CN105453277B - 半导体发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供即使发光波长为短波长也能够获得较高的光提取效率、均匀的光输出的半导体发光元件、以及能够以高再现性、高生产率制造该半导体发光元件的半导体发光元件的制造方法。半导体发光元件为具备包含发光层的半导体层的半导体发光元件，其中，半导体发光元件的表面包含光提取面。在半导体发光元件内折射率互不相同的两个层之间的界面以及光提取面中的至少一者形成有周期凹凸结构和微细凹凸结构，该周期凹凸结构具有超过自发光层射出的光的波长的0.5倍的周期，该微细凹凸结构位于周期凹凸结构的表面上，具有光的波长的0.5倍以下的平均直径。

Description

半导体发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)等半导体发光元件，特别涉及谋求对将在元件内发出的光提取到外部的光提取进行改善的半导体发光元件及其制造方法。
背景技术
半导体发光元件由发光层、n型半导体层、p型半导体层、电极层、支承基板等几个层形成。因此，由半导体元件内部的发光层发出的光在通过了这几个层之后被提取到外部。然而，光在通过折射率不同的介质的边界、即层界面、表面等时必定会引起一定比例的反射。另外，光在对于上述的光的波长(发光波长)具有吸收系数的介质层中通过或进行反射时，会发生一定比例的光吸收。因此，通常难以高效地将由发光层发出的光提取到半导体发光元件的外部。
特别是在光自折射率较大的介质进入到折射率较小的介质的情况下，引起光的全反射，而使临界角以上的光无法提取到外部。在半导体发光元件的表面、也就是空气(或密封材料)与半导体元件之间的界面上，由于两介质之间的折射率之差增大，因此，引起全反射的临界角减小，其结果导致在界面上被全反射的光的比例增大。
例如，蓝宝石基板的折射率n为1.8，且相对于空气的临界角为33.7度。即，在使用蓝宝石基板作为构成半导体发光元件的基板的情况下、且在通过蓝宝石基板将光提取到空气侧的情况下，入射角大于33.7度的光被全反射而无法提取到外部。而且，在折射率较大的氮化铝(AlN)基板(折射率n＝2.29)的情况下，临界角成为25.9度，而仅能够将更少的光提取到外部。
使用应用了三维时域有限差分法(Finite-difference time-domain method：FDTD法)的光辐射传播特性的理论计算，计算了例如在AlN基板上层叠AlGaN层而得到的半导体发光元件中的光的提取效率。其结果，当还考虑到从发光部观察位于与AlN基板所在侧相反的一侧的p型GaN层的吸收等时，在自AlGaN层内的发光部射出的波长为265nm的光中，能够自AlN基板的表面(光提取面)侧提取的光的提取效率极低，约为4％。
对于这样的问题，出于提高光提取效率的目的，提出有一种在基板表面(光提取面)上设有纳米量级的凹凸结构的半导体发光元件。例如在专利文献1中，公开了在光提取面上设置具有由发光层发出的光的平均光学波长的2倍以下的平均周期的凹凸结构。提出了一种通过形成这样的凹凸结构从而降低光提取面中的被全反射的光的比例(即抑制光在元件表面的反射)的方法。然而，在半导体发光元件的表面上形成纳米量级的凹凸结构并不容易。而且，光提取效率还会因凹凸结构的形状、发光波长而较大程度地变动，而无法获得充分的效果。
发光波长越短，则所要求的凹凸结构的周期(例如凸结构的情况下，凸结构的顶点部与相邻的凸结构的顶点部之间的距离)越短，因此，该凹凸结构的制作变得困难。特别是对于发出紫外·深紫外波长范围的光的半导体发光元件，该凹凸结构的尺寸在光刻过程中成为难以制作的区域。其结果导致产生制作成本增加、成品率、生产率下降等问题，因而并不实用。
在专利文献1(日本特开2005-354020号公报)中，公开有一种如下方法：为了形成纳米量级的周期凹凸结构，在光提取面上形成通过对所蒸镀的金属进行加热并使其聚集而成的纳米尺寸的微细金属掩模，并对该光提取面的表面进行蚀刻。但是，利用了这样的聚集效果而得到的周期掩模的凹凸结构的配置是随机的，其形状的不均匀性较大。因此，自半导体发光元件输出到外部的光的能量波动较大，而难以提供射出稳定且均匀的光的半导体发光元件。
在非专利文献1(ISDRS 2011，December 7-9，2011，College Park，MD，USA，WP2-04)中，公开一种为了形成纳米量级的凹凸结构而利用湿蚀刻使基板表面粗糙化的方法。但是，由于利用应用湿蚀刻的方法形成的凹凸结构也成为形状不均匀的随机结构，因此，光提取效率较大程度地变动，另外，提高光提取效率的效果也不充分。
在非专利文献2(Appl.Phys.Express 3(2010)061004)中，在射出深紫外的光的半导体发光元件上利用光刻、干蚀刻设置表面周期凹凸结构，但该凹凸结构的周期为500nm，而大于发光波长的2倍左右，未能够获得提高光提取效率的充分的效果。另外，光输出的波动也极大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-354020号公报
非专利文献
非专利文献1：ISDRS 2011，December 7-9，2011，College Park，MD，USA，WP2-04
非专利文献2：Appl.Phys.Express 3(2010)061004
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，出于提高光提取效率的目的提出了在基板表面(光提取面)上设置纳米量级的凹凸结构的半导体发光元件，但这样的以往的发光元件的现状为，凹凸结构的周期、构成凹凸结构的凸部的高度、形状等的最佳值尚不明确，因发光波长、基板的折射率等而变动，因此，无法发挥充分的效果。而且，随着发光波长成为短波长，需要在基板表面(光提取面)上形成更小量级的凹凸结构，因此，该凹凸结构的制作变得更加困难。因此，较大的课题在于，再现性良好且均匀地形成即使发光波长为短波长也能够充分提高光提取效率的凹凸结构，而且使自半导体发光元件输出到外部的光的能量均匀化、稳定化。
因而，本发明的目的在于谋求解决上述这样的以往课题，提供即使发光波长为短波长也能够获得较高的光提取效率、均匀的光输出的半导体发光元件、以及能够以高再现性、高生产率制造该半导体发光元件的半导体发光元件的制造方法。
用于解决问题的方案
基于该发明的半导体发光元件为一种具备包含发光层的半导体层的半导体发光元件，其中，半导体发光元件的表面包含光提取面。在半导体发光元件内折射率互不相同的两个层之间的界面以及光提取面中的至少任一者形成有周期凹凸结构和微细凹凸结构，该周期凹凸结构具有超过自发光层射出的光的波长的0.5倍的周期，该微细凹凸结构位于周期凹凸结构的表面上，具有光的波长的0.5倍以下的平均直径。
发明的效果
采用本发明，能够得到可获得较高的光提取效率的半导体发光元件。
附图说明
图1是本发明的半导体发光元件的实施方式1的剖视示意图。
图2是图1所示的半导体发光元件的光提取面的俯视示意图。
图3是图2的线段III-III处的局部剖视示意图。
图4是用于说明图1所示的半导体发光元件的变形例的俯视示意图。
图5是用于说明图1所示的半导体发光元件的制造方法的流程图。
图6是用于说明本发明的半导体发光元件的实施方式2的俯视示意图。
图7是图6的线段VII-VII处的局部剖视示意图。
图8是用于说明图6所示的半导体发光元件的变形例的俯视示意图。
图9是用于说明图6所示的半导体发光元件的制造方法的流程图。
图10是作为实施例1的试样而使用的半导体发光元件的俯视示意图。
图11是图10的线段XI-XI处的剖视示意图。
图12是图10所示的半导体发光元件的光提取面的扫描电子显微镜照片。
图13是图10所示的半导体发光元件的光提取面的扫描电子显微镜照片。
图14是表示实施例1的实验结果的图表。
图15是作为实施例2的试样而使用的半导体发光元件的光提取面的扫描电子显微镜照片。
图16是作为实施例2的试样而使用的半导体发光元件的光提取面的扫描电子显微镜照片。
图17是作为实施例2的试样而使用的半导体发光元件的光提取面的扫描电子显微镜照片。
图18是表示实施例2的实验结果的图表。
图19是表示实施例3的模拟计算结果的图表。
图20是表示实施例3的模拟计算结果的图表。
图21是表示实施例4的模拟计算结果的图表。
图22是表示实施例4的模拟计算结果的图表。
图23是表示实施例5的实验结果的图表。
图24是表示实施例6的实验结果的图表。
图25是表示实施例7的实验结果的图表。
图26是表示实施例8和实施例9的实验结果的图表。
图27是表示实施例中的实验值和模拟计算结果的图表。
具体实施方式
首先，说明实施方式的概要。
(1)本实施方式的半导体发光元件为具备包括包含发光层(活性层13)的半导体层的半导体发光元件，其中，半导体发光元件的表面包含光提取面，在半导体发光元件内折射率互不相同的两个层之间的界面以及光提取面中的至少任一者形成有周期凹凸结构21和微细凹凸结构22，该周期凹凸结构21 具有超过自发光层射出的光的波长的0.5倍的周期，该微细凹凸结构22位于周期凹凸结构21的表面上，具有光的波长的0.5倍以下的平均直径。
由此，由于在光提取面上形成有周期与自发光层射出的光的波长(发光波长)相对应的周期凹凸结构21以及具有与该波长相对应的平均直径的微细凹凸结构22，因此，相比于在光提取面上不存在这些凹凸结构的情况，能够可靠地提高光提取效率。即，即使在形成周期大于波长的周期凹凸结构的情况下，通过与微细凹凸结构进行组合，也能够充分地提高光提取效率。而且，在发光波长为短波长(例如在450nm以下，或在350nm以下)的情况下，根据本实施方式的半导体发光元件，抑制制造周期凹凸结构的成本增大这样的效果较为显著。另外，由于能够以大于发光波长的周期形成周期凹凸结构，因此，容易形成均匀的凹凸结构。
(2)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21的排列图案可以是三角形格子状。该情况下，能够容易增多周期凹凸结构21的凸状部在每单位面积上的数量。
(3)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21可以包含凸部(凸状部)，该凸部(凸状部)由折射率高于空气的折射率的高折射率材料形成。凸部在与自发光层(活性层13)朝向光提取面(基板16的背面16A)的方向垂直的面上的截面积可以随着远离发光层(活性层13)而减小。由此，在光提取面的外部介质为空气的情况下，能够可靠地提高来自光提取面的光提取效率。
(4)在上述半导体发光元件中，凸部的形状可以是锥体形状或半椭圆球形状。该情况下，能够使用蚀刻等相对普通的工艺容易地形成凸部。
(5)在上述半导体发光元件中，发光层可以含有III族氮化物半导体。半导体层可以包含：n型III族氮化物半导体层(n型半导体层15)，其导电类型为n型；以及p型III族氮化物半导体层(p型半导体层12)，从发光层观察其位于与n型III族氮化物半导体层所在侧相反的一侧，导电类型为p型。若使用这样的III族氮化物半导体，则能够获得用于射出发光波长在450nm以下这样的短波长的光的半导体发光元件。
(6)上述半导体发光元件可以包括透明性基板，该透明性基板从发光层来看配置于光提取面侧，对于自发光层射出的光具有透明性。该情况下，能够将透明性基板的背面(与形成有半导体层的主表面相反的一侧的背面)用作光提取面。
(7)在上述半导体发光元件中，透明性基板可以是氮化铝基板。该情况下，能够大幅降低包含由III族氮化物半导体形成的发光层的半导体层的缺陷密度。
(8)在上述半导体发光元件中，自发光层射出的光的波长可以在450nm以下。在这样的发光波长为短波长的情况下，能够明显地获得上述这样的效果。
(9)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21的高度H1相对于周期凹凸结构21的周期L1可以在1/3倍以上且5倍以下，微细凹凸结构22的平均高度相对于微细凹凸结构22的平均直径可以在0.1倍以上且10倍以下。该情况下，能够可靠地提高光提取效率。
(10)本实施方式的半导体发光元件包括：基板16，其由氮化铝形成；以及半导体层，其形成于基板16的主表面上。半导体层包含：发光层(活性层13)，其含有III族氮化物半导体；n型III族氮化物半导体层(n型半导体层15)，其导电类型为n型；以及p型III族氮化物半导体层(p型半导体层12)，其导电类型为p型，其中，该n型III族氮化物半导体层(n型半导体层15)和p型III族氮化物半导体层(p型半导体层12)以隔着发光层的方式配置。自发光层射出的光的波长在350nm以下。在基板16的位于与主表面相反的一侧的背面上形成有周期凹凸结构21，该周期凹凸结构21具有自发光层射出的光的波长除以形成基板的氮化铝的折射率与位于基板的外部的外部介质的折射率之差而得到的值(评价值)的1/3倍以上且5倍以下的周期。
该情况下，由于能够根据自发光层射出的光的波长(发光波长)、由AlN形成的基板16的折射率、外部介质的折射率确定周期凹凸结构21的周期，因此，能够可靠地提高来自基板16的背面(光提取面)的光提取效率。
另外，上述周期优选在评价值的0.5倍以上且4倍以下，更优选在1倍以上且3倍以下。
(11)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21的排列图案可以是三角形格子状。该情况下，能够容易地增多周期凹凸结构21的凸状部在每单位面积上的数量。
(12)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构包含凸部，该凸部的形状可以是锥体形状或半椭圆球形状。该情况下，能够使用蚀刻等相对普通的工艺容易地形成凸部。
(13)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构的高度相对于周期凹凸结构的周期可以在1/3倍以上且5倍以下。该情况下，能够可靠地提高光提取效率。
另外，上述高度优选在评价值的0.5倍以上且2倍以下，更优选在0.6倍以上且1.8倍以下。
(14)本实施方式的半导体发光元件的制造方法包括以下工序：准备将要成为半导体发光元件的元件构件的工序，该半导体发光元件包含具有发光层的半导体层；在元件构件中，在将要成为半导体发光元件的光提取面的区域上形成具有图案的掩模层的工序；以及通过使用掩模层作为掩模并利用蚀刻局部去除将要成为光提取面的区域，从而形成周期凹凸结构的工序。掩模层为金属掩模层。在形成周期凹凸结构的工序中，通过进行使用氟类气体作为蚀刻气体的干蚀刻，从而形成周期凹凸结构，在去除上述掩模层的残渣的工序中，在周期凹凸结构的表面形成微细凹凸结构。周期凹凸结构具有超过自发光层射出的光的波长的0.5倍的周期。微细凹凸结构具有光的波长的0.5倍以下的平均直径。另外，本实施方式的半导体发光元件的制造方法的特征在于，周期凹凸结构和微细凹凸结构由相同的材质形成。由此，能够容易地获得本实施方式的半导体发光元件。
(15)本实施方式的半导体发光元件的制造方法包括以下工序：准备将要成为半导体发光元件的元件构件，该半导体发光元件包含由氮化铝形成的基板和形成于该基板的主表面上且具有发光层的半导体层；在元件构件上，在将要成为半导体发光元件的光提取面的区域上形成具有图案的掩模层的工序；以及通过使用掩模层作为掩模并利用蚀刻局部去除将要成为光提取面的区域，从而形成周期凹凸结构的工序。周期凹凸结构具有自发光层射出的光的波长除以形成基板的氮化铝的折射率与位于基板的外部的外部介质的折射率之差而得到的值的1/3倍以上且5倍以下的周期。由此，能够容易地获得本实施方式的半导体发光元件。
(16)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21的周期可以在光的波长的1倍以上。该情况下，能够容易地制造周期凹凸结构21。
(17)在上述半导体发光元件中，周期凹凸结构21的周期可以在光的波长的2倍以上。另外，微细凹凸结构22的平均直径可以在光的波长的0.4倍以下。该情况下，能够避免半导体发光元件的制造成本增大，并且能够可靠地提高光提取效率。
(18)在上述半导体发光元件中，透明性基板可以是蓝宝石基板。即使是这样的结构，也能够获得提高了光提取效率的半导体发光元件。
(19)在上述半导体发光元件中，自发光层射出的光的波长(发光波长)可以在350nm以下。该情况下，在射出上述这样的短波长的光的半导体发光元件中本实施方式的效果较为显著。
接着，适当参照附图说明发明的实施方式的具体例。但是，以下所说明的发光元件用于将本发明的技术思想具体化，本发明并不限定于以下的说明。特别是，以下所述的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等若没有特定的记载，则主旨并不在于将本发明的范围仅限定于其说明内容，而不过是单纯的说明例。另外，为了使说明明确，各附图所示的构件的大小、位置关系等存在夸大的情况。另外，构成本发明的各要素可以采用利用同一构件构成多个要素而以一个构件兼用作多个要素的方式，还能够通过相反地由多个构件分担一个构件的功能来实现。而且，以下所述的各实施方式中也同样，若没有特别排除性的记载，则能够将各结构等适当组合而进行应用。
实施方式1
图1～图3概念性地表示了本发明的第1实施方式的半导体发光元件的构造。参照图1～图3，半导体发光元件主要包括n型半导体层15、活性层13、p型半导体层12、正电极11、负电极14以及由AlN(氮化铝)形成的基板16。在基板16的主表面上形成有n型半导体层15。在n型半导体层15的局部表面上形成有凸部，在该凸部上形成有活性层13。在活性层13上形成有p型半导体层12。在p型半导体层12上形成有正电极11。另外，在n型半导体层15的表面上的未形成上述凸部的区域形成有负电极14。
自作为发光层的活性层13射出的光的波长在350nm以下。在基板16的位于与主表面相反的一侧的背面上形成有具有周期L1的周期凹凸结构21，该周期L1为自活性层13射出的光的波长除以形成基板16的氮化铝的折射率与位于基板16的外部的外部介质即空气的折射率之差而得到的值(基准值)的1/3倍以上且5倍以下。
以下分别说明各构成要素。
基板
作为基板16，其是氮化物半导体结晶能够在表面进行外延生长的基板，且能够选择使用满足对于半导体发光元件所发出的光的波长范围透射率较高(例如该光的透射率在50％以上)的基板。例如，作为基板16的材料，可列举出上述的AlN，还可列举出蓝宝石、GaN等。
如上所述，基板16在光提取面(背面)形成有周期凹凸结构21。具体而言，周期凹凸结构21包含凸状部，该凸状部为图2和图3所示的锥体形状(例如为具有底面的直径D1、自底面到顶点的高度H1、侧面与底面所成的角度θ的锥体形状)。另外，凸状部还可以是图4所示的半椭圆球形状。
另外，周期凹凸结构的排列(凸状部的排列)为三角形格子排列、正方形格子排列以及六边形格子排列等周期排列方法即可，优选的是填充因子最大的三角形格子排列。而且，周期凹凸结构21可以具有周期L1，该周期L1为半导体发光元件的发光波长除以形成基板16的氮化铝的折射率与位于基板16的外部的外部介质即空气的折射率之差而得到的值(基准值)的1/3倍以上且5倍以下。另外，优选的是，周期凹凸结构21的高度H1相对于该周期L1在1/3倍以上且5倍以下的范围。
另外，上述的周期凹凸结构21的周期L1更优选在上述基准值的0.5倍以上且4倍以下，进一步优选在1倍以上且3倍以下。由此，能够更可靠地提高光提取效率。另外，周期凹凸结构21的高度H1相对于该周期L1优选在0.5倍以上且2倍以下，更优选在0.6倍以上且1.8倍以下。由此，也能够更可靠地提高光提取效率。
接着，以下说明周期凹凸结构21的制作方法。周期凹凸结构21能够利用以下的工艺制作：第一，蚀刻掩模制作工序(图5的工序(S41))；第二，蚀刻工序(图5的工序(S42))；第三，掩模去除工序(图5的工序(S43))。蚀刻掩模制作工序为在基板16的背面上制作蚀刻掩模图案的工序，能够应用电子束光刻法、光刻法、纳米压印光刻法等任意的方法。另外，为了提高蚀刻工序中的蚀刻选择比，还可以在利用上述的任意的方法形成了具有图案的掩模图案(例如抗蚀剂掩模)之后，以覆盖该掩模图案的方式使金属沉积，然后，利用剥离法将该金属的一部分与掩模图案一起去除，从而制作金属的掩模图案。
将掩模图案作为蚀刻掩模，对基板16的背面进行蚀刻从而在基板16的背面形成期望的图案。蚀刻的方法能够应用感应耦合等离子体(ICP)蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)等干蚀刻、或者使用酸性溶液或碱性溶液作为蚀刻液的湿蚀刻等。在此，为了形成周期性较高的图案，优选应用干蚀刻。在使用了干蚀刻的蚀刻工序中，能够使用抗蚀剂等树脂材料、金属来作为蚀刻掩模，另外，能够应用氯系气体、氟系气体、溴系气体等来作为蚀刻气体。而且，还可以使用在上述的蚀刻气体中混合氢、氧等而成的气体。
在上述的蚀刻工序后，实施掩模去除工序。即，去除蚀刻掩模的残渣。蚀刻掩模的残渣的去除方法根据该蚀刻掩模的材质而适当确定即可。例如，若蚀刻掩模的材质为金属，则使用对于该金属具有溶解性的酸性溶液、碱性溶液去除残渣即可。
另外，还可以在周期凹凸结构21上形成树脂、玻璃、石英等密封材料。而且，还可以在密封材料的表面形成凹凸结构。该凹凸结构的构造可以设为与上述周期凹凸结构21相同的构造。
层叠半导体层
层叠半导体层由III族氮化物半导体形成，是如图1所示在基板16上依次层叠n型半导体层15、活性层13以及p型半导体层12而成的。层叠半导体层利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD法)、有机金属气相外延法(MOVPE法)、分子束外延法(MBE法)以及氢化物气相外延法(HVPE法)等方法进行层叠。
n型半导体层：
n型半导体层15为由AlxInyGaNz(x、y、z设为满足0＜x≤1.0、0≤y≤0.1、0≤z＜1.0的有理数，x+y+z＝1.0)形成的半导体层，优选含有n型杂质。杂质没有特殊限定，可列举出硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)等，优选列举Si、Ge。n型杂质的浓度可以设为在1.0×1017/cm3以上且1.0×1020/cm3以下。另外，从n型半导体层15的结晶性和接触特性这两个观点来看，优选的是，n型杂质的浓度在1.0×1018/cm3以上且1.0×1019/cm3以下。
另外，n型半导体层15的膜厚在100nm以上且10000nm以下。另外，从n型半导体层15的结晶性和导电性这两个观点来看，优选的是，n型半导体层15的膜厚在500nm以上且3000nm以下。
活性层：
活性层13具有多量子阱结构。活性层13由阱层和势垒层交替层叠而成的层叠构造构成，该阱层由AlxInyGaNz(x、y、z设为满足0＜x≤1.0、0≤y≤0.1、0≤z＜1.0的有理数，且x+y+z＝1.0)形成，该势垒层由带隙能量大于该阱层的带隙能量的AlxInyGaNz(x、y、z设为满足0＜x≤1.0、0≤y≤0.1、0≤z＜1.0的有理数，且x+y+z＝1.0)形成。阱层的膜厚在1nm以上，优选在2nm 以上。势垒层的膜厚在1nm以上，优选在2nm以上。
p型半导体层：
p型半导体层12例如由p型包层和p型接触层构成。p型包层由AlxInyGaNz(x、y、z设为满足0＜x≤1.0、0≤y≤0.1、0≤z＜1.0的有理数，且x+y+z＝1.0)形成。由于需要将电子限制在活性层13中，因此，优选的是，p型包层的带隙能量大于构成活性层13的半导体层的带隙能量。因而，优选的是，p型包层的Al结构大于构成活性层13的半导体层的Al结构。
作为p型包层的杂质，优选列举镁(Mg)。Mg的浓度(掺杂浓度)在1.0×1017/cm3以上，优选在1.0×1017/cm3以上。p型包层的膜厚在5nm以上且1000nm以下，优选在10nm以上且50nm以下。
p型接触层由AlxInyGaNz(x、y、z设为满足0＜x≤1.0、0≤y≤0.1、0≤z＜1.0的有理数，且x+y+z＝1.0)形成。优选的是，p型接触层的Al结构小于p型包层的Al结构。其理由在于，在p型接触层的带隙能量小于p型包层的带隙能量的情况下容易获得良好的接触特性。作为p型接触层的杂质，与p型包层相同地优选列举Mg。Mg的掺杂浓度能够设为在1.0×1017/cm3以上。从紫外光的透射性和p型接触层上的接触特性的观点来看，p型接触层的膜厚在1nm以上且50nm以下，优选在5nm以上且30nm以下。
负电极层
负电极14形成于n型半导体层15的暴露面(包围n型半导体层15的凸部的上部表面)。n型半导体层15的暴露面通过局部地去除(例如利用蚀刻等去除)n型半导体层15的一部分、以及活性层13、p型半导体层12而形成。作为蚀刻的方法，能够优选使用反应性离子蚀刻、感应耦合等离子体蚀刻等干蚀刻。在形成n型半导体层15的暴露面之后，为了去除n型半导体层15上被蚀刻的面(暴露面)上的因蚀刻而受到损伤的部分，优选利用酸性或碱性的溶液实施表面处理。然后，在上述n型半导体层15的暴露面上形成具有电阻性的负电极14。
负电极14、正电极11等电极的图案化能够使用剥离法来实施。具体而言，在形成电极的面上涂布了光致抗蚀剂之后，利用具备光掩模的UV曝光机对光致抗蚀剂局部照射紫外线。然后，使光致抗蚀剂浸渍在显影液中，并使感光后的光致抗蚀剂溶解，从而形成期望的图案的抗蚀剂膜。使将要成为电极的金属膜沉积在图案化的抗蚀剂膜上。然后，利用剥离液溶解抗蚀剂膜，去除金属膜位于抗蚀剂膜上的部分，从而使金属膜的位于未形成抗蚀剂膜的区域的部分残留而形成具有规定的图案的金属膜(电极)。
电极的图案化方法还可列举以下的方法。即，在电极形成面(例如n型半导体层15的暴露面)上形成将要成为电极的金属膜。然后，在金属膜上涂布了光致抗蚀剂之后，经过曝光、显影工序将光致抗蚀剂图案化。然后，将上述图案化的光致抗蚀剂(抗蚀剂膜)用作掩模，利用干蚀刻或湿蚀刻局部去除金属膜。然后，利用剥离液溶解光致抗蚀剂。由此，也能够形成电极。另外，相比于在金属膜上形成抗蚀剂图案的图案化方法，上述的剥离法的工序简单，因而优选使用该剥离法。
沉积用于构成负电极14的金属膜的方法能够使用真空蒸镀法、溅射法、化学气相沉积法等任意的方法，但从排除金属膜中的杂质的观点来看，优选使用真空蒸镀法。负电极14所使用的材料可列举各种材料，能够从公知的材料中选择。在沉积将要成为负电极14的金属膜之后，为了提高n型半导体层15与负电极14之间的接触性，优选在温度在300℃以上且1100℃以下、加热时间在30秒以上且3分钟以下这样的条件下实施热处理。关于热处理的温度和加热时间，根据形成负电极14的金属的种类、以及金属膜的膜厚在最佳的条件下适当实施即可。
正电极层
正电极11形成于p型半导体层12的p型接触层上。正电极11的图案化与负电极14的图案化相同，优选使用剥离法。正电极11所使用的金属材料可列举各种材料，能够从公知的材料中选择。另外，由于正电极11优选具有透光性，因此，正电极11的厚度越薄则越优选。具体而言，正电极11的厚度在10nm以下，更优选在5nm以下。
作为沉积将要成为正电极11的金属膜的方法，与形成负电极14的方法相同，可列举真空蒸镀法、溅射法、化学气相沉积法等，但为了极力排除金属膜中的杂质，优选使用真空蒸镀法。在沉积将要成为正电极11的金属膜之后，为了提高正电极11与p型接触层之间的接触性，优选在温度在200℃以上且800℃以下、加热时间在30秒以上且3分钟以下的条件下实施热处理。关于热处理的温度和时间，能够根据形成正电极11的金属的种类以及正电极11的厚度适当地选择优选的条件。
上述的半导体发光元件利用图5所示的制造工序制造。即，参照图5，首先，实施基板准备工序(S10)。在该工序(S10)中，准备由AlN形成的基板。另外，在该阶段中，尚未在基板的背面上形成周期凹凸结构21。接着，实施半导体层形成工序(S20)。在该工序(S10)中，在基板16的主表面上形成由p型半导体层12、活性层13以及n型半导体层15构成的层叠半导体层。这些p型半导体层12、活性层13以及n型半导体层15分别能够如上所述地利用MOCVD法、MOVPE法等任意的方法形成。
接着，实施电极形成工序(S30)。在该工序中，通过利用蚀刻去除p型半导体层12、活性层13以及n型半导体层15的一部分，从而如图1所示地形成n型半导体层15的暴露面。另外，使用剥离法等，在p型半导体层12上形成正电极11，在n型半导体层15的暴露面上形成负电极14。
然后，实施凹凸结构形成工序(S40)。在该工序(S40)中，首先实施掩模形成工序(S41)。在该工序(S41)中，如上所述地使用光刻法等在基板16的背面上形成蚀刻掩模图案。接着，实施蚀刻工序(S42)。在该工序(S42)中，针对基板16的背面，使用上述蚀刻掩模图案作为掩模并进行蚀刻。其结果，形成周期凹凸结构21。然后，接着实施掩模去除工序(S43)。在该工序(S43)中，利用任意的方法去除蚀刻掩模的残渣。由此，能够获得图1所示的半导体发光元件。
实施方式2
本发明的实施方式2的半导体发光元件基本上包括与图1～图3所示的半导体发光元件相同的构造，但基板16的背面的结构与图1～图3所示的半导体发光元件不同。图6概念性地表示了本发明的实施方式2的半导体发光元件的基板16的背面的平面结构。参照图6，在本发明的实施方式2的半导体发光元件中，使用了基板16的背面作为光提取面的一例子，在该基板16的背面上形成有周期凹凸结构21。而且，在该周期凹凸结构21的表面上进一步形成有微细凹凸结构22。
即，图6所示的半导体发光元件为具备包含发光层即活性层13的半导体层的半导体发光元件，半导体发光元件的表面包含作为光提取面的基板16的背面。在半导体发光元件内折射率彼此不同的两个层之间的界面以及光提取面中的至少任一者形成有周期凹凸结构21和微细凹凸结构22，该周期凹凸结构21具有超过自活性层13射出的光的波长的0.5倍的周期L1，该微细凹凸结构22位于周期凹凸结构21的表面上，且具有光的波长的0.5倍以下的平均直径(直径D2的平均值)。另外，平均直径能够通过分别对以周期凹凸结构21的一个周期为一边的长度的正方形区域所包含的微细凹凸结构22的直径进行测长，并根据它们的平均值来确定。
另外，在此，以使用基板16的背面作为光提取面的一例子、并在该基板16的背面16A形成周期凹凸结构21等的情况为例进行了说明，但可形成上述的周期凹凸结构21以及微细凹凸结构22的部位并不限定于光提取面。即，可形成周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的部位还可以是半导体发光元件内折射率不同的层彼此之间的界面。例如，可以在基板16的背面16A上形成有密封材料等其他构件的情况下的该背面16A与密封材料(其他构件)之间的界面、或半导体发光元件内的半导体层等中折射率相互不同的层彼此之间的界面等处形成上述的周期凹凸结构21和微细凹凸结构22。
另外，若如上所述地在基板16的背面上形成有密封材料等其他构件，则该密封材料表面(其他构件表面)成为相对于外部的光提取面。而且，在该情况下，例如除了折射率之差最大的界面(例如该背面16A与密封材料(其他构件)之间的界面)以外，可以在密封材料表面的成为光提取面的部分也形成上述的周期凹凸结构21和微细凹凸结构22。
本实施方式的半导体发光元件的p型半导体层12、活性层13、n型半导体层15、正电极11以及负电极14的结构基本上与图1～图3所示的半导体发光元件相同，另一方面，如上所述，基板16的结构与图1～图3所示的半导体发光元件不同。因此，以下对基板16的结构进行说明。
基板
基板16的材质、特性基本上与图1～图3所示的半导体发光元件的基板16相同，例如能够使用蓝宝石、AlN、GaN等。如上所述，基板16在光提取面(背面)具有周期凹凸结构21。具体而言，周期凹凸结构21包含凸状部，该凸状部为图6和图7所示那样的锥体形状。另外，凸状部还可以如图8所示地为半椭圆球形状。
另外，周期凹凸结构21的排列为三角形格子排列、正方形格子排列、六边形格子排列等周期排列方法即可，优选的是，填充因子最大的三角形格子排列较好。而且，周期凹凸结构21可以具有相对于半导体发光元件的发光波长超过0.5倍的范围的周期L1。另外，优选的是，周期凹凸结构21的高度(凸状部的高度H1)相对于周期L1在1/3倍以上且5倍以下的范围。
作为上述的周期凹凸结构21的周期L1的数值范围的例子，例如能够设为在上述发光波长的2/3倍以上且1000倍以下、或2倍以上且100倍以下。由此，能够更可靠地提高光提取效率并且抑制制造成本，能够获得更均匀的元件形状和光输出。另外，周期凹凸结构21的高度H1相对于该周期L1优选在1/2倍以上且3倍以下，更优选在3/4倍以上且2倍以下。这样，也能够更可靠地提高光提取效率并且抑制制造成本，能够获得更均匀的元件形状和光输出。
而且，在形成周期凹凸结构21的基板16的背面上，在周期凹凸结构21的表面形成比周期凹凸结构21小的微细凹凸结构22。微细凹凸结构22包含微细凸状部。微细凹凸结构22配置于周期凹凸结构21的凸状部的表面和周期凹凸结构21的凹部(位于凸状部之间的平坦部)。优选的是，微细凹凸结构22的平均直径在半导体发光元件的发光波长的1/2以下，微细凹凸结构22的高度在平均直径的0.1倍以上且10倍以下的范围。另外，微细凹凸结构22的高度更优选在0.2倍以上且5倍以下，进一步优选在0.5倍以上且2倍以下。优选的是，微细凹凸结构22的微细凸状部具有锥体形状或半椭圆球形状。
上述的微细凹凸结构22的平均直径更优选在上述发光波长的1/30倍以上且2/5倍以下，进一步优选在1/10倍以上且3/10倍以下。由此，能够更可靠地提高光提取效率。另外，微细凹凸结构22的平均高度相对于该平均直径优选在0.2倍以上且5倍以下，更优选在0.5倍以上且2倍以下。由此，也能够更可靠地提高光提取效率。
另外，微细凹凸结构22的平均高度能够通过分别对以周期凹凸结构的一个周期为一边的长度的正方形区域所包含的微细凹凸结构的高度进行测长，并根据它们的平均值来确定。
接着，以下叙述凹凸结构的制作方法。上述周期凹凸结构21和微细凹凸结构22能够利用以下这样的工艺制作：第一，蚀刻掩模制作工序(图9的工序(S410))；第二，蚀刻工序(图9的工序(S420))；第三，蚀刻掩模去除工序(图9的工序(S430))。蚀刻掩模制作工序为在基板上制作蚀刻掩模图案的工序，能够应用电子束光刻法、光刻法、纳米压印光刻法等。另外，为了提高蚀刻工序中的蚀刻选择比，还可以通过在利用上述的任意的方法形成了具有图案的掩模图案(例如抗蚀剂掩模)之后，以覆盖该掩模图案的方式使金属沉积，然后利用剥离法将该金属的一部分与掩模图案一起去除，从而制作金属的掩模图案。
在此，在形成微细凹凸结构22时，优选利用剥离法形成金属的掩模，更优选由镍膜形成金属的掩模。其理由在于，在蚀刻工序(S420)中被蚀刻的镍粒子、或镍与蚀刻气体的反应物再次附着于基板16的背面，并作为纳米尺寸的蚀刻掩模发挥作用，从而能够可靠地形成微细凹凸结构22。
将掩模图案作为蚀刻掩模对基板16的背面进行蚀刻从而在基板16的背面形成期望的图案。蚀刻的方法能够应用感应耦合等离子体(ICP)蚀刻、反应性离子蚀刻(RIE)等干蚀刻、或者使用酸性溶液或碱性溶液作为蚀刻液的湿蚀刻等。在此，为了形成周期性较高的图案，优选应用干蚀刻。
在使用了干蚀刻的蚀刻工序中，能够使用抗蚀剂等树脂材料、金属作为蚀刻掩模。而且，作为蚀刻气体，能够使用反应性气体，或者还能够使用在蚀刻气体中混合氢气、氧气、氩气等而成的气体，其中，反应性气体优选为氯类气体、氟类气体、溴类气体。另外，为了形成微细凹凸结构22，干蚀刻的气体优选使用氟类气体，特别优选使用含碳的氟类气体。
或者，还可以在上述的掩模制作工序之前，利用干蚀刻、湿蚀刻预先对基板16的背面进行粗糙化。该情况下，能够利用上述的工艺在该粗糙面上形成周期凹凸结构21，从而制作周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的组合。
或者，还可以在形成周期凹凸结构21之后，在基板16的背面(形成有周期凹凸结构21的表面)上配置金属、陶瓷的颗粒，并将颗粒作为蚀刻掩模实施干蚀刻。由此，也能够制作周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的组合。上述颗粒的配置方法可列举有在基板16的背面上涂布使颗粒溶解而得到的溶剂并使其干燥的方法、在基板16的背面上形成了金属薄膜之后进行加热从而使金属薄膜的金属聚集的方法等，但可以使用任一方法。
如上所述，用于使周期凹凸结构21和微细凹凸结构22共存的制作方法多种多样，但若考虑工艺的简便性等，则最优选的是利用含碳的氟类气体对金属掩模进行蚀刻的方法。
在蚀刻工序后，作为掩模去除工序，去除蚀刻掩模的残渣。关于蚀刻掩模的残渣的去除方法，能够使用实施方式1中所示的方法。
另外，还可以在周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的组合上形成树脂、玻璃、石英等的密封部。而且，也可以在密封部的表面形成周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的组合、或者周期凹凸结构21或微细凹凸结构22。
上述的本实施方式的半导体发光元件利用图9所示那样的制造工序进行制造。即，参照图9，实施基板准备工序(S100)～电极形成工序(S300)。这些工序(S100)～(S300)基本上能够与图5所示的工序(S10)～(S30)同样地进行实施。
然后，实施凹凸结构形成工序(S400)。在该工序(S400)中，首先实施掩模形成工序(S410)。在该工序(S410)中，如上所述地使用光刻法等在基板16的背面上形成由金属形成的蚀刻掩模图案。接着，实施蚀刻工序(S420)。在该工序(S420)中，针对基板16的背面，使用上述蚀刻掩模图案作为掩模，并利用含碳氟类气体进行蚀刻。其结果，形成周期凹凸结构21和微细凹凸结构22。然后，接着实施掩模去除工序(S430)。在该工序(S430)中，利用任意的方法去除蚀刻掩模的残渣。由此，能够获得图6所示的半导体发光元件。
另外，上述的周期凹凸结构21和微细凹凸结构22可以不形成于基板16的背面，而是形成于半导体发光元件内折射率互不相同的两个层之间的界面。该情况下，也能够降低自发光层射出的光在该界面被反射·全反射的比例，其结果，能够提高半导体发光元件的光的提取效率。
在此，列举本发明的特征性结构，其中，还存在与上述的实施方式一部分重复的部分。
即，本发明的一实施方式的特征在于，在半导体发光元件的表面(作为光提取面的一例子的基板16的背面16A，或基板16的背面16A上配置有密封材料等其他构件的情况下的该其他构件的表面等)、或半导体发光元件内的折射率不同的层彼此之间的界面(例如在基板16的背面16A上配置有树脂等的情况下的背面16A与树脂之间的界面、或半导体发光元件内的半导体层等折射率互不相同的层彼此之间的界面等)上，具有超过发光波长的0.5倍的周期的周期凹凸结构21和具有发光波长的1/2以下的平均直径的微细凹凸结构22一并形成于同一表面(或界面)上。
该情况下，由于在周期凹凸结构21彼此之间的间隙的平坦面部、周期凹凸结构21表面上形成有量级小于周期凹凸结构的微细凹凸结构22，因此，相比于周期凹凸结构21以单体存在的情况，能够进一步缓和表面·界面上的折射率差，而能够抑制反射、全反射。
另外，在周期凹凸结构21单体的情况下，通常为了提高光提取效率，需要形成波长以下程度的较小量级的周期凹凸结构21，但根据本实施方式的构造，即使是尺寸大于波长的周期凹凸结构21，通过与微细凹凸结构22组合，也能够充分地提高光提取效率。也就是说，即使发光波长为短波长，也能够降低制作光提取结构所花费的成本，另外，通过工艺窗口扩大，从而容易制作均匀的构造。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的排列图案为三角形格子状。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的形状为高折射率介质的截面面积随着自底部向顶点方向(光提取方向)去减少的形状。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的形状为凸形状，该凸形状为锥体形状或半椭圆球形状。
本发明并不限定于以下的内容，但本发明的一实施方式具有以下的特征。
本发明的一实施方式的特征在于，包括具有n型III族氮化物半导体层(n型半导体层15)、III族氮化物半导体发光层(活性层13)以及p型III族氮化物半导体层(p型半导体层12)的半导体层叠结构。
本发明的一实施方式的特征在于，具有倒装结构，从III族氮化物半导体发光层来看在光提取面侧设有对于发光波长具有透明性的透明性基板(基板16)。
本发明的一实施方式的特征在于，透明性基板为氮化铝(AlN)基板或蓝宝石基板。
本发明的一实施方式的特征在于，发光波长在450nm以下或在350nm以下。
本发明的一实施方式的特征在于，周期凹凸结构21的高度相对于周期在1/3倍～5倍的范围，微细凹凸结构22的平均高度相对于平均直径在1/10倍～5倍的范围。
另外，本发明的一实施方式的特征在于，包括具有AlN基板(基板16)、n型III族氮化物半导体层(n型半导体层15)、III族氮化物半导体发光层(活性层13)以及p型III族氮化物半导体层(p型半导体层12)的半导体层叠结构，发光波长在350nm以下，在AlN基板表面上形成有具有相对于发光波长/(AlN基板的折射率与外部介质的折射率之差)在1/3倍～5倍的范围的周期的周期凹凸结构21。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的排列图案为三角形格子状。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的形状为凸形状，该凸形状为锥体形状或半椭圆球形状。
而且，优选的是，周期凹凸结构21的高度相对于周期在1/3倍～5倍的范围。
另外，本发明的另一实施方式为一种上述半导体发光元件的制造方法，其特征在于，该制造方法包含以下工序：对有机薄膜进行周期性加工的工序；使用有机膜(有机薄膜)形成金属掩模的工序；利用干蚀刻法使用掩模形成周期凹凸结构21的工序。
而且，本发明的另一实施方式的特征在于，包含利用使用了金属掩模和氟类气体的干蚀刻法同时形成周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的工序。
该情况下，利用使用了金属掩模和氟类气体的干蚀刻法能够均匀·高精度地人工制作周期凹凸结构，另外，由于利用干蚀刻后的以金属掩模剥离为目的的酸处理，能够在周期凹凸结构彼此之间的间隙的平坦面部、周期凹凸结构21表面上自发地形成量级充分小于波长的微细凹凸结构22，因此，能够利用一个工艺同时形成周期凹凸结构21和微细凹凸结构22。因而，能够以与波长同等程度或波长之上的大小均匀·高精度地制作形状的变化对特性带来较大的影响的周期凹凸结构21，并能够自发地密集形成量级充分小于波长且形状变化并不那么对特性带来较大的影响的微细凹凸结构22。另外，本发明的另一实施方式的特征在于，周期凹凸结构21和微细凹凸结构22由相同材质形成。其结果，能够提高加工形状的均匀性、工艺的再现性，能够提高光提取效率及其均匀性，并且能够将制造成本抑制得较低。
采用本发明，通过将量级不同的周期凹凸结构21和微细凹凸结构22组合，从而有效地抑制基板表面(光提取面)、界面上的反射、全反射。另外，通过扩大工艺窗口，即使发光波长为短波长，也能够以高再现性、高生产率制作能够获得较高的光提取效率和均匀的光输出的半导体发光元件。而且，根据本发明，利用同时制作周期凹凸结构21和微细凹凸结构22的制造方法，使加工形状的均匀性、工艺的再现性提高，能够提高光提取效率及其均匀性，并且能够将制造成本抑制得较低。
实施例1
根据本发明的上述实施方式的半导体发光元件的结构，如图10和图11所示地制作了实施例1的半导体发光元件。具体而言，在利用MOCVD法在由单结晶AlN形成的基板16上依次生长n型半导体层15、活性层13(发光层)、p型半导体层12而获得的发光元件基板上，在规定的位置配置了正电极11和负电极14。半导体发光元件的包含发光层在内的外延层由与上述实施方式相同的AlGaN系半导体形成，元件的发光波长设为265nm。
通过在所制作的半导体发光元件基板的与外延层所在侧相反的一侧的基板面(光提取面)上涂布电子束抗蚀剂，以覆盖半导体发光元件的发光部的方式进行对准并进行电子束描绘，从而制作了蚀刻掩模图案。发光部是直径为100μm的圆形状的区域，将发光部的中心设为描绘中心，将描绘区域设为900μm×900μm。描绘图案的直径设为220nm、图案周期设为300nm，图案排列设为三角形格子排列。接着，利用真空蒸镀法在蚀刻掩模图案上沉积100nm～500nm的镍。沉积镍的理由如上述的实施方式中所说明的那样，是为了提高基板16与蚀刻掩模图案之间的蚀刻选择比。在沉积镍之后，将半导体发光元件基板浸渍于电子束抗蚀剂的剥离液，从而去除了抗蚀剂以及位于该抗蚀剂上的镍(剥离法)。由此，在基板16的背面上形成了由镍形成的掩模图案。
接着，将上述半导体发光元件基板导入到ICP蚀刻装置中，使用三氟甲烷气体实施了10分钟～30分钟的蚀刻处理。然后，为了去除镍的掩模图案，使半导体发光元件基板在20℃～30℃的盐酸中浸渍了15分钟。此时，为了防止半导体发光元件基板的电极金属被盐酸腐蚀，预先在半导体发光元件基板的形成有电极的面上涂布光致抗蚀剂并使其固化，从而作为保护膜使用。在浸渍于盐酸之后，利用超纯水对半导体发光元件基板进行冲洗，并利用剥离液将作为保护膜的光致抗蚀剂溶解。
由此，制作了包括基板16的实施例1的紫外发光的半导体发光元件，该基板16具有圆锥底部的直径为250nm、周期L1为300nm、高度H1为250nm的锥体结构。在图12和图13中示出所制作的凹凸结构的SEM照片。
作为相对于实施例1的比较例，准备了在基板16上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件(比较例1)。然后，针对该实施例和比较例1的试样，测量了光输出。在图14中示出其结果。
参照图14，横轴表示以比较例1为基准的情况下的实施例的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例1的光输出设为1.00时，实施例的光输出比的平均值为1.31。图14是表示实施例1的试样即紫外发光的半导体发光元件的光输出比的直方图。另外，实施例1的光输出比的标准偏差为0.031，相当于光输出比平均值的2.3％。即，显示出实施例1的试样为发光输出的波动极小的半导体发光元件。
实施例2
根据本发明的上述实施方式的半导体发光元件的结构，制作了实施例2的半导体发光元件。另外，实施例2的半导体发光元件的结构基本上与实施例1的半导体发光元件相同。即，在利用MOCVD法在由单结晶AlN形成的基板16上依次生长n型半导体层15、活性层13(发光层)以及p型半导体层12而获得的发光元件基板上，在规定的位置配置了正电极11和负电极14。半导体发光元件的包含发光层在内的外延层由与上述实施方式相同的AlGaN系半导体形成，元件的发光波长设为265nm。
通过在所制作的半导体发光元件晶片的与发光元件层所在侧相反的一侧的基板面(光提取面)上涂布电子束抗蚀剂，并以覆盖半导体发光元件的发光部的方式进行对准并进行电子束描绘，从而制作了蚀刻掩模图案。发光部是直径为100μm的圆形区域，将发光部的中心设为描绘中心，将描绘区域设为900μm×900μm。描绘图案的直径设为300nm、图案周期设为600nm，图案排列设为正三角形格子排列。接着，利用真空蒸镀法在掩模图案上沉积了100nm～500nm的镍。沉积镍的理由与实施例1所述的理由相同。在沉积镍之后，将半导体发光元件基板浸渍于电子束抗蚀剂的剥离液，从而去除了抗蚀剂以及位于该抗蚀剂上的镍(剥离法)。由此，在基板16的背面上形成了由镍形成的掩模图案。
接着，将上述半导体发光元件基板导入到ICP蚀刻装置中，使用三氟甲烷气体实施了30分钟～80分钟的蚀刻处理。通过调整镍膜厚和蚀刻时间，从而控制了有无出现微细凹凸结构和微细凹凸结构的形状。最后，为了去除镍的掩模图案，使半导体发光元件基板在加热到60℃～90℃的盐酸中浸渍了15分钟。此时，为了防止半导体发光元件基板的电极金属被盐酸腐蚀，预先在半导体发光元件基板的形成有电极的面上涂布光致抗蚀剂并使其固化，从而作为保护膜使用。在盐酸浸渍之后，利用超纯水进行冲洗，并利用剥离液将作为保护膜使用的光致抗蚀剂溶解了。
由此，制作了包括基板的实施例2的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为600nm、周期为600nm、高度为550nm的周期凹凸结构和平均直径为52nm、平均高度为52nm的微细凹凸结构。在图15～图17中示出所制作的凹凸结构的SEM照片。
作为相对于实施例2的比较例，准备了在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件(比较例2)。然后，针对该实施例2和比较例2的试样，测量了光输出。在图18中示出其结果。
参照图18，横轴表示以比较例2为基准的情况下的实施例2的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例2的光输出设为1.00时，实施例2的光输出比平均值为1.70。另外，在将仅具有微细凹凸结构的紫外发光的半导体发光元件设为比较例3时，比较例3相对于比较例2的光输出比的平均值为1.25。该结果能够显示出利用实施例2制作成的具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。图18是表示实施例2的试样即紫外发光的半导体发光元件的光输出比的直方图。另外，实施例2的光输出比的标准偏差为0.029，相当于实施例2的光输出比平均值的1.7％。即，显示出实施例2的试样也是发光输出的波动极小的半导体发光元件。
实施例3
为了确认在本发明的半导体发光元件中形成的周期凹凸结构21的效果，进行了以下这样的模拟计算。即，计算了由作为发光层的AlGaN层发出的光(波长265nm)经由AlN基板和在AlN基板表面上加工而成的周期凹凸结构(由AlN形成的圆锥的二维周期排列(三角形格子))被提取到外部(空气)的光提取效率。另外，还在同样的系统中计算了不存在周期凹凸结构的情况下的光提取效率。
如下地进行计算：使用时域有限差分法(FDTD法)，并将偶极子点光源设定为初始光源，但通过改变多个偶极子的振动方向、位置进行计算并进行平均化(伪随机化)，从而人工再现了非相干光源。折射率在AlGaN部假定为2.43，在AlN部假定为2.29，在空气部假定为1.0。关于从发光层观察与光提取面相反的一侧(背面侧)，光通常被p-GaN层吸收，因此，设为吸收边界。其结果在图19和图20中表示。
图19和图20示出了计算由作为发光层的AlGaN层发出的光(波长265nm)经由AlN基板和在AlN基板表面加工而成的周期凹凸结构(由AlN形成的圆锥的二维周期排列(三角形格子))被提取到外部(空气)的光提取效率、并将其用不存在周期凹凸结构的情况(平坦面)下的结果进行标准化而得到的数值(光输出比)。使周期凹凸结构的凸状部(圆锥形状部)的底部的宽度和周期一致。图19的横轴表示周期凹凸结构的周期(单位：nm)，纵轴表示光输出比。在图19中，根据高宽比不同的情况分别示出数据。另外，图20的横轴表示高宽比(周期凹凸结构的凸状部的高度相对于凸状部(圆锥形状部)的底部的宽度的比)，纵轴表示光输出比。在图20中，根据周期凹凸结构的周期(a)分别示出数据。
参照图19，在周期为200nm～450nm的范围内，在高宽比为1.0的情况下光输出比最大。另外，参照图20，在高宽比为1.0的情况下，光输出比最大。
另外，图19和图20为二维的计算结果，但已确认到，能够获得与三维上的计算大致相同的倾向的结果。
实施例4
为了确认在本发明的半导体发光元件形成的周期凹凸结构21的效果，进行了以下这样的模拟计算。即，计算了由作为发光层的AlGaN层发出的光(波长265nm)经由AlN基板和在AlN基板表面上加工而成的周期凹凸结构(由AlN形成的圆锥的二维周期排列(三角形格子))被提取到外部(密封材料层)的光提取效率。另外，还在同样的系统中计算了不存在周期凹凸结构的情况下的光提取效率。另外，计算方法与实施例3相同。折射率在AlGaN部假定为2.43，在AlN部假定为2.29，在密封材料部假定为1.45。作为密封材料部，可设想为SiO2、树脂等。而且，其他条件与实施例3相同。
图21和图22示出了计算由AlGaN层发出的光(波长265nm)经由AlN基板和在AlN基板表面上加工而成的周期凹凸结构(AlN圆锥的二维周期排列(三角形格子))被提取到外部(密封材料层)的光提取效率，并将其用AlN基板表面上不存在周期凹凸结构的情况下的自平坦面被提取到外部(空气层)的情况下的光提取效率的计算结果进行标准化而得到的数值(光输出比)。
图21的横轴表示周期凹凸结构的周期(单位：nm)，纵轴表示光输出比。在图21中，根据高宽比不同的情况分别示出数据。另外，图22的横轴表示高宽比，纵轴表示光输出比。在图22中，根据周期凹凸结构的周期(a)分别示出数据。
根据实施例3和实施例4的结果可知，即使是例如相同的基板、波长、周期凹凸结构，最佳的光提取结构也会因密封构件等外部介质的折射率而变化。但是自AlN基板和在AlN基板表面上加工而成的周期凹凸结构进行的光提取无论是提取到空气还是提取到密封材料层的情况，在生产工序方面都较佳，根据这些结果能够确认周期凹凸结构21的效果。
实施例5
根据本发明的上述实施方式的半导体发光元件的结构，制作了实施例5的半导体发光元件。另外，实施例5的半导体发光元件的结构基本上与实施例1的半导体发光元件相同。半导体发光元件的包含发光层在内的外延层由与上述实施方式相同的AlGaN系半导体形成，元件的发光波长设为265nm。
通过在所制作的半导体发光元件晶片的与发光元件层所在侧相反的一侧的基板面(光提取面)上涂布电子束抗蚀剂，以覆盖半导体发光元件的发光部的方式进行对准并进行电子束描绘，从而制作了蚀刻掩模图案。发光部是直径为100μm的圆形区域，将发光部的中心设为描绘中心，并将描绘区域设为900μm×900μm。描绘图案的直径设为180nm、图案周期设为300nm，图案排列设为正三角形格子排列。接着，利用真空蒸镀法在掩模图案上沉积了100nm～500nm的镍。沉积镍的理由与实施例1所述的理由相同。在沉积镍之后，将半导体发光元件基板浸渍于电子束抗蚀剂的剥离液，从而去除了抗蚀剂以及位于该抗蚀剂上的镍(剥离法)。由此，在基板16的背面上形成了由镍形成的掩模图案。
接着，与实施例2相同，将上述半导体发光元件基板导入到ICP蚀刻装置中，使用三氟甲烷(CHF3)气体实施了10分钟～80分钟的蚀刻处理。在如实施例5那样与实施例2相比图案尺寸较小的结构中，蚀刻处理时间相对变短。最后，为了去除镍的掩模图案，使半导体发光元件基板在加热到60℃～90℃的盐酸中浸渍了15分钟。另外，通过调整盐酸的温度，能够控制有无出现微细凹凸结构和微细凹凸结构的形状。另外，与实施例2的情况相同，为了防止半导体发光元件基板的电极金属被盐酸腐蚀，预先在半导体发光元件基板的形成有电极的面上涂布光致抗蚀剂并使其固化，从而作为保护膜使用。在盐酸浸渍后，用超纯水进行冲洗，利用剥离液将作为保护膜使用的光致抗蚀剂溶解了。
由此，制作了包括基板的实施例5的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为300nm、周期为300nm、高宽比为1的周期凹凸结构和平均直径为33nm、平均高度为33nm的微细凹凸结构。
作为相对于实施例5的比较例，准备在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件，设为比较例4。然后，针对该实施例5以及比较例4的试样，测量了光输出。其结果在图23中表示。
参照图23，横轴表示以比较例4为基准的情况下的实施例5的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例4的光输出设为1.00时，实施例5的光输出比平均值为1.96。根据图23可知，根据实施例5能够获得较高的光输出比，能够显示出具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。另外，实施例5的光输出比的标准偏差为0.07，该偏差相当于光输出比平均值的3.6％。这样，显示出实施例5的试样也是光输出的波动相对较小的半导体发光元件。
实施例6
根据本发明的上述实施方式的半导体发光元件的结构，制作了实施例6的半导体发光元件。另外，实施例6的半导体发光元件的结构基本上与实施例1的半导体发光元件相同。另外，半导体发光元件的包含发光层在内的外延层的材料以及元件的发光波长与上述的实施例5相同。
在所制作的半导体发光元件晶片的与发光元件层所在侧相反的基板面(光提取面)上与实施例5相同地利用电子束描绘制作了蚀刻掩模图案。发光部是直径为100μm的圆形区域，将发光部的中心设为描绘中心，并将描绘区域设为900μm×900μm。描绘图案的直径设为200nm、图案周期设为400nm，图案排列设为正三角形格子排列。接着，与实施例5相同，利用真空蒸镀法在掩模图案上沉积了100nm～500nm的镍。在沉积镍之后，将半导体发光元件基板浸渍于电子束抗蚀剂的剥离液，从而去除了抗蚀剂以及位于该抗蚀剂上的镍(剥离法)。由此，在基板16的背面上形成了由镍形成的掩模图案。
接着，与实施例2相同，将上述半导体发光元件基板导入到ICP蚀刻装置中，使用三氟甲烷(CHF3)气体实施了10分钟～80分钟的蚀刻处理。最后，为了去除镍的掩模图案，使半导体发光元件基板在加热到60℃～90℃的盐酸中浸渍了15分钟。另外，与实施例2的情况相同，为了防止半导体发光元件基板的电极金属被盐酸腐蚀，预先在半导体发光元件基板的形成有电极的面上涂布光致抗蚀剂并使其固化，从而作为保护膜使用。在盐酸浸渍之后，利用超纯水进行冲洗，并利用剥离液将作为保护膜使用的光致抗蚀剂溶解了。
由此，制作了包括基板的实施例6的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为400nm、周期为400nm、高宽比为1的周期凹凸结构和平均直径为33nm、平均高度为33nm的微细凹凸结构。
作为相对于实施例6的比较例，准备在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件，设为比较例5。然后，针对该实施例6以及比较例5的试样，测量了光输出。其结果在图24中表示。
参照图24，横轴表示以比较例5为基准的情况下的实施例6的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例5的光输出设为1.00时，实施例6的光输出比平均值为1.79。根据图24可知，与实施例5相同地，在实施例6中也能够获得较高的光输出比，并能够显示出具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。另外，根据图24可知，显示出实施例6的试样也与实施例5的试样相同地是光输出的波动相对较小的半导体发光元件。
实施例7
根据本发明的上述实施方式的半导体发光元件的结构，制作了实施例7的半导体发光元件。另外，实施例7的半导体发光元件的结构基本上与实施例1的半导体发光元件相同。另外，半导体发光元件的包含发光层在内的外延层的材料以及元件的发光波长与上述的实施例5相同。
在所制作的半导体发光元件晶片的与发光元件层所在侧相反的基板面(光提取面)上与实施例5相同地利用电子束描绘制作了蚀刻掩模图案。发光部是直径为100μm的圆形区域，将发光部的中心设为描绘中心，并将描绘区域设为900μm×900μm。描绘图案的直径设为400nm、图案周期设为1000nm，图案排列设为正三角形格子排列。接着，与实施例5相同，利用真空蒸镀法在掩模图案上沉积了100nm～500nm的镍。在沉积镍之后，将半导体发光元件基板浸渍于电子束抗蚀剂的剥离液，从而去除了抗蚀剂以及位于该抗蚀剂上的镍(剥离法)。由此，在基板16的背面上形成了由镍构形的掩模图案。
接着，与实施例2相同，将上述半导体发光元件基板导入到ICP蚀刻装置中，使用三氟甲烷(CHF3)气体实施了10分钟～80分钟的蚀刻处理。另外，对于实施例5这样的图案尺寸相对较小的结构，上述蚀刻处理时间较短，相反地对于如实施例7那样图案尺寸相对较大的结构，上述蚀刻处理时间变长。
最后，为了去除镍的掩模图案，使半导体发光元件基板在加热到60℃～90℃的盐酸中浸渍了15分钟。另外，与实施例2的情况相同，为了防止半导体发光元件基板的电极金属被盐酸腐蚀，预先在半导体发光元件基板的形成有电极的面上涂布光致抗蚀剂并使其固化，从而作为保护膜使用。在盐酸浸渍之后，使用超纯水进行冲洗，并利用剥离液将作为保护膜使用的光致抗蚀剂溶解了。
由此，制作了包括基板的实施例7的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为1000nm、周期为1000nm、高宽比为1的周期凹凸结构和平均直径为33nm、平均高度为33nm的微细凹凸结构。
作为相对于实施例7的比较例，准备在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件，设为比较例6。然后，针对该实施例7以及比较例6的试样，测量了光输出。其结果在图25中表示。
参照图25，横轴表示以比较例6为基准的情况下的实施例7的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例6的光输出设为1.00时，实施例7的光输出比平均值为1.69。根据图25可知，与实施例5相同，根据实施例7也能够获得较高的光输出比，能够显示出具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。另外，根据图25可知，显示出实施例7的试样也与实施例5的试样相同地是光输出的波动相对较小的半导体发光元件。
实施例8
作为实施例8的半导体发光元件，制作了将在上述实施例1的半导体发光元件晶片的光提取面上制作的周期凹凸结构(图案周期为300nm)的周期设为600nm的半导体发光元件。另外，为了将高宽比固定为1，使直径以及高度与上述图案周期相吻合。另外，上述实施例8的半导体发光元件除了上述图案周期、直径以及高度以外全部与实施例1的半导体发光元件相同。另外，除了将蚀刻处理的处理时间设为30分钟～80分钟以外，制作条件也是与实施例1相同。
由此，作为实施例8的半导体发光元件，制作了包括基板的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为600nm、周期为600nm、高度为600nm的周期凹凸结构。
作为相对于实施例8的比较例，准备在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件，设为比较例7。然后，针对该实施例8以及比较例7的试样，测量了光输出。其结果在图26中表示。
参照图26，横轴表示以比较例7为基准的情况下的实施例8的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例7的光输出设为1.00时，实施例8的光输出比平均值为1.44。在此，比较具有相同的周期凹凸结构(周期为600nm)的实施例2、实施例8、以及不具有周期凹凸结构的比较例7，光输出比以实施例2＞实施例8＞比较例7的顺序减小，能够显示出具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。
实施例9
作为实施例9的半导体发光元件，制作了将在上述实施例1的半导体发光元件晶片的光提取面制作的周期凹凸结构(图案周期为300nm)的周期设为1000nm的半导体发光元件。另外，为了将高宽比固定为1，使直径以及高度与上述图案周期相吻合。另外，上述实施例9的半导体发光元件除了上述图案周期、直径以及高度以外全部与实施例1的半导体发光元件相同。另外，除了将蚀刻处理的处理时间设为30分钟～80分钟以外，制作条件也是与实施例1相同。
由此，作为实施例9的半导体发光元件，制作了包括基板的紫外发光的半导体发光元件，该基板具有圆锥底部的直径为1000nm、周期为1000nm、高度为1000nm的周期凹凸结构。
作为相对于实施例9的比较例，准备在基板上形成凹凸结构之前的紫外发光的半导体发光元件，设为比较例8。然后，针对该实施例9以及比较例8的试样，测量了光输出。该结果在图26中表示。
参照图26，横轴表示以比较例8为基准的情况下的实施例9的光输出比，纵轴表示样品个数。在将比较例8的光输出设为1.00时，实施例9的光输出比平均值为1.26。在此，比较具有相同的周期凹凸结构(周期为1000nm)的实施例7、实施例9、以及不具有周期凹凸结构的比较例8，光输出比以实施例7＞实施例9＞比较例8的顺序减小，能够显示出具有周期凹凸结构和微细凹凸结构这两者的结构的优越性。
另外，如图27所示的那样，在上述的实施例1、实施例8以及实施例9中获得的光输出比与实施例3所示的计算结果非常一致。这证实了与根据模拟计算获得的光提取结构的最佳化相关的方针的妥当性。另外，在图27中，也一同标记了根据实施例2、实施例5～实施例7而获得的光输出比。另外，图27的横轴表示凹凸结构的排列周期(单位：nm)，纵轴表示光输出比。
根据图27可知，光输出比相对于周期凹凸结构的排列周期的倾向与模拟计算结果大致一致。即，根据图27证实了光输出比的绝对值的增加量取决于因附加微细凹凸结构带来的光提取效率的提高效果。
应该认为，此次公开的实施方式以及实施例在所有方面都只是示例，而不是用于限制发明的内容。本发明的范围不通过上述的说明表示，而是由权利要求书表示的，意味着包括与权利要求书相同意思以及相同范围内的所有变更。
产业上的可利用性
该发明特别有利于应用于射出短波长的光的半导体发光元件。
附图标记说明
11、正电极；12、p型半导体层；13、活性层；14、负电极；15、n型半导体层；16、基板；16A、背面；21、周期凹凸结构；22、微细凹凸结构。

Claims (9)

1.一种半导体发光元件，其具备包含发光层的半导体层，其中，
上述半导体发光元件的表面包含光提取面，
在上述半导体发光元件内折射率互不相同的两个层之间的界面以及上述光提取面中的至少任一者形成有周期凹凸结构和微细凹凸结构，该周期凹凸结构具有超过自上述发光层射出的光的波长的周期，该微细凹凸结构位于上述周期凹凸结构的表面上，并具有上述光的波长的0.5倍以下的平均直径，上述光的波长在350nm以下。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其中，
上述周期凹凸结构的排列图案为三角形格子状。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
上述周期凹凸结构包含折射率高于空气的折射率的高折射率材料部，
上述高折射率材料部在与自上述发光层朝向上述光提取面的方向垂直的面上的截面积随着远离上述发光层而减小。
4.根据权利要求3所述的半导体发光元件，其中，
上述高折射率材料部包含凸部，该凸部由折射率高于空气的折射率的高折射率材料形成，
上述凸部的形状为锥体形状或半椭圆球形状。
5.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
上述发光层含有III族氮化物半导体，
上述半导体层包含：
n型III族氮化物半导体层，其导电类型为n型；以及
p型III族氮化物半导体层，从上述发光层观察其位于与上述n型III族氮化物半导体层所在侧相反的一侧，导电类型为p型。
6.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
该半导体发光元件包括透明性基板，该透明性基板从上述发光层来看配置于光提取面侧，对于自上述发光层射出的光具有透明性。
7.根据权利要求6所述的半导体发光元件，其中，
上述透明性基板为氮化铝基板。
8.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其中，
上述周期凹凸结构的高度相对于上述周期凹凸结构的周期在1/3倍以上且5倍以下，
上述微细凹凸结构的平均高度相对于上述微细凹凸结构的上述平均直径在0.1倍以上且10倍以下。
9.一种半导体发光元件的制造方法，其中，
该半导体发光元件的制造方法包括以下工序：
准备将要成为半导体发光元件的元件构件的工序，该半导体发光元件包含具有发光层的半导体层；
在上述元件构件中，在将要成为上述半导体发光元件的光提取面的区域上形成具有图案的掩模层的工序；以及
通过使用上述掩模层作为掩模，并利用蚀刻局部去除将要成为上述光提取面的区域，从而形成周期凹凸结构的工序，
上述掩模层为金属掩模层，
在形成上述周期凹凸结构的工序中，通过进行使用氟类气体作为蚀刻气体的干蚀刻，从而形成上述周期凹凸结构，并且在上述周期凹凸结构的表面形成微细凹凸结构，
上述周期凹凸结构具有超过自上述发光层射出的光的波长的周期，
上述微细凹凸结构具有上述光的波长的0.5倍以下的平均直径，
上述光的波长在350nm以下。
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Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2604568C2 (ru) * 2012-04-02 2016-12-10 Асахи Касеи И-Матириалс Корпорейшн Оптическая подложка, полупроводниковый светоизлучающий элемент и способ изготовления полупроводникового светоизлучающего элемента
KR102264061B1 (ko) * 2013-09-13 2021-06-14 루미리즈 홀딩 비.브이. 플립-칩 ｌｅｄ를 위한 프레임 기반 패키지
DE102015102365A1 (de) * 2015-02-19 2016-08-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungskörper und Verfahren zur Herstellung eines Strahlungskörpers
JP2016163015A (ja) * 2015-03-05 2016-09-05 旭化成株式会社 紫外線発光素子及びその製造方法
JP6643755B2 (ja) * 2015-04-17 2020-02-12 国立研究開発法人情報通信研究機構 深紫外発光モジュール
JP6521443B2 (ja) * 2015-06-29 2019-05-29 国立研究開発法人情報通信研究機構 深紫外光を放射する半導体発光素子、該半導体発光素子を備える発光モジュール、及び該半導体発光素子の製造方法
JP6548024B2 (ja) * 2015-09-24 2019-07-24 国立研究開発法人情報通信研究機構 凹凸構造を含む基板の製造方法及び半導体発光素子の製造方法
JP6579038B2 (ja) * 2016-05-30 2019-09-25 豊田合成株式会社 半導体発光素子の製造方法
JPWO2018003228A1 (ja) * 2016-07-01 2019-03-07 創光科学株式会社 紫外線発光装置及びその製造方法
JP6927481B2 (ja) * 2016-07-07 2021-09-01 国立大学法人京都大学 Ｌｅｄ素子
US10727371B2 (en) 2016-08-02 2020-07-28 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light-emitting element and method for producing same
JP6871706B2 (ja) * 2016-09-30 2021-05-12 日機装株式会社 半導体発光素子の製造方法
US11282992B2 (en) 2016-11-22 2022-03-22 National Institute Of Information And Communications Technology Light-emitting module provided with semiconductor light-emitting element that emits deep ultraviolet light
JP7050270B2 (ja) * 2017-03-31 2022-04-08 国立研究開発法人情報通信研究機構 半導体発光素子及び発光モジュール
JP7233859B2 (ja) * 2017-06-20 2023-03-07 旭化成エレクトロニクス株式会社 赤外線発光ダイオード
JP6863835B2 (ja) * 2017-06-26 2021-04-21 日機装株式会社 半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法
KR102390828B1 (ko) * 2017-08-14 2022-04-26 쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드 반도체 소자
JP7255965B2 (ja) 2017-08-24 2023-04-11 日機装株式会社 半導体発光素子の製造方法
JP2019067962A (ja) * 2017-10-02 2019-04-25 豊田合成株式会社 発光装置
US11482650B2 (en) * 2018-11-07 2022-10-25 Seoul Viosys Co., Ltd. Light emitting device including light shielding layer
JP2021012961A (ja) * 2019-07-08 2021-02-04 スタンレー電気株式会社 発光装置、および、その製造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103117347A (zh) * 2011-11-16 2013-05-22 Lg伊诺特有限公司 发光器件以及具有该发光器件的发光装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6531719B2 (en) * 1999-09-29 2003-03-11 Toyoda Gosei Co., Ltd. Group III nitride compound semiconductor device
US6885035B2 (en) * 1999-12-22 2005-04-26 Lumileds Lighting U.S., Llc Multi-chip semiconductor LED assembly
JP2005354020A (ja) 2004-05-10 2005-12-22 Univ Meijo 半導体発光素子製造方法および半導体発光素子
WO2006025277A1 (ja) * 2004-08-31 2006-03-09 Meijo University 半導体発光素子製造方法および半導体発光素子
US20060204865A1 (en) * 2005-03-08 2006-09-14 Luminus Devices, Inc. Patterned light-emitting devices
KR20080014833A (ko) 2005-06-09 2008-02-14 로무 가부시키가이샤 반도체 발광 소자
JP4974270B2 (ja) * 2006-03-20 2012-07-11 日本電信電話株式会社 発光ダイオード
US20080232135A1 (en) * 2006-05-31 2008-09-25 3M Innovative Properties Company Light guide
JP4993371B2 (ja) * 2007-11-21 2012-08-08 サンケン電気株式会社 半導体発光素子用ウエーハの粗面化方法及び半導体発光素子
KR101064016B1 (ko) 2008-11-26 2011-09-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자 및 그 제조방법
WO2010125821A1 (ja) * 2009-05-01 2010-11-04 国立大学法人東京大学 化合物半導体の堆積方法及び装置
JP5409210B2 (ja) * 2009-09-01 2014-02-05 学校法人金沢工業大学 半導体発光素子
CN102130285B (zh) 2010-11-03 2012-12-26 映瑞光电科技(上海)有限公司 发光二极管及其制造方法
TWI447955B (zh) 2011-11-23 2014-08-01 Ind Tech Res Inst 發光二極體元件、其導光結構的形成方法與形成設備
WO2013094617A1 (ja) * 2011-12-19 2013-06-27 パナソニック株式会社 面状発光素子
CN105264676A (zh) * 2013-04-16 2016-01-20 崇高种子公司 Led元件及其制造方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103117347A (zh) * 2011-11-16 2013-05-22 Lg伊诺特有限公司 发光器件以及具有该发光器件的发光装置

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Publication number Publication date
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