CN1667846A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以提高光取出效率的发光元件。此发光元件具有设置在与光射出面相反一侧的支撑基板和连接在支撑基板上，至少有相对于光射出面的法线倾斜规定角度的侧面的半导体元件层。

Description

发光元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光元件及其制造方法，特别是具有半导体元件层的发光元件及其制造方法。
背景技术
近年来使用氮化物类半导体的发光二极管元件等的发光元件的开发盛行。特别是最近为了把用氮化物类半导体的发光二极管元件作为照明器具的光源使用，提高元件的光输出特性和增大施加电流的开发取得进展。形成用这样的氮化物类半导体的发光二极管元件时，由于GaN构成的基板价格高，所以使半导体元件层在比GaN构成的基板便宜的蓝宝石基板上生长。
此外现在大家知道使在半导体元件层(发光层)生成的光从作为用于使半导体元件层生长的生长用基板的蓝宝石基板一侧射出的发光二极管。此外现在大家知道在使从上述蓝宝石基板一侧射出光的发光二极管元件中，通过使元件的侧面倾斜规定的角度，使光取出效率提高的技术。这些例如在特开平6-244458号公报和特开平10-341035号公报中公开。
在上述的特开平6-244458号公报和特开平10-341035号公报中，公开了使半导体元件层在蓝宝石基板等的透光性基板上生长后，以光射出面(透光性基板表面)和透光性基板和半导体元件层侧面所成的角度为锐角的形式形成的发光二极管元件。在上述的特开平6-244458号公报和特开平10-341035号公报中，光即使在光射出面全反射，利用此全反射的光入射到相对光射出面倾斜规定角度的侧面，可以改变光的路径，使相对于光射出面的入射角比临界角小。因此由于在光射出面也能使全反射的光射出，所以可以实现光取出效率的提高。
可是在上述特开平6-244458号公报和特开平10-341035号公报中，为了使光从透光性基板一侧射出，光要通过透光性基板和半导体元件层的界面。这种情况下，会产生因透光性基板和半导体元件层之间的折射率差引起光在透光性基板和半导体元件层的界面反射的不适宜的情况。这样为了提高光取出效率，即使使元件的侧面倾斜，还会存在从光射出面(透光性基板表面)射出的光减少的不适宜的情况。其结果存在难以使光取出效率提高的问题。
发明内容
此发明是为了解决上述课题而进行的发明，此发明的目的之一是提供可以使光取出效率提高的发光元件。
此发明的另一个目的是提供可以使光取出效率提高的发光元件的制造方法。
为了达到上述目的，采用此发明第1方式的发光元件具有设置在与光射出面相反一侧的支撑基板、和连接在支撑基板上至少有相对于光射出面的法线倾斜规定角度的侧面的半导体元件层。
如上所述，在采用此第1方式的发光元件中，在与光射出面相反一侧设置支撑基板，同时通过使此半导体元件层与此支撑基板连接，由于可以使在半导体元件层生成的光从与支撑基板相反一侧的光射出面射出，所以可以使在半导体元件层生成的光仅通过半导体元件层射出。这样象使光从在形成现有半导体元件层中使用的生长用基板一侧射出的情况那样，由于在生长用基板和半导体元件层的界面没有光反射，所以可以抑制光取出效率的降低。此外利用以具有相对光射出面法线倾斜规定角度的侧面的方式构成半导体元件层，即使光在光射出面全反射，通过此全反射光入射到相对光射出面法线倾斜规定角度的侧面，可以改变光的路径，使相对光射出面的光入射角小于临界角。其结果由于在光射出面也能使全反射的光射出，所以可以使光取出效率提高。这样在第1方式中，抑制因在生长用基板和半导体元件层的界面的反射引起的光取出效率的降低，同时可以利用半导体元件层的倾斜侧面使光取出效率提高。
在上述第1方式的发光元件中，优选半导体元件层具有层叠多个半导体层的结构，至少构成半导体层的一部分的半导体层侧面相对光射出面法线倾斜规定角度。这样构成的话，通过在光射出面全反射的光入射到至少构成半导体层的一部分的半导体层倾斜规定角度的侧面，可以改变光的路径，使相对光射出面的入射角比临界角小。
这种情况下，优选构成半导体元件层的全部半导体层侧面相对光射出面的法线倾斜规定角度。这样构成的话，由于半导体元件层倾斜的侧面面积变大，所以可以使入射到半导体元件层倾斜侧面的入射光增加。
在上述第1方式的发光元件中，优选光射出面和半导体元件层侧面所成的角度是钝角。这样构成的话，由于半导体元件层的支撑基板一侧表面面积比光射出面一侧表面面积大，所以在支撑基板一侧可以有效地使在半导体元件层产生的热发散。此外，利用使光射出面和半导体元件层侧面所成的角度为钝角，由于支撑基板和半导体元件层所成角度为锐角，与支撑基板和半导体元件层所成的角度为钝角的情况相比，在把支撑基板和半导体元件层通过焊锡连接时，熔融的焊锡难以绕到半导体元件层的侧面。这样，可以抑制因焊锡绕到半导体元件层侧面引起短路的不良后果。此外，把在半导体元件层中含有的活性层(发光层)配置在比光射出面更靠近支撑基板一侧的话，即使使光射出面和半导体元件层侧面所成的角度为钝角，也可以抑制活性层变小。
在上述第1方式的发光元件中，优选还具有以沿半导体元件层倾斜规定角度的侧面延伸的方式形成的侧面反射膜。这样构成的话，由于可以使在半导体元件层倾斜规定角度的侧面向光射出面反射的光增大，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述第1方式的发光元件中，优选至少还具有至少设置在支撑基板和半导体元件层之间的反射膜。这样构成的话，由于可以使向支撑基板一侧前进的光向光射出面一侧反射，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述支撑基板和半导体元件层之间设有反射膜的结构中，优选反射膜的半导体元件层一侧表面形成凹凸形状。这样构成的话，入射到反射膜和半导体元件层界面的光因反射膜表面的凹凸形状容易反射。这样由于反射的光从与半导体元件层的反射膜相反一侧的光射出面射出，所以可以提高光输出特性。
在上述支撑基板和半导体元件层之间设有反射膜的结构中，优选反射膜也具有电极的功能。这样构成的话，由于没有必要反射膜和电极的2个都形成，所以可以简化制造工序。
在上述第1方式的发光元件中，优选光射出面形成凹凸形状。这样构成的话，由于可以抑制光在光射出面全反射，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述第1方式的发光元件中，优选半导体元件层具有层叠多个半导体层的结构，多个半导体层中光射出面一侧的半导体层由不掺杂的半导体构成。这样构成的话，由于在不掺杂的半导体层中不形成杂质能级，所以可以抑制在不掺杂的半导体层中的因杂质能级引起的光吸收。因此与在光射出面全反射的光仅通过因杂质能级容易产生光吸收的掺入杂质的层的情况相比，可以降低光被吸收的概率。其结果由于可以抑制在光射出面全反射的光被吸收，所以可以进一步提高光取出效率。
这种情况下，优选不掺杂的半导体层有开口部，在开口部内形成电极，使它与不掺杂的半导体层以外的掺杂的半导体层表面接触。这样构成的话，在光射出面一侧即使设有不掺杂的半导体层，通过在不掺杂的半导体层的开口部形成的电极，也可以把电流提供给半导体元件层。
在上述第1方式的发光元件中，优选在半导体元件层的光射出面一侧表面上形成颗粒单层排列的膜。这样构成的话，在颗粒单层排列的膜和空气层的界面中，由于随着从颗粒单层排列的膜一侧向空气层一侧，颗粒单层排列的膜的比例逐渐减小，同时空气层的比例逐渐增加，所以可以使从颗粒单层排列的膜的折射率到空气层的折射率逐渐变化。这样可以减少在颗粒单层排列的膜和空气层的界面的光菲涅耳反射。
在上述第1方式的发光元件中，优选支撑基板包括导电性基板。这样构成的话，可以把一个电极和另一个电极的2个电极配置成相互面对地把半导体元件层夹在中间。这样与使用仅在半导体元件层的一侧配置2个电极的绝缘基板的发光元件相比，由于可以使发光面积增加，所以可以进一步提高光取出效率。
此发明的第2方式的发光元件的制造方法具有在生长用基板上形成至少具有相对光射出面法线倾斜规定角度侧面的半导体元件层的工序、在与光射出面相反一侧设置支撑基板的工序、把半导体元件层连接在支撑基板上的工序、去除生长用基板的工序。
如上所述，在此第2方式的发光元件的制造方法中，通过在生长用基板上形成至少具有相对光射出面法线倾斜规定角度侧面的半导体元件层后，在与光射出面相反一侧设置支撑基板，同时把半导体元件层连接在支撑基板上，而且去除生长用基板，可以使在半导体元件层生成的光从与支撑基板相反一侧的光射出面射出，所以可以使在半导体元件层生成的光仅通过半导体元件层射出。这样象使光从在形成现有半导体元件层中使用的生长用基板一侧射出的情况那样，由于在生长用基板和半导体元件层的界面没有光反射，所以可以容易地形成能抑制光取出效率的降低的发光元件。此外利用以具有相对光射出面法线倾斜规定角度的侧面的方式构成半导体元件层，即使光在光射出面全反射，通过此全反射光入射到相对光射出面法线倾斜规定角度的侧面，可以改变光的路径，使相对光射出面的光入射角小于临界角。其结果由于也能使在光射出面全反射的光射出，所以可以容易地形成使光取出效率提高的发光元件。这样在第2方式中，抑制因在生长用基板和半导体元件层的界面的反射引起的光取出效率的降低，同时可以容易地形成利用半导体元件层的倾斜侧面使光取出效率提高的发光元件。
在此第2方式的发光元件的制造方法中，优选形成半导体元件层工序包括在前述生长用基板上形成把多个半导体层层叠的前述半导体元件层的工序、在半导体元件层表面上形成台形的掩模层的工序、利用同时蚀刻掩模层和半导体元件层，使构成半导体元件层的至少一部分半导体层的侧面形成反映掩模层的台形状，形成相对光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序。这样构成的话，可以容易地使构成半导体元件层的至少一部分的半导体层的侧面相对光射出面法线倾斜规定角度。这样通过在光射出面全反射的光入射到构成半导体元件层的至少一部分半导体层的倾斜规定角度的侧面，可以改变光的路径，使相对光射出面的光的入射角变得比临界角小。
在含有同时蚀刻上述掩模层和半导体元件层的工序的构成中，优选使构成半导体元件层的至少一部分半导体层的侧面形成相对光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序包括使构成半导体元件层的全部半导体层的侧面形成相对光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序。这样构成的话，可以使构成半导体元件层的全部半导体层的侧面形成相对光射出面法线倾斜规定角度。这样，由于半导体元件层倾斜侧面面积变大，所以可以增加入射到半导体元件层倾斜侧面的光。
在含有同时蚀刻上述掩模层和半导体元件层的工序的构成中，优选掩模层含有由Al组成的掩模层。这样构成的话，通过利用同时蚀刻由Al组成的掩模层和半导体元件层，可以容易地使构成半导体元件层的至少一部分半导体层的侧面相对光射出面法线倾斜规定角度。
在含有同时蚀刻上述掩模层和半导体元件层的工序的构成中，优选使构成半导体元件层的至少一部分半导体层的侧面形成相对光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序包括以光射出面和半导体层侧面所成角度为钝角的方式，使半导体层侧面形成相对光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序。这样构成的话，可以容易地使光射出面和半导体层侧面所成角度为钝角。这样由于半导体元件层的支撑基板一侧表面面积变得比光射出面一侧表面面积大，所以在支撑基板一侧可以有效地使在半导体元件层产生的热发散。此外利用使光射出面和半导体层侧面所成角度为钝角，由于支撑基板和半导体层侧面所成角度为锐角，所以与支撑基板和半导体层侧面所成角度为钝角的情况相比，在通过焊锡连接支撑基板和半导体元件层时，熔融的焊锡难以绕到半导体元件层的侧面。这样可以抑制因焊锡绕到半导体元件层侧面引起短路的不良后果。此外把在半导体元件层中含有的活性层(发光层)配置在比光射出面更靠近支撑基板一侧的话，即使使光射出面和半导体元件层侧面所成的角度为钝角，也可以抑制活性层变小。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选在形成半导体元件层的工序后，还具有以沿半导体元件层倾斜规定角度的侧面延伸的方式形成的侧面反射膜的工序。这样构成的话，由于可以使在半导体元件层倾斜规定角度的侧面向光射出面一侧反射的光增加，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选把半导体元件层连接到支撑基板上的工序包括通过反射膜把半导体元件层连接到支撑基板上的工序。这样构成的话，由于可以使向支撑基板一侧前进的光向光射出面一侧反射，所以可以进一步提高光取出效率。
在含有通过反射膜把半导体元件层连接到上述支撑基板上的工序构成中，优选在把前述半导体元件层连接到前述半导体元件层上的工序之前，还具有在半导体元件层表面上形成格子状绝缘膜的工序、利用在格子状绝缘膜上以接触半导体元件层表面的方式形成反射膜，形成具有凹凸形状的半导体元件层一侧表面的反射膜的工序。这样构成的话，可以容易地使反射膜的半导体元件层一侧表面成凹凸形状。这种情况下，入射到反射膜和半导体元件层的界面的光利用反射膜表面的凹凸形状容易反射。这样由于反射的光从与半导体元件层的反射膜相反一侧的光射出面射出，所以可以提高光输出特性。
在含有通过反射膜把半导体元件层连接到上述支撑基板上的工序构成中，优选反射膜也具有电极的功能。这样构成的话，由于没有必要形成反射膜和电极的2个，所以可以简化制造工序。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选形成半导体元件层的工序包括在生长用基板上形成格子状绝缘膜的工序、利用在格子状绝缘膜上埋入不形成绝缘膜的区域的方式形成半导体元件层，使半导体元件层的光射出面一侧表面成凹凸形状的工序。这样构成的话，由于可以容易地使半导体元件层的光射出面一侧表面成凹凸形状，由于这样可以抑制光在射出面全反射，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选形成半导体元件层的工序包括在生长用基板上形成不掺杂的半导体层被配置在光射出面一侧的半导体元件层的工序。这样构成的话，由于在不掺杂的半导体层中不形成杂质能级，所以可以抑制在不掺杂的半导体层中的因杂质能级引起的光吸收。因此与在光射出面全反射的光仅通过因杂质能级容易产生光吸收的掺入杂质的层的情况相比，可以降低光被吸收的概率。其结果由于可以抑制在光射出面全反射的光被吸收，可以进一步提高光取出效率。
这种情况下，优选在形成半导体元件层的工序后，还具有在不掺杂的半导体层形成开口部的工序、在开口部内形成电极，使它与不掺杂的半导体层以外的掺杂的半导体层表面接触的工序。这样构成的话，在光射出面一侧即使设有不掺杂的半导体层，通过在不掺杂的半导体层的开口部形成的电极，也可以把电流提供给半导体元件层。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选形成半导体元件层的工序包括在生长用基板上形成颗粒单层排列的膜的工序、在颗粒单层排列的膜上形成半导体元件层的工序。这样构成的话，在使半导体元件层的颗粒单层排列的膜一侧为光射出面的情况下，在颗粒单层排列的膜和空气层的界面中，由于随着从颗粒单层排列的膜一侧向空气层一侧，颗粒单层排列的膜的比例逐渐减小，同时空气层的比例逐渐增加，所以可以使从颗粒单层排列的膜的折射率到空气层的折射率逐渐变化。这样可以减少在颗粒单层排列的膜和空气层的界面的光菲涅耳反射。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选形成半导体元件层的工序还具有包括在生长用基板上形成对应于多个元件的半导体元件层的工序，在去除生长用基板的工序后，把半导体元件层分离成各元件的工序。这样构成的话，可以容易地同时形成包括具有相对光射出面法线倾斜规定角度的侧面的半导体元件层的多个元件。
在上述第2方式的发光元件的制造方法中，优选上述支撑基板包括导电性基板。这样构成的话，可以把一个电极和另一个电极的2个电极配置成相互面对地把半导体元件层夹在中间。这样与使用仅在半导体元件层的一侧配置2个电极的绝缘基板的发光元件相比，由于可以使发光面积增加，所以可以进一步提高光取出效率。
在上述第1和第2方式的发光元件中，半导体元件层也可以包括氮化物类半导体元件层。这样构成的话，在包括氮化物类半导体元件层的发光元件中，可以容易地提高光取出效率。
附图说明
图1为表示本发明的第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件结构的截面图。
图2～图8为用于说明图1所示的第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管制造工序的截面图。
图9～图18为表示本发明的第2实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件结构的截面图。
图19为表示本发明的第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件结构的截面图。
图20为用于说明图19所示的第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管制造工序的平面图。
图21为沿图20的100-100线的截面图。
图22～图26为用于说明图19所示的第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管制造工序的截面图。
图27为表示本发明的第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件结构的截面图。
图28为用于说明图27所示的第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管制造工序的平面图。
图29为沿图28的200-200线的截面图。
图30～图37为用于说明图27所示的第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管制造工序的截面图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先参照图1，对第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件的结构进行说明。再有，图1的元件中的箭头表示光的路径。
如图1所示，在第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件中，在与光射出面11相反一侧设置导电性的支撑基板1。此导电性基板1由半导体、金属、导电性树脂薄膜以及金属和金属氧化物的复合材料构成。作为在支撑基板1中使用的半导体有具有解离性的Si、SiC、GaAs和ZnO等。此外，作为在支撑基板1中使用的金属有Al、Fe-Ni和Cu-W等。此外作为在支撑基板1中使用的导电性树脂薄膜，有分散金属等的导电性微粒后的树脂薄膜等。此外，作为在支撑基板1中使用的金属和金属氧化物的复合材料有Cu-CuO等。在支撑基板1上面从支撑基板1一侧顺序形成有约200nm厚的Ag层和约5nm厚的Al层的p侧电极2用焊锡(图中没有表示)连接。此p侧电极2具有作为反射电极的功能。此外p侧电极2是本发明的“反射膜”的一个示例。
在p侧电极2上形成有约0.3μm厚的由掺杂Mg的p型Ga0.95In0.05N组成的p型接触层3。在p型接触层3上形成有约5nm厚的由掺杂Mg的p型Al0.05Ga0.95N组成的p型包敷(clad)层4。在p型包敷层4上形成有约5nm厚的由掺杂Mg的p型Al0.1Ga0.9N组成的p型管底(cap)层5。在p型管底层5上形成具有单一量子阱(SQW)结构的活性层6。此活性层6含有约5nm厚的由不掺杂的Ga0.8In0.2N组成的阱层。在活性层6上形成有约0.15μm厚的由掺杂Si的n型Al0.1Ga0.9N组成的n型包敷层7。在n型包敷层7上形成有约0.5μm厚的由掺杂Si的n型GaN组成的n型接触层8。由p型接触层3、p型包敷层4、p型管底层5、活性层6、n型包敷层7、n型接触层8构成氮化物类半导体元件层9。再有，氮化物类半导体元件层9是本发明的“半导体元件层”的一个示例。
其中在第1实施方式中，氮化物类半导体元件层9具有相对光射出面11法线倾斜规定角度的侧面9a。具体说，氮化物类半导体元件层9具有以从支撑基板1一侧向光射出面11一侧成尖头形状的方式倾斜约60°的侧面9a。而氮化物类半导体元件层9的倾斜侧面9a和光射出面11所成角度约为120°的钝角。
此外在n型接触层8上规定区域形成n侧电极10。此n侧电极10由从n型接触层8一侧顺序为欧姆电极、阻障(barrier)金属和衬垫(pad)金属构成。构成n侧电极10的欧姆电极由有约100nm厚的Al构成。此外，构成n侧电极10的阻障金属有约100nm厚，同时由抑制欧姆电极和衬垫金属反应的Pt或Ti构成。此外构成n侧电极10的衬垫金属有约500nm厚，同时由容易熔融的金属Au或Au-Sn构成。此n侧电极10为了抑制从光射出面11射出的光减少，不是配置在n型接触层8上的整个面上，而是配置在n型接触层8上规定区域。
如上所述，在第1实施方式中，利用在与光射出面11相反一侧设置支撑基板1，同时把氮化物类半导体元件层9连接在此支撑基板1上，由于使在氮化物类半导体元件层9(活性层6)生成的光可以从与支撑基板1相反一侧的光射出面11射出，所以可以使在活性层6生成的光仅通过半导体元件层9射出。这样，象使光从在形成现有氮化物类半导体元件层9中使用的生长用基板一侧射出的情况那样，由于在生长用基板和氮化物类半导体元件层9的界面没有光反射，所以可以抑制光取出效率的降低。此外，利用以从支撑基板1一侧向光射出面11一侧成尖头形状，具有倾斜约60°的侧面9a的方式构成氮化物类半导体元件层9，即使光在光射出面11全反射，通过此全反射的光入射到相对光射出面11倾斜的侧面9a，也可以改变光的路径，使相对光射出面11的光的入射角变得小于临界角。其结果由于能使在光射出面11全反射的光射出，所以可以提高光取出效率。这样在第1实施方式中，抑制了因在生长用基板和氮化物类半导体元件层9的界面的反射造成的光取出效率的降低，同时利用氮化物类半导体元件层9的倾斜的侧面9a，可以提高光取出效率。
此外在第1实施方式中，利用使氮化物类半导体元件层9的倾斜侧面9a和光射出面11所成的角度为钝角(约120°)，由于氮化物类半导体元件层9的支撑基板1一侧表面面积变得比光射出面11一侧表面面积大，所以在支撑基板1一侧可以有效地使在氮化物类半导体元件层9产生的热发散。此外，利用使氮化物类半导体元件层9倾斜的侧面9a和光射出面11所成的角度为钝角(约120°)，由于支撑基板1和氮化物类半导体元件层9所成的角度为锐角(约60°)，与支撑基板1和氮化物类半导体元件层9所成的角度为钝角的情况相比，在把支撑基板1和氮化物类半导体元件层9通过焊锡连接时，熔融的焊锡难以绕到跨越氮化物类半导体元件层9侧面9a的p型层和n型层。这样，可以抑制因焊锡绕到氮化物类半导体元件层9侧面9a引起短路的不良后果。此外，通过使比氮化物类半导体元件层9的活性层6更靠上方(光射出面11一侧)的厚度(约0.65μm)比更靠活性层6下方(支撑基板1一侧)的厚度(约0.31μm)厚，由于可以把活性层6配置在比光射出面11更靠近支撑基板1一侧，所以即使使光射出面11和氮化物类半导体元件层9侧面9a所成的角度为钝角，也可以抑制活性层6变小。
此外在第1实施方式中，利用在支撑基板1和氮化物类半导体元件层9之间设置具有作为反射电极功能的p侧电极2，由于可以使向支撑基板1一侧前进的光向光射出面11一侧反射，所以可以进一步提高光取出效率。
此外在第1实施方式中，通过使用导电性的支撑基板1，可以把p侧电极2和n侧电极10配置成相互面对地把氮化物类半导体元件层9夹在中间。这样与使用仅在氮化物类半导体元件层9的一侧配置2个电极的绝缘基板的氮化物类半导体发光二极管元件相比，由于可以使发光面积增加，所以可以进一步提高光取出效率。
此外在第1实施方式中，利用以从支撑基板1一侧向光射出面11一侧成尖头形状，具有倾斜约60°的侧面9a的方式构成氮化物类半导体元件层9(氮化物类半导体层3～8)，由于氮化物类半导体元件层9倾斜的侧面面积变大，所以可以使入射到氮化物类半导体元件层9的倾斜侧面的光增加。
下面参照图1～图8，对第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件的制造工序进行说明。
如图2所示，首先用MOCVD(Metal Organic ChemicalVapor Deposition)法在作为生长用基板的蓝宝石基板12上顺序形成低温缓冲层13、n型接触层8、n型包敷层7、活性层6、p型管底层5、p型包敷层4和p型接触层3。
具体说，使蓝宝石基板12保持在约400℃～约700℃的生长温度的状态下，使用由NH3和TMGa(三甲基镓)组成的原料气体和由SiH4组成的掺杂剂气体，在蓝宝石基板12的(0001)面上生长成有约10nm～约50nm厚的由非单晶的不掺杂的GaN组成的低温缓冲层13。此时通过使用NH3和TMAl(三甲基铝)组成的原料气体，也可以使由n型AlN组成的低温缓冲层13生长，通过使用NH3、TMGa和TMAl组成的原料气体，也可以使由n型AlGaN组成的低温缓冲层13生长。
然后使蓝宝石基板12保持在约1000℃～约1200℃(例如约1150℃)的单晶生长温度的状态下，使用由H2和N2组成的载体气体(H2的含量约为50％)和由NH3和TMGa组成的原料气体、由SiH4组成掺杂剂气体，在低温缓冲层13上以约3μm/h的生长速度生长成具有约0.5μm厚度的由掺杂Si的单晶n型GaN组成的n型接触层8。此后把载体气体变成H2和N2(H2的含量约为1％～约3％)，同时把原料气体变成NH3、TMGa和TMAl，在n型接触层8上以约3μm/h的生长速度生长成具有约0.15μm厚度的由掺杂Si的单晶n型Al0.1Ga0.9N组成的n型包敷层7。
然后使蓝宝石基板12保持在约700℃～约1000℃的单晶生长温度的状态下，使用由H2和N2组成的载体气体(H2的含量约为1％～约5％)和由NH3、TMGa和TMIn(三甲基铟)组成的原料气体，在n型包敷层7上以约0.4nm/s的生长速度生长成具有约5nm厚度的由单晶不掺杂的Ga0.8In0.2N组成的阱层。这样使含阱层的SQW结构的活性层6生长。随后，把原料气体变成NH3、TMGa和TMAl，加入由CP2Mg组成的掺杂剂气体，以约0.4nm/s的生长速度生长成具有约5nm厚度的由掺杂Mg的单晶p型Al0.1Ga0.9N组成的p型管底层5。
然后使蓝宝石基板12保持在约1000℃～约1200℃(例如约1150℃)的单晶生长温度的状态下，使用由H2和N2组成的载体气体(H2的含有率约为1％～约3％)和由NH3、TMGa和TMAl组成的原料气体、由Cp2Mg组成掺杂剂气体，在p型管底层5上以约3μm/h的生长速度生长成具有约5nm厚度的由掺杂Mg的单晶p型Al0.05Ga0.95N组成的p型包敷层4。此后把蓝宝石基板12保持在约700℃～约1000℃(例如850℃)的单晶生长温度的状态下，把原料气体变成NH3、TMGa和TMIn，同时不用掺杂剂气体，在p型包敷层4上以约0.5nm/s的生长速度生长成具有约0.3μm厚度的由不掺杂的单晶Ga0.95In0.05N组成的接触层(图中没有表示)。
此后把蓝宝石基板12保持在约400℃～约900℃(例如约800℃)的状态下，利用在N2的气氛中退火，使上述的氮化物类半导体各层的氢浓度降低到约5×1018cm-3以下。此后使用由N2组成的载体气体、由CP2Mg组成的掺杂剂气体，通过在接触层中使约1×1018cm-3～约1×1018cm-3的Mg扩散，使接触层成为掺杂Mg的p型接触层3。这样形成由p型接触层3、p型包敷层4、p型管底层5、活性层6、n型包敷层7和n型接触层8构成的氮化物类半导体元件层9。此后利用热处理或电子射线处理，进行p型接触层3、p型包敷层4和p型管底层5的p型化。
下面如图3所示，用真空蒸镀法等，在p型接触层3上形成由Al层和Ag层组成的p型电极2。此时使有约5nm厚的Al层形成岛状后，以全面覆盖的方式形成有约200nm厚的Ag层。
然后如图4所示，把由半导体、金属、导电性树脂薄膜或金属和金属氧化物的复合材料组成的导电性支撑基板1连接到p型电极2上。此时可以通过由Au-Sn和Pd-Sn等组成的焊锡把支撑基板1连接在p型电极2上，也可以通过由Ag组成的导电性胶把支撑基板1连接在p型电极2上。此外也可以把支撑基板1直接贴合在p型电极2上后，利用在约400℃～约1000℃的温度条件下加压，把支撑基板1连接在p型电极2上。
此后通过对蓝宝石基板12进行研磨和激光照射，去除蓝宝石基板12。此时使用干蚀刻技术和湿蚀刻技术也可以去除蓝宝石基板12。然后用CF4气体等的干蚀刻技术或热磷酸液等的湿蚀刻技术，去除低温缓冲层13。这样就成为图5所示的露出n型接触层8表面的状态。
下面如图6所示，在n型接触层8表面上在面向与n型接触层8相反一侧形成尖头形状的台形由Al组成的掩模层14。具体说，首先用电子束蒸镀法在n型接触层8表面上形成具有约2.5μm厚的Al层(图中没有表示)。此后使用光平版印刷术和蚀刻技术通过加工Al层，使面向与n型接触层8相反一侧形成尖头形状的台形，形成掩模层14。
然后如图7所示，使用平行平板型干蚀刻装置，同时蚀刻掩模层14和氮化物类半导体元件层9，使蚀刻深度达到p层电极2表面。此时作为蚀刻条件设定放电输出和压力分别为约600W和约6×102Pa～约1.5kPa，同时使用由CF4组成的蚀刻气体。通过设定上述的蚀刻条件，由于掩模层14和氮化物类半导体元件层9的蚀刻速度实际上可以相等，所以氮化物类半导体元件层9成为反映掩模层14形状的形状。也就是以具有相对光射出面11(参照图1)法线倾斜规定角度的侧面9a的方式形成氮化物类半导体元件层9。具体说，氮化物类半导体元件层9从支撑基板1一侧向n型接触层8成尖头形状，同时氮化物类半导体元件层9的倾斜侧面9a和n型接触层8表面所成角度为钝角。此后用稀盐酸去除掩模层14。
然后如图8所示，用真空蒸镀法等在n型接触层8表面上规定区域形成n侧电极10。此时从n型接触层8一侧顺序形成欧姆电极、阻障金属和衬垫金属。构成n侧电极10的欧姆电极由有约100nm厚的Al构成。此外构成n侧电极10的阻障金属由有约100nm厚的Pt或Ti构成。此外构成n侧电极10的衬垫金属由有约500nm厚的Au或Au-Sn构成。
此后沿元件分离区域15进行元件分离。此时用切块切入元件分离层15后，沿此切入深度可以分离元件。此外用蚀刻技术切入元件分离层15后，沿此切入深度也可以分离元件。此外用切块切入支撑基板1的元件分离区域15，同时用蚀刻技术切入氮化物类半导体元件层9的元件分离区域15后，用切块和蚀刻技术沿切入深度也可以分离元件。在把上述的切块和蚀刻技术组合的情况下，由于氮化物类半导体元件层9不与刀具接触，可以减少对氮化物类半导体元件层9的损伤。这样可以形成图1所示的第1实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件。
(第2实施方式)
参照图9，在此第2实施方式中与上述第1实施方式不同，对使氮化物类半导体元件层倾斜侧面和光射出面所成的角度为锐角，同时在氮化物类半导体元件层倾斜侧面设置侧面反射膜的情况进行说明。在图9的元件中的箭头表示光的路径。
如图9所示，在第2实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件中，设置在与光射出面31相反一侧的导电性支撑基板21上，形成具有约2nm厚的由Al组成的n侧电极22。此n侧电极22具有反射电极的功能。再有n侧电极22是本发明的“反射膜”的一个示例。
在n侧电极22上形成具有约0.5μm厚的由掺杂Si的n型GaN组成的n型接触层23。在n型接触层23上形成具有约0.1μm厚的由掺杂Si的n型Al0.1Ga0.9N组成的n型包敷层24。在n型包敷层24上形成具有多重量子阱(MQW)结构的活性层25。此活性层25具有有约3nm厚的由不掺杂的Ga0.95In0.05N组成的3个阱层(图中没有表示)和有约15nm厚的由Al0.05Ga0.95In组成的2个壁垒层(图中没有表示)交互层叠的MQW结构。在活性层25上形成具有约5nm厚的由掺杂Mg的p型Al0.15Ga0.85N组成的p型管底层26。在p型管底层26上形成具有约0.1μm厚的由掺杂Mg的p型Al0.1Ga0.9N组成的p型包敷层27。在p型包敷层27上形成具有约0.05μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型接触层28。由n型接触层23、n型包敷层24、活性层25、p型管底层26、p型包敷层27和p型接触层28构成氮化物类半导体元件层29。再有氮化物类半导体元件层29是本发明的“半导体元件层”的一个示例。
其中在第2实施方式中，氮化物类半导体元件层29的n型接触层23一侧前端部分具有相对光射出面31法线倾斜规定角度的侧面29a。具体说，氮化物类半导体元件层29的n型接触层23一侧前端部分具有以从光射出面31一侧向支撑基板21一侧成尖头形状的方式倾斜约45°的侧面29a。此外n型接触层23侧面和n型包敷层24侧面的一部分倾斜。此外氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a和光射出面31所成的角度为锐角(约45°)。此外在第2实施方式中，以氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a上延伸的方式形成n侧电极22。再有位于氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a上的n侧电极22是本发明的“侧面反射膜”的一个示例。
此外在p型接触层28上形成p侧电极30。此p侧电极30由从p型接触层28顺序形成具有约5nm厚的Ni层和约5nm厚的Au层的透明电极构成。
如上所述，在第2实施方式中，通过以把氮化物类半导体元件层29的n型接触层23一侧前端部分具有以从光射出面31一侧向支撑基板21一侧成尖头形状的方式倾斜约45°的侧面29a构成，象上述第1实施方式那样，与把氮化物类半导体元件层9具有以从支撑基板1一侧向光射出面11一侧成尖头形状的方式倾斜约60°的侧面9a构成的情况相同，可以改变光的路径，使相对光射出面31的光入射角变得比临界角小。此外在第2实施方式中，通过在与光射出面31相反一侧设置支撑基板21，与上述第1实施方式相同，由于可以使在氮化物类半导体元件层29(活性层25)生成的光从与支撑基板21相反一侧的光射出面31射出，所以可以使在活性层25生成的光仅通过半导体元件层29射出。其结果与上述第1实施方式相同，抑制因在生长用基板和氮化物类半导体元件层29的界面反射引起的光取出效率的降低，同时可以利用氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a提高光取出效率。
此外在第2实施方式中，利用在氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a上也形成n侧电极22，由于可以使在氮化物类半导体元件层29倾斜的侧面29a上反射的光增加，所以可以进一步提高光取出效率。
此外第2实施方式的其他效果与上述第1实施方式相同。
下面参照图9～图18，对第2实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件的制造工序进行说明。
首先如图10所示，用MOCVD法在作为生长用基板的6H-SiC基板32的(0001)面上生长成具有约10nm～约50nm厚的由AlGaN或GaN组成的缓冲层33。此后在缓冲层33上生长成具有约0.5μm厚的不掺杂的GaN层34。
然后在GaN层34上形成分离层(空隙层)35。具体说，用真空蒸镀法在GaN层34上形成具有约10nm～约200nm厚的Ti层(图中没有表示)后，在氨气氛中在约150℃温度条件下进行热处理。这样通过氮化Ti层，形成由具有网状截面的TiN组成的分离层35。由于此分离层35具有网状的截面，所以在层中形成空隙，同时GaN层34的一部分露出。在图10中表示了分离层35中的空隙。
然后用MOCVD法在分离层35上生长成具有约0.5μm厚的由掺杂Si的n型GaN组成的n型接触层23。此时n型接触层23在GaN层34的露出表面上有选择地在纵方向生长后，逐渐在横方向生长。因此，由于在n型接触层23上形成的位错在横方向上弯曲，所以难以形成在纵方向上传递的位错。这样与GaN层34的位错密度相比，可以大幅度减少n型接触层23的位错密度。
随后在n型接触层23上生长成具有约0.1μm厚的由掺杂Si的n型Al0.1Ga0.9N组成的n型包敷层24。此后使具有约3nm厚的由不掺杂的Ga0.95In0.05N组成的3个阱层(图中没有表示)和有约15nm厚的由Al0.05Ga0.95In组成的2个壁垒层(图中没有表示)交互生长。这样3个阱层和2个壁垒层生长成具有交互层叠的MQW结构的活性层25。
然后在活性层25上形成具有约5nm厚的由掺杂Mg的p型Al0.15Ga0.85N组成的p型管底层26。此后在p型管底层26上顺序形成具有约0.1μm厚的由掺杂Mg的p型Al0.1Ga0.9N组成的p型包敷层27，和具有约0.05μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型接触层28。这样形成由n型接触层23、n型包敷层24、活性层25、p型管底层26、p型包敷层27和p型接触层28构成的氮化物类半导体元件层29。此后通过进行热处理或电子射线处理，进行p型接触层28、p型包敷层27和p型管底层26的p型化。
然后如图11所示，通过由In-Sn等熔点低的金属组成的熔融层36，把作为临时基板的蓝宝石基板37连接到p型接触层28上。此后把分离层35上面的氮化物类半导体元件层29和分离层35下面的各层(32～34)分离。此时使用利用HF液和HNO3液的混合液的湿蚀刻技术可以去除分离层35，也可以通过从外部施加物理力去除分离层35。此外也可以通过把分离层35上面的氮化物类半导体元件层29和分离层35下面的各层(32～34)向相互相反方向拉伸进行分离。这样如图12所示，成为n型接触层23表面露出的状态。
下面如图13所示，用与图6所示的第1实施方式相同的工序，在n型接触层23表面上由向与n型接触层23相反的一侧成为尖头形状的台形的Al组成的掩模层38。
下面如图14所示，用与图7所示的第1实施方式相同的工序，同时蚀刻掩模层38和氮化物类半导体元件层29，使蚀刻深度达到n型包敷层24的中间。这样氮化物类半导体元件层29的n型接触层23侧的前端部分成为反映掩模层38形状的形状。也就是以具有相对光射出面31(参照图9)法线倾斜规定角度的侧面29a的方式形成氮化物类半导体元件层29的n型接触层23前端部分。具体说，氮化物类半导体元件层29的n型接触层23侧的前端部分从蓝宝石基板37一侧向n型接触层23侧成尖头形状，同时氮化物类半导体元件层29的倾斜侧面29a和n型接触层23表面所成角度为锐角。此后用稀盐酸去除掩模层38。
然后如图15所示，用真空蒸镀法等，形成具有约2nm厚的由Al组成的n侧电极22，覆盖n型接触层23表面和氮化物类半导体元件层29的倾斜侧面29a。
然后如图16所示，用与图4所示的第1实施方式相同的工序，把导电性的支撑基板21连接在n侧电极22上。此后在去除蓝宝石基板37后，去除熔融层36。这样如图17所示，成为p型接触层28表面露出的状态。
然后如图18所示，用真空蒸镀法等，在p型接触层28上形成p侧电极30。此时从p型接触层28一侧顺序形成具有约5nm厚的Ni层和具有约5nm厚的Au层。
此后用与图8所示的第1实施方式相同的工序，沿元件分离区域39进行元件分离。其中在分隔元件分离区域39后相邻的氮化物类半导体元件层29的倾斜侧面29a之间设有空间。因此用切块切入支撑基板21时，由于可以抑制刀具与氮化物类半导体元件层29接触，可以减少对氮化物类半导体元件层29的损伤。这样可以形成图9所示的第2实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件。
(第3实施方式)
参照图19，在此第3实施方式中与上述第1和第2实施方式不同，对使氮化物类半导体元件层倾斜侧面和光射出面所成的角度为钝角，同时使光射出面形成凹凸形状的情况进行说明。在图19的元件中的箭头表示光的路径。
如图19所示，在第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件中，设置在与光射出面61相反一侧的导电性支撑基板51上，连接有与上述第1实施方式的p侧电极2具有相同组成和厚度的p侧电极52。再有，p侧电极52是本发明的“反射膜”的一个示例。
在p侧电极52上形成具有约0.2μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型接触层53。此p型接触层53也具有作为包敷层的功能。在p型接触层53上形成具有约5nm厚的由不掺杂的Al0.05Ga0.95N组成的管底层54。在管底层54上形成具有MQW结构的活性层55。此活性层55具有由有约10nm厚的由不掺杂的GaN组成的4个壁垒层(图中没有表示)和有约3nm厚的由不掺杂的Ga0.85In0.15N组成的3个阱层(图中没有表示)交互层叠的MQW结构。在活性层55上形成具有约0.05μm厚的由掺杂Ge的n型Al0.05Ga0.95N组成的n型包敷层56。在n型包敷层56上形成具有约0.5μm厚的由掺杂Ge的n型GaN组成的n型接触层57。在n型接触层57上形成具有约2μm厚的由不掺杂的GaN组成的透光层58。此透光层58有开口部58a。由p型接触层53、管底层54、活性层55、n型包敷层56、n型接触层57和透光层58构成氮化物类半导体元件层59。再有氮化物类半导体元件层59是本发明的“半导体元件层”的一个示例。
其中在第3实施方式中，氮化物类半导体元件层59的透光层58一侧前端部分具有相对光射出面61法线倾斜规定角度的侧面59a。具体说，氮化物类半导体元件层59的透光层58一侧前端部分具有以从支撑基板51一侧向光射出面61一侧成尖头形状的方式倾斜约45°的侧面59a。此外透光层58侧面的一部分以约45°倾斜。此外氮化物类半导体元件层59倾斜的侧面59a和光射出面61所成的角度为钝角(约135°)。此外在第3实施方式中，成为光射出面61的透光层58表面形成凹凸形状。
此外在透光层58的开口部58a内以与n型接触层57表面接触的方式，形成具有与上述第1实施方式的n侧电极10相同组成和厚度的n侧电极60。
如上所述，在第3实施方式中，通过使氮化物类半导体元件层59的透光层58一侧前端部分具有以从支撑基板51一侧向光射出面61一侧成尖头形状的方式倾斜约45°的侧面59a构成，与上述第1和第2实施方式相同，可以改变光的路径，使相对光射出面61的光入射角变得比临界角小。此外在第3实施方式中，通过在与光射出面61相反一侧设置支撑基板51，与上述第1和第2实施方式相同，由于可以使在氮化物类半导体元件层59(活性层55)生成的光从与支撑基板51相反一侧的光射出面61射出，所以可以使在活性层55生成的光仅通过半导体元件层59射出。其结果与上述第1和第2实施方式相同，抑制因在生长用基板和氮化物类半导体元件层59的界面反射引起的光取出效率的降低，同时可以利用氮化物类半导体元件层59倾斜的侧面59a提高光取出效率。
此外在第3实施方式中，利用在由n型GaN组成的n型接触层57上形成由不掺杂的GaN组成的透光层58，由于在透光层58中不形成因掺入杂质引起的杂质能级，所以与n型接触层57和n型包敷层56相比，可以抑制在透光层58中的因杂质能级引起的光吸收。因此在光射出面61(透光层58的表面)全反射的光与n型接触层57和n型包敷层56的情况相比，可以通过光吸收少的透光层58。因此在光射出面61全反射的光与仅通过因杂质能级容易产生光吸收的n型接触层57和n型包敷层56的情况相比，可以降低光被吸收的概率。其结果由于可以抑制在光射出面61全反射的光被吸收，可以进一步提高光取出效率。
此外在第3实施方式中，通过使光射出面61(透光层58的表面)形成凹凸形状，由于可以抑制光在光射出面61全反射，所以可以进一步提高光取出效率。
此外第3实施方式的其他效果与上述第1实施方式相同。
下面参照图19～图26，对第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件的制造工序进行说明。
首先如图20(平面图)和图21(沿图20的100-100线的截面图)所示，用等离子体CVD法在作为生长用基板的Si基板62上的规定区域形成由SiN组成的掩模层63。具体说如图20所示，平面看以具有包围各元件形成区域65的部分63a和用此部分63a包围的格子状的部分63b的形式形成掩模层63。各元件形成区域65为约500μm见方的正方形。使掩模层63的部分63a宽度W1为约1.8μm，同时使掩模层63的部分63b宽度W2为约0.6μm。此外如图21所示，使掩模层63的部分63a侧面倾斜规定角度。使掩模层63的部分63a高度T1为约1.8μm，同时使掩模层63的部分63b的高度(厚度)T2为约0.4μm。
然后如图22所示，用MOCVD法在SiC基板62上生长成具有约10nm～约50nm厚的由AlN组成的缓冲层64。此后在缓冲层64上生长成具有约2μm厚的由不掺杂的GaN组成的透光层58。此时透光层58通过在位于形成有掩模层63的区域以外的区域的缓冲层64上有选择地在纵方向生长后，逐渐在横方向生长，表面变得平坦。因此由于在透光层58上形成的位错在横方向上弯曲，所以难以形成在纵方向上传递的位错。这样可以大幅度减少透光层58的位错密度。
在透光层58上顺序生长成具有约0.5μm厚的由掺杂Ge的n型GaN组成的n型接触层57和具有约0.05μm厚的由掺杂Ge的n型Al0.05Ga0.95N组成的n型包敷层56。此后交互生长成具有约10nm厚的由不掺杂的GaN组成的4个壁垒层(图中没有表示)和有约3nm厚的由不掺杂的Ga0.85In0.15N组成的3个阱层(图中没有表示)。这样生长成4个壁垒层和3个阱层交互层叠的MQW结构的活性层55。
然后在活性层55上顺序形成具有约5nm厚的由不掺杂的Al0.05Ga0.95N组成的管底层54和具有约0.2μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型接触层53。这样形成由p型接触层53、管底层54、活性层55、n型包敷层56、n型接触层57和透光层58构成氮化物类半导体元件层59。此后通过进行热处理或电子射线处理，进行p型接触层53的p型化。
然后如图23所示，用真空蒸镀法等在p型接触层53上形成具有与上述第1实施方式的p侧电极2相同组成和厚度的p侧电极52后，用与图4所示的第1实施方式相同的工序，把导电性基板51连接在p侧电极52上。此后用湿蚀刻技术去除Si基板62。这样成为图24所示的掩模层63和缓冲层64露出的状态。
如图25所示，再通过用蚀刻技术去除掩模层63和缓冲层64使透光层58露出。这样透光层58成为反映掩模层63的部分63a和63b(参照图20和图21)形状的形状。也就是以具有相对光射出面61(参照图19)法线倾斜规定角度的的侧面59a的方式形成氮化物类半导体元件层59的透光层58一侧前端部分。具体说，氮化物类半导体元件层59的透光层58一侧前端部分成为从支撑基板51向透光层58一侧成尖头形状，同时氮化物类半导体元件层59倾斜的侧面59a和透光层58表面所成的角度为钝角。此外构成氮化物类半导体元件层59的透光层58表面成为反映掩模层63的格子状的部分63b形状的凹凸形状。
然后如图26所示，用蚀刻技术在透光层58的规定区域以露出n型接触层57表面的方式形成开口部58a。此后用真空蒸镀法等，在透光层58的开口部58a内，以与n型接触层57表面接触的方式形成具有与上述第1实施方式的n侧电极10相同组成和厚度的n侧电极60。最后用与图8所示的第1实施方式相同的工序，沿元件分离区域66进行元件分离。这样可以形成图19所示的第3实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件。
如上所述，在第3实施方式的制造工序中，在Si基板62上规定区域形成掩模层63后，利用在Si基板62上使透光层58生长，由于减少了因透光层58横方向生长在透光层58中形成的位错，在透光层58上生长的活性层55上可以降低位错传递。这样由于可以降低活性层55的位错密度，可以提高在活性层55中的发光效率，同时可以提高元件的寿命。此外利用使透光层58由不掺杂的GaN构成，与使掺杂Si等杂质的透光层生长的情况相比，可以促进横方向生长。这样可以以小厚度使透光层58表面平坦。
(第4实施方式)
参照图27，在此第4实施方式中与上述第1～第3实施方式不同，对使氮化物类半导体元件层倾斜侧面和光射出面所成的角度为锐角，同时在氮化物类半导体元件层倾斜的侧面设置侧面反射膜，而且使光射出面形成凹凸形状的情况进行说明。在图27的元件中的箭头表示光的路径。
如图27所示，在第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件中，设置在与光射出面83相反一侧的导电性支撑基板71上，连接有与上述第1实施方式的p侧电极2具有相同组成和厚度的p侧电极72。此p侧电极72具有约200nm深和约300nm直径的凹部以约600nm的格子间隔形成三角格子的凹凸表面。再有p侧电极72是本发明的“反射膜”的一个示例。
在p侧电极72上形成由SiO2组成的绝缘膜73，埋入p侧电极72表面的凹部。此外在p侧电极72上形成具有约0.05μm厚的由掺杂Mg的p型Ga0.95In0.05N组成的p型接触层74。在p型接触层74上形成具有约0.1μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型包敷层75。在p型包敷层75上形成具有约5nm厚的由掺杂Mg的p型Al0.05Ga0.95N组成的p型管底层76。在p型管底层76上形成具有MQW结构的活性层77。此活性层77具有约2.5nm厚的由不掺杂的Ga0.75In0.25N组成的4个阱层(图中没有表示)和有约15nm厚的由不掺杂的GaN组成的3个壁垒层(图中没有表示)交互层叠的结构。在活性层77上形成具有约0.5μm厚的由掺杂Si的n型GaN组成的n型接触层78。此n型接触层78具有包敷层的功能。在n型接触层78上形成具有约300nm厚的由不掺杂的GaN组成的透光层79。此透光层79有开口部79a。由p型接触层74、p型包敷层75、p型管底层76、活性层77、n型接触层78和透光层79构成氮化物类半导体元件层80。再有氮化物类半导体元件层80是本发明的“半导体元件层”的一个示例。
其中在第4实施方式中，氮化物类半导体元件层80具有相对光射出面83法线倾斜规定角度的侧面80a。具体说，氮化物类半导体元件层80具有以从光射出面83一侧向支撑基板71一侧成尖头形状倾斜约70°的侧面80a。而氮化物类半导体元件层80倾斜侧面80a和光射出面83所成角度为锐角(约70°)。此外在第4实施方式中，绝缘膜73以沿氮化物类半导体元件层80倾斜侧面80a上延伸形式形成。而以覆盖位于氮化物类半导体元件层80倾斜侧面80a上的绝缘膜73的方式形成p侧电极72。再有，位于氮化物类半导体元件层80倾斜侧面80a上的p侧电极72是本发明的“侧面反射膜”的一个示例。此外在第4实施方式中，在构成氮化物类半导体元件层80的透光层79上形成有约50nm的直径，同时颗粒直径精度约为5％以下的单分散的SiO2微粒形成单层排列的SiO2膜81。此SiO2膜81具有与透光层79的开口部79a连续的开口部81a。其中为了SiO2膜81表面成为光射出面83，光射出面83成为对应于有约50nm直径的SiO2微粒的凹凸形状。
此外在透光层79的开口部79a和SiO2膜81的开口部81a内形成具有与上述第1实施方式的n侧电极10相同组成和厚度的n侧电极82。
如上所述，在第4实施方式中利用以具有从光射出面83一侧向支撑基板71一侧成尖头形状的方式倾斜约70°的侧面80a构成氮化物类半导体元件层80，与上述第1～第3实施方式相同，可以改变光的路径，使相对光射出面83的光入射角小于临界角。此外在第4实施方式中，利用在与光射出面83相反一侧设置支撑基板71，与上述第1～第3实施方式相同，由于可以使在氮化物类半导体元件层80(活性层77)生成的光从与支撑基板71相反一侧的光射出面83射出，所以可以使在活性层77生成的光仅通过半导体元件层80射出。其结果与上述第1～第3的实施方式相同，抑制因在生长用基板和氮化物类半导体元件层80的界面反射引起的光取出效率的降低，同时可以利用氮化物类半导体元件层80倾斜的侧面80a提高光取出效率。
此外在第4实施方式中，利用沿氮化物类半导体元件层80倾斜的侧面80a延伸的方式形成p侧电极72，与上述第2实施方式相同，由于可以使在氮化物类半导体元件层80倾斜的侧面80a反射的光增加，所以可以进一步提高光取出效率。再有由于在氮化物类半导体元件层80倾斜的侧面80a和p侧电极72之间形成绝缘膜73，所以即使沿氮化物类半导体元件层80的侧面80a设置p侧电极72，也可以防止氮化物类半导体元件层80和p侧电极72接触。
此外在第4实施方式中，利用在由n型GaN组成的n型接触层78上形成不掺杂的GaN组成的透光层79，与上述第3实施方式相同，由于与n型接触层78相比，可以抑制透光层79中的因杂质能级引起的光吸收，所以可以降低在光射出面83全反射的光被吸收的概率。其结果与上述第3实施方式相同，可以进一步提高光取出效率。
此外在第4实施方式中，利用在透光层79上单分散的SiO2微粒形成单层排列的SiO2膜81，可以降低在光射出面83(透光层79和SiO2膜81的界面以及SiO2膜81表面)上的光的菲涅耳反射。具体说，在透光层79和SiO2膜81的界面，由于随着从透光层79一侧到SiO2膜81一侧，透光层79的比例逐渐减小，同时SiO2膜81的比例逐渐增加，所以可以从透光层79的折射率到SiO2膜81的折射率逐渐变化。同样由于在SiO2膜81表面和空气层的界面上，随着从SiO2膜81表面一侧到空气层一侧，SiO2膜81的比例逐渐减少，同时空气层的比例逐渐增加，所以可以从SiO2膜81的折射率到空气层的折射率逐渐变化。这样在透光层79和SiO2膜81的界面以及SiO2膜81表面和空气层的界面上，由于可以使折射率逐渐变化，所以可以降低光的菲涅耳反射。
此外在第4实施方式中，利用使位于支撑基板71和p型接触层74之间的p侧电极72表面成凹凸形状，入射到p型接触层74和p侧电极72的界面上的光因p侧电极72表面的凹凸形状而发生衍射。这样由于可以改变光的路径，使相对光射出面83的入射角小于临界角，所以可以进一步提高光取出效率。
第4实施方式的其他效果与上述第1实施方式相同。
下面参照图27～图37，对第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件的制造工序进行说明。
首先如图28(平面图)和图29(沿图28的200-200线的截面图)所示，用CVD法在作为生长用基板的GaN基板84的(0001)面上形成SiO2膜81。具体说，以有约50nm的直径，同时颗粒直径精度约为5％以下的单分散的SiO2微粒以三角格子形形成单层排列的方式形成SiO2膜81。
然后如图30所示，用MOCVD法在形成SiO2膜81的GaN基板84上，生长成有约300nm厚的由不掺杂的GaN组成的透光层79。此时透光层79通过在位于SiO2膜81的SiO2微粒的间隙的GaN基板84上有选择地在纵方向生长后，在横方向生长，以覆盖SiO2膜81，表面变得平坦。因此由于在透光层79上形成的位错在横方向上弯曲，所以难以形成在纵方向上传递的位错。这样与位错密度比较低的GaN基板84相比，可以进一步减少透光层79的位错密度。
然后在透光层79上生长成具有约0.5μm厚的由掺杂Si的n型GaN组成的n型接触层78。此后使有约2.5nm厚的由不掺杂的Ga0.75In0.25N组成的4个阱层(图中没有表示)和有约15nm厚的由不掺杂的GaN组成的3个壁垒层(图中没有表示)交互生长。这样生长成4个阱层和3个壁垒层交互层叠的MQW结构的活性层77。
然后在活性层77上生长成具有约5nm厚的由掺杂Mg的Al0.05Ga0.95N组成的p型管底层76。此后在p型管底层76上顺序生长成具有约0.1μm厚的由掺杂Mg的p型GaN组成的p型包敷层75和具有约0.05μm厚的由掺杂Mg的p型Ga0.95In0.05N组成的p型接触层74。这样形成由p型接触层74、p型包敷层75、p型管底层76、活性层77、n型接触层78和透光层79构成的氮化物类半导体元件层80。此后进行热处理或电子射线处理，进行p型接触层74、p型包敷层75和p型管底层76的p型化。
下面如图31所示，用与图6所示的第1实施方式相同的工序，在p型接触层74表面形成由向与p型接触层74相反一侧成尖头形状的台形状的Al组成的掩模层85。
然后如图32所示，用与图7所示的第1实施方式相同的工序，利用同时蚀刻掩模层85和氮化物类半导体元件层80和SiO2膜81，使蚀刻深度达到GaN基板84表面。这样氮化物类半导体元件层80成为反映掩模层85形状的形状。也就是以具有相对光射出面83(参照图27)法线倾斜规定角度的侧面80a的方式形成氮化物类半导体元件层80。具体说，氮化物类半导体元件层80成为从GaN基板84一侧向p型接触层74一侧成尖头形状，同时氮化物类半导体元件层80的侧面80a与p型接触层74表面所成的角度位钝角(约110°)。此后用稀盐酸去除掩模层85。
然后如图33所示，用等离子体CVD法例如形成具有约200nm厚的SiO2膜(图中没有表示)，把氮化物类半导体元件层80全部覆盖后，在位于p型接触层74上的SiO2膜上进行微细加工。具体说，用光平版印刷术和蚀刻技术，去除位于p型接触层74上的SiO2膜的规定区域，以约600nm的格子间隔成三角格子的形状形成具有约300nm直径的园形SiO2膜。这样形成由SiO2组成的绝缘膜73，使p型接触层74的规定区域露出。
然后如图34所示，用真空蒸镀法等在绝缘膜73上以与p型接触层74表面接触的方式形成具有与上述第1实施方式的p侧电极2相同组成和厚度的p侧电极72。这样p侧电极72位于p型接触层74上的区域成凹凸形状。
然后如图35所示，用与图4所示的第1实施方式相同的工序，把导电性支撑基板71连接在p侧电极72上。此后利用从外部施加的物理力，去除GaN基板84。这样如图36所示，成为SiO2膜81露出的状态。
然后如图37所示，用蚀刻技术在SiO2膜81和透光层79的规定区域分别形成开口部81a和79a，使n型接触层78露出。此时由于SiO2微粒容易蚀刻，所以可以容易地在SiO2膜81上形成开口部81a。此后用真空蒸镀法等在SiO2膜81的开口部81a和透光层79的开口部79a内以与n型接触层78表面接触的方式形成具有与上述第1实施方式的n侧电极10相同组成和厚度的n侧电极82。
此后用与图8所示的第1实施方式相同的工序，沿元件分离区域86进行元件分离。其中在分隔元件分离区域86后相邻的氮化物类半导体元件层80的倾斜侧面80a之间设有空间。因此与上述第2实施方式相同，用切块切入支撑基板71时，由于可以抑制刀具与氮化物类半导体元件层80接触，可以减少对氮化物类半导体元件层80的损伤。这样可以形成图27所示的第4实施方式的氮化物类半导体发光二极管元件。
如上所述，在第4实施方式的制造工序中，通过使透光层79在形成SiO2膜81的GaN基板84上生长，与使用具有μm数量级宽度的通常选择生长的掩模的情况相比，由于SiO2膜81的SiO2微粒直径小到50nm，构成在横方向开始生长的透光层79的GaN层在生长的初期阶段与相邻的GaN层形成一体。这样可以以更小的厚度使透光层79的表面变得平坦。其结果可以抑制因透光层79厚度大引起GaN基板84的弯曲和产生裂纹。此外通过使透光层79由不掺杂的GaN构成，与上述第3实施方式相同，由于可以促进横方向生长，这样也可以以更小的厚度使透光层79的表面变得平坦。
应该认为此次发表的实施方式是所有点的示例，而不是限制的内容。本发明的范围不是上述的实施方式的说明，而是用权利要求范围表示，还包括在与权利要求范围相当和在范围内的所有变更。
例如在上述第1～第4实施方式中，使用包括由GaN、AlGaN和InGaN等组成的层的氮化物类半导体元件层，但是本发明并不限于此，也可以包括除了由GaN、AlGaN和InGaN等组成的层以外的氮化物类半导体元件层。例如可以认为AlN(氮化铝)、InN(氮化铟)、BN(氮化硼)和TlN(氮化铊)等的III-V族氮化物半导体、III-V族氮化物半导体的混晶等是GaN、AlGaN和InGaN等以外的氮化物半导体。此外在上述III-V族氮化物半导体和它的混晶中，也可以认为是包括As、P和Sb中至少1个元素的混晶。此外也适用于包括由ZnO等氧化物系半导体组成的层的半导体元件层。此外作为半导体的结晶结构可以是纤锌矿型结构，也可以是闪锌矿结构。
此外在上述第1～第4实施方式中，氮化物类半导体各层表面以(0001)面层叠，但本发明并不限于此，氮化物类半导体各层表面也可以以其他方向层叠。例如氮化物类半导体各层表面可以以(1-100)面和(11-20)面等的(H、K、-H-K、0)面层叠。
此外在上述第1～第4实施方式中，用MOCVD法使氮化物类半导体各层结晶生长，但是本发明并不限于此，也可以用HVPE(Halide Vapor Phase Epitaxy)法和气体源MBE(MolecularBeam Epitaxy)法等使氮化物类半导体各层结晶生长。
此外在上述第1～第4实施方式中，作为生长用基板使用蓝宝石基板、SiC基板、Si基板或GaN基板，但本发明并不限于此，也可以把GaAs基板、MgO基板、ZnO基板和尖晶石基板等作为生长用基板使用。
此外在上述第1、第3、第4实施方式中，使用由Ag层和Al层组成的p侧电极，但本发明并不限于此，根据发光的波长，可以改变构成p侧电极的金属层的厚度和材料，使p侧电极中的光吸收变少。此外p侧电极可以在氮化物类半导体层整个面上形成，也可以仅在其中一部分上形成。在仅在氮化物类半导体层的一部分上形成p侧电极的情况下，优选在形成p侧电极区域以外的区域形成使光反射的层。此外为了增加与导电性基板的接合力，优选在p侧电极和导电性基板之间形成衬垫电极。此外在与导电性基板连接中使用焊锡的情况下，优选作为p侧电极保护膜形成由Pt和Pd等组成的阻障金属。
此外在上述第1、第3、第4实施方式中，使用由Al组成欧姆电极、由Pt和Ti等组成的阻障金属和由Au或Au-Sn组成的衬垫金属构成的不能透过光的n侧电极，但本发明并不限于此，也可以使用由可以透光的透明材料组成的n侧电极。这种情况下为了连接金属线，优选在n侧电极上的一部分形成衬垫电极。
此外在上述第4实施方式中，使用由SiO2微粒组成的SiO2膜，但本发明并不限于此，根据发光波长，可以使用光吸收少的材料。此外由于可以使折射率逐渐变化，可以使氮化物类半导体之间的折射率差变大。例如可以使用由Al2O3微粒或SiNx微粒构成的膜。此外也可以是在结晶生长中反应和不溶解的材料。例如也可以使用由W、Ta和Mo等的高熔点金属的微粒和TiO2微粒组成的膜。
此外在上述第2和第4实施方式中，不仅是在支撑基板和半导体元件层的接合界面，而且也从半导体元件层倾斜侧面上延伸的方式形成具有反射膜功能的n侧电极22和p侧电极72，但本发明并不限于此，也可以仅在支撑基板和半导体元件层的接合界面形成具有反射膜功能的n侧电极和p侧电极，同时除了此n侧电极和p侧电极以外，另外在半导体元件层倾斜侧面上形成侧面反射膜。

Claims (20)

1.一种发光元件，其特征在于，具有
设置在与光射出面相反一侧的支撑基板、
连接在所述支撑基板上，至少有相对于所述光射出面的法线倾斜规定角度的侧面的半导体元件层。
2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述半导体元件层具有层叠多个半导体层的结构，
至少构成所述半导体层的一部分的所述半导体层侧面相对所述光射出面法线倾斜规定角度。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，
构成所述半导体元件层的全部所述半导体层的侧面相对所述光射出面法线倾斜规定角度。
4.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述光射出面和所述半导体元件层的所述侧面所成的角度是钝角。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
还具有以沿所述半导体元件层倾斜所述规定角度的侧面延伸的方式形成的侧面反射膜。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
还具有至少设置在所述支撑基板和所述半导体元件层之间的反射膜。
7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，
所述反射膜的所述半导体元件层一侧表面形成凹凸形状。
8.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，
所述反射膜也具有电极的功能。
9.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述光射出面形成为凹凸形状。
10.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述半导体元件层具有层叠多个半导体层的结构，
所述多个半导体层中所述光射出面一侧的所述半导体层由不掺杂的半导体构成。
11.根据权利要求10所述的发光元件，其特征在于，
所述不掺杂的半导体层有开口部，
在所述开口部内形成电极，以与所述不掺杂的半导体层以外的掺杂的所述半导体层的表面接触。
12.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
在所述半导体元件层的所述光射出面一侧表面上形成颗粒单层排列的膜。
13.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述支撑基板包括导电性基板。
14.一种发光元件的制造方法，其特征在于，具有
在生长用基板上形成至少具有相对光射出面法线倾斜规定角度侧面的半导体元件层的工序、
在与所述光射出面相反一侧设置支撑基板的工序、
把所述半导体元件层连接在所述支撑基板上的工序、以及
去除所述生长用基板的工序。
15.根据权利要求14所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
形成所述半导体元件层工序包括
在所述生长用基板上形成层叠有多个半导体层的所述半导体元件层的工序、
在所述半导体元件层表面上形成台形的掩模层的工序、
利用同时蚀刻所述掩模层和所述半导体元件层，使构成所述半导体元件层的至少一部分的所述半导体层的侧面形成反映所述掩模层的台形状，相对所述光射出面法线倾斜规定角度的形状的工序。
16.根据权利要求14所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
把所述半导体元件层连接到所述支撑基板上的工序
包括通过反射膜把所述半导体元件层连接到所述支撑基板上的工序。
17.根据权利要求16所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
在把所述半导体元件层连接到所述支撑基板的工序之前，
还具有在所述半导体元件层表面上形成格子状绝缘膜的工序、
利用在所述格子状绝缘膜上以接触所述半导体元件层表面的方式形成所述反射膜，形成具有凹凸形状的所述半导体元件层一侧表面的所述反射膜的工序。
18.根据权利要求14所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
形成所述半导体元件层的工序包括
在所述生长用基板上形成格子状绝缘膜的工序、
利用在所述格子状绝缘膜上埋入不形成所述绝缘膜的区域的方式形成所述半导体元件层，使所述半导体元件层的所述光射出面一侧表面成凹凸形状的工序。
19.根据权利要求14所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
形成所述半导体元件层的工序包括
在所述生长用基板上形成颗粒单层排列的膜的工序、
在所述颗粒单层排列的膜上形成所述半导体元件层的工序。
20.根据权利要求14所述的发光元件的制造方法，其特征在于，
形成所述半导体元件层的工序还具有
包括在所述生长用基板上形成对应于多个元件的所述半导体元件层的工序，
在去除所述生长用基板的工序后，
把所述半导体元件层分离成各元件的工序。
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