[发明专利]氮化镓系化合物半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓系化合物半导体发光元件，特别是涉及具有优异的发光输出功率的氮化镓系化合物半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

近年，作为短波长发光元件用的半导体材料，GaN系化合物半导体材料引人注目。GaN系化合物半导体，将以蓝宝石单晶为首的种种的氧化物基板或III-V族化合物作为基板，在其上通过有机金属气相生长法(MOCVD法)或分子束外延法(MBE法)等来形成。

然而，发光元件的外部量子效率，作为光取出效率和内部量子效率相乘所得到的值来表现。所谓内部量子效率，是注入到元件中的电流的能量之中转换成光的比例。所谓作为一方的光取出效率，是在半导体晶体内部发生的光之中能够向外部取出的比例。

在发光元件的内部量子效率上，据说通过结晶状态的改善和结构的研讨，已提高到70～80％左右，相对于注入电流量得到了充分的效果。

然而，不仅GaN系化合物半导体，对于发光二极管(LED)而言，一般来说相对于注入电流的光取出效率也低，很难说将相对于注入电流的内部发光充分地取出到外部。

发光取出效率低，其原因是：在发光层中发出的光根据LED结构内的结晶材质而反复进行反射和吸收，在斯内尔(Snell)定律的临界角以上的反射中，光未取出到外部的几率高。

为了使该光取出效率提高，曾经提出了将发光取出面进行凹凸加工，在光的取出面上设置各种各样的角度，使光的取出效率提高的技术方案(例如，参照日本特开2003-218383号公报和日本特开2005-64113号公报)。

然而，在采用该提案的技术制作的表面的凹凸加工中，凹凸的形状由平面或棱锥结构所形成，形成为LED封装件时的树脂材料由于粘度而未渗入凹凸加工了的整个区域，不能够充分得到所期待的由凹凸加工带来的光取出效果、或与树脂折射率相应的光取出效果，存在为了使树脂与凹凸加工面完全地粘附而在树脂注入后使压力变化等工序上变得烦杂的问题。

另外，在用于实施凹凸加工的方法中，由于要求凹凸的掩模图形化方法等，因此在工序上必须遵循烦杂的步骤，也是制造上的问题。

另一方面，作为GaN系化合物半导体材料的特性，有时在横向上的电流扩散小。为此，电流只注入到电极正下方的半导体中，由发光层发出的光被电极遮蔽，不能取出到外部。因此，该体系的发光元件，通常使用透光性电极作为正极，光通过透光性正极被取出。

以往的透光性正极，是将Ni或Co的氧化物和作为接触金属的Au等组合的层结构。近年，通过使用ITO等导电性更高的氧化物，极力减薄接触金属的膜厚、提高了透光性的层结构作为正极被采用，将来自发光层的光高效率地取出到外部。

另外，还曾提出了使正极的形状为具有开口部的形状，例如格栅状，从该开口部取出所发的光的结构方案(例如，参照日本特开2004-179491号公报)。然而，现状是在该方法中，可取出所发的光的部分限于正极周边部分，发出的光不能从开口部的中央部分取出，不能够得到良好的光取出效率。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的所述问题，提供光取出效率优异的、具备具有开口部的正极的氮化镓系化合物半导体发光元件及其制造方法。

本发明提供以下的发明。

1.一种氮化镓系化合物半导体发光元件，是在基板上顺序地层叠有包含氮化镓系化合物半导体的、n型半导体层和发光层以及p型半导体层，并分别与p型半导体层和n型半导体层接触地设有正极和负极的发光元件，其特征在于，正极是具有开口部的正极，在该开口部的p型半导体层表面的至少一部分是来源于球状的粒状物的凹凸面。

2.一种氮化镓系化合物半导体发光元件，是在基板上顺序地层叠有包含氮化镓系化合物半导体的、n型半导体层和发光层以及p型半导体层，并分别与p型半导体层和n型半导体层接触地设有正极和负极的发光元件，其特征在于，正极是具有开口部的正极，在该开口部的p型半导体层表面的至少一部分是尖端部为半球状的凹凸面。

3.一种氮化镓系化合物半导体发光元件，是在基板上顺序地层叠有包含氮化镓系化合物半导体的、n型半导体层和发光层以及p型半导体层，并分别与p型半导体层和n型半导体层接触地设有正极和负极的发光元件，其特征在于，正极是具有开口部的正极，在该开口部的p型半导体层表面的至少一部分是由曲面构成尖端部的凹凸面。

4.根据上述第1～3项的任一项所述的氮化镓系化合物半导体发光元件，具有开口部的正极为格栅状或梳子形状。