[发明专利]氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓类化合物半导体发光元件，尤其涉及能够提高出光效率的氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法。 

本申请，要求基于在2005年12月14日申请于日本的特愿2005-360290号的优先权，在本申请中引用其内容。 

背景技术

近年来，作为短波长光发光元件，氮化镓(GaN)类化合物半导体发光元件引人注目。该氮化镓类化合物半导体发光元件，以蓝宝石单晶为首，将各种氧化物、III-V族化合物作为基板，在该基板上，通过有机金属气相化学反应法(MOCVD法)、分子束外延法(MBE法)等所形成。 

作为氮化镓类化合物半导体发光元件的特征，可举出朝向横向方向的电流扩散小这一点。因此，若仅向电极正下的半导体注入电流，则以电极正下的发光层发出的光被电极遮挡，难以射出到发光元件的外部。因此，在如此的发光元件中构成为，通常，作为正极采用透明电极，透射正极地取出光。 

由透明电极构成的现有的透光性的正极，为使Ni、Co等的氧化物与Au等的接触金属相组合的层结构。并且，近年来提出：通过使用ITO(In₂O₃ -SnO₂)等的导电性更高的氧化物，将尽可能减薄接触金属的膜厚度而提高了透光性的层结构的电极用作正极，使来自发光层的光高效射出到外部的技术。 

此外，如此的发光元件的外部量子效率，表示为使出光效率与内部量子效率相乘的值。所谓内部量子效率，为注入于发光元件的电流的能量之 中的变换成光的比例。另一方面，所谓出光效率，为在半导体晶体内部发出的光之中的能够向外部射出的光的比例。 

近年来，发光元件的内部量子效率，通过对晶体状态的改善、结构的研究可以说提高到70％～80％程度，相对于注入电流量可得到充分的效果。 

可是，不仅在氮化镓类化合物半导体发光元件中，而且在发光二极管(LED)中，现状为：相对于注入电流的出光效率一般都低，相对于注入电流，难以使内部发光充分地射出到外部。 

在氮化镓类化合物半导体发光元件中出光效率低，是由于以下原因：由于氮化镓类化合物半导体的发光层的折射率约为2.5，与空气的折射率1相比非常高，并且临界角较小约为25°，因此反复进行晶体内的反射及吸收而使得光不能射出到外部。 

为了使出光效率提高，提出了：使出光面粗糙化，通过在出光面设置各种各样的角度而使出光效率提高的氮化镓类化合物半导体发光元件(例如，专利文献1)。 

可是，记载于专利文献1的发光元件，因为对半导体材料自身实施粗糙化加工，所以对半导体层施加负荷，导致残留大的损伤。因此，即使使外部量子效率(出光效率)提高，也会使内部量子效率下降，得不到发光强度增大的效果。 

并且，在对半导体层表面实施粗糙加工的方法中，因为要求微细的掩模图形化方法等，所以在工序上，需要遵循繁杂的步骤，存在制造效率上的问题。 

并且，通过掩模图形化方法所形成的凹凸图形，因为产生干涉效应，所以存在某特定波长被加强的问题。 

专利文献1：特开平6-291368号公报 

发明内容

本发明鉴于上述问题所作出，目的为提供出光效率高、且波长不一致少的氮化镓类化合物半导体发光元件及其制造方法。 

本发明人，为了解决上述问题进行了锐意探讨，完成了本发明。 

即，本发明涉及以下内容。 

(1)在基板上按包含氮化镓类化合物半导体的n型半导体层、发光层、p型半导体层的顺序将它们层叠，在该p型半导体层上层叠透光性正极，并在该透光性正极上设置正极接合垫，在前述n型半导体层上设置有负极接合垫的氮化镓类化合物半导体发光元件，以在前述透光性正极表面的至少一部分形成无序的凹凸面为特征。 

(2)以形成于前述透光性正极表面的无序的凹凸面中的凸部间的平均距离，按凸部中心间距离为0.01μm～3μm为特征的记载于上述(1)的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(3)以形成于前述透光性正极表面的无序的凹凸面中的凸部间的平均距离，按凸部中心间距离为0.05μm～1.5μm为特征的记载于上述(1)项的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(4)以各凸部间距离相对于前述凸部间的平均距离的标准偏差为10％～80％为特征的记载于上述(2)项或(3)项的氮化镓类化合物半导体发光元件。 

(5)以前述透光性电极包含导电性氧化物为特征的记载于上述(1)～(4)项的任何一项的氮化镓类化合物半导体发光元件。