JP2008066554A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の高い半導体発光素子が要求されている。
【解決手段】 発光効率の高い半導体発光素子は、発光半導体領域と、電流分散半導体層３と、第1の電極４と、第2の電極とを備えている。平面的に見て第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の主面１２の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線Ａ上に複数の凹部１３が形成され、第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の主面１２の周縁に向かって延びている複数の第２の仮想直線Ｂ上に凹部が形成されていない。電流分散半導体層３の第２の仮想直線Ｂに対応する部分は電流分散半導体層３の外周方向に電流を流すための通路として機能し、発光効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＡｌＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、ＧａＮ系等の半導体から成る発光半導体領域を含む半導体発光素子に関する。

近年、発光半導体領域を構成するＡｌＧａｌｎP系等の結晶を有機金属気相成長法即ちMOVPE( Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)で成長させることができるようになり、高輝度な半導体発光素子を製造することが可能になった。ところで、半導体発光素子の光出力は、内部量子効率（内部発光効率）と、半導体発光素子内からモールド樹脂を通して大気中に取り出される光の効率を示す光取り出し効率の積で決まる。従って、半導体発光素子の光出力を高めるために光取り出し効率を高めることも重要である。光取り出し効率の向上を妨害する要因の１つとして、光取り出し面における全反射による光の外部取り出し量の低減がある。例えば、半導体発光素子において周知の電流分散半導体層（又はウインドウ層）の光取り出し面をエポキシ樹脂等の透明樹脂で封止した場合、電流分散半導体層と透明樹脂との屈折率差によって全反射が発生すると、光の外部取り出し量が低減し、望んだほどの発光効率を得ることができない。

この問題を解決するために、半導体発光素子の光取り出し面に微小凹凸（粗面）を形成して、全反射を防止することが例えば特開平１０−２００１６２号公報（特許文献１）に開示されている。しかし、特許文献１の光取り出し面における微小凹凸はランダムに形成されているため、半導体発光素子の総合効率を十分に高めることができなかった。即ち、半導体発光素子のカソード又はアノードとして機能するボンディングパッド電極は光取り出しの妨害を少なくするために半導体発光素子の光取り出し面の一部（例えば中央）のみに形成されており、ボンディングパッド電極からの電流は電流分散半導体層（ウインドウ層）を介して活性層の全領域に分散される。しかし、電流分散半導体層（ウインドウ層）に形成された凹部は絶縁体として機能すること及び凹部を形成したために電流分散半導体層の凹部の下の部分が薄くなることにより、電流分散半導体層の横方向の抵抗が大きくなり、電流の横方向の広がり（分散）が悪くなり、電流がボンディングパッド電極の近傍に集中して流れ、活性層の全領域に分散して流れないので、望んだほどの発光効率を得ることができない。この問題を解決するために電流分散半導体層（ウインドウ層）を厚く形成することが考えられるが、電流分散半導体層（ウインドウ層）を厚く形成すると、この成長時間が長くなり、大幅なコストアップとなる。また、電流分散半導体層（ウインドウ層）の抵抗率を零にすること、及び光透過率を１００パーセントにすることは不可能であるので、電流分散半導体層（ウインドウ層）を厚くすると必然的に電流分散半導体層（ウインドウ層）の抵抗の増大による電力損失の増加、及び光取り出し効率の低下を招く。

電流分散半導体層と透明樹脂との屈折率差による全反射を防止すると共に電流の横方向の広がりを良好にするために、電流分散半導体層の表面に凹部を設けると共に、例えば特開平１−２２５１７８号公報（特許文献２）に開示されている周知のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜を電流分散半導体層の表面に設けることが考えられる。しかし、透明導電膜は極薄い膜であるので、凹部の段差にて断線し易く、電流拡散効果を良好に得ることが困難である。
特開平１０−２００１６２号公報 特開平１−２２５１７８号公報

本発明が解決しようとする課題は、電流分散半導体層（ウインドウ層）に全反射防止用の凹部をランダムに設けると電流の横方向の広がりが妨害され、発光効率が低下することである。従って、本発明の目的は全反射防止用の凹部を設けたにも拘わらず、電流の横方向の広がりを比較的良好に保つことができる半導体発光素子を提供することである。

上記課題を解決するための本発明は、発光機能を有している発光半導体領域と、
前記発光半導体領域の上に配置され且つ光取り出し面を有している電流分散半導体層と、前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の一部上に配置された第１の電極と、前記主半導体領域の他方の主面に電気的に接続された第２の電極と
を備えた半導体発光素子であって、
平面的に見て前記第１の電極の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線上に凹部が形成され、前記第１の電極の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第２の仮想直線上に凹部が形成されていないことを特徴とする半導体発光素子に係わるものである。

なお、請求項２に示すように、前記第１の電極は平面的に見て円形の周縁を有し、前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は前記第１の電極の円形の周縁から放射状に延びていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記第１の電極は平面的に見て円形中央部と前記円形中央部から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の突出部とから成り、前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は前記第１の電極の前記円形中央部の周縁から放射状に延びており、更に、平面的に見て前記第１の電極の前記突出部の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第３の仮想直線上に凹部が形成され、前記第１の電極の前記突出部の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第４の仮想直線上に凹部が形成されていないことが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記第１の電極は前記電流分散半導体層の前記光取り出し面に互いに分離して配置された複数の電極部分から成り、前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は、前記第１の電極の前記複数の電極部分の周縁から前記複数の電極部分の相互間の中間位置を示す仮想直線に向かって放射状に延びていることが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記複数の第１の仮想直線上に複数の凹部がそれぞれ配置され、前記複数の凹部は前記第１の電極を基準にして同心円状に配置されていることが望ましい。
また、請求項６に示すように、前記電流分散半導体層の前記第１の電極から近い領域における前記凹部の分布密度即ち単位面積における凹部の面積の割合が、前記第１の電極から前記近い領域よりも遠い領域における前記凹部の分布密度よりも低くなるように前記凹部が配置されていることが望ましい。
また、請求項７に示すように、前記凹部の深さは０．２〜４μｍであることが望ましい。
また、請求項８に示すように、前記凹部の幅は０．２〜４μｍであることが望ましい。
また、請求項９に示すように、更に、前記電流分散半導体層の前記光取り出し面上に配置された光透過性導電膜を有していることが望ましい。
また、請求項１０に示すように、更に、前記発光半導体領域の前記光取り出し面と反対の主面に配置された光反射導体層を有していることが望ましい。

本願の各請求項の発明に従う半導体発光素子においては、平面的に見て前記第１の電極の周縁から電流分散半導体層の光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線上に凹部が形成され、第１の電極の周縁から電流分散半導体層の光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第２の仮想直線上に凹部が形成されていない。第１の仮想直線上に複数の凹部は電流分散半導体層の光取り出し面における全反射の防止に寄与する。しかし、第２の仮想直線上に凹部が形成されていないので、電流は凹部に妨害されずに第２の仮想直線に沿って第１の電極の周縁から電流分散半導体層の周縁方向（横方向）に流れる。従って、電流の横方向への広がりを比較的良好に保って光取り出し面における全反射を防止することができ、内部量子効率（内部発光効率）と光の外部取り出し効率との両方を比較的大きくすることができ、比較的大きい光出力を有する半導体発光素子を提供することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７を参照して説明する。

図１〜図３に示す本発明の実施例１に従うダブルへテロ接合型半導体発光素子は、大別して、導電性を有する半導体基板１と、発光半導体領域２と、電流分散半導体層３と、電流分散半導体層３の上に形成されたボンディングパッド機能を有する第１の電極４と、半導体基板１の下面に形成された第２の電極５と、鎖線で示す光透過性被覆体６とを備えている。次に図１〜図３の各部を詳しく説明する。

導電性を有する半導体基板１は、発光半導体領域２の成長基板及びこの機械的支持基板としての機能を有するものであって、ｎ型不純物が添加されたＧａＡｓから成り、一方の主面７と他方の主面８とを有する。この実施例では半導体基板１がＧａＡｓから成るが、この代りに別の３−５族化合物半導体、又はシリコン（Ｓｉ）、又は炭化ケイソ（ＳｉＣ）等を使用することもできる。

導電性を有する半導体基板１の一方の主面７上に配置された発光半導体領域２は、ｎ型クラッド層と呼ぶこともできるｎ型半導体層９と活性層１０とｐ型クラッド層と呼ぶこともできるｐ型半導体層１１とから成る。発光半導体領域２の各層９，１０、１１及びこの上の電流分散半導体層３は周知の気相エピタキシャル成長法（例えば有機金属気相成長法即ちMOVPE法）で連続的に形成されている。なお、半導体基板１と発光半導体領域２との間にバッファ層を介在させるこもできる。

ｎ型半導体層９は例えばｎ型不純物が例えば５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度の濃度に添加されたＡｌＧａＩｎＰ（アルミニウムーガリウムーインジウムーリン）から成り、例えば２μｍ程度の厚みを有し、導電性を有する半導体基板１に電気的及び機械的に結合されている。

ｎ型半導体層９の上に配置された活性層１０は、ここに注入された正孔と電子との再結合によって発光する部分であり、例えばアンドープのＡｌＧａＩｎＰで構成され、例えば０．５μｍ程度の厚みを有する。なお、活性層１０を単一のアンドープ半導体層で構成する代わりに、障壁層と井戸層とを交互に複数回繰返して配置した周知の多重量子井戸（ＭＱＷ：Multi-Quantum-Well）構造、又は障壁層を対の井戸層で挟んだ構成の周知の単一量子井戸構造とすることができる。また、活性層１０を省いてｎ型半導体層９とｐ型半導体層１１とを直接に接触させることもできる。

活性層１０の上に配置されたｐ型半導体層（ｐ型クラッド層）１１は、例えばｐ型不純物が５×１０¹⁷ｃｍ^-3程度に添加されたＡｌＧａＩｎＰから成り、例えば２μｍ程度の厚みを有する。なお、ｎ型半導体層（ｎ型クラッド層）９及びｐ型半導体層（ｐ型クラッド層）１１をそれぞれ構成するＡｌＧａＩｎＰ中のＡｌ組成比は、活性層１０を構成するＡｌＧａＩｎＰ中のＡｌ組成比よりも大きく設定されている。

ｐ型半導体層（ｐ型クラッド層）１１の上に配置された電流分散半導体層（ウインドウ層）３は、例えばｐ型不純物が１×１０¹⁸ｃｍ^-3程度の濃度で添加されたＧａＰ（ガリウムーリン）から成り、１μｍ程度以上の厚みを有する。なお、電流分散半導体層３の好ましい厚みの範囲は１μｍ〜１０μｍ、より好ましい厚みの範囲は１〜５μｍである。電流分散半導体層３の厚みが１μｍよりも薄くなると電流分散を良好に得ることができなくなり、１０μｍよりも厚くなると電流分散半導体層３の成長時間が長くなり、半導体発光素子のコストが高くなる。

電流分散半導体層３の光取り出し面として機能する一方の主面１２に、光取り出し面における光の全反射を防止するための多数の凹部１３が形成されている。多数の凹部１３はランダムに配置されずに、本発明に従う特定パターンに配置されている。多数の凹部１３の詳細は後述する。

ボンディングパッド機能を有する第１の電極４は、図１から明らかなように平面的に見て４角形に形成された電流分散半導体層３の一方の主面１２の中央に配置され、平面的に見て円形の外周縁を有する。この第１の電極４はアノード電極として機能するものであって、例えば金―ベリリウムーチタン（Ａｕ−Ｂｅ−Ｔｉ）層あるいは金―クロム（Ａｕ−Ｃｒ）層と金（Ａｕ）層とからなる金属多層膜で構成されている。このボンディングパッド機能を有する第１の電極４は、光不透過性を有している。なお、第１の電極４を上記金属多層膜で形成する代わり、電流分散半導体層３に低抵抗接触する更に別の金属で形成することができる。この第１の電極４には、図示されていない金属ワイヤ又は接続導体がボンデイングされる。

導電性を有する半導体基板１の他方の主面８に形成された第２の電極５は、半導体発光素子のカソード電極として機能する。発光半導体領域２の外周部分への電流の分散を良好にするために半導体基板１の他方の主面８の全体又は半導体基板１の他方の主面８の少なくとも外周部分に形成することが望ましい。この第２の電極５は金一ゲルマニウム合金（Ａｕ−Ｇｅ）膜で形成されている。しかし、第２の電極５をＡｕ−Ｇｅ以外の半導体基板１に低抵抗接触することが可能な例えばＡｕ−Ｇｅ、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）から成る金属多層膜等の別の金属で形成することもできる。

光透過性被覆体６は発光半導体領域２及び電流分散半導体層３を保護するものであり、光透過性のモールド樹脂から成り、電流分散半導体層３の一方の主面１２を覆うように形成されている。

次に、電流分散半導体層３の一方の主面１２に形成された全反射防止用の凹部１３を詳しく説明する。なお、図１において鎖線で示す複数の第１の仮想直線Ａと複数の第２の仮想直線Ｂを使用して凹部１３のパターンを説明する。
複数の第１の仮想直線Ａは、平面的に見て円形の第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の一方の主面（光取り出し面）１２の周縁に向かって放射状に延びている。複数の第２の仮想直線Ｂも第１の仮想直線Ａと同様に平面的に見て円形の第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の一方の主面１２の周縁に向かって放射状に延びており、第１の仮想直線Ａの相互間に位置している。複数の凹部１３は第１の仮想直線Ａ上に形成されているが、第２の仮想直線Ｂ上には形成されていない。第１の仮想直線Ａ上の全反射防止用の凹部１３は図２で矢印１４で示すように第１の電極４から電流分散半導体層３の外周縁に向かって流れる電流を妨害する。これに対し、第２の仮想直線Ｂ上には凹部１３が形成されていないので、図３で矢印１４で示すように第１の電極４から電流分散半導体層３の外周縁に向かって流れる電流が凹部１３によって妨害されず、電流の広がりが良好に生じる。

図１の実施例１において第１の仮想直線Ａの合計数は７２である。７２個の第１の仮想直線Ａ上に凹部１３がそれぞれ形成されているが、全ての第１の仮想直線Ａに同数の凹部１３が形成されていない。第１の仮想直線Ａ上の最も少ない凹部１３の数は２個であり、最も多い凹部１３の数は９個である。多数の凹部１３は複数の仮想同心円の上に配置されている。即ち、６個の仮想同心円の上と、６個の仮想同心円の外側の３個の仮想円弧の上に凹部１３が配置されている。第１の電極４に最も近く且つ最も径の小さい第１番目の仮想同心円及びこの外側の第２番目の仮想同心円に配置された凹部１３の数は１８個であり、第２番目の仮想同心円の外側の第３番目の仮想同心円及び第４番目の仮想同心円に配置された凹部１３の数は３６個であり、第４番目の仮想同心円の外側の第５番目の仮想同心円及び最も径の大きい第６番目の仮想同心円に配置された凹部１３の数は７２個である。従って、第１〜第６番目の仮想同心円上の凹部１３の数は第１の電極４から離れるに従って段階的に増大している。 電流分散半導体層３の一方の主面（光取り出し面）１２の周縁は平面形状四角形であるので、最も径の大きい同心円よりも外側では同心円を描くことができない。従って、最も径の大きい第６番目の仮想同心円よりも外側では仮想同心円の一部が切り欠けた仮想円弧上に凹部１３が配置されている。仮想円弧においては、これを横切る全ての第１の仮想直線Ａ上に凹部１３が配置されている。
図１の実施例では全ての凹部１３が同一形状を有する。従って、第１〜６番目の仮想同心円の領域内において、電流分散半導体層３の第１の電極４から遠い領域（第５及び第６番目の仮想同心円の領域）における凹部１３の分布密度が、第１の電極４に近い領域（第１及び第２番目の仮想同心円の領域）における凹部１３の分布密度よりも高い。即ち、図１において鎖線で囲って示す単位面積ΔＳに含まれる凹部１３の面積の割合は、第１の電極４に近い領域から遠い領域に向かうに従って段階的に大きくなっている。また、単位面積ΔＳに含まれる凹部１３の数も第１の電極４に近い領域から遠い領域に向かうに従って段階的に大きくなっている。第１の電極４に近い領域即ち電流密度の高い領域において凹部１３の分布密度が小さいと、第１の電極４から電流分散半導体層３の一方の主面（光取り出し面）１２の周縁方向に流れる電流に対する凹部１３の妨害が小さくなり、電流分散半導体層３の一方の主面（光取り出し面）１２の周縁方向への電流の広がりが良くなり、光の取り出し効率が向上する。
凹部１３の数及び配置、及び第１の仮想直線Ａの数は図１に限定されるものではなく、種々変更可能である。例えば、第１番目の仮想同心円の凹部１３と第２番目の仮想同心円の凹部１３とを連続（一体化）させること、第３番目の仮想同心円の凹部１３と第４番目の仮想同心円の凹部１３とを連続（一体化）させること、第５番目の仮想同心円の凹部１３と第６番目の仮想同心円の凹部１３とを連続（一体化）させることができる。
また、第１〜６番目の仮想同心円の外側の仮想円弧における凹部１３の分布密度を更に高めるために第１の仮想直線Ａの数を更に増加し、この増加した第１の仮想直線Ａの上に凹部１３を配置することができる。即ち、仮想円弧における凹部１３の数を第１〜６番目の仮想同心円における凹部１３の数と同様に第１の電極４から離れるに従って段階的に多くすることができる。
また、図１の凹部１３は平面形状長方形（四角形）であるが、正方形、円形、楕円形、四角形以外の多角形（例えば三角形）等に変形することができる。
なお、凹部１３を第１の電極４の下に形成しないことが望ましい。

凹部１３は、その底部が活性層１０に達しないようにすべきであり、その深さＤは、例えば０．２〜４μｍであることが望ましい。また、凹部１３の深さＤは、電流分散半導体層３の厚さの２０〜１００パーセントであることが望ましい。この凹部１３の深さＤは、全反射防止による光の取り出し効率の向上と光透過性被覆体６の凹部１３に対する充填性とを考慮して決定される。

凹部１３の深さＤと発光出力の相対値との関係は次の通りである。
凹部深さＤが０μｍの場合の発光出力は１．００であり、
凹部深さＤが０．２１μｍの場合の発光出力は１．０５であり、
凹部深さＤが０．４４μｍの場合の発光出力は１．０８であり、
凹部深さＤが０．５７μｍの場合の発光出力は１．１１であり、
凹部深さＤが１．６０μｍの場合の発光出力は１．２０である。
なお、凹部１３を形成することで発光出力が１．００以上になることが確認されているが、凹部１３の深さＤが深くなり過ぎると、凹部１３の全部に光透過性被覆体６を充填することができなくなる虞がある。

電流分散半導体層３の凹部１３の幅Ｗは、０．２〜４．０μｍであることが望ましい。狭い方がより多くの凹部１３を形成することができ、より明るさを向上させることができる。しかし、フォトリソグラフィー技術等によりパターンを形成する場合、凹部１３の幅Ｗをあまりに狭くすると、凹部１３の製造が困難になり、コストの増大を招く。また、凹部１３に光透過性被覆体６を充填することができなくなる虞がある。従って、コストを考慮した凹部１３のより望ましい幅Ｗは１〜４μｍである。

次に、図１〜図３に示す本発明の実施例１に従う半導体発光素子の製造方法の一例を説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり、勿論これ以外の方法でも図１〜図３に示す半導体発光素子を製造することができる。
まず、ｎ型の不純物が導入されたＧａＡｓから構成される半導体基板１の上に、エピタキシャル成長法により、ｎ型半導体層９と活性層１０とｐ型半導体層１１とｐ型の電流分散半導体層３とを有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって順次にエピタキシャル成長させる。これらのエピタキシャル成長を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法以外の分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法、化学ビームエピタキシ（ＣＢＥ）法、分子層エピタキシ（ＭＬＥ）法等で行うこともできる。

更に詳しく説明すると、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）と、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）と、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）と、ＰＨ₃（フォスフイン）とを原料として用い、例えば、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_yＩｎ_l-yＰ（0.3≦ｘ≦１、０．３≦ｙ≦０．６）の組成を有するｎ型半導体層９を形成する。ここで、ｎ型のドーパンガスとしては、例えば、ＳｉＨ₄（モノシラン）、Ｓｉ₂Ｈ₆（ジシラン）、ＤＥＳｅ（ジエチルセレン）、ＤＥＴｅ（ジエチルテルル）等を用いることができる。次に、ｎ型半導体層９よりもアルミニウム組成の低い、（Ａｌ_XＧａ_1-X）_yＩｎ_l-yＰ（0.2≦ｘ＜１、０．３≦ｙ≦０．６）の組成を有する活性層１０を形成する。この活性層１０の形成時には、ドーパントガスは用いない。次に、活性層１０よりもアルミニウム組成の高いＡｌ_XＧａ_1-X）_yＩｎ_l-yＰ（0.3≦ｘ≦１、０．３≦ｙ≦０．６）の組成を有するｐ型半導体層１１を形成する。ここで、ｐ型不純物を導入するために、例えば、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）、ＣＰ₂Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）等のドーパントガスを用いるか、或いは固体のベリリウム（Ｂｅ）を用いる。次に、ＴＥＧ及びＰＨ₃を導入してｐ型の不純物が添加されたＧａＰから成る電流分散半導体層（ウインドウ層）３を形成する。ここで、ＰＨ₃のかわりにＴＢＰ（ターシャリーブチルフォスィン）を用いることもできる。

次に、電流分散半導体層（ウインドウ層）３上に、フォトレジスト等を塗布し、公知のフォトリソグラフィー法やナノインプリント法などにより凹部１３の配置に対応した放射状のパターンを形成し、ドライエッチング又はウエットエッチング等により、凹部１３を形成する。
次に、電流分散半導体層（ウインドウ層）３上に、前述した金属多層膜を真空蒸着法又はスパッタリング法により形成し、しかる後、金属多層膜をフォトリソグラフィー法及びエッチング法等を用いて選択的に除去して電流分散半導体層（ウインドウ層）３の中央に第１の電極４を形成する。次に、ｎ型半導体基板１の他方の主面に、真空蒸着法又はスパッタリング法で第２の電極５を形成する。
次に、図示されていない支持体の上に半導体発光素子を配置し、第１及び第２の電極４、５に対して導体（図示せず）を接続し、しかる後、光透過性樹脂によるモールドによって光透過性被覆体６を形成する。

実施例１は次の効果を有する。
（１） 平面的に見て第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の光取り出し面としての一方の主面１２の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線Ａ上に凹部１３が形成され、第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の光取り出し面としての一方の主面１２の周縁に向かって延びている複数の第２の仮想直線Ｂ上に凹部１３が形成されていない。第１の仮想直線Ａ上の凹部１３は電流分散半導体層３の光取り出し面としての一方の主面１２における全反射の防止に寄与する。電流分散半導体層３における凹部１３が形成されていない第２の仮想直線Ｂに対応する部分は、凹部１３による電流阻止を伴わない電流通路として機能し、第１の電極４の周縁から電流分散半導体層３の周縁方向（横方向）への電流の流れを良好に生じさせる。従って、電流の横方向への広がりを比較的良好に保って光取り出し面における全反射を防止することができ、内部量子効率（内部発光効率）と光の外部取り出し効率との両方を比較的大きくすることができ、比較的大きい光出力を得ることができる。
（２）電流分散半導体層３の一方の主面１２の単位面積に含まれる凹部１３の面積の合計が、第１の電極４に近い領域で小さく、第１の電極４から遠い領域で大きくなるように凹部１３が分布しているので、電流密度の高い第１の電極４に近い領域での凹部１３による電流の横方向への広がりの妨害が低減され、電流の横方向への広がりが良好になる。
（３）凹部１３が第１の電極４を中心とした複数の同心円上に配置され、且つ第１の電極４から相互に等角度間隔を有して放射状に延びる複数の第１の仮想直線Ａ上に凹部１３が配置されているので、電流分散半導体層３の一方の主面１２における光の強さの均一性が良い。
（４）凹部１３の深さＤが、０．２〜４．０μｍに設定され、且つ凹部１３の幅Ｗが０．２〜４．０μｍに設定されているので、光透過性被覆体６を凹部１３に比較的良好に充填できる。

次に、図４に示す本発明の実施例２に従う半導体発光素子を説明する。但し、図４及び後述する図４〜７において、図１〜図３と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図４に示す本発明の実施例２に従う半導体発光素子は、変形された第１の電極４ａと凹部１３の変形された配置パターンとを有する他は、図１〜図３の半導体発光素子と同一に構成されている。

第１の電極４ａは平面的に見て円形中央部２０とこの円形中央部２０から電流分散半導体層３の平面的形状四角形の一方の主面１２の周縁に向かって延びている４個の突出部２１から成る。円形中央部２０から電流分散半導体層３の一方の主面１２の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線Ａ１及び複数の第２の仮想直線Ｂ１は図１の複数の第１の仮想直線Ａ及び複数の第２の仮想直線Ｂの一部と同様に示されている。また、図４の複数の第１の仮想直線Ａ１上には図１の第１〜第６の仮想同心円における凹部１３の配列の一部と同様な配列で凹部１３が形成されている。即ち、凹部１３の数が第１の電極４ａから離れるに従って段階的に多くなるように凹部１３が仮想円弧上に配置されている。

図４には第１の電極４ａ各突出部２１の直線的に延びる周縁に対して直角に延びている複数の第３の仮想直線Ｃ１及び複数の第４の仮想直線Ｄ１とが示されている。第３の仮想直線Ｃ１上には凹部１３が形成されているが、第４の仮想直線Ｄ１上には凹部１３が形成されていない。従って、電流分散半導体層３の第４の仮想直線Ｄ１に沿う部分は第１の電極４ａから電流分散半導体層３の外周縁方向への電流通路として機能する。
第１の電極４ａ各突出部２１の先端は半円形周縁を有しているので、ここから放射線状に延びるパターンに凹部１３が形成されている。

図４の第１及び第３の仮想直線Ａ１，Ｃ１上の凹部１３は図１の第１の仮想直線Ａ上の凹部１３と同様に機能し、図４の第２及び第４の仮想直線Ｂ１，Ｄ１に沿う部分は図１の第２の仮想直線Ｂに沿う部分と同様に機能する。従って、図４の実施例２によっても図１の実施例１と同様な効果を得ることができる。

図５に示す本発明の実施例３に従う半導体発光素子は、変形された第１の電極４ｂと、凹部１３の変形された配置パターンとを有する他は、図１〜図３の半導体発光素子と同一に構成されている。

図５の第１の電極４ｂは、電流分散半導体層３の光取り出し面としての一方の主面１２に互いに分離して配置された第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２から成る。第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２は平面的に見て１／４の円弧状にそれぞれ形成され、電流分散半導体層３の四角形の一方の主面１２の対角線上の２つの角の近傍に配置されている。また、第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２の円弧状の外周縁が互いに対向するように第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２が配置されている。即ち、図５の電流分散半導体層３の一方の主面１２に示されている対角線３０を基準にして第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２は対称に配置されている。第１及び第２の電極部分４ｂ１、４ｂ２は図示されていない導体によって相互に接続され、半導体発光素子の一方の電極（アノード）として機能する。

図５において、複数の第１の仮想直線Ａ２及び複数の第２の仮想直線Ｂ２は第１の電極部分４ｂ１から対角線３０に向って放射線状に延びている。複数の第３の仮想直線Ｃ２及び複数の第４の仮想直線Ｄ２は第２の電極部分４ｂ２から対角線３０に向って放射線状に延びている。第１及び第３の仮想直線Ａ２、Ｃ２上には図１と同様なパターンで凹部１３が形成されている。即ち、第１及び第２の電極部分４ｂ１，４ｂ２から対角線３０に向って凹部１３の分布密度が段階的に高くなっている。更に詳しくは、第１の電極部分４ｂ１と対角線３０との間、及び第２の電極部分４ｂ２と対角線３０との間における１／４の円周（９０度の円周）を有する第１〜第７番目の仮想円弧上に凹部１３が配置されている。第１及び第２の電極部分４ｂ１，４ｂ２に近い第１〜第２番目の仮想円弧上には９個の凹部１３が配置され、第３〜第５番目の仮想円弧上には１９個の凹部１３が配置され、対角線３０に近い第６〜第７番目の仮想円弧上には３７個の凹部１３が配置されている。また、第７番目の仮想円弧と対角線３０との間における１／４の円周（９０度の円周）よりも小さい仮想円弧上にも凹部１３が配置されている。
図５における凹部１３の配置の原理は図１と基本的に同一であるので、図５の実施例３の半導体発光素子によっても図１の実施例１と同様な効果を得ることができる。

図６に示す本発明の実施例４に従う半導体発光素子は、追加された光透過性導電膜４１を有する他は、図１〜図３の半導体発光素子と同一に構成されている。

光透過性導電膜４１は電流分散半導体層３の光取り出し面としての一方の主面１２上に配置され、電流分散半導体層３に対して電気的に接続されていると共に第１の電極４にも接続されている。光透過性導電膜４１は、例えば、インジウム・錫・オキサイド即ちＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で極めて薄く（例えば０．１μｍ）形成されている。凹部１３を有する電流分散半導体層３の一方の主面１２に光透過性導電膜４１を形成すると、凹部１３の段差で光透過性導電膜４１が切断される虞がある。しかし、図１の第２の仮想直線Ｂには凹部が形成されていないので、第２の仮想直線Ｂの上での光透過性導電膜４１の断線は生じない。従って、第２の仮想直線Ｂ上の光透過性導電膜４１によって第１の電極４から電流分散半導体層３の外周縁方向に電流を良好に流すことが可能になる。なお、図６に示す実施例４は、図１と同様に形成された凹部１３を有するので図１の実施例と同様な効果も有する。
図６の光透過性導電膜４１と同様なものを図４及び図５の半導体発光素子、及び後述する図７の半導体発光素子に設けることもできる。また、光透過性導電膜４１をＩＴＯ以外の例えば酸化インジウム（In₂O₃）又は酸化錫（SｎO₂）又はＺｎＯ等で形成することもできる。

図７に示す本発明の実施例５に従う半導体発光素子は、追加された光反射導電層５０と貼り合わせ金属層５１を有する他は、図１〜図３の半導体発光素子と同一に構成されている。

光反射導電層５０はＡｇ（銀）又はＡｌ（アルミニウム）等の金属からなり、発光半導体領域２の他方の主面５２に配置されている。発光半導体領域２は導電性を有する半導体基板１とは別の成長基板（図示せず）を使用して形成したものである。光反射導電層５０を伴った発光半導体領域２は貼り合わせ金属層５１を介して半導体基板１に機械的及び電気的に結合されている。成長基板（図示せず）は発光半導体領域２と半導体基板１との貼り合わせ後に除去される。
図７の実施例５は、図１の実施例１と同様な効果を有する他に、活性層１０から光反射導電層５０側に放射された光を電流分散半導体層３の一方の主面１２側に戻して光の取り出し効率を高めることができるという効果も有する。

本発明は、上記の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 図２、図３及び図６に示す半導体基板１を省いて、発光半導体領域２の他方の主面に第２の電極５を直接に形成することができる。また、図７の光反射導電層５０又は貼り合わせ金属層５１を第２の電極５として使用することもできる。
（２） 発光半導体領域２の各層９，１１及び電流分散半導体層３の導電型を各実施例と逆にすることができる。
（３） 図１において凹部１３を同心円状とならないように配置することもできる。
（４） 本発明における半導体発光素子は、完成した発光素子のみでなく、中間製品としての発光チップであってもよい。
（５）本発明を発光ダイオード以外の構造を有する電界発光型の半導体発光素子にも適用可能である。
（６）ボンディングパッド機能を有する第１の電極４は、一般的に光不透過性であるので、活性層１０の第１の電極４に対向する部分に電流を流し、ここから光を発生させても、この光が第１の電極４で阻止されて外部に取り出すことができない。従って、図１〜図６の実施例において、第２の電極５の第１の電極４に対向する部分を非電極部分即ち切り欠き部分とし、活性層１０の第１の電極４に対向する部分に電流が流れることを阻止又は抑制して効率を高めることができる。
（７）図７の実施例において、光反射導電層５０又は光反射導電層５０と貼り合わせ金属層５１における第１の電極４に対向する部分を切り欠き、ここに絶縁体を充填して電流ブロック層を作り、活性層１０の第１の電極４に対向する部分に電流が流れることを阻止又は抑制して効率を高めることができる。
（８）電流分散半導体層３を独立して形成しないで、ｐ型半導体層１１を厚く形成し、ｐ型半導体層１１の上部を電流分散半導体層３として兼用することができる。
（９）電流分散半導体層３を複数の半導体層の複合層とすることができる。複合層の場合には、最も上の層を第１の電極４が低抵抗接触することができる層とすることが望ましい。
（１０）発光半導体領域２及び電流分散半導体層３を窒化物半導体等の別の半導体で形成することができる。
（１１）凹部１３を放射状に延びる長手の溝とすることができる。この場合、１つの第１の仮想直線に１つの長手の凹部（溝）１３のみを配置することができる。
（１２）図４の第１の仮想直線Ａ１上の凹部１３の配置を、図１の第１の仮想直線Ａ上の凹部１３の配置の前述した変形例と同様に変えることができる。また、図５の第１及び第３の仮想直線Ａ２、Ｃ２上の凹部１３の配置を、図１の第１の仮想直線Ａ上の凹部１３の配置の前述した変形例と同様に変えることができる。

本発明の実施例1に従う半導体発光素子を示す平面図である。 図1の半導体発光素子のＡ−Ａ線断面図である。 図1の半導体発光素子のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施例２に従う半導体発光素子を示す平面図である。 本発明の実施例３に従う半導体発光素子を示す平面図である。 本発明の実施例４に従う半導体発光素子を図３と同様示す断面図である。 本発明の実施例５に従う半導体発光素子を図２と同様示す断面図である。

符号の説明

２ 発光半導体領域
３ 電流分散半導体層
４ 第1の電極
５ 第2の電極
１３ 凹部

Claims (10)

1. 発光機能を有している発光半導体領域と、
   前記発光半導体領域の上に配置され且つ光取り出し面を有している電流分散半導体層と、
   前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の一部上に配置された第１の電極と、
   前記主半導体領域の他方の主面に電気的に接続された第２の電極と
   を備えた半導体発光素子であって、
   平面的に見て前記第１の電極の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第１の仮想直線上に凹部が形成され、前記第１の電極の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第２の仮想直線上に凹部が形成されていないことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記第１の電極は平面的に見て円形の周縁を有し、前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は前記第１の電極の円形の周縁から放射状に延びていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第１の電極は平面的に見て円形中央部と前記円形中央部から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の突出部とから成り、前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は前記第１の電極の前記円形中央部の周縁から放射状に延びており、更に、平面的に見て前記第１の電極の前記突出部の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第３の仮想直線上に凹部が形成され、前記第１の電極の前記突出部の周縁から前記電流分散半導体層の前記光取り出し面の周縁に向かって延びている複数の第４の仮想直線上に凹部が形成されていないことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
4. 前記第１の電極は前記電流分散半導体層の前記光取り出し面に互いに分離して配置された複数の電極部分から成り、
   前記複数の第１の仮想直線及び前記複数の第２の仮想直線は、前記第１の電極の前記複数の電極部分の周縁から前記複数の電極部分の相互間の中間位置を示す仮想直線に向かって放射状に延びていることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
5. 前記複数の第１の仮想直線上に複数の凹部がそれぞれ配置され、前記複数の凹部は前記第１の電極を基準にして同心円状に配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
6. 前記電流分散半導体層の前記第１の電極から近い領域における前記凹部の分布密度が、前記第１の電極から前記近い領域よりも遠い領域における前記凹部の分布密度よりも低くなるように前記凹部が配置されていることを特徴とする請求項１又は２又は３又は４又は５記載の半導体発光素子。
7. 前記凹部の深さは０．２〜４μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
8. 前記凹部の幅は０．２〜４μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
9. 更に、前記電流分散半導体層の前記光取り出し面上に配置された光透過性導電膜を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の発光素子。
10. 更に、前記発光半導体領域の前記光取り出し面と反対の主面に配置された光反射導体層を有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載の発光素子。

Images