半导体发光元件的制作方法
【专利说明】半导体发光元件
[0001]本申请是申请日为2010年8月23日、发明名称为“半导体发光元件”、申请号为201080039456.9的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及半导体发光元件。
【背景技术】
[0003]根据低温堆积缓冲层技术、P型传导性控制、η型传导性控制、高效率发光层的制作方法等基础技术的叠加，高亮度的蓝色、绿色、白色等发光二极管已被实用化。目前，发光二极管中，半导体的折射率比基板、空气等的折射率大，从发光层发出的光的大部分通过全反射或菲涅耳反射不能被取出到发光二极管的外部，因此，光取出效率的提高成为课题。
[0004]为解决该课题，提案有对半导体表面实施数微米周期的凹凸加工的构造(例如参照非专利文献I)。如果在半导体表面的光取出侧设置凹凸构造，则全反射因光散射的效果而消失，遍及较宽的放射角能够得到50%左右的透射率，能够将光取出效率提高50%左右。
[0005]而且，还提案有将凹凸构造的周期减小至发光二极管的光学波长的2倍以下来提高光取出效率(例如参照专利文献I)。该情况下，数微米周期的凹凸构造是指光取出的机制不同，光的波动性显著，折射率的边界消失，菲涅耳反射被抑制。这种构造被称作光子结晶、或蛾眼构造，能够将光取出效率提高50%左右。
[0006]专利文献1:(日本)特开2005 - 354020号公报
[0007]非专利文献1: Japanese Journal of Applied Physics Vol.41, 2004, L1431
[0008]但是，专利文献I及非专利文献I中提高的光取出效率有限，期望效率的进一步提尚O
【发明内容】
[0009]本发明是鉴于所述情况而提出的，其目的在于，提供一种可以提高光取出效率的半导体发光元件。
[0010]为实现所述目的，本发明提供一种半导体发光元件，其具备:半导体层叠部，其形成于基板的表面上，并含有发光层；衍射面，其形成于所述基板的表面侧，入射从所述发光层发出的光，并以比该光的光学波长长且比该光的相干长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侧，反射由所述衍射面衍射的光并使其向所述衍射面再入射。
[0011]上述半导体发光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以大于所述光学波长的2倍。
[0012]上述半导体发光元件中，所述凹部或所述凸部的周期也可以为所述相干长度的一半以下。
[0013]上述半导体发光元件中，所述发光层可以发出蓝色光，且所述周期可以为300nm以上且1500nm以下。
[0014]上述半导体发光元件中，所述衍射面可以形成于折射率之差为0.5以上的不同的材料彼此之间的界面。
[0015]根据本发明的半导体发光元件，能够提高光取出效率。
【附图说明】
[0016]图1是表示本发明第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0017]图2表示蓝宝石基板，(a)是示意性立体图，(b)是表示A — A剖面的示意性说明图，(C)是示意性放大说明图；
[0018]图3是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示在衍射面形成有第一掩模层的状态，(b)表示在第一掩模层上形成有抗蚀层的状态，(C)表示对抗蚀层选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态；
[0019]图4是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示完全除去了抗蚀层的状态，(b)表示以第二掩模层为掩模蚀刻第一掩模层的状态，(C)表示除去了第二掩模层的状态，(d)表示以第一掩模层为掩模蚀刻衍射面的状态，(e)表示除去了第一掩模层的状态，(f)表示透过湿式蚀刻在凸部形成弯曲部的状态；
[0020]图5是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0021]图6是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0022]图7是表示本发明第二实施方式的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0023]图8表示蓝宝石基板，(a)是示意性立体图，(b)是表示B — B剖面的示意性纵向剖面图；
[0024]图9是表示不同的折射率的界面下的光的衍射作用的说明图，(a)表示由界面进行反射的状态，(b)表示透过界面的状态；
[0025]图10是表示从III属氮化物半导体层向蓝宝石基板入射的光的衍射作用的说明图；
[0026]图11是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧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关系的图表；
[0027]图12是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧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关系的图表；
[0028]图13是表示将凹部或凸部的周期设为500nm的情况下的、III属氮化物半导体层与蓝宝石基板的界面的、从半导体层侧向界面第一次入射的光的入射角和通过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关系的图表；
[0029]图14是表示将光学波长设为258nm、且在蓝宝石基板与III属氮化物半导体层的界面形成有衍射面的情况下的衍射面的周期和相对光输出的关系的图表；
[0030]图15是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示在衍射面形成有第一掩模层的状态，(b)表示在第一掩模层上形成有抗蚀层的状态，(C)表示对抗蚀层选择性地照射电子线的状态，(d)表示将抗蚀层显影并除去的状态，(e)表示形成有第二掩模层的状态；
[0031]图16是对蓝宝石基板进行加工的说明图，(a)表示完全除去了抗蚀层的状态，(b)表示以第二掩模层为掩模蚀刻第一掩模层的状态，(C)表示除去了第二掩模层的状态，(d)表示以第一掩模层为掩模蚀刻衍射面的状态，(e)表示除去了第一掩模层的状态；
[0032]图17是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0033]图18是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图；
[0034]图19是表示变形例的半导体发光元件的示意性剖面图。
[0035]符号说明
[0036]I发光元件
[0037]2蓝宝石基板
[0038]2a衍射面
[0039]2b平坦部
[0040]2c 凸部
[0041]2d 侧面
[0042]2e弯曲部
[0043]2f上表面
[0044]10缓冲层
[0045]12 η 型 GaN 层
[0046]14多量子阱活性层
[0047]16电子块层
[0048]18 P 型 GaN 层
[0049]20 P侧电极
[0050]20a衍射面
[0051]22反射面
[0052]24 η侧电极
[0053]26反射膜
[0054]28反射面
[0055]30第一掩模层
[0056]30a 开口
[0057]32抗蚀层
[0058]32a 开口
[0059]34模板掩模
[0060]34a 开口
[0061]36第二掩模层
[0062]100发光元件
[0063]102蓝宝石基板
[0064]102a 衍射面
[0065]102b 平坦部
[0066]102c 凹部
[0067]110缓冲层
[0068]112 η 型 GaN 层
[0069]114多量子阱活性层
[0070]116电子块层
[0071]118 P 型 GaN 层
[0072]119半导体层叠部
[0073]120 P 侧电极
[0074]122反射面
[0075]124 η 侧电极
[0076]130第一掩模层
[0077]130a 开口
[0078]132抗蚀层
[0079]132a 开口
[0080]134模板掩模
[0081]134a 开口
[0082]136第二掩模层
[0083]200发光元件
[0084]202蓝宝石基板
[0085]202a 衍射面
[0086]210缓冲层
[0087]212 η 型 GaN 层
[0088]214多量子阱活性层
[0089]216电子块层
[0090]218 P 型 GaN 层
[0091]220 P侧透明电极
[0092]224 η 侧电极
[0093]226反射膜
[0094]228反射面
[0095]300发光元件
[0096]302导电性基板
[0097]310缓冲层
[0098]312 η 型 GaN 层
[0099]312a 衍射面
[0100]314多量子阱活性层
[0101]316电子块层
[0102]318 P 型 GaN 层
[0103]320 P 侧电极
[0104]322反射面
[0105]400发光元件
[0106]402a 衍射面
[0107]402c 凸部
【具体实施方式】
[0108]图1?图4表示本发明的第一实施方式，图1是