半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种高亮度半导体元件及其制造方法。一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤：在具有第１面和与第１面相对且面积比上述第１面小的第２面的ＧａＰ衬底的上述第１面上，形成发射能透过上述ＧａＰ衬底的波长λ的光的发光层；在上述ＧａＰ衬底，形成朝上述第２面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面形成高度不小于０．１λ、不大于３λ的多个凹凸。还提供一种通过该方法得到的半导体发光元件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
可视光发光二极管(LED)等半导体发光元件(semiconductorlight emitting element)兼有小型、低功耗、高可靠性等特点，作为显示用光源正被广泛应用。如果其高亮度发光更一步进展，则作为室外显示设备和通信用光源的用途会飞跃地扩展。正在应用的高亮度LED材料包括AlGaAs、GaAlP、GaP等，发出的光有红色、橙色、黄色、绿色等，成本很低。最近，具有从红色到绿色直接迁移型能带结构的InGaAlP，作为该波长范围的高亮度LED材料已经受到关注。采用GaAlAs和GaP等已有材料采用的液相生长法(LPE)作为InGaAlP的结晶生长法，Al的析出大，难以控制成分，所以InGaAlP的结晶生成方法使用金属有机化学气相生长法(MOCVD)和分子束外延法(MBE)。采用这些方法，在晶格调整的GaAs衬底上形成InGaAlP。但是，上述GaAs衬底对于来自InGaAlP有源层(active layer)的光是不透明的。因此，正在开发如下方法，即，除去该不透明的GaAs衬底，取而代之，粘接对于来自InGaAlP有源层的光是透明的GaP衬底，从而得到较高亮度的LED。图16是示出使用了上述GaP衬底200的LED的图。含有InGaAlP有源层、由InGaAlP系半导体构成的发光层201，被粘接形成在Gap衬底200上。由于从p侧电极202和n侧电极203注入电子，该发光层201的有源层发射光。对于来自该发光层201的光，GaP衬底200是透明的。该透明衬底200有侧面200A、200B，这些侧面200A、200B是倾斜着的。这些侧面200A、200B的倾斜角度可以根据需要变化，在图16的LED中，为了易于说明面方位，示出了相对图中上侧的面倾斜角度为45°的例子。在图16的LED中，使用透明衬底200，使该透明衬底200的第1侧面200A、第2侧面200B倾斜，所以发光层201的光从该侧面200A、200B被取出，光取出效率变大。另外，发光层201的光也从与第1侧面200A相对的第3侧面200C、与第2侧面200B相对的第4侧面200D被取出，光取出效率变大。其中，GaP衬底200是面方位没有倾斜的正衬底，从图17可以看出，第1侧面200A为(1-11)面，第2侧面200B为(111)面，第3侧面200C为(11-1)面，第4侧面200B为(1-1-1)面。另外，作为进一步提高半导体发光元件的光取出效率的方法，在元件表面设置高度大致为发光波长(亚微米)的多个凹凸的方法正被使用。这种方法是通过扩展元件的表面积提高光透过率、利用有效折射率的变化提高光取出效率的方法。在图16所示的元件中，例如通过在衬底200的第1侧面200A和与它相对的第3侧面200C上形成这些凹凸，可以提高光取出效率。在此，已经知道当GaP衬底设置了倾斜的侧面时，在(1-11)面方向的倾斜面和与它相对的(11-1)面方向的倾斜面上，可通过湿法刻蚀较容易地形成凹凸。因此，在图16的元件的第1侧面200A和与它相对的第3侧面200C上，可通过湿法刻蚀较容易地形成凹凸。已经清楚如果能进一步提高已有的InGaAlP系半导体发光元件的光取出效率，则可以有效地应用于各种用途。但是，考虑利用已有的技术常识得到比图16的元件更高的光取出效率是极困难的。这是因为，在图16的元件中，考虑在第2侧面200B和第4侧面200D上形成凹凸是极困难的。也就是说，GaP衬底200的侧面在图16所示的状况下，第1侧面200A虽成为(1-11面)，但第2侧面200B却成为(111)。另外，在第1侧面200A上可通过湿法刻蚀较容易地形成凹凸，但在第2侧面200B上通过湿法刻蚀形成凹凸就变得困难了。并且，同样，与第1侧面200A相对的第3侧面200C成为(11-1面)，可容易地形成凹凸，但与第2侧面200B相对的第4侧面200D成为(1-1-1面)，通过湿法刻蚀形成凹凸就变得困难了。并且，即使各侧面200A、200B、200C、200D的倾斜角度发生变化，例如倾斜角度变为60°，也一样是在第1侧面200A和第3侧面200C上易于形成凹凸，但在第2侧面200B和第4侧面200D上不易形成凹凸。如上所述，在衬底200的侧面形成凹凸时，在衬底侧面存在很多结晶面方位，所以使用刻蚀速度与面方位相关联的化学刻蚀，形成一样的凹凸是困难的。因此，在衬底侧面的整个面上形成凹凸的结构，还没有到实现的程度。其结果，考虑利用已有的技术常识得到比图16的元件更高的光取出效率是极困难的。
技术实现思路
(1)一种半导体发光元件，具有发光层，其通过电流的注入发射波长λ的光；及GaP衬底，其对于上述波长λ的光具有透光性，具有第1面，设有上述发光层；第2面，与上述第1面相对，具有比上述第1面小的面积；及侧面，分别朝上述第2面变窄而倾斜，向外部射出来自上述发光层的光的一部分，在表面形成多个凹凸。(2)一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，通过MOCVD法，使用含有磷的V族原料和含有镓的III族原料作为原料气体，在不低于350℃、不高于70℃的生长温度下生长GaP，由此形成多个凹凸。(3)一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，使用含有磷的V族原料和氢的混合气体或氢作为环境气体，在不低于350℃、不高于70℃的生长温度下，热分解上述GaP衬底的上述侧面，通过腐蚀液刻蚀除去由上述热分解残余的镓形成的droplate，形成多个凹凸。(4)一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，通过真空蒸镀或溅射，形成由Al、Ti、Sn、Ag、Au中任一种组成的金属层，利用腐蚀液刻蚀去除上述金属层，形成多个凹凸。(5)一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，喷镀含有直径不小于2μm、不大于3μm的铝的粒子，利用腐蚀液进行刻蚀，形成多个凹凸。(6)一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及利用腐蚀液对上述多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，具有：发光层，其通过电流的注入发射波长λ的光；及ＧａＰ衬底，其对于上述波长λ的光具有透光性，具有：第１面，设有上述发光层；第２面，与上述第１面相对，具有比上述第１面小的面积；及侧面，分别朝上述第２面变窄而倾斜，向 外部射出来自上述发光层的光的一部分，在表面形成多个凹凸。

【技术特征摘要】
JP 2002-4-5 2002-1041141.一种半导体发光元件，具有发光层，其通过电流的注入发射波长λ的光；及GaP衬底，其对于上述波长λ的光具有透光性，具有第1面，设有上述发光层；第2面，与上述第1面相对，具有比上述第1面小的面积；及侧面，分别朝上述第2面变窄而倾斜，向外部射出来自上述发光层的光的一部分，在表面形成多个凹凸。2.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述侧面分别相对于上述第2面以大致相等的角度倾斜。3.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述多个凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。4.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述GaP衬底是从(100)面向方向倾斜了θ(5°≤θ≤20°)角度的倾斜衬底。5.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述GaP衬底的上述第2面是(100)面。6.如权利要求1所述的半导体发光元件，其中，上述发光层含有InGaAlP层。7.一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，通过MOCVD法，使用含有磷的V族原料和含有镓的III族原料作为原料气体，在不低于350℃、不高于70℃的生长温度下生长GaP，由此形成多个凹凸。8.如权利要求7所述的半导体发光元件的制造方法，其中，上述多个凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。9.如权利要求7所述的半导体发光元件的制造方法，其中，上述GaP衬底是从(100)面向方向倾斜了θ(5°≤θ≤20°)角度的倾斜衬底。10.一种半导体元件的制造方法，具有以下步骤在具有第1面和与第1面相对且面积比上述第1面小的第2面的GaP衬底的上述第1面上，形成发射能透过上述GaP衬底的波长λ的光的发光层；在上述GaP衬底，形成朝上述第2面变窄、相互以大致相等的角度倾斜的多个侧面；及在上述多个侧面，使用含有磷的V族原料和氢的混合气体或氢作为环境气体，在不低于350℃、不高于70℃的生长温度下，热分解上述GaP衬底的上述侧面，通过腐蚀液刻蚀除去由上述热分解残余的镓形成的droplate，形成多个凹凸。11.如权利要求10所述的半导体发光元件的制造方法，其中，上述多个凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅原秀人，渡边幸雄，阿部洋久，绀野邦明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]