[发明专利]基板及其制造方法、发光元件及其制造方法、以及具有该基板或发光元件的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基板及其制造方法、发光元件及其制造方法、以及具有该基板或发光元 件的装置。

背景技术

发光二极管(LED：LightEmittingDiode)为利用化合物半导体的特性将电能转换成光 能的一种EL(ElectroLuminescence)元件，目前利用3-5族化合物半导体的发光二极管被 实用化。该3-5族化合物半导体为直接跃迁型半导体，相比使用其他半导体的元件，可在高 温下进行稳定的动作。并且，3-5族化合物半导体因能量转换效率良好、且寿命长，而较多 使用于各种照明装置或灯饰、电子设备等中。

这种LED发光元件(以下，适当标记为“发光元件”)形成于蓝宝石(Al₂O₃)基板的表 面上，该结构的示意图示于图17(例如，参考专利文献1的图3)。由图17可知，在现有 的发光元件100中，在蓝宝石基板101的表面上经由由GaN系半导体材料构成的低温成长 缓冲层(未图示)而形成有n型GaN接触层(n-GaN层)102。在n-GaN层102形成有n型 电极。在该n-GaN层102上形成有n型AlGaN包层(未图示。根据情况省略)、InGaN发 光层(活性层)103、p型AlGaN包层104，而在其上形成p型GaN接触层105。并且，在 p型GaN接触层105上形成有作为p型电极的ITO(氧化铟锡)透明电极106及金属电极。 InGaN发光层103采用由InGaN阱层与InGaN(GaN)势垒层构成的多量子阱结构 (MQW：MultipleQuantumWell)。另外，在n-GaN层102上的未形成有InGaN发光层 103的部位形成有n型电极层107。

以发光元件100的InGaN发光层103发出的光由p型电极和/或蓝宝石基板101提取， 为了提高其光提取效率，主要的课题是减少错位。然而，成长于蓝宝石基板101上的GaN 层中，会在蓝宝石的光栅常数与GaN的光栅常数之间产生光栅常数差，这种光栅常数差， 在GaN结晶中产生作为高密度的非发光再键合中心而动作的贯通错位。因该贯通错位导致 光的输出(外部量子效率)以及耐久寿命减少，同时还造成漏电流的増加。

并且，在蓝色区域的波长中，GaN的折射率为约2.4，蓝宝石的折射率为约1.8，空气的 折射率为1.0，在GaN与蓝宝石之间将会产生约0.6的折射率差，在GaN与空气之间会产生 约1.4的折射率差。由于该折射率差的产生，InGaN发光层103发出的光线在p型电极或 GaN与空气的界面或蓝宝石基板101之间反覆进行全反射。光线因该全反射而被封闭在 InGaN发光层103，在传播InGaN发光层103中的期间被自动吸收、或是被电极等吸收，最 终会转换成热。即，为了限制折射率差而引起的全反射，会产生发光元件的光提取效率大幅 降低的现象。

为了提高光提取效率，公开有例如在蓝宝石基板面上形成凹凸图案，再于该凹凸图案上 形成上述各GaN层102至105或是电极的发光元件。作为凹凸图案的形成方法，则有将蓝 宝石基板表面进行蚀刻加工的方法。并且，作为更加提高凹凸图案的制造效率的发光元件， 公开有一种将折射率小于GaN的SiO₂、ZrO₂、TiO₂等电介质构成的凹凸图案，形成在平坦 的蓝宝石基板的表面上的发光元件(例如，参考专利文献1的图1)。

在如图18所示，专利文献1所公开的发光元件108中，在蓝宝石基板101表面上形成 有以电介质构成的凸部109的图案。如此，通过在蓝宝石基板101表面形成凸部109的图 案，可在InGaN发光层103下方形成凹凸状的折射率界面。从而，可将在InGaN发光层 103，且横向传播、且被吸收于发光元件108内部的局部光线，通过凸部109的光散射效果 而提取至蓝宝石基板101及InGaN发光层103的外部，可提高光提取效率。并且，无需对 蓝宝石基板101的表面进行蚀刻加工，便可提高发光元件108的发光效率，同时也可实现 FACELO(Facet-ControlledEpitaxialLateralOvergrowth)的成长模式，得到已减少错位密度 的GaN系发光元件。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开2009-54898号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题