CN100459189C

CN100459189C - 半导体元件

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Publication number: CN100459189C
Application number: CNB2004800340972A
Authority: CN
Inventors: 市原隆志; 三贺大辅; 楠濑健; 山田孝夫
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Corp; Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: EP1686629A1; TWI346401B; KR20060115741A; KR101127314B1; TW200522399A; JPWO2005050748A1; CN1883058A; EP1686629A4; EP1686629B1; US20050104080A1; WO2005050748A1; US7183586B2; JP4148264B2

Abstract

本发明涉及半导体元件及其制造方法，该半导体元件具有：具有相对置的一对主面的基板(11)；层叠在基板(11)的一方主面上的第一传导型半导体层；层叠在第一传导型半导体层上的第二传导型半导体层；形成于第一传导型半导体层与第二传导型半导体层之间的活性层(14)；以及形成于第二传导型半导体层上，反射从活性层(14)朝向第二传导型半导体层的光的反射层(16)。该氮化物半导体发光元件将上述基板11的另一方的主面作为主光取出面可以安装在布线基板上。再者，在反射层(16)与第二传导型半导体层之间形成有透光性导电层(17)，在透光性导电层(17)与反射层(16)的界面形成有凹凸面(22)。

Description

半导体元件

技术领域

本发明涉及利用将由Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、0≤x+y＜1)构成的氮化物半导体进行层叠的半导体层来形成的氮化物半导体元件及其制造方法，特别是涉及一种改善了光取出效率的发光二极管(LED)或激光器等的半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

利用了氮化镓等的氮化物系半导体的发光元件可以发出紫外光、蓝色光、绿色光等，在高效率且低消耗电力的基础上，具有可以小型化、机械性振动等也优良、长寿命且可靠性高等的优点，因此在各方面的利用正在进步。特别是发光元件在大型显示器和信号机、便携电话的背光源等的普及较显著。

在使用氮化物系半导体的发光元件中，为了能够将活性层中产生的光取出至外部而有效利用，重要的是提高光的取出效率。根据这种观点，要求具有透光性的导电膜作为电极，例如利用ITO(In与Sn的复合氧化物)或SnO₂、ZnO等。其中，ITO是在铟氧化物中含有锡的氧化物导电性材料，由于具有低电阻、高透明度，因此适用于透明电极。

利用了这种透明电极的LED的一例表示于图1。LED具有在蓝宝石基板1上隔着缓冲层依序外延生长n型GaN层2、InGaN发光层3、p型GaN层4的结构。此外，选择性蚀刻除去InGaN发光层3及p型GaN层4的一部分，露出n型GaN层2。在p型GaN层3上形成ITO层作为p侧透明电极5，还层叠有p侧电极7的接合焊盘。此外，在n型GaN层2上形成有n侧电极8。这些电极通过蒸镀Al、Au、In等金属而形成。在这种构造中，经由p侧电极7所注入的电流在导电性佳的p侧透明电极5即ITO层均匀扩散，从p型GaN层3向n型GaN层2注入电流而发光。此外，该发光不被p侧电极7遮住，透过ITO层取出至芯片外。

然而，这种氮化物系半导体发光元件具有所谓电极部的接触电阻高的问题。这是因为GaN的带隙宽3.4eV，难以与电极欧姆接触。其结果，电极部的接触电阻升高，元件的工作电压升高，产生所谓消耗电力、发热量增大的问题。

并且，另一方面光的取出效率也不佳。这是因为GaN的折射率约2.67大，因此临界角为21.9度极小。即，从主光取出面的法线观看，以比该临界角大的角度入射的光不取出到LED芯片外而被封闭。因此，难以通过改善外部量子效率来获得更大的发光功率。

在此，将主光取出面即p型GaN层的表面加工成凹凸形状，可改善该问题。但是，为了形成凹凸形状，p型GaN层必须具有某种程度的厚度。并且，为了稍微降低与电极的接触电阻，若掺杂高浓度的杂质且形成厚的p型GaN层，则产生所谓结晶表面的面粗糙的新问题。

为了解决这种问题，在主光取出面设置凹凸来改善光取出效率的LED发光元件公开于专利文献1。在专利文献1所公开的LED将透明电极即ITO层与p型半导体层即p型GaN层的界面设为凹凸，做成容易向外部取出由该面反射的光的结构来改善取出效率。具体而言，将p型GaN层的表面加工为凹凸，在其上设置透明金属电极和透明电极。

然而，将GaN层的表面加工为凹凸时，外延生长层受到损伤，有该部分不发光的问题。此外，由于p型GaN层薄，故在凹凸加工之际有时到达活性层、n型GaN层，为避免该情况必须将GaN层做成厚膜。另一方面，以p型GaN层的表面作为平面，也有将p侧透明电极的表面加工为凹凸的方法，但是凹凸面接近主光取出面，故该凹凸图案容易从外部看到，具有外观上的美观性变差的问题。

此外，在主光取出面上设置p型电极的所谓面朝上(Face Up)的构造中，必须设置n型电极并且主光取出面变窄，而且在p型电极上设置焊盘电极，所以由该部分遮住光，无法进行光取出，具有光取出效率变差的问题。

而且，在使用举出ITO为代表的导电性氧化物膜作为透光性导电层的构造中，必须使透光性良好，而且在将导电性氧化物膜与半导体层相接而设置的构造中，需要欧姆特性也良好。然而，难以使透光性与欧姆特性同时良好，必须更提升导电性氧化物膜的特性。

专利文献1：日本特开2000-196152号公报

发明内容

本发明是为了解决这种问题点而做出的。本发明的主要目的在于，提供一种反射效率高的半导体发光元件及其制造方法，特别是光取出效率优良的半导体发光元件及其制造方法。

为了达成以上目的，有关本发明的半导体元件具有：具有相对置的一对主面的基板11；在上述基板11的一方的主面上的第一传导型半导体层；在上述第一传导型半导体层上的第二传导型半导体层；形成于上述第一传导型半导体层与上述第二传导型半导体层之间的活性层14；以及形成于上述第二传导型半导体层上，反射从上述活性层14朝向上述第二传导型半导体层的光的反射层16。

该半导体元件作为发光元件，可以将上述基板11的另一方的主面作为主光取出面安装在布线基板上。再者，在上述反射层16与第二传导型半导体层之间形成有透光性导电层17，在上述透光性导电层17与上述反射层16的界面形成有凹凸面22。根据该结构，将从活性层14照射到第二传导型半导体层的光由凹凸面22反射且使其散射，可以提高向外部的光的取出效率。特别是在透光性导电层17和上述反射层16的界面形成有凹凸，因此不会使第二传导型半导体层的特性恶化，解决加工表面困难的问题。

此外，半导体发光元件可将上述透光性导电层17与上述第二传导型半导体层的界面做成大致平滑面。根据该结构，可以不对第二传导型半导体层的表面进行加工，在透光性导电层17与上述反射层16的界面形成凹凸来改善光的取出效率。

再者，半导体元件作为半导体发光元件，可以做成上述凹凸面22具备倾斜面，该倾斜面的倾斜角度相对于主光取出面的法线为60°以下。根据该结构，可以提高在临界角以下的角度对光进行反射的概率，可以改善光的取出效率。

再者，半导体元件作为半导体发光元件，可以做成上述凹凸面22为连续的柱面透镜状。根据该结构，可以减少与界面平行的面，并提高在临界角以下的角度对光进行反射的概率来改善光的取出效率。

此外，半导体元件作为半导体发光元件，上述透光性导电层17可以采用包含从由Zn、In、Sn及Mg构成的群中选择出的至少一种元素C的氧化物构成的层。而且，上述氧化物膜除了元素C之外，可以使用包含微量元素D的层。此外，微量元素D可以采用从锡、锌、镓、铝中选择出的至少一种元素。最好是由使用铟作为元素C、使用锡作为微量元素D的ITO来构成。根据该结构，将容易形成微细图案的ITO作为透光性导电层17，能够将表面加工成凹凸面22，可以提高光的取出效率。此外，由于ITO与氮化物半导体层的欧姆接触优良，所以作为氮化物半导体发光元件，可以实现缩小与第二传导型氮化物半导体层的界面的接触电阻、顺方向电压Vf低的实用的氮化物半导体发光元件。

再者，可以将包含元素C和微量元素D的氧化物膜做成与半导体层的界面附近的微量元素D的浓度比氧化物膜的其它部分的膜中微量元素D的浓度高的半导体元件。此外，可以将包含元素C和微量元素D的氧化物膜做成与半导体层的界面附近的微量元素D的浓度比与界面相对置的面附近的微量元素D的浓度高的半导体元件。根据该结构，例如在ITO中，比在氧化物膜中包含一定微量元素D的半导体元件，可以在半导体层侧多配置载流子，可以减少肖特基势垒，并且缩小半导体层侧的薄膜电阻，可以实现光取出效率的改善和薄膜电阻的降低并存的、高品质的半导体发光元件。此外，上述氧化物膜最好是相对于元素C包含20％以下的元素D。

再者，氮化物半导体发光元件将上述反射层16做成包含从铝、钛、铂、铑、银、钯、铱、硅、锌中选择的至少一种元素。其中，作为用于本发明的氮化物半导体发光元件的、可实现高反射的层，最好是做成包含铝(Al)、铑(Rh)、银(Ag)的层。由于铝、铑、银为高反射率，故可以由与透光性导电层17的界面高效地反射来提高光取出效率。

再者，氮化物半导体发光元件可以将上述反射层16做成包含Si、Zn、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta、Al、Mg中的至少任一个的电介质。此外，最好是组合SiO₂、TiO₂、ZrO₂、HfO₂、Nb₂O₃，Al₂O₃等满足低折射率与高折射率的关系，并使用以其折射率差增大的方式将2种电介质进行多层化的电介质多层膜、或SiO₂、MgO、MgF、Al₂O₃、SiN、SiON等。根据该结构，可以提高反射层16和透光性导电层17的粘接性。特别是将ITO用于透光性导电层17时，可以将反射层16做成电介质的界面的粘接性比Al等金属高，提高可靠性。

此外，氮化物半导体发光元件将上述透光性导电层17的膜厚做成相对于从上述活性层14放出的光的波长λ为/4的大约整数倍。

而且，氮化物半导体发光元件可以将上述透光性导电层17的膜厚设为2μm以下。

此外，氮化物半导体发光元件可以将上述反射层16还形成在与基板11的主面交叉的面。根据该结构，使在横方向上射出的光也反射到上表面，可以取出较多的光。

而且，氮化物半导体发光元件使上述氮化物半导体层的、与上述基板11的主面交叉的面至少一部分倾斜。根据该结构，使在横方向上射出的光反射到上方向，可以更加改善光的取出效率。

此外，本发明的氮化物半导体发光元件的制造方法是如下的半导体元件的制造方法，该半导体元件具有：具有相对置的一对主面的基板11；在上述基板11的一方的主面上的第一传导型半导体层；在上述第一传导型半导体层上的第二传导型半导体层；形成于上述第一传导型半导体层与第二传导型半导体层之间的活性层14；以及形成于上述第二传导型半导体层上，用于反射从上述活性层14朝向上述第二传导型半导体层的光的反射层16；将上述基板11的另一方的主面作为主光取出面，可以安装在布线基板上。该方法具有：在基板11上层叠第一传导型半导体层、活性层14、及第二传导型半导体层的步骤；在上述第二传导型半导体层上形成透光性导电层17的步骤；在上述透光性导电层17上形成凹凸面22的步骤；以及在形成有上述凹凸面22的透光性导电层17上形成反射层16的步骤。由此，由凹凸面22反射从活性层14照射到第二传导型半导体层的光并使其散射，可提高向外部的光取出效率。特别是在透光性导电层17与上述反射层16的界面形成有凹凸，所以不会使第二传导型半导体层的特性恶化，解决加工表面困难的问题。

发明效果

本发明的氮化物半导体发光元件及其制造方法不会使特性降低且不对加工困难的氮化物半导体层造成损伤，可以较大地改善向外部的光取出效率。这是因为本发明通过在具有凹凸面的透光性导电层上成型反射膜，将该界面作为具有凹凸的反射面，相对于与反射部相对置的主光取出面，使反射光的大多数以临界角以下的角度入射，可大幅增加向外部的光取出。此外，使透光性导电层介于第二传导型氮化物半导体层与反射层之间，除了上述的凹凸面的加工容易，还具有容易获得欧姆接触的优点。特别是氮化物半导体和金属难以获得欧姆接触，但是通过隔着ITO和电介质等透光性导电层而容易取得欧姆接触，缩小该接触电阻来降低工作电压，还具有可以实现抑制消耗功率和发热量的氮化物半导体发光元件的优点。

此外，通过将用作透光性导电膜的导电性氧化物膜作为本发明的构造，作为半导体元件、特别是半导体发光元件，可以实现光取出效率的改善与薄膜电阻的降低并存的、高品质的半导体发光元件。

附图说明

图1是表示利用以往的透明电极的LED的一例的概略剖面图；

图2是表示安装有本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件的LED的概略剖面图；

图3是表示本发明第一实施方式的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图4是表示在发光元件中将由反射面反射的光从主光取出面取出的样子的说明图；

图5是表示本发明的第一实施方式的变形例1的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图6是表示本发明第一实施方式的变形例2的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图7是表示本发明第一实施方式的变形例3的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图8是在氮化物半导体层与金属膜的反射层之间由于隔着透光性导电层引起的光吸收的变化的说明图；

图9是表示本发明第一实施方式的变形例4的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图10是ITO膜中的锡的深度分布图的图表；

图11是表示本发明的实施方式2的氮化物半导体发光元件的概略剖面图；

图12是作为本发明其它实施方式的氮化物半导体发光元件，表示透光性导电层的表面的概略图；

图13是作为本发明其它实施方式的氮化物半导体发光元件，表示电极形状的概略图。

符号说明

1…蓝宝石基板；2…n型GaN层；3…InGaN发光层；4…p型GaN层

5…p侧透明电极；7…p侧电极；8…n侧电极；9…LED芯片；10…副安装座

11…基板；12…缓冲层

13…n型氮化物半导体层；14…活性层；15…p型氮化物半导体层

16…反射层；17…透光性导电层

18…n侧焊盘电极；19…p侧焊盘电极

20…凸块；21…引线

22、22B、22C、22D…凹凸面

23…氮化物半导体层；24…金属膜

25…氮化物半导体层与金属膜的界面；26…氮化物半导体层与透光性导电层的界面

27…透光性导电层与金属膜的界面；28…倾斜面

29…电介质反射层；30…辅助电极

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。但是，以下所示的实施方式是例示用于具体化本发明的技术思想的半导体元件及其制造方法，本发明的半导体元件及其制造方法不特定于以下方式。

此外，本说明书不将权利要求范围所示的构件特定为实施方式的构件。特别是记载于实施方式的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要不是特别特定的记载，宗旨是本发明的范围也不仅限于此，不过是单纯的说明例。此外，各附图表示的构件的大小和位置关系等为了明确说明有时较夸张。再者，在以下的说明中，对于相同的名称、符号表示相同或相同材质的构件，适当省略详细说明。再者，构成本发明的各要素可以由相同构件构成多个要素，由一个构件兼有多个要素的形式，反之，也可以由多个构件分担一个构件的功能来实现。

(实施方式1)

图2的概略图表示安装有本发明的一实施方式的氮化物半导体发光元件的例子。在该图中，在布线基板之一的副安装座10上倒装片(flipchip)安装有氮化物半导体发光元件即LED芯片9。倒装片与将氮化物半导体层的电极形成面作为主光取出面的面朝上安装不同，是将与电极形成面相对置的基板11侧作为主光取出面的安装方式，也称为面朝下(Face Down)安装等。

图2的LED芯片9是在基板11上依序外延生长缓冲层12、n型氮化物半导体层13、活性层14、p型氮化物半导体层15，再将透光性导电层17和反射层16进行层叠。作为结晶生长方法例如可以利用金属有机化学气相生长法(MOCVD：metal-organic chemical vapor deposition)、氢化物气相生长法(HVPE：Hydride vapor phase epitaxy)、氢化物CVD法、MBE(分子束外延法：molecularbeam epitaxy)等方法。此外，作为半导体层的层叠构造可以举出具有MIS结、PIN结、或PN结的均质(Homo)构造、或者异质构造或者双异质结构。此外，将各层做成超晶格构造，还可以做成使活性层14形成在产生量子效果的薄膜的单一量子阱构造或多重量子阱构造。

此外，在图2中，虽未详细图示，但是选择性蚀刻除去活性层14及p型氮化物半导体层15的一部分，使n型氮化物半导体层15的一部分露出而形成了n侧焊盘电极18。此外，在与n侧电极相同面侧，在p型氮化物半导体层15形成有p侧焊盘电极19。在焊盘电极上形成用于与外部电极等连接的金属化层(凸块20)。金属化层是由Ag、Au、Sn、In、Bi、Cu、Zn等材料构成。使这些LED芯片9的电极形成面侧与设置于副安装座10上的正负一对外部电极相对置，由凸块20接合各电极。并且，对于副安装座10将金属线21等进行布线。另外，将面朝下安装的LED芯片9的基板11的主面侧设为主光取出面。

此外，在本说明书中，所谓层上等的「上」并不限于与上表面接触而形成的情况，作为还包括分离而形成于上方的情况、在层与层之间存在介入层的情况的意思使用。

图3更详细表示本发明的第一实施方式的氮化物半导体发光元件。图示的氮化物半导体发光元件表示倒装片安装的情况，表示上下相反。在实际的制造工序中，在基板11上形成各层，使所得到的氮化物半导体发光件上下相反，如图2所示地进行安装。

[基板11]

基板11是可以使氮化物半导体外延生长的透光性基板，不特别限定基板的大小和厚度等。作为该基板是可以举出以C面、R面及A面中任一面作为主面的蓝宝石或尖晶石(MgAl₂O₄)那样的绝缘性基板，或碳化硅(6H、4H、3C)、硅、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金刚石、及与氮化物半导体晶格接合的铌酸锂、镓酸钕等氧化物基板。此外，若是可进行器件加工的程度的厚膜(数十μm以上)，也可以使用GaN或AlN等氮化物半导体基板。异种基板也可以倾斜，当使用蓝宝石C面时，设为0.01°～3.0°，最好是设为0.05°～0.5°的范围。另外，还使用蓝宝石等与氮化物半导体不同的材料作为基板时，也可以在基板上形成了凹凸的基础上外延生长氮化物半导体。由此，可减少在氮化物半导体层与异种基板的界面反射的光，并且在界面反射的光也在工序中从基板侧出来，所以理想。该凹凸的台阶差至少比来自发光层的光的波长大且在发光层生长之际设置得到平坦的面的程度的台阶差即可。

[氮化物半导体层]

氮化物半导体层一般式为In_xAl_yGa_1-x-yN(0≤x、0≤y、x+y≤1)，也可以将B或P、As进行混晶。此外，n型氮化物半导体层13、p型氮化物半导体层15不特别限定单层、多层。而且，在氮化物半导体层中适当含有n型杂质、p型杂质。作为n型杂质可以使用Si、Ge、Sn、S、O、Ti、Zr等的IV族、或使用VI族元素，使用Si、Ge、Sn较佳，使用Si最佳。此外，作为p型杂质不特别限定，但是举出Be、Zn、Mn、Cr、Mg、Ca等，使用Mg较佳。由此，可以形成各导电型的氮化物半导体。在上述氮化物半导体中具有活性层14，该活性层14形成单一(SQW)或多重量子阱构造(MQW)。以下，表示氮化物半导体的详细情况。

在基板11上生长的氮化物半导体层隔着缓冲层(图3未图示)生长。作为缓冲层使用以一般式Al_aGa_1-aN(0≤a≤0.8)表示的氮化物半导体，最好是使用以Al_aGa_1-aN(0≤a≤0.5)表示的氮化物半导体。缓冲层的膜厚较好是0.002～0.5μm，更好是0.005～0.2μm，更加好是0.01～0.02μm。缓冲层的生长温度较好是200～900℃，更好是400～800℃。由此，可以减少氮化物半导体层上的转位或凹坑(Pit)。再者，也可以在上述的异种基板上通过ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)法生长Al_xGa_1-xN(0≤X≤1)层。所谓ELO(侧向外延生长：Epitaxial LateralOvergrowth)法是使氮化物半导体横向生长来使贯通转位弯曲而收敛，从而降低转位的方法。缓冲层可以是多层结构，也可以形成低温生长缓冲层、及在其上形成高温生长层。作为高温生长层可以使用不掺杂的GaN或已掺杂n型杂质的GaN。高温生长层的膜厚是1μm以上，更好是3μm以上。此外，高温生长层的生长温度为900～1100℃，最好是1050℃以上。

然后，使n型氮化物半导体层13生长。首先，使n型接触层(未图示)生长。n型接触层是带隙能量(band-gap energy)比活性层14大的组成，最好是Al_jGa_1-jN(0＜j＜0.3)。n型接触层的膜厚虽不特别限定，较好是1μm以上，更好是3μm以上。接着，使n型接触层生长。n型接触层含有Al，n型杂质浓度虽不特别限定，较好是1×10¹⁷～1×10²⁰/cm³，更好是1×10¹⁸～1×10¹⁹/cm³。此外，也可以对n型杂质浓度赋予倾斜。此外，通过赋予Al的组成倾斜，还具有封闭载流子的覆盖层的功能。

活性层14具有发光层的功能，至少具有包括由Al_aIn_bGa_1-a-bN(0≤a≤1、0≤b≤1、a+b≤1)构成的阱层、及由Al_cIn_dGa_1-c-dN(0≤c≤1、0≤d≤1、c+d≤1)构成的势垒层的量子阱构造。活性层14使用的氮化物半导体可以是不掺杂、掺杂n型杂质、掺杂p型杂质中的任一个。最好是通过使用不掺杂、或掺杂n型杂质的氮化物半导体层，使发光元件高功率化。最理想的是将阱层设为不掺杂，将势垒层设为掺杂n型杂质，可以提高发光元件的功率和发光效率。此外，使发光元件使用的阱层含有Al，在以往的InGaN的阱层中困难的波长带，具体而言，可获得GaN的带隙能量即波长360nm附近、或比其短的波长。从活性层14放出的光的波长根据发光元件的目的、用途等，设为360nm～650nm附近，最好是设为380nm～560nm的波长。

阱层的膜厚最好是1nm以上30hm以下，更好是2nm以上20nm以下，更加好是3.5nm以上20nm以下。因为若比1nm小，则不具有良好的阱层的功能，若比30nm大，InAlGaN的4元混晶的结晶性下降并且元件特性下降。此外，在2nm以上时，膜厚没有大的不均匀而获得比较均匀的膜质的层，在20nm以下，抑制结晶缺陷的产生，可以结晶生长。再者，通过将膜厚设为3.5nm以上来使功率提高。这是通过增大阱层的膜厚，如用大电流驱动LD那样对多个载流子注入利用高的发光效率和内部量子效率进行发光再结合，特别是在多重量子阱结构中有效。此外，在单一量子阱构造中，通过将膜厚设为5nm以上与上述同样地得到提高功率的功效。此外，阱层的数量虽不特别限定，但是在4以上时，最好是将阱层的膜厚设为10nm以下来抑制活性层14的膜厚。这是因为当构成活性层14的各层的膜厚增厚时，活性层14整体的膜厚增厚引起V_f的上升。在多重量子阱构造的情况下，在多个阱内最好是具有1个在上述10nm以下的范围的膜厚的阱层，更好是将全部的阱层设为上述10nm以下。

此外，势垒层与阱层的情况相同，最好是设为掺杂p型杂质或n型杂质、或不掺杂较佳。更好是掺杂n型杂质、或不掺杂。例如，在势垒层中掺杂n型杂质时，其浓度至少需要为5×10¹⁶/cm³以上。例如在LED中，最好是5×10¹⁶/cm³以上2×10¹⁸/cm³以下。在高输出的LED和LD中，是5×10¹⁷/cm³以上1×10²⁰/cm³以下，更好是1×10¹⁸/cm³以上5×10¹⁹/cm³以下。此时，阱层最好是实质上不含有n型杂质或以不掺杂方式生长。此外，在势垒层中掺杂n型杂质时，可以在活性层内的所有势垒层中掺杂，或者，也可以将一部分设为掺杂、一部分设为不掺杂。在此，在一部分的势垒层中掺杂n型杂质时，最好是在活性层内的配置于n型层侧的势垒层中掺杂。例如，借由从n型层侧算起在第n面的势垒层B_n(n为正整数)中掺杂，电子有效率的被注入活性层内，获得具有优良的发光效率和内部量子效率的发光元件。此外，对于阱层而言，通过从n型层侧算起在第m面的阱层W_m(m为正整数)掺杂，得到与上述势垒层的情况相同的效果。此外，在势垒层与阱层两者掺杂也可以得到相同的效果。

然后，在活性层14上形成以下的多层(未图示)作为p型氮化物半体层15。首先，作为p型覆盖层是比活性层14的带隙能量大的组成，若可以形成向活性层14的载流子的封闭，就不特别限定。例如，使用Al_kGa_1-kN(0≤k＜1)，特别是Al_kGa_1-kN(0＜k＜0.4)较佳。p型覆盖层的膜厚虽不特别限定，但较好是0.01～0.3μm，更好是0.04～0.2μm。p型覆盖层的p型杂质浓渡为1×10¹⁸～1×10²¹/cm³，最好是1×10¹⁹～5×10²⁰/cm³。当p型杂质浓度在上述范围时，不降低结晶性可以使体电阻下降。p型覆盖层可为单一层、多层膜层(超晶格构造)。多层膜的情况下，是由上述的Al_kGa_1-kN、比其带隙能量小的氮化物半导体层构成的多层膜层即可。例如，作为带隙能量小的层，与n型覆盖层的情况相同地，举出In₁Ga_1-lN(0≤l＜1)、Al_mGa_1-mN(0≤m＜1、m＞1)。形成多层膜层的各层的膜厚为超晶格构造时，一层的膜厚较好是

以下，更好是

较佳，更加好是

。此外，p型覆盖层为由带隙能量大的层、及带隙能量小的层构成的多层膜层时，也可以在带隙能量大的层及小的层的至少一个中掺杂p型杂质。此外，在带隙能量大的层及小的层两者中掺杂时，掺杂量可以相同、也可以不同。

接着，在p型覆盖层上形成p型接触层。p型接触层使用Al_fGa_1-fN(0≤f＜1)，特别是由Al_fGa_1-fN(0≤f＜0.3)构成，由此可以与欧姆电极即p电极形成良好的殴姆接触。p型杂质浓度较好是1×10¹⁷/cm³。此外，p型接触层在导电性基板侧的p型杂质浓度高，并且最好是具有Al的混晶比减小的组成梯度。此时，组成梯度可以便组成连续变化，或使组成不连续地阶段性变化。例如，也可以将p型接触层与欧姆电极相接，用p型杂质浓度高且Al组成比低的第一p型接触层、及p型杂质浓度低的Al组成比高的第二p型接触层构成。由第一p型接触层可得到良好的殴姆接触，由第二p型接触层可以防止自我吸收。

如以上所示，在基板11上生长氮化物半导体之后，从反应装置取出晶片，然后，在包含氧及/或氮的环境中以450℃以上进行热处理。由此，除掉与p型层结合的氢，形成显示p型传导性的p型氮化物半导体层15。

作为氮化物半导体层的层叠构造例如举出下述的(1)至(5)所示的构造。

(1)由GaN构成的缓冲层(膜厚：)、由掺杂Si的n型GaN构成的n型接触层(4μm)、由不掺杂In_0.2Ga_0.8N构成的单一量子阱构造的发光层由Mg掺杂p型Al_0.1Ga_0.9N构成的p型覆盖层(0.2μm)、以及由Mg掺杂p型GaN构成的p型接触层(0.5μm)。(2)由AlGaN构成的缓冲层(膜厚：约

)，不掺杂GaN层(1μm)，包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的n侧接触层(5μm)，包括由不掺杂GaN构成的下层

由包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的中间层

和由不掺杂GaN构成的上层

的3层的n侧第一多层膜层(总膜厚：

)，不掺杂GaN

和不掺杂In_0.1Ga_0.9N

每重复交替层叠10层再层叠不掺杂GaN的超晶格构造的n侧第二多层膜层(总膜厚：

)，由不掺杂GaN构成的势垒层

和由In_0.3Ga_0.7N构成的阱层

每重复交替层叠6层再层叠由不掺杂的GaN构成的势垒层

的多重量子阱构造的发光层(总膜厚：)，包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

和包含5×10¹⁹/cm³的Mg的In_0.03Ga_0.97N每重复交替层叠5层再层叠包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

超晶格构造的p侧多层膜层(总膜厚：

)，以及由包含1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的p侧接触层

。

(3)由AlGaN构成的缓冲层(膜厚：约

)，不掺杂GaN层(1μm)、由包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的n侧接触层(5μm)，包括由不掺杂GaN构成的下层

由包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的中间层

和由不掺杂GaN构成的上层

的3层的n侧第一多层膜层(总膜厚：

)，不掺杂GaN

和不掺杂In_0.1Ga_0.9N

每重复交替层叠10层再层叠不掺杂GaN

的超晶格构造的n侧第二多层膜层(总膜厚：

)，由不掺杂GaN构成的势垒层

In_0.3Ga_0.7N构成的阱层由In_0.02Ga_0.98N构成的第一势垒层

和由不掺杂GaN构成的第二势垒层

每重复交替层叠6层而形成的多重量子阱构造的发光层(总膜厚：)(重复交替层叠的层最好是3层～6层的范围)，包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

和包含5×10¹⁹/cm³的Mg的In_0.03Ga_0.97N

每重复交替层叠5层再层叠包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

的超晶格构造的p侧多层膜层(总膜厚：

)、包含1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的p侧接触层

。

此外，其中，将由设置于n侧的不掺杂GaN构成的下层

形成从下方包括由不掺杂GaN构成的第一层

包含5×10¹⁷/cm³的Si的GaN构成的第二层和由不掺杂GaN构成的第3层的3层构造的下层，可抑制随着发光元件的驱动时间经过的V_f变动。

再者，也可以在p侧多层膜层与p侧接触层之间形成GaN或AlGaN

该层以不掺杂方式形成，通过来自相邻接的层的Mg的扩散显示p型。借由设置该层提高发光元件的静电耐压。在用于另外设置静电保护功能的发光装置的情况下可以没有该层，但是在发光元件外部不设置静电保护元件等静电保护手段时，由于能够提高静电耐压，所以最好是设置。

(4)缓冲层，不掺杂GaN层，包含6.0×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的n侧接触层，不掺杂GaN层(以上是总膜厚6nm的n型氮化物半导体层)，将包含2.0×10¹⁸/cm³的Si的GaN势垒层和InGaN阱层每重复交替层叠5层的多重量子阱的发光层(总膜厚：

)，由包含5.0×10¹⁸/cm³的GaN构成的p型氮化物半导体层(膜厚：

)。

再者，在p型氮化物半导体层上也可以具有InGaN层(最好是

)。由此，该InGaN层成为与电极相接的p侧接触层。

(5)缓冲层、不掺杂GaN层、由包含1.3×10¹⁹/cm³的Si的GaN构成的n侧接触层、不掺杂GaN层(以上为总膜厚6nm的n型氮化物半导体层)，将包含3.0×10¹⁸/cm³的Si的GaN势垒层和InGaN阱层每重复交替层叠7层的多重量子阱的发光层(总膜厚：

)，由包含2.5×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的p型氮化物半导体层。该p型氮化物半导体层上作为p侧接触层，也可以形成InGaN层(

最好是

)。

[透光性导电层17]

在这样生长的p型氮化物半导体层15上形成透光性导电层17。此外，透光性是指可以透过发光元件的发光波长的意思，不一定意味着无色透明。透光性导电层17为了获得欧姆接触，最好是包含氧。包含氧的透光性导电层17有多种，但是，特别理想的是设为从由锌(Zn)、铟(In)、锡(Sn)构成的群中选择出的至少一种元素的氧化物。具体而言，期望形成包含ITO、ZnO、In₂O₃、SnO₂等Zn、In、Sn的氧化物的透光性导电层17，最好是使用ITO。此外，也可以将Ni等金属由薄膜形成以便具有透光性之后，作为形成了ITO的透光性导电层17。

氧原子包含在透光性导电层17中是在形成含有氧原子的层之后，在包含氧的环境下进行热处理即可。或者，通过反应性溅镀、离子束辅助蒸镀等，可以使氧原子包含在各层中。

不在氮化物半导体层上接触金属膜等反射层16，由隔着透光性导电层17，在与氮化物半导体层的界面取得欧姆接触。特别是p型氮化物半导体层15有电阻高的倾向，所以降低与该界面的接触电阻较为重要。再者，通过在透光性导电层17上设置凹凸面22，不需要在氮化物半导体上直接设置凹凸，由此避免成为使电特性恶化的原因的困难的加工而可以形成凹凸面22。

[凹凸面22]

在透光性导电层17的表面形成凹凸面22。凹凸面22的形成从抗蚀剂图案上利用RIE(反应性离子蚀刻，reactiveion etching)或离子铣削(ion milling)等方法以蚀刻等进行。在图3的例子中，形成具有等底座形状的倾斜面的、设有多个台面(Mesa)型的凹窝图案的凹凸面22。通过这种凹凸图案的形成，依据图4说明改善光的取出效率的样子。图4(a)、图4(b)表示将上表面作为主光取出面、将下表面作为反射面即为了从上侧取出朝向下方的光形成对光进行反射的面的发光元件。如图4a所示，当具有发光部的发光元件的反射面平坦的情况下，由反射面反射的光的入射角与出射角相等，因此相对于主光取出面的法线以比临界角大的角度入射的光全反射，所以不从发光元件的上表面取出。

相对于此，如图4b所示，通过将反射面作为凹凸面22，由于反射角变更，所以产生光散射那样的效果，在光持续反射中，在出射角成为临界角以下的时刻射出到外部。其结果，将反射光的多数设为临界角以下的角度射出到外部，可大幅度改善光取出效率。

凹凸的倾斜面的倾斜角度若将与主光取出面的法线构成的角度X设为0°＜X＜65°，可以提高光在临界角以下的角度反射的概率，改善光的取出效率而理想。

凹凸面22的图案除了图3或图4那样的等底座形状之外，可以采用得到光的散射效果的任意的形状。例如，作为第一实施方式的变形例1，可以形成将图5所示的剖面设为半圆状的柱面透镜形状的凹凸面22B。利用柱面形状可以更高效率地向外部取出朝向上方向的光。此外，作为第一实施方式的变形例2，也可以在图6所示的三角波状上形成凹凸面22C。这些图5、图6的构成与图3不同，在透光性导电层17和反射层的界面没有平行的平坦面，所以极力减少全反射产生的区域，可以更提高外部取出效率。再者，作为第一实施方式的变形例3，也可以形成图7所示的矩形波状的凹凸面22D。此外，虽未图示，但是可以在邻接的凹窝之间分离而设置图5的柱面透镜状的图案，将剖面改变为圆形形成椭圆形状。或者，不限于将凹窝图案设为条纹状的例，也可以设为圆柱状、三角圆锥状、或棱镜状、角柱状等多角柱状等。或者，还可以形成为单一的圆顶状的凸部或凹部。即使设为以上的图案，也可以改善光取出效率。此外，在本说明书中，凹凸并不限于具有凹部与凸部的情况，当然还包括仅为凹部或仅为凸部的情况。

再者，这些凹凸面的图案不需要整体形成均匀的图案，根据需要组合多个图案，或者可以变更分布密度。例如，根据活性层的二次元的光功率的分布密度，光强度强的区域也可以将凹凸面的图案设为密，向外部取出更多的光。或者，根据3次元的光的照射图案，向反射层的光的入射角相对于主光取出面的法线方向大的区域中，例如使图4(b)的倾斜面陡峻、增加凹窝的密度等，也能够增加可以在临界角以下的角度出射的概率。

该透光性导电层17的厚度设为可形成凹凸面的程度的厚度，以1μm以下较好，更好是

。在膜厚时确认了欧姆特性，当增厚时有回火温度上升的倾向。此外，相对于从活性层14放出的光的波长λ最好是λ/4大约整数倍。因为通过在透光性导电层内的光的干涉，强光从透光性导电层射出。

在透光性导电层17的表面形成有凹凸。凹凸的形状不特别限定，可以考虑光的取出效率适当调整。例如，举出周期性或不规则的格子状的图案、圆形、多角形、多角形的角带有略微的圆形的大致多角形的周期性或不规则的排列图案。其中，最好是可以致密地配置凹凸的三角形、四角形、六角形等的凸形状。此外，这些图案根据该形成方法在图案表面和底面为不同的形状即随着接近图案表面宽度缩小的形状，也可以是角带有圆形的形状等。周期性的图案的情况下其间距例如为1μm程度以下，700nm程度以下、500nm程度以下、300nm程度以下等较合适。凹凸的高度不特别限定，例如举出2μm程度以下，500nm程度以下，最好是10～500nm程度。这种凹凸图案例如将凹部的深度设为d、将图案的上表面宽度设为W时，最好是设定为满足d≤W的关系。由此，能够抑制光的反射，使光的取出效率提高。

[反射层16]

如上那样，在形成有凹凸面22的透光性导电层17上形成反射层16。反射层16例如可以由金属膜形成。金属膜为了良好地进行与含有氧的透光性导电层17的连接，最好是一部分被氧化。这样，通过隔着透光性导电层17将金属膜的反射层与氮化物半导体层连接，透光性导电层17能够与半导体层进行良好的欧姆连接。

此外，若使金属膜与氮化物半导体直接接合，有时产生杂质从金属膜扩散到氮化物半导体层而被污染的问题、在界面的接合性变差而剥离等的问题，从而生产率下降。当其间隔着氧化膜时，氧化膜成为保护膜而阻止扩散。另外，氧化物与金属膜的粘接性一般较差，但是借由形成凹凸面22，能够增加接触面积提高粘接强度。

此外，还有由界面中的光的吸收引起光的取出效率恶化的问题。如图8(a)所示，不隔着透光性导电层17而直接接合GaN等氮化物半导体层23和金属膜24的反射层时，在与金属膜的界面25产生光的吸收，失去有效取出的光。吸收率根据材质而不同，但是，在Al和GaN的情况下成为大约10％。相对于此，如图8(b)所示，借由隔着ITO等的透光性导电层17，在与氮化物半导体的界面26抑制光的吸收，并且还可抑制在与金属膜24的反射层的界面27的光吸收，增加可以有效利用的光，能够改善光取出效率、外部量子效率来提高发光功率。除此以外，借由将上述的界面设为凹凸面22，可以将更多的光取出到外部，更加改善功率。

金属膜的膜厚较好是设为200埃以上、更好是设为500埃以上，光充分被反射。虽不特别限定，但作为上限1μm以下即可。

金属膜成为p型氮化物半导体的电极，并且使用可形成反射率高的薄膜的材料。特别是包含从由铝(Al)、银(Ag)、锌(Zn)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钨(W)、镧(La)、铜(Cu)、钇(Y)构成的群中选择出的至少一种元素的金属或合金，最好是其单一的层或多层。这些金属或合金可以得到与氮化物半导体良好的欧姆连接，还有用于降低发光元件的顺方向电压。特别是从由Al、Ti、Pt、Rh、Ag、Pd、Ir构成的群中选择出的至少一种的层较好，更好是作为可实现高反射的层，设为包含铝、铑、银的层。特别是在本发明的结构中使用铝、铑、银时，由凹凸面的反射率可以是70％以上，由此，由氮化物半导体构成的发光元件的360nm～650nm附近的波长吸收少，期望380nm至560nm的波长的吸收少，更好是能够得到更好的欧姆接触。此外，也可以将金属膜的层形成为上述列举的金属的层叠构造。此外，也可以之后以热回火方式处理电极，形成电极材料在金属膜中成为浑然一体进行合金化的状态。

这些透光性导电层17和反射层16也可以是多层构造。例如，将在多层构造中位于半导体层侧的第二层的折射率，从第一层的折射率阶段性地缩小，可以提高来自发光元件的光的取出。

[电介质]

此外，也可以用电介质构成反射层16。电介质最好是氧化物的层叠构造。由于氧化物比金属化学性稳定，因此与金属膜的反射层比较，可以可靠性更高地使用。而且，能够将反射率设为98％以上、接近100％的值，可以极力减少由在反射层的光吸收产生的损失。

在用电介质构成反射膜时，可以采用多层构造。更好是可以设为至少包含Si、Zn、Ti、Zr、Hf、Nb、Ta的至少任一个的电介质。

再者，当利用电介质时，对表面的涂布变得容易，因此不仅发光元件的安装面，与基板11的主面交叉的面即图3中在发光元件的侧面也设置电介质的反射层，可以有效反射而取出横方向的光。由此，可以用设置于半导体的侧面的反射层抑制从横方向的光的泄漏，有助于提高向上方的光取出。

再者，作为第一实施方式的变形例4，如图9所示，借由形成使发光元件的半导体层的侧面倾斜的倾斜面28，将朝向侧面方向的光反射到上方向，能够更加改善光取出效率。该构造将倾斜面28形成圆顶状，向上方向有效反射出射光，能够得到极高的光取出效率。该倾斜面28除了形成平面之外也可以形成曲面。形成曲面时能够更加提高反射效率。借由在倾斜面28上形成电介质反射层29，使横向的光也确实反射而有效输出，改善效率。此外，该结构虽未图示，但是也可应用于在侧面未设置反射层的结构。

此外，用于形成这些层，可以通过蒸镀、溅镀等方法，使用一般的气相成膜装置来形成。此外，分开使用金属有机化学气相生长法(MOCVD)、蒸镀法、溅镀法等分别不同的成膜方法，也可以形成各层。而且，还可以通过溶胶-凝胶法形成。例如，也可以某层通过蒸镀法成膜，其它层通过溅镀法进行成膜。特别是不隔着金属膜，在氮化物半导体层直接成膜透光性导电层17时，最好用蒸镀法。这样，通过分开使用成膜方法，提高膜质，而且透光性电极与氮化物半导体的欧姆接触变得良好，使接触电阻进一步下降。此外，对透光性导电层17和反射层16的界面进行构图时，可以通过分开使用湿蚀刻、干蚀刻或剥落法等构图方法来进行。

此外，本实施方式的氮化物半导体发光元件，对p型层设有透光性导电层17及反射层16，但在其它实施方式中，当然也可以对n型层设置透光性导电层17等。例如，可以形成从n型层侧主要取出光的结构，在n层的焊盘电极上形成凹凸面22并设置反射膜。

[焊盘电极]

在本实施方式中，焊盘电极可以设置在反射层的表面，也可以不设置。此外，也可以包含具有反射层功能的层而设置，p型氮化物半导体层15侧及n型氮化物半导体层13侧中，与设置于一方的氮化物半导体层侧的透光性导电层17及另一方的氮化物半导体层相对而形成。此外，与本发明相关的其它实施方式的焊盘电极的一部分在透光性导电层17中设置的贯通孔内延伸而直接设置在氮化物半导体层，或者也可以由透光性导电层17的外缘直接设置在氮化物半导体层。这样，通过焊盘电极的一部分直接设置在氮化物半导体层上，可以防止焊盘电极的剥离。

在焊盘电极表面配置Au凸块那样的导电构件，可以实现隔着导电构件相对置的发光元件的电极与外部电极的电连接。

此外，形成于p型氮化物半导体层15侧及n型氮化物半导体层13侧的焊盘电极使用的金属种类和膜厚最好采用相同的结构。这样，通过采用相同结构，可以在p型氮化物半导体层15侧及n型氮化物半导体层13侧同时形成焊盘电极，所以与分别形成p型氮化物半导体层15侧及n型氮化物半导体层13侧的情况比较，可以简化焊盘电极的形成工序。作为本实施方式的焊盘电极，例如举出通过溅镀从p型氮化物半导体层15或n型氮化物半导体层13侧分别依序层叠了Ti、Rh、Pt、Au的Ti/Rh/Pt/Au电极、通过溅镀分别依序层叠了W、Pt、Au的W/Pt/Au电极(其膜厚例如分别为20nm/200nm/500nm)。通过将焊盘电极的最上层设为Au，焊盘电极可以与以Au为主成分的导电性引线良好连接。此外，在Rh和Au之间通过层叠Pt，可以防止Au或Rh的扩散。此外，Rh的光反射性及势垒性优良、提高光取出效率，所以最适合使用。

制作LED或激光器作为发光元件时，一般虽在特定的基板上生长形成各半导体层，但是这时使用蓝宝石等绝缘性基板作为基板而最后不除去该绝缘性基板时，一般p电极和n电极均形成在半导体层上的同一面侧。由此，可以实现在可视侧配置绝缘性基板并从基板侧取出发出的光的倒装片安装。当然，最后除去基板也可以进行倒装片安装。这样，使光的取出效率良好，改善外部量子效率来得到更大的发光功率。

(实施方式2)

本发明的其它实施方式的半导体元件，具有：具有相对置的一对主面的基板11；在上述基板11的一方的主面上的第一传导型半导体层；在上述第一传导型半导体层上的第二传导型半导体层；形成于上述第一传导型半导体层与第二传导型半导体层之间的活性层14；以及形成于上述第二传导型半导体层上，用于反射从上述活性层14朝向第二传导型半导体层的光的反射层16。

该半导体元件作为发光元件可以将上述基板11的另一方的主面作为主光取出面来安装在布线基板上。再者，在上述反射层16和第二传导型半导体层之间形成有透光性导电层17，透光性导电层17包含从由锌、铟、锡、及镁构成的群中选择出的至少一种元素C、和微量元素D。根据该结构，从半导体层中的活性层出来的光通过透光性导电层，由反射层最佳反射，光取出到外部。特别是借由将由氧化物膜构成的透光性导电层形成为，与半导体层的界面附近的微量元素D的浓度比氧化物膜的其它部分的膜中微量元素D的浓度高，在半导体层的界面附近具有较多的载流子。该微量元素D在膜厚方向上具有特有的浓度分布，从而可以形成结晶性及导电性优良的导电性氧化物膜。详细地说，当微量元素D过多时，导电性有变好的倾向，只是，结晶性变差，作为透光性的电极不好。即，微量元素D在膜厚方向上最好是浓度高的区域与低的区域共存。特别是与半导体层的界面附近的膜中微量元素D的浓度比导电性氧化物膜的其它部分的膜中微量元素D的浓高更好。例如，当导电性氧化物膜为ITO时，微量元素D为锡。ITO的氧缺失量多而得到高的载流子浓度，并且即使锡的掺杂量多也能得到高的载流子浓度。但是，当锡的掺杂量过多时载流子升高，但是结晶性变差，一般作为透光性电极不好。但是，在本发明的实施方式中，在与半导体层的界面附近借由锡的掺杂量多，在导电性氧化物膜与半导体层之间得到良好的欧姆接触，并且借由在其它区域中锡的掺杂量少，可以形成良好结晶性的膜而理想。用AES(俄歇电子光谱)分析装置测量时，成为如图10那样的倾向。图10是表示ITO膜中的锡的深度分布图(depth profile)的图表。所谓深度分布图是从物质的表面朝向物质内部的元素浓度的变化、深度方向的浓度分布的事情。图10(a)表示连续地具有锡浓度的浓度梯度的情况，(b)是表示总体的锡浓度的倾向的图；此外，在维持移动度高的状态的范围、将导电性最佳的状态的掺杂量的锡设置在与半导体层的界面附近，使投入到导电性氧化物膜的电流扩散到膜整体，成为可均匀扩散到半导体层中的膜而理想。

此外，与半导体层的界面附近的的膜中微量元素D的浓度更好是比与其界面相对置的面附近的微量元素D的浓度高。导电性氧化物膜在与半导体层的界面相对置的面具有反射膜，借由该反射膜相接，从半导体层中的活性层出来的光通过导电性氧化物膜，并由反射层最佳地反射。特别是反射层包含从铝、钛、铂、铑、银、钯、铟、硅、锌中选择出的至少一种元素时，这些反射层与半导体层比较导电性好，载流子存在较多，与导电性氧化物膜的肖特基势垒小，比较容易获得欧姆接触。在这种界面中抑制锡的掺杂量，使结晶性良好，可充分发挥反射层的功能。这是借由所谓考虑导电性氧化膜的表面状态，在由包含元素C的氧化物构成的导电性氧化物膜中具有微量元素D时，具有较多微量元素D，就成为粗糙的表面状态。该表面状态成为由微量元素D引起的粗糙状态，所以若在这种粗糙的表面形成反射层，作为反射层的金属的结晶方位不稳定、难以形成良好的界面，就得到良好的反射特性而言不理想。即，与包含金属元素的反射层的界面最好是抑制载流子使结晶性良好，导电性氧化物膜在与半导体层的界面具有较多的微量元素D，相反在与金属的界面具有较少的微量元素D而欧姆特性优良，且能够获得反射特性即光取出良好的半导体发光元件。

这些包含微量元素D的结构，得到例如掺杂在In₂O₃中的锡、掺杂在ZnO中的铝等是这种特有的浓度分布的导电性氧化物膜而理想。在本发明中，包含微量元素D的导电性氧化物膜具体而言相对元素C表示包含大约20％以下的元素D。

此外，虽用掺杂量说明了微量元素D，但是表示作为半导体元件具有何种程度的量的微量元素，因此，在成膜导电性氧化物膜之际，不是表示其导电性氧化物中存在哪种程度的量的微量元素D，而是表示在该膜状态中存在哪种程度的量的微量元素D，还包括由热扩散等引起的微量元素D移动后的状态。

另外，关于导电性氧化物膜，就元素C或微量元素D的最佳材料而言，最好是与实施方式1相同的材料。再者，在导电性氧化物膜(透光性导电层17)中含有氧原子，在形成含有氧原子的层后，由包含氧的环境下进行热处理即可。或通过反应性溅镀、离子束辅助蒸镀等，也可以含有氧原子。

此外，对于导电性氧化物膜以外的层结构，利用与上述实施方式1相同的结构较适合。图11表示实施方式2的氮化物半导体发光元件的概略剖面图。该图所示的氮化物半导体发光元件表示倒装片安装，故表示为上下相反。在实际的制造工序中，在基板11上形成各层，使所获得的氮化物半导体发光元件上下相反如图2那样地安装。对于与实施方式1相同的结构、构件等，附加相同符号而省略详细说明。

此外，再加上借由在实施方式1所示的导电性氧化物膜上形成凹凸，微量元素D在膜厚方向上可以使具有特有的浓度分布的实施方式2的半导体元件的特性更好。具体而言，在各成为凹部的面、成为凸部的面、还有与凹部和凸部相接的倾斜面中最好是微量元素D的浓度不同。作为具体例子，微量元素D随着与半导体层的界面相对置的面附近的微量元素D从半导体层分离，形成微量元素D的浓度降低的导电性氧化物膜时，相对于成为凸部的面，成为凹部的面的微量元素D的浓度升高。即，在凸部的面的微量元素D的浓度低，可以形成结晶性良好的面，获得最佳的反射特性，并且，在成为凸部的面的微量元素D的浓度高，载流子多，反射层和导电性氧化物膜成为良好的欧姆接触。此外，在倾斜面中共存这些特性，在提升向外部的光取出与动作电压的降低方面最为理想。

以上，虽表示了两个实施方式，但是都将半导体元件作为由氮化物半导体构成的发光元件进行了详细说明。此外，作为最佳方式，将第一传导型半导体层设为n型，将第二传导型半导体层设为p型表示，但并不限定于此，若具备本发明的特征部，则当然包含在本发明中。

实施例1

以下，详述本发明的实施例。在此，作为实施例1，将LED制作成图3所示的结构的半导体发光元件。首先，使用MOVPE反应装置，在2英寸φ的蓝宝石基板11上依序以200埃的膜厚生长由GaN构成的缓冲层，以4μm的膜厚生长由掺杂Si的n型GaN构成的n型接触层，以30埃的膜厚生长由不掺杂In_0.2Ga_0.8N构成的单一量子阱构造的活性层14，以0.2μm的膜厚生长由Mg掺杂p型Al_0.1Ga_0.9N构成的p型覆盖层，以0.5μm的膜厚生长由Mg掺杂p型GaN构成的p型接触层。

此外，在反应容器内设为氮气环境，将晶片以温度600℃回火，将p型氮化物半导体层15更加低电阻化。在回火之后，从反应容器取出晶片，在最上层的p型GaN的表面形成预定形状的掩模，由蚀刻装置从掩模上进行蚀刻，如图3所示地使n型接触层的一部分露出。

接着，除去p型氮化物半导体层15上的掩模，在最上层的p型GaN的大致整个面以

的膜厚溅镀ITO作为透光性导电层17。溅镀后的透光性导电层17明显成为透明性，透到蓝宝石基板11可以进行观察。这样，通过在已露出的p型氮化物半导体层15的大致整个面形成透光性导电层17，可以将电流均匀分布到p型氮化物半导体层15的整体。而且，由于透光性导电层17为透光性，因此也可将电极侧设为主光取出面。在形成由ITO构成的透光性导电层17之后，通过RIE(反应性离子蚀刻)在ITO上形成凹凸。在形成凹凸之后，再通过溅镀以

的膜厚成膜Rh作为反射层16。在此，与透光性导电层17(ITO)、反射层16(Rh)同时以100W的低功率在Ar环境中进行了成膜。在形成了透光性导电层17的时刻，由于ITO的氧不充分，透过率低。此外，透光性导电层17(ITO)和反射层16(Rh)的构图用湿蚀刻来进行。这样，通过用湿蚀刻来进行，可以抑制界面的接触电阻较低。

在此，ITO也可以在溅镀成膜中以加热到300℃左右的状态成膜；在溅渡成膜中，可以室温下成膜，在成膜后进行加热处理；也可以将这些组合使用。加热处理后的接触特性表示良好的欧姆特性。此外，与习知技术比较，得到包含薄膜电阻低的ITO膜的透光性导电层17。通过以上工序能够得到薄膜电阻为6.5Ω/□、透过率90％左右的高透过率、低电阻的透光性导电层17。

在形成反射层16之后，在反射层16的整个表面以

的膜厚形成包含Pt/Au的焊盘电极。此外，该焊盘电极不是透光性。

在形成焊盘电极之后，在已露出的n型氮化物半导体层13以的膜厚形成包含Ti/Rh/Pt/Au的n电极。

如以上所述，将在n型接触层与p型接触层形成有电极的晶片切断为320μm角的芯片状，如图2所示，倒装片安装在副安装座10上。

实施例2

作为实施例5，在上述实施例1中，将反射层16设为电介质之外同样地制成LED。反射层16在透光性导电层17上层叠了由TiO₂/SiO₂构成的4.5对的9层。膜厚基于从发光层发出的光的峰值波长λ，使用λ/4的整数倍的值即可，在此使用λ/4(nm)。反射层16在光的入射侧即接近透光性导电层17的侧配置折射率大的层来容易产生全反射，能够提高反射率。这样，作为电介质的多层膜，借由重复折射率大的层和折射率小的层的对(pair)，可以增大表面的临界角，由此可以增加反射的光。使用层叠了该电介质的反射层16，反射率比实施例1提升了140％。

实施例3

作为实施例3，在上述实施例2中，在透光性导电层17和反射层16之间，形成了如图12所示那样的、从与n电极相对置的角部朝向LED芯片相邻接的外缘圆弧状地延伸的辅助电极30。这种辅助电极30使投入到半导体发光元件的电流扩散到透光性电极整体。作为辅助电极30的材料将Rh/Pt/Au的各自的膜厚形成为1000埃/2000埃/5000埃。由于形成有具有反射层的功能的金属(Rh)，因此反射效率几乎未下降，最好是可以使用为辅助电极30。其它与实施例2相同，借由制成半导体发光元件，可得到V_f比实施例2低的元件。

实施例4

作为实施例4，在上述实施例2中将用作反射层的电介质的材料层叠了由ZrO₂/SiO₂构成的9.5对的19层。膜厚基于从发光层发光的光的峰值波长λ，设为λ/4(nm)。由ZrO₂与SiO₂的组合构成的多层膜折射率差小，所以增加了层叠数。其它与实施例2相同地制成了半导体发光元件时，得到与实施例2同等特性的元件。

实施例5

作为实施例5，在上述实施例1中将包含Ti/Rh/Pt/Au的n电极设为ITO/Rh/Pt/Au，形成与形成于p型层上的p电极(透光性导电层/反射层/焊盘电极)同样的结构，与p电极同时还形成了n电极。根据该结构，简化电极形成工序，并且在半导体发光元件的内部传播，也可以使来自与n电极接触的发光层的光最佳地反射，光取出效率比实施例1提高。

实施例6

作为实施例6，在上述实施例4中将包含Ti/Rh/Pt/Au的n电极设为ITO(由ZrO₂/SiO₂构成的9.5对的19层)/Pt/Au，形成与形成于p型层上的p电极(透光性导电层/反射层/焊盘电极)相同的结构，与p电极同时还形成了n电极。根据该结构，电极形成工序被简化，并且，在半导体发光元件的内部传播，也可以使来自与n电极接触的发光层的光最佳地反射，光取出效率比实施例4提高。

实施例7

接着详述实施例7。将LED制作为图3所示的结构的半导体发光元件。首先，使用MOVPE反应装置，在2英寸φ的蓝宝石基板11上依序生成由AlGaN构成的缓冲层(膜厚：约)，不掺杂GaN层(1μm)，由包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的、形成n电极的n型接触层(5μm)，包括由不掺杂GaN构成的下层由包含4.5×10¹⁸/cm³的Si的GaN构成的中间层

和由不掺杂GaN构成的上层

的3层的n侧第一多层膜(总膜厚：

)，不掺杂GaN

和不掺杂In_0.1Ga_0.9N

每重复交替层叠10层再层叠有不掺杂GaN

的超晶格构造的n侧第二多层膜层(总膜厚：

)，由不掺杂GaN构成的势垒层由In_0.3Ga_0.7N构成的阱层

由In_0.02Ga_0.98N构成的第一势垒层和由不掺杂GaN构成的第二势垒层

每重复交替层叠6层而形成的多重量子阱构造的发光层(总膜厚：

)，包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

和包含5×10¹⁹/cm³的Mg的In_0.03Ga_0.97N

每重复交替5层再层叠有包含5×10¹⁹/cm³的Mg的Al_0.15Ga_0.85N

的超晶格构造的p侧多层膜层(总膜厚：

)，以及在由包含1×10²⁰/cm³的Mg的GaN构成的表面形成p电极的p型接触层

在此，将由不掺杂GaN构成的下层

作为从下方包括由不掺杂GaN构成的第一层

由包含5×10¹⁷/cm³的Si的GaN构成的第二层

及由不掺杂GaN构成的第三层

的3层构造的下层，并且在p侧多层膜层和p侧接触层之间以不掺杂方式形成GaN

之后，通过从相邻接的层的Mg的扩散形成显示p型的p型半导体层。

再者，在反应容器内设为氮气环境将晶片以温度600℃回火，使p型氮化物半导体层15更加低电阻化。在回火之后，从反应容器取出晶片，在最上层的p型GaN的表面形成预定形状的掩模，用蚀刻装置从掩模上进行蚀刻，如图3所示地使n型接触层的一部分露出。

接着，除去p型氮化物半导体层15上的掩模，在最上层的p型GaN的大致整个面上以的膜厚溅镀ITO作为透光性导电层17。溅镀后的透光性导电层17清楚地成为透明性，可以透到蓝宝石基板11进行观察。这样，在露出了p型氮化物半导体层15的大致整个面形成有透光性导电层17，由此可以将电流均匀扩散到p型氮化物半导体层15的整体。而且，透光性导电层17为透光性，因此也可以将电极侧形成为主光取出面。在形成由ITO构成的透光性导电层17之后，通过溅镀以的膜厚成膜Rh作为反射层16。在此，与透光性导电层17(ITO)、反射层16(Rh)同时以100W的低功率在Ar环境中成膜。此外，透光性导电层17(ITO)和反射层16(Rh)的构图用湿蚀刻来进行。这样，通过用湿蚀刻进行，可以较低地抑制界面的接触电阻。

在此，ITO在溅镀成膜中，也可以在加热到300℃左右的状态下成膜；也可以在溅镀成膜中室温下成膜，并在成膜后进行加热处理；在本实施例的加热处理中，在与p型接触层的界面附近ITO的锡处理为比ITO的其它部分的锡的浓度高。关于ITO的锡，用AES分析装置在膜厚方向上测量的结果，如图10(a)所示，在与半导体层的界面附近，确认了锡的浓度升高。通过以上工序，能够得到高透过率、低电阻的透光性导电层17。

在形成反射层16之后，在反射层16的整个表面和已露出的n型氮化物半导体层13上以

的膜厚形成了Ti/Rh/Pt/Au。

如以上所述，将在n型接触层和p型接触层形成了电极的晶片切断为320μm角的芯片状，如图2所示地倒装片安装在副安装座10上。与使用了以往的ITO的情况比较，提高向外部的光取出效率，得到降低工作电压的元件。

实施例8

接着，根据表示电极形成面侧的俯视图的图13说明实施例8。实施例8的半导体元件如图13所示地在p型氮化物半导体层之间n型氮化物半导体层通过蚀刻露出为条纹状。所露出的n型氮化物半导体层在元件内侧具有较细的形状，在该露出的n型半导体层上形成有n电极8。此外，p侧的透光性导电层(ITO)17和反射层(Rh)16为条纹形状，在发光元件中央部分具有比露出的n型氮化物半导体层的宽度宽的形状。p侧的透光性导电层用与实施例7相同的ITO来形成。p侧的透光性导电层17和反射层16的条纹列数比n型氮化物半导体层状的n电极(Ti/Rh/Pt/Au)8的列数多。其它与实施例7相同而得到半导体发光元件。此外，在图13中，在透光性导电层17上形成有反射层16，因此在俯视图中仅看见反射层16。

这样，通过n电极具有中间细的形状，可以增大p侧的透光性导电层和反射层的区域面积，每单位时间可以使投入到发光元件的电流量增大。再者，在发光面减少对发光元件的发光无贡献的n型氮化物半导体层的面积，使p型氮化物半导体层的面积相对增加使发光元件的光取出效率提高。因此，在该发光元件中可以实现高亮度。此外，通过这样设置透光性导电层，可以使投入到发光元件的电流均匀扩散到发光元件整个面，可以使来自发光元件的发光面的发光均匀。

此外，形成于p侧的反射层上的焊盘电极及n电极最好是含有凸块所包含的材料的至少一种。例如，凸块采用Au作为材料时，p侧的焊盘电极及n电极的材料、特别是直接与凸块相接的接合面的材料最好采用Au或包含Au的合金。此外，也可以是Ag、Al、Rh、Rh/Ir的单层或多层膜。

实施例9

再者，与实施例9有关的半导体发光元件，在由上述实施例7得到的发光元件的透光性导电层的表面如实施例1所示地形成凹凸，在该凹凸上除了形成反射层之外，与实施例7相同地得到半导体发光元件。由此得到的半导体发光元件更加提高向外部的光取出效率，得到工作电压的下降的元件。

实施例10

此外说明实施例10的半导体元件。该半导体元件如用图13所示的电极形成面侧的俯视图所示，通过蚀刻也在p型氮化物半导体层之间条纹状地露出有n型氮化物半导体层。所露出的n型氮化物半导体层在元件的内侧具有较细的形状，在该露出的n型半导体层上形成有n电极。此外，p侧的透光性导电层(ITO)和反射层(Rh)为条纹形状，在发光元件中央部分具有比露出的n型氮化物半导体层的宽度宽的形状。p侧透光性导电层用与上述实施例7相同的ITO来形成。p侧的透光性导电层及反射层的条纹列数比n型氮化物半导体层状的n电极(Ti/Rh/Pt/Au)的列数多。其它与上述实施例9相同地得到半导体发光元件。

这样，通过n电极具有中间细的形状，可增大p侧的透光性导电层和反射层的区域面积，每单位时间可以使投入到发光元件的电流量增大。再者，在发光面中减少对发光元件的发光无贡献的n型氮化物半导体层的面积，相对增加p型氮化物半导体层的面积，使发光元件的光取出效率提高。因此，在该发光元件中可以实现高亮度。此外，通过这样设置透光性导电层，可以使投入到发光元件的电流均匀扩散到发光元件整个面，能够使来自发光元件的发光面的发光均匀。

此外，形成于p侧的反射层上的焊盘电极及n电极最好是含有凸块所含有的材料的至少一种。例如，凸块采用Au作为材料时，p侧的焊盘电极及n电极的材料、特别是直接与凸块相接的接合面的材料最好是采用Au或包含Au的合金。此外，也可以是Ag、Al、Rh、Rh/Ir的单层或多层膜。

以上，如从实施例1所示的全部的实施例，通过将氮化物半导体发光元件以倒装片方式形成在安装基板上，可以按等电位安装多个氮化物半导体发光元件，比以面朝上方式安装可以实现氮化物半导体发光装置的小型化。特别是采用面朝上安装时，焊盘电极成为光遮光部，发光面积减少，但是在倒装片安装中，可以将基板11的背面侧整个面形成为发光面，可以由较广的面积发光。此外，借由在结中使用共晶合金，即使小型化也可以取得比较大的发光面积。此外，借由调节透光性导电层17和反射层16的膜厚，可以使元件的发光面成水平，容易从水平进行倾斜而设置。

产业上可利用性

本发明的半导体元件不仅可以应用于发光元件，也可应用于受光元件等，例如适合作为发光二极管(LED)或激光二极管(LD)等应用于全彩LED显示器、LED信号机、道路信息显示板等的LED装置，或者作为太阳能电池、光传感器等受光组件应于用图像扫描机等，或者还适合用于电子器件(FET等的晶体管或功率器件)或利用这些的光盘用光源等存储大容量的信息的DVD等的媒体和通信用的光源、印刷设备、照明用光源等。

Claims

1.一种半导体元件，具有：

具有相对置的一对主面的基板(11)；

在上述基板(11)的一方的主面上的第一传导型半导体层；

在上述第一传导型半导体层上的第二传导型半导体层；

形成于上述第一传导型半导体层与第二传导型半导体层之间的活性层(14)；以及

形成于上述第二传导型半导体层上，用于使从上述活性层(14)朝向上述第二传导型半导体层的光反射的反射层(16)；其特征在于，

在上述反射层(16)和第二传导型半导体层之间形成有透光性导电层(17)，在上述透光性导电层(17)和上述反射层(16)的界面形成凹凸面(22)。

2.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述透光性导电层(17)和上述第二传导型半导体层的界面为平滑面。

3.如权利要求1或2所述的半导体元件，其特征在于，

上述凹凸面(22)具有倾斜面，该倾斜面的倾斜角度相对于主光取出面的法线为60°以下。

4.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述凹凸面(22)为连续的柱面透镜状。

5.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述透光性导电层(17)是包含至少从由锌、铟、锡及镁构成的群中选择出的至少一种元素C的氧化物膜。

6.如权利要求5所述的半导体元件，其特征在于，

上述氧化物膜除了元素C之外，还包含微量元素D，该微量元素D是从锡、锌、镓、铝中选择出的至少一种元素。

7.如权利要求6所述的半导体元件，其特征在于，

上述氧化物膜与上述第二传导型半导体层的界面附近的上述微量元素D的浓度比上述氧化物膜的其它部分的膜中微量元素D的浓度高。

8.如权利要求6或7所述的半导体元件，其特征在于，

上述氧化物膜与上述第二传导型半导体层的界面附近的上述微量元素D的浓度比与上述界面相对置的面附近的微量元素D的浓度高。

9.如权利要求6所述的半导体元件，其特征在于，

上述氧化物膜相对于元素C包含20％以下的元素D。

10.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述透光性导电层(17)由ITO构成。

11.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述反射层(16)包含从铝、钛、铂、铑、银、钯、铟、硅、锌中选择出的至少一种元素。

12.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述反射层(16)是包含Si、Zn或Ti中的至少任一个的电介质。

13.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

相对于从上述活性层(14)射出的光的波长λ，上述透光性导电层(17)的膜厚为λ/4的整数倍。

14.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述透光性导电层(17)的膜厚为1μm以下。

15.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

将上述反射层(16)也形成在与上述基板(11)的主面交叉的面上。

16.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

使上述第一传导型半导体层及上述第二传导型半导体层的与上述基板(11)的主面交叉的面的至少一部分倾斜。

17.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述第一传导型半导体层为n型半导体层，第二传导型半导体层为p型半导体层。

18.如权利要求1或17所述的半导体元件，其特征在于，

上述第一传导型半导体层及第二传导型半导体层为氮化物半导体层。

19.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

将上述基板(11)的另一方的主面作为主光取出面。

20.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述凹凸面(22)是周期性或不规则的格子状的图案；或者是圆形、多角形或角带有圆形的多角形的周期性或不规则的排列图案。

21.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述反射层(16)包含SiO₂、MgO、MgF、Al₂O₃、SiN和SiON中的任一个。

22.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，

上述基板(11)是具有凹凸的蓝宝石。