体層面内における電流集中を防ぎ、均一な電流分布を得ることが高性能な素子を得る上で極めて重要である。

【0004】

例えば、特許文献１には、ボンディングパッドから離れるにつれて配線電極の幅を細く（狭く）したＬＥＤが開示されている。また、特許文献２には、パッド部から線状に延びる複数次数の分枝からなる配線電極を有するＬＥＤが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２００８−５４３０６８号公報

【特許文献2】特開平０５−１４５１１９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記したような従来の発光装置においては、特許文献１に記載のように、配線電極自体を段階的に細くすると配線抵抗が高くなり、素子駆動電圧の上昇の原因となる。また、大電流を流すと配線電極を細くした部分に熱が発生し配線電極自体が切れてしまう原因となる。加えて、配線電極を細くするとパターニングが困難となるとともに、電極剥がれの原因ともなる。また、特許文献２に記載のような電極構造では、配線電極を枝別れさせるため、パターンが複雑化しパターニングが困難となる。また、配線電極が増加した分、発光が遮られ、発光強度の低下の原因ともなる。

【0007】

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来の発光素子の問題を解決し、電流集中及び素子駆動電圧の上昇を防いで発光層に均一に電流を拡散・注入可能な、高輝度で高発光効率を有する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】

【0008】

本発明の半導体発光素子は、発光層を含む半導体積層体と、半導体積層体の光取り出し面上に設けられた絶縁層と、絶縁層上に設けられた電極構造体と、を有する半導体発光素子であって、
上記電極構造体は、外部から電流供給を受ける接続電極と、接続電極に接続され、絶縁層に開けられた開口から露出する半導体積層体表面に接触するコンタクト領域と絶縁層上に載り上げるように形成された非コンタクト領域とを有して半導体積層体の表面に沿って伸張する配線電極と、を有し、配線電極と半導体積層体との接触領域の面積は、接続電極との接続端から配線電極の伸張方向に沿って増加しており、配線電極は、接続電極との接続端から配線電極の伸張方向に沿って非コンタクト領域が減少するように構成されていることを特徴としている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ実施例１による電極構造Ｅ１を模式的に示す上面図、図１（ａ）のＶ１−Ｖ１線及びＶ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。

【図2】（ａ）は、比較例１の電極構造Ｃ１を模式的に示す上面図であり，（ｂ），（ｃ）は断面図である。

【図3】（ａ）は、比較例２の電極構造Ｃ２を模式的に示す上面図であり，（ｂ），（ｃ）は断面図である。

【図4】（ａ），（ｂ）は、それぞれシミュレーションモデル及び等価回路を模式的に示す図である。

【図5】比較例１の電極構造Ｃ１及び比較例２の電極構造Ｃ２についてのシミュレーション結果を示す図である。

【図6】比較例２の電極構造Ｃ２について、さらに低い接触抵抗の場合のシミュレーション結果を示す図である。

【図7】実施例１の、電極構造Ｅ１についてのシミュレーション結果を示す図である。

【図8】電極構造Ｅ１及び電極構造Ｃ２の駆動電圧を比較したグラフである。

【図9】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例２の電極構造Ｅ２の上面図及び電極構造Ｅ２を有するＬＥＤの部分的断面図である。

【図10】（ａ）は、図９（ａ）の第１の配線電極６１の部分（領域Ｐ２）を拡大して示す平面図であり、（ｂ），（ｃ）は断面図である。

【図11】実施例２の電極構造を有するＬＥＤ（実施例）に駆動電流を流し、光強度分布を測定した結果を示す図である。

【図12】比較例１の電極構造を有するＬＥＤ（比較例）に駆動電流を流し、光強度分布を測定した結果を示す図である。

【図13】（ａ）は、実施例３による、コンタクト面積が等価的に増加するように構成された配線電極の一例を示す電極構造Ｅ３を模式的に示す上面図であり、（ｂ），（ｃ）は、断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下においては、本発明の好適な実施例について説明するが、これらを適宜改変し、組合せてもよい。また、以下に説明する図において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。

【実施例1】

【0011】

図１（ａ）は、本発明の実施例１による、発光素子の基本的な電極構造（以下、電極構造Ｅ１ともいう。）を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）のＶ１−Ｖ１線及びＶ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。より詳細には、半導体層１１上に絶縁層１２が形成されている。絶縁層１２上には、ボンディングワイヤなどによって外部回路に接続されて電流供給を受ける接続電極であるパッド電極１４が形成されている。また、パッド電極１４に電気的に接続された配線電極１５が形成されている。配線電極１５は、パッド電極１４との接続部から絶縁層１２上を半導体層１１の表面に沿って伸張し、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、パッド電極１４との接続端部において幅Ｗ１を有し、終端部（又は遠端部）において幅Ｗ２を有している。なお、以下においては、配線電極１５の幅が一定（すなわちＷ１＝Ｗ２＝Ｗ）の場合を例に説明する。しかし、配線電極１５の幅は、パッド電極１４との接続端部から終端部まで変化、例えば、線形（リニア）に変化していてもよい。また、配線電極の幅、及び後述するコンタクト領域の幅は、配線電極の伸長方向に垂直な方向における幅として定義する。

【0012】

また、図１（ａ）に、配線電極１５と半導体層１１との接触（コンタクト）領域１６を破線で示している。すなわち、配線電極１５は、パッド電極１４との接続端部１５Ａにおいて、配線電極１５の幅Ｗよりも狭い幅Ｄ１（Ｄ１＜Ｗ）で半導体層１１に接触しており、終端部１５Ｂにおいて幅Ｄ２（Ｄ２＜Ｗ又はＤ２＝Ｗ）で半導体層１１に接触している。コンタクト領域１６の幅Ｄは接続端部１５Ａから終端部１５Ｂまで、配線電極１５の伸張（長手）方向に向かって、リニアに増加している。より具体的には、パッド電極１４との接続端部１５Ａから終端部１５Ｂまでその幅ＤがＤ１からＤ２に伸張方向にリニアに増加する開口（幅：Ｄ）が絶縁層１２に設けられ、当該開口から露出する半導体層１１に配線電極１５が接触（オーミックコンタクト）している。また、例えば、図１（ｂ）に示すように、配線電極１５は、コンタクト領域１６の外側の領域は、絶縁層１２上にその両側が載り上げるように形成されている非接触（非コンタクト領域）である。すなわち、配線電極１５は、絶縁層１２に開けられた開口から露出する半導体層１１に表面にその一部が部分的に接触しつつ半導体層１１の表面に沿って伸張している。

【0013】

また、図２（ａ）は、実施例１の電極構造Ｅ１に対する比較例１の電極構造（以下、電極構造Ｃ１ともいう。）を模式的に示す上面図であり、図２（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）のＶ１−Ｖ１線及びＶ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。同様に、図３（ａ）は、実施例１の電極構造Ｅ１の比較例２の電極構造（以下、電極構造Ｃ２ともいう。）を模式的に示す上面図であり、図３（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）のＶ１−Ｖ１線及びＶ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。

【0014】

比較例１の電極構造Ｃ１においては、配線電極２１は、パッド電極１４との接続端部２１Ａから終端部２１Ｂまで一定の幅Ｗ１１を有するとともに、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、配線電極２１は、接続端部２１Ａから終端部２１Ｂまでの全領域で半導体層１１に接触し（すなわちコンタクト幅Ｄ＝Ｗ１１）、非コンタクト領域を有しない。具体的には、パッド電極１４との接続端部２１Ａから終端部２１Ｂまで配線電極２１の伸長方向に一定の幅Ｗ１１を有する開口が絶縁層１２に設けられ、当該開口から露出する半導体層１１に配線電極２１の全領域が接触している。

【0015】

比較例２の電極構造（以下、電極構造Ｃ２ともいう。）においては、配線電極２２は、パッド電極１４との接続端部２２Ａから終端部２２Ｂまでその幅がＷ２１からＷ２２に伸張方向にリニアに増加するとともに、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、配線電極２２は、接続端部２２Ａから終端部２２Ｂまでの全領域で半導体層１１に接触し、非コンタクト領域を有しない。すなわちコンタクト幅Ｄも、接続端部２２Ａから終端部２２ＢまでＷ２１からＷ２２にリニアに増加している。具体的には、パッド電極１４との接続端部２２Ａから終端部２２Ｂまでその幅がＷ２１からＷ２２に配線電極２２の伸長方向に沿ってリニアに増加する開口が絶縁層１２に設けられ、当該開口から露出する半導体層１１に配線電極２２が接触している。

【0016】

［シミュレーション］
１．シミュレーションモデル
上記した実施例１の電極構造Ｅ１、及び比較例１、２の電極構造Ｃ１、Ｃ２について、電流分布のシミュレーションを行った。図４（ａ），（ｂ）は、それぞれシミュレーションに用いたシミュレーションモデル及び等価回路を模式的に示す図である。図４（ａ）に示すように、配線電極をその伸張方向（すなわち、パッド電極との接続端部から終端部方向）にＮ分割し（ここでは、Ｎ＝100とした）、図４（ｂ）に示すように、それぞれの分割位置で配線電極に流れる電流、当該配線電極から分岐した配線電極に流れる電流を計算していくことによって各分割位置において半導体に流れる電流を算出することができ、配線電極の伸張方向に沿った電流分布を求めることができる。

【0017】

図４（ｂ）の等価回路において、Ｒｃ(j)は金属−半導体間の抵抗（ｊ＝1,2,..,N）、Ｒｍ(k)は配線抵抗（ｋ＝1,2,..,N-1）、Ｖ0はパッド電極１４への印加電圧、Ｉ0はパッド電極１４からの注入電流である。金属−半導体間の抵抗Ｒｃは、金属−半導体間の接触抵抗より次のように求めることができる。すなわち、Ｒｃ＝接触抵抗／（配線電極の半導体との接触線幅×分割長さ）として求めることができる。一方、配線抵抗Ｒｍは、Ｒｍ＝抵抗率×分割長さ／（配線電極の厚さ×配線電極の幅）で表わすことができる。それぞれの抵抗値を求め、配線電極全体に流れる電流を定義することによってそれぞれの位置で流れる電流値、電圧値をオームの法則より求めることができる。この方法を用いて各位置の半導体に流れる電流を求めることによって電流分布を算出する。なお、配線電極の電流値の最大値と最小値の差分をとり、最大値を100％と定義した時の最大値との差を電流不均一度と定義し、例えば、電流不均一度を10％以下にすることを目的（すなわち、均一電流分布）とする。

【0018】

なお、配線電極の抵抗率を２×１０^-8Ωｍ、注入電流Ｉ0＝350ｍＡ、配線電極の厚さを３μｍ、配線電極の長さＬを７５０μｍと仮定し、接触抵抗をパラメータとしてシミュレーションを行った。また、半導体１１の裏面全体に接続された第２の電極１９（配線電極と反対極性）についても配線電極の抵抗率と同じ値とした。なお、図１（ａ）−（ｃ）ないし図３（ａ）−（ｃ）（電極構造Ｅ１、電極構造Ｃ１、Ｃ２）においては、当該裏面電極については図示を省略している。

【0019】

２．シミュレーション結果
２．１ 比較例１の電極構造（Ｃ１）
比較例１の電極構造Ｃ１では、前述のように、配線電極２１は一定の幅Ｗ１１を有する。配線電極２１の幅Ｗ１１＝１０μｍとした場合のシミュレーション結果を図５に示す。縦軸は電流不均一（％）である。当該電流不均一（％）は、算出された電流値の最大値と最小値の差分をとり、最大値を100％と定義したときの最大値とのズレとして定義した。横軸は半導体と配線電極の接触抵抗である。接触抵抗が２×１０^-4Ωｃｍ²（以下、２Ｅ−４Ωｃｍ²のように指数表記する場合がある。）以上である場合に電流不均一が10％以下に抑えられ、電流が均一に流れることが分かる。しかし、比較例の電極構造Ｃ１では、接触抵抗が高いため、駆動電圧が高くなるというデメリットが生じる。

【0020】

２．２ 比較例２の電極構造（Ｃ２）
比較例２の電極構造Ｃ２では、前述のように、配線電極２２は、パッド電極１４との接続端部２２Ａから終端部２２Ｂまでその幅がＷ２１からＷ２２に長手方向にリニアに増加し、またその全領域で半導体層１１に接触している。電極構造Ｃ１では、接触抵抗が２×１０^-4Ωｃｍ²以下の場合には電流不均一を抑制できないことがわかる。電極構造Ｃ２は、ボンディングパッドから枝別れする配線電極を電流が集中する部分の幅を狭くすることによって、その部分の配線抵抗を高くし電流を均一に流す構造である。なお、接続端部２２Ａにおける配線電極２２の幅Ｗ２１を９μｍ、終端部２２Ｂにおける配線電極２２の幅Ｗ２２を１０μｍとしてシミュレーションを行った。

【0021】

図５に示すように、接触抵抗が１×１０^-4Ωｃｍ²以下であっても電流不均一を10％以下に抑えられることがわかる。また、接触抵抗が４×１０^-4Ωｃｍ²以下の場合に、電極構造Ｃ１よりも電流不均一が小さいことがわかる。従って、電極構造Ｃ２は接触抵抗が４×１０^-4Ωｃｍ²以下の場合に有効であることがわかる。

【0022】

次に、図６に、さらに低い接触抵抗の場合の配線電極の電極構造Ｃ２についてシミュレーションを行った結果を示す。縦軸は、図５の場合と同様に、電流不均一（％）である。横軸は、配線電極２２の接続端部２２Ａの幅Ｗ２１及び終端部２２Ｂの幅Ｗ２２を、「Ｗ２１−Ｗ２２」のように表記して示している。また、接触抵抗が、１×１０^-3、５×１０^-4、１×１０^-4、５×１０^-5、１×１０^-5Ωｃｍ²の場合のシミュレーション結果である。

【0023】

接触抵抗が１×１０^-4Ωｃｍ²では、接続端部２２Ａ及び終端部２２Ｂの幅（Ｗ２１−Ｗ２２）が８μｍ−１０μｍの場合に電流不均一が最も小さい（すなわち、電流均一度が高い）。接触抵抗が５×１０^-5Ωｃｍ²では、７μｍ−１０μｍの構造の場合に電流不均一が最も小さい。しかし、接触抵抗が１×１０^-5Ωｃｍ²の場合では、電流不均一を１０％以下に抑制することはできないが、パッド電極１４との接続端部２２Ａにおける配線電極幅Ｗ２１を小さく（狭く）することによって電流不均一が改善されることが分かる。しかし、配線電極幅を狭くし過ぎると電流が集中して配線電極が断線したり、パターニングが困難になるという問題がある。また、配線電極自体を狭くしていることによって配線抵抗が高くなり駆動電圧が上昇するという問題がある。

【0024】

２．３ 実施例１の電極構造（Ｅ１）
実施例１の電極構造Ｅ１は、絶縁層１２を利用し、配線電極１５と半導体層１１との接触面積を電流集中部である接続端部１５Ａにおいて小さくすることによって電流不均一を改善する構造である。すなわち、接続端部１５Ａにおいて接触面積が小さくなると半導体と配線電極との間の抵抗が高くなるため配線電極１５の伸長方向における電流分布を均一化できる。図７に、電極構造Ｅ１についてシミュレーションを行った結果を示す。縦軸は、電流不均一（％）である。横軸は、配線電極１５の接続端部１５Ａにおける接触幅Ｄ１及び終端部１５Ｂにおける接触幅Ｄ２を、「Ｄ１−Ｄ２」のように表記して示している。なお、配線電極１５の幅は一定（すなわちＷ１＝Ｗ２＝Ｗ）で、Ｗ＝１０μｍとしてシミュレーションを行った。また、接触抵抗が、１×１０^-3、５×１０^-4、１×１０^-4、５×１０^-5、１×１０^-5Ωｃｍ²の場合のシミュレーション結果である。

【0025】

図７に示すように、比較例２の電極構造Ｃ２では電流不均一を解決できなかった接触抵抗が１×１０^-5Ωｃｍ²の場合であっても、電極構造Ｅ１によれば電流不均一を１０％まで改善できることが分かる。従って、特に接触抵抗が１×１０^-5Ωｃｍ²以下の場合に、均一な電流分布を得ることができる。電極構造Ｅ１及び電極構造Ｃ２の駆動電圧を比較したグラフを図８に示す。縦軸は電圧、横軸は、電極構造Ｅ１の場合では接続端部１５Ａにおける接触幅Ｄ１及び終端部１５Ｂにおける接触幅Ｄ２を示し（「Ｄ１−Ｄ２」と表記）、電極構造Ｃ２の場合では接続端部における配線電極幅及び終端部の配線電極幅（「Ｗ２１−Ｗ２２」と表記）を示している。図８に示すように、電極構造Ｅ１の方が電極構造Ｃ２の場合よりも電圧が低いことが分かる。また、電極構造Ｅ１では配線電極自体の幅（Ｗ）を変えずに配線電極と半導体の接触面積を変更しているため、パッド電極１４との接続端部１５Ａにおける接触幅Ｄ１を狭くしても配線電極が剥がれたり又は切れたりする問題がない。

【実施例2】

【0026】

図９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施例２の電極構造（以下、電極構造Ｅ２ともいう。）の上面図及び電極構造Ｅ２を有するＬＥＤ５０の部分的断面図である。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）の一部（破線で示す領域Ｐ１）の断面を模式的に示している。図９（ｂ）に示すように、ＬＥＤ５０は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いてＣ面サファイア等の成長基板上にＡｌＧａＩｎＰ系半導体層で構成される半導体積層体を形成した後、Ｓｉ等の支持基板と半導体積層体とを接合層を介して貼り合せ、成長基板をレーザリフトオフ法（ＬＬＯ法）等で除去することによって形成される。より詳細には、ＬＥＤ５０は、支持基板５１、接合層５２、光反射膜５３、透明電極層（ｐ電極）５４、ｐ型半導体層５５、発光層５６、ｎ型半導体層５７、絶縁膜５８及びｎ電極（配線電極）６１（透明電極層５４と反対極性）から構成されている。ＬＥＤ５０の表面、すなわちｎ型半導体層５７の表面が光取り出し面であり、絶縁膜５８は発光層５６からの放射光に対して透明若しくは透光性の材料から形成されている。

【0027】

なお、かかる構成はＬＥＤ５０の例示に過ぎず、本発明の電極構造は、種々の構成の半導体層を有するＬＥＤに適用することができる。例えば、上記のｐ型半導体層５５、発光層５６及びｎ型半導体層５７から半導体積層体が、さらに電流拡散層、クラッド層、コンタクト層を有していてもよい。また、半導体層及び電極の極性（ｎ型、ｐ型）も上記と反対であってもよい。

【0028】

図９（ａ）に示すように、ＬＥＤ５０の表面には、外部回路から電流供給を受ける２つのパッド電極６０、互いに平行に配された４つの第１の配線電極６１、第２の配線電極６２Ａ及び第３の配線電極６２Ｂからなるｎ電極が形成されている。より詳細には、２つのパッド電極６０は第２の配線電極６２Ａで互いに接続されている。第２の配線電極６２Ａはまた、素子駆動電圧が印加されて電流注入がなされる、外部回路との接続電極としても機能する。そして、第１の配線電極６１はその一端が第２の配線電極６２Ａに接続され、その接続端が上記した接続電極に接続された接続端部として機能する。また、第１の配線電極６１の終端部は第３の配線電極６２Ｂに接続されている。

【0029】

図１０（ａ）は、図９（ａ）の第１の配線電極６１の部分（破線で示す領域Ｐ２）を拡大して示す平面図である。第１の配線電極６１は第２の配線電極６２Ａとの接続端部６１Ａにおいて配線電極６１の幅Ｗよりも狭い幅Ｄ１（Ｄ１＜Ｗ）でｎ型半導体層５７に接触している。より詳細には、図１０（ａ）に示すように、第１の配線電極６１（長さ：Ｌ）は、第２の配線電極６２Ａに接続され、接続端部６１Ａから伸張する第１の電極部61P1と、第１の電極部61P1からさらに伸張する第２の電極部61P2からなる。図１０（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ第１の電極部61P1及び第２の電極部61P2のＶ１−Ｖ１線、Ｖ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。また、図１０（ａ）に、第１の配線電極６１と半導体層１１とのコンタクト領域６１Ｋを破線のハッチングで示すが、第１の電極部61P1（長さ：ＬＡ）において、接続端部６１Ａから第１の配線電極６１の伸長方向に、第１の配線電極６１とｎ型半導体層５７とのコンタクト幅Ｄは増加している。第２の電極部61P2（長さ：ＬＢ＝Ｌ−ＬＡ）では、配線電極６１の幅Ｗとコンタクト幅Ｄは同一である（Ｄ＝Ｗ）。なお、配線電極６１の幅Ｗはその全領域、すなわち第１の電極部61P1及び第２の電極部61P2に亘ってコンタクト幅Ｄよりも大きくてもよい。

【0030】

［素子作製］
図９（ａ）、（ｂ）に示す構造の素子を作製し、その特性の評価を行った。ＬＥＤ５０は、ＭＯＣＶＤ法を用いてＣ面サファイア成長基板上にＡｌＧａＩｎＰ系半導体層で構成される半導体積層体を形成した。より具体的には、成長基板上にｎ型半導体層５７、発光層５６、ｐ型半導体層５５を順次成長し、半導体積層体を形成した。半導体積層体が形成されたエピウエハを用いて、ＬＥＤ５０を作製した。

【0031】

まず、不活性ガス雰囲気中にての熱処理によってｐ型半導体層５５の活性化を行った後、半導体層表面にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層（層厚２０ｎｍ）を形成した。次に、フォトリソグラフィ法により、ＩＴＯ層を所望の形状にパターニングし、ｐ型半導体層５５上の一部に透明電極層（ｐ電極）５４を形成した。そして、フォトレジスト除去後、酸素を含む雰囲気中で400℃〜700℃の温度でＩＴＯ層を加熱処理した。ｐ型半導体層５５側へ放射された光を再び光放射面であるｎ型半導体層５７側へ反射させる為に、発光波長に対して高反射性を有する金属層からなる光反射膜５３を形成した。光反射膜５３は、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｄ等の単層膜、又はこれらの合金、又はこれらのうち１つ以上とＴｉ又はＮｉを介して積層した構成からなる積層膜より形成することができる。更に、光反射膜の最表層としては、支持基板５１に設けられた接合層との密着性を向上させる為にＡｕを用いた。光反射膜の厚さは、100ｎｍ以上が好ましい。これより薄いと十分な光反射性が得られない。

【0032】

ＬＥＤ５０は縦型給電光半導体素子であり、成長基板を剥離して成る構造を有するため導電性支持基板に貼り付けて形成される。導電性支持基板５１としてはＳｉ、ＳｉＣを用いることができる。支持基板５１の一方の面には、成長基板上に成長した半導体層上に透明電極層５４と光反射膜５３を形成した半導体素子とを接合する為の接合層が形成されている。接合層としては、ＡｕＳｎ層を用いた。ＡｕＳｎ層の厚さは１〜２μｍが好ましい。尚、接合層はＡｕＳｎに限るものではない。成長基板側の半導体素子と支持基板５１側のＡｕＳｎ接合は、ウエハーボンダー装置を用いて加熱加圧し、接合界面のＡｕＳｎ共晶化によって行った。次に、半導体層を成長していない側の成長基板裏面から高出力パルスレーザー光を照射するＬＬＯ（Laser Lift off）により成長基板の剥離を行った。

【0033】

次に、スパッタ法により厚さ350ｎｍのＳｉＯ₂膜を形成し、フォトリソグラフィ法により、配線電極とｎ電極とのコンタクト領域となる開口を開けた絶縁膜５８を形成した。絶縁膜５８上にＥＢ（電子ビーム）蒸着法により厚さ約１ｎｍのＴｉ、厚さ約1000ｎｍのＡｌを順次成膜し、フォトリソグラフィ法によって配線電極６１、６２Ａ、６２Ｂ、パッド電極６０を形成した。なお、パッド電極にはＡｕワイヤボンディングのため、Ａｕ（金）のプレーティングを行った。かかる絶縁膜５８及び配線電極６１、６２Ａ、６２Ｂ、パッド電極６０の形成によって、図９（ａ）、（ｂ）及び図１０（ａ）−（ｃ）に示す構造の電極構造Ｅ２の形成を行った。第１の配線電極６１の長さＬは735μｍ、第１及び第２の電極部61P1、61P2の長さＬＡ、ＬＢはそれぞれ370μｍ、365μｍとした。また、第１の配線電極６１の幅Ｗは１０μｍとし、接続端部６１Ａにおける第１の配線電極６１のコンタクト幅Ｄ１は８μｍで、第１の配線電極６１のコンタクト幅Ｄが第１の配線電極６１の伸長方向にリニアに増加するように構成した。また、素子サイズは、横（ＬＸ）1000μｍ、縦（ＬＹ）1170μｍであり、第１の配線電極６１間の間隔（ＬＳ）は245μｍとした。

【0034】

また、実施例２の電極構造Ｅ２を有するＬＥＤ５０（以下、ＬＥＤ（実施例）とも表記する。）との電流分布特性の比較評価のため、比較例１の電極構造Ｃ１を有するＬＥＤ（以下、ＬＥＤ（比較例）とも表記する。）の製作を行った。すなわち、ＬＥＤ（比較例）の構成は、電極構造Ｅ２の第１の配線電極６１を比較例１の電極構造Ｃ１で置き換えた以外はＬＥＤ（実施例）と同一である。

【0035】

［素子評価結果］
上記したＬＥＤ（実施例）及びＬＥＤ（比較例）に駆動電流を流し、光取り出し面であるＬＥＤ５０の表面、すなわち絶縁膜５８及び電極構造Ｅ２が形成された面（図９（ａ））からの光強度分布を測定した結果をそれぞれ図１１、図１２に示す。具体的には、図９（ａ）に示す線Ｍ−Ｍに沿って、すなわち電極構造Ｅ２及び電極構造Ｃ１の配線電極の伸張方向に沿って、光強度分布の測定を行った。なお、測定された光強度分布が電流分布に比例するような電流値で素子の駆動を行った。また、図１１、図１２中の光強度のディップは配線電極６２Ａ及び６２Ｂによって発光層からの発光が遮られたことによるものである。

【0036】

図１１に示すように、ＬＥＤ（実施例）では、光強度分布の不均一は１０％以下に抑制されているのに対し、図１２に示すように、ＬＥＤ（比較例）では３５％と光強度分布に大きな不均一が観測された。この結果から、上記した本発明の電極構造によれば、配線電極の伸張方向に沿って、電流集中が無く、均一な電流分布を実現する電極を提供できることが確認された。従って、本発明の電極構造によれば、発光層に均一に電流を拡散・注入可能で、高輝度で高発光効率を有する半導体発光素子を提供することができる。また、素子駆動電圧の上昇を招来することが無く、配線電極の密着性も良い。さらに、配線電極のパターニングも容易であるという利点を有する。

【実施例3】

【0037】

上記実施例１、２においては、配線電極が半導体層に接触するコンタクト領域の幅が、接続電極（例えばパッド電極）との接続部から配線電極の伸張方向に沿って増加する場合について説明したが、これに限らない。要は、配線電極の幅を狭くすることなく、配線電極の伸張方向に沿って配線電極のコンタクト面積が、等価的に増加するように構成されていればよい。

【0038】

図１３（ａ）は、本発明の実施例３による、コンタクト面積が等価的に増加するように構成された配線電極の一例を示す電極構造（以下、電極構造Ｅ３ともいう。）を模式的に示す上面図であり、図１３（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１３（ａ）のＶ１−Ｖ１線及びＶ２−Ｖ２線に沿った断面を模式的に示す断面図である。より詳細には、半導体層１１上に絶縁層１２が形成され、絶縁層１２上にパッド電極１４に電気的に接続された配線電極７１が形成されている。配線電極７１は、パッド電極１４との接続部から伸張し、図１３（ａ）−（ｃ）に示すように、配線電極７１の伸長方向に垂直な方向に一定の幅Ｗを有している。絶縁層１２には開口が設けられ、当該開口において、配線電極７１が半導体層１１に接触し、コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)が形成されている。コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)の各々の間は、配線電極７１が絶縁層１２上に形成され、配線電極７１が半導体層１１に非接触である非コンタクト領域ＩＲ(1)〜ＩＲ(3)によって電気的に分離されている。コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)及び非コンタクト領域ＩＲ(1)〜ＩＲ(3)は、配線電極７１の伸長方向に垂直な方向に同一の幅Ｗを有している。

【0039】

コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)の各々の長さ、すなわち配線電極７１の伸長方向の長さは、ＬＣ(1)＜ＬＣ(2)＜ＬＣ(3)＜ＬＣ(4)のように、パッド電極１４との接続端部７１Ａから配線電極７１の伸長方向に順次長くなっている。すなわち、コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)の面積は配線電極７１の伸長方向に順次大きくなっている。図１３においては、非コンタクト領域ＩＲ(1)〜ＩＲ(3)も面積が配線電極７１の伸長方向に順次大きくなっている（ＬＩ(1)＜ＬＩ(2)＜ＬＩ(3)）例を示したが、これに限らず、非コンタクト領域の面積はいずれも同じでも構わない。また、伸長方向に行くに従いコンタクト領域の面積割合が非コンタクト領域よりも増えていくようにしてもよい。電極パッド付近ではコンタクト領域よりも隣接する非コンタクト領域の方の面積が大きく、電極パッドから離れたところでは非コンタクト領域よりも隣接するコンタクト領域の方の面積が大きくなっていてもよい。

【0040】

かかる例に限らず、前述のように、配線電極のコンタクト面積が配線電極の伸張方向に沿って増加するように変調された構成を有していればよい。すなわち、コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)の長さ又は幅を配線電極７１の伸長方向に順次増加させる、あるいは非コンタクト領域ＩＲ(1)〜ＩＲ(3) の長さ又は幅を配線電極７１の伸長方向に沿って調整する、の一方又は両者によって、コンタクト領域ＣＲ(1)〜ＣＲ(4)の面積が配線電極の伸張方向に沿って増加するように変調された構成を有していればよい。また、コンタクト領域の数は上記した例に限らず、ＣＲ(ｊ)（ｊ＝1,2,…,N）のようにその数（Ｎ）を適宜設定することができる。また、他の変形例として、実施例１、２と組合せて、コンタクト領域ＣＲ(ｊ)の各々の長さ及び幅の両者を変化させて、配線電極の伸張方向に沿って配線電極のコンタクト面積が増加するように構成することができる。さらに、配線電極の数、配置構成、伸張方向などは上記した例に限らず、電流を均一化したい所望の方向、領域の大きさや形状に応じて適宜設定すればよい。

【0041】

なお、上記した実施例においては、配線電極１５、６１，７１の幅が一定の場合を例に説明したが、一定である必要はない。本発明は、コンタクト面積が配線電極の伸張方向に沿って増加し、かつ配線電極の伸張方向に沿って配線電極とは異なった面積変化又は面積変調を有することを特徴とする。配線電極は、要は、電流集中が生じず、配線電極の密着性が確保されるような幅を有しており、配線電極の伸張方向に沿った配線電極の幅は、配線電極の伸張方向に沿ったコンタクト面積の増加の程度に応じて設計すればよい。

【0042】

以上、詳細に説明したように、本発明の電極構造によれば、配線電極の伸張方向に沿って、電流集中が無く、均一な電流分布を実現することができる。従って、当該電極構造を設けることにより、発光層に均一に電流を注入可能で、高輝度で高発光効率を有する半導体発光素子を実現することができる。また、素子駆動電圧の上昇を招来することが無く、配線電極の密着性も良い。さらに、配線電極のパターニングも容易であるという利点を有する。

【0043】

なお、上記した実施例、変形例は適宜組み合わせ、又は改変して適用することができる。また、上記した半導体組成、材料、数値等は例示に過ぎない。

【符号の説明】

【0044】

１１、５７ 半導体層
１２、５８ 絶縁層
１４、６０ パッド電極
１５、６１、７１ 配線電極
ＣＲ コンタクト領域
ＩＲ 非コンタクト領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】