专利名称：氮化物类半导体发光元件的制作方法
技术领域：
本申请涉及具有偏振特性的氮化物类半导体发光元件。
背景技术：
作为VA族元素包含氮(N)的氮化物半导体由于其能带隙的大小，作为短波发光元件的材料被看好。其中，氮化镓类化合物半导体的研究在积极进行，使用了氮化镓类化合物半导体的蓝色发光二极管(LED)、绿色LED和蓝色半导体激光器也在被实用化。以下将氮化镓类化合物半导体成为氮化物半导体。在氮化物半导体中包括将镓(Ga)的一部分或者全部用铝(Al)和铟(In)中的至少一方置换了的化合物半导体。因此，氮化物半导体用组成式AlxGayInzN (O ^ x, y, z ^ l、x + y + z = I)表示。通过将Ga用Al或In置换，能够使能带隙比GaN的能带隙大或小。由此，不仅能够发出蓝色、绿色等短波长的光， 也能够发出橙色、红色的光。从这样的特征看，氮化物类半导体发光元件也期待应用于图像显示装置和照明装置。氮化物半导体具有纤锌矿型晶体结构。
图1 (a)、(b)、(c)用4指数标记(六方晶指数)表示纤锌矿型晶体结构的面。4指数标记中，使用由al、a2、a3和c表示的基本矢量表不结晶面和方位。基本矢量c在
方向上延伸,该方向称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)称为“c面”或者“(0001)面”。图1 (a)中，c面之外图示有a面、m面。c面、a面和m面有相互垂直的关系。另外，图1 (b)中图示r面，图1 (c)中图示(11-22)面。图2 (a)用球管模型表示氮化物半导体的晶体结构。图2 (b)是从与a面垂直的a轴方向即从[11-20]方向观察m面表面附近的原子排列的图。m面与图2 (b)的纸面垂直。图2 (c)是m轴方向观察+ c面表面的原子排列的图。c面与图2 (c)的纸面垂直。从图2 (b)可知，N原子和Ga原子位于与m面平行的平面上。与此相对,从图2 (c)可知，在c面形成有仅配置Ga原子的层和仅配置N原子的层。一般而言，在使用氮化物半导体制作半导体元件的情况下，作为使氮化物半导体晶体生长的基板，使用c面基板即在主面具有(0001)面的基板。该情况下，以Ga原子和N原子的配置为起因，在氮化物半导体中在c轴方向形成自发的极化(ElectricalPolarization)。因此，“c面”被称为“极性面”。极化的结果是，在氮化物类半导体发光元件的活性层中的InGaN的量子阱中，沿c轴方向产生压电电场。由于该电场，在活性层内的电子和空穴的分布中产生位置偏差，所以由于载流子的量子限制斯塔克效应，活性层的内部量子效率降低。因此，在研究使用在表面具有被称为非极性面的m面和a面、或者被称为半极性面的-r面和(11-22)面的基板制造发光元件。如图1所示，纤锌矿型晶体结构中的m面与c轴平行，是与c面正交的六个等价的面。例如，图1中与[1-100]方向垂直的(1-100)面相当于m面。与(1-100)面等价的其他的m面中有(-1010)面、(10-10)面、(-1100)面、(01-10)面、(0-110)面。此处，表示密勒指数的括号内的数字左边附加的为“横杠(bar)”的意思。
在m面中，如图2(b)所示，由于Ga原子和N原子存在于同一原子面上，所以在与m面垂直的方向不产生极化。因此，如果使用在m面上形成的半导体层叠结构制作发光元件，则不在活性层产生压电电场，能够解决因载流子的量子限制斯塔克效应而内部量子效率降低的课题。这在作为m面以外的非极性面的a面也同样能够得到类似的效果，另外，在被称为半极性面的_r面和(11-22)面也可得到类似的效果。而且，具有在m面和a面、或者r面和(11-22)面形成的活性层的氮化物类半导体发光元件具有以其价电子带的结构为由来的偏振特性。从以c面为主面的活性层向c轴方向出射的光不偏振，而从以从C面倾斜的面为主面的活性层能够取出偏振的光。在专利文献I中，在以非极性面或者半极性面为主面的IIIA族氮化物类半导体发光元件中，作为在维持偏振的状态下提高光的取出的方法，公开有在氮化物类半导体发光元件的光取出面形成有锯形波状的条纹(stripe)状的槽的结构。条纹状的槽的延伸方向与偏振方向垂直。另外，在非专利文献I中，公开有在形成有条纹状的凹凸的a面蓝宝石上形成有结晶性良好的m面GaN层的结构。条纹状的凹凸的延伸方向与蓝宝石的m轴方向即GaN的a轴方向对应。在专利文献2中，提案有构成为因氮化物类半导体发光元件的面内方位角的不同而发光强度的差降低的发光二极管装置。在专利文献2的第5实施方式中，为了降低由从外壳(package)出射的光的芯片配置面的面内方位角的不同引起的强度的差，以改变朝向发光强度小的方位角的光的方向的方式构成外壳的光的出射面。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2008 — 305971号公报专利文献2:日本特开2008-109098号公报非专利文献非专利文献I:Applied Physics Express2 (2009) 03100
发明内容
发明要解决的课题在上述现有技术中，在进一步寻求发光品质的提高。本发明的实施方式能够使发光的品质提闻。用于解决课题的方法在本发明的实施方式中，氮化物类半导体发光元件是具有光取出面的氮化物类半导体发光元件，包括:半导体层叠结构，其包括主面为半极性面或者非极性面的由氮化物半导体形成的活性层；电极，其将从所述活性层发射的光的至少一部分向所述光取出面的方向反射；双折射性基板，其配置在所述光取出面与所述电极之间，使从所述活性层发射的光和被所述电极反射的光透过；和凹凸面，其位于所述活性层与所述电极之间，在设上述基板的双折射率为Λ η、上述基板的厚度为d、发光波长为λ、a为自然数的情况下，满足以下的关系，
权利要求
1.一种氮化物类半导体发光元件，其具有光取出面，该氮化物类半导体发光元件的特征在于，包括: 半导体层叠结构，其包括主面是半极性面或者非极性面的由氮化物半导体形成的活性层； 电极，其将从所述活性层发射的光的至少一部分在所述光取出面的方向反射； 双折射性基板，其配置于所述光取出面与所述电极之间，使从所述活性层发射的光和被所述电极反射的光透过；和 凹凸面，其位于所述活性层与所述电极之间， 在设所述基板的双折射率为△ η、所述基板的厚度为d、发光波长为λ、a为自然数的情况下，满足以下的关系，
2.如权利要求1所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸面形成于所述半导体层叠结构的主面。
3.如权利要求1或者2所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 构成所述半导体层叠结构的所述凹凸面的凹部到达所述活性层。
4.如权利要求1 3中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述凹凸面形成于所述双折射性基板。
5.如权利要求1 4中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述活性层出射电场强度在与主面平行的方向偏振了的光。
6.如权利要求1 5中任一项所述的氮化物类半导体发光兀件,其特征在于: 所述双折射性基板包括主面是半极性面或者非极性面的由氮化物半导体形成的部分。
7.如权利要求6所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述双折射性基板的光学轴相对于所述基板的主面倾斜不包括O度和90度的角度。
8.如权利要求6或者7所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述双折射性基板是以下基板中的一种: 主面是m面的由GaN形成的基板、 主面是a面的由GaN形成的基板、 主面是_r面的由GaN形成的基板、 主面是a面的在表面具有GaN层的r面蓝宝石基板、 主面是m面的在表面具有GaN层的m面蓝宝石基板、 主面是m面的在表面具有GaN层的a面蓝宝石基板、以及 主面是m面的在表面具有GaN层的m面SiC基板。
9.如权利要求6或者7所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述双折射性基板是主面为m面的GaN基板。
10.如权利要求1 9中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 从所述活性层的主面的法线方向看构成所述凹凸面的各个凹部或者凸部时的形状是圆形、四边形或者它们的组合， 构成所述凹凸面的凹部或者凸部分别二维地配置于所述半导体层叠结构的主面或者所述双折射性基板的背面的面内。
11.如权利要求1 10中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 构成所述凹凸面的凹部或者凸部各自的与所述活性层的主面垂直的截面的形状是梯形、三角形、将圆或者椭圆的一部分切除了的形状、或者它们的组合， 设各个所述凹部或者凸部之中离所述活性层最近的点的切线与所述活性层的主面的法线所成的角度为θ I时，Θ I是10度以上58度以下。
12.如权利要求1 11中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 从所述活性层的主面的法线方向看构成所述凹凸面的各个凹部或者凸部时的形状是条纹形状， 设所述条纹形状的延伸方向相对于从所述活性层出射的光的偏振方向所成的角度为Θ 2的情况下，Θ 2是30以上60度以下。
13.如权利要求1 12中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 设构成所述凹凸面的凹部或者凸部之中相邻的凹部或者相邻的凸部的中心的间隔为Lp的情况下，Lp是40 μ m以下。
14.如权利要求1 13中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 在所述半导体层叠结构的所述凹凸面与所述电极之间配置有透光性区域。
15.如权利要求14所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述透光性区域形成于构成所述半导体层叠结构的所述凹凸面的凹部内。
16.如权利要求14或者15所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述透光性区域对通过的光进行椭圆偏振化。
17.如权利要求1 16中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述半导体层叠结构包括夹着所述活性层的P型半导体层和η型半导体层。
18.如权利要求1 16中任一项所述的氮化物类半导体发光元件，其特征在于: 所述电极以覆盖所述凹凸面的方式形成，使偏振方向旋转地反射光。
19.一种光源,其特征在于,包括: 权利要求1 16中任一项所述的氮化物类半导体发光元件；和包含对从所述氮化物类半导体发光元件发射的光的波长进行转换的荧光物质的波长转换部。
20.一种氮化物类半导体发光元件的制造方法，其特征在于，包括: 准备双折射性基板的工序； 在所述双折射性基板上形成包括主面是半极性面或者非极性面的由氮化物半导体形成的活性层的半导体层叠结构的工序； 在所述半导体层叠结构或者所述双折射性基板形成包括凹部和凸部中至少一方的凹凸面的工序；和 以与所述凹凸面相对的方式形成反射从所述活性层发射的光的至少一部分的电极的工序。
21.如权利要求20所述的氮化物类半导体发光元件的制造方法，其特征在于:包括在所述电极与所述凹凸面之间配置透光性材料的工序。
22.如权利要求20或者21所述的氮化物类半导体发光元件的制造方法，其特征在于，还包括: 准备安装基板的工序；和 以使得所述电极与所述安装基板相对的方式将所述半导体层叠结构和所述双折射性基板安装在所述安装基板 上的工序。
全文摘要
本发明的氮化物类半导体发光元件包括半导体层叠结构，包括主面为半极性面或者非极性面的由氮化物半导体形成的活性层(306)，具有形成有凹部和凸部中至少一个的凹凸面(310)；和双折射性基板(304)，其覆盖半导体层叠结构的凹凸面(310)一侧，将从活性层(306)发射的光中的至少一部分反射的电极(308)和半导体层叠结构的凹凸面(310)配置于相反侧，该双折射性基板(304)使从活性层(306)发射的光和被电极(308)反射的光透过。
文档编号H01L33/10GK103081136SQ201280002640
公开日2013年5月1日 申请日期2012年5月29日 优先权日2011年7月14日
发明者井上彰, 藤金正树, 横川俊哉 申请人:松下电器产业株式会社