[发明专利]半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光元件及其制造方法，特别涉及半导体层的晶体质量良好、光的提取效率高的倒装芯片(flip chip)构造的半导体发光元件以及容易并且低成本地制造该种半导体发光装置的方法。

背景技术

近来，公知在蓝宝石基板上形成GaN类半导体层的倒装芯片构造的半导体发光元件，但这种的半导体发光元件的蓝宝石基板的折射率约为1.8、GaN类半导体层的折射率约为2.5，因此在GaN类半导体层的内部形成波导，出现GaN类半导体层放射的光不能有效地放出到外部这样的问题。

作为用于解决这样不理想的情况的一种手段，通过向蓝宝石基板注入离子的方法，注入一种或两种以上的离子，并且对注入离子后的蓝宝石基板进行热处理，从而提出了形成折射率过渡区域的技术(例如，参照专利文献1)，该形成折射率过渡区域的技术是在蓝宝石基板的半导体层形成面的折射率从与蓝宝石基板的折射率相同或者近似的值变化到与GaN类半导体层的折射率相同或者近似的值，在膜厚方法上变化了的折射率过渡区域。

根据该技术，能够使在蓝宝石基板和GaN类半导体层的界面的两者的折射率相同或者近似，所以能够减少光反射成分，提高光的提取效率。

但是，在专利文献1记载的技术，由于通过离子注入在蓝宝石基板上形成折射率过渡区域，因此制造设备不但规模大而且操作时间长，作为产品的半导体发光元件的成本变高。另外通过离子的注入蓝宝石基板的表面变得粗糙，因此有可能在其表面形成的GaN类半导体层的晶体质量变差、半导体层原来的内部量子效率降低。另外，由于蓝宝石基板熔点高，因此改善通过热处理进行离子注入而产生的蓝宝石基板表面的粗糙是困难的。

专利文献1：日本专利文献2005-109284号公报

发明内容

本发明是为了解决现有技术的不完备而完成的，其目的在于提供半导体层的晶体质量良好、光的提取效率高的倒装芯片构造的半导体发光元件以及容易地且低成本地制造该半导体发光装置的方法。

本发明为了解决上述问题，关于发光半导体元件，第一方面具有：包含发光层的半导体层；形成在该半导体层的光取出面上的折射率倾斜层；通过接合层贴合在该折射率倾斜层的外面的支持基板，所述支持基板以及所述接合层对于从所述半导体层射出的光是透明的，所述支持基板的折射率与所述接合层的折射率大体相等、且比所述半导体层的折射率小；所述折射率倾斜层的折射率在所述半导体层侧与所述半导体层的折射率大体相等，在所述支持基板侧与所述支持基板的折射率大体相等，以这样的方式在膜厚方向上相同或者多阶段地变化来构成。

这样，当将半导体发光元件由半导体层、形成在该半导体层的光取出面上的折射率倾斜层、以及在该折射率倾斜层的外面通过接合层而贴合的支持基板构成时，由于在贴合支撑基板前能够在半导体层的表面形成折射率倾斜层，所以能够代替对蓝宝石基板的离子注入、形成利用等离子体CVD等的气相镀技术的折射率倾斜层。由此，能够廉价地制造光提取效率高的半导体发光元件。另外，没有必要对蓝宝石基板注入离子，因此半导体的晶体质量没有劣化，能够防止半导体层本来的内部量子效率低下。

另外，涉及半导体发光元件的第二方面，在所述的第一方面的构成的半导体发光元件，所述半导体层由GaN类半导体层构成，所述支持基板由SiO₂构成，所述接合层由环氧树脂层构成，所述折射率倾斜层由在膜厚方向上组成变化的无机电介质构成。

SiO₂和SiN等的无机电介质的折射率通过调整成膜时的组成，能够调整折射率。即，能够比较容易地形成折射率倾斜层，该折射率倾斜层在半导体层侧与该半导体层的折射率大体相等、在支持基板侧与该支持基板的折射率大体相等。

另外，在所述第二方面构成的半导体发光元件，所述折射率倾斜层的所述半导体层侧的折射率在2.0～2.9的范围内，所述折射率倾斜层的所述支持基板侧的折射率在1.4～1.6的范围内。

GaN类半导体层的折射率在约以2.5为中心的2.0～2.9的范围内，SiO₂以及环氧树脂的折射率在约以1.5为中心的1.4～1.6的范围内。

对此，SiO和SiN等的无机电介质的折射率通过调整成膜时的组成，能够在1.4～2.9的范围内改变，因此能够形成光提取效率高的半导体元件。通过如此地调整折射率倾斜层的折射率，能够使在GaN类半导体层和折射率倾斜层的界面以及折射率倾斜层和支持基板(接合层)的界面的折射率相同或者近似，因此能够制成高光提取效率高的半导体发光元件。