半导体发光元件制造技术

一种半导体发光元件，抑制半导体层与透光性基板之间的反射，使光的取出效率提高。该半导体发光元件具备：半导体层叠部，其形成于基板的表面上，并含有发光层；衍射面，其形成于所述基板的表面侧，入射从发光层发出的光，且以比该光的光学波长长且比该光的相干长度小的周期形成有凹部或凸部；反射面，其形成于基板的背面侧，反射由衍射面衍射的光并使其向衍射面再入射。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体发光元件。
技术介绍
根据低温堆积缓冲层技术、ρ型传导性控制、η型传导性控制、高效率发光层的制作方法等基础技术的叠加，高亮度的蓝色、绿色、白色等发光二极管已被实用化。目前，发光二极管中，半导体的折射率比基板、空气等的折射率大，从发光层发出的光的大部分通过全反射或菲涅耳反射不能被取出到发光二极管的外部，因此，光取出效率的提高成为课题。为解决该课题，提案有对半导体表面实施数微米周期的凹凸加工的构造(例如参照非专利文献1)。如果在半导体表面的光取出侧设置凹凸构造，则全反射因光散射的效果而消失，遍及较宽的放射角能够得到50%左右的透射率，能够将光取出效率提高50%左右ο而且，还提案有将凹凸构造的周期减小至发光二极管的光学波长的2倍以下来提高光取出效率(例如参照专利文献1)。该情况下，数微米周期的凹凸构造是指光取出的机制不同，光的波动性显著，折射率的边界消失，菲涅耳反射被抑制。这种构造被称作光子结晶、或蛾眼构造，能够将光取出效率提高50 %左右。专利文献1 (日本)特开2005-3Μ020号公报非专利文献 1 Japanese Journal of Applied Physics Vol. 41,2004, L1431但是，专利文献1及非专利文献1中提高的光取出效率有限，期望效率的进一步提尚ο
技术实现思路
本专利技术是鉴于所述情况而提出的，其目的在于，提供一种可以提高光取出效率的半导体发光元件。为实现所述目的，本专利技术提供一种半导体发光元件，其具备半导体层叠部，其形成于基板的表面上，并含有发光层；衍射面，其形成于所述基板的表面侧，入射从所述发光层发出的光，并以比该光的光学波长长且比该光的相干长度小的周期形成有凹部或凸部； 反射面，其形成于所述基板的背面侧，反射由所述衍射面衍射的光并使其向所述衍射面再入射。上述半导体发光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以大于所述光学波长的 2倍。上述半导体发光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以为所述相干长度的一半以下。上述半导体发光元件中，所述发光层可以发出蓝色光，且所述周期可以为300nm 以上且1500nm以下。上述半导体发光元件中，所述衍射面可以形成于折射率之差为0. 5以上的不同的材料彼此之间的界面。根据本专利技术的半导体发光元件，能够提高光取出效率。 附图说明图1是表示本专利技术第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖面图；图2表示蓝宝石基板，(a)是示意性立体图，(b)是表示A-A剖面的示意性说明图， (c)是示意性放大说明图；图3是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示在衍射面形成有第一掩模层的状态，(b)表示在第一掩模层上形成有抗蚀层的状态，(c)表示对抗蚀层选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态；图4是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示完全除去了抗蚀层的状态，(b) 表示以第二掩模层为掩模蚀刻第一掩模层的状态，(c)表示除去了第二掩模层的状态，(d) 表示以第一掩模层为掩模蚀刻衍射面的状态，(e)表示除去了第一掩模层的状态，(f)表示透过湿式蚀刻在凸部形成弯曲部的状态；图5是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；图6是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；图7是表示本专利技术第二实施方式的半导体发光元件的示意性剖面图；图8表示蓝宝石基板，(a)是示意性立体图，(b)是表示B-B剖面的示意性纵向剖面图；图9是表示不同的折射率的界面下的光的衍射作用的说明图，(a)表示由界面进行反射的状态，(b)表示透过界面的状态；图10是表示从III属氮化物半导体层向蓝宝石基板入射的光的衍射作用的说明图；图11是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面入射的光的入射角和在界面的衍射作用的反射角的关系的图表；图12是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面入射的光的入射角和在界面的衍射作用的透射角的关系的图表；图13是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面第一次入射的光的入射角和通过在界面的衍射作用反射后第二次入射的光的界面的衍射作用的透射角的关系的图表；图14是表示将光学波长设为258nm、且在蓝宝石基板与III属氮化物半导体层的界面形成有衍射面的情况下的衍射面的周期和相对光输出的关系的图表；图15是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示在衍射面形成有第一掩模层的状态，(b)表示在第一掩模层上形成有抗蚀层的状态，(c)表示对抗蚀层选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态；图16是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示完全除去了抗蚀层的状态，(b) 表示以第二掩模层为掩模蚀刻第一掩模层的状态，(c)表示除去了第二掩模层的状态，(d)图17是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；图18是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；图19是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图。符号说明1发光元件2 蓝宝石基板2a 衍射面2b 平坦部2c 凸部2d 侧面2e 弯曲部2f 上表面10 缓冲层12 η 型 GaN 层14多量子阱活性层16 电子块层18 ρ 型 GaN 层20 ρ侧电极20 a衍射面22 反射面24 η侧电极26反射膜28 反射面30第一掩模层30a 开口32抗蚀层32a 开口34模板掩模34a 开口36第二掩模层100发光元件102蓝宝石基板102a 衍射面102b 平坦部102c 凹部110 缓冲层112 η 型 GaN 层114多量子阱活性层116 电子块层118 ρ 型 GaN 层119半导体层叠部120 ρ 侧电极122 反射面124 η 侧电极130第一掩模层130a 开口132抗蚀层132a 开口134 模板掩模134a 开口136第二掩模层200 发光元件202 蓝宝石基板202a 衍射面210 缓冲层212 η 型 GaN 层214多量子阱活性层216 电子块层218 ρ 型 GaN 层220 ρ侧透明电极224 η 侧电极226反射膜228 反射面300 发光元件302 导电性基板310 缓冲层312 η 型 GaN 层312a 衍射面314多量子阱活性层316 电子块层318 ρ 型 GaN 层320 ρ 侧电极322 反射面400 发光元件402a 行射面402c 凸部具体实施例方式图1 图4表示本专利技术的第一实施方式，图1是发光元件的示意剖面图。如图1所示，发光元件1在具有衍射面加的蓝宝石基板2的表面上形成有由III 族氮化物半导体层构成的半导体层叠部19。该发光元件1为面朝上型，主要从蓝宝石基板 2的相反侧取出光。III族氮化物半导体层从蓝宝石基板2侧按顺序具有缓冲层10、η型 GaN层12、多量子阱活性层14、电子块层16、ρ型GaN层18。在ρ型GaN层18上形成有ρ 侧电极20，并且在η型GaN层12上形成有η侧电极24。蓝宝石基板2在表面侧具有使氮化物半导体成长的c面({0001}本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.07 JP 2009-2059311.一种半导体发光元件，具备半导体层叠部，其形成于基板的表面上，并含有发光层；衍射面，其形成于所述基板的表面侧，入射从所述发光层发出的光，并以比该光的光学波长长且比该光的相干长度小的周期形成有凹部或凸部；反射面，其形成于所述基板的背面侧，反射由所述衍射面衍射的光并使其向所述衍射面再入射。2.如权利要求1所述的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：上山智，岩谷素显，天野浩，赤崎勇，近藤俊行，寺前文晴，北野司，铃木敦志，
申请(专利权)人：崇高种子公司，
类型：发明
国别省市：