[发明专利]GaN系半导体发光元件和灯

说明书

技术领域

本发明涉及发光元件，特别是，涉及具有高可靠性和优异的出光效率的发光元件，以及具备通过使用该制造方法制造出的发光元件的灯。

本申请主张基于2006年3月31日在日本的专利申请特愿2006-096340号的优先权，在这里援引其内容。

背景技术

近年来，作为短波长光发光元件用的半导体材料，氮化物系半导体中的GaN系化合物半导体材料受到关注。GaN系化合物半导体，是将以蓝宝石单晶为代表的多种氧化物、第III-V主族化合物制成基板，利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)、分子束外延法(MBE法)等在该基板上形成的。

作为一般的GaN系化合物半导体发光元件的结构，在使用了蓝宝石单晶基板的情况下，依次叠层n型半导体层、发光层、p型半导体层。因为蓝宝石基板是绝缘体，所以该元件结构一般地说，形成如图1所示的结构，所述结构为在p型半导体层上形成的正极、与在n型半导体层上形成的负极存在于同一面上。这样的GaN系化合物半导体发光元件有2种：正极使用透明电极，从p型半导体侧出光的正装(face up)方式；在正极使用Ag等的高反射膜，从蓝宝石基板侧出光的倒装方式。

在p型半导体上设置透明电极的情况下，历来使用Ni/Au等形成的金属透明电极，但是为了提高发光元件的出光效率，近年来ITO等透光性导电氧化薄膜在工业水平上被实用化，并已被积极地使用。

使用外部量子效率作为用于提高这样的发光元件的输出功率的指标。可以说发光元件的该外部量子效率越高，输出功率就越高。

外部量子效率，以内部量子效率与出光效率的乘积来表示。所谓内部量子效率，是流入元件的电流的能量中被转变为光的比例。另一方面，所谓出光效率，是在半导体晶体内部产生的光中能够射出至外部的比例。

为了提高出光效率，主要有2类方法。一类可以列举降低在出光面形成的电极、保护膜等吸收的发射波长的方法。另一类可以列举降低在化合物半导体、电极、保护薄膜等折射率不同的材料的彼此界面上产生的反射损失的方法。

在这里，作为将Ni/Au等金属透明电极替换成ITO等透光性导电氧化膜的原因之一，可以列举通过使用透光性导电氧化膜可以降低发光波长的吸收。

作为降低在折射率不同的材料的彼此界面上产生的反射损失的方法，可以列举对出光面实施凹凸加工的技术。作为实施凹凸加工的方法，有人提出了在对化合物半导体本身实施凹凸加工的发光元件(例如参考专利文献1。)。

但是，专利文献1记载的发光元件，为了对半导体材料实施加工而给半导体层增加负荷，遗留损伤。因此，虽然出光效率提高，但是有内部量子效率降低、不能增加发光强度等的问题。

有人提出了如下方法：通过不对化合物半导体本身进行凹凸加工，而是在蓝宝石基板上形成凹凸，使化合物半导体在其上生长，其结果是在化合物半导体上形成凹凸，使出光效率提高(例如参考专利文献2。)。

但是，在专利文献2记载的发光元件中，因为为了在蓝宝石基板上留下凹凸而造成其后形成的缓冲层的生长不均匀，所以有难以使化合物半导体稳定地生长等的问题。

专利文献1：特许第2836687号公报

专利文献2：特开2005-64492号公报

发明内容

本发明鉴于上述问题，目的是通过在被赋予了凹凸形状的蓝宝石基板上稳定地形成缓冲层，提高在其上生长的GaN系半导体层的结晶性，提供发光特性、和出光效率优异的发光元件的制造方法，以及灯。

本发明人为了解决上述问题进行了深入研究，结果完成了本发明。

即，本发明涉及以下内容。

(1)一种GaN系半导体半导体发光元件的制造方法，所述GaN系半导体发光元件在被赋予了凹凸形状的透光性基板上至少具有缓冲层、n型半导体层、发光层、和p型半导体层，其特征在于，通过溅射法来成膜，而得到所述缓冲层。

(2)如(1)所述的GaN系半导体半导体发光元件的制造方法，其特征在于，使用具有摆动式磁控管磁路的装置进行所述溅射法。

(3)如(1)或(2)所述的GaN系半导体半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述缓冲层是AlN、ZnO、Mg、Hf。

(4)如(1)或(2)所述的GaN系半导体半导体发光元件的制造方法，其特征在于，所述缓冲层是AlN。

(5)如(1)～(4)的任一项所述的GaN系半导体半导体发光元件的制造法，其特征在于，所述透光性基板是蓝宝石单晶。