CN101587932A - 氮化物半导体发光元件 - Google Patents

氮化物半导体发光元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种氮化物半导体元件，其基板上包括n侧氮化物半导体层和p侧氮化物半导体层，p侧氮化物半导体层上形成有透光电极(10)，且形成有用于与外部电路连接的p侧焊盘电极(14)，n侧氮化物半导体层上形成有用于与外部电路连接的n侧焊盘电极(12)，并从p侧氮化物半导体层一侧观测发光，并在与上述基板的主面垂直的面内，将上述透光电极(10)及/或上述p侧氮化物半导体层的端面所具有的与上述基板的主面之间所形成的角度即锥角，根据其从上述基板的上面观测时的位置的不同而具有设定成不同的角度。

Description

氮化物半导体发光元件
本申请是申请日为2005年3月30日、申请号为200580009774X、名称为“氮化物半导体发光元件”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种包含用通式InxAlyGa1-x-yN(0≤x＜1、0≤y＜1)表示的氮化物半导体的氮化物半导体发光元件，尤其涉及一种用于与外部电路连接的焊盘电极所占面积比较大的小型氮化物半导体发光元件。
背景技术
一般的氮化物半导体发光元件，通常是在蓝宝石、SiC、GaN等基板上，至少层叠n侧氮化物半导体层和p侧氮化物半导体层，并通过从p侧向n侧通电来使其发光。p侧半导体层上形成有通过引线焊接方式等用于与外部电源正极连接的p侧焊盘电极，n侧氮化物半导体层上形成有用于与电源负极连接的n测焊盘电极。使用蓝宝石等绝缘基板时，则去除部分p侧氮化物半导体层而露出n侧氮化物半导体层，在其上面形成n侧焊盘电极。另一方面，使用SiC、GaN基板等导电基板时，则在基板背面直接形成n侧焊盘电极。
这种氮化物半导体发光元件，通常将p侧氮化物半导体层一侧作为发光观测面，并在p侧氮化物半导体层上形成有均匀扩散电流的透光电极(如日本专利文献1或2)。透光电极几乎覆盖了p侧氮化物半导体层的整个表面，并起到向整个p侧氮化物半导体层扩散电流的作用，且由金属薄膜等透光材料构成而不遮住发光。
日本专利文献1：特开平6-338632号公报
日本专利文献2：特开平10-144962号公报
发明内容
上述氮化物半导体发光元件中，因p侧焊盘电极和n侧焊盘电极具有遮旋光性，所以除p侧焊盘电极与n侧焊盘电极之外，p侧氮化物半导体层的上表面基本上都为发光区域。但是随着氮化物半导体发光芯片小型化的发展，p侧焊盘电极和n侧焊盘电极在元件中所占面积比增大，从而确保外部量子效率就成为重要课题。即，因p侧焊盘电极和n侧焊盘电极仅需具备可进行引线焊接等的大小，所以即是芯片小型化，它们的大小也基本上是固定的。因此元件越小，由p侧焊盘电极和n侧焊盘电极构成的遮光部分所占面积比就越大，从而难以有效取出半导体层中所产生的发光。
因此本发明的目的在于，提供一种在p侧氮化物半导体层上形成透光电极和p侧焊盘电极并通过透光电极观测发光的氮化物半导体元件中能够有效取出发光的新型的元件结构。
在将透光电极和p侧焊盘电极形成于p侧氮化物半导体层上，通过透光电极观测发光的氮化物半导体发光元件中，相应于电流流通起点的p侧焊盘电极以及n侧焊盘电极的配置、决定发光区域的透光电极以及p侧氮化物半导体层的形状等因素，在其表面上形成发光分布区域。特别是远离p侧焊盘电极和n侧焊盘电极的末端部，因电流不能充分流通，所以发光强度呈减弱趋势。随着芯片的小型化，由于发光区域变窄，因此末端部发光强度减弱的影响则相对变大。本发明的发明人发现，通过缩小透光电极和p侧氮化物半导体层的端面锥角，能够改善发光区域末端部位的发光强度，并由此完成了本发明。
即本发明所涉及的氮化物半导体发光元件，其基板上具有n侧氮化物半导体层和p侧氮化物半导体层；在上述p侧氮化物半导体层上形成有透光电极；并形成有用于与外部电路连接的p侧焊盘电极；在上述n侧氮化物半导体层上形成有用于与外部电路连接的n侧焊盘电极；从p侧氮化物半导体层一侧观测发光，其特征在于，将上述透光电极及/或上述p侧氮化物半导体层的端面锥角，根据其位置设定成不同的角度。
采用本发明，通过将上述透光电极及/或上述p侧氮化物半导体层的端面锥角，根据其位置设定成不同的角度，能够提高末端部位的光取出效率而实现更为均匀的发光。例如，根据p侧焊盘电极和n侧焊盘电极的位置关系，对于电流难以流通、发光较弱的末端部，如果控制透光电极及/或p侧氮化物半导体层的端面锥角，使其变小，则能够提高该末端部的光取出效率，从而提高发光的均匀性。在此，通过缩小透光电极及/或p侧氮化物半导体层的端面锥角，能够抑制发光强度变弱的理由是：其一，对于在半导体层内多重反射并横向传播的光成分，用端面改变其反射角，从而可抑制多重反射；其二，能够增加从端面射向上方(发光观测方向)的光线。本发明的效果将随芯片的小型化而益发显著。即芯片越小，发光区域中端面所占面积比越大，调控端面锥角所产生的效果愈加明显。
本发明中，所述“端面的锥角”是指在垂直于基板主面的平面上，于透光电极和p侧氮化物半导体层的端面(侧面)与基板主面之间所成的角度。“发光最强区域”或“发光最弱区域”是指当观测氮化物半导体发光元件的p侧氮化物半导体层表面的亮度分布时，该部分中亮度最大的区域或亮度最小的区域。“发光相对较弱区域”是指当观测氮化物半导体发光元件的p侧氮化物半导体层表面的亮度分布时，该部分中亮度弱于整个p侧氮化物半导体层表面平均亮度的部分。
另外、“上窄下宽形状”是指随着靠近前端，其宽度逐渐变窄的平面形状，只要宽度逐渐变窄，最前端也可以是弧形。本发明所涉及的氮化物半导体发光元件中，“上”或“上面”是指在p侧氮化物半导体层一侧上或p侧氮化物半导体层一侧的面；“下”或“下面”是指在n侧氮化物半导体层一侧上或n侧氮化物半导体层一侧的面。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图2是表示图1中A-A’线截面的截面图。
图3A是表示放大图1所示氮化物半导体发光元件一部分的俯视图。
图3B是表示放大图1所示氮化物半导体发光元件一部分的截面图。
图4A是表示透光电极和p层的端面垂直于基板主面的状态下光的行进方式的模式图。
图4B是表示在透光电极和p层的端面具有锥角的状态下光的行进方式的模式图。
图5是表示图3B另一变化模式的截面图。
图6A是表示激光划片的一道工序的截面模式图。
图6B是表示图6A的下一道工序的截面模式图。
图6C是表示图6B的下一道工序的截面模式图。
图7是表示激光划片后划槽的截面模式图。
图8A是表示激光划片后芯片的截面形状的模式图。
图8B是表示喷射加工后芯片的截面形状的模式图。
图8C是表示图8B的A部的局部放大截面图。
图9是表示激光划片后元件的端面附近的光行进方式的模式图。
图10表示本发明的实施方式3所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图11表示本发明的实施方式4所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图12表示本发明的实施方式5所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图13A表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图13B表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的另一例的俯视图。
图13C表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的另一例的俯视图。
图13D表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的另一例的俯视图。
图13E表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的另一例的俯视图。
图13F表示本发明的实施方式6所涉及的氮化物半导体发光元件的另一例的俯视图。
图14A表示本发明的实施方式7所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图14B表示本发明的实施方式7所涉及的氮化物半导体发光元件的截面图。
图15A表示本发明的实施方式8所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。
图15B表示本发明的实施方式8所涉及的氮化物半导体发光元件的截面图。
图16表示本发明的实施方式9所涉及的氮化物半导体发光元件的截面图。
图中符号说明
1氮化物半导体发光元件
4n侧氮化物半导体层
6活性层
8p侧氮化物半导体层
10透光电极
12n侧焊盘电极
14p侧焊盘电极
16绝缘膜
18焊盘电极中心线
20切线
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的实施方式。
实施方式1
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图，图2是其截面图。如图2所示，氮化物半导体发光元件1具有双异质结构，n侧氮化物半导体层4、活性层6、p侧氮化物半导体层8依次形成在蓝宝石、SiC、Si、GaN等的基板2上。ITO或金属薄膜构成的透光电极10形成于p侧氮化物半导体层8的大致整个表面，且通过引线焊接等用于与外部电路连接的p侧焊盘电极14形成在其上面。
另一方面，去除p侧氮化物半导体层8、活性层6和n侧氮化物半导体层的上层部分4”，露出n侧氮化物半导体层的下层部分4’，以形成n侧焊盘电极12。以下为了便于说明，将p侧氮化物半导体层8、活性层6、以及n侧氮化物半导体层4”统称为p侧层9，将n侧氮化物半导体层的下层部分称为n侧层4’。n侧焊盘电极12则形成在露出的n侧层4’的表面上。SiO2等构成的绝缘膜16覆盖氮化物半导体发光元件1的整个上表面而进行保护。绝缘膜16上设有开口部16a和16b，以便露出部分n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14。
若从p侧焊盘电极14向n侧焊盘电极12流通电流，则从p侧焊盘电极14流入的电流通过透光电极10扩散到p侧氮化物半导体层8的几乎整面，并经活性层6和n侧氮化物半导体层4流到n侧焊盘电极12。其结果，在活性层6中产生的发光经透光电极10从基板上方射出。另外，由于活性层6中产生的发光横向传播，因此从基板上方看，p侧氮化物半导体层8的整面(即，p侧层9的整面)均成为发光区域。
从上方看该氮化物半导体发光元件1，其形态如图1所示。p侧层9被形成为一边有圆弧状凹陷部的大致呈长方体的岛状，且在其上面的大致整个面上形成有透光电极10。p侧焊盘电极14配置在透光电极10的中间靠左位置。n侧焊盘电极沿p侧层9的圆弧凹陷部配置在n侧层4’上。
在这种形状的氮化物半导体发光元件中，远离连接p侧焊盘电极和n侧焊盘电极的电流通路的末端部发光强度易变弱。例如，如图1所示，假设连接p侧焊盘电极14与n侧焊盘电极12中心的中心线18和正交于该中心线18的n侧焊盘电极12的切线20，较切线20远离p侧焊盘电极14的区域发光强度易变弱。因此本实施方式通过缩小位于该区域的p侧层9a和透光电极10a的端面锥角，抑制发光强度的下降。
端面锥角可通过图形蚀刻时掩膜的蚀刻条件(掩膜的截面形状、掩膜的材质、蚀刻气体的选择等)来进行控制，但本实施方式中，通过将p侧层9和透光电极10的终端部，形成为上窄下宽的形状，即越靠近前端宽度越窄的平面形状，从而控制端面的锥角。图3A和图3B是模式地表示位于上述区域的透光电极10a和p侧层9a的形状的俯视图和截面图。如图3A所示，以n侧电极的假想切线为基准的其外侧区域中，p侧层9a具有随着靠近前端而宽度逐渐变窄的上窄下宽的平面形状，透光电极10a也具有与此相似的形状。蚀刻具有这种平面形状的p侧层9，则端面锥角会因以下2种效果而变小。第1，通常，图形蚀刻中，在与图形边缘相垂直的方向上进行蚀刻，而当p侧层为上窄下宽的形状时，如图3A所示，由于蚀刻是从上窄下宽形状的终端部的两侧进行，所以蚀刻的端面易形成锥形。第2，蚀刻时，p侧层9上面覆盖有规定形状的掩膜，该掩膜也会因蚀刻而以某种速度变薄，由于p侧层上窄下宽形状的部分中掩膜也是上窄下宽的形状，因此在这种上窄下宽形状的终端部，掩膜特别容易变薄。由此，上窄下宽部分中更容易形成锥形。同理将透光电极10a制成上窄下宽形状也是一样的。
在通过将透光电极或p侧层9的终端部制成上窄下宽的形状来缩小端面锥角的情况下，当上窄下宽的终端部接近三角形时，终端部两夹边所成的角度优选至少要小于90°，更优选小于或等于45°，特别优选小于或等于30°。另外，将上述终端部的宽度设为W、假想切线20到终端部端头的距离设为L，以替代上述角度，则也可以参考W/L的比率。此时，将L设为固定值(例如10μm)，优选以W/L为参考指标。端面锥角的优选范围是：W/L小于或等于1.8，更优选小于或等于1.4。
在如此形成的上窄下宽形状的p侧层9和透光电极10的终端部中，如图3B所示，锥角α的角度相对变小。若锥角α的角度变小，则对于在半导体层内多重反射并横向传播的光成分，用端面改变其反射角而能够抑制多重反射，并能够增加从端面射向上方(发光观测方向)的光线，从而能够提高该终端部的发光强度。下面，关于该效果，参照图4A和B进行详细说明。
图4A表示p侧层9和透光电极10的端面角大致呈直角的一般情况，图4B表示的是缩小端面锥角后的情况。如上所述，本发明所涉及的氮化物半导体发光元件中，在半导体层中所产生的光经透光电极从p侧氮化物半导体层一侧射出，但因各层之间的折射率不同，形成较弱的光导波路，因而产生多重反射并横向传播的光成分。在通常的氮化物半导体发光元件中，由于氮化物半导体层比基板和透光电极10的折射率大，因此易在氮化物半导体层中产生多重反射。如图4A所示，p侧层9的端面7与基板主面近似垂直的情况下，以产生全反射的入射角进行多重反射并横向传播的光，会以较大的入射角到达端面7，因此到达端面7的光，以高的反射率被反射到半导体层。另外，由于端面7与基板平面正交，因此端面7反射的光，以同一角度再返回到半导体层内，从而进行全反射并重复进行多重反射。由于半导体层的光吸收率较高，所以在重复进行多重反射期间光的强度将衰减。加之未被反射而直接从端面7射出的光，向横向射出，所以对发光观测的效果较小。与此相对，如图4B所示，p侧层的端面7具有小锥角时，以产生全反射的入射角进行多重反射并横向传播的光，以较小的入射角到达端面7，因此以高的穿透率，向外部射出。此时，射到外部的光多数朝向基板的上方，所以其发光强度有利于观测。此外，因为经端面7反射后的光相对于基板平面的入射角较小，所以可以有效地从基板的上面或下面向外部取出。
如此通过缩小p侧层端面的锥角，能够提高光取出效率、增强该部分的发光强度。另外，p侧层9如图3B所示，包括p侧氮化物半导体层8、活性层6和n侧氮化物半导体层4”，如果至少缩小p侧氮化物半导体层8(或p侧氮化物半导体层8和活性层6)的端面锥角，则上述原理同样成立。以上已说明了缩小p侧层端面锥角的效果，缩小透光电极10的端面锥角也能获得同样的效果。即透光电极10较外部空气层的折射率大，所以形成透光电极10和半导体层为一体的光导波路。由于经该光导波路横向传播的光在到达透光电极10的端面时，也会出现上述现象，因此通过缩小透光电极端面锥角，能够增强该部分的发光强度。
透光电极及p侧氮化物半导体层的端面锥角优选至少要小于或等于70°，更优选小于或等于60°，特别优选小于或等于50°。在将透光电极或p侧层9的终端部制成上窄下宽的形状，以控制端面锥角的情况下，当使上窄下宽的终端部接近三角形时，终端部两条夹边所成的角度(或上述W/L)越小，锥角就越小。此外通过调整蚀刻条件也可控制锥角。例如，如果蚀刻p侧氮化物半导体层时，使掩膜自身也呈锥形，则其锥角越小p侧层氮化物半导体层的端面锥角越小(例如，蚀刻1.5μm厚的氮化物半导体层时，将该蚀刻用掩膜的端面设置成30°左右的倾斜角，则氮化物半导体层端面会形成45°左右的倾斜角)。此外，蚀刻p侧氮化物半导体层8时的蚀刻速度不同，锥角也不一样，因此根据实验确认的结果，选择适当的蚀刻速度能够控制锥角。
另一方面，在发光相对较强的区域，透光电极10和p侧氮化物半导体层8的端面锥角优选大于或等于70°。特别是如图5所示，在发光相对较强的区域，透光电极10的端面11所具有的锥角优选大于90°的钝角。此时，透光电极10的端面11为倒锥形。这里所说的“倒锥形”是指透光电极10的端面11从上朝下向内侧倾斜的情况。在发光相对较强的区域，设定透光电极10的端面11所具有的锥角为钝角，则缓和发光向端面的集中，并能提高发光的均匀性。
如上所述说明，控制端面锥角所产生的效果，随芯片小型化将会更加显著。若芯片小型化程度越高，p侧焊盘电极和n侧焊盘电极的遮光比例就越大，端面发光在发光整体中的作用比例也就越大。即控制端面锥角所产生的效果，在以下元件中将会更加显著。
(1)如图1所示，在基板的宽度方向上，将与p侧焊盘电极14相连的p侧层9的宽度(p侧层氮化物半导体层8的宽度)设为X，将p侧焊盘电极14的最大宽度设为RP，则满足条件X＜2RP的发光元件。
(2)更为理想的是，在基板宽度方向上，将n侧焊盘电极12的最大宽度设为Rn，则满足条件X＜2Rn的发光元件。
此外，对于p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12的合计面积，占元件面积的比率为大于或等于20％的元件，控制端面锥角所产生的效果也很显著。
不过，如本实施方式所述，假设连接p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12的中心线18和正交于该中心线18的n侧焊盘电极12的切线20(是指靠近p侧焊盘电极14的切线，其它实施方式也与此相同。)，则较切线20远离p侧焊盘电极14的区域内形成上窄下宽形状的终端部9a和10a，这一点从与芯片小型化相匹配的电极设计观点看也是有利的。即，随着芯片小型化程度的提高，p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12相对于芯片整体的所占面积比增大，作为发光区域的p侧层9(及透光电极10)的可形成区域缩小。例如，为焊接引线，p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12应有一定的大小(例如，直径为70μm左右)。而芯片小型化程度提高的结果，现在连250×150μm大小的芯片实用化也在研究之中，此时，如图1所示，p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12所占面积比将会很大。形成p侧层9和透光电极10，至少要避开n侧焊盘电极12，而且需要与芯片外缘保持一定距离，因此其可形成区域相当狭小。特别是n侧焊盘电极12和芯片外缘之间的间隙狭窄，如果在该区域延伸p侧层，则其形状必为细长。然而，因n侧焊盘电极12与芯片外缘之间的区域远离从p侧焊盘电极14流向n侧焊盘电极12的电流通路，所以原本难以流通的电流在该细长区域则更难流通。如本发明，若采用上窄下宽形状的终端部，则不但在该狭长区域扩展了p侧层9，同时还能够抑制该部分发光强度的减弱。
下面，说明本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的制作方法。除下述事项以外皆与一般氮化物半导体发光元件的制作方法相同。此外，为便于参考，对一些必要部分还列举了具体的构成成分和膜厚，但本发明不仅限于此。下例，假设了为露出n侧氮化物半导体层而将氮化物半导体层蚀刻为1.5μm的情况。
首先，在基板(芯片)2上层叠n侧氮化物半导体层4、活性层6、p侧氮化物半导体层8。其次，在半导体层上形成掩膜。掩膜的材料采用光致抗蚀剂和SiO2等。采用SiO2作为掩膜时，通过采用抗蚀剂的光刻法，将SiO2掩膜制成规定形状。再用掩膜并通过反应离子蚀刻(RIE)去除p侧氮化物半导体层8、活性层6和n侧氮化物半导体层的一部分4”，露出n侧氮化物半导体层4的表面。
此时在由SiO2等构成的掩膜的平面形状上设置上窄下宽形状的终端部，由此来控制位于该部分的p侧层9(p侧氮化物半导体层8、活性层6、n侧氮化物半导体层4”)的端面锥角。此外，可在所需位置通过缩小SiO2等掩膜自身的端面锥角来控制p侧层9的端面锥角。例如，在非上窄下宽形状的普通部分，将所需位置上的SiO2掩膜的端面锥角设置成30°左右，则以RIE等方式进行蚀刻的半导体层端面锥角将成为45°左右。也可通过控制SiO2掩膜成形用抗蚀剂的端面锥角来控制SiO2掩膜的端面锥角，而抗蚀剂的端面锥角可用烧结时的温度和显影时间来进行控制。即，抗蚀剂烧结时的温度高、显影时间长，则其抗蚀剂的锥角就会更小。
除去SiO2掩膜后，形成透光电极10，透光电极10也以上述方法形成。之后形成n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14，并在芯片的整面上覆盖绝缘膜16。然后在绝缘膜16上形成开口部16a和16b。最后切割基板2(芯片)，将其切割成单个元件，由此完成氮化物半导体发光元件的制作。
下面详细说明本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的各个构成。
(透光电极10)
透光电极的材料可列举出包含选自由镍(Ni)、白金(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)、银(Ag)、钇(Y)组成的群组中的至少一种元素的金属、合金、它们的叠层结构及其化合物等。若为金属、合金层时，则可通过制成薄膜来确保其透光性。而化合物则包含导电性氧化物和氮化物等。导电性金属氧化物(氧化物半导体)是至少包含选自由锌、铟、锡和镁组成的群组中的一种元素的导电性氧化物膜，具体可列举，掺杂锡的厚度为
Figure A20091014887700151
Figure A20091014887700152
的氧化铟(Indium Tin Oxide；ITO)、ZnO、In2O3、或SnO2等。因它们的透光性好，所以最为适合。电极可以有长方格状或条纹状等的开口部。
(n侧焊盘电极12、p侧焊盘电极14)
n侧焊盘电极12可采用各种结构，只需考虑欧姆性、粘着性、防止不纯物扩散、与引线的粘着性等事项来选择适当的结构即可。例如，可从n侧半导体层一侧起依次层叠由与n侧半导体层的欧姆接触和粘结性良好的W、Mo、Ti等构成的第1层及由与引线的粘结性良好的金、Al、白金族等构成的焊盘用第2层。例如，Ti/Au、Ti/Al等。在欧姆用第1层和焊盘用第2层之间，还可设置高熔点金属层(W、Mo、白金族)作为阻挡层，形成3层结构。例如，W/Pt/Au、Ti/Rh(第2层a)/Pt(第2层b)/Au等。特别是用反射、阻挡性能良好的Rh作阻挡层，则有利于提高光取出效率。另外，作为p侧焊盘电极，从半导体层一侧按顺序，除Ni/Au、Co/Au之外，还可适当选用ITO等导电性氧化物、白金族金属、Rh/Ir、Pt/Pd等。本发明的半导体发光元件中，p侧焊盘电极上再设置延长导电部则较为理想。由此，能够使活性层整体有效发光，特别是面朝上安装本发明的半导体发光元件时更为有效。此外，p侧焊盘电极既可形成在透光电极的上面，也可通过设在透光电极上的开口部与p侧氮化物半导体层相接触。
(n侧氮化物半导体层4、活性层6、p侧氮化物半导体层8)
列举下述(1)～(5)例，说明构成本发明氮化物半导体发光元件的半导体层叠结构。但本发明不仅限于这些例子。
下述(1)～(5)例均形成在生长基板上，生长基板采用蓝宝石较为理想。
(1)由GaN构成的膜厚为的缓冲层、由掺杂Si的n型GaN构成的膜厚为4μm的n型接触层、由无掺杂In0.2Ga0.8N构成的膜厚为
Figure A20091014887700162
的单量子阱结构的活性层、由掺杂Mg的p型Al0.1Ga0.9N构成的膜厚为0.2μm的p型覆盖层、由掺杂Mg的p型GaN构成的膜厚为0.5μm的p型接触层。
(2)(a)由AlGaN构成的膜厚约为的缓冲层；
(b)膜厚为1μm的无掺杂GaN层、由含4.5×1018/cm3Si的GaN构成的膜厚为5μm的n侧接触层、由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700164
厚的下层和由含4.5×1018/cm3Si的GaN构成的
Figure A20091014887700165
厚的中间层及由无掺杂GaN构成的厚的上层等由3层组合而成的n侧第1多层膜层(总膜厚为
Figure A20091014887700167
)；
(c)相互交叠由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700168
厚的氮化物半导体层和由无掺杂In0.1Ga0.9N构成的
Figure A20091014887700169
厚的氮化物半导体层各10层，并进一步形成有由无掺杂GaN构成的厚的氮化物半导体层的超晶格结构的n侧第2多层膜层(总膜厚
Figure A200910148877001611
)；
(d)相互交叠由无掺杂GaN构成的膜厚为的障碍层和由In0.3Ga0.7N构成的膜厚为
Figure A200910148877001613
的阱层各6层，并进一步形成有由无掺杂GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001614
的障碍层的多量子阱结构的活性层(总膜厚
Figure A200910148877001615
)；
(e)相互交叠由含5×1019/cm3Mg的Al0.15Ga0.85N构成的
Figure A200910148877001616
厚的氮化物半导体层和由含5×1019/cm3Mg的In0.03Ga0.97N构成的
Figure A200910148877001617
厚的氮化物半导体层各5层，并进一步形成有由含5×1019/cm3Mg的Al0.15Ga0.85N构成的
Figure A200910148877001618
厚的氮化物半导体层的超晶格结构的p侧多层膜层(总膜厚)；
(f)由含1×1020/cm3Mg的GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001620
的p侧接触层。
(3)(a)由AlGaN构成的膜厚约为
Figure A20091014887700171
的缓冲层、(b)膜厚为1μm的无掺杂GaN层、由含4.5×1018/cm3Si的GaN构成的膜厚为5μm的n侧接触层、由以下3层组合而成的n侧第1多层膜层(总膜厚
Figure A20091014887700172
)，即由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700173
厚的底层和由含4.5×1018/cm3Si的GaN构成的
Figure A20091014887700174
厚的中间层及由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700175
厚的上层；
(c)相互交叠由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700176
厚的氮化物半导体层和由无掺杂In0.1Ga0.9N构成的
Figure A20091014887700177
厚的氮化物半导体层各10层，并进一步形成有由无掺杂GaN构成的
Figure A20091014887700178
厚的氮化物半导体层的超晶格结构的n侧第2多层膜层(总膜厚)、(d)相互交叠最初为由无掺杂GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001710
的障碍层、之后依次为由In0.3Ga0.7N构成的膜厚为的阱层和由In0.02Ga0.98N构成的膜厚为
Figure A200910148877001712
的第1障碍层及由无掺杂GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001713
的第2障碍层等各6层而成的多量子阱结构的活性层(总膜厚)(相互交叠层数为3-6层较为理想)；
(e)相互交由含5×1019/cm3Mg的Al0.15Ga0.85N构成的
Figure A200910148877001715
厚的氮化物半导体层和由含5×1019/cm3Mg的In0.03Ga0.97N构成的
Figure A200910148877001716
厚的氮化物半导体层各5层，并进一步形成有由含5×1019/cm3Mg的Al0.15Ga0.85N构成的
Figure A200910148877001717
厚的氮化物半导体层的超晶格结构的p侧多层膜层(总膜厚
Figure A200910148877001718
)；
(f)由含1×1020/cm3Mg的GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001719
的p侧接触层。进一步将设置于n侧的由无掺杂GaN构成的
Figure A200910148877001720
厚的底层，设置于从下层依次为由无掺杂GaN构成的
Figure A200910148877001721
厚的第1层和由含5×1017/cm3Si的GaN构成的
Figure A200910148877001722
厚的第2层及由无掺杂GaN构成的
Figure A200910148877001723
厚的第3层所构成的3层结构的底层，由此可抑制伴随发光元件驱动时间的推移而发生的Vf的变动。
(4)(a)缓冲层、(b)无掺杂GaN层、(c)由含6.0×1018/cm3Si的GaN构成的n侧接触层、(d)无掺杂GaN层(以上是总膜厚为6nm的n型氮化物半导体层)、(e)相互交叠由含2.0×1018/cm3Si的GaN障碍层和InGaN阱层各5层的多量子阱结构的活性层、(f)由含5×1018/cm3Mg的GaN构成的膜厚为
Figure A200910148877001724
的p侧氮化物半导体层。透光电极和p型氮化物半导体层之间还可进一步设置膜厚为
Figure A20091014887700181
的InGaN层。如此设置
Figure A20091014887700182
厚、较理想的是厚的InGaN层时，该层则与正电极连接，可成为p侧接触层。
(5)(a)缓冲层、(b)无掺杂GaN层、(c)由含1.3×1019/cm3Si的GaN构成的n侧接触层、(d)相互交叠无掺杂GaN层(以上是总膜厚为6nm的n型氮化物半导体层)、将含3.0×1018/cm3Si的GaN障碍层和InGaN阱层各7层的多量子阱结构的活性层(总膜厚
Figure A20091014887700184
)、(e)由含2.5×1020/cm3Mg的GaN构成的膜厚为
Figure A20091014887700185
的p型氮化物半导体层。透光电极和p型氮化物半导体层之间还可进一步设置膜厚为的InGaN层。如此设置
Figure A20091014887700187
厚、较理想的是厚的InGaN层时，该层与正电极连接，可成为p侧接触层。
(光变换构件)
本发明的半导体发光元件可以包括将来自发光元件的部分光变换为与其波长不同的光的光变换构件。由此能够得到变换发光元件的光的发光装置，利用发光元件的发光和变换光组成的混色光，可以得到白色系、灯泡色的发光装置。
光变换构件可以是含Al且包含从Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb、Eu、Sm中选择的至少一种元素及Ga和从In中选择的一种元素的铝石榴石类荧光体、而且也可以是至少包含稀土类元素中的一种的铝石榴石类荧光体等。由此即便使用高输出高发热的发光元件，也能够制得温度特性和耐久性良好的发光装置。
光变换构件可以是用通式(Re1-xRx)3(Al1-yGay)5O12(其中，0＜x＜1、0≤y≤1、但，Re是选自由Y、Gd、La、Lu、Tb、Sm组成的群组中的至少一种元素；Rx是Ce或Ce和Pr)表示的荧光体。与上述相同，由此能够制得温度特性和耐久性良好的高输出发光元件，特别是活性层为InGaN时，温度特性随黑体辐射规律变化，可有利于得到白色系发光。
光变换构件还可以是含N且包含Be、Mg、Ca、Sr、Ba和Zn中选择的至少一种元素及C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr和Hf中选择的至少一种元素，并用至少一种稀土类元素活化的氮化物类荧光体。具体而言，例如，可用通式LXSiYN(2/3X+4/3Y):Eu或LXSiYOZN(2/3X+4/3Y-2/3Z):Eu(L为Sr、Ca或Sr和Ca中的任意一个)表示的。由此与上述荧光体相同，高输出的发光元件也可获得良好的温度特性和耐久性。其中氧化硅和氮化硅的化合物较为理想。通过与上述铝石榴石类荧光体的组合，两者的温度特性相互作用，从而能够制得混合色的温度变化小的发光装置。
实施方式2
本实施方式主要是在实施方式1的基础上说明使用激光划片法切割基板2的情况。其它皆与实施方式1相同。
激光划片法是用激光束形成分离槽的方法。通过激光划片法形成分离槽后，使用通常的割断方法就能够将基板切割成单个元件。使用激光划片法与传统的切割方法相比能够形成深度较深而宽度较窄的分离槽。由此减小基板中分离槽的所占面积，能够增加元件的产量。而且分离槽的加深能够抑制割断时不良品的产生。因而使用激光划片法的切割方法特别适用于小型元件的切割。
本实施方式对实施方式1中说明的氮化物半导体元件的切割采用了激光划片法。由此不但能够提高元件的产量和成品率还能够提高成品元件周边部的光取出效率。
首先说明使用激光划片法的基板切割方法。图6A～图6C是表示使用激光划片法的基板切割方法的截面模式图。此外图6A～C为简便起见，省略了电极和保护膜。
如图6A所示，将已形成元件的基板2，使其半导体层9朝下固定在粘着层40上，然后打磨基板2使其变薄后(例如，将450μm厚的基板打磨至85μm厚)，从基板2背面用激光束42沿元件的切割线照射。激光束42可以使用例如355nmYAG激光。激光束42的束径可设为3～8μm。
如图6B所示，经激光束42照射，基板2上形成大致呈V字型的沟槽50。沟槽50里附着有激光束42熔融的基板材料的再固化物52。图7是该V字形槽50的放大图。如图7所示，V字形槽50的宽度W和深度D的比W/D优选小于或等于0.5，更优选小于或等于0.3。V字形槽的深度D优选达到基板2的厚度的40～60％。例如，典型的V字形槽50的宽度W约为8～15μm，深度D为40～60μm。这样的V字形槽50具有足够作为磨薄至约85μm厚基板2分离槽的深度。
如图6C所示，使用轧辊切割等适当方法将基板2切割成单个元件。激光划片所形成的V形槽50有足够的深度，因此能够抑制割断时元件的欠缺、裂纹等次品的产生。此外激光划片法所形成的分离槽50宽度较窄，从而缩小切割线的宽度，能够增加元件产量。进行割断时，再度熔融的大部分固化物52将会脱落。
如此切割的氮化物半导体发光元件，其形状具有明显的特征。图8A是表示通过激光划片和割断后形成的氮化物半导体的侧面形状的截面模式图。如图8A所示，用上述方法切割的氮化物半导体发光元件的侧面，可分为经割断形成的半导体层一侧区域2a和经激光划片形成的基板背面一侧区域2b上下两个区域。经割断所形成的半导体层一侧区域2a，大致垂直于基板主面，而经激光划片所形成的背面一侧区域2b，则从正交于基板主面的平面朝向基板内侧倾斜。其结果，如图8A所示，氮化物半导体发光元件的截面形状，其基板背面一侧部分2b大致呈梯形。
基板侧面的背面一侧区域2b经激光束熔融致使表面变质、表面粗糙度增大的同时，表面附近还出现变色。因矩形的氮化物半导体元件的四边都存在变质的背面一侧区域2b，若直接使用将会降低光取出效率。即从基板2的侧面射出的光的一部分被侧面变质区域2b所吸收。此外因基板2形成光导波路，所以基板2内多重反射的光的一部分也会被变质区域2b所吸收。
本实施方式采取向基板背面一侧喷射砥粒的喷射加工法，尽可能去除形成在基板侧面的背面一侧区域2b上的变质部分。喷射加工可使用氧化铝砥粒来进行。进行喷射加工后的基板2，如图8B所示，基板侧面的背面一侧区域2b的角部呈圆弧状。通过喷射加工，基板侧面背面一侧区域2b的表面粗糙度也在某种程度上变小。特别是基板背面的端部2c，如图8C所示，其角被磨成圆弧状。该端部2c的圆弧越大侧面的背面一侧区域2b的变质层的去除程度越高。基板侧面的背面一侧区域2b的表面粗糙度也反映变质层的去除程度。
喷射加工，既可在图6C所示的基板2割断前进行，也可在割断后进行。如在割断前进行，则可先去除堆积在基板2分离槽50内的再固化物52只后再进行割断。从而能够防止割断时飞溅的再固化物52附着在元件上。另一方面，如图6C所示的割断工序后进行喷射加工，则能够以通过伸展粘着层40来扩大元件之间间隔的状态进行喷射加工。由此能够更有效地去除基板侧面的背面一侧区域2b上形成的变质层。还能够使用较大的砥粒进行喷射加工。使用较大的砥粒进行喷射，能够更好地去除变质层并加快喷射加工速度。此时砥粒的直径优选大于或等于10μm，更优选大于或等于40μm。另外，割断之后进行喷射加工较之割断前进行喷射加工，基板不易产生裂纹，且成品率也会提高。通过喷射加工去除吸收光的变质层即可，但基板侧面的背面一侧区域2b的表面光滑度不必与其它面(如基板背面)一样。喷射加工后，基板侧面的背面一侧区域2b的表面粗糙度也会比基板背面大(例如大于或等于1.5倍)。
由此形成的氮化物半导体发光元件，因其能提高元件周边部分的光取出效率，再加上控制p型氮化物半导体层8及/或透光电极10的端面锥角，能够改善发光易变弱的元件周边部分的发光强度。下面参照图9简单说明该原因。图9是表示经激光划片法的元件周边部分的截面模式图。如上所述，通过激光划片法形成V字型分离槽后，基板侧面的背面一侧区域2b成为倾斜面。如图9所示，基板内以全反射角行进的光，在倾斜的背面一侧区域2b处改变了反射角，因此光容易从基板向外部取出，并且多射向元件的上方。与基板2侧面垂直于基板背面的情况相比，不但能够提高光取出效率，而且能够改善元件周围部分的发光强度。
如图9所示，在正交于基板主面的截面(图9中为与元件的宽度方向平行的截面)中，p侧层9上所形成的倾斜面(p侧层的端面7)与基板2的侧面上所形成的倾斜面(背面一侧区域2b)，朝向元件外缘相互接近而倾斜。换言之，p侧层9的倾斜面与基板主面平行的半导体层的截面的面积沿半导体的叠层方向(从n侧氮化物半导体层4向p侧氮化物半导体层9的方向)逐渐变小。另一方面，基板2的侧面上所形成的倾斜面的倾斜方式为与基板主面平行的基板截面面积向基板背面逐渐减小。由此提高了发光较弱的周边区域的光取出效率，特别是能够提高小型元件的发光效率，并实现制作小型且高亮度的发光元件。
实施方式3
图10是表示本发明的实施方式2所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。除以下说明事项外，皆与实施方式1相同。
本实施方式中，n侧焊盘电极12形成于芯片角落附近，p侧层9沿n侧焊盘电极12的一侧延伸。与实施方式1相同，假设连接p侧焊盘电极14与n侧焊盘电极12的中心线18和与其正交的n侧焊盘电极12的切线20，则上述p侧层9的延伸部相对于假想切线20距p侧焊盘电极14较远。因此p侧层9的延伸部的发光强度呈减弱趋势。特别是其前端区域22发光强度的减弱更为显著。为此，本实施方式在p侧层9的前端区域22上设置了上窄下宽形状的终端部9a。此外，透光电极10也在同一位置上设置了上窄下宽形状的终端部10a。本实施方式也因p侧层9和透光电极10的上窄下宽形状的终端部的端面锥角小，所以能够提高发光强度易减弱的前端区域22的光取出效果，提高元件整体的发光效率，同时实现整体的均匀发光。
实施方式4
图11是表示本发明的实施方式3所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。除以下说明事项外，皆与实施方式1相同。
本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件，如图11所示，是平行四边形的芯片。平行四边形的芯片其一条对角线上的角为钝角，另一条对角线上的角为锐角。此时，如图11所示，优选将p侧焊盘电极14及n侧焊盘电极12设置在平行四边形芯片的钝角附近。由此能够提高发光强度易减弱的角部的光取出效率。即距直线连接p侧焊盘电极14和n侧焊盘电极12的电流通路较远的区域，基本上会存在电流密度变小、发光强度减弱的趋势。因该区域的芯片角部23和26是锐角，如果沿着芯片蚀刻p侧层9，则p侧层9上会形成上窄下宽形状的终端部，而且透光电极10上也会形成上窄下宽形状的终端部。因此，在发光强度易减弱的芯片角部23和26，减小其端面锥角，则能够提高光取出效率。
此外，本实施方式中，p侧层9沿n侧焊盘电极12两侧延伸。与实施方式1相同，假设连接p侧焊盘电极14与n侧焊盘电极12的中心线18和与其正交的n侧焊盘电极12的切线20，则上述两侧延伸部相对于切线20距p侧焊盘电极14较远。由此，本实施方式中，不仅芯片角部的附近区域23，位于与其相对区域25的p侧层9的延伸部上也要形成上窄下宽形状的终端部。本实施方式也缩小了发光强度易减弱区域的端面锥角，从而提高光取出效率和元件整体的发光效率，并能够实现均匀发光。
实施方式5
图12是表示本发明的实施方式4所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。除以下说明事项外，皆与实施方式3相同。
本实施方式中，第1，将p侧层9从芯片一角的附近区域23进一步向n侧焊盘电极12延伸，其前端区域24上设置上窄下宽形状的终端部。由此能够提高发光强度易减弱的末端部的光取出效率并扩大透光电极10的形成面积，实现更加均匀的发光。
第2，本实施方式中，部分p侧焊盘电极14(延长导电部)向芯片角部26延伸，并通过与上述端面锥角控制之间的相乘效果，提高芯片角部26的发光强度。本实施方式既能提高元件整体的发光效率也能实现整体均匀的发光。
实施方式6
本实施方式与上述实施方式1～4不同，p侧层9和透光电极10仍为以往的平面形状，但在发光相对易变弱区域缩小p侧层9和透光电极10的端面锥角。图13A至F是表示本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的形状变化的俯视图。发光相对较弱的区域，会因n侧焊盘电极和p侧焊盘电极的配置、透光电极的阻值的不同而变化，一般而言，距直线连接p侧焊盘电极和n侧焊盘电极的电流通路越远，发光强度越容易减弱。即基本上距p侧焊盘电极越远的位置发光强度越易变弱，其中，距n侧焊盘电极远的位置发光强度也易变弱。
如图13A的所示例，n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14分别设置在矩形芯片位于对角线上的两角处。此例中，没有设置n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14的角部28和29，其发光强度相对较弱。因此要相对缩小位于该区域的透光电极10及/或p侧层9的端面锥角。如图13B所示例，p侧焊盘电极14从图13A所示位置，沿芯片的一边移到了该边接近中间的位置。由此，靠近p侧焊盘电极14的角部区域28较其对角线上的角部区域29发光强度相对较强。因此，透光电极10及/或p侧层9位于角部区域29的端面锥角要比角部区域28小。其它事项与图13A相同。如图13C的所示例，n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14设置在矩形芯片的同一边的两角处。与设置有焊盘电极的边相对面的边上的两角附近区域30和31发光有变弱倾向。因此，要相对缩小位于这些区域的透光电极10及/或p侧层9的端面锥角。
如图13D的所示例，n侧焊盘电极12和p侧焊盘电极14分别设置在两条对边的靠近中间位置中。此例中，n侧焊盘电极12的两侧角部区域32和33发光相对较弱。因此，要相对缩小位于这些区域的透光电极10及/或p侧层9的端面锥角。如图13E的所示例，除p侧焊盘电极14的形状不同之外，其它均与图13D相同。即存在从p侧焊盘电极14两侧向上述区域32和33延伸的延长导电部14a。延长导电部14a的存在能够提高角部区域32和33的电流密度。通过该延长导电部的存在所引发的电流密度增大效果和上述控制锥角所产生的光取出效率提高的相乘效果，能够进一步抑制区域32和33发光强度的减弱。如图13F的所示例，除与p侧焊盘电极14形状不同之外，其它均与图13E相同，即存在从p侧焊盘电极14向角部区域28延伸的延长导电部。只不过该例考虑到延长导电部的效果，省略了对角部区域28处的锥角的调整。
实施方式7
图14A和B是表示本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图和截面图。本实施方式中，氮化物半导体发光元件，不具备与氮化物半导体材质不同的异种基板，而由n侧氮化物半导体层4、活性层6和p侧氮化物半导体8构成，且在p侧氮化物半导体层上形成透光电极10，透光电机10上形成p侧焊盘电极14，在n侧半导体层的下面形成n侧焊盘电极12。这种结构的氮化物半导体发光元件可用GaN基板作为n侧氮化物半导体的一部分而进行制作。
该结构也是以p侧氮化物半导体层8的上面作为发光观测面，但由于n侧焊盘电极12形成于n侧氮化物半导体层的背面上，所以仅由与p侧焊盘电极14之间的距离来决定发光强度的分布。即距p侧焊盘电极越远，电流密度越小，所以发光强度呈逐渐减弱趋势。因此本实施方式，在透光电极10上以放射状形成有多个突起部10a，并将各突起部10a制成上窄下宽的形状。由此能够缩小发光相对较弱区域，即远离p侧焊盘电极14的区域上的端面锥角，并能提高该区域的光取出效率。从而能够制得整体发光均匀且发光强度高的氮化物半导体发光元件。
实施方式8
图15A和B是表示实施方式8所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图和截面图。此外图15B为了简化图面省略了绝缘保护膜16。本实施方式通过在p侧层9和元件外缘之间的区域形成半导体层的突起群54，进一步提高元件周边部分的光取出效率。此外其它事项均与实施方式1相同。下面，从形成电极的面侧看氮化物半导体发光元件，将包括透光电极10的部分的p侧层9称为第1区域，将第1区域与元件外缘之间的区域称为第2区域。如图15A所示，第1区域被第2区域所包围。第2区域又被元件的外缘所包围。
如图15A和15B所示，露出n侧氮化物半导体层4’的第2区域上形成有多个凸(凹陷)部54。这些凸部54如后面所述，具有提高光取出效率的作用。露出n侧氮化物半导体层4’的第2区域，既是n侧焊盘电极12的形成面(n侧接触层的表面)，也是切割时形成切割槽的区域。在该第2区域形成凸部54有很多好处。首先，在第2区域上露出n侧氮化物半导体层4’的同时进行凸部54的形成，则无需增加工序就能够形成凸部54。而且，与设置用于形成凸部54的特别区域时相比，更能使芯片小型化。其次，位于元件周边的第2区域因其不是直接发光的部分而发光强度弱，但通过形成凸部54，既能改善第2区域的光取出效率，又能增强观测面整体的发光均匀性。
通过在第2区域上设置凸部54，能够将射向发光观测面的光取出效率，例如提高10～20％。虽其原因尚不明确，但可推测为以下几种。
1.n侧层4(特别是n侧接触层)内通过光导波路的光，从n侧层4射入凸部54的内部，并从凸部54的顶端或中间部位射向观测面侧。
2.从活性层6的端面射向侧方的光，被多个凸部54反射、散射，射向观测面侧。
3.n侧层4(特别是n侧接触层)内通过光导波路的光，在凸部54的根部附近(n侧层4和凸部54的连接部)的侧面上发生漫反射，射向观测面方向。
芯片小型化程度越高第2区域面积比例越大。即当从基板侧形成分离槽而切割元件时，如果分离槽达到流通电流而发光的第1区域(p侧层9)，则元件质量会恶化，发光效率将会降低。因此，第1区域需与元件的外缘间隔一定距离，以使形成于基板背面的分离槽不能达到第1区域。因此，特别是尺寸小的元件，相对于元件整体，第2区域所占面积比增大。由此可见，特别是小型元件，在第2区域形成凸部54具有很好的效果。
图15A和B所示氮化物半导体发光元件为DH结构(双异质结构)，所以活性层6的部分成为发光部。如图15B所示，第2区域上设置的各凸部54，优选在元件的截面中高于活性层6。而各凸部54之间的底面优选低于活性层6。具体而言，凸部54至少要高于活性层6和与之相邻的n侧氮化物半导体层4”之间的界面，高于活性层6和p侧氮化物半导体层8之间的界面更为理想。凸部54之间的底面至少要低于活性层6和p侧氮化物半导体层8之间的界面，低于活性层6和与之相邻的n侧氮化物半导体层4”之间的界面则更为理想。由此能够有效提高活性层6的光取出效率。
优选将凸部54与p侧层9设为实质相同高度，这样，光就不会被形成有透光电极10的第1区域的半导体层9所遮挡而能够从凸部54的顶部有效地射向观测面。进一步使凸部54高于p侧氮化物半导体层8，高于透光电极10则更为理想，由此能够进一步有效地取出光。
而且在半导体的层叠方向即从n侧层4向p侧层9的方向，使凸部54的截面宽度逐渐变窄，则上述效果会更强。即通过使凸部54的侧面倾斜，能够将来自活性层6的光在凸部54的侧面上高效反射，并能高效散射在n侧层4内通过光导波路的光。由此，能够有效取出射向观测面方向的光。凸部54的侧面倾斜角优选为30°～80°，更优选为40°～70°。凸部54的侧面倾斜角是指凸部54截面上底边一侧的内角。
凸部54的截面形状可以是三角形、半椭圆形、梯形等各种形状。凸部54的平面形状也可以是圆形、三角形等各种形状。特别优选凸部54的截面形状为上窄下宽的形状、平面形状为圆形。采用此结构，不仅易于控制光的定向性，而且整体上更能均匀地取出光。从p侧接触层8一侧取出光时(即以p侧接触层为观测面时)，可认为从观测面看到的凸部的平面形状不是点而是具有一定面积较为理想。
若凸部54的上面具有一定面积时，则可在凸部54上面的靠近中心部的位置上形成凹陷部。由此n侧层4内通过光导波路的光在进入凸部54的内部时，会因凸部54的上面所形成的凹陷部而更容易射向观测面方向。
从第1区域向元件外缘排布2列以上，最好是3列以上凸部54较为理想。且从第1区域向元件外缘方向沿与基板主面平行的角度看时，使不同列的凸部54部分重叠较为理想。由此，从第1区域射出的光会以较高的概率在凸部54上反射、散射，从而提高光取出效率。
优选在露出n侧氮化物半导体层4”的同时，形成本实施方式的凸部54。例如，层叠p侧氮化物半导体层8后，用抗蚀膜覆盖p侧层9上形成透光电极10的部位(第1区域)和应形成凸部54的部位(第2区域)，之后进行蚀刻直至露出n侧氮化物半导体层4”。从而可同时形成用于设置n侧焊盘电极12的露出面和凸部54。掩膜也可用SiO2等绝缘膜代替抗蚀膜来使用。
由此形成的凸部54具有与第1区域的半导体相同的叠层结构。只是第1区域所包括的活性层6具有发光功能，而第2区域的凸部所包括的活性层6却没有发光功能。这是因为在第1区域有p侧焊盘电极14，而第2区域(凸部)没有p侧焊盘电极14。即流通电流则第1区域的活性层能够获得载流子(空穴和电子)，而设置于第2区域上的凸部中的活性层却不会因流通电流获得载流子。因此，本实施方式的凸部54其自身不能发光。因此切割元件时，即使部分凸部54受到破坏也几乎不会降低发光效率。
本实施方式的凸部54，可减少横向(氮化物半导体发光元件的侧面方向)射出的光，且增加射向上方(观测面一侧)的光。特别是尺寸小的元件，由于第2区域所占比例较大，因此发光强度高的区域就减少。在该第2区域设置凸部54，能够增加发光强度较高的区域。
本实施方式的元件切割，优选采用实施方式2中说明的激光划片法。使用激光划片法切割元件，使基板侧面的基板背面一侧区域2b倾斜，能够提高基板端面的光取出效率。因此，在本实施方式的凸部54和基板侧面中的倾斜面(基板背面一侧区域2b)的共同作用下，使光向上方射出，从而能够提高容易变暗的元件周边部分的光取出效率。
实施方式9
图16是表示本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的俯视图。本实施方式中，在实施方式8的围住n侧焊盘电极12的部分的p侧层9上，设置了多个突起部9a。通过设置该突起部9a，扩大了包括电流流通而发光的区域的第1区域。加之将各突起部9a设置成上窄下宽的形状，能够使光在突起部9a的端面中漫反射，并提高光取出效率。而且，各突起部9a的终端部的端面锥角变小，进一步提高该区域的光取出效率。
实施例1
制作图1及图2所示结构的氮化物半导体发光元件。具体而言，在蓝宝石基板2上按以下顺序层叠：(a)由AlGaN构成的缓冲层(无图示)；(b)无掺杂GaN层(无图示)；(c)n侧氮化物半导体层4，即由掺杂Si的GaN构成的n侧接触层及GaN层(
Figure A20091014887700281
)和InGaN层(
Figure A20091014887700282
)相互交叠10次的超晶格的n侧覆盖层；(d)GaN层(
Figure A20091014887700283
)和InGaN层(
Figure A20091014887700284
)相互交叠3～6次的多量子阱结构的活性层6；(e)p侧氮化物半导体层8，即掺杂Mg的GaN层()和掺杂Mg的InGaN层(
Figure A20091014887700286
)相互交叠2次的p侧覆盖层；以及掺杂Mg的GaN所构成的p侧接触层。
在部分区域，去除p侧氮化物半导体层8、活性层6和n侧氮化物半导体层的一部分4”(p侧层9)而露出n侧氮化物半导体层4’的表面。此时，进行蚀刻以缩小p侧层9中较切线20远离p侧焊盘电极14的部分的端面锥角。然后在露出的n侧层4’上形成n侧层焊盘电极12。其后，在p侧氮化物半导体层8的几乎整面上，覆盖由ITO构成的透光电极10，在部分该透光电极10上面，形成p侧焊盘电极14。此时，蚀刻以缩小透光电极10中较切线20远离p侧焊盘电极14的部分的端面锥角。
以下进一步进行详细说明。
(半导体层的形成)
首先把直径2英寸、C面为主面的蓝宝石基板放置在MOVPE反应器内，温度设定为500℃，用三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)和氨(NH3)，生长由Al0.1Ga0.9N构成的膜厚为
Figure A20091014887700287
的缓冲层。形成缓冲层之后，将温度设定为1050℃，用TMG和氨，生长膜厚为1.5μm的无掺杂GaN层。该层作为予以生长构成元件结构各层的底层(生长基板)来使用。
其次，在底层上面，作为n侧氮化物半导体层4，用TMG、氨和用作不纯气体的硅烷气体，在1050℃的温度下，生长由掺杂1×1018/cm3Si的GaN构成的膜厚为2.165μm的n侧接触层。将温度设定为800℃，在原料气体中断续地注入三甲基铟，并使GaN层(
Figure A20091014887700291
)和InGaN层(
Figure A20091014887700292
)相互交叠10次以形成膜厚
Figure A20091014887700293
的超晶格n型覆盖层。进一步相互交叠GaN层(
Figure A20091014887700294
)和InGaN层()3～6次，生长多量子阱结构的活性层6。作为p侧层氮化物半导体层8，生长相互交叠掺杂Mg的Al0.1Ga0.9N层(
Figure A20091014887700296
)和掺杂Mg的InGaN层(
Figure A20091014887700297
)10次的厚0.2μm的超晶格p型覆盖层。最后，以900℃的温度，在氢氛下，导入4ccTMG、3.0升氨和用作载气的2.5升氢气，在p侧覆盖层上生长由掺杂1.5×1020/cm3Mg的p型GaN构成的膜厚为0.5μm的p侧接触层。此后，将得到的芯片在反应器内、氮氛中，以600℃温度进行退火，从而进一步减小p型覆盖层和p侧接触层的电阻。
(蚀刻)
退火后，从反应器中取出芯片，在最上层的p侧接触层表面形成规定形状的掩膜，在p侧层9远离p侧焊盘电极14的部位形成上窄下宽(W/L约1.2)形状的终端部9a，蚀刻p侧层9，使该终端部9a的锥角小于其它终端部，并露出部分n侧接触层。此时上窄下宽形状的终端部9a的端面锥角约为27°。
(p电极和n电极的形成)
除去掩膜后，将芯片放置在喷镀装置上，将由In2O3和SnO2烧结体构成的氧化物靶放置在喷镀装置内。用喷镀装置，在氧氛中，以氩气与氧的混合气体(20∶1)作为喷射气体，以10W/cm2的RF功率喷镀20分钟，接着，将RF功率改变为2W/cm2，喷镀20分钟，从而形成由ITO构成的膜厚为
Figure A20091014887700298
的透光电极10。形成透光电极10后，与上述相同，在透光电极10上远离p侧焊盘电极14的位置中设置具有上窄下宽(W/L约0.86)形状的终端部的掩膜，并从该掩膜的上方进行蚀刻。此时上窄下宽形状的终端部10a的端面锥角约为60°。
其次，在透光电极10上，通过抗蚀剂形成具有规定形状的掩膜，并在其上依次层叠W层、Pt层、和Au层，用剥离法形成总膜厚为1μm的焊接用p侧焊盘电极14。之后，在n型接触层上，形成由Rh/Pt/Au构成的膜厚为
Figure A20091014887700299
的n侧焊盘电极12。接着，用退火装置，以400～600℃左右的温度进行热处理。
通过在规定位置切割所得芯片，能够得到氮化物半导体发光元件1。由上述方式制得的氮化物半导体发光元件，其p侧焊盘电极和n侧焊盘电极所夹区域的发光强度最高。p侧层9和透光电极10上所形成的上窄下宽形状的终端部9a和10a的端面锥角小于发光强度最高区域中的p侧层9和透光电极10的端面锥角，从而能够增加从该端面射向上方的光，并提高发光均匀性和光取出效率。
实施例2
改变实施例1中透光电极的蚀刻条件(蚀刻液、气体等)，将p侧焊盘电极和n侧焊盘电极所夹区域中透光电极10的端面锥角设为110°。其它均与实施例1相同。与实施例1相比，p侧焊盘电极和n侧焊盘电极所夹区域中，透光电极10的端面的发光集中度将减低。
比较例1
加大实施例1中p侧层9和透光电极10的蚀刻速度，将p侧层9和透光电极10的全周端面的锥角统一成近似90°。其它皆与实施例1相同。与实施例1相比，远离p侧焊盘电极的区域的发光强度降低。
实施例3
蚀刻p侧层9而形成掩膜时，如图16所示，在围住n侧电极12的部分中，形成多个半圆状突起部9a的同时，在p侧层9与元件外缘之间(第2区域)形成多个圆形凸部54，并留其掩膜。凸部54为直径5μm的圆形，凸部54以中心间隔7μm的距离排列。凸部54沿元件的外缘排列2列或3列，偶数列与奇数列的凸部54相互错开半个圆周的距离。此外皆与实施例1相同。而半圆状的突起部9a或圆形凸部54的端面锥角为75°。
本实施例的氮化物半导体发光元件，因凸部54和半圆状的突起部9a的存在而光取出效率高于实施例1。设置半圆状突起部9b的结果，使n侧焊盘电极12和p侧层9之间的间隔窄于元件外缘与p侧层9(第1区域)之间的间隔，从而增加了通电而发光的第1区域的面积，且提高了发光效率。
实施例4
使用激光划片法切割实施例1的氮化物半导体发光元件之外，均与实施例1相同。首先，与实施例1相同方法，制得氮化物半导体发光元件后，研磨蓝宝石基板2的背面至85μm厚。接着，将蓝宝石基板2背面朝上，固定在粘接层40上。用波长355nm、束径5μm的YAG激光束，扫掠蓝宝石基板2的背面，形成表面宽度约10μm、深度约47μm的分离槽。此后，从蓝宝石基板2的背面进行喷射加工，去除分离槽内附着的熔融后的再固化物。喷射加工使用直径约4μm的Al2O3。接着从蓝宝石基板2的背面进行轧辊切割，分成单个芯片。芯片尺寸宽度为150μm、长度为250μm。
由此形成的氮化物半导体发光元件，如图9所示，蓝宝石基板侧面其背面一侧约47μm的区域则倾斜。其倾斜角(倾斜面2b和正交于基板主面的面所成角度)约为6°。倾斜该侧面，可提高元件周边部的光取出效率。
实施例5
除在轧辊切割后进行喷射加工外，均与实施例4的相同方法制得氮化物半导体发光元件。
如实施例4，进行激光划片，再进行轧辊切割后，拉伸粘着层40以扩大元件之间的间隔。而后，从蓝宝石基板2的背面进行喷射加工。喷射用砥粒则用直径40μm的Al2O3。喷射用砥粒比实施例4的大，因此可以更短的时间完成喷射加工。由此制得的氮化物半导体元件，其蓝宝石基板2的侧面上背面一侧区域2b的变质层的去除效果比实施例4好。与实施例4相同，蓝宝石基板2的侧面上背面一侧区域2b倾斜，由此提高了元件周边部的光取出效率。蓝宝石基板2的侧面上背面一侧区域2b的表面粗糙度约为1.1μm，是蓝宝石基板2的背面表面粗糙度(约0.5μm)的2倍。

Claims (10)

1.一种氮化物半导体发光元件，其包括：
基板；
形成于上述基板上的n侧氮化物半导体层、活性层及p侧氮化物半导体层；
形成于上述p侧氮化物半导体层上的透光电极；
形成于上述p侧氮化物半导体层上的用于与外部电路连接的p侧焊盘电极；以及
形成于去除上述p侧氮化物半导体层和上述活性层的一部分而露出的上述n侧氮化物半导体层上的用于与外部电路连接的n侧焊盘电极，
所述氮化物半导体发光元件的特征在于：
关于在与上述基板的主面垂直的面内，上述p侧氮化物半导体层和上述活性层的端面与上述基板的主面之间所形成的角度即锥角，
当观测上述氮化物半导体发光元件的上述p侧氮化物半导体层的面内的亮度分布时，发光强度最弱区域的上述锥角小于发光强度最强区域的上述锥角。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
当观测氮化物半导体发光元件的上述p侧氮化物半导体层的面内的发光强度分布时，在该部分的亮度是上述p侧氮化物半导体层的面整体的平均亮度以下的区域中，上述p侧氮化物半导体层和上述活性层具有上窄下宽形状的角部，
上述角部的上述锥角小于上述发光最强区域的锥角。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
上述p侧氮化物半导体层和上述活性层，在从基板上面看，比正交于连接上述n侧焊盘电极和上述p侧焊盘电极中心的中心线的上述n侧焊盘电极的切线当中的与上述p侧焊盘接近的一方的切线更远离p侧焊盘电极的区域具有上窄下宽形状的角部，
上述上窄下宽形状的角部的上述锥角小于上述发光强度最强区域的上述锥角。
4.根据权利要求2或3所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
上述上窄下宽形状的角部的锥角小于或等于70°。
5.根据权利要求1~3中任意一项所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
在基板的宽度方向，与上述p侧焊盘电极相连的p侧氮化物半导体层的宽度X和上述p侧焊盘电极的最大宽度RP和上述n侧焊盘电极的最大宽度Rn，满足X＜2RP且X＜2Rn的关系。
6.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
在与上述基板主面正交的面内，上述基板的除上下面以外的侧面的半导体层侧的区域正交于基板主面，而上述侧面的基板背面侧的区域相对于基板主面的正交面倾斜。
7.根据权利要求6所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
在上述透光电极和元件外缘之间形成有多个由氮化物半导体构成的凸部。
8.根据权利要求6或7所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
上述侧面的上述半导体层侧的区域的表面粗糙度小于上述侧面的上述基板背面侧的区域的表面粗糙度。
9.一种氮化物半导体发光元件，其包括：
n侧氮化物半导体层；
形成于上述n侧氮化物半导体层上的活性层；
形成于上述活性层上的p侧氮化物半导体层；
形成于上述p侧氮化物半导体层上面的透光电极和p侧焊盘电极；以及
形成于上述n侧氮化物半导体层下面的用于与外部电路连接的n侧焊盘电极，
所述氮化物半导体发光元件的特征在于：
关于在与上述基板的主面垂直的面内，上述透光电极的端面与上述基板的主面之间所形成的角度即锥角，
当观测上述氮化物半导体发光元件的上述p侧氮化物半导体层的面内的亮度分布时，发光强度最弱区域的上述锥角小于发光强度最强区域的上述锥角。
10.根据权利要求9所述的氮化物半导体发光元件，其特征在于：
当观测氮化物半导体发光元件的p侧氮化物半导体层的面内的发光强度分布时，在该部分的亮度是p侧氮化物半导体层的面整体的平均亮度以下的区域中，上述透光电极具有上窄下宽形状的角部。
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