[发明专利]半导体发光元件及其制造方法

说明书

本申请是申请号为“200610138809.6”，发明名称为“半导体发光元件及其制造方法”，申请日为2002年3月20日之申请的分案申请。 

技术领域

本发明涉及半导体发光元件(以下简称“发光元件”)，特别是涉及其发光层由GaN系列半导体晶体(GaN系列晶体)构成的半导体发光元件。 

背景技术

发光二极管(LED)的基本的元件结构呈这样的结构：在晶体衬底上依次生长n型半导体层、发光层(包括DH结构、MQW结构、SQW结构)、p型半导体层，在n型层或导电性晶体衬底(SiC衬底、DaN衬底等)及p型层各层上形成外部引出电极。 

例如，图8是表示将GaN系列半导体作为发光层的材料的元件(GaN系列LED)的一个结构例的图，在晶体衬底101上通过依次进行晶体生长而层叠GaN系列晶体层(n型GsN接触层(也是覆盖层)102、GaN半导体发光层103、p型GaN接触层(也是覆盖层)104)，在它上面设置下部电极(通常为n型电极)105、上部电极(通常为p型电极)106。这里，作为将晶体衬底安装在下侧、光向上方射出后传播的结构进行说明。 

在LED中，以怎样的效率充分地将发光层上发生的光取出到外界(所谓光取出效率)是重要的问题。因此，迄今关于从发光层朝向上方的光，将不致成为其朝向外界的障碍物的图8所示的上部电极106作成透明电极的形态，以及关于从发光层朝向下方的光，设置反射层，使其返回上方的形态等，在种种方面下工夫。 

关于从发光层向上下方向发射的光，如上所述，通过使电极透明化 和设置反射层，能提高向外界取出光的效率，可是，朝向发光层扩展方向(在图8中，在发光层103内用粗箭头表示的方向，以下也称“横向”)发生的光内，虽然在用折射率差规定的全反射角以内到达侧壁的光能发射到外部，但除此以外的很多光例如在侧壁上反复反射等，只在元件内、特别是被发光层本身吸收而衰减、消失。这样的横向的光被上下的覆盖层、或衬底(蓝宝石衬底)和上侧的覆盖层、或衬底和上部电极(进而元件外部的被覆物质等)封闭在里面，成为横向传播的光。该横向传播的光在发光层上发生的全部光量中占有大部分，有时达到总体的60％。 

另外，在将衬底作为上侧安装的倒装片型的LED中(光通过衬底射出到外界)，已知这样一种形态：为了使这样的横向光能朝向衬底的方向反射，而在作为元件结构的层叠体的侧壁上设有角度，使该侧壁成为朝向衬底一侧的反射面。可是，使微小的芯片的四面带有角度进行切割的加工是困难的，在成本上也成问题。 

另外，在朝向上下方向的光中也有问题，即在GaN系列半导体层/蓝宝石衬底的界面和GaN系列半导体层/p型电极(或封装材料)的界面之间，形成反复反射的驻波等，妨碍光取出效率。 

本发明的第一课题是解决上述问题，提供一种使在发光层上发生的横向光朝向外界，另外能抑制上述驻波的发生的赋予了新的结构的发光元件。 

除了上述这样的朝向外界的光取出效率的问题以外，在发光层的材料采用InGaN、而且发生紫外线的情况下，存在以下这样的输出低的问题。 

在发光层中使用InGaN的发光元件中，一般说来能获得高效率的发光。这是因为由In成分起伏造成的载流子的定域化，使得被注入发光层的载流子内被捕获到非发光中心的载流子的比例变少，所以其结果，说明了能获得高效率的发光。 

在GaN系列发光二极管(LED)或GaN系列半导体激光器(LD)中，在发生420nm以下的青紫光～紫外线的情况下，一般说来发光层的材料能使用InGaN(In成分为0.15以下)，有关发光的结构，呈单一量子阱结构(由于活性层薄，所以其中包括所谓DH结构)、多重量子 阱结构。 

一般说来，紫外线的波长的上限比可见光的短波长端(380nm～400nm)短，下限为1nm左右(0.2nm～2nm)，但在本说明书中，包括由上述的In成分为0.15以下的InGaN发生的420nm以下的青紫光，称为紫外线，将发生这样的紫外线的半导体发光元件称为紫外线发光元件。 

由GaN所能发生的紫外线的波长为365nm。因此，在InGaN必须包含In成分、而且不包含Al成分的三元系列的情况下，能发生的紫外线波长的下限是比上述365nm长的波长。