專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于使用了氮化物系半導(dǎo)體的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來廣泛開發(fā)研究所謂藍(lán)色LED和紫外LED的短波長LED，并已達(dá)到實用化。作為這些LED中使用的半導(dǎo)體，可使用禁帶寬度較大的GaN系化合物半導(dǎo)體。例如，專利文獻(xiàn)1中公開的半導(dǎo)體發(fā)光元件，是在藍(lán)寶石基板上外延成長GaN系緩沖層，再在其上依次層疊有n型GaN層、InGaN活性層、p型AlGaN層、和p型GaN層。而且將該半導(dǎo)體發(fā)光元件，使藍(lán)寶石基板沖上，面朝下安裝在配線基板上，在InGaN活性層中產(chǎn)生的光透過藍(lán)寶石基板而射出。
專利文獻(xiàn)1中的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，為了提高光取出效率，作為p側(cè)電極，設(shè)計成由以電阻性接觸為目的的電阻層，和以光反射為目的的反射層形成層疊結(jié)構(gòu)。這樣，從InGaN活性層向著與藍(lán)寶石基板相反側(cè)的光，由反射層進(jìn)行反射。特開平11-191641號公報在上述的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，電阻層介于InGaN活性層和反射層之間。電阻層一般使用與GaN具有電阻接觸性好的Ni、Co、Sb等金屬。然而，專利文獻(xiàn)1中也所述了這些金屬的反射率不太好，光透過率也很低。因此，反射層中的反射光由電阻層形成衰減，造成光取出效率很低。專利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，雖然通過形成很薄的電阻層，以解決此類問題，但從根本上是不可能解決的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而進(jìn)行的，其目的是提供一種可以提高活性層中發(fā)生光取出效率的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
為了解決上述課題，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于具備由氮化物半導(dǎo)體形成的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；與第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成電連接的第1電極；以所定的圖案設(shè)在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2電極；和設(shè)在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上和第2電極上的金屬反射膜。
在上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，以所定的圖案設(shè)置第2電極，金屬反射膜設(shè)在第2電極上和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上。據(jù)此，從活性層向與基板相反側(cè)的光，由設(shè)在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的金屬反射膜進(jìn)行適宜的反射，透過基板，向半導(dǎo)體發(fā)光元件的外部射出。因此，根據(jù)上述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，金屬反射膜中的反射光不會受電阻層等的影響而衰減，所以能提高活性層中發(fā)生的光的取出效率。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以，第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層都含有AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)，活性層含有AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)。據(jù)此，可有效產(chǎn)生藍(lán)色光和紫外光等較短波長的光。
半導(dǎo)體發(fā)光元件還具備由GaN系化合物形成的基板，在基板的主面上設(shè)置有第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，在基板的背面上設(shè)置有第1電極。由此，可以在基板的兩側(cè)上分別配置第1電極和第2電極，所以不限制半導(dǎo)體的面積，能夠提高活性層中的發(fā)光效率。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以基板的比電阻率在0.5Ωm以下。據(jù)此，基板的導(dǎo)電性變很良好，電流易于在基板內(nèi)擴(kuò)散。因此，活性層中的電流密度大致均勻，所以還可進(jìn)一步提高活性層中的發(fā)光效率。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以對于波長400nm或其以上，800nm或其以下的光，金屬反射膜的反射率在80％或其以上。據(jù)此，活性層中產(chǎn)生的光為可見光時，可進(jìn)一步提高取出效率。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以金屬反射膜由至少含有Ag和Al中至少一種的金屬形成。由于金屬反射膜是易于反射光的金屬形成，所以可以進(jìn)一步提高活性層中產(chǎn)生的光的取出效率。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以與厚度方向形成交叉的第2電極面積是第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層面積的60％或其以下。據(jù)此，在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，設(shè)在不存在第2電極的部分上的金屬反射膜面積變得很寬，所以可進(jìn)一步提高活性層中產(chǎn)生的光的取出效率。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以第2電極的所定的圖案是第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上一樣的圖案。據(jù)此，能充分確?；钚詫又辛魅氲碾娏髁浚⒛芤种频?電極形成圖案時引發(fā)發(fā)光效率的降低。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面具有第1區(qū)域和圍繞第1區(qū)域的第2區(qū)域，第2電極設(shè)在第1區(qū)域上?；蛘撸雽?dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面具有第1區(qū)域和圍繞第1區(qū)域的第2區(qū)域，所定的圖案由第1區(qū)域上的第1圖案和第2區(qū)域上的第2圖案構(gòu)成，第1圖案的面積占據(jù)第1區(qū)域面積的比率，大于第2圖案面積占據(jù)第2區(qū)域面積的比率。
一般講，活性層中產(chǎn)生的光很容易集中在半導(dǎo)體發(fā)光元件的周邊部分上。根據(jù)上述任一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于半導(dǎo)體發(fā)光元件周邊部分(即，第2區(qū)域)中的金屬反射膜面積很寬，所以可進(jìn)一步提高活性層中產(chǎn)生的光的取出效率。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的所定的圖案優(yōu)選是格子狀的。這時，所定的圖案的單格邊長更好在60μm以下。由此，驅(qū)動電流可充分流入活性層中，所以能抑制第2電極形成圖案時引發(fā)發(fā)光效率的降低。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的所定的圖案優(yōu)選由多個彼此分離的單元部分形成。這時，半導(dǎo)體發(fā)光元件的所定的圖案中，更好有規(guī)律地配置多個單元部分，相對于1個單元部分鄰接4個或6個單元部分。所定的圖案由多個單元部分形成時，半導(dǎo)體發(fā)光元件中彼此鄰接的單元部分的間距更好在60μm或其以下。根據(jù)這些中的任何一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于驅(qū)動電流能充分均勻地流入活性層中，所以能抑制第2電極形成圖案時引發(fā)發(fā)光效率的降低。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，不存在第2電極部分的任何一處，到達(dá)第2電極的距離在30μm或其以下。由此，驅(qū)動電流能充分均勻地流入活性層中，所以能抑制第2電極形成圖案時引發(fā)發(fā)光效率的降低。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以使第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻率在1×10-3Ωcm2或其以下。由此，可將第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層接觸部分的發(fā)熱量抑制到最低，所以能防止熱引發(fā)光效率的降低和耗電量的增大。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以第2電極由Ni、Au、Pt、Pd中至少一種的金屬形成。據(jù)此，可在第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間實現(xiàn)優(yōu)選的電阻接觸。
半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以使第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層含有與第2電極相接的接觸層。據(jù)此，可在第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間實現(xiàn)更好的電阻接觸。
而且，半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以與厚度方向形成交叉的第2電極面積是第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層面積的10％或其以上。在第2電極面積小于第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的10％時，會增大第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻，增大耗電量，同時有可能因發(fā)熱引發(fā)活性層中發(fā)光效率的降低。與其相反，根據(jù)上述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，由于能將第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層接觸部分的接觸電阻抑制到最低，所以能防止因熱引發(fā)發(fā)光效率的降低和耗電量的增大。
另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件的其特征在于，也可以第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及第2電極和金屬反射膜之間具備含Ti的接合膜。據(jù)此，不會損害第2電極和金屬反射膜的電接觸狀態(tài)，從而能防止金屬反射膜從第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及第2電極上剝離下來。
本發(fā)明的上述目的和其他目的，特征，以及優(yōu)點，進(jìn)一步參照附圖，從本發(fā)明以下最佳實施方式的詳細(xì)講述中很容易明確。


圖1是作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第1種實施方式，示出發(fā)光二極管的構(gòu)成的截面圖。
圖2是第1種實施方式中活性層的構(gòu)成的截面圖。
圖3是表示發(fā)光二極管的陽電極及金屬反射膜的平面圖。
圖4是陽電極及金屬反射膜附近的放大截面圖。
圖5是在元件的一個側(cè)面上配置陽電極和陰電極的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件，和在元件的一側(cè)上配置陽電極而在另一側(cè)上配置陰電極的發(fā)光二極管中，驅(qū)動電流和發(fā)光強度之間關(guān)系的曲線圖。
圖6是表示陽電極面積占據(jù)p型接觸層面積的比率(被覆率)和向與基板相反方向的光由金屬反射膜反射的比率之間關(guān)系的曲線圖。
圖7是表示陽極在p型接觸層上被覆率為5％、10％、和100％時，驅(qū)動電流和發(fā)光強度之間關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示驅(qū)動電流為100mA和20mA時，被覆率和驅(qū)動電壓之間關(guān)系的曲線圖。
圖9中圖9A和圖9B是用來說明根據(jù)到陽電極的距離，活性層中電流密度的解析結(jié)果的圖。
圖10是表示作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第2種實施方式，發(fā)光二極管的圖。
圖11是表示第3種實施方式發(fā)光二極管的p型接觸層的圖。
圖12是表示作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第4種實施方式，發(fā)光二極管的圖。
圖13是表示作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第5種實施方式，發(fā)光二極管的圖。
具體實施例方式
以下，一邊參照附圖，一邊詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的實施方式。

中同一要件付與同一符號，重復(fù)說明省略。
(第1種實施方式)圖1是作為根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體元件的第1種實施方式，發(fā)光二極管1的構(gòu)成截面圖。本實施方式的發(fā)光二極管1的形狀尺寸，平面形狀，例如一邊為400μm的矩形，其厚度，例如為200μm左右。本實施方式的發(fā)光二極管1，例如可發(fā)出波長450nm的藍(lán)色光。
參照圖1時，發(fā)光二極管1備有基板3。而發(fā)光二極管1備有n型(第1導(dǎo)電型)半導(dǎo)體層6、p型(第2導(dǎo)電型)半導(dǎo)體層12、和活性層9。n型半導(dǎo)體層6含有n型緩沖層5和n型金屬包層7。p型半導(dǎo)體層12含有p型金屬包層11和p型接觸層13。在基板3的主面3a上，利用MOVPE法依次外延成長n型緩沖層5、n型金屬包層7、活性層9、p型金屬包層11、和p型接觸層13。而且發(fā)光二極管1備有陰電極15、陽電極17、和金屬反射膜19。
基板3由具有導(dǎo)電性的GaN系化合物形成。本實施方式中，基板3由GaN形成?；?可透過活性層9中產(chǎn)生的光?；?的比電阻率達(dá)到0.5Ωcm或其以下。n型緩沖層5形成在基板3的主面3a上。n型緩沖層5，由摻雜n型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體形成，例如，本實施方式中，由摻雜Si的GaN形成。
n型金屬包層7，由n型雜質(zhì)摻雜的氮化物半導(dǎo)體形成。例如，本實施方式中，n型金屬包層7，由摻雜Si的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)形成。n型金屬包層7形成在n型緩沖層5上。
活性層9形成在n型金屬包層7上，具有多重量子井的構(gòu)造。圖2是表示本實施方式中的活性層9的構(gòu)成的截面圖。參照圖2時，活性層9具有阻擋層29a～29c和井層31a～31b。即，活性層9的構(gòu)成是在n型金屬包層7上，依次形成阻擋層29a、井層31a、阻擋層29b、井層31b、和阻擋層29c。
阻擋層29a～29c以及井層31a和31b，由AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)等GaN系半導(dǎo)體形成。本實施方式中，阻擋層29a～29c的組成，是0＜X2＜1，且Y2＝0，井層31a和31b的組成，是0＜X2＜1，且0＜Y2＜1。阻擋層29a～29c以及井層31a和31b的組成，調(diào)整阻擋層29a～29c的禁帶寬度大于井層31a和31b。
p型金屬包層11，由摻雜p型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體形成。例如，在本實施方式中，p型金屬包層11，由摻雜Mg的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)形成。p型金屬包層11形成在活性層9上，活性層9設(shè)在n型金屬包層7和p型金屬包層11之間。
p型接觸層13是為使p型金屬包層11和陽電極17電連接的層，由摻雜p型雜質(zhì)的氮化物半導(dǎo)體形成。例如，本實施方式中，p型接觸層13，由摻雜Mg的GaN形成。p型接觸層13形成在p型金屬包層11上。
陽電極17設(shè)置在p型接觸層13上。陽電極17是本實施方式中的第2電極，陽電極17的厚度，例如在5nm以下。圖3是表示發(fā)光二極管1的一個面上陽電極圖案的圖。如圖3中所示，陽電極17，p型接觸層13上設(shè)置有一樣的圖案。此處所說的“一樣的圖案”是指有規(guī)律地周期配列某形狀的圖案。而且，陽電極17是以格子狀形成的圖案。陽電極17的圖案，形成時優(yōu)選使與發(fā)光二極管1的厚度方向交叉的陽電極17面積為p型接觸層13面積的10％以上60％以下。本實施方式中，陽電極17圖案形成為使陽電極17的面積為p型接觸層13面積的23％。
另外，本實施方式中，陽電極17的格子狀圖案，其單格子邊長為60μm以下。換句話說，在本實施方式中，p型接觸層13上的任何一處到陽電極17的距離為30μm以下。而且，陽電極17中的格子框粗度，例如為100μm以下。
另外，在本實施方式中，陽電極17和p型接觸層13之間的接觸電阻率為1×10-3Ωcm2以下。即，制造發(fā)光二極管1時，在使陽電極17和p型接觸層13相接的狀態(tài)下，通過進(jìn)行加熱處理，實現(xiàn)陽電極17和p型接觸層13的電阻性接觸。由此能夠獲得低接觸電阻率。
為了實現(xiàn)陽電極17和p型接觸層13的最佳電阻性接觸，陽電極17優(yōu)選由Ni、Au、Pt、Pd中至少一種金屬形成。本實施方式中，陽電極17是由Ni和Au形成的層疊構(gòu)造。
金屬反射膜19是對活性層9中產(chǎn)生光L1中，與基板3相反側(cè)的光L1進(jìn)行反射的膜。而且，為了從發(fā)光二極管1的外部向陽電極17供給驅(qū)動電流，金屬反射膜19由金屬形成。金屬反射膜19形成在p型接觸層13上和陽電極17上。即，金屬反射膜19設(shè)在格子狀的陽電極17上、和p型接觸層13上不存在格子狀陽電極17的部分上(即，格子的間隙)。金屬反射膜19，由對光L1的反射率比陽電極17更好的金屬形成。例如，金屬反射膜優(yōu)選由含有對波長400nm～800nm的對可見光的反射率好的Ag和Al中的至少一種的金屬形成。另外，金屬反射膜19對上述波長可見光的反射率優(yōu)選在80％以上。
在此，圖4是陽電極17和金屬反射膜19附近的放大截面圖。參照圖4時，發(fā)光二極管1在陽電極17和p型接觸層13和金屬反射膜19之間，備有由Ti形成的接合膜21。接合膜21是為增強金屬反射膜19與陽電極17及p型接觸層13之間的接合力而設(shè)置的。接合膜21的厚度，例如在2nm以下。
再次參照圖1，陰電極15設(shè)在基板3背面3b的一部分上。陰電極15是本實施方式中的第1電極。陰電極15，例如通過配線與未圖示的電極端子形成電連接，從發(fā)光二極管1的外部向與金屬反射膜之間施加驅(qū)動電壓。
具有上述構(gòu)成的發(fā)光二極管1工作原理如下。從發(fā)光二極管1的外部向金屬反射膜19和陰電極15之間施加驅(qū)動電壓時，在陽電極17和陰電極15之間產(chǎn)生電場。這樣，在n型半導(dǎo)體層6和p型半導(dǎo)體層12中產(chǎn)生的載波集中在活性層9內(nèi)的井層31a、31b上。由此，活性層9中產(chǎn)生光L1?；钚詫?中產(chǎn)生的光L1向四方散射，但向與基板3相反側(cè)的光L1，由金屬反射膜19形成反射，透過基板3射向發(fā)光二極管的外部。
形成陽電極17的方法如下。首先，通過蒸鍍或濺射法，在p型接觸層13上形成Ni層。通過發(fā)射(lift off)法或蝕刻將Ni層形成格子狀圖案。接著，在400℃以上的溫度下進(jìn)行熱處理，使Ni層和p型接觸層13之間形成電阻性接觸。接著，通過蒸鍍或濺射法，在Ni層上形成Au層。這樣由Ni/Au形成格子狀的陽電極17。
根據(jù)上述本實施方式的發(fā)光二極管1具有以下效果。即，本實施方式的發(fā)光二極管1中，以所說的格子狀圖案設(shè)置陽電極17，在陽電極17上和格子開口部分的p型接觸層13上設(shè)置有金屬反射膜19。據(jù)此，從活性層9向基板3相反側(cè)射的光L1，設(shè)在p型接觸層13上的金屬反射膜19進(jìn)行最佳反射，透過基板3射向發(fā)光二極管1的外部。因此，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，由金屬反射膜19反射的光L1，例如沒有由專利文獻(xiàn)1中的電阻層等形成衰減，所以可以提高活性層9產(chǎn)生光L1的取出效率。
另外，在根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1中，n型半導(dǎo)體層6和p型半導(dǎo)體層12，分別具有由AlX1Ga1-X1N形成的n型金屬包層7和p型金屬包層11。而活性層9具有由GaN、AlX2Ga1-X2N、InY2Ga1-Y2N、和AlX3InY3Ga1-X3-Y3N中的至少一種半導(dǎo)體材料形成的阻擋層29a～29c及井層31a和31b。由此，可以有效地產(chǎn)生藍(lán)色光和紫外光等較短波長的光。
在如專利文獻(xiàn)1中公開的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件(尤其是使用了藍(lán)寶石基板的)，由于基板不具有良好的導(dǎo)電性，所以將陽電極和陰電極配置在基板的一個側(cè)面上。與其相反，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，通過將陰電極15設(shè)在由具有由導(dǎo)電性的GaN系化合物形成的基板3的背面3b上，使陰電極15和陰電極17分別配置在基板3的兩側(cè)。
圖5是表示在基板的一個側(cè)面上配置了陽電極和陰電極的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件、和將陽電極17和陰電極15配置在基板3兩側(cè)的發(fā)光二極管1中，驅(qū)動電流和發(fā)光強度之間的關(guān)系的曲線圖。圖5中，曲線G1表示發(fā)光二極管1的情況、曲線G2表示現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件的情況。如圖5所示，曲線G1，隨著驅(qū)動電流的增加，發(fā)光強度順利延長，但曲線G2，隨著驅(qū)動電流的增加，發(fā)光強度的延長變得遲鈍。這是因為在現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，在元件的同一側(cè)面上配置陰電極和陽電極，而限制了p型半導(dǎo)體層(或n型半導(dǎo)體層)的面積，由此，受發(fā)熱等的影響，發(fā)光效率被抑制得很低。與其相反，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，通過將陰電極15和陽電極17分別配置在基板3的兩則上，由于p型金屬包層11和活性層9等的半導(dǎo)體層面積沒有受到限制，所以能提高活性層9的發(fā)光效率。
本實施方式的發(fā)光二極管1中，基板3的比電阻率達(dá)到0.5Ωm以下。基板3優(yōu)選具有這種比電阻率，據(jù)此，基板3形成良好的導(dǎo)電性，電流易于在基板3內(nèi)擴(kuò)展。因此，由于活性層9中的電流密度達(dá)到大致均勻，所以能進(jìn)一步提高活性層9的發(fā)光效率。
本實施方式的發(fā)光二極管1中，金屬反射膜19對波長400～800nm的可見光反射率優(yōu)選在80％以上。據(jù)此，在活性層9產(chǎn)生的光L1為可見光時，可以進(jìn)一步提高取出效率。
另外，本實施方式的發(fā)光二極管1中，金屬反射膜19，由含有Ag和Al中的至少一種金屬形成。金屬反射膜19，由于由易于反射光的這些金屬形成，所以可以進(jìn)一步提高活性層9產(chǎn)生的光L1的取出效率。
如本實施方式的發(fā)光二極管1那樣，陽電極17的面積優(yōu)選是p型接觸層13面積的60％以下。圖6是陽電極17的面積占據(jù)p型接觸層13面積的比率(被覆率)，和向與基板3相反方向的光L1中，金屬反射膜19中反射的光L1占據(jù)的比率之間的關(guān)系曲線圖。而且，圖6中，曲線G3表示陽電極17由Ni/Au形成的情況，曲線G4表示陽電極17由Pt形成的情況。如圖6所示，若被覆率在60％以下。在p型接觸層13上，設(shè)在不存在陽電極17部分上的金屬反射膜19面積變寬，曲線G3和G4的反射比率都達(dá)到50％以上。根據(jù)發(fā)明人的見解，現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，即使提高陽電極自身的反射率，反射比率也不足50％。與其相反，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，由于反射比率達(dá)到50％以上，所以活性層9中產(chǎn)生的光L1，多數(shù)被金屬反射膜19進(jìn)行反射，從而能進(jìn)一步提高光L1的取出效率。
另外，陽電極17的面積優(yōu)選是p型接觸層13面積的10％以上，圖7是由陽電極17在p型接觸層13上的被覆率為5％、10％、及100％時，驅(qū)動電流和發(fā)光強度之間的關(guān)系曲線圖。而且，圖7中，曲線G5表示被覆率為5％的情況、曲線G6表示被覆率為10％的情況、曲線G7表示被覆率為100％的情況。如圖7所示，若被覆率在10％以上，則隨著驅(qū)動電流的增加，發(fā)光強度也很好地增加，被覆率為5％時，相對于驅(qū)動電流的延長，發(fā)光強度的延長變得遲鈍。這是因為被覆率小時，陽電極17和p型接觸層13之間的接觸電阻會增大，因發(fā)熱降低了活性層9的發(fā)光效率。
圖8是驅(qū)動電流為100mA和20mA時，被覆率與驅(qū)動電壓之間的關(guān)系曲線圖。圖8中，曲線G8表示驅(qū)動電流100mA時的情況，曲線G9表示驅(qū)動電流為20mA時的情況。如圖8所示，被覆率在10％以下時，曲線G8、G9的驅(qū)動電壓急劇增大。這是因為陽電極17和p型接觸層13之間的電流密度增加的緣故。因此，被覆率小時，發(fā)光二極管1的耗電量急劇增大。
本實施方式的發(fā)光二極管1，被覆率為10％以上，由于能將陽電極17和p型接觸層13接觸部分的接觸電阻抑制到很低，所以能防止熱引起的發(fā)光效率降低和耗電量增大。
本實施方式的發(fā)光二極管1中，陽電極17的圖案與p型接觸層13上形成一樣的圖案。據(jù)此，能使驅(qū)動電流充分均勻地流入活性層9中，所以能充分確保流入活性層9中的電流量，并能抑制陽電極17形成格子狀圖案時引起的發(fā)光效率的降低。
本實施方式的發(fā)光二極管1中，以格子狀圖案形成陽電極17。據(jù)此，能充分確保流入活性層9中的電流量均勻，抑制發(fā)光效率降低。這種情況下，單元格子的邊長優(yōu)選在60μm以下。換言之，在p型接觸層13上，不存在陽電極17部分的任何一處到陽電極17的距離優(yōu)選在30μm以下。
在此，圖9A和圖9B是用于說明根據(jù)從陽電極的距離，在活性層9中的電流密度解析結(jié)果的圖。圖9A表示形成解析條件的陽電極形狀。該解析中，將2個點狀陽電極30的直徑(圖9A中的距離a1)取為20μm，陽電極30彼此間的距離(圖9A中的間距a2)取為60μm。
圖9B是表示以圖9A所示的陽電極形狀的解析結(jié)果的圖。圖9B中示出了陽電極的單元電極30正下方的電流量取為1時，活性層9中的電流分布。參照圖9B時，可知單元電極30彼此的間距a2在60μm以內(nèi)時，與兩個單元電極30等距離a3的位置(圖中A)上，電流量達(dá)到0.7以上，可以確保充分的電流量。即，陽電極17彼此的間距在60μm以下，換言之，在p型接觸層13上任何一處到陽電極17的距離為30μm以下時，可使充分均勻的驅(qū)動電流流入活性層9中。因此，根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1，由于驅(qū)動電流充分均勻地流入活性層9中，所以能抑制陽電極17形成格子狀圖案時引起的發(fā)光效率的降低。
另外，本實施方式的發(fā)光二極管1中，陽電極17和p型接觸層13之間的接觸電阻率達(dá)到1×10-3Ωcm2以下。據(jù)此，由于能將陽電極17和p型接觸層13接觸部分的發(fā)熱量抑制到很低，所以能防止熱引起的發(fā)光效率的降低和耗電量的增大。
本實施方式的發(fā)光二極管1中，在p型接觸層13及陽電極17和金屬反射膜19之間備有含Ti的接合膜21。由此，不會損害陽電極17和金屬反射膜19的電連接狀態(tài)，并能防止金屬反射膜19從p型接觸層13和陽電極17上剝離下來。
(第2種實施方式)
圖10是表示作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第2種實施方式，發(fā)光二極管1a的圖。圖10是表示發(fā)光二極管1a的圖，示出了金屬反射膜19和陽電極23。本實施方式的發(fā)光二極管1a與上述第1種實施方式發(fā)光二極管1的不同點是陽電極23的圖案形狀。除了陽電極23外，發(fā)光二極管1a的構(gòu)成與第1種實施方式發(fā)光二極管1的構(gòu)成一樣，所以省去詳細(xì)說明。
參照圖10時，本實施方式的發(fā)光二極管1a中，陽電極23的圖案由多個彼此分離的單元部分23a構(gòu)成。陽電極23設(shè)在p型接觸層(未圖示)上，其材料與第1種實施方式的陽電極17一樣。陽電極23和p型接觸層形成電阻性接觸，這一點與第1種實施方式一樣。
陽電極23的圖案有規(guī)律地配置，是對1個單元部分23a鄰接4個或6個(本實施方式中為6個)單元部分23a。單元部分23a的直徑在100μm以下(本實施方式中為20μm)，最接近的單元部分23a彼此間距在60μm以下(本實施方式中為50μm)。即，本實施方式中，在與發(fā)光二極管1a的厚度方向形成交叉的面方向上，多個單元部分23a的總面積為p型接觸層表面面積的14％。而且，本實施方式中也和第1種實施方式一樣，由多個單元部分23a形成的陽電極23面積，優(yōu)選是p型接觸層面積的10％～60％，彼此鄰接單元部分23a的間距，如參照圖9說明的在60μm以下，換言之，p型接觸層上任何一處到單元部分23a的距離優(yōu)選在30μm以下。
本實施方式的發(fā)光二極管1a中，陽電極23的圖案，由有規(guī)律配置的多個單元部分23a構(gòu)成。據(jù)此，由于驅(qū)動電流能有效地流入活性層，所以能抑制陽電極23形成圖案時引起發(fā)光效率的降低。本發(fā)明人的解析中，確認(rèn)對于在整個p型接觸層面上設(shè)置陽電極的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件，本實施方式的發(fā)光二極管1a中，驅(qū)動電流為20mA時，發(fā)光強度增加了約38％。
(第3種實施方式)接著對根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第3種實施方式進(jìn)行說明。本實施方式中，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件，表示以邊長為2mm的發(fā)光二極管為例。圖11是本實施方式發(fā)光二極管1b的p型接觸層14的表面14a。本實施方式的p型接觸層14，除了以下幾點外，和第1種實施方式的p型接觸層13一樣。即，本實施方式的p型接觸層14，在表面14a上具有第1區(qū)域25a和第2區(qū)域25b。第1區(qū)域25a形成與表面14a平面形狀(矩形)幾何相似的形狀，配置在表面14a的中央處。第2區(qū)域25b在表面14a中圍繞著第1區(qū)域25a。
陽電極的圖案由第1區(qū)域25a上的第1圖案和第2區(qū)域25b上的第2圖案構(gòu)成，第1圖案的面積占據(jù)第1區(qū)域25a面積的比率，大于第2圖案面積占據(jù)第2區(qū)域25b面積的比率。換言之，在p型接觸層14上，第1圖案對第1區(qū)域25a的被覆率大于第2圖案對第2區(qū)域25b的被覆率。
本實施方式中，陽電極的第1和第2圖案，任何一個都由多個單元部分(未圖示)構(gòu)成。陽電極的第1圖案中，單元部分的直徑，例如為20μm，彼此鄰接的單元部分彼此間距，例如為50μm。第2圖案中，單元部分的直徑，例如為15μm，彼此鄰接的單元部分間距，例如為60μm。由此，第1圖案形成的被覆率為14％，第2圖案形成的被覆率為5.5％。而且，將第1圖案和第2圖案合在一起的被覆率達(dá)到10％。
一般講，活性層中產(chǎn)生的光容易集中在發(fā)光二極管1b的周邊部分上。根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管1b，由于發(fā)光二極管1b的周邊部分(即，第2區(qū)域25b)中的金屬反射膜面積寬，所以可以進(jìn)一步提高活性層中產(chǎn)生的光的取出效率。在本發(fā)明人的解析中，確認(rèn)對于在整個p型接觸層面上設(shè)置陽電極的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件，本實施方式的發(fā)光二極管1b中，驅(qū)動電流為200mA時，發(fā)光強度增加了約38％。
作為本實施方式的變形例，可以是陽電極只設(shè)在第1區(qū)域25a上，而不在第2區(qū)域25b上設(shè)置的構(gòu)成。即使這樣的構(gòu)成，仍能獲得和上述本實施方式發(fā)光二極管1b的效果一樣的效果。
(第4種實施方式)圖12是表示作為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的第4種實施方式，發(fā)光二極管1c的圖。圖12是表示發(fā)光二極管10的圖，示出了金屬反射膜19、和構(gòu)成陽電極23圖案的多個單元部分23a。本實施方式的發(fā)光二極管1c與上述第1實施方式的發(fā)光二極管1的不同點是陽電極23的圖案形狀。即，本實施方式中，陽電極23只設(shè)在p型接觸層表面的第1區(qū)域25a內(nèi)，而不設(shè)在第2區(qū)域25b內(nèi)。而且，單元部分23a的直徑和單元部分23a彼此的間距與第2實施方式一樣。
本實施方式的發(fā)光二極管1c中，也能獲得和上述各實施方式一樣的效果。在本發(fā)明人的解析中，確認(rèn)對于在整個p型接觸層面上設(shè)置陽電極的現(xiàn)有半導(dǎo)體發(fā)光元件，本實施方式的發(fā)光二極管1c中，驅(qū)動電流為20mA時，發(fā)光強度增加了約56％。
(第5種實施方式)圖13是作為本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光元件的第5種實施方式，表示發(fā)光二極管1d的圖。圖13是表示發(fā)光二極管1d的圖，示出了金屬反射膜19、陽電極的第1部分27a和第2部分27b。本實施方式的發(fā)光二極管1d與上述第1種實施方式發(fā)光二極管1的不同點是陽電極的圖案形狀。本實施方式中，陽電極的第1部分27a設(shè)在p型接觸層表面的第1區(qū)域25a內(nèi)，陽電極的第2部分27b設(shè)在p型接觸層表面的第2區(qū)域25b內(nèi)。
陽電極的第1部分27a具有形成格子的圖案，而陽電極的第2部分27b也具有形成格子的圖案。第2部分27b也具有形成格子的圖案。第2部分27b的各單元格子的大小與第1實施方式的單元格子大小相同或類似。第1部分27a的單元部分大小比第2部分27b的單元部分小。在該實施方式中，第1區(qū)域25a中陽電極的第1部分27a圖案，比第2區(qū)域25b中陽電極的第2部分27b圖案密集。
本實施方式的發(fā)光二極管1d也能獲得和上述各實施方式一樣的效果。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件并不限于實施方式，也可以是其他種種變形。例如，陽電極的圖案除了上述各實施方式(格子狀或多個單元部分)外，可以采用各種圖案。上述實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有由GaN形成的基板，但也可以不具有這樣的基板。例如，在藍(lán)寶石基板上層疊由GaN系半導(dǎo)體形成的n型半導(dǎo)體層、活性層、和p型半導(dǎo)體層，也可以將這些層從藍(lán)寶石基板上剝離下來形成半導(dǎo)體發(fā)光元件。這樣的半導(dǎo)體發(fā)光元件中也可以適用本發(fā)明。
雖然最佳實施方式中圖示說明了本發(fā)明的原理，但在沒有脫離這種原理獲得的配置和說明中的變更，對于本技術(shù)領(lǐng)域人員都可以被識別的。本發(fā)明并不僅限于說明書中公開的具體實例。因此，對于來自本發(fā)明的技術(shù)方案范圍和其精神范圍的所有修改和變更，都是可以的。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具備由氮化物半導(dǎo)體形成的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；與上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的第1電極；以所定的圖案設(shè)在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2電極，和設(shè)在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上和第2電極上的金屬反射膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，各自都含有AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)，而上述活性層含有AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，還具有GaN系化合物形成的基板，上述第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層設(shè)在上述基板的主面上，上述第1電極設(shè)在上述基板的背面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述基板的比電阻率為0.5Ωm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述金屬反射膜對波長400～800nm光的反射率為80％以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述金屬反射膜由含有Ag和Al中至少一種金屬形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層表面具有第1部分和第2部分，上述第1部分由上述第2電極覆蓋，上述第1部分未由上述第2電極覆蓋，對于上述第1部分的第1和第2部分之和的面積比在60％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2電極的所定的圖案在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上是一樣的圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面，具有第1區(qū)域和圍繞該第1區(qū)域的第2區(qū)域，上述第2電極設(shè)在上述第1區(qū)域上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的表面，具有第1區(qū)域和圍繞該第1區(qū)域的第2區(qū)域。具有上述圖案的第2電極，包括具有第1圖案的上述第1區(qū)域上的第1部分，和具有第2圖案的上述第2區(qū)域上的第2部分，上述第2電極的上述第1部分面積對上述第1區(qū)域面積的比率，大于上述第2電極的上述第2部分面積對上述第2區(qū)域面積的比率。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述所定的圖案是格子形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述格子形狀由單元格子構(gòu)成，該單元格子的邊長在60μm以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～10中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述所定的圖案由多個彼此分離的單元部分構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述所定的圖案中，有規(guī)律地配置多個單元部分，以便對于1個單元部分鄰接4個或6個單元部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述所定的圖案中，彼此鄰接的單元部分間距在60μm以下。
16.根據(jù)權(quán)利要求1～15中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，不存在上述第2電極的部分的任何一處到第2電極的距離在30μm以下。
17.根據(jù)權(quán)利要求1～16中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2電極和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻率在1×10-3Ωcm2以下。
18.根據(jù)權(quán)利要求1～17中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，上述第2電極由Ni、Au、Pt、Pd中的至少一種金屬形成。
19.根據(jù)權(quán)利要求1～18中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，還具有與上述第2電極相接的接觸層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1～19中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，與厚度方向形成交叉的上述第2電極面積是上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層面積的10％以上。
21.根據(jù)權(quán)利要求1～20中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，在上述第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層及上述第2電極和上述金屬反射膜之間具有含Ti的接合膜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具備由氮化物半導(dǎo)體形成的第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；由氮化物半導(dǎo)體形成的，設(shè)在第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；與第1導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接的第1電極；以所定的圖案設(shè)在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上的第2電極；和設(shè)在第2導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上和上述第2電極上的金屬反射膜。
文檔編號H01L33/06GK1614795SQ200410090350
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月6日
發(fā)明者池田亞矢子, 永井陽一, 中村孝夫 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社