CN105098010A - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

半导体发光元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的实施方式涉及一种半导体发光元件及其制造方法。实施方式的半导体发光元件包含积层体、第一电极、第二电极、及第一层。所述积层体包含：第一半导体层、第二半导体层、及发光层。所述第一半导体层具有第一导电型。所述第二半导体层具有第二导电型。所述发光层设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间。所述第一电极连接在所述第一半导体层。所述第一电极包含：线状部分、及转向部分。所述线状部分相连在所述转向部分。所述第二电极连接在所述第二半导体层。所述第一层设置在所述第一半导体层的一部分与所述第一电极的所述转向部分之间。

Description

半导体发光元件及其制造方法
相关申请案
本申请案享有以日本专利申请案2014-99105号(申请日：2014年5月12日)作为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)等半导体发光元件具备具有发光层的半导体层、p电极及n电极。在半导体发光元件中，p电极形成在半导体层的一面，n电极形成在半导体层的另一面，或者，p电极及n电极形成在半导体层的一面。在这种半导体发光元件中，期望改善发光效率。
发明内容
本发明的实施方式提供一种改善了发光效率的半导体发光元件及其制造方法。
实施方式的半导体发光元件包含积层体、第一电极、第二电极、及第一层。所述积层体包含:第一半导体层、第二半导体层、及发光层。所述第一半导体层具有第一导电型。所述第二半导体层具有第二导电型。所述发光层设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间。所述第一电极连接在所述第一半导体层。所述第一电极包含:线状部分、及转向部分。所述线状部分相连在所述转向部分。所述第二电极连接在所述第二半导体层。所述第一层设置在所述第一半导体层的一部分与所述第一电极的所述转向部分之间。
附图说明
图1(a)～图1(c)是表示第一实施方式的半导体发光元件的示意图。
图2是表示第一实施方式的变化例的示意性剖视图。
图3(a)～图3(c)是表示比较例的半导体发光元件及其特性的示意图。
图4(a)～图4(c)是表示第一实施方式的变化例的半导体发光元件及其特性的示意俯视图。
图5是表示模拟图3及图4的半导体发光元件的特性所得的结果的图。
图6(a)及图6(b)是表示第二实施方式的半导体发光元件的示意图。
图7是表示第二实施方式的另一半导体发光元件的示意图。
图8(a)及图8(b)是表示半导体发光元件及其特性的参考图。
图9(a)及图9(b)是表示第二实施方式的半导体发光元件及其特性的图。
图10是表示模拟图8及图9的半导体发光元件的特性所得的结果的图。
图11(a)～图11(c)是表示电流阻挡层的配置的图。
具体实施方式
下面，一面参照附图，一面对本发明的各实施方式进行说明。
此外，附图是示意性或概念性的图，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等不一定与实物相同。另外，也存在如下情况：即便在表示相同部分的情况下，也可以根据附图而表示相互不同的尺寸或比率。
此外，在本案说明书与各图中，关于已给出的图，对与所述要素相同的要素标注相同符号，并适当省略详细的说明。
(第一实施方式)
图1(a)～图1(c)是例示第一实施方式的半导体发光元件的示意图。
图1(a)是半导体发光元件100的示意性俯视图。图1(b)是图1(a)的A1-A2线的示意性剖视图。图1(c)是图1(a)的B1-B2线的示意性剖视图。
如图1(a)～图1(c)所示，第一实施方式的半导体发光元件100具备：n型半导体层10(第一导电型第一半导体层)；p型半导体层20(第二导电型第二半导体层)；发光层30，设置在n型半导体层10与p型半导体层20之间；p电极40(第二电极)，设置在p型半导体层20的与发光层30的形成面为相反侧的面上；电流阻挡层50(第一层)，设置在n型半导体层10的与发光层30的形成面为相反侧的面上；n电极60(第一电极)，设置在n型半导体层10及电流阻挡层50上；以及n电极垫70(电极垫)。半导体层80(积层体)具备n型半导体层10、p型半导体层20、及发光层30。半导体层80具有第一面80a、及第二面80b。第一面80a为与第二面80b相反侧的面。具有n型半导体层10、p型半导体层20、发光层30、及电流阻挡层50的积层物设置在半导体发光元件100。
将从p电极40朝向n电极60的方向设为Z轴方向。将相对于Z轴方向垂直的一个方向设为X轴方向。将相对于X轴方向垂直且相对于Z轴方向垂直的方向设为Y轴方向。从n型半导体层10朝向p型半导体层20的方向成为-Z轴方向(第一方向)。
半导体发光元件100为以GaN系氮化物半导体作为材料的发光二极管(LightEmittingDiode：LED)。半导体发光元件100具有Thin-Film(薄膜)构造。Thin-Film构造的半导体发光元件具有如下构造：将在成长衬底上成长的半导体层转印至与成长衬底不同的支撑衬底等。另外，半导体发光元件100具有上下通电型构造，该上下通电型构造将p电极40设置在第二面80b侧，并将n电极60设置在第一面80a侧。下面，在半导体发光元件中，有时将上下通电型Thin-Film构造称为VTF(VerticalThin-Film，垂直薄膜)构造。
设置在半导体发光元件100的n电极60为具有线状部分的细线电极构造。或者，也可以将p电极40的形状设为线状。也就是说，将p电极40及n电极60的任一者设为具有线状部分。电极的形状也可以为框状、梳状、格子状、锯齿状、或将这些形状中的若干个组合。
n型半导体层10为n型GaN层。p型半导体层20为p型GaN层。发光层30为氮化物半导体等半导体层。发光层30具有多重量子井构造。半导体层80的Z轴方向的厚度为1～4μm左右。
p电极40例如使用银(Ag)。从发光层30释出的光的一部分被p电极40反射，且从Z轴方向提取光。
n电极60例如使用铝(Al)。n电极60的Z轴方向的厚度为200nm以上且400nm以下。n电极60具有在第一面80a上沿一方向连续地相连的多个框形状。例如为纵格子形状。n电极60的所述形状具有角部61、及交叉部62。角部61具有n电极60的线状部分的一部分在第一面80a上转向而成的部分。在本实施例中，角部61如图1所示，为具有某固定角度的部分，且为例如大致垂直地设置的部分(转向而成的形状的另一例例如如图4所示)。角部61具有转向部分(第一转向部分)。交叉部62为n电极60的线状部分在第一面80a的周边附近交叉的部分，且为形成为T字形状的部分。另外，交叉部62具有大致垂直地转向而成的转向部分(第二转向部分)。交叉部62也可以具有如图4所示转向而成的转向部分。
所谓线状部分，是指具有大致直线状的部分。例如，线状部分为如图1所示在n电极60中为大致直线状的部分。
所谓转向部分，是指以某固定的角度转向而成的部分。例如，所谓转向部分，为如图1所示，在n电极60中，相连在线状部分并大致垂直地转向而成的部分。另外，转向部分也可以为如图4所示，在n电极60中以缓和的曲率转向而成的部分。转向部分也可以为具有特定的曲率半径的部分。
n电极垫70为大致四边形状，且设置在第一面80a的角附近。n电极垫70与n电极60电连接。
电流阻挡层50为绝缘层或高电阻层，包含例如含有介电体的材料、含有非接触性(包含非接触性、及因由于功函数的关系而不以低电阻与半导体层80接触的金属的组合、或界面障壁而导致的高电阻化)金属的材料、或具有比n电极60的材料高出两位数以上的电阻值的材料。
电流阻挡层50也可以为半绝缘层或半导体层。另外，电流阻挡层50也可以为相对于n电极60接触电阻高的金属化合物。电流阻挡层50可以包含抑制n电极60中的电流集中的任意材料。电流阻挡层50可以基于其厚度及材料而设置。
含有介电体的材料包含氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、氟化锂(LiF)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化镓(GaN)、氧化铪(HfO2)、二氧化锆(ZrO2)、氧化钛(TiO2)、以及其他氧化物、氮化物、氟化物、或包含这些的混合物。如果考虑光提取效率，则介电体的光学透明度高，且具有等于或低于半导体层80的折射率。折射率越低越理想，也可以通过设为泡状或海绵状而降低平均折射率。电流阻挡层50具有作为全反射镜(TotalInternalReflection：TIR)的功能，所以能够抑制因n电极60而导致的光的损耗。电流阻挡层50的Z轴方向的厚度较理想的是λ/2n以上，但在无法忽视介电体的光吸收的情况下，或不期待TIR的效果的情况下，较理想的是lnm以上且λ/8n以下。如果为1nm以下，则存在因若干个介电体而穿隧电流变为显著的情况。另外，λ/8n～λ/2n的范围是由于因n电极60而导致光吸收增大所以不理想。其中，λ设为光的波长，n设为介电体的λ的折射率。
包含非接触性金属的材料较理想的是光学反射率高的材料。但是，根据材料的组合，即便为0.5nm左右的厚度也会发挥功能。当为5nm以下的厚度时，n电极材料的光学特性成为支配性，所以形成电流阻挡层50的金属自身的光学特性并不重要。在VTF构造中，也可以将在结晶成长的初期阶段形成的GaN层用作电流阻挡层50。另外，也可以预先通过等离子体处理、自由基处理、或离子处理等对与n电极60接触的第一面80a进行加工而使其钝化，从而防止接触。在这些情况下，无法定义电流阻挡层的厚度。
如图1(a)及图1(b)所示，电流阻挡层50设置在n电极60的角部61与n型半导体层10之间，以及交叉部62与n型半导体层10之间。电流阻挡层50设置在n电极60的转向部分与n型半导体层10之间。另外，电流阻挡层50设置在n电极垫70与n型半导体层10之间。
电流阻挡层50以矩形状等任意形状设置。
图2是表示第一实施方式的变化例的示意性剖视图。
变化例是将电流阻挡层51(第二层)设置在p电极40与p型半导体层20之间。电流阻挡层51是以与n电极60的交叉部62对向的方式设置在半导体层80的第二面80b。此外，当从Z轴方向俯视时，电流阻挡层51具有比交叉部62更广的面积。变化例除了具有图1的半导体发光元件100的构成以外，还具有电流阻挡层51。图2的剖视图与图1(b)的剖视图相对应。
此外，也能够以与光提取效率低的n电极垫70相对应的方式，在其正下方的第二面80b上设置电流阻挡层51。
如本实施方式，在半导体发光元件100中，如果在n电极60的角部61或交叉部62与n型半导体层10之间、或者在n电极垫70与n型半导体层10之间设置电流阻挡层50，则能够抑制配线电阻的上升而抑制电流集中。由此，可通过实现高均匀性的电流扩大而提供一种实现了高均匀性的发光的半导体发光元件。
下面，对成为发现如上所述的条件的根源的研究结果进行说明。
图3(a)～图3(c)是例示比较例的半导体发光元件及其特性的示意图。
图4(a)～图4(c)是例示第一实施方式的变化例的半导体发光元件及其特性的示意俯视图。
此外，图3(a)、图4(a)表示从n电极侧观察的示意俯视图，且在附图左侧表示未连接在n电极60的两个电极。这些两个电极虽在第一实施方式中未说明且未图示，但也可以设置在第一实施方式的半导体发光元件100。另外，在进行了比较研究的半导体发光元件1、100中，角部61的一部分具有以缓和的曲率转向而成的形状。
图5是例示模拟图3及图4的半导体发光元件的特性所得的结果的图。
图3所示的比较例的半导体发光元件1在不具有电流阻挡层51方面，与变化例的半导体发光元件100不同，除此以外的积层构造相同。图3(b)是从p电极40侧观察的示意性俯视图。图3(c)是表示半导体发光元件1的电流密度分布的图。
图4是变化例的半导体发光元件100的示意俯视图，图4(b)是从p电极40侧观察的示意性俯视图。图4(c)是表示半导体发光元件100的电流密度分布的图。如图4(b)所示，电流阻挡层50的形状为T字状。另外，电流阻挡层50以与n电极垫70对向的方式设置在n电极垫70与n型半导体层10之间。电流阻挡层50的形状与电极垫70的形状相对应。
图5是表示关于半导体发光元件1的电流特性的数值、与关于半导体发光元件100的电流特性的数值。电流特性为(1)有效活性层面积(mm2)、(2)相对于晶粒的有效活性层面积比(％)、(3)相对于最大电流密度的晶粒使用效率(％)、(4)最大电流密度Jmax(A/cm2)、(5)平均电流密度Jave(A/cm2)、(6)电流分散值(A/cm2)、(7)驱动电压Vf(V)、以及(8)最大电流密度Jmax与平均电流密度Jave的比率Jmax/Jave。
此外，晶粒为将LED芯片从晶圆切割分离时的形状、尺寸，也包含电极垫或外周的非发光区域。(1)为实际上被注入电流而有助于发光的活性层的面积，(3)为计算电流密度分布与晶粒形状的相关系数所得的数值，且在电流均匀地分布于晶粒整体时被定义为100％。(5)为将注入电流除以有效活性层面积所得的数值，(6)为计算电流密度的度数分布的标准偏差(σ)所得的数值。
图3(c)及图4(c)所示的电流密度的分布图、以及图5所示的关于电流特性的图是假设半导体发光元件1及半导体发光元件100的尺寸为0.8mm见方，并对该芯片施加了550mA的电流的情况的模拟结果。
在图3(c)及图4(c)中，关于将最大电流密度设为100％的情况下的电流密度，区域a为75％，区域b为65％，及区域c为50％(在图4(c)中为60％)以上。另外，颜色越浅的部分表示电流密度越高。电流密度的分布是通过单调颜色的深浅而表示，且以电流密度越高颜色越浅，电流密度越低颜色越深的方式表示。如果比较图3(c)及图4(c)的区域分布，那么在图3(c)中，电流集中在n电极垫70的周围。另外，在图5中，半导体发光元件100的最大电流密度Jmax大幅度地降低。这意味着相对于在图3(c)的半导体发光元件1的构造中n电极垫70的附近集中性地发光，在图4(c)的半导体发光元件100的构造中整体性地均匀地发光。因此，可以认为半导体发光元件100中的电流扩大的均匀性较高。
另一方面，相对于半导体发光元件1的驱动电压，半导体发光元件100的驱动电压上升0.043(V)左右。在考虑发光效率的情况下，也可以将发光层30的电流密度效率作为电流特性而考虑。
因为在半导体发光元件中，n电极及p电极的材料使用低透光率的金属，所以为了高效地提取光，而使n电极及p电极的至少一者尽可能形成为不妨碍光的提取般的线状。而且，从设计及制作的观点出发广泛使用设为将线状部分引绕而成的电极、或配置具有线状的多个电极的方法。
在为用于例如白色LED照明等的氮化镓系半导体发光元件的情况下，难以使p型半导体层的电阻值及p电极的接触电阻小于n型半导体层的电阻值及n电极的接触电阻。因此，为了防止因电阻增大而导致发光效率降低，而增大p电极的面积并减小n电极的面积。在该情况下，具有线状部分的电极成为n电极。
关于LED，在接近电极的位置电流良好地流动，越是在远离电极的位置电流越难以流动。该电流的扩大情况可以通过电流扩大长度(Ls)的数值而定义。电流扩大长度可以通过实验性或解析性地计算直线状的电极周边的电流扩大而获得。电流扩大长度根据半导体层的特性、厚度、注入电流密度、温度等而变化，但在实用LED芯片中为50μm～300μm左右。
因为电流扩大长度受电流密度的影响，所以在如成为多个电极的起点般的部分、以及接近于电流注入源的部分产生电流集中。在具有细线极构造的半导体发光元件中，如果具有线状部分的n电极的配置变得复杂，那么在n电极的角部的附近、n电极的交叉部的附近、及n电极垫的附近等易于产生电流集中。n电极垫的附近由于电阻小，所以高密度的电流易流动。因为n电极的角部及交叉部的内角小于180度、例如为90度左右，所以被配置为在俯视时包围内角侧的半导体层的表面的一部分。在这种配置中，流入的电流增大。在约Ls以下的尺寸的相对较窄的区域，产生电流集中。
近年来，半导体发光元件逐渐高亮度化及小型化，在这种半导体发光元件具有局部较高的电流密度的情况下，可能会因电流集中而导致半导体发光元件破损。另外，在这种半导体发光元件具有局部较高的电流密度的情况下，发光层的发光产生不均，发光效率降低。
仅通过配置具有线状部分的电极，难以使电流注入均匀化而消除电流集中。虽然也可以通过以电流扩大长度的程度等距离地配置电极间隔而消除电流集中，但在设计上难以等距离地配置电极，且会对电极的配置加以限制，而减小设计的自由度。
有并用除金属以外的电极而消除电流集中的方法。在该方法中，将ITO(IndiumTinOxide，氧化铟锡)等透明电极配置在光提取面的整体或一部分，并辅助性地使用了具有线状部分的电极。虽然该方法改善电流集中，但在透明电极具有吸收或反射光的功能的情况下，光提取效率降低。如果为了增加光提取效率，而提高透明电极的透明度，则载子密度降低。载子密度的降低使驱动电压上升。电力转换效率(Wall-PlugEfficiency：WPE)降低。
另外，有使用面状电极以及贯通通孔电极消除电流集中的方法。但是，因无法充分确保面状电极的厚度，以及由于配置在面状电极与贯通通孔电极之间的绝缘区域的面积大，所以无法确保贯通通孔电极的面积，而导致驱动电压会上升。电力转换效率降低。形成贯通通孔电极的工艺复杂。进而，在半导体发光元件的构造上，难以将这些电极构造应用于VTF构造的半导体发光元件。
根据本实施方式，在n电极60的角部61及交叉部62与n型半导体层10之间、以及n电极垫70与n型半导体层10之间设置着电流阻挡层50。由此，能够抑制具有线状部分的n电极60的配线电阻的上升，而抑制电流集中。在半导体发光元件100中，能够通过实现高均匀性的电流扩大，而实现高均匀性的发光。
另外，也可以在设计半导体发光元件的电极时不考虑电极图案的变更。可以抑制驱动电压的上升，而改善电流的扩大。能够提供一种高效地使用了发光层整体的高发光效率的半导体发光元件。
另外，如图1所示，在n电极60的角部61及交叉部62与n型半导体层10之间设置着电流阻挡层50。在这种情况下，如果比较接触于电流阻挡层50的n电极60、与未接触于电流阻挡层50的n电极60，则在接触于电流阻挡层50的n电极60中，与半导体层80之间的Z轴方向的距离变长。由此，能够在接触于电流阻挡层50的n电极60中抑制电流集中。
根据本实施方式，能够提供一种改善了发光效率的半导体发光元件。
(第二实施方式)
图6(a)及图6(b)是例示第二实施方式的半导体发光元件的示意图。
图6(a)是半导体发光元件110的示意性俯视图。图6(b)是图6(a)的A1-A2线的示意性剖视图。
如图6(a)及图6(b)所示，第二实施方式的半导体发光元件110具备：n型半导体层10；p型半导体层20；发光层30，设置在n型半导体层与p型半导体层之间；p电极40，设置在p型半导体层20的与发光层30的形成面为相反侧的面；电流阻挡层50，设置在与n型半导体层10的发光层30的形成面为同一侧的面；n电极60，设置在n型半导体层10及电流阻挡层50上；n电极垫70；支撑层90；及绝缘层91。半导体层80具备n型半导体层10、p型半导体层20、及发光层30。半导体层80具有第一面80a、及第二面80b。第一面80a为与第二面80b相反侧的面。将具有n型半导体层10、p型半导体层20、发光层30、及电流阻挡层50的积层物设置在半导体发光元件110。
半导体发光元件110具有Thin-Film构造。另外，半导体发光元件110为具有在半导体层80的同一面侧设置着p电极40与n电极60的横通电型构造的半导体发光元件。p电极40及n电极60设置在第二面80b侧。下面，在半导体发光元件中，有时将横通电型的Thin-Film构造称为LTF(LateralThin-Film，横向薄膜)构造。
设置在半导体发光元件110上的n电极60具有线状部分(细线极构造)。p电极40与p型半导体层20电连接。从发光层30释出的光被p电极40反射，且从Z轴方向提取光。
n电极60与n型半导体层10电连接。如上所述，n电极60的形状具有线状部分。通过n电极60而在第二面80b连续地形成着多个框体。n电极60具有角部61、及交叉部62。角部61是n电极60的线状部分在第二面80b的角附近大致垂直地设置的部分。n电极60的线状部分也能够以转向的方式设置在第二面80b的角附近。交叉部62是n电极60的线状部分彼此在第二面80b的周边附近交叉的部分。
n电极垫70为大致四边形状且设置在半导体层80的端部的附近。n电极垫70与n电极60电连接。通过使n电极垫70与n电极60接触，而n电极垫70与n电极60电连接。
支撑层90为背垫金属(backmetal)、焊料嵌入层、接合层等。支撑层90设置在p电极40及绝缘层91上。绝缘层91设置在支撑层90、与n型半导体层10及p型半导体层20之间。另外，绝缘层91在X轴方向上设置在p电极40与n电极60之间，而将两个电极绝缘。在绝缘层91中，包含可以用于电流阻挡层50的介电体，例如包含氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)。
电流阻挡层50设置在n电极60的角部61及交叉部62与n型半导体层10之间。
图7是例示第二实施方式的另一半导体发光元件的示意性剖视图。
图7的半导体发光元件110与图6的半导体发光元件110于在半导体层80上设置衬底92的方面、以及不设置支撑层90与绝缘层91的方面不同。也就是说，图7的半导体发光元件110为FC(FlipChip，倒装芯片)构造或FU(FaceUp，面朝上)构造的半导体发光元件。图7的剖视图与图6(b)的剖视图相对应，除了在半导体层80上设置衬底92、以及不设置支撑层90与绝缘层91以外，图7的半导体发光元件110与图6的半导体发光元件110大致相同。
如图7般，在半导体发光元件110中，电流阻挡层50在n电极60的角部61及交叉部62的附近，设置在n电极60与n型半导体层10之间。另外，电流阻挡层50在与积层方向垂直的方向上设置在p电极40与n电极60之间。
如本实施方式，在半导体发光元件100中，如果在n电极60与n型半导体层10之间设置电流阻挡层50，则能够抑制具有线状部分的n电极60的配线电阻的上升，而抑制电流集中。由此，能够提供一种通过实现高均匀性的电流扩大而实现高均匀性的发光的半导体发光元件。
下面，对成为发现如上所述的条件的根源的研究结果进行说明。
下面，支撑层90、绝缘层91、p电极40、n电极60、电流阻挡层50、及半导体层80沿Z轴方向积层。半导体层80具备n型半导体层10、p型半导体层20、及发光层30。n电极60电连接在n电极垫70。通过模拟来评估具有这种积层构造的LTF构造的半导体发光元件110的特性。
图8(a)及图8(b)是例示半导体发光元件及其特性的参考图。
图9(a)及图9(b)是例示第二实施方式的半导体发光元件及其特性的图。
图10是例示模拟图8及图9的半导体发光元件的特性所得的结果的图。
在图8的半导体发光元件5中，沿Z轴方向积层着支撑层90、绝缘层91、p电极40、n电极60、电流阻挡层50、及半导体层80。半导体层80具备n型半导体层10、p型半导体层20、及发光层30。n电极60电连接在n电极垫70。图8(a)是具有这种积层体的LTF构造的半导体发光元件5的示意性俯视图。电流阻挡层50在n电极60的角部的附近(n电极垫70的附近)，设置在n电极60与n型半导体层10之间。图8(b)是表示半导体发光元件5的电流密度分布的图。
图9(a)是半导体发光元件110的示意性俯视图。图9(b)是表示半导体发光元件层110的电流密度分布的图。如图9(a)所示，电流阻挡层50在n电极60的角部61的附近(n电极垫70的附近)，设置在n电极60与n型半导体层10之间。另外，电流阻挡层50在n电极60的交叉部的附近，设置在n电极垫70与n型半导体层10之间。也就是说，图9的半导体发光元件110是在图8的半导体发光元件5中，在n电极60的交叉部的附近设置着电流阻挡层50。
图10与图5同样地表示关于半导体发光元件5的电流特性的数值、与关于半导体发光元件110的电流特性的数值。电流特性为(1)有效活性层面积(mm2)、(2)相对于晶粒的有效活性层面积比(％)、(3)相对于最大电流密度的晶粒使用效率(％)、(4)最大电流密度Jmax(A/cm2)、(5)平均电流密度Jave(A/cm2)、(6)电流分散值(A/cm2)、(7)驱动电压Vf(V)、及(8)最大电流密度Jmax与平均电流密度Jave的比率Jmax/Jave。
图8(b)及图9(b)所示的电流密度的分布图、以及图10所示的关于电流特性的图是假设半导体发光元件5及半导体发光元件110为尺寸为1.1mm的LTF构造的芯片，且对该芯片施加了350mA的电流的情况所得的模拟结果。
在图8(b)及图9(b)中，表示了区域a、区域b及区域c。区域a、区域b及区域c是分别表示在将最大电流密度设为100％的情况下，电流密度为80％、65％及50％以上的区域。另外，颜色越浅的部分表示电流密度越高。电流密度的分布是通过单调颜色的深浅而表示，且以电流密度越高颜色越浅，电流密度越低颜色越深的方式表示。如果与图8(b)及图9(b)的区域分布比较，则在图8(b)中，电流集中在n电极60的交叉部的周围。另外，在图10中，半导体发光元件110的最大电流密度Jmax大幅度地降低。这意味着相对于在图8(b)的半导体发光元件5的构造中n电极60的交叉部集中性地发光，在图9(b)的半导体发光元件110的构造中整体性地均匀地发光。因此，可以认为半导体发光元件110中的电流扩大的均匀性较高。
根据本实施方式，在n电极60的角部61及交叉部62的附近，在n电极60与n型半导体层10之间设置着电流阻挡层50。由此，能够抑制具有线状部分的n电极60的配线电阻的上升，而抑制电流集中。在半导体发光元件110中，能够通过实现高均匀性的电流扩大而实现高均匀性的发光。另外，也可以在设计半导体发光元件的电极时不考虑电极图案的变更。可以抑制驱动电压的上升而改善电流的扩大。能够提供一种高效地使用了发光层整体的高发光效率的半导体发光元件。
根据本实施方式，提供一种改善了发光效率的半导体发光元件。
图11(a)～图11(c)是表示电流阻挡层的配置的图。
下面，叙述半导体发光元件120中的配置电流阻挡层50的范围。
图11(a)是在n电极60的角部61转向的情况下，将角部61的附近放大的半导体发光元件120的示意性俯视图。图11(b)是将n电极60的交叉部62的附近放大的半导体发光元件120的示意性俯视图。图11(c)是将n电极垫70的附近放大的半导体发光元件120的示意性俯视图。半导体发光元件120为VTF构造、LTF构造、FC构造或FU构造等的半导体发光元件。
在图11(a)中，由虚线部分包围的区域50R1是配置电流阻挡层50的区域。电流阻挡层50较理想的是形成在n电极60的正上方或正下方。在将n电极60的宽度设为w1、将区域50R1的一边的长度设为a1、将角部61(转向部)的内周的曲率半径设为r1、将电流扩大长度设为Ls的情况下，在r1＞Ls时也可以不设置电流阻挡层50。另外，在r1≦LS/2时，较理想的是以满足以下条件式(1)的方式配置电流阻挡层50。
w1+r1＜a1＜Ls/2(1)
在Ls/2＜a1的条件下，驱动电压上升。因此，如果驱动电压未充分地降低，那么较理想的是设为a1＜Ls/2。
在图11(b)中，由虚线部分包围的区域50R2为配置电流阻挡层50的区域。在将n电极60的宽度设为w2、将区域50R2的一边的长度设为a2、将区域50R2的另一边的长度设为b2、将交叉部62的内周的曲率半径设为r2、将电流扩大长度设为Ls的情况下，较理想的是以满足以下的条件式(2)及(3)的方式配置电流阻挡层50。
w2+2×r2＜a2＜Ls(2)
w2+r2＜b2＜Ls/2(3)
或者，较理想的是以满足以下条件式(4)及(5)的方式配置电流阻挡层50。
w2+2×r2＜a2＜Ls/2(4)
w2+r2＜b2＜Ls(5)
在半导体发光元件120的设计上，交叉部62的内周的曲率半径r2满足r2＜Ls/2的条件式的情况较多。此外，在交叉部62的形状并非T字状而是十字状的情况下，将区域50R2的一边及另一边的长度均设为a2，较理想的是以满足以下条件式(6)的方式配置电流阻挡层50。
w2+2×r2＜a2＜Ls(6)
在图11(c)中，由虚线部分包围的区域50R3是配置电流阻挡层50的区域。n电极垫70的面积大，而整体的电流扩大的平衡易崩溃。在半导体发光元件120为VTF构造的半导体发光元件的情况下，在n电极垫70的附近产生的光被n电极垫70遮蔽而发光效率低。因此，较理想的是在包含n电极垫70整体的广范围内配置电流阻挡层50。
在光扩散到半导体层内的情况下，进入到n电极垫70下的光的提取率低。在将从区域50R3的一边引到n电极垫70的一边的长度设为d、将电流扩大长度设为Ls、将光的扩散距离设为半导体层的厚度t的20倍左右的情况下，较理想的是以满足以下条件式(7)的方式配置电流阻挡层50。
Max(Ls/2，20×t)＜d＜Max(Ls，20×t)(7)
此外，在半导体发光元件120为LTF构造的半导体发光元件的情况下，因为n电极垫70未接触于半导体层80，所以也可以不考虑光的扩散长度。因此，较理想的是以满足以下条件式(8)的方式配置电流阻挡层50。
Ls/2＜d＜Ls(8)
如果以如上所述的条件配置电流阻挡层50，则能够抑制电流集中。n电极60的角部61的附近、n电极60的交叉部62的附近、及n电极垫70的附近为易于产生电流集中的部位。另外，位于n电极垫70附近的n电极60的交叉部62比位于n电极垫70远处的交叉部62更易于产生电流集中。因此，较理想的是考虑驱动电压的上升，而在易于产生电流集中的部位配置电流阻挡层50。
接着，对半导体发光元件的制造方法的一例进行说明。下面说明的半导体发光元件的制造方法为LTF构造的半导体发光元件的制造方法。
在成长用衬底上，使包含氮化物半导体的n型半导体层10、发光层30及p型半导体层20依序结晶成长而形成半导体层80。成长用衬底使用了Si。而且，使用真空蒸镀法或溅镀法，成膜金属膜。使用抗蚀剂遮罩等将金属膜图案化成特定的形状，而形成p电极40。
在半导体层80设置开口部。例如，在p型半导体层20上涂布抗蚀剂，并利用光刻法等，进行图案化。其后，通过反应性离子蚀刻(ReactiveIonEtching；RIE)，蚀刻p型半导体层20、发光层30及n型半导体层10的一部分。由此，n型半导体层10的一部分露出。
利用等离子体CVD(ChemicalVaporDeposition，化学气相沉积)法或溅镀法，在开口部成膜绝缘膜。使用抗蚀剂遮罩等将绝缘膜图案化成特定的形状，形成电流阻挡层50、及绝缘层91的一部分。绝缘膜的成膜较理想的是在例如300度以下的温度下进行。由此，能够抑制例如p电极40的反射率的劣化、或接触电阻的劣化。
利用举离法，以覆盖露出的n型半导体层10、电流阻挡层50及绝缘层91的方式形成n电极60。以覆盖n电极60的方式形成绝缘层91的一部分。该绝缘层91设置在p电极40与n电极60之间。其后，在p电极40及绝缘层91上，积层支撑层90等。
去除成长用衬底。通过研磨成长用衬底，并进行旋转蚀刻而去除成长用衬底。其后，在半导体层80的端部的附近，形成与n电极60电连接的n电极垫70。
以上，一面参照具体例，一面对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明并不受这些具体例限定。例如，关于半导体发光元件所具备的p电极、n电极、p型半导体层、n型半导体层、发光层、电流阻挡层、n电极垫、绝缘层、支撑层、及衬底等各要素的具体构成，只要业者能够通过从公知的范围适当选择而同样地实施本发明，获得相同的效果，则也包含在本发明的范围内。
另外，将各具体例的任意两个以上的要素在技术可行的范围内组合而成的半导体发光元件只要包含本发明的主旨则也包含在本发明的范围内。
此外，业者以作为本发明的实施方式而如上所述的半导体发光元件为基础，适当设计变更而能够实施的所有半导体发光元件只要包含本发明的主旨，则也属于本发明的范围。
此外，在本发明的思想范畴内，只要为业者，理应能够想到各种变更例及修正例，应当明白这些变更例及修正例也属于本发明的范围。

Claims (23)

1.一种半导体发光元件，其特征在于包含：
积层体，包含：第一导电型第一半导体层、第二导电型第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层；
第一电极，连接在所述第一半导体层，且包含：线状部分、及与所述线状部分相连的转向部分；
第二电极，连接在所述第二半导体层；以及
第一层，设置在所述第一半导体层的一部分与所述第一电极的所述转向部分之间。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一电极具有沿一方向连续地相连的多个框形状，
所述转向部分为所述多个框形状的角部的一部分。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一电极具有沿一方向连续地相连的多个框形状，
所述转向部分为所述线状部分交叉的部分的一部分。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
还包含连接在所述第一电极的电极垫，且
所述第一层设置在所述第一半导体层的一部分与所述电极垫之间。
5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一电极与所述第二电极设置在所述积层体的相互相反侧的面上。
6.根据权利要求5所述的半导体发光元件，其特征在于：
还包含设置在所述第二半导体层与所述第二电极之间的第二层。
7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一电极与所述第二电极设置在所述积层体的同一面上。
8.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一层在投影到相对于从所述第一半导体层朝向所述第二半导体层的第一方向為垂直的平面上时，具有矩形状。
9.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一层为绝缘层。
10.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一层包括包含介电体的材料。
11.根据权利要求10所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述介电体包含：SiO2、Si3N4、SiON、LiF、Al2O3、AlN、GaN、HfO2、ZrO2、TiO2、或包含这些的混合物。
12.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一层是通过等离子体处理、自由基处理、或离子处理来加工所述第一半导体层的表面而形成。
13.一种半导体发光元件，其特征在于包含：
积层体，包含：第一导电型第一半导体层、第二导电型第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层；
第一电极，连接在所述第一半导体层，且具有一部分转向的线状形状；
第二电极，连接在所述第二半导体层；以及
第一层，设置在所述第一半导体层的一部分与所述转向的部分之间。
14.一种半导体发光元件，其特征在于包含：
积层体，包含：第一导电型第一半导体层、第二导电型第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层；
第一电极，连接在所述第一半导体层，且包含：包括第一转向部分的角部、及包括第二转向部分的交叉部；
第二电极，连接在所述第二半导体层；以及
第一层，设置在所述第一半导体层的一部分、与所述第一转向部分及第二转向部分的至少一者之间。
15.根据权利要求14所述的半导体发光元件，其特征在于：
所述第一层是基于所述角部的内周的曲率半径、及所述交叉部的内周的曲率半径的至少一者而配置。
16.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
于积层体的一部分形成开口部，所述积层体在基板上依序积层有第一导电型第一半导体层、发光层、及第二导电型第二半导体层；
在所述开口部成膜，而形成第一层；以及
形成第一电极，该第一电极包含：线状部分、及与所述线状部分相连的转向部分；且
所述第一层位于所述第一半导体层的一部分、与所述第一电极的所述转向部分之间。
17.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于还包括如下步骤：
在所述积层体上成膜金属膜，而形成连接在所述第二半导体层的第二电极。
18.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述第一电极具有沿一方向连续地相连的多个框形状，
所述转向部分为所述多个框形状的角部的一部分。
19.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述第一电极具有沿一方向连续地相连的多个框形状，
所述转向部分为所述线状部分交叉的部分的一部分。
20.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述第一层在投影到相对于从所述第一半导体层朝向所述第二半导体层的第一方向為垂直的平面时，具有矩形状。
21.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述第一层为绝缘层。
22.根据权利要求16所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述第一层包括包含介电体的材料。
23.根据权利要求22所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于：
所述介电体包含：SiO2、Si3N4、SiON、LiF、Al2O3、AlN、GaN、HfO2、ZrO2、TiO2、或包含这些的混合物。
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