TW201631796A - 半導體發光元件 - Google Patents
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Abstract
實現比先前的半導體發光元件更提升光輸出的半導體發光元件。
半導體發光元件具有包含n型半導體層、p型半導體層、及配置於n型半導體層與p型半導體層之間的活性層的半導體層、以與半導體層之面中第一面接觸之方式形成的第一電極、及以與半導體層之面中第一面之相反側的第二面接觸之方式形成的第二電極；半導體層係於第一面側中具有第一區域，與高度位置比該第一區域還高的第二區域；第一電極係形成於半導體層的第二區域內，以對於從活性層放出的光線，顯示高反射率的材料所構成。
Description
本發明係關於具有n型半導體層、p型半導體層、及配置該等於n型半導體層與p型半導體層之間的活性層所構成的半導體發光元件。
圖8係模式揭示先前的半導體發光元件之構造的剖面圖(例如參照以下的專利文獻1、2)。先前的半導體發光元件90係於基板91上具備導電層92、反射電極93、半導體層94及n側電極98。半導體層94係由基板91側依序層積p型半導體層95、活性層96、及n型半導體層97所構成。在圖8所示之半導體發光元件90中，n型半導體層97側之面對應光取出面。
反射電極93係由金屬材料所成，利用在p型半導體層95之間實現歐姆連接而具有作為電極(p側電極)的功能。反射電極93係利用使在活性層96發光的光線中，放射至朝向基板91之方向(圖面朝下)的光線反射，取出至n側半導體層97側(圖面朝上)，兼用於提升光線的取出效率的目的。
[專利文獻1]日本特開2006-191068號公報
[專利文獻2]日本專利第4161689號說明書
近年來，即使於半導體發光元件中，也被要求更小型化及高亮度化。本發明的目的係實現比先前的半導體發光元件更提升光輸出的半導體發光元件。
本發明的半導體發光元件，其特徵為具有：半導體層，係包含n型半導體層、p型半導體層、及配置於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間的活性層；第一電極，係以與前述半導體層之面中第一面接觸之方式形成；及第二電極，係以與前述半導體層之面中第一面之相反側的第二面接觸之方式形成；前述半導體層，係於前述第一面側中具有第一區域，與高度位置比該第一區域還高的第二區域；前述第一電極，係形成於前述半導體層的前述第二區
域內，以對於從前述活性層放出的光線，顯示高反射率的材料所構成。
依據前述構造，第一電極以對於從活性層放出的光線，顯示高反射率的材料所構成。藉此，因為可利用第一電極反射從活性層朝第一電極放射之光線的大部分，被第一電極吸收之光線的比例大幅減低。然後，該第一電極係形成於半導體層之第一面側中，高度位置高的第二區域內，故第一電極中反射之光線的一部分，通過位於半導體層之第一區域與第二區域的邊際部分之側面(例如斜面)而被取出至外部。藉此，相較於先前的構造，光取出量大幅提升。
先前，作為形成光取出面側之電極的材料，都使用Au或包含Au的合金。此係考量有鑒於在對於該電極進行引線接合時，作為接合線所用的材料是Au，根據容易作業的觀點，選擇前述的材料。
該電極係在半導體發光元件的光取出面上所佔的面積並不會太大，故先前即使以Au構成電極，關於該電極吸收之光線的量也未被當作是問題。但是，於逐漸被要求表示高亮度之小型的發光元件的近年來，如何實現高光取出效率逐漸變成課題。
本案發明者係藉由銳意研究，發現不單單僅以高反射材料構成形成於光取出面側的電極，也利用對於半導體層設置段差，使光取出面的高度位置不同，並利用於高度位置較高的區域內(亦即第二區域內)配置該電極
(第一電極)，比先前更大幅提升光取出效率。
在此，所謂表示高反射率的材料，係表示對於射入光量之反射光量的比例為50%以上的材料為佳，表示60%以上的材料更佳，表示70%以上的材料更理想。對於波長365nm之光線的反射率，先前，作為第一電極的材料所用之Au為35%。相對於此，對於同波長之光線的反射率，係Al為90%，Rh為75%，Ag為75%。再者，半導體發光元件是發出波長350nm以上且550nm以下之光線的構造時，可將第一電極以Al、Rh、Ag或包含該等的材料來構成。
進而，除前述構造之外，前述半導體層，係於前述第一面側中，在前述第一區域與前述第二區域中至少任一方的區域內，表面具有凹凸形狀亦可。
如此，利用於半導體層的第一面側中構成凹凸形狀，與以高反射材料構成第一電極相互作用，可大幅提升光取出量。
於前述構造中，前述半導體層，係於前述第一面側中，在前述第一區域及前述第二區域雙方的區域內，表面具有凹凸形狀亦可。
依據本案發明者的銳意研究，發現作為如此構造的話，可更提升光取出量的效果。
利用於第二區域內之半導體層的表面形成凹凸，可提升從活性層朝向第一電極放射之光線中，不在半導體層的第一面側反射而可取出至外部之光線的比例。此
係因為藉由於半導體層的表面形成凹凸，對於半導體層的表面以臨界角以上的角度射入之光量的量大幅減低之故。
此外，利用也於第一區域內形成凹凸，可更提升光線的取出量。該理由並不一定，但是，可推測為利用也於第一區域內之半導體層的表面形成凹凸，在第一電極反射之光線的一部分，通過以半導體層的第一區域與第二區域的邊際部分所構成之側面(斜面)，朝向第一區域進行之後，因形成於第一區域的凹凸而散亂的結果，可取出至外部之光線的量提升。
再者，「實施方式」的項目中如後述般，以先前的Au構成第一電極的話，於半導體層的第一區域及第二區域雙方的表面形成凹凸之狀況，相較於僅於第一區域內的表面形成凹凸之狀況，光取出量可能降低。此係可推測原因為利用於位於第一電極的底部之半導體層的表面(亦即第二區域內之半導體層的表面)形成凹凸，對於第一電極以臨界角射入之光線的量增加的結果，被以Au構成的第一電極吸收之光量增加。亦即，如本發明般，於半導體層的第一區域與第二區域雙方形成凹凸所致之光取出量的提升效果，係伴隨以高反射材料構成第一電極所實現者。
於前述構造中，前述半導體層，係以氮化物半導體層所構成；前述第一電極，係以Al、Rh、Ag或包含該等合金的材料所構成亦可。
又，前述第二電極以對於從前述活性層放出的光線，顯示高反射率的材料所構成亦可。
依據本發明，可實現相較於先前的元件，大幅提升光取出量的半導體發光元件。
1‧‧‧本發明的半導體發光元件
2A~2G‧‧‧光源
11‧‧‧基板
20‧‧‧導電層
21‧‧‧反射電極(第二電極)
22‧‧‧絕緣層
30‧‧‧半導體層
31‧‧‧p型半導體層
33‧‧‧活性層
35‧‧‧n型半導體層
36‧‧‧電極(第一電極)
38，39‧‧‧凹凸形狀
41‧‧‧第一區域
42‧‧‧第二區域
90‧‧‧先前的半導體發光元件
91‧‧‧基板
92‧‧‧導電層
93‧‧‧反射電極
94‧‧‧半導體層
95‧‧‧p型半導體層
96‧‧‧活性層
97‧‧‧n型半導體層
98‧‧‧n側電極
[圖1]模式揭示本發明第一實施形態的半導體發光元件(實施例1)之構造的剖面圖。
[圖2]模式揭示本發明第二實施形態的半導體發光元件(實施例2)之構造的剖面圖。
[圖3]模式揭示本發明第三實施形態的半導體發光元件(實施例3)之構造的剖面圖。
[圖4A]模式揭示參考例1的半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖4B]模式揭示參考例2的半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖4C]模式揭示參考例3的半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖5]比較實施例1、實施例3、比較例1、及參考例1之各發光元件中注入電流與光輸出之關係的圖表。
[圖6A]對比參考例1的元件與參考例2的元件之光取
出效率的圖表。
[圖6B]對比實施例1的元件與實施例2的元件之光取出效率的圖表。
[圖6C]對比參考例2的元件與參考例3的元件之光取出效率的圖表。
[圖6D]對比參考例2的元件與實施例3的元件之光取出效率的圖表。
[圖6E]對比參考例2的元件與實施例2的元件之光取出效率的圖表。
[圖6F]對比參考例3的元件與實施例3的元件之光取出效率的圖表。
[圖7]模式揭示本發明其他實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。
[圖8]模式揭示先前的半導體發光元件(比較例1)之構造的剖面圖。
針對本發明的半導體發光元件，參照圖面來進行說明。再者，於各圖中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。又，以下，AlGaN的表記係省略Al與Ga的組成比所記載者，並不是表示組成比為1：1者。關於InGaN等也相同。
圖1係模式揭示本發明第一實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。
半導體發光元件1係包含基板11、導電層20、反射電極21、半導體層30、及電極36所構成。半導體層30係由基板11側依序層積p型半導體層31、活性層33、及n型半導體層35所構成。
基板11係以例如CuW、W、Mo等的導電性基板，或Si等的半導體基板所構成。
於基板11的上層，形成有導電層20。作為一例，導電層20係包含以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、或Sn等所構成的焊錫層，與以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo等所構成的焊錫擴散防止層。
反射電極21係例如以Ag(包含Ag合金)、Al、Rh等所構成。半導體發光元件1係想定將從活性層33放射之光線取出至圖1的紙面上方向，反射電極21係具有使從活性層33朝紙面往下放射之光線朝上反射的功能，發
揮提升發光效率的功能。反射電極21對應「第二電極」。
反射電極21係與半導體層30的一方之面(基板11側之面，對應「第二面」)接觸，對基板11與電極36之間施加電壓的話，形成經由基板11、導電層20、反射電極21、半導體層30而流通至電極36的電流路徑。
如上所述，半導體層30係由基板11側依序層積p型半導體層31、活性層33、及n型半導體層35所構成。
p型半導體層31係例如以GaN或AlGaN構成，摻雜Mg、Be、Zn、C等的p型不純物。再者，p型半導體層31作為具備於接近反射電極21側，高濃度摻雜p型不純物的p型接觸層亦可。
活性層33係例如以具有重複由InGaN所成之發光層與由AlGaN所成之障壁層的構造的半導體層所形成。該等層係作為無摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。
n型半導體層35係例如以AlGaN構成，摻雜Si、Ge、S、Se、Sn、Te等的n型不純物。
如圖1所示，半導體層30係於與基板11相反側之面(對應「第一面」)中，具有高度不同的區域。亦即，半導體層30係於第一面側中，具有高度較低的第
一區域41，與高度比第一區域41高的第二區域42。
更詳細來說，n型半導體層35係以第二區域42內比第一區域41內還厚之方式構成。藉此，半導體層30的高度位置係第二區域42比第一區域41內還高。
電極36係形成於n型半導體層35的上面，且高度位置較高之第二區域42內。電極36係以表示對於活性層33中發光之光線的反射率為50%以上的材料所構成。在此，電極36係以表示對於活性層33中發光之光線的反射率為60%以上的材料所構成更佳，以表示前述反射率為70%以上的材料所構成更理想。
在本實施形態中，針對活性層33中發光之光線的波長是350nm以上且550nm以下之狀況進行說明。此時，電極36能以Al、Rh、Ag或包含該等的材料所構成。此電極36對應「第一電極」。
依據前述構造，針對比圖8所示之先前的半導體發光元件90更提升光輸出之處，參照實施例而後敘述。
以下，針對圖1所示半導體發光元件1的製造方法之一例，進行說明。再者，此製造方法僅為一例，適當調整氣體的流量、爐內溫度、爐內壓力等亦可。
首先，於以藍寶石基板等所構成的成長基板上，使半導體層30磊晶成長。此步驟S1例如藉由以下的步驟進行。
首先，進行成長基板的清洗。該清洗更具體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置作為成長基板的c面藍寶石基板，一邊對於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
接著，於成長基板的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。作為具體步驟的一例，如下所述。
首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此，於成長基板的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊對於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料
氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於低溫緩衝層的表面，形成由厚度為1.7μm的GaN所成的基底層。
接著，於前述基底層的上層形成n型半導體層35。作為具體步驟的一例，如下所述。
首先，在繼續將爐內溫度設為1150℃的狀態下，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此，以Si濃度為3×1019/cm3，形成厚度為2μm的Al0.06Ga0.94N。
再者，之後，藉由停止TMA的供給，並且供給6秒鐘其以外的原料氣體，於AlGaN層的上層，形成厚度為5nm的由n型GaN所成的保護層亦可。此時，以AlGaN層與GaN層構成n型半導體層35。
在前述的方法中，已針對將包含於n型半導體層35的n型不純物作為Si之狀況進行說明，但是，作為n型不純物，除了Si以外，也可使用Ge、S、Se、Sn或Te。因應摻雜物的種類，適當選擇原料氣體即可。
接著，於n型半導體層35的上層形成活性層
33。作為具體步驟的一例，如下所述。
首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為300000μmol/min的氨，供給48秒鐘至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，供給120秒鐘至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之發光層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的活性層33，被形成於n型半導體層35的上層。
接著，於活性層33的上層形成p型半導體層31。作為具體步驟的一例，如下所述。
接著，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫至1025℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(Cp2Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於活性層33的表面，形成具有厚
度為20nm之Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將TMA的流量變更為4μmol/min，並供給360秒鐘的原料氣體，形成厚度為120nm之具有Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成Mg濃度為例如3×1019/cm3程度的p型半導體層31。
再者，之後，藉由停止TMA的供給，並且將Cp2Mg的流量變更為0.2μmol/min，並供給20秒鐘的原料氣體，形成厚度為5nm程度，且p型不純物濃度為1×1020/cm3程度的p型接觸層亦可。此時，於p型半導體層31也包含該p型接觸層。
在前述的方法中，已針對將包含於p型半導體層31的p型不純物作為Mg之狀況進行說明，但是，作為p型不純物，除了Mg以外，也可使用Be、Zn、或C等。因應摻雜物的種類，適當選擇原料氣體即可。
對於經由步驟S1所形成之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處理。
此時，以覆蓋p型半導體層31的上面之方式形成反射電極21。進而，於反射電極21的上面形成導電層20。
作為具體步驟的一例，如下所述。
首先，利用濺鍍裝置以覆蓋p型半導體層31的上面之方式，整面成膜膜厚0.7nm的Ni及膜厚120nm的Ag，形成反射電極21。接著，使用RTA裝置，在乾空氣或惰性氣體氣氛中，進行400℃、兩分鐘的接觸退火。
接著，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，於反射電極21的上面，3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成焊錫擴散防止層。進而之後，於焊錫擴散防止層的上面，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au 80% Sn 20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層。藉由該等焊錫擴散防止層及焊錫層，構成導電層20。
接著，於除成長基板外另外準備的基板11，以與前述步驟S3中所說明相同的方法，形成焊錫擴散防止層。作為基板11，如上所述，可利用CuW、W、Mo等的導電性基板，或Si等的半導體基板。
貼合成長基板與基板11。作為一例，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，貼合形成於成長基板上之導電層的上面(焊錫層)，與形成於基板11之上層的焊錫擴散防止層。
再者，作為於基板11中，也於焊錫擴散防止層的上層形成焊錫層，貼合基板11上的焊錫層與成長基板61上的焊錫層者亦可。
從晶圓剝離成長基板。作為具體步驟的一例，如下所述。
將使成長基板朝上，基板11朝下的狀態下，從成長基板側照射KrF準分子雷射，使成長基板與半導體層30的界面分解。構成成長基板的藍寶石係雷射通過之外，其下層的GaN會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN被分解。藉此，剝離成長基板。
之後，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻、使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN，使n型半導體層35露出。
因應必要，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，對半導體層30進行蝕刻。
在對第二區域42內的n型半導體層35進行遮罩之狀態下，對於露出的n型半導體層35，亦即第一區域41內
的n型半導體層35，使用ICP裝置，僅所定厚度進行蝕刻。藉此，n型半導體層35成為在第一區域41內薄，在第二區域42內厚的構造。作為一例，可將第一區域41內的n型半導體層35，與第二區域42內的n型半導體層35之厚度的差，設為0.7μm程度。
於n型半導體層35的上面中，高度位置較高之第二區域42內的上面形成第一電極36。更具體來說，形成由膜厚3nm的Ni、膜厚12nm的Al、膜厚30nm的Ti、膜厚3μm的Au所成的電極。
作為之後的工程，以絕緣層覆蓋因應必要而露出的元件之側面。更具體來說，利用EB裝置來形成SiO2膜。再者，形成SiN膜亦可。然後，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於電極36進行引線接合。
圖2係模式揭示本發明第二實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。再者，針對與第一實施形態共通的構成要素，附加相同符號而省略詳細說明。
圖2所示之半導體發光元件1係與第一實施形態的構造比較，僅有於n型半導體層35的表面中，位於第一區域41內的表面形成有細微的凹凸形狀38之處不
同。該凹凸形狀38的高度係作為一例，可設為0.2~0.5μm。依據該構造，針對比圖8所示之先前的半導體發光元件90更提升光輸出之處，參照實施例而後敘述。
本實施形態的半導體發光元件1可利用以下的步驟來製造。首先，利用與第一實施形態相同的方法，執行步驟S1~S8。之後，在對於第二區域42內的n型半導體層35進行遮罩之狀態下，對於露出之第一區域41內的n型半導體層35，浸漬KOH等的鹼性溶液。藉此，僅於第一區域41內，於n型半導體層35的上面形成凹凸形狀38。之後，利用與第一實施形態相同的方法，執行步驟S9以後的工程。
圖3係模式揭示本發明第三實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。再者，針對與第一實施形態共通的構成要素，附加相同符號而省略詳細說明。
圖3所示之半導體發光元件1係與第二實施形態的構造比較，進而於第二區域42內也具有細微的凹凸形狀39之處不同。該凹凸形狀39係與第一區域41內的凹凸形狀38相同，作為一例，可設為0.2~0.5μm。依據該構造，針對比圖8所示之先前的半導體發光元件90更提升光輸出之處，參照實施例而後敘述。
本實施形態的半導體發光元件1可利用與第二實施形態的半導體發光元件1相同的方法來製造。亦
即，執行步驟S1~S8之後，對於n型半導體層35的上面整體，浸漬KOH等的鹼性溶液。藉此，於第一區域41內之n型半導體層35的上面，與第二區域42內之n型半導體層35的上面雙方，形成凹凸形狀(38，39)。之後，利用與第一實施形態相同的方法，執行步驟S9以後的工程。
相較於僅於第一區域41內之n型半導體層35的上面形成凹凸形狀38之第二實施形態的半導體發光元件1，第三實施形態的半導體發光元件1係於n型半導體層35的上面整面或幾乎整面形成凹凸形狀(38，39)即可，故可簡單化形成凹凸時的步驟。
以下，藉由上述之各實施形態的半導體發光元件1，針對光輸出比先前的半導體發光元件90更加提升之處進行說明。
將第一實施形態的半導體發光元件1(參照圖1)作為實施例1，將第二實施形態的半導體發光元件1(參照圖2)作為實施例1，將第三實施形態的半導體發光元件1(參照圖3)作為實施例。
將圖8所示之半導體發光元件90作為比較例1。
將對於實施例1的元件，具備由Au所成之先前的電極98來代替電極36的半導體發光元件作為參考例1(參照圖4A)。將對於實施例2的元件，具備由Au所成之先前的電極98來代替電極36的半導體發光元件作為參考例2(參照圖4B)。將對於實施例3的元件，具備由Au所成之先前的電極98來代替電極36的半導體發光元件作為參考例3(參照圖4C)。
依據前述的方法來製造實施例1、實施例3、比較例1、及參考例1的各元件，對比注入電流與光輸出的關係。並於圖5揭示該結果。
再者，於各元件中，n型半導體層(35，97)之與基板(11，91)平行之面的尺寸都為50μm，電極(36，98)之與基板(11，91)平行之面的尺寸都為20μm，電極(36，98)的高度都為3.2μm。又，於實施例1、實施例3、及參考例1的各元件中，第一區域41內與第二區域42內之n型半導體層35的厚度的差為0.7μm，實施例3的元件之凹凸形狀(38，39)的高度為0.2~0.5μm。
依據圖5，相同電流注入時的光輸出，係依比較例1、參考例1、實施例1、實施例3的順序提升。具體來說，1A注入時，實施例1之元件的光輸出比參考例1
之元件的光輸出更提升2%，實施例3之元件的光輸出比實施例1之元件的光輸出更提升6%。
賦予各層的物性值、各層的膜厚、電極(36，98)之高度等的元件的條件，及活性層33內之複數光源位置的資訊，藉由FDTD法，計算出在各光源位置發光之光線中，可取出至外部之光線的比例。再者，實施例1~3、參考例1~3及比較例1的各元件，係上述之不同處以外的材料及尺寸一致。
更具體來說，規定配置於均等間隔之7處的光源(2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G)。於實施例1~3及參考例1~3的各元件中，光源2A、2B、及2C位於第二區域42內，光源2E、2F、及2G位於第一區域41內，光源2D位於第一區域41與第二區域42的邊際處，且n型半導體層35的側面(斜面)露出之處的正下方。又，比較例1之元件的各光源(2A~2G)設為對應實施例1之元件的各光源(2A~2G)的位置。
圖6A係對比參考例1的元件(參照圖4A)與參考例2的元件(參照圖4B)之光取出效率的圖表，圖6B係對比實施例1的元件(參照圖1)與實施例2的元件(參照圖2)之光取出效率的圖表。依據圖6A的圖表，可確認於第一區域41內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀38之參考例2的元件，相較於n型半導體層
35的上面不具有凹凸之參考例1的元件，光取出效率提升。同樣地，依據圖6B的圖表，可確認於第一區域41內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀38之實施例2的元件，相較於n型半導體層35的上面不具有凹凸之實施例1的元件，光取出效率提升。
圖6C係對比參考例2的元件(參照圖4B)與參考例3的元件(參照圖4C)之光取出效率的圖表，圖6D係對比實施例2的元件(參照圖2)與實施例3的元件(參照圖3)之光取出效率的圖表。依據圖6C的圖表，除了凹凸形狀38之外，於第二區域42內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀39之參考例3的元件，相較於第一區域41內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀38，且於第二區域42內之n型半導體層35的上面不設置凹凸形狀39之參考例2的元件，光取出效率減少。
相對於此，依據圖6D的圖表，除了凹凸形狀38之外，於第二區域42內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀39之實施例3的元件，相較於第一區域41內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀38，且於第二區域42內之n型半導體層35的上面不設置凹凸形狀39之實施例2的元件，光取出效率提升。尤其，關於來自接近n型半導體層35的高度位置不同之處(段差處)的光源2D及位於其附近的光源(2C，2E，2F)的光線，實施例3相較於實施例2，光取出效率大幅提升。
亦即，根據圖6C及圖6D的結果，可確認因
為電極(36，98)的材料不同，於第二區域42內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀39的作用也不同。
圖6E係對比參考例2的元件(參照圖4B)與實施例2的元件(參照圖2)之光取出效率的圖表，圖6F係對比參考例3的元件(參照圖4C)與實施例3的元件(參照圖3)之光取出效率的圖表。依據圖6E及圖6F，可確認將其他設為相同條件，僅使電極(36，98)的材料不同的話，具有以高反射材料構成之電極36的實施例2、實施例3的各元件，相較於具有以反射率低的材料(Au)構成之電極98的參考例2、參考例3的各元件，光取出效率提升。具體來說，可確認實施例2的元件相較於參考例2的元件，提升0.5~2%程度的光取出效率，實施例3的元件相較於參考例3的元件，也提升1~4%程度的光取出效率。
根據圖5的結果，可確認參考例1的元件相較於比較例1的元件，光輸出有提升。此係暗示利用於n型半導體層35設置段差，從構成段差之處的側面，亦即，位於第一區域41與第二區域42的界面之n型半導體層35的側面(斜面)取出光線，藉由光輸出會上昇。
進而，根據圖5的結果，可確認實施例1的元件相較於參考例1的元件，光輸出有提升。此係暗示於n型半導體層35設置段差之外，將由高反射材料所成的
電極36設置於n型半導體層35的上面的話，可獲得更提升光輸出的效果。
在具有對於從活性層33放出之光線顯示高反射率的材料所成之電極36的實施例1的元件之狀況中，從活性層33朝向電極36放射之光線大多在該電極36被反射，可將該反射光的一部分，從n型半導體層35之段差的側面，取出至外部。在具有對於從活性層33放出之光線的反射率低的材料所成之電極98的參考例1的元件之狀況中，從活性層33朝向電極98放射之光線大多在該電極98被吸收，故幾乎不會有在電極98被反射之光線，從n型半導體層35之段差的側面，取出至外部的情況。因此，實施例1的元件相較於參考例1的元件，光輸出有提升。
再者，於比較例1的元件中，使用對於從活性層33放出之光線顯示高反射率的材料所成之電極36來代替電極98時，從活性層33朝向電極36放射之光線雖然在電極36被反射，但是，該反射光大多再次朝向活性層33側行進。該光線係在比活性層33更形成於基板11側之反射電極21被反射，再次朝向電極36行進。如此，一邊反射被重複複數次，一邊對於n型半導體層97之面的射入角度逐漸稍微變化，終歸會從n型半導體層97的上面取出，但是，在重複反射之間光線會衰減。亦即，以對於從活性層33放出之光線顯示高反射率的材料，來構成形成於n型半導體層35之上面的電極，並且利用於n
型半導體層35設置段差，在高度位置較高的上面，亦即第二區域42內形成該電極36，可提升將在電極36反射的光線以高效率取出至外部的效果。
根據圖6A的結果，可確認參考例2的元件相較於參考例1的元件，光取出效率有提升。又，根據圖6B的結果，可確認實施例2的元件相較於實施例1的元件，光取出效率有提升。根據該等結果，可知於第一區域41內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀38的元件，相較於將n型半導體層35的上面設為平坦的元件，光輸出有提升。
從活性層33朝向電極36側(上面)行進的光線，或在反射電極21反射而朝向電極36側(上面)行進的光線，射入至n型半導體層35的上面。在此，在n型半導體層35的上面為平坦時，一部分的光線對於該n型半導體層35之面，以臨界角以上的角度射入，該光線在n型半導體層35之面反射，再次往活性層33側行進。相對於此，於第一區域41內之n型半導體層35的上面形成有凹凸形狀38的話，於第一區域41內，以臨界角以上的角度，對於n型半導體層35之面射入之光線的量會大幅減少，故在n型半導體層35不被反射而可取出至外部的光量會增加。
根據圖6C的結果，可確認參考例3的元件相較於參考例2的元件，光取出效率有降低。相對於此，根據圖6D的結果，可確認實施例3的元件相較於實施例2
的元件，光取出效率有提升。根據該等結果，可知除了第一區域41內之外，於第二區域42內之n型半導體層35的上面形成凹凸形狀的話，根據電極(36，98)的材料，該效果會不同。
在具有由反射率低的材料所成之電極98，於第二區域42內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀39之參考例3的元件之狀況中，對於電極98以臨界角以內射入之光線的量增加，結果，被該電極98吸收的光量會增加。因此，可推測參考例3的元件相較於參考例2的元件，光取出效率有降低。
相對於此，在具有由反射率高的材料所成之電極36，於第二區域42內之n型半導體層35的上面設置凹凸形狀39之實施例3的元件之狀況中，即使射入至電極36的光量增加，在該電極36大半的光線也會反射。該光線的一部分係通過該凹凸形狀39之面及n型半導體層35之段差的側面(斜面)而被取出。又，有在電極36反射之光線中，也存在有朝向第一區域41內之n型半導體層35的上面行進者狀況，但是，該光線的一部分因形成於第一區域41內的凹凸形狀38而散亂，被取出至外部。根據該等理由，利用具有由反射率高的材料所成之電極36，於第一區域41內及第二區域42內之n型半導體層35的上面形成凹凸形狀(38，39)，可獲得大幅提升光取出量的效果。
圖6E及圖6F的結果與前述考察一致。亦
即，根據圖6E的結果，比較於第一區域41內之n型半導體層35的上面形成凹凸形狀38的實施例2與參考例2的元件的話，具有以高反射材料構成之電極36的實施例2，相較於具有以反射率低的材料(Au)構成之電極98的參考例2，光取出效率有提升。又，根據圖6F的結果，比較於第一區域41內及第二區域42內之n型半導體層35的上面形成凹凸形狀(38，39)的實施例3與參考例3的元件的話，具有以高反射材料構成之電極36的實施例3，相較於具有以反射率低的材料(Au)構成之電極98的參考例3，光取出效率有提升。
以下，針對其他實施形態的構造進行說明。
〈1〉在圖1~圖3中，都圖示於n型半導體層35的上面，具備1個電極36的構造。但是，電極36係設置複數個在n型半導體層35的上面亦可。此時，以將電流往平行於基板11之面的方向擴散為目的，作為對於電極36與正交於基板11之面的方向對向的位置具備絕緣層22的構造亦可(參照圖7)。
再者，在製造圖7所示之半導體發光元件1時，步驟S2的結束後，例如成膜膜厚200nm程度的SiO2，形成絕緣層22之後，執行步驟S3即可。此時，在步驟S3中，以覆蓋p型半導體層31及絕緣層22的上面之方式，形成導電層20即可。再者，絕緣層22係絕緣性
材料即可，除了SiO2之外，以SiN、Al2O3構成亦可。
該絕緣層22也可具有步驟S7之元件分離時的蝕刻阻擋層的功能。
再者，圖7所示之半導體發光元件係設為於圖1所示之第一實施形態的半導體發光元件中，具備複數電極36及複數絕緣層22的構造。但是，於圖2所示之第二實施形態的半導體發光元件及圖3所示之半導體發光元件中，同樣地設為具備複數電極36及絕緣層22的構造亦可。
〈2〉在上述之實施形態中，已針對將接近基板11之側設為p型半導體層31，從n型半導體層35側取出光線的構造進行說明，但是，作為n型半導體層35與p型半導體層31的位置反轉的構造亦可。此時，p型半導體層31係第二區域42內的厚度比第一區域41內的厚度還厚，第二區域42內之高度位置比第一區域41內之高度位置還高。然後，於第二區域42內之p型半導體層31的上面形成有電極36。
1‧‧‧本發明的半導體發光元件
11‧‧‧基板
20‧‧‧導電層
21‧‧‧反射電極
30‧‧‧半導體層
31‧‧‧p型半導體層
33‧‧‧活性層
35‧‧‧n型半導體層
36‧‧‧電極
41‧‧‧第一區域
42‧‧‧第二區域
Claims (4)
- 一種半導體發光元件，其特徵為：具有：半導體層，係包含n型半導體層、p型半導體層、及配置於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間的活性層；第一電極，係以與前述半導體層之面中第一面接觸之方式形成；及第二電極，係以與前述半導體層之面中第一面之相反側的第二面接觸之方式形成；前述半導體層，係於前述第一面側中具有第一區域，與高度位置比該第一區域還高的第二區域；前述第一電極，係形成於前述半導體層的前述第二區域內，以對於從前述活性層放出的光線，顯示高反射率的材料所構成。
- 如申請專利範圍第1項所記載之半導體發光元件，其中，前述半導體層，係於前述第一面側中，在前述第一區域與前述第二區域中至少任一方的區域內，表面具有凹凸形狀。
- 如申請專利範圍第2項所記載之半導體發光元件，其中，前述半導體層，係於前述第一面側中，在前述第一區域及前述第二區域雙方的區域內，表面具有凹凸形狀。
- 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所記載之半導體發光元件，其中，前述半導體層，係以氮化物半導體層所構成；前述第一電極，係以Al、Rh、Ag或包含該等合金的材料所構成。
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