半导体发光元件制造技术

提高半导体发光元件的光取出效率。半导体发光元件（１０）在蓝宝石衬底（１２）上层叠有缓冲层（１４）、ｎ型ＧａＮ层（１６）、ＩｎＧａＮ发光层（１８）、ｐ型ＧａＮ层（３２）。在ｐ型ＧａＮ层（３２）上，设置作为透明电极发挥作用的ＺｎＯ层２４，在ＺｎＯ层（２４）的表面，以二维的周期性间隔形成凹部。在将来自Ｉｎ－ＧａＮ发光层（１８）的光在空气中的波长记为λ，将该波长λ时的ＺｎＯ层的折射率记为ｎ↓［ｚλ］，将ＺｎＯ层和与其相接的介质的界面的全反射角记为θ↓［ｚ］时，进行设定使得相邻的凹部的周期间隔Ｌ↓［ｚ］在λ／ｎ↓［ｚλ］≤Ｌ↓［ｚ］≤λ／（ｎ↓［ｚλ］×（１－ｓｉｎθ↓［ｚ］））范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体发光元件，特别涉及GaN系半导体发光元件。
技术介绍
近年，作为蓝色的半导体发光元件，已知有使用了 GaN系半导体的 半导体发光元件。组合了蓝色的半导体发光元件和黄色的发光体的白色 LIZD作为移动电话等的LED背光源来使用的需求正在增大。此外，由于 白色LED具有功耗低、寿命长的特点，因此可以期待今后被作为替代荧 光灯、白炽灯等的光源来使用。以往的GaN系半导体发光元件是在蓝宝石衬底上依次结晶生长了 GaN緩冲层、n型GaN层、发光层、p型GaN层的结构。然而，在以往 的这种结构中，存在如下问题由于p型GaN层的折射率与跟p型GaN 层相接的空气、树脂的折射率的差较大，导致在p型GaN层和与p型GaN 层相接的空气、树脂的界面的全反射角变小，所以在发光层产生的光的大 部分被与p型GaN层相接的空气、树脂的界面全反射，光取出效率较低。例如，在半导体发光元件在空气中发光时，GaN的折射率在光的波长 为450nm时为约2.5,所以p型GaN层与空气的界面的全反射角较小，约 为24°。从发光层发出的、以大于该全反射角的角度入射到p型GaN层与 空气的界面的光，被p型GaN层与空气的界面全反射，因而无法从半导 体发光元件取出。对于这个问题，提出有以发光波长程度的间隔在p型GaN层上周期 性地形成凹凸的方法(例如专利文献1)。在这种结构中，通过周期性地 形成的凹凸所引起的衍射效应来改变从发光层发出的光的前进方向，光被 衍射为不形成全反射的角度，所以半导体发光元件的光取出效率提高了 。在p型GaN层上形成这种周期性地形成的凹凸时，首先在已结晶生 长的p型GaN层上形成抗蚀剂(resist),利用干涉曝光法等形成抗蚀图 形(resist pattern )。之后，利用RIE法等干蚀刻除去没有浮皮抗蚀图形所覆盖的部分，从而在p型GaN层上形成凹凸。 专利文献1 :特开2005-5679号公报
技术实现思路
〔专利技术所要解决的课题〕但是，在利用干蚀刻对p型GaN层进行了蚀刻的情况下，由于等离 子损伤(plasma damage),在被蚀刻后的p型GaN层的表面会产生氮空 穴。由于该氮空穴作为施主(donor)发挥作用，所以会导致在被蚀刻后的 p型GaN层的表面产生被n型化的部分。若在p型GaN层的表面的一部 分存在被n型化的部分，则该部分由于存在n/p结而从n侧被+偏置， 所以成为逆偏置状态，结果，导致半导体发光元件的正向电压上升。而且， 被n型化的部分不仅被注入发光层的电流减少，并且p型GaN层的电阻因此，需要利用湿蚀刻等方法来除去p型GaN层的被n型化了的部 分，而GaN的湿蚀刻不容易进行，也难以完全除去，而且还增加制造工 艺，由此导致制造成本增加。本专利技术是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种提高了光取出 效率的半导体发光元件。〔用于解决课题的手段〕为了解决上述课题，本专利技术的一种方案的半导体发光元件，是在衬底 上层叠了 n型GaN层、发光层、p型GaN层的半导体发光元件，在p型 GaN层上，设置MgxZn, —xO层(0^x^0.5 )，在MgxZni —xO层(0^^0.5 ) 的表面，以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。根据该方案，在MgxZn卜xO层(0￡x$0.5)的表面以二维的周期性间隔 形成有凹部或者凸部，所以来自发光层的光^皮衍射。书f射光中以小于MgxZn \0层(03^).5)和与其相接的介质的界面的全反射角的角度入射到界面的衍 射光不被全反射，被取出到半导体发光元件的外部。由于不是在p型GaN层， 而是在MgxZni-xO层(0$x￡0.5)形成有凹部或者凸部，所以干蚀刻时的 等离子不会直接溅到p型GaN层，不会引起损伤所造成的p型GaN层表 面的n型化，因此，不会使正向电压上升，能够提高光取出效率。而且， 由于不再需要以往所必需的干蚀刻后的湿蚀刻工艺，因此，能够削减制造成本。形成于MgxZni-xO层(05x^0.5 )的凹部或者凸部也可以^^配置成正方晶 格状或者三角晶格状。在配置成正方晶格状时，能够以二维的周期性间隔形成 凹部或者凸部。在配置成三角晶格状时，可以^:高以二维的周期性间隔形成的 凹部或者凸部的密度，能良好地提高光取出效率。本专利技术的另一方案也是半导体发光元件。该半导体发光元件是层叠了 p型 GaN层、发光层、n型GaN层的半导体发光元件，在n型GaN层的表面， 以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。根据该方案，在n型GaN层的表面以二维的周期性间隔形成有凹部或者 凸部，所以来自发光层的光被衍射。衍射光中以小于n型GaN层和与其相接的 介质的界面的全反射角的角度入射到界面的衍射光不被全反射，被取出到半导 体发光元件的外部。虽然由于对n型GaN层进行干蚀刻也会产生氮空穴，导 致n型GaN层16的表面n型化，但由于n型GaN层原本就是n型，所以 不会成为被施加逆偏置的状态，正向电压不会上升，能提高光取出效率。 在这种情况下，也不再需要以往所必需的干蚀刻后的湿蚀刻工艺，因此， 能够削减制造成本。形成于n型GaN层的凹部或者凸部，也可以被配置成正方晶格状或者三 角晶格状。在配置成正方晶格状时，能够以二维的周期性间隔形成凹部或者凸 部。在配置成三角晶格状时，可以提高以二维的周期性间隔形成的凹部或者凸 部的密度，能很好地提高光取出效率。本专利技术的另 一方案也是半导体发光元件。该半导体发'光元件在衬底上层叠 了 n型GaN层、发光层、p型GaN层，衬底是SiC衬底，在SiC衬底的表 面，以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。根据该方案，在SiC衬底的表面，以二维的周期性间隔形成有凹部或者凸 部，所以从发光层向SiC衬底方向射出的光被衍射。由此能够提高光取出效率。 即使对SiC衬底进行干蚀刻，也不会出现由于等离子损伤而导致正向电压 上升的问题，所以易于加工。形成于SiC衬底的凹部或者凸部，也可以被配置成正方晶格状或者三角晶 格状。在配置成正方晶格状时，能够以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。 在配置成三角晶格状时，可以提高以二维的周期性间隔形成的凹部或者凸部的 密度，能很好地提高光取出效率。也可以在p型GaN层上设置MgxZn,-xO层(05x^0.5)，在MgxZnxO 层(0SxS0.5 )的表面，以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。在这种情况下， 在MgxZni -xO层(0^x^0.5 )的表面以二维的周期性间隔形成有凹部或者凸部， 所以从发光层向MgxZni—xO层(0^x^0.5)方向射出的光被衍射。衍射光中以 小于MgxZn卜xO层(0^x^0.5)和与其相接的介质的界面的全反射角的角度， 入射到MgxZni-xO层(0$xS0.5)和与其相接的介质的界面的衍射光能够不被 全反射地耳又出到半导体发光元件的外部。形成于MgxZnxO层(0^x^0.5 )的凹部或者凸部，也可以^^配置成正方 晶格状或者三角晶格状。在配置成正方晶格状时，能够以二维的周期性间隔形 成凹部或者凸部。在配置成三角晶格状时，可以提高以二维的周期性间隔形成 的凹部或者凸部的密度，能很好地提高光取出效率。 〔专利技术效果〕通过本专利技术的半导体发光元件，能够-提高光耳又出效率。 附图说明图l是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在衬底上层叠了ｎ型ＧａＮ层、发光层、ｐ型ＧａＮ层的半导体发光元件，其特征在于：在上述ｐ型ＧａＮ层上设置Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ层（０≤ｘ≤０．５），在上述Ｍｇ↓［ｘ］Ｚｎ↓［１－ｘ］Ｏ层（０≤ｘ≤０．５）的表面，以 二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-6-9 169056/20051.一种在衬底上层叠了n型GaN层、发光层、p型GaN层的半导体发光元件，其特征在于在上述p型GaN层上设置MgxZn1-xO层(0≤x≤0.5)，在上述MgxZn1-xO层(0≤x≤0.5)的表面，以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。2. 根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为人，将该波长人时的上述Mg、Zn, —xO层(0^^0.5 )的折射率记为nz,、，将上述MgxZni —xO层(0^^0.5 ) 和与其相接的介质的界面的全反射角记为0z时，相邻的凹部的周期间隔或者相<formula>formula see original document page 2</formula>范围内。3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为X，将该波长X时的上述 MgxZni-xO层(0￡x$0.5 )的折射率记为nA，将来自上述发光层的光在空气 中的半幅值记为AL将波长X-AX时的上述MgxZni—xO层(0^x^0.5)的 折射率记为nzun),将波长X + AX时的上述MgxZn卜xO层()的折射 率记为nzU+M>,将上述MgxZni—xO层(0Sx^).5 )和与其相接的介质的界面<formula>formula see original document page 2</formula>范围内。4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为L将该波长X时的上述 MgxZn^O层(0^x^0.5)的折射率记为nz、，将来自上述发光层的光在空气 中的半幅值记为A入，将波长X - AX时的上述MgxZni—xO层(0^x^0.5 )的 折射率记为nz(m)，将波长X + AX时的上述MgxZn,-xO层(0$x^).5 )的折射 率记为nzQi)，将上述MgxZn,-xO层(0Sx^).5 )和与其相接的介质的界面 的全反射角记为9z时，相邻的凹部的周期间隔或者相邻的凸部的周期间隔Lz在<formula>formula see original document page 3</formula>范围内。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于 上述形成于MgxZnj-xO层(0Sx￡0.5)的凹部或者凸部，被配置成正方晶格状或者三角晶格状。6. —种层叠了 p型GaN层、发光层、n型GaN层的半导体发光元件， 其特征在于在上述n型GaN层的表面，以二维的周期性间隔形成凹部或者凸部。7. 根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为X，将该波长X时的上述n型GaN层的折射率记为1^，将上述n型GaN层和与其相接的介质的界面<formula>formula see original document page 3</formula>范围内。8.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为X，将该波长X时的上述 n型GaN层的折射率记为n^，将来自上述发光层的光在空气中的半幅值记 为AX，将波长X-时的上述n型GaN层的折射率记为ngu-A;J，将波长X + /U时的上述n型GaN层的折射率记为nga+A J ，将上述n型GaN层和与 其相接的介质的界面的全反射角记为0g时，相邻的凹部的周期间隔或者相邻的 凸部的周期间隔Lg在<formula>formula see original document page 3</formula>范围内。9.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其特征在于 在将来自上述发光层的光在空气中的波长记为X，将该波长入时的上述 n型GaN层的折射率记为iv,将来自上述发光层的光在空气中的半幅值记 为AX，将波长X-AX时的上述n型GaN层的折射率记为ngu-^),将波长X + 时的上述n型GaN层的折射率记为ng a+Aw ,将上述n型GaN层和与 其相接的介质的界面的全反射角记为0g时，相邻的凹部的周期间隔或者相邻的 凸部的周期间隔Lg在<formula>formula see original document page 4</formula>范围内。10. 根据权利要求6至9中任一项所述的半导体发光元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：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]