半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體發(fā)光元件
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年8月23日、發(fā)明名稱為“半導(dǎo)體發(fā)光元件”、申請(qǐng)?zhí)枮?01080039456.9的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0003]根據(jù)低溫堆積緩沖層技術(shù)、P型傳導(dǎo)性控制、η型傳導(dǎo)性控制、高效率發(fā)光層的制作方法等基礎(chǔ)技術(shù)的疊加，高亮度的藍(lán)色、綠色、白色等發(fā)光二極管已被實(shí)用化。目前，發(fā)光二極管中，半導(dǎo)體的折射率比基板、空氣等的折射率大，從發(fā)光層發(fā)出的光的大部分通過(guò)全反射或菲涅耳反射不能被取出到發(fā)光二極管的外部，因此，光取出效率的提高成為課題。
[0004]為解決該課題，提案有對(duì)半導(dǎo)體表面實(shí)施數(shù)微米周期的凹凸加工的構(gòu)造(例如參照非專利文獻(xiàn)I)。如果在半導(dǎo)體表面的光取出側(cè)設(shè)置凹凸構(gòu)造，則全反射因光散射的效果而消失，遍及較寬的放射角能夠得到50%左右的透射率，能夠?qū)⒐馊〕鲂侍岣?0%左右。
[0005]而且，還提案有將凹凸構(gòu)造的周期減小至發(fā)光二極管的光學(xué)波長(zhǎng)的2倍以下來(lái)提高光取出效率(例如參照專利文獻(xiàn)I)。該情況下，數(shù)微米周期的凹凸構(gòu)造是指光取出的機(jī)制不同，光的波動(dòng)性顯著，折射率的邊界消失，菲涅耳反射被抑制。這種構(gòu)造被稱作光子結(jié)晶、或蛾眼構(gòu)造，能夠?qū)⒐馊〕鲂侍岣?0%左右。
[0006]專利文獻(xiàn)1:(日本)特開(kāi)2005 - 354020號(hào)公報(bào)
[0007]非專利文獻(xiàn)1: Japanese Journal of Applied Physics Vol.41, 2004, L1431
[0008]但是，專利文獻(xiàn)I及非專利文獻(xiàn)I中提高的光取出效率有限，期望效率的進(jìn)一步提尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明是鑒于所述情況而提出的，其目的在于，提供一種可以提高光取出效率的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
[0010]為實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具備:半導(dǎo)體層疊部，其形成于基板的表面上，并含有發(fā)光層；衍射面，其形成于所述基板的表面?zhèn)?，入射從所述發(fā)光層發(fā)出的光，并以比該光的光學(xué)波長(zhǎng)長(zhǎng)且比該光的相干長(zhǎng)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?zhèn)?，反射由所述衍射面衍射的光并使其向所述衍射面再入射?br>[0011]上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以大于所述光學(xué)波長(zhǎng)的2倍。
[0012]上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以為所述相干長(zhǎng)度的一半以下。
[0013]上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述發(fā)光層可以發(fā)出藍(lán)色光，且所述周期可以為300nm以上且1500nm以下。
[0014]上述半導(dǎo)體發(fā)光元件中，所述衍射面可以形成于折射率之差為0.5以上的不同的材料彼此之間的界面。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，能夠提高光取出效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0017]圖2表示藍(lán)寶石基板，(a)是示意性立體圖，(b)是表示A — A剖面的示意性說(shuō)明圖，(C)是示意性放大說(shuō)明圖；
[0018]圖3是對(duì)藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工的說(shuō)明圖，(a)表示在衍射面形成有第一掩模層的狀態(tài)，(b)表示在第一掩模層上形成有抗蝕層的狀態(tài)，(C)表示對(duì)抗蝕層選擇性地照射電子線的狀態(tài)，(d)表示將抗蝕層顯影并除去的狀態(tài)，(e)表示形成有第二掩模層的狀態(tài)；
[0019]圖4是對(duì)藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工的說(shuō)明圖，(a)表示完全除去了抗蝕層的狀態(tài)，(b)表示以第二掩模層為掩模蝕刻第一掩模層的狀態(tài)，(C)表示除去了第二掩模層的狀態(tài)，(d)表示以第一掩模層為掩模蝕刻衍射面的狀態(tài)，(e)表示除去了第一掩模層的狀態(tài)，(f)表示透過(guò)濕式蝕刻在凸部形成彎曲部的狀態(tài)；
[0020]圖5是表示變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0021]圖6是表示變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0022]圖7是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0023]圖8表示藍(lán)寶石基板，(a)是示意性立體圖，(b)是表示B — B剖面的示意性縱向剖面圖；
[0024]圖9是表示不同的折射率的界面下的光的衍射作用的說(shuō)明圖，(a)表示由界面進(jìn)行反射的狀態(tài)，(b)表示透過(guò)界面的狀態(tài)；
[0025]圖10是表示從III屬氮化物半導(dǎo)體層向藍(lán)寶石基板入射的光的衍射作用的說(shuō)明圖；
[0026]圖11是表示將凹部或凸部的周期設(shè)為500nm的情況下的、III屬氮化物半導(dǎo)體層與藍(lán)寶石基板的界面的、從半導(dǎo)體層側(cè)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關(guān)系的圖表；
[0027]圖12是表示將凹部或凸部的周期設(shè)為500nm的情況下的、III屬氮化物半導(dǎo)體層與藍(lán)寶石基板的界面的、從半導(dǎo)體層側(cè)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關(guān)系的圖表；
[0028]圖13是表示將凹部或凸部的周期設(shè)為500nm的情況下的、III屬氮化物半導(dǎo)體層與藍(lán)寶石基板的界面的、從半導(dǎo)體層側(cè)向界面第一次入射的光的入射角和通過(guò)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關(guān)系的圖表；
[0029]圖14是表示將光學(xué)波長(zhǎng)設(shè)為258nm、且在藍(lán)寶石基板與III屬氮化物半導(dǎo)體層的界面形成有衍射面的情況下的衍射面的周期和相對(duì)光輸出的關(guān)系的圖表；
[0030]圖15是對(duì)藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工的說(shuō)明圖，(a)表示在衍射面形成有第一掩模層的狀態(tài)，(b)表示在第一掩模層上形成有抗蝕層的狀態(tài)，(C)表示對(duì)抗蝕層選擇性地照射電子線的狀態(tài)，(d)表示將抗蝕層顯影并除去的狀態(tài)，(e)表示形成有第二掩模層的狀態(tài)；
[0031]圖16是對(duì)藍(lán)寶石基板進(jìn)行加工的說(shuō)明圖，(a)表示完全除去了抗蝕層的狀態(tài)，(b)表示以第二掩模層為掩模蝕刻第一掩模層的狀態(tài)，(C)表示除去了第二掩模層的狀態(tài)，(d)表示以第一掩模層為掩模蝕刻衍射面的狀態(tài)，(e)表示除去了第一掩模層的狀態(tài)；
[0032]圖17是表示變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0033]圖18是表示變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖；
[0034]圖19是表示變形例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖面圖。
[0035]符號(hào)說(shuō)明
[0036]I發(fā)光元件
[0037]2藍(lán)寶石基板
[0038]2a衍射面
[0039]2b平坦部
[0040]2c 凸部
[0041]2d 側(cè)面
[0042]2e彎曲部
[0043]2f上表面
[0044]10緩沖層
[0045]12 η 型 GaN 層
[0046]14多量子阱活性層
[0047]16電子塊層
[0048]18 P 型 GaN 層
[0049]20 P側(cè)電極
[0050]20a衍射面
[0051]22反射面
[0052]24 η側(cè)電極
[0053]26反射膜
[0054]28反射面
[0055]30第一掩模層
[0056]30a 開(kāi)口
[0057]32抗蝕層
[0058]32a 開(kāi)口
[0059]34模板掩模
[0060]34a 開(kāi)口
[0061]36第二掩模層
[0062]100發(fā)光元件
[0063]102藍(lán)寶石基板
[0064]102a 衍射面
[0065]102b 平坦部
[0066]102c 凹部
[0067]110緩沖層
[0068]112 η 型 GaN 層
[0069]114多量子阱活性層
[0070]116電子塊層
[0071]118 P 型 GaN 層
[0072]119半導(dǎo)體層疊部
[0073]120 P 側(cè)電極
[0074]122反射面
[0075]124 η 側(cè)電極
[0076]130第一掩模層
[0077]130a 開(kāi)口
[0078]132抗蝕層
[0079]132a 開(kāi)口
[0080]134模板掩模
[0081]134a 開(kāi)口
[0082]136第二掩模層
[0083]200發(fā)光元件
[0084]202藍(lán)寶石基板
[0085]202a 衍射面
[0086]210緩沖層
[0087]212 η 型 GaN 層
[0088]214多量子阱活性層
[0089]216電子塊層
[0090]218 P 型 GaN 層
[0091]220 P側(cè)透明電極
[0092]224 η 側(cè)電極
[0093]226反射膜
[0094]228反射面
[0095]300發(fā)光元件
[0096]302導(dǎo)電性基板
[0097]310緩沖層
[0098]312 η 型 GaN 層
[0099]312a 衍射面
[0100]314多量子阱活性層
[0101]316電子塊層
[0102]318 P 型 GaN 層
[0103]320 P 側(cè)電極
[0104]322反射面
[0105]400發(fā)光元件
[0106]402a 衍射面
[0107]402c 凸部
【具體實(shí)施方式】
[0108]圖1?圖4表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式，圖1是