三族氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供三族氮化物半导体发光元件及其制造方法。三族氮化物半导体发光元件，依次包含（ａ１）、（ｂ１）及（ｃ１），即：（ａ１）Ｎ电极；（ｂ１）半导体多层膜；（ｃ１）透明导电性氧化物Ｐ电极，在此，半导体多层膜依次包含Ｎ型半导体层、发光层、Ｐ型半导体层、ｎ型杂质浓度为５×１０↑［１８］ｃｍ↑［－３］～５×１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］的高浓度Ｎ型半导体层，Ｎ型半导体层与Ｎ电极接触，且半导体多层膜具有凸部。另外，三族氮化物半导体发光元件包含（ａ２）、（ｂ２）及（ｃ２），即：（ａ２）透明导电性氧化物Ｎ电极；（ｂ２）半导体多层膜；（ｃ２）Ｐ电极，在此，半导体多层膜依次包含ｎ型杂质浓度为５×１０↑［１８］ｃｍ↑［－３］～５×１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］的高浓度Ｎ型半导体层、Ｎ型半导体层、发光层、Ｐ型半导体层，Ｐ型半导体层与Ｐ电极接触，且半导体多层膜具有凸部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三族(中国使用的周期表中的niA族)氮化物半导体发光元件及其制造方法。具体来说，本专利技术涉及由式InxGayAlzN (其中， x+y+z=l， 0《x《l， 0《y《l， 0《z《l)表示的氮化物化合物半导体发光 元件及其制造方法。
技术介绍
三 五族氮化物系半导体发光元件用作各种显示装置用、照明装置用 光源。另外，作为室内光通信用光源也进行过研究。在将三 五族氮化物 系半导体发光元件适用于这些用途时，提高发光效率成为问题。为了提高发光元件的发光效率，需要(1)提高电子和空穴的再结合 概率的元件结构、或通过减少半导体结晶的转位或缺陷密度而进行的非发 光中心的抑制(内部量子效率的提高)、及(2)从半导体向元件外部取出 在半导体结晶中生成的光的取出效率的提高(光取出效率的提高)。关于 后者，如由斯涅耳式进行的说明，能够在半导体和外界的边界区域仅将具 有临界角以下的角度的光向外部取出，临界角以上的光在边界区域被反射 而返回半导体内部，在内部被衰减。三 五族氮化物系半导体的折射率为2以上，其折射率根据光的取出 空间或部件(例如，折射率为1的大气，折射率为1.5的环氧密封材料) 的折射率而不同。因此，在以往的三 五族氮化物系半导体发光元件中， 由发光层产生的光的大部分成为全反射角度条件，不会取出到外部，有时 在元件内部重复多重反射的期间被电极等吸收而衰减。如发光二极管灯一 样，用环氧树脂密封了GaN发光层的元件的情况下，从GaN向环氧树脂 取出光时的临界角若基于GaN的折射率2.5，环氧树脂的折射率1.5进行 计算，则为38° 。光的八成在GaN和环氧树脂密封材料的边界区域被全 反射，闭塞在GaN层中，因此，可以说只能利用由发光层产生的光的二成。从而，以往以来，提出了提高光取出效率的方法(特开2003—258296 号、特开2003—218383号、WO2005/004247号)。在特开2003—258296 号、特开2003—218383号中，公开了在GaP系发光元件表面使用含有嵌 段聚合物或接枝聚合物，且自组织地形成微相分离结构的树脂，有选择地 除去在发光元件表面形成的薄膜的微相分离结构，将残留的聚合物点作为 蚀刻掩模，将发光元件的表面蚀刻，由此形成微细的凹凸的方法。另外， 在WO2005/004247号中，公开了将在干式蚀刻时自然产生的残渣作为蚀 刻掩模，将GaN系发光元件的n型层表面蚀刻的方法。然而，希望对三族氮化物半导体发光元件的光取出效率进行进一步的 改进，另外，希望光取出效率高的三族氮化物半导体发光元件的有效的制 造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供提高了光取出效率的高效率的三族氮化物半 导体发光元件及其制造方法。本专利技术人等为了解决上述问题，进行了专心致志的研究结果，完成了 本专利技术。S卩，本专利技术提供依次包含(al)、 (bl)及(cl)的三族氮化物半 导体发光元件l。 (al) N电极； (bl)半导体多层膜； (cl)透明导电性氧化物P电极，在此，半导体多层膜依次包含N型半导体层、发光层、P型半导体层、 n型杂质浓度为5 X 1018cm—3 5 X 102°cm—3的高浓度N型半导体层，N型 半导体层与N电极接触，且半导体多层膜具有凸部。本专利技术提供含有(a2)、 (b2)及(c2)的三族氮化物半导体发光元件2。(a2)透明导电性氧化物N电极； (b2)半导体多层膜； (c2) P电极，在此，半导体多层膜依次包含n型杂质浓度为5 X 1018cnT3 5 X 102Qcm —s的高浓度N型半导体层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，P型 半导体层与P电极接触，且半导体多层膜具有凸部。另外，本专利技术提供包含工序(I一l) (I一4)的面发光型半导体发 光元件1的制造方法。工序(I一l):在基板上，使N型半导体层、发光层、P型半导体层、 n型杂质浓度为5 X 1018cm—3 5 X 102°cm—3的高浓度N型半导体层生长，得到半导体多层膜；工序(I一2):在半导体多层膜的高浓度N型半导体层上，以面密度2 X 106cm—2 2X 101()cm—2配置平均粒径为0.0lMm 10pm的微粒；工序(1 — 3):将微粒作为蚀刻掩模，干式蚀刻半导体多层膜，形成凸部；工序(1 — 4):在半导体多层膜上形成P电极。进而，本专利技术提供包含工序(n—i) (n—7)的三族氮化物半导体发光元件2的制造方法。工序(II一l):在基板上，依次使n型杂质浓度为5X1018cm—3 5X 102Qcm—s的高浓度N型半导体层、N型半导体层、发光层、P型半导体层 生长，得到半导体多层膜；工序(II—2):在半导体多层膜上形成P电极；工序(1I一3):在P电极上接合支承体；工序(11一4):从半导体多层膜分离基板；工序(1I一5):在半导体多层膜的高浓度N型半导体层上，以面密度 2X106cm—2 2X101Qcm—2配置平均粒径为0.01|im 10nm的微粒；工序(II —6):将微粒作为蚀刻掩模，干式蚀刻半导体多层膜，形成 凸部；工序(1I一7):在高浓度N型半导体层上形成N电极。 附图说明图1是三族氮化物半导体发光元件1的立体图。 图2表示凸部的非周期性配置和周期性配置。图3表示相对于半导体多层膜的垂直方向及水平方向的凸部的剖面。图4表示凸部形成区域的各种例子。图5表示凸部顶点部和半导体多层膜/电极的界面的关系。图6表示三族氮化物半导体发光元件1和封装件的关系、图7表示基板及半导体多层膜的层结构。图8表示三族氮化物半导体发光元件1的制造例。图9表示三族氮化物半导体发光元件2和封装件的关系。图10是三族氮化物半导体发光元件2的立体图。图11表示凸部形成区域的各种例子。图12表示三族氮化物半导体发光元件2的制造例。图13表示三族氮化物半导体发光元件2的其他制造例。图14表示实施例1 4及比较例的三族氮化物半导体发光元件。图15表示实施例1的三族氮化物半导体发光元件的凸部形成区域及凸部形成区域和非形成区域的边界。图16表示关于实施例1 4及比较例的三族氮化物半导体发光元件的凸部区域面积比和光输出的关系。图中l一基板；2 —低温缓冲层；3—N型半导体层；4一发光层；5一P型半导体层；6 —高浓度N型半导体层；7—N电极；8—P电极。具体实施例方式三族氮化物半导体发光元件1本专利技术的三族氮化物半导体发光元件l (以下，称为元件l)具有N电极、半导体多层膜及p电极。N电极例如包含A1、 Ti、 Al合金、Ti合金、Al化合物、Ti化合物、 含有Al和Ti的合金、含有Al和Ti的化合物、或ITO、 ZnO、 Sn02之类 的透明导电性氧化物，优选包含A1、 Ti\Al、 V\A1。半导体多层膜包含由InxGayAlzN (其中，x+y+z=l， 0《x《l， 0《y《 1， 0《z《l)表示的氮化物化合物，依次含有N型半导体层、发光层、P 型半导体层、高浓度N型半导体层。N型半导体层例如包含GaN， n型杂质浓度为1 X 1018cm_3 5 X 1018cm发光层可以为单一量子阱结构、多重量子阱结构的任一种。在P型半导体层中，通常，p型杂质浓度为lX1018cm—3 —5X102Qcm— 3。典型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三族氮化物半导体发光元件，其中，　依次包含（ａ１）、（ｂ１）及（ｃ１），即：　（ａ１）Ｎ电极；　（ｂ１）半导体多层膜；　（ｃ１）透明导电性氧化物Ｐ电极，　在此，半导体多层膜依次包含Ｎ型半导体层、发光层、Ｐ型 半导体层、ｎ型杂质浓度为５×１０↑［１８］ｃｍ↑［－３］～５×１０↑［２０］ｃｍ↑［－３］的高浓度Ｎ型半导体层，Ｎ型半导体层与Ｎ电极接触，且半导体多层膜具有凸部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：笠原健司，上田和正，小野善伸，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]