CN101911317B - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

半导体发光元件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供可靠性高且配光性良好的半导体发光元件。半导体发光元件(1)具有n侧电极(50)，该n侧电极(50)设置在半导体层叠体(40)的与安装在基板(10)上的面相反侧的光取出面上。在光取出面的第1凸区域(80)和第2凸区域(90)中设有多个凸部。第2凸区域(90)位于第1凸区域(80)与n侧电极(50)之间，且与n侧电极(50)和半导体层叠体(40)之间的界面邻接。相比于n侧电极(50)和半导体层叠体(40)之间的界面，设置在第1凸区域(80)中的第1凸部的基端位于发光层(42)侧，相比于第1凸部的基端，设置在第2凸区域(90)中的第2凸部的基端位于n侧电极(50)和半导体层叠体(40)之间的界面侧。

Description

半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体发光元件，特别涉及在光取出面上形成了凹凸形状来提高光取出效率的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
以往，在LED等半导体发光元件中，在光取出侧的半导体层表面的一部分上，形成有电极，并且，为了提高来自半导体层的光的取出效率，有时形成有多个凹凸形状。例如，公知有记载于如下文献中的技术：日本特开2000-196152号公报、日本特开2005-5679号公报、日本特开2003-69075号公报、日本特开2005-244201号公报以及日本特开2006-147787号公报。
在日本特开2000-196152号公报记载的发光元件中，在光取出侧的半导体层表面上，隔开间隔地形成有多个半球形状的凹凸，在这些凹凸上形成有透明电极，在透明电极上有选择地层叠键合焊盘。形成凹凸的方法如下。即，通过热处理，使隔开规定间隔并列设置的多个阻挡层(resist)溶融而软化，将变形为横截面呈半圆状的“半球形状”的部分转印到光取出侧的半导体层表面上，由此来形成凹凸。
在日本特开2005-5679号公报记载的发光元件中，在光取出侧的半导体层表面上，通过蚀刻形成了二维周期构造的凹凸。在光取出侧，在未形成凹凸的部分上，以具有高度差的方式形成有n侧电极和p侧电极。
在日本特开2003-69075号公报记载的发光元件中，在氮化镓系化合物半导体基板上，层叠有氮化镓系化合物半导体，在氮化镓系化合物半导体基板的与用于层叠元件的面相反侧的面上，通过蚀刻，形成有凹凸。在该凹凸上形成有电极。
在日本特开2005-244201号公报记载的发光元件中，在光取出侧的半导体层表面上，具有：形成了多个细长空隙的多孔质构造；以及包围该多孔质构造的电极。该多孔质构造的形成方法如下。即，在由晶片构成的蓝宝石基板上，依次形成n型半导体层、活性层、p型电子阻挡层、p型畸变超晶格层以及p型接触层，形成p侧欧姆电极，作为开口状的光取出部的周缘，之后，将层叠了各半导体层的晶片浸入到药液中。由此，在p型接触层的光取出部上形成了多孔质构造。此时，在包围多孔质构造的周缘部分上，残留有p侧欧姆电极。另外，在形成多孔质构造之后，通过蚀刻来形成n侧电极。
在日本特开2006-147787号公报记载的发光元件中，在光取出侧的半导体层表面上，形成有凹凸，该凹凸是以从基板的界面产生的贯通错位为基点，在晶体生长时自然产生的。并且，在凹凸上形成有电极。
另外，在光取出侧的面上形成了凹凸的发光元件中，在日本特开2007-88277号公报中记载了这样的发光元件：在光取出侧的面的相反侧，形成了p侧电极和n侧电极。在日本特开2007-88277号公报记载的发光元件中，在蓝宝石基板上层叠着包含发光层的半导体，在蓝宝石基板的与形成了发光层的面相反侧的面(光取出侧的面)上，具有凸部。该凸部是使用模具制作成的，并且，该凸部是由按长周期形成的较高的第1凸部和按短周期形成的较低的第2凸部混合构成的。
另外，在日本特开2007-67209号公报中记载了这样的发光元件：该发光元件的前提是在电极正下方的氮化物半导体层表面上形成凹凸。在日本特开2007-67209号公报记载的发光元件中，在氮化镓基板上层叠有氮化镓系化合物半导体，在氮化镓基板的与层叠元件的面相反侧的面上，形成有凹凸。该凹凸的形成方法如下。即，在通过研磨形成了大的凹凸之后，与其重叠地，通过蚀刻形成微小的凹凸。由此，能够降低氮化物半导体与层叠在其上面的电极之间的接触电阻，能够提高密接性。
但是，现有技术存在以下所示的问题。
现有技术均是以提高来自半导体层的光取出效率为目的而设置凹凸形状的技术，所以，在除了光取出效率之外还要提高光输出的情况下，将产生以下问题。
例如，在通过在半导体层表面上设置凸部来提高光输出的情况下，存在凸部的高度越高，光输出越高的趋势。换言之，存在这样的趋势：半导体层表面被挖陷(切削或侵蚀)得越深，光输出越高。
另一方面，在日本特开2000-196152号公报、日本特开2005-5679号公报、日本特开2003-69075号公报、日本特开2005-244201号公报以及日本特开2006-147787号公报记载的发光元件中，在光取出侧的半导体层表面上，设有了同样的凹凸形状。因此，存在这样的趋势：当为了提高光输出而将半导体层表面挖陷得越深时，电极越容易发生脱离。例如，在形成了电极的区域与设置了凸形状的区域相分离的发光元件中，在提高光取出效率的同时还要提高光输出的情况下，需要将凹凸形状较深地设置到与电极邻接的区域，所以，电极容易脱离。因此，在以提高光取出效率为前提、还要提高光输出的情况下，能够防止形成在光取出侧的面上的电极发生脱离的可靠性高的元件，比较理想。
并且，对于发光元件而言，在设计上，对发光元件的配光性的控制也很重要的要素。例如，在日本特开2000-196152号公报记载的发光元件中，由于在半导体层表面上形成的凹凸形为半球形状，因此，配光性差。即，从凹凸向外侧放出的光中，朝向正上方的光的取出效率低。因此，希望实现在提高光输出时不会降低配光性的技术。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供可靠性高且配光性良好的半导体发光元件。
并且，另一目的在于，提供用于制造可靠性高且配光性良好的半导体发光元件的制造方法。
本发明的半导体发光元件具有：半导体层叠体，其在n型半导体层与p型半导体层之间具有发光层；安装该半导体层叠体的基板；以及电极，其设置在所述半导体层叠体的与安装在所述基板上的面相反侧的光取出面上，在所述光取出面上具有多个凸部，该半导体发光元件的特征在于，所述多个凸部设置在第1凸区域和第2凸区域中，所述第2凸区域是这样的区域：其位于所述第1凸区域与所述电极之间，且与所述电极和所述半导体层叠体之间的界面邻接，相比于所述界面，设置在所述第1凸区域中的第1凸部的基端位于所述发光层侧，相比于所述第1凸部的基端，设置在所述第2凸区域中的第2凸部的基端位于所述界面侧。
根据该结构，半导体发光元件在光取出面上具有第1凸区域和第2凸区域，第2凸区域与电极邻接配置。因此，与在光取出面上仅单纯地具有从相对较深的位置形成的第1凸部的发光元件相比，能够降低电极的脱落率，并且，能够使半导体层中的电流扩散更加均匀。另外，与在光取出面上仅单纯地具有从相对较深的位置形成的第1凸部、且未在与电极邻接的区域中设置凹凸形状的发光元件相比，能够使配光性更加良好。另外，与在光取出面上仅单纯地具有从相对较浅的位置形成的第2凸部的发光元件相比，能够提高光输出。
并且，在本发明的半导体发光元件中，优选所述第1凸部从基端到末端的高度比所述第2凸部从基端到末端的高度高。根据该结构，在光取出面上具有从相对较深的位置较高地形成了凸部的第1凸区域和从相对较浅的位置较低地形成了凸部的第2凸区域，第2凸区域与电极邻接配置。因此，通过这种结构，半导体发光元件能够降低电极的脱落率，实现良好的配光性。这里，优选第1凸部的高度为第2凸部的高度的2倍以上。
另外，在本发明的半导体发光元件中，优选所述第1凸部和所述第2凸部为末端渐细的形状。根据该结构，从第1凸部和第2凸部向外侧放出的光中朝向正上方的光的取出效率良好。因此，与不是末端渐细的情况相比，配光性良好。
另外，本发明的半导体发光元件可以构成为，至少所述第2凸区域被设置为包围所述电极。根据该结构，与第2凸区域仅与电极的一部分邻接的情况相比，配光性良好。并且，能够提高光取出面上电极的形状及配置场所的设计自由度。这里，第2凸区域只要至少将电极包围即可，而除了将电极包围以外，例如在第1凸区域的外周也可以具有第2凸部。
并且，在本发明的半导体发光元件中，更加优选的是，所述第1凸区域被设置为包围所述第2凸区域和所述电极。根据该结构，与电极分离地、高密度地配设第1凸区域，因此，光输出提高。
另外，本发明的半导体发光元件可以构成为，所述电极分离地设置在所述光取出面上，在夹在分离地设置的所述电极之间的区域中，具有所述第1凸区域和所述第2凸区域。根据该结构，在光取出面上隔开规定间隔配设多个电极的情况下，能够防止各电极发生脱落，同时实现良好的配光性。
另外，在本发明的半导体发光元件中，优选所述第1凸部和所述第2凸部的末端形成为非平坦的形状。根据该结构，与末端平坦的情况相比，能够使配光性更加良好。这里，非平坦的末端包含末端形成为曲面的情况、末端尖细的情况以及在末端具有凹凸的情况。
另外，在本发明的半导体发光元件中，优选的是，所述第1凸部和所述第2凸部被设置成，其基端与相邻的凸部的基端邻接。根据该结构，与在相邻凸部的基端之间存在作为平坦面的间隙的情况相比，从凸部向外侧放出的光中的朝向正上方的光的取出效率变强。因此，配光性良好。并且，相邻凸部的基端相接，这相当于从相邻凸部的基端之间存在间隙的状态进一步向深处挖陷，因此，光输出提高。
另外，在本发明的半导体发光元件中，在所述第1凸区域中，可以形成为：所述第1凸部离所述电极越远，则所述第1凸部的基端越接近所述发光层。根据该结构，在光取出面上，不仅可以从靠近电极的一侧起，分第2凸区域和第1凸区域这两个阶段，以使凸部变深的方式来形成凸部，而且在第1凸区域中，也可以当离电极越远时，以阶段性或连续的方式，以使凸部变深的方式来形成凸部，所以，既能够降低电极的脱落率，又能够提高光输出。
另外，本发明的半导体发光元件可以构成为，在所述电极与所述半导体层叠体之间的界面处，还具有第3凸部。根据该结构，除了能够提高光输出以外，能够降低在半导体层叠体的光取出侧的表面上制作第3凸部之后层叠在其上面的电极之间的接触电阻，并且能够提高光取出侧的表面与电极之间的密接性。这里，第3凸部的形状和大小可以与第1凸部相同，也可以与第2凸部相同。而且，也可以与它们不同。
另外，本发明的半导体发光元件的制造方法的特征在于，该制造方法具有以下工序：形成半导体层叠体，该半导体层叠体在n型半导体层与p型半导体层之间具有发光层；以朝着阻挡层的层叠方向，使该阻挡层的开口缩小的方式，形成具有所述开口的所述阻挡层，所述开口包围所述半导体层叠体的与安装在基板上的一侧相反侧的、形成光取出面的一个半导体层表面的电极形成预定区域；从所述阻挡层的上方，向所述半导体层表面层叠掩模材料；去除层叠了所述掩模材料的阻挡层；以及将所述电极形成预定区域作为掩模，对所述半导体层表面进行蚀刻。
根据上述步骤，半导体发光元件的制造方法具有形成阻挡层的工序，该阻挡层具有朝着层叠方向缩小的开口。因此，当从这样形成的阻挡层的上方向半导体层表面层叠掩模材料时，从开口注入的掩模材料在半导体层表面上，向阻挡层侧薄薄地扩散，形成了比开口大小大的凸缘状的区域。然后，当去除了层叠着掩模材料的阻挡层时，在半导体层表面的电极形成预定区域中，留下了具有与阻挡层的开口相同形状的截面的掩模材料，而且，以围绕电极形成预定区域的方式，薄薄地形成了由掩模材料构成的凸缘状的区域。然后，当以电极形成预定区域为掩模对半导体层表面进行蚀刻时，在完全未形成掩模材料的其他区域中，先开始形成凸部。此时，在凸缘状的区域中，薄薄的掩模材料被逐渐去除，露出了半导体，即，较晚地形成凸部。由此，能够形成高度不同的2种凸部。其结果，不需要为了形成2种凸部而进行2次蚀刻，因此，能够缩短制造工序。
另外，在本发明的半导体发光元件的制造方法中，优选所述掩模材料是电极材料。根据上述步骤，半导体发光元件的制造方法具有去除层叠了作为掩模材料的电极材料的阻挡层的工序，因此，通过该工序，能够在半导体层表面的电极形成预定区域中，形成具有与阻挡层的开口相同形状的截面的电极，能够实现工序的缩短。
根据本发明，半导体发光元件能够在提高光取出效率时，降低光取出面侧的电极的脱落率，并且，能够使半导体层中的电流扩散变得均匀。因此，能够提供可靠性高且光输出高的半导体发光元件。并且，在指向角为0度时，光输出最大，进而得到了接近于朗伯余弦定律的配光性。其结果，能够提供适合于照明等的半导体发光元件。并且，根据本发明，能够缩短制造工序来制造可靠性高且配光性良好的半导体发光元件。这里，本发明所说的配光性良好是指，在指向角为0度时光输出最大、进而得到接近于朗伯余弦定律的配光性，由此，例如在照明用途及汽车的前照灯用途中，能够得到设计简单且性能优良的发光元件。
附图说明
图1是示意性示出本发明的实施方式的半导体发光元件的结构的剖面图。
图2是示出图1所示的n侧电极的一例的平面图。
图3是示意性示出图1所示的第1凸区域和第2凸区域的立体图。
图4是图3所示的A-A剖面的箭头方向视图。
图5是示意性示出图1所示的半导体发光元件的制造工序的剖面图(其1)。
图6是示意性示出图1所示的半导体发光元件的制造工序的剖面图(其2)。
图7是示意性示出图1所示的半导体发光元件的制造工序的剖面图(其3)。
图8是示出本发明的实施方式的半导体发光元件的指向性的一例的曲线图。
图9是作为本发明的实施方式的半导体发光元件的变形例而通过局部剖视来示意性表示第1凸区域的图。
图10是示意性示出本发明的实施方式的半导体发光元件的结构的变形例的剖面图。
图11是示意性示出本发明的实施方式的半导体发光元件的结构的变形例的剖面图。
图12是示意性示出现有的半导体发光元件的结构的剖面图。
图13是示意性示出现有的半导体发光元件的结构的剖面图。
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明用于实施本发明的半导体发光元件的最佳方式(以下称为“实施方式”)。其中，为了对配置进行明确的说明，图中示出的结构要素等的厚度及长度进行了夸张的表示，因此，不限于图中示出的厚度及长度。
[半导体发光元件的结构]
在本发明的实施方式的半导体发光元件中，在半导体层叠体的与安装在基板上的一侧的面相反侧的光取出面上，具有多个凸部，并且，在光取出面上具有电极，所述半导体层叠体在n型半导体层与p型半导体层之间具有发光层。首先，参照图1～图4，对半导体发光元件的结构进行说明。图1是示意性示出本发明的实施方式的半导体发光元件的结构的剖面图，图2是示出图1所示的n侧电极的一例的平面图。并且，图3是示意性示出图1所示的第1凸区域和第2凸区域的立体图，图4是图3所示的A-A剖面的箭头方向视图。
如图1所示，本实施方式的半导体发光元件1主要由基板10、金属化层20、p侧电极30、半导体层叠体40、n侧电极50、保护膜60、背面金属化层70构成。
(基板)
基板10由硅(Si)构成。另外，除了Si以外，例如，还可以使用由Ge、SiC、GaN、GaAs、GaP、InP、ZnSe、ZnS、ZnO等半导体构成的半导体基板、金属单体基板、或者由彼此之间不发生固溶或固溶极限小的2种以上的金属复合体构成的金属基板。其中，作为金属单体基板，具体而言，可以使用Cu。并且，作为金属基板的材料，具体而言，可以使用由从Ag、Cu、Au、Pt等高导电性金属中选择的一种以上的金属和从W、Mo、Cr、Ni等高硬度金属中选择的一种以上的金属构成的材料。在使用半导体材料的基板10的情况下，还可以采用对其附加了元件功能的基板10，例如，附加了齐纳二极管的基板10。此外，作为金属基板，优选使用Cu-W或Cu-Mo的复合体。
(金属化层)
金属化层20是在制造该半导体发光元件1的工序中，由2个基板贴合而成的共晶体。详细地讲，是由图5(c)所示的外延(生长)侧金属化层21和图5(d)所示的基板侧金属化层22贴合而成的。其中，作为外延侧金属化层21的材料，例如，可以举出在图5(c)中从下向上按照钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)/锡(Sn)/金(Au)的顺序层叠而成的材料。并且，作为基板侧金属化层22的材料，例如，可以列举出图5(d)中从上向下按照金(Au)/铂(Pt)/二硅化钛(TiSi2)的顺序层叠而成的材料，或按照二硅化钛(TiSi2)/铂(Pt)/钯(Pd)的顺序层叠而成的材料。
返回图1，继续说明半导体发光元件1的结构。
(p侧电极)
p侧电极30设置在半导体层叠体40的靠基板10侧的安装面上。
详细地讲，p侧电极30由半导体层叠体40侧的p电极第1层(未图示)和该p电极第1层下侧的p电极第2层(未图示)的至少双层构造构成。
关于p电极第1层(未图示)，可例示出通常可用作电极的材料。例如，可以列举出：银(Ag)、锌(Zn)、镍(Ni)、铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、钼(Mo)、铬(Cr)、钨(W)、镧(La)、铜(Cu)、钇(Y)等的金属及合金；以及ITO、ZnO、SnO2等导电性氧化物等的单层膜或层叠膜等。p电极第2层(未图示)例如可以使用铂(Pt)、金(Au)、Ni-Ti-Au系的电极材料。
作为p侧电极30的具体例，虽然未作图示，不过在为p电极第1层/p电极第2层的双层构造的情况下，例如有：铂(Pt)/金(Au)、钯(Pd)/金(Au)、铑(Rh)/金(Au)、镍(Ni)/金(Au)等。另外，作为在p电极第1层与p电极第2层之间夹有第3层的三层构造，例如有：镍(Ni)/铂(Pt)/金(Au)、钯(Pd)/铂(Pt)/金(Au)、铑(Ph)/铂(Pt)/金(Au)等。此外，作为在p电极第1层与p电极第2层之间夹有第3层和第4层的四层构造，例如有银(Ag)/镍(Ni)/钛(Ti)/铂(Pt)等。
(半导体层叠体)
半导体层叠体40由氮化镓系化合物半导体构成，其一般式表示为：InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)。具体而言，例如是GaN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等。特别优选GaN，因为其具有蚀刻面的结晶性良好等的优点。半导体层叠体40构成为，从与安装在基板10上的一侧的面相反侧的光取出面侧，按顺序依次层叠着n型半导体层41、发光层42以及p型半导体层43。
在光取出面上形成有多个凸部。在本实施方式中，光取出面是n型半导体层41的表面。即，多个凸部被设置在n型半导体层41上。而且，多个凸部被设置在第1凸区域80和第2凸区域90(90a、90b、90c、90d)中。第2凸区域90位于第1凸区域80与n侧电极50之间，且与n侧电极50和半导体层叠体40之间的界面邻接。相比于n侧电极50与半导体层叠体40之间的界面，设置在第1凸区域80中的第1凸部的基端位于发光层42侧。相比于第1凸部的基端，设置在第2凸区域90中的第2凸部的基端位于n侧电极50与半导体层叠体40之间的界面侧。第1凸部从基端到末端的高度高于第2凸部从基端到末端的高度。在光取出面上，分离地设置有2个n侧电极50，在夹在分离地设置的2个n侧电极50之间的区域中，具有第1凸区域80和第2凸区域90a、90b。后面将对形成在该第1凸区域80和第2凸区域90中的凸部(第1凸部、第2凸部)的详细情况进行叙述。
n型半导体层41例如由含有作为n型杂质的Si、Ge或O等的GaN构成。此外，n型半导体层41也可以由多层形成。
发光层42例如由InGaN构成。
p型半导体层43例如由含有作为p型杂质的Mg的GaN构成。
在该半导体层叠体40的光取出面上，形成有2个电极。在本实施方式中，光取出面是n型半导体层41的表面，所以，形成在光取出面上的电极是n侧电极50。另外，光取出面上形成的电极的个数只要为一个以上即可。
(n侧电极)
如图1所示，n侧电极50隔开规定间隔地设置在光取出面上。在本实施方式中，光取出面是n型半导体层41的表面，所以，n侧电极50以隔开规定间隔且电连接的方式，形成在n型半导体层41的上表面上。n侧电极50通过引线键合与外部连接。n侧电极50由从n型半导体层41的上表面侧起，包含多个金属的多层膜构成，例如：Ti/Pt/Au、Ti/Pt/Au/Ni、Ti/Al、Ti/Al/Pt/Au、W/Pt/Au、V/Pt/Au、Ti/TiN/Pt/Au、Ti/TiN/Pt/Au/Ni。另外，n侧电极50也可以由欧姆电极和焊盘电极构成。
在图2所示的例子中，在半导体发光元件1上，隔开规定间隔平行地设置有大致呈线状的2个n侧电极50，在各n侧电极50上，分别接有引线51、52。第2凸区域90被设置为包围n侧电极50。例如，这相当于接有引线51的n侧电极50被图1所示的第2凸区域90a、90c包围的情况。同样，相当于接有引线52的n侧电极50被图1所示的第2凸区域90b、90d包围的情况。这里，关于图1所示的第2凸区域90a、90c，如图2所示，这是为了便于说明而对一个第2凸区域90标注了2个标号。并且，图1中所示的第2凸区域90b、90d也是同样。接着，第1凸区域80被设置为包围第2凸区域90和n侧电极50。即，第1凸区域80包围着接有引线51的n侧电极50及其周围的第2凸区域90，并且，包围着接有引线52的n侧电极50及其周围的第2凸区域90。
返回图1，继续说明半导体发光元件1的结构。
(保护膜)
保护膜60由折射率比n型半导体层41低的透明材料构成，其覆盖了n侧电极50的上表面的除引线键合区域以外的表面、以及n型半导体层41的表面及侧面。保护膜60由绝缘膜构成，特别优选由氧化膜构成。保护膜60例如由二氧化硅(SiO2)或Zr氧化膜(ZrO2)构成。
保护膜60例如可通过溅射法、ECR(Electron Cyclotron Resonance：电子回旋共振)溅射法、CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法、ECR-CVD法、ECR-等离子体CVD法、蒸镀法、EB法(ElectronBeam：电子束蒸镀法)等公知的方法来形成。其中，优选通过ECR溅射法、ECR-CVD法、ECR-等离子体CVD法等来形成。
(背面金属化层)
背面金属化层70形成在基板10的形成金属化层20的面的相反侧，作为欧姆电极发挥功能。作为背面金属化层70的材料，例如，可以举出图1中从上向下依次层叠着二硅化钛(TiSi2)/铂(Pt)/金(Au)的材料。
(第1凸区域和第2凸区域)
如图3和图4所示，形成在第1凸区域80中的第1凸部和形成在第2凸区域90b(90)中的第2凸部为末端渐细的形状。由此，配光性良好。并且，第1凸部和第2凸部的末端形成为曲面。因此，与末端形成为平坦面的情况相比，配光性良好。并且，如图3和图4所示，第1凸部的高度为第2凸部的高度的2倍以上。而且，第1凸部和第2凸部被设置成，其基端与相邻的凸部的基端邻接。即，凸部(第1凸部、第2凸部)与相邻的凸部之间不具有平坦面。由于像这样高密度地设置了凸部，所以，能够提高光取出效率。因此，配光性良好。并且，当为相同深度时，与凸部与相邻凸部之间具有平坦面的情况相比，光输出提高。
[半导体发光元件的制造方法]
(第1制造方法)
参照图5和图6(适当参照图1～图4)，对图1所示的半导体发光元件的第1制造方法进行说明。图5和图6是示意性示出图1所示的半导体发光元件的制造工序的剖面图。
首先，如图5(a)所示，在半导体生长用基板100上，按顺序依次层叠n型半导体层41、发光层42、p型半导体层43，形成半导体层叠体40。半导体生长用基板100是要在后续工序中剥离的基板，例如，由以C面、R面和A面中的某一个面为主面的蓝宝石构成。另外，作为半导体生长用基板100，也可以使用与蓝宝石不同的其他类型基板。作为其他类型基板，例如，可以使用尖晶石(MgAl2O4)这样的绝缘性基板、与SiC(含有6H、4H、3C)、ZnS、ZnO、GaAs及氮化物半导体的晶格相匹配的氧化物基板等、能够生长氮化物半导体的以往公知的基板材料。
接着，如图5(b)所示，使用磁控管溅射法，在半导体层叠体40的上表面(p型半导体层43的表面)上，按顺序依次层叠未图示的p电极第1层、p电极第2层，由此来形成p侧电极30。接着，如图5(c)所示，在p侧电极30上，层叠外延侧金属化层21。并且，在外延侧金属化层21的形成前后或与其并行地，如图5(d)所示，在基板10上层叠基板侧金属化层22。然后，如图5(e)所示，将层叠了基板侧金属化层22的基板10翻过来，将基板侧金属化层22与外延侧金属化层21贴合在一起。
接着，如图6(a)所示，从半导体层叠体40上将半导体生长用基板100剥离。接着，如图6(b)所示，将剥离了半导体生长用基板100后的基板10翻过来，由此，通过CMP(Chemical Mechanical Polishing：化学机械抛光)，对最上面的半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)进行抛光。
该最上面的半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)是作为光取出面的面。为了在该面上形成第1凸区域80和第2凸区域90，可以使用干法蚀刻或湿法蚀刻中的任意一方来形成。但是，为了得到凸部的末端为曲面的形态、以及凸部与相邻凸部之间的基端邻接的形态，优选湿法蚀刻。因此，这里，对基于湿法蚀刻的形成方法进行说明。这里，对于湿法蚀刻的溶液，作为各向异性的蚀刻溶液，可以使用KOH水溶液、四甲基氢氧化铵(TMAH：Tetramethyl ammonium hydroxide氢氧化四甲铵)、乙二胺-邻苯二酚(EDP：Ethylene diamine pyrocatechol)等。
接着，如图6(c)所示，在半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)上，隔开规定间隔形成n侧电极50。接着，如图6(d)所示，设置将n侧电极50的上表面和侧面全部覆盖的掩模110，通过湿法蚀刻对非掩模部进行蚀刻。非掩模部是作为第1凸区域80的部分，通过该蚀刻，形成多个不完全的第1凸部。即，形成从较浅的位置突出的较低的凸部。另外，对于加工量(深度)及凸部的高度，可在湿法蚀刻中，通过改变温度和浸渍时间来进行调整。例如，可以将蚀刻溶液加热到50～100℃，并在其中浸渍例如30分钟。
接着，去除掩模110，如图6(e)所示，将n侧电极50作为掩模，通过湿法蚀刻对非掩模部进行蚀刻。通过该蚀刻，在非掩模部中的已形成了不完全的第1凸部的区域中，形成多个第1凸部。即，形成从较深的位置突出的较高的凸部。并且，通过该蚀刻，在非掩模部中的曾布置了掩模110的区域中，形成多个第2凸部。即，形成从较浅的位置突出的较低的凸部。
接着，如图6(f)所示，用保护膜60覆盖半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)。并且，用保护膜60覆盖n侧电极50的上表面的除引线键合区域以外的表面以及半导体层叠体40的侧面。然后，将基板10翻过来，在最上面的基板10的表面上，形成作为欧姆电极的背面金属化层70，进行芯片化。然后，对背面金属化层70侧进行安装，并将引线与n侧电极50相连，由此，制造出图1所示的半导体发光元件1。
(第2制造方法)
图1所示的半导体发光元件的第2制造方法，与第1制造方法同样地进行图5(a)～图5(e)以及图6(a)～图6(b)分别所示的工序。第2制造方法的特征在于接下来进行的n侧电极50的形成方法。参照图7(适当参照图1～图6)，对第2制造方法进行说明。图7是示意性示出半导体发光元件的制造工序的剖面图。另外，在图7中，省略了位于半导体层叠体40的下方的层的图示。
如图7所示，在半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)的电极非形成部上，设置阻挡层120。这里，阻挡层120具有开口，该开口包围半导体层叠体40的上表面的电极形成预定区域，并且，以朝着阻挡层120的层叠方向，使阻挡层120的开口缩小的方式，形成该阻挡层120。接着，从阻挡层120上方，向半导体层叠体40的整个上表面层叠电极材料130。因此，从开口注入的电极材料130在半导体层叠体40的上表面上，向阻挡层120侧薄薄地进行扩散，形成了比开口大小大的凸缘状的区域。接着，去除层叠了电极材料130的阻挡层120，由此，在电极形成预定区域中形成了n侧电极50。此时，形成了围绕n侧电极50的凸缘部50a。
然后，将n侧电极50(电极形成预定区域)作为掩模，通过湿法蚀刻，对半导体层叠体40的非掩模部进行蚀刻。这里，在未形成凸缘部50a的区域中，先开始形成凸部。此时，在凸缘部50a中，薄薄的电极被逐渐去除，从而露出了半导体层叠体40的上表面，即，较晚地形成凸部。由此，能够形成高度不同的2种凸部(第1凸部、第2凸部)。即，未形成凸缘部50a的区域为第1凸区域80，凸缘部50a为第2凸区域90。其结果，不需要通过2次蚀刻来形成第1凸区域80和第2凸区域90，所以，能够缩短制造工序。另外，蚀刻后的工序与第1制造方法相同，所以省略其说明。
[半导体发光元件的特性]
作为本实施方式的半导体发光元件1的特性，对光输出、电极脱落率以及配光性进行说明。
(光输出)
本实施方式的半导体发光元件1在光取出面上，设置了从较深的位置具有较高的第1凸部的第1凸区域80、以及从较浅的位置具有较低的第2凸部的第2凸区域90，所以，与在整个面上仅设置第2凸部的发光元件相比，能够提高光输出。并且，如下所示，电极脱落率低，配光性良好，因此，能够较高地形成第1凸部，能够提高光输出。
(电极脱落率和光输出)
作为比较，针对以下的一例，通过RIE(Reactive Ion Etching：反应离子蚀刻)进行了制造，即：在所述一例中，与第1凸部同样地，从相对较深的位置较高地形成第2凸部，并通过干法蚀刻来形成凹凸。如图12所示，代表比较例1的现有的半导体发光元件200主要由基板210、金属化层220、p侧电极230、半导体层叠体240、n侧电极250、保护膜260以及背面金属化层270构成。半导体层叠体240构成为，从与安装在基板210上的一侧的面相反侧的光取出面侧，依次层叠着n型半导体层241、发光层242和p型半导体层243。并且，在n型半导体层241的表面上，在电极非形成区域中规则地形成有凹凸280。在n型半导体层241的表面即光取出面上，在凹凸280以外的部分上，设置有n侧电极250。另外，在图12中，示意性示出了凹凸280的一例，半导体发光元件200在凹凸280中，至少存在以下两种情况中的一种：在彼此相邻的凹部之间具有平坦面(上表面)，或者在彼此相邻的凸部之间具有平坦面(底面)。
半导体发光元件200与本实施方式的半导体发光元件1相比，n侧电极250与n型半导体层241之间的密接强度低。这可以认为是在半导体层叠体240中，因凹凸280对电极接合部的损伤所造成的。因此，为了消除损伤，制造了未设置凹凸280而是设置了平坦部的半导体发光元件(以下称为比较例2)。如图13所示，代表比较例2的现有的半导体发光元件300构成为，在n型半导体层241的表面即光取出面上，在n侧电极250之间形成了平坦部310，除此以外，与图12所示的半导体发光元件200同样地形成。可知，该半导体发光元件300的电极的密接强度得到改善。具体而言，在图12所示的半导体发光元件200(比较例1)中，在n侧电极250上进行引线键合时，对于n侧电极250，发生了6％的比例的脱落，而对于图13所示的半导体发光元件300(比较例2)，未发生脱落。但是，图13所示的半导体发光元件300(比较例2)具有平坦部310，所以，从整体上讲，输出较低。
(配光性)
图8是示出本实施方式的半导体发光元件的指向性的一例的图。这里，用粗实线表示这样的情况：使用KOH水溶液作为湿法蚀刻的蚀刻溶液，来形成第1凸区域80和第2凸区域90(以下称为实施例1)。并且，用细实线表示这样的情况：将加工量(深度)调整为至少第1凸部的高度比实施例1小，来形成第1凸区域80和第2凸区域90(以下称为实施例2)。而且，作为比较，用虚线表示所述比较例1，用单点划线表示所述比较例2。
在图8中，横轴表示辐射角(°)，纵轴表示光输出(μW)。这里，指向角-90～90°表示在n侧电极50的图2所示的宽度方向(横向)上测定到的角度。并且，本发明所说的指向角是指，将与光取出面垂直的方向设为0度来测定光取出方向的各角度下的光强的角度。例如在图2中，与纸面垂直的方向为指向角0度。如图8所示，在实施例1和实施例2中，至少在指向角为0°时，强度最大。这展现出与朗伯余弦定律(Lambert’s law)一致的配光性或与其近似的配光性。另一方面，在比较例1中，指向角为±30°时的强度大，指向角为0°时的强度低。即，与现有的半导体发光元件相比，本实施方式的半导体发光元件1的配光性出色。另外，对于比较例2，在任何指向角下，整体上输出均较低。这里，在曲线图中，光取出方向上的光输出相当于曲线围成的面积。具体而言，如果设比较例2的光输出为“1”，则比较例1的光输出为“2.57”，实施例1的光输出为“2.70”，实施例2的光输出为“2.64”。而且，对于指向角为0度时的强度，如果设比较例2为“1”，则比较例1为“3左右(3倍左右)”，实施例1和实施例2为“6左右(6倍左右)”。实施例1和实施例2的结果为，通过增大加工量(深度)，提高了光输出。另外，在n侧电极50的图2所示的垂直方向(纵向)上进行的测定也得到了相同的结果。
根据本实施方式的半导体发光元件1，在光取出面上，设置了具有较高的第1凸部的第1凸区域80和具有较低的第2凸部的第2凸区域90，第2凸区域90与n侧电极50邻接配置，因此，能够降低在光取出面上n侧电极50的脱落率。因此，能够提供可靠性高且光输出高的半导体发光元件。并且，根据本实施方式的半导体发光元件1，能够提供配光性高且光输出高的半导体发光元件。并且，在光取出面上，不仅具有第1凸部，而且还具有第2凸部，因此，与仅设置同样的第1凸部的情况相比，能够使半导体层中的电流扩散更加均匀。
以上对本实施方式进行了说明，不过，本发明不限于此，可在不改变其主旨的范围内，进行各种实施。例如，在光取出面的第1凸区域80中，可以将第1凸部形成为：第1凸部离n侧电极50越远，其基端越接近发光层42。图9是通过局部剖视来示意性示出这样制造的半导体发光元件的第1凸区域的图。另外，图9示意性示出了通过扫描电子显微镜(SEM)观察到的情况(使用“3D Real Surface View(VE-9800、株式会社キ一エンス制)”)。在图9中，在右侧配置了n侧电极50(未图示)。在该例子中，如假想线901所示，各凸部的末端位于相同高度。并且，在图9中，右侧起第2个凸部的剖面的基端(左侧)与右侧起第3个凸部的剖面的基端(右侧)邻接。用标号902表示该共同的基端。右侧起第5个凸部的剖面的基端(右侧)903及其基端(左侧)904位于相同深度。另一方面，如果以基端902的位置为基准，则基端904的位置比其深的量为D。即，右侧起第5个凸部与右侧起第2个凸部相比，是从相对较深的位置较高地形成了凸部。这样，在第1凸区域中，形成为，随着离电极越远，则阶段性地或连续地变深，由此，既能够降低电极的脱落率，又能够提高光输出。
并且，在本实施方式中，是在通过CMP对半导体层叠体40的上表面(n型半导体层41的表面)进行抛光之后，设置n侧电极50，不过，也可以在抛光之后，在形成n侧电极50之前，对电极形成区域进行加工，预先设置与之后在第1凸区域80中形成的第1凸部相同的凸部(第1凸部)。图10示出了这样制造的半导体发光元件的一例。在图10中示出了剖面的半导体发光元件1A，在2个n侧电极50与半导体层叠体40之间的界面处，也具有第1凸部。即，在2个n侧电极50的正下方，分别形成有第1凸区域80a和80b。通过这种结构，能够降低半导体层叠体40与n侧电极之间的接触电阻，能够提高密接性。
另外，关于形成第1凸区域80和第2凸区域90的方法，上文中是使用掩模并通过湿法蚀刻来进行的，但不限于该方法，也可以通过干法蚀刻来形成。在干法蚀刻的情况下，在RIE中，例如通过调整气体种类、真空度、高频功率等蚀刻条件，从而还可以通过阶段性的蚀刻来产生第1凸区域80和第2凸区域90。
而且，还可以组合使用干法蚀刻和湿法蚀刻来形成第1凸区域80和第2凸区域90。图11示出了这样构成的半导体发光元件的一例。在图11中示出了剖面的半导体发光元件1B，首先通过RIE形成第1凸区域80，接着通过湿法蚀刻形成第2凸区域90。这里，可以用2种观点来考虑第1凸区域80的剖面。在第1种观点中，认为在图11中，在第1凸区域80中相对较深地形成了较高的5个凸部。在第2种观点中，认为在图11中，在第1凸区域80的较深的位置和较浅的位置分别形成了与形成在第2凸区域90中的凸部相同的相对较低的凸部。该较低的凸部可以在形成第2凸区域90的凸部的工序中同时形成。根据半导体发光元件1B，与n侧电极50邻接地形成了第2凸区域90，因此，能够降低在光取出面上n侧电极50的脱落率。并且，由于在第1凸区域80中相对较深地形成了较高的凸部，因此，能够提供光输出高的半导体发光元件。
另外，在本实施方式中，将半导体层叠体40的光取出面设为n型半导体层41，不过，也可以将光取出面设为p型半导体层43，并在该p型半导体层43上设置第1凸区域80和第2凸区域90。该情况下，在光取出面上设有p侧电极。另外，由于本实施方式所示的结构能够在第1凸区域80中较深地形成第1凸部，所以是优选的。
另外，在本实施方式中，在制造时，在半导体层叠体40的整个上表面上均形成了p侧电极30(参照图5(b))，不过，也可以局部地形成p侧电极30，并在与p侧电极30同一平面内的未形成p侧电极30的部分中，填充与所述保护膜60相同材料的保护膜。该情况下，当从光取出面侧平面地观察半导体发光元件1时，是交替地配置n侧电极50和p侧电极30，这能够进一步提高光取出效率，因此是优选的。另外，所谓同一材料表示，例如在保护膜60是由SiO2形成的情况下，在未形成p侧电极30的部分中填充的保护膜也由SiO2来形成，根据其制造方法等的不同，在组分中也可以存在略微的差异。这种保护膜的填充例如可通过ECR溅射法来进行。
另外，构成半导体发光元件1的半导体层叠体40的材料不限于氮化镓系化合物半导体。另外，在本实施方式中，在光取出面上，从接近n侧电极50的一侧起，按照第2凸区域90和第1凸区域80这两个阶段，以使凸部变深的方式来进行设置，不过，只要在各个凸区域中，离电极越远，越从相对较深的位置较高地形成凸部，则即使是3个阶段以上，也具有同等的效果。
并且，在半导体发光元件中也可以构成为，在光取出面上设置p侧电极30和n侧电极50双方。该情况下，可以在形成了设于发光层42上的电极(例如p侧电极30)的半导体层的表面上，设置第1凸部(或第1凸区域80)和第2凸部(第2凸区域90)。在这样构成的情况下，具有降低了设置在发光层42上的电极的脱落率的效果。
产业上的可利用性
本发明的半导体发光元件能够用于可将半导体发光元件作为器件来应用的所有用途，例如可用于照明、曝光、显示、各种分析、光网络等各种领域中。

Claims (12)

1.一种半导体发光元件，其具有：半导体层叠体，其在n型半导体层与p型半导体层之间具有发光层；安装该半导体层叠体的基板；以及电极，其设置在所述半导体层叠体的与安装在所述基板上的面相反侧的光取出面上，在所述光取出面上具有多个凸部，该半导体发光元件的特征在于，
所述多个凸部设置在第1凸区域和第2凸区域中，
所述第2凸区域是这样的区域：其位于所述第1凸区域与所述电极之间，且与所述电极和所述半导体层叠体之间的界面邻接，
相比于所述界面，设置在所述第1凸区域中的第1凸部的基端位于所述发光层侧，
相比于所述第1凸部的基端，设置在所述第2凸区域中的第2凸部的基端位于所述界面侧。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述第1凸部从基端到末端的高度比所述第2凸部从基端到末端的高度高。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述第1凸部为从所述基端到末端渐细的形状，所述第2凸部为从所述基端到末端渐细的形状。
4.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
至少所述第2凸区域被设置为包围所述电极。
5.根据权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述第1凸区域被设置为包围所述第2凸区域和所述电极。
6.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述电极分离地设置在所述光取出面上，在夹在分离地设置的所述电极之间的区域中，具有所述第1凸区域和所述第2凸区域。
7.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述第1凸部和所述第2凸部的末端形成为非平坦的形状。
8.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
所述第1凸部和所述第2凸部被设置成，其基端与相邻的凸部的基端邻接。
9.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
在所述第1凸区域中，形成为：所述第1凸部离所述电极越远，则所述第1凸部的基端越接近所述发光层。
10.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，
在所述电极与所述半导体层叠体之间的界面处，还具有第3凸部。
11.一种半导体发光元件的制造方法，其特征在于，该制造方法具有以下工序：
形成半导体层叠体，该半导体层叠体在n型半导体层与p型半导体层之间具有发光层；
以朝着阻挡层的层叠方向，使该阻挡层的开口缩小的方式，形成具有所述开口的所述阻挡层，所述开口包围所述半导体层叠体的与安装在基板上的一侧相反侧的、形成光取出面的一个半导体层表面的电极形成预定区域；
从所述阻挡层的上方，向所述半导体层表面层叠掩模材料；
去除层叠了所述掩模材料的阻挡层；以及
将所述电极形成预定区域作为掩模，对所述半导体层表面进行蚀刻。
12.根据权利要求11所述的半导体发光元件的制造方法，其特征在于，
所述掩模材料是电极材料。
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