CN1529915A - 具有形成凹凸的基板的半导体发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有形成凹凸的基板的半导体发光元件。在基板(10)的表面部分上形成使发光区域(12)产生的光散射或绕射的至少一个凹部(20)和/或凸部(21)。凹部及/凸部形成使半导体层(11，13)上不产生结晶缺陷的形状。

Description

具有形成凹凸的基板的半导体发光元件
技术领域
本发明涉及半导体发光元件，尤其是有关氮化物是化合物半导体发光元件中，在基板上设置半导体上不产生缺陷的凹凸，改变半导体层的光波导方向，以提高外部量子效率的元件。
背景技术
半导体发光元件，如发光二极管(LED)，基本上是采用在基板上使n型半导体层、发光区域、p型半导体层生长形成迭层构造，并在p型半导体层及n型半导体层上形成电极，通过自半导体层注入的空穴与电子再结合，在发光区域上产生光时，自p型半导体层上的透光性电极或基板取得该光的构造。另外，所谓透光性电极，是指由形成在大致整个p型半导体层的金属薄膜或透明导电膜构成的光透过性电极。
由在该构造的发光二极管是以原子等级控制迭层构造，将基板的平坦性加工成镜面等级，因此基板上的半导体层、发光区域及电极构成相互平行的迭层构造，且半导体层的折射率大，由p型半导体层的表面与基板的表面构成波导路径。即，通过以折射率小的基板与透光性电极夹着折射率大的半导体层的构造以形成波导路径。
因此，当光以相对电极表面或基板表面的特定临界角以上的角度入射时，被电极·p型半导体层的界面或基板表面反射，在半导体层的迭层构造内横方向地传播，被捕捉至波导路径内，且在横方向传播中亦有损失，无法获得所需的外部量子效率。即，以大于临界角的角度射入基板或电极的界面的光重复全反射，传播至波导路径内，在该过程中被吸收。因而发光的一部分衰减，在外部无法有效地取得，外部量子效率降低。
另外，虽提出有将发光二极管的芯片加工成半球状或角锥台状，使发光区域上产生的光以小于临界角射入表面的方法，不过芯片的加工困难。
此外，虽亦提出有将发光二极管的表面或侧面形成粗糙面的方法，但是p-n接合可能部分被破坏，使有效发光区域减少。
另外，还提出有在基板表面形成凹部或凸部，使发光区域上产生的光散射，进而使外部量子效率提高的方法(参照特开平11-274568号公报)。该方法在顺序叠层了蓝宝石基板、n型GaN(GaN)、p型GaN、透明电极的GaN系LED，通过机械研磨及蚀刻将蓝宝石基板的表面予以任意地粗糙面化。由此，射入蓝宝石基板的光被散射，外部量子效率提高。
(本发明要解决的技术性问题)
但是，所述的先前公报记载的发光二极管并不能通过凹部或凸部提高外部量子效率。即，不控制凹部或凸部的形状及大小而予以粗糙面化时，产生的凹部或凸部过大时，生长的GaN的结晶性降低。以致GaN半导体层的发光效率(＝内部量子效率)降低，反而造成外部量子效率降低。此外，任意地予以粗糙面化，对波导路径内的光吸收的影响大，因而无法达到足够的外部量子效率。
发明内容
因此，本发明的目的在提供一种可稳定地确保经过改善的外部量子效率的半导体发光元件。
本发明的半导体发光元件的特征为：在基板表面上迭层构造地形成与基板的材质不同的至少两层半导体层与发光区域，在自所述上侧半导体层或基板取得发光区域产生的光的半导体发光元件中，在所述基板的表面部分形成有使所述发光区域产生的光散射或绕射的至少一个凹部和/或凸部，该凹部和/或凸部形成不产生所述半导体层的缺陷的形状。另外，本发明的所谓「不产生半导体层的结晶缺陷」，是指不因在基板上形成凹凸而在半导体层上产生凹痕等Mohology异常，此外，是指几乎不会增加因在基板上形成凹凸而造成的半导体层中的错位。
本发明的一种特征为：在基板表面部分设置在半导体层上不产生缺陷的形状的凹部和/或凸部，在其上使半导体层生长。将使光散射或绕射的凹部或凸部设置在半导体层与基板的界面，而非设置在半导体层与电极的界面，具有发光区域(＝活性层)的结晶性良好，使输出增加的效果。尤其是GaN系化合物半导体是发光元件，顺序叠层有基板、n侧氮化物半导体层、发光区域(＝活性层)、p侧氮化物半导体层，而p侧氮化物半导体层的膜厚比n侧氮化物半导体层薄。因而通过将凹部或凸部设置在半导体层与基板的界面，而非半导体层与电极的界面，通过厚的n侧氮化物半导体层缓和凹凸造成的影响，可良好地保持发光区域(＝活性层)的结晶性。
先前的具有平坦基板的半导体发光元件，在半导体层中横方向传播的光，在传播期间一部分被半导体层及电极吸收，自半导体层射出时即衰减。
反之，本发明在先前的平坦基板的情况下，横方向传播的光被凹部和/或凸部散射或绕射，可有效地自上方的半导体层或下方的基板取出，因此可大幅提高外部量子效率。即，第一，通过凹凸产生的光的散射、绕射效果，射向基板上方或下方的光束增加，可提高自正面观察发光元件的发光面时的照度(＝正面照度)。此外，第二，通过凹凸产生的光的散射、绕射效果，减少半导体层中横方向传播的光，减少传播中的吸收损失，可提高总发光量。
而且，即使在基板表面部分形成凹部和/或凸部，由在半导体层上几乎不产生凹凸造成的结晶缺陷，因此可稳定地确保所述高外部量子效率。另外，本发明的凹部的内侧及凸部的周围最好被半导体层完全掩埋。此因，凹部的内侧及凸部的周围存在空洞时，将阻碍散射或绕射的功能，降低发光效率。
亦可在基板表面部分形成凹部与凸部的任何一方，即使组合两者形成，仍可发挥同样的作用效果。但是，由在形成凸部要比形成凹部，容易通过半导体层无空洞地掩埋周围，因此最好形成凸部。凹部或凸部的周围存在空洞时，将阻碍凹凸的散射或绕射功能，致使输出降低。
所谓在半导体层上不产生缺陷的凹部和/或凸部的形状，具体而言，是指将与半导体层的生长稳定面大致平行的面交叉的直线作为构成边的形状。所谓与生长稳定面大致平行的面交叉的直线，更具体而言，是指自基板上面观察，不与生长稳定面平行的直线。另外，所谓生长稳定面，是指生长材料中，与其它面比较，生长速度最慢的面。生长稳定面通常在生长期间以小面表示。如GaN系化合物半导体是将平行于A轴的平面(尤其是M面)作为生长稳定面。因此，从基板上面观察，是在将平行于A轴的平面上不平行的直线(＝不平行于A轴的直线)作为构成边的多角形上形成凹部或凸部。此因凹部和/或凸部将与半导体层的生长稳定面大致平行的直线作为构成边时，在形成半导体层时，在其部位产生结晶缺陷，其使内部量子效率降低，因而形成使外部量子效率降低的原因。
更具体而言，凹部和/或凸部可形成在与半导体层的生长稳定面大致平行的面上具有顶点，且将与半导体层的生长稳定面大致平行的面交叉的直线作为构成边的多角形，如三角形、平行四边形或六角形，并最好形成正三角形、菱形或正六角形。
另外，本说明书中所谓将凹部或凸部形成多角形，是指将自基板上面观察时的平面形状形成多角形。此外，凹凸的平面形状并不需要为几何学上的完全多角形，亦可基于加工上等的理由而形成圆角。
如使GaN系半导体在蓝宝石基板的C面上生长时，以被平行于GaN系半导体的A轴的平面包围的六角形状开始岛状生长，各岛结合而形成均匀的半导体层。因此，假设将GaN系半导体的A轴作为构成边的正六角形，将与连接该正六角形的中心与顶点的线直交的直线作为构成边的多角形(如三角形、六角形等)上形成凹部或凸部。因而可在形成凹凸的蓝宝石基板上，使结晶性佳的GaN系半导体平坦生长。
此外，亦可为凹部和/或凸部的其中一个，因形成在重复其形状的图形时，光的散射或绕射效率提高，可进一步提高外部量子效率。另外，本发明即使在基板上重复设置凹部和/或凸部时，通过以凹部或凸部抑制局部性的结晶缺陷的方式使半导体层生长，可将整个基板作为发光面。
本发明的特征为：在基板表面部分形成凹部和/或凸部，使光散射或绕射，发光元件的基板及半导体的材料可采用任何材料，如可适用在半导体层为III-V族系半导体，具体而言为GaN系半导体的半导体发光元件。GaN系的半导体层的生长稳定面为六方晶结晶的M面{1-100}。此处的{1-100}均表示(1-100)、(01-10)、(-1010)。M面是一个平行于A轴的平面。另外，依生长条件，有时包含GaN系半导体的A轴的其它平面(＝M面以外的平面)亦成为生长稳定面。
此外，基板可使用蓝宝石基板、碳化硅基板或尖晶石基板。如可在所述基板上使用将C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。此时，GaN系半导体层的生长稳定面的M面为平行于蓝宝石基板的A面{11-20}的面。此处的A面{11-20}均表示(11-20)、(1-210)、(-2110)。
凹部的深度或凸部的阶差须在50以上，为生长在基板上的半导体层厚度以下的尺寸。此因发光波长(如AlGaN铟是发光层时，为206nm～632nm)为λ时，至少须为λ/4以上的深度或阶差，方可充分地散射或绕射光，另外，凹部的深度或凸部的阶差为超过生长在基板上的半导体层的厚度的尺寸的情况下，电流不易在迭层构造内横方向流动，发光效率降低。因此，半导体层的表面亦可形成凹部和/或凸部。另外，为使光充分地散射或绕射，虽最好为λ/4以上的深度或阶差，不过只要为λ/4n(n为半导体层的折射率)以上的深度或阶差，即可获得散射或绕射的效果。
此外，凹部和/或凸部的大小(即构成凹部和/或凸部的构成边的一边长度)及彼此间隔，在半导体中的发光波长λ(380nm～460nm)时，须至少为λ/4以上的大小。至少为λ/4以上的大小方可充分地散射或绕射光。另外为使光充分地散射或绕射，凹部或凸部的大小及彼此间隔虽最好在λ/4以上，不过，只要为λ/4n(n为半导体层的折射率)以上的大小及彼此间隔，即可获得散射或绕射的效果。制造上，凹部或凸部的大小及彼此间隔最好在100μm以下。甚至在20μm以下，以增加散射面。
此外，由在通常半导体层的总膜厚在30μm以下，因此从通过散射或绕射有效地减少全反射次数的观点而言，凹凸的间距最好在50μm以下。再者，从GaN层的结晶性(＝防止产生凹痕)的观点而言，凹凸的间距最好在20μm以下。更最好通过将凹凸的间距形成10μm以下，可提高散射或绕射概率，进一步提高输出。另外，所谓凹凸的间距是指邻接的各凹部或各凸部的中心间距离中的最小距离。
而且，就凹凸的剖面形状，如图9所示，凸部者最好为台形，凹部者最好为反台形。通过形成此种剖面形状，可提高光的散射及绕射效率。另外，凹凸的剖面形状不需要为几何学上的完全台形或反台形，亦可基于加工上等的理由而形成圆角。凹凸侧面的锥度θ，如图9所示，凸部者是指上面与侧面形成的角，凹部者是指底面与侧面形成的角。如锥度θ为90°时，凹凸的剖面形成方形，为180°时，形成完全无凹凸的平坦状态。为求通过半导体层掩埋凹凸，凹凸的锥度θ须在90°以上。此外，从通过散射或绕射以提高输出的观点，凹凸的锥度θ最好大于90°，并希望在105°以上，更希望在115°以上。另外，凹凸的锥度θ过大时，散射或绕射效率反而降低，且半导体层上容易产生凹痕。因而锥度θ最好在160°以下，更最好在150°以下，最最好在140°以下。
另外，凹凸侧面倾斜时，凹凸的大小与彼此间隔是以基板最表面(＝凸部者为凸部的底面，凹部者为基板的平坦面)的长度来定义。
此外，本发明的发光元件最好形成具有开口部的金属膜，以构成欧姆电极。即，本发明如在设置凹凸的基板上形成半导体层，在其上形成设置开口部的全面电极时，通过两者相乘积的效果，光的取得效率进一步提高。尤其是电极的开口部上最好含有至少一个基板表面的凹凸阶差部。
此是基于如下的理由推断。首先，第一，自正面观察使用凹凸基板的发光元件的照度时，基板凹凸的阶差部附近的照度高在基板平坦部的照度。因此通过在基板凹凸的阶差部上方设置电极的开口部，进一步提高输出。此外，第二，在基板上设置凹凸的发光元件，在凹部及凸部可通过散射或绕射在上方取得其发光区域上产生的光中，本来朝向侧方及下方的光。但是，全面性设置一般透光性电极的构造，经过散射及绕射而达到上方的光一部分被透光性电极吸收，以致光强度变小。因此，在设置凹凸的基板上形成半导体层的情况下，在透光性电极上设置开口部，或设置具有高反射率的开口部的非透光性电极，设置一部分半导体层露出的部分，容易在外部取得经过散射及绕射而达到上方的光，而进一步提高光的取得效率。
此外，GaN系(至少含镓与氮)的半导体发光元件具有设在p型氮化物半导体层上的p电极周缘近旁的照射比其它部分强的性质。因而通过在电极上设置开口部，以减少光的吸收，并且增加强烈照射的周缘部分，因此光取得效率提高。如电极的开口的合计周长为L，含开口内侧的欧姆电极的占用面积为S，最好为L/S≥0.024μm/μm2。由此可使强烈照射的电极周缘部的比率增加，进一步提高光输出。
形成开口的欧姆电极上，可使用含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钼、钽、铂、银及此等的氧化物、氮化物选出的至少一种的合金或多层膜。尤其最好为含铑、铱、银、铝的一种的合金或多层膜。
附图说明
图1是表示本发明的半导体发光元件的良好的实施例的剖面图。
图2表示所述实施例的凹部的图形例。
图3是表示氮化物半导体的生长稳定面与凹部形状的关系的模式图。
图4是表示第一实施例的制造工序的图。
图5是观察在形成凸部的蓝宝石基板上生长GaN过程的SEM照片
图6是表示在形成凸部的蓝宝石基板上生长GaN的过程的模式图。
图7是表示本发明的光的传播与先前构造的对比的模式图。
图8是表示另外的其它实施例的剖面图。
图9是表示凹凸的剖面形状例的剖面图。
图10是表示凹部侧面的倾斜角与发光输出的关系图。
图11是表示凹部或凸部的其它图形例的图。
图12是用在说明构成正六角形的凹部或凸部的其它实施例的说明图。
图13是表示L/S(＝p侧欧姆电极的面积S与开口部内周长L的比)与发光输出的关系图。
图14是表示p侧欧姆电极的形态的变化的图。
图15是表示p侧欧姆电极的端部剖面形状与发光的关系的模式图。
图16是自上面观察本发明其它实施例的半导体发光元件图。
图17是自上面观察本发明其它实施例的半导体发光元件图。
具体实施方式
以下，根据附图所示的具体例详细说明本发明。图1及图2表示本发明的半导体发光元件的良好的实施例。在图中，使用在A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)的蓝宝石基板作为基板10，该蓝宝石基板10的表面部分以重复图形形成有凹部20。图2中除斜线所示的部分，其余被蚀刻。
该凹部20构成在与生长在蓝宝石基板10上的GaN系半导体11的生长稳定面(1-100)、(01-10)、(-1010)，即与M面大致平行的面上具有顶点，且以与所述生长稳定面大致平行的面交叉的直线作为构成边的正三角形。即，如图3所示，构成凹部20的正三角形自基板上面观察，在M面交叉的位置上具有顶点，正三角形的各构成边以30度或90度与M面交叉。进一步具体而言，如图3所示，自基板上部观察凹部20时，凹部20的各构成边与连接将GaN半导体11的M面作为构成边的正六角形的中心与顶点的联机直交。另外，自蓝宝石基板10的上面观察时，GaN半导体的M面与GaN系半导体的A轴平行。
此外，凹部20的深度约为1μm，一边的大小a为10μm，凹部20与凹部20的间隔b，其对应的一边的间隔为10μm。
该蓝宝石基板10上形成有n型GaN系半导体层11，在其上形成有MQW发光区域12，并且在其上形成有p型AlGaN/p型GaN系半导体13。
制造本例的半导体发光元件时，在蓝宝石基板10上，如图4A所示地形成构成蚀刻掩模的氧化硅膜30。
然后，使用一边为10μm的正三角形的光掩模，使正三角形的一边与定向平面垂直的方式对准光掩模，使正三角形的各边与蓝宝石的(1-100)、(01-10)、(-1010)，即，与M面大致平行，如图4B、图4C所示，以RIE蚀刻约1μm的氧化硅膜30与蓝宝石基板10后，如图4D所示，除去氧化硅膜30时，在蓝宝石基板10的表面部分形成图2所示的凹部20的重复图形。
在具有凹部20的重复图形的蓝宝石基板10上使n型GaN半导体层11生长，在其上使MQW发光区域12生长，在其上使p型AlGaN/p型GaN系半导体13生长。
由在GaN的光栅与蓝宝石基板10的光栅偏移30度进行生长，因此附在蓝宝石基板10上的凹部20的重复图形具有与GaN的A面(11-20)、(1-210)、(-2110)面大致平行的边，GaN的生长稳定面(1-100)、(01-10)、(-1010)上有顶点，形成无与GaN的生长稳定面(1-100)、(01-10)、(-1010)，即无与M面平行的直线的多角形。
通过在此种形状上形成凹凸，可平坦地生长结晶性佳的GaN。以下说明其原理。由在不论凹部或凸部，其原理均相同，因此以凸部为例详细说明。图5A及图5B是在形成正三角形的凸部20的蓝宝石基板10上使GaN生长的过程的SEM照片，图5A显示自基板上面观察的状态，图5B显示自基板斜上方观察的状态。如图5A及图5B所示，在蓝宝石基板10上使GaN生长时，GaN自凸部20的上面与未形成有凸部20的平坦面开始生长，最后掩埋凸部20的侧面附近。因此，自基板上方观察，GaN的生长稳定面与凸部20的侧面平行时，凸部20的侧面附近掩埋困难，GaN的结晶性降低。
因此，最好形成从自基板上方观察，与成为GaN的生长稳定面的M面交叉的(＝不构成平行)正三角形的凸部20的构成边，更理想的是，如图5A及图5B所示，形成正三角形的凸部20的构成边，使其从基板上方观察，与将包含GaN的生长稳定面的A轴的面作为构成边的正六角形(＝将A轴作为构成边的正六角形)的中心与顶点的连结线直交。通过形成这样的凸部20，平坦地掩埋凸部20的周围，可获得结晶性良好的GaN。
可以推断，这是因为在凸部20上面生长的GaN，与自未形成凸部20的平坦面生长的GaN的接合部分，GaN的生长速度加快。即，如图5B所示，GaN自凸部20的上面生长成将A轴作为构成边的六角形的形状，不过，在凸部20的上面生长的GaN与自平坦面生长的GaN连接的凸部侧面附近，GaN的生长速度加快。因此，凸部20侧面附近的GaN的生长赶上其它区域而获得平坦的GaN。
使用图6A～F模式地说明此种状态。如图6A所示，在蓝宝石基板10上形成凸部，在其上使GaN11生长时，如图6B及图6C所示，GaN11自凸部的底面与未形成凸部的平坦面生长，凸部的侧面附近生长迟缓。但是，如图6D及图6E所示，自凸部的上面生长的GaN11与自平坦面生长的GaN11会聚时，该处的GaN11的生长速度加快。因此，生长迟缓的凸部侧面附近的GaN11的生长显著加快。因而如图6F所示，平坦地生长结晶性佳的GaN11。反的，自基板上方观察，GaN的生长稳定面与凸部20的侧面平行时，由在凸部20的侧面附近的生长速度并未加快，因此凸部20的侧面附近掩埋困难，GaN的结晶性降低。
之后，进行器件化处理，适当地形成电极等，并加工成LED芯片。
自n型GaN半导体层11及p型AlGaN/p型GaN半导体13在MQW发光区域12内注入空穴及电子，进行再结合时产生光。该光自蓝宝石基板10或p型AlGaN/p型GaN半导体13取得。
先前的具有平坦基板的半导体发光元件，如图7A所示，来自发光区域12的光以大于临界角射入p型半导体层13与电极的界面或基板10表面时，在波导路径内被捕捉，横方向传播。
反之，本例的半导体发光元件对p型半导体层13与电极的界面或基板10表面形成大于临界角的光，如图7B所示，被凹部21散射或绕射，可以小于临界角的角度射入p型半导体层13与电极的界面或基板10表面而取得。
p型半导体层13上的接触电极为透光性电极时面朝上(FU)或是反射电极时面朝下(FD)均有效果。另外，即使为反射电极，在电极上形成有开口或缺口的情况下，面朝上使用(FU)。此时有特别显著的效果。
图8表示本发明的半导体发光元件的其它实施例。图8A所示的实施例是倾斜形成凹部20的段面。此外图8B所示的实施例在基板10的表面部分形成凸部21，而非凹部20，本例形成剖面半圆形状的凸部21。再者，图8C所示的实施例的n型半导体层11、发光区域12及p型半导体层13受到凹部20的影响而形成凹状。
图7C、图7D表示图8A及图8C所示的实施例的光的传播。可知均可有效地取得光。尤其如图8A所示，将与对半导体层的生长稳定面大致平行的面交叉的直线(本件亦称为多角形的构成边)作为边界，将连续在凸部的表面及凹部的表面的面(＝凹部或凸部的侧面)对半导体的迭层方向倾斜形成，因而光的散射或绕射效果显著增加，进一步提高光的取得效率。其中一个因素，是因倾斜设置致使连接在凹部表面及凸部表面的面(＝凹部或凸部的侧面)的表面积增加，以致产生光散射或绕射的次数增加。
换言之，凹凸的剖面形状如图9所示，凸部也可以为台形，凹部也可以反台形。通过形成此种剖面形状，传播的光产生散射及绕射的概率提高，可减少光传播时的吸收损失。凹凸侧面的锥度θ如图9所示，凸部者是指上面与侧面形成的角，凹部者是指底面与侧面形成的角。例如锥度θ为90°时，凹凸的剖面形成方形，为180°时，形成完全无凹凸的平坦状态。
为求通过半导体层掩埋凹凸，凹凸的锥度θ须在90°以上。此外，从通过散射或绕射以提高输出的观点，凹凸的锥度θ最好大于90°，并希望在105°以上，更希望在115°以上。另外，凹凸的锥度θ过大时，散射或绕射效率反而降低，且半导体层上容易产生凹痕。因而锥度θ最好在160°以下，更好在150°以下，理想的是在140°以下。
图10是凹部侧面的锥度与LED输出的关系的模拟图。且将此视为凸部侧面的锥度，亦具有相同的倾向。图10的纵轴表示将使用平坦的基板(＝锥度180°)时的LED输出作为1时的输出比，图的横轴表示凹部侧面的锥度。如图所示，通过使凹部侧面的锥度(＝凹部的底面与侧面形成的角)在90度至180度的间变化，LED输出变大。
图11显示凹部20或凸部21的其它形状。图中的以斜线显示的部分是未经蚀刻而残留的部分。
此外，将凹部20或凸部21作为正六角形时，是对图12A所示的蓝宝石基板10的定向平面的A面，并非在图12C所示的方向，而是在图12B所示的方向上配置正六角形。如所述，在蓝宝石基板的C面上使GaN生长时，蓝宝石基板的A面与GaN的M面平行。因此，如图12B所示，通过配置凹凸的正六角形，自基板上方观察，凹凸的正六角形的各构成边与GaN的生长稳定面的M面的任何一个直交。换言的，这表示自基板上方观察，对将GaN的M面作为构成边的正六角形(＝将A轴作为构成边的正六角形)的中心与顶点的联机，凹凸的正六角形的各构成边直交。
此外，本发明是在设置半导体上不产生缺陷的凹凸的基板上，形成氮化物半导体层等的一般半导体层，且只要是形成电极等的元件，其它的构造并无特别限定，再者形成如下的其它构造时显示显著的效果。
(1)电极形状与材料
①开口电极
半导体发光元件的表面，虽需要在半导体层上设置电极，但是p型氮化物半导体层等电阻率较高，该层上电流不易扩散的半导体层上，如在整个半导体层表面通常形成透光性电极。但是，光传播至由透光性电极—半导体层—基板构成的波导路径内时，因反射光「渗出」的影响，除半导体层的外，透光性电极及基板亦吸收光，致使发光衰减。尤其是透光性电极，由在其一般构成材料(如金/镍等)的短波长域的光吸收率高，因此对发光衰减的影响大。
因此，本发明的发光元件最好形成具有开口部的金属膜以构成电极。尤其是在电极的开口部，最好至少包含一个基板表面的凹凸的阶差部。将此种形成在半导体层表面的电极构成具有开口部的电极时，由在可在外部自开口部取得光，且被电极吸收的光的比率减少，因此较为适最好。开口部最好在金属膜中设置多个，且尽量设置较大的开口部的面积，此有助在提高光取得效率。(此种电极最好设置使外部与发光元件电性连接的焊盘电极)
此外，氮化物半导体发光元件，尤其是GaN系(至少含镓与氮)的半导体发光元件，通常最好在p型氮化物半导体层上设置全面具有透光性的电极作为p电极，不过具有透光性电极的光的吸收大，设在p型氮化物半导体层上的p电极的周缘近旁的光照射比其它部分强的性质。因而即使在透光性电极上设置开口部，因由此减少光的吸收，并增加强烈照射的周缘部分，因此光取得效率提高。此时，最好尽量设置较大的开口部面积，以提高光取得效率，此外，尽量设置较长的p电极周缘部位的长度，以进一步提高光取得效率。
如本发明在设置凹凸的基板上形成半导体层，形成设置所述开口部的电极时，通过两者的相乘积效果，光取得效率进一步提高。此是基于如下的理由推断。
首先，第一，自正面观察使用凹凸基板的发光元件的照度时，基板凹凸的阶差部附近的照度高在基板平坦部的照度。因此通过在基板凹凸的阶差部上方设置电极的开口部，进一步提高输出。
此外，第二，在基板上设置凹凸的发光元件，在凹部及凸部可通过散射或绕射在上方取得其发光区域上产生的光中，本来朝向侧方及下方的光。但是，全面性设置一般透光性电极的构造，经过散射及绕射而达到上方的光一部分被透光性电极吸收，以致光强度变小。因此，在设置凹凸的基板上形成半导体层的情况下，在透光性电极上设置开口部，或设置具有高反射率的开口部的非透光性电极，设置一部分半导体层露出的部分，容易在外部取得经过散射及绕射而达到上方的光，而进一步提高光的取得效率。
②开口电极的材料
如上所述，氮化物半导体发光元件，尤其是GaN系(至少含镓与氮)的半导体发光元件，是在大致整个p型氮化物半导体层上设置具有透光性的电极作为p电极，不过，更佳的形态是在大致整个p型氮化物半导体层上形成设置开口部的电极，以提高光取得效率。此时，用作电极的材料可使用金属或包含两种以上金属的合金，并以单层或多层形成。该电极的材料是使用至少对发光的波长具有高反射率的金属材料，可减少电极吸收光的成分，提高在外部取得光的效率。
开口电极的适切材料如含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钼、钽、铂、银及此等的氧化物、氮化物构成群选出的至少一种的合金或多层膜。此等通过以400℃以上的温度实施退火，可获得与p型半导体层良好的欧姆接触。尤其最好为镍上含金的多层膜。开口电极的总膜厚最好为50～10000。尤其是用作透光性电极时，最好为50～400。此外围非透光性电极时，最好为1000～5000。
尤其是，GaN系(至少含镓与氮)的半导体发光元件，其高反射率金属材料如使用铑、铱、银、铝等作为反射电极。
尤其是，开口电极的材料尤最好使用铑。使用铑可形成热性稳定且吸收少的电极。且可降低接触电阻。
③开口电极的尺寸与形状
电极的开口部与基板表面的凹凸大小的关系并无特别限定，不过最好在一个开口部内至少形成一个以上的凹凸阶差部。由此，可有效取得因凹凸而散射、绕射的光，同时发光的均匀性提高。
此外，开口电极是贯穿至p型半导体层的表面，且具有通过电极包围周围的多个开口部的电极，最外周部所包围的部分的面积(＝含开口部内的电极的全部面积)为S，开口部的内周总长为L时，最好为L/S≥0.024μm/μm2。由此，可形成有效使光自p型半导体层表面放出至外部，且Vf低的半导体发光元件。
多个开口部最好为各开口部的形状大致相同，由此容易形成开口部，且发光的面内分布均匀。此外，多个开口部最好为面积大致相同，由此亦可使发光的面内分布均匀。
增加膜厚设置开口部时，通过规定其开口部的形状及大小等，可提高光的取得效率，使发光效率提高。尤其通过规定开口部的内周长L，可更有效地放出光。L/S变小，即对被开口电极的最外周部所包围的面积S缩小开口部的内周总长L时，对p型半导体层侧的输出降低。
图13是表示开口率相同，即开口部的总面积相同，而使内周长改变时的电力变换效率。因开口部的面积相同，p型半导体层与开口电极的接触面积亦相同，因此Vf及量子效率相同。从该图可知即使开口率相同，使开口部的内周长改变时，可进一步高输出。由在本发明在满足L/S≥0.024μm/μm2的范围内，因此可形成高输出的半导体发光元件。其上限并无特别规定，实质上大于1μm/μm2时，一个开口部的大小过小，不实用。
如上所述，自p型半导体层侧的输出效率主要决定在开口部的内周长，是因在电极与p型半导体层的边界上观察出特别强烈的发光，因此增加其边界，即延长内周长时，可有效地放出光。除开口部的外，进一步通过曲折的连接线，而非直线，以沿着半导体层的端部的方式设置p侧欧姆电极的最外周部，可增加p侧欧姆电极与p型半导体的边界，因此可进一步使输出提高。
所述的多个开口部是形成大致相同的形状，因此容易有效率地形成多个开口部。且容易使面内分布均匀，可获得稳定的发光。其形状可采用方形、圆形、三角形等各种形状。并最好与邻接的开口部隔开一定距离间隔均匀地分散来形成多个，如此容易获得均匀的发光。此外，由在以大致相同的方式形成多个开口部的面积，因此通过形成有开口部的位置，可选择适切的形状。
图14A至图14D表示开口电极的可能形状。图14中，在n侧半导体层30上形成有p侧半导体层32，在其上形成有p侧欧姆电极的开口电极34，其一部分上形成有p侧焊盘电极36。此外，在蚀刻而露出p侧半导体层32的n侧半导体层30上形成有n侧焊盘电极38。开口电极34上排列有多个圆形开口部。图14B是一种开口电极34的圆形开口部的尺寸大时。图14C及D是仅抽出开口电极34与p侧焊盘电极36者。如图14C所示，设在p侧欧姆电极内的开口部亦可为周围不封闭的缺口形状。此时，p侧欧姆电极形成接合多个线状电极的形状。开口部最好形成在电流通路强的位置避免较多的电流流入。此外，如图14D所示，亦可在以n侧焊盘电极(无图式)为中心，排列成同心圆状的多个圆弧状内设置开口部。通过形成此种开口形状，可提高发光的均匀性。
此外，p侧欧姆电极的端部剖面形状亦可如图15A所示为垂直，亦可如图15B所示，为台形状。尤其是为GaN系化合物半导体发光元件时，由在具有p侧欧姆电极的周缘部的发光强度高的性质，因此通过端部剖面为台形状，可有效取得光。此时，端部剖面具有的锥度θ最好为30°≤θ＜90°。锥度未达30°时，由在倾斜部分的p侧欧姆电极的电阻值变大，因此不易有效利用电极周部强烈照射的性质。
(2)半导体发光元件的形状
本发明是在基板表面上迭层构造地形成与基板材质不同的至少两层半导体层与发光区域。即，基板与半导体层的材质不同。此处的基板使用绝缘性基板时，如在蓝宝石基板上形成GaN系(至少含镓与氮)的半导体层时等，无法在基板上形成电极，须在同一面侧形成n电极与p电极的两个电极。此时，如按照n型半导体层、发光区域、p型半导体层的顺序而形成的氮化物半导体元件，蚀刻p型半导体层的表面的一部分，直至n型半导体层的表面露出，在p型半导体层表面形成p电极，在露出的n型半导体层的表面形成n电极，从半导体层表面观察的图如图16所示，形成在四方形状的半导体元件的两个相对的顶点上配置各个电极。
此时，自半导体发光元件侧面放出外部的光，在露出n型半导体层时所形成的侧面，被n电极或与n电极连接的线路等的外部连接端子遮住。
因此，如图17所示，将露出n型半导体层的部位作为p型半导体层的内部，在p型半导体层表面的内部露出n型半导体层来设置，并在半导体发光元件外侧的整个侧面，在n型半导体层与p型半导体层的间设有发光的发光区域，因此在外部取得光的效率提高。为按照p型半导体层、发光区域、n型半导体层的顺序叠层在基板上的元件时，在n型半导体层的内部设置p型半导体层的露出面，可获得相同的效果。
此外，如图17所示，形成蚀刻一方的导电型半导体层表面的内部，而露出另一方的导电型的半导体层表面时，在前者的半导体层表面，或是形成具有开口部的电极时，在前者的半导体层及具有开口部的电极表面设置自焊盘电极延伸的扩散电极时，可使整个前者半导体层上均匀地流入电流，发光区域的发光稳定且均匀。再者，该扩散电极沿着半导体发光元件的外形的形状设在前者半导体层的内部时可进一步均匀地发光
此外，半导体发光元件的外形形状，自半导体层表面观察，可以采四方形、三角形或其它多角形，不过通过朝向构成半导体发光元件外形的顶点一部分延伸，形成通过蚀刻而露出的面及形成在露出的面的电极，可使电流容易均匀地流动，发光区域的发光稳定且均匀。
本发明的发光元件，如为GaN系(至少含镓与氮)的半导体发光元件时，在形成电极的发光元件的表面使含YAG的荧光体与树脂混合形成时，可获得光取得效率高的白色发光元件，此外，选择适当的荧光体时，可获得具有各种发光波长的光取得效率高的发光元件。
本发明使用的p电极及n电极是至少接触在半导体层而形成的电极，且为适切选择有显示与接触的半导体层有良好欧姆特性的材料者。
(第一实施例)
基板是使用将A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。
首先，在蓝宝石基板10上，如图4A所示地形成作为蚀刻掩模的氧化硅膜30。
然后，使用一边为5μm的正三角形的光掩模，以正三角形的一边与定向平面垂直的方式，对准光掩模，使正三角形的各边大致平行于蓝宝石的(1-100)、(01-10)、(-1010)，即大致平行于M面，如图4B、图4C所示，以RIE蚀刻3～4μm的氧化硅膜30与蓝宝石基板10后，如图4D所示，除去氧化硅膜30时，在蓝宝石基板10的表面部分形成有图11B所示的凸部20(斜线部未被蚀刻的区域)的重复图形。凸部的一边长度a＝5μm，凸部与凸部的间隔b＝2μm。凸部的间距(邻接的各凸部的中心间的距离)为6.3μm。此外，凸部侧面的倾斜角为120°。
然后，在附着凸部20的重复图形的蓝宝石基板10上，叠层100的AlxGa1-xN(0≤x≤1)的低温生长缓冲层，作为n型半导体层、叠层3μm的未掺杂的GaN、叠层4μm的掺杂硅的GaN、及叠层3000的未掺杂的GaN，接着，构成发光区域的多重量子井的活性层，是以各个膜厚(60，250)形成(井层、障壁层)＝(未掺杂的氮化铟镓，掺杂硅的GaN)，交互叠层形成六层井层与七层障壁层。此时，最后叠层的障壁层亦可为未掺杂的GaN。另外，通过使形成在低温生长缓冲层上的第一层以未掺杂的GaN形成，可更均匀地掩埋凸部20，可使形成在其上的半导体层的结晶性良好。
叠层多重量子井的活性层后，p型半导体层是叠层200的掺杂镁的AlGaN、叠层1000的未掺杂的GaN、及叠层200的掺杂镁的GaN。构成p型半导体层的未掺杂的GaN层通过自邻接的层的镁的扩散显示p型。
然后，为形成n电极，是自掺杂镁的GaN蚀刻至p型半导体层与活性层及n型半导体层的一部分，使掺杂硅的GaN层露出。
然后，在p型半导体层的整个表面形成包含镍/金的透光性的p电极，并在透光性的p电极上，在与n型半导体层的露出面相对的位置上形成包含金的p焊盘电极，在n型半导体层的露出面上形成包含钨/铝/钨的n电极及包含铂/金的n焊盘电极。
最后将晶片芯片化成四方形，获得350μm尺寸的半导体芯片。将其安装在具备反射镜的引导框架内，制造炮弹型的LED。
由此获得的LED在正向电流为20mA时，发光波长为400nm，发光输出外部为9.8mW。
(第一比较例)
比较例不在蓝宝石基板的表面设置凹凸，其它构造与第一实施例相同地形成炮弹型LED，在正向电流为20mA时，发光输出外部为8.4mW
(第二实施例)
基板是使用将A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。
基板的加工及自n型半导体层至p型半导体层的叠层与第一实施例相同。
然后，为形成n电极，是蚀刻至包含掺杂镁的p型半导体层与活性层及n型半导体层的一部分，使包含掺杂硅的GaN的n型半导体层露出
然后，使用包含一边为5μm的正三角形的如图16所示的正三角形开口以每单位面积最紧密填充的图形化的光掩模，在大致整个p型半导体层表面形成包含镍/金的透光性的p电极。
并在透光性的p电极上，在与n型半导体层的露出面相对的位置上形成包含金的p焊盘电极，在n型半导体层的露出面上形成包含钛/铝的n电极及包含铂/金的n焊盘电极。
最后将晶片芯片化成四方形，获得半导体发光元件。将其安装在具备反射镜的引导框架内，制造炮弹型的LED。
由此获得的LED因p电极周缘近旁照射比其它部分强的性质，因此发光输出比第一实施例更高。
(第三实施例)
基板是使用将A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。
基板的加工及自n型半导体层至p型半导体层的叠层与第一实施例相同。
然后，为形成n电极，是自掺杂镁的GaN蚀刻至p型半导体层与活性层及n型半导体层的一部分，使掺杂硅的GaN层露出。
然后，形成一边为7.7μm的正方形，以6.3μm的间隔排列，包含开口率为30％的开口，并在大致整个p型半导体层表面形成包含Rh的p电极。
并在p电极上，在与n型半导体层的露出面相对的位置上形成包含铂/金的p焊盘电极，在n型半导体层的露出面上形成包含钨/铝/钨的n电极及包含铂/金的n焊盘电极。
最后将晶片进行芯片化，获得半导体发光元件。将其安装在具备反射镜的引导框架内，制造炮弹型的LED。
由此获得的半导体发光元件利用p电极周缘近旁照射比其它部分强的性质，并在电极上使用对发光波长高反射的材料以减少电极吸收光的成分，因此发光输出比第一实施例及第二实施例更高。炮弹型LED的发光输出为13.2mW。
(第四实施例)
在第三实施例的发光元件中，将p电极形成图14C所示的带状。通过采用此种带状电极构造，自p侧焊盘电极供给至半导体层的电流在面内均匀化，发光效率提高。
p电极的带间隙，由在是形成有半导体层露出的开口部，因此可使开口部增加，因而光取得效率提高。此时，最好在设对应在半导体层露出的多个带间隙的开口部5的总面积Sa与半导体层102未露出的电极部分的面积Sb的合计值为S，开口部的内周总长度为L时，使L/S≥0.024μm/μm2成立。
(第五实施例)
基板是使用将A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。
基板的加工及自n型半导体层至p型半导体层的叠层与第一实施例相司。
然后，在p型半导体层的表面的内部，尤其在中心部蚀刻至掺杂硅的GaN层露出。此时的通过蚀刻而露出的面如图17所示，是形成向构成半导体发光元件外形的三个顶点一部分延伸。
然后，使用包含一边为5μm的正三角形，且正三角形以每单位面积最紧密填充的图形化的光掩模，在大致整个p型半导体层表面形成正三角形的包含Rh的p电极104。
并在p电极104上形成包含铂/金的兼p焊盘电极的p扩散电极106。该兼p焊盘电极的p扩散电极106如图17所示，是沿着正三角形的半导体发光元件外形的形状，在前者半导体层的内部延伸设置焊盘电极。通过设置该电极，电流容易均匀地流入整个半导体层内，因此具有扩散电极的功能。
此外，在n型半导体层的露出面上形成包含钨/铝/钨的n电极及包含铂/金的n焊盘电极103。
最后将晶片芯片化成正三角形，以获得半导体发光元件。自上面观察该发光元件时如图17所示。
由此获得的发光元件利用p电极周缘近旁照射比其它部分强的性质，并在电极上使用对发光波长高反射的材料以减少电极吸收光的成分，且因多重量子井构造的发光区域是设在半导体发光元件外侧的整个侧面，因此发光输出提高。
(第六实施例)
在第五实施例中所获得的半导体发光元件的上面及侧面形成含有钇·铝氧化物系荧光物质为基础的Y3Al5O12Y：Ce(YAG：Ce)的透光性树脂作为荧光体。
由此所获得的半导体发光元件发出发光输出高的白色光。
(第七实施例)
本实施例就各种凹凸平面形状，同时确认芯片与灯的凹凸形成效果。首先，基板是使用将A面(11-20)上有定向平面的C面(0001)作为主面的蓝宝石基板。
然后，就蓝宝石基板进行(i)～(iv)的四种加工。在蓝宝石基板的表面与第一实施例同样地形成凹凸。
(i)在蓝宝石基板表面，如图11B所示，形成正三角形的凸部。正三角形的凸部，以其一边与蓝宝石基板的定向平面直交的方式配置，并以顶点的方向左右交互的方式排列。正三角形的凸部的一边为5μm，各凸部的间隔为2μm。
(ii)在蓝宝石基板的表面，如图11L所示，形成菱形的凸部。菱形的凸部的一边为4μm，各凸部的间隔为2μm。
(iii)在蓝宝石基板的表面，如图11M所示，形成六角形的凸部，六角形的凸部的一边为3μm，各相邻凸部的间隔为2μm。
(iv)在蓝宝石基板的表面不形成凹凸。
然后，在四种蓝宝石基板10上，叠层100的AlxGa1-xN(0≤x≤1)的低温生长缓冲层，作为n型半导体层、叠层3μm的未掺杂的GaN、叠层4μm的掺杂硅的GaN、及叠层3000的未掺杂的GaN，继续，构成发光区域的多重量子井的活性层，是以各个膜厚(60，250)形成(井层、障壁层)＝(未掺杂的氮化铟镓，掺杂硅的GaN)，交互叠层形成六层井层与七层障壁层。此时，最后叠层的障壁层亦可为未掺杂的GaN。另外，通过使形成在低温生长缓冲层上的第一层以未掺杂的GaN形成，可更均匀地掩埋凹部20，可使形成在其上的半导体层的结晶性良好。
叠层多重量子井的活性层后，p型半导体层是叠层200的掺杂镁的AlGaN、及叠层200的掺杂镁的GaN。
然后，为形成n电极，是自掺杂镁的GaN蚀刻至p型半导体层与活性层及n型半导体层的一部分，使掺杂硅的GaN层露出。
然后，在p型半导体层的整个表面，以60/70的膜厚形成包含镍/金的透光性的p电极。并在透光性的p电极上，在与n型半导体层的露出面相对的位置上形成包含金的p焊盘电极，在n型半导体层的露出面上形成包含钨/铝/钨的n电极及包含铂/金的n焊盘电极。
在晶片状态下，使用探针，在p焊盘电极与n焊盘电极的间流入电流，测量发光输出，结果如表1所示。表1表示在无凹凸时的发光输出取为1的发光输出的强度比。
表1
  凸部的平面形状   发光输出比
  (i)三角形   1.48
  (ii)菱形   1.43
  (iii)六角形   1.48
  (iv)无凹凸   1
如表1所示，不论凸部的形状为何，与使用平坦的蓝宝石基板时比较，均可获得43％以上的高发光输出。因而，在不使用反射镜的芯片状态下，评估正面照度时，显著出现因形成凹凸的发光输出的增加效果。
然后，将晶片芯片化成四方形，获得350μm尺寸的半导体芯片，将其安装在具备反射镜的引导框架内，制造炮弹型的LED。
评估制成的LED的Vf与20mA时的发光输出，结果如表2。此时LED的发光波长为460nm。
表2
  凸部的平面形状     Vf(V)     发光输出(mW)     输出比
  (i)三角形     3.54     10.08     1.14
  (ii)菱形     3.55     10.01     1.13
  (iii)六角形     3.51     10.30     1.16
  (iv)无凹凸     3.48     8.85     1
如表2所示，不论凸部的形状为何，与使用平坦的蓝宝石基板时比较，均可获得13％以上的高发光输出。尤其是，本实施例的凸部形状为六角形时，可获得最高的发光输出。
(第八实施例)
除将p电极自镍/金电极改成Rh开口电极的外，与第七实施例相同。Rh电极的开口形状为一边长7.7μm的正方形，以6.3μm的间隔排列，开口率为30％。
在晶片状态下，使用探针，在p焊盘电极与n焊盘电极的间流入电流，测量发光输出，结果如表3。表3中无凹凸时的发光输出为1，并显示发光输出的强度比。
表3
  凸部的平面形状   发光输出比
  (i)三角形   1.54
  (ii)菱形   1.56
  (iii)六角形   1.65
  (iv)无凹凸   1
如表3所示，不论凸部的形状为何，与使用平坦的蓝宝石基板时比较，均可获得54％以上的高发光输出。
制造炮弹型的LED，评估Vf与20mA时的发光输出，结果如表4。此时LED的发光波长为460nm。
表4
   凸部的平面形状     Vf(V)     发光输出(mW)     输出比
   (i)三角形     3.87     12.74     1.17
   (ii)菱形     3.96     12.95     1.19
   (iii)六角形     4.08     13.06     1.20
    (iv)无凹凸     3.97     10.85     1
如表4所示，不论凸部的形状为何，与使用平坦的蓝宝石基板时比较，均可获得17％以上的高发光输出。尤其是，本实施例的凸部形状为六角形时，可获得最高的发光输出。
比较第七实施例与第八实施例可知，通过将p电极形成开口电极，因开口电极与凹凸基板的相乘积作用，凹凸形成效果更加显著出现。
本发明是参照附图详细说明相关的适切实施例，对该技术熟练者而言，当然可以作各种变形及修正。此种变形及修正只要在附加的申请专利范围述及的本发明的范围内，视同包含在其中。

Claims (27)

1.一种半导体发光元件，在基板表面上迭层构造地形成与基板的材质不同的至少两层半导体层和发光区域，将在发光区域产生的光从所述上侧半导体层或下侧基板取出，其特征在于：
在所述基板的表面部分上形成使所述发光区域产生的光散射或绕射的至少一个凹部和/或凸部，该至少一个凹部和/或凸部形成使所述半导体层不产生结晶缺陷的形状。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部构成，将与所述半导体层的生长稳定面大致平行的面交叉的直线作为构成边的形状。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部构成，在与所述半导体层的生长稳定面大致平行的面上具有顶点，且将与所述半导体层的生长稳定面大致平行的面交叉的直线作为构成边的多角形。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中假设将所述半导体层的生长稳定面作为构成边的正多角形，在将与该多角形的中心与顶点的连结线直交的直线作为构成边的多角形上形成凹部或凸部。
5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部形成重复其形状的图形。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述半导体层是III-V族系半导体。
7.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述半导体层是GaN系半导体。
8.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中所述基板的半导体层的生长稳定面是六方晶结晶的M面{1-100}。
9.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述基板是蓝宝石基板、碳化硅基板或尖晶石基板。
10.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述基板是C面(0001)蓝宝石基板。
11.根据权利要求10所述的半导体发光元件，其中所述半导体层的生长稳定面是平行于所述基板的A面{11-20}的面。
12.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部的多角形是三角形、平行四边形或六角形。
13.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部的多角形是正三角形、菱形或正六角形。
14.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述凹部的深度或凸部的阶差在50以上，为生长在基板上的半导体层厚度以下的尺寸。
15.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中所述半导体中的发光波长为λ时，所述凹部和/或凸部的构成边至少为λ/4以上的大小。
16.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中所述半导体中的发光波长为λ，所述半导体的折射率为n时，所述凹部和/或凸部的构成边至少为λ/4n以上的大小。
17.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部的构成边是100μm以下的大小。
18.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其中所述凹部和/或凸部的构成边是20μm以下的大小。
19.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中所述半导体层的表面形成凹状和/或凸状。
20.一种半导体发光元件，在基板上叠层与基板材质不同的多个半导体层、与形成在所述半导体层的最上层的欧姆电极，将在所述半导体层产生的光从述欧姆电极侧或基板侧取出，其特征在于：
在所述基板的表面部分上形成使所述半导体层上产生的光散射或绕射的至少一个凹部和/或凸部，
所述凹部的剖面形状为反台形，所述凸部的剖面形状为台形。
21.根据权利要求20所述的半导体发光元件，其中所述欧姆电极大致覆盖整个所述半导体层的最上层。
22.根据权利要求21所述的半导体发光元件，其中所述凹部或凸部侧面的锥度大于90°，小于160°。
23.一种半导体发光元件，在基板上叠层与基板材质不同的多个半导体层、与大致覆盖整个所述半导体层的最上层的欧姆电极，将在所述半导体层产生的光，从所述欧姆电极侧取出，其特征在于：
在所述基板的表面部分上形成使所述半导体层产生的光散射或绕射的至少一个凹部和/或凸部，
在所述欧姆电极上至少形成一个开口。
24.根据权利要求23所述的半导体发光元件，其中所述开口的内侧至少形成一个以上的所述凹部或凸部的阶差部。
25.根据权利要求23所述的半导体发光元件，其中所述开口的合计周长为L，含开口内侧的欧姆电极的占用面积为S时，为L/S≥0.024μm/μm2。
26.根据权利要求23所述的半导体发光元件，其中所述欧姆电极是含自镍、铅、钴、铁、钛、铜、铑、金、钌、钨、锆、钼、钽、铂、银这些等的氧化物、氮化物所构成的群中所选出的至少一种合金或多层膜。
27.根据权利要求23所述的半导体发光元件，其中所述欧姆电极是含由铑、铱、银、铝所构成的群中所选出的一种的合金或多层膜。
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