半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体发光元件及其制造方法，提供一种半导体层的晶体质量良好、且光的提取效率高的倒装芯片构造的半导体发光元件及其容易且低成本的制造方法。半导体发光元件包括：包含发光层（１２）的半导体层（１）；形成在半导体层（１）的光取出面的折射率倾斜层（２）；以及通过接合层（４）贴合在折射率倾斜层（２）的外表面的支持基板（３）。折射率倾斜层（２）的折射率构成为在半导体层侧与半导体层（１）的折射率大体相等，在支持基板侧与支持基板（３）的折射率大体相等，关于膜厚方向相同或者多阶段地变化。折射率倾斜层（２）通过气相镀法形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及，特别涉及半导体层的晶体质量良好、光的提取效率高的倒装芯片(flip chip)构造的半导体发光元件以及容易并且低成本地制造该种半导体发光装置的方法。
技术介绍
近来，公知在蓝宝石基板上形成GaN类半导体层的倒装芯片构造的半 导体发光元件，但这种的半导体发光元件的蓝宝石基板的折射率约为1.8、 GaN类半导体层的折射率约为2.5，因此在GaN类半导体层的内部形成波 导，出现GaN类半导体层放射的光不能有效地放出到外部这样的问题。作为用于解决这样不理想的情况的一种手段，通过向蓝宝石基板注入 离子的方法，注入一种或两种以上的离子，并且对注入离子后的蓝宝石基 板进行热处理，从而提出了形成折射率过渡区域的技术(例如，参照专利 文献1)，该形成折射率过渡区域的技术是在蓝宝石基板的半导体层形成面 的折射率从与蓝宝石基板的折射率相同或者近似的值变化到与GaN类半导 体层的折射率相同或者近似的值，在膜厚方法上变化了的折射率过渡区域。根据该技术，能够使在蓝宝石基板和GaN类半导体层的界面的两者的 折射率相同或者近似，所以能够减少光反射成分，提高光的提取效率。但是，在专利文献1记载的技术，由于通过离子注入在蓝宝石基板上 形成折射率过渡区域，因此制造设备不但规模大而且操作时间长，作为产 品的半导体发光元件的成本变高。另外通过离子的注入蓝宝石基板的表面 变得粗糙，因此有可能在其表面形成的GaN类半导体层的晶体质量变差、 半导体层原来的内部量子效率降低。另外，由于蓝宝石基板熔点高，因此 改善通过热处理进行离子注入而产生的蓝宝石基板表面的粗糙是困难的。专利文献l:日本专利文献2005-109284号公报
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术的不完备而完成的，其目的在于提供半导 体层的晶体质量良好、光的提取效率高的倒装芯片构造的半导体发光元件 以及容易地且低成本地制造该半导体发光装置的方法。本专利技术为了解决上述问题，关于发光半导体元件，第一方面具有包 含发光层的半导体层；形成在该半导体层的光取出面上的折射率倾斜层； 通过接合层贴合在该折射率倾斜层的外面的支持基板，所述支持基板以及 所述接合层对于从所述半导体层射出的光是透明的，所述支持基板的折射 率与所述接合层的折射率大体相等、且比所述半导体层的折射率小；所述 折射率倾斜层的折射率在所述半导体层侧与所述半导体层的折射率大体相 等，在所述支持基板侧与所述支持基板的折射率大体相等，以这样的方式 在膜厚方向上相同或者多阶段地变化来构成。这样，当将半导体发光元件由半导体层、形成在该半导体层的光取出 面上的折射率倾斜层、以及在该折射率倾斜层的外面通过接合层而贴合的 支持基板构成时，由于在贴合支撑基板前能够在半导体层的表面形成折射 率倾斜层，所以能够代替对蓝宝石基板的离子注入、形成利用等离子体CVD 等的气相鍍技术的折射率倾斜层。由此，能够廉价地制造光提取效率高的 半导体发光元件。另外，没有必要对蓝宝石基板注入离子，因此半导体的 晶体质量没有劣化，能够防止半导体层本来的内部量子效率低下。另外，涉及半导体发光元件的第二方面，在所述的第一方面的构成的 半导体发光元件，所述半导体层由GaN类半导体层构成，所述支持基板由 Si02构成，所述接合层由环氧树脂层构成，所述折射率倾斜层由在膜厚方 向上组成变化的无机电介质构成。Si02和SiN等的无机电介质的折射率通过调整成膜时的组成，能够调 整折射率。即，能够比较容易地形成折射率倾斜层，该折射率倾斜层在半 导体层侧与该半导体层的折射率大体相等、在支持基板侧与该支持基板的 折射率大体相等。另外，在所述第二方面构成的半导体发光元件，所述折射率倾斜层的 所述半导体层侧的折射率在2.0 2 .9的范围内，所述折射率倾斜层的所述 支持基板侧的折射率在1.4 1.6的范围内。GaN类半导体层的折射率在约以2.5为中心的2.0 2.9的范围内，SiO2 以及环氧树脂的折射率在约以1.5为中心的1.4 1.6的范围内。对此，SiO和SiN等的无机电介质的折射率通过调整成膜时的组成， 能够在1.4 2.9的范围内改变，因此能够形成光提取效率高的半导体元件。 通过如此地调整折射率倾斜层的折射率，能够使在GaN类半导体层和折射 率倾斜层的界面以及折射率倾斜层和支持基板(接合层)的界面的折射率 相同或者近似，因此能够制成高光提取效率高的半导体发光元件。另一方面，在本专利技术涉及的半导体发光元件的制造方法的第一方面， 包括以下工序在蓝宝石基板的一个面上形成半导体层的工序；在所述半 导体层上安装暂时地保持所述半导体层的支撑基板的工序；将所述蓝宝石 基板从所述蓝宝石基板与所述半导体层的界面剥离、露出所述半导体层的 工序；在露出的所述半导体层的表面，通过气相镀形成折射率在膜厚方向 上变化的折射率倾斜层的工序；在该折射率倾斜层的表面通过接合层贴合 对于从所述半导体层射出的光透明的支持基板的工序；以及将所述支撑基 板从所述半导体层与所述支撑基板的界面剥离的工序。根据该方法，在由剥离蓝宝石基板而露出的半导体层的表面，通过气 相镀形成折射率在膜厚方向变化的折射率倾斜层，因此与应用离子注入方 法的情况下相比能够廉价地制造出光提取效率高的半导体发光元件。另外本专利技术在涉及半导体发光元件的制造方法的第二方面，在所述第 一方面构成的半导体发光元件的制造方法中，在形成所述折射率倾斜层的 工序，将所述支撑基板支撑的所述半导体层容纳在等离子体CVD装置的镀 室内，根据形成在所述半导体层上的所述折射率倾斜层的膜厚，适当地改 变向所述镀室内提供的原料气体的组成。当使用等离子体CVD装置在半导体层上形成折射率倾斜层时，只要适 当地改变向镀室内提供的原料气体的组成，就能够容易地形成在膜厚方向 折射率变化的无机电介质层，因此能够高效地形成折射率倾斜层进而能够 高效地进行所需半导体发光元件的制造。本专利技术的半导体发光元件包括包含发光层的半导体层、在该半导体 层的光取出面上形成的折射率倾斜层、通过接合层贴合在该折射率倾斜层 的外表面的支持基板，因此在能够提高光的提取效率的同时，能够防止因半导体层的晶体质量劣化而引起的半导体层原来内部量子效率的降低。本专利技术的半导体发光元件的制造方法，在将半导体层用支撑基板暂时 保持的状态下，将蓝宝石基板从在该蓝宝石基板的表面上形成的半导体层 的界面剥离，通过气相镀法在露出的半导体层的表面形成折射率在膜厚方 向变化的折射率倾斜层，因此与适用离子注入法的情况相比能够容易且廉 价地制造光提取效率高的半导体发光元件。附图说明图1是实施方式涉及的半导体发光元件的截面图2是表示将本专利技术涉及的半导体发光元件的效果与没有折射率倾斜 层的半导体发光元件进行比较的图表；图3是表示本专利技术涉及的半导体发光元件的制造步骤的流程图； 图4是表示形成折射率倾斜层时的原料气体的流量变化的图表。际号说明1半导体层2折射率倾斜层3支持基板4接合层12发光层14n-电极15p-电极21蓝宝石基板22支撑基板23准分子激光器具体实施例方式下面，基于图1和图2对本专利技术涉及的半导体发光元件的一个示例进 行说明。图1是实施方式涉及的半导体发光元件的截面图，图2是表示将 本专利技术的效果与没有折射率倾斜层的半导体发光元件进行比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，其特征在于，包括：　包含发光层的半导体层，形成在该半导体层的光取出面上的折射率倾斜层，以及通过接合层贴合在该折射率倾斜层的外表面的支持基板；　所述支持基板以及所述接合层对于从所述半导体层射出的光透明；所述支持基板的折射率与所述接合层的折射率大体相等、且比所述半导体层的折射率小；　所述折射率倾斜层的折射率，以在所述半导体层侧与所述半导体层的折射率大体相等、在所述支持基板侧与所述支持基板的折射率大体相等的方式，关于膜厚方向相同或者多阶段地变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2006-5-23 142926/20061、一种半导体发光元件，其特征在于，包括包含发光层的半导体层，形成在该半导体层的光取出面上的折射率倾斜层，以及通过接合层贴合在该折射率倾斜层的外表面的支持基板；所述支持基板以及所述接合层对于从所述半导体层射出的光透明；所述支持基板的折射率与所述接合层的折射率大体相等、且比所述半导体层的折射率小；所述折射率倾斜层的折射率，以在所述半导体层侧与所述半导体层的折射率大体相等、在所述支持基板侧与所述支持基板的折射率大体相等的方式，关于膜厚方向相同或者多阶段地变化。2、 如权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于 所述半导体层由GaN类半导体层、所述支持基板由Si02、所述接合层由环氧树脂层构成，所述折射率倾斜层是在膜厚方向上组成为变化的无机 电介质层。3、 如权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于 所述折射率倾斜层的所述半导体层侧的折射...

【专利技术属性】
技术研发人员：相原正巳，
申请(专利权)人：阿尔卑斯电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]