半导体发光元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及诸如发光二极管(LED)的半导体发光元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]诸如发光二极管的半导体发光元件通常通过在生长基板上生长η型半导体层、发光层和Ρ型半导体层并且通过形成用于分别向η型半导体层和ρ型半导体层施加电压的η电极和Ρ电极来制造。
[0003]本领域已知具有没有生长基板的结构(S卩，所谓的接合结构，其中ρ电极形成在ρ型半导体层上并且接着将元件经由接合层接合到支撑基板)的半导体发光元件，作为设计用于提高以上描述的结构中的散热性能的半导体发光元件。
[0004]作为用于将从发光层发射的光以更大量提取到外部的一种技术，专利文献1公开了以下技术:用碱溶液对在去除生长基板之后露出的η型半导体层的表面进行湿蚀刻，以基于半导体的晶体结构形成多个突起。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:特开2012-186335号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]GaN基半导体具有纤锌矿型晶体结构。当由这种GaN基半导体制成的半导体层的C负面(C—面)经受用碱溶液的湿蚀刻时，形成由于纤锌矿型晶体结构导致的包括六角锥状突起的凹凸结构。当在作为光提取表面的η型半导体层的表面上形成这种凹凸结构时，从发射层发射的光更容易穿过凹凸结构。因而，更多的光能够提取到外部。请注意从此晶体结构导致的这种突起称为微椎体。
[0010]专利文献1中描述的技术的要点是在由于去除生长基板而露出的η型半导体层的C 一面上形成沿着半导体材料的晶轴排列的多个凹部，然后使η型半导体层经受用碱溶液的湿蚀刻。
[0011]在η型半导体层的表面上提供的这种凹部在作为后处理步骤的湿蚀刻中用作比η型半导体层的其它表面部分具有低的蚀刻速率的蚀刻控制点。根据描述，优选的是除了 C—面之外的各个晶体面(微细的小面)在凹部中露出，例如，凹部具有碗状、圆锥状或半球状形状以使得凹部用作蚀刻控制点(蚀刻速率限制点)。
[0012]以大面积露出C—面的凹部不能用作蚀刻控制点。例如当形成了圆柱形凹部时，这种凹部的底部也具有C—面，因而具有与其它表面部分相同的蚀刻速率。因此，这种凹部不能够用作蚀刻控制点(蚀刻速率限制点)。
[0013]专利文献1描述了通过诸如反应离子蚀刻的干蚀刻形成凹部。但是本申请的发明人关注当使用干蚀刻时难以控制作为以上描述的控制点的凹部的形状和深度的事实。换句话说，当使用干蚀刻时，形成诸如柱体形状和多边柱体形状的各种形状的凹部。因此，难以形成均匀且规则排列并且具有均一大小的微椎体。
[0014]另外，除了凹部之外的η型半导体层的大多数表面部分中的蚀刻速率保持随机，因而使蚀刻中形成微椎体的处理不稳定。
[0015]鉴于以上描述的情形做出本发明。本发明的目的是提供一种具有规则排列且均一大小的同质突起、因而实现高的光提取效率的高辉度且高度可靠的半导体发光元件，以及这种半导体发光元件的制造方法。
[0016]解决问题的手段
[0017]根据本发明的半导体发光元件的制造方法是包括半导体结构层的半导体发光元件的制造方法，该方法包括以下步骤:在所述半导体结构层的表面上形成基于所述半导体结构层的所述表面上的晶体方向配置的易蚀刻部分；以及使所述半导体结构层的所述表面经受湿蚀刻，以在所述半导体结构层的所述表面上形成包括由于所述半导体结构层的晶体结构导致的多个突起的凹凸结构面。
[0018]根据本发明的半导体发光元件是包括具有六方晶体结构的半导体结构层的半导体发光元件，其中所述半导体结构层的表面是C—面，并且当通过第一直线组、第二直线组和第三直线组以包括等边三角形格子的网格形式细分所述表面时，所述半导体结构层的表面具有包括六角锥状突起的凹凸表面结构，各六角锥状突起具有正六角形的底边，所述正六角形具有在所述等边三角形格子的顶点处的中心，所述第一直线组包括与所述半导体结构层的所述表面上的所述晶体方向中的[11-20]方向平行且等间隔排列的多条直线，所述第二直线组包括与[2-1-10]方向平行且以与所述第一直线组相同的间隔排列的多条直线，所述第三直线组包括与[1-210]方向平行且以与所述第一直线组和所述第二直线组相同的间隔排列的多条直线，并且每个所述突起的侧边部分具有凹陷结构。
【附图说明】
[0019][图l](a)?(d)是用于说明根据第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的相应步骤的截面图。
[0020][图2](a)和(b)是用于说明在第一实施方式中形成的掩模层的掩模部分的配置构造的图。
[0021][图3](a)?(d)是用于说明在第一实施方式的湿蚀刻步骤中形成突起的处理的截面图。
[0022][图4](a)?(c)是各自例示第一实施方式的湿蚀刻步骤中的η型半导体层的表面的图。
[0023][图5]是例示根据第一实施方式的变形例的η型半导体层和掩模层的表面的图。
[0024][图6](a)?(c)是各自例示第一实施方式的变形例中的湿蚀刻步骤中的η型半导体层的表面的图。
[0025][图7](a)和(b)是用于说明在实施方式中形成的突起的细节的图。
[0026][图8]是用于说明根据第二实施方式的形成易蚀刻部分的步骤的图。
【具体实施方式】
[0027]根据本发明的实施方式的半导体发光元件的制造方法具有的特征在于，在具有六方晶体结构的GaN的C—面、即N极性侧的表面(N极性表面)上形成具有相对小的蚀刻速率的难蚀刻部分和具有相对大的蚀刻速率的易蚀刻部分，然后使这些部分经受湿蚀刻。以下将描述其细节。
[0028]第一实施方式
[0029]图1(a)?1(d)是用于说明根据本发明的第一实施方式的半导体发光元件的制造方法的截面图。为了容易说明和理解，将给出包括半导体晶片中的两个相邻半导体发光元件10的部分的描述。
[0030]图1(a)是用于说明制造具有接合结构的GaN基半导体发光元件的步骤的截面图。首先，均具有AlxInyGazN(0 <x<l,0<y<l,0<z< 1，x+y+z = l)的组成的η型半导体层(第一半导体层)11、有源层12和ρ型半导体层(第二半导体层)13在作为用于晶体生长的基板的生长基板(未示出)上顺序生长。η型半导体层11、有源层12和ρ型半导体层13统称为半导体结构层14。金属有机化学气相沉积(M0CVD)用于半导体结构层14的生长。
[0031]在此实施方式中，缓冲层(未示出)、n_GaN层11、由InGaN层/GaN层形成的量子阱有源层12、p-AlGaN熔覆层(未示出)和ρ-GaN层13顺序地生长在晶体生长表面为C负面(C—面)的蓝宝石基板上。
[0032]接着，在ρ型半导体层13上形成ρ电极15。可以使用例如溅射技术和电子束沉积技术来形成P电极15。在此实施方式中，在ρ型半导体层13上形成图案化的掩模(未示出)，然后通过电子束沉积技术顺序地形成Ni层、Ag层和Ni层。然后，通过剥离技术去除掩模来形成ρ电极15。
[0033]随后，形成金属层16以覆盖整个ρ电极15。金属层16包括用于防止ρ电极15和用于与下面描述的支撑基板接合的接合层(未示出)的材料迀移的帽盖层(未示出)。诸如T1、11￥、？1:、附、411、411311或(:11的金属材料可以用作金属层16的材料。可以使用例如派射技术和电子束沉积技术来形成金属层16。在此实施方式中，形成Ti层、Pt层和AuSn层以覆盖整个ρ电极15。
[0034]接着，半导体结构层14被划分成元件，然后在这样划分后的半导体结构层14的侧部形成保护膜17。使用溅射技术来形成保护膜17。可以使用诸如Si02或SiN的绝缘材料作为保护膜17的材料。在此实施方式中，在半导体结构层14的侧部形成Si02膜。
[0035]随后，单独准备支撑基板18，并且