半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)案
[0002]本申請(qǐng)案享有以日本專利申請(qǐng)案2014-99105號(hào)(申請(qǐng)日:2014年5月12日)作為基礎(chǔ)申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)案通過(guò)參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)案而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]LED (Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)等半導(dǎo)體發(fā)光元件具備具有發(fā)光層的半導(dǎo)體層、P電極及η電極。在半導(dǎo)體發(fā)光元件中，P電極形成在半導(dǎo)體層的一面，η電極形成在半導(dǎo)體層的另一面，或者，P電極及η電極形成在半導(dǎo)體層的一面。在這種半導(dǎo)體發(fā)光元件中，期望改善發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種改善了發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
[0006]實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件包含積層體、第一電極、第二電極、及第一層。所述積層體包含:第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、及發(fā)光層。所述第一半導(dǎo)體層具有第一導(dǎo)電型。所述第二半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電型。所述發(fā)光層設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層之間。所述第一電極連接在所述第一半導(dǎo)體層。所述第一電極包含:線狀部分、及轉(zhuǎn)向部分。所述線狀部分相連在所述轉(zhuǎn)向部分。所述第二電極連接在所述第二半導(dǎo)體層。所述第一層設(shè)置在所述第一半導(dǎo)體層的一部分與所述第一電極的所述轉(zhuǎn)向部分之間。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1 (a)?圖1 (C)是表示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖。
[0008]圖2是表不第一實(shí)施方式的變化例的不意性剖視圖。
[0009]圖3(a)?圖3(c)是表示比較例的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其特性的示意圖。
[0010]圖4(a)?圖4(c)是表示第一實(shí)施方式的變化例的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其特性的示意俯視圖。
[0011]圖5是表示模擬圖3及圖4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性所得的結(jié)果的圖。
[0012]圖6(a)及圖6(b)是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖。
[0013]圖7是表示第二實(shí)施方式的另一半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖。
[0014]圖8(a)及圖8(b)是表示半導(dǎo)體發(fā)光元件及其特性的參考圖。
[0015]圖9(a)及圖9(b)是表示第二實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其特性的圖。
[0016]圖10是表示模擬圖8及圖9的半導(dǎo)體發(fā)光元件的特性所得的結(jié)果的圖。
[0017]圖11(a)?圖11(c)是表示電流阻擋層的配置的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面，一面參照附圖，一面對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0019]此外，附圖是示意性或概念性的圖，各部分的厚度與寬度的關(guān)系、部分間的大小的比率等不一定與實(shí)物相同。另外，也存在如下情況:即便在表示相同部分的情況下，也可以根據(jù)附圖而表示相互不同的尺寸或比率。
[0020]此外，在本案說(shuō)明書與各圖中，關(guān)于已給出的圖，對(duì)與所述要素相同的要素標(biāo)注相同符號(hào)，并適當(dāng)省略詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021](第一實(shí)施方式)
[0022]圖1 (a)?圖1 (C)是例示第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意圖。
[0023]圖1 (a)是半導(dǎo)體發(fā)光元件100的示意性俯視圖。圖1 (b)是圖1 (a)的A1-A2線的示意性剖視圖。圖1(c)是圖1(a)的B1-B2線的示意性剖視圖。
[0024]如圖1 (a)?圖1 (C)所示，第一實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件100具備:n型半導(dǎo)體層10(第一導(dǎo)電型第一半導(dǎo)體層)；p型半導(dǎo)體層20(第二導(dǎo)電型第二半導(dǎo)體層)；發(fā)光層30，設(shè)置在η型半導(dǎo)體層10與P型半導(dǎo)體層20之間；ρ電極40 (第二電極)，設(shè)置在ρ型半導(dǎo)體層20的與發(fā)光層30的形成面為相反側(cè)的面上；電流阻擋層50 (第一層)，設(shè)置在η型半導(dǎo)體層10的與發(fā)光層30的形成面為相反側(cè)的面上；η電極60 (第一電極)，設(shè)置在η型半導(dǎo)體層10及電流阻擋層50上；以及η電極墊70 (電極墊)。半導(dǎo)體層80 (積層體)具備η型半導(dǎo)體層10、ρ型半導(dǎo)體層20、及發(fā)光層30。半導(dǎo)體層80具有第一面80a、及第二面80b。第一面80a為與第二面80b相反側(cè)的面。具有η型半導(dǎo)體層10、p型半導(dǎo)體層20、發(fā)光層30、及電流阻擋層50的積層物設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光元件100。
[0025]將從ρ電極40朝向η電極60的方向設(shè)為Z軸方向。將相對(duì)于Z軸方向垂直的一個(gè)方向設(shè)為X軸方向。將相對(duì)于X軸方向垂直且相對(duì)于Z軸方向垂直的方向設(shè)為Y軸方向。從η型半導(dǎo)體層10朝向ρ型半導(dǎo)體層20的方向成為-Z軸方向(第一方向)。
[0026]半導(dǎo)體發(fā)光元件100為以GaN系氮化物半導(dǎo)體作為材料的發(fā)光二極管(LightEmitting D1de:LED)。半導(dǎo)體發(fā)光元件 100 具有 Thin-Film(薄膜)構(gòu)造。Thin-Film 構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件具有如下構(gòu)造:將在成長(zhǎng)襯底上成長(zhǎng)的半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)印至與成長(zhǎng)襯底不同的支撐襯底等。另外，半導(dǎo)體發(fā)光元件100具有上下通電型構(gòu)造，該上下通電型構(gòu)造將P電極40設(shè)置在第二面80b側(cè)，并將η電極60設(shè)置在第一面80a側(cè)。下面，在半導(dǎo)體發(fā)光元件中，有時(shí)將上下通電型Thin-Film構(gòu)造稱為VTF (Vertical Thin-Film，垂直薄膜)構(gòu)造。
[0027]設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光元件100的η電極60為具有線狀部分的細(xì)線電極構(gòu)造?；蛘?，也可以將P電極40的形狀設(shè)為線狀。也就是說(shuō)，將P電極40及η電極60的任一者設(shè)為具有線狀部分。電極的形狀也可以為框狀、梳狀、格子狀、鋸齒狀、或?qū)⑦@些形狀中的若干個(gè)組入口 ο
[0028]η型半導(dǎo)體層10為η型GaN層。ρ型半導(dǎo)體層20為ρ型GaN層。發(fā)光層30為氮化物半導(dǎo)體等半導(dǎo)體層。發(fā)光層30具有多重量子井構(gòu)造。半導(dǎo)體層80的Z軸方向的厚度為I?4μπι左右。
[0029]ρ電極40例如使用銀(Ag)。從發(fā)光層30釋出的光的一部分被P電極40反射，且從Z軸方向提取光。
[0030]η電極60例如使用鋁(Al)。η電極60的Z軸方向的厚度為200nm以上且400nm以下。η電極60具有在第一面80a上沿一方向連續(xù)地相連的多個(gè)框形狀。例如為縱格子形狀。η電極60的所述形狀具有角部61、及交叉部62。角部61具有η電極60的線狀部分的一部分在第一面80a上轉(zhuǎn)向而成的部分。在本實(shí)施例中，角部61如圖1所示，為具有某固定角度的部分，且為例如大致垂直地設(shè)置的部分(轉(zhuǎn)向而成的形狀的另一例例如如圖4所示)。角部61具有轉(zhuǎn)向部分(第一轉(zhuǎn)向部分)。交叉部62為η電極60的線狀部分在第一面80a的周邊附近交叉的部分，且為形成為T字形狀的部分。另外，交叉部62具有大致垂直地轉(zhuǎn)向而成的轉(zhuǎn)向部分(第二轉(zhuǎn)向部分)。交叉部62也可以具有如圖4所示轉(zhuǎn)向而成的轉(zhuǎn)向部分。
[0031]所謂線狀部分，是指具有大致直線狀的部分。例如，線狀部分為如圖1所示在η電極60中為大致直線狀的部分。
[0032]所謂轉(zhuǎn)向部分，是指以某固定的角度轉(zhuǎn)向而成的部分。例如，所謂轉(zhuǎn)向部分，為如圖1所示，在η電極60中，相連在線狀部分并大致垂直地轉(zhuǎn)向而成的部分。另外，轉(zhuǎn)向部分也可以為如圖4所示，在η電極60中以緩和的曲率轉(zhuǎn)向而成的部分。轉(zhuǎn)向部分也可以為具有特定的曲率半徑的部分。
[0033]η電極墊70為大致四邊形狀，且設(shè)置在第一面80a的角附近。η電極墊70與η電極60電連接。
[0034]電流阻擋層50為絕緣層或高電阻層，包含例如含有介電體的材料、含有非接觸性(包含非接觸性、及因由于功函數(shù)的關(guān)系而不以低電阻與半導(dǎo)體層80接觸的金屬的組合、或界面障壁而導(dǎo)致的高電阻化)金屬的材料、或具有比η電極60的材料高出兩位數(shù)以上的電阻值的材料。
[0035]電流阻擋層50也可以為半絕緣層或半導(dǎo)體層。另外，電流阻擋層50也可以為相對(duì)于η電極60接觸電阻高的金屬化合物。電流阻擋層50可以包含抑制η電極60中的電流集中的任意材料。電流阻擋層50可以基于其厚度及材料而設(shè)置。
[0036]含有介電體的材料包含氧化硅(S12)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(S1N)、氟化鋰(LiF)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(T12)、以及其他氧化物、氮化物、氟化物、或包含這些的混合物。如果考慮光提取效率，則介電體的光學(xué)透明度高，且具有等于或低于半導(dǎo)體層80的折射率。折射率越低越理想，也可以通過(guò)設(shè)為泡狀或海綿狀而降低平均折射率。電流阻擋層50具有作為全反射鏡(Total Internal Reflect1n:TIR)的功能，所以能夠抑制因n電極60而導(dǎo)致的光的損耗。電流阻擋層50的Z軸方向的厚度較理想的是λ/2η以上，但在無(wú)法忽視介電體的光吸收的情況下，或不期待TIR的效果的情況下，較理想的是I nm以上且λ/Sn以下。如果為Inm以下，則存在因若干個(gè)介電體而穿隧電流變?yōu)轱@著的情況。另外，λ/8η?λ/2η的范圍是由于因η電極60而導(dǎo)致光吸收增大所以不理想。其中，λ設(shè)為光的波長(zhǎng)，η設(shè)為介電體的λ的折射率。
[0037]包含非接觸性金屬的材料較理想的是光學(xué)反射率高的材料。但是，根據(jù)材料的組合，即便為0.5nm左右的厚度也會(huì)發(fā)揮功能。當(dāng)為5nm以下的厚度時(shí)，η電極材料的光學(xué)特性成為支配性，所以形成電流阻擋層50的金屬自身的光學(xué)特性并不重要。在VTF構(gòu)造中，也可以將在結(jié)晶成長(zhǎng)的初期階段形成的GaN層用作電流阻擋層50。另外，也可以預(yù)先通過(guò)等離子體處理、自由基處理、或離子處理等對(duì)與η電極60接觸的第一面80a進(jìn)行加工而使其鈍化，從而防止接觸。在這些情況下，無(wú)法定義電流阻擋層的厚度。
[0038]如圖1 (a)及圖1 (b)所示，電流阻擋層50設(shè)置在η電極60的角部61與η型半導(dǎo)體層10之間，以及交叉部62與η型半導(dǎo)體層10之間。電流阻擋層50設(shè)置在η電極60的轉(zhuǎn)向部分與η型半導(dǎo)體層10之間。另外，電流阻擋層50設(shè)置在η電極墊70與η型半導(dǎo)體層10之間。
[0039]電流阻擋