專利名稱：：三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及三族(中國使用的周期表中的niA族)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。具體來說，本發(fā)明涉及由式InxGayAlzN(其中，x+y+z=l，0《x《l，0《y《l，0《z《l)表示的氮化物化合物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
：三五族氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件用作各種顯示裝置用、照明裝置用光源。另外，作為室內(nèi)光通信用光源也進行過研究。在將三五族氮化物系半導(dǎo)體發(fā)光元件適用于這些用途時，提高發(fā)光效率成為問題。為了提高發(fā)光元件的發(fā)光效率，需要(1)提高電子和空穴的再結(jié)合概率的元件結(jié)構(gòu)、或通過減少半導(dǎo)體結(jié)晶的轉(zhuǎn)位或缺陷密度而進行的非發(fā)光中心的抑制(內(nèi)部量子效率的提高)、及(2)從半導(dǎo)體向元件外部取出在半導(dǎo)體結(jié)晶中生成的光的取出效率的提高(光取出效率的提高)。關(guān)于后者，如由斯涅耳式進行的說明，能夠在半導(dǎo)體和外界的邊界區(qū)域僅將具有臨界角以下的角度的光向外部取出，臨界角以上的光在邊界區(qū)域被反射而返回半導(dǎo)體內(nèi)部，在內(nèi)部被衰減。三五族氮化物系半導(dǎo)體的折射率為2以上，其折射率根據(jù)光的取出空間或部件(例如，折射率為1的大氣，折射率為1.5的環(huán)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導(dǎo)體發(fā)光元件中，由發(fā)光層產(chǎn)生的光的大部分成為全反射角度條件，不會取出到外部，有時在元件內(nèi)部重復(fù)多重反射的期間被電極等吸收而衰減。如發(fā)光二極管燈一樣，用環(huán)氧樹脂密封了GaN發(fā)光層的元件的情況下，從GaN向環(huán)氧樹脂取出光時的臨界角若基于GaN的折射率2.5，環(huán)氧樹脂的折射率1.5進行計算，則為38°。光的八成在GaN和環(huán)氧樹脂密封材料的邊界區(qū)域被全反射，閉塞在GaN層中，因此，可以說只能利用由發(fā)光層產(chǎn)生的光的二成。從而，以往以來，提出了提高光取出效率的方法(特開2003—258296號、特開2003—218383號、WO2005/004247號)。在特開2003—258296號、特開2003—218383號中，公開了在GaP系發(fā)光元件表面使用含有嵌段聚合物或接枝聚合物，且自組織地形成微相分離結(jié)構(gòu)的樹脂，有選擇地除去在發(fā)光元件表面形成的薄膜的微相分離結(jié)構(gòu)，將殘留的聚合物點作為蝕刻掩模，將發(fā)光元件的表面蝕刻，由此形成微細的凹凸的方法。另外，在WO2005/004247號中，公開了將在干式蝕刻時自然產(chǎn)生的殘渣作為蝕刻掩模，將GaN系發(fā)光元件的n型層表面蝕刻的方法。然而，希望對三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率進行進一步的改進，另外，希望光取出效率高的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的有效的制造方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)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導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。本發(fā)明人等為了解決上述問題，進行了專心致志的研究結(jié)果，完成了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明提供依次包含(al)、(bl)及(cl)的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件l。(al)N電極；(bl)半導(dǎo)體多層膜；(cl)透明導(dǎo)電性氧化物P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102°cm—3的高濃度N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層與N電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。本發(fā)明提供含有(a2)、(b2)及(c2)的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2。(a2)透明導(dǎo)電性氧化物N電極；(b2)半導(dǎo)體多層膜；(c2)P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含n型雜質(zhì)濃度為5X1018cnT35X102Qcm—s的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層與P電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。另外，本發(fā)明提供包含工序(I一l)(I一4)的面發(fā)光型半導(dǎo)體發(fā)光元件1的制造方法。工序(I一l):在基板上，使N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102°cm—3的高濃度N型半導(dǎo)體層生長，得到半導(dǎo)體多層膜；工序(I一2):在半導(dǎo)體多層膜的高濃度N型半導(dǎo)體層上，以面密度2X106cm—22X101()cm—2配置平均粒徑為0.0lMm10pm的微粒；工序(1—3):將微粒作為蝕刻掩模，干式蝕刻半導(dǎo)體多層膜，形成凸部；工序(1—4):在半導(dǎo)體多層膜上形成P電極。進而，本發(fā)明提供包含工序(n—i)(n—7)的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的制造方法。工序(II一l):在基板上，依次使n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102Qcm—s的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層生長，得到半導(dǎo)體多層膜；工序(II—2):在半導(dǎo)體多層膜上形成P電極；工序(1I一3):在P電極上接合支承體；工序(11一4):從半導(dǎo)體多層膜分離基板；工序(1I一5):在半導(dǎo)體多層膜的高濃度N型半導(dǎo)體層上，以面密度2X106cm—22X101Qcm—2配置平均粒徑為0.01|im10nm的微粒；工序(II—6):將微粒作為蝕刻掩模，干式蝕刻半導(dǎo)體多層膜，形成凸部；工序(1I一7):在高濃度N型半導(dǎo)體層上形成N電極。圖1是三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的立體圖。圖2表示凸部的非周期性配置和周期性配置。圖3表示相對于半導(dǎo)體多層膜的垂直方向及水平方向的凸部的剖面。圖4表示凸部形成區(qū)域的各種例子。圖5表示凸部頂點部和半導(dǎo)體多層膜/電極的界面的關(guān)系。圖6表示三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1和封裝件的關(guān)系、圖7表示基板及半導(dǎo)體多層膜的層結(jié)構(gòu)。圖8表示三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的制造例。圖9表示三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2和封裝件的關(guān)系。圖10是三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的立體圖。圖11表示凸部形成區(qū)域的各種例子。圖12表示三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的制造例。圖13表示三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的其他制造例。圖14表示實施例14及比較例的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。圖15表示實施例1的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的凸部形成區(qū)域及凸部形成區(qū)域和非形成區(qū)域的邊界。圖16表示關(guān)于實施例14及比較例的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的凸部區(qū)域面積比和光輸出的關(guān)系。圖中l(wèi)一基板；2—低溫緩沖層；3—N型半導(dǎo)體層；4一發(fā)光層；5一P型半導(dǎo)體層；6—高濃度N型半導(dǎo)體層；7—N電極；8—P電極。具體實施例方式三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件l(以下，稱為元件l)具有N電極、半導(dǎo)體多層膜及p電極。N電極例如包含A1、Ti、Al合金、Ti合金、Al化合物、Ti化合物、含有Al和Ti的合金、含有Al和Ti的化合物、或ITO、ZnO、Sn02之類的透明導(dǎo)電性氧化物，優(yōu)選包含A1、Ti\Al、V\A1。半導(dǎo)體多層膜包含由InxGayAlzN(其中，x+y+z=l，0《x《l，0《y《1，0《z《l)表示的氮化物化合物，依次含有N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、高濃度N型半導(dǎo)體層。N型半導(dǎo)體層例如包含GaN，n型雜質(zhì)濃度為1X1018cm_35X1018cm發(fā)光層可以為單一量子阱結(jié)構(gòu)、多重量子阱結(jié)構(gòu)的任一種。在P型半導(dǎo)體層中，通常，p型雜質(zhì)濃度為lX1018cm—3—5X102Qcm—3。典型地說，P型半導(dǎo)體層和高濃度N型半導(dǎo)體層的界面附近的P型半導(dǎo)體層的p型雜質(zhì)濃度為所述范圍即可。高濃度N型半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度為5X1018CnT3_5X10"cnT3。高濃度N型半導(dǎo)體層的厚度通常為lnm5pm，優(yōu)選lnm10nm。另夕卜，高濃度N型半導(dǎo)體層可以為單層，也可以為多層，在單層的情況下，高濃度N型半導(dǎo)體層例如為厚度5nm的N型InGaN層。另一方面，在多層的情況下，在高濃度N型半導(dǎo)體層中，例如，疊層有15周期的厚度lnm的n型GaN層/厚度lnm的n型InGaN層也可。在元件1中，P電極具有擴大電流而向半導(dǎo)體層注入電流的作用及抑制光的吸收而向外部放出的作用。從而，P電極包含透明導(dǎo)電性氧化物，優(yōu)選包含ITO、ZnO或Sn02。P電極可以為單層，也可以為疊層。另夕卜，P電極從進而抑制光的吸收的觀點來說，優(yōu)選厚度(d)、和吸收系數(shù)(a)之積aXd的值小，例如，優(yōu)選O.l以下。進而，P電極從擴大電流的觀點來說，優(yōu)選片電阻為50Q/口以下。利用圖1，說明三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的典型的結(jié)構(gòu)。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1如圖1(a)及(b)所示，具有依次包含N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5及高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6的疊層結(jié)構(gòu)。N電極7與N型半導(dǎo)體層3接觸。高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6夾在透明P電極8和P型半導(dǎo)體5之間。另外，三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1如圖1(a)及(c)所示，具有包含N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5及高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6的凸部。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1通過具有凸部，具有從凸部向外部有效地取出在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1內(nèi)部閉塞的狀態(tài)下重復(fù)多重反射的期間衰減而去的光的作用，或具有改變反射角度，通過透明P電極，有效地向外部取出的作用。凸部通常至少有兩個，優(yōu)選形狀、尺寸相同。另外，凸部優(yōu)選排列為"非周期性配置"。"非周期性配置"如圖2(a)所示，是指在至少10個以上凸部中，沒有長周期的凸部配置的二維周期性的意思。在"非周期性配置"中，不考慮最相鄰?fù)共块g的周期性或第二最相鄰?fù)共块g的周期性。圖2(b)中示出了周期性配置。利用圖3(a)，詳細說明凸部的形狀。如圖3(c)所示，與半導(dǎo)體多層膜平行的剖面A為圓形，如圖3(b)所示，與半導(dǎo)體多層膜垂直的剖面B包括曲線，且曲率半徑從頂點部朝向周邊部而單調(diào)增加。凸部的面密度通常為2X106cm—22X101Qcm—2。面密度是相對于凸部所占的表面積的凸部的個數(shù)。凸部優(yōu)選在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的總表面積中凸部所占表面積的比率為2.3%以上。總表面積為三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1和外界的邊界區(qū)域面積，例如，在縱300nm、橫300pm、厚度lOOpm的長方體即三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1中，總表面積為3X105pm2[=(30(HimX300pm)X2+(300pmXIOO,)X4]。在該例中，凸部所占的表面積優(yōu)選6.9X10Vn2[=3X105X2.3/10]以上。通過圖4說明凸部的配置。圖4是從三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的光取出面觀察的圖。關(guān)于凸部的配置，凸部形成區(qū)域41如圖4(a)所示，在透明P電極42的周圍存在也可，如圖4(b)所示，在與N電極形成區(qū)域43重疊的區(qū)域存在也可，如圖4(c)所示，在透明電極的開口部44存在也可。另外，凸部組合這些配置也可。其中，從N電極和半導(dǎo)體層的密接性的提高的觀點來說，凸部形成區(qū)域41的一部分的全部優(yōu)選存在于N電極形成區(qū)域。另外，凸部如圖5(a)所示，優(yōu)選連結(jié)凸部的各頂點得到的平面與透明P電極51和半導(dǎo)體多層膜52的界面位于同一平面上。使用這樣得到的半導(dǎo)體多層膜得到的發(fā)光元件適合高輸出化。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1通常片化，裝配在由金屬、陶瓷或樹脂構(gòu)成的封裝件上而使用即可。在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1中，如圖6(a)所示，殘留用于使半導(dǎo)體層結(jié)晶生長的基板(例如，單晶基板)111，然后將其與封裝件112接合也可，如圖6(b)所示，除去基板lll，將封裝件112接合于半導(dǎo)體層110也可。在圖6(a)、圖6(b)中，N電極為7，P電極為8，省略了襯墊電極或向電極的配線、密封樹脂。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1從在進行高電流密度驅(qū)動的用途等中提高散熱性的觀點來說，如圖6(b)所示，優(yōu)選除去基板lll而使用。向封裝件的接合例如使用銀糊劑即可。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1例如通過包括所述工序(I一1)、(1—2)、(1—3)及(I一4)的方法來制造即可。工序(I一l)半導(dǎo)體多層膜的生長在工序(I一l)中，在基板上使N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5X10l8Cm_3—5X102Qcm—3的高濃度N型半導(dǎo)體層生長，得到半導(dǎo)體多層膜。另外，在工序(I一l)中，根據(jù)需要形成低溫緩沖層也可。低溫緩沖層形成于基板上，接著，在其上形成N型半導(dǎo)體層。基板例如為SiC、Si、MgAl204、LiTa03、ZrB2、CrB2或GaN的單晶、藍寶石，優(yōu)選藍寶石。低溫緩沖層例如包含InGaN、GaN，厚度通常為2080nm。N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、高濃度N型半導(dǎo)體層與所述三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的情況相同。生長例如通過MOVPE、HVPE、MBE來進行即可。在MOVPE中，作為三族原料、五族(中國使用的周期表中的VA族)原料、n型摻雜劑原料、p型摻雜劑原料、氣氛氣體、載體氣體，使用如下的化合物。三族原料例如為由三甲基鎵[(CH3)3Ga，以下稱為"TMG"〗、三乙基鎵[(C2H5)3Ga，"TEG"]之類的式RiRJE^Ga(R、R2、R3表示低級垸基)表示的三垸基鎵；由三甲基鋁[(CH3)3A1，"TMA"]、三乙基鋁[(C2H5)3A1，"TEA"]、三異丁基鋁[(i—C4H9)jAl]之類的式R&RsAl(R,、R2、R3表示低級烷基)表示的三烷基鋁；由三甲胺阿蘭[(CH3)3H:A1H3];由三甲基銦[(CH3)3In，"TMI"]、三乙基銦[(C2H5)3in]之類的式R,R2R3ln(R,、R2、113表示低級烷基)表示的三烷基銦；由二乙基銦氯化物[(C2H5)2inCl]之類的三烷基銦用鹵素原子置換了12個垸基的化合物；由銦氯化物[InCl]之類的式InX(X表示鹵素原子)表示的鹵化銦。這些可以單獨使用，也可以混合使用。其中，作為鎵源，優(yōu)選TMG，作為鋁源優(yōu)選TMA，作為銦源優(yōu)選TMI。五族原料例如為氨、肼、甲基肼、1,l一二甲基肼、1，2—二甲基肼、叔丁基胺、乙烯二胺。這些可以單獨使用，或組合使用也可。從在分子中不含有碳原子，能夠抑制對半導(dǎo)體的碳的污染的方面來說，五族原料優(yōu)選氨、肼，進而優(yōu)選氨。n型摻雜劑原料例如為硅烷、二硅烷、鍺垸、四甲基鍺。p型摻雜劑原料例如為Mg、Zn、Cd、Ca、Be，優(yōu)選Mg、Ca。作為p型摻雜劑使用的Mg原料為雙環(huán)戊二烯鎂[(C5H5)2Mg]、雙甲基環(huán)戊二烯鎂[(C5H4CH3)2Mg]、雙乙基環(huán)戊二烯鎂[(C5H4C2H5)2Mg]，Ca原料為雙環(huán)戊二烯鈣[(C5H5)2Ca]及其衍生物、例如雙甲基環(huán)戊二烯鈣[(C5H4CH3)2Ca]、雙乙基環(huán)戊二烯鈣[(C5H4C2H5)2Ca]、雙全氟環(huán)戊二烯鈣[(C5F5)2Ca];二一l一萘基鈣及其衍生物；鈣乙炔化合物及其衍生物、例如雙(4，4一二氟一3—丁烯基)—f丐、雙苯基乙炔基鈣。這些可以單獨使用，也可以組合使用。另外，氣氛氣體或原料載體氣體例如為氮、氫、氬、氦，優(yōu)選氫、氦。這些可以單獨使用，也可以組合使用。生長是向反應(yīng)爐內(nèi)放入基板，導(dǎo)入原料氣體，在基板上使半導(dǎo)體層生長即可。反應(yīng)爐例如具有從原料供給裝置向反應(yīng)爐供給原料氣體的供給線路、及爐內(nèi)的用于加熱基板的基座(susceptor)?；鶠槭拱雽?dǎo)體層均一地生長，通常形成為能夠利用旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。在基座的內(nèi)部，為了加熱基座，配備有紅外線燈等加熱裝置。通過加熱，通過供給線路向反應(yīng)爐供給的原料在基板上被熱分解，使期望的化合物生長。供給于反應(yīng)爐的原料氣體中未反應(yīng)的原料氣體利用排氣線路向反應(yīng)爐的外部排出，送至排氣處理裝置。在HVPE專用，作為三族原料、五族原料、載體氣體，使用如下的化合物即可，三族原料例如為使鎵金屬與氯化氫氣體在高溫下反應(yīng)而生成的氯化鎵氣體、使銦金屬與氯化氫氣體在高溫下反應(yīng)而生成的氯化銦氣體。五族原料例如為氨。載體氣體例如為氮、氫、氬、氦，優(yōu)選氫、氦，這些可以單獨使用，也可以組合使用。另外，在MBE中，作為三族原料、五族原料、載體氣體，使用如下的化合物即可，三族原料例如為鎵、鋁、銦之類的金屬。五族原料例如為氮、氨。載體氣體例如為氮、氫、氬、氦，優(yōu)選氫、氦。這些可以單獨使用，也可以組合使用。根據(jù)工序(I一l)可知，如圖7(a)所示，得到在基板l上形成有低溫緩沖層2、N型半導(dǎo)體層3、發(fā)光層4、P型半導(dǎo)體層5、高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6的半導(dǎo)體多層膜。半導(dǎo)體多層膜在后述的工序(1_2)中，從更均一地配置微粒的觀點來說，優(yōu)選表面平坦。例如，在旋涂法中，若在半導(dǎo)體多層膜表面存在微粒的半徑尺寸以上的臺階，則有時微粒在臺階部重疊。工序(I一2)微粒的配置在工序(1—2)中，在半導(dǎo)體多層膜上以面密度2X106cm—22X101()cm_2配置平均粒徑0.01nm10nm的微粒。微粒包含聚苯乙烯之類的有機物也可，但優(yōu)選包含無機物。無機物例如包括氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硒化物、金屬。氧化物為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰、氧化鎂、氧化鋅、氧化錫、釔鋁石榴石(YAG)。氮化物為氮化硅、氮化鋁、氮化硼。碳化物為SiC、碳化硼、金剛石、石墨、富勒烯。硼化物為ZrB2、CrB2。硫化物為硫化鋅、硫化鈣、硫化鍶。硒化物為硒化鋅、硒化鎘。這些的構(gòu)成元素被其他元素部分取代也可，例如，也可以為含有硅、鋁、氧及氮的硅鋁氧氮陶瓷(sialon)。金屬為Si、Ni、W、Ta、Cr、Ti、Mg、Ca、Al、Au、Ag、Zn。這些可以單獨使用，也可以組合使用。另外，無機物也可以為氮化物被氧化物被覆的無機物、向無機物中導(dǎo)入了鈰或銪等活性賦予劑的熒光體。無機物優(yōu)選氧化物，進而優(yōu)選二氧化硅。微粒由于能夠提高蝕刻時的加工形狀及加工尺寸的均一性，能夠再現(xiàn)性良好地制造光取出效率高的發(fā)光元件，因此，優(yōu)選大小、形狀均一，球狀、單分散且粒徑均一，因此，優(yōu)選來源于硅膠的二氧化硅微粒。另外，微粒的平均粒徑為0.01pm以上，優(yōu)選0.05pm以上，進而優(yōu)選0.1iam以上，lOpm以下，優(yōu)選2pm以下。配置是例如通過在溶劑(例如，水、醇)中分散微粒，在得到的漿料中浸漬半導(dǎo)體多層膜，將其干燥的方法(浸漬法)、向半導(dǎo)體多層膜涂敷或噴射漿料，將其干燥方法來進行即可。從更均一地配置微粒的觀點來說，優(yōu)選利用旋涂法來涂敷。為了使微粒不重疊，優(yōu)選以一層配置。配置成微粒的面密度成為2X106cm—2以上，2X10、m^以下。面密度使用掃描電子顯微鏡來求出即可。面密度例如通過變更漿料濃度、變更涂敷量或噴霧量、或在配置前將半導(dǎo)體多層膜表面處理，變化半導(dǎo)體多層膜和漿料的潤濕性來進行即可。在旋涂法中，通過漿料濃度的調(diào)節(jié)，能夠精密地控制面密度。表面處理例如通過UV光照射、等離子體處理、基于酸或堿藥液的清洗來進行即可。根據(jù)工序(I一2)可知，如圖8(a)所示，在基板l上生長的半導(dǎo)體多層膜82上配置微粒83。還有，在圖8中，省略半導(dǎo)體多層膜82的疊層結(jié)構(gòu)的詳細情況。工序(I一3)凸部的形成在工序(1_3)中，對于半導(dǎo)體多層膜，將微粒作為蝕刻掩模來進行干式蝕刻，形成凸部。干式蝕刻例如使用ECR干式蝕刻裝置或ICP干式蝕刻裝置來進行即可。干式蝕刻優(yōu)選在將半導(dǎo)體多層膜蝕刻的同時，減小與水平于半導(dǎo)體多層膜的面平行的方向上的微粒的最大直徑(以下，稱為"微粒的橫向尺寸(DMAX)")下進行。優(yōu)選在干式蝕刻后的微粒的橫向尺寸(DMAX)為干式蝕刻之前的微粒的粒徑(直徑)的80%以下，進而50%以下的條件下進行干式蝕刻。通過這樣的干式蝕刻，形成凸部的側(cè)壁面相對于半導(dǎo)體多層膜的面不垂直而傾斜的凸部。干式蝕刻優(yōu)選，在形成有利用相對于光取出面的垂直剖面分隔凸部的頂點時，其剖面的輪廓線至少包含兩個曲線部分，且位于凸部的底部側(cè)的曲線部分的曲率半徑與比其位于頂點側(cè)的曲線部分的曲率半徑大的形狀(例如，石^狀)的凸部的條件下進行。工序(I一4)電極的形成在工序(1_4)中，在半導(dǎo)體多層膜上形成P電極。P電極形成是例如使用與所述三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的電極相同的材料或產(chǎn)生其的材料，利用真空鍍敷法、濺射法來進行即可。在P電極形成中，使N電極形成面露出，因此，可以在干式蝕刻(高臺形狀加工)工序之前、后任意情況下進行。但是，在本方法中，在微粒的配置及凸部的形成后，進行高臺形狀加工。由此，通常如圖5(a)所示，連結(jié)凸部的各頂點而得到的平面與透明P電極51和半導(dǎo)體多層膜52的界面形成在同一平面。使用這樣得到的半導(dǎo)體多層膜而得到的發(fā)光元件適合高輸出化。還有，與所述不同地，若在微粒的配置及凸部的形成之前進行高臺形狀加工，則如圖5(b)所示，連接凸部的各頂點而得到的平面與透明P電極51和半導(dǎo)體多層膜52的界面不在同一平面上。使用這樣的半導(dǎo)體多層膜也得到發(fā)光元件。但那是，從高臺臺階部周圍的微粒的密度的控制性及再現(xiàn)性的觀點來說，高臺形狀加工優(yōu)選在微粒的配置及凸部的形成后進行。在工序(I一3)凸部的形成工序中，組合抗蝕劑圖案形成、蝕刻來進行也可。例如，若將p型GaN系半導(dǎo)體層干式蝕刻，則由于蝕刻損傷，變?yōu)楦唠娮瑁词乖谖g刻的表面形成電極，也有時導(dǎo)致歐姆性特性不良。在那樣的情況下，如圖8(b)所示，在配置微粒后，通過光刻工序，用抗蝕劑膜84保護P電極形成預(yù)定區(qū)域。如圖8(c)所示，進行凸部加工的干式蝕刻。其次，如圖8(d)所示，若進行剝離抗蝕劑膜的工序，除去在抗蝕劑膜下存在的殘留微粒，則電極形成預(yù)定區(qū)域的半導(dǎo)體層不被干式蝕刻。殘留微粒的除去通過利用濕式蝕刻或刷洗來進行即可，在微粒為二氧化硅的情況下，例如，用氟化氫酸溶液進行蝕刻除去即可。如圖8(e)所示，為了使N電極形成預(yù)定面的N型半導(dǎo)體層露出，進行高臺形狀形成。利用光刻法，用抗蝕劑膜保護被蝕刻區(qū)域以外，進行半導(dǎo)體層的蝕刻，使N型半導(dǎo)體層露出。蝕刻通過ICP干式蝕刻、ECR干式蝕刻法等來進行即可。其次，如圖8(f)所示，在光取出面的高濃度N型半導(dǎo)體層上形成包含透明導(dǎo)電性氧化物的P電極8。P電極8通過蒸鍍透明導(dǎo)電性氧化物，利用光刻法進行抗蝕劑圖案形成，利用干式蝕刻或濕式蝕刻來形成即可。如圖8(g)所示，在N型半導(dǎo)體層上形成N電極7。N電極例如通過光刻法來進行抗蝕劑圖案形成，利用真空蒸鍍法、濺射法等來蒸鍍電極金屬后，將其起皮(liftoff)而形成。進而，形成由于是N電極和N型半導(dǎo)體層之間的歐姆性接觸形成，因此，組合熱處理進行也可。熱處理根據(jù)電極的種類、N型半導(dǎo)體層的電子濃度而不同，例如，Ti/Al電極的情況下，在氮氣氛下50(TC80(TC下進行0.130分鐘的退火即可。另夕卜，在A1、VVU、ITO電極的情況下，通常不需要進行熱處理。其次，如圖8(h)所示，形成接合襯墊電極85。接合襯墊電極85例如通過利用光刻法進行抗蝕劑圖案形成，利用真空蒸鍍法、濺射法等蒸鍍襯墊電極金屬后，將其起皮而形成即可。襯墊電極金屬例如為Ti、Au、Al、V、Pt或含有這些元素的合金或化合物。另外，通過將襯墊電極金屬8和N電極7設(shè)為相同的金屬，通過同時工序一并形成也可。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2包括N電極、半導(dǎo)體多層膜及P電極。N電極具有電極擴大電流而向半導(dǎo)體層注入電流的作用、及抑制光的吸收而向外部放出的作用。N電極包含透明導(dǎo)電性氧化物，優(yōu)選包含ITO、ZnO或Sn02。N電極可以為單層膜，也可以為疊層膜。N電極從進而抑制光的吸收的觀點來說，優(yōu)選厚度(d)和吸收系數(shù)(a)之積aXd的值小，例如，優(yōu)選O.l以下。進而，P電極從擴大電流的觀點來說，優(yōu)選片電阻為50Q/口以下。半導(dǎo)體多層膜包含由InxGayAlzN(其中，x+y+z=l，0《x《l，0《y《1，0《z《l)表示的氮化物化合物，依次含有高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層。高濃度N型半導(dǎo)體層的n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102GcnT3。另外，高濃度N型半導(dǎo)體層優(yōu)選厚度通常為lnm5iam，優(yōu)選lnm10nm。N型半導(dǎo)體層例如包含GaN，n型雜質(zhì)濃度為1X1018cm—35X1018cm發(fā)光層可以為單一量子阱結(jié)構(gòu)、多重量子阱結(jié)構(gòu)的任一種。在P型半導(dǎo)體層中，通常，p型雜質(zhì)濃度為lX1018cm—3—5X102Qcm—P電極例如包含Ni、Au、Ti、Pt、Ag、Ru、Rh。另外，P電極包含含有這些金屬的至少一種的合金、化合物也可。進而，P電極可以為單層，也可以為疊層，例如，也可以為NhAu、NiVPtVAu的疊層。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2通常片(chip)化，裝配在由金屬、陶瓷或樹脂構(gòu)成的封裝件上而使用即可。在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2中，如圖9(a)所示，殘留用于使半導(dǎo)體層結(jié)晶生長的基板(例如，單晶基板)1，然后將其與封裝件122接合也可，如圖9(b)所示，除去基板1，將封裝件122接合于半導(dǎo)體層120也可。還有，在圖9(a)、圖9(b)中，省略了襯墊電極或向電極的配線、密封樹脂。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2從在進行高電流密度驅(qū)動的用途等中提高散熱性的觀點來說，如圖9(b)所示，優(yōu)選除去基板l而使用。向封裝件的接合例如通過使用Au、Cu的熱壓敷、使用銀糊劑的方法、AuSn之類的焊錫金屬的方法來進行即可。通過圖IO，說明三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的典型的結(jié)構(gòu)。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2如圖10(a)及(b)所示，具有依次包含P型半導(dǎo)體層5、發(fā)光層4、N型半導(dǎo)體層3及高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6的疊層結(jié)構(gòu)。N電極7與高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6接觸，P電極8與P型半導(dǎo)體層5接觸。另外，三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2如圖10(a)所示，具有包含N型半導(dǎo)體層3及高濃度N型半導(dǎo)體極薄層6的凸部。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2通過具有凸部，具有從凸部向外部有效地取出在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2內(nèi)部閉塞的狀態(tài)下重復(fù)多重反射的期間衰減而去的光的作用，或具有改變反射角度，通過N電極7，有效地向外部取出的作用。凸部與三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件l相同地，通常至少有兩個，優(yōu)選形狀、尺寸相同。另外，凸部優(yōu)選排列為非周期性配置。凸部的面密度通常為2X106cm—22Xl(Tcm一2。另外，凸部優(yōu)選在三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的總表面積中凸部所占的表面積的比率(以下，稱為面積比)為2.3%以上。通過圖11，說明凸部的配置。圖11是從三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的光取出面觀察的圖。關(guān)于凸部的配置，凸部形成區(qū)域111如圖11(a)所示，存在于三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的周圍也可，如圖11(b)所示，存在于三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的整個面也可，如圖11(c)所示，存在于透明電極112的開口部114也可。另外，凸部可以組合這些配置。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2例如通過包含所述工序(n—i)(n—5)的方法來制造即可。工序(n—1)半導(dǎo)體多層膜的生長在工序(II一l)中，在基板上使n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X1(^cm^的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層生長，例如，如圖12(a)所示，得到包含n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102Qcm—3的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體多層膜132。另外，在工序(II一l)中，在工序(11一4)中，從使半導(dǎo)體多層膜和基板的分離容易的觀點來說，形成低溫緩沖層也可。低溫緩沖層形成于基板上，接著，在其上形成N型半導(dǎo)體層。基板例如為SiC、Si、MgAl204、LiTa03、ZrB2、CrB2或GaN的單晶、藍寶石，優(yōu)選藍寶石。低溫緩沖層例如包含InGaN、GaN，厚度通常為2080nm。N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、高濃度N型半導(dǎo)體層與所述三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的情況相同。生長在與三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件1的制造方法相同的方法、條件下進行即可，例如，通過MOVPE、HVPE、MBE來進行即可。在生長中，從半導(dǎo)體多層膜的轉(zhuǎn)移密度的降低、裂紋產(chǎn)生的防止、及其翹起的減少的觀點來說，優(yōu)選在基板上形成總計厚度為20)am以上、80Mm以下的半導(dǎo)體多層膜。另外，進而優(yōu)選在基板上形成厚度為2(Hrni以上的無摻雜氮化物半導(dǎo)體層或摻雜濃度低的氮化物半導(dǎo)體層。在生長后，如圖12(a)所示，在半導(dǎo)體多層膜132上，利用光刻法、干式蝕刻形成到達至基板的分離槽133也可。分離槽的形成通過激光劃線器來形成也可。另外，清洗半導(dǎo)體多層膜132的表面也可。工序(11_2)電極的形成在工序(11_2)中，通常，如圖12(b)所示，在半導(dǎo)體多層膜132上形成P電極134。形成例如使用與所述三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的P電極相同的材料或產(chǎn)生其的材料，利用真空蒸鍍法、濺射法來進行即可。工序(n_3)支承體的接合在工序(n—3)中，通常，如圖12(c)所示，在P電極134上接合支承體125。支承體為導(dǎo)電性，例如為Si、GaAs、SiC之類的半導(dǎo)體、Cu、Al、W、Mo、Hf、La、Ta、Ir、Ru、Os、Nb之類的金屬。其中，優(yōu)選熱膨脹率為1.5X10—，C以下的金屬材料，進而優(yōu)選Mo。通常，支承體的利用觸針式表面粗糙度測定裝置的平均粗糙度為5nm以下，從減少翹起的觀點來說，厚度為20200)im。接合例如通過使用Au、Cu的熱壓敷、利用AuSn之類的焊錫金屬的接合來進行即可。工序(II-4)基板的分離在工序(11一4)中，從半導(dǎo)體多層膜分離基板。分離例如使用激光器即可，基板1為藍寶石，半導(dǎo)體多層膜132為GaN的情況下，如圖12(d)所示，從基板1側(cè)照射激光。在激光為YV04激光器的三倍高頻波(波長355nm)時，基板1不能有效地吸收激光，半導(dǎo)體多層膜132吸收光。在半導(dǎo)體多層膜132中，吸收激光的區(qū)域引起分解，析出三族材料(Ga)和氮。如圖12(e)所示，通過將半導(dǎo)體多層膜132置于Ga的熔點(3(TC)以上的氣氛中，能夠分離基板1。從為了使半導(dǎo)體多層膜132分解，效率良好地吸收能量的觀點來說，優(yōu)選激光。另外，優(yōu)選光的波長短。例如，在能量比能帶隙大的光的情況下，吸收大，因此，在半導(dǎo)體多層膜132為GaN的情況下為比365nm短的波長的光即可，激光器是YAG、YV04的三倍高頻波(波長355nm)或四倍高頻波(波長266nm)、ArF(波長193nm)、KrF(波長248nm)、XeCl(波長308nm)之類的受激準分子激光器。激光的振蕩形式例如為連續(xù)振蕩、正常脈沖振蕩、Q開關(guān)脈沖振蕩。從減小熱影響的觀點來說，優(yōu)選Q開關(guān)脈沖振蕩，在Q開關(guān)脈沖振蕩中，也優(yōu)選具有ns級別的短脈沖和高峰值功率的CW激勵Q開關(guān)脈沖振蕩。光以點、線、區(qū)域的形式，供給于基板l和半導(dǎo)體多層膜132的界面附近即可。從有效地分離的觀點來說，使用點、線狀激光，使激光從基板l入射，使激光的焦點從基板1和半導(dǎo)體多層膜132的界面向半導(dǎo)體多層膜132側(cè)移動(散焦)也可。激光的能量具有空間性分布，因此，為了對于晶片(例如，2英寸直徑)，面內(nèi)均一地分離基板l，將照射區(qū)域重疊，將能量向界面均一地傳遞也可。另外，分離通過在基板上配置無機微粒的方法來進行也可。使用于基板的分離的無機微粒在形成半導(dǎo)體多層膜前配置。無機微粒例如包含氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硒化物、金屬。氧化物為二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鈦、氧化鈰、氧化鎂、氧化鋅、氧化錫、釔鋁石榴石(YAG)。氮化物為氡化硅、氮化鋁、氮化硼。碳化物為SiC、碳化硼、金剛石、石墨、富勒烯。硼化物為ZrB2、CrB2。硫化物為硫化鋅、硫化鈣、硫化鍶。硒化物為硒化鋅、硒化鎘。這些的構(gòu)成元素被其他元素部分取代也可，例如，也可以為含有硅、鋁、氧及氮的硅鋁氧氮陶瓷(sialon)。金屬為Si、Ni、W、Ta、Cr、Ti、Mg、Ca、Al、Au、Ag、Zn。這些可以單獨使用，也可以組合使用。另外，無機物也可以為氮化物被氧化物被覆的無機物、向無機物中導(dǎo)入了鈰或銪等活性賦予劑的熒光體。無機物優(yōu)選氧化物，進而優(yōu)選二氧化硅。無機微?？梢允褂们驙睢鍫?、針狀、不定形等任意的形狀的無機微粒，其中，由于球狀不具有方向性，因此更優(yōu)選。因此，作為無機微粒，更優(yōu)選球狀二氧化硅。作為球狀二氧化硅，從單分散，且能夠容易得到粒徑比較一致的觀點來說，更優(yōu)選使用含于硅膠漿料中的二氧化硅微粒。就硅膠漿料來說，二氧化硅的微粒以膠態(tài)狀分散于水等溶劑中，通過硅酸鈉的離子交換或四乙基正硅酸酯(TEOS)之類的有機硅化合物的水解來得到，容易得到球狀二氧化硅微粒。無機微粒的平均粒徑通常為5nm50nm，優(yōu)選10nm10pm，進而優(yōu)選20nmlpm。若平均粒徑為5nm以上，則在基板上配置無機微粒的工序中，無機微粒難以重疊兩層以上，在埋入接下來的無機微粒的半導(dǎo)體多層膜的生長中，更容易埋入無機微粒而平坦地生長。另外，平均粒徑為50pm以下時，埋入無機微粒的半導(dǎo)體多層膜的生長中，由埋入無機微粒而更容易地平坦地生長，且在分離半導(dǎo)體多層膜和基板的分離工序中，容易分離。若關(guān)于粒徑不同的兩種以上的無機微?；旌蠒r的平均粒徑在上述范圍內(nèi)，則混合粒徑不同的兩種以上的無機微粒來使用也可。配置可以通過使用在溶劑中分散了無機微粒的槳料，向該漿料中浸漬基板，或在基板上涂敷或噴射該漿料后，將其干燥的方法來進行也可。溶劑例如為水、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、乙二醇、二甲基乙酰胺、丁酮、甲基異丁酮，從操作性及能夠容易獲得的觀點來說，優(yōu)選水。另外，干燥使用旋子來進行也可。無機微粒的對基板的被覆率通過將利用掃描型電子顯微鏡(SEM)配置無機微粒的基板表面從上方觀察時的測定視野內(nèi)(面積s)中的被計數(shù)的微粒數(shù)量p、和微粒的平均粒徑d，由下述式定義。被覆率(％)=((d/2)2XtcP100)/S該被覆率不特別限定，但優(yōu)選1%95%，更優(yōu)選30%95%，進而優(yōu)選50°/。95%。若為1%以上，則存在三五族氮化物半導(dǎo)體層從基板更容易剝離的傾向，若為95%以下，則進一步增加基板的有效表面積，存在半導(dǎo)體多層膜更容易外延生長的傾向，因此優(yōu)選。在基板上配置的無機微粒優(yōu)選一層結(jié)構(gòu)即單微粒結(jié)構(gòu)。無機微粒部分地重疊兩層以上也可，但有時半導(dǎo)體多層膜難以外延生長，難以平坦地埋入。圖13(a)中示出了這樣在基板表面13配置了無機微粒12的結(jié)構(gòu)剖面圖。在使用無機微粒分離基板的情況下，如圖13(a)所示，在基板11上配置無機微粒12，埋入無機微粒12那樣地，在基板上形成半導(dǎo)體多層膜15后，分離半導(dǎo)體多層膜15和基板11。半導(dǎo)體多層膜15和基板11的分離例如通過施加應(yīng)力，機械地剝離基板11的方法來進行即可，通過向半導(dǎo)體多層膜和基板的界面施加內(nèi)部應(yīng)力及/或外部應(yīng)力的方法來進行即可。使用內(nèi)部應(yīng)力的分離通過在半導(dǎo)體多層膜生長后，利用基于半導(dǎo)體多層膜和基板的熱膨脹系數(shù)差的應(yīng)力，自然剝離的方法來進行即可，例如，通過從半導(dǎo)體多層膜的生長溫度冷卻至室溫、從室溫使用介質(zhì)(液氮等)冷卻至低溫的冷卻、從室溫暫時加熱后，使用介質(zhì)(液氮等)冷卻至低溫的方法來進行即可。使用外部應(yīng)力的分離通過固定半導(dǎo)體多層膜、基板的任一方，向另一方施加沖擊的方法來進行即可。另外，為了促進半導(dǎo)體多層膜和基板的剝離，組合所述使用激光的分離也可。使用無機微粒的分離可以降低分離時的向半導(dǎo)體多層膜的損傷，在不降低半導(dǎo)體多層膜的發(fā)光特性的情況下剝離基板。通過使用激光的方法、使用無機微粒的方法來分離基板，由此例如圖5(b)所示，半導(dǎo)體多層膜110和封裝件接觸，提高元件的散熱特性。元件的散熱性優(yōu)越，因此，即使在以高電流密度驅(qū)動時也不降低發(fā)光效率。工序(11一5)微粒的配置在工序(U—5)中，在半導(dǎo)體多層膜的高濃度N型半導(dǎo)體層上以面密度2X106cm—22X101()011_2配置平均粒徑0.01|iimlOpm的微粒，例如，如圖12(f)所示，在半導(dǎo)體層132上配置作為干式蝕刻掩模的微粒73。在配置時，在半導(dǎo)體多層膜的與基板1接觸的面優(yōu)選實施濕式蝕刻之類的化學(xué)處理、或磨削或研磨之類的物理處理，通過這樣的處理，提高半導(dǎo)體多層膜的與基板1接觸的面的平坦性。工序(11一6)凸部的形成在工序(11_6)中，對于半導(dǎo)體多層膜，將微粒作為蝕刻掩模進行干式蝕刻，形成凸部。工序(11一5)與工序(I一3)相同的方法、條件下進行即可，凸部形成后的元件剖面圖示出在圖12(g)中。工序(H—7)電極的形成在工序(11一7)中，在高濃度N型半導(dǎo)體層上形成N電極，例如圖12(h)所示，在高濃度N型半導(dǎo)體層132上形成包含透明導(dǎo)電性氧化物的N電極137。形成例如通過蒸鍍與所述三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件2的N電極相同的材料或產(chǎn)生其的材料，利用光刻法進行抗蝕劑圖案形成，干式蝕刻或濕式蝕刻的方法來進行即可。實施例說明本發(fā)明的實施例，但本發(fā)明限定于此。實施例1制作了具有圖6(a)所示的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體多層膜。在藍寶石基板1上，在生長溫度53(TC下，使厚度50nm的GaN緩沖層2生長。在GaN緩沖層2上，將二硅烷作為摻雜劑氣體，在生長溫度lll(TC下，使膜厚4pm、n型雜質(zhì)濃度2X10"cm(^的n型GaN層(N型半導(dǎo)體層3)生長。在n型GaN層3上，在生長溫度1120。C下，使厚度100nm、n型載體濃度5X10口cm一s的n型GaN層(未圖示)生長。在n型GaN層上使發(fā)光層4生長。發(fā)光層4是將勢壘層設(shè)為厚度15nm的GaN，將阱層設(shè)為厚度3nm的Ino.,2Gao.8sN層，包含五個阱層的多重量子阱結(jié)構(gòu)。在發(fā)光層4上，將雙環(huán)戊二乙基鎂[(CsH5)2Mg]作為鎂原料，在生長溫度94(TC下，使厚度30nm的鎂摻雜AlGaN層(未圖示)生長。在AlGaN層上，將雙環(huán)戊二乙基鎂作為p型摻雜劑原料，在生長溫度IOI(TC下，使厚度200nm的p型GaN層5(P型半導(dǎo)體層)生長。在p型GaN層5上，在生長溫度70(TC下，使厚度5nm的硅高濃度摻雜劑InGaN層6(高濃度N型半導(dǎo)體層)生長。為了將p型GaN載體活性化，在氮氣氛70(TC下，進行了20分鐘熱處理。其次，用硫酸和過氧化氫水的混合溶液處理InGaN層6表面后，在InGaN層6上，利用旋涂法，涂敷溶膠二氧化硅漿料(扶?；瘜W(xué)工業(yè)(株)"PL—20"、平均粒徑370nm)，將其干燥，配置了二氧化硅微粒。通過利用掃描型電子顯微鏡(以下為SEM)的照片測定了平均粒徑。另外，用SEM觀察了配置后的InGaN層6。二氧化硅微粒的微粒密度為810X108cm—2，在20mm口尺寸的試料面內(nèi)為非常均一的密度分布。利用光刻法，形成抗蝕劑被覆部和非被覆部，用抗蝕劑保護圖14(e)所示的斜線部以外的區(qū)域。由此，N電極形成預(yù)定區(qū)域151和P電極形成預(yù)定區(qū)域152被保護，不受干式蝕刻損傷，凸部形成區(qū)域153成為圖的斜線區(qū)域。利用ICP蝕刻裝置，將二氧化硅微粒作為掩模，在基板偏壓功率100W、ICP功率200W、壓力0.8Pa、氯氣20sccm、二氯甲烷10sccm、氬40sccm、處理時間6.5分鐘的條件下蝕刻半導(dǎo)體多層膜，形成了凸部。對于GaN，在與基板面垂直的方向上蝕刻0.6)im，且二氧化硅微粒的橫向尺寸平均減少至0.18pm。二氧化硅微粒的干式蝕刻處理后的橫向尺寸成為微粒的干式蝕刻處理前的直徑的約50%。另外，位于二氧化硅微粒的正下方的GaN被加工為微小石筍形狀。微小石筍形狀的下底直徑為0.4pm，與干式蝕刻前的硅膠直徑大致相同。在干式蝕刻處理后，剝離抗蝕劑，使用緩沖氟化氫酸，利用濕式蝕刻，除去了殘留的二氧化硅微粒。圖15(a)中示出了凸部形成區(qū)域和非形成區(qū)域的邊界的半導(dǎo)體表面的SEM像。另外，圖15(b)中示出了凸部形成區(qū)域的SEM像。在硫酸和過氧化氫水的混合溶液中將高濃度N型半導(dǎo)體層浸漬兩分鐘，清洗后，利用真空蒸鍍法，形成了厚度140nm的ITO膜。通過光刻法進行抗蝕劑圖案形成，利用氯化鐵水溶液和鹽酸溶液的1:1的混合溶液，進行ITO膜的蝕刻，形成圖案后，剝離抗蝕劑，如圖14(e)所示，在區(qū)域152上形成了ITO電極。通過光刻法，對N型半導(dǎo)體層的露出區(qū)域形成了圖案。利用ICP干式蝕刻，對半導(dǎo)體多層膜進行l(wèi)pm蝕刻，使N型半導(dǎo)體層3露出，剝離抗蝕劑，形成了高臺形狀。在N型半導(dǎo)體層3上，利用光刻法，形成n電極區(qū)域的抗蝕劑圖案，利用真空蒸鍍法蒸鍍V\A1(膜厚10nm\100nm)金屬后，利用抗蝕劑起皮，形成了n電極7。在ITO電極上，利用光刻法形成襯墊電極區(qū)域的圖案，利用真空蒸鍍法蒸鍍TiVUi(膜厚50nmU00nm)金屬后，利用抗蝕劑起皮，形成襯墊電極，得到了發(fā)光元件。在發(fā)光元件中，相對于總表面積的凸部區(qū)域所占的表面積的比率為17.7%。在圖14(a)(e)中，省略了襯墊電極。將發(fā)光元件加工為420pmX420pmX90)im的片形狀，進行了評價。關(guān)于10個發(fā)光元件，在藍寶石基板的某個狀態(tài)下，向兩個電極間流過20mA的電流，測定了光輸出。表l及圖16中示出了結(jié)果。光輸出是在片(chip)的正上方固定光敏二極管而進行測定。實施例2將凸部形成區(qū)域作為圖14(d)的斜線區(qū)域以外，進行與實施例1相同的操作，得到了發(fā)光元件。在發(fā)光元件中，相對于總表面積的凸部區(qū)域所占的表面積的比率為10.1%。與實施例l相同的條件測定了光輸出。結(jié)果示出在表l及圖16中。實施例3將凸部形成區(qū)域作為圖14(c)的斜線區(qū)域以外，進行與實施例1相同的操作，得到了發(fā)光元件。在發(fā)光元件中，相對于總表面積的凸部區(qū)域所占的表面積的比率為4.8%。與實施例1相同的條件測定了光輸出。結(jié)果示出在表l及圖16中。實施例4將凸部形成區(qū)域作為圖14(b)的斜線區(qū)域以外，進行與實施例1相同的操作，得到了發(fā)光元件。在發(fā)光元件中，相對于總表面積的凸部區(qū)域所占的表面積的比率為2.3%。與實施例1相同的條件測定了光輸出。結(jié)果示出在表l及圖16中。比較例1將不實施二氧化硅微粒的配置和微小石筍形狀的加工以外，進行與實施例l相同的操作，得到了發(fā)光元件。與實施例l相同的條件測定了光輸出。結(jié)果示出在表l及圖16中。表l發(fā)光元件的凸部面積比和光輸出<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>*1光輸出值將比較例1的發(fā)光元件的光輸出表示為1.00。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率高。另外，根據(jù)本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件可知，提供光取出效率高的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的有效的制造方法。<table>tableseeoriginaldocumentpage26</column></row><table>*1光輸出值將比較例1的發(fā)光元件的光輸出表示為1.00。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率高。另外，根據(jù)本發(fā)明的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件可知，提供光取出效率高的三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的有效的制造方法。權(quán)利要求1.一種三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，依次包含(a1)、(b1)及(c1)，即(a1)N電極；(b1)半導(dǎo)體多層膜；(c1)透明導(dǎo)電性氧化物P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5×1018cm-3～5×1020cm-3的高濃度N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層與N電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，凸部至少有兩個，這些凸部的形狀、尺寸相同。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的元件，其中，凸部的排列為非周期性配置。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，凸部的與半導(dǎo)體多層膜平行的剖面為圓形，與半導(dǎo)體多層膜垂直的剖面包括曲線，且曲率半徑從頂點部朝向周邊部單調(diào)增加。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，凸部的面密度為2X106cm—22X101Qcm—2。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，相對于元件的總表面積，凸部所占的表面積的比率為2.3%以上。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的元件，其中，連結(jié)凸部的各頂部而得到的平面與透明導(dǎo)電性氧化物P電極和半導(dǎo)體多層膜的界面位于同一平面上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，凸部位于N型半導(dǎo)體層上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其中，半導(dǎo)體多層膜的總計厚度為20nm80nm。10.—種面發(fā)光型半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，包括工序(1—1)(1_4)，艮卩工序(1—1):在基板上，使N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5X1018cnT35X102Qcm—3的高濃度N型半導(dǎo)體層生長，得到半導(dǎo)體多層膜；工序(1—2):在半導(dǎo)體多層膜的高濃度N型半導(dǎo)體層上，以面密度2X106cm—22X101Qcm—2配置平均粒徑為0.01pm10nm的微粒；工序(I一3):將微粒作為蝕刻掩模，干式蝕刻半導(dǎo)體多層膜，形成凸部；工序(I一4):在半導(dǎo)體多層膜上形成P電極。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在工序(I一2)中使用的微粒為無機物。12.根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，無機物選自氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硒化物及金屬構(gòu)成的組。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，無機物為氧化物。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，氧化物為二氧化硅。15.—種三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，包含(a2)、(b2)及(c2)，艮卩(a2)透明導(dǎo)電性氧化物N電極；(b2)半導(dǎo)體多層膜；(c2)P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含n型雜質(zhì)濃度為5X1018cnT35X102Qcm—s的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層與P電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，凸部至少有兩個，這些凸部的形狀、尺寸相同。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，凸部的排列為非周期性配置。18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，凸部的與半導(dǎo)體多層膜平行的剖面為圓形，與半導(dǎo)體多層膜垂直的剖面包括曲線，且曲率半徑從頂點部朝向周邊部單調(diào)增加。19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，凸部的面密度為2X106cm_22X101Qcm—2。20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，相對于元件的總表面積，凸部所占的表面積的比率為2.3%以上。21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，連結(jié)凸部的各頂部而得到的平面與透明導(dǎo)電性氧化物N電極和半導(dǎo)體多層膜的界面位于同一平面上。22.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，凸部位于P型半導(dǎo)體層上。23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的元件，其中，半導(dǎo)體多層膜的總計厚度為20pm80nm。24.—種三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，包括工序(II—1)(11—7)，即:工序(II一l):在基板上，依次使n型雜質(zhì)濃度為5X1018cm—35X102Qcm—s的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層生長，得到半導(dǎo)體多層膜；工序(11一2):在半導(dǎo)體多層膜上形成P電極；工序(11一3):在P電極上接合支承體；工序(1I一4):從半導(dǎo)體多層膜分離基板；工序(11一5):在半導(dǎo)體多層膜的高濃度N型半導(dǎo)體層上，以面密度2X106cm—22X101Qcm—2配置平均粒徑為0.01|im10|imi的微粒；工序(n—6):將微粒作為蝕刻掩模，干式蝕刻半導(dǎo)體多層膜，形成凸部；工序(1I一7):在高濃度N型半導(dǎo)體層上形成N電極。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在工序(II—5)中使用的微粒為無機物。26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，無機物選自氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硒化物及金屬構(gòu)成的組。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，無機物為氧化物。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，氧化物為二氧化硅。全文摘要本發(fā)明提供三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，依次包含(a1)、(b1)及(c1)，即(a1)N電極；(b1)半導(dǎo)體多層膜；(c1)透明導(dǎo)電性氧化物P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層、n型雜質(zhì)濃度為5×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3的高濃度N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層與N電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。另外，三族氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件包含(a2)、(b2)及(c2)，即(a2)透明導(dǎo)電性氧化物N電極；(b2)半導(dǎo)體多層膜；(c2)P電極，在此，半導(dǎo)體多層膜依次包含n型雜質(zhì)濃度為5×10¹⁸cm^-3～5×10²⁰cm^-3的高濃度N型半導(dǎo)體層、N型半導(dǎo)體層、發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層與P電極接觸，且半導(dǎo)體多層膜具有凸部。文檔編號H01L33/06GK101421858SQ20078001343公開日2009年4月29日申請日期2007年2月13日優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日發(fā)明者上田和正,小野善伸,笠原健司申請人:住友化學(xué)株式會社