专利名称：发光二极管及其制造方法
技术区域本发明涉及在内部量子效率及取光效率方面比以往更能发挥出色效果的发光二极管(LED)及其制造方法。
背景技术：
作为LED最重要的性能指数，可以列举出效率。即，在LED中用尽可能小的电流能取得更高的发光输出功率，也就是高效率是所期望的。
一般来说，效率由内部量子效率和取光效率所决定。所谓内部量子效率，就是在LED内部的电-光转换效率，是注入的电流在发光层内转换为光子的效率。另外，所谓取光效率，就是将在发光层产生的光取出到元件外部的效率。其中，关于内部量子效率，一般市场上销售的几乎所有的LED都已经能得到50％或50％以上的值，其中，也有内部量子效率大约达到100％的LED。
另一方面，取光效率，取决于在取光面上LED内部与外部的折射率之比、或其表面性状等，这是周知的。即，作为LED的材料一般使用的化合物半导体的折射率(n2.2～3.8，例如在GaN中为2.7)与空气(真空)的折射率(n＝1)相比极大。因此，按照斯内尔定律，从发光元件可以向外部射出的光，被限制在从LED内部向表面的光的入射角小于等于某临界角(θc)的光。也就是说，在LED的活性层，虽然光向所有方位发出，但由于LED结构表面的全反射，不能将大部分发出的光取出到LED的外部。例如，以GaN的情况为例，临界角(θc)为θc＝21.9°，只能将全发光(发出的所有的光)中的约4％取出到LED外部。在LED结构表面上发生全反射的光，再次侵入到LED内部，在LED内的界面或LED的背面等反射，再次射向LED结构表面。这些LED内的界面或LED的背面，一般由与LED结构表面平行的面构成，因此再次射向LED结构表面的光的、向LED结构表面的入射角与最初的向LED结构表面的入射角相同，再次发生全反射。这样，发生一次全反射的光，不能取出到LED外部，在多次重复全反射的期间被吸收，通过经由缺陷能极的复合而作为热量丧失。
作为提高取光效率的方法，很早就有人提出使LED结构表面粗糙的方法。这种方法的使用原理是，通过蚀刻处理等使取光面适当地粗糙，在取光面发生全反射的光在LED界面或背面反射而再次入射到LED结构表面时的入射角，由于从最初的全反射时的入射角发生了变化，所以光就会在LED内部多次重复地发生全反射，并且在重复全反射的期间，在某一个阶段就会产生以小于等于临界角的角度向LED结构表面入射的概率，从而提高取光效率。
通过使LED结构表面粗糙的方法而获得这样的效果很早就为人所周知，例如，在I.Schnitzer et al.，“30％ external quantum efficiency from surfacetextured，thin-film light-emitting diodes”，Appl.Phys.Lett.63(1993)2174.(非专利文献1)中，就例示通过气体蚀刻使AlGaAs类的LED结构表面粗糙，在表面未被粗糙化的LED中将9％的外部量子效率(＝内部量子效率×取光效率)提高至30％。
另外，关于GaN类的LED，在美国专利第6,091,085号(专利文献1)中记载有，在衬底表面形成凹凸而提高取光效率的方法和通过在用绝缘体覆盖了表面的一部分的衬底上进行生长而在GaN类LED的结构表面形成凹凸的方法，或通过将GaN类LED最表面的层在小于等于1040℃的低温或V/III比小于等于10000的情况下生长而在GaN类LED的结构表面形成凹凸的方法。在这种情况下所谓GaN类LED最表面的层，在考虑到当时所周知的一般的GaN类LED为蓝宝石/低温生长缓冲层/Si搀杂n型GaN/InGaN多重量子阱/Mg搀杂p型AlGaN/Mg搀杂p型GaN时，就是p型GaN层(例如，参照S.Nakamura et al.，“High Brightness InGaN blue，green and yellowlight-emitting diodes with quantum well structures”，Jpn.J.Appl.Phys.Vol34(1995)pp.L797-L799.(非专利文献2)及S.D.Lester et al.“High-efficiencyInGaN MQW blue and green LEDs”，J.Crystal Growth Vol.189/190(1998)pp.786-789.(非专利文献3))。
另外，在美国专利第6,441,403号(专利文献2)上等也同专利文献1一样记载着，通过将GaN类LED的最表面层在400℃～1000℃的温度下生长，在GaN类LED结构表面形成凹凸，从而提高取光效率的方法。
关于这样的在表面具有凹凸的GaN类LED，专利文献1之前已在特开平8-236867号公报(专利文献3)中有所记述，在特开平8-274411号公报(专利文献4)中也有关于在表面具有凹凸的GaN类LED的记述。进一步地说，在I.Akasaki et al.，“Crystal growth and properties of gallium nitride and its bluelight emitting diode”，JARECT Vol.19，Semiconductor Technologies(1986)，J.Nishizawa(ed)，Ohmsha ltd.And North-Holland(非专利文献4)及K.Hiramatsuet al.，“Cathodoluminescence of MOVPE grown GaN layer on α-Al2O3”，J.Crystal Growth 99(1990)375.(非专利文献5)中，例示了在表面上具有生长时形成的多个槽的GaN类LED。限于GaN类LED，在非专利文献1及专利文献1以前的GaN类LED研究的初期阶段，由于难以在表面平坦的状态下生长GaN类材料，所以能够知道表面上具有凹凸的LED一般已为人所知。
这里要指出，在这样的具有粗糙表面的LED中，为了充分提高取光效率，需要充分减少在LED内部的光的吸收。考虑活性层厚，在表面发生全反射后返回到LED内部的光大部分在活性层被再次吸收的情况。在活性层被吸收的光生成电子-空穴对，通过这个电子-空穴对的复合而产生的光再次向所有方向放射(将此称为“光子再循环”)。在这种情况下，由于光的行进方向信息因吸收而丢失，所以即使使表面粗糙而改变光的反射角度也不能提高取光效率。
然而，在考虑了取光效率之后，与表面的性状并列的重要因素有电极的构成/配置。即，在设置在LED表面的电极的至少一部分，需要从外部电源向电极进行配线，因而需要形成具有某种程度的机械强度的区域(电极焊接点)。这样的电极焊接点不透光，阻碍向元件外部的取光。
作为缓和上述电极焊接点不良影响的代表性方法，有以下方法充分扩大表面-发光层之间的距离(10μm或10μm以上)，即设置“电流分散层”，以使由电极焊接点供给的载流子到达发光层为止充分扩大，在活性层存在的表面上的通电区域内不影响电极的部分的比例增大。这个方法，是将电流分散层与发光层等同时通过结晶生长而能够实施的简便方法，但由于与活性层的厚度(典型的为1μm或1μm以下)相比，电流分散层的厚度极大，所以存在生长膜的厚度增大、制造成本上升的缺点。进一步，这样的电流分散层因为通常是被高浓度地搀杂，所以产生基于由杂质能级或高浓度搀杂引起的缺陷能级的光吸收，一旦具有10μm的厚度，就会产生因那里的光吸收而大幅度降低效率的缺点。
为了消除这样的缺点，作为电流分散层不是用厚的半导体层，而是将能够透光的极薄的金属膜、或由ITO等氧化物组成的透明导电膜设置在LED表面的方法是有效的。
作为缓和电极焊接点不良影响的其他方法，有倒装片结构。该方法是对不包含吸收光的衬底的LED是有效的方法，它将p电极及n电极两方设置在衬底的同一表面，在一方或两方的电极使用高反射率的金属，且用这些金属几乎覆盖全表面，将在活性层产生的光用电极反射，从衬底的没有设置电极的面取出光。在这种情况下，如设置了半导体的电流分散层的情况的、由生长引起的成本的增加或在电流分散层的光吸收等缺点是不存在的。
通过以上讨论就能想到，为了不使生产成本增加而提高LED的取光效率，将作为方法1的所谓“使LED结构表面粗糙，且(1)形成基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层”的方法，和作为方法2的所谓“使LED结构表面粗糙，且(2)形成倒装片结构”的方法组合在一起是有希望的。另外如上述讨论所明确的那样，为了充分发挥使表面粗糙的效果，还需要降低在活性层的光的吸收。
然而，实际上将上述(1)或(2)与使LED表面粗糙的办法并用时，几乎都伴随着极大的困难。
例如，在非专利文献4中，像前面所述的、覆盖设置了电极的全表面的电极并没有被设置，而只是在表面一部分设置了焊接点。这可以推断出其原因是，如非专利文献4的图19.2所示，由于表面凹凸的高低差大于等于20μm，所以不分割薄的透明导电膜而在全表面形成是很困难的。
另外例如，针对在专利文献1的第6个实施例或在专利文献2的图3(B)、4(B)、5(B)、6(B)中例示的、在GaN类LED上以小于等于1000℃的温度生长Mg搀杂或Si搀杂GaN并在LED表面形成凹凸的方法，我们进行了跟踪测试，当生长了如能够得到低电阻的GaN层的通常的搀杂浓度的GaN层时，为了形成提高取光效率所充分的凹凸，需要生长2μm左右的GaN层。在这种情况下，在Mg搀杂GaN或Si搀杂GaN层的光吸收就会过大，无论采用所述(1)、(2)的任意一种方法，都反而会降低取光效率。
进一步，在所述(1)的方法中作为透明电极，通常使用厚度为100nm左右或其以下的膜。这是为了抑制在透明电极的光的吸收。由于这个缘故，当使用了如专利文献2的图3(B)、4(B)、5(B)、6(B)中例示的表面形态、即具有能够提高取光效率的凹凸(高度＞100nm)、且完全没有平坦部的表面时，连续形成透明导电膜是不可能的，不能在表面全体分散电流而结果有效地提高LED的发光输出功率是困难的。进一步说，在几乎所有的情况下，当这样的电流分散不充分时反而比具有平坦表面的LED发光输出功率还要低。
另外，根据T.Riemann et al.“Proceedings of International Workshop onNitride Semiconductor”，IPAP Conf.Series 1pp.280-283.(非专利文献6)及我们的调查结果，当通过生长，在表面形成了凹凸时，由于生长气体中所含杂质的自动搀杂，凹凸斜面成为高浓度的n型。到目前为止所报告的GaN类LED，其大部分是在表面上生长p型GaN层的形态。作为p型杂质而使用的Mg原料(Cp2Mg)容易残留在生长装置内，一旦p型半导体层比活性层先生长，Mg就会混入到活性层从而发光输出功率下降，这就是将p型半导体层放在最上层的原因。在这样的通常的GaN类LED的实施方式中，适用专利文献1的第6个实施例、或在专利文献2的图3(B)、4(B)中所记载的方法，当形成了如专利文献2的图3(B)、4(B)的表面形态时(在表面只存在斜面的形态)，由于上述自动搀杂，LED的最表面就不是p型而变成n型。
进一步，当通过蚀刻形成表面的凹凸时，在孔的斜面上也会出现具有与平坦部分不同的化学性质的面。一般地，这样的化学性质不同的面，在其面上形成金属电极时的特性也不相同，在同样的电极形成条件下未必平坦的表面与孔的斜面双方都形成具有LED上所必要的低接触电阻的电极。在极端的情况下，在平坦的表面上形成能得到低接触电阻的电极的条件下，有时也会在孔的斜面上形成有整流性的肖特基型的电极。
在这些情况下，即使向LED通电，其驱动电压也会变得极其高，即使采用上述(1)、(2)的任意一种方法，也会因为发热而使发光输出功率极其低。
如上所述，使以下两种方法相协调的方法至今尚未确立。这两种方法就是使LED结构表面粗糙而提高取光效率的方法，与避免低成本的电极焊接点不良影响的方法((1)形成基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层，(2)形成倒装片结构，等等)。
以上，对于GaN类LED通过示例进行了叙述，但将使表面粗糙的办法与所述(1)、(2)的方法同时使用时产生的问题，在其他半导体中也同样发生，所以以下所述内容，不仅对GaN类LED而且对由其他半导体形成的LED也同样可以适用。
专利文献1美国专利第6,091,085号专利文献2美国专利第6,441,403号专利文献3特开平8-236867号公报专利文献4特开平8-274411号公报非专利文献1I.Schnitzer et al.，“30％external quantum efficiency fromsurface textured，thin-film light-emitting diodes”，Appl.Phys.Lett.63(1993)2174.
非专利文献2S.Nakamura et al.，“High Brightness InGaN blue，greenand yellow light emitting diodes with quantum well structures”，Jpn J.Appl.PhysVol34(1995)pp.L797-L799.
非专利文献3S.D.Lester et al.“High-efficiency InGaN MQW blue andgreen LEDs”，J.Crystal Growth Vol.189/190(1998)pp.786-789.
非专利文献4I.Akasaki et al.，“Crystal growth and properties ofgallium nitride and its blue light emitting diode”，JARECT Vol.19，SemiconductorTechnologies(1986)，J.Nishizawa(ed)，Ohmsha ltd.And Norrth-Holland.
非专利文献5K.Hiramatsu et al.，“Cathodoluminescence of MOVPEgrown GaN layer on α-Al2O3”，J.Crystal Growth 99(1990)375.
非专利文献6T.Riemann et al.“Proceedings of International Workshopon Nitride Semiconductor”，IPAP Conf.Series 1pp.280-283.
发明内容
本发明的目的是提供一种使以下两种方法相协调的方法。这两种方法就是使LED结构表面粗糙而提高取光效率的方法，与避免低成本的电极焊接点不良影响的方法((1)形成基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层，(2)形成倒装片结构)。
本发明的发光二极管，在衬底上作为半导体层叠的结构至少具有n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层，其特征在于，所述半导体层叠结构的表面(半导体层叠结构与衬底的相切面的反面)由平坦部分与多个孔构成，所述多个孔在表面的占有率((孔的开口部面积/表面积)×100)大于等于10％、小于等于85％，所述孔的开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
这样，在半导体层叠结构表面不是仅仅形成凹凸，通过在半导体层叠结构表面留下平坦部分，就能够防止由上述自动搀杂引起的p型半导体层的n型半导体层化、或高接触电阻化。并且，通过把活性层做成30层或30层以下的量子阱层，就能够抑制在活性层的光的再吸收，能够有效地提高取光效率。并且，通过将孔的深度做成比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，就能够防止电极与发光区域(活性层)的短路。这是因为如果孔达到发光二极管的发光区域(活性层)，当在孔的表面上形成电极时，电极与发光区域(活性层)就会短路。由于发光二极管是通过对pn接合施加电压而发光，所以当电极与发光区域(活性层)短路时就会不发光。
另外，在本发明的发光二极管中，在所述半导体层叠结构表面形成透明导电膜，在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点，光从所述透明导电膜侧射出是优选的。
这样，通过在残留有平坦部分的半导体层叠结构表面上形成透明导电膜，当在半导体层叠结构表面形成了透明导电膜时，就能够防止透明导电膜被分割而不能分散电流。
另外，在本发明的发光二极管中，在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点，光从所述衬底侧射出是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述孔开口部的形状为圆形或多边形是优选的。此外，在这里所述孔开口部的形状为多边形时的直径，就是其多边形的外接圆的直径。
另外，在本发明的发光二极管中，所述孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述孔的形状为圆锥形或多边锥形是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述n型半导体层与p型半导体层由氮化物半导体形成是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述的量子阱层由阱层和阻挡层构成是优选的，其中阱层由InxAlyGazN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)组成，而阻挡层与所述阱层的组成成分不同且由比所述阱层带隙能还大的InaAlbGacN(0≤a、b、c≤1，a+b+c＝1)组成。
另外，在本发明的发光二极管中，所述阱层是非搀杂的，且所述阻挡层为n型是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述n型半导体层及p型半导体层的双方或一方，由搀杂浓度或组成成分不同的多个层构成是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述n型半导体层，由非搀杂GaN层与n型GaN层构成是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述p型半导体层，由p型AlGaN层与p型GaN层构成是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述n型半导体层，形成在所述p型半导体层与所述衬底之间是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述p型半导体层，形成在所述n型半导体层与所述衬底之间是优选的。
另外，在本发明的发光二极管中，所述衬底，由蓝宝石、SiC、GaN、AlN、ZnO中的任意一种组成是优选的。
本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1)，其特征在于，包括通过在衬底上至少顺序地叠层n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层而形成半导体层叠结构的工序；孔形成工序，该孔形成工序通过对所述半导体层叠结构表面(半导体层叠结构与衬底的相切面的反面)进行蚀刻，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率((孔的开口部面积/表面积)×100)大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1)中，在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序；在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序；或在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点的工序是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1)中，通过使用了含有H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH中的至少1种的溶液的湿式蚀刻或电化学蚀刻进行所述蚀刻是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1)中，通过使用了含有HCl、Cl2、SF6、BCl3、CH4中的至少1种的气体的干式蚀刻进行所述蚀刻是优选的。
本发明的发光二极管的制造方法(制造方法2)，其特征在于，包括孔形成工序，该工序在衬底上至少顺序地叠层包含n型杂质浓度大于等于5×1018/cm2且膜厚大于等于1μm的n型杂质高浓度搀杂层的n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层，由此形成半导体层叠结构，由此，在所述半导体层叠结构表面(半导体层叠结构与衬底的相切面的反面)上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率((孔开口部的面积/表面积)×100)大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
本发明的发光二极管的制造方法(制造方法3)，其特征在于，包括孔形成工序，该工序在衬底上至少顺序地形成n型半导体层；由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层；含有在衬底温度Tg小于等于1000℃且膜厚大于等于100nm小于等于1μm、并且所述衬底温度Tg与p型杂质浓度(单位/cm3)的关系为p型杂质浓度＞4.58×1018e0.00211Tg的条件下形成的p型孔形成层的p型半导体层，由此，在所述半导体层叠结构表面(半导体层叠结构与衬底的相切面的反面)上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率((孔开口部的面积/表面积)×100)大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1020个/cm2。
另外，本发明的发光二极管的制造方法(制造方法2、3)，在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序、在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序，或在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点的工序是优选的。
本发明的发光二极管的制造方法(制造方法4)，其特征在于，包括通过在衬底上至少顺序地叠层n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层而形成半导体层叠结构的工序；在所述半导体层叠结构的表面(半导体层叠结构与衬底的相切面的反面)上，形成由从Ni、W、Al、Ti、Au、Pt、Pd、In中选出的金属组成且膜厚大于等于0.5nm小于等于100nm的金属膜(单层膜或复合膜)的工序；孔形成工序，该工序通过对形成了所述金属膜的半导体层叠结构进行热处理，在所述半导体层叠结构表面上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率((孔的开口部面积/表面积)×100)大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法4)中，在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序、在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序，或在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点的工序是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法4)中，所述热处理的温度大于等于800℃、小于等于1300℃，且所述热处理的气体由单独的氨气、氨与氢的混合气体、氨与氮的混合气体、氨与氢及氮的混合气体中的任意一种而构成是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法4)中，在所述热处理之后用酸性溶液或碱性溶液清除所述金属膜是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法4)中，所述金属膜为多种金属叠层而形成的复合金属膜是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1、2、3、4)中，所述透明导电膜，包含Ni、Au、ITO、ZnO中的至少一种是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1、2、3、4)中，在所述孔形成工序之后，通过使用了含有H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH中的至少一种的溶液的湿式蚀刻，对所述孔的开口部或深度的至少一方进行扩张是优选的。
另外，在本发明的发光二极管的制造方法(制造方法1、2、3、4)中，只有所述平坦部分被透明导电膜覆盖是优选的。
如以上说明，本发明的发光二极管，不是在半导体层叠结构表面仅仅形成凹凸，而是通过在半导体层叠结构表面残留平坦部分，能够防止由上述自动搀杂引起的p型半导体层的n型半导体层化、或高接触电阻化。而且，通过把活性层做成30层或30层以下的量子阱层，能够抑制在活性层上的光的再吸收，能够有效地提高取光效率。
另外，半导体层叠结构表面由平坦部分与多个孔构成，所述多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，在所述半导体层叠结构表面形成透明导电膜，由此不会出现不能够分散电流为止透明导电膜被分割的现象。
另外，根据本发明，能够使以下两种方法相协调，这两种方法是使LED结构表面粗糙而提高取光效率的方法，与避免低成本的电极焊接点不良影响的方法((1)形成基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层，(2)形成倒装片结构)。
在本发明的发光二极管中，量子阱层的层数小于等于30层是优选的，但小于等于12层更是优选的，另外，小于等于6层比任意一种都更是优选的。其原因是，当量子阱层的层数小于等于30层时，在表面形成了孔的LED结构的发光输出功率比表面是平坦的LED结构还高，特别是当量子阱层的层数小于等于12层时输出功率增加率为1.5或1.5以上，另外，进一步，将量子阱层的层数做到小于等于6层时，输出功率增加率就变为2或2以上。
图1是本发明的一个实施例(实施例1)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图2是本发明的一个实施例(实施例1)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图3是本发明的一个实施例(实施例1)中，展示通过对p型GaN层表面进行蚀刻形成了多个孔的外延晶片表面状态的图纸代用照片。
图4是表示本发明的一个实施例(实施例2)中，量子阱数与输出功率增加率关系的图。
图5是本发明的一个实施例(实施例3)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图6是本发明的一个实施例(实施例3)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图7是本发明的一个实施例(实施例4)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图8是本发明的一个实施例(实施例4)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图9是本发明的一个实施例(实施例5)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图10是本发明的一个实施例(实施例5)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图11是本发明的一个实施例(实施例7)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图12是本发明的一个实施例(实施例7)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图13是本发明的一个实施例(实施例8)中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图14是本发明的一个实施例(实施例8)中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
图15是在以往的例子中，形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的发光二极管的截面图。
图16是在以往的例子中，形成了倒装片结构的发光二极管的截面图。
符号说明101衬底102低温生长缓冲层103非搀杂GaN层104n型GaN层105InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)106p型AlGaN层107p型GaN层108透明导电膜109第一电极焊接点110第二电极焊接点111n型AlGaN层112InAlGaN/InAlGaN多重量子阱层(活性层)113n型GaN层(n型杂质高浓度搀杂层)114p型GaN层(p型孔形成层)201衬底，202低温生长缓冲层203非搀杂GaN层204n型GaN层205InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)206p型AlGaN层
207p型GaN层209第一电极焊接点210第二电极焊接点211n型AlGaN层212InAlGaN/InAlGaN多重量子阱层(活性层)213n型GaN层(n型杂质高浓度搀杂层)214p型GaN层(p型孔形成层)具体实施方式
下面，对本发明通过实施例进行更加详细的说明，但本发明不受其所限。
实施例1首先，参照图15及图16对基本的以往型发光二极管(LED)的制造方法进行说明。
首先，在直径为2英寸的由C面的蓝宝石组成的衬底(501、601)上通过MOVPE法生长发出蓝色光的LED结构。具体来说，将由蓝宝石组成的衬底(501、601)导入MOVPE装置后，通过在760Torr的氮/氢混合气体中(总流量＝150slm、氮/氢＝2)以1135℃的温度加热10分种，除去衬底表面的氧化物等(热净化)。此后，将衬底温度降低到515℃的同时，将输送气体流量做成140slm，将输送气体中氮/氢体积比做成1.5，将氮原料的氨(NH3)气以10slm的流量导入生长装置。进一步，作为Ga的原料将三甲基镓(TMG)导入生长装置，在衬底上将由GaN形成的低温生长缓冲层(502、602)以1.6μm/小时的生长速度生长22nm。
此后，将输送气体流量做成80slm、将输送气体中氮/氢的体积比做成1、将氨气流量做成20slm、将衬底温度做成1075℃，将非搀杂GaN层(503、603)以4μm/小时的生长速度生长2μm的膜厚。在其上面，将Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层(504、604)生长4μm的膜厚。
此后，把衬底温度降低到750℃，形成了6周期的、非搀杂In0.15Ga0.85N量子阱层(膜厚3.5nm)/由Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层形成的InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)(505、605)。然后，再次将衬底温度做成1075℃，将Mg浓度为3×1019cm-3的p型Al0.1Ga0.9N层(506、606)生长35nm的膜厚，将Mg浓度为5×1019cm-3的p型GaN层(507、607)生长200nm的膜厚。
接着，将外延晶片的一部分通过反应离子蚀刻(RIE)装置，蚀刻到n型GaN层(504、604)。在这里，未被蚀刻除去的区域的斜面，如图1所示不是垂直，而是倾斜面。然后，在实施了蚀刻的区域的底面上，形成第二电极焊接点(Ti(膜厚200nm)/Al(膜厚2000nm))(510、610)。
此后，对一部分外延晶片，形成透明导电膜(Ni(膜厚2nm)/Au(膜厚6nm))(508)及第一电极焊接点(Ni(膜厚20nm)/Au(膜厚5000nm))(509)，制造了如图15所示的形成了基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层的LED结构。(以下称“表面取光型LED结构”)。另外，对其他的一部分外延晶片，在LED表面上形成第一电极焊接点(Ag(膜厚5000nm))(609)，制造了如图16所示的形成了倒装片结构的LED结构(以下称“倒装片型LED结构”)。以下，将各自称为“以往型表面取光型LED结构”、“以往型倒装片型LED结构”，并将这些统称为“以往型LED结构”。
在给这些LED以20mA通电时的发光输出功率，在图1的表面取光型LED结构中为4mW，在图2的倒装片型LED结构中为9mW。
接着，在同样的外延晶片，准备只将p型GaN层(507、607)的厚度做成200nm～3000nm的数种外延晶片，将这些外延晶片在硫酸与磷酸的混合溶液中进行表面蚀刻，制造出在表面形成孔的外延晶片。蚀刻时的溶液温度范围在100℃～180℃内，另外，蚀刻时间的范围为10分种～2小时。
图3表示蚀刻后的外延晶片表面状态的一个例子。如图3所示，通过本蚀刻而形成的表面形态，由多个孔与其余的平坦部分构成。根据蚀刻的条件，孔的密度在1×105个/cm2～5×1010个/cm2的范围内变化。另外，孔的开口部形状取决于蚀刻的条件，有圆形、六边形、12边形等各种形状，但孔本身是使它们朝上的圆锥形或角锥形，孔的深度为与孔的开口部外接圆直径相同的程度～1/4左右之间。孔的直径及深度根据蚀刻的温度、时间，分别在50nm～5000nm、30nm～5000nm的范围内变化。综合以上条件，准备具有将开口部占表面积的比例做成0％(无蚀刻)～100％(无平坦部)之间的各种表面形态的外延晶片，与所述以往的例子相同制造出了表面取光型LED结构及倒装片型LED结构(参照图1及图2)。
如图1及图2模式所示，在形成了所述孔的外延晶片上进行基于RIE的蚀刻时，未被RIE除去的区域的斜面上也残留有所述的孔，形成凹凸斜面。斜面上孔的密度、从上面看时的孔的直径等，大体上沿用了当初的值。
另外，如图1所示，在本发明的表面取光型LED中，将透明导电膜蒸镀到孔的内部。
这些LED中的某些LED，与以往型LED结构相比，发光输出功率的显著增大得到承认，发光输出功率最大可以增加到以往型LED结构的2倍。然而，对于某些LED，只显示出与以往型LED结构相同或其以下的发光输出功率，进一步，一部分LED完全不发光。
将在发光输出功率增大的LED中能够看到的孔的形态总结如下。
1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
另一方面，完全不发光的LED，是孔的深度比p型GaN层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还深的LED。这是因为，如上所述，透明导电膜与发光层是短路的。
另外，关于p型GaN层整体厚度比1000nm还厚的LED，不取决于孔的密度/深度/直径，其发光输出功率比以往型LED结构还要小。这是因为在p型GaN层的光的吸收过大的缘故。即，把孔的深度做成1000nm或1000nm以上，为了防止所述的短路，将p型GaN层整体生长1000nm或1000nm以上的厚度，也没有提高发光输出功率的效果。
进一步，当孔的直径未达到100nm时和孔的深度未达到100nm时，与以往型LED结构相比几乎看不出发光输出功率的差异。这可以认为是由于孔的直径及深度相对于光的波长来说小，所以光通过孔而散射，不能取得提高取光效率的效果。
当LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例未达到10％时，发光输出功率就几乎与以往型相等。
另外，当开口部在表面所占面积的比例比85％还大时，在表面取光型LED结构中透明导电膜被分割而不能给LED整体通电，发光输出功率比以往型LED结构还低。进一步，在倒装片型LED结构中，当开口部在表面所占面积的比例比85％还大时，发光输出功率也是比以往型LED结构还低。这是由于在表面上孔的斜面所占比例增加，所以电极的接触电阻增大，在以往型LED结构中为3.3V的20mA通电时的电压就上升到5.1V，元件的发热变大。
实施例2在实施例1的LED结构中，准备在InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)(105、205)中非搀杂In0.15Ga0.85N层的层数为1层～50层的外延晶片，并利用各个外延晶片制造出了以往型表面取光型LED结构以及与实施例1相同在表面上形成孔的表面取光型LED结构。
图4表示，量子阱层的数和通过在表面上形成孔的输出功率增加率(在表面上形成孔的LED结构中能得到的最大发光输出功率/以往型LED结构的发光输出功率)。如图4所示，当量子阱层的数比30还大时，即使在表面上形成孔，发光输出功率也不会增加(输出功率增加率1或1以下)。这就是如前面所述，在活性层的光吸收增多的影响。当量子阱层的数在30层或30层以下时，在表面上形成孔的LED结构的发光输出功率比表面平坦的LED结构还要高，特别是当量子阱层的数为12层或12层以下时输出功率增加率达到1.5或1.5以上。进一步，把量子阱层的数做到6层或6层以下时，输出功率增加率就变成2或2以上。
实施例3如图5及图6所示，在实施例1的LED结构中，在n型GaN层(104、204)与InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)(105、205)之间插入Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型Al0.1Ga0.9N层(111、211)，制造出了将活性层做成6周期的、非搀杂In0.06Ga0.94N(膜厚3.5nm)/由Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层形成的InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)(105、205)的青紫LED(发光波长400nm)用外延晶片，并进行与实施例1相同的实验。其结果，与实施例1的情况相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例4如图7及图8所示，在实施例3的LED结构中，制作用InAlGaN/InAlGaN多重量子阱层(活性层)(112、212)构成了多重量子阱层的紫外LED用的外延晶片(发光波长320nm～395nm)，该InAlGaN/InAlGaN多重量子阱层(活性层)(112、212)由用InxAlyGazN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)表示的阱层以及与此组成成分不同、且由比阱层的带隙能级大的InaAlbGacN(0≤a、b、c≤1，a+b+c＝1)表示的阻挡层形成，并进行与实施例1相同的实验。其结果，与实施例1相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例5如图9及图10所示，采用与实施例1相同的生长条件，生长出n型GaN层在最上层的蓝色LED用外延晶片。具体来说，首先，在由蓝宝石组成的衬底(101、201)上生长出由GaN组成的低温生长缓冲层(102、202)、非搀杂GaN层(膜厚2μm)(103、203)、Mg浓度为5×1019cm-3的Mg搀杂p型GaN层(膜厚4μm)(107、207)和Mg浓度为3×1019cm-3的Mg搀杂p型Al0.1Ga0.9N层(膜厚35nm)(106、206)。在此中断一次生长，从生长装置取出外延晶片。此后，为了除去生长装置内残留的Mg，在生长装置内没有外延晶片的状态下，使氢气以50slm的流量流入的同时，将温度提高到1200℃，进行30分钟的空烧。此后，再将生长装置的温度恢复到室温，并将刚才取出的外延晶片导入生长装置。然后，将生长装置的温度提高到750℃，形成6周期的、非搀杂In0.15Ga0.85N(膜厚3.5nm)/由Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层形成的量子阱结构(InGaN/GaN多重量子阱层(活性层)(105、205))。最后，生长出将Si浓度为3×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层(104、204)做成200nm～3000nm的数种外延晶片。
对于这些外延晶片，也进行与实施例1相同的实验。其结果也与实施例1的情况相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比n型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例6将衬底变更为由SiC、GaN、AlN或ZnO组成的衬底，进行与实施例1相同的实验。无论采用这些当中的任意一种衬底，本发明的LED结构与以往型LED结构相比其发光输出功率都增大了1.5倍～2倍左右，该事实得到承认。因此，很明显本发明不依赖于使用的衬底的种类，都能够适用。
实施例7下面，如图11及图12所示，按照实施例1中记载的以往型LED结构的生长顺序，通过在n型GaN层上高浓度地搀杂Si，形成n型杂质高浓度搀杂层(113、213)，由此尝试了在LED结构表面上形成孔。
其结果，显然当衬底温度比通常生长GaN层时采用的衬底温度1000℃还高时，如果将Si浓度大于等于5×1018cm-3的Si搀杂n型GaN层生长1μm或1μm以上，n型GaN层的生长后在表面上就形成孔，这些孔在活性层及p型半导体层的生长后仍然残存，在LED结构表面形成深度及直径大于等于100nm的孔。在此情况下的衬底温度为1000℃～1200℃是合适的，生长速度为0.1nm/s～10nm/s是合适的，另外V族/III族原料比为100～50000是合适的。输送气体中氢∶氮的比例为1∶0～1∶10是合适的。进一步，生长压力为10kPa～150kPa是合适的。另外，作为导入生长装置内的气体总量，将在衬底发置位置的气体流速换算为室温，使其成为0.1m/s～10m/s是合适的。
另外，关于表面形态与LED发光输出功率的关系，与实施例1的情况相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例8下面，如图13及图14所示，按照实施例1的以往型LED结构的生长顺序，以比通常生长GaN层时采用的衬底温度1000℃还低的衬底温度，生长p型GaN层，由此尝试了在LED结构表面上形成孔。
然而，当衬底温度在700℃～1000℃的范围内、将Mg搀杂量做成能得到通常低电阻的p型GaN的1×1019/cm3左右时，为了形成有助于取光效率的改善的、深度及直径大于等于100nm的孔，需要将p型GaN层生长出1000nm或1000nm以上的厚度。在这样做成的表面具有孔的LED中，由于在厚的p型GaN层的光的吸收，发光输出功率变得比以往型LED结构还低。
本发明者看出，通过进一步增加向p型GaN层(107、207)的Mg搀杂量，可以将在LED结构表面形成孔所必要的p型GaN层的膜厚做成1000nm或1000nm以下。具体来说，p型GaN层(107、207)的厚度在大于等于100nm、小于等于1μm(光吸收不成问题，且在原理上能够形成100nm或100nm以上深度的孔的厚度)的范围内，为了形成具有提高取光效率所充分的深度、直径、密度的孔，需要形成在将衬底温度设为Tg(单位℃)时，根据p型杂质浓度(单位/cm3)＞4.58×1018e0.00211Tg的条件形成的p型孔形成层(114、214)。在此情况下的衬底温度Tg为700℃～1000℃是合适的，生长速度为0.1nm/s～10nm/s是合适的，V族/III族原料比为100～50000是合适的。输送气体中氢∶氮的比例为1∶0～1∶10是合适的。进一步，生长压力为10kPa～150kPa是合适的。另外，作为导入生长装置内的气体总量，将在衬底设置位置的气体流速换算为室温，使其成为0.1m/s～10m/s是合适的。
关于这样制作的LED，也是与实施例1的情况相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例9对与实施例1相同的外延晶片，通过以下方法在表面上形成孔。
1)在用膜厚大于等于0.5nm小于等于100nm的、Ni、W、Al、Ti、Au、Pt、Pd、In的单独膜或复合膜覆盖的状态下，在以单独的氨气、氨与氢的混合气体、氨与氮的混合气体、或氨与氢及氮的混合气体中的任意一种气体为主要成分的气体中进行的将温度做成800～1300℃的热处理(在进行LED元件工艺之前，用酸性或碱性溶液清除这些外延晶片上的金属膜。)2)在H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH的水溶液或乙撑二醇溶液、或这些的混合物水溶液或乙撑二醇溶液中进行的湿式蚀刻3)在H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH的水溶液或乙撑二醇溶液、或这些的混合物水溶液或乙撑二醇溶液中进行的电化学蚀刻4)通过含有HCl、Cl2、SF6、BCl3、CH4的至少一种的气体进行的干式蚀刻通过这些方法中的任意一种方法都能在LED表面形成孔，但其密度、直径、深度取决于形成条件。然而，在任意一种情况下，都与实施例1的情况相同，在1)LED结构表面的孔的开口部在表面所占面积的比例大于等于10％、小于等于85％。
2)孔的外接圆的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm，孔的深度比p型半导体层整体厚度(活性层与平坦部分之间的距离)还浅。
3)孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
的情况下，与以往型LED结构相比发光输出功率的显著增加得到承认。
实施例10在实施例7及8所记载的本发明的LED结构中，对于与以往型LED结构相比发光输出功率的提高比例为1.5倍左右的LED，对外延晶片表面在H3PO4中以150℃～200℃的温度进行5分钟～30分钟的蚀刻。通过该蚀刻，与在实施例6及7阶段中所得到的孔相比，孔的直径及深度变大，其结果是这些LED的发光输出功率增加到以往型LED结构的1.8～2.2倍。在H3PO4以外的H2SO4、HCl、KOH、NaOH溶液、或这些溶液的混合溶液中以150℃～250℃的温度进行蚀刻时也能取得同样的结果。
实施例11在实施例1记载的本发明的具有孔的LED结构的具有孔的表面及通过蚀刻产生的侧面上，附着由比LED封装用的环氧树脂折射率还大(n＞1.5)的材料组成的粉，由此能进一步提高发光输出功率，与以往型LED结构相比，最大能得到2.5倍左右的发光输出功率。具体来说，作为粉适合的是GaN、AlN、TiO2、ZnS、蓝宝石、SiC、钻石、ZnO、ZnS，作为粉粒直径，在大于等于100nm、小于等于10μm的范围是合适的。
实施例12在上述实施例中，展示了作为n型杂质使用Si、作为p型杂质使用Mg的例子，但本发明的效果不受此限。
例如，在本发明的很多情况下，在作为n型杂质使用Se、O、Ge、Te等的情况下也能取得同样的效果，另外在作为p型杂质使用Be、Zn、C的情况下也能取得同样的结果。
实施例13进一步，在所述的实施例中，作为表面取光型LED结构，展示了在孔的内部也有透明导电膜的例子，但只在平坦部分形成透明导电膜的情况下，也能得到大体上相同的结果。这样的电极形态，是通过将电极材料相对外延晶片表面法线倾斜地蒸镀而实现的。
实施例14进一步，在所述的实施例中，作为透明导电膜展示了由Ni/Au组成的透明导电膜的例子，但本发明不受此限，在使用由Pd/Au组成的透明导电膜、或由ITO、ZnO等金属氧化物类的材料组成的透明导电膜的情况下，也能取得与所述的实施例大体相同的结果。
实施例15进一步，在所述的实施例中，作为倒装片型LED结构用的第一电极焊接点(109、209)，展示了使用Ag的例子，但本发明不受此限，在使用Ni、Pd、Ti、Ag、Cu、Al、Au、或将这些复合膜蒸镀到不透光程度的厚度的电极的情况下，也能取得与所述实施例大体相同的结果。
权利要求
1.一种发光二极管，在衬底上作为半导体层叠结构至少具有n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层和p型半导体层，其特征在于所述半导体层叠结构的表面由平坦部分与多个孔构成，所述多个孔在表面的占有率大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于在所述半导体层叠结构的表面上形成透明导电膜，在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点，从所述透明导电膜侧发射光。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点，从所述衬底侧发射光。
4.如权利要求2或3所述的发光二极管，其特征在于所述孔的开口部形状为圆形或多边形。
5.如权利要求2～4的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述孔的深度大于等于100nm、小于等于1000nm。
6.如权利要求2～5的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述孔的形状为圆锥形或多边锥形。
7.如权利要求2～6的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述n型半导体层与p型半导体层由氮化物半导体组成。
8.如权利要求7所述的发光二极管，其特征在于所述量子阱层，由阱层和阻挡层构成，其中阱层由InxAlyGazN(0≤x、y、z≤1，x+y+z＝1)组成，而阻挡层与所述阱层的组成成分不同、并且由带隙能比所述阱层还大的InaAlbGacN(0≤a、b、c≤1，a+b+c＝1)组成。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于所述阱层是非搀杂的，并且所述阻挡层为n型。
10.如权利要求7～9的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述n型半导体层及p型半导体层的双方或一方，由搀杂浓度或组成成分不同的多个层构成。
11.如权利要求7～10的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述n型半导体层，由非搀杂GaN层与n型GaN层构成。
12.如权利要求7～10的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述p型半导体层，由p型AlGaN层与p型GaN层构成。
13.如权利要求7～12的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述n型半导体层，形成在所述p型半导体层与所述衬底之间。
14.如权利要求7～13的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述p型半导体层，形成在所述n型半导体层与所述衬底之间。
15.如权利要求7～14的任意一项所述的发光二极管，其特征在于所述衬底，由蓝宝石、SiC、GaN、AlN、ZnO的任意一种组成。
16.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括通过在衬底上至少顺序地叠层n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层和p型半导体层而形成半导体层叠结构的工序；孔形成工序，该工序通过对所述半导体层叠结构表面进行蚀刻，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
17.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序、在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序。
18.如权利要求16所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点的工序。
19.如权利要求17或18所述的发光二极管的制造方法，其特征在于通过使用了含有H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH的至少1种的溶液的湿式蚀刻或电化学蚀刻进行所述蚀刻。
20.如权利要求17或18所述的发光二极管的制造方法，其特征在于通过使用了含有HCl、Cl2、SF6、BCl3、CH4的至少1种的气体的干式蚀刻进行所述蚀刻。
21.一种发光二极管的制造方法，其特征在于包括孔形成工序，该工序通过在衬底上至少顺序地叠层包含n型杂质浓度大于等于5×1018/cm2且膜厚大于等于1μm的n型杂质高浓度搀杂层的n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层而形成半导体层叠结构，由此，在所述半导体层叠结构表面上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
22.一种发光二极管的制造方法，其特征在于包括孔形成工序，该工序在衬底上至少顺序地形成n型半导体层；由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层；包含在衬底温度Tg小于等于1000℃、并且膜厚大于等于100nm小于等于1μm、并且所述衬底温度Tg与p型杂质浓度(单位/cm3)的关系为p型杂质浓度＞4.58×1018e0.00211Tg的条件下形成的p型孔形成层的p型半导体层，由此，在所述半导体层叠结构表面上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
23.如权利要求21或22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序、在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序。
24.如权利要求21或22所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成电极焊接点的工序。
25.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，包括通过在衬底上至少顺序地叠层n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层而形成半导体层叠结构的工序；在所述半导体层叠结构的表面上，形成由从Ni、W、Al、Ti、Au、Pt、Pd、In中选出的金属组成且膜厚大于等于0.5nm小于等于100nm的金属膜的工序；孔形成工序，该工序通过对形成了所述金属膜的半导体层叠结构进行热处理，在所述半导体层叠结构表面上，将平坦部分与多个孔形成为所述多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，所述孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，所述孔的深度比所述活性层与所述平坦部分之间的距离还浅，所述多个孔的密度大于等于8×105个/cm2、小于等于1.08×1010个/cm2。
26.如权利要求25所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面上形成透明导电膜的工序、在所述透明导电膜表面的一部分形成电极焊接点的工序。
27.如权利要求25所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，还包括在所述半导体层叠结构表面形成电极焊接点的工序。
28.如权利要求26或27所述的发光二极管的制造方法，其特征在于所述热处理的温度大于等于800℃、小于等于1300℃，且所述热处理的气体由单独的氨气、氨与氢的混合气体、氨与氮的混合气体、氨与氢及氮的混合气体中的任意一种而组成。
29.如权利要求26～28的任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于所述热处理之后用酸性溶液或碱性溶液清除所述金属膜。
30.如权利要求26～29的任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于所述金属膜为多种金属叠层而形成的复合金属膜。
31.如权利要求17、23、26的任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于所述透明导电膜，包含Ni、Au、ITO、ZnO中的至少一种。
32.如权利要求16～31的任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于在所述孔形成工序之后，通过使用了含有H2SO4、H3PO4、HCl、KOH、NaOH中的至少一种的溶液的湿式蚀刻，对所述孔的开口部或深度中的至少一方进行扩张。
33.如权利要求17、23、26、31的任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于只有所述平坦部分被透明导电膜覆盖。
全文摘要
本发明的目的在于提供使以下两种方法相协调的方法，这两种方法就是使LED结构表面粗糙而提高取光效率的方法、与避免低成本的电极焊接点的不良影响的方法((1)形成基于金属或金属氧化物的透明导电膜的电流分散层，(2)形成倒装片结构)。在衬底上作为半导体层叠结构至少具有n型半导体层、由30层或30层以下的量子阱层形成的活性层、p型半导体层的发光二极管中，在半导体层叠结构的表面上形成平坦部分与多个孔。此时，做成多个孔的表面占有率大于等于10％、小于等于85％，孔开口部的直径大于等于100nm、小于等于4000nm，孔的深度比活性层与平坦部分之间的距离还浅，多个孔的密度大于等于8×10
文档编号H01L33/42GK1877874SQ20051012434
公开日2006年12月13日 申请日期2005年11月28日 优先权日2005年6月6日
发明者藤仓序章, 中山智 申请人:日立电线株式会社