[发明专利]半导体发光元件

说明书

技术领域

本发明涉及光取出层的层厚没有变薄而被粗糙面化的半导体发光元件。

背景技术

关于作为半导体发光元件的发光二极管(LED)，近年来由于可以利用MOVPE法生长GaN系和AlGaInP系的高品质结晶，因而能够制造蓝色、绿色、橙色、黄色、红色等高辉度LED。伴随着LED的高辉度化，用途扩展到汽车的刹车灯和液晶显示器的背光等，需求正在逐年增加。

通过MOVPE法可以生长高品质结晶以来，发光元件内部的发光效率正在接近理论值的极限值。但是，从发光元件向外部的光取出效率仍旧较低，期待着提高光取出效率。

例如高辉度红色LED由AlGaInP系材料形成，成为具有如下各层的双异质结构：由在导电性的GaAs衬底上具有晶格匹配的组成的AlGaInP系材料构成的n型AlGaInP层、p型AlGaInP层以及夹在它们之间的由AlGaInP或GaInP构成的作为发光部的一部分的活性层。在此，所谓AlGaInP系材料为以AlGaInP为主成分、组成比例或添加物不同的各种材料的总称。在使用了AlGaInP系材料的半导体发光元件中还可以并用GaInP、GaP等材料。

这种半导体发光元件由于GaAs衬底的带隙窄于活性层的带隙，因此，来自活性层的光多数被GaAs衬底吸收，光取出效率降低。

作为其对策，有如下方法：在活性层和GaAs衬底之间形成由折射率不同的半导体构成的多层反射膜结构层来反射朝向GaAs衬底的光，从而减少光在GaAs衬底的光吸收，提高光取出效率。但是，对于该方法，仅仅反射对多层反射膜结构层具有限定的入射角的光。也就是说，仅仅可以反射朝向GaAs衬底的一部分光，难以充分提高取出效率。

由此，在日本特开2002-217450号公报中公开了如下方法：在制作由AlGaInP系材料构成的双异质结构部分通过在生长用GaAs衬底上生长形成的半导体发光元件后，隔着反射率高的金属层在Si、GaAs等支持衬底上粘贴上述双异质结构部分，随后除去生长中所用的GaAs衬底。根据该方法，由于使用金属作为反射层，不用选择相对于反射层的入射角而可以进行高反射率的反射。因此，与上述的形成多层反射膜结构层相比可以高辉度化。也就是说，通过更有效地取出在活性层产生的光可以高辉度化。

图5为现有的半导体发光元件的截面结构示意图。如图5所示，现有的半导体发光元件101从图示上方依次包括：部分覆盖光取出层的第一电极102，仅形成在第一电极102的正下方而覆盖与第一电极102相同的部分、带隙能量小于活性层且对来自活性层的光不透明的第一电极侧接触层103，形成第一包层侧的主表面、向外部射出从活性层进入第一包层侧的光的光取出层104，作为夹着活性层的2个包层之一的第一包层105，夹在第一、第二包层之间的产生光的活性层106，作为另一个包层的第二包层107，存在于第二包层和反射金属膜层侧接触层之间的夹层108，反射金属膜层侧接触层109，氧化物层110，在第二包层107和第二电极之间反射从活性层106朝向第二电极侧的光的反射金属膜层111，金属密合层112，用于粘贴双异质结构部分的支持衬底113，覆盖主表面的相反面的第二电极114。

光取出层104也称为窗口层。

氧化物层110具有适宜地分散在与反射金属膜层111相接的面内而形成的欧姆接触的接合部115，将不是欧姆接触的接合部115的部分称为非欧姆接触的接合部116。

反射金属膜层侧接触层109具有对材料的添加物不同的3个层117、118和119，这3个层中与夹层108相接的夹层侧接触层117的材料的添加物为Mg，与氧化物层110相接的氧化物层侧接触层119的材料的添加物为Zn，设置于夹层侧接触层117和氧化物层侧接触层119之间的中间接触层18的材料没有积极的添加物。

从第一电极侧接触层103至反射金属膜层侧接触层109称为双异质结构部分120。另外，有时也将第一包层105、活性层106、第二包层107合称为发光层121。

图5的半导体发光元件101通过设置反射金属膜层111，从而不从有支持衬底113的一侧的主表面(相反面)取出光，仅从形成光取出层104的一侧的主表面取出光。