半导体发光器件及其制造方法技术

一种半导体发光器件包括：具有第１表面和第２表面的衬底；以及在上述衬底的上述第１表面上形成的半导体叠层和包含一个光发射层和一个电流扩散层，其中一个光射出面具有微小凹凸，上述微小凹凸的９９％以上是凸部部高度为１００ｎｍ以上，底边长度为１０～５００ｎｍ的锥体形状。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管(LED)、半导体激光器(LD)等的。
技术介绍
从来，高辉度的发光二极管是在半导体衬底上边形成由双异质构造等构成的发光部分，其上形成电流扩散层而构成。用树脂封装该发光二极管的场合，电流扩散层的上部覆盖以用于保护器件的透明树脂。该构造中，电流扩散层(折射率3.1～3.5)和透明树脂(折射率约1.5)之间的临界角为25～29度。因此入射角大的光被全反射，向发光器件外部射出的机率显著降低。因而，实际上发生的光取出效率，现状是变成了20％左右。另外，作为使电流扩散层的表面粗糙化的方法，大家都知道用盐酸、硫酸、过氧化氢，或其混合液进行处理使芯片表面粗糙化的方法(特开2000-299494号、特开平4-354382号公报)。可是，这些方法，受衬底结晶性影响，有时因露出面方位而不能粗糙化。因此，不仅常常限制芯片上面粗糙化，而且对提高光取出效率存在制约，难以提高辉度。
技术实现思路
这样现有的用树脂封装的发光二极管内，在含有发光层的半导体多层膜的最上层与透明树脂的边界上，全反射对界面倾斜方向入射的光，存在光取出效率低下的这种问题。并且，该问题不限于发光二极管，而且对面发光型半导体激光器也存在同样的问题。按照本专利技术一个实施例的半导体发光器件包括 具有第1表面和第2表面的衬底；以及在上述衬底的上述第1表面上形成、且包含光发射层和电流扩散层的半导体叠层，其中光射出的表面具有微小凹凸，上述微小凹凸的99％以上是凹部高度为100nm以上，底边长度为10～500nm的锥体形状。按照本专利技术一个实施例的半导体发光器件的制造方法包括在具有第1表面和第2表面的衬底的第1表面上形成半导体叠层，上述半导体叠层包含光发射层和电流扩散层；在用于向外部取出光的光射出表面上，形成含有嵌段共聚物的聚合物膜；对上述聚合物膜施行退火处理，使上述嵌段共聚物相分离，除去上述相分离后的嵌段共聚物的一方的相，形成具有由残余相构成的图形的掩蔽材料层，以及在上述光取出面上复制上述掩蔽材料层的图形，在上述光取出面上形成微小凹凸。按照本专利技术，由于在光取出面上形成了规定的微小凹凸，因而可以防止因光全反射引起的光取出效率下降。其结果，成为可能实现光取出效率的提高。并且，能降低因半导体层内部多次反射引起的内部吸收损失，能够实现温度上升极其之小的发光器件。采用对光取出面实施利用嵌段共聚物的粗糙化处理的办法，不依赖于底下结晶方向，成为可以均匀形成微小凹凸。附图说明图1是表示本专利技术一个实施例的LED器件构造剖面图。图2A到2D表示本专利技术一个实施例的微小凹凸状态剖面图。图3A到3D表示本专利技术一个实施例的LED制造工序剖面图。图4A到4D表示本专利技术另一个实施例的LED制造工序剖面图。图5A到5B表示本专利技术另一个实施例的LED器件构造剖面图。图6A到6B表示本专利技术另一个实施例的LED器件构造剖面图。图7是表示本专利技术另一个实施例的LED器件构造剖面图。图8A到8C表示本专利技术另一个实施例的LED制造工序剖面图。图9A到9C表示本专利技术另一个实施例的LED制造工序剖面图。图10表示本专利技术另一个实施例中的表面凹凸状态的显微镜照片。图11A到11C表示本专利技术另一个实施例的LED制造工序剖面图。具体实施例方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。(第1实施例)图1是表示本专利技术第1实施例的LED器件构造剖面图。如该图所示，在n型GaP衬底10正面上，形成包括n型InAlP包层11、InGaAlP有源层12、以及由p型InAlP包层13构成的异质构造部分14、和p型GaP电流扩散层15的半导体叠层。一部分电流扩散层15上边形成p侧电极(上部电极)16，保留剩下的露出部分。另一方面，衬底10的背面上形成n侧电极(下部电极)17。有源层12发出的光由电流扩散层15的露出面取出来。即，电流扩散层15的露出面就是光取出面。电流扩散层15的露出面上，形成了微小凹凸18。该微小凹凸18采用后述的嵌段共聚物来形成，例如是图2A所示的形状。图2A中，h表示微小凹凸18的凸部高度，d表示凸部的底边长度(宽度)。凸部剖面为三角锥形，假设凸部宽度d为10～500nm、高度h为100nm以上的分布、顶角为25～80度范围，可以认为有充分提高光取出效率的效果。器件内形状的偏差为，例如宽度100±50nm、高度200±100nm的范围(器件内宽度分布±50％，高度分布±50％)。并且，微小凹凸18的至少一个，如图2B所示在凸部的顶端也可以有微小透明部分。或者，如图2C所示凸部的顶端也可以是平坦的。进而，如图2D所示，将凸部的顶端加工成平坦，同时该部分上留下微小透明部分也行。参照图3A到3D，说明本实施例的LED制造工序。首先，如图3A所示，在n型GaP衬底10上边，外延生长异质构造部分14和电流扩散层15。在一部分电流扩散层15上边形成p侧电极16，在衬底10背面一侧形成n侧电极17。把聚苯乙烯(PS)与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的1∶2.5(但，只要是1∶2～3范围就行)嵌段共聚物溶解于作为溶剂的乙基乙酸溶纤剂(ECA)，准备好共聚物溶液。另外，在这里，也可以使用丙二醇甲醚乙酸脂(PGMEA)或乳酸乙酯(EL)，而不用乙基乙酸溶纤剂(ECA)。电流扩散层15和p侧电极16上边，用旋涂法以转动数2500rpm，涂布该溶液，形成涂膜。通过110℃、用90秒进行预烘使溶剂挥发，如图3B所示，形成聚合物层31。而后，在氮气气氛中，进行210℃、4小时退火，使嵌段共聚物中的PS与PMMA相分离。使用CF4(30sccm)，在压力1.33Pa、功率100W的条件下，用RIE法蚀刻包括相分离后的嵌段共聚物的聚合物层。根据PS与PMMA的蚀刻速度差，选择性除去PMMA，如图3C所示，留下PS的图形32。该PS图形32用作掩蔽材料层。具体点说，通过使用BCl3(23sccm)和N2(7sccm)的RIE法，在电流扩散层15的表面上复制PS图形32。条件是设定压力0.2Pa、功率500W，进行约100秒。其结果，如图3D所示，在电流扩散层15的表面上形成了凹凸图形。使用BCl3(8sccm)、Cl2(5sccm)和Ar(37sccm)，同样条件下也行。通过用O2灰化法除去残余的PS图形，获得图1中表示的构造。本实施例中，通过使用上述这种嵌段共聚物的处理，在作为光取出面的电流扩散层15露出面上均匀地形成了三角锥形的微小凹凸。凹凸中的凸部，底边长度为约100±50nm，高度为约200±100nm。并且，凸部的顶角为20～40度。由于存在这样的微小凹凸，光取出面上的入射角即使增大，也能向外部取出光。并且，在用透明树脂密封的场合，也能达到光取出效率的提高。光取出效率的提高，可以确认与微小凹凸的凸部高度相应。具体点说，微小凹凸的凸部高度h＝100nm时，效率约提高到1.3倍，h＝200nm时，获得约1.5倍的光取出效率。光取出效率的提高效果，可以认为凸部高度h为100nm以上时有明显差别(提高1成以上)。若高度h超过200nm，从1.5倍变成为1.6倍，则其以上几乎不变。并且，凸部宽度d要是10～500nm的范围，可以认为能充分提高光取出效果。电流扩散层15表面上形成的微小凹凸的90％以上满足上述条件就可以说，能够获得充分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光器件包括： 具有第１表面和第２表面的衬底；以及 在上述衬底的上述第１表面上形成、且包含光发射层和电流扩散层的半导体叠层， 其中光射出面具有微小凹凸，上述微小凹凸的９９％以上是凸部高度为１００ｎｍ以上，底边长度为１０～５００ｎｍ的锥体形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杉山仁，大桥健一，山下敦子，鹫塚章一，赤池康彦，吉武春二，浅川钢児，江头克，藤本明，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]