[发明专利]半导体发光元件基板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光元件基板的制造方法，尤其涉及缩短制造时间、制造高性能的半导体发光元件基板的制造方法。

背景技术

半导体发光元件(LED)因为功耗低、寿命长且发光效率高，所以作为光源得以实用化。并且在半导体发光元件的领域中，GaN、GaAlN、InGaN等GaN系化合物半导体被广泛应用于可见光发光器件及高温动作电子器件等。

在GaN系化合物半导体的制造中，为了在基板表面上生长半导体膜，一般使用蓝宝石基板作为晶体基板。因为蓝宝石基板是绝缘性的，所以不能在蓝宝石基板的相对于设置有由GaN系化合物构成的发光层的基板面为背侧的面上设置电极，而在与发光层相同的面上设置p电极以及n电极。

更详细地说，在蓝宝石基板上依次层叠有缓冲层、n型GaN系化合物层、GaN系发光层、p型GaN系化合物层，并在之上设置有p电极。另外，通常是通过蚀刻使一部分n型GaN系化合物层露出，并设置n型电极。

因此，在蓝宝石基板上依次层叠有n型GaN系化合物层、GaN系发光层、p型GaN系化合物层，在与这些层相同的面上设置p电极以及n电极，由此形成半导体发光元件。

在将上述结构的半导体发光元件安装到各种器件上时，作为安装方法主要分为面朝上安装、面朝下安装两种。所谓面朝上安装是使形成有电极的面朝上而将基板配置在器件侧的方法，其是从电极侧取出光的结构。另一方面，所谓面朝下安装是使形成有电极的面朝下而将电极设置在器件侧的方法，是从基板侧取出光的结构。

在面朝上安装的情况下，在半导体发光元件中，可以通过在蓝宝石基板上与形成有各层以及电极的面相反侧的面上形成反射层，来提高光的取出效率。作为用于反射层的材料，采用蓝色LED的发光波长范围(约450～470nm)内的反射率较高的铝(Al)、银(Ag)等。此外，已知关于蓝色LED的发光波长范围内的反射效率，Al约为92％，Ag约为95％。

并且，在蓝宝石基板与由上述金属构成的反射层之间，还设置有多个作为增反射层的电介质层，从而能够获得更高的反射率。交替地层叠由折射率高的物质构成的电介质层(H)和由折射率低的物质构成的电介质层(L)，使得分别对于波长460nm成为(λ)/4的光学膜厚，来形成该电介质层。

如以下的式1或式2，简略地示出具有这种不同折射率的电介质层的半导体发光元件基板的结构。

蓝宝石基板/aL(HL)^b/Al(或Ag)…(式1)

蓝宝石基板/cH(LH)^dL/Al(或Ag)…(式2)

这时的a、b、c、d是整数。

并且，在由上述式1或式2表示的结构的半导体发光元件基板中，采用TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅等作为高折射率电介质层(H)的材料，采用SiO₂等作为低折射率电介质层(L)的材料。

在采用TiO₂作为高折射率电介质层(H)的材料、采用SiO₂作为低折射率电介质层(L)的材料时，光学特性的计算结果如图7所示。如图7所示，b、d越大，高折射率电介质层(H)和低折射率电介质层(L)越能获得高反射率，从而是优选的。但是，当b、d大时，工艺时间变长，另外针对发光层的发热，热传导变差，因此优选2＜b＜4。

在蓝宝石基板上形成上述电介质层时，一般采用真空蒸镀法。并且，在真空蒸镀法中公知有离子辅助蒸镀法、即这样的蒸镀方法：当在真空室内向基板表面蒸发电介质材料时，对堆积在基板上的蒸镀层照射离子，由此进行致密化。

在该蒸镀法中，利用离子源对基板照射能量比较低的离子束(气体离子)，并且由被称为neutralizer的中和器对基板照射电子。通过此结构，可以中和由离子束积蓄在基板上的电荷，并且利用离子束的运动能量制作致密的光学薄膜(例如，专利文献1)。另外，还可以防止所形成的电介质层的结晶化，能够形成光学特性良好、并且抗环境特性良好的薄膜。

但是，在专利文献1所述的技术中，当形成电介质层时，蒸发源为约2000℃的高温。此外，在采用用于照射离子束的离子源时，离子源本身成为高温，并且随着离子的照射，基板被加热。此时的基板温度取决于电介质层的材料、成膜的厚度、层数等，基板温度大约被加热到100℃以上。