JP5367792B2 - Light emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子に関する。
The present invention relates to a semiconductor light-emitting element.
図22を参照して、特許文献1が開示する発光素子について説明する。基板1014の上に、低抵抗の半導体層1018を介して半導体層1028が形成されている。半導体層1018に電極が接続される。基板1014の下に、反射層1015が形成されている。半導体層1028の上に発光層1026が形成され、発光層1026の上に半導体層1027が形成されている。半導体層1028と1027とは、互いに反対の導電型を有する。 With reference to FIG. 22, the light emitting element which patent document 1 discloses is demonstrated. A semiconductor layer 1028 is formed over the substrate 1014 with a low-resistance semiconductor layer 1018 interposed therebetween. An electrode is connected to the semiconductor layer 1018. A reflective layer 1015 is formed under the substrate 1014. A light emitting layer 1026 is formed over the semiconductor layer 1028, and a semiconductor layer 1027 is formed over the light emitting layer 1026. Semiconductor layers 1028 and 1027 have opposite conductivity types.
半導体層1027の表面に窪み1030が形成されている。窪み1030の底面に半導体層1028が露出する。半導体層1027の上面を覆うようにNiO/Auからなる半透明電極層1024が形成されている。窪み1030の内面上には、半透明電極層1024が形成されていない。 A recess 1030 is formed on the surface of the semiconductor layer 1027. The semiconductor layer 1028 is exposed on the bottom surface of the recess 1030. A translucent electrode layer 1024 made of NiO / Au is formed so as to cover the upper surface of the semiconductor layer 1027. A translucent electrode layer 1024 is not formed on the inner surface of the recess 1030.
窪み1030は、半導体層1027上に半透明電極層1024を形成した後、反応性イオンエッチング(RIE)により半透明電極層1024、半導体層1027、発光層1026、及び半導体層1028を除去することにより形成される。 The depression 1030 is formed by removing the semitransparent electrode layer 1024, the semiconductor layer 1027, the light emitting layer 1026, and the semiconductor layer 1028 by reactive ion etching (RIE) after forming the semitransparent electrode layer 1024 on the semiconductor layer 1027. It is formed.
発光層1026から放出された光が、半透明電極層1024または窪み1030の内面を通過して、発光素子の上方に取り出される。半透明電極層1024を通過する光は、半透明電極層1024により一部が吸収される。窪み1030の内面から取り出される光については、半透明電極層1024による吸収が生じない。このため、窪み1030は、発光素子から取り出される光量を増加させる。 Light emitted from the light emitting layer 1026 passes through the inner surface of the translucent electrode layer 1024 or the recess 1030 and is extracted above the light emitting element. A part of the light passing through the semitransparent electrode layer 1024 is absorbed by the semitransparent electrode layer 1024. The light extracted from the inner surface of the recess 1030 is not absorbed by the translucent electrode layer 1024. For this reason, the depression 1030 increases the amount of light extracted from the light emitting element.
次に、図20(A)を参照して、格子状の電極を有する発光素子について説明する。図20(A)は、この発光素子の概略平面図である。 Next, a light-emitting element having a grid electrode will be described with reference to FIG. FIG. 20A is a schematic plan view of the light emitting element.
この発光素子は、n型窒化物半導体層102と、n型窒化物半導体層の上に形成された発光層と、発光層の上に形成されたp型窒化物半導体層104とを含む。p型窒化物半導体層104の表面に、正方形の1辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域950が画定されている。発光領域950を取り囲む領域のp型窒化物半導体層104と、発光層と、n型窒化物半導体層102の上層とが除去されることにより、底面にn型窒化物半導体層102が露出した凹部911が形成されている。 This light-emitting element includes an n-type nitride semiconductor layer 102, a light-emitting layer formed on the n-type nitride semiconductor layer, and a p-type nitride semiconductor layer 104 formed on the light-emitting layer. On the surface of the p-type nitride semiconductor layer 104, a light emitting region 950 having a shape in which a central portion of one side of a square is cut out is defined. The p-type nitride semiconductor layer 104 in the region surrounding the light-emitting region 950, the light-emitting layer, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 102 are removed, so that the n-type nitride semiconductor layer 102 is exposed on the bottom surface. 911 is formed.
発光領域950の上に、p側電極905が形成されている。p側電極905は、格子状部905aとp側パッド部905bとを含んで構成される。格子状部905aは格子状の構造を有する。切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に、格子状部905aを覆ってp側パッド部905bが形成されている。凹部911の底面上に、n側電極907が形成されている。n側電極907は、発光領域950が切り欠かれた部分に配置されている。n側電極907は、パッドとして用いられる。 A p-side electrode 905 is formed on the light emitting region 950. The p-side electrode 905 includes a lattice portion 905a and a p-side pad portion 905b. The lattice portion 905a has a lattice structure. A p-side pad portion 905b is formed in the vicinity of the center of the side facing the notched side so as to cover the lattice-shaped portion 905a. An n-side electrode 907 is formed on the bottom surface of the recess 911. The n-side electrode 907 is disposed in a portion where the light emitting region 950 is cut out. The n-side electrode 907 is used as a pad.
p側電極905とn側電極907との間に所定の電圧を印加することにより、発光層から光が放出される。p側電極905の材料として、発光層から放出される光に対して透明でないものも用いることができる。発光素子の上面で、p側電極905が形成されていない領域から素子外に光を取り出すことができる。 By applying a predetermined voltage between the p-side electrode 905 and the n-side electrode 907, light is emitted from the light emitting layer. As the material of the p-side electrode 905, a material that is not transparent to the light emitted from the light emitting layer can be used. Light can be extracted outside the element from the region where the p-side electrode 905 is not formed on the upper surface of the light-emitting element.
特許文献1の発光素子で、半導体層1027の上面のうち、窪み1030が形成されていない領域は半透明電極層1024に覆われている。半透明電極層1024を通過して取り出される光は、半透明電極層1024による吸収に起因して減衰する。このため、光取り出し効率を向上させることが難しい。 In the light emitting element of Patent Document 1, a region where the recess 1030 is not formed in the upper surface of the semiconductor layer 1027 is covered with the semitransparent electrode layer 1024. Light extracted through the translucent electrode layer 1024 is attenuated due to absorption by the translucent electrode layer 1024. For this reason, it is difficult to improve the light extraction efficiency.
図20(A)を参照して説明した発光素子では、n側電極907の近傍に強い電界が発生しやすく、高い電流密度で電流が流れやすい。高い電流密度で電流が流れると、発光層が劣化しやすい。 In the light-emitting element described with reference to FIG. 20A, a strong electric field is easily generated in the vicinity of the n-side electrode 907, and a current easily flows at a high current density. When a current flows at a high current density, the light emitting layer tends to deteriorate.
本発明の一目的は、光取り出し効率の向上が図られ、新規な構成を有する発光素子及びその製造方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a light-emitting element having a novel structure with improved light extraction efficiency and a method for manufacturing the same.
本発明の他の目的は、半導体層中の特定領域に電流が集中することを抑制した発光素子を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a light-emitting element that suppresses current concentration in a specific region in a semiconductor layer.
本発明の第1の観点によれば、支持層と、前記支持層の上方に形成され、第1の導電型を有し、該支持層よりも抵抗率が低い下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第1の導電型と反対の第2の導電型を有する上側半導体層と、前記上側半導体層上に形成された上側電極とを含む第1の領域と;前記支持層と、該支持層の上方に形成された前記下側半導体層と、該下側半導体層上に形成された下側電極の第1の部分とを含む第2の領域と;前記支持層と、該支持層上に形成された前記下側電極の第2の部分とを含む第3の領域と;を有し、前記第1〜第3の領域を上方から見たとき、前記第1の領域は四角形の1つの隅を切り欠いた形状を有し、前記第1の領域の切り欠かれた部分が、前記第3の領域と重なりを持ち、該第3の領域に形成された前記下側電極の第2の部分がパッドとして用いられ、前記第1の領域の切り欠かれた隅に隣接する隅に、前記上側電極のうちパッドとして用いられる部分が配置されている発光素子が提供される。
According to a first aspect of the present invention, a support layer, a lower semiconductor layer formed above the support layer, having a first conductivity type and having a lower resistivity than the support layer, and the lower layer A light emitting layer formed on the side semiconductor layer, an upper semiconductor layer formed on the light emitting layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and formed on the upper semiconductor layer A first region including a formed upper electrode; the support layer; the lower semiconductor layer formed above the support layer; and a first lower electrode formed on the lower semiconductor layer. the portion and a second region including; the a supporting layer, and a third region including a second portion of said lower electrode formed on the support layer; have a, the first to When the third region is viewed from above, the first region has a shape in which one corner of a quadrangle is cut out, and the cut out part of the first region is The second region of the lower electrode that overlaps the third region and is formed in the third region is used as a pad, at a corner adjacent to the notched corner of the first region. There is provided a light emitting device in which a portion of the upper electrode used as a pad is disposed .
第1の観点による発光素子では、下側電極のうちの第1の部分が下側半導体層上に形成され、第2の部分が、下側半導体層よりも高い抵抗率を有する支持層上に形成される。これにより、下側電極の第2の部分の近傍に電流が集中することを抑制できる。 In the light emitting device according to the first aspect, the first portion of the lower electrode is formed on the lower semiconductor layer, and the second portion is on the support layer having a higher resistivity than the lower semiconductor layer. It is formed. Thereby, it can suppress that an electric current concentrates in the vicinity of the 2nd part of a lower electrode.
まず、図19を参照して、本発明の実施例による発光素子の材料となる窒化物半導体ウエハについて説明する。基板100の上に、緩衝層101が形成されている。基板100は、例えば、サファイア、窒化シリコン、シリコン、酸化ガリウム、酸化亜鉛等からなる。 First, with reference to FIG. 19, a nitride semiconductor wafer as a material for a light emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. A buffer layer 101 is formed on the substrate 100. The substrate 100 is made of, for example, sapphire, silicon nitride, silicon, gallium oxide, zinc oxide, or the like.
緩衝層101の上に、n型窒化物半導体(例えば窒化ガリウム)からなるn型コンタクト層102aが形成され、n型コンタクト層102aの上に、n型窒化物半導体(例えば窒化アルミニウムガリウム)からなるn型クラッド層102bが形成されている。n型コンタクト層102aとn型クラッド層102bとを含んで、n型窒化物半導体層102が構成される。 An n-type contact layer 102a made of an n-type nitride semiconductor (eg, gallium nitride) is formed on the buffer layer 101, and an n-type nitride semiconductor (eg, aluminum gallium nitride) is made on the n-type contact layer 102a. An n-type cladding layer 102b is formed. The n-type nitride semiconductor layer 102 is configured including the n-type contact layer 102a and the n-type cladding layer 102b.
n型クラッド層102bの上に、発光層103が形成されている。発光層103は、例えば窒化インジウムガリウムからなる。発光層103は、公知のいずれの構成としてもよく、例えば、単層厚膜とすることや、薄膜を積層した多重量子井戸(MQW)構造とすることができる。 A light emitting layer 103 is formed on the n-type cladding layer 102b. The light emitting layer 103 is made of, for example, indium gallium nitride. The light emitting layer 103 may have any known configuration, and may be, for example, a single layer thick film or a multiple quantum well (MQW) structure in which thin films are stacked.
発光層103の上に、p型窒化物半導体(例えば窒化アルミニウムガリウム)からなるp型クラッド層104bが形成され、p型クラッド層104bの上に、p型窒化物半導体(例えば窒化ガリウム)からなるp型コンタクト層104aが形成されている。p型コンタクト層104aとp型クラッド層104bとを含んで、p型窒化物半導体層104が構成される。 A p-type cladding layer 104b made of a p-type nitride semiconductor (eg, aluminum gallium nitride) is formed on the light emitting layer 103, and a p-type nitride semiconductor (eg, gallium nitride) is made on the p-type cladding layer 104b. A p-type contact layer 104a is formed. A p-type nitride semiconductor layer 104 is configured including the p-type contact layer 104a and the p-type cladding layer 104b.
p型窒化物半導体層104、発光層103、n型窒化物半導体層102、及び緩衝層101をまとめて、窒化物半導体層と呼ぶこととする。窒化物半導体層の厚さは、例えば4.60μmである。p型窒化物半導体層104と発光層103とをまとめた層の厚さは、例えば0.35μmである。基板100の厚さは、例えば300〜500μmである。例えば、厚さ330μmや430μmのサファイア基板が市販されている。 The p-type nitride semiconductor layer 104, the light emitting layer 103, the n-type nitride semiconductor layer 102, and the buffer layer 101 are collectively referred to as a nitride semiconductor layer. The thickness of the nitride semiconductor layer is, for example, 4.60 μm. The total thickness of the p-type nitride semiconductor layer 104 and the light emitting layer 103 is, for example, 0.35 μm. The thickness of the substrate 100 is, for example, 300 to 500 μm. For example, sapphire substrates having a thickness of 330 μm or 430 μm are commercially available.
一般に、発光素子に用いられる窒化物半導体ウエハの積層構造は多種存在するが、発光素子の作製に最低限必要な機能層は、n型窒化物半導体層、発光層、及びp型窒化物半導体層の3層である。 In general, there are various types of laminated structures of nitride semiconductor wafers used for light-emitting elements, but the minimum functional layers required for manufacturing the light-emitting elements are an n-type nitride semiconductor layer, a light-emitting layer, and a p-type nitride semiconductor layer. 3 layers.
なお、窒化物半導体ウエハに、他の機能層が含まれていても構わない。ここで他の機能層とは、例えば、n型コンタクト層とn型クラッド層との間に挿入される歪緩和層であり、これは例えばInGaN層や、(InGaN/GaN)nからなる超格子層や、(AlGaN/InGaN)nからなる超格子層からなる。また例えば、n型クラッド層と発光層との間に、欠陥低減層としてundoped−GaN層が挿入される場合もある。 Note that the nitride semiconductor wafer may include other functional layers. Here, the other functional layer is, for example, a strain relaxation layer inserted between the n-type contact layer and the n-type clad layer, and this is, for example, an InGaN layer or a superlattice made of (InGaN / GaN) n. And a superlattice layer made of (AlGaN / InGaN) n . For example, an undoped-GaN layer may be inserted as a defect reduction layer between the n-type cladding layer and the light emitting layer.
n型クラッド層102b及びp型クラッド層104bは、発光層103からのキャリアの漏れを抑制するために形成されているが、これらは機能的に必ずしも必要ではなく、n型窒化物半導体層からn型クラッド層102bを省くことが可能であり、p型窒化物半導体層からp型クラッド層104bを省くことが可能である。なお、緩衝層を設けない窒化物半導体ウエハについても研究されている。 The n-type cladding layer 102b and the p-type cladding layer 104b are formed in order to suppress the leakage of carriers from the light emitting layer 103. However, these are not necessarily functionally required, and the n-type cladding layer 104b and the n-type cladding layer 104b The type cladding layer 102b can be omitted, and the p-type cladding layer 104b can be omitted from the p-type nitride semiconductor layer. A nitride semiconductor wafer without a buffer layer is also being studied.
基板100上の各層は、例えば、有機金属化学気相堆積(MOCVD)、分子線エピタキシ(MBE)、有機金属分子線エピタキシ(MOMBE)、気相エピタキシ(VPE)等により形成される。 Each layer on the substrate 100 is formed by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE), vapor phase epitaxy (VPE), or the like.
次に、図1(A)及び図1(B)を参照して、本発明の第1の実施例による発光素子について説明する。図1(A)は、第1の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図1(B)は、第1の実施例による発光素子の図1(A)中のA−A´線に沿った概略断面図を示す。 Next, a light emitting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B). FIG. 1A shows a schematic plan view of the light emitting device according to the first embodiment, and FIG. 1B shows the AA ′ line in FIG. 1A of the light emitting device according to the first embodiment. The schematic sectional drawing in alignment with is shown.
本実施例の発光素子は、図19を参照して説明した窒化物半導体ウエハを材料としている。p型窒化物半導体層104の表面に、正方形の1つの隅を切り欠いた形の発光領域150が画定されている。発光領域150を取り囲む領域のp型窒化物半導体層104と、発光層103と、n型窒化物半導体層102の上層とが除去されることにより、底面にn型窒化物半導体層102が露出した凹部111(輪郭溝111)が形成されている。 The light emitting device of this example is made of the nitride semiconductor wafer described with reference to FIG. On the surface of the p-type nitride semiconductor layer 104, a light emitting region 150 having a shape in which one corner of a square is cut out is defined. By removing the p-type nitride semiconductor layer 104, the light-emitting layer 103, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 102 in the region surrounding the light-emitting region 150, the n-type nitride semiconductor layer 102 is exposed on the bottom surface. A recess 111 (contour groove 111) is formed.
発光領域150の上に、p側電極105が形成されている。p側電極105は、格子状部105aとp側パッド部105bとを含んで構成される。格子状部105aは格子状の構造を有し、格子状部105aの各格子に取り囲まれた区画の形状は正方形である。発光領域150上の切り欠かれた隅に隣接する隅に、格子状部105aを覆ってp側パッド部105bが形成されている。p側電極105は、p型窒化物半導体層104とオーミック接触している。 A p-side electrode 105 is formed on the light emitting region 150. The p-side electrode 105 includes a lattice portion 105a and a p-side pad portion 105b. The lattice portion 105a has a lattice structure, and the shape of the section surrounded by each lattice of the lattice portion 105a is a square. A p-side pad portion 105b is formed at a corner adjacent to the cut-out corner on the light emitting region 150 so as to cover the lattice-like portion 105a. The p-side electrode 105 is in ohmic contact with the p-type nitride semiconductor layer 104.
格子状部105aの各格子の内部に、窪み106が1つずつ形成されている。ただし、p側パッド部105bが形成された領域には、格子状部105aの各格子の内部に窪み106が形成されていない。 One recess 106 is formed inside each lattice of the lattice-like portion 105a. However, in the region where the p-side pad portion 105b is formed, the recess 106 is not formed inside each lattice of the lattice-like portion 105a.
各窪み106は、開口の縁が円周状であり、底面がn型窒化物半導体層102に達する。各窪み106の側面は、窪みが下方から上方に向かって広くなるようなテーパを有する。 Each recess 106 has a circumferential edge at the opening and a bottom surface reaching the n-type nitride semiconductor layer 102. The side surface of each recess 106 has a taper such that the recess becomes wider from the bottom to the top.
輪郭溝111の底面上に、n側電極107が形成されている。n側電極107は、線状部107aとn側パッド部107bとを含んで構成される。n側パッド部107bは、発光領域150が切り欠かれた部分に配置されており、線状部107aは、n側パッド部107bに接続し、発光領域150の1辺に平行な方向に細長い形状を有する。n側電極107は、n型窒化物半導体層102とオーミック接触している。 An n-side electrode 107 is formed on the bottom surface of the contour groove 111. The n-side electrode 107 includes a linear portion 107a and an n-side pad portion 107b. The n-side pad portion 107b is disposed in a portion where the light emitting region 150 is cut out, and the linear portion 107a is connected to the n-side pad portion 107b and has an elongated shape in a direction parallel to one side of the light emitting region 150. Have The n-side electrode 107 is in ohmic contact with the n-type nitride semiconductor layer 102.
p側電極105とn側電極107との間に所定の電圧を印加することにより、発光層103から光が放出される。発光層103から放出される光の波長は、例えば480nm程度である。p側電極105の材料として、発光層103から放出される光に対して透明でないものも用いることができる。発光素子の上面で、p側電極105が形成されていない領域から素子外に光を取り出すことができる。 Light is emitted from the light emitting layer 103 by applying a predetermined voltage between the p-side electrode 105 and the n-side electrode 107. The wavelength of light emitted from the light emitting layer 103 is, for example, about 480 nm. As the material of the p-side electrode 105, a material that is not transparent to the light emitted from the light emitting layer 103 can be used. Light can be extracted outside the device from a region where the p-side electrode 105 is not formed on the top surface of the light-emitting device.
例えば酸化シリコンからなる保護膜110が、p側パッド部105bの上面及びn側パッド部107bの上面の一部を除いて、発光素子の上面全面を覆っている。保護膜110は、絶縁性でかつ発光層103から放出される光に対して透明である。 For example, the protective film 110 made of silicon oxide covers the entire upper surface of the light emitting element except for the upper surface of the p-side pad portion 105b and a part of the upper surface of the n-side pad portion 107b. The protective film 110 is insulative and transparent to light emitted from the light emitting layer 103.
次に、図2(A)〜図2(C)及び図3(A)〜図3(C)を参照して、第1の実施例による発光素子の作製方法について説明する。図19を参照して説明した窒化物半導体ウエハが準備されている。 Next, with reference to FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C, a method for manufacturing a light-emitting element according to the first embodiment will be described. The nitride semiconductor wafer described with reference to FIG. 19 is prepared.
まず、図2(A)に示すように、輪郭溝111に対応する開口を有するレジストマスクR111を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクR111の開口内のp型窒化物半導体層104と、発光層103と、n型窒化物半導体層102の上層とを除去することにより、底面にn型窒化物半導体層102が露出した輪郭溝111を形成する。次いで、レジストマスクR111を洗浄除去する。 First, as shown in FIG. 2A, a resist mask R111 having an opening corresponding to the contour groove 111 is formed by photolithography. Next, by using dry etching, the p-type nitride semiconductor layer 104, the light emitting layer 103, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 102 in the opening of the resist mask R111 are removed, so that the n-type is formed on the bottom surface. A contour groove 111 in which the nitride semiconductor layer 102 is exposed is formed. Next, the resist mask R111 is removed by washing.
輪郭溝111の深さは、例えば0.65μmである。窒化物半導体ウエハに多数の発光素子が形成される。窒化物半導体ウエハに形成される発光素子同士の境界を、輪郭溝111が定める。 The depth of the contour groove 111 is, for example, 0.65 μm. A large number of light emitting elements are formed on the nitride semiconductor wafer. The contour groove 111 defines the boundary between the light emitting elements formed on the nitride semiconductor wafer.
次に、図2(B)に示すように、窪み106に対応する開口を有するレジストマスクR106を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクR106の開口内のp型窒化物半導体層104と、発光層103と、n型窒化物半導体層102の上層とを除去することにより、底面にn型窒化物半導体層102が露出した窪み106を形成する。ドライエッチングとして、例えば、塩素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチング(RIE)が用いられる。ドライエッチングの後、レジストマスクR106を洗浄除去する。 Next, as shown in FIG. 2B, a resist mask R106 having an opening corresponding to the depression 106 is formed by photolithography. Next, by using dry etching, the p-type nitride semiconductor layer 104, the light emitting layer 103, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 102 in the opening of the resist mask R106 are removed, so that the n-type is formed on the bottom surface. A recess 106 in which the nitride semiconductor layer 102 is exposed is formed. As dry etching, for example, reactive ion etching (RIE) using chlorine gas plasma is used. After dry etching, the resist mask R106 is removed by washing.
レジストマスクR106の開口の側面に、当該開口が下方から上方に向かって広くなるようなテーパを付けてドライエッチングを実施することにより、レジストマスクR106のテーパ形状を反映したテーパ形状を有する窪み106を形成できる。窪み106のテーパの傾斜角度は、レジストマスクR106と窒化物半導体層との選択率を変えることにより調整できる。レジストマスクR106と窒化物半導体層との選択率は、ドライエッチングの圧力条件、ガス種、RFパワー等により変えることができる。 By performing dry etching on the side surface of the opening of the resist mask R106 so that the opening becomes wider from the bottom to the top, the recess 106 having a taper shape reflecting the taper shape of the resist mask R106 is formed. Can be formed. The inclination angle of the taper of the recess 106 can be adjusted by changing the selectivity between the resist mask R106 and the nitride semiconductor layer. The selectivity between the resist mask R106 and the nitride semiconductor layer can be changed by the pressure condition of dry etching, gas type, RF power, and the like.
ドライエッチングで形成した窪み106の表面には、レジスト残渣、結晶残渣等が付着している。そこで、次に、硫酸・過酸化水素の水溶液または(及び)塩酸・過酸化水素の水溶液により、ドライエッチング後の窒化物半導体ウエハをウェットエッチングする。これにより、レジストの変質有機物残渣及び結晶残渣が窪み106の表面から取り除かれる。 Resist residues, crystal residues, and the like are attached to the surface of the recess 106 formed by dry etching. Therefore, the nitride semiconductor wafer after dry etching is wet etched with an aqueous solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide or (and) an aqueous solution of hydrochloric acid / hydrogen peroxide. Thereby, the denatured organic residue and crystal residue of the resist are removed from the surface of the recess 106.
なお、窪み106を形成したドライエッチングに伴い、窪み106の内壁表面に、結晶配列が乱れた層や、ドライエッチングで用いたガス原子または分子が結晶内に侵入したダメージ層が形成され得る。これに起因して、発光素子の信頼性が低下する可能性がある。上述のウェットエッチングに加え、さらに、窪み106の内壁表層を取り除くウェットエッチングを行うことにより、発光素子の信頼性向上を図ることができる。このウェットエッチングは、エッチャントとして例えば燐酸、硫酸、または燐酸と硫酸との混合液を用い、室温〜120℃(例えば100℃)で3分〜30分間行う。 With dry etching in which the depression 106 is formed, a layer in which the crystal arrangement is disordered or a damage layer in which gas atoms or molecules used in the dry etching have entered the crystal can be formed on the inner wall surface of the depression 106. As a result, the reliability of the light emitting element may be reduced. In addition to the wet etching described above, the reliability of the light emitting element can be improved by performing wet etching for removing the inner wall surface layer of the recess 106. This wet etching is performed at room temperature to 120 ° C. (for example, 100 ° C.) for 3 minutes to 30 minutes using, for example, phosphoric acid, sulfuric acid, or a mixed solution of phosphoric acid and sulfuric acid as an etchant.
次に、図2(C)に示すように、p側電極105の格子状部105aに対応する開口を有するレジストマスクR105aを、フォトリソグラフィーにより形成する。電子ビーム(EB)蒸着により、Pt、Au層を、Pt層を下層として順に、それぞれ100nm、1000nmの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクR105aの開口以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、格子状部105aを形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, a resist mask R105a having openings corresponding to the lattice-like portions 105a of the p-side electrode 105 is formed by photolithography. By electron beam (EB) evaporation, Pt and Au layers are sequentially deposited with thicknesses of 100 nm and 1000 nm, respectively, with the Pt layer as a lower layer. Next, the lattice-like portion 105a is formed by removing the vapor deposition material deposited on portions other than the opening of the resist mask R105a by using a lift-off method.
次に、図3(A)に示すように、n側電極107の線状部107a及びn側パッド部107bに対応する開口を有するレジストマスクR107を、フォトリソグラフィーにより形成する。 Next, as shown in FIG. 3A, a resist mask R107 having openings corresponding to the linear portion 107a and the n-side pad portion 107b of the n-side electrode 107 is formed by photolithography.
EB蒸着により、Al、Rh、Ti、Pt、Au、Pt、Au層を、Al層を最下層として順に、それぞれ10〜90nm、100nm、100nm、100nm、200nm、100nm、200nmの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクR107の開口部以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、n側電極107の線状部107a及びn側パッド部107bを同時に形成する。このようにしてn側電極107が形成される。 By EB vapor deposition, Al, Rh, Ti, Pt, Au, Pt, and Au layers are sequentially deposited with thicknesses of 10 to 90 nm, 100 nm, 100 nm, 100 nm, 200 nm, 100 nm, and 200 nm, with the Al layer as the bottom layer. Next, by using a lift-off method, the vapor deposition material deposited on portions other than the opening of the resist mask R107 is removed, thereby forming the linear portion 107a and the n-side pad portion 107b of the n-side electrode 107 at the same time. In this way, the n-side electrode 107 is formed.
次に、図3(B)に示すように、p側電極105のp側パッド部105bに対応する開口を有するレジストマスクR105bを、フォトリソグラフィーにより形成する。p側パッド部105bに対応する開口内に、格子状部105aの一部が露出する。 Next, as shown in FIG. 3B, a resist mask R105b having an opening corresponding to the p-side pad portion 105b of the p-side electrode 105 is formed by photolithography. A part of the lattice portion 105a is exposed in the opening corresponding to the p-side pad portion 105b.
EB蒸着により、Ni、Au層を、Ni層を下層として順に、それぞれ100nm、1000nmの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクR105bの開口部以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、p側パッド部105bを形成する。p側パッド部105bは、格子状部105aの一部を覆って、格子状部105aに接続されるように形成される。 By EB vapor deposition, Ni and Au layers are sequentially deposited with thicknesses of 100 nm and 1000 nm, respectively, with the Ni layer as the lower layer. Next, by using a lift-off method, the p-side pad portion 105b is formed by removing the vapor deposition material deposited on portions other than the opening of the resist mask R105b. The p-side pad portion 105b is formed so as to cover a part of the lattice portion 105a and to be connected to the lattice portion 105a.
次に、図3(C)に示すように、発光素子の上面の全面に、スパッタリングにより、厚さ100nm〜500nmの酸化シリコン膜(SiO2膜)Mを成膜する。 Next, as shown in FIG. 3C, a silicon oxide film (SiO 2 film) M having a thickness of 100 nm to 500 nm is formed on the entire upper surface of the light emitting element by sputtering.
例えば、厚さ100nmの酸化シリコン膜を3層堆積することにより、厚さ300nmの酸化シリコン膜Mを成膜する。窪み106の内面上に堆積された酸化シリコン膜には複雑な応力が掛かるため、一度に300nmの厚さの膜を成膜すると、成膜後の冷却期間中に酸化シリコン膜が窪み106から剥離したり、クラックが発生したりする懸念がある。複数回に分けて成膜することにより、このような不具合が抑制される。 For example, a silicon oxide film M having a thickness of 300 nm is formed by depositing three layers of a silicon oxide film having a thickness of 100 nm. Since a complicated stress is applied to the silicon oxide film deposited on the inner surface of the depression 106, when a film having a thickness of 300 nm is formed at a time, the silicon oxide film is peeled off from the depression 106 during the cooling period after the film formation. Or there is a concern that cracks may occur. By forming the film in a plurality of times, such a problem is suppressed.
酸化シリコン膜Mの上に、フォトリソグラフィーにより、p側パッド部105b及びn側パッド部107bの上面に開口を有するレジストマスクR110を形成する。次に、ウェットエッチングを用いて、レジストマスクR110の開口内の酸化シリコン膜Mを除去することにより、p側パッド部105b及びn側パッド部107bの上面を露出させる。次いで、レジストマスクR110を洗浄除去する。このようにして、酸化シリコンからなる保護膜110が形成される。 A resist mask R110 having openings on the upper surfaces of the p-side pad portion 105b and the n-side pad portion 107b is formed on the silicon oxide film M by photolithography. Next, the upper surface of the p-side pad portion 105b and the n-side pad portion 107b is exposed by removing the silicon oxide film M in the opening of the resist mask R110 using wet etching. Next, the resist mask R110 is removed by washing. Thus, the protective film 110 made of silicon oxide is formed.
保護膜110を形成した後、窒化物半導体ウエハを保持基板(例えばセラミックス基板やシリコン基板)にワックス等で固定する。保持基板に固定した窒化物半導体ウエハを研削・研磨して薄くし、厚みを100μm〜200μm程度とする。保持基板に保持したまま研磨面を洗浄した後、基板100の下面に、EB蒸着により例えばTi層及びAl層をそれぞれ厚さ3nm及び200nm蒸着する。この金属層は、発光層103から放出された光を反射する反射層として機能する。 After forming the protective film 110, the nitride semiconductor wafer is fixed to a holding substrate (for example, a ceramic substrate or a silicon substrate) with wax or the like. The nitride semiconductor wafer fixed to the holding substrate is thinned by grinding and polishing, and the thickness is set to about 100 μm to 200 μm. After cleaning the polished surface while being held on the holding substrate, for example, a Ti layer and an Al layer are deposited on the lower surface of the substrate 100 by EB vapor deposition with a thickness of 3 nm and 200 nm, respectively. This metal layer functions as a reflective layer that reflects light emitted from the light emitting layer 103.
次いで、基板100の下面にスクライブ溝を形成する。スクライブ溝の形成後、ブレーキング装置のナイフエッジを輪郭溝111の表面に押し当て、発光素子同士を分離する。以上説明した工程により、図1(A)及び図1(B)に示す発光素子が作製される。 Next, a scribe groove is formed on the lower surface of the substrate 100. After forming the scribe groove, the knife edge of the braking device is pressed against the surface of the contour groove 111 to separate the light emitting elements. Through the steps described above, the light-emitting element illustrated in FIGS. 1A and 1B is manufactured.
個々に分離された発光素子は、フレーム、ステム、配線基板、ヒートシンク等に接着される。接着方法として、銀ペーストや樹脂による接着や、半田溶着、バンプを用いた超音波接合、共晶接続部材を用いた熱圧着等が用いられる。その後、p側パッド部105b及びn側パッド部107bそれぞれについて、極性に対応するリード電極とパッド部とが金ワイア等で接続される。最後に樹脂封止または缶パッケージを施し、発光ダイオード(LED)ランプが完成する。 The individually separated light emitting elements are bonded to a frame, a stem, a wiring board, a heat sink and the like. As the bonding method, bonding with silver paste or resin, solder welding, ultrasonic bonding using bumps, thermocompression bonding using a eutectic connection member, or the like is used. Thereafter, for each of the p-side pad portion 105b and the n-side pad portion 107b, the lead electrode corresponding to the polarity and the pad portion are connected by a gold wire or the like. Finally, resin sealing or can packaging is applied to complete a light emitting diode (LED) lamp.
格子状部105aの各格子の内部に、窪み106が配置されている。エレクトロマイグレーションや、水分を介在した電気化学的マイグレーションにより、格子状部105aを構成する電極材料が、窪み106の側面に露出した発光層103上やn型窒化物半導体層102上に移動すれば、短絡が発生する。 The depression 106 is arranged inside each lattice of the lattice-like portion 105a. If the electrode material constituting the lattice-like portion 105a moves to the light emitting layer 103 exposed on the side surface of the depression 106 or the n-type nitride semiconductor layer 102 by electromigration or electrochemical migration with moisture interposed, A short circuit occurs.
本願発明者らの研究によれば、格子状部105aの材料としてPt、Pd、Ir、Rhの少なくとも1つを用いることにより、マイグレーションが抑制されることがわかった。また、これらの電極材料を用いれば、良好な接触抵抗率(例えば5×10−3Ωcm−2以下)が得られる。 According to the study by the present inventors, it has been found that the migration is suppressed by using at least one of Pt, Pd, Ir, and Rh as the material of the lattice-like portion 105a. Moreover, if these electrode materials are used, a favorable contact resistivity (for example, 5 × 10 −3 Ωcm −2 or less) can be obtained.
上述の例では、格子状部105aの、p型窒化物半導体層104に接する層(Au層の下側の層)をPt層としたが、この層をPd層、Rh層またはIr層としてもよい。Pt層、Pd層、Ir層、またはRh層を形成することにより、接触抵抗率を低くでき、かつ反射率を高くできる。ここで反射率は、発光層103から放出された光の波長について、p型窒化物半導体層104との界面における反射率である。 In the above example, the layer in contact with the p-type nitride semiconductor layer 104 (the layer below the Au layer) of the lattice-like portion 105a is the Pt layer. However, this layer may be a Pd layer, an Rh layer, or an Ir layer. Good. By forming the Pt layer, Pd layer, Ir layer, or Rh layer, the contact resistivity can be lowered and the reflectance can be increased. Here, the reflectance is the reflectance at the interface with the p-type nitride semiconductor layer 104 with respect to the wavelength of the light emitted from the light emitting layer 103.
実施例の発光素子を用いたLEDランプでは、格子状部105aの下面で反射された光を、基板100の下面上に形成された反射層で反射させることにより、発光素子の上面等から取り出すことができる。このため、格子状部105aの下面の反射率は高い方が好ましい。 In the LED lamp using the light emitting element of the embodiment, the light reflected by the lower surface of the lattice-like portion 105a is reflected from the reflective layer formed on the lower surface of the substrate 100, thereby extracting the light from the upper surface of the light emitting element. Can do. For this reason, the one where the reflectance of the lower surface of the grid-like part 105a is higher is preferable.
なお、さらに他の構成例として、格子状部105aに、Pt、Pd、Ir、Rhよりも反射率は高いがエレクトロマイグレーション及び電気化学的マイグレーションが生じやすい金属であるAgを用いることもできる。Agを用いる場合には、例えば、設計電極幅の6〜8割の幅を有するように、Pt、Ag層を、Pt層を下層として順に積層する。さらに、これを覆うように、設計電極幅で、Pt、Pd、IrまたはRhからなる層を積層すればよい。Ag層の代わりに、Agを含む合金からなる層を用いることもできる。 As yet another configuration example, Ag, which is a metal that has higher reflectivity than Pt, Pd, Ir, and Rh but easily causes electromigration and electrochemical migration, can also be used for the lattice portion 105a. In the case of using Ag, for example, the Pt and Ag layers are sequentially stacked so that the Pt layer is the lower layer so as to have a width of 60 to 80% of the design electrode width. Furthermore, a layer made of Pt, Pd, Ir, or Rh may be stacked so as to cover this with a design electrode width. Instead of the Ag layer, a layer made of an alloy containing Ag can also be used.
なお、上述のn側電極107からTi層を省略して、Al、Rh、Pt、Au、Pt、Au層を積層した構成とすることや、Ti及びPt層を省略して、Al、Rh、Au、Pt、Au層を積層した構成とすることや、Ti、Pt、Au及びPt層を省略して、Al、Rh、Au層を積層した構成とすることもできる。Ti層を省略する場合には最上層のAu層の厚さを300nmとし、Ti、Pt層を省略する場合には最上層のAu層の厚さを400nmとし、Ti、Pt、Au、Pt層を省略する場合には最上層のAu層の厚さを700nmとすることにより、省略した層の厚みを補完することが望ましい。 It should be noted that the Ti layer is omitted from the n-side electrode 107 described above, and Al, Rh, Pt, Au, Pt, and Au layers are stacked, or the Ti and Pt layers are omitted, and Al, Rh, A structure in which Au, Pt, and Au layers are stacked may be used, or a structure in which the Ti, Pt, Au, and Pt layers are omitted and the layers of Al, Rh, and Au are stacked may be used. When the Ti layer is omitted, the thickness of the uppermost Au layer is set to 300 nm. When the Ti and Pt layers are omitted, the thickness of the uppermost Au layer is set to 400 nm, and the Ti, Pt, Au, and Pt layers are Is omitted, it is desirable to supplement the thickness of the omitted layer by setting the thickness of the uppermost Au layer to 700 nm.
なお、p側パッド部105bは、Ni、Rh、Au層を、Ni層を最下層として順に積層した構造や、Ti、Auを、Ti層を下層として順に積層した構造や、Ti、Rh、Auを、Ti層を最下層として順に積層した構造とすることもできる。また、p側パッド部105bの最下層を構成する金属材料として、Al、Sn、Pbを用いることもできる。 The p-side pad portion 105b has a structure in which Ni, Rh, and Au layers are sequentially stacked with the Ni layer as a lowermost layer, a structure in which Ti and Au are sequentially stacked with a Ti layer as a lower layer, and Ti, Rh, and Au. Can also be made into the structure laminated | stacked in order by making Ti layer into the lowest layer. Moreover, Al, Sn, and Pb can also be used as a metal material constituting the lowermost layer of the p-side pad portion 105b.
上述の方法で形成されるp側電極105及びn側電極107は、合金化しなくても接触抵抗率が低く、p側電極105の接触抵抗率は1×10−3Ωcm2〜5×10−3Ωcm2程度であり、n側電極107の接触抵抗率は5×10−6Ωcm2〜3×10−5Ωcm2程度である。合金化を行わないことにより、合金化に起因する電極材料の拡散が起こらないので、窪み106の側面に電極材料が移動することが抑制される。なお、500℃までであれば、合金化処理をしても問題は生じにくい。 The p-side electrode 105 and the n-side electrode 107 formed by the above-described method have a low contact resistivity without being alloyed, and the contact resistivity of the p-side electrode 105 is 1 × 10 −3 Ωcm 2 to 5 × 10 −. 3 [Omega] cm is 2 mm, the contact resistivity of the n-side electrode 107 is 5 × 10 -6 Ωcm 2 ~3 × 10 -5 Ωcm 2 or so. By not alloying, the electrode material does not diffuse due to alloying, and therefore the electrode material is suppressed from moving to the side surface of the recess 106. In addition, if it is up to 500 degreeC, even if it alloy-treats, a problem will not arise easily.
なお、窪み106の形成前にp側電極105またはn側電極107を形成すれば、窪み106の形成時のドライエッチングやその後のウェットエッチングに伴って、電極材料が窪み106の側面に付着しやすくなる。また、電極材料を既に半導体層表面に形成している場合は、エッチング液に強酸・強アルカリ・強酸化性液体を使用できないため、レジストの変質有機物残渣や結晶残渣を充分には取り除くことができず、不具合の原因となる。しかし、上述の方法では、窪み106を形成した後にp側電極105及びn側電極107を形成するので、このような不具合が防止される。 Note that if the p-side electrode 105 or the n-side electrode 107 is formed before the formation of the recess 106, the electrode material easily adheres to the side surface of the recess 106 due to dry etching at the time of forming the recess 106 and subsequent wet etching. Become. In addition, when the electrode material is already formed on the surface of the semiconductor layer, strong acid, strong alkali, and strong oxidizing liquid cannot be used as the etching solution, so that it is possible to sufficiently remove the denatured organic residue and crystal residue of the resist. This will cause a malfunction. However, in the above-described method, since the p-side electrode 105 and the n-side electrode 107 are formed after the depression 106 is formed, such a problem is prevented.
なお、保護膜110の材料として、酸化シリコンの他にも、酸化チタン(TiO2、TiO3、Ti2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニア(ZrO2)、酸化ハフニウム(HfO2)、酸化ネオジウム(Nd2O3)、酸化エルビウム(Er2O3)、酸化セリウム(Ce2O3)等、発光素子の発光波長に対して透明でかつ絶縁性のある材料を用いることができる。 As a material for the protective film 110, in addition to silicon oxide, titanium oxide (TiO 2 , TiO 3 , Ti 2 O 5 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconia oxide (ZrO 2 ), hafnium oxide ( HfO 2 ), neodymium oxide (Nd 2 O 3 ), erbium oxide (Er 2 O 3 ), cerium oxide (Ce 2 O 3 ), or the like, which is transparent and insulating with respect to the emission wavelength of the light-emitting element is used. be able to.
保護膜110は、汚染物質が窪み106の側面に付着して短絡が生じるのを抑制する。汚染物質として、例えば、発光素子を封止する樹脂中に含まれる導電性物質(アルケンやアルキン基を持つ重合残渣や重合触媒等)や水分等が考えられる。 The protective film 110 prevents a contaminant from adhering to the side surface of the recess 106 and causing a short circuit. As the contaminant, for example, a conductive substance (polymerization residue or polymerization catalyst having an alkene or alkyne group) contained in the resin for sealing the light emitting element, moisture, or the like can be considered.
なお、例えば以下のような原因により保護膜110が剥離すれば、水分等が保護膜110の下に浸入して窪み側面に達し、短絡を引き起こす可能性がある。p側パッド部105b及びn側パッド部107bにワイヤボンディングを施す際の熱と超音波振動で、保護膜110がパッド部から剥離する可能性が考えられる。さらに、LEDランプ発光時の熱により、p側電極の格子状部105a近傍で保護膜110が剥離する可能性が考えられる。 Note that, for example, if the protective film 110 is peeled off due to the following causes, moisture or the like may enter under the protective film 110 and reach the side surface of the depression, thereby causing a short circuit. There is a possibility that the protective film 110 may be peeled off from the pad portion by heat and ultrasonic vibration when wire bonding is performed on the p-side pad portion 105b and the n-side pad portion 107b. Furthermore, there is a possibility that the protective film 110 may be peeled off near the lattice portion 105a of the p-side electrode due to heat generated when the LED lamp emits light.
保護膜110の形成に先立ち、格子状部105a、p側パッド部105b、n側電極の線状部107a、及びn側パッド部107bの最表面に、例えば厚さ3nm〜100nmのTi層(より好ましくは厚さ30nm〜50nmのTi層)を蒸着しておくことにより、p側及びn側電極105及び107と保護膜110との密着性を高めることができる。特に、格子状部105aと保護膜110とが密着することにより、格子状部105aの各格子(各区画)の内部が密閉された構造となり、格子内の窪み側面への水分等の侵入が防止される。このようにして、保護膜110の下面上で汚染物質が拡散するのを抑制することができる。また、クラックの発生等も抑制される。 Prior to the formation of the protective film 110, on the outermost surfaces of the lattice portion 105a, the p-side pad portion 105b, the linear portion 107a of the n-side electrode, and the n-side pad portion 107b, for example, a Ti layer (3 nm to 100 nm thick) By preferably depositing a Ti layer having a thickness of 30 nm to 50 nm, the adhesion between the p-side and n-side electrodes 105 and 107 and the protective film 110 can be improved. In particular, the lattice-shaped portion 105a and the protective film 110 are in close contact with each other so that the interior of each lattice (each section) of the lattice-shaped portion 105a is hermetically sealed, so that moisture or the like can be prevented from entering the side surfaces of the depressions in the lattice. Is done. In this way, it is possible to suppress the diffusion of contaminants on the lower surface of the protective film 110. Moreover, generation | occurrence | production of a crack etc. are suppressed.
なお、p側パッド部105b及びn側パッド部107b上に保護膜110の開口を形成するウェットエッチングの際に、Ti層がエッチングされるので、保護膜110の開口の底部にAu層が露出する。なお、Ti層を蒸着する例について説明したが、酸化しやすい他の金属(例えばAlやNi)を用いても密着性の向上が図られる。 In addition, since the Ti layer is etched during the wet etching for forming the opening of the protective film 110 on the p-side pad portion 105b and the n-side pad portion 107b, the Au layer is exposed at the bottom of the opening of the protective film 110. . In addition, although the example which vapor-deposits Ti layer was demonstrated, the improvement of adhesiveness is aimed at also using other metals (for example, Al and Ni) which are easy to oxidize.
さらに、保護膜110の形成に先立ち、輪郭溝111の外周に沿って、最上層にTi、Al、またはNi層を形成した輪状金属堰を設ければ、輪状金属堰と密着するように保護膜110が形成される。これにより、輪状金属堰と保護膜110との界面からの汚染物質の侵入が抑制される。 Further, prior to the formation of the protective film 110, if a ring-shaped metal weir having a Ti, Al, or Ni layer formed on the uppermost layer is provided along the outer periphery of the contour groove 111, the protective film is in close contact with the ring-shaped metal weir. 110 is formed. Thereby, invasion of contaminants from the interface between the ring-shaped metal weir and the protective film 110 is suppressed.
次に、図4(A)及び図4(B)を参照して、窪み106の大きさ等について説明する。図4(A)は、窪み106の近傍の概略断面図であり、図4(B)は、窪み106の近傍の概略平面図である。図4(A)に示すように、保護膜110が、p型窒化物半導体層104の上面と格子状部105aとを覆うとともに、窪み106の側面及び底面を覆っている。 Next, with reference to FIG. 4 (A) and FIG. 4 (B), the magnitude | size etc. of the hollow 106 are demonstrated. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view in the vicinity of the recess 106, and FIG. 4B is a schematic plan view in the vicinity of the recess 106. As shown in FIG. 4A, the protective film 110 covers the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104 and the lattice portion 105a, and covers the side surfaces and the bottom surface of the recess 106.
格子状部105aの線幅Vが例えば3μmであり、各格子の互いに対向する1対の辺の中心同士の間隔が例えば15μmであり、各格子の互いに対向する1対の辺に挟まれた部分の間隔W(これを配線間隔Wと呼ぶこととする)が例えば12μmである。 The line width V of the grid-like portion 105a is 3 μm, for example, and the distance between the centers of a pair of opposite sides of each grid is 15 μm, for example, and the portion sandwiched between a pair of opposite sides of each grid The interval W (referred to as the wiring interval W) is, for example, 12 μm.
格子状部105aの線幅Vは、1〜5μmの範囲内に設定される。線幅Vが5μm以下であれば、発光素子上面からの光取り出し効率の、格子状部105aによる遮光に起因する低下が少ない。また、p型窒化物半導体層104上の広い範囲に電流を流し、かつ生産性を確保するために、線幅Vは1μm以上であることが好ましい。 The line width V of the lattice portion 105a is set within a range of 1 to 5 μm. When the line width V is 5 μm or less, the light extraction efficiency from the upper surface of the light emitting element is less reduced due to light shielding by the grid-like portion 105a. Further, in order to pass a current over a wide range on the p-type nitride semiconductor layer 104 and to ensure productivity, the line width V is preferably 1 μm or more.
配線間隔Wを、線幅Vを単位として、W=V×Nという式で表すこととし、Nを配線間隔係数と呼ぶこととする。配線間隔係数Nの適切な値は、p型窒化物半導体層104の比抵抗に応じて変わる。p型窒化物半導体層104の比抵抗が0.5Ωcm〜3Ωcmのとき、配線間隔係数Nは3〜5が適切であり、p型窒化物半導体層104の比抵抗が1×10−3Ωcm〜1×10−1Ωcmのとき、配線間隔係数Nは5〜10が適切である。 The wiring interval W is expressed by the equation W = V × N with the line width V as a unit, and N is called a wiring interval coefficient. An appropriate value of the wiring interval coefficient N varies depending on the specific resistance of the p-type nitride semiconductor layer 104. When the specific resistance of the p-type nitride semiconductor layer 104 is 0.5 Ωcm to 3 Ωcm, the wiring spacing coefficient N is suitably 3 to 5, and the specific resistance of the p-type nitride semiconductor layer 104 is 1 × 10 −3 Ωcm to In the case of 1 × 10 −1 Ωcm, 5 to 10 is appropriate for the wiring interval coefficient N.
格子状部105aの各格子の中心に、窪み106が配置されている。窪み106の開口の縁の直径Hは例えば1μm以上(例えば5.5μm)であり、窪み106の深さは例えば2.36μmである。 A recess 106 is arranged at the center of each lattice of the lattice-like portion 105a. The diameter H of the opening edge of the recess 106 is, for example, 1 μm or more (for example, 5.5 μm), and the depth of the recess 106 is, for example, 2.36 μm.
p型窒化物半導体層104上面の法線に対する窪み106側面の傾斜角度γは、例えば8.1°である。なお、窪み106の側面にテーパを付けないこともできる。傾斜角度γは、0°〜12°の範囲内とすることが好ましい。なお、テーパの傾斜角度が側面で一様でない場合には、傾斜全体のフィッティングラインに対して傾斜角度が規定される。 The inclination angle γ of the side surface of the recess 106 with respect to the normal line of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104 is, for example, 8.1 °. It should be noted that the side surface of the recess 106 may not be tapered. The inclination angle γ is preferably in the range of 0 ° to 12 °. In addition, when the inclination angle of the taper is not uniform on the side surface, the inclination angle is defined for the fitting line of the entire inclination.
格子状部105aから窪み106の開口の縁までの最短距離(格子の一辺から開口の縁までの距離)は、配線材料の窪み106内へのマイグレーションの抑制及び製造歩留の向上の観点から2μm以上とすることが好ましい。開口の直径Hを、配線間隔Wを単位として、H=W×Mという式で表すことを考える。Mを窪み幅係数と呼ぶこととする。窪み幅係数Mは、0.3〜0.7の範囲内とすることが好ましい。 The shortest distance (distance from one side of the lattice to the edge of the opening) from the lattice-like portion 105a to the opening edge of the recess 106 is 2 μm from the viewpoint of suppressing migration of the wiring material into the recess 106 and improving the manufacturing yield. The above is preferable. It is assumed that the diameter H of the opening is expressed by the equation H = W × M with the wiring interval W as a unit. M is referred to as a depression width coefficient. The dent width coefficient M is preferably in the range of 0.3 to 0.7.
格子状部105aの1つの格子の内部面積(格子状部105aに取り囲まれた部分の面積)に対する窪み106の開口面積の比(これを開口率と呼ぶこととする)は、7%〜50%の範囲とすることが好ましい。開口率は10%〜40%の範囲とすることがより好ましく、12%〜35%の範囲とすることがさらに好ましい。 The ratio of the opening area of the recess 106 to the internal area of one lattice of the lattice-like portion 105a (the area of the portion surrounded by the lattice-like portion 105a) (hereinafter referred to as the opening ratio) is 7% to 50%. It is preferable to set it as the range. The opening ratio is more preferably in the range of 10% to 40%, and further preferably in the range of 12% to 35%.
窪みの深さは、開口の直径Hの0.3〜0.7倍程度とするのが好ましい。また、窪み106の底から基板100までの距離tが1μm以上であることが好ましい。なお、窪み106は、底面が基板100の上面に達する深さとすることもできる。窪み106の底面の形状は、平面、下方に凹んだ凹面、上方に盛り上がった凸面のいずれでもよいが、凸面とすることが好ましい。 The depth of the recess is preferably about 0.3 to 0.7 times the diameter H of the opening. In addition, the distance t from the bottom of the recess 106 to the substrate 100 is preferably 1 μm or more. Note that the depression 106 may have a depth at which the bottom surface reaches the upper surface of the substrate 100. The shape of the bottom surface of the recess 106 may be any of a flat surface, a concave surface recessed downward, and a convex surface rising upward, but is preferably a convex surface.
なお、窪みの開口形状を、円形以外の種々の形状にすることもできる。例えば、図4(C)に示すように、窪みの開口形状をほぼ矩形とすることもできる。 In addition, the opening shape of a hollow can also be made into various shapes other than circular. For example, as shown in FIG. 4C, the shape of the opening of the recess can be made substantially rectangular.
次に、図20を参照して、比較例による発光素子について説明する。これは従来技術による発光素子である。図20(A)は、比較例による発光素子の概略平面図を示し、図20(B)は、比較例による発光素子の図20(A)中のA−A´線に沿った概略断面図を示す。 Next, a light-emitting element according to a comparative example will be described with reference to FIG. This is a light emitting device according to the prior art. 20A is a schematic plan view of a light-emitting element according to a comparative example, and FIG. 20B is a schematic cross-sectional view along the line AA ′ in FIG. 20A of the light-emitting element according to the comparative example. Indicates.
比較例の発光素子も、図19を参照して説明した窒化物半導体ウエハを材料とする。比較例の発光素子では、p型窒化物半導体層104に窪みが形成されていない。また、発光領域の形状と、p側及びn側パッド部の配置とが第1の実施例と異なる。以下詳しく説明する。 The light emitting element of the comparative example is also made of the nitride semiconductor wafer described with reference to FIG. In the light emitting device of the comparative example, no depression is formed in the p-type nitride semiconductor layer 104. Further, the shape of the light emitting region and the arrangement of the p-side and n-side pad portions are different from those of the first embodiment. This will be described in detail below.
比較例の発光素子では、p型窒化物半導体層104の表面に、正方形の1辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域950が画定されている。発光領域950を取り囲む領域のp型窒化物半導体層104と、発光層103と、n型窒化物半導体層102の上層とが除去されることにより、底面にn型窒化物半導体層102が露出した凹部911(輪郭溝911)が形成されている。 In the light emitting device of the comparative example, a light emitting region 950 having a shape in which a central portion of one side of a square is cut out is defined on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 104. By removing the p-type nitride semiconductor layer 104, the light-emitting layer 103, and the upper layer of the n-type nitride semiconductor layer 102 in the region surrounding the light-emitting region 950, the n-type nitride semiconductor layer 102 is exposed on the bottom surface. A recess 911 (contour groove 911) is formed.
発光領域950の上に、p側電極905が形成されている。p側電極905は、格子状部905aとp側パッド部905bとを含んで構成される。格子状部905aは格子状の構造を有し、各格子は正方形である。切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に、格子状部905aを覆ってp側パッド部905bが形成されている。 A p-side electrode 905 is formed on the light emitting region 950. The p-side electrode 905 includes a lattice portion 905a and a p-side pad portion 905b. The lattice portion 905a has a lattice structure, and each lattice is square. A p-side pad portion 905b is formed in the vicinity of the center of the side facing the notched side so as to cover the lattice-shaped portion 905a.
輪郭溝911の底面上に、n側電極907が形成されている。n側電極907は、実施例のn側電極107と異なり、線状部を有さず、n側パッド部907bのみから構成される。n側パッド部907bは、発光領域950が切り欠かれた部分に配置されている。 An n-side electrode 907 is formed on the bottom surface of the contour groove 911. Unlike the n-side electrode 107 of the embodiment, the n-side electrode 907 does not have a linear portion and is configured only by the n-side pad portion 907b. The n-side pad portion 907b is disposed in a portion where the light emitting region 950 is cut out.
次に、第1の実施例及び比較例による発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例及び比較例の発光素子を、それぞれTO−46ステムに実装し、積分球で全光束測定をした。第1の実施例の発光素子の発光出力を、比較例のそれと比較した。mW単位で測定した発光出力を比較した。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting elements according to the first example and the comparative example is measured will be described. The light emitting elements of the first example and the comparative example were each mounted on a TO-46 stem, and the total luminous flux was measured with an integrating sphere. The light emission output of the light emitting device of the first example was compared with that of the comparative example. The light output measured in mW was compared.
第1の実施例の発光素子の発光波長は478nmであり、比較例の発光素子の発光波長は480nmであった。比較例の発光素子の発光出力を100%とするとき、第1の実施例の発光素子の発光出力は140%であった。このように、第1の実施例の発光素子は比較例の発光素子よりも高い発光出力を示す。なお、図16に、第1〜第6の実施例及び比較例の発光素子の発光波長と発光出力とをまとめる。 The light emission wavelength of the light emitting device of the first example was 478 nm, and the light emission wavelength of the light emitting device of the comparative example was 480 nm. When the light emission output of the light emitting device of the comparative example was 100%, the light emission output of the light emitting device of the first example was 140%. Thus, the light emitting device of the first example shows higher light output than the light emitting device of the comparative example. FIG. 16 summarizes the light emission wavelengths and the light emission outputs of the light emitting elements of the first to sixth examples and the comparative example.
次に、第1の実施例の発光素子に形成した窪み106が有する作用及び効果について考察する。まず、比較例の発光素子の問題点について考察する。 Next, the function and effect of the recess 106 formed in the light emitting device of the first embodiment will be considered. First, problems of the light emitting element of the comparative example will be considered.
図21(A)は、比較例の発光素子のp側電極の格子状部905a近傍の概略断面図を示す。一般に、p型窒化物半導体層104の比抵抗が高い(例えば1×10−2Ωcm〜3Ωcm程度)ので、直列抵抗を抑制するため、p型窒化物半導体層104は薄く(例えば1μm以下)形成される。これにより、図21(A)中の矢印で示すように、p側電極905aを起点とする電流は、p型窒化物半導体層104内で充分には拡散されないままn型窒化物半導体層102へ流れる。 FIG. 21A is a schematic cross-sectional view of the vicinity of the lattice portion 905a of the p-side electrode of the light emitting element of the comparative example. In general, since the p-type nitride semiconductor layer 104 has a high specific resistance (for example, about 1 × 10 −2 Ωcm to 3 Ωcm), the p-type nitride semiconductor layer 104 is formed thin (for example, 1 μm or less) in order to suppress series resistance. Is done. As a result, as indicated by the arrow in FIG. 21A, the current starting from the p-side electrode 905a is not sufficiently diffused in the p-type nitride semiconductor layer 104 and is transferred to the n-type nitride semiconductor layer 102. Flowing.
これに起因して、発光層103のうち発光に寄与するのは、格子状部905aの真下に配置された部分の近傍(これを発光部と呼ぶこととする)に留まる。図中、発光部を破線で囲んでいる。発光層103のうち発光部以外は、発光部から放出された光を吸収する吸収層として働くであろう。 Due to this, the light emitting layer 103 contributes to light emission only in the vicinity of the portion arranged directly below the lattice portion 905a (hereinafter referred to as the light emitting portion). In the figure, the light emitting part is surrounded by a broken line. The light emitting layer 103 other than the light emitting portion will function as an absorbing layer that absorbs light emitted from the light emitting portion.
図21(B)は、比較例の発光素子を用いたLEDランプにおいて、発光部Xから放出された光が発光素子の外に取り出されるまでの光路を概略的に示す断面図である。なお、図示した光路は例示である。 FIG. 21B is a cross-sectional view schematically showing an optical path until the light emitted from the light emitting portion X is taken out of the light emitting element in the LED lamp using the light emitting element of the comparative example. The illustrated optical path is an example.
基板100の下面に、発光層103から放出された光を反射する反射層120が形成されている。発光素子は、透光性樹脂130中に封止されている。発光部Xから放出された光は、多様な光路を経て素子外に(透光性樹脂130中に)取り出される。窒化物半導体層の屈折率が透光性樹脂130の屈折率よりも高く、また、窒化物半導体層の屈折率が基板100の屈折率よりも高い。 A reflection layer 120 that reflects light emitted from the light emitting layer 103 is formed on the lower surface of the substrate 100. The light emitting element is sealed in the translucent resin 130. The light emitted from the light emitting part X is taken out of the device (in the translucent resin 130) through various optical paths. The refractive index of the nitride semiconductor layer is higher than the refractive index of the translucent resin 130, and the refractive index of the nitride semiconductor layer is higher than the refractive index of the substrate 100.
発光部Xから素子外に至るまでの光路を、以下のような3種に分類することができよう。第1種の光路は、窒化物半導体層の上面から素子外に取り出される光の光路である(図中の光路L1、L2、L3)。 The optical path from the light emitting part X to the outside of the element can be classified into the following three types. The first type of optical path is an optical path of light extracted from the upper surface of the nitride semiconductor layer to the outside of the element (optical paths L1, L2, and L3 in the drawing).
第2種の光路は、窒化物半導体層と透光性樹脂130との界面で全反射されて発光素子の端面から素子外に取り出される光のうち、窒化物半導体層と基板100との界面では全反射されないような光の光路である(図中の光路L4、L5)。すなわち、第2種の光路を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂130との界面、及び、反射層120で反射されて、発光素子の端面から取り出される。このような光路を通る光を、素子内伝搬光と呼ぶこととする。 The second type of optical path is the light that is totally reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the translucent resin 130 and is extracted from the end face of the light emitting element to the outside of the element, at the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100. This is an optical path of light that is not totally reflected (optical paths L4 and L5 in the figure). That is, the light passing through the second type optical path is reflected by the interface between the nitride semiconductor layer and the translucent resin 130 and the reflection layer 120 and extracted from the end face of the light emitting element. The light passing through such an optical path is referred to as intra-element propagation light.
なお、図21(B)に示す例では、窒化物半導体層の面内方向に関する発光素子の長さが短いため、光路L4を通る光は、反射層120で反射された後、窒化物半導体層と素子外の樹脂との界面で反射される前に素子の端面から取り出され、光路L5を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂130との界面で反射された後、反射層120で反射される前に素子の端面から取り出されている。 In the example shown in FIG. 21B, since the length of the light emitting element in the in-plane direction of the nitride semiconductor layer is short, the light passing through the optical path L4 is reflected by the reflective layer 120 and then the nitride semiconductor layer. Before being reflected at the interface between the element and the resin outside the element, the light extracted from the end face of the element and passing through the optical path L5 is reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the translucent resin 130, and then the reflection layer 120. Before being reflected by the element.
第3種の光路は、窒化物半導体層と透光性樹脂130との界面で全反射されて発光素子の端面から素子外に取り出される光のうち、窒化物半導体層と基板100との界面でも全反射されるような光の光路である(図中の光路L6、L7)。すなわち、第3種の光路を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂130との界面、及び、窒化物半導体層と基板100との界面で反射されて、窒化物半導体層の端面から取り出される。このような光路を通る光を、窒化物半導体層内伝搬光と呼ぶこととする。 The third type optical path is also reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the translucent resin 130, and is also reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100 out of the light extracted from the end face of the light emitting element. This is an optical path of light that is totally reflected (optical paths L6 and L7 in the figure). That is, the light passing through the third type optical path is reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the translucent resin 130 and the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100, and from the end surface of the nitride semiconductor layer. It is taken out. The light passing through such an optical path will be referred to as the propagation light in the nitride semiconductor layer.
上記のいずれの光路を通る場合であっても、発光層103から放出された光は、発光層103のうち発光に寄与しない部分による吸収や、また、窒化物半導体層の欠陥に起因する吸収等により減衰する。 In any of the above optical paths, the light emitted from the light emitting layer 103 is absorbed by a portion of the light emitting layer 103 that does not contribute to light emission, or due to defects in the nitride semiconductor layer. It attenuates by.
発光素子全体の厚みに比べて、窒化物半導体層が薄いため、素子内伝搬光よりも窒化物半導体層内伝搬光の方が、素子の端面に到達するまでの反射回数が多くなると考えられる。これに起因して、素子内伝搬光よりも窒化物半導体層内伝搬光の方が減衰しやすいと考えられる。 Since the nitride semiconductor layer is thinner than the entire thickness of the light emitting element, it is considered that the propagation light in the nitride semiconductor layer has a larger number of reflections until reaching the end face of the element than the propagation light in the element. Due to this, it is considered that the light propagated in the nitride semiconductor layer is more easily attenuated than the light propagated in the element.
図5は、第1の実施例の発光素子において、窪み106の底面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。なお、図示した光路は例示である。第1の実施例の発光素子では、p型窒化物半導体層104の格子状部105aが形成されていない領域に、窪み106が形成されている。つまり、発光層103のうち、p側電極の格子状部105aの下方に配置されず、発光に寄与しないと考えられる部分の少なくとも一部が除去されている。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing an optical path of light taken out from the bottom surface of the recess 106 in the light emitting element of the first embodiment. The illustrated optical path is an example. In the light emitting device of the first embodiment, the recess 106 is formed in a region where the lattice-like portion 105a of the p-type nitride semiconductor layer 104 is not formed. That is, at least a part of the light-emitting layer 103 that is not disposed below the p-side electrode grid portion 105a and is considered not to contribute to light emission is removed.
例えば窪み106の底面から取り出される光は、窪み106の形成に伴って除去されたn型窒化物半導体層102、発光層103、及びp型窒化物半導体層104を通過しない。このため、第1の実施例の発光素子では、窪みが形成されていない場合に比べ、窒化物半導体層での吸収に起因する減衰を抑制して、光を素子外に取り出すことができる。 For example, light extracted from the bottom surface of the depression 106 does not pass through the n-type nitride semiconductor layer 102, the light emitting layer 103, and the p-type nitride semiconductor layer 104 that are removed along with the formation of the depression 106. For this reason, in the light emitting device of the first embodiment, compared to the case where no depression is formed, attenuation due to absorption in the nitride semiconductor layer can be suppressed and light can be extracted outside the device.
図6(A)は、第1の実施例の発光素子において、窪み106の側面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。例えば、窒化物半導体層内伝搬光について考える。図6(A)に示すように、窒化物半導体層内伝搬光を、窒化物半導体層の端面に到達する前に、窪み106の側面から素子外に取り出すことができる。このように、第1の実施例の発光素子を用いれば、窪み106が形成されていない場合には素子の端面から取り出される光を、窪み106の側面から取り出すこともできる。発光素子の端面に到達するまでに生じる減衰を抑制して、光を素子外に取り出すことができる。 FIG. 6A is a cross-sectional view schematically showing an optical path of light taken out from the side surface of the recess 106 in the light emitting element of the first embodiment. For example, consider the propagation light in the nitride semiconductor layer. As shown in FIG. 6A, the propagation light in the nitride semiconductor layer can be taken out of the element from the side surface of the recess 106 before reaching the end face of the nitride semiconductor layer. As described above, when the light emitting device of the first embodiment is used, light extracted from the end face of the device can be extracted from the side surface of the recess 106 when the recess 106 is not formed. Attenuation occurring before reaching the end face of the light emitting element can be suppressed, and light can be extracted outside the element.
なお、窪み106の側面で光が屈折して上方側に進路を変えることにより、発光素子から上面側に放出される光量(p型窒化物半導体層104の上面の法線方向の光量)を増加させることができる。 Note that the amount of light emitted from the light emitting element to the upper surface side (the amount of light in the normal direction of the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104) is increased by refraction of light on the side surface of the recess 106 and changing the path upward. Can be made.
なお、図6(B)に示すように、ある窪み106の側面から素子外に出て、その窪み106の底面から再び素子内に入射した後、それに隣接する窪み106の側面から素子外に取り出されるような光の光路も考えられる。なお、図6(A)及び図6(B)に示した光路は例示である。 As shown in FIG. 6B, after exiting the element from the side surface of a certain depression 106, entering the element again from the bottom surface of the depression 106, and then taking it out from the side surface of the depression 106 adjacent thereto. The optical path of light is also conceivable. Note that the optical paths shown in FIGS. 6A and 6B are examples.
次に、図7(A)及び図7(B)を参照して、窪み106の側面に付けたテーパが有する作用及び効果について考察する。 Next, with reference to FIG. 7 (A) and FIG. 7 (B), the effect | action and effect which the taper attached to the side surface of the hollow 106 have are considered.
図7(A)は、テーパを付けない場合の窪み(これを窪み106Aとする)近傍の概略断面図を示す。窪み106Aの側面は、p型窒化物半導体層104の上面に垂直である。窪み106Aの開口の縁及び底面の縁は円周状であり、窪み106の内面に囲まれた空間の形状は円柱状である。窪み106Aの開口の縁の中心を通り、p型窒化物半導体層104の上面に垂直な断面が示されている。ここで、切断面と窪み106Aの側面との交線を、単に側面と呼ぶこととする。 FIG. 7A shows a schematic cross-sectional view of the vicinity of a recess (this is referred to as a recess 106A) in the case where no taper is provided. The side surface of the recess 106 </ b> A is perpendicular to the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104. The edge of the opening and the edge of the bottom surface of the recess 106A are circumferential, and the shape of the space surrounded by the inner surface of the recess 106 is cylindrical. A cross section passing through the center of the edge of the opening of the recess 106A and perpendicular to the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104 is shown. Here, the line of intersection between the cut surface and the side surface of the recess 106A is simply referred to as a side surface.
窪み106Aの直径がLであり、深さがDである。窒化物半導体層の屈折率をn1とし、素子外の媒質の屈折率をn2とする。屈折率n2はn1より小さい。n型窒化物半導体層102を通って、一方の側面S1の最も下の部分に位置する入射点Pに入射する光について考える。 The diameter of the recess 106A is L and the depth is D. The refractive index of the nitride semiconductor layer is n1, and the refractive index of the medium outside the element is n2. The refractive index n2 is smaller than n1. Consider the light that passes through the n-type nitride semiconductor layer 102 and enters the incident point P located at the lowermost portion of the one side surface S1.
入射点Pに入射する光の入射角が、側面S1の法線とのなす角度で定義される。また、入射点Pに入射した後窪み106A側に出射した光の屈折角が、側面S1の法線とのなす角度で定義される。 The incident angle of light incident on the incident point P is defined by an angle formed with the normal line of the side surface S1. In addition, the refraction angle of the light that has entered the incident point P and then exited toward the depression 106A is defined by the angle formed with the normal of the side surface S1.
入射点Pから他方の側面S2の開口の縁上の点Qに向かって出射する光の屈折角をβdiaとする。屈折角βdiaで出射する光に対応する入射光の入射角をαdiaとする。入射点Pで全反射が生じる臨界角をαcrtとする。入射角αcrtで入射する光に対応する出射光の屈折角をβcrtとする。屈折角βcrtは90°である。 Let βdia be the refraction angle of the light emitted from the incident point P toward the point Q on the edge of the opening of the other side surface S2. Let αdia be the incident angle of incident light corresponding to light emitted at a refraction angle βdia. Let αcrt be the critical angle at which total reflection occurs at the incident point P. A refraction angle of outgoing light corresponding to light incident at an incident angle αcrt is βcrt. The refraction angle βcrt is 90 °.
入射点Pに入射した後に窪み106A側へ出射して、そのまま素子外に取り出される光の屈折角度範囲は、βdiaからβcrtまでである。これに対応し、入射点Pに入射した後に窪み106A側へ出射して、そのまま素子外に取り出される光の入射角度範囲は、αdiaからαcrtまでである。屈折角βcrt及びβdiaの差を出射有効角量Δβeffと定義し、入射角αcrt及びαdiaの差を入射有効角量Δαeffと定義する。 The refraction angle range of the light that is incident on the incident point P, is emitted to the dent 106A side, and is taken out of the element as it is is from βdia to βcrt. Corresponding to this, the incident angle range of the light that is incident on the incident point P, is emitted to the depression 106A side, and is taken out of the device as it is is from αdia to αcrt. The difference between the refraction angles βcrt and βdia is defined as the effective emission angle amount Δβeff, and the difference between the incident angles αcrt and αdia is defined as the effective incidence angle amount Δαeff.
入射角α及び屈折角βを有する光について、スネルの法則
が成り立つ。スネルの法則(1)に基づき、入射角αctr及びαdiaはそれぞれ、
という式より求められる。
Snell's law for light with incident angle α and refraction angle β
Holds. Based on Snell's law (1), the incident angles αctr and αdia are
It is calculated from the formula.
式(2)におけるβcrtは90°である。式(3)におけるβdiaは、
という式より求められる。ここで、窪みの直径Lに対する深さDの比D/Lをdと表している。
Βcrt in equation (2) is 90 °. Βdia in equation (3) is
It is calculated from the formula. Here, the ratio D / L of the depth D to the diameter L of the dent is represented by d.
例えば、比dを0.5とし、窒化物半導体層の屈折率n1を2.4とし、素子外の媒質の屈折率n2を1.0とする。この場合、式(2)及び式(3)からそれぞれ、αcrtは24.6°となり、αdiaは10.7°となる。これらより入射有効角量Δαeffは13.9°となる。 For example, the ratio d is 0.5, the refractive index n1 of the nitride semiconductor layer is 2.4, and the refractive index n2 of the medium outside the element is 1.0. In this case, from the expressions (2) and (3), αcrt is 24.6 °, and αdia is 10.7 °. Accordingly, the effective incident angle amount Δαeff is 13.9 °.
なお、同様な条件のもと、素子外の媒質の屈折率n2を1.5とした場合には、αdiaは16.2°となり、αcrtは38.7°となる。これらより入射有効角量Δαeffは22.5°となる。素子外の媒質の屈折率が大きい方が、入射有効角量が大きくなることがわかる。 Under the same conditions, when the refractive index n2 of the medium outside the element is 1.5, αdia is 16.2 ° and αcrt is 38.7 °. Accordingly, the effective incident angle amount Δαeff is 22.5 °. It can be seen that the effective angle of incidence increases as the refractive index of the medium outside the element increases.
図7(B)は、テーパの付いた窪み106近傍の概略断面図を示す。窪み106は、下方から上方に向かって広くなる形状を有する。窪み106の開口の縁及び底面の縁は円周状であり、窪み106の内面に囲まれた空間の形状は円錐台状である。窪み106の開口の縁の中心を通り、p型窒化物半導体層104の上面に垂直な断面が示されている。窪み106側面の傾斜角度がγである。ここで、切断面と窪み106の側面との交線を、単に側面と呼ぶこととする。 FIG. 7B shows a schematic cross-sectional view in the vicinity of the tapered recess 106. The depression 106 has a shape that widens from the bottom to the top. The edge of the opening and the bottom edge of the recess 106 are circumferential, and the shape of the space surrounded by the inner surface of the recess 106 is a truncated cone. A cross section passing through the center of the edge of the opening of the recess 106 and perpendicular to the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104 is shown. The inclination angle of the side surface of the depression 106 is γ. Here, the line of intersection between the cut surface and the side surface of the recess 106 is simply referred to as a side surface.
窪み106の、底面の縁の直径がLであり、深さがDである。n型窒化物半導体層102を通って、一方の側面St1の最も下の部分に位置する入射点Ptに入射する光について考える。 The diameter of the edge of the bottom surface of the recess 106 is L, and the depth is D. Consider the light that passes through the n-type nitride semiconductor layer 102 and enters the incident point Pt located at the lowermost portion of the one side surface St1.
入射点Ptに入射する光の入射角が、側面St1の法線とのなす角度で定義される。また、入射点Ptに入射した後窪み106側に出射した光の屈折角が、側面St1の法線とのなす角度で定義される。 The incident angle of light incident on the incident point Pt is defined by an angle formed with the normal line of the side surface St1. In addition, the refraction angle of the light that has entered the incident point Pt and then exited toward the depression 106 is defined by the angle formed with the normal of the side surface St1.
入射点Ptから他方の側面St2の開口の縁上の点Qtに向かって出射する光の屈折角をβtdiaとする。屈折角βtdiaで出射する光に対応する入射光の入射角をαtdiaとする。入射点Ptで全反射が生じる臨界角をαtcrtとする。入射角αtcrtで入射する光に対応する出射光の屈折角をβtcrtとする。屈折角βtcrtは90°である。 Let βtdia be the refraction angle of light emitted from the incident point Pt toward the point Qt on the edge of the opening of the other side surface St2. An incident angle of incident light corresponding to light emitted at a refraction angle βtdia is αtdia. Let αtcrt be the critical angle at which total reflection occurs at the incident point Pt. Let βtcrt be the refraction angle of outgoing light corresponding to light incident at an incident angle αtcrt. The refraction angle βtcrt is 90 °.
入射点Ptに入射した後窪み106側に出射して、そのまま素子外に取り出される光の屈折角度範囲は、βtdiaからβtcrtまでである。これに対応し、入射点Ptに入射した後窪み106側に出射して、そのまま素子外に取り出される光の入射角度範囲は、αtdiaからαtcrtまでである。屈折角βtcrt及びβtdiaの差を出射有効角量Δβteffと定義し、入射角αtcrt及びαtdiaの差を入射有効角量Δαteffと定義する。 The refraction angle range of the light that is incident on the incident point Pt, is emitted to the dent 106 side, and is taken out of the element as it is is from βtdia to βtcrt. Corresponding to this, the incident angle range of the light that is incident on the incident point Pt, is emitted to the dent 106 side, and is taken out of the device as it is is from αtdia to αtcrt. The difference between the refraction angles βtcrt and βtdia is defined as the output effective angle amount Δβteff, and the difference between the incident angles αtcrt and αtdia is defined as the incident effective angle amount Δαteff.
スネルの法則(1)に基づき、入射角αtctr及びαtdiaはそれぞれ、
という式より求められる。ここで窒化物半導体層の屈折率がn1であり、素子外の媒質の屈折率がn2である。
Based on Snell's law (1), the incident angles αtctr and αtdia are respectively
It is calculated from the formula. Here, the refractive index of the nitride semiconductor layer is n1, and the refractive index of the medium outside the element is n2.
式(5)におけるβtcrtは90°である。式(6)におけるβtdiaは、
という式で求められる。ここでdは比D/Lである。
In the formula (5), βtcrt is 90 °. Βtdia in equation (6) is
It is calculated by the formula. Here, d is the ratio D / L.
テーパの傾斜角度γを、例えば8.0°とする。その他の条件については、図7(A)を参照して説明した例と同様に、比dを0.5とし、窒化物半導体層の屈折率n1を2.4とし、素子外の媒質の屈折率n2を1.0とする。この場合、式(5)からαtcrtは24.6°となる。これは図7(A)を参照して説明した例のαcrtと一致する。また、式(6)からαtdiaは7.0°となる。これらより入射有効角量Δαteffは17.6°となる。 The taper inclination angle γ is set to 8.0 °, for example. As for the other conditions, as in the example described with reference to FIG. 7A, the ratio d is set to 0.5, the refractive index n1 of the nitride semiconductor layer is set to 2.4, and the refraction of the medium outside the element is set. The rate n2 is set to 1.0. In this case, αtcrt is 24.6 ° from the equation (5). This coincides with αcrt in the example described with reference to FIG. Further, from the equation (6), αtdia is 7.0 °. Accordingly, the effective incident angle amount Δαteff is 17.6 °.
テーパが付けられていない場合の入射有効角量Δαeff(13.9°)よりも、テーパが付いた場合の入射有効角量Δαteff(17.6°)の方が大きくなる。このように、窪み側面にテーパを付けることにより、窪み側面から出射してそのまま素子外に取り出される光について、窪み側面への入射角の範囲が広がる。つまり、テーパにより窪み側面から光を取り出しやすくなる。 The incident effective angle amount Δαteff (17.6 °) with the taper is larger than the effective incident angle amount Δαeff (13.9 °) with no taper. As described above, by tapering the side surface of the depression, the range of incident angles on the side surface of the depression is widened for the light emitted from the depression side surface and extracted as it is outside the element. That is, it becomes easy to take out light from the hollow side surface by the taper.
定性的には、テーパが付いている場合は、窪みの上方が下方よりも広がっており、窪み側面から出射した光が窪み側面の上方部分から素子内に入射しにくくなるので、光を取り出しやすくなるといえる。なおこれは、窪みの底面から取り出される光についても同様である。 Qualitatively, when the taper is provided, the upper part of the dent is wider than the lower part, and light emitted from the dent side surface is less likely to enter the element from the upper part of the dent side surface. It can be said. This also applies to light extracted from the bottom surface of the depression.
なお、図8に示すように、テーパの付いた窪み側面で反射された光(図中の光路L11〜L13で示す光)が、発光素子内を下方に伝搬することにより、この光が反射層120で反射されて、p型窒化物半導体層104の上面や、窪み106の底面から素子外に取り出されやすくなる効果も期待される。また、窪み側面から素子外に出射する光(図中の光路L14で示す光)の、窪み側面に入射する入射角が、テーパにより小さくなって、窪み側面における反射損失が減少する効果も期待される。 In addition, as shown in FIG. 8, the light (light shown by the optical paths L11 to L13 in the figure) reflected by the tapered hollow side surface propagates downward in the light emitting element, and this light is reflected by the reflection layer. The effect of being reflected by 120 and being easily taken out of the device from the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 104 and the bottom surface of the recess 106 is also expected. In addition, the incidence angle of the light emitted from the side surface of the depression to the outside of the element (light indicated by the optical path L14 in the figure) incident on the side surface of the depression is reduced by the taper, and the effect of reducing the reflection loss on the side surface of the depression is also expected. The
ここで、特に、窒化物半導体層内伝搬光について考察する。窒化物半導体層の屈折率が2.4であり、基板100がサファイアからなりその屈折率が1.77であるとする。窒化物半導体層側から入射し、窒化物半導体層と基板100との界面で全反射される光の臨界角は、スネルの法則(1)より47.5°となる。窒化物半導体層内伝搬光は、基板100への入射角が47.5°以上である。 Here, in particular, the propagation light in the nitride semiconductor layer will be considered. It is assumed that the nitride semiconductor layer has a refractive index of 2.4 and the substrate 100 is made of sapphire and has a refractive index of 1.77. The critical angle of light incident from the nitride semiconductor layer side and totally reflected at the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100 is 47.5 ° from Snell's law (1). The propagation light in the nitride semiconductor layer has an incident angle with respect to the substrate 100 of 47.5 ° or more.
窪み側面が垂直である(テーパが付いていない)場合について考える。窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光の最大の入射角は、47.5°の余角である42.5°となる。 Consider the case where the side surface of the dent is vertical (not tapered). The maximum incident angle of the light propagating in the nitride semiconductor layer incident on the side surface of the depression is 42.5 °, which is a residual angle of 47.5 °.
入射臨界角αcrtが42.5°を超える場合、42.5°〜入射臨界角αcrtまでの範囲の入射角で窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光が存在しないので、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の範囲が狭くなる。この場合、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の上限が42.5°となる。 When the incident critical angle αcrt exceeds 42.5 °, there is no propagating light in the nitride semiconductor layer incident on the side surface of the recess at an incident angle in the range from 42.5 ° to the incident critical angle αcrt. The range of incident angles of light that is incident and taken out of the device as it is becomes narrower. In this case, the upper limit of the incident angle of light that is incident on the side surface of the hollow and is taken out of the device as it is is 42.5 °.
図7(A)を参照して説明した例では、素子外の媒質の屈折率が1.0及び1.5であるとき、入射臨界角αcrtはそれぞれ24.6°及び38.7°であった。これらの入射臨界角αcrtは42.5°より小さいので、窒化物半導体層内伝搬光の窪み側面への入射可能な角度範囲内に含まれる。 In the example described with reference to FIG. 7A, when the refractive index of the medium outside the element is 1.0 and 1.5, the incident critical angle αcrt is 24.6 ° and 38.7 °, respectively. It was. Since these incident critical angles αcrt are smaller than 42.5 °, they are included in an angle range in which the light propagating in the nitride semiconductor layer can enter the side surface of the depression.
次に、窪み側面にテーパが付いている場合について考える。テーパの傾斜角度をγとする。窪み側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光の最大の入射角は、47.5°の余角である42.5°からγを引いた42.5°−γとなる。 Next, consider a case where the side surface of the recess is tapered. The inclination angle of the taper is γ. The maximum incident angle of the light propagating in the nitride semiconductor layer incident on the side surface of the dent is 42.5 ° −γ obtained by subtracting γ from 42.5 °, which is the remainder angle of 47.5 °.
42.5°−γが入射臨界角αcrtより小さい場合、42.5°−γ〜入射臨界角αcrtまでの範囲の入射角で窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光が存在しないので、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の範囲が狭くなる。入射角の範囲が狭くなることが起こらない最大の傾斜角度γは、42.5°−γが入射臨界角αcrtと等しくなるような角度である。つまり、このような傾斜角度γは、42.5°−αcrtという式から求められる。 When 42.5 ° -γ is smaller than the incident critical angle αcrt, there is no light propagating in the nitride semiconductor layer incident on the side surface of the depression at an incident angle in the range of 42.5 ° -γ to the incident critical angle αcrt. The range of the incident angle of light that is incident on the side surface of the depression and is taken out of the device as it is becomes narrower. The maximum inclination angle γ at which the range of the incident angle does not occur is an angle at which 42.5 ° −γ becomes equal to the incident critical angle αcrt. That is, such an inclination angle γ can be obtained from an expression of 42.5 ° −αcrt.
図7(B)を参照して説明した例では、素子外の媒質の屈折率が1.0及び1.5であるとき、入射臨界角αcrtはそれぞれ24.6°及び38.7°であった。素子外の媒質の屈折率が1.0のとき、最大の傾斜角度は42.5°−24.6°より17.9°となり、素子外の媒質の屈折率が1.5のとき、最大の傾斜角度は42.5°−38.7°より3.8°となる。 In the example described with reference to FIG. 7B, when the refractive index of the medium outside the element is 1.0 and 1.5, the incident critical angles αcrt are 24.6 ° and 38.7 °, respectively. It was. When the refractive index of the medium outside the element is 1.0, the maximum tilt angle becomes 17.9 ° from 42.5 ° -24.6 °, and when the refractive index of the medium outside the element is 1.5, the maximum The inclination angle of 3.8 ° is 3.8 ° from 42.5 ° -38.7 °.
以上、特に窒化物半導体層内伝搬光について考察したが、発光層から放出されて窪みから素子外に取り出される光は、様々な光路を通り得る。 As described above, the propagation light in the nitride semiconductor layer has been particularly considered. However, the light emitted from the light emitting layer and extracted from the depression to the outside of the device can pass through various optical paths.
本願発明者らの経験によると、概して、テーパの傾斜角度は0°〜12°の範囲とするのが好ましい。なお、特に窒化物半導体層内伝搬光についての考察を踏まえると、素子外の媒質の屈折率が高くなるほど、テーパの傾斜角度を小さくすることも有効である。 According to the experience of the inventors of the present application, generally, the inclination angle of the taper is preferably in the range of 0 ° to 12 °. In particular, in consideration of the propagation light in the nitride semiconductor layer, it is effective to reduce the inclination angle of the taper as the refractive index of the medium outside the element increases.
素子外の媒質の屈折率が1.0〜1.3の範囲である場合、窪みのテーパの傾斜角度は3°〜18°が好ましく、5°〜12°がより好ましい。また、素子外の媒質の屈折率が1.3〜1.6の範囲である場合、テーパの傾斜角度は0°〜12°が好ましく、0°〜7°がより好ましい。さらに、素子外の媒質の屈折率が1.6〜2.0の範囲である場合、テーパの傾斜角度は0°〜7°が好ましく、0°〜3°がより好ましい。 When the refractive index of the medium outside the element is in the range of 1.0 to 1.3, the inclination angle of the taper of the recess is preferably 3 ° to 18 °, more preferably 5 ° to 12 °. When the refractive index of the medium outside the element is in the range of 1.3 to 1.6, the taper inclination angle is preferably 0 ° to 12 °, more preferably 0 ° to 7 °. Further, when the refractive index of the medium outside the element is in the range of 1.6 to 2.0, the taper inclination angle is preferably 0 ° to 7 °, more preferably 0 ° to 3 °.
次に、窪みの開口の直径と、窪みの深さとの関係について考察する。窪みの開口の直径に対する窪みの深さの比を、窪み深さ比と定義する。窪み深さ比が大きくなるほど、窪みの底付近から素子外に出射した光が、窪み側面から再び素子内に入射しやすくなる。窪み深さ比が小さくなるほど、窪みの側面積が狭くなり、窪み側面からの取り出し光量が減少する。本願発明者らの経験によると、窪み深さ比の好ましい範囲は、0.3〜0.7であり、さらに好ましい範囲は、0.35〜0.55である。 Next, the relationship between the diameter of the opening of the depression and the depth of the depression will be considered. The ratio of the depth of the depression to the diameter of the opening of the depression is defined as the depression depth ratio. As the depth ratio of the depression increases, light emitted from the vicinity of the bottom of the depression to the outside of the element becomes easier to enter the element again from the side surface of the depression. As the dent depth ratio becomes smaller, the side area of the dent becomes narrower, and the amount of light taken out from the side surface of the dent decreases. According to the experience of the inventors of the present application, a preferable range of the recess depth ratio is 0.3 to 0.7, and a more preferable range is 0.35 to 0.55.
次に、窪みの底から基板100までの距離について説明する。窪みの底から基板100までの距離は1μm以上とすることが好ましい。これにより、例えば、窒化物半導体層側から窒化物半導体層と基板100との界面に入射して上方に反射された光を、窪み106の底面から取り出しやすくなると考えられる。 Next, the distance from the bottom of the recess to the substrate 100 will be described. The distance from the bottom of the recess to the substrate 100 is preferably 1 μm or more. Thereby, for example, it is considered that light that is incident on the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100 from the nitride semiconductor layer side and reflected upward is easily extracted from the bottom surface of the recess 106.
なお、窪みの底面の形状は、平面、下方に凹んだ凹面、上方に盛り上がった凸面のいずれでもよいが、凸面とすることが好ましい。凸面とすると、例えば、窒化物半導体層側から窒化物半導体層と基板100との界面に入射して反射された光について、窪み底面への入射角が、窪み底面が平面である場合よりも小さくなる。これにより、光取り出し効率の向上が期待される。 The shape of the bottom surface of the recess may be any of a flat surface, a concave surface recessed downward, and a convex surface rising upward, but is preferably a convex surface. When the surface is convex, for example, the incident angle to the bottom surface of the recess is smaller than that when the bottom surface of the recess is flat with respect to light reflected from the nitride semiconductor layer side and incident on the interface between the nitride semiconductor layer and the substrate 100. Become. Thereby, improvement of light extraction efficiency is expected.
次に、図9(A)を参照して、第2の実施例による発光素子について説明する。図9(A)は、第2の実施例による発光素子の概略平面図を示す。p側電極の格子状部の形状と、それに対応して、窪みの配置とが、第1の実施例と異なる。他の構成は、第1の実施例と同様である。 Next, with reference to FIG. 9A, a light-emitting element according to the second embodiment will be described. FIG. 9A shows a schematic plan view of a light emitting device according to the second embodiment. The shape of the grid-like portion of the p-side electrode and the corresponding arrangement of the recesses are different from those of the first embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
p側電極205が、格子状部205aとパッド部205bとを含んで構成される。格子状部205aは、行列状に配置された複数の正方形の周状の部分(これを四角形部と呼ぶこととする)と、行または列方向に関して互いに隣り合う四角形部同士を繋ぐ直線状の部分(これを結合部と呼ぶこととする)とからなる。四角形部の各辺が、行列の行方向または列方向と平行である。互いに隣り合う四角形部の対向する一対の辺の中心付近が、結合部で繋がれている。 The p-side electrode 205 includes a lattice portion 205a and a pad portion 205b. The lattice-like portion 205a is a linear portion that connects a plurality of square-shaped circumferential portions arranged in a matrix (referred to as quadrilateral portions) and square portions that are adjacent to each other in the row or column direction. (This will be referred to as a connecting portion). Each side of the rectangular part is parallel to the row direction or the column direction of the matrix. The vicinity of the center of a pair of opposing sides of the quadrangular portions adjacent to each other is connected by a coupling portion.
行列の1つの格子の4つの頂点上にそれぞれ配置された4つの四角形部について考える。これら4つの四角形部が結合部で繋がれることにより、これら4つの四角形部及びそれらの結合部に取り囲まれる十字形の区画(12角形の区画)が画定される。 Consider four quadrilaterals respectively arranged on four vertices of one grid of a matrix. By connecting these four quadrangular portions at the coupling portion, a cross-shaped section (decagonal section) surrounded by the four quadrangular sections and the coupling section is defined.
各四角形部の内部に1つずつ窪み206が形成されており、各十字形の区画の内部にも1つずつ窪み206が形成されている。各四角形部の内部の窪み206は、各四角形部に接続している結合部の延長線長に配置されている。 One depression 206 is formed inside each quadrangular portion, and one depression 206 is also formed inside each cross-shaped section. The depression 206 inside each square part is arranged at the extended line length of the coupling part connected to each square part.
四角形部の線幅は、例えば3μmである。四角形部の1辺の長さ(四角形部の互いに対向する1対の辺の中心同士の距離)は、例えば15μmである。四角形部の配置間隔(隣接する四角形部同士の中心間隔)は、例えば26.6μmである。結合部の線幅は、例えば3μmである。 The line width of the rectangular portion is 3 μm, for example. The length of one side of the square part (the distance between the centers of a pair of opposite sides of the square part) is, for example, 15 μm. The arrangement interval of the rectangular portions (center interval between adjacent rectangular portions) is, for example, 26.6 μm. The line width of the coupling portion is, for example, 3 μm.
第2の実施例の発光素子の作製方法は、第1の実施例の発光素子の作製方法と同様である。ただし、窪み206を形成するためのレジストマスクの開口パタン、及び格子状部205aを形成するためのレジストマスクの開口パタンが、第2の実施例に対応したものとなる。 The manufacturing method of the light emitting device of the second embodiment is the same as the manufacturing method of the light emitting device of the first embodiment. However, the resist mask opening pattern for forming the recess 206 and the resist mask opening pattern for forming the lattice-like portion 205a correspond to the second embodiment.
次に、第2の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第1の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第2の実施例の発光素子の発光波長は481nmであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの145%であった。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting device of the second example is measured will be described. A method similar to the experiment in which the light emission output of the light emitting device of the first example was measured was used. The light emission output was compared with that of the comparative example as in the first example. The light emitting wavelength of the light emitting device of the second example was 481 nm, and the light emission output was 145% of that of the light emitting device of the comparative example.
次に、図9(B)を参照して、第2の実施例の発光素子の格子状部205aが有する作用及び効果について考察する。 Next, with reference to FIG. 9B, the operation and effect of the lattice-like portion 205a of the light emitting element of the second embodiment will be considered.
発光層103のうち、格子状部205aの結合部の下方に配置された領域から放出される光について考える。この領域を、結合部の長さ方向に関していくつかの部分に分割して考える。分割された各部分から結合部の長さ方向に放出された光が加算されることにより、結合部の長さ方向に放出される光は、他の方向に放出される光よりも強くなると考えられる。p側電極の直線部分の下方に配置された領域から、その直線部分の長さ方向に放出される光を、電極並走光と呼ぶこととする。 Consider light emitted from a region of the light emitting layer 103 disposed below the coupling portion of the lattice-like portion 205a. This region is considered by dividing it into several parts with respect to the length direction of the coupling portion. By adding the light emitted from each of the divided parts in the length direction of the coupling part, the light emitted in the length direction of the coupling part is considered to be stronger than the light emitted in the other direction. It is done. The light emitted in the length direction of the linear portion from the region disposed below the linear portion of the p-side electrode is referred to as electrode parallel light.
結合部が接続している四角形部の内部に配置された窪み206は、結合部の延長線上に配置されている。これにより、結合部に対応する電極並走光が、この窪み206の側面から取り出されやすくなると考えられる。 The depression 206 disposed inside the quadrangular portion to which the coupling portion is connected is disposed on an extension line of the coupling portion. Accordingly, it is considered that the electrode parallel light corresponding to the coupling portion is easily extracted from the side surface of the recess 206.
結合部は、互いに隣接する2つの十字形の区画が共有する辺を画定する。この2つの十字形の区画の双方に隣接する四角形部に取り囲まれた区画内の窪み206から、当該結合部に対応する電極並走光を取り出すことができる。 The coupling portion defines a side shared by two cross-shaped sections adjacent to each other. The electrode parallel light corresponding to the coupling portion can be taken out from the depression 206 in the section surrounded by the rectangular portion adjacent to both of the two cross-shaped sections.
なお、四角形部の配線間隔Wは、第1の実施例の正方格子状のp側電極と同様に定義される(図4参照)。十字形の領域については、十字形の領域を囲む4つの四角形部のうち、対角上に配置された2つの四角形部の頂点同士の間隔を、配線間隔Wとする。 Note that the wiring interval W of the quadrangular portion is defined in the same way as the square lattice p-side electrode of the first embodiment (see FIG. 4). For the cross-shaped region, the interval between the vertices of two rectangular portions arranged diagonally among the four rectangular portions surrounding the cross-shaped region is defined as a wiring interval W.
なお、窪みの開口形状を、円形以外の種々の形状にすることもできる。例えば、図9(C)に示すように、窪みの開口形状をほぼ矩形とすることもできる。十字形の領域内に配置され、ほぼ矩形の開口形状を有する窪みについて考える。窪みは、十字形の領域を囲む四角形部と重ならないように配置する必要がある。 In addition, the opening shape of a hollow can also be made into various shapes other than circular. For example, as shown in FIG. 9C, the shape of the opening of the recess can be made substantially rectangular. Consider a recess that is located within a cross-shaped region and has a substantially rectangular opening. It is necessary to arrange the depression so as not to overlap the quadrangular portion surrounding the cross-shaped region.
窪みの開口の辺が、四角形部の並ぶ行方向または列方向と平行である場合、十字が交差している部分の内部に開口が収まるようにする必要がある。この場合、窪みの開口の角の部分が、四角形部と干渉しやすく、窪みの開口を大きくし難い。窪みの開口の辺を、四角形部の並ぶ行方向または列方向に対して斜めにすると(例えば45°の角度をなすようにすると)、窪みの開口を大きくしやすい。 When the side of the opening of the depression is parallel to the row direction or the column direction in which the quadrangular portions are arranged, it is necessary to make the opening fit within the portion where the cross intersects. In this case, the corner portion of the recess opening easily interferes with the quadrangular portion, and it is difficult to enlarge the recess opening. If the sides of the depression openings are inclined with respect to the row direction or the column direction in which the quadrangular portions are arranged (for example, an angle of 45 ° is formed), the depression openings can be easily enlarged.
次に、図10(A)を参照して、第2の実施例の変形例について説明する。図10(A)は、本変形例の発光素子の概略平面図を示す。本変形例では、p側電極205Aの格子状部205aAの形状を六角格子とし、各格子内に窪み206Aが形成されている。 Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a schematic plan view of the light emitting element of this modification. In this modification, the shape of the lattice-like portion 205aA of the p-side electrode 205A is a hexagonal lattice, and depressions 206A are formed in each lattice.
図10(B)に示すように、ある六角格子LATに隣接する6つの六角格子の、六角格子LATの各頂点に接続している辺の延長線上に、六角格子LAT内の窪み206Aが配置されている。これにより、六角格子LATの各頂点に接続している辺に対応する電極並走光が、六角格子LAT内の窪み206Aの側面から取り出されやすくなると考えられる。 As shown in FIG. 10 (B), the depression 206A in the hexagonal lattice LAT is arranged on the extension line of the side connected to each vertex of the hexagonal lattice LAT of the six hexagonal lattices adjacent to a certain hexagonal lattice LAT. ing. Accordingly, it is considered that the electrode parallel light corresponding to the side connected to each vertex of the hexagonal lattice LAT is easily extracted from the side surface of the recess 206A in the hexagonal lattice LAT.
互いに隣接する2つの六角形の区画が共有する辺に対応する電極並走光を、この2つの六角形の区画の双方に隣接する六角形の区画内の窪み206Aから取り出すことができる。 The electrode parallel light corresponding to the side shared by the two hexagonal sections adjacent to each other can be extracted from the depression 206A in the hexagonal section adjacent to both of the two hexagonal sections.
次に、図11(A)〜図11(C)を参照して、第3の実施例による発光素子について説明する。図11(A)は、第3の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図11(B)及び図11(C)は、それぞれ、図11(A)中のA−A´線及びB−B´線に沿った概略断面図を示す。 Next, a light emitting device according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 11A is a schematic plan view of the light emitting device according to the third embodiment, and FIGS. 11B and 11C are respectively a line AA ′ in FIG. The schematic sectional drawing in alignment with the BB 'line is shown.
本実施例の発光素子では、第1、第2の実施例及び比較例の発光素子とは異なる窒化物半導体ウエハを用いる。この窒化物半導体ウエハは、緩衝層101とn型窒化物半導体層102との間に、高抵抗窒化物半導体層312を有する。高抵抗窒化物半導体層312は、n型窒化物半導体層102より高い抵抗率を有し、n側電極とオーミック接触しない。高抵抗窒化物半導体層312は、n型窒化物半導体層102等を形成するのと同様の成膜方法により形成される。 In the light emitting device of this example, a nitride semiconductor wafer different from the light emitting devices of the first and second examples and the comparative example is used. This nitride semiconductor wafer has a high resistance nitride semiconductor layer 312 between the buffer layer 101 and the n-type nitride semiconductor layer 102. The high resistance nitride semiconductor layer 312 has a higher resistivity than the n-type nitride semiconductor layer 102 and does not make ohmic contact with the n-side electrode. The high resistance nitride semiconductor layer 312 is formed by the same film formation method as that for forming the n-type nitride semiconductor layer 102 and the like.
輪郭溝311のうちn側電極307のパッド部307bが配置される領域313(n側パッド配置領域313)が、高抵抗窒化物半導体層312が露出する深さまで掘られており、n側パッド部307bが、高抵抗窒化物半導体層312上に形成されている。 A region 313 (n-side pad placement region 313) in which the pad portion 307b of the n-side electrode 307 is disposed in the contour groove 311 is dug to a depth at which the high-resistance nitride semiconductor layer 312 is exposed, and the n-side pad portion. 307 b is formed on the high-resistance nitride semiconductor layer 312.
p型窒化物半導体層104の表面に、第1及び第2の実施例の発光素子と同様に、正方形の1つの隅を切り欠いた形の発光領域350が画定されている。図11(A)に示すように、発光領域350の切り欠かれた部分が、n側パッド配置領域313と重なりを持つ。n側パッド部307bは、発光領域350が切り欠かれた部分に配置されている。 On the surface of the p-type nitride semiconductor layer 104, a light emitting region 350 having a shape in which one corner of a square is cut out is defined as in the light emitting elements of the first and second embodiments. As shown in FIG. 11A, the notched portion of the light emitting region 350 overlaps with the n-side pad arrangement region 313. The n-side pad portion 307b is disposed at a portion where the light emitting region 350 is cut out.
n側電極307の線状部307aは、n型窒化物半導体層102上に形成されている。なお、線状部307aのうちパッド部307bに接続する部分は、高抵抗窒化物半導体層312上に形成されている。他の構成は、第1の実施例の発光素子と同様である。 The linear portion 307 a of the n-side electrode 307 is formed on the n-type nitride semiconductor layer 102. Note that a portion of the linear portion 307 a that is connected to the pad portion 307 b is formed on the high-resistance nitride semiconductor layer 312. Other configurations are the same as those of the light emitting device of the first embodiment.
次に、第3の実施例による発光素子の作製方法について説明する。第1の実施例において図2(A)を参照して説明した方法と同様にして、輪郭溝311を形成する。ただし、この段階では、n側パッド配置領域313も、輪郭溝311の他の領域と等しい深さ(底面にn型窒化物半導体層102が露出する深さ)である。次に図2(B)を参照して説明した方法と同様にして、窪み306を形成する。 Next, a method for manufacturing a light emitting device according to the third embodiment will be described. The contour groove 311 is formed in the same manner as the method described with reference to FIG. 2A in the first embodiment. However, at this stage, the n-side pad arrangement region 313 is also the same depth as the other regions of the contour groove 311 (the depth at which the n-type nitride semiconductor layer 102 is exposed on the bottom surface). Next, a recess 306 is formed in the same manner as described with reference to FIG.
次に、図13(A)に示すように、n側パッド配置領域313に対応する開口を有するレジストマスクR313を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクR313の開口内のn型窒化物半導体層102を除去することにより、高抵抗窒化物半導体層312を露出させる。次いで、レジストマスクR313を洗浄除去する。 Next, as shown in FIG. 13A, a resist mask R313 having an opening corresponding to the n-side pad arrangement region 313 is formed by photolithography. Next, the high resistance nitride semiconductor layer 312 is exposed by removing the n-type nitride semiconductor layer 102 in the opening of the resist mask R313 using dry etching. Next, the resist mask R313 is removed by washing.
次に図2(C)を参照して説明した方法と同様にして、p側電極305の格子状部305aを形成する。 Next, in the same manner as described with reference to FIG. 2C, the lattice-like portion 305a of the p-side electrode 305 is formed.
次に、図3(A)を参照して説明した方法と同様に、電極材料を蒸着して、n側電極307の線状部307a及びn側パッド部307bを形成する。n側パッド部307bが高抵抗窒化物半導体層312の上に形成され、線状部307aがn型窒化物半導体層102上に形成される。 Next, in the same manner as described with reference to FIG. 3A, an electrode material is deposited to form the linear portion 307a and the n-side pad portion 307b of the n-side electrode 307. An n-side pad portion 307 b is formed on the high resistance nitride semiconductor layer 312, and a linear portion 307 a is formed on the n-type nitride semiconductor layer 102.
その後、図3(B)及び図3(C)を参照して説明した方法と同様にして、p側パッド部305b及び保護膜310を形成する。 Thereafter, in the same manner as described with reference to FIGS. 3B and 3C, the p-side pad portion 305b and the protective film 310 are formed.
次に、第3の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第1の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第3の実施例の発光素子の発光波長は479nmであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの170%であった。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting device of the third example is measured will be described. A method similar to the experiment in which the light emission output of the light emitting device of the first example was measured was used. The light emission output was compared with that of the comparative example as in the first example. The light emitting wavelength of the light emitting device of the third example was 479 nm, and the light emission output was 170% of that of the light emitting device of the comparative example.
第3の実施例の発光素子では、n側パッド部が、高抵抗窒化物半導体層の上に形成されている。このため、第1及び第2の実施例の発光素子に比べて、n側パッド部の近傍に電流が集中しなくなり、n側電極の線状部とp側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。 In the light emitting device of the third embodiment, the n-side pad portion is formed on the high resistance nitride semiconductor layer. For this reason, compared with the light emitting elements of the first and second embodiments, the current does not concentrate near the n-side pad portion, and the current flowing between the linear portion of the n-side electrode and the p-side electrode increases. I think that.
これにより、n側パッド部の近傍に電流が集中していた場合よりも、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、発光層の面内方向に関して電流の均一化が図られることにより、発光状態が均一化され、発光ムラの低減が図られる。 Accordingly, it is considered that the light emission output is increased because the region contributing to light emission is expanded in the in-plane direction of the light emitting layer, compared with the case where the current is concentrated near the n-side pad portion. In addition, since the current is made uniform in the in-plane direction of the light emitting layer, the light emission state is made uniform and light emission unevenness is reduced.
発光層内で、電流密度が高い領域は劣化しやすい傾向がある。第3の実施例の発光素子は、発光層内の電流を分散させることができるので、発光素子の劣化の抑制も図られる。 A region having a high current density in the light emitting layer tends to be deteriorated. Since the light emitting element of the third embodiment can disperse the current in the light emitting layer, the deterioration of the light emitting element can be suppressed.
次に、図12(A)〜図12(C)を参照して、第4の実施例による発光素子について説明する。図12(A)は、第4の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図12(B)及び図12(C)は、それぞれ、図12(A)中のA−A´線及びB−B´線に沿った概略断面図を示す。本実施例の発光素子では、第1、第2の実施例及び比較例の発光素子と同様な窒化物半導体ウエハが用いられる。 Next, with reference to FIGS. 12A to 12C, a light-emitting element according to the fourth embodiment will be described. FIG. 12A is a schematic plan view of a light emitting device according to the fourth embodiment, and FIGS. 12B and 12C are respectively a line AA ′ in FIG. The schematic sectional drawing in alignment with the BB 'line is shown. In the light emitting device of this example, a nitride semiconductor wafer similar to the light emitting devices of the first and second examples and the comparative example is used.
本実施例の発光素子では、輪郭溝411のうち、n側電極407のパッド部407bが配置される領域413(n側パッド配置領域413)が、基板100の露出する深さまで掘られており、n側パッド部407bが、基板100上に形成されている。基板100は、例えばサファイアからなり絶縁性である。n側電極407の線状部407aは、n型窒化物半導体層102上に形成されている。なお、線状部407aのうちパッド部407bに接続する部分は、基板100上に形成されている。他の構成は、第1の実施例の発光素子と同様である。 In the light emitting element of this embodiment, a region 413 (n-side pad placement region 413) in which the pad portion 407b of the n-side electrode 407 is disposed in the contour groove 411 is dug up to a depth at which the substrate 100 is exposed. An n-side pad portion 407 b is formed on the substrate 100. The substrate 100 is made of, for example, sapphire and is insulative. The linear portion 407 a of the n-side electrode 407 is formed on the n-type nitride semiconductor layer 102. Note that a portion of the linear portion 407 a that is connected to the pad portion 407 b is formed on the substrate 100. Other configurations are the same as those of the light emitting device of the first embodiment.
次に、第4の実施例による発光素子の作製方法について説明する。第3の実施例の発光素子と同様の手順で、窪み406までを形成する。 Next, a method for manufacturing a light emitting device according to the fourth embodiment will be described. The recess 406 is formed in the same procedure as the light emitting device of the third embodiment.
次に、図13(B)に示すように、n側パッド配置領域413に対応する開口を有するレジストマスクR413を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクR413の開口内のn型窒化物半導体層102及び緩衝層101を除去することにより、基板100を露出させる。次いで、レジストマスクR413を洗浄除去する。 Next, as shown in FIG. 13B, a resist mask R413 having an opening corresponding to the n-side pad arrangement region 413 is formed by photolithography. Next, the substrate 100 is exposed by removing the n-type nitride semiconductor layer 102 and the buffer layer 101 in the opening of the resist mask R413 using dry etching. Next, the resist mask R413 is removed by washing.
次に図2(C)を参照して説明した方法と同様にして、p側電極405の格子状部405aを形成する。次に、図3(A)を参照して説明した方法と同様に、電極材料を蒸着して、n側電極407の線状部407a及びn側パッド部407bを形成する。n側パッド部407bが基板100の上に形成され、線状部407aがn型窒化物半導体層102上に形成される。 Next, a lattice-like portion 405a of the p-side electrode 405 is formed in the same manner as described with reference to FIG. Next, in the same manner as the method described with reference to FIG. 3A, an electrode material is deposited to form the linear portion 407a and the n-side pad portion 407b of the n-side electrode 407. An n-side pad portion 407 b is formed on the substrate 100 and a linear portion 407 a is formed on the n-type nitride semiconductor layer 102.
その後、図3(B)及び図3(C)を参照して説明した方法と同様にして、p側パッド部405b及び保護膜410を形成する。 Thereafter, the p-side pad portion 405b and the protective film 410 are formed in the same manner as the method described with reference to FIGS. 3B and 3C.
次に、第4の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第1の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第4の実施例の発光素子の発光波長は480nmであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの240%であった。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting device of the fourth example is measured will be described. A method similar to the experiment in which the light emission output of the light emitting device of the first example was measured was used. The light emission output was compared with that of the comparative example as in the first example. The light emitting wavelength of the light emitting device of the fourth example was 480 nm, and the light emission output was 240% of that of the light emitting device of the comparative example.
第4の実施例の発光素子も、第3の実施例の発光素子と同様に、n側電極の線状部とp側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、第3の実施例と同様に、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。第4の実施例の発光素子では、窒化物半導体ウエハに高抵抗窒化物半導体層を形成しておく必要がない。 In the light emitting device of the fourth example, it is considered that the current flowing between the linear portion of the n-side electrode and the p-side electrode increases as in the light emitting device of the third example. As a result, a region contributing to light emission in the in-plane direction of the light emitting layer is widened, so that the light emission output is considered to increase. Further, similarly to the third embodiment, it is possible to reduce light emission unevenness and suppress deterioration of the light emitting layer. In the light emitting device of the fourth embodiment, it is not necessary to form a high resistance nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor wafer.
次に、図14(A)〜図14(C)を参照して、第5の実施例による発光素子について説明する。図14(A)は、第5の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図14(B)及び図14(C)は、それぞれ、図14(A)中のA−A´線及びB−B´線に沿った概略断面図を示す。第5の実施例の発光素子は、発光領域の形状とp側及びn側パッド部の配置とが第4の実施例と異なる。以下詳しく説明する。 Next, with reference to FIGS. 14A to 14C, a light-emitting element according to the fifth embodiment will be described. FIG. 14A shows a schematic plan view of the light emitting device according to the fifth embodiment, and FIGS. 14B and 14C show the A-A ′ line in FIG. The schematic sectional drawing in alignment with the BB 'line is shown. The light emitting device of the fifth embodiment is different from the fourth embodiment in the shape of the light emitting region and the arrangement of the p-side and n-side pad portions. This will be described in detail below.
第5の実施例の発光素子では、p型窒化物半導体層104の表面に、正方形の1辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域550が画定されている。発光領域550が切り欠かれた部分に、n側パッド部507bが配置されている。n側パッド部507bが配置される領域513(n側パッド配置領域513)が、第4の実施例と同様に、基板100が露出する深さまで掘られている。n側電極507の線状部507aがn側パッド部507bに接続し、発光領域550の1辺に平行な方向に細長い形状を有する。n側パッド部507bが基板100上に形成され、線状部507aがn型窒化物半導体層102の上に形成されている。 In the light emitting device of the fifth embodiment, a light emitting region 550 having a shape in which a central portion of one side of a square is cut out is defined on the surface of the p-type nitride semiconductor layer 104. An n-side pad portion 507b is disposed in a portion where the light emitting region 550 is cut out. A region 513 (n-side pad placement region 513) where the n-side pad portion 507b is placed is dug up to a depth at which the substrate 100 is exposed, as in the fourth embodiment. The linear portion 507a of the n-side electrode 507 is connected to the n-side pad portion 507b and has an elongated shape in a direction parallel to one side of the light emitting region 550. N-side pad portion 507 b is formed on substrate 100, and linear portion 507 a is formed on n-type nitride semiconductor layer 102.
p側パッド部505bが、発光領域550上の、切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に配置されている。p側電極505の格子状部505aは、発光領域550に対応する形状となっている。格子状部505aの各格子の内部に、窪み506が形成されている。 The p-side pad portion 505b is disposed in the vicinity of the center of the side facing the notched side on the light emitting region 550. The lattice portion 505 a of the p-side electrode 505 has a shape corresponding to the light emitting region 550. A recess 506 is formed inside each lattice of the lattice portion 505a.
第5の実施例の発光素子は、第4の実施例の発光素子と同様な方法で作製される。ただし、発光領域550を画定する輪郭溝511、窪み506、p側電極505の格子状部505a及びp側パッド部505b、n側パッド配置領域513、n側電極507の線状部507a及びパッド部507bを形成するためのレジストマスクの開口パタンが、それぞれ、第5の実施例に対応したものとなる。 The light emitting device of the fifth example is manufactured by the same method as the light emitting device of the fourth example. However, the contour groove 511 and the depressions 506 that define the light emitting region 550, the lattice-like portion 505a and the p-side pad portion 505b of the p-side electrode 505, the n-side pad arrangement region 513, the linear portion 507a and the pad portion of the n-side electrode 507 The opening pattern of the resist mask for forming 507b corresponds to that of the fifth embodiment.
次に、第5の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第1の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第5の実施例の発光素子の発光波長は482nmであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの210%であった。第5の実施例の発光素子は、第4の実施例の発光素子よりも発光出力がやや低い。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting device of the fifth example is measured will be described. A method similar to the experiment in which the light emission output of the light emitting device of the first example was measured was used. The light emission output was compared with that of the comparative example as in the first example. The light emitting wavelength of the light emitting device of the fifth example was 482 nm, and the light emission output was 210% of that of the light emitting device of the comparative example. The light emitting element of the fifth example has a slightly lower light emission output than the light emitting element of the fourth example.
第5の実施例の発光素子も、第3及び第4の実施例の発光素子と同様に、n側電極の線状部とp側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、第3及び第4の実施例と同様に、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。 In the light emitting element of the fifth example, it is considered that the current flowing between the linear portion of the n-side electrode and the p-side electrode increases as in the light emitting elements of the third and fourth examples. As a result, the region contributing to light emission is expanded in the in-plane direction of the light emitting layer, so that the light emission output is considered to increase. Further, similarly to the third and fourth embodiments, it is possible to reduce light emission unevenness and to suppress deterioration of the light emitting layer.
次に、図15(A)及び図15(B)を参照して、第6の実施例による発光素子について説明する。図15(A)は、第6の実施例の発光素子の概略平面図を示し、図15(B)は、図15(A)中のA−A´線に沿った概略断面図を示す。第6の実施例の発光素子は、第4の実施例の発光素子から窪み106を除いた構成である。第6の実施例の発光素子の作製工程では、第4の実施例の発光素子の作製工程から、窪み406の形成工程が省かれる。 Next, with reference to FIGS. 15A and 15B, a light-emitting element according to the sixth embodiment will be described. FIG. 15A is a schematic plan view of the light emitting device of the sixth embodiment, and FIG. 15B is a schematic cross-sectional view along the line AA ′ in FIG. The light emitting device of the sixth example has a configuration in which the recess 106 is removed from the light emitting device of the fourth example. In the light emitting element manufacturing process of the sixth embodiment, the step of forming the depression 406 is omitted from the light emitting element manufacturing process of the fourth embodiment.
次に、第6の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第1の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第1の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第6の実施例の発光素子の発光波長は480nmであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの120%であった。 Next, an experiment in which the light emission output of the light emitting device of the sixth example is measured will be described. A method similar to the experiment in which the light emission output of the light emitting device of the first example was measured was used. The light emission output was compared with that of the comparative example as in the first example. The light emission wavelength of the light emitting device of the sixth example was 480 nm, and the light emission output was 120% of that of the light emitting device of the comparative example.
第6の実施例の発光素子は、第4の実施例の発光素子と同様に、n側電極の線状部とp側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。 In the light emitting device of the sixth example, it is considered that the current flowing between the linear portion of the n-side electrode and the p-side electrode increases as in the light emitting device of the fourth example. As a result, the region contributing to light emission is expanded in the in-plane direction of the light emitting layer, so that the light emission output is considered to increase. In addition, it is possible to reduce light emission unevenness and suppress deterioration of the light emitting layer.
図17(A)は、第4の実施例による発光素子の発光状態を示す写真であり、図17(A)の下側の写真は、図17(A)の上側の写真に示す発光素子の窪み近傍の拡大写真である。図17(B)は、第6の実施例による発光素子の発光状態を示す写真である。第6の実施例の発光素子は、第4の実施例の発光素子から窪みを除いたものである。第4の実施例による発光素子の上面方向の輝度が、第6の実施例による発光素子のそれよりも強い。図17(A)の下側に示す拡大写真からわかるように、第4の実施例による発光素子の窪み側面から、上方に光が出射されている。 FIG. 17A is a photograph showing a light emitting state of the light emitting device according to the fourth example, and a lower photograph of FIG. 17A is a photograph of the light emitting element shown in the upper photograph of FIG. It is an enlarged photograph near a hollow. FIG. 17B is a photograph showing a light emitting state of the light emitting device according to the sixth example. The light emitting device of the sixth example is obtained by removing the depression from the light emitting device of the fourth example. The luminance in the upper surface direction of the light emitting device according to the fourth embodiment is stronger than that of the light emitting device according to the sixth embodiment. As can be seen from the enlarged photograph shown at the lower side of FIG. 17A, light is emitted upward from the recessed side surface of the light emitting device according to the fourth embodiment.
次に、図18を参照し、保護膜の効果に関して調べた実験について説明する。第4の実施例の発光素子と、第4の実施例の発光素子から保護膜を除いた構成の発光素子とについて、発光出力の経時変化を調べた。 Next, with reference to FIG. 18, an experiment for examining the effect of the protective film will be described. With respect to the light-emitting element of the fourth example and the light-emitting element having a configuration obtained by removing the protective film from the light-emitting element of the fourth example, the temporal change of the light emission output was examined.
図18に示すグラフの横軸が時間を示し、縦軸が発光出力を示す。曲線C1が保護膜ありの場合の結果を示し、曲線C2が保護膜なしの場合の結果を示す。保護膜なしの場合は、400時間程度で発光出力が初期の70%程度に低下した。保護膜ありの場合は、1000時間経過しても発光出力が初期の95%以上であった。このように、保護膜により発光出力の経時劣化が抑制される。 The horizontal axis of the graph shown in FIG. 18 indicates time, and the vertical axis indicates light emission output. Curve C1 shows the results with the protective film, and curve C2 shows the results without the protective film. In the case without the protective film, the light emission output decreased to about 70% of the initial value after about 400 hours. In the case of the protective film, the light emission output was 95% or more of the initial value even after 1000 hours. As described above, the deterioration of the light emission output with time is suppressed by the protective film.
なお、発光素子の、p型窒化物半導体層104、発光層103及びn型窒化物半導体層102が露出する端面を、発光素子が下方から上方に向かうにつれ細くなるように、p型窒化物半導体層104の上面の法線方向に対して3°〜13°傾斜させることにより、効果的に光が取り出される。 Note that the p-type nitride semiconductor is formed such that the end surface of the light-emitting element from which the p-type nitride semiconductor layer 104, the light-emitting layer 103, and the n-type nitride semiconductor layer 102 are exposed becomes narrower as the light-emitting element goes from the bottom to the top. The light is effectively extracted by inclining 3 ° to 13 ° with respect to the normal direction of the upper surface of the layer 104.
上述の実施例では、p側電極の格子状部に取り囲まれる各区画の形状が、正方形等の多角形であったが、各区画を多角形以外の形状とすることも可能である。格子状部は、p型窒化物半導体層の表面を複数の区画に分割するような網目形状を有していればよい。格子状部により画定される区画の内部に、開口の縁が格子状部から離れるように、窪みを形成する。なお、1つの区画の内部に配置される窪みの個数を複数とすることも可能である。 In the above-described embodiment, the shape of each section surrounded by the lattice-like portion of the p-side electrode is a polygon such as a square, but each section may have a shape other than the polygon. The lattice portion only needs to have a mesh shape that divides the surface of the p-type nitride semiconductor layer into a plurality of sections. A recess is formed in the compartment defined by the grid portion so that the edge of the opening is separated from the grid portion. In addition, it is also possible to make the number of the depressions arranged inside one section into a plurality.
なお、上述の第1〜第4、第6の実施例で、上方から見た発光領域の形状は、正方形の1つの隅を切り欠いた形であったが、発光領域の形状は正方形に限らず、長方形や平行四辺形等を含む四角形とすることが可能である。 In the first to fourth and sixth embodiments described above, the shape of the light emitting region viewed from above is a shape in which one corner of a square is cut out, but the shape of the light emitting region is limited to a square. Instead, it may be a rectangle including a rectangle or a parallelogram.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
100 基板
101 緩衝層
102 n型窒化物半導体層
103 発光層
104 p型窒化物半導体層
105 p側電極
105a 格子状部
105b p側パッド部
106 窪み
107 n側電極
107a 線状部
107b n側パッド部
111 輪郭溝
150 発光領域
100 substrate 101 buffer layer 102 n-type nitride semiconductor layer 103 light-emitting layer 104 p-type nitride semiconductor layer 105 p-side electrode 105a lattice-like portion 105b p-side pad portion 106 depression 107 n-side electrode 107a linear portion 107b n-side pad portion 111 Contour groove 150 Light emitting area
Claims (7)
前記支持層と、該支持層の上方に形成された前記下側半導体層と、該下側半導体層上に形成された下側電極の第1の部分とを含む第2の領域と;
前記支持層と、該支持層上に形成された前記下側電極の第2の部分とを含む第3の領域と;
を有し、
前記第1〜第3の領域を上方から見たとき、前記第1の領域は四角形の1つの隅を切り欠いた形状を有し、前記第1の領域の切り欠かれた部分が、前記第3の領域と重なりを持ち、該第3の領域に形成された前記下側電極の第2の部分がパッドとして用いられ、前記第1の領域の切り欠かれた隅に隣接する隅に、前記上側電極のうちパッドとして用いられる部分が配置されている発光素子。 A support layer, a lower semiconductor layer formed above the support layer, having a first conductivity type and having a lower resistivity than the support layer, and a light emitting layer formed on the lower semiconductor layer A first region including an upper semiconductor layer formed on the light emitting layer and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type, and an upper electrode formed on the upper semiconductor layer When;
A second region including the support layer, the lower semiconductor layer formed above the support layer, and a first portion of the lower electrode formed on the lower semiconductor layer;
A third region including the support layer and a second portion of the lower electrode formed on the support layer ;
I have a,
When the first to third regions are viewed from above, the first region has a shape in which one corner of a quadrangle is cut out, and the cut out part of the first region is the first region. 3, the second portion of the lower electrode formed in the third region is used as a pad, and the corner adjacent to the notched corner of the first region, A light emitting device in which a portion of the upper electrode used as a pad is arranged .
さらに、前記複数の区画の少なくとも1つの内部に、底面が少なくとも前記下側半導体層の上面まで達する窪みを有する請求項1に記載の発光素子。 The upper electrode has a mesh shape, and the mesh shape divides the surface of the upper semiconductor layer into a plurality of sections surrounded by the upper electrode,
2. The light emitting device according to claim 1, further comprising a recess having a bottom surface reaching at least an upper surface of the lower semiconductor layer in at least one of the plurality of sections.
Said lower semiconductor layer, light emitting layer, and an upper semiconductor layer is made of nitride semiconductor, it claims 1-6, wherein the lower semiconductor layer and the upper semiconductor layer has an n-type and p-type conductivity, respectively 1 The light emitting element according to item.
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