本发明专利技术提供一种氮化镓类半导体发光元件，在进行对具有除c面外的结晶面的氮化物半导体发光元件的光提取面（50）的表面的润湿性进行控制的表面改性之后，在粒子层对表面进行覆盖。其后，通过进行蚀刻，将粗糙度曲线要素的平均长度（RSm）为150nm以上且800nm以下的凹凸构造（60）形成在光提取面（50）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光二极管、激光二极管等的GaN类半导体发光元件。
技术介绍
具有作为VA族元素的氮(N)的氮化物半导体，基于其带隙(band-gap)的大小，作为短波长发光元件的材料被寄予厚望。其中，对含有作为IIIA族元素的Ga的氮化镓类化合物半导体(GaN类半导体:AlxGayInzN(0≤x,y,z≤l>x+y+z = I)的研究广泛进行,蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、以及以GaN类半导体为材料的半导体激光器也得以实用化。GaN类半导体具有纤锌矿(wurtzite)型结晶构造。图1示意性表示GaN的单位晶格。在AlxGayInzN(O≤x, y, z≤1、x+y+z = I)半导体结晶中，图1所示的Ga的一部分能够置换为Al和/或In。图2表示纤锌矿型结晶构造的基矢a1、a2、a3、c。基矢c沿方向延伸，该方向被称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。进而，以Ga等的IIIA族元素为终端的面被称为“+c面”或“(0001)面”，以氮等的VA族元素为终端的面被称为“-c面”或“(000-1)面”，以进行区别。此外，“c轴”和“c面”有时也分别被标记为“C轴”和“C面”。使用GaN类半导体制作半导体元件时，作为使GaN类半导体结晶生长的基板，使用c面基 板即在表面具有(0001)面的基板。但是，在c面、Ga原子和氮原子不存在于同一原子面上，因此形成电极化(Electrical Polarization)。所以，“c面”有时也被称为“极性面”。电极化的结果是，在活性层的InGaN的量子阱，沿c轴方向产生压电电场(Piezoelectric field)。当这样的压电电场在活性层产生时,活性层内的电子和空穴的分布发生位置偏移，因此根据载流子的量子限制史塔克效应(Quantum-confined Stark effect),内部量子效率降低，在半导体激光器的情况下，引起阈值电流的增大，在LED的情况下，引起消耗电力的增大、发光效率的降低。另外，伴随注入载流子密度的上升，发生压电电场的屏蔽(screening),发光波长发生变化。于是，为了解决这些课题，对使用在表面具有非极性面、例如与[10-10]方向垂直的、被称为m面的(10-10)面的基板(m面GaN类基板)的结构进行了研究。在此，在表示米勒指数(Miller index)的括号内的数字的左侧附加的意思是“横线(bar)”。如图2所示，m面是与c轴平行的面，与c面正交。在m面，Ga原子与氮原子存在于同一原子面上，因此与m面垂直的方向不发生自发极化(spontaneous polarization)。其结果是,在与m面垂直的方向形成半导体层叠构造时，在活性层也不产生压电电场，所以能够解决上述课题。此外，m 面是(10-10)面、(-1010)面、(1-100)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面的总称。在本说明书中标记为“a面”时，意思是指与[11-20]方向垂直的(11-20)面。如图3所示，a面是与c轴(基矢c)平行的面，与c面正交。此外，a面是(11_20)面、(-1-120)面、(1-210)面、(-12-10)面、(-2110)面、(2-1-10)面的总称。在本说明书中标记为“+r面”时，意思是指与[10-12]方向垂直的(10_12)面。r面如图 3 所示。此外，+r 面是(10-12)面、(-1012)面、(1-102)面、(-1102)面、(01-12)面、(0-112)面的总称。在本说明书中标记为“-r面”时，意思是指与[10-1-2]方向垂直的(10-1-2)面。此外，_r 面是(10_1_2)面、(_101_2)面、(1_10_2)面、(_110_2)面、(01_1_2)面、(0_11_2)面的总称。另外，考虑有如下方案:将具有细微构造的膜设置于半导体发光元件的表面，将该膜用作光刻的掩模，通过干蚀刻技术将该细微构造转印至半导体发光元件的表面的方法。例如，在专利文献I中公开有将纳米粒子用作蚀刻掩模而对细微构造进行转印的方法。例如，在专利文献2中公开了将嵌段共聚物(block polymer)用作蚀刻掩模转印细微构造的方法。例如，在专利文献3中公开有将金属微粒子用作蚀刻掩模而对细微构造进行转印的方法。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2009-94219号公报专利文献2:日本特开2009-302578号公报专利文献3:日本特开2009-225787号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，根据上述现有技术，发光品质的进一步提高成为了课题。本专利技术能够提供一种提高发光品质的氮化镓类半导体发光元件的实施方式。用于解决课题的技术手段在实施方式中，氮化镓类半导体发光元件包括:半导体层叠构造，其由氮化镓类半导体构成，包含生成偏振光的活性层；和与上述半导体层叠构造接触，将载流子注入上述活性层的电极构造，上述半导体层叠构造在c面以外的结晶面的至少一部分具备形成有凹凸构造的光提取面(光取出面)，上述凹凸构造配置于上述结晶面上，具有相对于上述光提取面的法线方向非轴对称的形状的凸部，上述凹凸构造中的粗糙度曲线要素的平均长度(RSm)为 150nm 以上 800nm 以下。在实施方式中，光源具备:上述任一种氮化镓类半导体发光元件；和波长转换部，其包含对从上述活性层发出的光的波长进行转换的荧光物质。在实施方式中，凹凸构造形成方法包括:准备在表面具有c面以外的结晶面的氮化镓类半导体的工序(so);在上述工序SO后，对上述表面进行改性的工序(SI);在上述工序SI之后，在上述改性后的表面配置多个粒子的工序(S2);和在上述工序S2之后，通过干蚀刻对上述表面进行蚀刻，在上述氮化镓类半导体的c面以外的结晶面的至少一部分的区域形成凹凸构造的工序(S3)，上述凹凸构造中的粗糙度曲线要素的平均长度(RSm)为150nm以上且800nm以下。专利技术的效果根据本专利技术的实施方式，通过对光提取面赋予细微构造，能够提高发光的品质。附图说明图1是表示GaN的单位晶格的示意性立体图。图2 是纤锋矿型结晶构造的基矢(primitive translation vectors) a2> a3> c的立体图。图3(a)和(d)是表示六方纤锌矿构造的代表性的结晶面方位的示意图。图4A是举例表示本专利技术的实施方式的氮化镓类半导体发光元件以面向下(facedown/倒装)的方式安装的状态的截面图。图4B是举例表示本专利技术的实施方式的氮化镓类半导体发光元件以面向上(faceup/正装)的方式安装的状态的截面图。图5A是表示本专利技术的实施方式I的具有除c面外的结晶面的GaN类半导体发光元件的光提取面未加工状态的截面的图。图5B是表示本专利技术的实施方式I的在具有除c面外的结晶面的GaN类半导体发光元件覆盖有胶态(colloidal)结晶层(胶晶层)的状态的截面的图。图5C是表示本专利技术的实施方式I的对具有除c面外的结晶面的GaN类半导体发光元件赋予凹凸构造的状态的截面的图。图6是表示具有除c面外的结晶面的氮化物半导体发光元件的构造的图。图7是表示具有除c面外的结晶面的氮化物半导体发光元件的变形例的构造的图。图8是表示具本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.06.24 JP 2011-1408761.一种氮化镓类半导体发光元件，其特征在于，具备: 半导体层叠构造，其由氮化镓类半导体形成，包含生成偏振光的活性层；和 与所述半导体层叠构造接触，将载流子注入所述活性层的电极构造，其中， 所述半导体层叠构造在除C面外的结晶面的至少一部分具备形成有凹凸构造的光提取面， 所述凹凸构造配置于所述结晶面上，具有相对于所述光提取面的法线方向非轴对称的形状的凸部， 所述凹凸构造中的粗糙度曲线要素的平均长度(RSm)为150nm以上SOOnm以下。2.如权利要求1所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述凸部具有相对于所述偏振光的偏振方向大于O度且不足90度的面。3.如权利要求1或2所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸构造包含具有不规则形状的凸部。4.如权利要求1 3中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸构造包含在所述结晶面上的不规则的位置形成的凸部。5.如权利要求1 4中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述半导体层叠构造包含具有所述光提取面的氮化镓类半导体基板。6.如权利要求1 5中任一项所述的氮化镓类半导体发光兀件,其特征在于: 所述凹凸构造中的所述凸部的个数密度在I个/μ HI2以上且50个/ μ Hi2以下的的范围。7.如权利要求5所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述半导体层叠构造具备: 形成在所述基板上，夹着所述活性层的由氮化镓类半导体构成的第一传导区域和第二传导区域； 与所述第一传导区域相接的第一电极；和 与所述第二传导区域相接的第二电极； 其中， 从所述活性层射出的光，主要从所述光提取面被提取至外部。8.如权利要求1 7中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸构造中的粗糙度曲线要素的平均长度(RSm)为150nm以上且400nm以下。9.如权利要求1 8中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸构造中的算术平均粗糙度(Ra)为IOnm以上且SOOnm以下。10.如权利要求1 9中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 构成所述凹凸构造的所述凸部的形状为三棱锥状、大致三棱锥状或这两种形状的组口 ο11.如权利要求1 10中任一项所述的氮化镓类半导体发光元件，其特征在于: 在所述凹凸构造的至少一部分...
【专利技术属性】
技术研发人员：藤金正树，井上彰，横川俊哉，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：
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