JP2011243614A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体を構成材料として発光する発光素子の構造に関し、特に線状の発光素子の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a light emitting element that emits light using a semiconductor as a constituent material, and more particularly to a structure of a linear light emitting element.
半導体の発光ダイオード(LED)は、各種の目的に使用されている。例えば、これを用いた照明機器は、従来の白熱電球や蛍光灯と比べて低消費電力かつ低発熱性のために、これらを将来的に置換することが期待されている。ここで、LEDにおけるp型半導体層やn型半導体層は、通常、エピタキシャル成長やイオン注入等によって形成される。このため、pn接合面は半導体ウェハの表面と平行に形成され、p側に接続された電極とn側に接続された電極は、この半導体層の上面と下面に振り分けられる。これらの電極間にpn接合の順方向電流を流すことによってこの発光素子を発光させることができる。この際、一般に電極はこの光を遮る金属で構成されるため、電極が形成された箇所から光を取り出すことは困難である。また、この電流が発光素子内で均一でないと、均一な発光を得ることはできない。 Semiconductor light emitting diodes (LEDs) are used for various purposes. For example, lighting equipment using this is expected to be replaced in the future because of low power consumption and low heat generation compared to conventional incandescent bulbs and fluorescent lamps. Here, the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer in the LED are usually formed by epitaxial growth, ion implantation, or the like. Therefore, the pn junction surface is formed in parallel with the surface of the semiconductor wafer, and the electrode connected to the p side and the electrode connected to the n side are distributed to the upper surface and the lower surface of this semiconductor layer. The light emitting element can emit light by passing a forward current of a pn junction between these electrodes. At this time, since the electrode is generally made of a metal that blocks this light, it is difficult to extract the light from the place where the electrode is formed. Further, if this current is not uniform within the light emitting element, uniform light emission cannot be obtained.
こうした課題を解決する発光素子の具体的な構成は、例えば特許文献1に記載されている。その断面図を図8に示す。この発光素子90において発光する半導体発光機能層91は、下側にp型半導体層92、上側にn型半導体層93がある2層構造とされる。半導体発光機能層91の下面(p型半導体層92の下面)全体には金属で構成されたp側電極94が形成され、半導体発光機能層91の上面(n型半導体層93の上面)の一部には、金属で構成されたn側電極95が形成される。更に、上面全体には、n側電極95を覆って透明電極96が形成される。透明電極96の材料としては、例えばITO(Indium−Tin−Oxide)やZnO(Zinc−Oxide)等があり、これらは導電性であると同時に、この発光素子90が発する光に対して透明である。
A specific configuration of a light-emitting element that solves such a problem is described in
この構造においては、この発光素子90を動作させる(発光させる)ための電圧は、p側電極94とn側電極95間に印加される。この際、p側電極94は下面全面に形成され、n側電極95は上面全面に形成された透明電極96と接続される。p型半導体層92の下面全面はp側電極94に覆われているため、電位は一様である。また、透明電極96の存在によってn型半導体層93の上面全体における電位もほぼ一様となるため、半導体発光機能層91中における電流は、その上下方向(pn接合方向)にわたってほぼ一様に流れる。このため、面内において均一な発光が得られる。
In this structure, a voltage for operating (light-emitting) the
この際、図8中の上側に発された光は、半導体発光機能層91の左端部においてはn側電極95によって遮られるものの、大部分の領域においては、遮られることなく透明電極96を透過する。このため、図8中の点線矢印で示されるように、均一な発光を取り出すことができる。
At this time, the light emitted to the upper side in FIG. 8 is blocked by the n-
このように、透明電極を一方の極に接続された電極として用いることにより、半導体発光機能層91の表面の電位を一様とすることができ、均一な発光をする発光素子を得ることができる。
As described above, by using the transparent electrode as an electrode connected to one of the electrodes, the surface potential of the semiconductor light emitting
発光ダイオードの両電極がそれぞれ半導体発光機能層の上面と下面に接続される構成の発光素子であれば、上記の構成により、均一な発光を取り出すことができる。しかしながら、発光ダイオードの両電極が共に半導体発光機能層の同一主面側(例えば半導体発光機能層の上面側)に形成される場合には、均一な発光を得ることが困難である。これは、両電極間の間隔が広くなるほど顕著である。 If both the electrodes of the light emitting diode are connected to the upper and lower surfaces of the semiconductor light emitting functional layer, respectively, uniform light emission can be extracted with the above configuration. However, when both electrodes of the light emitting diode are formed on the same main surface side of the semiconductor light emitting functional layer (for example, the upper surface side of the semiconductor light emitting functional layer), it is difficult to obtain uniform light emission. This is more conspicuous as the distance between both electrodes becomes wider.
図9に、図8と同様の構成を、両電極を半導体発光機能層の一方の面側に設け、かつ両電極間で細長い構成をもつ発光素子190に適用した場合の上面図(a)、そのP−P方向の断面図(b)を示す。ここで、半導体発光機能層191は、n型半導体層192とその上のp型半導体層193で構成される。右端部においてはp型半導体層193は除去されてn型半導体層192が露出し、その上にn側電極194が形成される。左端部のp型半導体層193上には、p型電極195が形成される。図8と同様に、透明電極196は、p側電極195を覆い、p型半導体層193上面全体に形成されている。なお、図9(b)は断面図であるが、説明のために各半導体層のハッチングは省略している。
FIG. 9 is a top view (a) in the case where the same configuration as in FIG. 8 is applied to a
この場合に、半導体発光機能層191を発光させるための電流は、図9(a)の矢印に示されるように、p側電極195側からn側電極194側へ流れる。この間の電流経路としては、例えば図9(b)中の矢印で示されるように様々なものがある。これは、p側電極195からn側電極194までの水平方向の間隔が広いため、透明電極196中、p型半導体層193中、n型半導体層192中のそれぞれを水平方向に流れる成分が多くなるためである。また、これらの層はいずれもこの間隔と比べて薄いため、これらの層を水平方向に流れる電流に対する電気抵抗は高い。一方、発光に寄与する電流は、図9(b)中に太い黒矢印で示すような、pn接合(p型半導体層193とn型半導体層192の界面)を通過する電流であり、この電流によって点線矢印で示される光が発される。この電流強度は、水平方向に流れる電流経路における抵抗が大きいために電圧降下が発生する場合には、この電圧降下に依存する。この電圧降下は、電流経路に大きく依存するため、水平方向において均一な発光強度を得ることは困難である。このため、この発光強度の不均一性は、透明電極196、p型半導体層193、n型半導体層192の膜厚構成や各層の抵抗率に依存する。例えば、半導体発光機能層191を窒化ガリウム(GaN)で構成する場合、エピタキシャル基板上にn型GaN層、p型GaN層を順次形成することが通常である。この場合には、n型GaN層の抵抗は低く、p型GaN層や透明電極の抵抗はこれよりも高くなる。こうした場合には、通常はp側電極195近くで発光強度が高く、n側電極194近くで発光強度が低くなる。透明電極やp型GaN層の抵抗が無視できる場合にはこうした問題は発生しないが、実際には透明電極を構成する材料やp型GaNの導電率を高くすることは困難であるため、これらの抵抗を無視できる程度に小さくすることは困難である。
In this case, a current for causing the semiconductor light emitting
すなわち、半導体発光機能層の一方の面に2つの電極を形成した構成の発光素子において、長手方向で均一な発光強度を得ることは困難であった。こうした問題は、特に2つの電極の間隔が広い場合に顕著である。 That is, it is difficult to obtain a uniform light emission intensity in the longitudinal direction in a light emitting device having two electrodes formed on one surface of the semiconductor light emitting functional layer. Such a problem is particularly noticeable when the distance between the two electrodes is wide.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の発光素子は、第1の導電型をもつ第1の半導体層上に前記第1の導電型とは逆の導電型である第2の導電型をもつ第2の半導体層が形成された半導体発光機能層が用いられ、当該半導体発光機能層を発光させるための通電に用いられる2つの電極が共に前記半導体発光機能層における前記第2の半導体層が形成された側の主面上に形成された発光素子であって、前記半導体発光機能層の一方の端部において前記第2の半導体層が前記主面側から除去された箇所で、前記第1の半導体層と接触するように形成された第1の電極と、前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸し、当該延伸方向に垂直な方向における実効長さが、前記他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって長くなるように形成された透明電極と、前記他方の端部の側において、前記透明電極と接触するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、を具備することを特徴とする。
本発明の発光素子は、第1の導電型をもつ第1の半導体層上に発光層が形成され、当該発光層上に前記第1の導電型とは逆の導電型である第2の導電型をもつ第2の半導体層が形成された半導体発光機能層が用いられ、前記半導体発光機能層を発光させるための通電に用いられる2つの電極が共に前記半導体発光機能層における前記第2の半導体層が形成された側の主面上に形成された発光素子であって、前記半導体発光機能層の一方の端部側において前記主面側から前記第2の半導体層及び前記発光層が除去された箇所で、前記第1の半導体層と接触するように形成された第1の電極と、前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成された透明電極と、前記他方の端部側において、前記透明電極と接触するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、を具備し、前記第2の半導体層は、前記他方の端部から前記一方の端部に向かう方向に垂直な方向における実効長さが、前記他方の端部から前記一方の端部に向かって長くなるように、前記発光層上に形成されたことを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記透明電極及び前記半導体発光機能層を覆って絶縁層が形成され、前記第1の電極、前記第2の電極は、前記絶縁層中に形成された開口を通してそれぞれ前記第1の半導体層、前記透明電極に接触することを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記半導体発光機能層の端部はテーパー加工され、前記第1の電極、前記第2の電極のうちの少なくとも一方は、テーパー加工された前記半導体発光機能層の端部を、前記絶縁層を介して覆っていることを特徴とする。
本発明の発光素子において、前記第1の半導体層は、エピタキシャル成長によってシリコン基板上に形成されたことを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記半導体発光機能層における前記端部以外の側面がテーパー加工されていることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記一方の端部から前記他方の端部に向かう方向に垂直な方向における前記半導体発光機能層の幅に対する、前記第1の電極と前記第2の電極の間隔の比率が10以上であることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
In the light-emitting element of the present invention, a second semiconductor layer having a second conductivity type, which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type. The semiconductor light emitting functional layer is used, and two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both on the main surface of the semiconductor light emitting functional layer on the side where the second semiconductor layer is formed. A formed light-emitting element formed so as to be in contact with the first semiconductor layer at a position where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light-emitting functional layer. In the surface of the first electrode and the second semiconductor layer, the effective length in the direction perpendicular to the extending direction is extended from the other end side toward the one end side. , Long from the other end side toward the one end side And formed a transparent electrode to be on the side of the other end, characterized by comprising a second electrode formed on the transparent electrode in contact with the transparent electrode.
In the light-emitting element of the present invention, a light-emitting layer is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type, and a second conductivity having a conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on the light-emitting layer. A semiconductor light emitting functional layer in which a second semiconductor layer having a mold is formed is used, and two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both in the second semiconductor light emitting functional layer. A light-emitting element formed on a main surface on which a layer is formed, wherein the second semiconductor layer and the light-emitting layer are removed from the main surface side on one end side of the semiconductor light-emitting functional layer. The first electrode formed so as to be in contact with the first semiconductor layer and the surface of the second semiconductor layer from the other end side to the one end side. In the transparent electrode formed by stretching and the other end side, A second electrode formed on the transparent electrode so as to be in contact with the transparent electrode, wherein the second semiconductor layer is perpendicular to the direction from the other end toward the one end. An effective length in one direction is formed on the light emitting layer so as to increase from the other end toward the one end.
In the light emitting device of the present invention, an insulating layer is formed to cover the transparent electrode and the semiconductor light emitting functional layer, and the first electrode and the second electrode are respectively formed through the openings formed in the insulating layer. The first semiconductor layer is in contact with the transparent electrode.
In the light emitting device of the present invention, an end portion of the semiconductor light emitting functional layer is tapered, and at least one of the first electrode and the second electrode is an end portion of the semiconductor light emitting functional layer tapered. Is covered with the insulating layer.
In the light emitting device of the present invention, the first semiconductor layer is formed on a silicon substrate by epitaxial growth.
The light emitting device of the present invention is characterized in that side surfaces other than the end portions in the semiconductor light emitting functional layer are tapered.
In the light emitting device of the present invention, the ratio of the distance between the first electrode and the second electrode with respect to the width of the semiconductor light emitting functional layer in the direction perpendicular to the direction from the one end to the other end Is 10 or more.
本発明は以上のように構成されているので、半導体発光機能層の一方の面に2つの電極を形成した構成の発光素子において、長手方向で均一な発光強度を得る。 Since the present invention is configured as described above, a light emitting element having a structure in which two electrodes are formed on one surface of a semiconductor light emitting functional layer can obtain uniform light emission intensity in the longitudinal direction.
以下、本発明の実施の形態となる発光素子につき説明する。この発光素子は、半導体発光機能層における一方の主面側にp側電極(アノード)とn側電極(カソード)が共に形成される。また、半導体発光機能層は、特にp側電極からn側電極に向かう方向において細長い形態をなしている。 Hereinafter, a light-emitting element according to an embodiment of the present invention will be described. In this light emitting element, a p-side electrode (anode) and an n-side electrode (cathode) are both formed on one main surface side of the semiconductor light emitting functional layer. The semiconductor light emitting functional layer has an elongated shape, particularly in the direction from the p-side electrode to the n-side electrode.
図1は、この発光素子10の上面図(a)、及びそのA−A方向の断面図(b)である。また、図2(a)(b)(c)は、それぞれ図1(a)におけるB−B方向、C−C方向、D−D方向の断面図である。
FIG. 1 is a top view (a) of the light-emitting
この発光素子10において発光する半導体発光機能層20は、Si基板11上に形成され、n型GaN層(第1の半導体層)21、MQW(Multi Quantum Well)層22、p型GaN層(第2の半導体層)23からなる積層構造をもつ。この構成における主たる発光層はMQW層22である。図1(b)中の一方の端部(右端部)側の領域においては、p型GaN層23とMQW層22とが部分的に除去されている。
The semiconductor light emitting
p型GaN層23の表面(一方の主面)には、他方の端部(左端部)側から右端部側に向かって延伸する形態で透明電極31が形成されている。更に、半導体発光機能層20及び透明電極31を覆う形態で絶縁層32が形成されている。右端部側でp型GaN層23とMQW層22とが部分的に除去された領域と、左端部側の領域の2箇所において、この絶縁層32には開口が形成されている。この右端部側の領域にはn側電極(カソード:第1の電極)34が、左端部側の領域にはp側電極(アノード:第2の電極)33が、それぞれ形成されている。この構成により、n側電極34はn型GaN層21と、p側電極33は透明電極31と、それぞれ接続される。透明電極31とn側電極34は接触していない構成とされる。なお、構成の説明を容易にするために、図1(a)においては絶縁層32の記載を省略している。
A
また、Si基板11及びこの上の半導体発光機能層20の端部は、図1(b)に示されるように、テーパー形状とされている。p側電極33、n側電極34は、このテーパー形状とされた部分を絶縁層32を介して覆っている。なお、上記の構造は絶縁性の支持基板(図示せず)上に形成されている。
Further, the end portions of the
ここで、Si基板11は、シリコンの単結晶基板であり、不純物がドーピングされて高導電性とされていても、ノンドープとされて高抵抗率とされていてもよい。この上に良質の半導体発光機能層20(n型GaN層21、MQW層22、p型GaN層23)がヘテロエピタキシャル成長できるように、その面方位は適宜設定される。
Here, the
n型GaN層21、MQW層22、p型GaN層23は、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、あるいはMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法によってSi基板11上にエピタキシャル成長させることができる。n型GaN層21にはドナーとなる不純物が、p型GaN層23にはアクセプタとなる不純物が適宜ドーピングされる。n型GaN層21の厚さは例えば5.0μm、p型GaN層23の厚さは例えば0.2μm程度とすることができる。また、MQW層22は、例えば数nm〜数10nmの厚さのInGaN、GaN薄膜が複数積層された構造をもち、InGaN、GaNの各層はn型GaN層21、p型GaN層23と同様にエピタキシャル成長により形成される。
The n-
半導体発光機能層20の右端部の領域でp型GaN層23、MQW層22を除去してn型GaN層21を露出させるためには、この領域以外にフォトレジストを形成し、これをマスクとしてドライエッチングを行う。また、半導体発光機能層20を図1の形態に加工し、かつ端部をテーパー化する工程は、半導体発光機能層20を上記の順序で形成した後に、テーパー形状とされたフォトレジストをその上に形成し、これをマスクとしたドライエッチングにより行われる。フォトレジストのテーパー化は、露光条件や現像条件の調整によって行うことができる。これにより、図1(b)に示されたテーパー角θを、例えば30〜60°とすることができる。
In order to remove the p-
透明電極31は、p型GaN層23とオーミック接触が可能で、かつ半導体発光機能層20が発する光に対して透明な材料として、例えばITO(Indium−Tin−Oxide)やZnO(Zinc−Oxide)等で構成される。なお、p型GaN層23との間のオーミック性や密着性等を向上させるために、これらの間に、光が充分透過する程度に薄いチタン(Ti)層やニッケル(Ni)層を挿入することもできる。透明電極31のパターニングは、全面に上記の透明電極材料を成膜し、所望の箇所にフォトレジスト等のマスクを形成してからエッチングを行い、所望の箇所以外の透明電極材料を除去する(エッチング法)、(2)所望の箇所以外にフォトレジスト等のマスクを形成してから全面に上記の透明電極材料を成膜し、後でマスクを除去することによって所望の箇所以外の透明電極材料を除去する(リフトオフ法)、のいずれかの方法を用いることができる。なお、透明電極31を構成する材料には高い光透過率が要求されるため、その導電率はp側電極33、n側電極34を構成する材料よりも低い。このため、図1中の左右方向における透明電極31の電気抵抗は、一般にp側電極33、n側電極34よりも高い。
For example, ITO (Indium-Tin-Oxide) or ZnO (Zinc-Oxide) is used as the
絶縁層32は、充分な絶縁性をもち、かつこの発光素子10(半導体発光機能層20)が発する光に対して透明な材料で構成され、例えば酸化シリコン(SiO2)で構成される。その形成は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法等を用いることにより、右端部の領域においてp型GaN層23とMQW層22が除去された箇所の段差部や、テーパー化された端部においてもこれを被覆性よく形成することが可能である。
The insulating
p側電極33は、アルミニウム(Al)等の導電性の高い金属で形成される。n側電極34は、n型GaN層21とオーミック接触がとれる材料で構成される。p側電極33、n側電極34のパターニングは、透明電極31のパターニングと同様に行うことができる。p側電極33、n側電極34を構成する材料には、光透過率の高さは要求されない。このため、これらの導電率を透明電極31を構成する透明電極材料よりも高くすることができ、p側電極33やn側電極34中の電気抵抗(あるいはこれらによる電圧降下)は無視することができる。一方、半導体発光機能層20が発する光は、p側電極33、n側電極34を透過しない。
The p-
この構成により、p側電極33は透明電極31を介してp型GaN層23と接続され、n側電極34はn型GaN層21に直接接続される。これにより、p側電極31に正、n側電極34に負の電圧を印加することにより、半導体発光機能層20中の発光層(主にMQW層22)を発光させることができる。この光は、p型GaN層23の表面から直接、あるいは透明電極31を通して図1(b)中の上側に発せられる。
With this configuration, the p-
ここで特徴的なのは、図1(a)、図2(a)(b)(c)に示されるように、透明電極31の幅(透明電極31が延伸する方向に垂直な方向の長さ)が発光素子10におけるn側電極34からp側電極31に向かう方向(図1中の左右の方向)にわたり均一ではないことである。具体的には、左端部(他方の端部:p側電極33がある側)から右端部(一方の端部:n側電極34がある側)に向かってこの幅が広くなっている。これにより、p側電極33に近い側においてMQW層22を上下方向に流れる電流の広がりが、透明電極31によって制限される。従って、透明電極31が均一な幅をもつ場合と比べて、p側電極33に近い側における発光強度を低くすることができる。あるいは、n側電極34に近い側でMQW層22を上下方向に流れる電流を増大させることができ、n側電極34に近い側の発光強度を高めることができる。
What is characteristic here is the width of the transparent electrode 31 (the length in the direction perpendicular to the direction in which the
すなわち、発光素子10の長手方向(図1(a)における左右の方向)で発光強度を均一化することができる。この効果は、長手方向の発光の不均一性が問題になる場合、すなわち、発光体10におけるp側電極33とn側電極34の間隔が広く、発光体10が長い場合に顕著である。具体的には、例えば、n側電極34とp側電極33の間における半導体発光機能層20の幅に対するn側電極34とp側電極33の間隔の比率が10以上である場合に、特に顕著となる。この際、透明電極31の幅は長手方向の発光強度が均一になるように適宜設定される。この幅の最適分布は、半導体発光機能層20と透明電極31中に流れる電流分布によって決まり、これはn型GaN層21、p型GaN層23、透明電極31の厚さ、抵抗率等によって決まる。
That is, the light emission intensity can be made uniform in the longitudinal direction of the light emitting element 10 (left and right direction in FIG. 1A). This effect is remarkable when the longitudinal non-uniformity of light emission becomes a problem, that is, when the distance between the p-
また、図1の構成においては、p側電極33は透明電極31上に形成され、p側電極33とp型GaN層23とは直接接していない。仮に、特許文献1に記載の技術のように、p側電極33と透明電極31の上下関係を逆転させ、左端部でp側電極33とp型GaN層23とが直接接する構成とした場合には、電気抵抗の低いp側電極33から直接p型GaN層23に流れる電流が支配的となり、透明電極31からp型GaN層23に流れる電流成分は小さくなる。このため、p側電極33近傍の発光強度が特に高くなり、透明電極31の幅を変えることによる発光強度の均一化の効果は小さくなる。すなわち、上記の効果を得るためには、図1、2に示されたように、透明電極31がp型GaN層23上に形成され、p側電極33はこの透明電極31上に形成される構成が好ましい。
In the configuration of FIG. 1, the p-
また、上記の例では、半導体発光機能層20の全ての側面がテーパー化され、テーパー化された端部が、共に絶縁層32を介してp側電極33、n側電極34で覆われている。半導体発光機能層20における主な発光層はMQW層22であるが、この構成により、MQW層22の端部は、p側電極33、n側電極34によって遮光される。また、この構成により、発光層から斜め上方向、横方向に発せられた光の一部は、このテーパー化された側面で反射し、下側にあるSi基板11で吸収される。これにより、例えばこの発光素子10を配列させて使用した場合に、隣接する発光素子10同士間での発光のクロストークの発生を抑制することができる。この際、例えば、テーパー化する箇所は、適宜設定することが可能である。例えば、図1(a)(b)における左右端部の側面のみをテーパー化し、他の側面(図2(a)(b)(c)の側面)はテーパー化しない構成とすることも可能である。テーパー化しない側面を設けた場合においては、この側面が設けられた方向における発光素子10のサイズを小さくすることができる。すなわち、テーパー化する箇所は、発光のクロストークが問題となる箇所だけとすることができる。テーパー化する側面における加工と、テーパー化しない側面における加工を分けて行うことにより、こうした形状を実現することが可能である。
In the above example, all the side surfaces of the semiconductor light emitting
図1、2の構成の発光素子10が好ましく使用される例としては、図3(a)に示すような7セグメントディスプレイや、図3(b)に示すような1次元発光素子アレイがある。7セグメントディスプレイは表示素子として、1次元発光素子アレイは表示素子や計測用の発光素子として好ましく用いることができる。こうした場合に、各発光素子における発光強度をその長さ方向で均一とし、かつ隣接する発光素子間のクロストークを減少させることができる。
As an example in which the light-emitting
上記の発光素子10における透明電極31の形状(パターン)は、実効的な透明電極31の幅(透明電極31の延伸方向(長手方向)に垂直な方向における実効長さ)を調整できる限りにおいて、適宜設定が可能である。図4に、上記の発光素子10の第1の変形例である発光素子40の上面図(a)、そのE−E方向の断面図(b)、そのF−F方向の断面図(c)、そのG−G方向の断面図(d)を示す。なお、この発光素子40における図1(b)に相当する断面図は図1(b)と同様となるため、省略する。この構成においては、透明電極31の幅を、n側電極34からp側電極33に向かって段階的に細くしている。これによっても同様の効果を奏することは明らかである。
As long as the shape (pattern) of the
また、上記の例では、発光素子の長手方向における透明電極の全幅を変えていたが、実際の全幅は変えずに、長手方向に垂直な方向における実効長さを変えることもできる。例えば、透明電極の全幅は変えずに、この幅方向の内側において空隙を形成することによりこの実効長さを変化させることができる。図5に、この形態を用いた第2の変形例である発光素子50の上面図(a)、そのH−H方向の断面図(b)、そのI−I方向の断面図(c)を示す。この構成においても、同様の効果を奏することは明らかである。
In the above example, the entire width of the transparent electrode in the longitudinal direction of the light emitting element is changed. However, the effective length in the direction perpendicular to the longitudinal direction can be changed without changing the actual overall width. For example, the effective length can be changed by forming a gap inside the width direction without changing the entire width of the transparent electrode. FIG. 5 is a top view (a) of a
透明電極の全幅を変えると共に、この幅方向の内側に空隙を設けることによってこの実効長さを変えることもできる。図6は、この構成を用いた第3の変形例である発光素子60の上面図(a)、そのJ−J方向の断面図(b)、そのK−K方向の断面図(c)、そのL−L方向の断面図(d)を示す。
The effective length can be changed by changing the overall width of the transparent electrode and providing a gap inside the width direction. FIG. 6 is a top view (a) of a
また、透明電極の長手方向に垂直な方向における実効長さは一定とし、代わりにp型GaN層(第2の半導体層)23の幅を調整することによっても、同様の効果を奏する。図7は、この構成の一例となる第4の変形例である発光素子70の上面図(a)、そのM−M方向の断面図(b)、そのN−N方向の断面図(c)、そのO−O方向の断面図(d)である。この構成においては、透明電極31の幅(透明電極31の延伸方向に垂直な方向における実効長さ)は一定であり、代わりに、その下側にあるp型GaN層(第2の半導体層)23の幅(透明電極31の延伸方向に垂直な方向における実効長さ)が、左端部側から右端部側に向かって長くなっている。この半導体発光機能層20において実際の発光層となるのはMQW層22であり、p型GaN層23は、この発光層に接続される半導体層として機能するため、こうした構成としても、同様の効果を奏することは明らかである。また、p型GaN層23の形態を、第1〜第3の変形例における透明電極31の形態と同様にすることも可能である。あるいは、この構成と、第1〜第3の変形例を適宜組み合わせることも可能である。
Also, the same effect can be obtained by making the effective length in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the transparent electrode constant and adjusting the width of the p-type GaN layer (second semiconductor layer) 23 instead. FIG. 7 is a top view (a) of a
また、上記の例以外でも、透明電極やp型GaN層(第2の半導体層)の長手方向に垂直な方向における実効長さが、p側電極(第2の電極)側で短く、n側電極(第1の電極)側で長くなる形態は、適宜設定が可能である。 In addition to the above examples, the effective length in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the transparent electrode and the p-type GaN layer (second semiconductor layer) is short on the p-side electrode (second electrode) side, and the n-side The form which becomes long on the electrode (first electrode) side can be appropriately set.
また、上記の構成においては、Si基板11上に、半導体発光機能層20として、第1の半導体層としてn型GaN層21、発光層としてMQW層22、第2の半導体層としてp型GaN層23が形成された例につき記載した。しかしながら、MQW層22を用いない場合でも、単純なpn接合を用いた発光ダイオード(LED)として動作することは明らかである。あるいは、発光層として上記の構成のMQW層以外の構成のものを用いることもできる。また、GaN以外の材料で半導体発光機能層を構成することもできる。この場合、発光波長に応じて半導体材料を設定することができる。
Further, in the above configuration, on the
また、上記の例では基板(Si基板11)側にn型半導体層(第1の半導体層)を、その上にp型半導体層(第2の半導体層)を形成したが、上側の半導体層における導電率が低い場合には、これらの伝導型が逆であっても同様の効果を奏することは明らかである。すなわち、第1の半導体層と第2の半導体層の伝導型が逆であり、これらの半導体層に接続される2つの電極が半導体発光機能層の一方の主面側において形成された構成であれば、上記の構成は有効である。 In the above example, the n-type semiconductor layer (first semiconductor layer) is formed on the substrate (Si substrate 11) side, and the p-type semiconductor layer (second semiconductor layer) is formed thereon. If the conductivity at is low, it is clear that the same effect can be obtained even if these conductivity types are reversed. That is, the conductivity type of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is opposite, and two electrodes connected to these semiconductor layers are formed on one main surface side of the semiconductor light emitting functional layer. For example, the above configuration is effective.
更に、半導体発光機能層が基板上に形成されていなくとも、上記の効果を奏することは明らかである。また、基板が用いられる場合に、基板と半導体発光機能層との間に、半導体発光機能層の結晶性を高めるための緩衝層を挿入することも可能である。2つの電極を半導体発光機能層の同一主面側に形成する限りにおいて、基板や緩衝層は絶縁性であっても導電性であってもよい。 Further, it is clear that the above-described effect can be obtained even if the semiconductor light emitting functional layer is not formed on the substrate. When a substrate is used, a buffer layer for enhancing the crystallinity of the semiconductor light emitting functional layer can be inserted between the substrate and the semiconductor light emitting functional layer. As long as the two electrodes are formed on the same main surface side of the semiconductor light emitting functional layer, the substrate and the buffer layer may be insulative or conductive.
また、前記の通り、半導体発光機能層の端部をテーパー化することによりクロストークを抑制することができるが、発光強度を半導体発光機能層の長手方向において均一化することは、このテーパー化の有無に関わらず可能である。また、テーパー化した端部を電極で覆う構造の場合には、この端部における電極と各半導体層や発光層との間の絶縁性を確保するために絶縁層は必須である。しかしながら、この構造を用いない場合には、絶縁層を用いずに、例えば図1中の左端部において透明電極31上にp側電極33を局所的に形成し、右端部においてn型GaN層21上にn側電極34を局所的に形成することも可能である。
In addition, as described above, the end portion of the semiconductor light emitting functional layer can be tapered to suppress crosstalk. However, the uniform emission intensity in the longitudinal direction of the semiconductor light emitting functional layer can be achieved by the taper. Yes, with or without. In the case of a structure in which the tapered end portion is covered with an electrode, an insulating layer is indispensable in order to ensure insulation between the electrode at the end portion and each semiconductor layer and the light emitting layer. However, when this structure is not used, for example, the p-
10、40、50、60、70、90、190 発光素子
11 Si基板(基板)
20、91、191 半導体発光機能層
21 n型GaN層(第1の半導体層)
22 MQW層(発光層)
23 p型GaN層(第2の半導体層)
31、96、196 透明電極
32 絶縁層
33、94、195 p側電極(第2の電極)
34、95、194 n側電極(第1の電極)
92、193 p型半導体層
93、192 n型半導体層
10, 40, 50, 60, 70, 90, 190 Light-emitting
20, 91, 191 Semiconductor light emitting functional layer 21 n-type GaN layer (first semiconductor layer)
22 MQW layer (light emitting layer)
23 p-type GaN layer (second semiconductor layer)
31, 96, 196
34, 95, 194 n-side electrode (first electrode)
92, 193 p-
Claims (7)
前記半導体発光機能層の一方の端部において前記第2の半導体層が前記主面側から除去された箇所で、前記第1の半導体層と接触するように形成された第1の電極と、
前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸し、当該延伸方向に垂直な方向における実効長さが、前記他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって長くなるように形成された透明電極と、
前記他方の端部の側において、前記透明電極と接触するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、
を具備することを特徴とする発光素子。 A semiconductor light emitting functional layer is used in which a second semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type. The two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both light emitting elements formed on the main surface of the semiconductor light emitting functional layer on the side where the second semiconductor layer is formed. And
A first electrode formed so as to be in contact with the first semiconductor layer at a position where the second semiconductor layer is removed from the main surface side at one end of the semiconductor light emitting functional layer;
On the surface of the second semiconductor layer, the effective length in the direction perpendicular to the extending direction extends from the other end side toward the one end side, A transparent electrode formed so as to be longer from the one end to the side,
A second electrode formed on the transparent electrode so as to be in contact with the transparent electrode on the other end side;
A light emitting element comprising:
前記半導体発光機能層の一方の端部側において前記主面側から前記第2の半導体層及び前記発光層が除去された箇所で、前記第1の半導体層と接触するように形成された第1の電極と、
前記第2の半導体層の表面において、他方の端部の側から前記一方の端部の側に向かって延伸して形成された透明電極と、
前記他方の端部側において、前記透明電極と接触するように前記透明電極上に形成された第2の電極と、を具備し、
前記第2の半導体層は、前記他方の端部から前記一方の端部に向かう方向に垂直な方向における実効長さが、前記他方の端部から前記一方の端部に向かって長くなるように、前記発光層上に形成されたことを特徴とする発光素子。 A light emitting layer is formed on a first semiconductor layer having a first conductivity type, and a second semiconductor having a second conductivity type that is opposite to the first conductivity type on the light emitting layer. A semiconductor light emitting functional layer in which a layer is formed is used, and two electrodes used for energization for causing the semiconductor light emitting functional layer to emit light are both on the side of the semiconductor light emitting functional layer on which the second semiconductor layer is formed. A light emitting device formed on a main surface,
The first semiconductor layer is formed to be in contact with the first semiconductor layer at a position where the second semiconductor layer and the light emitting layer are removed from the main surface side on one end side of the semiconductor light emitting functional layer. Electrodes,
A transparent electrode formed on the surface of the second semiconductor layer by extending from the other end side toward the one end side;
A second electrode formed on the transparent electrode so as to be in contact with the transparent electrode on the other end side;
The second semiconductor layer has an effective length in a direction perpendicular to the direction from the other end toward the one end so as to increase from the other end toward the one end. A light emitting element formed on the light emitting layer.
前記第1の電極、前記第2の電極は、前記絶縁層中に形成された開口を通してそれぞれ前記第1の半導体層、前記透明電極に接触することを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子。 An insulating layer is formed to cover the transparent electrode and the semiconductor light emitting functional layer,
3. The first electrode and the second electrode are in contact with the first semiconductor layer and the transparent electrode, respectively, through an opening formed in the insulating layer. Light emitting element.
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