半导体发光元件及其制法制造技术

本发明专利技术提供一种氮化物半导体发光元件及其制法，该氮化物半导体发光元件的结构能够有效地取出在半导体叠层部与基板内反复进行全反射而衰减的光线，提高外部量子效率。在例如由蓝宝石等构成的基板（１）的表面上，设有包括由氮化物半导体构成的第一导电型层和第二导电型层的半导体叠层部（６），与该半导体叠层部（６）的表面侧的第一导电型层（例如ｐ型层５）电连接地设有第一电极（例如ｐ侧电极８），与第二导电型层（例如ｎ型层３）电连接地形成有第二电极（例如ｎ侧电极９）。然后，通过蚀刻除去半导体叠层部（６）的一部分，使得在半导体叠层部（６）的至少芯片周围，半导体叠层部以柱状林立的柱状部（６ａ）残留，柱状部（６ａ）周围的ｎ型层（３）露出。

【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)光的半导体发光元件及其制法。进一步具体而言，涉及使 用具有下述结构的氮化物半导体的半导体发光元件及其制法，该氮化物半导体在使至少在芯片周围叠层的半导体叠层部下层的导iU刑S露出的区域内，通过使叠层的半导体叠层部以林立状残留，在露出的下 层半导体层上形成凹凸，使得容易将从基板侧反射的光线取出到外部。
技术介绍
一直以来，发出蓝色系光的半导体发光元件通过下述方法形成，例如图7所示，在蓝宝石基板31上形成有半导体叠层部36，该半导体 叠层部36叠层有由GaN等构成的低温缓冲层32、由GaN等构成的n 型层33、由带隙能小于n型层33的决定发光波长的材料例如InGaN 系(意味着In和Ga的比例可以进行各种变化，下同)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。在其表面 上隔着透光性导电层37设置有p侧(上部)电极38，在叠层的半导体 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(下 部)电极39。并且，为了提高n型层33和p型层35的封闭载流子的 效果，在活性层侧使用AlGaN系(意味着Al和Ga的比例可进行各种 变化，下同)化合物等带隙能更大的半导体层。为了形成该n侧电极39，对半导体叠层部36的一部分进行蚀刻， 使作为下层半导体层的n型层33露出，此时如图7所示，芯片周围的 宽度A也同时被蚀刻。对该芯片的周围进行蚀刻是因为，氮化物半导 体坚硬，难以进行切割或划线，通过干式蚀刻分离发光层形成部，使 得在发光层形成部上不会产生裂纹。因此，如果考虑在对基板进行划 线时的位置偏差等的公差，相对于芯片的尺寸B为400pm左右的四边 形，芯片周围的宽度A为25 40nm左右。另一方面，氮化物半导体也和其他的化合物半导体等同样，折光 率在2.5左右，远大于空气的折光率l。因此，在氮化物半导体层的发 光层中发出的光，在从半导体叠层部向空气中射出时，容易发生全反 射，不能从半导体叠层部向外射出，在半导体叠层部内反复进行反射 而衰减的光线多，光的取出效率为10%的数量级，显著降低。为了解决该问题，在GaP系或AlGalnP系、AlGaAs系等化合物半导体中，例 如图8所示，在芯片的周围形成凹凸，力图使光线容易从半导体叠层 部向外部射出(例如参照专利文献l)。 g卩，在图8中，在n型GaP基 板41上，n型GaP层42和p型GaP层43外延生长，形成半导体叠层 部44，在其表面上形成有例如由3层结构构成的p侧电极46，在GaP 基板41的背面形成有n侧电极47，在进行切割形成芯片以后，例如通 过利用盐酸的蚀刻，进行在LED芯片的表面形成凹凸44a的粗糙化处 理。专利文献1:日本特开2000-299494
技术实现思路
如上所述，在以形成发光层的方式叠层半导体层的半导体叠层部 中发出的光，可以通过从半导体叠层部向外部射出而得到利用，但由 于半导体的折射率远大于空气的折射率，发生全反射的概率非常高， 不容易取出到外部，无法提高外部量子效率。另一方面，通过在LED 芯片的外周面上形成凹凸，通过表面的凹凸使得不进行全反射而容易 取出到外部，而氮化物半导体是化学性能非常稳定的材料，不能通过 湿式蚀刻使表面粗糙化。并且，由于氮化物半导体发光元件，不容易 提高氮化物半导体层特别是p型氮化物半导体层的载流子浓度，如上 述的图7所示，在半导体叠层部36的表面上设置有透光性导电层37， 由于该透光性导电层37由薄的Au或Au-Ni合金等形成，可以进行湿 式蚀刻，但由于该透光性导电层37本来是为了使电流扩散而设置的， 所以当进行蚀刻时会使电流扩散的功能下降，当希望进行很深的蚀刻 时，光就会难以透过，结果产生外部量子效率降低的问题。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供一种氮化物半导体发光元 件及其制法，该氮化物半导体发光元件的结构能够使在半导体叠层部与基板内反复进行全反射造成的衰减不再发生，能够有效地取出光， 提高外部量子效率。本专利技术的另一个目的在于提供一种氮化物半导体发光元件及其制 法，该氮化物半导体发光元件的结构能够使从芯片中心部的半导体叠 层部(台面结构部)射出的侧面方向的光线不会发生衰减和吸收，能 够有效地取出光，并且能够提高外部量子效率。本专利技术的半导体发光元件包括基板；半导体叠层部，其由氮化 物半导体构成，包括第一导电型层和第二导电型层，设置在上述基板 上；第一电极，其与该半导体叠层部表面侧的上述第一导电型层电连 接地设置；和第二电极，其与上述第二导电型层电连接地设置。对上 述半导体叠层部的一部分进行蚀刻，使得至少在芯片的周围，上述第 二导电型层露出，由此形成上述半导体叠层部的台面结构部，并在该 台面结构部的周围形成上述半导体叠层部以柱状林立残留的柱状部。 优选该柱状部形成为0.5 5pm的高度，并且能够形成为相邻列错开半 个间距配置的结构等。在此所谓氮化物半导体指由IIIA族元素Ga和VA族元素N的化 合物或者IIIA族元素Ga的一部分或全部被Al、 In等其他IIIA族元素 置换的化合物和/或VA族元素N的一部分被P、 As等其他的VA族元 素置换得到的化合物(氮化物)形成的半导体。上述台面结构部的侧壁与上述柱状部的间隔至少设在0.5Hm以上， 由此难以遮挡在台面结构中发出的光的放射，因而优选。并且，上述 半导体叠层部在上述第一导电型层和第二导电型层之间具有活性层， 通过对上述柱状部的顶部进行蚀刻，使上述柱状部的高度低于上述活 性层的位置，更加难以遮挡在台面结构的活性层中发出的光的放射， 因而优选。上述基板由绝缘性基板构成，通过蚀刻除去上述半导体叠层部的 一部分，使上述第二导电型层露出，在该露出的第二导电型层的表面 上设置有上述第二电极，在该第二电极的周围以林立状形成有上述柱 状的半导体叠层部；在上述基板为半导体基板的情况下，可以使柱状 的半导体叠层部只在芯片的周围林立残留，在该半导体基板的背面形 成上述第二电极。本专利技术的半导体发光元件的制法为，在晶片状的基板表面叠层氮 化物半导体层，以形成发光层，从而形成半导体叠层部，通过分割形 成有该半导体叠层部的晶片状基板进行芯片化，形成发光元件芯片， 以柱状半导体叠层部构成的柱状部林立残留的方式形成掩模，对将上 述晶片状基板分割为芯片的部分的上述半导体叠层部进行蚀刻，直至 上述基板侧的导电型半导体层露出，由此在由半导体叠层部构成的台 面结构部的周围形成柱状部，然后在该柱状部的部分分割上述基板。以n型层、活性层和p型层的双异质结构形成上述半导体叠层部， 对上述柱状部的顶部进一步进行蚀刻，使得上述柱状部的高度低于上 述活性层的位置。专利技术效果在使用氮化物半导体的发光元件中，氮化物半导体为几乎不能利 用湿式蚀刻等进行蚀刻的非常硬的材料，所以无法利用包括变形蚀刻 的切割机进行元件分离。因此，采用干式蚀刻在进行元件分离部分的 半导体叠层部形成分离槽，对基板进行切割或划线，实现芯片化。在 本专利技术中，不完全以槽的形式形成分离槽部分，而是进行蚀刻使柱状 的半导体叠层部林立残留，所以如果在基板侧反射的光线射入该柱状 部分，在狭窄区域内入射角发生改变，光线容易射出到外部，能够提 高所谓的光线的取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其特征在于，包括：基板；半导体叠层部，其由氮化物半导体构成，包括第一导电型层和第二导电型层，设置在所述基板上；第一电极，其与该半导体叠层部表面侧的所述第一导电型层电连接地设置；和第二电极，其与所述第二导电型层电连接地设置，并且，对所述半导体叠层部的一部分进行蚀刻，使得至少在芯片的周围，所述第二导电型层露出，由此形成所述半导体叠层部的台面结构部，并在该台面结构部的周围形成所述半导体叠层部以柱状林立残留的柱状部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-2-8 031682/2005;JP 2005-12-20 366961/20051.一种半导体发光元件，其特征在于，包括基板；半导体叠层部，其由氮化物半导体构成，包括第一导电型层和第二导电型层，设置在所述基板上；第一电极，其与该半导体叠层部表面侧的所述第一导电型层电连接地设置；和第二电极，其与所述第二导电型层电连接地设置，并且，对所述半导体叠层部的一部分进行蚀刻，使得至少在芯片的周围，所述第二导电型层露出，由此形成所述半导体叠层部的台面结构部，并在该台面结构部的周围形成所述半导体叠层部以柱状林立残留的柱状部。2. 如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 所述柱状部的高度为0.5 5nm的高度。3. 如权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于所述柱状部为相邻列错开半个间距配置的结构。4. 如权利要求1 3中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于所述台面结构部的侧壁与所述柱状部的间隔至少设在0.5,以上。5. 如权利要求1 4中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于所述半导体叠层部在所述第一导电型层与第二导电型层之间具有 活性层，通过对所述柱状部...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井光彦，山口敦司，中原健，园部雅之，筒井毅，
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]