JP4404097B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体発光素子に関し、より詳細には、一対の電極が、半導体発光素子の同一面側に形成されて構成される半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting element, and more particularly to a semiconductor light emitting element configured by forming a pair of electrodes on the same surface side of a semiconductor light emitting element.
従来から、半導体層の積層構造体からなる発光素子において、大面積化を実現するために、種々の研究開発が行われている。
例えば、サファイア基板などの絶縁性基板上に窒化物半導体層を積層した素子1では、図13に示したように、このp型半導体層4及び活性層の一部が深さに除去されてn型半導体層5が露出しており、これらの半導体層表面、つまり窒化物半導体層の同一面側に、n電極2及びp電極3の一対の電極が設けられる。これらのn電極2及びp電極3は、それぞれ、台座部2d、3dと、そこから延伸させた延伸部2e、3eとによって構成されており、電流を所定の領域に過度に集中させず、広い領域に拡散させることを意図している(例えば、特許文献1〜5参照)。
For example, in the
しかし、各電極において台座部と延伸部とを設けても、その形状、配置等によって、発光領域を広く均一に利用することは困難である。また、発光領域を広く利用するために、各電極を大きくしたり、変形させたりすると、電流が過度に集中する領域が出現することがあり、均一で効率的な発光特性を得ることができない。 However, even if a pedestal portion and an extension portion are provided in each electrode, it is difficult to use the light emitting region widely and uniformly due to its shape, arrangement, and the like. In addition, when each electrode is enlarged or deformed in order to widely use the light emitting region, a region where current is excessively concentrated may appear, and uniform and efficient light emitting characteristics cannot be obtained.
均一で効率的な発光特性を得るために、台座部と延伸部との形状及び配置について検討し、電流の集中を緩和したとしても、そのような発光素子に、大電流を流すと、長時間駆動させるにつれて、やはり部分的に熱を発生し、発光素子自体が破壊されることがあるという新たな問題を招くこととなった。
特に、発光素子が窒化物半導体層によって形成されている場合、n型半導体層とp型半導体層とでは比抵抗が異なるため、抵抗の高いp型半導体層に電気的に接続されたp電極において、部分的に破壊されやすいという傾向があった。
In order to obtain uniform and efficient light emission characteristics, the shape and arrangement of the pedestal part and the extension part are studied, and even if current concentration is relaxed, if a large current is passed through such a light emitting element, As it was driven, heat was also partially generated, leading to a new problem that the light emitting element itself could be destroyed.
In particular, when the light-emitting element is formed of a nitride semiconductor layer, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer have different specific resistances. Therefore, in the p-electrode electrically connected to the p-type semiconductor layer having a high resistance. , There was a tendency to be partially destroyed.
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層の組成、膜厚、形状、導電型、抵抗値等にかかわらず、半導体層及び電極に電流が集中する領域を招くことなく、均一で効率的で、大電流を流す場合にも、高出力及び高輝度の双方を実現しながら、半導体層及び電極の破壊を回避して高寿命の半導体発光素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and it is uniform without causing a region where current is concentrated on the semiconductor layer and the electrode regardless of the composition, film thickness, shape, conductivity type, resistance value, and the like of the semiconductor layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that is efficient and has a long life while avoiding the destruction of the semiconductor layer and the electrode while realizing both high output and high luminance even when a large current flows.
本発明の半導体発光素子は、第1及び第2導電型半導体層上にそれぞれ第1及び第2電極を備え、第1及び第2電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、
前記第1電極は、第1台座部と、該第1台座部を基点として同方向に延びる少なくとも2つの第1延伸部とを備え、前記第2電極は、第2台座部と、該第2台座部から前記第1台座部に近づくように前記第1延伸部と略同方向に延びる第2延伸部とを備え、
前記少なくとも2つの第1延伸部は、それぞれ、同方向部分において、前記第2電極における前記第1台座部から最も遠い端部を越えて素子外周方向に配置された終端部を有し、一方の第1延伸部は同方向部分に前記第1台座部が設けられ、他方の第1延伸部は同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置され、
前記第2延伸部は、前記他方の第1延伸部の同方向部分と前記第2台座部との最短間隔、及び、前記他方の第1延伸部の同方向部と前記第2延伸部との最短間隔が同じになるように、前記第2台座部から延伸されてなることを特徴とする。
The semiconductor light emitting device of the present invention is a semiconductor light emitting device comprising first and second electrodes on the first and second conductivity type semiconductor layers, respectively, wherein the first and second electrodes are arranged on the same surface side. ,
The first electrode includes a first pedestal portion and at least two first extending portions extending in the same direction from the first pedestal portion, and the second electrode includes a second pedestal portion and the second pedestal portion. A second extending portion extending in substantially the same direction as the first extending portion so as to approach the first pedestal portion from the pedestal portion;
Each of the at least two first extending portions has a terminal portion disposed in the outer peripheral direction of the second electrode beyond the end portion farthest from the first pedestal portion in the same direction portion, The first extending part is provided with the first pedestal part in the same direction part, and the other first extending part is arranged so that the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction part,
The second extending portion includes a shortest distance between the same direction portion of the other first extending portion and the second pedestal portion, and the same direction portion of the other first extending portion and the second extending portion. It is characterized by being extended from the second pedestal so that the shortest interval is the same.
このような半導体発光素子は、前記第2電極が2以上形成され、
前記第1電極は、3つの第1延伸部を有し、
該3つの第1延伸部は、同方向部分に1つのみの第1台座部が設けられる1つの第1延伸部と、同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置される他の2つの第1延伸部、または、同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置される1つの第1延伸部と、同方向部分に第1台座部が1つずつ設けられる他の2つの第1延伸部であることが好ましい。
In such a semiconductor light emitting device, two or more of the second electrodes are formed,
The first electrode has three first extending portions,
The three first extending portions have one first extending portion in which only one first pedestal portion is provided in the same direction portion, and the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction portion. Two other first extending portions arranged so as to be, or one first extending portion arranged so that the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction portion, It is preferable that the two first extending portions are provided with one first pedestal portion in the same direction portion.
また、前記第2台座部と前記第1台座部との距離は、前記第2台座部と素子外周との距離と等しいか、それよりも大きいことが好ましい。 The distance between the second pedestal portion and the first pedestal portion is preferably equal to or greater than the distance between the second pedestal portion and the outer periphery of the element.
さらに、前記第2導電型半導体層と前記第1導電型半導体層との間に発光層を有し、前記第2導電型半導体層は、一部の領域において、前記第1導電型半導体層及び前記発光層が除去されて、その表面が露出しており、
前記第2電極は、該露出表面上に設けられ、その外周が前記第1導電型半導体層に囲まれて配置されることが好ましい。
Furthermore, a light emitting layer is provided between the second conductive type semiconductor layer and the first conductive type semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor layer includes the first conductive type semiconductor layer and a part of the region. The light emitting layer is removed and its surface is exposed,
Preferably, the second electrode is provided on the exposed surface, and an outer periphery thereof is surrounded by the first conductive semiconductor layer.
本発明によれば、半導体層の組成、膜厚、形状、導電型、抵抗値等にかかわらず、半導体層に電流を投入した場合においても、半導体層及び電極に電流が集中する領域を招くことなく、均一で効率的に発光させることができる。また、大電流を流す場合にも、高出力及び高輝度の双方を実現しながら、半導体層及び電極の破壊を回避して高寿命の半導体発光素子を得ることができる。 According to the present invention, regardless of the composition, film thickness, shape, conductivity type, resistance value, etc. of the semiconductor layer, even when a current is applied to the semiconductor layer, a region where current is concentrated on the semiconductor layer and the electrode is caused. And uniform and efficient light emission. In addition, even when a large current is passed, it is possible to obtain a semiconductor light emitting element with a long life while avoiding the destruction of the semiconductor layer and the electrode while realizing both high output and high luminance.
以下に、本発明の半導体発光素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(実施の形態1)
本発明の半導体発光素子は、図1に示すように、通常、基板上に、第2導電型半導体層11、発光層12及び第1導電型半導体層13がこの順に積層されており、第1導電型半導体層13上に第1電極16が形成されている。また、この半導体発光素子では、第2導電型半導体層11は、1つの半導体発光素子の一部の領域において、第1導電型半導体層13及び発光層12、任意に第2導電型半導体層11の深さ方向の一部が除去されて、表面が露出しており、この露出表面上に第2電極14が形成されている。従って、第1電極16及び第2電極14は、半導体層の同一面側に配置されて構成されている。また、図2に示すように、第1電極16は、第2電極14に対向して、言い換えると、第2電極14の一部を取り囲むように配置されている。
Embodiments of a semiconductor light emitting device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device of the present invention usually has a second
第1電極は、第1台座部と、第1台座部を基点として延設された少なくとも1つ、好ましくは2以上の第1延伸部とから構成されている。例えば、図2に示すように、第1電極16は、第1台座部16aと第1延伸部16bとを備え、さらに別の第1延伸部16cを備えていてもよい。このような構成により、第1導電型半導体層の全面に渡って、均一に電流を投入することができる。なお、第1台座部は、1つでもよいし、2以上形成されていてもよい、これに伴って、第1延伸部も、各第1台座部に対応して、上述したように形成されていることが好ましい。第1延伸部16bは、第2電極14、特に、第1延伸部16bを含む第1電極16に対向する第2電極、言い換えると、第1延伸部16bが延びている第1台座部16aにもっとも近い第2電極における第1台座部16aから最も遠い端部14aaを越えて、素子外周方向に延設されている。このことは、第1延伸部16bと、第2電極14の端部14aaとでは、第1延伸部16bと素子外周縁部との距離が、第2電極の端部14aaと素子外周部との距離よりも短いことを意味する。これにより、第1及び第2電極間の最も短い領域における第1電極の破壊を有効に防止することができる。
The first electrode is composed of a first pedestal portion and at least one, preferably two or more first extending portions extending from the first pedestal portion. For example, as shown in FIG. 2, the
図2に示すように、第1電極16が第1延伸部を2以上備える場合には、全ての第1延伸部の幅は同じであってもよいが、1つの第1延伸部16bの幅(図1中、w1)は、他の第1延伸部16cの幅(図1中、w2)と異なっていることが好ましい。このような構成により、第1延伸部の第1台座部からの距離に応じて幅を変化させることができ、第1台座電極から注入又は抽出される電流を調整することができる。特に、第1台座部16aにより遠い終端部16bbを含む第1延伸部16bが、第1台座部16aにより近い終端部16ccを含む第1延伸部16cよりも幅が広いことが好ましい。これにより、第1延伸部の長さにかかわらず、第1延伸部に流れる電流を均一にすることができる。
As shown in FIG. 2, when the
例えば、第1延伸部16bの幅(w1)は、第1延伸部16cの幅(w2)よりも、1〜100%程度、特に10〜50%程度広いことが適当である。具体的には、第1延伸部16bの幅(w1)は、10〜60μm程度、第1延伸部16cの幅(w2)は、5〜55μm程度が挙げられる。
なお、第1電極16は、第1導電型半導体層13上にほぼ全面に形成された透光性の第3電極15介して第1導電型半導体層13と電気的に接続されていてもよい。これにより、より効率的に第1導電型半導体層13全面に、電流を供給することができ、均一な発光を得ることができる。
For example, the width (w1) of the first extending
The
第2電極14は、例えば、図1及び図2に示すように、半導体発光素子の内部に、言い換えると、その外周が第1導電型半導体層13に囲まれて配置されていることが好ましい。つまり、第2電極が、素子端部に配置せず、素子内部に配置していることが好ましい。これにより、第1電極からの面方向への電流の広がりを、第2電極の全周囲からより効率的に抽出することができる。また、第2台座部と第1台座部との距離は、第2台座部と素子外周との距離と等しいか、それよりも大きくなるように配置することが好ましい。これにより、素子外周部においても効率よく電流を注入又は抽出でき、電流の集中を緩和することができる。なお、第2電極14は、電流の抽出がより効率的に行うことができるとともに、素子の大面積化を可能とする観点から、2以上形成されていることが好ましい。この場合には、各第2電極14の外周が第1導電型半導体層13に囲まれて配置されていることが好ましい。
For example, as shown in FIGS. 1 and 2, the
また、第2電極14は、第2台座部14aと、この第2台座部14aを基点として延びる第2延伸部14bとを備えてなることが好ましい。特に、第2延伸部14bは、第1延伸部16b、16cと同方向に延設されていることが好ましい。このような構成により、第2延伸部14bと第1延伸部16bとの対向した領域で、電流が均等に広がりやすくなり、その領域において熱による電極及び素子の破壊を回避することができる。第2延伸部14bは、通常、第2台座部14aから、対向する第1電極の第1台座部16aに近づくように延伸されていることが好ましい。
Moreover, it is preferable that the
第2延伸部14bは、第2台座部14aと第1延伸部16bとの最短間隔(図1中、x1)及び第2延伸部14bと第1延伸部16bとの最短間隔(図1中、x2及びx3)が同じになるように、第2台座部14aの端部から(特に、上述したように第1延伸部16bの延設方向と同じ方向に)、延びていることが好ましい。第1電極16の第1延伸部16bと第2電極14の第2延伸部14bとの間隔を近くすることができるために、電流の流れを発光面内で調整することができるとともに、第1延伸部16bと第2延伸部14bとの最短間隔をある程度広い領域で確保することができる。
The second extending
第1電極16と第2電極14とは、通常、例えば、図2のx1〜x6に示すように、各部位において、その間隔が異なるように配置されている。図2では、x1〜x3は同じであるが、x4〜x6は、それぞれx1〜x3とその間隔が異なっている。この半導体発光素子では、第1電極16から第2電極14までの間隔のうち、第2電極14の第2延伸部14bが、第1台座部16aにより遠い終端部16bbを含む第1延伸部16bに対して最短間隔を有して配置されていることが好ましい(x1からx3にかけての領域参照)。このような構成とすることにより、第1台座電極16aからより離れた第1延伸部16bと、第2延伸部14bとの間隔を短くすることができ、電流の流れを発光面内で調整することができる。また、発光が他と比べて暗くなる領域をなくし、均一な発光を得ることができる。
The
第1電極16と第2電極14との位置関係において、第1延伸部16bと第2延伸部14bとが最短間隔となり、このように最短間隔となる部位が、点単位でなく、線単位(特に、直線単位)で、つまり複数配置されていることが好ましい。例えば、第1電極16の第1延伸部16bと、第2電極14の所定の部位とが、直線単位で最短間隔となるように配置されていることが好ましい。これにより、発光ムラを最小限に止めることができるとともに、電極及び素子の破壊を防止することができる。
例えば、図2において、x1〜x3は40〜100μm程度、x4は40〜100μm程度、x5は40〜100μm程度、x6は60〜100μm程度とすることができる。
In the positional relationship between the
For example, in FIG. 2, x1 to x3 can be about 40 to 100 μm, x4 can be about 40 to 100 μm, x5 can be about 40 to 100 μm, and x6 can be about 60 to 100 μm.
このような構成により、電極及び素子の破壊を有効に防止することができる。つまり、従来例(例えば、図13)では、第1延伸部と第2延伸部とに対応し、両者が最短距離で対向していた領域(図13中、X)において、特に第2延伸部での電極破壊が問題となっていたのに対して、本発明では、両者が最短間隔で対向する領域(図2中、Y)において、第1延伸部が、p型半導体層という比較的比抵抗の大きな層に接続された電極であったとしても、p電極(16)の第1延伸部16b近傍における電極の破壊及び第1延伸部16b直下における半導体層での素子の破壊を有効に防止することができる。
With such a configuration, it is possible to effectively prevent the destruction of the electrode and the element. That is, in the conventional example (for example, FIG. 13), in the region (X in FIG. 13) corresponding to the first extending portion and the second extending portion and facing each other at the shortest distance, particularly the second extending portion. However, in the present invention, in the region where the two faces each other at the shortest distance (Y in FIG. 2), the first stretched portion is a relative ratio of a p-type semiconductor layer. Even if the electrode is connected to a layer having a high resistance, the destruction of the electrode in the vicinity of the first extending
なお、本発明の半導体発光素子の別の実施形態としては、第1及び第2導電型半導体層上にそれぞれ第1及び第2電極を備え、第1及び第2電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、前記第1電極は、前記第2電極に対向して、第1台座部と該第1台座部を基点として延びる第1延伸部とを備え、該第1延伸部は、前記対向する第2電極における前記第1台座部から最も遠い端部を越えて素子外周方向に延設されてなるものであってもよい。 As another embodiment of the semiconductor light emitting device of the present invention, first and second electrodes are provided on the first and second conductivity type semiconductor layers, respectively, and the first and second electrodes are arranged on the same surface side. The first electrode includes a first pedestal portion and a first extending portion extending from the first pedestal portion so as to face the second electrode, the first extending portion. The part may extend in the element outer peripheral direction beyond the end part farthest from the first pedestal part in the opposing second electrode.
このような半導体発光素子においては、第1電極は、第1延伸部を2以上有してなることが好ましく、透光性の第3電極を介して第1導電型半導体層と電気的に接続されてなることが好ましい。第1電極が第1延伸部を2以上有してなる場合には、第1導電型半導体層の全面に渡って、均一に電流を投入することができる。さらに、第1電極が、透光性の第3電極を介して第1導電型半導体層と電気的に接続されてなる場合には、より効率的に第1導電型半導体層全面に、電流を供給することができ、均一な発光を得ることができる。 In such a semiconductor light emitting device, the first electrode preferably has two or more first extending portions, and is electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer through the translucent third electrode. It is preferable to be made. In the case where the first electrode has two or more first extending portions, a current can be supplied uniformly over the entire surface of the first conductivity type semiconductor layer. Furthermore, when the first electrode is electrically connected to the first conductive semiconductor layer via the translucent third electrode, the current is more efficiently applied to the entire surface of the first conductive semiconductor layer. Can be supplied, and uniform light emission can be obtained.
また、第1延伸部の1つは、他の第1延伸部と、延伸方向に対する幅が異なることが好ましく、第1台座部により遠い終端部を含む第1延伸部は、第1台座部により近い終端部を含む第1延伸部よりも幅が広いことが好ましい。第1延伸部の1つは、他の第1延伸部と、延伸方向に対する幅が異なる場合には、第1延伸部の第1台座部からの距離に応じて幅を変化させることができ、第1台座電極から注入又は抽出される電流を調整することができる。特に、第1台座部により遠い終端部を含む第1延伸部が、第1台座部により近い終端部を含む第1延伸部よりも幅が広い場合には、第1延伸部の長さにかかわらず、第1延伸部に流れる電流を均一にすることができる。 Moreover, it is preferable that one of the first extending portions has a width different from that of the other first extending portion in the extending direction, and the first extending portion including the terminal portion farther from the first pedestal portion is formed by the first pedestal portion. It is preferable that the width is wider than the first extending portion including the close terminal portion. One of the first extending portions can be changed in width according to the distance from the first pedestal portion of the first extending portion when the width with respect to the extending direction is different from the other first extending portions, The current injected or extracted from the first pedestal electrode can be adjusted. In particular, when the first extending portion including the terminal portion farther from the first pedestal portion is wider than the first extending portion including the terminal portion closer to the first pedestal portion, the length depends on the length of the first extending portion. Therefore, the current flowing through the first extending portion can be made uniform.
第2電極は、第2台座部と、第1延伸部と同方向に延びる第2延伸部とを備えるか、その外周が第1導電型半導体層に囲まれて配置されるか、2以上形成されてなることが好ましい。第2電極は、第2台座部と、第1延伸部と同方向に延びる第2延伸部とを備える場合には、第2延伸部と第1延伸部との対向した領域で、電流が均等に広がりやすくなり、その領域において熱による電極及び素子の破壊を回避することができる。さらに、第2電極が、その外周が第1導電型半導体層に囲まれて配置される場合には、第1電極からの面方向への電流の広がりを、第2電極の全周囲からより効率的に抽出することができる。また、第2電極が2以上形成されている場合には、電流の抽出がより効率的に行うことができるとともに、素子の大面積化を実現することができる。 The second electrode includes a second pedestal portion and a second extending portion extending in the same direction as the first extending portion, or the outer periphery thereof is disposed surrounded by the first conductive semiconductor layer, or two or more are formed. It is preferable to be made. In the case where the second electrode includes the second pedestal portion and the second extending portion extending in the same direction as the first extending portion, the current is equal in the region where the second extending portion and the first extending portion face each other. In this region, it is possible to avoid the destruction of electrodes and elements due to heat. Further, when the second electrode is disposed so that the outer periphery is surrounded by the first conductive type semiconductor layer, the current spread from the first electrode in the surface direction is more efficiently increased from the entire periphery of the second electrode. Can be extracted. In addition, when two or more second electrodes are formed, current extraction can be performed more efficiently, and an area of the element can be increased.
第2延伸部は、第2台座部と第1延伸部との最短間隔及び第2延伸部と第1延伸部との最短間隔が同じになるように、第2台座部の端部から延びていることが好ましい。この場合には、第1電極の第1延伸部と第2電極の第2延伸部との間隔を近くすることができるために、電流の流れを発光面内で調整することができるとともに、第1延伸部と第2延伸部との最短間隔をある程度広い領域で確保することができる。 The second extending portion extends from the end of the second pedestal portion so that the shortest distance between the second pedestal portion and the first extending portion and the shortest interval between the second extending portion and the first extending portion are the same. Preferably it is. In this case, since the distance between the first extending portion of the first electrode and the second extending portion of the second electrode can be reduced, the current flow can be adjusted in the light emitting surface, and the first The shortest distance between the first stretched portion and the second stretched portion can be secured in a certain wide area.
また、第1電極と第2電極とは、第1電極から第2電極までの間隔のうち、第1台座部により遠い終端部を含む第1延伸部から第2延伸部までの間隔が最短となるように配置されてなることが好ましい。これにより、第1台座電極からより離れた第1延伸部と、第2延伸部との間隔を短くすることができ、電流の流れを発光面内で調整することができる。また、発光が他と比べて暗くなる領域をなくし、均一な発光を得ることができる。 The first electrode and the second electrode have a shortest interval from the first extending portion to the second extending portion including the terminal portion farther from the first pedestal portion among the intervals from the first electrode to the second electrode. It is preferable that they are arranged in such a manner. Thereby, the space | interval of the 1st extending | stretching part and the 2nd extending | stretching part which were more distant from the 1st base electrode can be shortened, and the flow of an electric current can be adjusted within a light emission surface. In addition, a region where light emission is darker than other regions can be eliminated, and uniform light emission can be obtained.
さらに、第1延伸部から第2延伸部の最短間隔となるポイントが複数存在するように配置されてなることが好ましい。この場合には、発光ムラを最小限に止めることができるとともに、電極及び素子の破壊を防止することができる。
また、素子の外周領域において、第2導電型半導体層から突出した複数の突部が形成されてなるか、第1導電型半導体層に囲まれた第2電極の外周領域において、第2導電型半導体層から突出した複数の突部が形成されてなることが好ましい。これらの場合には、半導体積層構造の端面から出射した光を、効率よく上面に取り出すことができる。
Furthermore, it is preferable that the first extending portion and the second extending portion are arranged so that there are a plurality of points that are the shortest intervals. In this case, unevenness in light emission can be minimized, and destruction of electrodes and elements can be prevented.
In the outer peripheral region of the element, a plurality of protrusions protruding from the second conductive type semiconductor layer are formed, or in the outer peripheral region of the second electrode surrounded by the first conductive type semiconductor layer, the second conductive type is formed. It is preferable that a plurality of protrusions protruding from the semiconductor layer are formed. In these cases, light emitted from the end face of the semiconductor multilayer structure can be efficiently extracted to the upper surface.
第1導電型半導体層がp型窒化物半導体層、第2導電型半導体層がn型窒化物半導体層であることが好ましい。この場合には、一般に比抵抗が大きいp型窒化物半導体層においても、半導体層の積層方向のみならず、積層方向に垂直な横方向においても、より電流を広がりやすくすることができ、電流を効率的かつ均一に電流を流すことにより、半導体層及び電極の破壊を回避することができる。 It is preferable that the first conductivity type semiconductor layer is a p-type nitride semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer is an n-type nitride semiconductor layer. In this case, even in a p-type nitride semiconductor layer having a large specific resistance, the current can be more easily spread not only in the stacking direction of the semiconductor layer but also in the lateral direction perpendicular to the stacking direction. By flowing the current efficiently and uniformly, the semiconductor layer and the electrode can be prevented from being broken.
第1及び第2電極、任意に第3電極は、例えば、ニッケル(Ni)、白金(Pt)パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)、タングステン(W)、ランタン(La)、銅(Cu)、銀(Ag)、イットリウム(Y)、これらの酸化物又は窒化物、ITO、ZnO、In2O3等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。なお、電極を構成する台座部及び延伸部は必ずしも一体的に、同一材料によって、同時に形成されていなくてもよく、異なる材料及び/又は膜厚を有していてもよい。なお、台座部は、通常、外部電極との接続のために有効に機能するのに必要な膜厚及び面積を有していることが好ましい。 The first and second electrodes, optionally the third electrode, are, for example, nickel (Ni), platinum (Pt) palladium (Pd), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir), Titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), cobalt (Co), iron (Fe), manganese (Mn), molybdenum (Mo), Transparent conductivity such as chromium (Cr), tungsten (W), lanthanum (La), copper (Cu), silver (Ag), yttrium (Y), oxides or nitrides thereof, ITO, ZnO, In 2 O 3 It can be formed of a single layer film or a laminated film of a metal or alloy containing at least one selected from the group consisting of conductive oxides. The film thickness is not particularly limited and can be appropriately adjusted in consideration of the characteristics to be obtained. Note that the pedestal portion and the extending portion constituting the electrode are not necessarily integrally formed of the same material at the same time, and may have different materials and / or film thicknesses. In general, the pedestal portion preferably has a film thickness and an area necessary to function effectively for connection with the external electrode.
本発明の半導体発光素子を構成する第1及び第2導電型半導体層を形成するための基板は、例えば、C面、R面、及びA面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA12O4)のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。基板上には、第1及び第2導電型半導体層以外に、結晶核形成層、低温成長バッファ層、高温成長層、マスク層、中間層等の5などが下地層として形成されていてもよい。
第1及び第2導電型半導体層において、第1導電型とは、p型又はn型を指し、第2導電型とは、第1導電型とは異なる導電型、つまりn型又はp型を示す。好ましくは、第1導電型半導体層がp型半導体層であり、第2導電型半導体層がn型半導体層である。
The substrate for forming the first and second conductivity type semiconductor layers constituting the semiconductor light emitting device of the present invention is, for example, sapphire or spinel (MgA1) whose main surface is any one of the C-plane, R-plane, and A-plane. 2 O 4 ), an insulating substrate such as SiC (including 6H, 4H, 3C), an oxide substrate lattice-matched with ZnS, ZnO, GaAs, Si, and a nitride semiconductor can be used. Of these, a sapphire substrate is preferable. The insulating substrate may be finally removed or may not be removed. On the substrate, in addition to the first and second conductivity type semiconductor layers, 5 such as a crystal nucleus forming layer, a low temperature growth buffer layer, a high temperature growth layer, a mask layer, and an intermediate layer may be formed as a base layer. .
In the first and second conductivity type semiconductor layers, the first conductivity type refers to p-type or n-type, and the second conductivity type refers to a conductivity type different from the first conductivity type, that is, n-type or p-type. Show. Preferably, the first conductivity type semiconductor layer is a p-type semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer is an n-type semiconductor layer.
半導体層は、特に限定されるものではなく、InAlGaP系、InP系、AlGaAs系、これらの混晶、GaN系等の窒化物半導体のいずれでもよい。窒化物半導体としては、GaN、AlNもしくはInN、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体(IInXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1))が挙げられる。さらに、III族元素として一部又は全部にBを用いたり、V族元素としてNの一部をP、As、Sbで置換した混晶であってもよい。これらの半導体層は、通常、n型、p型のいずれかの不純物がドーピングされている。 The semiconductor layer is not particularly limited, and may be any of InAlGaP-based, InP-based, AlGaAs-based, mixed crystals thereof, and GaN-based nitride semiconductors. As the nitride semiconductor, GaN, AlN or InN, or a group III-V nitride semiconductor is a mixed crystal thereof (IIn X Al Y Ga 1- XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1)) Is mentioned. Furthermore, a mixed crystal may be used in which B is partially or entirely used as a group III element, or a part of N is substituted with P, As, or Sb as a group V element. These semiconductor layers are usually doped with either n-type or p-type impurities.
半導体層は、単層構造でもよいが、MIS接合、PIN接合又はPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等の積層構造であってもよい。
半導体層は、例えば、有機金属気相成長法(MOCVD)、ハイドライド気相成長法(HVPE)、分子線エピタキシャル成長法(MBE)等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
The semiconductor layer may have a single layer structure, but may have a laminated structure such as a homo structure, a hetero structure, or a double hetero structure having a MIS junction, a PIN junction, or a PN junction.
The semiconductor layer can be formed by a known technique such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HVPE), or molecular beam epitaxy (MBE). The thickness of the semiconductor layer is not particularly limited, and various thicknesses can be applied.
第2導電型半導体層は、不純物を含有し、電極形成面内及び発光層へのキャリアの供給、拡散を実現するような層構造であることが適当であり、特に電極から発光層に向かってキャリアを面内拡散して供給するために、比較的高濃度ドープされたコンタクト層を有していることが好ましい。さらに、積層方向において発光層へ電荷を移動・供給させる介在層、第2導電型のキャリアを発光層に閉じこめるクラッド層等を有していることが好ましい。発光層とコンタクト層との間に設ける層は、比較的低濃度ドープ量又はアンドープ層及び/又は多層膜層を設けることが好ましい。これにより、その上に成長させるクラッド層及び/又は発光層等の結晶性を良好にし、駆動時には電流の面内拡散を促進させるとともに、耐圧性も向上させることができる。多層膜層は、少なくとも2種の層を交互に積層させたような周期構造、超格子構造で形成することが好ましい。 The second conductivity type semiconductor layer suitably contains an impurity and has a layer structure that realizes supply and diffusion of carriers in the electrode formation surface and the light emitting layer, and particularly from the electrode toward the light emitting layer. In order to supply carriers by in-plane diffusion, it is preferable to have a relatively highly doped contact layer. Furthermore, it is preferable to have an intervening layer that moves and supplies charges to the light emitting layer in the stacking direction, a clad layer that confines the second conductivity type carrier to the light emitting layer, and the like. The layer provided between the light emitting layer and the contact layer is preferably provided with a relatively lightly doped amount or an undoped layer and / or a multilayer film layer. Thereby, the crystallinity of the clad layer and / or the light emitting layer grown thereon can be improved, the in-plane diffusion of current can be promoted during driving, and the pressure resistance can be improved. The multilayer film layer is preferably formed with a periodic structure or a superlattice structure in which at least two kinds of layers are alternately laminated.
発光層としては、特に、窒化物半導体においてはInを含む窒化物半導体を発光層に用いたものが、紫外域から可視光(赤色光)の領域において好適な発光効率が得られ好ましい。また、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造であることが好ましい。
第1導電型半導体層としては、キャリアを発光層に閉じこめるクラッド層、電極が形成されるコンタクト層等を有していることが好ましい。窒化物半導体においては、クラッド層としてAlを含む窒化物半導体であることが好ましい。また、コンタクト層とクラッド層との間にそれらの層より低不純物濃度の層を介在させてもよい。これにより、静電耐圧の高い素子を構成することができ、コンタクト層を高濃度にドープしても結晶性を改善することができる。
具体的には、例えば、図5に示すように、サファイア基板10上に、GaNバッファ層10a、ノンドープGaN層10bが積層され、第2導電型半導体層11として、n型コンタクト層11aとなるSiドープGaN層、n型クラッド層11bとなるSiドープGaN層;活性層12としてInGaN層;第1導電型半導体層13として、p型クラッド層13aとなるMgドープAlGaN層、p型コンタクト層13bとなるMgドープGaN層が、順次積層された層構造を有する。
As the light emitting layer, in particular, a nitride semiconductor in which a nitride semiconductor containing In is used for the light emitting layer is preferable because a suitable light emitting efficiency is obtained in the ultraviolet to visible light (red light) region. Further, a quantum well structure such as a single quantum well structure or a multiple quantum well structure is preferable.
The first conductive semiconductor layer preferably has a clad layer that confines carriers in the light emitting layer, a contact layer on which an electrode is formed, and the like. The nitride semiconductor is preferably a nitride semiconductor containing Al as a cladding layer. Further, a layer having a lower impurity concentration than those layers may be interposed between the contact layer and the cladding layer. Thereby, an element with a high electrostatic withstand voltage can be formed, and the crystallinity can be improved even if the contact layer is doped at a high concentration.
Specifically, for example, as shown in FIG. 5, a
(実施の形態2)
本発明の半導体発光素子は、図3に示したように、素子の外周領域において、第2導電型半導体層から突出した複数の突部29が形成されていてもよい。これにより、半導体積層構造の端面から出射した光を、効率よく上面に取り出すことができる。さらに、図4に示したように、第1導電型半導体層に囲まれた第2電極の外周領域において、第2導電型半導体層から突出した複数の突部29が形成されていてもよい。これにより、第2電極側の半導体積層構造の端面から出射した光が、第2電極によって遮られることなく、効率よく上面に取り出すことができる。
(Embodiment 2)
In the semiconductor light emitting device of the present invention, as shown in FIG. 3, a plurality of
突部は、その断面形状が、四角形、台形、半円等どのような形状であってもよいが、図5に示すように、台形、つまり、突部29自体が徐々に細くなる円錐台形状であることが好ましい。この場合の突部の傾斜角は、例えば、30°〜80°が挙げられ、40°〜70°が好ましい。つまり、突部が先端に向かって徐々に細くなるように傾斜させることにより、発光層からの光を突部表面にて全反射させて、あるいは、第2導電型半導体層11を導波した光を散乱させ、結果として第1導電型半導体層13側への光取り出しを効果的に行うことができる。加えて、光の指向性制御がより容易になるとともに、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。
The protrusion may have any shape such as a quadrangle, trapezoid, or semicircle, but the trapezoid, that is, the truncated cone shape in which the
突部は、円錐台形状である場合、台形の上辺(第2半導体層側)において、さらに凹部が形成されていてもよい。これにより、第1半導体層内を導波してきた光が突部内部に侵入した際に、突部の頂部に形成された凹部により、第2半導体層側に光が出射されやすくなる。
突部は、半導体層の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、2以上、好ましくは3以上、少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、発光層からの光が、高確率で突部に作用させることができるため、上記効果をより容易に得ることができる。
When the protrusion has a truncated cone shape, a recess may be further formed on the upper side of the trapezoid (on the second semiconductor layer side). Thereby, when the light guided in the first semiconductor layer enters the inside of the protrusion, the light is easily emitted to the second semiconductor layer side by the concave portion formed at the top of the protrusion.
It is preferable that the protrusions are arranged to be at least partially overlapped by 2 or more, preferably 3 or more, in a direction substantially perpendicular to the emission end face of the semiconductor layer. Thereby, since the light from a light emitting layer can be made to act on a protrusion with high probability, the said effect can be acquired more easily.
突部の密度は特に限定されるものではなく、1つの半導体発光素子において、少なくとも100個以上、好ましくは200個以上、さらに好ましくは300個以上、より好ましくは500個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、第2導電型半導体層の露出領域において突部が形成される領域が占める面積の割合は、20パーセント以上、好ましくは30パーセント以上、さらに好ましくは40パーセント以上とすることができる。上限は特に限定されないが、80パーセント以下とすることが好ましい。また、1つの突部の面積は、突部の根本で、3〜300μm2、好ましくは6〜80μm2、さらに好ましくは12〜50μm2である。 The density of the protrusions is not particularly limited, and may be at least 100, preferably 200, more preferably 300, more preferably 500 or more in one semiconductor light emitting device. Thereby, the said effect can be improved more. Note that, as viewed from the electrode forming surface side, the ratio of the area occupied by the protruding portion in the exposed region of the second conductivity type semiconductor layer is 20% or more, preferably 30% or more, more preferably 40% or more. It can be. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 80% or less. In addition, the area of one protrusion is 3 to 300 μm 2 , preferably 6 to 80 μm 2 , and more preferably 12 to 50 μm 2 at the root of the protrusion.
このように、突部が形成されていることにより、(1)第2導電型半導体層内を導波する光が、突部内部に取り込まれ、突部の頂部又はその途中部分から取り出され、(2)第2導電型半導体層内を導波する光が、突部の根本にて乱反射し、取り出され、(3)発光層端面から側方に出射した光が、複数の突部により反射散乱され、取り出されると考えられ、つまり、横方向(半導体発光素子の側面方向)に出射する光を凹凸によって第1導電型半導体層側に選択的に出射させることができ、これにより、光取り出し効率を、例えば、10〜20%程度向上させることができるとともに、光指向性の制御を行うことができ
る。特に、発光層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造(所謂、ダブルヘテロ構造)の半導体発光素子においては、これら屈折率の低い層間で光が閉じ込められてしまうために、側面方向への光が主となってしまうが、このような構造の発光素子に対して特に効果的である。さらに、凹凸を複数設けることにより、第1導電型半導体層側の全領域に渡って均一な光取り出しが可能となる。
Thus, by forming the protrusion, (1) the light guided in the second conductivity type semiconductor layer is taken into the protrusion, and is extracted from the top of the protrusion or the middle part thereof, (2) The light guided in the second conductivity type semiconductor layer is irregularly reflected and extracted at the base of the protrusion, and (3) the light emitted laterally from the end face of the light emitting layer is reflected by the plurality of protrusions. It is considered that the light is scattered and extracted, that is, the light emitted in the lateral direction (side surface direction of the semiconductor light emitting element) can be selectively emitted to the first conductivity type semiconductor layer side by the unevenness. The efficiency can be improved by, for example, about 10 to 20%, and the light directivity can be controlled. In particular, in a semiconductor light emitting device having a structure in which a light emitting layer is sandwiched between layers having a lower refractive index (so-called double heterostructure), light is confined between the layers having a lower refractive index, so that the lateral direction is increased. This is particularly effective for a light emitting element having such a structure. Furthermore, by providing a plurality of projections and depressions, uniform light extraction can be performed over the entire region on the first conductivity type semiconductor layer side.
突部は、露出した第2導電型半導体層上に、半導体層を成長させるなどして、突部を形成するための特別な工程を行ってもよいが、第2導電型半導体層を露出させる際又は各チップに分割するために所定の領域を薄膜化する際などに、その工程を利用して同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程の増加を抑えることができる。このように、突部は、半導体発光素子の半導体積層構造と同じ積層構造、つまり、異なる材料の複数層から構成されているために、各層の屈折率の差異により、突部に取り込まれた光が、各層の界面で反射し易くなり、結果として、第1導電型半導体層側への光取り出し向上に寄与
することができると考えられる。
The protrusion may be subjected to a special process for forming the protrusion, for example, by growing a semiconductor layer on the exposed second conductivity type semiconductor layer, but the second conductivity type semiconductor layer is exposed. At the time, or when a predetermined region is thinned to divide into each chip, it is preferable to form simultaneously using this process. Thereby, the increase in a manufacturing process can be suppressed. Thus, since the protrusion is composed of the same stacked structure as the semiconductor stacked structure of the semiconductor light emitting element, that is, a plurality of layers made of different materials, the light taken into the protrusion due to the difference in the refractive index of each layer. However, it becomes easy to reflect in the interface of each layer, and as a result, it is thought that it can contribute to the light extraction improvement to the 1st conductivity type semiconductor layer side.
突部は、図5に示すように、半導体発光素子断面において、少なくとも発光層12とそれに隣接する第2導電型半導体層11との界面より高ければよいが、発光層12よりも第1導電型半導体層13側にその頂部が位置することが好ましく、さらに、第1導電型半導体層13と実質的に同じ高さであることがより好ましい。つまり、突部29の頂部が発光層12よりも高くなるように形成されていることが好ましい。突部を、第1導電型半導体層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、後述する第1電極などに遮られることなく、突部の頂部から第1導電型半導体層側に効果的に光を取り出すことができる。突部を第1導電型半導体層、好ましくは第1電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。また、突部間の凹部は、少なくとも発光層とそれに隣接する第1導電型半導体層との界面より低ければよく、発光層よりも低くなるように形成されていることが好ましい。
As shown in FIG. 5, the protrusion may be higher than at least the interface between the light emitting
(実施の形態3)
この実施の形態の半導体発光素子は、図6に示すように、第1電極(16)が、第1台座部16a1つのみ、第1延伸部16b、16cが2つで構成されており、第2電極(14)が、第2台座部14a及び第2延伸部14bそれぞれ1つずつで構成されている以外、実質的に実施の形態1と同様である。
(Embodiment 3)
In the semiconductor light emitting device of this embodiment, as shown in FIG. 6, the first electrode (16) is composed of only the
(実施の形態4)
この実施の形態の半導体発光素子は、図7に示すように、p電極(16)における第1台座部16aが1つのみ、第1延伸部16b、16cが3つ、n電極(14)における第2台座部14a及び第2延伸部14bがそれぞれ2つ形成されており、素子外周領域に、突部29が形成されている以外、実質的に実施の形態1と同様である。
この半導体発光素子では、第1延伸部16bは、第2電極14における第1台座部16aから最も遠い端部14aaを越えて、素子外周方向に延設されている。また、第1台座部16aにより遠い終端部16bbを含む第1延伸部16bが、第1台座部16aにより近い終端部16ccを含む第1延伸部16cよりも幅が広い。
(Embodiment 4)
In the semiconductor light emitting device of this embodiment, as shown in FIG. 7, the p electrode (16) has only one
In this semiconductor light emitting element, the first extending
第2延伸部14bは、第1延伸部16b、16cと同方向に延設されており、第2延伸部14bと第1延伸部16bとの最短間隔(図7中、x7)及び第2延伸部14bと第1延伸部16bとの最短間隔(図7中、x8及びx9)が同じになるように、第2台座部14aの端部から延びている。
第1電極16と第2電極14とは、例えば、図7のx7〜x11に示すように、各部位において、その間隔が異なるように配置されている。図7では、x10、x11は、それぞれx7〜x9とその間隔が異なっており、第1電極16から第2電極14までの間隔のうち、第2電極14の第2延伸部14bが、第1台座部16aにより遠い終端部16bbを含む第1延伸部16bに対して最短間隔を有して配置されている(x8からx9にかけての領域参照)。例えば、図2において、x1〜x3は80μm、x4は85μm、x5は80μm、x6は95μmとすることができる。
The second extending
For example, as shown in x7 to x11 in FIG. 7, the
(実施の形態5)
この実施の形態の半導体発光素子は、図8に示すように、第2延伸部14bの先端が垂直方向に屈曲しており、その第2延伸部14bに対向する第1電極(16)の延伸部16cとの距離(図8中、x12)もx9と同じになっている以外、実施の形態4と同様の構成を有する。
さらに、図7に加えて、n電極(14)の外周領域に、第2導電型半導体層から突出した複数の突部29(nディンプル)が形成されている。
(Embodiment 5)
In the semiconductor light emitting device of this embodiment, as shown in FIG. 8, the tip of the second extending
Further, in addition to FIG. 7, a plurality of protrusions 29 (n dimples) protruding from the second conductivity type semiconductor layer are formed in the outer peripheral region of the n electrode (14).
(実験例1)
図2において、x1〜x3は80μm程度、x4は85μm程度、x5は80μm程度、x6は95μm程度とした素子を形成し、得られた素子について、室温で、ヒートシンクを設置しない中空にて、1.2Aの大電流を流し、素子の破壊までの時間を調べた。
その結果、図2の素子では7.6秒であった。
一方、比較例として図13に示した素子(図2の素子と同じチップサイズ)について、同様に大電流を流したところ、素子破壊までの時間は、6.5秒であり、X部において、延伸部に垂直な方向で2つに割れた。
(Experimental example 1)
In FIG. 2, an element having x1 to x3 of about 80 μm, x4 of about 85 μm, x5 of about 80 μm, and x6 of about 95 μm is formed. A large current of 2 A was applied, and the time until the device was destroyed was examined.
As a result, it was 7.6 seconds for the device of FIG.
On the other hand, for the device shown in FIG. 13 as a comparative example (the same chip size as the device of FIG. 2), when a large current was passed in the same manner, the time until the device was destroyed was 6.5 seconds. It cracked in two in the direction perpendicular to the stretched part.
(実験例2)
図3において、x1〜x3は80μm程度、x4は85μm程度、x5は80μm程度、x6は95μm程度に対応するサイズにした素子を形成し、得られた素子について、順方向電圧の低下と、発光効率の向上との関係を測定した。
その結果、図3の素子では順方向電圧は、350mAで3.52Vであった。また、電流密度は78.6A/cm2で13.3lm/Wと、高電流密度の状態で高い発光効率であった。
一方、実験例1で用いた図13の素子では、順方向電圧は、350mAで、図3の素子と比較して、約4〜5%程度高い値を示した。また、電流密度は78.6A/cm2で、図3の素子と比較して、7〜8%程度低かった。
(Experimental example 2)
In FIG. 3, an element having a size corresponding to about 80 μm, x4 is about 85 μm, x5 is about 80 μm, and x6 is about 95 μm is formed. The relationship with improved efficiency was measured.
As a result, in the device of FIG. 3, the forward voltage was 3.52 V at 350 mA. In addition, the current density was 18.6 lm / W at 78.6 A / cm 2 , and the light emission efficiency was high at a high current density.
On the other hand, in the device of FIG. 13 used in Experimental Example 1, the forward voltage was 350 mA, which was about 4 to 5% higher than that of the device of FIG. The current density was 78.6 A / cm 2, which was about 7 to 8% lower than that of the device shown in FIG.
(実験例3)
図4において、x1〜x3は80μm程度、x4は85μm程度、x5は80μm程度、x6は95μm程度に対応するサイズにした素子を形成し、得られた素子について、Vfを測定した。
その結果、図4の素子では、動作後60秒間では、0.044V程度の順方向電圧の上昇に止めることができ、これは熱による素子劣化に関係があると考えられる。
一方、実験例1で用いた図13の素子では、動作後60秒の間に0.124V程度と、図4の素子の約3倍の順方向電圧の上昇が見られた。
(Experimental example 3)
In FIG. 4, x1 to x3 were about 80 μm, x4 was about 85 μm, x5 was about 80 μm, and x6 was about 95 μm, and Vf was measured.
As a result, in the element shown in FIG. 4, the forward voltage increase of about 0.044 V can be stopped for 60 seconds after the operation, which is considered to be related to the element deterioration due to heat.
On the other hand, in the device of FIG. 13 used in Experimental Example 1, a forward voltage increase of about 0.124 V, about 3 times that of the device of FIG.
(模擬実験例1)
実験例1と同様の図2の素子について、図2のx6のみを変えて、電流密度の分布のシミュレーションを行った。その結果を図9〜図11に示す。
図2に示すような配置の場合、電流密度は、第2電極近傍をピークとして、素子全体にほぼ均等に広がる(図9)。しかし、x6を小さくし、第2電極の第2台座部を素子外周方向へ近づけると、素子外周近傍に電流密度の高い領域が集中する(図10)。一方、x6を大きくして第2台座部を第1台座部方向へ近づけるに従って、第2電極近傍の電流密度が高くなっていき、さらに、第2台座部と第1台座部との距離が、第2台座部と素子外周との距離のよりも小さくなるように配置すると、素子外周近傍の電流密度が他の部分よりも低くなった(図11)。
(Simulation experiment example 1)
For the element of FIG. 2 similar to Experimental Example 1, the current density distribution was simulated by changing only x6 of FIG. The results are shown in FIGS.
In the case of the arrangement as shown in FIG. 2, the current density spreads almost uniformly over the entire element with the vicinity of the second electrode as a peak (FIG. 9). However, when x6 is reduced and the second pedestal portion of the second electrode is brought closer to the element outer peripheral direction, a region having a high current density is concentrated in the vicinity of the element outer periphery (FIG. 10). On the other hand, as x6 is increased to bring the second pedestal portion closer to the first pedestal portion, the current density in the vicinity of the second electrode increases, and the distance between the second pedestal portion and the first pedestal portion is When arranged so as to be smaller than the distance between the second pedestal and the outer periphery of the element, the current density in the vicinity of the outer periphery of the element became lower than that in the other parts (FIG. 11).
(模擬実験例2)
実験例1と同様の図2の素子について、図2の第1延伸部16b、16cの長さのみを変えて、シミュレーションを行い、電流密度の分布と電位差を求めた。
第1延伸部の長さは、図2に示す第1延伸部16b、16cの長さを基準として、50μmずつ、250μmまで短くした。基準のときと、基準よりも50μm短いときに、第1延伸部が第2電極の第1台座部から最も遠い端部を越えて素子外周方向に延設されており、基準よりも100μm以上短くしたときには、第1延伸部の終端部が第2電極の端部よりも第1台座部側に配置された。
電位差から予想される順方向電圧を算出したものを、図12に示す。図12では、横軸に第1延伸部の長さを基準からの差で示し、縦軸には予想される順方向電圧を同じく基準からの差で示している。図12に示すように、第1延伸部が短くなるにつれて順方向電圧は増加すると予想されるが、第1延伸部が第2電極を越えて素子外周方向に延設されている50μm程度までは、ほとんど増加しないと考えられる。
また、第1延伸部の終端部が第2電極の端部よりも第1台座部側に配置された場合には、第2電極から第1延伸部の終端部に向かって電流密度が高い領域が集中する傾向があった。
(Simulation experiment example 2)
For the element of FIG. 2 similar to Experimental Example 1, only the lengths of the first extending
The length of the first extending portion was shortened by 50 μm to 250 μm with reference to the length of the first extending
FIG. 12 shows the forward voltage calculated from the potential difference. In FIG. 12, the horizontal axis indicates the length of the first stretched portion by a difference from the reference, and the vertical axis indicates the expected forward voltage by the difference from the reference. As shown in FIG. 12, the forward voltage is expected to increase as the first stretched portion becomes shorter, but the first stretched portion extends beyond the second electrode in the element outer peripheral direction up to about 50 μm. It is thought that it hardly increases.
In addition, when the terminal portion of the first extending portion is disposed closer to the first pedestal portion than the end portion of the second electrode, the current density is high from the second electrode toward the terminal portion of the first extending portion. Tended to concentrate.
本発明は、照明用光源、LEDディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等に利用することができる。 The present invention can be used for an illumination light source, an LED display, a backlight light source such as a mobile phone, a traffic light, an illumination switch, an in-vehicle stop lamp, various sensors, and various indicators.
10 サファイア基板
10a GaNバッファ層
10b ノンドープGaN層
11 第2導電型半導体層
11a n型コンタクト層
11b n型クラッド層
12 発光層
13 第1導電型半導体層
13a p型クラッド層
13b p型コンタクト層
14 第2電極
15 第3電極
16 第1電極
16a 第1台座部
16b、16c 第1延伸部
14aa 端部
16bb、16cc 終端部
29 突部
10
Claims (4)
前記第1電極は、第1台座部と、該第1台座部を基点として同方向に延びる少なくとも2つの第1延伸部とを備え、前記第2電極は、第2台座部と、該第2台座部から前記第1台座部に近づくように前記第1延伸部と略同方向に延びる第2延伸部とを備え、
前記少なくとも2つの第1延伸部は、それぞれ、同方向部分において、前記第2電極における前記第1台座部から最も遠い端部を越えて素子外周方向に配置された終端部を有し、一方の第1延伸部は同方向部分に前記第1台座部が設けられ、他方の第1延伸部は同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置され、
前記第2延伸部は、前記他方の第1延伸部の同方向部分と前記第2台座部との最短間隔、及び、前記他方の第1延伸部の同方向部と前記第2延伸部との最短間隔が同じになるように、前記第2台座部から延伸されてなることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device comprising first and second electrodes on the first and second conductivity type semiconductor layers, respectively, wherein the first and second electrodes are disposed on the same plane side,
The first electrode includes a first pedestal portion and at least two first extending portions extending in the same direction from the first pedestal portion, and the second electrode includes a second pedestal portion and the second pedestal portion. A second extending portion extending in substantially the same direction as the first extending portion so as to approach the first pedestal portion from the pedestal portion;
Each of the at least two first extending portions has a terminal portion disposed in the outer peripheral direction of the second electrode beyond the end portion farthest from the first pedestal portion in the same direction portion, The first extending part is provided with the first pedestal part in the same direction part, and the other first extending part is arranged so that the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction part,
The second extending portion includes a shortest distance between the same direction portion of the other first extending portion and the second pedestal portion, and the same direction portion of the other first extending portion and the second extending portion. A semiconductor light emitting element, wherein the semiconductor light emitting element is extended from the second pedestal so that the shortest interval is the same.
前記第1電極は、3つの第1延伸部を有し、
該3つの第1延伸部は、同方向部分に1つのみの第1台座部が設けられる1つの第1延伸部と、同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置される他の2つの第1延伸部、または、同方向部分において前記第1電極と前記第2電極との間隔が最短となるように配置される1つの第1延伸部と、同方向部分に第1台座部が1つずつ設けられる他の2つの第1延伸部である請求項1に記載の半導体発光素子。 Two or more second electrodes are formed;
The first electrode has three first extending portions,
The three first extending portions have one first extending portion in which only one first pedestal portion is provided in the same direction portion, and the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction portion. Two other first extending portions arranged so as to be, or one first extending portion arranged so that the distance between the first electrode and the second electrode is the shortest in the same direction portion, The semiconductor light emitting element according to claim 1, which is another two first extending portions each having a first pedestal portion provided in the same direction portion.
前記第2電極は、該露出表面上に設けられ、その外周が前記第1導電型半導体層に囲まれて配置される請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体発光素子。 A light emitting layer is provided between the second conductive type semiconductor layer and the first conductive type semiconductor layer, and the second conductive type semiconductor layer includes the first conductive type semiconductor layer and the light emitting in a part of the region. The layer is removed and its surface is exposed,
The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the second electrode is provided on the exposed surface, and an outer periphery thereof is disposed so as to be surrounded by the first conductive semiconductor layer.
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