專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的活性層的層疊結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，本發(fā)明涉及包括覆蓋氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的密封部的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
具有氮(N)作為V族元素的氮化物半導(dǎo)體，由于其能帶隙(bandgap)大，所以作為短波長發(fā)光元件的材料備受期待。尤其是氮化鎵類化合物半導(dǎo)體的研究正在廣泛展開，藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED以及以氮化鎵類半導(dǎo)體為材料的半導(dǎo)體激光器也已經(jīng)得到實際應(yīng)用。
以下，以氮化鎵類化合物半導(dǎo)體為中心進(jìn)行說明。氮化物半導(dǎo)體中包含用鋁(Al) 和銦(In)的至少一個將鎵(Ga)的一部分分或整體置換而得的化合物半導(dǎo)體，這樣的化合物半導(dǎo)體用組分式AlxGayInzN (O ^ x> y> z ^ I, x+y+z=l)表示。
通過用Al、In置換Ga，既能夠使能帶隙變得比GaN大也能夠使能帶隙變得比GaN 小。由此，不僅能夠發(fā)出藍(lán)色、綠色等短波長的光，而且還能夠發(fā)出橙色、紅色的光。由于具有這樣的特征，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件也被期待應(yīng)用到圖像顯示裝置和照明裝置中。
氮化物半導(dǎo)體具有纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)。圖1 (a)、(b)和(C)分別利用4指數(shù)標(biāo)注法(六方晶指數(shù))表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的m面、r面和(11-2-2)面。在4指數(shù)標(biāo)注法中，使用由al、a2、a3和c表示的基本向量來表示晶面和方位?；鞠蛄縞沿
方向延伸， 該方向被稱為“c軸”。與c軸垂直的面(plane)被稱為“c面”或“(0001)面”。
圖2 Ca)用球管模型表示氮化物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，圖2 (b)是從a軸方向觀察 m面表面的原子排列的圖 。圖2 (c)是從m軸方向觀察+c面表面的原子排列的圖。
以往，在使用氮化物半導(dǎo)體制造半導(dǎo)體元件的情況下，作為使氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶生長的基板，使用c面基板即在主面具有(0001)面的基板。在此情況下，由圖2 (C)可知， 在c軸方向形成僅配置有Ga原子的層和僅配置有N原子的層。由于這種Ga原子和N原子的配置，引起在氮化物半導(dǎo)體形成自發(fā)性的極化(Electrical Polarization)。因此，“c面” 被稱為“極性面”。
其結(jié)果是，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的活性層的InGaN的量子阱中，沿著c軸方向產(chǎn)生壓電電場，活性層內(nèi)的電子和空穴的分布上產(chǎn)生位置偏移，所以通過載流子的量子限制斯塔克效應(yīng)，活性層的內(nèi)部量子效率下降。
于是，正在研究使用在表面具有被稱為非極性面的m面、a面或被稱為半極性面的-r面、(11-2-2)面的基板來制造發(fā)光元件。如圖1 (a)所示，纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)中的m 面與c軸平行，是與c面正交的6個等價的面。例如，在圖1中，與[1-100]垂直的(1-100) 面相當(dāng)于m面。與(1-100)面等價的其它m面有:(-1010)面、(10-10)面、(-1100)面、 (01-10)面和(0-110)面。此處，表示密勒指數(shù)的括號內(nèi)數(shù)字的左邊所標(biāo)注的表示“橫杠(bar ) ”，簡便地表示該指數(shù)的反轉(zhuǎn)。
圖2 (b)示出了與m面垂直的面上的氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶的Ga和N的位置。如圖 2 (b)所示，在m面上，Ga原子和N原子存在于同一原子面上，所以在與m面垂直的方向上不會發(fā)生極化。因此，如果使用在m面上形成的半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)來制造發(fā)光元件，則在活性層不會產(chǎn)生壓電電場，能夠解決由載流子的量子限制斯塔克效應(yīng)引起的內(nèi)部量子效率的降低這一問題。
進(jìn)一步，在被稱為非極性面的m面、a面或被稱為半極性面的-r面、(11-2-2)面上形成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有由其價電子帶的結(jié)構(gòu)引起的偏振特性。例如，在m面上形成的氮化物半導(dǎo)體活性層主要出射電場強度向與a軸平行的方向偏移的光。這種偏振特性被期待應(yīng)用于液晶的背光源等。作為為了提高偏振特性所費的功夫，例如在專利文獻(xiàn) I的圖4中公開了 以主面為m面的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中，以較高地維持活性層中產(chǎn)生的偏振光的偏振比為目的，以與主面正交的2組相對的面中與c面平行的面為長邊面的半導(dǎo)體發(fā)光兀件。
另一方面，在發(fā)光元件具有偏振特性的情況下，理論上可預(yù)測到在與偏振方向垂直的方向上具有發(fā)光強度變大的配光分布。因此，在專利文獻(xiàn)2中，提供了一種能夠減少由氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的面內(nèi)的方位角的不同引起的強度之差的發(fā)光二極管裝置。具體而言，在專利文獻(xiàn)2的第五實施方式中公開了以使光的方向向發(fā)光強度小的方位角變化的方式，配置殼體的光的出射面的技術(shù)方案。
先行技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-43832號公報
專利文獻(xiàn)2 :日本特開2008-109098號公報 發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題
但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，進(jìn)一步的配光分布特性的改善成為課題。
本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的，其主要目的在于，提供改善了配光分布特性的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
用于解決課題的方法
某實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件是具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的活性層的層疊結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述層疊結(jié)構(gòu)具有與上述活性層的m面平行的第一取光面和與上述活性層的c面平行的多個第二取光面，上述第二取光面的面積相對于上述第一取光面的面積的比例為46%以下。
發(fā)明效果
根據(jù)本發(fā)明，能夠提高a軸方向與c軸方向的配光分布特性的對稱性。


圖1 (a)至圖1 (C)是表示纖鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)的圖。
圖2 Ca)至圖2 (C)是用球管模型表示氮化物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)的圖。
圖3 Ca)至圖3 (c)是表示實施方式I的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4 Ca)至圖4 (C)是表示取光面311a、311b的俯視圖。
圖5 Ca)至圖5 (c3)是表示實施方式I的半導(dǎo)體發(fā)光器件的變形例I的圖。
圖6 (a)至圖6 (d)是表示將圖5 (c_l)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300從晶片分割成各芯片的工序的截面圖。
圖7 (a)至圖7 (C)是表示實施方式I的變形例2的圖。
圖8 (a)至圖8 (C)是表示實施方式I的變形例3的圖。
圖9 Ca)至圖9 (c)是表示實施方式2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖10 Ca)至圖10 (c3)是表示實施方式2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的變形例I的圖。
圖11 (a)至圖11 (c)是表示實施方式3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖12 (a)至圖12 (c3)是表示實施方式3的變形例I的圖。
圖13 Ca)至圖13 (c)是表示另一實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。
圖14 Ca)至圖14 (c)是表示另一實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件的變化例的圖。
圖15 (a)和圖15 (b)是表不實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。
圖16是關(guān)于實施例1表不取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比·例和非對稱度的關(guān)系的圖。
圖17 Ca)和圖17 (b)是表不實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。
圖18是關(guān)于實施例2表不取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比例和非對稱度的關(guān)系的圖。
圖19 Ca)和圖19 (b)是表不實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。
圖20是關(guān)于實施例3表不取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比例和非對稱度的關(guān)系的圖。
圖21是表不實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。
圖22是關(guān)于實施例4表不取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比例和非對稱度的關(guān)系的圖。
圖23 (a)至圖23 (C)是表示通過激光切割而成為小片的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元件的光學(xué)顯微鏡照片的圖。
圖24 (a)至圖 24件的光學(xué)顯微鏡照片的圖。
圖25Ca)至圖25圖26Ca)和圖26圖27Ca)至圖27圖28Ca)和圖28圖29Ca)和圖29(C)是表示通過機械切割而成為小片的氮化物類半導(dǎo)體發(fā)光元(c)是表示比較例I的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。(b)是表示比較例I的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。(c)是表示比較例2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)的圖。(b)是表示比較例2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的配光分布特性的圖。 (b)是用于說明配光分布特性的測定方法的圖。
具體實施方式
本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件是具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的活性層的層疊結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，上述層疊結(jié)構(gòu)具有與上述活性層的m面平行的第一取光面和與上述活性層的c面平行的多個第二取光面，上述第二取光面的面積相對于上述第一取光面的面積的比例為46%以下。
通過該結(jié)構(gòu)，能夠提高a軸方向與c軸方向的配光分布特性的對稱性。
也可以為上述層疊結(jié)構(gòu)具有一個或多個第三取光面，上述一個或多個第三取光面從上述第一取光面的法線方向傾斜。
也可以為上述一個或多個第三取光面從上述第一取光面的法線方向傾斜30度。
也可以為上述層疊結(jié)構(gòu)具有具有第一面和位于上述第一面的相反側(cè)的第二面的基板；和層疊于上述基板的上述第一面、且包含上述活性層的多個氮化物類半導(dǎo)體層。
也可以為上述第一取光面是上述基板的上述第二面。
也可以為上述層疊結(jié)構(gòu)是包含上述活性層的多個氮化物類半導(dǎo)體層。
也可以為上述第一取光面的c軸方向的長度大于上述第一取光面的a軸方向的長度。
也可以為上述第二取光面的面積相對于上述第一取光面的面積的比例為24% 以上。
也可以為上述第一取光面和上述多個第二取光面中的至少任一個具有紋理結(jié)構(gòu)。
某實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件也可以為包括本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件；支承上述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的安裝基板；和覆蓋氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的密封部。
某實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件也可以為還包括將從上述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光反射的反射器。
本發(fā)明的實施方式涉及例如從紫外線到藍(lán)色、綠色、橙色和白色等整個可見區(qū)域的波段的發(fā)光二 極管、激光二極管等氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本發(fā)明的發(fā)明人將包括具有主面為m面的氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體發(fā)光器件以各種方式實施，對其特性進(jìn)行了詳細(xì)地研究。
圖29 (a)是表示用于測定a軸方向的配光分布特性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300 與受光部318的位置關(guān)系的圖。設(shè)將氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的中心與受光部318的受光部的中心之間連接的線為測定線319。
a軸方向的配光分布特性是以氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的m面的法線方向 [1-100]與測定線319所成的角度為測定角，一邊以氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的C軸為中心軸使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300旋轉(zhuǎn)，一邊測定光度得到的值。在圖29 (a)中，上側(cè)的圖表示測定角為O度時的位置關(guān)系，下側(cè)的圖表示測定角為45度時的位置關(guān)系。
圖29 (b)是表示用于測定c軸方向的配光分布特性的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300 與受光部318的位置關(guān)系的圖。
c軸方向的配光分布特性是以氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的m面的法線方向 [1-100]與測定線319所成的角度為測定角，一邊以氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的a軸為中心使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300旋轉(zhuǎn)，一邊測定光度而得的值。在圖29 (b)中，上側(cè)的圖是表示測定角為O度時的位置關(guān)系，下側(cè)的圖是表示測定角為45度時的位置關(guān)系。
本說明書中的a軸方向與c軸方向的配光分布特性的非對稱度是指將從作為主面的m面的法線方向[1-100](即O度)向a軸方向旋轉(zhuǎn)了規(guī)定角度的方向上的光度與從m 面的法線方向向c軸方向旋轉(zhuǎn)了同一角度的方向上的光度之差，以m面的法線方向上的光度標(biāo)準(zhǔn)化而得的值。該非對稱度是以-90度 +90度的各角度定義的。另外，最大非對稱度是指-90度 +90度的范圍內(nèi)的非對稱度的最大值。另外，平均非對稱度是指-90度 +90度的范圍內(nèi)的非對稱度的平均值。
該測定的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了 a軸方向的配光分布特性和c軸方向的配光分布特性很大程度依賴于作為m面的取光面與作為c面的取光面的面積比率。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，想出了對a軸方向與c軸方向的配光分布特性的非對稱性進(jìn)行改善的方法。
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。在以下的附圖中，為了簡化說明， 用同一參照附圖標(biāo)記表示實質(zhì)上具有同一功能的構(gòu)成要素。此外，本發(fā)明并不限于以下的實施方式。
(實施方式I)
以下，利用圖3對本發(fā)明的發(fā)光器件的實施方式I進(jìn)行說明。
圖3是示意性地表示實施方式I的半導(dǎo)體器件的圖，圖3 Ca)是頂視圖，圖3 (b) 是x-x’的截面圖，圖3 (C)是Y-Y’的截面圖。
本實施方式的發(fā)光器件具有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 300經(jīng)凸起(bump) 303與安裝基板301上的配線302電連接。
本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的氮化物半導(dǎo)體活性層306的層疊結(jié)構(gòu)310。層疊結(jié)構(gòu)310具有與氮化物半導(dǎo)體活性層306的 m面平行的取光面311a和與氮化物半導(dǎo)體活性層306的c面平行的取光面311b，第二取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比例為46%以下。
m面氮化物半導(dǎo)體是指以m面為生長面或主面的氮化物半導(dǎo)體，氮化物半導(dǎo)體活性層306形成在m面上。形成在m面上的氮化物半導(dǎo)體活性層主要出射電場強度向與a軸平行的方向偏移的光。因此，在m面氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300，如果與偏振方向(a軸方向)垂直的方向(c軸方向)的發(fā)光強度變高，取光面311a、311b的面積相同,貝U光的強度產(chǎn)生不均。根據(jù)本實施方式，通過使第二取光面311b的面積相對于取光面311a 的面積的比例為46%以下,能夠減少從第二取光面311b出射的光的量相對于從第一取光面311a出射的光的量的比例，所以能夠減小c軸方向的發(fā)光強度。由此，能夠提高a軸方向與c軸方向的配光特性分布的對稱性。其理由將在后文詳述。
層疊結(jié)構(gòu)310具體而言包括包含m面GaN層的基板304 ;在上述m面GaN層上形成的η型氮化物半導(dǎo)體層305 ;氮化物半導(dǎo)體活性層306 ;和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。
ρ型電極308與層疊結(jié)構(gòu)310中的ρ型氮化物半導(dǎo)體層307接觸。在層疊結(jié)構(gòu)310 的一部分形成有凹部312，該凹部312貫通ρ型氮化物半導(dǎo)體層307、氮化物半導(dǎo)體活性層 306且使η型氮化物半導(dǎo)體層305露出于底面。η型電極309與凹部312的底面的η型氮化物半導(dǎo)體層305接觸。層疊結(jié)構(gòu)310、ρ型電極308和η型電極309構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300。
氮化物半導(dǎo)體既可以是例如由GaN類構(gòu)成的半導(dǎo)體，也可以是AlxInyGazN (x+y+z=l, X ^ O, y ^ O, z ^ O)半導(dǎo)體。
在本發(fā)明中，“m面” “c面” “a面”不僅指與m面、c面或a面完全平行的面，也包含從m面、c面或a面傾斜的絕對值為5°以下的面。
如果是從m面、c面或a面稍微傾斜的程度，對自發(fā)性極化的變化的影響非常小。另一方面，在結(jié)晶生長技術(shù)中，有時與結(jié)晶方位嚴(yán)密地一致的基板相比稍微傾斜的基板上更容易使半導(dǎo)體層外延生長。因此，為了充分抑制自發(fā)性極化的影響，并且提高外延生長的半導(dǎo)體層的質(zhì)量或提高結(jié)晶生長速度，使晶面傾斜有時是有用的。
基板304既可以是m面GaN基板,也可以是在異種基板上形成有m面GaN層的基板(例如，在m面SiC基板上形成有m面GaN層的基板、在r面藍(lán)寶石基板上形成有m面GaN 層的基板等)。另外，基板304的表面不限于m面，只要以從活性層發(fā)出的光具有偏振特性的方式選擇面方位(例如，a面等非極性面，r面、{11-22}面等半極性面)即可。在氮化物半導(dǎo)體活性層306與ρ型氮化物半導(dǎo)體層307之間也可以設(shè)置未摻雜的GaN層。
η型氮化物半導(dǎo)體層305由例如η型的AluGavInwNCu+v+w=l, u彡0，v彡0，w彡O) 形成。作為η型摻雜劑能夠使用例如硅(Si)。
ρ型氮化物半導(dǎo)體層307由例如P型的AlsGatN (s+t=l、s彡O、t彡O)半導(dǎo)體形成。作為P型摻雜劑添加例如Mg。作為Mg以外的P型摻雜劑，可以使用例如Zn、Be等。在 P型氮化物半導(dǎo)體層307，Al的組分比率s可以在厚度方向上一樣，Al的組分比率s也可以在厚度方向上連續(xù)或階段性地變化。具體而言，P型氮化物半導(dǎo)體層307的厚度為例如0.05 μ m以上2 μ m以下程度。
ρ型氮化物半導(dǎo)體層307的上表面附近，即ρ型氮化物半導(dǎo)體層307與ρ型電極 308的界面附近，可以由Al的組分比率s為零的半導(dǎo)體即GaN形成。另外，在此情況下，GaN 也可以高濃度地包含P型雜質(zhì)，作為接觸層發(fā)揮作用。
氮化物半導(dǎo)體活性層306具有例如厚度為3 20nm程度的Ga1-JnxN阱層與厚度為 5 30nm程度的Ga^yInyN講層(O ^ y < x < I)阻礙(barrier)層交替層疊而得的GaInN/ GaInN多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300出射的光的波長由作為上述阱層的半導(dǎo)體組分的Ga1-JnxN半導(dǎo)體中的In的組分x決定。m面上形成的氮化物半導(dǎo)體活性層306中不會產(chǎn)生壓電電場。因此，即使使In組分增加，也能抑制發(fā)光效率的降低。
η型電極309由例如Ti層和Pt層的層疊結(jié)構(gòu)(Ti/Pt)等形成。另外，為了提高反射率，η型電極309也可以使用Al等。ρ型電極308也可以覆蓋大致ρ型氮化物半導(dǎo)體層 307的整個主面。ρ型電極308由Pd層和Pt層的層疊結(jié)構(gòu)(Pd/Pt)等形成。另外，為了提高反射率P型電極308也可以使用Ag等。
氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300使ρ型電極308側(cè)為下側(cè)地配置在形成有配線302的安裝基板301上。作為安裝基板301的主材料，能夠使用氧化鋁、AlN等絕緣物、Al、Cu等金屬、S1、Ge等半導(dǎo)體或者它們的復(fù)合材料。作為安裝基板301的主材料使用金屬或半導(dǎo)體時，也可以用絕緣膜覆蓋表面。配線302只要與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的電極形狀匹配地配置即可。配線302能夠使用Cu、Au、Ag、Al等。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300和配線302使用凸起303電連接。凸起使用Au即可。此處,針對倒裝芯片(flip chip)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明，但并不限于該結(jié)構(gòu)，也可以使用接合線(wire bonding),將安裝基板301與配線 302連接。
氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300以周圍被包圍的方式被密封部314覆蓋。作為密封部 314的材料，能夠使用環(huán)氧樹脂 、有機硅樹脂、玻璃等。通過將密封部314的折射率設(shè)定為1.4以上2. O以下程度，能夠使從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300取出到密封部314的光的量增多。密封部314的表面形狀也可以是半球形狀。通過做成半球形狀，從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300取出到密封部314的光難以在密封部314與空氣之間全反射，結(jié)果取出到外部的光的量增多。
層疊結(jié)構(gòu)310具有能夠?qū)牡锇雽?dǎo)體活性層306發(fā)出的光取出到外部的取光面311a、311b、311c。取光面311a是與層疊結(jié)構(gòu)310的層方向大致平行的面，以與P型電極 308和η型電極309相對的方式配置。即，取光面311a與氮化物半導(dǎo)體活性層306的m面大致平行。取光面311b包括相互相對的2個面，與氮化物半導(dǎo)體活性層306的c面大致平行。
取光面311c包括相互相對的2個面，其主面的面方位并不限定于特定的方向。在圖3中，取光面311c是(11-20)面。層疊結(jié)構(gòu)310在上述5個取光面之外，也可以包括其它取光面。另外，在上述5個取光面的整個區(qū)域或一部分區(qū)域也可以形成紋理(texture)結(jié)構(gòu)。在本實施方式中，形成有紋理結(jié)構(gòu)時的取光面的法線或傾斜是指形成紋理結(jié)構(gòu)之前的取光面的法線或傾斜。針對形成有紋理的情況，將在后文敘述。
此外，層疊結(jié)構(gòu)310在可見區(qū)域是透明的，所以在圖3等中，在與電極相對的取光面31 Ia等出現(xiàn)ρ型電極308、η型電極309的形狀。
圖4 Ca)至圖4 (C)是表示取光面311a、311b的俯視圖。如圖4 Ca)所示，在本實施方式中，取光面311a為正方形。
取光面311b包括相對的2個面。圖4 (b)表示取光面311b中設(shè)置有用于設(shè)置η 型電極309的凹部312的一側(cè)的面。在凹部312的內(nèi)部形成有凹部312的側(cè)面312a，在側(cè)面312a，η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307的一部分露出。凹部312的側(cè)面包含與c面平行的面，而這個與c面平行的面微小，并且由η 型電極309和將η型 電極309與配線302連接的凸起303妨礙了光的取出，所以作為取光面可以忽略。
圖4 (C)是表示取光面311b中的與設(shè)置有凹部312的一側(cè)相反的一側(cè)的面。
通過研磨使基板304薄膜化，形成取光面311a?；?04能夠薄膜化到20 μ m左右的厚度。當(dāng)基板304的厚度小于20 μ m時，在安裝工序中容易產(chǎn)生破裂。
通過研磨,取光面311a有時與m面并不完全一致。因此,取光面311a可以是從m 面傾斜10度以下的角度的面。
S卩，在本實施方式中，“與m面平行的取光面”也可以包含具有從m面傾斜10度以下的角度的取光面。
另外，在對取光面311a的表面進(jìn)行了研磨等處理的情況下，難以使取光面311a完全平滑。因此，取光面311a也可以是算術(shù)平均粗糙度(Ra)為O以上IOOnm以下程度的面。
另外，芯片狀的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300是通過解理或激光切割將晶片分離而形成的。通過解理或激光切割，取光面311b有時與c面并不完全一致。因此，取光面311b 也可以是從c面傾斜10度以下的角度的面。
S卩，在本實施方式中，“與c面平行的取光面”也可以包含具有從c面傾斜10度以下的角度的取光面。
另外，取光面311b從微觀看，也可以包括相對于c面在O度以上30度以下的范圍內(nèi)傾斜的多個面。
與取光面31 Ib的情況相同，通過解理或激光切割，取光面31 Ic有時與a面并不完全一致。因此，取光面311c也可以是從a面以10度以下的角度傾斜的面。另外，取光面 311c從微觀看，也可以包括相對于a面在O度以上30度以下的范圍內(nèi)傾斜的多個面。
在m面上形成的氮化物半導(dǎo)體活性層306出射電場強度向與a軸平行方向偏移的光。這種電場強度的偏移由價電子帶的上部2個帶(A帶和B帶)的行為決定。光具有向與電場垂直的方向行進(jìn)的性質(zhì)，所以，從氮化物半導(dǎo)體活性層306發(fā)出的光向與a軸垂直的方向偏移地行進(jìn)，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300內(nèi)部一邊反復(fù)反射一邊傳遞，最終從取光面 311a、31 lb、311c被取出到外部。但是，由于從氮化物半導(dǎo)體活性層306發(fā)出的光向與a軸垂直方向偏移地行進(jìn)，所以對光向外部的出射賦予較大影響的面是與a軸大致平行地形成的取光面311a、311b。從與a軸大致垂直地形成的取光面311c向外部的光出射比取光面 311a 和 311b 少。
從取光面311c出射的光的量少，所以a軸方向的配光分布特性很大程度上反映從取光面311a出射的光的配光分布特性。a軸方向的配光分布特性在測定角為O度附近時光度最強，隨著測定角變大，光度單調(diào)減小。
另一方面，c軸方向的配光分布特性主要很大程度反映從取光面311a和311b取出的光的配光分布特性。
像這樣,根據(jù)從取光面311a、311b、311c出射的光量的不同,在a軸方向的配光分布特性與c軸方向的配光分布特性中產(chǎn)生非對稱性。
為了對來自取光面31 Ia和31 Ib的光出射量進(jìn)行控制，在本實施方式中， 使取光面 311b的面積(相對的2個面的面積的總和)為取光面311a的面積的46%以下。
通過按該面積比例設(shè)置取光面311a和311b，在c軸方向的配光分布特性中，使m 面的法線方向[1-100]為O度時，O度附近的光度變得最強，隨著角度變大，光度單調(diào)減小。 進(jìn)一步，能夠?qū)軸方向配光分布與C軸方向配光分布的平均非對稱度抑制到12%以下。
當(dāng)確定了氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的大小時，取光面311a的面積幾乎被必然確定。在此情況下，取光面311b的面積能夠用基板304的厚度來控制。
當(dāng)取光面311b的面積與取光面311a的面積之比減小時，非對稱性穩(wěn)定在大致一定的值，在該值以上幾乎得不到改善。這是因為不能改善從取光面311a出射的光的配光分布特性。為了減小取光面311b的面積，需要使基板304的厚度變薄。如果上述比值為 24%以上，則基板304的研磨量只要少量即可，并且能夠充分降低光的非對稱性，所以制造容易。
另外，取光面311b的面積與取光面311a的面積之比也可以小于24%。例如，在將基板304完全取出的情況(實施方式I的變形例3)下等，上述比值也可以為1%以上。
接著，使用圖3對本實施方式I的制造方法進(jìn)行說明。
在包含以m面為主面的η型GaN的基板304上使用MOCVD法等使η型氮化物半導(dǎo)體層305外延生長。例如，作為η型雜質(zhì)使用硅，作為原料供給TMG (Ga(CH3)3)和NH3，在 900°C以上1100°C以下程度的生長溫度下，形成由GaN構(gòu)成的厚度I 3μπι程度的η型氮化物半導(dǎo)體層305。
接著，在η型氮化物半導(dǎo)體層305上形成氮化物半導(dǎo)體活性層306。氮化物半導(dǎo)體活性層306例如具有厚度15nm的Ga1-JnxN阱層和厚度30nm的GaN阻礙層交替層疊而成的 GalnN/GaN多重量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)。形成Ga1-JnxN阱層時，通過使生長溫度下降到800°C，能夠良好地進(jìn)行In的獲取。根據(jù)氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的用途選擇發(fā)光波長，決定與波長相應(yīng)的In組分X。在使波長為450nm (藍(lán)色)的情況下，將In組分x決定為O. 18 O. 2。如果波長為520nm (綠色)則，χ=0· 29 O. 31，如果波長為630nm (紅色)，則x=0. 43 O. 44。
在氮化物半導(dǎo)體活性層306上形成ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。例如，作為P型雜質(zhì)使用Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium :環(huán)戍二烯鎂)，作為原料供給TMG和NH3,在 9000C以上1100°C以下程度的生長溫度下形成厚度50 500nm程度的由ρ型GaN構(gòu)成的ρ 型氮化物半導(dǎo)體層307。在ρ型氮化物半導(dǎo)體層307的內(nèi)部也可以包含厚度15 30nm程度的p-AlGaN層。通過設(shè)置P-AlGaN層，動作時能夠抑制電子的溢出(overflow)。
接著，為了進(jìn)行p-GaN層的活性化，在800 900度程度的溫度下進(jìn)行20分程度的熱處理。
接著，通過使用氯類氣體進(jìn)行干法蝕刻，除去ρ型氮化物半導(dǎo)體層307、氮化物半導(dǎo)體活性層306和η型氮化物半導(dǎo)體層305的一部分而形成凹部312，使η型氮化物半導(dǎo)體層305的一部分露出。
此處，通過控制干法蝕刻的條件，能夠控制η型氮化物半導(dǎo)體層305的一部分、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307的側(cè)面與取光面311a所成的角度。例如，在使用了使蝕刻壓力降低、提高離子的引出電壓這樣的物理上蝕刻性高的條件時，能夠形成與取光面311a大致垂直的側(cè)面。另一方面，在使用了等離子體密度密度高的ICP等離子體源、使離子的引出電壓減小這樣的化學(xué)上蝕刻性高的條件時，能夠形成從取光面311a 的法線方向傾斜的側(cè)面。
接著，以與露出的η型氮化物半導(dǎo)體層305的一部分接觸的方式形成η型電極 309。例如，作為η型電極309 形成Ti/Pt層。進(jìn)一步，以與ρ型氮化物半導(dǎo)體層307接觸的方式形成P型電極308。例如，作為ρ型電極308形成Pd/Pt層。之后，進(jìn)行熱處理，使 Ti/Pt層和η型氮化物半導(dǎo)體層305、以及Pd/Pt層和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307合金化。
然后，對基板304進(jìn)行研磨使其薄膜化。此時，以取光面311b的面積(相對的2個面的總和)成為取光面311a的面積的44%以下的方式進(jìn)行薄膜化。
像這樣制作的晶片狀態(tài)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300例如通過激光切割被分割為規(guī)定的大小。在激光切割中，使用激光在基板304的c軸方向
和a軸方向[11-20] 上形成自表面深幾十Pm程度的槽，然后進(jìn)行切斷，分割成規(guī)定的尺寸的小片。此時，取光面311b容易出現(xiàn)c面，取光面311c容易出現(xiàn)a面。另外，如果基板304的厚度為100 μ m 以下，則使用激光就能夠完全地小片化，不需要切斷。
像這樣小片化后的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300安裝在安裝基板301上。在此，對倒裝芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
在安裝基板301上預(yù)先形成有配線302。作為安裝基板的主材料能夠使用氧化鋁、 AlN等絕緣物、Al、Cu等金屬、S1、Ge等半導(dǎo)體或它們的復(fù)合材料。作為安裝基板301的主材料使用金屬或半導(dǎo)體時，也可以用絕緣膜覆蓋表面。配線302只要與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的電極形狀匹配地配置即可。配線302能夠使用Cu、Au、Ag、Al等。配線302只要與氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的電極形狀匹配地配置即可。配線302能夠使用Cu、Au、 Ag、Al等。這些材料通過濺射、鍍敷等形成在安裝基板301上。
在配線302上形成凸起303。凸起303可以使用Au。Au凸起的形成中使用凸起焊接機(bump bonder)能夠形成直徑50 70 μ m程度的Au凸起。另外,通過Au電鍍處理也能夠形成Au凸起。像這樣，使用超聲波焊接使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300與形成有凸起 303的安裝基板301連接。
接著，形成密封部314。密封部314能夠使用環(huán)氧樹脂、有機硅樹脂。密封部314 的形狀是通過在安裝有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的安裝基板301上蓋上模具，使樹脂流入空洞部分而形成的。在此方法中，能夠同時進(jìn)行密封部314的形狀的形成和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的樹脂密封。另外，也能夠使用預(yù)先形成僅設(shè)置有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 300這么大的空間的密封部314，將該透光性密封部320蓋在安裝有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 300的安裝基板301上，使樹脂流入間隙的方法。
由此，本實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光器件完成。
(實施方式I的變形例I)
圖5表示實施方式I的變形例I。以下，對于與實施方式I相同的內(nèi)容省略說明。
在變形例I中，層疊結(jié)構(gòu)310具有取光面311a、311b、311d。取光面311a與氮化物類半導(dǎo)體層疊結(jié)構(gòu)的層方向大致平行地形成，并以與P型電極308和η型電極309相對的方式形成。因此，取光面311a與m面大致平行。取光面311b包含相對的2個面，與氮化物半導(dǎo)體活性層306的c面大致平行。
取光面31 Id包括4個側(cè)面，即基板304、η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。取光面311d中的基板304的2個側(cè)面中的兩者或一者從取光面311a的法線方向傾斜。該傾斜為例如30度，和與形成有氮化物半導(dǎo)體活性層306的m面不同的m面大致平行。
取光面31 Id中有η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部 分與a面((11-20)面)平行。
也可以如圖5 (c-Ι)所示，使2個取光面31 Id從取光面31 Ia的法線方向向相同方向傾斜，將2個取光面311d相互平行地配置。也可以如圖5 (c-2)、(c-3)所示，使2個取光面311d從取光面311a的法線方向向不同的方向傾斜。在圖5 (c_2)中，基板304的取光面31 Id以a軸方向([11-20]方向)的寬度隨著遠(yuǎn)離η型氮化物半導(dǎo)體層305而變窄的方式傾斜。在圖5 (c-3)中，基板304的取光面311d以a軸方向([11-20]方向)的寬度隨著遠(yuǎn)離η型氮化物半導(dǎo)體層305而變寬的方式傾斜。
根據(jù)本變形例，由于取光面311d相對于取光面311a的法線方向傾斜，所以在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件300的內(nèi)部反射的光容易被取出到外部,光的輸出提高。如實施方式I 的圖3 (c)所示，在取光面311a和取光面311c大致垂直的情況下，以臨界角以上的角度入射到取光面311a或取光面311c的光被封閉在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的內(nèi)部，沒有被取出到外部。另一方面，如本變形例那樣，在取光面311d中的一個或多個面傾斜的情況下， 以臨界角以上的角度入射到取光面311a的光在取光面311a發(fā)生全反射。另一方面，光容易以臨界角以下的角度入射到取光面311d，所以從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的內(nèi)部被取出到外部的光量增多。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)光輸出大的半導(dǎo)體發(fā)光器件。取光面311d中的一個或多個面也可以從取光面311a的法線方向傾斜30度。由此，從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300 的內(nèi)部被取出到外部的光量進(jìn)一步增多。
通過解理或激光切割使一個或多個取光面31 Id從取光面311a的法線方向傾斜30 度的情況下，傾斜的角度有時產(chǎn)生偏差。因此，一個或多個取光面311d也可以是從取光面 311a的法線方向以20度以上40度以下的角度傾斜的面。
即，在本發(fā)明中，“從第一取光面的法線方向傾斜30度的取光面”也可以包含自第一取光面的法線方向起的傾斜角的絕對值為20度以上40度以下的取光面。
圖6是將表示圖5 (c-Ι)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300從晶片分割為各芯片的工序的截面圖。圖6表不與c軸方向(
方向)垂直的截面。
首先，準(zhǔn)備圖6 (a)所示的晶片300A。晶片300A具有層疊結(jié)構(gòu)310A，層疊結(jié)構(gòu) 310A具有基板304A、n型氮化物半導(dǎo)體層305A、氮化物半導(dǎo)體活性層306A和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307Α。在ρ型氮化物半導(dǎo)體層307Α上形成有ρ型電極308。另外，ρ型電極308通過剝離法(lift-off technology),按照各芯片區(qū)域(之后通過分割成為芯片的區(qū)域)300B設(shè)置。
接著，如圖6 (b)所示，通過光刻和蝕刻，以凹部312的底面配置在η型氮化物半導(dǎo)體層305Α內(nèi)的方式形成凹部312。此外，凹部312的底面也可以貫通η型氮化物半導(dǎo)體層305Α。進(jìn)一步，在凹部312的底面形成η型電極309。
接著，如圖6 (C)所示，通過金剛石筆等，在凹部312的底面形成幾μπι程度深的槽354。槽354在相鄰的芯片區(qū)域300Β的邊界沿著c軸方向
和a軸方向[11-20]設(shè)置。
接著，如圖6 (d)所示，通過進(jìn)行切斷，形成成為規(guī)定的尺寸的的芯片的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件3 00。在進(jìn)行激光切割的情況下，通過激光形成深50μπι程度的槽，而在圖6 所示進(jìn)行機械切割的情況下，槽354的深度為幾μπι程度。像這樣，在進(jìn)行機械切割的情況下，與激光切割相比能夠減小槽354的深度，容易出現(xiàn)解理性高的面。因此，作為取光面 311b容易出現(xiàn)c面，作為取光面31 Id容易出現(xiàn)從基板304A的法線傾斜30度的m面。
在本實施方式中，不僅是取光面311d中的由基板304構(gòu)成的部分，由η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部分也可以與從基板304Α的法線傾斜30度的m面大致平行。
圖5 (c-Ι)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300具有基于解理的制造方法容易的優(yōu)
(實施方式I的變形例2)
圖7中表示實施方式I的變形例2。以下，對于與實施方式I相同的內(nèi)容省略說明。
變形例2中，層疊結(jié)構(gòu)具有取光面311a、311b、311c。
取光面31 Ib、311c分別包括基板304、η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。取光面311b中的由基板304構(gòu)成的部分與c面平行。 取光面311b中的由η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部分，從取光面311a的法線方向(和c面)傾斜。
取光面311c中的由基板304構(gòu)成的部分與a面平行。取光面311c中的由η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部分，從取光面311a的法線方向(和a面)傾斜。在圖7 (C)中，取光面311b以a軸方向的寬度從η型氮化物半導(dǎo)體層305向ρ型氮化物半導(dǎo)體層307變窄的方式傾斜，但也可以向相反方向傾斜。
圖7所示的結(jié)構(gòu)能夠通過在在晶片狀態(tài)的層疊結(jié)構(gòu)310中的ρ型氮化物半導(dǎo)體層 307上形成有截面為錐狀(越遠(yuǎn)離P型氮化物半導(dǎo)體層307寬度越窄的錐狀)的硬掩模的狀態(tài)下進(jìn)行蝕刻而形成。這是因為，在此情況下，硬掩模的側(cè)面的傾斜反映到層疊結(jié)構(gòu)310的側(cè)面。另外，通過使用反應(yīng)性高的干法蝕刻條件，能夠使截面為錐狀。
此外，在本變形例中，在取光面311b的一部分傾斜的情況下，在“取光面311b的面積”的計算中用到的是傾斜面自身的面積，而不是將該傾斜的面投影到與c面平行的面得到的像的面積。
根據(jù)本變形例，使取光面311b、311c的一部分從取光面311a的法線方向傾斜，由此，在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300內(nèi)部難以反復(fù)發(fā)生全反射，取光效率提高。
(實施方式I的變形例3)
圖8中表不實施方式I的變形例3。以下,對于與實施方式I相同的內(nèi)容省略說明。
在變形例3中，層疊結(jié)構(gòu)310具有η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層 306和ρ型氮化·物半導(dǎo)體層307，而不具有基板304。層疊結(jié)構(gòu)310具有取光面311a、311b、 311c。取光面311a由η型氮化物半導(dǎo)體層305構(gòu)成。取光面311b和取光面311c由η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成。
本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300使用藍(lán)寶石基板、SiC基板或Si基板等由與氮化物半導(dǎo)體不同的材料形成的基板(異種基板)來制作。在晶片狀態(tài)的異種基板上形成η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306、ρ型氮化物半導(dǎo)體層307、ρ型電極 308和η型電極309后，將晶片分割為各芯片。對芯片進(jìn)行了安裝工序后，使用激光剝離法等能夠除去異種基板。根據(jù)該方法，在安裝工序中，能夠避免芯片被割開的危險，并且能夠使元件變薄與基板的厚度相當(dāng)?shù)牧?，所以能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
(實施方式2)
圖9是意性地表實施方式2的半導(dǎo)體發(fā)光器件的圖，圖9 (a)是頂視圖，圖9 (b)是X-X’的截面圖，圖9 (C)是Y-Y’的截面圖。
本實施方式與實施方式I的不同點在于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的c軸方向的長度大于所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的a軸方向的長度，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的平面形狀為長方形。除了該點以外的技術(shù)方案與實施方式I相同，所以省略其詳細(xì)說明。
在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300具有正方形的平面形狀的情況下，為了使取光面 311b的面積(相對的2個面的總和)為取光面311a的面積的44%以下，需要使基板304的厚度減小。但是，氮化物半導(dǎo)體的結(jié)晶生長所使用的基板材料，多為硬度高的材料，通過研磨等有時難以使其薄膜化。根據(jù)本實施方式，由于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300具有以c軸方向為長邊方向的長方形的平面形狀，所以在基板304較厚的情況下，通過減小半導(dǎo)體發(fā)光元件300的a軸方向的長度能夠控制取光面311a和311b的面積。
(實施方式2的變形例)
圖10表示實施方式2的變形例。
在變形例中，層疊結(jié)構(gòu)310具有取光面311a、311b、311d。取光面311d包括相對的4個側(cè)面，即基板304、η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。取光面311d中的基板304的2個側(cè)面中的兩者或一者從取光面311a的法線方向傾斜。該傾斜為例如30度,和與形成有氮化物半導(dǎo)體活性層306的m面不同的m面大致平行。取光面311d中有η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部分與a面((11-20)面)平行。
在本變形例中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的平面形狀為長方形這一點與實施方式2相同。另外，取光面31 Id的一部分與m面大致平行這一點與實施方式I的變形例I相同。因此，省略其詳細(xì)的說明。
根據(jù)本變形例，由于取光面311d相對于取光面311a的法線方向傾斜，所以在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的內(nèi)部反射的光容易被取出到外部，光的輸出提高。通過對利用解理使哪個m面露出進(jìn)行控制，能夠制作圖10 (c-Ι)、圖10 (c-2)、圖10 (c_3)所示的形狀。
此外，在實施方式I的變形例2、3中，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的平面形狀也可以是長方形。
(實施方式3)
圖11是示意性地表示實施方式3的半導(dǎo)體發(fā)光器件的圖，圖11 (a)是頂視圖，圖 11 (b)是X-X’的截面圖，圖11 (C)是Y-Y’的截面圖。
本實施方式與實施方式I的不同點在于，在安裝基板301的表面形成有腔313。 腔313是形成于安裝基板301的表面的凹部，在凹部的底面配置有氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 300。通過設(shè)置腔313，能夠使從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300出射的光反射，能夠控制配光特性。
腔313由反射率高的材料形成，由此能夠提高發(fā)光效率。例如，能夠使用氧化鋁、 含有TiO2微顆粒的有機硅樹脂等。另外，也可以用Al、Ag等反射率高的材料覆蓋腔313的表面。在本變形例中，通過使取光面311b的面積(相對的2個面的總和)為取光面311a的面積的44%以下，能夠?qū)軸方向配光分布與c軸方向配光分布的平均非對稱度抑制到6% 以下。
本實施方式也可以具有腔313以外的反射器。
(實施方式3的變形例I)
圖12表示實施方式3的變形例I。
在變形例I中，層疊結(jié)構(gòu)310具有取光面311a、311b、311d。取光面311d包括相對的4個側(cè)面，即基板304、n型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307。取光面311d中的基板304的2個側(cè)面中的兩者或一者從取光面311a的法線方向傾斜。該傾斜為例如30度，和與形成有氮化物半導(dǎo)體活性層306的m面不同的m面大致平行。取光面311d中有η型氮化物半導(dǎo)體層305、氮化物半導(dǎo)體活性層306和ρ型氮化物半導(dǎo)體層307構(gòu)成的部分與a面((11-20)面)平行。
在本變形例中，設(shè)置有腔313這一點與實施方式3相同。另外,取光面311d的一部分與m面大致平行這一點與實施方式I的變形例I相同。因此，省略其詳細(xì)的說明。
根據(jù)本變形例，由于取光面311d中的一個或多個面相對于取光面311a的法線方向傾斜，所以在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的內(nèi)部反射的光容易被取出到外部，光輸出提高。通過對利用解理使哪個m面露出進(jìn)行控制，能夠制作圖12 (c-Ι)、圖12 (c-2)、圖12(c-3)所示的形狀。
此外，在實施方式I的變形例2、3中，也可以設(shè)置腔313。另外，在實施方式2或?qū)嵤┓绞?的變形例中，也可以設(shè)置腔313。
(其它實施方式)
以下，對在取光面311a有意地設(shè)置紋理結(jié)構(gòu)的情況進(jìn)行說明。
圖13是示意性地表示具有有意地設(shè)置有紋理結(jié)構(gòu)的取光面311a’的半導(dǎo)體發(fā)光器件的圖，圖13 (a)是頂視圖，圖13 (b)是X-X’的截面圖、圖13 (c)是Y-Y’的截面圖。
在圖13所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的取光面311a’設(shè)置有多個條紋狀的槽352。槽352延伸的方向是從c面傾斜角度Θ的方向。
槽352的周期也可以是300nm以上8μπι以下。這是因為，如果槽352的周期小于 300nm,則光不容易受到槽352的周期結(jié)構(gòu)的影響，如果槽352的周期大于8 μ m，則形成于取光面311a’的槽352的數(shù)量變少。另外，在取光面311a’，在設(shè)條紋延伸的方向與偏振方向 (a軸方向)所成的角度的絕對值為Θ的情況下，Θ (modlSO度)也可以為5度以上175度以下。由此，能夠有效地降低偏振度。進(jìn)一步，Θ (modl80度)也可以為30度以上150度以下。由此，能夠進(jìn)一步有效地降低偏振。
在取光面311a’設(shè)置有紋理結(jié)構(gòu)的情況下，“取光面311a’的面積”可以認(rèn)為是將取光面311a’投影到與m面平行的面時的面積。
紋理結(jié)構(gòu)不限于圖13 (a)所示的形狀。例如，如圖14 (a)所示，具有三角形狀的截面，也可以說位置越深寬度越窄的槽。如圖14(b)所示，截面也可以具有曲面的形狀。也可以如圖14 (c)所示，多個凸部在取光面311a’的表面沿著行列方向配置。該凸部的形狀也可以為圓錐形或半圓形。另外，凸部也可以不是等間隔排列。
本實施方式的紋理結(jié)構(gòu)，能夠通過在取光面311a’的表面利用光刻形成掩模后進(jìn)行干法蝕刻來形成。通過調(diào)整干法蝕刻的條件，能夠控制紋理結(jié)構(gòu)的截面形狀。例如，在使用降低蝕刻壓力、提高離子的引出電壓的物理上蝕刻性高的條件時，能夠形成接近取光面 311a’的法線方向的側(cè)面。另一方面，再使用利用等離子體密度高的ICP等離子體源、減小離子的引出電壓的化學(xué)上蝕刻性高的條件時，能夠形成從取光面311a’的法線方向傾斜的側(cè)面。
(實施例1)
以下，對作為取光面311d，主要m面露出的實施例1進(jìn)行說明。
在晶片狀態(tài)的m面η型GaN基板上形成有由厚度2 μ m的η型GaN層構(gòu)成的η型氮化物半導(dǎo)體層；具有由厚度15nm的InGaN量子阱層和厚度30nm的GaN障壁層構(gòu)成的3周期的量子阱結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體活性層；和由厚度O. 5 μ m的ρ型GaN層構(gòu)成的ρ型氮化物半導(dǎo)體層。作為η型電極使用Ti/Pt層,作為ρ型電極使用Pd/Pt層。m面η型GaN基板通過研磨變薄到規(guī)定的厚度。使用金剛石筆，在晶片的c軸方向
和a 軸方向[11-20] 上形成了自表面幾Pm程度深的槽后，進(jìn)行晶片的切斷，分割成規(guī)定的大小的小片(氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300)。當(dāng)進(jìn)行c軸方向
的切斷時，沿著標(biāo)注線，c面幾乎露出。另一方面，當(dāng)進(jìn)行a軸方向[11-20]的切斷時，多出現(xiàn)m面露出的情況。
將這些芯片狀態(tài)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300裝載于在氧化鋁上形成有配線的安裝基板301上進(jìn)行倒裝芯片安裝，制成半導(dǎo)體發(fā)光器件。由于關(guān)注的是從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300出射的光的配光分布特性，所以在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的表面沒有形成密封部314。
表I是半導(dǎo)體發(fā)光器件中使用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件300的大小和基板(GaN 基板)304的厚度的一覽。準(zhǔn)備了 5種取光面311b的面積相對于取光面311a的面積的比例不同的樣品。在電流值為IOmA時，這些半導(dǎo)體發(fā)光器件的發(fā)光峰值波長為405nm至410nm。
[表 I]
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的活性層的層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)具有與所述活性層的m面平行的第一取光面；和與所述活性層的c面平行的多個第二取光面，所述第二取光面的面積相對于所述第一取光面的面積的比例為46 %以下。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述層疊結(jié)構(gòu)具有一個或多個第三取光面， 所述一個或多個第三取光面從所述第一取光面的法線方向傾斜。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述一個或多個第三取光面從所述第一取光面的法線方向傾斜30度。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述層疊結(jié)構(gòu)具有 具有第一面和位于所述第一面的相反側(cè)的第二面的基板；和 層疊于所述基板的所述第一面、且包含所述活性層的多個氮化物類半導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求4所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述第一取光面是所述基板的所述第二面。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述層疊結(jié)構(gòu)是包含所述活性層的多個氮化物類半導(dǎo)體層。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述第一取光面的c軸方向的長度大于所述第一取光面的a軸方向的長度。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述第二取光面的面積相對于所述第一取光面的面積的比例為24%以上。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述第一取光面和所述多個第二取光面中的至少一個具有紋理結(jié)構(gòu)。
10.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于，包括 權(quán)利要求1至9中任一項所述的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件； 支承所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的安裝基板；和 覆蓋氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的密封部。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其特征在于 還具有反射從所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)出的光的反射器。
全文摘要
氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(300)是具有包含由m面氮化物半導(dǎo)體形成的活性層的層疊結(jié)構(gòu)(310)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件，層疊結(jié)構(gòu)(310)具有與氮化物半導(dǎo)體活性層(306)的m面平行的取光面(311a)和與氮化物半導(dǎo)體活性層(306)的c面平行的取光面(311b)，取光面(311b)的面積相對于取光面(311a)的面積的比例為46％以下。
文檔編號H01L33/20GK103003962SQ20128000207
公開日2013年3月27日 申請日期2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者井上彰, 橫川俊哉, 山田篤志, 藤金正樹 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社