TWI731104B - 發光元件及發光元件的製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光元件，包含窗口層兼支承基板及設置於窗口層兼支承基板上的發光層，發光層依序含有第二導電型之第二半導體層、活性層及第一導電型之第一半導體層，其中發光元件具有：經除去至少第一半導體層及活性層的除去部、除去部以外的非除去部、設置於非除去部而接與第一半導體層之第一歐姆電極、及設置於除去部而接與第二半導體層或窗口層兼支承基板之第二歐姆電極，其中在對應於為窗口層兼支承基板的發光層的相反側的光提取面處的發光層的區域中，於較對應於發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，凹部的底面為經粗糙化。

Description

發光元件及發光元件的製造方法
本發明係關於發光元件及發光元件的製造方法。
Chip On Board（COB）等的製品，在LED元件的散熱性優異，因而在照明等的用途之中，為被採用的一種LED晶片安裝方法。在COB等安裝LED的情況下，必須將晶片直接接合於板子的覆晶安裝。為了實現覆晶安裝，有製作於發光元件的其中一面設置有極性相異的通電用墊片的覆晶晶片之必要。再者，在設置有通電用墊片的面的相反側的面有以具有光提取功能的材料所構成之必要。
在藉由黃色至紅色LED而製作覆晶晶片的情況下，於發光層使用AlGaInP系的材料。由於AlGaInP系材料並未存在晶塊，並且藉由磊晶法形成LED部的緣故，起始基板則被選擇為與AlGaInP為相異的材料。起始基板多半為選擇GaAs或Ge的情況，由於這些基板對可見光具有光吸收的特性的緣故，在製作覆晶晶片的情況下會除去起始基板。然而，由於形成發光層的磊晶層係為極薄膜的緣故，在除去起始基板後而無法獨立而存。因此，必須以具有在發光層對發光波長為略透明而作為窗口層的功能並具有作為用於獨立而存且有充分厚度的支承基板的功能的材料、構造，而與起始基板置換。
作為具有前述的窗口層兼支承基板的功能的材料，會選擇GaP、GaAsP及藍寶石等。無論選擇其中任一種的材料，也由於是與AlGaInP系材料為相異的材料的緣故，熱膨脹係數或楊氏模量等的機械特性與AlGaInP系材料為相異。
作為如此的技術，專利文獻1揭示：藉由結晶成長GaP及直接接合而形成窗口層兼支承基板的方法。再者，專利文獻2揭示：結晶成長GaP而形成窗口層兼支承基板的方法。
然而，藉由AlGaInP系發光元件製作覆晶晶片的情況，配光在軸上為最大且其以外的角度的光強度為極小則為理想。再者，藉由接合或黏接而設置窗口層的情況，由於會有剝離等的風險，故藉由結晶成長而形成為佳。
但是，以GaP形成窗口層的情況，折射率為3.1~3.3之大的緣故，全反射角大，而光提取效率會降低。
為了提升光提取效率（及外部量子效率），揭示有：於光提取面處或側面實施磨砂處理的方法。
於此說明如第8圖所示的習知的覆晶晶片構造的發光元件101的製造方法的一範例。最初，於如第8圖的（a）所示的例如GaAs（001）等的起始基板（基板114）上形成作為功能層的雙異質（DH）層（發光層106）。雙重混雜層係由底部披覆層（第一半導體層105）、活性層104、及頂部披覆層（第二半導體層103）所構成。披覆層選自(Alx Ga1-x )y In1-y P（0.6≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6）的組成，厚度為0.5至2.0μm（1.0μm左右為佳）的程度。活性層104選自(Alx Ga1-x )y In1-y P（0.15≦x≦0.8、0.4≦y≦0.6）且選擇以均一組成層或能帶間隙大於活性層的多重障壁層夾住活性層的多重活性層構造。第8圖顯示第一半導體層105為n型，第二半導體層103為p型的範例。
然後，於發光層106上，作為緩衝層115，將例如Gay In1-y P（0.4≦y≦1.0）予以成膜，將由例如GaP所構成的窗口層兼支承基板102予以成膜為50μm以上。窗口層兼支承基板102並非藉由成長，而藉由直接接合等的方法所接合而形成亦可。
接著，如第8圖的(b)所示，藉由濕式蝕刻法而除去基板114而成為獨立基板。於係為基板114的除去面的第一半導體層105的一部分形成第一歐姆電極109。
接著，如第8圖的(c)所示，將發光層106的一部分予以切口，而形成露出第二半導體層103或窗口層兼支承基板102的區域（除去部107）、及除去部107以外的非除去部108。然後，於此除去部107形成第二歐姆電極110。第8圖的(c)顯示：除了第一半導體層105活性層104，第二半導體層103及緩衝層115也被除去，於窗口層兼支承基板102接有第二歐姆電極110的構造。
接著，如第8圖的（d）所示，將窗口層兼支承基板102的光提取面處112的全表面粗糙化而製造發光元件101。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］
［專利文獻1］日本特開2015-012028號公報 ［專利文獻2］日本特開2015-005551號公報
［發明所欲解決之問題］ 但是，如同上述所製造的發光元件之中，會成為自晶片全體提出光，而有成為犧牲配光性的問題。
本發明係鑑於上述的課題，其目的在於：提供軸上配光強，且外部量子效率高的發光元件及發光元件的製造方法。 ［解決問題之技術手段］
為了達成上述目的，根據本發明而提供一種發光元件，包含一窗口層兼支承基板以及設置於該窗口層兼支承基板上的一發光層，該發光層依序包含有一第二半導體層、一活性層及一第一半導體層，且該第二半導體層為一第二導電型，且該第一半導體層為一第一導電型，其中該發光元件具有：經除去至少該第一半導體層及該活性層的一除去部、該除去部以外的一非除去部、設置於該非除去部而與該第一半導體層接觸的一第一歐姆電極、以及設置於該除去部而與該第二半導體層或該窗口層兼支承基板接觸的一第二歐姆電極，其中在對應於為該窗口層兼支承基板的該發光層的相反側的光提取面處的該發光層的區域中，於較對應於該發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，該凹部的底面為經粗糙化。
如此的發光元件，藉由在對應於發光層的區域中，於較對應於該發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，該凹部的底面為經粗糙化者，能成為軸上配光強，且外部量子效率高的發光元件。亦即，藉由於光提取面處的其中一部分設置粗糙面，能自該粗糙面進行光提取的緣故，而能提升外部量子效率。與此同時，位於對應於發光層的區域的凹部的底面被粗糙化的緣故，能使配光在軸上（通過發光層的略中央部的線的延長線上）變強。
此時，能為在該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於經設置該凹部以外的區域設置有金屬反射層者。
若為如此者，藉由於設置於窗口層兼支承基板的光提取面的凹部以外的區域設置金屬反射層，能使配光角變窄。
再者，能為在該窗口層兼支承基板的該光提取面中，於經設置該凹部以外的區域設置有絕緣層，該絕緣層上設置有金屬反射層者。
若為如此者，能防止窗口層兼支承基板與反射層的共晶，能提升反射率，使配光角更為陡峭。
再者，在本發明的發光元件中，該窗口層兼支承基板為由GaP所構成，該發光層為由(Alx Ga1-x )y In1-y P所構成，其中0≦x≦1、0.4≦y≦0.6者為佳。
如此一來，作為窗口層兼支承基板及發光層，能合適地使用如同上述的材料。
再者，根據本發明而提供一種發光元件的製造方法，包含：一發光層形成步驟，於基板上，以與該基板為晶格匹配的材料，藉由磊晶成長而依序成長至少第一半導體層、活性層、及第二半導體層而形成發光層；一窗口層兼支承基板形成步驟，將窗口層兼支承基板與該發光層接合，或者使該窗口層兼支承基板磊晶成長於該發光層上；一基板除去步驟，將該基板除去；一第一歐姆電極形成步驟，於該第一半導體層表面形成第一歐姆電極；一除去步驟，將至少該第一半導體層及該活性層予以除去而形成除去部；以及一第二歐姆電極形成步驟，於該除去部的該第二半導體層或該窗口層兼支承基板上形成第二歐姆電極， 其中在對應於為該窗口層兼支承基板的該發光層的相反側的光提取面處的該發光層的區域中，於較對應於該發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，該凹部的底面為經粗糙化。
若為如此的發光元件的製造方法，在對應於發光層的區域中，進行於較對應於該於該發光層的區域更窄的範圍形成凹部的凹部形成步驟、及將該凹部的底面予以粗糙化的粗糙表面化步驟，而能簡單地製造軸上配光強，且外部量子效率高的發光元件。亦即，藉由僅於光提取面中的一部分設置粗糙面，由於能自該粗糙面進行光提取的緣故，而能提升外部量子效率。同時，由於位於對應於發光層的區域的凹部的底面被粗糙化的緣故，能使配光在軸上變強。
此時，能更進行一金屬反射層形成步驟，在該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於經設置該凹部以外的區域形成金屬反射層。
若為如此，能簡單地製造配光角窄的發光元件。
再者，能更進行：一絕緣層形成步驟，在該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於設置有該凹部以外的區域形成絕緣層；以及一金屬反射層形成步驟，於該絕緣層上形成金屬反射層。
若為如此，能製造能防止窗口層兼支承基板與反射層的共晶，能提升反射率，使配光角更為陡峭的發光元件。
再者，在本發明的發光元件的製造方法中，該窗口層兼支承基板由GaP所構成，該發光層由(Alx Ga1-x )y In1-y P所構成，其中0≦x≦1、0.4≦y≦0.6為佳。
如此一來，作為窗口層兼支承基板及發光層，能合適地使用如同上述的材料。 〔對照先前技術之功效〕
若為本發明的發光元件及發光元件的製造方法，能實現軸上配光強，且外部量子效率高的發光元件。
第1圖係顯示本發明的發光元件的製造方法的第一實施例的示意圖。 第2圖係顯示第一歐姆電極、第二歐姆電極及發光層區域的形狀的示意圖，且為自光提取面處為相反側觀看的圖。 第3圖係顯示凹部的形狀的一範例（圓形）的示意圖，且為自光提取面處觀看發光元件的圖。 第4圖係顯示凹部的形狀的一範例（沿著發光層區域的外形的形狀）的示意圖，且為自光提取面處觀看發光元件的圖。 第5圖係顯示本發明的發光元件的製造方法的第二實施例的示意圖。 第6圖係顯示本發明的發光元件的製造方法的第三實施例的示意圖。 第7圖係顯示將在實施例1至3及比較例中所製造的發光元件予以覆晶安裝時的配光特性的曲線圖。 第8圖係顯示習知的發光元件的製造方法的示意圖。
以下，雖然對本發明說明實施方式，但本發明並不限定於此。
如前述，為了提升外部量子効率，藉由於光提取面處及側面施以磨砂處理之習知技術以製造之發光元件，變成光從晶片整體被取出，而犠牲了配光性。
因此，本發明者欲解決此問題而反覆專心研究。結果，想到若在對應於窗口層兼支承基板的與發光層為相反側的光提取面處的發光層的區域中，於較對應於發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，該凹部的底面為經粗糙化，可成為軸上配光強，且，外部量子効率高之發光元件一事。然後，推敲對於用以實施此些的最佳方式，而完成本發明。
〔第一實施例〕 首先，對於本發明的發光元件之第一實施例，參考第1圖(d)並說明。如第1圖(d)所顯示，本發明的第一實施例中之發光元件1a，包含窗口層兼支承基板2、以及設置於該窗口層兼支承基板2上的發光層6，該發光層依序包含有第二導電型之第二半導體層3、活性層4、及第一導電型之第一半導體層5。窗口層兼支承基板2與第二半導體層3之間亦可具有緩衝層15。再者，發光元件1a具有，經除去至少第一半導體層5及活性層4的除去部7、該除去部7以外的非除去部8、設置於該非除去部8而與第一半導體層5接觸的第一歐姆電極9、以及設置於除去部7而與第二半導體層3或窗口層兼支承基板2接觸的第二歐姆電極10。
除去部7，如第1圖(d)所顯示，顯示經除去發光層6一部分區域的部分。第1圖(d)中，顯示除了第一半導體層5與活性層4，也經除去第二半導體層3及緩衝層15，並於窗口層兼支承基板2接觸有第二歐姆電極10之構造。作為經除去第一半導體層5及活性層4的構造，即作為留下第二半導體層3(及緩衝層15)之構造，亦可作為第二歐姆電極10接觸於第二半導體層3之構造。
此時，窗口層兼支承基板2由GaP所構成，發光層6由(Alx Ga1-x )y In1-y P(0≦x≦1、0.4≦y≦0.6)所構成為佳。第1圖(d)中，顯示窗口層兼支承基板2及發光層6由這些材料所構成之範例。再者，雖然顯示構成發光層6的第二半導體層3的第二導電型為p型，第一半導體層5的第一導電型為n型之範例，但是導電型為相反亦可。作為緩衝層15，顯示使用Gay In1-y P(0.4≦y≦1.0)之範例。
再者，發光元件1a，可作為具有如第2圖所顯示之第一歐姆電極9、第二歐姆電極10、及發光層區域11a之圖案形狀。
然後，發光元件1a，如第1圖(d)所顯示，在對應於窗口層兼支承基板2的與發光層6為相反側的光提取面處12的發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍設置凹部13，該凹部13的底面為經粗糙化。在此，對應於發光層6的區域11b指為，相對於經形成具有第二半導體層3、活性層4、及第一半導體層5之發光層6的窗口層兼支承基板2上的區域(例如，第2圖之發光層區域11a)，跨越窗口層兼支承基板2的相反側，即，係為位於光提取面處12之側的同樣範圍的區域。對於無構成發光層6的區域則非為發光層區域11a。例如，所構成的發光元件1a具有經除去第一半導體層5及活性層4卻存在第二半導體層3的區域的情況，則其區域非為發光層區域11a。
若為如此之發光元件1a，對應於發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍設置凹部13，藉由該凹部13的底面為經粗糙化，能成為軸上配光強，且外部量子効率高之發光元件。即，藉由只於光提取面處12中一部分設置粗糙面，可從該粗糙面進行光取出之故，能提升外部量子効率。與此同時，位於對應於發光層6的區域11b的凹部13的底面為經粗糙化之故，可使配光於軸上中加強。
此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或沿著對應於第4圖所顯示之發光層的區域11b的外形的形狀19等。
接著，對於本發明的第一實施例中的發光元件的製造方法說明。首先，準備如第1圖(a)所顯示例如GaAs(001)等之起始基板(基板14)。
接著，於基板14上，以與該基板14為晶格匹配的材料，藉由磊晶成長而依序成長至少第一半導體層5(下部包覆層)、活性層4、及第二半導體層3(上部包覆層)而形成相當於功能層之雙異質(DH)層(發光層6)。
此時，作為發光層6、可合適地使用(Alx Ga1-x )y In1-y P (0≦x≦1、0.4≦y≦0.6)如此材料。
此時，第一半導體層5及第二半導體層3，選擇為(Alx Ga1-x )y In1-y P (0.6≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)之組成為佳，厚度可為0.5~2.0μm(最佳為1.0μm前後)之程度，這些層，也可使用由互相組成(前述之x、y)相異之二層以上的子層所構成之層。
再者，活性層4，選自(Alx Ga1-x )y In1-y P (0.15≦x≦0.8、0.4≦y≦0.6)為佳，選擇以均一組成層或者是能帶隙大於活性層之多重障壁層夾住活性層之多重活性層構造。
接著，進行將窗口層兼支承基板2與發光層6接合，或者使窗口層兼支承基板2於發光層6上磊晶成長的窗口層兼支承基板形成步驟。藉由磊晶成長使窗口層兼支承基板2成長的情況下亦可形成緩衝層15。即，於發光層6上，例如，成膜由Gay In1-y P (0.4≦y≦1.0)所構成之緩衝層15，並於該緩衝層15上，例如將由GaP所構成之窗口層兼支承基板2成膜50μm以上。窗口層兼支承基板2不以成長，而以直接接合等方法接合形成亦可。
接著，如第1圖(b)所顯示，例如，藉由濕式蝕刻法除去基板(起始基板)14作為自立基板。接著，於基板14之除去面的第一半導體層5之表面的一部分形成第一歐姆電極9。
接著，如第1圖(c)所顯示至少除去第一半導體層5與活性層4而形成除去部7。然後，於除去部7的第二半導體層3或窗口層兼支承基板2上形成第二歐姆電極10。於第1圖(c)顯示為，除了第一半導體層5與活性層4，也除去第二半導體層3及緩衝層15之範例。此情況，第二歐姆電極10，形成於窗口層兼支承基板2上。作為除去第一半導體層5及活性層4之構造，即，作為留下第二半導體層3(及緩衝層15)之構造，亦可作為第二歐姆電極10接觸於第二半導體層3之構造。
接著，如第1圖(d)所顯示於窗口層兼支承基板2的與發光層6為相反側的光提取面處12中的對應於發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍形成凹部13。此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或如第4圖所顯示之沿著對應於發光層的區域11b外形的形狀19等。然後，將此凹部13的底面予以粗糙化。
若作為如此，於對應於發光層6的區域11b中，藉由進行於較對應於發光層6的區域11b更窄的範圍形成凹部13之凹部形成步驟、及凹部13的底面予以粗糙化之粗糙化步驟，能簡單地製造軸上配光強，且，外部量子効率高之發光元件。即，藉由只於光提取面處12中一部分設置粗糙面，可從該粗糙面進行光取出之故，能提升外部量子効率。與此同時，位置於對應於發光層6的區域11b的凹部13之底面粗糙化之故，配光可於軸上之中加強。
此時，凹部13的形成，與凹部13的底面的粗糙化，例如，能如以下進行。首先，於第1圖(c)的窗口層兼支承基板2的光提取面處12之側形成蝕刻光罩用之SiO2 膜，且藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜的一部分為開口之光罩。此時，此開口部以不超過對應於發光層6的區域11b的範圍形成。
接著，例如，將如第3圖所顯示之圓形的SiO2 膜開口部的窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻，例如，以使用含氯氣體之乾式蝕刻法而進行，能進行1~10μm的程度深的凹溝蝕刻。蝕刻之後，例如，可以含有氫氟酸、碘、鹽酸的蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。然後，由於除去此乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜，能製造發光元件1a。此乾式蝕刻光罩用之SiO2 膜，可藉由氫氟酸濕式蝕刻法除去。
〔第二實施例〕 接著，對於本發明之發光元件的第二實施例，參考第5圖(d)並說明。第二實施例中的發光元件1b，除了在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，設置金屬反射層16以外，與第一實施例中的發光元件1a同様。即，如第5圖(d)所顯示，本發明之第二實施例中的發光元件1b，包含窗口層兼支承基板2、以及設置於該窗口層兼支承基板2上的發光層6，該發光層依序包含有第二導電型之第二半導體層3、活性層4、及第一導電型之第一半導體層5。窗口層兼支承基板2與第二半導體層3之間亦可有緩衝層15。再者，發光元件1b具有：經除去至少第一半導體層5及活性層4的除去部7、該除去部7以外的非除去部8、設置於該非除去部8而與第一半導體層5接觸的第一歐姆電極9、以及設置於除去部7而與第二半導體層3或窗口層兼支承基板2接觸的第二歐姆電極10。
再者，發光元件1b，可作為具有如第2圖所顯示之第一歐姆電極9、第二歐姆電極10、及發光層區域11a的圖案形狀。發光元件1b，如第5圖(d)所顯示，對應於為窗口層兼支承基板2的發光層6的相反側的光提取面處12的發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍設置有凹部13，該凹部13的底面為經粗糙化。
發光元件1b，如第5圖(d)所顯示，另外，在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，形成金屬反射層16。
若為如此之發光元件1b，能成為軸上配光強，且，外部量子効率高的發光元件。另外，由於在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中於經設置凹部13以外的區域設置金屬反射層16，可使配光角更窄。
此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或沿著對應第4圖所顯示的發光層的區域11b之外形的形狀19等。
接著，對於本發明的第二實施例中的發光元件的製造方法並說明。至第5圖(a)~(c)為止，能與上述之本發明的第一實施例中發光元件的製造方法同樣進行。
接著，如第5圖(d)所顯示於窗口層兼支承基板2的與發光層6為相反側的光提取面處12中的對應於發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍形成凹部13。此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或者如第4圖所顯示的沿著對應於發光層的區域11b外形的形狀19等。然後，將凹部13的底面予以粗糙化。
然後，另外，在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，形成金屬反射層16。由於如此在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中於經設置凹部13以外的區域設置金屬反射層16之故，能簡單地製造配光角窄的發光元件1b。
此時，凹部13的形成，及凹部13的底面粗糙化及金屬反射層16的形成，例如，能如以下進行。首先，於第5圖(c)的窗口層兼支承基板2的光提取面處12之側，如第5圖(d)所顯示例如形成由Al所構成之厚度為1μm的反射金屬膜(金屬反射層16)。雖然金屬反射層16的形成方法並無特別限定，能合適地使用真空沉積、濺鍍法等。
接著，形成乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜，藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜與金屬反射層16的一部分經開口之光罩。此開口部以不超過對應於發光層6的區域11b的範圍形成。
接著，例如，將如第3圖所顯示之圓形的SiO2 膜開口部之窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻，例如，以使用含氯氣體之乾式蝕刻法而進行，能進行1~10μm的程度深的凹溝蝕刻。蝕刻之後，例如，可以含有氫氟酸、碘、鹽酸之蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。然後，藉由除去此乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜，能製造發光元件1b。此乾式蝕刻光罩用之SiO2 膜，能藉由氫氟酸濕式蝕刻法除去。
〔第三實施例〕 接著，對於本發明之發光元件的第三實施例，參考第6圖(d)並說明。第三實施例中的發光元件1c，於窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，除了經設置絕緣層17，並於該絕緣層17上設置金屬反射層16以外，與第一實施例中的發光元件1a同樣。即，如第6圖(d)所顯示，本發明之第三實施例中的發光元件1c，具有窗口層兼支承基板2、以及設置於該窗口層兼支承基板2上並且依序包含有第二導電型的第二半導體層3、活性層4及第一導電型的第一半導體層5的發光層6。窗口層兼支承基板2與第二半導體層3之間亦可有緩衝層15。再者，發光元件1c具有：經除去至少第一半導體層5及活性層4的除去部7、該除去部7以外的非除去部8、設置於該非除去部8而與第一半導體層5接觸的第一歐姆電極9、以及設置於除去部7而與第二半導體層3或窗口層兼支承基板2接觸的第二歐姆電極10。
再者，發光元件1c，可為具有如第2圖所顯示的第一歐姆電極9、第二歐姆電極10、及發光層區域11a的圖案形狀者。發光元件1c，如第6圖(d)所顯示，對應於為窗口層兼支承基板2的發光層6的相反側的光提取面處12的發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍設置有凹部13，該凹部13的底面為經粗糙化。
發光元件1c，如第6圖(d)所顯示，進一步，在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，設置絕緣層17，並於該絕緣層17上設置金屬反射層16。
若為如此之發光元件1c，能成為軸上配光強，且外部量子効率高的發光元件。另外，可以防止窗口層兼支承基板2與金屬反射層16的共晶、提升反射率、使配光角更陡峭。
此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或沿著對應第4圖所顯示之發光層的區域11b的外形的形狀19等。
接著，對本發明的第二實施例中之發光元件的製造方法並說明。至第6圖(a)~(c)為止，能與上述之本發明的第一實施例中發光元件的製造方法同樣進行。
接著，如第6圖(d)所顯示，於窗口層兼支承基板2的與發光層6為相反側的光提取面處12中的對應於發光層6的區域11b中，於較對應於該發光層6的區域11b更窄的範圍形成凹部13。此時，凹部13的形狀，可任意選擇如第3圖所顯示的圓形的圖案18、或如第4圖所顯示的沿著對應於發光層的區域11b外形的形狀19等。然後，凹部13的底面予以粗糙化。
然後，另外，在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中，於經設置凹部13以外的區域，形成絕緣層17，並於此絕緣層17上形成金屬反射層16。如此由於在窗口層兼支承基板2的光提取面處12中於經設置凹部13以外的區域設置絕緣層17，能簡單地製造防止窗口層兼支承基板2與金屬反射層16的共晶、提升反射率、配光角更陡峭的發光元件。
此時，凹部13的形成，及凹部13的底面粗糙化及絕緣層17及金屬反射層16的形成，例如，能如以下進行。首先，於第6圖(c)的窗口層兼支承基板2的光提取面處12側，如第6圖(d)所顯示例如，形成由SiO2 所構成的厚度為0.5μm的絕緣層17，於此絕緣層17上，例如形成由Al所構成的厚度為1μm的反射金屬膜(金屬反射層16)。雖然絕緣層17及金屬反射層16的形成方法並無特別限定，絕緣層17能藉由CVD法、金屬反射層16能藉由真空沉積、濺鍍法等合適地形成。
接著，形成乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜，藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜與金屬反射層16及絕緣層17的一部分經開口之光罩。此開口部以不超過對應於發光層6的區域11b的範圍形成。
接著，例如，將如第3圖所顯示之圓形的開口部之窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻，例如，以使用含氯氣體的乾式蝕刻法而進行，能進行1~10μm的程度深的凹溝蝕刻。蝕刻之後，例如，可以含有氫氟酸、碘、鹽酸之蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。然後，由於只將乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜藉由氫氟酸濕式蝕刻法除去(經金屬反射層16所覆蓋的絕緣層(SiO2 )17，由於存在金屬反射層16、無法除去)，能製造發光元件1c。
以下，雖顯示本發明的實施例及比較例而更具體說明本發明，但本發明並不限定於此。
〔實施例1〕 基於如第1圖所示的本發明的發光元件的製造方法之第一實施例，進行發光元件1a之製造。
首先，如第1圖(a)所顯示，準備作為起始基板而由GaAs(001)所構成的基板14 (起始基板)，於此基板14上，以MOVPE法形成代表功能層之雙異質層(發光層6)。發光層6為以下部包覆層(第一半導體層5)、活性層4、上部包覆層(第二半導體層3)依序積層之物。
第一半導體層5及第二半導體層3，選擇為(Alx Ga1-x )y In1-y P (0.6≦x≦1.0、0.4≦y≦0.6)之組成，本實施例中，作為第一半導體層5，以n型AlInP包覆層為0.7μm(摻雜物濃度3.0×1017 /cm3 )、n型Al0.85 GaInP層為0.3μm(摻雜物濃度1.0×1017 /cm3 )的兩層構造。
活性層4，從(Alx Ga1-x )y In1-y P(0.15≦x≦0.8、0.4≦y≦0.6)選擇，依據波長變更組成x及y。本實施例中，活性層5使用多重活性層。活性層及障壁層的膜厚依據需求波長而變更，各為以4~12nm的範圍配合波長而調整。
作為第二半導體層3，使用以p型AlInP包覆層為0.9μm(摻雜物濃度3.0×1017 /cm3 )，而p型Al0.6 GaInP層為0.1μm(摻雜物濃度1.0×1017 /cm3 )的兩層構造。
於發光層6上，成膜由GaInP所構成的緩衝層15，並於此緩衝層15上將由GaP所構成的窗口層兼支承基板2以MOVPE法及VPE法成膜為100μm。
形成窗口層兼支承基板2之後，如第1圖(b)所顯示，藉由濕式蝕刻法除去基板14作為自立基板，於除去基板14的表面形成第一歐姆電極9。第一歐姆電極9由含有Si、Zn、S的Au電極所構成，膜厚為1.5μm。
接著，如第1圖(c)所顯示，將發光層6的一部分藉由微影法與蝕刻法予以設置切口、發光層區域(非除去部8)、及使窗口層兼支承基板2露出的區域(除去部7)。
然後，於除去部7的窗口層兼支承基板2上形成第二歐姆電極10。第二歐姆電極10由含有Be的Au電極所構成，膜厚為1.5μm。
接著，於窗口層兼支承基板2的光提取面處12側形成蝕刻光罩用的SiO2 膜，藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜的一部分經開口之光罩。
接著，例如，將如第3圖所顯示之圓形的SiO2 膜開口部之窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻，例如，以使用含氯氣體的乾式蝕刻法而進行，可以進行1~10μm的程度深的凹溝蝕刻。本實施例中基本上以5μm±1μm前後為目標而形成凹溝。蝕刻之後，以含有氫氟酸、碘、鹽酸之蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。之後，除去此蝕刻光罩用的SiO2 膜。如此製造如第1圖(d)所顯示的發光元件1a。
〔實施例2〕 基於如第5圖所顯示的本發明的發光元件的製造方法之第二實施例，進行發光元件1b之製造。
第5圖(a)~(c)為止，與前述實施例1同樣進行。之後，於窗口層兼支承基板2的光提取面處12側，形成由Al所構成的厚度1μm的反射金屬膜(金屬反射層16)。
接著，形成乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜、藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜與金屬反射層16的一部分經開口之光罩。此開口部不超過對應於發光層6的區域11b的範圍。
接著，將開口部之窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻以使用含氯氣體之乾式蝕刻法而進行。進行1~10μm程度深的凹溝蝕刻。本實施例中基本上以5μm±1μm為目標而形成凹溝。蝕刻之後，以含有氫氟酸、碘、鹽酸的蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。之後，除去此蝕刻光罩用的SiO2 膜。如此作為製造如第5圖(d)所顯示之發光元件1b。
〔實施例3〕 基於第6圖所顯示之本發明的發光元件的製造方法之第三實施例，進行發光元件1c之製造。
第6圖(a)~(c)為止，與前述實施例1同樣進行。之後，於窗口層兼支承基板2的光提取面處12側，形成由SiO2 所構成的厚度0.5μm的絕緣層17，並於此絕緣層17上，形成由Al所構成的厚度1μm的反射金屬膜(金屬反射層16)。
接著，形成乾式蝕刻光罩用的SiO2 膜，藉由微影法與氫氟酸濕式蝕刻法形成SiO2 膜與金屬反射層16及絕緣層17的一部分經開口的光罩。此開口部以不超過對應於發光層6的區域11b的範圍形成。
接著，將開口部之窗口層兼支承基板2的一部分藉由乾式蝕刻法予以蝕刻。窗口層兼支承基板2的蝕刻以使用含氯氣體的乾式蝕刻法而進行，進行1~10μm程度深的凹溝蝕刻。本實施例中基本上以5μm±1μm前後為目標而形成凹溝。蝕刻之後，以含有氫氟酸、碘、鹽酸的蝕刻液於凹溝蝕刻區域施行粗糙面處理。之後，除去此蝕刻光罩用的SiO2 膜。如此製造如第6圖(d)所顯示之發光元件1c。
另外，實施例1~3中，在第一歐姆電極、第二歐姆電極及發光層區域形成如第2圖所顯示的圖案形狀。再者，關於開口部、形成如第3圖所顯示的圓形的圖案18。
〔比較例〕 基於第8圖所顯示的發光元件的製造方法，進行發光元件101之製造。第8 圖(a)~(c)為止，與前述之實施例1同樣進行。在此之後，以含有氫氟酸、碘、鹽酸的蝕刻液於窗口層兼支承基板102的光提取面112側施行粗糙面處理。如此作為製造如第8圖(d)所顯示之發光元件101。
第7圖顯示為將比較例與實施例1、2、3中製造的發光元件覆晶安裝時的配光特性。如第7圖所顯示，比較例中，成為在配光角0度的區域的配光較低，在配光角30度前後的區域具有配光強度的峰值的特性。
另一方面，實施例1中，配光角0度方向的配光強度變高，軸上方向的配光強度變為最強。實施例2及3之中得知，配光角度的廣度變窄，於軸上方向出現強光。再者，實施例1~3中製造的發光元件中，由於凹部的底面經粗糙化之故，外部量子効率十分地高。
另外，對於實施例1中製造之波長相異之任一發光元件，也分別顯示有如第7圖的實施例1所顯示的配光特性。同樣地，對於實施例2、3及比較例中製造的波長相異的任一發光元件，也分別顯示如第7圖的實施例2、3及比較例所顯示的配光特性。
另外，本發明並不為上述實施方式所限制。上述實施方式為例示，具有與本發明的申請專利範圍所記載的技術思想為實質相同的構成，且發揮同樣作用效果者，皆包括於本發明的技術範圍。
1a、1b、1c‧‧‧發光元件2‧‧‧窗口層兼支承基板3‧‧‧第二半導體層4‧‧‧活性層5‧‧‧第一半導體層6‧‧‧發光層7‧‧‧除去部8‧‧‧非除去部9‧‧‧第一歐姆電極10‧‧‧第二歐姆電極11a‧‧‧發光層區域11b‧‧‧對應於發光層的區域12‧‧‧光提取面處13‧‧‧凹部14‧‧‧基板15‧‧‧緩衝層16‧‧‧金屬反射層17‧‧‧絕緣層18‧‧‧圓形的圖案19‧‧‧沿著對應於發光層的區域的外形的形狀101‧‧‧發光元件102‧‧‧窗口層兼支承基板103‧‧‧第二半導體層104‧‧‧活性層105‧‧‧第一半導體層106‧‧‧發光層107‧‧‧除去部108‧‧‧非除去部109‧‧‧第一歐姆電極110‧‧‧第二歐姆電極112‧‧‧光提取面處114‧‧‧基板115‧‧‧緩衝層
1a‧‧‧發光元件
2‧‧‧窗口層兼支承基板
3‧‧‧第二半導體層
4‧‧‧活性層
5‧‧‧第一半導體層
6‧‧‧發光層
7‧‧‧除去部
8‧‧‧非除去部
9‧‧‧第一歐姆電極
10‧‧‧第二歐姆電極
11b‧‧‧對應於發光層的區域
12‧‧‧光提取面處
13‧‧‧凹部
14‧‧‧基板
15‧‧‧緩衝層

Claims (7)

  1. 一種發光元件，包含一窗口層兼支承基板以及設置於該窗口層兼支承基板上的一發光層，該發光層依序包含有一第二半導體層、一活性層及一第一半導體層，且該第二半導體層為一第二導電型，且該第一半導體層為一第一導電型，其中該發光元件具有：經除去至少該第一半導體層及該活性層的一除去部、該除去部以外的一非除去部、設置於該非除去部而與該第一半導體層接觸的一第一歐姆電極、以及設置於該除去部而與該第二半導體層或該窗口層兼支承基板接觸的一第二歐姆電極，其中在對應於為該窗口層兼支承基板的該發光層的相反側的光提取面處的該發光層的區域中，於較對應於該發光層的區域更窄的範圍設置有凹部，該凹部的底面為經粗糙化，其中該窗口層兼支承基板為由GaP所構成，該發光層為由(AlxGa1-x)yIn1-yP所構成，其中0≦x≦1、0.4≦y≦0.6。
  2. 如請求項1所述的發光元件，其中該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於經設置該凹部以外的區域設置有金屬反射層。
  3. 如請求項1所述的發光元件，其中該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於經設置該凹部以外的區域設置有絕緣層，該絕緣層上設置有金屬反射層。
  4. 一種發光元件的製造方法，包含：一發光層形成步驟，於基板上，以與該基板為晶格匹配的材料，藉由磊晶成長而依序成長至少第一半導體層、活性層、及第二半導體層而形成發光層； 一窗口層兼支承基板形成步驟，將窗口層兼支承基板與該發光層接合，或者使該窗口層兼支承基板磊晶成長於該發光層上；一基板除去步驟，將該基板除去；一第一歐姆電極形成步驟，於該第一半導體層表面形成第一歐姆電極；一除去步驟，將至少該第一半導體層及該活性層予以除去而形成除去部；以及一第二歐姆電極形成步驟，於該除去部的該第二半導體層或該窗口層兼支承基板上形成第二歐姆電極，其中該發光元件的製造方法更進行：一凹部形成步驟，於該窗口層兼支承基板的與該發光層為相反側的光提取面處中的對應於該發光層的區域中，於較對應於該於該發光層的區域更窄的範圍形成凹部，以及一粗糙表面化步驟，將該凹部的底面予以粗糙化。
  5. 如請求項4所述的發光元件的製造方法，更包含進行一金屬反射層形成步驟，在該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於經設置該凹部以外的區域形成金屬反射層。
  6. 如請求項4所述的發光元件的製造方法，更包含進行：一絕緣層形成步驟，在該窗口層兼支承基板的該光提取面處中，於設置有該凹部以外的區域形成絕緣層，以及一金屬反射層形成步驟，於該絕緣層上形成金屬反射層。
  7. 如請求項4至6中任一項所述的發光元件的製造方法，其中該窗口層兼支承基板由GaP所構成，該發光層由(AlxGa1-x)yIn1-yP所構成，其中0≦x≦1、0.4≦y≦0.6。
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