專利名稱：氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管，特別涉及非極性面發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
作為V族元素而具有氮(N)的氮化物半導(dǎo)體，由于其帶隙大小的緣故而被認為作為短波長發(fā)光元件的材料非常具有發(fā)展前景。其中，氮化鎵系化合物半導(dǎo)體(GaN系半導(dǎo)體)的研究正廣泛地進行，藍色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED以及以GaN系半導(dǎo)體為材料的半導(dǎo)體激光也已經(jīng)得到了實際應(yīng)用(例如，參照專利文獻I和2)。氮化鎵系半導(dǎo)體具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)。圖I示意性地表示GaN的單位晶格。在AlaGabIncN(0彡a、b、c彡1，a+b+c = I)半導(dǎo)體的結(jié)晶中，圖I所示的Ga的一部分被置換成Al以及/或者In。圖2表示為了用四指數(shù)表示法(六方晶體指數(shù))表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的面而一般使用的四個基本矢量31、&2、&3和(3?；臼噶縞在
方向上延伸，該方向被稱為[c軸]。與c軸垂直的面(plane)被稱為“c面”或“(0001)面”。另外，“c軸”以及“c面”有時被分別表示為“C軸”以及“C面”。如圖3所示，在纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)中，除了 c面以外，還存在有代表性的結(jié)晶面方位。圖3(a)表示(0001)面；圖3(b)表示(10-10)面；圖3 (c)表示(11-20)面；圖3 (d)表示(10-12)面。在此，在表示米勒指數(shù)的括號內(nèi)的數(shù)字左邊的是指“bar (橫線)”。(0001)面、(10-10)面、(11-20)面以及(10-12)面分別是C面、m面、a面以及r面。m面以及a面是與c軸(基本矢量c)平行的“非極性面”，r面是“半極性面”。多年以來，使用氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件是根據(jù)“c面生長(c-planegrowth) ”制造的。在本說明書中，“X面生長”是指在與六方晶體纖鋅礦結(jié)構(gòu)的X面(X =c、m、a和r等)垂直的方向上外延生長。在X面生長中，有時會將X面稱為“生長面”。另夕卜，有時將通過X面生長所形成的半導(dǎo)體的層稱為“X面半導(dǎo)體層”。如果使用通過c面生長所形成的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)來制造發(fā)光元件，則由于c面是極性面，因此，在與c面垂直的方向(c軸方向)上會產(chǎn)生強的內(nèi)部極化。產(chǎn)生極化的理由是因為在c面上Ga原子與N原子的位置在c軸方向上錯位了。如果在發(fā)光部產(chǎn)生這種極化，則會發(fā)生載流子的量子限制斯塔克(Stark)效應(yīng)。由于該效應(yīng)，發(fā)光部內(nèi)的的載流子的發(fā)光再結(jié)合概率降低，因此，發(fā)光效率也降低。因此，近年來，在m面或a面等非極性面或r面等半極性面上生長氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的研究非常活躍。如果能選擇非極性面作為生長面，則由于在發(fā)光部的層厚度方向(結(jié)晶生長方向)上不發(fā)生極化，因此，不會發(fā)生量子限制斯塔克效應(yīng)，能夠有潛力地制造高效率的發(fā)光元件。在選擇半極性面作為生長面的情況下，也能夠大幅度地降低量子限制斯塔克效應(yīng)的影響。當(dāng)前，作為產(chǎn)品出售的發(fā)光二極管是通過將在c面基板上外延生長GaN、InGaN和AlGaN等的GaN系半導(dǎo)體層而制造的發(fā)光二極管元件(LED芯片)安裝在基底(sub-mount)上而制造的。發(fā)光二極管元件的平面尺寸(基板主面的平面尺寸以下僅稱為“芯片尺寸”)，根據(jù)發(fā)光二極管元件的用途的不同而不同，但是典型的芯片尺寸例如為300 u mX 300 u m 或 ImmX 1mm。發(fā)光二極管元件的電極配置分為兩大類。一種是在發(fā)光二極管元件的表面以及背面上分別形成陽極電極層以及陰極電極層的“兩面電極型”。另一種是將陽極電極層以及陰極電極層這兩層都形成在發(fā)光二極管元件的表面?zhèn)壬系摹氨砻骐姌O型”。以下，對具有這些電極配置的以往的發(fā)光二極管元件的構(gòu)成進行說明。圖4A是表示兩面電極型的發(fā)光二極管元件的剖面圖；圖4B是其立體圖。圖5A是表不表面電極型的發(fā)光二極管兀件的剖面圖；圖5B是其上表面圖；圖6A是表不表面電極型的其他發(fā)光二極管元件的剖面圖；圖6B是其上表面圖。在圖4A以及圖4B所示的例子中，在由GaN形成的n型基板I上層疊有由GaN形
成的n型導(dǎo)電層2、活性層3以及由GaN形成的p型導(dǎo)電層4。該例子中的活性層3具有將阱層(發(fā)光層)和阻擋層進行了層疊的量子阱結(jié)構(gòu)。阱層由InGaN或AlInGaN形成，阻擋層由GaN形成。在p型導(dǎo)電層4上形成陽極電極層5，在n型基板I的背面上形成陰極電極層6。在該例子中，由于從活性層3發(fā)出的光被從n型基板I的背面取出，因此，陰極電極層6由透明電極材料形成。在由不透明的導(dǎo)電材料形成陰極電極層6的情況下，陰極電極層6以不遮住光的形式形成在n型基板I的背面的一部分區(qū)域上。在將陰極電極層6為透明的兩面電極型的發(fā)光二極管元件安裝在基底(sub-mount)上的情況下，將陽極電極層5安裝在位于基底側(cè)。在圖5A以及圖5B所示的例子中，在將p型導(dǎo)電層4、活性層3以及n型導(dǎo)電層2的一部分除去而露出的n型導(dǎo)電層2上形成了陰極電極層6。陽極電極層5形成在p型導(dǎo)電層4上。在將這種類型的發(fā)光二極管元件安裝在基底上的情況下，陽極電極層5以及陰極電極層6安裝在位于基底側(cè)的位置上。在圖6A以及圖6B所示的例子中，為了擴大每芯片面積的活性層面積的比例，將陰極電極層6的面積設(shè)計成小于圖5B所示的陰極電極層6的面積。在兩面電極型的情況下，陽極電極層5和陰極電極層6之間的電阻，由于GaN基板I的電阻成分的原因而受到很大影響，因此，GaN基板I的電阻優(yōu)選盡可能抑制得很低。由于GaN半導(dǎo)體是以n型雜質(zhì)相對高于p型雜質(zhì)的濃度進行摻雜的，因此，一般來講，n型容易實現(xiàn)低電阻。所以，通常GaN基板I的導(dǎo)電型被設(shè)定為n型。另外，即使在表面電極型的情況下，陽極電極層5與陰極電極層6之間的電阻，也由于GaN基板I的電阻成分的原因而受到影響，因此，通常GaN基板I的導(dǎo)電型被設(shè)定為n型。上述的電極配置，雖然一直應(yīng)用于c面的發(fā)光二極管元件，但也適用于m面的發(fā)光二極管元件。(現(xiàn)有技術(shù)文獻)(專利文獻)專利文獻I :特開2001-308462號公報專利文獻2 :特開2003-332697號公報(發(fā)明要解決的問題)
m面GaN與c面GaN相比難以進入雜質(zhì)，因此具有難以提高載流子濃度這一問題。這不僅是GaN基板的問題，也是外延生長的GaN層所存在的問題。雖然在m面GaN中能夠?qū)崿F(xiàn)從5 X IO17Cm-3到I X IO18CnT3程度的n型雜質(zhì)濃度，但是如果要將n型雜質(zhì)濃度提高到高于該程度，則n型GaN的結(jié)晶質(zhì)量顯著變差，表面狀態(tài)也變差。其結(jié)果是，PL半幅值增大，PL峰值強度降低。在這種質(zhì)量差的結(jié)晶中，由于變得容易發(fā)生非發(fā)光電流或光的再吸收，因此，這成為發(fā)光二極管的效率降低的原因，從而不能用作產(chǎn)品。因此，為了避免結(jié)晶質(zhì)量的降低，必須將由n型GaN形成的層以及基板的n型雜質(zhì)濃度設(shè)定成IXlO18cnT3以下的低值。但是，如果雜質(zhì)濃度成為IXlO18cnT3以下，則由于高電阻的緣故電壓降低，因此，在活性層3中，位于遠離陰極電極層5的位置上的部分變得不
能被施加足夠的電壓。其結(jié)果是，被注入整個活性層3的電流的總量大幅降低，會導(dǎo)致發(fā)光量降低。圖7的曲線圖表示的是:m面兩面電極型以及m面表面電極型的發(fā)光二極管的電流密度與n型GaN的雜質(zhì)濃度的關(guān)系。在曲線圖中，▲的數(shù)據(jù)表示的是在圖5A以及圖5B所示的表面電極型的發(fā)光二極管中，根據(jù)給出的n型雜質(zhì)濃度(載流子濃度)所計算出的電流密度。在此，將陽極電極層5與陰極電極層6的間隔固定為10 V- m,并使陽極電極層的長度在20 ii m到400 u m之間變化。另一方面，■的數(shù)據(jù)表示的是在圖4A以及圖4B所示的兩面電極型的發(fā)光二極管中，根據(jù)給出的n型雜質(zhì)濃度所計算出的電流密度。GaN基板的厚度在任何情況下都設(shè)定為大約 100 u m。由曲線圖可知，雜質(zhì)濃度(載流子濃度)變得越低，在兩面電極型以及表面電極型的任意一種的情況下，電流密度也越低。在雜質(zhì)濃度相等的情況下，通過兩面電極型實現(xiàn)比表面電極型高的電流密度。這是因為，在兩面電極型中，由于對活性層均勻地施加電場，因此，與表面電極型相比，更多的電流很容易流通。另外，在表面電極型中，陽極電極層的面積變得越大，活性層的面積越增加，因此，在施加電壓相等的情況下，位于遠離陰極電極的位置上的活性層不會被施加足夠大的電壓，流通于活性層中的電流的密度會減少。根據(jù)上述計算結(jié)果，在通過m面生長所制造的發(fā)光二極管中，由于n型GaN的雜質(zhì)濃度低，因此，電流密度減少，會引起發(fā)光量的降低或不均勻。因此，存在以下問題不能充分發(fā)揮期待通過使用非極性面獲得的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而實現(xiàn)的，本發(fā)明的目的是提供一種雖然使用雜質(zhì)濃度低的非極性GaN系半導(dǎo)體，也能夠?qū)崿F(xiàn)對活性層進行平均的、足夠大的電流注入，并且能夠展現(xiàn)出良好的發(fā)光特性的表面電極型的發(fā)光二極管(解決問題的技術(shù)手段)本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件具有第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板，其由氮化鎵系化合物形成，并包括主面以及背面，且上述主面是非極性面；第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其由氮化鎵系化合物形成，并形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的上述主面上；半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，其是設(shè)置在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一區(qū)域上的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，且由氮化鎵系化合物構(gòu)成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、和包括位于上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；第一電極層，其設(shè)置在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二區(qū)域上；以及第二電極層，其設(shè)置在上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板以及上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度為IXlO18cnT3以下，當(dāng)從與上述主面垂直的方向觀察時，上述第一電極層與上述第二電極層的間隔為4 以下，并且，在從上述第一電極層的邊緣中的與上述第二電極層相對置的部分起相距的距離為45um以下的區(qū)域內(nèi)配置上述第二電極層。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層具有在第一方向上延伸的多個延長部，上述第二電極層具有位于由上述第一電極層所具有的上述多個延長部中的相鄰的兩個延長部所夾持的區(qū)域的部分。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個相互連接部，上述相互連接部在與上述第一方向不同的第二方向上延伸。在優(yōu)選的實施方式中，上述第二電極層具有在第一方向上延伸的多個延長部，上述第一電極層具有位于由上述第二電極層所具有的上述多個延長部中的相鄰的兩個延長部所夾持的區(qū)域的部分。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層以及上述第二電極層分別具有在第一方向上延伸的多個延長部，上述第一電極層的多個延長部與上述第二電極層的多個延長部沿著與上述第一方向不同的第二方向交替配置。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個第一相互連接部，上述第二電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個第二相互連接部，上述第一相互連接部以及上述第二相互連接部在與上述第一方向不同的第二方向上延伸。在優(yōu)選的實施方式中，上述第二電極層具有多個開口部，上述第一電極層包括配置在上述第二電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部的電極。在優(yōu)選的實施方式中，當(dāng)從與上述主面垂直的方向觀察時，在上述第二電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部配置的上述電極的外周邊緣為曲線。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層具有多個開口部，上述第二電極層包括配置在上述第一電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部的電極。在優(yōu)選的實施方式中，上述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)被分離成與上述第一電極層中的上述多個開口部對應(yīng)的多個部分。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一電極層具有對上述多個開口部進行規(guī)定的格子形狀的導(dǎo)電部分。在優(yōu)選的實施方式中，上述多個開口部的個數(shù)為8以上。在優(yōu)選的實施方式中，上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的上述主面小于一個邊長為500 u m的正方形。在優(yōu)選的實施方式中，當(dāng)工作時，在上述第一電極層與上述第二電極層之間流通的電流的密度為150A/cm2以上。在優(yōu)選的實施方式中，上述活性層具有層疊了發(fā)光層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，上述發(fā)光層的厚度在6nm以上且20nm以下的范圍內(nèi)。(發(fā)明的效果)
本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件具有由氮化鎵系化合物構(gòu)成的非極性面的半導(dǎo)體基板，n型雜質(zhì)濃度為IXlO18cnT3以下，因此結(jié)晶性良好。另外，是表面電極型，并且采用了特殊的電極配置，因此，能夠?qū)φ麄€活性層施加足夠大的電壓，因而，能夠獲得較高的光輸出，并且發(fā)光的面內(nèi)分布也容易均勻化。


圖I是示意性地表示GaN的單位晶格的立體圖。圖2是表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的基本矢量ai、a2、a3和c的立體圖。圖3(a)到(d)是表示六方晶體纖鋅礦結(jié)構(gòu)的代表性結(jié)晶面方位的示意圖。圖4A是表示兩面電極型的發(fā)光二極管元件的剖面圖。圖4B是圖4A所示的發(fā)光二極管元件的立體圖。圖5A是表不表面電極型的發(fā)光二極管兀件的剖面圖。圖5B是圖5A所示的發(fā)光二極管元件的上表面圖。圖6A是表不表面電極型的其他發(fā)光二極管兀件的剖面圖。圖6B是圖6A所示的發(fā)光二極管元件的上表面圖。圖7是表示兩面電極型以及表面電極型的發(fā)光二極管的電流密度與n型GaN的雜質(zhì)濃度的關(guān)系的曲線圖。圖8是本發(fā)明的發(fā)光二極管元件的第一實施方式的剖面圖，相當(dāng)于圖9的B-B’線剖面圖。圖9是圖8所示的發(fā)光二極管元件的上表面圖。圖IOA是具有陽極電極層5被陰極電極層6的兩個部分夾住的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管元件的剖面圖。圖IOB是示意性地表示圖IOA的電極層5、6的配置關(guān)系的平面圖。圖IlA是具有只在陽極電極層5的單側(cè)配置陰極電極層6的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管元件的剖面圖。圖IlB是表示圖IlA的電極層5、6中的主要部分的配置關(guān)系的俯視圖。圖12A是表示通過模擬所獲得的光輸出比率與距離L的關(guān)系的曲線圖。圖12B是表示通過模擬所獲得的光輸出比率與距離L的關(guān)系的其他的曲線圖。圖13是表示圖8的A-A’線剖面上的發(fā)光分布的曲線圖。圖14A是表示圖8所示的表面電極型的發(fā)光二極管的A-A’線剖面上的重組率Rsp的分布的曲線圖。圖14B是根據(jù)圖14A的曲線圖所示的數(shù)據(jù)所制成的曲線圖，是表示自發(fā)輻射光的重組率Rsp的最小值與陽極 陰極電極間隔Lac的關(guān)系的曲線圖。圖15A是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第二實施方式的剖面圖，相當(dāng)于圖15B的C-C’線剖面圖。圖15B是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第二實施方式的上表面圖。圖16A是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第三實施方式的剖面圖，相當(dāng)于圖16B的D-D’線剖面圖。圖16B是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第三實施方式的上表面圖。
圖17是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第四實施方式的剖面圖，相當(dāng)于圖18的E-E’線剖面圖。圖18是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第四實施方式的上表面圖。圖19是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第五實施方式的剖面圖，相當(dāng)于圖20的H-H’線剖面圖。圖20是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第五實施方式的上表面圖。圖21A是試制的發(fā)光二極管(比較例距離L的最大值為175 U m)的上表面圖。圖2IB是試制的發(fā)光二極管(實施例距離L的最大值為45 U m)的上表面圖。圖2IC是試制的發(fā)光二極管(實施例距離L的最大值為18 u m)的上表面圖。圖22A是表示由實驗獲得的光輸出比率與距離L的關(guān)系的曲線圖。圖22B是表示由實驗獲得的外部量子效率的最大值與距離L的關(guān)系的曲線圖。
具體實施例方式(實施方式I)首先，參照圖8以及圖9對本發(fā)明的發(fā)光二極管的第一實施方式進行說明。圖8是本實施方式的發(fā)光二極管的剖面圖，圖9是圖8的發(fā)光二極管的上表面圖。圖8相當(dāng)于圖9的B-B’線剖面圖。在附圖中，將XYZ坐標(biāo)系的YZ面設(shè)定為與基板主面平行，將X軸設(shè)定為與基板主面垂直的方向。如圖8所示，本實施方式中的發(fā)光二極管具有主面7a為m面的n型GaN基板7和在n型GaN基板7的主面7a上設(shè)置的層疊結(jié)構(gòu)。另外，m面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面以及(0-110)面的總稱。本實施方式的發(fā)光二極管為表面電極型，在n型GaN基板7的背面7b上沒有形成電極。n型GaN基板7上的層疊結(jié)構(gòu)具有覆蓋n型GaN基板7的主面的n型半導(dǎo)體層2 ;位于n型半導(dǎo)體層2的上表面的第一區(qū)域2a上的活性層3 ;在活性層3上形成的p型半導(dǎo)體層4 ;設(shè)置在p型半導(dǎo)體層4上的陽極電極層5 ;和在n型半導(dǎo)體層2的上表面的第二區(qū)域2b上形成的陰極電極層6。n型半導(dǎo)體層2、活性層3以及p型半導(dǎo)體層4都是通過m面生長所形成的外延生長層。如上所述，在通過m面生長所形成的GaN系半導(dǎo)體層中難以進入n型雜質(zhì)，如果使n型雜質(zhì)的濃度高于I X IO18Cm-3,則結(jié)晶質(zhì)量顯著下降。因此，在本實施方式中，將n型GaN基板7以及n型半導(dǎo)體層2中的n型雜質(zhì)的濃度設(shè)定為IX IO18CnT3以下，以便它們獲得良好的結(jié)晶性。n型GaN基板7的n型雜質(zhì)濃度為例如I X 1017cm_3至I X 1018cm_3，典型的為例如5 X IO17CnT3左右。在外延生長或電極形成的工序完成之后，有時會從n型GaN基板7的背面7b通過研磨或蝕刻減小厚度。n型GaN基板7的最終厚度在例如5 y m至250 y m的范圍內(nèi)。在安裝了倒裝芯片的情況下，由活性層3所發(fā)出的光會透過n型GaN基板7而從背面7b射出到外部。在該情況下，為了提高光的射出，優(yōu)選將n型GaN基板7設(shè)定成盡可能地薄，以降低由于n型GaN基板7所導(dǎo)致的吸收損耗。不過，如果n型GaN基板7過薄，則其機械強度變得過小，因此，安裝工序中的發(fā)光二極管元件的操作變得困難。綜合考慮這些情況，n型GaN基板7的標(biāo)準厚度最終設(shè)定為例如100 y m左右。
當(dāng)在n型GaN基板7上開始外延生長時，n型半導(dǎo)體層2發(fā)揮緩沖層的功能。n型導(dǎo)電層2的厚度為在最厚的部分是例如5 y m左右。在活性層3和p型半導(dǎo)體層4之間也可以插入AlGaN層作為防止載流子滲出的溢出阻擋層。在使用通過m面生長所形成的GaN系半導(dǎo)體層的情況下，與使用通過c面生長所形成的GaN系半導(dǎo)體層的情況相比，能夠形成較厚的活性層，因此，無需降低發(fā)光效率，就能夠在工作時提高在活性層中流通的電流的密度(電流密度)。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，能夠?qū)㈦娏髅芏仍O(shè)置為150A/cm2以上而進行工作。在需要更高的光輸出的用途中，優(yōu)選將電流密度設(shè)置為300A/cm2以上而進行工作。另外，電流密度的上限取決于元件的散熱性，如果超過800A/cm2，隨之而來的是發(fā)熱，所以效率會降低。因此，優(yōu)選將電流密度設(shè)定在800A/cm2以下。以下，參照附圖8對制造本實施方式的發(fā)光二極管的方法的一個優(yōu)選例進行說
明。首先，準備主面7a為m面的n型GaN基板7。該n型GaN基板能通過使用HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法制作而成。例如，首先，在c面藍寶石基板上生長厚度為要求數(shù)mm的厚膜GaN。然后，以與c面垂直的m面來切取厚膜GaN，由此獲得m面GaN基板。GaN基板的制作方法不局限于上述方法，例如，也可以使用鈉溶劑(flux)法等的液相生長或氨熱法等的熔融液生長法來制作體(bulk)GaN的錠，將其以m面進行切取。在本實施方式中，利用MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法在基板7上按順序形成結(jié)晶層。首先，在n型GaN基板7上形成AluGavInwN層作為n型半導(dǎo)體層2。作為AluGavInwN層，能夠形成例如厚度為3 y m的GaN層。在形成GaN層作為AluGavInwN層的情況下，在n型GaN基板7上，例如通過在1100下提供TMG(Ga(CH3)3)、TMA(Al (CH3)3)以及NH3來沉積GaN層。接下來，在n型半導(dǎo)體層2上形成活性層3?；钚詫?具有例如將厚度為9nm的Gaa9Ina :N阱層和厚度為9nm的GaN阻擋層交替層疊后得到的厚度為8Inm的GalnN/GaN多層量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。在形成Gaa9InaiN阱層時，為了進行In的獲取，優(yōu)選將生長溫度降低為800°C。另外，在阱層中可以使用AlInGaN來代替GalnN。在活性層3上提供例如Cp2Mg (溴化環(huán)戊二烯基鎂)作為TMG、NH3> TMA, TMI以及p型雜質(zhì)，由此，形成由厚度為70nm的P-Alai4Gaa86N構(gòu)成的p型半導(dǎo)體層4。p型半導(dǎo)體層4優(yōu)選在表面上具有圖中未表示的P-GaN接觸層。在上述利用MOCVD法進行的外延生長工序結(jié)束之后，通過進行氯系干蝕刻來除去P型半導(dǎo)體層4以及活性層3的一部分而形成凹部，使n型半導(dǎo)體層2的n型電極形成區(qū)域露出。接下來，在該部分上形成由例如Ti/Pt層構(gòu)成的陰極電極層6。在p型半導(dǎo)體區(qū)域4上形成由例如Pd/Pt層構(gòu)成的陽極電極層5。上述各半導(dǎo)體層以及電極層的形成能夠利用公知的制造技術(shù)進行。上述記載只不過是說明優(yōu)選的實施方式的一個例子。本實施方式中的陽極電極層5以及陰極電極層6的平面布局如圖9所示，具有梳齒形狀或手指形狀。在圖8的剖面圖中，雖然陽極電極層5以及陰極電極層6各自看上去分離為多個電極部分，但是在現(xiàn)實中，由圖9可以看出，陽極電極層5以及陰極電極層6分別由同一導(dǎo)電層形成。不過，陽極電極層5以及陰極電極層6的至少一方可以由被物理性分離的多個電極形成。在后面參照圖17要說明的實施方式中，陰極電極層6由多個圓形電極構(gòu)成。這些圓形電極通過圖中未表示的導(dǎo)電層或?qū)щ娋€相互電連接，實質(zhì)上表示相同電位(陰極電位)，因此構(gòu)成陰極電極層的層。在本說明書中，將由相互電連接并且實質(zhì)上成為相同電位的至少一個電極構(gòu)成的導(dǎo)電部件稱為“電極層”。這種電極層能夠通過對導(dǎo)電膜(單層膜或?qū)盈B膜)進行構(gòu)圖而形成。如圖8所示，本實施方式中的陰極電極層6形成在除去了 p型半導(dǎo)體層4以及活性層3的區(qū)域(n型半導(dǎo)體層2的第二區(qū)域2b)上，因此，陰極電極層6的面積變得越大，活性層3的面積越減少。因此，在本實施方式中，出于使活性層3的面積更大的目的，將陰極電極層6的面積設(shè)定成小于陽極電極層5的面積。如圖9所不,本實施方式中的陽極電極層5具有在Z軸方向上延伸的多個延長部50。同樣，陰極電極層6也具有在Z軸方向上延伸的多個延長部60。在圖中所不的例子中，陽極電極層5的各延長部50配置在陰極電極層6的兩個延長部60之間。在本說明書中，在從與n型GaN基板7的主面7a垂直的方向觀察發(fā)光二極管的情況下，將陽極電極層5與
陰極電極層6的間隔稱為“陽極 陰極電極間隔Lac”，將陽極電極層5的各延長部50的電流路徑方向的尺寸稱為“陽極電極長度La”。在附圖中，為了方便，將陽極*陰極電極間隔Lac僅表示為“Lac”，將陽極電極長度La僅表示為“La”。由于后面要提到的理由，在本實施方式中，以滿足Lac ^ 4um,2 *Lac+La彡90 ii m的關(guān)系的方式設(shè)計電極配置。在此，通過圖9可以看出，2 *Lac+La相當(dāng)于將陽極電極層5的一個延長部50夾在中間的陰極電極層6的兩個延長部60的間隔。通過將該間隔設(shè)定在90 以下，使從陽極電極層5上的任意的位置到陰極電極層6的距離(最短距離)成為45 u m以下。陽極電極層5的各延長部50通過在Y方向上延伸的相互連接部而電連接。該相互連接部由與陽極電極層5相同的導(dǎo)電層形成，且構(gòu)成陽極電極層5的一部分。同樣，陰極電極層6的各延長部60也通過在Y方向上延伸的另外的相互連接部而電連接。該相互連接部由與陰極電極層6相同的導(dǎo)電層形成，且構(gòu)成陰極電極層6的一部分。但是，相互連接部也可以由與陽極電極層5或陰極電極層6不同的導(dǎo)電層或?qū)щ娋€形成。例如，相互延長部可以在多個延長部的上方配置為與各延長部50、60立體交叉。接下來，參照圖IOA以及圖10B。圖IOA是具有陽極電極層5在陰極電極層6的兩個部分中間的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管元件的剖面圖，圖IOB是示意性地表示這種電極層5、6的配置關(guān)系的俯視圖。在圖示的配置例中，構(gòu)成陰極電極層6的兩個部分被配置在陽極電極層5的兩側(cè)且與陽極電極層5的間隔為Lac。S卩，間隔Lac是指從陰極電極層6的外周邊緣(edge)中的與陽極電極層5相對置的部分(以下稱為陰極電極層6的“對置邊緣部”)，到陽極電極層5的外周邊緣(edge)中的與陰極電極層5相對置的部分(以下稱為陽極電極層5的“對置邊緣部”)的距離。在本實施方式中，將該間隔Lac設(shè)定為4pm以下。該間隔Lac的下限,根據(jù)制造工藝技術(shù)來決定,例如是0. 5 ii m。在圖IOA以及IOB所示的例子中，在與陰極電極層6的對置邊緣部相距45 iim以下的位置上不存在陽極電極層5，陽極電極層5的任何部分都位于與陰極電極層6的對置邊緣相距45 iim以內(nèi)的區(qū)域。參照圖IOB對上述內(nèi)容進行更詳細的說明。陽極電極層5中的任意部分用點P表示，將從該點P到陰極電極層6的“最近的對置邊緣”的距離用Lp表示。雖然距離Lp根據(jù)點P的位置而變化，但是不會超過(2 *Lac+La)/2。S卩，距離Lp的最大值為(2 *Lac+La)/2。在本實施方式中，由于2 Lac+La彡90iim，因此，(2 Lac+La)/2為45 y m以下。換句話說，陽極電極層5包括在從陰極電極層6的對置邊緣起相距的距離L ( = 45um)的區(qū)域內(nèi)。接下來，參照圖IlA以及圖11B。圖IlA是具有只在陽極電極層5的單側(cè)配置了陰極電極層6的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管元件的剖面圖，圖IlB是表示這種電極層5、6中的主要部分的配置關(guān)系的俯視圖。在圖中所示的配置例中，陰極電極層6配置在陽極電極層5的單偵牝且與陽極電極層5的間隔為LaC(4i!m)。在該圖的例子中，在與陰極電極層6的對置邊緣部相距為L( = 45 u m)的位置上不存在陽極電極層5，陽極電極層5的任何部分都位于與陰極電極層6的對置邊緣相距為L( = 45iim)以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)。在圖IlA以及圖IlB的例子中滿足Lac+La ^ 45 u m的關(guān)系。結(jié)果是，在本發(fā)明中，無論是在陽極電極層5的兩側(cè)配置陰極電極層6的情況，還是在單側(cè)配置的情況，陽極電極層5都配置在與陰極電極層6的對置邊緣相距的距離為
45 以下的區(qū)域內(nèi)。另外，即使陽極電極層5的一部分不在上述“區(qū)域”內(nèi)，該部分如果為陰極電極層6的總面積的10%以下，則也能夠獲得本發(fā)明的效果。接下來，參照圖12A以及圖12B對將陽極電極層5配置在距離陰極電極層6的對置邊緣為45 以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)的理由進行說明。圖12A以及圖12B是表示通過模擬所獲得的光輸出比率與距離L的關(guān)系的曲線圖。在此，光輸出比率是將具有圖5A以及圖5B所示的結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的光輸出除以從電極以外的結(jié)構(gòu)相同的兩面電極型的發(fā)光二極管所獲得的光輸出后進行了標(biāo)準化的比率。距離L為圖IOB所示的L，L= (2 Lac+La)/2。在曲線圖中，將使陽極 陰極電極間隔Lac從I y m變化到IOy m的情況下的計算結(jié)果進行繪制。另外，曲線圖中的“Nd = lel8cm_3”表示n型雜質(zhì)濃度為I X 1018cnT3，“Nd = 5el7cnT3”表示n型雜質(zhì)濃度為5 X IO17Cm'由圖12A以及圖12B的曲線圖可知，如果距離L為45 iim以下，則與間隔Lac無關(guān)，表面電極型比兩面電極型的光輸出變大。以往，在通過c面生長而制作的發(fā)光二極管的情況下，與兩面電極型相比，表面電極型的電流難以流通，光輸出低，這屬于技術(shù)常識。但是，圖12A以及圖12B所示的結(jié)果顛覆了該技術(shù)常識，可以認為像通過m面生長而制作的發(fā)光二極管那樣，是在GaN基板以及半導(dǎo)體層的雜質(zhì)濃度低的情況下首次產(chǎn)生的效果。在兩面電極型的情況下，雖然電流在基板或半導(dǎo)體層中縱向流通，但是如果像m面半導(dǎo)體那樣雜質(zhì)濃度低，則兩面電極型相對于表面電極型的優(yōu)勢性降低。通過采用本發(fā)明的構(gòu)成，能夠以表面電極型更加提高光輸出。上述內(nèi)容從計算活性層內(nèi)的發(fā)光分布的結(jié)果也能夠確認。圖13是表示圖8的A-A’線截面的發(fā)光分布的曲線圖。曲線圖的縱軸是自然放射光的重組率Rsp，橫軸是從陰極電極層的對置邊緣到發(fā)光點的距離I。將n型雜質(zhì)濃度設(shè)定為5X 1017cm_3，將陽極 陰極電極間隔Lac設(shè)定為I y m,示出使陽極電極長度La從10 ii m到400 u m變化的結(jié)果。本申請發(fā)明人對圖IOA所示的在陽極電極層5的兩側(cè)配置陰極電極層6的結(jié)構(gòu)進行了計算。為了在曲線圖中進行比較，用虛線表示兩面電極型的發(fā)光二極管的計算結(jié)果(比較例)。在比較例中，將n型GaN基板(n型雜質(zhì)濃度5X1017cm_3)的厚度設(shè)定為100 y m。根據(jù)圖13的曲線圖可知，兩面電極型的重組率Rsp位于La = 80iim時的重組率Rsp與La = 100 V- m時的重組率Rsp之間，如果陽極電極長度La超過90 u m,則表面電極型的重組率Rsp低于兩面電極型的重組率Rsp。即，如果將陽極電極層5夾在中間的陰極電極層6的兩個相對置的邊緣的間隔(2*Lac+La)變寬，則在活性層中會難以提供均勻的電流，導(dǎo)致重組率Rsp降低。例如,在La = 200 u m以及La = 400 u m的情況下的發(fā)光率降低到了 La = 20 的情況下的發(fā)光率的一半以下。另外，在圖13的曲線圖中，在距離y為陽極電極長度La的一半左右的位置上，重組率Rsp變得最小。這表明在活性層3中，在從陰極電極層6的對置邊緣起相距最遠的部分，電流密度下降得最低。將陽極電極層5夾在中間的陰極電極層6的兩個對置邊緣的間隔(2 *Lac+La)變窄是指陽極電極長度La變短。在陽極電極長度La極度變短的布局中，占芯片面積的陽極電極層的總面積的比例變小。因此，陽極電極長度La優(yōu)選設(shè)定在3 u m以上，更優(yōu)選設(shè)定在10 y m以上。當(dāng)將間隔Lac的下限值設(shè)為0. 5 y m，將陽極電極長度La的下限值設(shè)為3 u m，并且設(shè)L = (2 Lac+La)時，L的下限值成為2 y m。接下來，對將陽極電極層5與陰極電極層6的間隔Lac設(shè)定在4 y m以下的理由進行說明。圖14A的曲線圖表示的是圖8所示的表面電極型的發(fā)光二極管的A-A’線截面中的重組率Rsp的分布與Lac的關(guān)系。將陽極電極的長度La設(shè)定為80 u m,使陽極 陰極電極間隔Lac從I y m變化到40 y m。圖14B是根據(jù)圖14A的曲線圖所示的數(shù)據(jù)而生成的曲線圖，是表不重組率Rsp的最小值與陽極 陰極電極間隔Lac的關(guān)系的曲線圖。在圖14A及圖14B的曲線圖中，用虛線表示兩面電極型的情況下的重組率Rsp。由圖14B可知，通過將陽極 陰極電極間隔Lac設(shè)定為4 以下，能夠使表面電極型的發(fā)光強度高于兩面電極型的發(fā)光強度。在即使n型雜質(zhì)濃度為IXlO18cnT3以上，也能夠制造出結(jié)晶質(zhì)量優(yōu)異的GaN結(jié)晶的c面半導(dǎo)體中，能夠充分降低n型半導(dǎo)體的電阻。因此，即使是c面GaN基板的厚度為100 y m以上的兩面電極型的發(fā)光二極管，也能夠?qū)钚詫邮┘幼銐虻碾妶?，從而獲得大的光輸出。另外，在c面半導(dǎo)體的情況下，在表面電極型中，即使陽極電極層與陰極電極層的距離Lac為10 ii m以上，陽極電極長度La為例如500 U m左右，也能夠獲得接近于兩面電極型的光輸出。但是，使用了 m面GaN基板的發(fā)光二極管，為了使基板和外延生長的n型導(dǎo)電層都獲得良好的結(jié)晶性，需要將n型雜質(zhì)濃度設(shè)定在IXlO18cnT3以下(lX1017cm_3以上lX1018cm_3以下的范圍)。為此，在兩面電極型中，由于厚度為IOOii左右的基板所具有的高電阻的緣故，不能對活性層施加足夠的電場，從而不能獲得大的光輸出。另外，在將以往的使用c面半導(dǎo)體的表面電極型的發(fā)光二極管的電極配置原封不動地轉(zhuǎn)用于m面半導(dǎo)體的發(fā)光二極管的情況下，不能獲得優(yōu)于兩面電極型的發(fā)光。即，在采用了陽極電極層與陰極電極層的距離Lac超過4 y m的以往的表面電極型的設(shè)計的情況下，電極之間或陽極電極層的下部分的電阻會變大，不能在整個活性層上形成足夠大的電場，導(dǎo)致光輸出降低。另外，如果陽極電極長度成為例如lOOym以上的尺寸，則在與陰極電極層相距較遠的區(qū)域不能在活性層上形成足夠的電場，會產(chǎn)生注入到活性層中的電流密度降低的部分，而發(fā)生發(fā)光不均勻的現(xiàn)象。相比之下，根據(jù)本發(fā)明，由于使陰極電極層與陽極電極層的間隙縮小，并且在從陰極電極層的邊緣起相距規(guī)定的范圍內(nèi)配置陽極電極層，所以能夠減小電極之間的電位變化以及活性層的n型導(dǎo)電層側(cè)的電位與陰極電極層之間的電位差，因此，能夠?qū)钚詫邮┘幼銐虼蟮碾妶?。另外，如果陽極電極長度La變短，則直至n型半導(dǎo)體層內(nèi)的電子被引出到n型電極層為止所經(jīng)過的距離變短，因此，n型半導(dǎo)體層內(nèi)的發(fā)熱會得到抑制。另外，陽極電極層可以由反射光的導(dǎo)電材料形成，也可以由透明電極材料形成。在由光反射材料形成陽極電極層的情況下，優(yōu)選進行倒裝芯片的安裝，以便從基板背面取出光。另外，在由透明材料形成了陽極電極層的情況下，也可以安裝為從發(fā)光二極管元件的電極側(cè)表面取出光。(實施方式2)圖15A以及圖15B分別是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第二實施方式的剖面圖以及上表面圖。圖15A是圖15B的C-C’線剖面圖。在圖15A以及圖15B中，對于相當(dāng)于實施方式I的技術(shù)特征的技術(shù)特征標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。本實施方式的發(fā)光二極管與實施方式I的發(fā)光二極管的不同之處在于電極層的布局。在本實施方式中，在-字形(或C字形)的陰極電極層6的內(nèi)側(cè)配置了陽極電極層5。電極間隔Lac為4 y m以下，陽極電極層5形成在從陰極電極層6的對置邊緣起相距45 um以內(nèi)的區(qū)域中。在本實施方式中，矩形的陽極電極層5的四個邊的邊緣中的三個邊的邊緣與陰極電極層6的邊緣接近且相對置。因此，對于位于陽極電極層5的正下方的活性層3的整個面來說，變得很容易施加來自陰極電極層6的電場，發(fā)光量會增大。為此，即使減小芯片面積也很容易確保所需的活性層面積。另外，由于電極層的平面布局是簡單的圖案，因此，用于使n型半導(dǎo)體層2露出的光刻以及蝕刻工藝也變得簡單。(實施方式3)圖16A以及圖16B分別是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第三實施方式的剖面圖以及上表面圖。圖16A是圖16B的D-D’線剖面圖。在圖16A以及圖16B中，對于相當(dāng)于實施方式I的技術(shù)特征的技術(shù)特征標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。本實施方式的發(fā)光二極管與實施方式I的發(fā)光二極管的不同之處在于電極層的布局。在本實施方式中，在-字形(或C字形)的陽極電極層5的內(nèi)側(cè)配置了陰極電極層6。電極間隔Lac為4 y m以下，陽極電極層5形成在從陰極電極層6的對置邊緣起相距
45um以內(nèi)的區(qū)域中。在本實施方式中，矩形的陰極電極層6的四個邊的邊緣中的三個邊的邊緣與陽極電極層5的邊緣接近且相對置。由于陽極電極層5的平面形狀為-字形(或C字形)，因此，活性層3的平面形狀也是-字形(或C字形)。同樣，在本實施方式中即使減小芯片面積也很容易確保所需的活性層面積。另外，由于電極層的平面布局是簡單的圖案，因此，用于使n型半導(dǎo)體層2露出的光刻以及蝕刻工藝也變得簡單。(實施方式4)圖17以及圖18分別是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第四實施方式的剖面圖以及上表面圖。圖17是圖18的E-E’線剖面圖。另外，圖17所示的構(gòu)成基本上與圖18的F-F’線剖面圖與G-G’線剖面圖所示的構(gòu)成相同。在圖17以及圖18中，對于相當(dāng)于實施方式I的技術(shù)特征的技術(shù)特征標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。本實施方式的發(fā)光二極管與實施方式I的發(fā)光二極管的不同之處在于電極層的布局。在本實施方式中，以填補構(gòu)成陰極電極層6的圓形電極(陰極電極)之間的區(qū)域的方式形成了陽極電極層5。雖然在一個發(fā)光二極管元件內(nèi)形成有多個圓形電極，但是圓形電極是通過圖中未表示的導(dǎo)電層或?qū)щ娋€而相互連接的。在本實施方式中，電極間隔Lac也是m以下，陽極電極層5形成在從陰極電極層6的對置邊緣起相距45 y m以內(nèi)的區(qū)域中。在本實施方式中，多個陰極電極層6 二維排列，因此，相對于陰極電極層6的面積，能夠增大對置邊緣的長度。即，即使減小陰極電極層6的面積，也很容易在很大程度上確保從陰極電極層6的對置邊緣起相距45 以內(nèi)的區(qū)域的總面積。通過這種結(jié)構(gòu)，對于位于陽極電極層5的正下方的活性層3的整個面來說，很容易施加來自陰極電極層6的電場，能夠獲得足夠的光輸出。在本實施方式中，如圖17所示，發(fā)光二極管元件的周邊區(qū)域是被陽極電極層5覆蓋，而不是陰極電極層6。另外，構(gòu)成陰極電極層6的各個圓形電極在陽極電極層5上形成絕緣膜，并且通過在其上形成形成導(dǎo)電性的布線的兩層布線結(jié)構(gòu)而相互電連接。(實施方式5)圖19以及圖20分別是本發(fā)明的發(fā)光二極管的第五實施方式的剖面圖以及上表面圖。圖19是圖20的H-H’線剖面圖。在圖19以及圖20中，對于相當(dāng)于實施方式I的技術(shù)特征的技術(shù)特征標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記。本實施方式的發(fā)光二極管與實施方式I的發(fā)光二極管的不同之處在于電極層的布局。本實施方式的發(fā)光二極管兀件具有包括如樹枝般的多個分支的陰極電極層6,在該分支之間的區(qū)域內(nèi)配置有陽極電極層5。電極間隔Lac為m以下，陽極電極層5形成在從陰極電極層6的對置邊緣起的45 以內(nèi)的區(qū)域中。根據(jù)本實施方式的構(gòu)成，由于陰極電極層5環(huán)繞著陽極電極層5的周邊，因此，很容易對位于陽極電極層5的正下方的活性層的整個面施加來自陰極電極層6的電壓，發(fā)光量會增大。根據(jù)本實施方式，能夠提供一種散熱性優(yōu)異的高輸出用途的發(fā)光二極管。在上述的各實施方式中，雖然將基板的厚度設(shè)定為IOOiim左右，但是，即使在使基板的厚度薄到5 ii m左右的情況下，也能夠獲得本發(fā)明的效果。與電極間隔Lac為10 y m以上的以往的表面電極型的發(fā)光二極管相比可知，光輸出大約提高了將近2倍，該效果很大。本發(fā)明的效果是針對基板的厚度大于陽極 陰極電極間隔Lac的兩面電極型發(fā)光二極管，能夠發(fā)揮優(yōu)勢。另外，在本發(fā)明中，雖然將陽極電極設(shè)定成比較小的尺寸，但是，為了在安裝工序中在陽極電極上安裝凸塊(bump)，或確保進行引線接合的區(qū)域，也可以從圖中所示的陽極電極的一部分設(shè)置用于連接的延長部分(焊盤)。另外，本發(fā)明中的非極性面不局限于m面，能夠應(yīng)用于像I■面或a面那樣，通過在與c面半導(dǎo)體層相比難以增加雜質(zhì)濃度的非極性面基板上生長半導(dǎo)體而制造的各種發(fā)光
二極管，并獲得效果。以下，對發(fā)光二極管的試制例進行說明。首先，參照圖21A、圖21B和圖21C對三個發(fā)光二極管的構(gòu)成進行說明。圖21A是試制的發(fā)光二極管(比較例距離L的最大值為175 ym)的上表面圖。另一方面，圖21B是試制的發(fā)光二極管(實施例距離L的最大值為45 ym)的上表面圖，圖21C是試制的發(fā)光二極管(實施例距離L的最大值為18 u m)的上表面圖。這些試制例，除了陽極電極層以及陰極電極層的平面布局不同這一點之外，具有與圖8所示的層疊結(jié)構(gòu)相同的層疊結(jié)構(gòu)。具體而言，如圖8所示，這些發(fā)光二極管具有主面是m面的n型GaN基板7 ;覆蓋n型GaN基板7的主面的n型半導(dǎo)體層2 ;在n型半導(dǎo)體層2的上表面的第一區(qū)域2a上層疊的活性層3、p型半導(dǎo)體層4、陽極電極層5 ；以及在n型半導(dǎo)體層2的上表面的第二區(qū)域2b上形成的陰極電極層6。n型半導(dǎo)體層2、活性層3以及P型半導(dǎo)體層4都是通過m面生長而形成的外延生長層。試制例中的n型GaN基板7的主面的尺寸都是300 U mX300 U m,小于一邊的長度為500ii m的正方形。另外，n型GaN基板7的雜質(zhì)濃度為5X 1017cm_3。各半導(dǎo)體層的構(gòu)成如下所述。n型+導(dǎo)體層2由厚度為3 U m的n_GaN層形成，其雜質(zhì)濃度為5 X 10 cm?；钚詫?是層疊了三組的InGaN阱層(厚度15nm)/GaN阻擋層(厚度15nm)的量子阱層。p型半導(dǎo)體層4由厚度為0. 3 ii m的p-GaN層形成,其雜質(zhì)濃度為8X 1018cm_3。在圖21A所示的比較例中，陽極電極層5以環(huán)繞具有四邊形(一邊90pm)的上表面的陰極電極層6的三個邊的方式配置。距離L的最大值為175 u m。另一方面，在圖21B所不的實施例中，將分別具有四邊形(一邊82 ii m)的上表面的八個陽極電極層5相互隔開地以行列形狀排列。當(dāng)從與主面垂直的方向觀察時，陰極電極6大致具有格子形狀，且以環(huán)繞被分割的各陽極電極層5的周圍的四個邊的方式被構(gòu)圖。在該實施例中，距離Lac被設(shè)定為4 ii m，距離L被設(shè)定為45 u m。在圖21C所示的實施例中，將分別具有四邊形(一邊28i!m)的上表面的四十個陽極電極層5相互隔開地以行列形狀排列。當(dāng)從與主面垂直的方向觀察時，陰極電極6大致具有格子形狀，且以環(huán)繞陽極電極層5的被分割的電極的周圍的四個邊的方式被構(gòu)圖。在該實施例中，距離Lac被設(shè)定為4 ii m，距離L被設(shè)定為18 u m。在圖21B以及圖21C的實施例中，雖然在一個芯片上設(shè)置有被分割為多個(八個以上)電極的陽極電極層5，但是，這些分割電極被圖中未表示的導(dǎo)電膜(陽極電極焊盤)覆蓋，且相互電連接。圖22A的曲線圖表示的是圖21A、圖21B以及圖21C所示的LED元件的光輸出的測定結(jié)果。該曲線圖表示當(dāng)把在LED元件中流通的電流設(shè)置為IOmA時的光輸出與距離L的關(guān)系，縱軸是將L= 175 時的光輸出作為I進行了標(biāo)準化的值。圖22B的曲線圖表示的是圖21A、圖21B以及圖21C所示的LED的外部量子效率(EQE External Quantum Efficiency)的測定結(jié)果。該曲線圖表示外部量子效率的最大值與距離L的關(guān)系，縱軸是將L= 175 時作為I進行了標(biāo)準化的值。如果將距離L的值由45iim縮小到18 ii m，則可知光輸出以及外部量子效率提高。因此，陽極電極層5優(yōu)選分成更多個數(shù)的電極來進行排列，并縮小所分割的各電極的尺寸。在本實施例中，雖然將陽極電極層5分成了八個以上的電極，但優(yōu)選分成十個以上(例如三十個以上)。通常，如果縮小陽極電極層以及活性層的面積，則電流密度增加，LED的光輸出以及外部量子效率降低。因此，在C面GaN的LED中，不采用縮小陽極電極以及活性層的面積的結(jié)構(gòu)。另一方面，在m面GaN的LED中，不會發(fā)生由于壓電電荷引起的載流子的量子限制斯塔克效應(yīng)，因此，能夠使阱層的厚度比c面GaN的LED還厚。因此，即使以大電流密度使m面GaN的LED工作，光輸出以及外部量子效率也不會降低，顯著地顯現(xiàn)出通過縮小距離L而帶來的本發(fā)明的效果。c面GaN的LED的阱層的厚度通常為3nm左右，但是m面GaN的LED中的阱層的厚度能夠設(shè)定在6nm以上20nm以下的范圍內(nèi)。(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)本發(fā)明的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件具有由氮化鎵系化合物形成的非極性面的半導(dǎo)體基板，且n型雜質(zhì)濃度為I X IO18CnT3以下，因此，結(jié)晶性良好。另外，通過采用特殊的電極配置，能夠?qū)φ麄€活性層施加足夠大的電壓，因此，能夠獲得高的光輸出，
能夠用作顯示裝置、照明裝置以及LCD背光的光源。附圖符號的說明In型基板2n型導(dǎo)電層3活性層4P型導(dǎo)電層5陽極電極層6陰極電極層7m面的n型GaN基板
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件， 具有: 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板，其由氮化鎵系化合物形成，并包括主面以及背面，且上述主面是非極性面； 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，其由氮化鎵系化合物形成，并形成在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的上述主面上； 半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，其是設(shè)置在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第一區(qū)域上的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)，且包括由氮化鎵系化合物構(gòu)成的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、和位于上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層與上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層； 第一電極層，其設(shè)置在上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的第二區(qū)域上；以及 第二電極層，其設(shè)置在上述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上， 上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板以及上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度為IXlO18cnT3以下， 當(dāng)從與上述主面垂直的方向觀察時，上述第一電極層與上述第二電極層的間隔為4以下，并且，在從上述第一電極層的邊緣中的與上述第二電極層相對置的部分起相距的距離為45 以下的區(qū)域內(nèi)配置上述第二電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層具有在第一方向上延伸的多個延長部， 上述第二電極層具有位于由上述第一電極層所具有的上述多個延長部中的相鄰的兩個延長部所夾持的區(qū)域的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個相互連接部，上述相互連接部在與上述第一方向不同的第二方向上延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第二電極層具有在第一方向上延伸的多個延長部， 上述第一電極層具有位于由上述第二電極層所具有的上述多個延長部中的相鄰的兩個延長部所夾持的區(qū)域的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層以及上述第二電極層分別具有在第一方向上延伸的多個延長部，上述第一電極層的多個延長部與上述第二電極層的多個延長部沿著與上述第一方向不同的第二方向交替配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個第一相互連接部， 上述第二電極層具有將上述多個延長部相互電連接的至少一個第二相互連接部，上述第一相互連接部以及上述第二相互連接部在與上述第一方向不同的第二方向上延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第二電極層具有多個開口部， 上述第一電極層包括配置在上述第二電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部的電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 當(dāng)從與上述主面垂直的方向觀察時，在上述第二電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部配置的上述電極的外周邊緣為曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層具有多個開口部， 上述第二電極層包括配置在上述第一電極層所具有的上述多個開口部的內(nèi)部的電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)被分離成與上述第一電極層中的上述多個開口部對應(yīng)的多個部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一電極層具有對上述多個開口部進行規(guī)定的格子形狀的導(dǎo)電部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述多個開口部的個數(shù)為8以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求I至12中任一項所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板的上述主面小于一個邊長為500 的正方形。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 當(dāng)工作時，在上述第一電極層與上述第二電極層之間流通的電流的密度為150A/cm2以上。
15.根據(jù)權(quán)利要求I至14中任一項所述的氮化鎵系化合物半導(dǎo)體發(fā)光二極管元件，其中， 上述活性層具有層疊了阱層和阻擋層的量子阱結(jié)構(gòu)，上述阱層的厚度在6nm以上且20nm以下的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明的發(fā)光二極管元件具有主面(7a)是m面的n型GaN基板(7)和在基板(7)的主面(7a)上設(shè)置的層疊結(jié)構(gòu)。該層疊結(jié)構(gòu)具有n型半導(dǎo)體層(2)；位于n型半導(dǎo)體層(2)的上表面的第一區(qū)域(2a)上的活性層(3)、p型半導(dǎo)體層(4)、陽極電極層(5)；以及在n型半導(dǎo)體層(2)的上表面的第二區(qū)域(2b)上形成的陰極電極層(6)。n型半導(dǎo)體層(2)、活性層(3)以及p型半導(dǎo)體層(4)都是通過m面生長而形成的外延生長層。基板(7)以及n型半導(dǎo)體層(2)中的n型雜質(zhì)的濃度設(shè)定在1×1018cm-3以下。當(dāng)從與主面(7a)垂直的方向觀察時，陽極電極層(5)與陰極電極層(6)的間隔為4μm以下，在從陰極電極層(6)的邊緣中的與陽極電極層(5)相對置的部分起相距的距離為45μm以下的區(qū)域內(nèi)配置有陽極電極層(5)。
文檔編號H01L33/32GK102804415SQ20108002610
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者巖永順子, 橫川俊哉, 山田篤志 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社