TW564584B

TW564584B - Semiconductor light emitting device

Info

Publication number: TW564584B
Application number: TW091113514A
Authority: TW
Inventors: Haruji Yoshitake; Hideki Sekiguchi; Atsuko Yamashita; Kazuhiro Takimoto; Koichi Takahashi
Original assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2003-12-01
Also published as: CN100364124C; CN1395321A; EP1271665A3; US20020195609A1; US6900473B2; EP1271665A2; KR20030001326A; CN1652367A; CN1201412C

Description

564584 A7 B7 五、發明説明（1 ) 【發明敘述之參照】本發明是以日本專利申請號NO. 2001 - 1 9 1 724 ( 200 1年 6 月 25 日）和 NO. 2001 -297042 ( 2001 年 9 月 27 日）作爲本發明之優先權資料。【發明之技術領域】本發明是關於 L E D ( Light Emitting Diode )或 L D ( Laser Diode)等之半導體發光元件。尤其，是關於謀求出面之粗面化的半導體發光元件。【先行技術】以往，高亮度LED是在半導體基板上形成由雙異質構造等所構成之發光部，依據在該發光部上形成電流擴散層而所構成。因此，依據依據樹脂封裝高亮度LED時，電流擴散層之上部則成了以用以保護元件之透明樹脂所覆蓋之構造。於如此之構造中，電流擴散層（折射率：3 . 1〜 3 . 5 )和透明樹脂（折射率：1 . 5左右）之間的臨界角成爲2 5〜2 9度。自發光部朝向透明樹脂之光中，相對於電流擴散層和透明樹脂之介面的入射角成爲比上述臨界角還大的光爲全反射。因該影響，使得在L E D內部所發生之光被放射至外部的確率顯著下降。而且，在L E D 內部所發生之光被放射至外部的確率（光抽出效率）成爲 2 0 %左右則爲現狀。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公釐） I---------裝一Γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -4- 564584 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7五、發明説明（2 ) 又，有於電流擴散層之上部形成高折射率膜，且依據增大臨界角使光效率提昇之方法。但是，即使使用該方法，效率提昇也僅有2 0 %左右之低程度。如此，於以往以透明樹脂封裝的L E D中，在含有發光層之半導體多層膜之最上層和透明樹脂之境界，因從斜方向涉入至界面之光大部分爲全反射，故有光抽出效率下降之問題。再者，該問題並不限於L E D ,即使關於面發光型之LCD也相同。【發明之簡單敘述】本發明之一形態所涉及之面發光型之半導體發光元件，是具備有具有主面之基板；包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜；及被設置在與上述半導體多層膜之上述基板相反側之光抽出面側上的多數錐體狀突出物，上述多數突出物的底面和側面之交叉角度被設定成 30度以上70度以下。再者，本發明之一形態所涉及之面發光型之半導體發光元件，是具備有具有主面之基板；及包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜，本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -5- 3 564584 A7 B7 五、發明説明（施予粗面加工使與上述半導體多層膜之上述基板相反側的光抽出面具有多數凹凸形狀，被該粗面加工之面的各凹凸的頂部和底部之距離（凹凸高度）是被設定成2 0 0 nm以上，且爲上述發光層的發光波長以下。【發明之詳細敘述】以下，依據圖示之實施形態詳細說明本發明。 (第1實施形態）第1圖是表示本發明之第1實施形態所涉及之綠色 L E D的元件構造及製造工程之剖面圖。首先，如第1圖A所示般，依據使用As H3當作V屬兀素之原料氣體的MOCVD法，生長〇 · 5//m厚的η 型G a A s緩衝層1 1。之後，依據使用ρ η 3當作ν屬元素之原料氣體的¥〇（：¥〇法，以？113分壓爲2 0 0 ?3 ，總壓力爲5 X 1 〇 3 p a之條件，依次生長〇 · 6 # m厚的η型Ιη〇.5Αΐ〇_5ρ覆蓋層12和1 . 〇//m厚的非 ί爹雑 I η。· 5 ( g a。. 5 5 A 1 ◦ 4 5 ) ◦ · 5 P 一活里層 13° 接者，將P Η 3分壓降低成1 〇 p a，總壓力爲原來的 l〇3Pa無變化地，依據MOCVD法，生長1 ·〇厚的p型1 η〇·5Α 1〇_5P覆蓋層1 4。之後，依據使用A s H3當作v屬元素之原料氣體的m〇CVD法，生長1 · 〇 // m厚的p型G a A s接觸層1 6。在此，從本紙張尺度適用巾觸家檩準（CNS ) A4規格（2ΐαχ297公慶）

— 壯衣 ~.---Ί—--t------- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本百C 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -6 - 564584 A7 B7 五、發明説明（4 ) 緩衝層1 1到接觸層1 6爲止之各外延層是在相同通道內連續生長。如上述般，生長P型I nA 1 P覆蓋層1 4之時，當使Μ〇C V D法中之P Η 3分壓充分降低（2 0 P a )以下時，外延生長膜則成爲表面粗糙。具體而言，如第2圖所示般，於InA1P覆蓋層14之生長表面產生錐體狀之突出部2 0。然後，相對於該突出部2 0之基板表面的角度，即是突出部2 0之底面和侧面的交叉角度α ·成爲比 3 0度還大。在此，111人1?覆蓋層14生長時之？1^3分壓超過 2 0 P a時，該覆蓋層1 4之表面粗糙則減少，無法實現突出部之交叉角度爲3 0度以上之可能性則提高。另外，當PH 3分壓成爲比1 P a低時，覆蓋層1 4之表面粗糙貝[J 過大，而且覆蓋層1 4之結晶性也變差。因此， I nA 1 P覆蓋層1 4生長時之PH3分壓的理想範圍爲 1 〜2 0 P a 〇接著，如第1圖B所示般，藉由濺鍍法在G a A s接觸層1 6上之一部分上形成明電極之I T ◦膜1 7。接著，在I T ◦膜1 7上形成p側電極（含Ζ η的A u ) 2 3 。更具體而言，即是在I TO膜1 7上生長電流區塊層 2 1和G a A s層2 2後，實施選擇蝕刻使該些可殘留在晶片之中心部。然後，在全面上形成A u Ζ η電極2 3後，實施圖案製作使該電極2 3可殘留在G a As層2 2上和I T〇膜上之一部分。第3圖是表示P側電極23之圖本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) T裝- 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 Α7 Β7 五、發明説明（5 ) 案例的平面圖。該電極圖案是由爲了連接接合導線等而被設置在元件中央部之圓形墊片部2 3 a，和被設置在元件周邊部之周邊部2 3 b，和連接墊片部2 3 a和周邊部 2 3 b的連接部所構成。接著，如第1圖C所示般，硏磨GaAs基板10之背面磨薄至1 〇〇 // m後，在基板背面形成η側電極2 5 (含有Ge之Au)。之後，在Ar環境中實施450°C ，1 5分鐘的熱處理。接著，藉由劃片將形成各層1 1〜 22及電極23、25之基板10予以晶片化。然後，進行樹脂封裝之組合使無圖示之透明樹脂可覆蓋光抽出面側〇並且，於第1圖中，雖然僅表示1個晶片部分，但是實際上爲了同時形成多數晶片，是在1個基板10上多數形成第1圖所示之構成部分。然後，依據在最後階段在基板1 0上劃片，使基板1 0分離成多數晶片。若依據如此之本實施形態，依據於P型I n A 1 P覆蓋層1 4生長時將Η 3分壓設定成通常低，則可以在覆蓋層 1 4之表面上形成錐體狀之突出部2 0。依據該突出部之形成，可以減少在含有發光層之半導體多層膜之最上層和透明樹脂之境界上全反射入射光的確率。尤其，依據將 I ηΑ 1 Ρ覆蓋層1 4生長時之Η3分壓設定成1〜2 0 P a，則可以將表面圓錐之角度設成3 0度以上。在此，第4圖是表示與突出部20之基板表面所構成之角度α和樹脂入射確率（光抽出效率）的關係。於第4 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） I--------— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -8- 564584 A7 B7 五、發明説明（6 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖中，橫軸是表示角度，縱軸是表示光抽出效率。光抽出效率是於無突出部2 0表面平坦之時設爲1。當角度α成爲3 0度以上時，則被提昇了 1成以上。再者當角度^過大時則被效率降低，當超過7 〇度時則成爲1成以下。因此，角度^所欲之範圍爲3 0度以上7 0度以下。依據採用如本實施形態般之突出構造，則如第5圖所示般，光抽出效率提昇爲以往之1 . 1 5倍。如此，不改變基本的裝置構造而可以提昇光抽出效率，對L E D而言爲極大之效果。而且，當將與突出不20之基板表面所構成之角度α 設爲3 0度以上時，所有的突出部不一定要滿足此，若大部分（例如9 0 %以上）滿足此亦可。即是，將所有之突出部作成角度α成爲3 0度以上7 0度以下，即使出現一部分角度α比3 0度小之部分或超過7 0度之部分，但該部分之比率若相當小並不會有任何問題。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製於本實施形態中，並不單是將光抽出面予以粗面化，依據將突出部2 0之底面和側面之交叉角度α設定成3 0 度以上7 0度以下，可以實現光抽出效率之大幅度提昇。而且，當形成於光抽出面側之突出部2 0之週期極端地變小之時，光抽出效率之向上效果變少。若依據本發明者之實驗，則可判定突出部之突出部2 0之週期若爲 0 · 5 // m以上，則有充分之效果。再者，確認出不一定需要透明電極2 0上之電流區塊層2 1和G a A s層2 _2，即使直接在透明電極2 〇上形本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 564584 A7 B7 五、發明説明（7 ) 成金屬電極2 3，亦有相同之效果。 (第2實施形態）第5圖是表示本發明之第2實施形態所涉及之綠色 L E D之元件構造的剖面圖。本實施形態是使η、p之生長層與第1實施形態相反，基本之構成及製造方法則與第1實施形態相同。利用MOCVD法在ρ型GaAs基板30上，生長 0 · 5//m厚度的p型GaAs緩衝層31、0 _ 6//m 厚度的P型I η〇.5Α1〇.5Ρ覆蓋層32、1 · 0//m 厚度的非摻雜I n G a A 1 P活性層3 3、1 . 0 // m厚度的η型I η〇.5Α 1〇.5Ρ覆蓋層34、0 . l#m的 n型G a A s接觸層3 6，以濺鍍法在其上形成透明電極之I T ◦膜。在此，與第1實施形態相同，生長η型I n A 1 P覆蓋層3 4時，充分降低MOCVD法中之PH3分壓（2〇 P a以下）。依此，於η型I nA 1 P覆蓋層3 4之表面上，與第1實施形態相同地形成錐體狀之突出部，該突出部之對基板表面的角度α是比3 0度大。再者，於I Τ〇膜3 7上選擇性地形成電流區塊層 41和GaAs層42，於GaAs層42上及ΙΤ〇膜 3 7上之一部分形成有由A u G e所構成之η側電極4 3 。然後，於GaAs基板30之背面形成有ήΖηΑιι所構成之Ρ側電極4 5。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 A7 一_ _ B7_ 五、發明説明（8 ) 即使是如此之構成，依據設置在η型I n A 1 P覆蓋層3 4之表面上的錐體狀之突出部，亦可以提高對用以封裝之透明樹脂的光入射確率，可得到與第1實施形態相同之效果。 (第3實施形態）第6圖是表示本發明之第3實施形態所涉及之綠色 L E D之元件構造及製造工程的剖面圖。首先，如第6圖A所示般，依據M〇CVD法在厚度 2 5 0//111之11型〇3六3基板5 0上，依順序生長 0 . 6//m厚度的η型I η〇.5Α1〇.5Ρ覆蓋層52、 1 . 0 // m 厚度的非摻雜 I n ◦ · 5 ( G a ◦ · 5 5 A 1 ◦ · 4 5 )〇 . 5 P活性層5 3、1 . Ο // m厚度的ρ型 I n〇.5A lQ.5p 覆蓋層 54、3 . 0//m的 η 型 I n G a Ρ電流擴散層5 5、Ο · 1 // m厚度的 P - GaAs接觸層56。對於該些之磊晶生長是與第1 實施形態相同地使用Μ 0 C V D法。接著，依據導入用以改變更新磊晶表面形狀之退火〇：程（溫度與磊晶溫度相同或該以上（6 0 0 °C以上），使電流擴散層5 5之表面粗糙而形成突出部。之後，於電流擴散層5 5上形成p側電極6 3，並且依據在基板5 0之背面形成η側電極6 5後，除去露出部之p - G a A s餍 5 6，則可實現第6圖B所示之構造。在此，針對上述退火工程中之表面粗面化，更詳細地本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）抽衣 L--J---、訂^------- C請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j -11 - 564584 A7 B7 五、發明説明（9 ) 予以說明。導入與構成氫等之不活性氣體和磊晶膜（m 一 V族化合物，例姐I n G a A 1 P )的v屬元素（例如p )不同之V屬氣體（例如A s Η 3 )，作爲退工程中所使用之氣體。然後，執行晶晶表面層之V屬元素（ρ )之再蒸發。並且，下一'個工程爲將幕晶工程（膜種：透明膜（例如G a Ρ )導入於粗糙的表面上。依此，如第7圖所示般，在I n G a P電流擴散層 5 5之表面部引起P脫出成爲粗縫表面。然後，在該粗糙 I nGa P 5 6上生長透明之Ga P層5 7。所欲之表面形狀是從以往之磊晶表面形狀的鏡面（R m a X = 5 n m )狀態成爲多數凸狀之圓錐連接的形狀，爲提昇發光效率之構造。在此，底面和垂直斷面之交叉角度爲比3 0度大之角度。即使爲如此之構成，依據設置在光抽出側之電流擴散層5 5之表面上的圓錐體狀之突出部，亦可以提高光樹脂入射確率，可得到與第1實施形態相同之效果。而且，雖然即使除去P-GaAs接觸層56亦可，但是於成爲發光波長之光吸收時除去爲最佳。 (第4實施形態）第8圖是表示本發明之第4實施形態所涉及之面發光型L E D之元件構造的剖面圖。首先，於厚度250//m之η型GaAs基板70上，生長0 · 5//m厚度的GaAs緩衝層7 1，於其上生本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝_ 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 564584 A7 B7 五、發明説明（1〇 ) 長由η — I η〇.5Α Iq.sP/ n — GaAs之疊層構造所構成之D B R反射層7 8。接著，生長0 . 6 // m厚度之η型I η〇·5Α 1 Q.5P覆蓋層7 2、非摻雜之 I Πο.5 (Gao.55Alo.45) 〇.5Ρ 之 MQW 活性層 7 3，和0 · 6//m厚度之ρ型1]1〇.5厶1。.5?覆蓋層74，而形成雙異質構造部。接著，於生長由 P— I ηα.δΑ 1q.5P/ P — GaAs之疊層構造所構成之0611反射層7 9後，生長〇.1#111厚度之？型 I nQ.5Al〇.5P電流擴散層76，還有0 · l//m厚度之P型GaAs接觸層77。在此，由緩衝層7 1至接觸層7 7爲止之磊晶膜是使用Μ 0 C V D法在相同處理室內連續生長，將所使用之氣體種類或壓力設爲使各層良好生長之條件。但是，於形成電流擴散層7 6之時，則與第1實施形態相同，充分降低 Ρ Η 3 (例如1 0 P a )，而使生長表面成爲粗糙。接著，於接觸層7 7上形成光阻圖案後，依據罩幕該光阻圖案蝕刻至η型覆蓋層7 2，而執行形成雷射脊背。接著，於形成絕緣膜8 1使可除去脊背後，蒸鍍ρ側電極 (含Ζ η之A u )。然後，使用光阻罩幕除去位於ρ側電極之背脊中央部的部分，藉由除去P - G a A s接觸層 7 7，而形成上部電極8 3。接著，將G a A s基板7 〇硏磨至1 0 0 // m厚度後，形成η側電極（含G e之A u )8 5。接著，在A r環境中執行1 5分鐘之熱處理。接著，藉由在基板7 0上劃片而予以晶片化。之後，執行樹 $紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ""^' -13- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 Α7 Β7 五、發明説明（彳1 ) 脂封裝。於如此構成的本實施形態中，依據於P型電流擴散層 7 6生長時，降低P Η 3分壓，使在p型電流擴散層7 6之表面上形成凹凸，而可以將表面圓錐角度增大成比3 0度還大。因此，與第1實施形態相同，可以達到提昇光抽出效率。本實施形態之雷射雖然爲紅色發光，但是已確認出即使紅色以外之半導體雷射亦有上述效果。而且，雖然無除去Ρ-GaAs接觸層77亦可，但是爲發光波長之光吸收時，以除去爲最佳。 (第5實施形態）第9圖室表示本發明之第5實施形態所涉及之綠色 L E D之元件構造及製造工程的剖面圖。首先，如第9圖A所示般，依據使用AsH3作爲V屬元素原料氣體的M〇CVD法，在厚度2 5 0 //m之η型 GaAs基板1 10上，生長〇 . 5//m厚度之η型 G a A s緩衝層1 1 1。接著，依據使用ρ Η 3作爲V屬元素原料氣體的Μ〇C V D法，以Ρ Η 3爲2 0 0 P a、總壓力爲5x 103Pa之條件下，依序生長〇 . 6//m厚度之 η 型 I η〇·5Α1〇·5Ρ 覆蓋層 1 1 2、1 . 0#m 厚度之非摻雜I n G a A 1 P活性層1 1 3、1 . 0 // m厚度之 ρ 型 I η〇.5Α1〇·5Ρ 覆蓋層 1 14、1 · 〇#m 厚度之P型I n G a P電流擴散層1 1 5。之後，依據使用八8 113作爲¥屬元素原料氣體的1^〇〇¥七法，生長本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） ' 樣 -14- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝_ 、1Τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 _____ B7 _____五、發明説明（12 ) 0 . 1/zm厚度之p型GaAs接觸層116。在此，自緩衝層1 1 1至接觸層1 1 6爲止之各磊晶層是在同一批被生長形成。接著，如第9圖B所示般，形成爲本實施形態之反射防止膜1 1 7。即是，利用旋轉塗層，將添加T i 0 2於聚醯亞胺樹脂而所形成之折射率=2 . 0之反射防止膜 1 1 7形成於接觸層1 1 6上之後，以持有發光波長以下之凹凸的模具，壓製整形該反射防止膜1 1 7之表面。依此，將反射防止膜1 1 7之表面粗糙度（P V値（m a X 一 m i n ))設定成發光波長以下。在此，P V値是指各凹凸中之頂部（peak)和底部（valley )的距離（高度）。接著，於反射防止膜1 1 7上形成光阻罩幕（無圖示 )，以R I E除去電極形成部之反射防止膜1 1 7後，除去光阻罩幕。接著，如第9圖C所示般，將電極材料（含有Zn之Au)蒸鍍於反射防止膜117及露出之接觸層 1 1 6上之後，藉由使用電阻罩幕（無圖示）予以圖案製作後，而形成上部電極（P側電極）。P側電極1 1 8之圖案是與上述第3圖所示者相同。接著，硏磨GaAs基板1 1 〇之背面至1 〇〇//m 厚度之後，形成成爲η側電極之下部電極1 1 9 (含有 Ge之Au) 。之後，在Ar環境中，施予450°C， 1 5分鐘之熱處理。接著，藉由在基板1 1 0上劃片而予以晶片化。然後，導線接合組裝後，使用fe氧系樹脂（η =約1 . 5 )予以樹脂密封。紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 i# -15- 564584 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（13 ) 若依據如此之本實施形態，依據使反射防止膜1 1 7 之表面予以粗面化，使得光抽出效率從以往之約2 0 %提昇至約3 0 %。即是，光抽出效率提昇至以往的1 . 5倍。可以不變更基本裝置構造，而如此地提昇光抽出效率，這對L E D而言爲具有極大之效果。第1 0圖是表示P V値和光抽出效率之關係圖。隨著 P V値越大，取出效率則越向上，當p v値到達2 0 0 // m以上時，光抽出效率幾乎固定成爲約2倍。第1 1圖是表示發光波長前後中之P V値和光抽出效率之關係圖。相對於6 4 0 n m之發光波長，雖然比此短的波長可充分取得光抽出效率，但是當成爲比此還高時，光抽出效率則急劇減少。因此，P V値所欲之範圍爲2 0 0 n m以上且比發光波長還短之値。而且，PV値爲200nm以上且發光波長以下是指所有之凹凸不一定要滿足此，若大部分（例如9 0 %以上 )可滿足此即可。即是，形成爲200nm^PV€發光波長，但出現一部分脫離此的凹凸，若該爲相當低之比率，亦不會產生任何問題。第1 2圖是表示於如本實施形態般使反射防止膜之表面予以粗面化之時，折射率與光抽出效率之關係圖。這是表示於光對反射防止膜之一主面以入射角- 9 0度至 + 9 0度射入時，自該反射防止膜之另一面所輸出之光的比率。可知當折射率以1 . 5 (與基底半導體層相同）爲基準時，折射率在2.0 (本實施形態）光抽出效率則約本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ~ -16- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝·

、1T i# 564584 Α7 Β7 五、發明説明（14 ) 上昇5 0 %，折射率在_ 5光抽出效率則約上昇1 〇〇 % 〇第1 3圖是表示反射防止膜之表面爲平坦之時的折射率和光抽出效率的關係圖。此時，折射率在2 _ 〇時光效率僅上昇8 %，折射率於2 · 5之時也僅上昇9 %。由此可知，爲了使光抽出效率提昇，不僅要提高反射防止膜之折射率，亦必須使反射反指模之表面予以粗面化。若依據本發明者之實驗，可確認出從提昇光抽出效率之觀點來看，若使反射防止膜之表面粗糙度（p V値（ m a X - m i η )成爲發光波長λ以下，則可得到充分之效果。並且，以反射防止膜之表面形狀而言，若爲週期 0 · 5 λ以下之圓錐形狀，或是多角形狀（三角錐、四角錐、六角錐等），則可得到更確實之效果。若依據如此的本實施形態，依據在半導體多層膜之光抽出面側上設置表面粗化所形成之反射防止膜，則可以減少在含有發光層之半導體多層膜之最上層和透明樹脂之境界中入射光全反射之確率。然後，依據將反射防止膜之表面粗糙度設定成發光波長以下，則可使光抽出效率大幅度提昇。再者，依據將本元件設定在封裝時所使用之透明樹脂和半導體多層膜之最上層之間，則可以更提高光抽出效率之向上效果。在此，於以往之構造中，半導體多層膜之折射率約爲 3 . 5，對此樹脂密封用之透明樹脂的折射率約爲1 · 5 ，具有相當大之折射率差。此時，自半導體多層膜側朝向本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -17- 564584 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 B7五、發明説明（15 ) 透明樹脂側之光中的全反射臨界角變小。於本實施形態中，依據於半導體多層膜和透明樹脂之間形成該些中間之反射防止膜（折射率爲1 · 5〜3 · 5 )，則可以將全反射之臨界角變大，依此，可以達到提昇光抽出效率。並且，依據將反射防止膜之表面予以粗面加工，則可以實現更進一步提昇光抽出效率。而且，L E D之發光波長並非限定於於綠色者，即使於綠色以外之可視光製品，也可確認出有上述之效果。再者，確認出反射防止膜中之波長以下之凹凸形狀是即使爲第1 4圖A〜E所示中之任一構造，亦可提昇光抽出效率〇再者，可作爲LED材料除了 I nGaA 1 P之外， ϊ n G aAlAs 系、A 1 GaAs 系、GaP 系亦可得到相同之效果。再者，作爲反射防止膜之材料，即使爲混入T i〇2、T a〇2、Z r ◦ 2於丙烯酸者亦可得到相同之效果。 (第6實施形態）第1 5圖室表示本發明之第6實施形態所涉及之綠色 L E D之元件構造的剖面圖。本實施形態爲反轉第1實施形態中之p / η的構造，製造方法實質上與第5實施形態相同。即是，在厚度 250//m之ρ型GaAs基板120上，生長0 · 5 厚度之p型GaAs緩衝層12 1,0 . 6//m厚度本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、tr k. -18- 564584 A7 B7 五、發明説明（16 ) 之 P 型 I η〇.5Α1〇.5Ρ 覆蓋層 122、1 · 厚度之非摻雜 I η。· 5 ( G a ◦ 5 5 A 1 ◦ _ 4 5 ) ο · 5 P 活性層 123、1 . 0//m 厚度之 η 型 I no.5Alo.5P 覆蓋層1 24、1 · 0//m厚度之η型I nGaP電流擴散層115是在同一批被生長形成。然後，與第1實施形態相同，利用旋轉塗層，將折射率二2 · 0之反射防止膜1 2 7形成於接觸層1 2 6上，藉由模具壓製整形該表面，而使其粗糙化。反射防止膜 1 2 7之一部分是被除去，於該部分所露出之接觸層 1 2 6上則形成上部電極（η側電極）1 2 8。再者，於 G a A s基板1 2 0之背面上，形成有將成爲ρ側電極之下部電極1 2 9。然後，上述所構成之晶圓是藉由劃片而被晶片化，於導線接合組裝後，成爲被施予樹脂密封者。即使如此之構成，亦與第6實施形態相同，光抽出效率提升爲以往之約2 _ 5倍。再者，即使於綠色之外的可視光製品中亦可得到相同之效果，並且，於上述第1 4圖 1 4 A〜E所示之任一構造中亦可確認出光抽出效率向上〇 (第7實施形態）

第1 6圖是表示本發明之第8實施形態所涉及之面發光雷射之元件構造的剖面圖。首先，在厚度2 5 0 //m之 η型GaAs基板130上，生長〇 · 5//m厚度之η型 GaAs緩衝層1 3 1後，生長由η — I η〇·5Α 1q.5P 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公漦) ~ -19- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 A7 B7 五、發明説明（17 ) /η - g aA s之疊層構造所構成之多層反射膜1 3 2。接著，生長0 . 6//m厚度之η型I η〇·5Α1〇.5Ρ覆盡層 1 3 3、由非摻雜之 I n〇·5 (Ga〇.55A 1 0.45) ◦ · 5 P / I η。. 5 G a ◦ · 5 P 所構成之 M Q W 活性層 1 3 4 ，和0 . 6//m厚度之p型I n〇_5AlQ.5p覆蓋層 1 3 5。之後，生長由 P — 1 n°.5A h.sP/p — GaAs之疊層構造所構成之多層反射膜136。並且，生生長0 . 1 //m厚度之p型I η〇·5Α 1 〇_5Ρ電流擴散層137，還有0.1βm厚度之p-GaAs接觸層 1 3 8。在此，從緩衝層1 3 1至接觸層1 3 8爲止的各磊晶層是在同一批被生長形成。接著，在接觸層1 3 8上帶狀地形成光阻罩幕後，依從表面濕鈾刻至η型覆蓋層1 3 3爲止，執行形成雷射脊背。形成S i ◦ 2絕緣膜1 4 1使可除去脊背。並且，以光阻罩幕形成上部電極1 4 2。在此，上部電極1 4 2是成爲接觸於接觸層1 3 8之上面周邊部，接觸層1 3 8之上面中央部則爲露出。接著，以旋轉塗層形成添加T i ◦ 2於聚醯亞胺樹脂之折射率=2 · 0的反射防止膜1 4 4，以持有發光波長以下之凹凸的模具，壓製整形其表面。依此，將反射防止膜 1 4 4之表面粗糙度（P V値（m a X — m i n ))設定成發光波長以下。之後，除去反射防止膜1 4 4不需要之部分。接著，將G aA s基板1 3 0硏磨至1 〇〇 //m厚度本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I I------裝 l· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -20- 564584 Μ __ Β7 五、發明説明（彳8 ) 後，形成η側電極（含G e之A u ) 1 4 3。並且，在 A r環境中執行4 5 〇 C， 1 5分鐘之熱處理。接著，對晶圓執行劃片使成晶片化後，執行環氧系樹脂（n =約 1·5)封裝。即使爲如此之構成，亦與第5實施形態相同，折射率在基底半導體層和密封樹脂之中間，依據形成表面被粗面化之反射防止膜1 4 4，可以達到大幅度提昇光抽出效率。並且與第6實施形態相同，反射防止膜之表面形狀，即使爲上述第14圖Α〜Ε所示之任一構造，亦可提昇光抽出效率。再者，作爲半導體材料除了InGaAlP之外，I nGaA lAs 系、A1 GaAs 系、GaP 系亦可得到相同之效果。再者，作爲反射防止膜之材料，即使爲混入T i〇2、T a〇2、Z r〇2於丙烯酸者亦可得到相同之效果。 (變形例）而且，本發明並非限定於上述之各實施形態。於第1 及第4實施形態中，作爲使結晶表面粗糙之方法，雖然是將生長時之PH3設爲1 〇 P a，但是，PH3分壓若被適當地設定在1〜20Pa之範圍即可。再者，於第3實施形態中，作爲使結晶表面粗糙之方法，雖然是導入A s Η 3 並予以退火，但是，其退火時所使用之氣體並不限定於 A sH3，若爲可使表面粗糙化含有與構成半導體之ν屬元素不同之V族元素和氫氣者即可。再者，作爲使結晶表面本紙張尺度適ϋ國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' -21 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 、11 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ____B7五、發明説明（19 ) 粗糙之方法，並不限於上述生長時之PH3分壓，而於生長後施予退火者，亦可以利用尖端角1 2 0度以下之硏磨機不規則地加工半導體層之表面。再者，突出物並不限於圓錐，即使爲三角錐、四角錐、六角錐等之角錐亦可。突出物不一定要在光抽出面側形成全面，光抽出面側之突出物的佔有面積比率爲越大越佳，若有5 0 %以上則可得到充分之效果。在此，光抽出效率光因是和佔有面積成正比，故突出部之佔有面積爲5 0 %以下，光抽出效率則成爲1 / 2 ( 1 . 1倍以下）。再者，突出部之週期在0 . 2〜0 . 5 // m時，光抽出提昇效果變小（1 . 1倍以下），於 0 · 2 // m以下時，則產生漸階（Graded-Index )效果。於第5〜第7實施形態中，雖然爲了使反射防止膜予以粗面化，而使用具有凹凸之模具，但是即使於形成反射防止膜之後，利用硏磨機不規則方向地使表面粗糙，來取代上述凹凸模具亦可。此時，可使用樹脂系以外之各種材料。再者，表面粗糙度（PV値）爲2 0 0 nm以上且發光波長以下之規定，並不一定限於反射防止膜，若爲半導體多層膜之光抽出面側亦可適用於其他層。具體而言，即是亦可適用於擴散層或接觸層。即是，於第1〜第5之實施形態中，即是將凹凸加工後之表面的表面粗糙度（P V 値）設定在發光波長以下亦可。而且，即使可滿足表面粗糙度（P V値）爲發光波長以上之規定，和α爲3 〇度以本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂 .41 -22- 564584 Α7 Β7 五、發明説明（20 ) 上之規定的雙方亦可。再者，自上部電極至活性層爲止之間於上部電極之正下方以外若能盡量充分地擴大電流，則不一定需要電流擴散層，亦可省略。而且，構成發光元件之半導體層的材料、組成、厚度等之條件是可依其規格而適當變更。再者，於實施形態中，雖然使用透明樹脂說明施予樹脂密封之例，但是本發明並非〕限於樹脂密封之情形。不施予樹脂密封之時，雖然反射防止膜直接予空氣接觸，但是於此時，因半導體多層膜與空氣之折射率差爲大，故同樣可得到藉由反射防止膜而提昇光抽出效率之效果。本發明並非限定於上述之實施形態，在不脫離申請專利車β圍及整體說明書中所表達的主旨或構思的範圍下，可以適當地變更，隨著其變更的半導體發光元件也包含在本發明技術性的範圍內。【圖面之簡單說明】第1圖Α〜第1圖C是表示第1實施形態所涉及之綠色L E D的元件構造及製造工程之剖面圖。第2圖是表示放大第1圖之L E D中之被形成於光面側上之突出物形狀的剖面圖。第3圖是表示第1圖之L E D中之電極圖案之一例的平面圖。第4圖是表示第1圖之L E D中之突出部側面和基板表面所構成角度α，和光抽出效果的關係圖。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -23- 564584 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明説明（21 ) 1 I 第 5圖是表示第2實施形態所涉及之綠色 L E D 的元 1 1 I 件構造之剖面圖。 1 1 I 第 6圖A、B是表示第3實施形態所涉及之綠色，~S 1 I 請 1 | L E D 的元件構造及製造工程的剖S I圖卜先閱 1 I 讀 1 第 7圖是表示放大第3實施形態中之光抽出面附近之背 1 | 之 1 構造的剖面圖。注意古 1 I 第 8圖是表示第4實施形態所涉及之面發光型 L D之事項再 1 1 I 元件構造的剖面圖。填馬本 \ 裝第 9圖A〜C是表示第5實; 拖) 杉態所涉及之綠色L E D 頁、w〆 1 i 之示件構造及製造工程的剖面圖〇 1 | 第 10圖是表示第5圖之L E D 中之凹凸高度和光抽 I 出效率的關係特性圖。 1 訂 I 第 11圖是表示發光波長前後之凹凸尚度和光抽出效 1 1 I 率的關係特性圖。 1 1 第 1 2圖是表示使反射防止膜表面粗面化之時的折射 1 1 率和光抽出效率的關係圖。線 I 第 1 3圖是表示反射防止膜之表面爲平坦之時的折射 1 1 I 率和光抽出效率的關係圖。 1 1 第 14圖A〜E是表不反射膜之粗面形狀之一例的咅!1 1 面圖 0 1 1 第 1 5圖是表示第6實施形態所涉及之綠色 L E D之 1 I 元件構造的剖面圖。 1 1- I 第 1 6圖是表示第7實施形態所涉及之面發光 L D之 1 元件構造的剖面圖。 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -24- 564584 A7 B7 五、發明説明（22 ) 【符號之說明】 1〇、5〇0、110、130 η 型 GaAs 基板 1 1 、7 1、1 1 1、1 3 1 η 型 G a A S 緩衝層 12、52、72、112、133 η 型 In〇5 A 1。. 5 P覆蓋層 1 3、1 2 3 非慘雑 I n〇.5(G a 〇·55Α 1 0.45) 〇 . 5 P活性層 14、54、74、114、135 p 型 In〇5 A 1 Q . 5 P覆蓋層 16、56、77、16、138 p 型 GaAs 接觸層 1 7 、3 7 I T 〇膜 2 0 突出部 2 1、4 1 電流區塊層 22、42 GaAs 層 2 3、4 5、6 3 P側電極 23a 墊片部 23b 周邊部 23c 連接部 2 5、4 3、6 5、8 5、1 4 3 η 側電極 30、120 ρ 型 GaAs 基板本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） —-------~裝-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 、11 i# 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -25- 564584 A7 B7 五、發明説明（23 ) 3 1、1 2 1 P型G a A s緩衝層 3 2^122 P型I η 〇 . 5 A 1 Q . 5 P覆蓋層非摻雜I n G a A 1 P活性層 34、124 n 型 In〇.5Al〇.5P 覆蓋層 5 5、1 1 5、1 2 5 n 型 I n G a P 電流擴散層 5 7 G a P 層 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 3 Λ 1 3 4 Μ Q w活性層 7 8 Λ 1 3 2 D B R反射層（ η — I π 〇 . 5 A 1 P / n — G a A s ) 7 9 > 1 3 7 D B R反射層（ P — I η 〇 . 5 A 1 P / P — G a A s ) 8 1 Λ 1 4 1 絕緣膜 8 3 Λ 1 1 8 Λ 1 2 8 、1 4 2 上部電極 1 1 3 非摻雜 I n G a A IP 活性層 1 1 7 Λ 1 2 7 > 1 4 7 反射防止膜 1 1 9 Λ 1 2 9 下部電極本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -26-

Claims

564584 A8 B8 C8 D8 _ 六、申請專利範圍 1 1 . 一種面發光型之半導體發光元件，其特徵爲：具備有具有主面之基板；包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜；及被設置在與上述半導體多層膜之上述基板相反側之光抽出面側上的多數錐體狀突出物，上述多數突出物的底面和側面之交叉角度被設定成3 0度以上7 0度以下。 ' 2 .如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成透明電極，上述突出物是被形成在上述透明電極之正下方的覆蓋層表面上。 3 ,如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成電流擴散層者，上述突出物是被形成在上述電流擴散層之表面上。 4 .如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述突出物爲圓錐或角錐。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述光抽出面側的上述突出物佔有面本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -27- 564584 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 積的比率爲5 0 %以上。 6 _如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述突出物是被週期性設置.，週期爲〇· 5 # m以上。 7 ·如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述活性層爲I n G a A 1 P，上述覆蓋層爲ΙηΑΙΡ。 8 .如申請專利範圍第1項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述突出物是其90%以上爲滿足上述交叉角度3 0度以上7 0度以下者。 9 · 一種面發光型之半導體發光元件，其特徵爲具備有具有主面之基板；及包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜，施予粗面加工使與上述半導體多層膜之上述基板相反側的光抽出面具有多數凹凸形狀，被該粗面加工之面的各凹凸的頂部和底部之距離（凹凸高度）是被設定成2 0 0 n m以上，且爲上述發光層的發光波長以下。 1 〇 .如申請專利範圍第9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成透明電極，粗面加工上述透明電極之正下方的覆蓋層表面。 ^紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐) ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝·

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -28 - 564584 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 1 1 ·如申請專利範圍第9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成電流擴散層者，粗亂加工上述電流擴散層之表面。 1 2 ·如申請專利範圍第9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述活性層爲I nGaA 1 P，上述覆蓋層爲ΙηΑΙΡ。 1 3 ·如申請專利範圍第9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，藉由上述粗面加工的凹凸是被週期性形成，當將上述發光波長當作λ之時，凹凸之週期爲： 0 . 5 λ以下。、 14.一種面發光型之半導體發光元件，其特徵爲：具備有具有主面之基板；包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜；及被設置在與上述半導體多層膜之上述基板相反側之光抽出面側上，表面被粗面加工成具有多數凹凸形狀的反射防止膜，上述反射防止膜之各凹凸的頂部和底部之距離（凹凸高度）是被設定成2 0 0 nm以上，且爲上述發光層的發光波長以下。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項所記載之面發光型之本張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、tT 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -29- 564584 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 4 半導體發光元件，其中，上述反射防止膜之折射率是被設定成比充塡於上述半導體多層膜之光抽出面側的透明樹脂高，且比上述半導體多層膜之最上層低。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成有電流擴散層。 1 7 .如申請專利範圍第1 4項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述活性層爲I n G a A 1 p，上述覆蓋層爲InAlP。 1 8 .如申請專利範圍第1 4項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，藉由上述粗面加工的凹凸是被週期性形成，當將上述發光波長當作λ之時，凹凸之週期爲 0 · 5 λ以下。 · 19.一種面發光型之半導體發光元件，其特徵爲：具備有具有主面之基板；包含被形成於上述基板之主面上之發光層的半導體多層膜；及被部分性地形成在與上述半導體多層膜之上述基板相反側之光抽出面側上的第1電極；被設置在上述半導體多層膜之光抽出面側上除了上述第1電極之外的部分上，施有粗面加工使表面具有多數凹凸形狀的反射防止膜；和本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（21〇χ297公釐）一 -30 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 564584 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 5 形成於上述基板之背面側整面的第2電極，上述反射防止膜之各凹凸的頂部和底部之距離（凹凸高度）是被設定成2 0 0 nm以上，且爲上述發光層的發光波長以下。 2 〇 ·如申請專利範圍第1 9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述反射防止膜之折射率是被設定成比充塡於上述半導體多層膜之光抽出面側的透明樹脂高，且比上述半導體多層膜之最上層低。 2 1 .如申請專利範圍第1 9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述半導體多層膜是具有以覆蓋層夾著活性層的雙異質構造部，並在與該雙異質構造部之上述基板相反側的覆蓋層上形成電流擴散層者，上述第1電極及反射防止膜是被形成在上述電流擴散層之表面上。 · 2 2 .如申請專利範圍第1 9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，上述活性層爲I n G a A 1 P，上述覆蓋層爲ΙηΑΙΡ。 2 3 .如申請專利範圍第1 9項所記載之面發光型之半導體發光元件，其中，藉由上述粗面加工的凹凸是被週期性形成，當將上述發光波長當作；I之時，凹凸之週期爲 0 . 5 λ以下。 24.—種面發光型之半導體發光元件，其特徵爲：具備有第1導電型之化合物半導體基板；在上述基板上形成本^張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -31 - 564584 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6 第1導電型之覆蓋層、活性層及第2導電型之覆蓋層而所構成之雙異質構造部；被形成在雙異質構造部之第2導電型覆蓋層上的第2 導電型之電流擴散層；被形成於上述電流擴散層的第2導電型之接觸層；被選擇性地形成在上述接觸層上的上部電極；被形成在上述基板之背面側上的下部電極；被形成在上述接觸層上無形成上述電極之部分上的反射防止膜，、上述反射防止膜之表面是被粗面加工成具有多數凹凸之形狀，依據粗面加工的凹凸之頂部和底部之距離（凹凸高度）是被設定成2 0 0 nm以上，且爲上述發光層的發光波長以下。. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）