半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体发光元件，其包括：第一导电类型的半导体层；在所述第一导电类型的半导体层上的发光层；在所述发光层上的第二导电类型的半导体层；以及在所述第二导电类型的半导体层上的透光性半导体层。透光性半导体层透过来自发光层的光。所述第二导电类型的半导体层与所述透光性半导体层具有不同的载流子浓度，所述第二导电类型的半导体层的载流子浓度大于所述透光性半导体层的载流子浓度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，该半导体发光元件例如作为通信装置、道路、线路、向导显示板装置、广告显示装置、便携电话、显示器的背光源、照明器具等所使用的发光体。
技术介绍
近年来，作为半导体发光元件之一的半导体发光二极管(以下称为“LED”)的制造技术急速发展，特别是开发蓝色LED以来，由于光的三原色的LED已经齐全，所以通过三原色LED的组合，就能够发出所有波长的光。结果，LED的适用范围急速扩展，其中，就照明领域而言，与对环境、能量问题意识的提高相结合，作为变成电灯泡、荧光灯的自然光、白色光源正在得到关注。但是，与电灯泡或荧光灯相比，现有的LED相对于输入能量的光变换效率还比较差，对于任一种波长、旨在变换效率更高、亮度更高的LED的研究开发正在进行。就在不久前，高亮度化技术开发的中心还在于外延生长技术，而该技术成熟之后的近年来，工艺技术作为中心而正在被开发。通过工艺技术提高亮度，是外部量子效率(内部量子效率×外部取出效率)的提高，作为其具体技术，可以列举出元件的形状细微加工技术、反射膜、透明电极的形成技术等。其中，利用晶片键合的方法在红色、蓝色发光的LED中已经确立了几种方法，专利技术了高亮度类型的LED并且上市。晶片键合方法之一，是把透过发光层的射出光的基板，例如玻璃或蓝宝石或GaP等直接贴付在外延层上的方法。图1表示采用该方法的LED的示意剖面图。图1中，201是窗口层，202、204是外延层，203是发光层，205是透明基板，206、207是电极。图1的LED，从发光层203射出的光L，如箭头所示，不被透明基板205吸收，而是透过。特别是，把所述透明基板205直接贴付在外延层204上的方法，从发光层203射出的光不再通过发光层203，即从发光层203射出的光不被发光层203吸收，可以大致从LED的所有面把光向外部取出，可以开发出变换效率(取出效率)更高的LED。以往，作为在外延层上贴付透明基板的方法，日本专利第3230638号公报已有记载。该日本专利第3230638号公报是为了制作四元系的LED，在AlGaInP(铝·镓·铟·磷)系的半导体层上直接贴付GaP(镓·磷)透明基板。但是，在上述把透明基板直接贴付在外延层上的方法中，已知存在以下问题，即，如果基板的载流子浓度(基板浓度)变高，则在透明基板内因自由载流子引起光的吸收，不能充分取出所发射的光。
技术实现思路
为了解决该问题，本申请的申请人/受让人(夏普株式会社)于在先的中国申请第200610159385.1号中，提出以下方法，即，通过降低透明基板的载流子浓度，抑制掺杂原子向贴付界面的偏析，防止形成光吸收层从而使发光效率不降低，以及减少透明基板内因自由载流子引起的光吸收而使发光效率不降低。图2是使用该方法的LED的示意图，图2中，301、303是外延层，302是发光层，304是透明基板。如果采用上述方法，就可以抑制掺杂原子在透明基板304的贴付界面的偏析，防止透明基板304的贴付界面的光透过率降低。而且，如果采用上述方法，由于透明基板304的载流子浓度不变高，所以透明基板304内因自由载流子引起的光吸收就会减少，发光效率就不会降低。但是，如上述方法那样，由于透明基板304的载流子浓度受限，所以存在透明基板304的收获率(合格率)下降、制造成本上升的问题。因此，本专利技术的目的在于，提供一种能够提高发光效率、而且能够降低制造成本的。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面的半导体发光元件，其特征在于，包括 第一导电类型的半导体层；在所述第一导电类型的半导体层上形成的发光层；在所述发光层上形成的第二导电类型的半导体层；以及在所述第二导电类型的半导体层上形成的、透过来自所述发光层的光的透光性半导体层，所述第二导电类型的半导体层与所述透光性半导体层具有不同的载流子浓度，所述第二导电类型的半导体层的载流子浓度大于所述透光性半导体层的载流子浓度。本说明书中，第一导电类型是指p型或者n型。而且，在第一导电类型是p型时，第二导电类型指n型，在第一导电类型是n型时，第二导电类型指p型。图3是本专利技术的半导体发光元件的基本构成的示意图。但是，在此图示的透光性半导体基板405不是本专利技术半导体发光元件所必需的构成要素。如果用图3来说明本专利技术的半导体发光元件的作用和效果，由于所述第二导电类型的半导体层403的载流子浓度大于透光性半导体层404的载流子浓度，所以可以抑制载流子从透光性半导体层404向第二导电类型的半导体层403的扩散，由此能够抑制透光性半导体层404在发光层402一侧的掺杂原子的偏析，能够防止透光性半导体层404的透光率的降低。而且，即使假设用于形成所述透光性半导体层404的透光性半导体基板405的载流子浓度比较高，通过把存在于透光性半导体基板405与第二导电类型的半导体层403之间的透光性半导体层404的载流子浓度抑制为较低，也能够减少在透光性半导体层404内因自由载流子引起的光的吸收，并防止发光效率降低。因此，不必为了防止所述半导体发光元件的发光效率降低，来限定透光性半导体基板405的载流子浓度，因而不会使透光性半导体基板405的收获率下降，能够降低制造成本。在形成第一导电类型的半导体层401、发光层402、第二导电类型的半导体层403和透光性半导体层404之后，也可以去除所述透光性半导体基板405。即，本专利技术的半导体发光元件既可以具有透光性半导体基板405，也可以没有透光性半导体基板405。所述透光性半导体层既可以直接贴付在第二导电类型的半导体层上，也可以通过粘结剂、金属、氧化物、氮化物等，间接贴付在第二导电类型的半导体层上。在所述透光性半导体层通过粘结剂、金属、氧化物、氮化物等，间接贴付在第二导电类型的半导体层上的情况下，也能够抑制自由载流子引起的光吸收。不言而喻，所述粘结剂、金属、氧化物、氮化物等至少一部分能够透过来自发光层的光。而且，在所述透光性半导体层与第二导电类型的半导体层之间设置的层数，既可以是单层，也可以是多层。一实施方式的半导体发光元件，具有形成在所述透光性半导体层上、透过来自所述发光层的光的透光性半导体基板，所述透光性半导体层的载流子浓度在所述透光性半导体基板的载流子浓度之上。一实施方式的半导体发光元件，所述透光性半导体层的载流子浓度在2.5×1018cm-3以下。根据上述实施方式的半导体发光元件，能够将自由载流子的光吸收抑制到较低。一实施方式的半导体发光元件，所述透光性半导体层的载流子浓度在2.5×1017cm-3～8.0×1017cm-3的范围内。根据上述实施方式的半导体发光元件，利用防止所述透光性半导体层的透光率降低的效果，能够可靠地获得提高发光效率的效果。另外，所述透光性半导体层的载流子浓度的下限，由元件化工艺形成电极时所能够形成的欧姆接触的浓度而决定。图4A表示作为所述透光性半导体层一个例子的载流子浓度为5.0×1017cm-3的低浓度p型GaP半导体层的实验结果。而且，图4B表示作为所述透光性半导体层一个例子的载流子浓度为1.5×1018cm-3的高浓度p型GaP半导体层的实验结果。图4A、图4B的p型GaP半导体层贴付在作为第二导电类型的半导体层一个例子的p型GaP接触层上，掺杂锌。如从图4A、图4B可知，与其提高p型GaP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：第一导电类型的半导体层；在所述第一导电类型的半导体层上形成的发光层；在所述发光层上形成的第二导电类型的半导体层；以及在所述第二导电类型的半导体层上形成的、透过来自所述发光 层的光的透光性半导体层，所述第二导电类型的半导体层与所述透光性半导体层具有不同的载流子浓度，所述第二导电类型的半导体层的载流子浓度大于所述透光性半导体层的载流子浓度。

【技术特征摘要】
JP 2006-4-28 125169/061.一种半导体发光元件，其特征在于，包括第一导电类型的半导体层；在所述第一导电类型的半导体层上形成的发光层；在所述发光层上形成的第二导电类型的半导体层；以及在所述第二导电类型的半导体层上形成的、透过来自所述发光层的光的透光性半导体层，所述第二导电类型的半导体层与所述透光性半导体层具有不同的载流子浓度，所述第二导电类型的半导体层的载流子浓度大于所述透光性半导体层的载流子浓度。2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述透光性半导体层的载流子浓度在2.5×1018cm-3以下。3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述透光性半导体层的载流子浓度在2.5×1017cm-3～8.0×1017cm-3的范围内。4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，具有在所述发光层与所述第二导电类型的半导体层之间形成的第二导电类型的中间层，所述第二导电类型的半导体层的载流子浓度比所述第二导电类型的中间层的载流子浓度大。5.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，所述透光性半导体层的厚度在0.5μm以上。6.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，具有在所述透光性半导体层上形成的、透过来自所述发光层的光的透光性半导体基板，所述透光性半导体层和所述透光性半导体基板之中的至少一个由第一导电类型的半导体构成。7.根据权利要求1的半导体发光元件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：井口缘，渡边信幸，村上哲朗，智者多永子，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]