CN1614795A - 半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体发光元件，具备由氮化物半导体形成的第1导电型半导体层；由氮化物半导体形成的，设在第1导电型半导体层上的第2导电型半导体层；由氮化物半导体形成的，设在第1导电型半导体层和第2导电型半导体层之间的活性层；与第1导电型半导体层电连接的第1电极；以所定的图案设在第2导电型半导体层上的第2电极；和设在第2导电型半导体层上和上述第2电极上的金属反射膜。

Description

半导体发光元件
技术领域
本发明是关于使用了氮化物系半导体的半导体发光元件。
背景技术
近年来广泛开发研究所谓蓝色LED和紫外LED的短波长LED，并已达到实用化。作为这些LED中使用的半导体，可使用禁带宽度较大的GaN系化合物半导体。例如，专利文献1中公开的半导体发光元件，是在蓝宝石基板上外延成长GaN系缓冲层，再在其上依次层叠有n型GaN层、InGaN活性层、p型AlGaN层、和p型GaN层。而且将该半导体发光元件，使蓝宝石基板冲上，面朝下安装在配线基板上，在InGaN活性层中产生的光透过蓝宝石基板而射出。
专利文献1中的半导体发光元件中，为了提高光取出效率，作为p侧电极，设计成由以电阻性接触为目的的电阻层，和以光反射为目的的反射层形成层叠结构。这样，从InGaN活性层向着与蓝宝石基板相反侧的光，由反射层进行反射。
[专利文献1]  特开平11-191641号公报
在上述的半导体发光元件中，电阻层介于InGaN活性层和反射层之间。电阻层一般使用与GaN具有电阻接触性好的Ni、Co、Sb等金属。然而，专利文献1中也所述了这些金属的反射率不太好，光透过率也很低。因此，反射层中的反射光由电阻层形成衰减，造成光取出效率很低。专利文献1的半导体发光元件中，虽然通过形成很薄的电阻层，以解决此类问题，但从根本上是不可能解决的。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而进行的，其目的是提供一种可以提高活性层中发生光取出效率的半导体发光元件。
为了解决上述课题，根据本发明的半导体发光元件，其特征在于具备：由氮化物半导体形成的第1导电型半导体层；由氮化物半导体形成的，设在第1导电型半导体层上的第2导电型半导体层；由氮化物半导体形成的，设在第1导电型半导体层和第2导电型半导体层之间的活性层；与第1导电型半导体层形成电连接的第1电极；以所定的图案设在第2导电型半导体层上的第2电极；和设在第2导电型半导体层上和第2电极上的金属反射膜。
在上述半导体发光元件中，以所定的图案设置第2电极，金属反射膜设在第2电极上和第2导电型半导体层上。据此，从活性层向与基板相反侧的光，由设在第2导电型半导体层上的金属反射膜进行适宜的反射，透过基板，向半导体发光元件的外部射出。因此，根据上述的半导体发光元件，金属反射膜中的反射光不会受电阻层等的影响而衰减，所以能提高活性层中发生的光的取出效率。
另外，半导体发光元件的其特征在于，也可以，第1导电型半导体层和第2导电型半导体层都含有AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)，活性层含有AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)。据此，可有效产生蓝色光和紫外光等较短波长的光。
半导体发光元件还具备由GaN系化合物形成的基板，在基板的主面上设置有第1导电型半导体层，在基板的背面上设置有第1电极。由此，可以在基板的两侧上分别配置第1电极和第2电极，所以不限制半导体的面积，能够提高活性层中的发光效率。
半导体发光元件的其特征在于，也可以基板的比电阻率在0.5Ωm以下。据此，基板的导电性变很良好，电流易于在基板内扩散。因此，活性层中的电流密度大致均匀，所以还可进一步提高活性层中的发光效率。
半导体发光元件的其特征在于，也可以对于波长400nm或其以上，800nm或其以下的光，金属反射膜的反射率在80％或其以上。据此，活性层中产生的光为可见光时，可进一步提高取出效率。
另外，半导体发光元件的其特征在于，也可以金属反射膜由至少含有Ag和Al中至少一种的金属形成。由于金属反射膜是易于反射光的金属形成，所以可以进一步提高活性层中产生的光的取出效率。
半导体发光元件的其特征在于，也可以与厚度方向形成交叉的第2电极面积是第2导电型半导体层面积的60％或其以下。据此，在第2导电型半导体层上，设在不存在第2电极的部分上的金属反射膜面积变得很宽，所以可进一步提高活性层中产生的光的取出效率。
半导体发光元件的其特征在于，也可以第2电极的所定的图案是第2导电型半导体层上一样的图案。据此，能充分确保活性层中流入的电流量，并能抑制第2电极形成图案时引发发光效率的降低。
半导体发光元件的其特征在于，也可以第2导电型半导体层的表面具有第1区域和围绕第1区域的第2区域，第2电极设在第1区域上。或者，半导体发光元件的其特征在于，也可以第2导电型半导体层的表面具有第1区域和围绕第1区域的第2区域，所定的图案由第1区域上的第1图案和第2区域上的第2图案构成，第1图案的面积占据第1区域面积的比率，大于第2图案面积占据第2区域面积的比率。
一般讲，活性层中产生的光很容易集中在半导体发光元件的周边部分上。根据上述任一种半导体发光元件，由于半导体发光元件周边部分(即，第2区域)中的金属反射膜面积很宽，所以可进一步提高活性层中产生的光的取出效率。
半导体发光元件的所定的图案优选是格子状的。这时，所定的图案的单格边长更好在60μm以下。由此，驱动电流可充分流入活性层中，所以能抑制第2电极形成图案时引发发光效率的降低。
半导体发光元件的所定的图案优选由多个彼此分离的单元部分形成。这时，半导体发光元件的所定的图案中，更好有规律地配置多个单元部分，相对于1个单元部分邻接4个或6个单元部分。所定的图案由多个单元部分形成时，半导体发光元件中彼此邻接的单元部分的间距更好在60μm或其以下。根据这些中的任何一种半导体发光元件，由于驱动电流能充分均匀地流入活性层中，所以能抑制第2电极形成图案时引发发光效率的降低。
半导体发光元件的其特征在于，也可以在第2导电型半导体层上，不存在第2电极部分的任何一处，到达第2电极的距离在30μm或其以下。由此，驱动电流能充分均匀地流入活性层中，所以能抑制第2电极形成图案时引发发光效率的降低。
另外，半导体发光元件的其特征在于，也可以使第2电极和第2导电型半导体层之间的接触电阻率在1×10-3Ωcm2或其以下。由此，可将第2电极和第2导电型半导体层接触部分的发热量抑制到最低，所以能防止热引发光效率的降低和耗电量的增大。
半导体发光元件的其特征在于，也可以第2电极由Ni、Au、Pt、Pd中至少一种的金属形成。据此，可在第2电极和第2导电型半导体层之间实现优选的电阻接触。
半导体发光元件的其特征在于，也可以使第2导电型半导体层含有与第2电极相接的接触层。据此，可在第2电极和第2导电型半导体层之间实现更好的电阻接触。
而且，半导体发光元件的其特征在于，也可以与厚度方向形成交叉的第2电极面积是第2导电型半导体层面积的10％或其以上。在第2电极面积小于第2导电型半导体层的10％时，会增大第2电极和第2导电型半导体层之间的接触电阻，增大耗电量，同时有可能因发热引发活性层中发光效率的降低。与其相反，根据上述的半导体发光元件，由于能将第2电极和第2导电型半导体层接触部分的接触电阻抑制到最低，所以能防止因热引发发光效率的降低和耗电量的增大。
另外，半导体发光元件的其特征在于，也可以第2导电型半导体层及第2电极和金属反射膜之间具备含Ti的接合膜。据此，不会损害第2电极和金属反射膜的电接触状态，从而能防止金属反射膜从第2导电型半导体层及第2电极上剥离下来。
本发明的上述目的和其他目的，特征，以及优点，进一步参照附图，从本发明以下最佳实施方式的详细讲述中很容易明确。
附图说明
图1是作为本发明半导体发光元件的第1种实施方式，示出发光二极管的构成的截面图。
图2是第1种实施方式中活性层的构成的截面图。
图3是表示发光二极管的阳电极及金属反射膜的平面图。
图4是阳电极及金属反射膜附近的放大截面图。
图5是在元件的一个侧面上配置阳电极和阴电极的现有半导体发光元件，和在元件的一侧上配置阳电极而在另一侧上配置阴电极的发光二极管中，驱动电流和发光强度之间关系的曲线图。
图6是表示阳电极面积占据p型接触层面积的比率(被覆率)和向与基板相反方向的光由金属反射膜反射的比率之间关系的曲线图。
图7是表示阳极在p型接触层上被覆率为5％、10％、和100％时，驱动电流和发光强度之间关系的曲线图。
图8是表示驱动电流为100mA和20mA时，被覆率和驱动电压之间关系的曲线图。
图9中图9A和图9B是用来说明根据到阳电极的距离，活性层中电流密度的解析结果的图。
图10是表示作为本发明半导体发光元件的第2种实施方式，发光二极管的图。
图11是表示第3种实施方式发光二极管的p型接触层的图。
图12是表示作为本发明半导体发光元件的第4种实施方式，发光二极管的图。
图13是表示作为本发明半导体发光元件的第5种实施方式，发光二极管的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细说明根据本发明的半导体发光元件的实施方式。附图说明中同一要件付与同一符号，重复说明省略。
(第1种实施方式)
图1是作为根据本发明半导体元件的第1种实施方式，发光二极管1的构成截面图。本实施方式的发光二极管1的形状尺寸，平面形状，例如一边为400μm的矩形，其厚度，例如为200μm左右。本实施方式的发光二极管1，例如可发出波长450nm的蓝色光。
参照图1时，发光二极管1备有基板3。而发光二极管1备有n型(第1导电型)半导体层6、p型(第2导电型)半导体层12、和活性层9。n型半导体层6含有n型缓冲层5和n型金属包层7。p型半导体层12含有p型金属包层11和p型接触层13。在基板3的主面3a上，利用MOVPE法依次外延成长n型缓冲层5、n型金属包层7、活性层9、p型金属包层11、和p型接触层13。而且发光二极管1备有阴电极15、阳电极17、和金属反射膜19。
基板3由具有导电性的GaN系化合物形成。本实施方式中，基板3由GaN形成。基板3可透过活性层9中产生的光。基板3的比电阻率达到0.5Ωcm或其以下。n型缓冲层5形成在基板3的主面3a上。n型缓冲层5，由掺杂n型杂质的氮化物半导体形成，例如，本实施方式中，由掺杂Si的GaN形成。
n型金属包层7，由n型杂质掺杂的氮化物半导体形成。例如，本实施方式中，n型金属包层7，由掺杂Si的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)形成。n型金属包层7形成在n型缓冲层5上。
活性层9形成在n型金属包层7上，具有多重量子井的构造。图2是表示本实施方式中的活性层9的构成的截面图。参照图2时，活性层9具有阻挡层29a～29c和井层31a～31b。即，活性层9的构成是在n型金属包层7上，依次形成阻挡层29a、井层31a、阻挡层29b、井层31b、和阻挡层29c。
阻挡层29a～29c以及井层31a和31b，由AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)等GaN系半导体形成。本实施方式中，阻挡层29a～29c的组成，是0＜X2＜1，且Y2＝0，井层31a和31b的组成，是0＜X2＜1，且0＜Y2＜1。阻挡层29a～29c以及井层31a和31b的组成，调整阻挡层29a～29c的禁带宽度大于井层31a和31b。
p型金属包层11，由掺杂p型杂质的氮化物半导体形成。例如，在本实施方式中，p型金属包层11，由掺杂Mg的AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)形成。p型金属包层11形成在活性层9上，活性层9设在n型金属包层7和p型金属包层11之间。
p型接触层13是为使p型金属包层11和阳电极17电连接的层，由掺杂p型杂质的氮化物半导体形成。例如，本实施方式中，p型接触层13，由掺杂Mg的GaN形成。p型接触层13形成在p型金属包层11上。
阳电极17设置在p型接触层13上。阳电极17是本实施方式中的第2电极，阳电极17的厚度，例如在5nm以下。图3是表示发光二极管1的一个面上阳电极图案的图。如图3中所示，阳电极17，p型接触层13上设置有一样的图案。此处所说的“一样的图案”是指有规律地周期配列某形状的图案。而且，阳电极17是以格子状形成的图案。阳电极17的图案，形成时优选使与发光二极管1的厚度方向交叉的阳电极17面积为p型接触层13面积的10％以上60％以下。本实施方式中，阳电极17图案形成为使阳电极17的面积为p型接触层13面积的23％。
另外，本实施方式中，阳电极17的格子状图案，其单格子边长为60μm以下。换句话说，在本实施方式中，p型接触层13上的任何一处到阳电极17的距离为30μm以下。而且，阳电极17中的格子框粗度，例如为100μm以下。
另外，在本实施方式中，阳电极17和p型接触层13之间的接触电阻率为1×10-3Ωcm2以下。即，制造发光二极管1时，在使阳电极17和p型接触层13相接的状态下，通过进行加热处理，实现阳电极17和p型接触层13的电阻性接触。由此能够获得低接触电阻率。
为了实现阳电极17和p型接触层13的最佳电阻性接触，阳电极17优选由Ni、Au、Pt、Pd中至少一种金属形成。本实施方式中，阳电极17是由Ni和Au形成的层叠构造。
金属反射膜19是对活性层9中产生光L1中，与基板3相反侧的光L1进行反射的膜。而且，为了从发光二极管1的外部向阳电极17供给驱动电流，金属反射膜19由金属形成。金属反射膜19形成在p型接触层13上和阳电极17上。即，金属反射膜19设在格子状的阳电极17上、和p型接触层13上不存在格子状阳电极17的部分上(即，格子的间隙)。金属反射膜19，由对光L1的反射率比阳电极17更好的金属形成。例如，金属反射膜优选由含有对波长400nm～800nm的对可见光的反射率好的Ag和Al中的至少一种的金属形成。另外，金属反射膜19对上述波长可见光的反射率优选在80％以上。
在此，图4是阳电极17和金属反射膜19附近的放大截面图。参照图4时，发光二极管1在阳电极17和p型接触层13和金属反射膜19之间，备有由Ti形成的接合膜21。接合膜21是为增强金属反射膜19与阳电极17及p型接触层13之间的接合力而设置的。接合膜21的厚度，例如在2nm以下。
再次参照图1，阴电极15设在基板3背面3b的一部分上。阴电极15是本实施方式中的第1电极。阴电极15，例如通过配线与未图示的电极端子形成电连接，从发光二极管1的外部向与金属反射膜之间施加驱动电压。
具有上述构成的发光二极管1工作原理如下。从发光二极管1的外部向金属反射膜19和阴电极15之间施加驱动电压时，在阳电极17和阴电极15之间产生电场。这样，在n型半导体层6和p型半导体层12中产生的载波集中在活性层9内的井层31a、31b上。由此，活性层9中产生光L1。活性层9中产生的光L1向四方散射，但向与基板3相反侧的光L1，由金属反射膜19形成反射，透过基板3射向发光二极管的外部。
形成阳电极17的方法如下。首先，通过蒸镀或溅射法，在p型接触层13上形成Ni层。通过发射(lift off)法或蚀刻将Ni层形成格子状图案。接着，在400℃以上的温度下进行热处理，使Ni层和p型接触层13之间形成电阻性接触。接着，通过蒸镀或溅射法，在Ni层上形成Au层。这样由Ni/Au形成格子状的阳电极17。
根据上述本实施方式的发光二极管1具有以下效果。即，本实施方式的发光二极管1中，以所说的格子状图案设置阳电极17，在阳电极17上和格子开口部分的p型接触层13上设置有金属反射膜19。据此，从活性层9向基板3相反侧射的光L1，设在p型接触层13上的金属反射膜19进行最佳反射，透过基板3射向发光二极管1的外部。因此，根据本实施方式的发光二极管1，由金属反射膜19反射的光L1，例如没有由专利文献1中的电阻层等形成衰减，所以可以提高活性层9产生光L1的取出效率。
另外，在根据本实施方式的发光二极管1中，n型半导体层6和p型半导体层12，分别具有由AlX1Ga1-X1N形成的n型金属包层7和p型金属包层11。而活性层9具有由GaN、AlX2Ga1-X2N、InY2Ga1-Y2N、和AlX3InY3Ga1-X3-Y3N中的至少一种半导体材料形成的阻挡层29a～29c及井层31a和31b。由此，可以有效地产生蓝色光和紫外光等较短波长的光。
在如专利文献1中公开的现有半导体发光元件(尤其是使用了蓝宝石基板的)，由于基板不具有良好的导电性，所以将阳电极和阴电极配置在基板的一个侧面上。与其相反，根据本实施方式的发光二极管1，通过将阴电极15设在由具有由导电性的GaN系化合物形成的基板3的背面3b上，使阴电极15和阴电极17分别配置在基板3的两侧。
图5是表示在基板的一个侧面上配置了阳电极和阴电极的现有半导体发光元件、和将阳电极17和阴电极15配置在基板3两侧的发光二极管1中，驱动电流和发光强度之间的关系的曲线图。图5中，曲线G1表示发光二极管1的情况、曲线G2表示现有半导体发光元件的情况。如图5所示，曲线G1，随着驱动电流的增加，发光强度顺利延长，但曲线G2，随着驱动电流的增加，发光强度的延长变得迟钝。这是因为在现有的半导体发光元件中，在元件的同一侧面上配置阴电极和阳电极，而限制了p型半导体层(或n型半导体层)的面积，由此，受发热等的影响，发光效率被抑制得很低。与其相反，根据本实施方式的发光二极管1，通过将阴电极15和阳电极17分别配置在基板3的两则上，由于p型金属包层11和活性层9等的半导体层面积没有受到限制，所以能提高活性层9的发光效率。
本实施方式的发光二极管1中，基板3的比电阻率达到0.5Ωm以下。基板3优选具有这种比电阻率，据此，基板3形成良好的导电性，电流易于在基板3内扩展。因此，由于活性层9中的电流密度达到大致均匀，所以能进一步提高活性层9的发光效率。
本实施方式的发光二极管1中，金属反射膜19对波长400～800nm的可见光反射率优选在80％以上。据此，在活性层9产生的光L1为可见光时，可以进一步提高取出效率。
另外，本实施方式的发光二极管1中，金属反射膜19，由含有Ag和Al中的至少一种金属形成。金属反射膜19，由于由易于反射光的这些金属形成，所以可以进一步提高活性层9产生的光L1的取出效率。
如本实施方式的发光二极管1那样，阳电极17的面积优选是p型接触层13面积的60％以下。图6是阳电极17的面积占据p型接触层13面积的比率(被覆率)，和向与基板3相反方向的光L1中，金属反射膜19中反射的光L1占据的比率之间的关系曲线图。而且，图6中，曲线G3表示阳电极17由Ni/Au形成的情况，曲线G4表示阳电极17由Pt形成的情况。如图6所示，若被覆率在60％以下。在p型接触层13上，设在不存在阳电极17部分上的金属反射膜19面积变宽，曲线G3和G4的反射比率都达到50％以上。根据发明人的见解，现有的半导体发光元件中，即使提高阳电极自身的反射率，反射比率也不足50％。与其相反，根据本实施方式的发光二极管1，由于反射比率达到50％以上，所以活性层9中产生的光L1，多数被金属反射膜19进行反射，从而能进一步提高光L1的取出效率。
另外，阳电极17的面积优选是p型接触层13面积的10％以上，图7是由阳电极17在p型接触层13上的被覆率为5％、10％、及100％时，驱动电流和发光强度之间的关系曲线图。而且，图7中，曲线G5表示被覆率为5％的情况、曲线G6表示被覆率为10％的情况、曲线G7表示被覆率为100％的情况。如图7所示，若被覆率在10％以上，则随着驱动电流的增加，发光强度也很好地增加，被覆率为5％时，相对于驱动电流的延长，发光强度的延长变得迟钝。这是因为被覆率小时，阳电极17和p型接触层13之间的接触电阻会增大，因发热降低了活性层9的发光效率。
图8是驱动电流为100mA和20mA时，被覆率与驱动电压之间的关系曲线图。图8中，曲线G8表示驱动电流100mA时的情况，曲线G9表示驱动电流为20mA时的情况。如图8所示，被覆率在10％以下时，曲线G8、G9的驱动电压急剧增大。这是因为阳电极17和p型接触层13之间的电流密度增加的缘故。因此，被覆率小时，发光二极管1的耗电量急剧增大。
本实施方式的发光二极管1，被覆率为10％以上，由于能将阳电极17和p型接触层13接触部分的接触电阻抑制到很低，所以能防止热引起的发光效率降低和耗电量增大。
本实施方式的发光二极管1中，阳电极17的图案与p型接触层13上形成一样的图案。据此，能使驱动电流充分均匀地流入活性层9中，所以能充分确保流入活性层9中的电流量，并能抑制阳电极17形成格子状图案时引起的发光效率的降低。
本实施方式的发光二极管1中，以格子状图案形成阳电极17。据此，能充分确保流入活性层9中的电流量均匀，抑制发光效率降低。这种情况下，单元格子的边长优选在60μm以下。换言之，在p型接触层13上，不存在阳电极17部分的任何一处到阳电极17的距离优选在30μm以下。
在此，图9A和图9B是用于说明根据从阳电极的距离，在活性层9中的电流密度解析结果的图。图9A表示形成解析条件的阳电极形状。该解析中，将2个点状阳电极30的直径(图9A中的距离a1)取为20μm，阳电极30彼此间的距离(图9A中的间距a2)取为60μm。
图9B是表示以图9A所示的阳电极形状的解析结果的图。图9B中示出了阳电极的单元电极30正下方的电流量取为1时，活性层9中的电流分布。参照图9B时，可知单元电极30彼此的间距a2在60μm以内时，与两个单元电极30等距离a3的位置(图中A)上，电流量达到0.7以上，可以确保充分的电流量。即，阳电极17彼此的间距在60μm以下，换言之，在p型接触层13上任何一处到阳电极17的距离为30μm以下时，可使充分均匀的驱动电流流入活性层9中。因此，根据本实施方式的发光二极管1，由于驱动电流充分均匀地流入活性层9中，所以能抑制阳电极17形成格子状图案时引起的发光效率的降低。
另外，本实施方式的发光二极管1中，阳电极17和p型接触层13之间的接触电阻率达到1×10-3Ωcm2以下。据此，由于能将阳电极17和p型接触层13接触部分的发热量抑制到很低，所以能防止热引起的发光效率的降低和耗电量的增大。
本实施方式的发光二极管1中，在p型接触层13及阳电极17和金属反射膜19之间备有含Ti的接合膜21。由此，不会损害阳电极17和金属反射膜19的电连接状态，并能防止金属反射膜19从p型接触层13和阳电极17上剥离下来。
(第2种实施方式)
图10是表示作为本发明半导体发光元件的第2种实施方式，发光二极管1a的图。图10是表示发光二极管1a的图，示出了金属反射膜19和阳电极23。本实施方式的发光二极管1a与上述第1种实施方式发光二极管1的不同点是阳电极23的图案形状。除了阳电极23外，发光二极管1a的构成与第1种实施方式发光二极管1的构成一样，所以省去详细说明。
参照图10时，本实施方式的发光二极管1a中，阳电极23的图案由多个彼此分离的单元部分23a构成。阳电极23设在p型接触层(未图示)上，其材料与第1种实施方式的阳电极17一样。阳电极23和p型接触层形成电阻性接触，这一点与第1种实施方式一样。
阳电极23的图案有规律地配置，是对1个单元部分23a邻接4个或6个(本实施方式中为6个)单元部分23a。单元部分23a的直径在100μm以下(本实施方式中为20μm)，最接近的单元部分23a彼此间距在60μm以下(本实施方式中为50μm)。即，本实施方式中，在与发光二极管1a的厚度方向形成交叉的面方向上，多个单元部分23a的总面积为p型接触层表面面积的14％。而且，本实施方式中也和第1种实施方式一样，由多个单元部分23a形成的阳电极23面积，优选是p型接触层面积的10％～60％，彼此邻接单元部分23a的间距，如参照图9说明的在60μm以下，换言之，p型接触层上任何一处到单元部分23a的距离优选在30μm以下。
本实施方式的发光二极管1a中，阳电极23的图案，由有规律配置的多个单元部分23a构成。据此，由于驱动电流能有效地流入活性层，所以能抑制阳电极23形成图案时引起发光效率的降低。本发明人的解析中，确认对于在整个p型接触层面上设置阳电极的现有半导体发光元件，本实施方式的发光二极管1a中，驱动电流为20mA时，发光强度增加了约38％。
(第3种实施方式)
接着对根据本发明的半导体发光元件的第3种实施方式进行说明。本实施方式中，作为半导体发光元件，表示以边长为2mm的发光二极管为例。图11是本实施方式发光二极管1b的p型接触层14的表面14a。本实施方式的p型接触层14，除了以下几点外，和第1种实施方式的p型接触层13一样。即，本实施方式的p型接触层14，在表面14a上具有第1区域25a和第2区域25b。第1区域25a形成与表面14a平面形状(矩形)几何相似的形状，配置在表面14a的中央处。第2区域25b在表面14a中围绕着第1区域25a。
阳电极的图案由第1区域25a上的第1图案和第2区域25b上的第2图案构成，第1图案的面积占据第1区域25a面积的比率，大于第2图案面积占据第2区域25b面积的比率。换言之，在p型接触层14上，第1图案对第1区域25a的被覆率大于第2图案对第2区域25b的被覆率。
本实施方式中，阳电极的第1和第2图案，任何一个都由多个单元部分(未图示)构成。阳电极的第1图案中，单元部分的直径，例如为20μm，彼此邻接的单元部分彼此间距，例如为50μm。第2图案中，单元部分的直径，例如为15μm，彼此邻接的单元部分间距，例如为60μm。由此，第1图案形成的被覆率为14％，第2图案形成的被覆率为5.5％。而且，将第1图案和第2图案合在一起的被覆率达到10％。
一般讲，活性层中产生的光容易集中在发光二极管1b的周边部分上。根据本实施方式的发光二极管1b，由于发光二极管1b的周边部分(即，第2区域25b)中的金属反射膜面积宽，所以可以进一步提高活性层中产生的光的取出效率。在本发明人的解析中，确认对于在整个p型接触层面上设置阳电极的现有半导体发光元件，本实施方式的发光二极管1b中，驱动电流为200mA时，发光强度增加了约38％。
作为本实施方式的变形例，可以是阳电极只设在第1区域25a上，而不在第2区域25b上设置的构成。即使这样的构成，仍能获得和上述本实施方式发光二极管1b的效果一样的效果。
(第4种实施方式)
图12是表示作为本发明的半导体发光元件的第4种实施方式，发光二极管1c的图。图12是表示发光二极管10的图，示出了金属反射膜19、和构成阳电极23图案的多个单元部分23a。本实施方式的发光二极管1c与上述第1实施方式的发光二极管1的不同点是阳电极23的图案形状。即，本实施方式中，阳电极23只设在p型接触层表面的第1区域25a内，而不设在第2区域25b内。而且，单元部分23a的直径和单元部分23a彼此的间距与第2实施方式一样。
本实施方式的发光二极管1c中，也能获得和上述各实施方式一样的效果。在本发明人的解析中，确认对于在整个p型接触层面上设置阳电极的现有半导体发光元件，本实施方式的发光二极管1c中，驱动电流为20mA时，发光强度增加了约56％。
(第5种实施方式)
图13是作为本发明半导体发光元件的第5种实施方式，表示发光二极管1d的图。图13是表示发光二极管1d的图，示出了金属反射膜19、阳电极的第1部分27a和第2部分27b。本实施方式的发光二极管1d与上述第1种实施方式发光二极管1的不同点是阳电极的图案形状。本实施方式中，阳电极的第1部分27a设在p型接触层表面的第1区域25a内，阳电极的第2部分27b设在p型接触层表面的第2区域25b内。
阳电极的第1部分27a具有形成格子的图案，而阳电极的第2部分27b也具有形成格子的图案。第2部分27b也具有形成格子的图案。第2部分27b的各单元格子的大小与第1实施方式的单元格子大小相同或类似。第1部分27a的单元部分大小比第2部分27b的单元部分小。在该实施方式中，第1区域25a中阳电极的第1部分27a图案，比第2区域25b中阳电极的第2部分27b图案密集。
本实施方式的发光二极管1d也能获得和上述各实施方式一样的效果。
本发明的半导体发光元件并不限于实施方式，也可以是其他种种变形。例如，阳电极的图案除了上述各实施方式(格子状或多个单元部分)外，可以采用各种图案。上述实施方式的半导体发光元件具有由GaN形成的基板，但也可以不具有这样的基板。例如，在蓝宝石基板上层叠由GaN系半导体形成的n型半导体层、活性层、和p型半导体层，也可以将这些层从蓝宝石基板上剥离下来形成半导体发光元件。这样的半导体发光元件中也可以适用本发明。
虽然最佳实施方式中图示说明了本发明的原理，但在没有脱离这种原理获得的配置和说明中的变更，对于本技术领域人员都可以被识别的。本发明并不仅限于说明书中公开的具体实例。因此，对于来自本发明的技术方案范围和其精神范围的所有修改和变更，都是可以的。

Claims (21)

1.一种半导体发光元件，其特征在于，具备：
由氮化物半导体形成的第1导电型半导体层；
由氮化物半导体形成的，设在上述第1导电型半导体层上的第2导电型半导体层；
由氮化物半导体形成的，设在上述第1导电型半导体层和第2导电型半导体层之间的活性层；
与上述第1导电型半导体层电连接的第1电极；
以所定的图案设在上述第2导电型半导体层上的第2电极，和
设在上述第2导电型半导体层上和第2电极上的金属反射膜。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第1导电型半导体层和第2导电型半导体层，各自都含有AlX1Ga1-X1N(0≤X1＜1)，而上述活性层含有AlX2InY2Ga1-X2-Y2N(0≤X2＜1，0≤Y2＜1、0≤X2+Y2＜1)。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有GaN系化合物形成的基板，上述第1导电型半导体层设在上述基板的主面上，上述第1电极设在上述基板的背面上。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其特征在于，上述基板的比电阻率为0.5Ωm以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述金属反射膜对波长400～800nm光的反射率为80％以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述金属反射膜由含有Ag和Al中至少一种金属形成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2导电型半导体层表面具有第1部分和第2部分，上述第1部分由上述第2电极覆盖，上述第1部分未由上述第2电极覆盖，对于上述第1部分的第1和第2部分之和的面积比在60％以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2电极的所定的图案在上述第2导电型半导体层上是一样的图案。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2导电型半导体层的表面，具有第1区域和围绕该第1区域的第2区域，上述第2电极设在上述第1区域上。
10.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2导电型半导体层的表面，具有第1区域和围绕该第1区域的第2区域。
具有上述图案的第2电极，包括具有第1图案的上述第1区域上的第1部分，和具有第2图案的上述第2区域上的第2部分，
上述第2电极的上述第1部分面积对上述第1区域面积的比率，大于上述第2电极的上述第2部分面积对上述第2区域面积的比率。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述所定的图案是格子形状。
12.根据权利要求11所述的半导体发光元件，其特征在于，上述格子形状由单元格子构成，该单元格子的边长在60μm以下。
13.根据权利要求1～10中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述所定的图案由多个彼此分离的单元部分构成。
14.根据权利要求13所述的半导体发光元件，其特征在于，上述所定的图案中，有规律地配置多个单元部分，以便对于1个单元部分邻接4个或6个单元部分。
15.根据权利要求13或14所述的半导体发光元件，其特征在于，上述所定的图案中，彼此邻接的单元部分间距在60μm以下。
16.根据权利要求1～15中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2导电型半导体层上，不存在上述第2电极的部分的任何一处到第2电极的距离在30μm以下。
17.根据权利要求1～16中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2电极和第2导电型半导体层之间的接触电阻率在1×10-3Ωcm2以下。
18.根据权利要求1～17中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第2电极由Ni、Au、Pt、Pd中的至少一种金属形成。
19.根据权利要求1～18中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有与上述第2电极相接的接触层。
20.根据权利要求1～19中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，与厚度方向形成交叉的上述第2电极面积是上述第2导电型半导体层面积的10％以上。
21.根据权利要求1～20中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，在上述第2导电型半导体层及上述第2电极和上述金属反射膜之间具有含Ti的接合膜。
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