[發明專利]半導體發光元件及其制法

有效

• 申請號: 200680004342.4
• 申請日: 2006-02-07
• 公開（公告）號: CN101116192A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 酒井光彥;山口敦司;中原健;園部雅之;筒井毅
• 申請（專利權）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及在基板上疊層有氮化物半導體的產生藍色系(從紫外線到黃色)光的半導體發光元件及其制法。進一步具體而言，涉及使用具有下述結構的氮化物半導體的半導體發光元件及其制法，該氮化物半導體在使至少在芯片周圍疊層的半導體疊層部下層的導電型層露出的區域內，通過使疊層的半導體疊層部以林立狀殘留，在露出的下層半導體層上形成凹凸，使得容易將從基板側反射的光線取出到外部。

背景技術

一直以來，發出藍色系光的半導體發光元件通過下述方法形成，例如圖7所示，在藍寶石基板31上形成有半導體疊層部36，該半導體疊層部36疊層有由GaN等構成的低溫緩沖層32、由GaN等構成的n型層33、由帶隙能小于n型層33的決定發光波長的材料例如InGaN系(意味著In和Ga的比例可以進行各種變化，下同)化合物半導體構成的活性層(發光層)34和由GaN等構成的p型層35。在其表面上隔著透光性導電層37設置有p側(上部)電極38，在疊層的半導體疊層部36的一部分被蝕刻而露出的n型層33的表面上設置有n側(下部)電極39。并且，為了提高n型層33和p型層35的封閉載流子的效果，在活性層側使用AlGaN系(意味著Al和Ga的比例可進行各種變化，下同)化合物等帶隙能更大的半導體層。

為了形成該n側電極39，對半導體疊層部36的一部分進行蝕刻，使作為下層半導體層的n型層33露出，此時如圖7所示，芯片周圍的寬度A也同時被蝕刻。對該芯片的周圍進行蝕刻是因為，氮化物半導體堅硬，難以進行切割或劃線，通過干式蝕刻分離發光層形成部，使得在發光層形成部上不會產生裂紋。因此，如果考慮在對基板進行劃線時的位置偏差等的公差，相對于芯片的尺寸B為400μm左右的四邊形，芯片周圍的寬度A為25～40μm左右。

另一方面，氮化物半導體也和其他的化合物半導體等同樣，折光率在2.5左右，遠大于空氣的折光率1。因此，在氮化物半導體層的發光層中發出的光，在從半導體疊層部向空氣中射出時，容易發生全反射，不能從半導體疊層部向外射出，在半導體疊層部內反復進行反射而衰減的光線多，光的取出效率為10％的數量級，顯著降低。為了解決該問題，在GaP系或AlGaInP系、AlGaAs系等化合物半導體中，例如圖8所示，在芯片的周圍形成凹凸，力圖使光線容易從半導體疊層部向外部射出(例如參照專利文獻1)。即，在圖8中，在n型GaP基板41上，n型GaP層42和p型GaP層43外延生長，形成半導體疊層部44，在其表面上形成有例如由3層結構構成的p側電極46，在GaP基板41的背面形成有n側電極47，在進行切割形成芯片以后，例如通過利用鹽酸的蝕刻，進行在LED芯片的表面形成凹凸44a的粗糙化處理。

專利文獻1：日本特開2000-299494

發明內容

如上所述，在以形成發光層的方式疊層半導體層的半導體疊層部中發出的光，可以通過從半導體疊層部向外部射出而得到利用，但由于半導體的折射率遠大于空氣的折射率，發生全反射的概率非常高，不容易取出到外部，無法提高外部量子效率。另一方面，通過在LED芯片的外周面上形成凹凸，通過表面的凹凸使得不進行全反射而容易取出到外部，而氮化物半導體是化學性能非常穩定的材料，不能通過濕式蝕刻使表面粗糙化。并且，由于氮化物半導體發光元件，不容易提高氮化物半導體層特別是p型氮化物半導體層的載流子濃度，如上述的圖7所示，在半導體疊層部36的表面上設置有透光性導電層37，由于該透光性導電層37由薄的Au或Au-Ni合金等形成，可以進行濕式蝕刻，但由于該透光性導電層37本來是為了使電流擴散而設置的，所以當進行蝕刻時會使電流擴散的功能下降，當希望進行很深的蝕刻時，光就會難以透過，結果產生外部量子效率降低的問題。

本發明的目的在于解決上述問題，提供一種氮化物半導體發光元件及其制法，該氮化物半導體發光元件的結構能夠使在半導體疊層部與基板內反復進行全反射造成的衰減不再發生，能夠有效地取出光，提高外部量子效率。

本發明的另一個目的在于提供一種氮化物半導體發光元件及具制法，該氮化物半導體發光元件的結構能夠使從芯片中心部的半導體疊層部(臺面結構部)射出的側面方向的光線不會發生衰減和吸收，能夠有效地取出光，并且能夠提高外部量子效率。