氮化物半导体发光元件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化物半导体发光元件，其包括依次叠置在衬底上的第一导电型氮化物半导体层、有源层和第二导电型氮化物半导体层，其中位于第二导电型氮化物半导体层上方的光取出表面具有圆锥或棱锥状凸部。本发明专利技术还提供了该氮化物半导体发光元件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种能够实现更有效地取出从有源层发射的光的。
技术介绍
传统上通过在衬底上依次叠置氮化物半导体层形成氮化物半导体发光元件。同时，由于氮化物半导体层的折射率非常大，在氮化物半导体层之间的界面处可能出现全反射。例如，如果氮化物半导体层由GaN构成，氮化物半导体层具有2.67的大折射率，因此，它的临界角极小，即21.9°。因此，以大于此角度的角度入射的光在氮化物半导体层之间的界面处出现全反射，则光不能从氮化物半导体发光元件取出。于是非常难以得到实现高光输出的氮化物半导体发光元件。日本专利特开第2003-318443号(专利文件1)公开了通过在衬底上依次叠置反射层、p型氮化物半导体层、有源层和n型氮化物半导体层得到的氮化物半导体发光元件，其具有在位于n型氮化物半导体层上方的光取出表面中的凹部。图15示出了透视示意图，显示出专利文件1中公开的氮化物半导体发光元件。在氮化物半导体发光元件中，用于p型的电极12形成于形成有Ni镀层的Ni衬底11上，Ni镀层也用作电极，以及在用于p型的电极12上依次叠置p型GaN覆层13、p型AlGaInN载流子阻挡层14、InxGa1-xN有源层15、掺硅的n型In0.03Ga0.97N覆层16、掺硅的n型In0.1Ga0.9N层17和掺硅的n型GaN覆层18。此外，在n型GaN覆层18的上表面上形成具有凸凹的n型GaN光取出层19，以及在部分n型GaN光取出层19上依次形成用于n型的电极110和用于n型的键合电极111。这里，通过n型GaN覆层18的再生长或者抛光形成在n型GaN光取出层19中形成的凸凹。专利文件1中公开的氮化物半导体发光元件获得了高的光输出，然而，需要进一步的改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实现更有效地取出从有源层发射的光的。本专利技术涉及一种氮化物半导体发光元件，包括依次叠置在衬底上的第一导电型氮化物半导体层、有源层和第二导电型氮化物半导体层，其中位于第二导电型氮化物半导体层上方的光取出表面具有圆锥或棱锥状凸部。这里，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，可使用由选自Si、SiC、GaAs、ZnO、Cu、W、CuW、Mo、InP、GaN和蓝宝石的组中至少一种构成的衬底。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，凸部实现为圆锥体和棱锥体中的至少一种。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，凸部具有在最少0.1μm至最多5μm的范围内的宽度。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，凸部具有从底面至顶端在最少0.1μm至最多5μm的范围内的高度。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，光取出表面可形成于第二导电型氮化物半导体层上方的氮化物半导体层中。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，形成了光取出表面的氮化物半导体层形成具有n型的导电类型。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，在形成了光取出表面的氮化物半导体层上提供电极，以及该电极与形成了光取出表面的氮化物半导体层之间的界面是平坦的。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，光取出表面可形成于第二导电型氮化物半导体层上方的透光电极层中。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，ITO或氧化锌可用作透光电极层。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，在透光电极层上提供电极，以及在该电极与透光电极层之间的界面是平坦的。另外，按照本专利技术的氮化物半导体发光元件可包括位于衬底与第一导电型氮化物半导体层之间的中间氮化物半导体层。另外，在按照本专利技术的氮化物半导体发光元件中，优选地，中间氮化物半导体层的表面具有圆锥状或棱锥状凸部。而且，本专利技术涉及在上述任意段落中说明的氮化物半导体发光元件的制造方法，包括利用反应离子蚀刻(RIE)在光取出表面上形成圆锥状或棱锥状凸部的步骤。按照本专利技术，可提供能够实现更有效地取出从有源层发出的光的。从下文参照附图对本专利技术的详细说明，本专利技术的上述和其他目的、特征、方面和优点将变得更明显。附图说明图1是示出本专利技术中圆锥状或棱锥状凸部的宽度的计算方法的示意图；图2是示出本专利技术中圆锥状或棱锥状凸部的高度的计算方法的示意图；图3是示出按照本专利技术的氮化物半导体发光元件的优选例的透视示意图；图4是示出本专利技术中蓝宝石衬底的例子的横截面示意图，在衬底上已经依次叠置了缓冲层、n型氮化物半导体层、有源层和p型氮化物半导体层；图5是示出本专利技术中蓝宝石衬底和p型硅衬底相互接合后状态的例子的横截面示意图；图6是示出本专利技术中从蓝宝石衬底侧照射具有预定波长的激光束的步骤的横截面示意图；图7是示出按照本专利技术的氮化物半导体发光元件的优选例的横截面示意图；图8是示出按照本专利技术的氮化物半导体发光元件的优选例的透视示意图；图9至14是示出制造图8所示氮化物半导体发光元件的方法的优选例的一部分的横截面示意图；以及图15是现有氮化物半导体发光元件的例子的透视示意图。具体实施例方式以下说明本专利技术的实施例。在本专利技术的附图中，设定相同的参考数字表示相同或相应的元件。本专利技术的特征在于包括依次叠置于衬底上的第一导电型氮化物半导体层、有源层和第二导电型氮化物半导体层的一种氮化物半导体发光元件，其中位于第二导电型氮化物半导体层上方的光取出表面具有圆锥状或棱锥状凸部。本专利技术人经过专注研究完成了本专利技术，且本专利技术人发现如同在本专利技术中，形成具有其截面具有成锐角的顶端的圆锥状或棱锥状凸部的光取出表面，使得从有源层发出的光可被更有效地取出，尽管如同专利文件1中当光取出表面中凸凹的截面具有成钝角的尖端时也可有效地取出从有源层发射的光。如同专利文件1，如果光取出表面中凸凹的截面具有成不小于90°的钝角的尖端，曾被凸凹全反射的光再次被凸凹全反射，最终光返回氮化物半导体发光元件内部，从而将光取出到氮化物半导体发光元件外部的效率变差。另一方面，如果光取出表面具有其截面具有成小于90°的锐角的顶端的圆锥状或棱锥状凸部，曾被凸部全反射的光被圆锥状或棱锥状凸部再次全反射的可能性很小。因此，认为从有源层发射的光可更进一步有效地取出。这里，本专利技术中，例如，可使用由选自Si、SiC、GaAs、ZnO、Cu、W、CuW、Mo、InP、GaN和蓝宝石的组中至少一种构成的衬底作为所述衬底。其中，就减少光取出表面上形成的电极数量得到更大光取出面积的观点而言，优选使用导电衬底作为所述衬底。从上述组中，更优选地，采用导电硅衬底或导电SiC衬底。就低成本和高加工性的观点而言，进一步优选地采用导电硅衬底。另外，本专利技术中，优选地，圆锥状或棱锥状凸部实现为圆锥体和棱锥体中的至少一种。此种情况下，由有源层发射的光从光取出表面的取出趋于更均匀。另外，本专利技术中，圆锥状或棱锥状凸部优选具有在最少0.1μm至最多5μm的范围内的宽度，更优选在最少1μm至最多3μm的范围内。如果形成于光取出表面中的圆锥状或棱锥状凸部具有小于0.1μm的宽度和大于5μm的宽度，圆锥状或棱锥状凸部的形成趋于困难。另一方面，如果形成于光取出表面中的圆锥状或棱锥状凸部具有在最少1μm至最多3μm的范围内的宽度，圆锥状或棱锥状凸部的形成趋于更容易。下文提及圆锥状或棱锥状凸部宽度的定义。例如，如图1所示，从圆锥状或棱锥状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体发光元件，包括：依次叠置在衬底上的第一导电型氮化物半导体层；有源层；和第二导电型氮化物半导体层；其中位于所述第二导电型氮化物半导体层上方的光取出表面具有圆锥或棱锥状凸部。

【技术特征摘要】
JP 2005-11-2 319319/05;JP 2006-9-11 245350/061.一种氮化物半导体发光元件，包括依次叠置在衬底上的第一导电型氮化物半导体层；有源层；和第二导电型氮化物半导体层；其中位于所述第二导电型氮化物半导体层上方的光取出表面具有圆锥或棱锥状凸部。2.按照权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述衬底由选自Si、SiC、GaAs、ZnO、Cu、W、CuW、Mo、InP、GaN和蓝宝石的组中至少一种构成。3.按照权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述凸部实现为圆锥体和棱锥体中的至少一种。4.按照权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述凸部具有在最少0.1μm至最多5μm的范围内的宽度。5.按照权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述凸部具有从底面至顶端在最少0.1μm至最多5μm的范围内的高度。6.按照权利要求1的氮化物半导体发光元件，其中所述光取出表面形成于所述第二导电型氮化物半导体层上方的氮化物半导体层中。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：内海孝昭，幡俊雄，木村大觉，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]