氮化物半导体发光元件制造技术

在氮化物半导体发光元件中，依次设置有具有凹凸形状的基板、基底层以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构。在凹凸形状所包含的凸部的上方且基底层的内部，设置有空洞部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体发光元件
本专利技术涉及氮化物半导体发光元件。
技术介绍
包含氮的III-V族化合物半导体(III族氮化物半导体)具有与具有红外区域至紫外区域的波长的光的能量相当的带隙能量。因此，III族氮化物半导体作为发出具有红外区域至紫外区域的波长的光的发光元件的材料或接受具有该区域的波长的光的受光元件的材料等是有用的。对于发光波长为420nm附近的蓝色LED(LightEmittingDiode，发光二极管)而言，优选的是在发光层中使用InGaN，在成为双异质结构的n型半导体层、p型半导体层、盖层或基底层等中使用GaN。对于具有紫外区域的发光波长的LED而言，优选的是在发光层中使用GaN或AlGaN(例如JP特开2007-151807号公报(专利文献1))。对于形成发光层等的基板，通常使用蓝宝石基板。为了减少晶体生长中的位错的传播，有时使用在表面具有凹凸形状的蓝宝石基板(PSS基板(PatterndSapphireSubstrate，图案化蓝宝石基板)(例如国际公开第2012/090818号(专利文献2))。在先技术文献专利文献专利文献1：JP特开2007-151807号公报专利文献2：国际公开第2012/090818号
技术实现思路
专利技术要解决的课题GaN具有与波长约364nm的光的能量相当的带隙能量。因此，若使用GaN来制造例如发光波长为365nm(紫外区域)的LED，则该LED所发出的光会被GaN层吸收，因而无法提供发光效率高的LED。因此，大多将AlGaN用于发光层以外的层。但是，对于AlGaN而言，三维生长模式是支配性的。因此，若在形成了凹凸形状的基板的面使AlGaN生长，则在凹凸形状的凸部之上有时AlGaN异常生长。在AlGaN异常生长了的部分之上，有时晶体质量不佳的膜的形成会传播开。此外，上表面难以形成平坦的AlGaN层。本专利技术鉴于上述情况而作，其目的在于提供一种光提取效率优异的氮化物半导体发光元件。用于解决课题的手段在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，依次设置有在上表面具有凹凸形状的基板、基底层以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构。在凹凸形状所包含的凸部的上方且基底层的内部，设置有空洞部分。优选为，在空洞部分与基板之间设置有基底层的一部分。在本专利技术的氮化物半导体发光元件中，也可以依次设置有基底层、以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构。基底层位于氮化物半导体层叠结构的上方，且在基底层的上表面具有凹凸部分。在基底层的内部设置有空洞部分。优选为，空洞部分设置于凹凸部分所包含的凹部的正下方。基底层优选由AlxGa1-xN(0≤x≤1)构成。基底层优选具有第1AlGaN基底层、以及在第1AlGaN基底层之上设置的第2AlGaN基底层。优选第2AlGaN基底层的Al组分比大于第1AlGaN基底层的Al组分比。空洞部分优选设置于第1AlGaN基底层的内部。基底层也可以具有AlGaN基底层、以及在AlGaN基底层之上设置的GaN基底层。空洞部分的长度优选在氮化物半导体层叠结构的水平方向上为发光波长的1/4倍以上且5倍以下，并优选在氮化物半导体层叠结构的厚度方向上为发光波长的1/4倍以上且5倍以下。凸部优选在基板的上表面呈点状地设置。凸部的高度优选为500nm以上且2μm以下。沿氮化物半导体层叠结构的厚度方向延伸的空洞部分的面优选相对于构成基板的材料的c轴方向而倾斜。本专利技术的氮化物半导体发光元件的制造方法具备：在基板的上表面形成凹凸形状的工序；在凹凸形状之上，形成由氮化物半导体构成的基底层的工序；以及在基底层之上，形成至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构的工序。形成基底层的工序具有在基底层的内部形成空洞部分的工序。优选还具备去除基板的工序。专利技术效果本专利技术所涉及的氮化物半导体发光元件的光提取效率优异。附图说明图1是本专利技术的一实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的剖面图。图2(a)～(d)是按工序顺序示出本专利技术的一实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的制造方法的一部分的剖面图。图3是氮化物半导体发光元件的剖面SEM(scanningelectronmicroscope(扫描型电子显微镜))照片。图4(a)是基底层的生长途中的剖面SEM照片，(b)是基板的上表面的SEM照片。图5是使用具有凹凸形状的基板而得到的层叠体的剖面SEM照片。图6是使用具有凹凸形状的基板而得到的层叠体的诺马斯基光学显微镜照片。图7是使用上表面平坦的基板而得到的层叠体的剖面SEM照片。图8是使用上表面平坦的基板而得到的层叠体的诺马斯基光学显微镜照片。图9是使用凸部的高度约500nm的蓝宝石基板而得到的层叠体的剖面SEM照片。图10是使用凸部的高度约600nm的蓝宝石基板而得到的层叠体的剖面SEM照片。图11是使用凸部的高度约600nm的蓝宝石基板而得到的层叠体的剖面STEM(scanningtransmissionelectronmicroscope，扫描透射电子显微镜)照片。图12是本专利技术的一实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的剖面图。图13是本专利技术的一实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的剖面图。具体实施方式以下，使用附图来说明本专利技术所涉及的氮化物半导体发光元件及其制造方法。另外，在本专利技术的附图中，同一参照符号表示同一部分或相当部分。此外，长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系为了附图的明了化和简化而进行适当变更，并不表示实际的尺寸关系。<第1实施方式>[氮化物半导体发光元件的结构]图1是本专利技术的第1实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件的剖面图。本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件具备：在上表面具有凹凸形状(包含凸部1a和凹部1b)的基板1；与基板1的上表面相接地设置的缓冲层3；与缓冲层3的上表面相接地设置并具有空洞部分7的基底层5；与基底层5的上表面相接地设置的n型氮化物半导体层9；与n型氮化物半导体层9的上表面相接地设置的发光层11；与发光层11的上表面相接地设置的p型氮化物半导体层13；以及与p型氮化物半导体层13的上表面相接地设置的透明电极15。由n型氮化物半导体层9、发光层11以及p型氮化物半导体层13构成氮化物半导体层叠结构。本实施方式所涉及的氮化物半导体发光元件具备：与n型氮化物半导体层9的露出面相接地设置的n侧电极17；以及与透明电极15的上表面相接地设置的p侧电极19。“上表面”是指位于图1的上侧的面，而并非是指位于重力方向上侧的面。<基板>基板1例如既可以是由蓝宝石、Si、SiC或尖晶石等构成的，也可以是由GaN等的III族氮化物半导体构成的。基板1优选由对于发光波长透明的蓝宝石构成。“发光波长”是指由发光层11发出的光的峰值波长。基板1在上表面(图1的上表面)具有设置于凹部1b与凹部1b彼此之间的凸部1a。凸部1a在基板1的上表面(形成了凹凸形状的基板1的面)，可以设置为条状，但优选设置为点状。若凸部1a在基板1的上表面设置为条状，则在凸部1a的长边方向上仅凸部1a存在，在凸部1a的宽度方向(相对于凸部1a的长边方向垂直的方向)上凸部1a和凹部1b交替地配置而已。但是，若凸部1a在基板1的上表面设置为点状，则在基板1的上表面相互正交的2个方向的每个方向上凸部1a和凹部1b都交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，依次设置有：在上表面具有凹凸形状的基板、基底层、以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构，在所述凹凸形状所包含的凸部的上方且所述基底层的内部，设置有空洞部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.21 JP 2013-171232;2014.04.09 JP 2014-080161.一种氮化物半导体发光元件，依次设置有：在上表面具有凹凸形状的基板、基底层、以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构，在所述凹凸形状所包含的凸部的上方且所述基底层的内部，设置有沿厚度方向延伸的空洞部分，所述空洞部分的侧面相对于构成所述基板的材料的c轴方向而倾斜，所述空洞部分的长度在所述氮化物半导体层叠结构的水平方向上为发光波长的1/4倍以上且5倍以下，所述空洞部分的长度在所述氮化物半导体层叠结构的厚度方向上为发光波长的1/4倍以上且5倍以下。2.一种氮化物半导体发光元件，依次设置有：在上表面具有凹凸形状的基板、基底层、以及至少具有发光层的氮化物半导体层叠结构，在所述凹凸形状所包含的凸部的上方且所述基底层的内部，设置有沿厚度方向延伸的空洞部分，所述凸部的外形为圆锥形状，或者所述凸部的剖面形状具有带圆形的前端或带圆形的斜面，所述空洞部分的长度在所述氮化物半导体层叠结构的水平方向上为发光波长的1/4倍以上且5倍以下，所述空洞部分的...

【专利技术属性】
技术研发人员：驹田聪，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP