TWI343659B - - Google Patents
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1343659 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用氮化合物系半導體之半導體發光元件 者。 【先前技術】 近年來藍色LED或糸外LED之短波長的LED廣泛地被開 發、實用化。使用能隙較大之GaN系化合物半導體，作為 使用於此等LED上之半導體。例如’揭示於專利文獻1之 半導體發光元件中，於藍寶石基板上磊晶成長GaN緩衝 層’於其上依序積層η型GaN層、InGaN層、p型AlGaN層 及P型GaN層。然後，藍寶石基板在上，於線路基板上朝 下安裝該半導體發光元件，於InGaN活性層使產生之光穿 透藍寶石基板射出。 此外，專利文獻1之半導體發光元件中，為了提高光之 取出效率，設置以歐姆接觸為目的之歐姆層及以光之反射 為目的之反射層的積層構造作為P側電極。然後，藉由反 射層反射由InGaN活性層朝向與藍寶石基板相反側之光。 [專利文獻1 ]特開平11 -191641號公報 【發明内容】 上述之半導體發光元件中，於InGaN活性層與反射層之 間存在I姆層。歐姆層一般使用與GaN之歐姆接觸性佳之 Ni、Co、Sb等之金屬。然而，如專利文獻1中所記載，此 等之金屬反射率不佳外光之穿透率亦低。因此，於反射層 之反射光由於歐姆層而衰減，光之取出效率變低β於專利 96702.doc 1343659 文獻1之半導體發光元件，薄薄地形成歐姆層以解決此問 題’惟並未根本地解決。 本發明係有鑑於上述之問題點所成者，以提供可以提高 於活性層產生之光之取出效率的半導體發光元件為目的。 為解決上述之課題，本發明之半導體發光元件之特徵在 於具備：第1導電型半導體層，其包含氮化合物半導體； 第2導電型半導體層，其包含氮化合物半導體，設置於第i 導電型半導體層上，·活性層，其包含氮化合物半導體，設 置於第1導電型半導體層與第2導電型半導體層之間；第^ 電極，其電性連接於第1導電型半導體層；第2電極，其以 特定之圖案設置於第2導電型半導體層上；及金屬反射 膜’其設置於第2導電型半導體層上與第2電極上。 上述之半導體發光元件中，第2電極以特定之圖案設 置’金屬反射膜ax置於第2電極上與第2導電型半導趙層 上。因此，由活性層朝向與基板相反側之光，正好於設置 於第2導電型半導體層上之金屬反射膜反射，穿透基板射 出半導體發光元件之外部。因此，上述之半導體發光元 件，因於金屬反射膜反射之光不因歐姆層等而衰減，故可 以提高於活性層產生之光之取出效率。
此外’半導體發光元件亦可以下述情述為特徵，第1導 電型半導體層與第2導電型半導體層個別包含AixiGaixlN (0CX1<1) ’ /舌性層包含 ， 0SY2<1，0SX2 + Y2< 1)。因此，可以有效率地產生藍色光 或紫外光等比較短波長之光。 96702.doc 1343659 此外’半導體發光元件亦可以下述情形為特徵，再進一 步具備包含GaN系化合物之基板’將第1導電型半導體層 設置於基板之主面上，第1電極設置於基板之背面上。因 此’因可以分別配置第1電極及第2電極於基板之兩側，故 半導體層之面積可以不受限制’提高於活性層之發光效 率。 此外’半導體發光元件之特徵’亦可以是基板之比電阻 率為0.5 Ώ cm以下。因此，基板之導電性良好，於基板内 電流擴散容易。因此，因於活性層之電流密度幾乎均勾， 故可以提高於活性層中之發光效率。 此外’半導體發光元件之特徵，亦可以是金屬反射膜對 於波長400 nm以上800 nm以下之光之反射率為8〇%以上。 因此，可以再進一步提高於活性層產生之光為可見光之情 形的取出效率。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是金屬反射膜包 含含Ag&A1之至少一者之金屬。藉由金屬反射膜包含容易 反射光之此等金屬，可以再進一步提高於活性層產生之光 之取出效率。 ’亦可以是與厚度方向相
層產生之光的取出效率。 此外’半導體發光元件之特徵，亦可以 交之第2電極的面積為第2導電型半導體層 亦可以是第2電極之特 此外，半導體發光元件之特徵， 96702.doc 1J43659 疋^圖案係於第2導電型半導體層為相同之圖案。因此， 因可以充分確保流動於活性層之電流量，故可以抑制由於 圖案化第2電極所造成的發光效率之低下。 此外，半導體發光元件之特徵亦可以為如下之情形，第 2導電型半導體層之表面具有第1區域及包圍第1區域之第2 £域’第2電極設置於第】區域上。或者，半導體發光元件 之特徵亦可以為如下之情形，第2導電型半導體層之表面 :有第1區域及包圍第】區域之第2區域，特定之圖案以第1 區域上之第！圖案與第2區域上之第2圖案所構成’第1圖案 之面積占第1區#之面積的比例較第2圖案之面積Μ㉘ 域之面積的比例高。 -般於活性層產生之光容易集聚於半導體發光元件之週 邊。Ρ分。根據上述任-者之半導體發光元件，因於半導體 發先70件之週邊部分（亦即’第2區域）的金屬反射膜之面積 變廣，故可以再造_半担古μ ^ tβ 進步鍉同於活性層產生之光的取出效 率。 此外，半導體發光元件的特定之圖案為格子狀為佳。此 時m圖案的單位格子的—邊之長度為6G _以下更 佳因it匕因於活性層可以充分地流動驅動電流故可以 抑制由於圖案化第2電極所造成的發光效率之低下。 此外，半導體發光元件的特宁夕园安；# I \ 。 97将疋之圖案由彼此分離之多個 單位部分組成為佳。此時， _ τ 牛導體發光π件於特定之圖案 中’以相對於1個單位部分 刀便4個或ό個早位部分相鄰之方 式，規則地配置多個單仿却八s 早位。ρ分更佳。此外，特定之圖案包 96702.doc 1343659 含多個單位部分之情形，半導體發光元件係彼此相鄰之單 位部分間的間隔為60 μπι以下更佳。根據此等中之任一者 之半導體發光元件，因可以充分均勾地流動驅動電流於活 性層，故可以抑制由於圖案化第2電極所造成的發光效率 之低下。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是於第2導電型 半導體層上不存在第2電極之部分的任一處到第2電極的距 離為30 pm以下。因此，因可以充分均勻地流動驅動電流 於活性層，故可以抑制由於圖案化第2電極所造成的發光 效率之低下。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是第2電極與第2 導電型半導體層之間的接觸電阻率為lxl〇-3心爪2以下。藉 此，因可以抑制降低於第2電極與第2導電型半導體層之接 觸部分之發熱量，故可以防止由於熱所造成之發光效率之 降低或消耗電力之增大。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是第2電極包含 Ni、Au、Pt、Pd之中至少一種之金屬。因此，可以適當地 實現第2電極與第2導電型半導體層之間的歐姆接觸。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是第2導電型半 導體層包含與第2電極連接之接觸層。因此，可以適當地 實現第2電極與第2導電型半導體層之間的歐姆接觸。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是與厚度方向相 交之第2電極之面積為第2導電型半導體層之面積的1〇%以 上。第2電極之面積較第2導電型半導體層之面積的丨〇%小 96702.doc 1343659 叶，隨著第2電極與第2導電型半導體層之間的接觸電阻增 大、消耗電力增大之同時，有可能因發熱而造成於活性層 之發光效率降低。對於此，依據上述之半導體發光元件， 因可以抑制降低於第2電極與第2導電型半導體層之接觸部 分的接觸電阻，故可以防止由於熱所造成之發光效率之降 低或消耗電力之增大。 此外，半導體發光元件之特徵，亦可以是第2導電型半 導體層及第2電極與金屬反射膜之間具備有包含Ti之接著 膜。藉此，在不損及第2電極與金屬反射膜的電性接觸狀 態，可以防止金屬反射膜由第2導電型半導體層及第2電極 剝落。 本發明之上述之目的及其他之目的、特徵、及優點由 參照附加之圖面說明之本發明之適當之實施型態的以下詳 細描述會更容易明瞭。 【實施方式】 以下，邊參照附加之圖面詳細說明本發明之半導體發光 元件之實施型態。再者’於圖面之說明中，相同之元件賦 予相同之符號’省略重複之說明。 (第1實施型態） 圖1係顯示作為本發明之半導體發光元件之第丨實施裂態 之發光一極體1之構成的剖面圖。再者，本實施型態之發 光二極體1之形狀尺寸為平面形狀例如一邊400 左右之 矩形’該厚度例如為200㈣左右。此外，本實施型態之發 光二極體1發光例如波長45〇 nm之藍色光。 96702.doc 1343659 參照圖1 ’發光二極體1具備基板3。此外’發光二極體1 具備η型（第1導電型）半導體層6、p型（第2導電型）半導體層 12、及活性層9。η型半導體層6包含η型緩衝層5及η型覆蓋 層7βΡ型半導體層12包含ρ型覆蓋層丨丨及卩型接觸層13〇11 型緩衝層5、η型覆蓋層7、活性層9、ρ型覆蓋層11、ρ型接 觸層13藉由MOVPE法依序磊晶成長於基板3之主面3a上。 此外’發光二極體1具備陰極電極1 5、陽極電極丨7、及金 屬反射膜1 9。 基板3包含具有導電性之GaN系化合物。於本實施型 .態，基板3包含GaN。基板3可以穿透於活性層9產生之 光。基板3之比電阻率為〇_5 iicm以下。此外，n型緩衝芦5 形成於基板3之主面3a上。η型緩衝層5包含摻雜雜質之〇型 氮化物半導體’例如於本實施型態中係包含摻雜Si之 GaN。 π型覆蓋層7包含摻雜雜質之„型氮化物半導體。例如於 本實施型態中η型覆蓋層7係包含摻雜Si之 χ1Ν(0^Χ1<1)。中n型覆蓋層7形成於緩衝層5之上。 活性層9形成於η型覆蓋層7上，並具有多重量子井構 造。於此，圖2係顯示於本實施型態之活性層9之構成的剖 面圖。參照圖2，活性層9具有阻擋層29a〜29c以及井層31a 及31b。亦即，活性層9係以依序積層阻擋層29a、井層 31a、阻擋層29b、井層31b及阻擋層29c於n型覆蓋層7上所 構成" 阻擋層29a〜29c以及井層313及3〗b係由八丨“恥…〜以 96702.doc 1343659 Y2N(0SX2<1、〇$Υ2<1、0SX2 + Y2<1)等之 GaN 系半導體所 組成。於本實施型態中，阻擋層29a〜29c之組成係0<X2<1 且Y2=0，井層31a及31b之組成係0<X2<1且0<Y2<1。阻擋 層29a〜29c以及井層3 1 a及3 1 b之組成係調整成阻擋層 29a〜29c之能隙較井層31a及3〗b大。 P型覆蓋層11係由摻雜雜質之p型氮化物半導體所成。例 如於本實施例p型覆蓋層1丨係由摻雜Mg之AixlGai. X1 Ν(0；^χ 1 < 1)所成。p型覆蓋層11形成於活性層9上，活性 層9設置於η型覆蓋層7與p型覆蓋層11之間。 Ρ型接觸層13係為了與ρ型覆蓋層11及陽極電極17電性連 接之層，由摻雜雜質之ρ型氮化物半導體所成。例如於本 實施例ρ型接觸層13係由摻雜Mg之GaN所成。ρ型接觸層13 形成於ρ型覆蓋層11上。 陽極電極17設置於ρ型接觸層13上。陽極電極17係本實 施例之第2電極。陽極電極1 7之厚度為例如5 nm以下。於 此’圖3係顯示發光二極體1之一面上之陽極電極的一個圖 案之圖。如圖3所示般，陽極電極17於ρ型接觸層丨3上設置 一樣之圖案。於此，「一樣之圖案」係指某形狀規則性· 周期性地配置排列之圖案。此外，陽極電極丨7係以所謂格 子狀圖案之圖案形成。陽極電極17之圖案係與發光二極體 1之厚度方向相交之陽極電極17之面積為ρ型接觸層13之面 積的10%以上60%以下般地形成為佳。於本實施形態中， 陽極電極17之面積為ρ型接觸層13之面積的23%般地形成 陽極電極17之圖案。 96702.doc •12· 1343659 此外，於本實施形態陽極電極丨7之子狀圖案中的單位格 子之一邊的長度為60 以下，換言之，於本實施形態口型 接觸層13上之任一處到陽極電極17之距離為別以下。 此外，於陽極電極17之格子框的厚度為例如1〇〇^^以下。 此外，於本貫施形態中，陽極電極17與口型接觸層13之 間的接觸電阻率為1Xl0·3 Qcm2以下。亦即，製造發光二極 體1時，於陽極電極17與P型接觸層13連接之狀態下藉由進 行熱處理，貫現陽極電極】7與p型接觸層13之歐姆接觸。 因此可以得到低接觸電阻率。 此外，為了適當實現陽極電極丨了與卩型接觸層13之歐姆 接觸’陽極電極1 7包含Ni、Au、Pt、Pd中之至少一種之金 屬為佳。於本實施形態中’陽極電極17為化及八11所成之積 層構造。 金屬反射膜19係於活性層9產生之光L1時，為了反射朝 向與基板3相反側之光L1之膜。此外，金屬反射膜19為了 由發光二極體1之外部供給驅動電流給陽極電極丨7包含金 屬。金屬反射膜19形成於p型接觸層13及陽極電極17上。 亦即’金屬反射膜19設置於格子狀之陽極電極17上、及p 型接觸層1 3上不存在格子狀之陽極電極1 7之部分（亦即， 格子之間隙）。金屬反射膜19包含對光L1之反射率較陽極 電極1 7佳之金屬。例如金屬反射膜19包含含對波長4〇〇 nm〜800 nm之可見光的反射率佳之Ag及A1之至少_種金屬 為佳。此外，金屬反射膜1 9對上述之波長之可見光的反射 率在80%以上為佳。 96702.doc 13 1343659 於此，圖4係陽極電極1 7及金屬反射膜1 9附近之擴大剖 面圖。參照圖4，發光二極體1於陽極電極丨7及p型接觸層 13與金屬反射膜19之間具備有包含Ti之接著膜21。接著膜 21係為了增強金屬反射膜19與陽極電極17及p型接觸層13 之間之接著力而設。接著膜21之厚度例如為2 nm以下。 再參照圖1 ’陰極電極15設置於基板3之背面3b上之一部 分。陰極電極15係本實施型態中之第1電極。陰極電極15 係經由線路電性連接於例如未圖示之電極墊，由發光二極 體1之外部施加驅動電壓於與金屬反射膜丨9之間。 具備上述構成之發光二極體丨之動作如下。由發光二極 體1之外部施加驅動電壓於金屬反射臈19與陰極電極15之 間’則於陽極電極17與陰極電極15之間產生電場。然後， 於π型半導體層6及p型半導體層12所產生之載體集中於活 性層9内之井層31a、31b。因此，於活性層9產生光u。於 活性層9產生之光L1到處散射，惟朝向與基板3相反側之光 L1，於金屬反射膜19反射，穿透基板3射出到發光二極體1 之外部。 此外，陽極電極17之形成方法如下。首先，於p型接觸 層13上以蒸鍍或濺鍍法形成州層❶然後，藉由剝離法或姓 刻將Ni層做成格子狀圖案。繼之，以4〇〇以上之溫度進 行熱處理，於Ni層與p型接觸層13之間形成歐姆接觸。繼 之，藉由蒸鍍或濺鍍法於Ni層上形成Au層。如此，形成包 含Ni/Au之格子狀的陽極電極17。 上述本實施型態之發光二極體丨，具有以下之效果。亦 96702.doc 1343659 即於本貫施型態之發光二極體1，陽極電極丨7以格子狀圖 案之圖案設置，金屬反射膜19設置於陽極電極17上及格子 開口部的p型接觸層13上。因此，由活性層9朝向與基板3 相反側之光L1，於設置於p型接觸層13上之金屬反射膜19 適當地反射，穿透基板3後射出發光二極體】之外部。因 此，根據本實施型態之發光二極體丨’於金屬反射膜19反 射之光L1，因不由於例如專利文獻丨之歐姆層等而衰減， 故可以提高於活性層9產生之光L1的取出效率。 此外，於本實施型態之發光二極體1，η型半導體層6及？ 型半導體層12具有分別由人1)(1〇31-)(11^所成之11型覆蓋層7及 Ρ型覆蓋層11。此外，活性層9具有包含GaN ' Alx2Gai X2N、InY2Gai-Y2N、及 AIX3InY3Gai_x3_Y3N 中至少一種之半 導體材料之阻擋層29a〜29c、以及井層31a及31b。因此， 可以有效地產生藍色光或紫色光等較短波長之光。 此外，於如專利文獻1所揭示般之先前之半導體發光元 件（尤其使用藍寳石基板者）’因基板的導電性不佳，故於 基板之一面側上配置陽極電極及陰極電極。相對於此，本 實施型態之發光二極體丨藉由於包含具有導電性之GaN係 化合物之基板3的背面3b上設置陰極電極15，陰極電極15 及陽極電極1 7分別配置於基板3之兩側上。 於此，圖5係顯示於基板之一面側配置陽極電極與陰極 電極之先前之半導體發光元件，及於基板3之兩側配置陽 極電極17與陰極電極15之發光二極體中之驅動電流與發光 強度之關係的圖。再者，於圖5中，圖G1係顯示發光二極 96702.doc 15 1343659 體1之情形，圖G2係顯示先前之半導體發光元件之情形。 如圖5所示般，於圖G1中隨著驅動電流之增加發光強度順 暢地伸展，惟圖G2中隨著驅動電流之增加發光強度伸展遲 緩。可想像此乃於先前之半導體發光元件令，因於元件之 同側面上配置陰極電極及陽極電極，使p型半導體層（或η 型半導體層）之面積受到限制所導致之發熱等之影響，而 抑低了發光效率。相對於此，根據本實施型態之發光二極 體1，因由於陰極電極15及陽極電極17分別設置於基板3之 兩側，Ρ型覆蓋層11或活性層9等之半導體層之面積未受到 限制，故可以提高於活性層9之發光效率。 此外，本實施型態之發光二極體1中，基板3之比電阻率 為0.5 Ωcm以下。基板3具有如此之比電阻率為佳，因此基 板3之導電性變好，於基板3内變的電流容易擴散。因此， 因於活性層9之電流密度幾乎一致，故可以再進一步提高 於活性層9之發光效率。 此外，本實施型態之發光二極體1中，金屬反射膜19對 波長400 nm以上800 nm以下之可見光的反射率為8〇%以上 為佳。因此，可以再進一步提高於活性層9產生之光u為 可見光時之取出效率。 此外，本實施型態之發光二極體1中，金屬反射膜19包 含含Ag或A1之至少一種之金屬。金屬反射膜19由於包含容 易反射光之此等金屬，故可以再進一步提高於活性層9產 生之光L1之取出效率。 此外’如本實施型態之發光二極體1般，陽極電極1 7之 96702.doc -16- J343659 面積為P型接觸層13之面積的60%以下為佳。於此，圖6係 顯示陽極電極I 7之面積占p型接觸層I 3之面積的比例（覆蓋 率），及朝向與基板3相反方向之光L1在金屬反射膜19中反 射之光L1比例的關係圖。再者’於圖6中，圖G3係顯示陽 極電極17包含Ni/Au之情形，圖G4係顯示陽極電極π包含
Pt之情形。如圖6所示般，若覆蓋率在60%以下，則可以設 置於P型接觸層13中不存在陽極電極丨7之部分的金屬反射 膜19之面積變廣，於圖G3&G4之兩者反射比例成為5〇%以 上。根據發明者之見地，於先前之半導體發光元件中，即 使提高陽極電極本身之反射率反射比例也不滿5〇%。相對 於此，根據本實施型態之發光二極體丨，因反射比例為 50%以上，故於活性層9所產生之光u在金屬反射膜μ有 更多反射，可以再進一步提高光]^之取出效率。 此外，陽極電極17之面積為p型接觸層13面積之1〇%以 上為佳。於此，圖7係顯示陽極電極17造成p型接觸層13之 覆蓋率為5%、1G%及之各情形中，驅動電流與發光 5金度之關係圖。再者，於圖7中，圖G5係顯示覆蓋率 :清形’圖G6係顯不覆蓋率為1〇%之情形，圖G7係顯示覆 蓋率為’之情升卜如圖7所示般，若覆蓋率為跳以上 貝:i對應於驅動電流之增加發光強度也適當地增加，惟於覆 蓋率為5 %時’相對於驅動電流 , 初电；IL又、加發光強度之增加也
受遲緩。此可以想像係由於霜M 牟由' 復盍率小則陽極電極1 7與p变 接觸層1 3之間的接觸電阻婵大 1丄 S电阻*曰大發熱而導致於活性層9之 發光效率之降低。 96702.doc 1343659 此外，圖8係顯不驅動電流為1 〇 〇 m A及2 Ο ηι A之各情形 中’覆蓋率與驅動電壓之關係圖。再者，於圖8中，圖G8 係顯示驅動電流為100 mA之情形，圖G9係顯示驅動電流 為20 mA之情形。如圖8所示般，覆蓋率為1 〇。/。以下則圖 G8、G9驅動電流皆急遽地增大。此乃因覆蓋率小則陽極 電極17與p型接觸層13之間的電流密度增加之故。因此， 覆蓋率小則發光二極體1之消耗電力急遽地增大。 根據本貫施型態之發光二極體1，覆蓋率為1 〇%以上， 因可以抑制於陽極電極丨了與卩型接觸層13之接觸部分的接 觸電阻，故可以防止因熱導致的發光效率降低或消耗電力 的增大。 此外本貫細•型態之發光二極體1中，陽極電極1 7之圖 案於P型接觸層13上為相同之圖案。因此，因可以充分均 勻地流動驅動電流於活性層9，故可以充分確保流動於活 性層9之電流量，抑制格子狀地圖樣化陽極電極17所導致 之發光效率之降低。 此外，本實施型態之發光二極體丨中，陽極電極丨7形成 格子狀之圖案β因此，可以充分確保流動於活性層9之電 流量充分均勻抑制發光效率之降低。此外，此時單位格子 的邊之長度為Mm以下為佳。換言之，於ρ型接觸層 上不存在陽極電極17之部分的任—處到陽極電極17的㈣ 為30 μηι以下為佳。 於此，圖9Α及圖9Β係為了說明對應於與陽極電極之距 離’在活性層9之電流密度之解析結果的圖。圖9Α係顯示 96702.doc 為解析，件之陽極電極之形狀。再者，於此解析中，點狀 之2個陽極電極3〇之直徑（圖从中之距離I)做成^ _，陽 極電㈣之間的間隔（圖9A中之間⑽)做成6〇叫。 係.4示以圖9 A所示之陽極電極形狀解析之結果。 於請係將作為陽極之單元電極3〇之正下方之電流量定為 時員示在/舌性層9之電流分布。參照圖9B ,單元電極3〇 彼此之間之間隔心為6〇 μπι以内時，於離雙方之單元電極 3〇相等距離a3之位置(圖中取冑流量為〇 7以上，得知可 以確保足夠的電流量。亦即，陽極電極i 7彼此之間的間隔 為60 μπι以下，換言之？型接觸層13上之任一處到陽極電極 17之距離若為3〇 μπι以下，則可以充分均勻地流動驅動電 流於活性層9。因此，根據本實施型態之發光二極體丨，因 可以充分均勻地流動驅動電流於活性層9，故可以抑制格 子狀地圖樣化陽極電極17所導致的發光效率之降低。 此外’本實施型態之發光二極體1中’陽極電極17與卩型 接觸層13之間的接觸電阻為lxlO·3 Rem2以下。因此，因可 以抑制降地在陽極電極17與p型接觸層1 3之接觸部分的發 熱量，故可以防止由於熱所導致的發光效率之降低或消耗 電力之增大。 此外，本實施型態之發光二極體1，於陽極電極17及？型 接觸層13與金屬反射膜19之間具備有包含Ti之接著膜21。 因此，不損及陽極電極17與金屬反射膜1 9之電性接觸狀 態，可以防止金屬反射膜19由p型接觸層13及陽極電極17 剝落。 96702.doc •19· 1343659 (第2實施型態） 圖10係顯示作為本發明之半導體發光元件之第2實施型 態之發光二極體1 a之構成的圖。再者，圖1 〇係顯示發光二 極體la的圖，顯示了金屬反射膜19及陽極電極23 ^本實施 型態之發光二極體1 a與上述第1實施型態之發光二極體1的 相異點係陽極電極23之圖案形狀。有關於發光二極體13之 陽極電極23以外之構成，因與第i實施型態之發光二極體！ 的構成相同，故省略詳細之說明。 參照圖10 ’本實施型態之發光二極體1 a中，陽極電極2 3 之圖案由彼此相離之多個單位部分23a所構成。陽極電極 23設置於p型接觸層（未圖示）上，該材料與第1實施型態之 陽極電極17相同。此外’陽極電極23與p型接觸層歐姆接 觸之方面亦與第1實施型態相同。 陽極電極23之圖案，係相對於1個之單位部分23&有4個 或6個（本實施型態中為6個）單位部分23a相鄰般地規則配 置。此外’單位部分23a之直徑為1〇〇 μηι以下（本實施型態 中為20 μηΊ) ’最接近之單位部分23a之彼此間隔為60 μηι以 下（本實施型態中為50 μηι)。亦即，於本實施型態中，於 與發光二極體la之厚度方向相交之面方向之多個單位部分 23a的總面積係p型接觸層之表面的面積之14%。再者，於 本實施型態中，與第丨實施型態相同地，由多個單位部分 23a所構成之陽極電極23之面積為p型接觸層之面積的1〇0/〇 以上60%以下為佳。此外，彼此相鄰之單位部分23a之彼此 間Pw如參照圖9所說明般為60 μηι以下，換言之p型接觸層 96702.doc •20· 1343659 上之任—處到單位部分23a之距離為30 μιη以下為佳。 於本實施型態之發光二極體la中，陽極電極23之圖案由 規則配置之多個單位部分23a所構成。因此，因可以有效 地流動驅動電流於活性層9，故可以抑制圖案化陽極電極 23所導致的發光效率之降低。再者，發明者之解析中確認 了’相對於在p型接觸層之全面上設置陽極電極之先前的 半導體發光元件，本實施型態之發光二極體1 a中，驅動電 流20 mA時約增加3 8%的發光強度。 (第3實施型態） 繼之’說明有關本發明之半導體發光元件之第3實施型 態。於本貫施型態中，顯示一邊為2 mm之發光二極體為 例作為半導體發光元件。圖11係顯示本實施型態之發光二 極體lb之p型接觸層14之表面Ma的圖。本實施型態之p型 接觸層14除了以下幾點外與第！實施型態之卩型接觸層】3相 同。亦即’本實施型態之p型接觸層14於表面Ma具有第1 區域25a及第2區域25b。第1區域25a幾何學上做成相似於 表面14a之平面形狀（矩形），配置於表面之中央。第2區 域25b於表面14a包圍第1區域25 a。 此外，陽極電極之圓案以第i區域25a上之第】圓案及第2 區域25b上之第2圖案所構成，第！圖案之面積占第1區域 25a之面積的比例，較第2圖案之面積占第2區域25b之面積 的比例高。換言之，於p型接觸層14上第】圓案造成第】區 域25 a之覆蓋率較第2圖案造成第2區域25b之覆蓋率大。 於本實施型態，陽極電極的第1及第2圖案，皆由多個單 96702.doc 21 丄343659 位部分（未圖示）所構成。於陽極電極的第]圖案單位部分 之直徑例如為20 ，相鄰單位部分彼此之間隔例如為％ μΐΏ此外，第2圖案單位部分之直徑例如為15/1〇1，彼此 相鄰之單位部分之彼此間隔例如為60 。因此，第i圖案 造成之覆蓋率為14% ’第2圖案造成之覆蓋率為5.5%。然 後，第1圓案與第2圖案综合之覆蓋率為】〇%。 般，於活性層產生之光容易集中於發光二極體丨匕之週 邊部分。根據本實施型態之發光二極體〗b，因於發光二極 體lb之週邊部分（亦即，第2區域25b)之金屬反射膜之面積 廣’故可以再進一步提高於活性層產的取出效率。 再者，發明者之解析中確認了，相對於在p型接觸層之全 面上設置陽極電極之先前的半導體發光元件，本實施型態 之發光二極體ib中，驅動電流200 mA時約增加38%的發光 強度。 以陽極電極僅設置於第!區域25a上不設置於第2區域2“ 上之構成，作為本實施型態之變形例亦可。即使如此之構 成，亦可以得到與上述本實施型態之發光二極體ib相同之 效果。 (第4實施型態） 圓12係顯不作為本發明之半導體發光元件之第4實施型 態之發光二極體lc之構成的圖。再者，圖12係顯示發光二 極艘lc之圖’顯示構成金屬反射膜19、及陽極電極23之圖 案之單位部分23a。本實施型態之發光二極體1 c與上述第夏 實施型態之發光二極體丨相異處為陽極電極23之圖案形 96702.doc •22· !343659 狀。亦即，於本實施型態’陽極電極23僅設置於p型接觸 層表面之第1區域25a内，不設置於第2區域25b内。再者， 單位部分23a之直徑或單位部分23a彼此之間隔與第2實施 型態相同。 以本β化型態之發光二極體丨c，可以得到與上述之各實 施型態相同之效果。再者，發明者之解析中確認了，相對 於在P型接觸層之全面上設置陽極電極之先前的半導體發 光元件，本實施型態之發光二極體卜中，驅動電流2〇爪入 時約增加56%的發光強度。 (第5實施型態） 圖13係顯示作為本發明之半導體發光元件之第5實施型 態之發光二極體id之構成的圖。再者，圖13係顯示發光二 極體Id之圖，顯示金屬反射膜19、及陽極電極之第丨部分 27a及第2部分27b。本實施型態之發光二極體id與上述第t 實施型態之發光二極體丨相異處為陽極電極之圖案形狀。 於本實施型態，陽極電極之第】部分27a設置於？型接觸層 表面之第1區域25a，陽極電極之第2部分27b設置於p型接 觸層表面之第2區域25b。 陽極電極之第1部分27a具有形成格子之圖案，此外陽極 電極之第2部分27b具有形成格子之圖案。第2部分27b之各 單位格子之尺寸係與^實施型態的單位格子之尺寸相同 或類似。第丨部分27a之單位部分之尺寸較第2部分27b之單 位尺寸小。於此實施之型態中，於筮 ^ τ 於第1區域25a的陽極電極 之第1部分27a之圖案較於 _示乎乂 π弟2 &域25b的陽極電極之第2部 96702.doc •23- 1343659 分27b之圖案密集。 以本實施型態之發光二極體ld，可以得到與上述之各實 施型態相同之效果。 本發明之半導體發光元件不限於上述之各實施型態者， 可以做其他各種變形。例如陽極電極之圖案除了上述之各 實施型態（格子狀或多個單位部分）以外，可以做成各種之
圖案。此外，上述實施型態之半導體發光元件具備由GaN 所成之基板，惟不具備如此之基板亦可。例如於藍寶石基 板上積層包含GaN系半導體之n型半導體層活性層、及p 型半導體層，藉由從藍寶石基板剝離此等之層形成半導體 發光元件亦可。於此等之半導體發光元件，亦可以應用本 發明。 於適當之實施型態中圖示說明了本發明之原理，惟不跳 脫如此之原理，本發明可以在配置及詳細上做變更乃為當 業者所認知。本發明不應被限制於本說明書所揭示之具體 例。因此，請求來自專利申請範圍及該精神之所有之修改 及變更之權利。 【圖式簡單說明】 圖1係顯示作為本發明之半導體發光元件之第1實施型態 之發光二極體之構成的剖面圖。 圖2係顯不於第1實施型態之活性層之構成的剖面圖。 圖3係顯示發光二極體之陽極電極及金屬反射臈之平面 圖。 圖4係陽極電極及金屬反射膜附近之擴大剖面圖。 96702.doc -24· 1343659 圖5係顯示於元件夕__品办，丨$ , 干（面側配置％極電極與陰極電極之 先如之半導體發光元件，及於亓杜夕 汉歹、70件之一面側配置陽極電極 與另一側配置陰極電極之於来_太 屯征 < 知尤一極體中之驅動電流與發光 強度之關係的圖。 圖6係顯示陽極電極之㈣占㈣接觸層之面積的比例 (覆蓋率），及朝向與基板相反方向之光在金屬反射膜中反 射之比例的關係圖。 圖7係顯示陽極電極造成Ρ型接觸層之覆蓋率為5〇/〇、10% 及100%之各情形中’驅動電流與發光強度之關係圖。 圖8係顯示驅動電流為1〇〇 mA&2〇⑺八之各情形中覆 蓋率與驅動電壓之關係圖。 圖9A及圖9B係為了說明對應於與陽極電極之距離，在 活性層之電流密度之解析結果的圖。 圖1〇係顯示作為本發明之半導體發光元件之第2實施型 態之發光一極體之構成的圖。 圖11係顯示第3實施型態之發光二極體之ρ型接觸層的 圖0 圖12係顯示作為本發明之半導體發光元件之第4實施型 態之發光二極體之構成的圖。 圖13係顯不作為本發明之半導體發光元件之第$實施型 態之發光一極體之構成的圖。 【主要元件符號說明】 1、la、lb、lc、Id 發光二極體 3 基板 96702.doc •25- 1343659 3a 主面 3b 背面 5 n型緩衝層 6 η型（第1導電型）半導體層 7 η型覆蓋層 9 活性層 11 Ρ型覆蓋層 12 Ρ型（第2導電型）半導體層 13 Ρ型接觸層 14 Ρ型接觸層14 14a ρ型接觸層14之表面 15 陰極電極 17 、 23 、 30 陽極電極 19 金屬反射膜 21 接著膜 23a 單位部分 25a 第1區域 25b 第2區域 27a 陽極電極之第1部分 27b 陽極電極之第2部分 29a ' 29b 、 29c 阻擋層 31a、31b 井層 LI 光 96702.doc • 26 ·
Claims (1)
134365¾ nol 第093丨32053號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(99年11月） 十、申請專利範圍： 1· 種半導體發光元件，其具備 —-- 第1導電型半導體層，其包含氣化合物半導體，設置 於包含GaN系化合物之基板的主面上； 第2導電型半導體層，其包含氮化合物半導體，設置 於前述第1導電型半導體層上； 活性層，其包含氮化合物半導體，設置於前述第！導 電型半導體層與前述第2導電型半導體層之間； 第1電極，其設置於前述基板之背面上電性連接於 前述第1導電型半導體層； 第2電極，其以特定之圖案設置於前述第2導電型半導 體層上；及 前述第2電極上； 其中則述特定之圖案係由於前述第2導電型半導體4 表面之第1區域上之第】圖案與包圍前述第！區域之第巧 域上之第2圖案所構成，前述第】圖案及第2㈣分^ 包含多個單位格子之格子狀， 前述第1圖案之面積所佔前述第❿域之面積的比^ 大於前述第2圖案之面積所佔前述第〕區域之 例， 前述單位格子之一邊的長度為…⑽下。 2. —種半導體發光元件，其具備： 第I導電型半導趙層，其包含氮化合物半導體，設置 96702-99I119.doc 1343659 气包‘含GaN系化合物之基板的主面上； r- 第2導電型半導體層’其包含氮化合物半導體，設置 於前述第1導電型半導體層上； 活性層’其包含氮化合物半導體，設置於前述第】導 電型半導體層與前述第2導電型半導體層之間； 第1電極，其設置於前述基板之背面上，電性連接於 前述第1導電型半導體層； 第2電極，其以特定之圖案設置於前述第2導電型半導 體層上；及 金屬反射膜，其設置於前述第2導電型半導體層上與 前述第2電極上； 其中前述特定之圖案係由於前述第2導電型半導體層 表面之第1區域上之第丨圖案與包圍前述第1區域之第二區 域上之第2圖案所構成，前述第丨圖案及第2圖案分別包 含彼此分離之多個單位部分， 前述第1圖案之面積所佔前述第丨區域之面積的比例係 大於前述第2圖案之面積所佔前述第2區域之面積的比 例， 於前述特定之圖案中，彼此相鄰之前述單位部分彼此 之間隔為60μπι以下。 ，如請求項2之半導體發光元件，其中 於前述特定之圖案中，以相對於1個前述單位部分使_ 或6個前述單位部分相鄰之方式，㈣地配置前 位部分。 早 96702-99ni9.doc 1343659 •如清求項1〜3中任一項之之半導體發光元件，其中 .. 前述第1導電型半導體層與前述第2導電型半導體層個 ^ 別包含八1)(1〇31.?(1]^(0<乂1<1)， · 过·活性層包含 Α1χ2ΐΠγ2〇3ι·χ2-Υ2Ν((ΧΧ2<1 ’ 0幺Υ2<1 ’ 0幺Χ2+Υ2<1)。 Λ 5.如請求項項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 . 則述基板之比電阻率為0.5 Qcm以下。 6·如请求項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 則述金屬反射膜對於波長4〇〇 nm以上800 nm以下之光 · 之反射率為80%以上。 7.如晴求項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 則述金屬反射膜包含含Ag及A1之至少一者之金屬。 S·如清求項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 與厚度方向相交之前述第2電極之面積，為前述第2導電 型半導體層之面積的6〇%以下。 9. 如凊求項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 於則述第2導電型半導體層上不存在前述第2電極之部 · 分的任一處到前述第2電極的距離為30 μπι以下。 10. 如清求項1〜3申任一項之半導體發光元件，其中 則述第2電極與前述第2導電型半導體層之間的接觸 阻率為1\1〇3〇(：1112以下。 11. 如清求項1〜3中任一項之半導體發光元件，其中 刖述第2電極包含Ni、Au、pt、pd中之至 m 種金 96702-99in9.doc 1343659 12.
如請求項1〜3中任一項 月'J迷第2導電型半導 觸層。 之半導體發光元件，其中 體層包含與前述第2電極連接之接 3’如哨求項卜3中任一項之半導體發光元件 與厚度方向相交之前述第2電極之面積 電型半導體層之面積的1〇%以上。 如請求項卜3中任一項之半導體發光元件 ，其中 ’為前述第2導 其中
於前述第2導電型半導體層及前述第2電 反射膜之間具備有包含Ti之接著膜。 極與前述金屬
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