[发明专利]发光二极管元件

说明书

本申请是申请号为“03148730.0”，申请日为2003年6月24日，发明名称为“半导体发光元件，其制造方法及安装方法”之申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及发出短波长的光的发光二极管等半导体发光元件、其制造方法及安装方法。

背景技术

因为由一般式B_zAlGa_1-x-y-zIn_yN_1-v-wAs_vP_w(x、y、z、v、w是这样的，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤x+y+z≤1，0≤v≤1，0≤w≤1，0≤v+w≤1)表示的III—V族氮化物半导体(一般由BAlGaInNAsP来表示，以下称其为GaN系半导体)，例如氮化镓(GaN)在室温下的禁带宽为3.4eV，较宽，所以期待着它有一个广阔的应用天地。例如，既可用在输出蓝色光或者绿色光的可见域发光二极管元件或者短波长半导体激光元件等发光器件上，又能用在高温下工作的晶体管或者高速工作的大功率晶体管等上。作为发光装置的发光二极管元件及半导体激光元件已被商品化。其中，发光二极管元件已实际应用在输出蓝色光或者绿色光的各种显示装置、大型显示装置及交通信号灯等中。再就是，对荧光材料被激活而发出白色光的发光二极管元件的研究开发工作进行得很热烈，开发工作的目标在于朝着用它来代替正在使用的荧光灯、白炽灯这一方向，即朝着所谓的半导体照明这一方向，提高其亮度和发光效率。

到目前为止，和其他宽带半导体一样，GaN系半导体难以靠结晶生长法生长。最近，以金属有机化学气相生长法(MOCVD)为中心的结晶生长技术取得了很大的进展，这带动了上述发光二极管元件进入实用化阶段。

然而，制作由氮化镓(GaN)制成的衬底来作让结晶生长层(外延生长层)生长的衬底是不容易的，因此，不能象制造硅(Si)或者砷化镓(GaAs)那样进行衬底本身的制造工序，衬底上的外延生长层也不能在由与该外延生长层相同的材料制成的衬底上生长，故一般进行的就是用与外延生长层不同的材料作衬底的异质外延生长。

到目前为止，应用最广泛且显示出最优良的器件特性的是，以蓝宝石为衬底而生长的GaN系半导体。因为蓝宝石的结晶结构和GaN系半导体的结晶结构一样，为六方晶系，而且热稳定性极高，故需要1000℃以上的高温的GaN系半导体非常适于在其上进行结晶生长。因此，到目前为止，主要研究的是如何通过改善在由蓝宝石制成的衬底上生长的GaN系半导体层，来提高发光二极管元件的亮度和发光效率这一问题。例如，为实现高亮度化，以下两点是重要的，第一点为：使GaN系半导体的结晶性良好，抑制非发光再结合而提高内部量子效率；第二点为：提高光的取出效率。

如上所述，近几年来结晶生长技术的重大发展，却导致内部量子效率的提高接近于极限。因此，最近的重要课题就成为是如何提高光的取出效率。

下面，参考附图，说明现有的两种提高光取出效率的方法。

(第一个现有例)

如图18所示，是这样来制得第一个现有例所涉及的发光二极管元件的。用例如MOCVD法，在由蓝宝石制成的衬底101上，依次生长由n型AlGaN制成的n型半导体层102、由InGaN制成的活性层103及由p型AlGaN制成的p型半导体层104。接着，再利用干蚀刻法有选择地让n型半导体层102的一部分露出来，在露出的n型半导体层102上形成由Ti/Al制成的n侧电极106。最后，在p型半导体层104上形成厚度10nm左右或者10nm以下的由Ni/Au制成的透明p侧电极107，在透明p侧电极107的一部分区域上形成由Al制成的焊接垫108(参考专利文献1)。

这样以来，因为利用透明p侧电极107，能够让大部分从活性层103射出的例如波长470nm的蓝色光通过透明p侧电极107而被取到外部，故第一个现有例所涉及的发光二极管元件所发出的光的亮度就高。尽管如此，因没有充分地取出射向衬底101一侧的光，故发光效率的提高达到了极限。

(第二个现有例)