半导体发光元件和其制法制造技术

本发明专利技术提供一种半导体发光元件和其制法，通过在设置在由氮化物半导体构成的发光元件的表面上的透光性导电层上形成凹凸，由发光层发出的光不会在半导体叠层部和基板内反复进行全反射而衰减，能够有效地取出光，提高外部量子效率。在基板（１）的一个面上，包括ｎ型层（３）和ｐ型层（５）的氮化物半导体层以形成发光层的方式进行叠层，从而形成半导体叠层部（６），在该半导体叠层部的表面侧设置有透光性导电层（７）。在该透光性导电层的表面上形成凹凸的图案：凹部（７ａ）。在透光性导电层上设置有ｐ侧电极（８），蚀刻半导体叠层部的一部分，设置有与露出的ｎ型层电连接的ｎ侧电极（９）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在基板上叠层有氮化物半导体的产生蓝色系(从紫外 线到黄色)的光的半导体发光元件和其制法。更详细地说，涉及能够 高效地将在发光层形成部发出的光向外部取出，能够提高外部量子效 率的结构的半导体发光元件和其制法。
技术介绍
现有技术中，例如图7所示，在蓝宝石基板31上叠层由GaN等 构成的低温缓冲层32;由GaN等构成的n型层33;由与n型层33相 比带隙能较小的发光波长的材料，例如InGaN类(表示In和Ga的比 率能够进行各种改变，以下相同)化合物半导体构成的活性层(发光 层)34;和由GaN等构成的p型层35，从而形成半导体叠层部36， 在该半导体叠层部36的表面上隔着透光性导电层37设置有p侧(上 部)电极38，叠层的半导体叠层部36的一部分被蚀刻而露出的n型层 33的表面上设置有n侧电极39，由此形成发出蓝色系的光的半导体发 光元件。而且，n型层33和p型层35为了提高载流子的封闭(閉C込 力)效果，在活性层侧能够使用AlGaN类(表示Al和Ga的比率能够 进行各种改变，以下相同)化合物等带隙能较大的半导体层。另一方面，氮化物半导体也与其他化合物半导体等同样，折射率 为2.5左右，比空气折射率l大得多。因此，由氮化物半导体层的发光 层发出的光在从半导体叠层部向空气中射出时容易引起全反射，而不 能从半导体叠层部向外射出，于是在半导体叠层部内反复进行全反射， 光衰减较多，光的取出效率成为10%的数量级，显著较低。因此，提 出例如对p型层的最表面进行干蚀刻，使其成为截面形状为半圆形的 半圆锥体形状，并形成凹凸，从而易于取出光的方法(例如参照专利 文献l)。专利文献l:日本特开2000-196152号公报。
技术实现思路
如上所述，为了在氮化物半导体发光元件中也与其他化合物半导 体发光元件同样地提高光的取出效率，在表面侧设置凹凸。但是，因 为氮化物半导体化学性能稳定，所以不能够由湿蚀刻在氮化物半导体层的表面设置凸凹。因此，如上所述，尝试RIE等干蚀刻的方法。但是，氮化物半导体的p型层的结晶性特别差，当通过干蚀刻等 蚀刻其表面时，不仅是其界面，p型层内部也由于干蚀刻的冲击而结晶 性进一步恶化，存在串联电阻增大，在界面上产生具有吸收光的能级 的缺陷，使发光特性下降，寿命縮短的问题本专利技术的目的是不产生上述问题，提供一种氮化物半导体发光元 件和其制法，通过在设置在由氮化物半导体构成的发光元件的表面上 的透光性导电层上形成凹凸，防止发光层发出的光在半导体叠层部和 基板内反复进行全反射而进一步衰减，是能够有效地取出光，提高外 部量子效率的结构。本专利技术的半导体发光元件包括基板；由氮化物半导体构成、以n 型层和p型层形成发光层的方式设置在上述基板的一个面上的半导体 叠层部；设置在该半导体叠层部的表面侧的透光性导电层；在该透光 性导电层上，与上述半导体叠层部的表面侧导电型层电连接设置的第 一电极；和与上述半导体叠层部的下层侧导电型层电连接设置的第二 电极，其特征在于在上述透光性导电层的表面上以残留该透光性导 电层的一部分的方式形成有多个凹部，由此在上述透光性导电层的表 面上形成有凹凸的图案。更具体而言，在上述透光性导电层上形成凹部，以在该透光性导 电层的凹部正下方残留透光性导电层，并且与未形成上述凹部的透光 性导电层的部分一同整体连接的方式形成多个上述凹部，由此在上述 透光性导电层的表面上形成凹凸的图案。这里的氮化物半导体是指由III族元素的Ga和V族元素的N的化 合物，或m族元素的Ga的一部分或全部与Al、 In等其他的III族元素 置换，和/或V族元素的N的一部分与P、 As等其他的V族元素置换所 得到的化合物(氮化物)构成的半导体。而且，所谓透光性意味着能够使80%以上的发光波长的光透过。优选的是以在上述凹部下残留的透光性导电层的厚度为0.05 H m 以上，且该凹部的深度为0.1-10 um的方式形成上述透光性导电层和 凹部，优选的是在上述凹凸的图案的凸部上，与凸部的图案一致地设置 有折射率小于上述透光性导电层的折射率的绝缘层，由此使得上述凹 凸的图案的台阶增大，提高光的取出效率。通过在设置有上述凹凸的图案的表面侧设置有钝化膜，并使该钝 化膜的膜厚形成为lum以下，能够利用钝化膜保护元件，并且不使凹 凸由于钝化膜而变得平坦，仍保持原样残留，从而能够维持高的光取 出效率。更正确地说，优选钝化膜的膜厚是在凹部上的钝化膜的表面 上残留开口部(凹部)的厚度。这是因为如果没有凹部，则光取出效 率降低。即，设凹部的宽度(在圆形的情况下为直径)为w时，通过 使膜厚为w/2以下，能够使得凹部内部不会被钝化膜完全掩埋，能够 在钝化膜的表面残留凹部。即使是在上述凹凸的图案的表面上的大致整个面上，隔着绝缘膜 设置有由Ag或Al构成的金属膜，并以上述基板侧成为光取出面的方 式进行安装的结构，也能够提高光的取出效率。本专利技术的一种半导体发光元件的制法，其特征在于(a) 在基板上以包括n型层和p型层形成发光层的方式生长半导 体叠层部；(b) 在上述半导体叠层部表面上形成透光性导电层；(c) 在该透光性导电层上形成绝缘膜；(d) 在该绝缘膜表面上形成抗蚀膜，形成凹凸部形成用的图案；(e) 以该抗蚀膜作为掩模，对上述绝缘膜进行图案形成；(f) 通过以该绝缘膜作为掩模对上述透光性导电层进行蚀刻，在 该透光性导电层上形成凹凸图案。根据本专利技术的半导体发光元件，在设置在氮化物半导体叠层部的 表面上的透光性导电层上形成凹凸图案。作为透光性导电层，例如使 用折射率与氮化物半导体层较为接近的ZnO、 ITO等，能够通过湿蚀 刻进行蚀刻，在通过干蚀刻进行蚀刻的情况下，也能够进行化学性蚀刻，并且因为以残留透光性导电层的方式进行蚀刻，所以能够进行蚀 刻，而不会像对氮化物半导体层直接进行干蚀刻那样带来冲击。因此， 能够非常简单地在表面上形成凹凸，由半导体叠层部发出的光或者在 半导体叠层部内反射的光进入折射率与氮化物半导体接近的透光性导 电层，利用其凹凸部改变入射角，能够容易向外部射出。结果，光的 取出效率提高，外部量子效率大幅提高。此外，通过在透光性导电层的凸部上设置绝缘膜，因为ZnO、 ITO 等必须通过溅射、真空蒸镀等形成，所以成膜需要耗费时间，形成厚 的膜的成本增加，如果为绝缘膜，则因为能够通过旋转涂敷等简单地 形成，所以能够在短时间内使膜厚增厚，容易形成突出得较高的凹凸。 而且，通过设置由具有比透光性导电层的折射率小的折射率的材料制 成的绝缘膜，即使例如从透光性导电层向绝缘膜行进时，伴随着折射 率减小而容易引起全反射，但因为反射光朝向凸部的侧壁，所以其入 射角改变，容易向外部射出。另一方面，因为绝缘膜和外部的折射率 差较小，所以进入该绝缘膜的光更容易向外部射出。结果，能够进一 步提高外部量子效率。附图说明图1为本专利技术的半导体发光元件的一实施方式的截面和立体的说 明图。图2为表示本专利技术的半导体发光元件的另一实施方式的截面说明图。图3为表示图2的半导体发光元件的制造工序的图。图4为在图2的结构中，对改变凸部的大小时的亮度的变化进行 仿真的结果的图。图5为在透光性导电层上形成有凹部的例子中，对相对该凹部的 深度的亮度的变化进行仿真的结果的图。图6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其包括：基板；由氮化物半导体构成、以ｎ型层和ｐ型层形成发光层的方式设置在所述基板的一个面上的半导体叠层部；设置在该半导体叠层部的表面侧的透光性导电层；在该透光性导电层上，与所述半导体叠层部的表面侧导电型层电连接设置的第一电极；和与所述半导体叠层部的下层侧导电型层电连接设置的第二电极，其特征在于：　在所述透光性导电层的表面上以残留该透光性导电层的一部分的方式形成有多个凹部，由此在所述透光性导电层的表面上形成有凹凸的图案。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-12-29 380682/20051.一种半导体发光元件，其包括基板；由氮化物半导体构成、以n型层和p型层形成发光层的方式设置在所述基板的一个面上的半导体叠层部；设置在该半导体叠层部的表面侧的透光性导电层；在该透光性导电层上，与所述半导体叠层部的表面侧导电型层电连接设置的第一电极；和与所述半导体叠层部的下层侧导电型层电连接设置的第二电极，其特征在于在所述透光性导电层的表面上以残留该透光性导电层的一部分的方式形成有多个凹部，由此在所述透光性导电层的表面上形成有凹凸的图案。2. 如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于-以在所述凹部下残留的透光性导电层的厚度为0.05 以上，且该凹部的深度为0.1 10um的方式形成有所述透光性导电层和凹部。3. 如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于 所述凹部的平面形状为圆形，该凹部的直径为3 10um，该凹部的间隔的最狭窄的部分为1 10m。4. 如权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于 在所述凹凸的图案的凸部上，与凸部的图案...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口敦司，中原健，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]