半导体发光元件的制作方法

半导体发光元件的制作方法
【专利摘要】本发明的实施方式提供一种高光提取效率的半导体发光元件。根据实施方式，半导体发光元件，包含:半导体层、第一导电层、及设置在所述半导体层与所述第一导电层之间的第二导电层。所述第二导电层的光透过率高于所述第一导电层的光透过率。所述第二导电层的消光系数为0.005以下。
【专利说明】
半导体发光元件
[0001] [相关申请案]
[0002] 本申请案享有以日本专利申请案2014-187111号（申请日：2014年9月12日）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
[0003] 本发明的实施方式涉及一种半导体发光元件。
【背景技术】
[0004] 在半导体发光元件（例如，发光二极管）中，要求提高光提取效率。

【发明内容】

[0005] 本发明的实施方式提供一种高光提取效率的半导体发光元件。
[0006] 根据本发明的实施方式，半导体发光元件，包含：半导体层、第一导电层、及设置 在所述半导体层与所述第一导电层之间的第二导电层。所述第二导电层的光透过率高于所 述第一导电层的光透过率。所述第二导电层的消光系数为0.005以下。
【附图说明】
[0007] 图1是例示第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图。
[0008] 图2是例示导电层的特性的曲线图。
[0009] 图3是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0010] 图4(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0011] 图5是例示半导体发光元件的特性的示意图。
[0012] 图6(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0013] 图7(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0014] 图8是例示第一实施方式的半导体发光元件的一部分的示意性剖视图。
[0015] 图9是例示第二实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图。
[0016] 图10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。
[0017] 图11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。
[0018] 图12(a)及（b)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。
【具体实施方式】
[0019] 以下，一面参照附图一面对本发明的各实施方式进行说明。
[0020] 另外，附图为示意性或概念性的附图，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小 的比率等未必与实物相同。而且，即便是在表示相同部分的情况下，也存在相互的尺寸或比 率视各附图而不同表示的情况。
[0021] 另外，在本申请的说明书与各图中，对与关于已给出的图在上文已述的要素相同 的要素标注相同的符号，并且适当省略详细的说明。
[0022] (第一实施方式）
[0023] 图1是例示第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图。
[0024] 如图1所不，实施方式的半导体发光元件110包含半导体层25、第一导电层50、及 第二导电层60。
[0025] 半导体层25释出光。例如，半导体层25包括包含第一导电型的半导体膜的第一 半导体膜10、包含第二导电型的半导体膜的第二半导体膜20、及第三半导体膜15。第三半 导体膜15设置在第一半导体膜10与第二半导体膜20之间。第三半导体膜15例如为活性 膜，例如为发光膜。
[0026] 第一导电型例如为η型，第二导电型例如为p型。在实施方式中，也可以是第一导 电型为Ρ型，第二导电型为η型。以下，设定为第一导电型是η型，且第二导电型是ρ型的 例子而进行说明。
[0027] 半导体层25例如包含氮化物半导体。例如，第一半导体膜10、第二半导体膜20及 第三半导体膜15包含氮化物半导体。第一半导体膜10例如包含η型的GaN。第二半导体 膜20例如包含ρ型的GaN。第三半导体膜15包括包含InGaN的井层。关于半导体膜的例 子，将在下文叙述。
[0028] 第一半导体膜10、第二半导体膜20及第三半导体膜15各自的折射率例如为2. 0 以上3. 6以下。在使用GaN作为半导体层25的情况下，折射率约为2. 34。
[0029] 在半导体层25与第一导电层50之间，设置着第二导电层60。
[0030] 将从第一导电层50朝向半导体层25的方向设为Z轴方向。将相对于Z轴方向而 垂直的一个方向设为X轴方向。将相对于Z轴方向与X轴方向而垂直的方向设为Y轴方向。
[0031] 第一导电层50沿着X-Y平面而扩展。第二导电层60也沿着X-Y平面而扩展。
[0032] 第一导电层50具有反射性。第二导电层60具有透光性。第二导电层60的光透 过率高于第一导电层50的光透过率。第一导电层50的光反射率高于第二导电层60的光 反射率。
[0033] 例如，第一导电层50使用反射性的金属。第一导电层50例如使用银、或以银为主 成分的合金。作为第一导电层50,例如也可以使用铝或包含铝的合金（例如含有Si的A1 等）。在半导体发光元件110例如为红色光LED(Light Emitting Diode，发光二极管）或 红外线LED的情况下，作为第一导电层50,例如也可以使用Au、Cu、或包含这些的合金。
[0034] 作为第二导电层60,例如可以使用透光性的氧化物。第二导电层60例如使用包含 选自包括In、Ga、Sn、Al、Zn、Ge、Sr、Mg、Ni及Si的群中的至少一种元素的氧化物。
[0035] 经由第一半导体膜10及第二半导体膜20向第三半导体膜15供给电流。该电流的 供给使用第一导电层50、及在图1中未图示的电极。在供给有电流的第三半导体膜15中， 释出光。即，从半导体层25释出光。半导体发光元件110例如为LED。
[0036] 从第三半导体膜15释出的光的一部分（光L1)通过第一半导体膜10出射到外部。 从第三半导体膜15释出的光的一部分（光L2)通过第二半导体膜20及第二导电层60,在 第一导电层50发生反射，通过第二导电层60及半导体层25出射到外部。第一半导体膜10 的表面（图1中的上表面）例如成为光提取面。从半导体层25释出的发光光（即，从第三 半导体膜15释出的光）主要从光提取面出射。
[0037] 在实施方式中，第二导电层60相对于发光光的折射率低于半导体层25相对于发 光光的折射率。例如，如上所述，半导体层25的折射率为2. 3以上2. 6以下。另一方面，第 二导电层60的折射率例如为1. 5以上且未达2. 3。例如，第二导电层60的折射率例如为 1. 6以上2. 2以下。
[0038] 首先，对未设置第二导电层60,且第一导电层50与半导体层25接触的第一参考例 的特性进行说明。
[0039] 将半导体层25的折射率设为ns。将第一导电层50的折射率设为rv这些折射率 为复折射率。这些折射率包含光的消光系数。
[0040] 在该第一参考例中，第一导电层50与半导体层25之间的界面上的反射率R (垂直 入射的情况）是利用以下的第一式表示。
[0041]
[0042] 在第一式中，Re (nm)是第一导电层50的折射率nm的实部。Im (n m)是第一导电层 50的折射率的虚部。在所述第一式中，半导体层25的折射率η 3的虚部非常地小，因此 予以忽略。
[0043] 由于第一导电层50使用反射性的金属，所以第一导电层50的折射率nm的实部 Re (r〇小于1。或者，第一导电层50的折射率化的虚部Im (n J非常地大，约为5以上。
[0044] 半导体层25的折射率]!,较高。因此，在半导体层25与第一导电层50接触的第一 参考例中，在使用除了 Ag以外的很多金属作为第一导电层50的情况下，在半导体层25与 第一导电层50的界面，反射率R较低。
[0045] 另一方面，在Ag中，折射率的实部（即Re (n J)为0.03以上0· 2以下左右，非 常地小。因此，在使用Ag作为第一导电层50的情况下，在第一式中，分子与分母的差较小。 因此，在半导体层25与第一导电层50之间的界面，获得比Ag以外的金属更高的反射率。另 外，折射率会受到波长、Ag的纯度、表面状态、结晶粒度等的影响。
[0046] 接着，对在第一导电层50与半导体层25之间设置着第二导电层60的构成进行说 明。将第二导电层60的折射率设为n t。折射率nt为复折射率，包含消光系数。
[0047] 首先，作为第二参考例，对没有第二导电层60中的光吸收的情况进行说明。此时， 折射率\的虚部为0。而且，第二导电层60的折射率n t低于半导体层25的折射率n s。在 这样的第二参考例中，第一导电层50与第二导电层60之间的界面上的反射率R可以通过 在所述第一式中，将折射率n s置换成折射率η ,而获得。
[0048] 该第二参考例中的反射率R高于所述第一参考例中的反射率R。即，在未设置第二 导电层60,且第一导电层50与半导体层25接触的第一参考例中，第一导电层50与半导体 层25之间的界面上的反射率R相对较低。在第二参考例中，将具有比半导体层25的折射 率n s更低的折射率n t的第二导电层60设置在第一导电层50与半导体层25之间。在该第 二参考例中，第一导电层50与第二导电层60之间的界面上的反射率R高于第一参考例中 的反射率R。在第二参考例中，认为能够获得比第一参考例更高的光提取效率。
[0049] 进而，在第二参考例中，由于使用具有比半导体层25的折射率1^更低的折射率n t 的第二导电层60,所以在第二导电层60与半导体层25之间的界面，会产生成为全反射的波 数成分。由此，会局部地形成TIR(TIR:total internal reflector:全反射镜）。由此，认 为能够获得较高的光提取效率。
[0050] 在所述第二参考例中，忽略了第二导电层60中的光吸收。但是，实际上，存在光吸 收。因此，在未考虑光吸收而进行了设计的情况下，存在实际的反射率变得比第一参考例更 低的情况。在实施方式中，使用考虑到了光吸收的第二导电层60。
[0051 ] 即，在第二导电层60中，为了获得导电性，而产生利用自由载子实施的光吸收。例 如，在使用ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡）作为第二导电层60的情况下，ΙΤ0的折射率 的虚部例如为0.02左右。例如，在Ιμπι厚度的ΙΤ0中，往返中产生约67%的光的损失。另 一方面，若使第二导电层60过分薄，则TIR的特性下降，想要的功能变得不充分。
[0052] 因此，第二导电层的厚度例如优选为λ/2Re(nt)以上。进而，优选为λ/Re (nt)左 右。这里，λ是从半导体层25释出的光的真空中的波长（与空气中的波长大致相同）。由 此，有效地获得TIR的功能。
[0053] 在实施方式中，一面使第二导电层60的厚度某种左右地加厚，一面使光的损失变 小。
[0054] 在第二导电层60中，希望折射率nt的虚部Im(nt)，即光吸收率较低。与此同时， 在第二导电层60中，要求导电性。以下，对第二导电层60中的电阻率与吸收率的关系进行 说明。
[0055] 在第二导电层60中，电阻率P是利用以下的第二式表示。
[0056]
[0057] 在第二式中，N是载子密度。q是载子电荷。μ是载子迀移率。[0058] 另一方面，第二导电层60的复折射率nt是利用以下的第三~五式表示。
[0059]
[0060]
[0061]
[0062] 在所述式子中，ε是介电常数。^是载子有效质量。ωρ是等离子体角频率。τ 是散射缓和时间。ω是光的角频率。i是虚数单位。
[0063] 第二导电层60的消光系数κ对应于复折射率\的虚部。在消光系数κ与吸收 系数α之间，存在κ = α λ/4 π的关系。通过缩小消光系数κ，可以抑制吸收。
[0064] 另一方面，如所述第二~五式所示，在电阻率Ρ与消光系数κ中，存在着密切的 关系。
[0065] 图2是例示导电层的特性的曲线图。
[0066] 图2例示了电阻率Ρ与消光系数κ的关系。该特性可以基于第二~五式而求出。 在使用ITO作为第二导电层60的情况下，载子有效质量为0.2m。~0.5m。左右。m。是电 子的静止质量。在图2的例子中，使用0.3m。，作为(载子有效质量）。而且，复折射率nt 的实部设定为2.09。即，使用2.092￡。（￡。是真空的介电常数），作为￡。而且，例示了将 μ (迀移率）变成30、50、70及100 (cm2/Vs)的情况。使用由有效质量倒算而求出的值，作 为τ。图2的横轴为电阻率Ρ (Ωηι)。纵轴为消光系数κ。
[0067] 如图2所示，当迀移率μ固定时，若电阻率Ρ变低，则消光系数κ变大。因此， 若使用降低了第二导电层60中的电阻率Ρ之类的材料，则消光系数κ急剧地上升。
[0068] 例如，在使用ΙΤ0作为第二导电层60的情况下，迀移率μ通常为40cm2/Vs左右~ 70cm2/Vs 左右。
[0069] 作为半导体发光元件的电极而使用的透光性的导电层的电阻率P -般来说为 2Χ104Ωπι左右。电阻率ρ -般来说为5Χ104Ωπι以下。这是按照降低电阻，向半导体层 充分均匀地供给电流的观点确定的。
[0070] 由图2可知，当迀移率μ为50cm2/Vs左右时，在电阻率Ρ为2Χ10 4Ωπι时，消光 系数κ为4X10 2左右。当迀移率μ为50cm2/Vs左右时，在电阻率Ρ为5X10 4Ωπι时，消 光系数κ为2X10 2左右。当迀移率μ为70cm2/Vs左右时，在电阻率Ρ为2X10 4Ωπι时， 消光系数κ为3X10 2左右。当迀移率μ为70cm2/Vs左右时，在电阻率ρ为5X10 4Ωπι 时，消光系数κ为1.1Χ102左右。即，在半导体发光元件所使用的一般的透光性的电极 中，消光系数κ最低估计也为0.011以上。
[0071] 与此相对地，在实施方式的半导体发光元件110中，将第二导电层60中的消光系 数κ设定为0.005以下。即，在实施方式中，使用一般来说不使用的范围内的消光系数κ。
[0072] 此时，如图2所示，当迀移率μ为50cm2/Vs左右时，电阻率Ρ为1.8Χ10 3Ωπι左 右。当迀移率μ为70cm2/Vs左右时，电阻率Ρ为1. 1Χ103Ωπι左右。即，在实施方式中，电 阻率ρ为1. 1X10 3 Ωπι以上，高于一般的透光性的导电材料的电阻率（5X10 4Ωπι以下）。
[0073] 即，在实施方式中，在透光性的导电层中，为了缩小消光系数κ，未必要降低电阻 率P。由此，光吸收得到抑制，可以获得较高的光利用效率。
[0074] 在实施方式中，例如，消光系数κ为〇. 〇〇5以下。此时，电阻率P为1. 1X10 3Ωπι 以上。
[0075] 在实施方式中，由于杂质或频带边缘端的影响、以及载子的一部分为惰性的影响， 电阻率Ρ存在变得比图2中所例示的特性更高的倾向。因此，在实施方式中，当消光系数 κ为0.005以下时，电阻率Ρ也可以是2X10 3 Ωπι以上。当消光系数κ为0.005以下时， 电阻率ρ也可以是5X10 3 Ωπι以上。当消光系数κ为0.005以下时，电阻率Ρ也可以是 1X10 2Ωπι 以上。
[0076] 另外，由于杂质或频带边缘端的影响、以及载子的一部分的惰性的影响，在一般的 透光性的导电层中，当电阻率Ρ为2Χ103Ωπι时，也存在消光系数κ为〇.〇1以上、或〇.〇2 以上的情况。即，实际的消光系数κ比图2中所例示的特性更高。
[0077] 在第二导电层60的消光系数κ较大的参考例中，若将第二导电层60以可以获得 TIR效果的方式加厚，则光的吸收变得过大。因此，通过设置第二导电层60,反而使光的损 失变大。
[0078] 与此相对地，在实施方式中，将消光系数κ设定为〇. 〇〇5以下，相对于一般的值即 0.01~0.02,显著减小。由此，可以抑制第二导电层60中的光的吸收。由此，即便将第二 导电层60以可以获得TIR效果的方式加厚，光的吸收也较小。因此，通过设置第二导电层 60,利用TIR的效果，光的提取效果提高，该效果超过因光的吸收而导致的损失。其结果，光 提取效率提尚。
[0079] 第二导电层60中的因光吸收而导致的能量的损失的比例是利用以下的第六式表
不。
[0080]
[0081] 另外，Im(nt)对应于消光系数κ。
[0082] 第二导电层60中的全反射（渗透波）的效果TR(d)是利用以下的第七~九式表
不。
[0083]
[0084]
[0085]
[0086] 在所述式子中，Le( Θ、ns、nt)是渗透波的浸透长。Θ是半导体层25内的光的行 进角。ns是半导体层25的折射率。n t是第二导电层60的折射率。λ是从半导体层25释 出的光的真空中的波长。光的真空中的波长实质上与光的空气中的波长相同。Θ。是临界 角。在第九式中，配向假设为朗伯配光。d是第二导电层60的厚度。
[0087] 图3是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0088] 图3例示了 TIR的效果ETIR与第二导电层60的厚度d的关系。图3是基于第九式 而导出的。在该例中，将在第九式中使第二导电层60的厚度d无限大时的值作为基准（= 1)，来表示TIR的效果E tir。
[0089] 第二导电层60中的平均功率反射率Rr(d)(相当于干扰的效果IF)是利用以下的 第十~十八式表示。
[0099] 在所述式子中，Θ是半导体层内的光的行进角。^是半导体折射率（实数）。n2 是透明导电层折射率（实数）。是金属层折射率（复数）。λ是光的真空波长（与空 气中的波长大致相同）。i是虚数单位。Θ。是临界角（成为全反射的角度）。 Rs(0、ni、 n2)是振幅反射率（S波，菲涅耳反射）。Rp ( θ、ηι、n2)是振幅反射率（P波，菲涅耳反射）。 Ts ( θ、ηι、n2)是振幅透过率（S波，菲涅耳反射）。Τρ ( θ、ηι、n2)是振幅透过率（P波，菲涅 耳反射）。?(θ)是透明导电层内的光的行进角。d是透明导电层的厚度。Φ(θ、(1)是透 明导电层内因往返而导致的相位变化量。As(0、 ni、n2、nn、d)是从半导体层观察的透明导 电层/金属导电层的振幅反射率（因多重反射而导致的干扰进入，各个角度成分）（S波，多 重反射）。Αρ( Θ、ni、n2、nn、d)是从半导体层观察的透明导电层/金属导电层的振幅反射 率（因多重反射而导致的干扰进入，各个角度成分）（P波，多重反射）。Rr(d)是平均功率 反射率。在第十八式中，配向设定为朗伯配光。
[0100] 图4(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0101] 图4(a)及（b)中关于两种条件，例示了平均功率反射率Rr(d)与第二导电层60 的厚度d的关系。图4(a)及（b)是将使用第十八式计算出的结果曲线化而得到的图。
[0102] 在图4(a)中，条件如下。
[0103] 半导体层25的折射率ns= 2. 47，
[0104] 半导体层25的折射率nt= 2. 09，
[0105] 第一导电层50的折射率!!"= 0. 1+2. 5i (i是虚数单位），
[0106] 从半导体层25释出的光的真空中的波长λ = 450nm。
[0107] 第一导电层50的垂直反射率为92. 3%，全立体角平均为95. 5%。
[0108] 如图4(a)所示，平均功率反射率Rr (d)收敛在0. 967。
[0109] 在图4(b)中，条件如下。
[0110] 半导体层25的折射率^二2. 47，
[0111] 半导体层25的折射率\= 1.70，
[0112] 第一导电层50的折射率!!"= 0. 1+2. 5i(i是虚数单位），
[0113] 从半导体层25释出的光的真空中的波长λ = 450nm。
[0114] 如图4(b)所示，平均功率反射率Rr (d)收敛在0. 979。
[0115] 图5是例示半导体发光元件的特性的示意图。
[0116] 图5例示了透光性的第二导电层60的光学特性，即，透过率TS、全反射的效果TR 及因多重反射而导致的干扰的效果IF。横轴为第二导电层60的厚度t。在该例中，示意性 地表示了消光系数κ较小的情况（κ 5 〇. 〇〇5)、及消光系数较大的情况（κ > 〇. 01)两种 情况。在图5的纵轴上，上方向对应于平均功率反射率提高。下方向对应于平均功率反射 率劣化。
[0117] 如图5所示，若厚度t增大，则透过率TS上升，逐渐接近1。该透过率TS的下降是 因为光吸收。若消光系数K较大，则透过率TS的下降强烈。若消光系数K较小，则可以 维持较高的透过率TS。
[0118] 另一方面，若厚度t增大，则全反射的效果TR下降。该全反射的效果TR取决于渗 透波的浸透长。随着厚度t的增大，干扰的效果IF振动，振幅减小。
[0119] 在第二导电层60中，通过使从半导体层25渗出到第二导电层60的渗透波返回到 半导体层25,可以降低光的损失。由此，可以充分获得TIR的功能。例如，第二导电层60的 厚度t优选为λ/2Re(n t)以上。厚度t例如优选为λ/Re (nt)左右。这里，λ是从半导体 层25释出的光的真空中的波长（与空气中的波长大致相同）。由此，可以有效地获得TIR 的功能。
[0120] 如图2所例示的那样，干扰的效果IF振动，因此优选为在干扰的效果IF变得极大 的条件下设定厚度t。与图2所示的干扰的效果IF的最初的极大值对应的厚度t实质上为 λ /Re (nt)。从实用性上来说，在使厚度t为λ /Re (nt)的约〇. 7倍以上约1. 4倍以下时，可 以有效地利用干扰的效果IF。
[0121] 如图5所示，在消光系数κ较大的情况下，因吸收而导致的损失较大，与全反射的 效果TR及干扰的效果IF的效果相比，透过率TS的下降变大。因此，无法获得较高的光提 取效率。与此相对地，通过缩小消光系数κ，可以使因吸收而导致的损失比全反射的效果 TR及干扰的效果IF的效果更小。由此，可以获得较高的光提取效果。
[0122] 图6(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0123] 图6(a)及（b)例示了考虑到了所述透过率TS、全反射的效果TR及干扰的效果IF 的效果时的提取效率的模拟结果。
[0124] 在图6(a)的例子中，第一导电层50的反射率Rf为92%。第二导电层60的折射率 \为2. 09+ κ i。例示了 κ = 〇· 0011的情况、及κ = 〇· 〇〇5的情况。在κ = 〇· 0011的情 况下，对应于ΙΤ0。半导体层25的折射率nsS 2. 47+0. 000036i。该值对应于GaN。第一导 电层50的折射率nm为0. 1+2. 5i。该值对应于Ag。从半导体层25释出的光的波长λ (空 气中或真空中的波长）为450nm。第二导电层60中的波长λ 1是λ/Re (nt)，为215. 3nm〇
[0125] 在图6(b)的例子中，是假设因第二导电层的存在，第一导电层的表面状态保持良 好的情况而进行的计算，此时第一导电层50的反射率Rf为97 %。在现实中，可以取92 %~ 97%的值。第二导电层60的折射率\为2. 09+Ki。例示了 κ =〇. 0011的情况、κ = 〇. 0003的情况、及κ = 〇. 〇〇〇5的情况。
[0126] 该模型中，在半导体层25的光提取面设置着无规的凹凸，半导体元件整 体被折射率为1.5的树脂所覆盖。在模拟中，可以使用利用周期性边界的FDTD法 (Finite-difference time-domain method，时域有限差分法）。另外，忽略与第一导电层 50对向的电极的影响。关于TE-like发光（电偶极子相对于活性层面而平行地振动的光 源）、及TM-like发光（电偶极子相对于活性层面而垂直地振动的光源）两者，求得出射到 外部的光的强度。将这些合计起来，求得光提取效率Eff。在图6中，表示了改变了第二导 电层60的厚度t时的光提取效率EfT。横轴为厚度t，纵轴为光提取效率EfT。
[0127] 如图6所示，当反射率Rf为92%时，在厚度t为0时，即，未设置第二导电层60 时，光提取效率Eff约为80 %。在第二导电层60的厚度t为20nm时，光提取效率Eff约 为77%，有所下降。这是由于图5所例示的干扰的效果IF。在厚度t为20nm到200nm的 范围内，随着厚度t的增大，光提取效率Eff上升。这被认为是图5所例示的全反射的效果 TR(TIR的效果）的帮助较大。而且，若厚度t超过200nm，则随着厚度t的增大，光提取效 率Eff下降。在该范围内，因吸收而实现的透过率TS的效果变大。
[0128] 当波长为450nm时，在第二导电层60的厚度t为140nm以上280nm以下时，光提 取效率Eff变高。即，当第二导电层60的厚度t为（2/3) · λ?以上（4/3) · λ?以下时， 在（2/3) · λ/Re (nt)以上（4/3) · λ/Re (nt)以下，光提取效率Eff变高。
[0129] 在实施方式中，第二导电层60的厚度t设定为从半导体层25释出的光的第二导 电层60中的波长的2/3以上4/3以下，即，0.67倍以上1.33倍以下。由此，可以获得较高 的发光效率。
[0130] 图7(a)及（b)是例示半导体发光元件的特性的曲线图。
[0131] 这些图表示了相对于未设置第二导电层60时的光提取效率EffO,设置有第二导 电层60时的光提取效率Effl的变化率。纵轴是光提取效率的变化率ΔΕ??。ΔΕ?? = (Effl - Eff0)/Eff0。横轴是消光系数κ。
[0132] 在图7(a)中，第二导电层60的折射率\为2.09+κ i。在图7(b)中，第二导电 层60的折射率\为1.70+κ i。在这些图中，例示了第一导电层50的反射率Rf为92%时 (与图6的例子相同）、及97%时。第二导电层60的厚度t是在所述两种情况下可以获得 最高的光提取效率的厚度（200nm)。除此以外的条件使用关于图6已说明的条件。
[0133] 如图7 (a)所示，当反射率Rf为92 %时，在消光系数K为〇时，光提取效率的变化 率AEff最高，约为6.8%。当反射率Rf为97%时，例如，在消光系数κ为0.001时，光提 取效率的变化率Δ Eff约为10. 0%。
[0134] 光提取效率的变化率AEff随着消光系数κ的增加而减少。其原因在于，如上所 述，若消光系数κ增加，则因吸收而导致的损失变大。
[0135] 如图7(b)所示，在折射率\的实部为1. 70时，消光系数κ的上限较折射率1的 实部为2. 09时更高。
[0136] 对半导体发光元件110的制造方法的例子进行说明。
[0137] 在衬底上，使半导体层25、成为第二导电层60的膜、第二半导体膜20、第三半导体 膜15及第一半导体膜10依序外延成长。
[0138] 此时，例如，可以通过降低成为第二导电层60的膜中的Sn浓度，来使吸收较低。例 如，可以通过降低成为第二导电层60的膜的密度，来降低折射率。由此，可以获得较小的消 光系数κ。
[0139] 作为膜成形的方法，也可以使用溅镀法。在溅镀法中，也可以通过降低Sn浓度，来 使吸收较低。在溅镀法中，也可以通过降低密度来降低折射率。由此，可以获得较小的消光 系数κ。
[0140] 作为膜成形的方法，也可以使用溶胶凝胶法、或在涂布后进行烧结的方法等。通过 使用低折射率填料，可以降低折射率。低折射率填料的粒径优选为50nm以下。进而优选为 平均20nm以下。由此，可以获得有效的全反射。
[0141] 在实施方式中，可以使电极中的反射率提高，而提高光提取效率。通过使用第二导 电层60,可以提高反射率，因此可以使用Ag以外的材料，作为第一导电层50。通过将第二 导电层60设置在半导体层25与第一导电层50之间，而抑制杂质（金属元素等）从第一导 电层50侵入到半导体层25,可靠性提高。
[0142] 在实施方式中，消光系数κ可以基于利用椭圆偏光分析而获得的信息来获得。例 如，通过求出吸收系数，可以获得消光系数κ。
[0143] 图8是例示第一实施方式的半导体发光元件的一部分的示意性剖视图。
[0144] 如图8所示，第三半导体膜15包含障壁层BL、及井层WL。在该例中，设置着多个 障壁层BL、及多个井层WL。多个障壁层BL、及多个井层WL沿着Z轴方向而交替地配置。在 该例中，设置着多个井层WL。在实施方式中，井层WL的数量也可以为1个。
[0145] 井层WL的带隙能小于障壁层BL的带隙能。井层WL使用包含In的氮化物半导体 (例如InGaN)。障壁层BL例如使用GaN。
[0146] 第一半导体膜10的至少一部分为η型半导体膜21。η型半导体膜11包含接触层。 第二半导体膜20的至少一部分为ρ型半导体膜21。ρ型半导体膜21包含接触层。
[0147] (第二实施方式）
[0148] 图9是例示第二实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图。
[0149] 如图9所示，在本实施方式的半导体发光元件120中，除了半导体层25、第一导电 层50及第二导电层60以外，还设置着第一电极51、第二电极52、支撑部75、中间导电层76 及钝化膜80。
[0150] 在支撑部75上，设置着中间导电层76。在中间导电层76上，设置着第一导电层 50。在第一导电层50上，设置着第二导电层60。在第二导电层60上，依序设置着第二半导 体膜20、第三半导体膜15、第一半导体膜10。在第一半导体膜10的上表面（第一面10a)， 设置着凹凸l〇dp。在第一面10a上，设置着第一电极51。在与第一面10a为相反侧的第二 面l〇b上，接触有第三半导体膜15。
[0151] 中间导电层76与第一导电层50电连接。在中间导电层76的一部分上，设置着第 二电极52。钝化膜80设置在半导体层25的侧面。
[0152] 通过向第一电极51与第二电极52之间施加电压，而向半导体层25供给电流，从 第三半导体膜15释出光。
[0153] 第一导电层50例如使用Ag。在半导体发光元件120中，发光光在第一导电层50 发生反射，从第一面l〇a出射到外部。通过使用实施方式的第二导电层60,可以获得较高的 光提取效率。
[0154] 图10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。
[0155] 如图10所示，在本实施方式的半导体发光元件121中，除了半导体层25、第一导 电层50及第二导电层60以外，还设置着电极41、配线层54、绝缘层65、钝化膜80、支撑部 75、中间导电层76、背面电极77、及垫电极78。
[0156] 第一半导体膜10包含第一半导体区域11a及第二半导体区域lib。从第二半导体 区域lib朝向第一半导体区域11a的方向与Z轴方向交叉。
[0157] 在第二半导体区域lib与第二半导体膜20之间，设置着第三半导体膜15。
[0158] 在第一半导体膜10与支撑部75之间，配置着第二半导体膜20及第三半导体膜 15。
[0159] 在第一半导体区域lib与支撑部75之间配置着电极41。电极41与第一半导体膜 10电连接。在电极41与支撑部75之间配置着中间导电层76。在该例中，支撑部75具有 导电性。中间导电层76具有导电性，且将支撑部75与电极41电连接。
[0160] 在该例中，设置有背面电极77,在背面电极77与中间导电层76之间配置着支撑部 75〇
[0161] 在支撑部75与第二半导体膜20之间，设置着第一导电层50。在第一导电层50与 第二半导体膜20之间设置着第二导电层60。在支撑部75与第一导电层50之间设置着配 线层54。配线层54经由第一导电层50,与第二半导体膜20电连接。配线层54例如沿着 X-Y平面而延伸。
[0162] 在支撑部75与配线层54之间配置着绝缘层65。在支撑部75与绝缘层65之间配 置着中间导电层76。与支撑部75电连接的中间导电层76通过绝缘层65,与配线层54、第 一导电层50及第二半导体膜20电绝缘。
[0163] 配线层54的一端54e在垫电极78与支撑部75之间的位置延伸。配线层54与垫 电极78电连接。
[0164] 在包含第一半导体膜10、第三半导体膜15、第二半导体膜20的半导体层25的侧 面25s设置着钝化膜80。由此，保护半导体层25。在第一半导体层10的第一面10a设置 着凹凸10dp。在第一面10a上设置着绝缘层30 (保护膜）。
[0165] 向垫电极78与背面电极77之间施加电压。经由配线层54、第一导电层50、第二 半导体膜20、支撑部75、中间导电层76、电极41及第一半导体膜10,向第三半导体膜15供 给电流。半导体发光元件121例如为LED。
[0166] 从第三半导体膜15释出的光在电极41及第一导电层50发生反射，通过第一半导 体膜10,出射到外部。
[0167] 电极41使用银、银合金及铝（A1)中的至少任一种。可以获得较高的光反射率。这 些电极也可以包含Ni、Pt、Mg、Zn及Ti中的至少任一种。例如，可以获得与半导体层25的 良好的欧姆接触性。
[0168] 在半导体发光元件121中，通过使用实施方式的第二导电层60,也可以获得较高 的光提取效率。
[0169] 图11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。
[0170] 如图11所示，在本实施方式的半导体发光元件122中，同样地除了半导体层25、 第一导电层50及第二导电层60以外，还设置着电极41、绝缘层65a、绝缘层65b、支撑部75 及电流块部67。
[0171] 电极41与第一半导体膜10的一部分接触。在电极41与第三半导体膜15之间、 及电极41与第二半导体膜20之间，设置着绝缘层65。在支撑部75与电极41之间，设置着 绝缘层65b。绝缘层65b的一部分在第一导电层50与绝缘层65b之间延伸。绝缘层65b的 一部分位于第一导电层50与绝缘层65a之间。在电极41的一部分与第一半导体膜10之 间设置着电流块部67。电流块部67抑制在电极41与第一半导体膜10之间流动的电流。 例如可以使用电阻较高的材料、或接触电阻较高的材料。支撑部75例如作为一个电极而发 挥功能。支撑部75例如作为电流扩散层而发挥功能。支撑部75例如也可以包含焊料嵌入 层。支撑部75也可以包含连接层。
[0172] 图12(a)及（b)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。
[0173] 如图12(a)所示，在半导体发光元件123中，在电极41与第一导电层50之间、电 极41与第二导电层60之间、电极41与第二半导体膜20之间、及电极41与第三半导体膜 15之间设置着绝缘层65。绝缘层65也设置在电极41的侧面与第一半导体膜10之间。在 该例中，电极41包含第一电极膜41a、及第二电极膜41b。在第二电极膜41b与第一半导体 膜10之间设置着第一电极膜41a。第一电极膜41a的反射率高于第二电极膜41b的反射 率。
[0174] 如图12(b)所示，在半导体发光元件124中，绝缘层65的下表面的位置高于第一 导电层50的位置。在该例中，绝缘层65的下表面的位置实质上与第二半导体膜20与第二 导电层60之间的界面的位置一致。绝缘层65的下表面的位置可以进行各种变化。
[0175] 根据实施方式，可以提供一种高光提取效率的半导体发光元件。
[0176] 另外，在本说明书中，所谓"氮化物半导体"，包括在BxInyAl zGai _ x _ y _ zN(0兰x兰1，0兰y兰1，0兰z兰1，x+y+z兰1)的化学式中使组成比x、y及z在各自的 范围内变化所得的全部组成的半导体。而且，进而如下半导体也包括在"氮化物半导体"中： 在所述化学式中进而含有N(氮）以外的V族元素的半导体、进而含有为了控制导电型等各 种物性而添加的各种元素的半导体、以及进而含有非有意包含的各种元素的半导体。
[0177] 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 限定于这些具体例。例如，关于半导体发光元件中所包含的半导体膜、半导体层、导电层、电 极以及绝缘层等各要素的具体的构成，只要通过业者从公知的范围中适当选择，可以同样 地实施本发明，并获得相同的效果，则也包含在本发明的范围内。
[0178] 而且，将各具体例的任意两个以上要素在技术上可以实现的范围内组合所得的发 明只要包含本发明的主旨，则也包含在本发明的范围内。
[0179] 此外，业者可以基于上文中作为本发明的实施方式而叙述的半导体发光元件，适 当设计变更而实施的全部半导体发光元件只要包含本发明的主旨，则都属于本发明的范 围。
[0180] 此外，在本发明的思想的范畴中，只要是业者就应该能够想到各种变更例及修正 例，应该了解这些变更例及修正例也属于本发明的范围。
[0181] 对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提出，并非 意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式可以通过其他各种方式来实施，可以在不脱离 发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变化包含在发明的范围 或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
[0182] [符号的说明]
[0183] 10 第一半导体膜
[0184] 10a 第一面
[0185] 10b 第二面
[0186] 10dp 凹凸
[0187] 11 η型半导体膜
[0188] 11a 第一半导体区域
[0189] lib 第二半导体区域
[0190] 15 第三半导体膜
[0191] 20 第二半导体膜
[0192] 21 p型半导体膜
[0193] 25 半导体层
[0194] 25s 侧面
[0195] 30 绝缘层
[0196] 40、41 电极
[0197] 41a、41b 第一、第二电极膜
[0198] 50 第一导电层
[0199] 51 第一电极
[0200] 52 第二电极
[0201] 54 配线层
[0202] 54e 一端
[0203] 60 第二导电层
[0204] 65、65a、65b 绝缘层
[0205] 67 电流块部
[0206] 75 支撑部
[0207] 76 中间导电层
[0208] 77 背面电极
[0209] 78 垫电极
[0210] 80 钝化膜
[0211] AEff 变化率
[0212] p 电阻率
[0213] 110、120、121、122、123、124 半导体发光元件
[0214] BL 障壁层
[0215] Eff 光提取效率
[0216] IF 干扰的效果
[0217] L1、L2 光
[0218] Rf 反射率
[0219] TR 全反射的效果
[0220] TS 透过率
[0221] WL 井层
[0222] t 厚度
【主权项】
1. 一种半导体发光元件，其特征在于包含： 半导体层， 第一导电层，及 设置在所述半导体层与所述第一导电层之间的第二导电层；且 所述第二导电层的光透过率高于所述第一导电层的光透过率； 所述第二导电层的消光系数为0. 005以下。2. 根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述第一导电层的光反射率 高于所述第二导电层的光反射率。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：所述第二导电层的电阻 率为1. 1X10 3Ωπι以上。4. 根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于：所述第二导电层的对于 从所述半导体层释出的光的折射率低于所述半导体层的对于所述光的折射率。5. 根据权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于：所述第二导电层的厚度为所 述光的所述第二导电层中的波长的〇. 67倍以上1. 33倍以下。6. 根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于：所述半导体层包含氮化 物半导体，且 所述第二导电层包含氧化物，该氧化物包含选自包括In、Ga、Sn、Al、Zn、Ge、Sr、Mg、Ni 及Si的群中的至少一种元素。
【文档编号】H01L33/40GK105990488SQ201510097400
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年3月5日
【发明人】三木聡, 伊藤俊秀
【申请人】株式会社东芝