[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体发光器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是基于35U.S.C.§111(a)提交的申请，根据35U.S.C.§119(e)(1)，要求根据35U.S.C.§111(b)于2005年9月27日提交的临时申请No.60/720,649和2005年10月3日提交的临时申请No.60/722,441的优先权。

技术领域

本发明涉及III族氮化物半导体发光器件，更具体地，涉及具有提高的光提取效率的III族氮化物半导体发光器件。

背景技术

由于III族氮化物半导体(下文中称为氮化物半导体)具有对应于可见光至紫外光的直接跃迁型的能带隙并且可以以高效率发射光，其用于产品例如发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等中。其中结合磷光体使用二极管的白色发光二极管的实现被预期是发光二极管的应用的新领域。

从发光二极管的输出由内部量子效率与光提取效率的乘积确定，其中内部量子效率与外延结构和结晶性有关，光提取效率与器件中的再吸收和器件的形状有关。其中，当光穿过不透明衬底或者再次穿过发光层时，发生影响光提取效率的器件中的再吸收。作为对光提取效率具有很大影响的一个原因是在器件表面处的全反射。如公知的，当光从具有大折射率的层射向具有小折射率的层时，其角度大于临界角(θc)的光在界面处发生全反射，从而其不能传到具有小折射率的层。

在例如氮化镓(GaN)的情况下，折射率是2.4，仅仅在逃逸锥中的光可被提取到外面，该逃逸锥中的光具有相对于与表面垂直的方向成24度的顶角。其比率为27％，这大大限制了光提取效率。

为了避免由全反射引起的在界面处的光提取效率限制，已知一种使界面粗糙的方法(例如，参见日本未审查的专利公开No.2000-196152)或者通过加工器件的形状而利用另一表面的逃逸锥的方法(例如，参见日本专利No.2784537)。

经常将MOCVD(金属有机化学气相沉积)用于氮化物半导体的生长。MOCVD是其中有机金属和氮源在衬底上反应以生长氮化物半导体的方法。然而，工业上尚未获得氮化物半导体的单晶。此外，虽然其中用HVPE(氢化物气相沉积外延方法)在Si或GaAs衬底上进行厚膜外延生长的假单晶(dummy single crystal)衬底商业可得，但该假单晶衬底非常昂贵。因此，通常将在高温下稳定的不同衬底例如蓝宝石(Al₂O₃)、碳化硅(SiC)或硅(Si)用作用于发光二极管的衬底。

然而，稳定的材料蓝宝石或SiC公知是坚硬的且难于加工的材料。因此，存在这样的问题，即很难分割该材料来制造各器件以提高光提取效率。在通过切片的机械方法的情况下，器件经常破碎或裂开，因此，很难提高成品率。即使通过不使用机械方法的例如干法蚀刻的方法，要花费很长的时间进行加工，从而产生相当低的生产率达问题。

此外，公知利用通过切片的机械加工方法，在加工表面上形成被称为破碎层的层，这阻碍光提取，并且即使在干法蚀刻中也会由于暴露于等离子体的高能量粒子而使电特性和光特性受到影响。

已知湿法蚀刻是引起较少损伤的加工方法(例如，参见日本未审查的专利公开No.10-190152和No.2000-686084)，但是各器件的被分割的切割表面垂至于衬底的主表面。

另一方面，在由氮化物半导体制成的发光器件中，在大多数情况下，使用透明电极(例如，参见日本未审查的专利公开No.10-308534)。这是因为与n型层相比，在p型层中横向上的电流扩散很差。

可以将其中负电极和正电极交替排列的梳状电极用于其一个边大于等于500μm的大芯片(例如，参见日本未审查的专利公开No.5-335622)。此外，可以采用格子图形或点图形。已公开了一种用透明材料制造梳状图形的正电极的技术(例如，参见日本未审查的专利公开No.2003-133589)。

发明内容

鉴于由在氮化物半导体发光器件中的全反射引起的光提取效率的上述降低，本发明旨在提高氮化物半导体发光器件的光提取效率。

本发明还旨在不仅在使用通常形成于整个半导体层上方的透明电极的情况中，而且还在使用梳状电极、格子电极或点电极的情况中达到效果。

本发明基于这样的事实而实现，即相对于构成氮化物半导体发光器件的氮化物半导体层的衬底倾斜的侧面可导致具有优良的光提取效率的发光器件。

此外，本发明还基于这样的事实而实现，即可以通过形成沟槽获得具有优良的光提取效率的发光器件，该沟槽的侧面相对于衬底倾斜，并且为了提高光提取效率，该沟槽在发光器件的除了电极以外的区域形成。