[發(fā)明專利]基板及其制造方法、發(fā)光元件及其制造方法、以及具有該基板或發(fā)光元件的裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201480051188.0
• 申請(qǐng)日: 2014-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN105684166A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 青田奈津子;會(huì)田英雄;木村豐;諏訪充史;鴨川政雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 并木精密寶石株式會(huì)社;東麗株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L33/22
• 分類號(hào): H01L33/22;H01L21/316
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基板及其制造方法、發(fā)光元件及其制造方法、以及具有該基板或發(fā)光元 件的裝置。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(LED：LightEmittingDiode)為利用化合物半導(dǎo)體的特性將電能轉(zhuǎn)換成光 能的一種EL(ElectroLuminescence)元件，目前利用3-5族化合物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管被 實(shí)用化。該3-5族化合物半導(dǎo)體為直接躍遷型半導(dǎo)體，相比使用其他半導(dǎo)體的元件，可在高 溫下進(jìn)行穩(wěn)定的動(dòng)作。并且，3-5族化合物半導(dǎo)體因能量轉(zhuǎn)換效率良好、且壽命長(zhǎng)，而較多 使用于各種照明裝置或燈飾、電子設(shè)備等中。

這種LED發(fā)光元件(以下，適當(dāng)標(biāo)記為“發(fā)光元件”)形成于藍(lán)寶石(Al₂O₃)基板的表 面上，該結(jié)構(gòu)的示意圖示于圖17(例如，參考專利文獻(xiàn)1的圖3)。由圖17可知，在現(xiàn)有 的發(fā)光元件100中，在藍(lán)寶石基板101的表面上經(jīng)由由GaN系半導(dǎo)體材料構(gòu)成的低溫成長(zhǎng) 緩沖層(未圖示)而形成有n型GaN接觸層(n-GaN層)102。在n-GaN層102形成有n型 電極。在該n-GaN層102上形成有n型AlGaN包層(未圖示。根據(jù)情況省略)、InGaN發(fā) 光層(活性層)103、p型AlGaN包層104，而在其上形成p型GaN接觸層105。并且，在 p型GaN接觸層105上形成有作為p型電極的ITO(氧化銦錫)透明電極106及金屬電極。 InGaN發(fā)光層103采用由InGaN阱層與InGaN(GaN)勢(shì)壘層構(gòu)成的多量子阱結(jié)構(gòu) (MQW：MultipleQuantumWell)。另外，在n-GaN層102上的未形成有InGaN發(fā)光層 103的部位形成有n型電極層107。

以發(fā)光元件100的InGaN發(fā)光層103發(fā)出的光由p型電極和/或藍(lán)寶石基板101提取， 為了提高其光提取效率，主要的課題是減少錯(cuò)位。然而，成長(zhǎng)于藍(lán)寶石基板101上的GaN 層中，會(huì)在藍(lán)寶石的光柵常數(shù)與GaN的光柵常數(shù)之間產(chǎn)生光柵常數(shù)差，這種光柵常數(shù)差， 在GaN結(jié)晶中產(chǎn)生作為高密度的非發(fā)光再鍵合中心而動(dòng)作的貫通錯(cuò)位。因該貫通錯(cuò)位導(dǎo)致 光的輸出(外部量子效率)以及耐久壽命減少，同時(shí)還造成漏電流的増加。

并且，在藍(lán)色區(qū)域的波長(zhǎng)中，GaN的折射率為約2.4，藍(lán)寶石的折射率為約1.8，空氣的 折射率為1.0，在GaN與藍(lán)寶石之間將會(huì)產(chǎn)生約0.6的折射率差，在GaN與空氣之間會(huì)產(chǎn)生 約1.4的折射率差。由于該折射率差的產(chǎn)生，InGaN發(fā)光層103發(fā)出的光線在p型電極或 GaN與空氣的界面或藍(lán)寶石基板101之間反覆進(jìn)行全反射。光線因該全反射而被封閉在 InGaN發(fā)光層103，在傳播InGaN發(fā)光層103中的期間被自動(dòng)吸收、或是被電極等吸收，最 終會(huì)轉(zhuǎn)換成熱。即，為了限制折射率差而引起的全反射，會(huì)產(chǎn)生發(fā)光元件的光提取效率大幅 降低的現(xiàn)象。

為了提高光提取效率，公開有例如在藍(lán)寶石基板面上形成凹凸圖案，再于該凹凸圖案上 形成上述各GaN層102至105或是電極的發(fā)光元件。作為凹凸圖案的形成方法，則有將藍(lán) 寶石基板表面進(jìn)行蝕刻加工的方法。并且，作為更加提高凹凸圖案的制造效率的發(fā)光元件， 公開有一種將折射率小于GaN的SiO₂、ZrO₂、TiO₂等電介質(zhì)構(gòu)成的凹凸圖案，形成在平坦 的藍(lán)寶石基板的表面上的發(fā)光元件(例如，參考專利文獻(xiàn)1的圖1)。

在如圖18所示，專利文獻(xiàn)1所公開的發(fā)光元件108中，在藍(lán)寶石基板101表面上形成 有以電介質(zhì)構(gòu)成的凸部109的圖案。如此，通過(guò)在藍(lán)寶石基板101表面形成凸部109的圖 案，可在InGaN發(fā)光層103下方形成凹凸?fàn)畹恼凵渎式缑妗亩蓪⒃贗nGaN發(fā)光層 103，且橫向傳播、且被吸收于發(fā)光元件108內(nèi)部的局部光線，通過(guò)凸部109的光散射效果 而提取至藍(lán)寶石基板101及InGaN發(fā)光層103的外部，可提高光提取效率。并且，無(wú)需對(duì) 藍(lán)寶石基板101的表面進(jìn)行蝕刻加工，便可提高發(fā)光元件108的發(fā)光效率，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn) FACELO(Facet-ControlledEpitaxialLateralOvergrowth)的成長(zhǎng)模式，得到已減少錯(cuò)位密度 的GaN系發(fā)光元件。

以往技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開2009-54898號(hào)公報(bào)

發(fā)明的概要

發(fā)明要解決的技術(shù)課題