[发明专利]三族氮化物半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及三族(中国使用的周期表中的IIIA族)氮化物半导体发光元件及其制造方法。具体来说，本发明涉及由式In_xGa_yAl_zN(其中，x+y+z＝1，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1)表示的氮化物化合物半导体发光元件及其制造方法。

背景技术

三～五族氮化物系半导体发光元件用作各种显示装置用、照明装置用光源。另外，作为室内光通信用光源也进行过研究。在将三～五族氮化物系半导体发光元件适用于这些用途时，提高发光效率成为问题。

为了提高发光元件的发光效率，需要(1)提高电子和空穴的再结合概率的元件结构、或通过减少半导体结晶的转位或缺陷密度而进行的非发光中心的抑制(内部量子效率的提高)、及(2)从半导体向元件外部取出在半导体结晶中生成的光的取出效率的提高(光取出效率的提高)。关于后者，如由斯涅耳式进行的说明，能够在半导体和外界的边界区域仅将具有临界角以下的角度的光向外部取出，临界角以上的光在边界区域被反射而返回半导体内部，在内部被衰减。

三～五族氮化物系半导体的折射率为2以上，其折射率根据光的取出空间或部件(例如，折射率为1的大气，折射率为1.5的环氧密封材料)的折射率而不同。因此，在以往的三～五族氮化物系半导体发光元件中，由发光层产生的光的大部分成为全反射角度条件，不会取出到外部，有时在元件内部重复多重反射的期间被电极等吸收而衰减。如发光二极管灯一样，用环氧树脂密封了GaN发光层的元件的情况下，从GaN向环氧树脂取出光时的临界角若基于GaN的折射率2.5，环氧树脂的折射率1.5进行计算，则为38°。光的八成在GaN和环氧树脂密封材料的边界区域被全反射，闭塞在GaN层中，因此，可以说只能利用由发光层产生的光的二成。

从而，以往以来，提出了提高光取出效率的方法(特开2003—258296号、特开2003—218383号、WO2005/004247号)。在特开2003—258296号、特开2003—218383号中，公开了在GaP系发光元件表面使用含有嵌段聚合物或接枝聚合物，且自组织地形成微相分离结构的树脂，有选择地除去在发光元件表面形成的薄膜的微相分离结构，将残留的聚合物点作为蚀刻掩模，将发光元件的表面蚀刻，由此形成微细的凹凸的方法。另外，在WO2005/004247号中，公开了将在干式蚀刻时自然产生的残渣作为蚀刻掩模，将GaN系发光元件的n型层表面蚀刻的方法。

然而，希望对三族氮化物半导体发光元件的光取出效率进行进一步的改进，另外，希望光取出效率高的三族氮化物半导体发光元件的有效的制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供提高了光取出效率的高效率的三族氮化物半导体发光元件及其制造方法。

本发明人等为了解决上述问题，进行了专心致志的研究结果，完成了本发明。即，本发明提供依次包含(a1)、(b1)及(c1)的三族氮化物半导体发光元件1。

(a1)N电极；

(b1)半导体多层膜；

(c1)透明导电性氧化物P电极，

在此，半导体多层膜依次包含N型半导体层、发光层、P型半导体层、n型杂质浓度为5×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3的高浓度N型半导体层，N型半导体层与N电极接触，且半导体多层膜具有凸部。

本发明提供含有(a2)、(b2)及(c2)的三族氮化物半导体发光元件2。

(a2)透明导电性氧化物N电极；

(b2)半导体多层膜；

(c2)P电极，

在此，半导体多层膜依次包含n型杂质浓度为5×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3的高浓度N型半导体层、N型半导体层、发光层、P型半导体层，P型半导体层与P电极接触，且半导体多层膜具有凸部。

另外，本发明提供包含工序(I—1)～(I—4)的面发光型半导体发光元件1的制造方法。

工序(I—1)：在基板上，使N型半导体层、发光层、P型半导体层、n型杂质浓度为5×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3的高浓度N型半导体层生长，得到半导体多层膜；