JP2009054688A

JP2009054688A - 発光素子

Info

Publication number: JP2009054688A
Application number: JP2007218214A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Nishizono; 和博西薗
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】電流密度及び電流分布の偏りを低減し、発光強度のむらや色むらのない発光素子を提供すること。
【解決手段】発光素子は、基板１５と、基板１５の上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１６、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層１７及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１８を有する直方体状の半導体層と、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の表面に形成された第１導電型電極１１と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１８の表面に形成された第２導電型電極１３とを有する発光素子であって、第１導電型電極１１及び第２導電型電極１３は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層が積層された発光素子に関するものである。

近年、紫外光領域から青色光あるいは緑色光を発光する発光ダイオードとして、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦1、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子が注目されている。窒化ガリウム系化合物半導体は、ＡｌＮ，ＩｎＮ，ＧａＮ等の組み合わせにより、ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮ等の混晶を形成できる。このような混晶は、その構成元素や組成を選択することによりバンドギャップを変化させることができ、バンドギャップに応じて可視光領域から紫外光領域までの発光が可能である。

従って、このような窒化ガリウム系化合物半導体は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子の構成材料となり、特に最近では青色発光ダイオードや青色（青紫色）レーザが製品化されるようになってきた。また、青色発光ダイオードと蛍光体を組み合わせることにより、白色照明用ランプとしての応用も進んでいる。

このような窒化ガリウム系化合物半導体は、一般に絶縁性基板であるサファイア基板の上に成長されるため、基板の裏面に電極を設けることができず、結晶成長した窒化ガリウム系化合物半導体層の表面にｐ型電極とｎ型電極の両方を形成しなければならない。

図１に従来の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた発光素子の概略的な断面図を示す。この発光素子は、例えば基板としてサファイア基板１を用い、そのサファイア基板１上にバッファ層２を介して、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３、発光層となる活性層４、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５を形成し、ｎ型電極６を形成するためにｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５の一部をエッチングし、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の一部を露出させている。ｐ型電極は、活性層４で発光した光をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５の側に取り出すために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層５の一面に透明電極７を形成し、さらに透明電極７上の一部に外部にワイヤボンディング等するためのパッド電極８が形成されている。

このような発光素子においては、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層３の抵抗が高く、電流の広がりが悪いため駆動電圧が高くなり、また電流分布が不均一となるため、発光強度むらが生じ色むらの原因となっている。従って、電流分布を均一にすることが求められている。

このような駆動電圧の低下、電流分布の改善のために、例えば特許文献１には発光素子の周縁に沿って周縁電極が設けられた発光ダイオードが記載されている。

また、最近ではサファイアなどの絶縁性基板ではなく、シリコンカーバイド(ＳｉＣ)や窒化ガリウム(ＧａＮ)基板などの導電性基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した発光素子も開発されている。導電性基板を用いた場合、導電性基板の裏面と半導体層の表面に電極を形成した両面電極タイプとすることが可能となる。しかし、導電性基板自体が高価なため、絶縁性基板であるサファイア基板を用いた発光素子においても素子の上下面（両面）に電極を形成した構造が工夫されている。例えば、特許文献２には、サファイア基板の裏面の一部において、その裏面から窒化ガリウム系化合物半導体層に達する深さまでが取り除かれて、窒化ガリウム系化合物半導体層が露出され、露出された窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に電極が形成された構成が記載されている。
特開平１０−１６３５３１号公報特開平７−２２１３４７号公報

しかし、特許文献１に記載された構成においては、透明電極によりパッド電極からの電流を窒化ガリウム系化合物半導体層中に向けて広げているが、やはりｐ型電極パッドとｎ型電極パッドが対向して離れているため、電極パッドから離れた部分では電流密度が電極パッド近傍とは異なり、発光強度むらが生じるおそれがある。

そこで、平面視でｐ型電極パッドを発光素子の中央部に配置する構成もあるが、そのような構成においては、ｐ型電極パッドを取り囲むように多角形の環状に形成されたｎ型電極パッドは角部を有しているため、ｎ型電極パッドの角部と辺部ではｐ型電極パッドからの距離が異なる。そのため、窒化ガリウム系化合物半導体層内の電流密度が不均一となり、発光強度むらが生じるおそれがある。

また、同様に特許文献２に記載されるような構造においても、半導体層の表面に形成されたｐ型電極パッドとｎ型電極パッドとの間でそれらの間の距離が異なる部分が生じるため、電流密度が不均一となり、発光強度むらが生じるおそれがある。

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、電流密度及び電流分布の偏りを低減し、発光強度のむらや色むらのない発光素子を提供することである。

本発明の発光素子は、基板と、前記基板の上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する直方体状の半導体層と、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第１導電型電極と、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第２導電型電極とを有する発光素子であって、前記第１導電型電極及び前記第２導電型電極は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、前記多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、平面視で前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の外周部がその他の層を取り囲むように、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面が大面積で形成されており、前記第１導電型電極が平面視で前記第２導電型電極を取り囲むように前記外周部に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子は好ましくは、前記半導体層は、平面視で前記半導体層の下面の外周部が前記基板の上面を取り囲むように、前記半導体層の下面が大面積で形成されており、前記第１導電型電極が平面視で前記第２導電型電極を取り囲むように前記外周部に形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の発光素子は好ましくは、前記第２導電型電極は、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の中心部に円形状に形成されており、前記第１導電型電極は、平面視で前記第２導電型電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、前記多角形の環状の角部の内縁が円弧状に形成されていることを特徴とするものである。

本発明の発光素子は、基板と、基板の上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する直方体状の半導体層と、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第１導電型電極と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第２導電型電極とを有する発光素子であって、第１導電型電極及び第２導電型電極は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成されていることにより、第１導電型電極（例えばｐ型電極）を取り囲むように第２導電型電極（例えばｎ型電極）を形成した場合、第１導電型電極から第２導電型電極の角部と辺部への距離の相違が小さくなるため、電流密度（電流分布）がほぼ均一となり、発光強度むらや色むらを抑制することが可能となる。

また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、平面視で第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の外周部がその他の層を取り囲むように、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面が大面積で形成されており、第１導電型電極が平面視で第２導電型電極を取り囲むように外周部に形成されていることから、第２導電型電極から第１導電型電極へ向かう駆動電圧の変化及び電流分布を、第２導電型電極の周囲に向かって均一に広げることができる。その結果、発光強度むらや色むらを抑制することが可能となる。

また、本発明の発光素子は好ましくは、半導体層は、平面視で半導体層の下面の外周部が基板の上面を取り囲むように、半導体層の下面が大面積で形成されており、第１導電型電極が平面視で第２導電型電極を取り囲むように外周部に形成されていることにより、第２導電型電極から第１導電型電極へ向かう駆動電圧の変化及び電流分布を、第２導電型電極の周囲に向かって均一に広げることができる。その結果、発光強度むらや色むらを抑制することが可能となる。

また、サファイア等から成る絶縁性基板を用いた場合においても両面電極構造とすることが可能となり、その結果、外部の駆動回路等と接続するためのワイヤボンド本数を１本とでき、照明装置等を構成する場合のパッケージへの実装工程を短縮化できる。

また、発光素子の同じ面側に両電極を形成する場合、ｎ型電極の形成部位を設けるために、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層及び発光層の一部をエッチングにより除去する必要があるが、両面電極構造とすることによって、発光層等を除去する必要がないため、発光層の面積を減少させることなく発光素子を構成することができる。

また、本発明の発光素子は好ましくは、第２導電型電極は、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の中心部に円形状に形成されており、第１導電型電極は、平面視で第２導電型電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、多角形の環状の角部の内縁が円弧状に形成されていることから、多角形の環状の角部における電流集中を有効に抑制できる。また、円形状に形成された第２導電型電極とその周囲を取り囲むように形成されている第１導電型電極との間の距離が、角部と辺部において相違がより小さくなるために、第２導電型電極から第１導電型電極へ向かう駆動電圧の変化及び電流分布を、第２導電型電極の周囲に向かって均一に広げることができる。その結果、発光強度むらや色むらをさらに抑制することが可能となる。

以下、本発明の発光素子について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図２は本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す模式的な図である。図２の（ａ）は半導体層の上面側からみた平面図、（ｂ）は半導体層の層構成を示す発光素子の断面図である。

図２において、１１は周縁電極である第１導電型電極（ｎ型電極）、１２はワイヤボンディングを行うための第１導電型電極パッド、１３はｐ型電極パッドを兼ねる第２導電型電極（ｐ型電極）、１４は光を透過させるとともに電流を広げるための透明電極、１５は半導体層成長用の基板、１６は第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、１７は発光層（活性層）、１８は第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層である。

本発明の発光素子は、基板１５と、基板１５の上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１６、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層１７及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１８を有する直方体状の半導体層と、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の表面に形成された第１導電型電極１１と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層１８の表面に形成された第２導電型電極１３とを有する発光素子であって、第１導電型電極１１及び第２導電型電極１３は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成されている構成である。

また、図２の好適な構成の発光素子は、半導体層は、平面視でｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の上面の外周部がその他の層を取り囲むように、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の上面が大面積で形成されており、ｎ型電極１１が平面視でｐ型電極１３を取り囲むように外周部に形成されている構成である。

第１導電型電極１１は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８及び発光層１７の外周部をエッチングにより除去して露出された、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の表面に形成されている。

半導体層（ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６、発光層１７及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８から構成される）の上面側からの平面視において、ｐ型電極１３を囲むように、ｎ型電極１１が多角形（図２では四角形）の環状に形成されている。ｎ型電極１１の角部は内縁が曲線状に形成されている。

多角形の環状であるｎ型電極１１は、三角形の環状、四角形の環状、五角形の環状、六角形の環状等の形状である。ｎ型電極１１は、それが形成される窒化ガリウム系化合物半導体層の主面の形状に合わせて形成され得る。従って、ｎ型電極１１が形成される窒化ガリウム系化合物半導体層の形状が多角柱状であることがよく、その場合、円柱状のものと比べて光が内部で多重反射を生じにくいため、光を取り出し易くなる。

ｐ型電極１３とｎ型電極１１は相似形であることが好ましい。その場合、ｐ型電極１３からｎ型電極１１へ向かう駆動電圧の変化及び電流分布を、ｐ型電極１３の周囲に向かってより均一に広げることができる。

また、ｐ型電極１３が円形状や角部が曲線状とされた四角形状等の曲線部を有する形状である場合、ｎ型電極１１の角部の曲線状の内縁の曲率は、その内縁に対向するｐ型電極１３の曲線部の曲率と同じであることが好ましい。この場合、ｐ型電極１３からｎ型電極１１の角部への距離と辺部への距離との相違をより小さくすることができる。

例えば、ｐ型電極１３は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８の上面の中心部に円形状に形成されており、ｎ型電極１１は、平面視でｐ型電極１３を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、その多角形の環状の角部の内縁が円弧状に形成されていることがよい。この場合、円形状のｐ型電極１３の曲率と、多角形の環状のｎ型電極１１の角部の曲率とが同じであることがより好ましい。

透明電極１４及びｎ型電極１１は、発光層１７が発生した光を損失なく透過し、かつそれぞれｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６と良好なオーミック接続がとれる材質から成る表面が滑らかな層状のものを用いる。そのような材質のものとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），鉛（Ｐｂ），ベリリウム（Ｂｅ），酸化錫（ＳｎＯ₂），酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），金−シリコン（Ａｕ−Ｓｉ）合金，金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金，金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）合金，金−ベリリウム（Ａｕ−Ｂｅ）合金等を用いればよい。これらの材料のうち、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８とのオーミックコンタクト性及び透過率の観点から酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が好ましい。

また光の取り出し方向を基板１５側とすることができるフリップチップ接続構造においては、透明電極１４の代わりに光反射性電極を用いることも可能である。

ｎ型電極パッド１２及びｐ型電極１３は、例えばチタン（Ｔｉ）層またはチタン（Ｔｉ）層を下地として金（Ａｕ）層を積層したものを用いればよい。

窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層は、発光層１７をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８及びｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６で挟んだものとしている。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８は、それぞれ発光層１７側にインジウム（Ｉｎ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を含有する複数層（図示せず）を積層したものとしてもよく、禁制帯幅が発光層１７よりも広くなるように組成をそれぞれ制御する。

また、発光層１７は禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された超格子である多層量子井戸構造（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）としてもよい（図示せず）。

なお、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８は、それぞれｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層としても構わない。

上記の図２の構成において、ｎ型電極１１を形成するためにｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の一部を露出させる際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８及び発光層１７が円柱状に形成されるようにエッチングを行い、ｎ型電極１１を円形状にする構成も考えられる。しかし、このような構成では、電流分布の均一性はより向上するが、発光層１７から生じた光が円柱状の部位で反射を繰り返す傾向が高まり、光取り出し効率が低下するため好ましくない。

従って、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６の表面の一部を露出させる際に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８及び発光層１７を完全な円柱状とするのではなく、直方体状とし、その角部のみ曲線状とするのがよい。この場合、発光層１７から生じた光が直方体状の部位で反射を繰り返す傾向が低下し、光取り出し効率の低下を抑制することができる。また、ｎ型電極１１の角部の全体を曲線状にしてもよい。

そして、ｐ型電極１３とｎ型電極１１の間に順方向バイアス電圧を印加して電流を流すと、ｐ型電極１３からｎ型電極１１に向かうバイアス電流の電流密度が均一に分布するため、発光強度にむらがなく、色むらのない発光素子とすることができる。

図３は本発明の発光素子について実施の形態の他例を示す模式的な図である。図３の（ａ）は基板２４の下面側からみた平面図、（ｂ）は半導体層の層構成を示す発光素子の断面図である。

図３において、２１は第１導電型電極（ｎ型電極）、２２はワイヤボンディングを行うための第２導電型電極（ｐ型電極）、２３は光を透過させるとともに電流を広げるための透明電極、２４は半導体層成長用の基板、２５は第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、２６は発光層、２７は第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層であるｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層である。

図３の好適な構成の発光素子は、半導体層は、平面視で半導体層の下面の外周部が基板２４の上面を取り囲むように、半導体層の下面が大面積で形成されており、ｎ型電極２１が平面視でｐ型電極２２を取り囲むように外周部に形成されている構成である。

ｎ型電極２１は、例えば基板２４の外周部を除去し、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５の下面の露出した外周部に形成されている。基板２４の裏面側からみた平面視において、ｐ型電極２２を囲むように多角形（図３では四角形）の環状にｎ型電極２１が形成されている。この場合、ｎ型電極２１の角部は内縁が曲線状に形成されている。

ｐ型電極２２とｎ型電極２１は相似形であることが好ましい。その場合、ｐ型電極２２からｎ型電極２１へ向かう駆動電圧の変化及び電流分布を、ｐ型電極２２の周囲に向かってより均一に広げることができる。

また、ｐ型電極２２が円形状や角部が曲線状とされた四角形状等の曲線部を有する形状である場合、ｎ型電極２１の角部の曲線状の内縁の曲率は、その内縁に対向するｐ型電極２２の曲線部の曲率と同じであることが好ましい。この場合、ｐ型電極２２からｎ型電極２１の角部への距離と辺部への距離との相違をより小さくすることができる。

例えば、ｐ型電極２２は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２７の上面の中心部に円形状に形成されており、ｎ型電極２１は、平面視でｐ型電極２１を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、その多角形の環状の角部の内縁が円弧状に形成されていることがよい。この場合、円形状のｐ型電極２２の曲率と、多角形の環状のｎ型電極２１の角部の曲率とが同じであることがより好ましい。

透明電極２３及びｎ型電極２１は、発光層２６で発生した光を損失なく透過し、またｎ型電極２１は光反射性のものである場合には損失なく反射させ、かつそれぞれｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２７及びｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５と良好なオーミック接続がとれる材質から成る表面が滑らかな層状のものを用いる。そのような材質のものとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ），チタン（Ｔｉ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），インジウム（Ｉｎ），錫（Ｓｎ），モリブデン（Ｍｏ），銀（Ａｇ），金（Ａｕ），ニオブ（Ｎｂ），タンタル（Ｔａ），バナジウム（Ｖ），白金（Ｐｔ），鉛（Ｐｂ），ベリリウム（Ｂｅ），酸化錫（ＳｎＯ₂），酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃），酸化インジウム錫（ＩＴＯ），金−シリコン（Ａｕ−Ｓｉ）合金，金−ゲルマニウム（Ａｕ−Ｇｅ）合金，金−亜鉛（Ａｕ−Ｚｎ）合金，金−ベリリウム（Ａｕ−Ｂｅ）合金等を用いればよい。

以上のような材料を用いて、発光層２６で生じた光を半導体層の上面側から取り出す場合、ｎ型電極２１は光反射性の材料から成るものを用いることが好ましい。また、この場合、ｎ型電極２１は基板２４の側面、または基板２４の側面と下面の全面を覆うようにして形成してもよい。この構成とすることで、基板２４側に発した光はｎ型電極２１により反射され、半導体層の上面側から効率的に光を取り出すことが可能となる。

また、逆に発光層２６で生じた光を基板２４の下面側から取り出す場合、透明電極２３を光反射性の電極とすることによって、基板２４側から効率的に光を取り出すことが可能となる。

ｐ型電極２２は、例えばチタン（Ｔｉ）層またはチタン（Ｔｉ）層を下地として金（Ａｕ）層を積層したものを用いればよい。ｐ型電極２２の形状は円形であることが好ましいが、ｎ型電極２１の内縁の形状に合わせて、多角形の環状で角部を曲線状にしたものでも構わない。

窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体層は、発光層２６をｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２７及びｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５で挟んだものとしている。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５及びｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層２７は、それぞれ発光層２６側にインジウム（Ｉｎ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）を含有する複数層（図示せず）を積層したものとしてもよく、禁制帯幅が発光層２６よりも広くなるように組成をそれぞれ制御する。

また、発光層２６は禁制帯幅の広い障壁層と禁制帯幅の狭い井戸層とから成る量子井戸構造が複数回繰り返し規則的に積層された超格子である多層量子井戸構造（ＭＱＷ）としてもよい（図示せず）。

なお、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５、型窒化ガリウム系化合物半導体層２７は、それぞれｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層としても構わない。

図３の構成において、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２５の下面の外周部を露出させる際に、基板２４が円柱状に形成されるようにエッチングを行い、ｎ型電極２１を円形状にする構成も可能である。また、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層２１の下面の外周部を露出させる際に、基板２４を完全な円柱状とするのではなく、直方体状とし、その角部のみ曲線状とし、それに応じてｎ型電極２１の角部の全体を曲線状にしてもよい。

そして、ｐ型電極２２とｎ型電極２１の間に順方向バイアス電圧を印加し電流を流すと、ｐ型電極２２からｎ型電極２１に向かうバイアス電流が均一に分布するため、発光強度にむらがなく、色むらのない発光素子とすることができる。

以上のように、本発明によれば、電流密度や電流分布の偏りを低減し、発光強度のむら、色むらのない発光素子を提供することができる。

本発明の発光素子の実施例について以下に説明する。

図２の発光素子を以下のようにして作製した。サファイアから成る基板（多数個取り用の母基板）１５上の多数の発光素子形成領域のそれぞれに、以下の処理を行った。

ます、バッファ層としての厚み２０ｎｍのＧａＮ層、ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層１６としての厚み２μｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮ層、発光層１７である、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層による厚み３０ｎｍのＭＱＷ（多重量子井戸）層を、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法により順次形成した。

次に、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８として、厚み２０ｎｍのＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、厚み２００ｎｍのＭｇドープのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、厚み１０ｎｍのＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層を、ＭＯＶＰＥ法により順次形成した。これにより、半導体層を形成した。

次に、透明電極１４として、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８の上面の全面に、厚み２００ｎｍのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）層を形成した。

次に、ｎ型電極１１を形成するために、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりｎ型ＧａＮ層１６の上面の外周部が露出するまでエッチングを行った。このとき、平面視でｎ型電極１１が発光素子の外周部に沿って形成されるように、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層１８及び発光層１７の外周部をエッチングし除去した。

次に、ｎ型ＧａＮ層の上面の露出した外周部の上に、ｎ型電極１１としてチタン（Ｔｉ）層、アルミニウム（Ａｌ）層を積層した金属層を形成した。四角形の環状のｎ型電極１１は、角部の内縁部が曲線状となるようにリフトオフ法により形成した。曲線状の部位は、円形状のｐ型電極１３と同じ曲率となるようにした。

最後に、ｎ型電極１１の表面の一部に、チタン（Ｔｉ）層、金（Ａｕ）層を積層して成る金属層から成るｎ型電極パッド１２を形成した。また、透明電極１４上に、平面視で発光素子の中心部に、チタン（Ｔｉ）層、金（Ａｕ）層を積層して成る金属層から成るｐ型電極１３を形成した。

最後にダイシングを行うことにより、個々の発光素子に分離して、直方体状の発光素子を作製した。

比較例１の発光素子として、図１に示す構成のものを作製した。即ち、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、ｎ型ＧａＮ層の上面の外周部の一部が四角形として露出するまでエッチングを行い、その露出部に四角形のｎ型電極を形成した。また、ｐ型電極は透明電極の端部に形成した。

比較例２の発光素子として、角部の内縁部が直角状である四角形の環状のｎ型電極１１を有するものを作製した。その他の構成は、実施例の発光素子と同じとした。

これらの発光素子に電流を印加し、上面側から見たときの発光強度のむらを比較した。本実施例の発光素子は、比較例１，２の発光素子に比べて発光強度のむらが極めて小さいことが確認できた。

実施例の発光強度のむらは、（最弱の部分）／（最強の部分）の比が０．９であり、比較例１の発光強度のむらは０．５、比較例２の発光強度のむらは０．７であった。

なお、本発明は上記の実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

従来の発光素子の一例を示す断面図である。（ａ）は本発明の発光素子について実施の形態の一例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子の断面図である。（ａ）は本発明の発光素子について実施の形態の他例を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の発光素子の断面図である。

符号の説明

１１,２１：第１導電型電極（ｎ型電極）
１２：第１導電型電極パッド（ｎ型電極パッド）
１３,２２：第２導電型電極（ｐ型電極）
１４,２３：透明電極
１５,２４：基板
１６,２５：第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層
１７,２６：発光層
１８,２７：第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層

Claims

基板と、前記基板の上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する直方体状の半導体層と、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第１導電型電極と、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第２導電型電極とを有する発光素子であって、前記第１導電型電極及び前記第２導電型電極は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、前記多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成されていることを特徴とする発光素子。
前記半導体層は、平面視で前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の外周部がその他の層を取り囲むように、前記第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面が大面積で形成されており、前記第１導電型電極が平面視で前記第２導電型電極を取り囲むように前記外周部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
前記半導体層は、平面視で前記半導体層の下面の外周部が前記基板の上面を取り囲むように、前記半導体層の下面が大面積で形成されており、前記第１導電型電極が平面視で前記第２導電型電極を取り囲むように前記外周部に形成されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
前記第２導電型電極は、前記第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の上面の中心部に円形状に形成されており、前記第１導電型電極は、平面視で前記第２導電型電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、前記多角形の環状の角部の内縁が円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の発光素子。