[发明专利]第III族氮化物半导体发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及通过在包含于器件中的蓝宝石衬底上形成凹凸来改善其光提取性能的第III族氮化物半导体发光器件。

背景技术

近年来，第III族氮化物半导体发光器件已经开始用于一般照明应用，并已经迫切需要显示出改善的光提取性能。专利文件1公开了其中在蓝宝石衬底上形成凹凸来改善半导体发光器件的光提取性能的方法。在包括不具有凹凸的平坦蓝宝石衬底的半导体发光器件的情况下，沿与衬底水平的方向在器件中传播的光受限于半导体层中，并通过例如重复多次反射而衰减。与之相比，在包括具有凹凸的蓝宝石衬底的半导体发光器件的情况下，沿与衬底水平的方向在器件中传播的光可沿垂直于衬底的方向反射或散射，并可提取到外部，由此可改善光提取性能。从上面观察时，这种凹凸可具有例如条纹图案或点图案。

专利文件1：日本专利申请公开(特开)2003-318441

然而，当在蓝宝石衬底上形成条纹图案凹凸时，由于沿条纹方向在水平上不存在差异，所以沿条纹传播的光可无法向上反射或散射，导致光提取性能改善不足。

同时，即使当凹陷或台面在蓝宝石衬底上周期性地设置为从上面观察时为点图案时，在凹陷(或台面)之间必须提供适当的空间用于利用GaN填充凹凸和在衬底上形成平坦的GaN层。因此，在衬底的一些区域中，沿特定的方向在水平上没有差异，导致光提取性能改善不足。

发明内容

鉴于以上所述，本发明的一个目的是实现显示出进一步改善的光提取性能的第III族氮化物半导体发光器件。

在本发明的第一方面，提供一种第III族氮化物半导体发光器件，其包括：蓝宝石衬底，以及提供于蓝宝石衬底上并且由第III族氮化物半导体形成的层状结构，其中所述蓝宝石衬底在层状结构侧上的表面上具有凹凸；并且所述凹凸具有如下结构：其中在垂直于蓝宝石衬底的主表面的任何横截面中在水平上具有一个以上差异，以及在垂直于蓝宝石衬底的主表面的特定的横截面中在水平上具有两个以上差异。

如本文所用的，“第III族氮化物半导体”包括：由式Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，0≤x、y、z≤1)表示的半导体；其中部分Al、Ga或In被其它第13族元素(即B或Tl)替代、或部分N被其它第15族元素(即P、As、Sb或Bi)替代的这种半导体。第III族氮化物半导体的特定实例包括至少包含Ga的那些，例如GaN、InGaN、AlGaN和AlGaInN。通常，使用Si作为n-型杂质，使用Mg作为p-型杂质。

对提供于蓝宝石衬底上的凹凸的结构没有特定限制，只要如上所述在垂直于蓝宝石衬底的主表面的任何横截面中提供在水平上的一个以上差异、在垂直于蓝宝石衬底的主表面的特定横截面中提供在水平上的两个以上差异即可。例如，衬底的凹凸可具有包括第一条纹图案凹凸和提供于第一条纹图案凹凸顶部的第二条纹图案凹凸的结构，其中第一条纹图案凹凸的条纹方向(第一方向)不同于第二条纹图案凹凸的条纹方向(第二方向)。沿垂直于条纹方向的横截面观察时，第一条纹图案凹凸和第二条纹图案凹凸可在例如凹陷(或台面)的间距、凹陷的深度、凹陷(或台面)的侧表面和蓝宝石衬底的主表面之间的角度、或凹陷(或台面)的形状上彼此不同。

从改善光提取性能的观点看，第一方向和第二方向之间的角度优选30°～150°，更优选90°。而且，从改善光提取性能的观点看，优选条纹图案凹凸的凹陷(或台面)的侧表面相对于蓝宝石衬底倾斜40°～80°。

衬底的凹凸的结构的其它实例如下。例如，衬底的凹凸可具有包括条纹图案凹凸、以及提供于条纹图案凹凸顶上的点图案凹凸的结构，其中点图案凹凸包括以栅格图案设置的多个凹陷或台面。点图案凹凸的凹陷或台面可为例如截断的金字塔形、截断的锥形、棱形、圆柱形、金字塔形、锥形或半球形。点图案凹凸的凹陷或台面可设置为栅格图案(例如四角形或三角形栅格图案)。或者，衬底的凹凸可具有包括点图案凹凸、以及提供于点图案凹凸顶上的条纹图案凹凸的结构，其中点图案凹凸包括以栅格图案设置的多个凹陷或台面。点图案凹凸的凹陷(或台面)的侧表面优选相对于蓝宝石衬底的主表面倾斜40°～80°。当角度落入上述范围内时，可进一步改善光提取性能。