JP2010219502A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光出力を向上させることのできる発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１は、第１半導体層と、第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層１０５とを有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の面に設けられる中心電極と、中心電極の外周から延びる細線電極とを有する表面電極１１０と、半導体積層構造１０の他方の面の表面電極１１０の直下を除く部分に細線電極に沿って平行に設けられ、細線電極との間の最短の電流経路を形成する複数の第１領域と、複数の第１領域を接続する第２領域とを有するコンタクト１２０部とを備え、表面電極１１０は、細線電極と第１領域との間の最短の電流経路より、中心電極とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路の方が長く、細線電極の端部と第１領域との間の最短の電流経路以上の長さとなる配置である領域を少なくとも有する。
【選択図】図１Ｃ
【解決手段】発光素子１は、第１半導体層と、第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層１０５とを有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の面に設けられる中心電極と、中心電極の外周から延びる細線電極とを有する表面電極１１０と、半導体積層構造１０の他方の面の表面電極１１０の直下を除く部分に細線電極に沿って平行に設けられ、細線電極との間の最短の電流経路を形成する複数の第１領域と、複数の第１領域を接続する第２領域とを有するコンタクト１２０部とを備え、表面電極１１０は、細線電極と第１領域との間の最短の電流経路より、中心電極とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路の方が長く、細線電極の端部と第１領域との間の最短の電流経路以上の長さとなる配置である領域を少なくとも有する。
【選択図】図１Ｃ
Description
本発明は、発光素子に関する。特に、本発明は、発光出力の高い発光素子に関する。
従来、アノード電極を一方の表面に有するシリコン支持基板と、シリコン支持基板の他方の表面に設けられる金属反射層と、金属反射層上に設けられ、金属反射層とオーミック接触する光透過膜と、光透過膜上に設けられ、光透過膜とオーミック接触するｐ型半導体層とｎ型半導体層とに挟まれた活性層を有する半導体積層構造と、半導体積層構造の上に設けられるカソード電極とを備える発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１に記載の発光素子は、半導体積層構造と金属反射層との間に導電性を有する光透過膜を配置して、半導体積層構造及び金属反射層の双方にオーミック接触すると共に、半導体積層構造と金属反射層との間の合金化を抑制するので、優れた光反射特性を有する金属反射層を構成することができ、発光効率を向上させた発光素子を提供することができる。
しかし、特許文献１に記載の発光素子は、カソード電極の直下を除く領域の活性層と同程度の電流がカソード電極の直下の活性層に供給されるので、カソード電極の直下の活性
層から発せられる光がカソード電極に吸収され、発光素子の発光出力の向上には限界がある。
層から発せられる光がカソード電極に吸収され、発光素子の発光出力の向上には限界がある。
したがって、本発明の目的は、発光出力を向上させることのできる発光素子を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、第１導電型の第１半導体層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、半導体積層構造の一方の面に設けられる中心電極と、中心電極の外周から延びる細線電極とを有する表面電極と、半導体積層構造の他方の面の表面電極の直下を除く部分に細線電極に沿って平行に設けられ、細線電極との間の最短の電流経路を形成する複数の第１領域と、複数の第１領域を接続する第２領域とを有するコンタクト部とを備え、表面電極は、細線電極と第１領域との間の最短の電流経路より、中心電極とコンタクト部との間の最短の電流経路の方が長く、細線電極の端部とコンタクト部との間の最短の電流経路が、細線電極と第１領域との間の最短の電流経路以上の長さとなる配置である発光素子が提供される。
また、上記発光素子は、半導体積層構造の膜厚の二乗と、中心電極とコンタクト部との間の上面視における最短距離の二乗との和の平方根は、半導体積層構造の膜厚の二乗と、細線電極とコンタクト部との間の上面視における最短距離の二乗との和の平方根より大きい値であってもよい。
また、上記発光素子は、活性層が発する光を反射する反射層を有する支持基板と、反射層と半導体積層構造との間に設けられる透明層とを更に備え、半導体積層構造は、透明層を介して支持基板に支持され、コンタクト部は、透明層を貫通して半導体積層構造と反射層とを電気的に接続してもよい。また、半導体積層構造は、一方の面の一部に算術平均粗さが１００ｎｍ以上である凹凸形状部を有していてもよい。
また、上記発光素子は、半導体積層構造は、一方の面から他方の面に向けて半導体積層構造の一部が除去され、コンタクト部の一部は、半導体積層構造の一部が除去されることにより外部に露出し、外部に露出したコンタクト部の一部上に設けられる第２のパッド電極を更に備えていてもよい。
本発明に係る発光素子によれば、発光出力を向上させることのできる発光素子を提供できる。
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。また、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。なお、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線における断面である。
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。また、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な縦断面を示す。なお、図１Ｂは、図１ＡのＡ−Ａ線における断面である。
（発光素子１の構造の概要）
まず、図１Ｂを参照する。第１の実施の形態に係る発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層１０５を有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域と電気的に接続する表面電極１１０と、表面電極１１０の表面に設けられるワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極１１５と、半導体積層構造１０の他方の表面の一部に電気的に接続するコンタクト部１２０と、コンタクト部１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１０の他方の表面に設けられる透明層１４０と、コンタクト部１２０及び透明層１４０の半導体積層構造１０に接する面の反対側の表面に設けられる反射部１３０とを備える。
まず、図１Ｂを参照する。第１の実施の形態に係る発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層１０５を有する半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域と電気的に接続する表面電極１１０と、表面電極１１０の表面に設けられるワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極１１５と、半導体積層構造１０の他方の表面の一部に電気的に接続するコンタクト部１２０と、コンタクト部１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１０の他方の表面に設けられる透明層１４０と、コンタクト部１２０及び透明層１４０の半導体積層構造１０に接する面の反対側の表面に設けられる反射部１３０とを備える。
更に、発光素子１は、反射部１３０のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する密着層２００と、密着層２００の反射部１３０に接する面の反対側に設けられる電気導電性を有する支持基板２０と、支持基板２０の密着層２００に接する面の反対側の面に設けられる裏面電極２１０とを備える。
また、本実施形態に係る発光素子１の半導体積層構造１０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられるｐ型コンタクト層１０９と、ｐ型コンタクト層１０９の透明層１４０に接している面の反対側に設けられる第２導電型の第２半導体層としてのｐ型クラッド層１０７と、ｐ型クラッド層１０７のｐ型コンタクト層１０９に接している面の反対側に設けられる活性層１０５と、活性層１０５のｐ型クラッド層１０７に接している面の反対側に設けられる第１導電型の第１半導体層としてのｎ型クラッド層１０３と、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の一部の領域に設けられるｎ型コンタクト層１０１とを有する。
半導体積層構造１０の透明層１４０に接している側の反対側の表面は、本実施の形態に係る発光素子１の光取出し面となる。具体的には、ｎ型クラッド層１０３の活性層１０５に接している面の反対側の表面の一部が光取出し面となる。そして、ｎ型クラッド層１０３の光取出し面には、一の凹部と一の凸部とを一つのペアとした凹凸部が連続して連なった凹凸形状部１０３ａが形成される。例えば、一の凹部と他の凹部、又は一の凸部と他の凸部とが所定の間隔をおいてｎ型クラッド層１０３の表面に形成されることにより、ｎ型クラッド層１０３の表面に凹凸形状部１０３ａが設けられる。本実施の形態に係る凹凸形状部１０３ａは、例えば、算術平均粗さが１００ｎｍ以上の凹凸を有して形成される。
更に、反射部１３０は、コンタクト部１２０及び透明層１４０に接して設けられる反射層１３２と、反射層１３２のコンタクト部１２０及び透明層１４０に接する面の反対側で反射層１３２に接して設けられるバリア層１３４と、バリア層１３４の反射層１３２に接する面の反対側でバリア層１３４に接して設けられる接合層１３６とを有する。そして、密着層２００は、反射部１３０の接合層１３６に対して機械的及び電気的に接合する接合層２０２と、接合層２０２の反射部１３０に接する面の反対側に設けられるバリア層２０４と、バリア層２０４の接合層２０２に接する面の反対側に設けられるコンタクト電極２０６とを有する。
ここで、発光素子１は、活性層１０５の側面を含むエッチング側面としての側面１０ａを有する。具体的に、発光素子１は、ｎ型クラッド層１０３の側面と、活性層１０５の側面と、ｐ型クラッド層１０７の側面と、ｐ型コンタクト層１０９の側面とを含む側面１０ａを有する。そして、側面１０ａは、支持基板２０の表面に対して略垂直に形成される。更に、発光素子１は、反射部１３０の側面と、密着層２００の側面と、支持基板２０の側面とを含む加工側面としての側面１０ｂを有する。
側面１０ａは、ｎ型クラッド層１０３の一部と、活性層１０５の一部と、ｐ型クラッド層１０７の一部と、ｐ型コンタクト層１０９の一部のそれぞれがウェットエッチング等により除去されて生じた面である。一方、側面１０ｂは、反射部１３０の一部と、密着層２００の一部と、支持基板２０の一部とのそれぞれが、ダイシング装置を用いたダイシング等により機械的に切断されて生じた面である。したがって、側面１０ａは、側面１０ｂに比べて滑らかな表面を有する。
また、図１Ａに示すように、本実施形態に係る発光素子１は上面視にて略正方形に形成される。一例として、発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ５００μｍである。また、発光素子１の厚さは、２００μｍ程度に形成される。また、本実施の形態に係る発光素子１は、例えば、平面寸法が３００μｍ程度のチップサイズを有する発光素子、又は平面寸法が５００μｍ以上の大型のチップサイズを有する発光素子にすることもできる。
（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）
図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の上面の詳細を示し、図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の縦断面の一部を示す。
図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の上面の詳細を示し、図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の縦断面の一部を示す。
まず、図１Ｃを参照して、表面電極１１０及びコンタクト部１２０の詳細を説明する。表面電極１１０は、ｎ型クラッド層１０３上に設けられる中心電極としての一の円電極と複数の線状の細線電極とから構成される。例えば、表面電極１１０は、上面視にて、略矩形に形成される発光素子１の一の辺に近接して当該一の辺に略水平に設けられる細線電極１１０ａと、当該一の辺の対辺に近接して当該対辺に略水平に設けられる細線電極１１０ｃと、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｃとの間において、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｃとの双方から略等しい位置に細線電極１１０ａ及び細線電極１１０ｃと略水平に設けられる細線電極１１０ｂとを有する。なお、表面電極１１０の円電極は、一例として、上面視にて円形状に形成されるものの、多角形状（例えば、六角形等）を有して形成することもできる。
そして、表面電極１１０は、細線電極１１０ａ、細線電極１１０ｂ、及び細線電極１１０ｃそれぞれの長手方向に対して略垂直な方向に延びると共に、これらの細線電極の略中間付近においてこれらの細線電極と接して設けられる細線電極１１０ｄを更に有する。また、表面電極１１０は、細線電極１１０ｂと細線電極１１０ｄとの交点を含む領域に円電極を有する。すなわち、複数の細線電極のうち、細線電極１１０ｂ及び細線電極１１０ｄはそれぞれ、円電極の外周から離れる方向に向かって（換言すれば、上面視にて、円電極の外周から発光素子１の外縁に向かって）、円電極の外周から延びて形成される。なお、図１Ｃにおいて、円電極は、パッド電極１１５の直下に位置するので図示されていない。また、上面視にて、発光素子１の中心とパッド電極１１５の中心とが略一致する位置に、パッド電極１１５は設けられる。
次に、コンタクト部１２０は、上面視にて、表面電極１１０の直下の透明層１４０の領域を除く部分に位置する開口内にパッド電極１１５側に向けて複数の細線部を突きだした部分を有して、外形が略矩形状に設けられる。例えば、コンタクト部１２０は、上面視にて、発光素子１の外周に沿った形状を有する外周部１２０ａと、外周部１２０ａの一の辺から中心に向かって所定の長さを有して延びると共に、外周部１２０ａに一方の端部が接して設けられる細線部１２０ｂと、外周部１２０ａの当該一の辺から細線部１２０ｂと水平な方向に延び、細線部１２０ｂから所定の距離をおいて設けられる細線部１２０ｃと、外周部１２０ａの当該一の辺の対辺から中心に向かって所定の長さを有して伸びると共に、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｃのそれぞれと対向して設けられる、細線部１２０ｄ及び細線部１２０ｅとを有する。なお、細線部１２０ｂないし細線部１２０ｅはそれぞれ、略同程度の長さを有する。また、コンタクト部１２０の外周部１２０ａは、細線電極１１０ａ等の長手方向に沿った領域と、長手方向に沿った領域に直交して延びた領域（例えば、コンタクト部１２０が上面視にて矩形状の部分を有する場合、長手方向に沿った領域は矩形の内の一辺であり、直交して延びた領域は、当該辺に直交する辺である）とを有して形成される。
また、第１の実施の形態におけるコンタクト部１２０は、細線電極に対して平行に設けられ、かつ、細線電極との距離が最短となる複数の第１領域と、複数の第１領域を電気的に接続する第２領域とを有する。例えば、図１Ｃに示すように、外周部１２０ａの一部、及び細線部１２０ｂないし細線部１２０ｅの一部が、細線電極１１０ａないし細線電極１１０ｃの長手方向に沿って平行に設けられる複数の第１領域に該当する。ここで、図１Ｃを参照すると、第１の実施の形態に係る細線電極１１０ｄは、コンタクト部１２０に対して平行に設けられている。そして、細線電極１１０ｄは、コンタクト部１２０との間の距離がＷ１より長くなる構成である。したがって、第１の実施の形態においては、細線電極１１０ｄに対する第１領域は存在しない。
なお、表面電極１１０及びコンタクト部１２０が曲線領域を有する場合、曲線同士が等間隔に設けられることにより形成される平行曲線についても、本実施の形態における「平行」に設けられる領域に含まれるものとする。
そして、上面視にて、表面電極１１０とコンタクト部１２０とは重ならない配置となる。例えば、細線電極１１０ａと細線電極１１０ｂとの間に、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｄが位置すると共に、細線部１２０ｂ及び細線部１２０ｄはそれぞれ、細線電極１１０ｄとは接しない長さを有して形成される。同様に、細線電極１１０ｂと細線電極１１０ｃとの間に、細線部１２０ｃ及び細線部１２０ｅが位置すると共に、細線部１２０ｃ及び細線部１２０ｅはそれぞれ、細線電極１１０ｄとは接しない長さを有して形成される。
また、表面電極１１０は、細線電極（細線電極１１０ａ乃至細線電極１１０ｄ）とコンタクト部１２０の長手方向に沿った領域との間の最短の電流経路より円電極とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路の方が実質的に長くなる配置を有して形成される。例えば、細線電極１１０ａの長手方向の辺から、当該辺に最も近いコンタクト部１２０の長手方向に沿った辺までの電流経路より、円電極（すなわち、パッド電極１１５直下の表面電極１１０）の外縁から最も近いコンタクト部１２０（例えば、細線部１２０ｅの先端部分）までの電流経路の方が長くなる配置を有して表面電極１１０は形成される。更に、細線電極（例えば、細線電極１１０ａ）の端部とコンタクト部１２０の上記長手方向に沿った領域に直交して延びた領域との間の最短の電流経路が、細線電極１１０ａと上記長手方向に沿った領域との間の最短の電流経路より長い配置である領域を少なくとも有して表面電極１１０は形成される。例えば、細線電極１１０ａの端部からコンタクト部１２０の上記直交して延びた領域までの最短の電流経路が、細線電極１１０ａの長手方向の辺から上記長手方向に沿った領域までの最短の電流経路より長くなる配置を有して表面電極１１０は形成される。
ここで、発光素子１の上面視にて、表面電極１１０の細線電極の外縁からコンタクト部１２０の外縁までの最短距離を「Ｗ1」と定義すると共に、パッド電極１１５の外周（すなわち、表面電極１１０の円電極の外周）からコンタクト部１２０への最短距離を「Ｗ2」と定義する。例えば、細線電極１１０ａの外縁から外周部１２０ａまでの最短距離、及び細線電極１１０ａの外縁から細線部１２０ｂまでの最短距離がＷ1となる。また、パッド電極１１５の外縁から細線部１２０ｂまでの最短距離、及びパッド電極１１５の外縁から細線部１２０ｅまでの最短距離がＷ2となる。
ここで、パッド電極１１５の外周からコンタクト部１２０への最短距離Ｗ2は、表面電極１１０の細線電極の外縁からコンタクト部１２０の外縁までの最短距離Ｗ1より長く形成することが好ましい。その理由は以下のとおりである。すなわち、表面電極１１０の円電極部分（つまり、パッド電極１１５）直下及び近傍における発光は、円電極部分及びパッド電極１１５により光が吸収され、光取り出し効率が低下する。つまり、パッド電極１１５近傍における発光量を増加させても、発光素子１としての光取り出し量を向上させ難い。一方、細線電極１１０ａ等は、パッド電極１１５に対して幅が狭く、活性層１０５から発せられる光に対して影となる、若しくは当該光を吸収する影響を低減できる。したがって、本実施の形態においては、Ｗ1＜Ｗ2の関係を満たすことが好ましいからである。
また、図１Ｄを参照して、本実施の形態において、半導体積層構造１０の膜厚、すなわち、ｎ型コンタクト層１０１の表面からｐ型コンタクト層１０９の底面までの厚さを「Ｔ」と定義する。
ここで、本実施の形態に係る発光素子１は、半導体積層構造１０の膜厚Ｔの二乗とパッド電極１１５とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離Ｗ2の二乗との和の平方根の値（Ｓ１）が、半導体積層構造１０の膜厚Ｔの二乗と細線電極とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離Ｗ1の二乗との和の平方根の値（Ｓ２）より大きい値となる表面電極１１０とコンタクト部１２０との配置関係を有する。
この配置関係、すなわち「数１」の式を満たす表面電極１１０とコンタクト部１２０とを設けることにより、表面電極１１０の細線電極とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路より、パッド電極１１５（すなわち、表面電極１１０の円電極）とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路の方が長い配置となる。したがって、表面電極１１０の細線電極とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路の方が、パッド電極１１５とコンタクト部１２０との間の最短の電流経路に比べて、より電流が流れやすくなる。
なお、表面電極１１０の円電極は、円電極上に設けられるパッド電極１１５に接続されるＡｕ等の金属材料からなるワイヤーのボール部分の直径に応じて、少なくとも７５μｍ以上の直径を有して形成される。一例として、表面電極１１０の円電極は、直径が１００μｍの円形状に形成される。また、表面電極１１０の細線電極１１０ａないし１１０ｄは、幅が１０μｍの線状に形成される。更に、コンタクト部１２０は、表面電極１１０の直下の領域を除いたｐ型コンタクト層１０９の表面に設けられる。具体的に、コンタクト部１２０は、透明層１４０を貫通して設けられる開口内に形成されることにより、半導体積層構造１０と反射層１３２とを電気的に接続する。一例として、コンタクト部１２０は、Ａｕ、Ｚｎを含む金属材料から形成される。
（半導体積層構造１０）
本実施形態に係る半導体積層構造１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を有して形成される。具体的に、半導体積層構造１０は、不純物であるドーパントがドープされていないアンドープのＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体のバルクから形成される活性層１０５を、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１０３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１０７とで挟んだ構成を有する。
本実施形態に係る半導体積層構造１０は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を有して形成される。具体的に、半導体積層構造１０は、不純物であるドーパントがドープされていないアンドープのＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体のバルクから形成される活性層１０５を、ｎ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１０３と、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１０７とで挟んだ構成を有する。
活性層１０５は、外部から電流が供給されると所定の波長の光を発する。例えば、活性層１０５は、波長が６３０ｎｍ付近の赤色光を発する化合物半導体材料で形成される。活性層１０５は、一例として、アンドープの（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層から形成される。また、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉ、Ｓｅ等のｎ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｎ型クラッド層１０３は、Ｓｉがドープされたｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層から形成される。更に、ｐ型クラッド層１０７は、Ｚｎ、Ｍｇ等のｐ型のドーパントを所定の濃度含む。一例として、ｐ型クラッド層１０７は、Ｍｇがドープされたｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐ層から形成される。
更に、半導体積層構造１０が有するｐ型コンタクト層１０９は、一例として、Ｍｇが所定の濃度ドープされたｐ型のＧａＰ層から形成される。そして、ｎ型コンタクト層１０１は、Ｓｉが所定の濃度ドープされたＧａＡｓ層から形成される。ここで、ｎ型コンタクト層１０１は、ｎ型クラッド層１０３の上面において、表面電極１１０が設けられる領域に設けられる。
（透明層１４０）
透明層１４０は、ｐ型コンタクト層１０９の表面であって、コンタクト部１２０が設けられていない領域に設けられる。透明層１４０は、活性層１０５が発する光の波長に対して透明な材料で形成され、一例として、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＮx等の等の透明誘電体層から形成される。また、透明層１４０は、活性層１０５が発する光の波長をλとすると共に、透明層１４０を構成する材料の屈折率をｎとした場合に、（２×λ）／（４×ｎ）以上の厚さで形成する。なお、透明層１４０は、コンタクト部１２０の導電率より低い導電率を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の金属酸化物材料を含む透明導電体層から形成することもできる。
透明層１４０は、ｐ型コンタクト層１０９の表面であって、コンタクト部１２０が設けられていない領域に設けられる。透明層１４０は、活性層１０５が発する光の波長に対して透明な材料で形成され、一例として、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＮx等の等の透明誘電体層から形成される。また、透明層１４０は、活性層１０５が発する光の波長をλとすると共に、透明層１４０を構成する材料の屈折率をｎとした場合に、（２×λ）／（４×ｎ）以上の厚さで形成する。なお、透明層１４０は、コンタクト部１２０の導電率より低い導電率を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の金属酸化物材料を含む透明導電体層から形成することもできる。
また、透明層１４０を、屈折率がそれぞれ異なる複数の材料からなる薄膜の積層構造から形成することもできる。すなわち、透明層１４０を、分布ブラック反射（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ：ＤＢＲ）構造とすることもできる。例えば、所定膜厚のＳｉＯ2からなる層と、所定膜厚のＴｉＯ2からなる層とをペアとしたペア層を複数回積層したＤＢＲ構造を有する透明層１４０を形成できる。
（反射部１３０）
反射部１３０の反射層１３２は、活性層１０５が発する光に対して高い反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１３２は、当該光に対して８０％以上の反射率を有する導電性材料から形成する。反射層１３２は、活性層１０５が発した光のうち、反射層１３２に達した光を活性層１０５側に向けて反射する。反射層１３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、又は、これらの金属材料から選択される少なくとも１つの金属材料を含む合金から形成される。一例として、反射層１３２は、所定膜厚のＡｌから形成される。そして、反射部１３０のバリア層１３４はＴｉ、Ｐｔ等の金属材料から形成され、一例として、所定膜厚のＴｉから形成される。バリア層１３４は、接合層１３６を構成する材料が反射層１３２に伝搬することを抑制する。また、接合層１３６は、密着層２００の接合層２０２と電気的及び機械的に接合する材料から形成され、一例として、所定膜厚のＡｕから形成される。
反射部１３０の反射層１３２は、活性層１０５が発する光に対して高い反射率を有する導電性材料から形成される。一例として、反射層１３２は、当該光に対して８０％以上の反射率を有する導電性材料から形成する。反射層１３２は、活性層１０５が発した光のうち、反射層１３２に達した光を活性層１０５側に向けて反射する。反射層１３２は、例えば、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ等の金属材料、又は、これらの金属材料から選択される少なくとも１つの金属材料を含む合金から形成される。一例として、反射層１３２は、所定膜厚のＡｌから形成される。そして、反射部１３０のバリア層１３４はＴｉ、Ｐｔ等の金属材料から形成され、一例として、所定膜厚のＴｉから形成される。バリア層１３４は、接合層１３６を構成する材料が反射層１３２に伝搬することを抑制する。また、接合層１３６は、密着層２００の接合層２０２と電気的及び機械的に接合する材料から形成され、一例として、所定膜厚のＡｕから形成される。
（支持基板２０）
支持基板２０は導電性材料から形成される。支持基板２０は、ｐ型又はｎ型の導電性Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板等の半導体基板、若しくはＣｕ等の金属材料からなる金属基板から形成することができる。例えば、本実施形態においては、導電性Ｓｉ基板を支持基板２０として用いることができる。
支持基板２０は導電性材料から形成される。支持基板２０は、ｐ型又はｎ型の導電性Ｓｉ基板、Ｇｅ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板等の半導体基板、若しくはＣｕ等の金属材料からなる金属基板から形成することができる。例えば、本実施形態においては、導電性Ｓｉ基板を支持基板２０として用いることができる。
そして、密着層２００の接合層２０２は、反射部１３０の接合層１３６と同様に、所定膜厚のＡｕから形成することができる。また、バリア層２０４は、Ｔｉ、Ｐｔ等の金属材料から形成され、一例として所定膜厚のＰｔから形成することができる。バリア層２０４は、接合層２０２を構成する材料がコンタクト電極２０６に伝搬することを防止する。更に、コンタクト電極２０６は、支持基板２０と電気的に接合する材料から形成され、Ａｕ、Ｔｉ、Ａｌ等を含む金属材料から形成される。一例として、コンタクト電極２０６は、所定膜厚のＴｉから形成する。
裏面電極２１０は、支持基板２０に電気的に接合する材料から形成され、例えば、Ｔｉ、Ａｕ等の金属材料から形成される。本実施形態においては、裏面電極２１０はＴｉとＡｕとを有する。具体的に、所定膜厚のＴｉが支持基板２０に電気的に接合して設けられ、Ｔｉの上に所定膜厚のＡｕが更に設けられる。なお、発光素子１は、裏面電極２１０の側を下に向けて、Ａｇペースト等の導電性の接合材料、又はＡｕＳｎ等の共晶材料を用いてＡｌ、Ｃｕ等の金属材料から形成されるステムの所定の位置に搭載される。
（変形例）
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１０の活性層１０５の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層１０５が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。また、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、紫外領域、紫色領域、若しくは青色領域の光を発する活性層１０５を含むＩｎＡｌＧａＮ系の化合物半導体から形
成することもできる。
本実施形態に係る発光素子１は、波長が６３０ｎｍの赤色を含む光を発するが、発光素子１が発する光の波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１０の活性層１０５の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子１を形成することもできる。活性層１０５が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。また、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、紫外領域、紫色領域、若しくは青色領域の光を発する活性層１０５を含むＩｎＡｌＧａＮ系の化合物半導体から形
成することもできる。
更に、発光素子１が備える半導体積層構造１０は、半導体積層構造１０を構成する化合物半導体層の導電型を、第１の実施の形態の反対にすることもできる。例えば、ｎ型コンタクト層１０１及びｎ型クラッド層１０３の導電型をｐ型にすると共に、ｐ型クラッド層１０７及びｐ型コンタクト層１０９の導電型をｎ型にすることもできる。また、凹凸形状部１０３ａは、ｎ型クラッド層１０３の表面に規則性を有さない凹凸部を形成することにより、ｎ型クラッド層１０３の表面に設けることもできる。
また、コンタクト部１２０は、切断部のない単一な形状に形成されているが、変形例においては、コンタクト部１２０の一部に切断部を形成して、複数の領域からなるコンタクト部１２０を形成することもできる。例えば、コンタクト部１２０は、複数のドット状に形成することもできる。
また、発光素子１の平面寸法は上記の実施形態に限られない。例えば、発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ３００μｍ程度に設計することもでき、あるいは１ｍｍを超える寸法となるように設計することもできる。また、発光素子１の使用用途に応じて、縦寸法及び横寸法を適宜変更して発光素子１を形成することもできる。一例として、発光素子１の平面寸法を、縦寸法の方が横寸法より短くなるように設計することもできる。この場合、発光素子１の上面視における形状は、略長方形となる。
また、活性層１０５は量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。
（発光素子１の製造方法）
図２Ａから図２Ｌは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す。
図２Ａから図２Ｌは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の流れを示す。
まず、図２Ａ（ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層を含むＡｌＧａＩｎＰ系の半導体積層構造１１を形成する。具体的には、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上に、アンドープの（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐを有するエッチングストップ層１０２と、Ｓｉがドープされたｎ型のＧａＡｓを有するｎ型コンタクト層１０１と、Ｓｉがドープされたｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐを有するｎ型クラッド層１０３と、アンドープの（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐを有する活性層１０５と、Ｍｇがドープされたｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐを有するｐ型クラッド層１０７と、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＰを有するｐ型コンタクト層１０９とをＭＯＶＰＥ法を用いてこの順に形成する。これにより、ｎ型ＧａＡｓ基板１００上に半導体積層構造１１が形成されたエピタキシャルウエハが形成される。
ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた半導体積層構造１１の形成は、成長温度を６５０℃に、成長圧力を６６６６．１Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）に、半導体積層構造１１が有する複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度を０．３ｎｍ／ｓｅｃから１．０ｎｍ／ｓｅｃに、及びＶ／ＩＩＩ比を約２００前後に設定して実施する。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等のＩＩＩ族原料のモル数を基準とした場合における、アルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）等のＶ族原料のモル数の比である。
また、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、及びアルシン（ＡｓＨ3）、ホスフィン（ＰＨ3）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を用いることができる。
また、ｎ型のドーパントの原料として、セレン化水素（Ｈ2Ｓｅ）、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１００の上の半導体積層構造１１は、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）又はハライド気相エピタキシー法（Ｈａｌｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）等を用いて形成することもできる。
次に、図２Ａ（ｂ）に示すように、図２Ａ（ａ）において形成したエピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、ｐ型コンタクト層１０９の表面に透明層１４０を形成する。具体的には、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて、透明層１４０としてのＳｉＯ2膜をｐ型コンタクト層１０９の表面に形成する。なお、透明層１４０を複数の層から形成する場合、真空蒸着法により形成することができる。
次に、図２Ｂ（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。例えば、開口１４０ａを形成すべき領域に溝を有するフォトレジストパターンを、透明層１４０上に形成する。開口１４０ａは、透明層１４０の表面からｐ型コンタクト層１０９と透明層１４０との界面までを貫通して形成される。具体的には、フッ酸系のエッチング液としてのエッチャントを用いて、フォトレジストパターンが形成されていない領域の透明層１４０を除去することにより、透明層１４０に開口１４０ａを形成する。なお、開口１４０ａは、図１Ａにおいて説明したコンタクト部１２０が設けられる領域に形成する。
続いて、図２Ｂ（ｄ）に示すように、真空蒸着法を用いて、開口１４０ａにコンタクト部１２０を構成する材料であるＡｕＺｎ合金を形成する。例えば、開口１４０ａを形成する際に用いるフォトレジストパターンをマスクとして、ＡｕＺｎを開口１４０ａ内に真空蒸着することにより、コンタクト部１２０を形成する。これにより、図２Ｃに示すように、透明層１４０にＡｕＺｎからなるコンタクト部１２０が形成される。なお、コンタクト部１２０の形状は、「（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）」において詳述したので説明を省略する。
次に、図２Ｄの（ｅ）に示すように、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、反射層１３２としてのＡｌ層と、バリア層１３４としてのＴｉ層と、接合層１３６としてのＡｕ層とを形成する。これにより、半導体積層構造体１ａが形成される。なお、反射層１３２は、活性層１０５が発する光の波長に応じて、当該光の波長に対する反射率が高い材料を選択する。
そして、図２Ｅ（ｆ）に示すように、支持基板２０としての導電性のＳｉ基板上に、コンタクト電極２０６としてのＴｉと、バリア層２０４としてのＰｔと、接合層２０２としてのＡｕとをこの順に真空蒸着法を用いて形成する。これにより、支持構造体２０ａが形成される。続いて、半導体積層構造体１ａの接合層１３６の表面である接合面１３６ａと、支持構造体２０ａの接合層２０２の表面である接合面２０２ａとを対向させて重ね、この状態をカーボン等から形成される冶具で保持する。
続いて、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが重なり合った状態を保持している冶具を、ウエハ貼合わせ装置内に導入する。そして、ウエハ貼合わせ装置内を所定圧力にする。一例として、１．３３３Ｐａ（０．０１Ｔｏｒｒ）の圧力に設定する。そして、互いに重なり合っている半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとに冶具を介して圧力を加える。一例として、３０ｋｇｆ／ｃｍ2の圧力を加える。次に、冶具を所定温度まで所定の昇温速度で加熱する。
具体的には、冶具の温度を３５０℃まで加熱する。そして、冶具の温度が３５０℃程度に達した後、冶具を当該温度で約３０分保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼合わせ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、図２Ｅ（ｇ）に示すように、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとが接合層１３６と接合層２０２との間において機械的・電気的に接合した接合構造体１ｂが形成される。
なお、本実施形態においては、半導体積層構造体１ａは、バリア層１３４を有している。したがって、半導体積層構造体１ａと支持構造体２０ａとを接合面１３６ａと接合面２０２ａとで接合させた場合であっても、接合層１３６及び接合層２０２を形成する材料が反射層１３２に拡散することを抑制して、反射層１３２の反射特性が劣化することを抑制できる。
次に、研磨装置の冶具に貼り付け用ワックスで接合構造体１ｂを貼り付ける。具体的に、支持基板２０側を当該冶具に貼り付ける。そして、接合構造体１ｂのｎ型ＧａＡｓ基板１００を所定の厚さになるまで研磨する。続いて、研磨後の接合構造体１ｂを研磨装置の冶具から取り外して、支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。そして、図２Ｆ（ｈ）に示すように、ＧａＡｓエッチング用のエッチャントを用いて、研磨後の接合構造体１ｂからｎ型ＧａＡｓ基板１００を選択的に完全に除去してエッチングストップ層１０２が露出した接合構造体１ｃを形成する。ＧａＡｓエッチング用のエッチャントとしては、例えば、アンモニア水と過酸化水素水との混合液が挙げられる。なお、ｎ型ＧａＡｓ基板１００を研磨せずに、全てのｎ型ＧａＡｓ基板１００をエッチングにより除去することもできる。
そして、図２Ｆ（ｉ）に示すように、接合構造体１ｃからエッチングストップ層１０２を所定のエッチャントを用いてエッチングにより除去する。これにより、エッチングストップ層１０２が除去された接合構造体１ｄが形成される。エッチングストップ層１０２がＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成されている場合、所定のエッチャントとしては、塩酸を含むエッチャントを用いることができる。これによりｎ型コンタクト層１０１の表面が外部に露出する。
続いて、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層１０１の表面の所定の位置に、表面電極１１０を形成する。表面電極１１０は、直径が１００μｍの円電極と幅が１０μｍの複数の細線電極とから形成される。表面電極１１０は、例えば、ＡｕＧｅ、Ｔｉ、Ａｕをこの順にｎ型コンタクト層１０１上に蒸着することにより形成される。この場合に、表面電極１１０は、コンタクト部１２０の直上に位置しないように形成される。なお、表面電極１１０の形状の詳細は、「（表面電極１１０とコンタクト部１２０との詳細）」において説明したのでここでは省略する。これにより、図２Ｇに示すように、表面電極１１０を有する接合構造体１ｅが形成される。
次に、図２Ｈに示すように、図２Ｇにおいて形成した表面電極１１０をマスクとして、表面電極１１０の直下に対応するｎ型コンタクト層１０１を除くｎ型コンタクト層１０１を、硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いてエッチングして除去する。これにより、接合構造体１ｆが形成される。なお、当該混合液を用いることにより、ＧａＡｓから形成されるｎ型コンタクト層１０１を、ｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐから形成されるｎ型クラッド層１０３に対して選択的にエッチングできる。したがって、接合構造体１ｆにおいては、ｎ型クラッド層１０３の表面が外部に露出することとなる。
次に、図２Ｉに示すように、ｎ型クラッド層１０３の表面の一部に、凹凸形状部１０３ａを形成する。具体的には、凹部用のパターン又は凸部用のパターンが所定の間隔をおいて繰り返されるマスクパターンを、フォトリソグラフィー法を用いてｎ型クラッド層１０３の表面に形成する。例えば、凹部用のパターン又は凸部用のパターンが１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内の間隔をおいて繰り返されるマスクパターンを形成する。なお、凹部用のパターン又は凸部用のパターンは、例えば、マトリックス状、ハニカム状等の配置を有して形成される。そして、形成したマスクパターンをマスクとして、ウェットエッチング法を用いてｎ型クラッド層１０３の表面に凹凸形状部１０３ａを形成する。これにより、凹凸形状部１０３ａを有する接合構造体１ｇが形成される。
続いて、フォトリソグラフィー法を用いて発光素子間を分離するマスクパターンを接合構造体１ｇの表面に形成する。すなわち、接合構造体１ｇのｎ型クラッド層１０３の表面に発光素子間分離用のマスクパターンを形成する。マスクパターンをマスクとして、ｎ型クラッド層１０３の表面側からｐ型コンタクト層１０９までをウェットエッチング法で除去することにより発光素子をそれぞれ分離する。これにより、図２Ｊに示すように、複数の発光素子間が分離された接合構造体１ｈが形成される。なお、側面１０ａはウェットエッチングにより露出した面であり、機械的に半導体積層構造１０を切断した場合に比べて滑らかな表面を有する。
次に、支持基板２０の裏面の略全面に、裏面電極２１０を真空蒸着法によって形成する。裏面電極２１０は、ＴｉとＡｕとをこの順に支持基板２０の底面に蒸着することにより形成する。その後、コンタクト部１２０とｐ型コンタクト層１０９との間、表面電極１１０とｎ型コンタクト層１０１との間、コンタクト電極２０６と支持基板２０との間、及び裏面電極２１０と支持基板２０との間のそれぞれの電気的接合を形成する合金化工程であるアロイ工程を裏面電極２１０を備える接合構造体１ｈに施す。一例として、不活性雰囲気としての窒素雰囲気下、４００℃で５分間の熱処理を接合構造体１ｈに施す。続いて、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、表面電極１１０の表面の一部、具体的には円電極上に、パッド電極１１５を形成する。パッド電極１１５は、例えば、Ｔｉ、Ａｕをこの順に表面電極１１０の円電極の表面に蒸着することにより形成する。これにより、図２Ｋに示すような接合構造体１ｉが形成される。
そして、ダイシングブレードを有するダイシング装置を用いて、接合構造体１ｉを素子分離する。これにより、図２Ｌに示すように、本実施の形態に係る複数の発光素子１が形成される。この場合、ダイシングブレードにより機械的に切断された領域には、側面１０ｂが生じる。側面１０ｂは、機械的に切断された領域なので、側面１０ａの表面に比べて大きな凹凸が生じている。
図２Ａから図２Ｌの各工程を経て製造された発光素子１は、一例として、平面寸法が５００μｍ角の略四角形状を有する素子サイズ（平面寸法）の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。そして、この発光素子１をＴＯ−１８ステムに導電性の接合材料を用いてダイボンディングすると共に、表面電極１１０とＴＯ−１８ステムの所定の領域をＡｕ等のワイヤーで接続する。これにより、ワイヤーを介してパッド電極１１５に外部から電流を供給することにより、発光素子１の特性を評価することができる。
具体的に、この製造工程で製造した発光素子１の初期特性を、樹脂モールドを施して評価した。具体的には、以下の構成を備える発光素子１の初期特性を評価した。なお、当該発光素子１は、図１Ａないし図１Ｄに示した構造を備える。
まず、半導体積層構造１０は、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＡｓからなるｎ型コンタクト層１０１と、Ｓｉがドープされたｎ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層１０３と、アンドープの（Ａｌ0.1Ｇａ0.9）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる活性層１０５と、Ｍｇがドープされたｐ型の（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層１０７と、Ｍｇがドープされたｐ型のＧａＰからなるｐ型コンタクト層１０９とから形成した。
また、支持基板２０としては、導電性Ｓｉ基板を用い、コンタクト電極２０６としてはＴｉ層を、バリア層２０４としてはＰｔ層を、接合層２０２としてはＡｕ層を用いた。そして、反射部１３０の接合層１３６はＡｕ層を用い、バリア層１３４はＴｉ層を用い、反射層１３２はＡｌ層を用いた。更に、透明層１４０はＳｉＯ2を用い、コンタクト部１２０はＡｕＺｎを用いた。コンタクト部１２０の幅は、１０μｍとした。また、表面電極１１０は、ＡｕＧｅ、Ｔｉ、Ａｕを用いた。表面電極１１０の円電極の直径は１００μｍとすると共に、細線電極の幅は１０μｍとした。そして、パッド電極１１５は、Ｔｉ／Ａｕから形成した。すなわち、Ｔｉ層がｎ型コンタクト層１０１に接触した構成である。なお、素子サイズは、上面視にて５００μｍ角とした。
更に、「数１」で示したＳ１＝２５μｍに設定すると共に、Ｄ＝Ｓ１−Ｓ２と定義して、Ｄの値を変化させた発光素子を製造した。なお、エポキシ樹脂を用いてＴＯ−１８ステムに搭載した発光素子を封止することにより、樹脂モールドした。
図３は、発光素子のＤの値の違いによる発光出力を示す。
発光素子の発光出力は、発光素子に２０ｍＡの電流を通電して実施した。その結果、図３に示すように、Ｄが０を超えた場合、すなわち、Ｓ１＞Ｓ２が満たされる表面電極１１０とコンタクト部１２０との位置関係を有する本発明の第１の実施の形態に係る発光素子において、発光出力が高くなることが確認された。これは、活性層１０５が発する光を吸収する表面電極１１０の円電極部分とコンタクト部１２０との間の電流経路より、表面電極１１０の細線電極とコンタクト部１２０との間の電流経路の方が短く、表面電極１１０の円電極直下に位置する活性層１０５における発光を抑制できたためと考えられる。
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、表面電極１１０のコンタクト部１２０に対する位置関係を、表面電極１１０の円電極とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離を、表面電極１１０の細線電極とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離よりも長い位置関係にしたので、パッド電極１１５に供給された電流は、表面電極１１０の細線電極からコンタクト部１２０へと優先的に伝搬する。これにより、本実施の形態に係る発光素子１によれば、発光素子１の上面視にて最も光を吸収するパッド電極１１５直下における発光を抑制できるので、光取り出し効率を高めた光出力の大きな発光素子１を提供できる。
本実施の形態に係る発光素子１は、表面電極１１０のコンタクト部１２０に対する位置関係を、表面電極１１０の円電極とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離を、表面電極１１０の細線電極とコンタクト部１２０との間の上面視における最短距離よりも長い位置関係にしたので、パッド電極１１５に供給された電流は、表面電極１１０の細線電極からコンタクト部１２０へと優先的に伝搬する。これにより、本実施の形態に係る発光素子１によれば、発光素子１の上面視にて最も光を吸収するパッド電極１１５直下における発光を抑制できるので、光取り出し効率を高めた光出力の大きな発光素子１を提供できる。
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示す。
本発明の第２の実施の形態に係る発光素子２は、表面電極の細線電極の配置とコンタクト部の細線部の配置とが異なる点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
第２の実施の形態に係る発光素子２の表面電極１１１は、パッド電極１１５直下の円電極と、上面視にて、円電極の中心から発光素子２の外縁に向かって延びる複数の細線電極とを有する。なお、図４において円電極は、パッド電極１１５直下に位置するので図示されていない。
具体的に、表面電極１１１は、上面視にて略正方形の発光素子２の一方の対角線に沿った方向に設けられる細線電極１１１ａと、他方の対角線に沿った方向に設けられる細線電極１１１ｃと、発光素子２の一の辺に略水平な方向に沿って設けられ、当該一の辺に垂直な２つの辺の略中央を結ぶ線上の一部に設けられる細線電極１１１ｂと、細線電極１１１ｄの長手方向に対して垂直な方向に沿って設けられる細線電極１１１ｄとを有する。細線電極１１１ａと細線電極１１１ｃとの交点と、細線電極１１１ｂと細線電極１１１ｄとの交点とは略一致する位置に設定される。そして、細線電極１１１ａ及び細線電極１１１ｃの長さは、細線電極１１１ｂ及び細線電極１１１ｄの長さより長く形成される。なお、円電極は、細線電極１１１ａないし細線電極１１１ｄのそれぞれと接触しており、上面視にて、発光素子２の略中央に設けられる。
また、コンタクト部１２２は、上面視にて、表面電極１１１の直下の透明層１４０の領域を除く部分に位置する開口内に設けられる。例えば、コンタクト部１２２は、上面視にて、発光素子２の外周に沿った形状を有する外周部１２２ａと、発光素子２の一の辺に沿った方向に延びる部分と、対角線に沿った方向に延びる部分とを含む複数の張り出し部とを有する。例えば、張り出し部１２２ｂは、細線電極１１１ｄに沿った方向に延びる部分と、細線電極１１１ａに沿った方向に延びる部分とを含んで形成される。同様に、張り出し部１２２ｃは、細線電極１１１ａに沿った方向に延びる部分と細線電極１１１ｂに沿った方向に延びる部分とを含んで形成される。第２の実施の形態に係る発光素子２においても、第１の実施の形態に係る発光素子１において説明した「数１」の関係を満たすように、表面電極１１１及びコンタクト部１２２は形成される。
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示し、図６は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の断面の概要を示す。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な上面を示し、図６は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の断面の概要を示す。
第３の実施の形態に係る発光素子３は、電流を発光素子３の上面側から供給する点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同様の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
図６を参照すると、第３の実施の形態に係る発光素子３は、半導体積層構造１０と、半導体積層構造１０の一方の表面の一部の領域と電気的に接続する表面電極１１２と、表面電極１１２の一部の表面に設けられるワイヤーボンディング用パッドとしての第１パッド電極１１５ａと、半導体積層構造１０の他方の表面の一部にオーミック接触するコンタクト部１２３と、コンタクト部１２３が設けられている領域を除く半導体積層構造１０の他方の表面に接して設けられる透明層１４０と、コンタクト部１２３及び透明層１４０の半導体積層構造１０に接する面の反対側の表面に設けられる反射部１３０とを備える。なお、第３の実施の形態に係る密着層２０１は、反射部１３０の接合層１３６に対して機械的に接合する接合層２０２と、接合層２０２の反射部１３０に接する面の反対側に設けられるバリア層２０４とを有する。なお、第３の実施の形態に係る支持基板２０は、導電性を有さない材料、例えば、ガラス基板、サファイア基板等から形成することもできる。
ここで、本実施の形態に係る発光素子３は、半導体積層構造１０の一部の領域が、半導体積層構造１０の一方の面から他方の面にかけて除去されている。そして、半導体積層構造１０が除去された領域に対応するコンタクト部１２３に、第２のパッド電極としての第２パッド電極１１５ｂが設けられる。第１パッド電極１１５ａの表面と、第２パッド電極１１５ｂの表面とはそれぞれ、同一の方向に向いて露出する。また、第２パッド電極１１５ｂは、半導体積層構造１０が除去された領域で外部に露出したコンタクト部１２３の一部上に設けられる。これにより、第２パッド電極１１５ｂに供給された電流は、コンタクト部１２３を介して半導体積層構造１０に供給される。
（電極の位置関係について）
図５に示すように、表面電極１１２は、ｎ型クラッド層１０３上において、略円形上に形成される円電極と、円電極と電気的に接続している複数の線状電極とを有して形成される。なお、図５において円電極は、第１パッド電極１１５ａの直下に位置するため図示されていない。
図５に示すように、表面電極１１２は、ｎ型クラッド層１０３上において、略円形上に形成される円電極と、円電極と電気的に接続している複数の線状電極とを有して形成される。なお、図５において円電極は、第１パッド電極１１５ａの直下に位置するため図示されていない。
表面電極１１２は、ｎ型コンタクト層１０１に接して設けられ、例えば、上面視にて略櫛形状を有する。一例として、表面電極１１２は、発光素子３の一の辺に近接して当該一の辺に略水平に設けられる細線電極１１２ａと、当該一の辺の対辺に近接して当該対辺に略水平に設けられる細線電極１１２ｃと、細線電極１１２ａと細線電極１１２ｃとの間であって、細線電極１１２ａからの距離と細線電極１１２ｃからの距離とが略等しい位置に設けられる細線電極１１２ｂとを有する。
更に、表面電極１１２は、細線電極１１２ａ、細線電極１１２ｂ、及び細線電極１１２ｃの長手方向に対して垂直な方向に延び、細線電極１１２ａ、細線電極１１２ｂ、及び細線電極１１２ｃの端部で細線電極１１２ａ、細線電極１１２ｂ、及び細線電極１１２ｃのそれぞれを電気的に接続する細線電極１１２ｄと、第１パッド電極１１５ａが設けられる領域の直下に位置する円電極とを有する。なお、第３の実施の形態においても、細線電極１１２ｄに対するコンタクト部１２３の第１領域は存在しない。また、細線電極１１２ａ及び細線電極１１２ｂの長さは略等しく、第１パッド電極１１５ａから最も離れた位置に設けられる細線電極１１２ｃの長さは、細線電極１１２ａの長さ及び細線電極１１２ｂの長さより短く形成される。そして、表面電極１１２の円電極は、細線電極１１２ａと細線電極１１２ｄとの交点を含む位置に設けられる。
また、コンタクト部１２３は、透明層１４０に設けられた開口内に設けられ、表面電極１１２の上面視における形状に応じて、表面電極１１２の直下を除く領域に設けられる。コンタクト部１２３は、半導体積層構造１０の他方の面に電流を略均一に拡散させることのできる形状を有して設けられる。
例えば、コンタクト部１２３は、表面電極１１２と同様に略櫛形状を有する。一例として、コンタクト部１２３は、上面視にて、発光素子３の一の辺に近接して設けられ、当該一の辺に略水平な線状部１２３ａと、当該一の辺の対辺に近接して設けられ、当該対辺に略水平な線状部１２３ｄと、線状部１２３ｄより線状部１２３ａに近接して設けられる線状部１２３ｂと、線状部１２３ａより線状部１２３ｄに近接して設けられる線状部１２３ｃとを有する。
更に、コンタクト部１２３は、線状部１２３ａ、線状部１２３ｂ、線状部１２３ｃ、及び線状部１２３ｄの長手方向に対して垂直な方向に延び、線状部１２３ａ、線状部１２３ｂ、線状部１２３ｃ、及び線状部１２３ｄの端部で線状部１２３ａ、線状部１２３ｂ、線状部１２３ｃ、及び線状部１２３ｄのそれぞれを電気的に接続する線状部１２３ｅと、第２パッド電極１１５ｂが設けられる領域の直下に位置する円部とを有する。なお、コンタクト部１２３の円部は、第２パッド電極１１５ｂの直下に位置するので、図５においては図示されていない。
また、線状部１２３ａは他の線状部より短く形成され、線状部１２３ｄは他の線状部より長く形成される。また、線状部１２３ｂの長さと線状部１２３ｃの長さとは略等しく形成される。そして、線状部１２３ａ、線状部１２３ｂ、線状部１２３ｃ、及び線状部１２３ｄはそれぞれ略同一間隔で配置される。また、コンタクト部１２３の円部は、線状部１２３ｄと線状部１２３ｅとの交点を含む領域に設けられ、発光素子３の上面視にて、第１パッド電極１１５ａの対角の位置に設けられる。
また、上面視にて、線状電極１１２ａを挟む位置に線状部１２３ａ及び線状部１２３ｂが配置される。なお、一例として、第１パッド電極１１５ａ及び第２パッド電極１１５ｂは、直径が１００μｍの円状に形成され、複数の線状電極及び複数の線状部は、幅が１０μｍの線状に形成される。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、２、３ 発光素子
１ａ 半導体積層構造体
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ 接合構造体
１０ 半導体積層構造
１０ａ 側面
１０ｂ 側面
１１ 半導体積層構造
２０ 支持基板
２０ａ 支持構造体
１００ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１ ｎ型コンタクト層
１０２ エッチングストップ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０３ａ 凹凸形状部
１０５ 活性層
１０７ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０、１１１、１１２ 表面電極
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 細線電極
１１５ パッド電極
１１５ａ 第１パッド電極
１１５ｂ 第２パッド電極
１２０、１２２、１２３ コンタクト部
１２０ａ 外周部
１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ 細線部
１３０ 反射部
１３２ 反射層
１３４、２０４ バリア層
１３６、２０２ 接合層
１３６ａ、２０２ａ 接合面
１４０ 透明層
１４０ａ 開口
２００、２０１ 密着層
２０６ コンタクト電極
２１０ 裏面電極
１ａ 半導体積層構造体
１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ 接合構造体
１０ 半導体積層構造
１０ａ 側面
１０ｂ 側面
１１ 半導体積層構造
２０ 支持基板
２０ａ 支持構造体
１００ ｎ型ＧａＡｓ基板
１０１ ｎ型コンタクト層
１０２ エッチングストップ層
１０３ ｎ型クラッド層
１０３ａ 凹凸形状部
１０５ 活性層
１０７ ｐ型クラッド層
１０９ ｐ型コンタクト層
１１０、１１１、１１２ 表面電極
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ 細線電極
１１５ パッド電極
１１５ａ 第１パッド電極
１１５ｂ 第２パッド電極
１２０、１２２、１２３ コンタクト部
１２０ａ 外周部
１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ 細線部
１３０ 反射部
１３２ 反射層
１３４、２０４ バリア層
１３６、２０２ 接合層
１３６ａ、２０２ａ 接合面
１４０ 透明層
１４０ａ 開口
２００、２０１ 密着層
２０６ コンタクト電極
２１０ 裏面電極
Claims (5)
- 第１導電型の第１半導体層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層とに挟まれる活性層とを有する半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の一方の面に設けられる中心電極と、前記中心電極の外周から延びる細線電極とを有する表面電極と、
前記半導体積層構造の他方の面の前記表面電極の直下を除く部分に前記細線電極に沿って平行に設けられ、前記細線電極との間の最短の電流経路を形成する複数の第１領域と、前記複数の第１領域を接続する第２領域とを有するコンタクト部と
を備え、
前記表面電極は、前記細線電極と前記第１領域との間の最短の電流経路より、前記中心電極と前記コンタクト部との間の最短の電流経路の方が長く、前記細線電極の端部と前記コンタクト部との間の最短の電流経路が、前記細線電極と前記第１領域との間の最短の電流経路以上の長さとなる配置である発光素子。 - 前記半導体積層構造の膜厚の二乗と、前記中心電極と前記コンタクト部との間の上面視における最短距離の二乗との和の平方根は、前記半導体積層構造の膜厚の二乗と、前記細線電極と前記コンタクト部との間の上面視における最短距離の二乗との和の平方根より大きい値である請求項１に記載の発光素子。
- 前記活性層が発する光を反射する反射層を有する支持基板と、
前記反射層と前記半導体積層構造との間に設けられる透明層と
を更に備え、
前記半導体積層構造は、前記透明層を介して前記支持基板に支持され、
前記コンタクト部は、前記透明層を貫通して前記半導体積層構造と前記反射層とを電気的に接続する請求項２に記載の発光素子。 - 前記半導体積層構造は、前記一方の面の一部に算術平均粗さが１００ｎｍ以上である凹凸形状部を有する請求項３に記載の発光素子。
- 前記半導体積層構造は、前記一方の面から前記他方の面に向けて前記半導体積層構造の一部が除去され、
前記コンタクト部の一部は、前記半導体積層構造の一部が除去されることにより外部に露出し、
外部に露出した前記コンタクト部の一部上に設けられる第２のパッド電極
を更に備える請求項４に記載の発光素子。
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