專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
可視光發(fā)光二極管(LED)等半導(dǎo)體發(fā)光元件(semiconductorlight emitting element)兼有小型、低功耗、高可靠性等特點(diǎn)，作為顯示用光源正被廣泛應(yīng)用。如果其高亮度發(fā)光更一步進(jìn)展，則作為室外顯示設(shè)備和通信用光源的用途會(huì)飛躍地?cái)U(kuò)展。正在應(yīng)用的高亮度LED材料包括AlGaAs、GaAlP、GaP等，發(fā)出的光有紅色、橙色、黃色、綠色等，成本很低。
最近，具有從紅色到綠色直接遷移型能帶結(jié)構(gòu)的InGaAlP，作為該波長范圍的高亮度LED材料已經(jīng)受到關(guān)注。采用GaAlAs和GaP等已有材料采用的液相生長法(LPE)作為InGaAlP的結(jié)晶生長法，Al的析出大，難以控制成分，所以InGaAlP的結(jié)晶生成方法使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相生長法(MOCVD)和分子束外延法(MBE)。采用這些方法，在晶格調(diào)整的GaAs襯底上形成InGaAlP。
但是，上述GaAs襯底對于來自InGaAlP有源層(active layer)的光是不透明的。因此，正在開發(fā)如下方法，即，除去該不透明的GaAs襯底，取而代之，粘接對于來自InGaAlP有源層的光是透明的GaP襯底，從而得到較高亮度的LED。
圖16是示出使用了上述GaP襯底200的LED的圖。含有InGaAlP有源層、由InGaAlP系半導(dǎo)體構(gòu)成的發(fā)光層201，被粘接形成在Gap襯底200上。由于從p側(cè)電極202和n側(cè)電極203注入電子，該發(fā)光層201的有源層發(fā)射光。對于來自該發(fā)光層201的光，GaP襯底200是透明的。該透明襯底200有側(cè)面200A、200B，這些側(cè)面200A、200B是傾斜著的。這些側(cè)面200A、200B的傾斜角度可以根據(jù)需要變化，在圖16的LED中，為了易于說明面方位，示出了相對圖中上側(cè)的面傾斜角度為45°的例子。在圖16的LED中，使用透明襯底200，使該透明襯底200的第1側(cè)面200A、第2側(cè)面200B傾斜，所以發(fā)光層201的光從該側(cè)面200A、200B被取出，光取出效率變大。另外，發(fā)光層201的光也從與第1側(cè)面200A相對的第3側(cè)面200C、與第2側(cè)面200B相對的第4側(cè)面200D被取出，光取出效率變大。其中，GaP襯底200是面方位沒有傾斜的正襯底，從圖17可以看出，第1側(cè)面200A為(1-11)面，第2側(cè)面200B為(111)面，第3側(cè)面200C為(11-1)面，第4側(cè)面200B為(1-1-1)面。
另外，作為進(jìn)一步提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率的方法，在元件表面設(shè)置高度大致為發(fā)光波長(亞微米)的多個(gè)凹凸的方法正被使用。這種方法是通過擴(kuò)展元件的表面積提高光透過率、利用有效折射率的變化提高光取出效率的方法。在圖16所示的元件中，例如通過在襯底200的第1側(cè)面200A和與它相對的第3側(cè)面200C上形成這些凹凸，可以提高光取出效率。在此，已經(jīng)知道當(dāng)GaP襯底設(shè)置了傾斜的側(cè)面時(shí)，在(1-11)面方向的傾斜面和與它相對的(11-1)面方向的傾斜面上，可通過濕法刻蝕較容易地形成凹凸。因此，在圖16的元件的第1側(cè)面200A和與它相對的第3側(cè)面200C上，可通過濕法刻蝕較容易地形成凹凸。
已經(jīng)清楚如果能進(jìn)一步提高已有的InGaAlP系半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率，則可以有效地應(yīng)用于各種用途。但是，考慮利用已有的技術(shù)常識(shí)得到比圖16的元件更高的光取出效率是極困難的。這是因?yàn)?，在圖16的元件中，考慮在第2側(cè)面200B和第4側(cè)面200D上形成凹凸是極困難的。
也就是說，GaP襯底200的側(cè)面在圖16所示的狀況下，第1側(cè)面200A雖成為(1-11面)，但第2側(cè)面200B卻成為(111)。另外，在第1側(cè)面200A上可通過濕法刻蝕較容易地形成凹凸，但在第2側(cè)面200B上通過濕法刻蝕形成凹凸就變得困難了。并且，同樣，與第1側(cè)面200A相對的第3側(cè)面200C成為(11-1面)，可容易地形成凹凸，但與第2側(cè)面200B相對的第4側(cè)面200D成為(1-1-1面)，通過濕法刻蝕形成凹凸就變得困難了。并且，即使各側(cè)面200A、200B、200C、200D的傾斜角度發(fā)生變化，例如傾斜角度變?yōu)?0°，也一樣是在第1側(cè)面200A和第3側(cè)面200C上易于形成凹凸，但在第2側(cè)面200B和第4側(cè)面200D上不易形成凹凸。
如上所述，在襯底200的側(cè)面形成凹凸時(shí)，在襯底側(cè)面存在很多結(jié)晶面方位，所以使用刻蝕速度與面方位相關(guān)聯(lián)的化學(xué)刻蝕，形成一樣的凹凸是困難的。因此，在襯底側(cè)面的整個(gè)面上形成凹凸的結(jié)構(gòu)，還沒有到實(shí)現(xiàn)的程度。其結(jié)果，考慮利用已有的技術(shù)常識(shí)得到比圖16的元件更高的光取出效率是極困難的。

發(fā)明內(nèi)容
(1)一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有發(fā)光層，其通過電流的注入發(fā)射波長λ的光；及GaP襯底，其對于上述波長λ的光具有透光性，具有第1面，設(shè)有上述發(fā)光層；第2面，與上述第1面相對，具有比上述第1面小的面積；及側(cè)面，分別朝上述第2面變窄而傾斜，向外部射出來自上述發(fā)光層的光的一部分，在表面形成多個(gè)凹凸。
(2)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，通過MOCVD法，使用含有磷的V族原料和含有鎵的III族原料作為原料氣體，在不低于350℃、不高于70℃的生長溫度下生長GaP，由此形成多個(gè)凹凸。
(3)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，使用含有磷的V族原料和氫的混合氣體或氫作為環(huán)境氣體，在不低于350℃、不高于70℃的生長溫度下，熱分解上述GaP襯底的上述側(cè)面，通過腐蝕液刻蝕除去由上述熱分解殘余的鎵形成的droplate，形成多個(gè)凹凸。
(4)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，通過真空蒸鍍或?yàn)R射，形成由Al、Ti、Sn、Ag、Au中任一種組成的金屬層，利用腐蝕液刻蝕去除上述金屬層，形成多個(gè)凹凸。
(5)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，噴鍍含有直徑不小于2μm、不大于3μm的鋁的粒子，利用腐蝕液進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)凹凸。
(6)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及利用腐蝕液對上述多個(gè)側(cè)面進(jìn)行刻蝕，從而在上述多個(gè)側(cè)面形成多個(gè)凹凸。
(7)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，在照射鹵素光的同時(shí)利用腐蝕液進(jìn)行刻蝕，由此形成多個(gè)凹凸。
(8)一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，加熱至GaP結(jié)晶軟化的軟化點(diǎn)，在被加熱的上述多個(gè)側(cè)面，壓按表面有多個(gè)凹凸的模具，由此形成多個(gè)凹凸。


圖1是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性透視圖。
圖2(a)和圖2(b)是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
圖2A是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖。
圖4是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖，接圖3。
圖5是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖，接圖4。
圖6是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖，接圖5。
圖7是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖，接圖6。
圖8是依照本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的示意性剖視圖，接圖7。
圖9是說明本發(fā)明實(shí)施例1的變化例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的圖。
圖10是說明本發(fā)明實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖11是說明本發(fā)明實(shí)施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖12是說明本發(fā)明實(shí)施例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖13(a)～(c)是用于說明本發(fā)明實(shí)施例5的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖14是說明本發(fā)明實(shí)施例6的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖15(a)和圖15(b)是用于說明本發(fā)明實(shí)施例7的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的圖。
圖16是已有半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意性剖視圖。
圖17是用于說明結(jié)晶面方位的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施方式。如圖1、圖2所示，本實(shí)施方式的一個(gè)特征是使透明襯底10的側(cè)面10A、10B、10C、10D傾斜，進(jìn)一步通過預(yù)定的制造方法在這些側(cè)面10A、10B、10C、10D的全部設(shè)置多個(gè)凹凸(粗糙)。這樣一來，則可提供光取出效率和光輸出效率高的元件。以下，說明有關(guān)改變了凹凸的制造方法的7個(gè)實(shí)施例。
(實(shí)施例1)圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面透視圖。并且圖2是圖1的元件的剖視圖，圖2(a)是從
方向看的圖，圖2(b)是從
方向看的圖。
半導(dǎo)體發(fā)光元件具有通過電流的注入發(fā)射波長λ的光的發(fā)光層11、及對上述波長λ的光具有透光性的GaP襯底10。在本實(shí)施例中，該波長λ為650nm。上述GaP襯底10是從(100)面沿
方向傾斜了15°的傾斜襯底。該襯底10具有設(shè)有上述發(fā)光層11的背面(第1面)10R、及由與上述背面10R相對且從(100)面向
方向傾斜了15°的面構(gòu)成的主面(第2面)10M。主面10M具有比背面10R小的面積。在該主面10M和背面10R之間，有4個(gè)側(cè)面10A、10B、10C、10D，以便朝主面10M變窄。該4個(gè)側(cè)面10A、10B、10C、10D相對主面10M大致傾斜45°，在表面形成高度不小于0.1λ、不大于3λ的多個(gè)凹凸，向外部射出來自上述發(fā)光層11的光的一部分。如圖17所示，第1側(cè)面10A是(1-11)面，上述第2側(cè)面10b是從(111)面傾斜了15°的面，與上述第1側(cè)面10A相對的第3側(cè)面10C是(11-1)面，與上述第2側(cè)面10B相對的第4側(cè)面10D是從(1-1-1)面傾斜了15°的面。并且，在上述第1至第4側(cè)面10A、10B、10C、10D和背面10R之間，通過劈開形成第1至第4劈開面10Aa、10Bb、10Cc、10Dd。由于GaP襯底10是傾斜了15°的襯底，所以第2劈開面10Bb和第4劈開面10Dd變成從垂直方向傾斜了15°的面。
電流從p側(cè)電極12和n側(cè)電極13注入上述發(fā)光層11。更詳細(xì)地說，如圖2(b)所示，該發(fā)光層11是在p型GaP襯底上依次形成p型InGaAlP粘接層6、p型InAlP包層5、InGaAlP有源層4、n型InAlP包層3、n型InGaAlP電流擴(kuò)散層2的構(gòu)造。另外，n側(cè)電極13是依次形成了n型GaAs接觸層1、n側(cè)電極主體13a的構(gòu)造。通過從該n側(cè)電極13和p側(cè)電極12注入電流，發(fā)光層11的有源層4發(fā)射波長λ的光。該光從圖中上側(cè)被取出。另外，該光也從GaP襯底10的第1至第4側(cè)面10A、10B、10C、10D被取出。
圖2A是使用了圖1、圖2的半導(dǎo)體發(fā)光元件(element)的半導(dǎo)體發(fā)光器件(device)。通過作為安裝劑(粘接劑)的Ag漿6，將半導(dǎo)體發(fā)光元件1的透明襯底10安裝在引腳框架2上。引腳框架2由鍍過鎳的金屬形成，有p側(cè)引腳5、n側(cè)引腳4和反射板3。p側(cè)電極12通過導(dǎo)電性Ag漿6與p側(cè)引腳5進(jìn)行電連接。另外，n側(cè)電極13通過引線7與n側(cè)引腳4電連接。另外，具有n側(cè)電極13和p側(cè)電極12的半導(dǎo)體發(fā)光元件1通過封裝樹脂8被封裝。
在如上所述的圖1、圖2的半導(dǎo)體元件中，由于GaP襯底10對來自發(fā)光層11的光是透明的，GaP襯底10的第1至第4側(cè)面10A、10B、10C、10D傾斜，所以光可從該第1至第4側(cè)面10A、10B、10C、10D被取出，可提高光取出效率。
另外，在圖1、圖2的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，由于在GaP襯底10的側(cè)面10A、10B、10C、10D上設(shè)有高度不小于0.1λ、不大于3λ的多個(gè)凹凸，所以能使成為光取出面的側(cè)面10A、10B、10C、10D的表面積增加，可進(jìn)一步提高光取出效率。其結(jié)果是，通過圖1、圖2的半導(dǎo)體元件，可提供光輸出高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，通過設(shè)置凹凸，光輸出上升10％，可以確認(rèn)通過形成凹凸構(gòu)造可提高光取出效率。
接著，參照圖3～圖8說明有關(guān)圖1、圖2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法。本實(shí)施例的制造方法的一個(gè)特征如圖7所示，是通過利用MODVD法再生長GaP以形成凹凸這點(diǎn)。
(1)首先，如圖3所示，在使用有機(jī)溶劑和硫酸系腐蝕劑清洗后，將具有從(100)面向
方向傾斜了15°的主面的n型GaAs襯底14放入MOCVD爐內(nèi)。然后，在730℃加熱襯底，向n型GaAs襯底14的主面上，供給磷(P)原料和適當(dāng)?shù)腎II族原料，以生長n型InGaP蝕刻阻擋層15。然后，連續(xù)地生長從n型GaAs接觸層1到p型InGaAlP粘接層6的發(fā)光層11。這些層的生長膜厚如下所示n型InGaP層150.05(μm)n型GaAs層1 0.01n型InGaAlP層2 3.0n型InAlP層3 1.0非摻雜InGaP有源層4 0.5p型InGaP層5 1.0p型InGaAlP層6 0.05上述結(jié)晶層都是在n型GaAs襯底14上通過晶格調(diào)整而生長的。可以使用下列原料作為生長原料，例如，使用三甲基鎵(TMGtrimethylgallium)和三乙基鎵作為鎵(Ga)原料，使用三甲基銦和三乙基銦作為銦(In)原料，使用三甲基鋁和三乙基鋁作為鋁(Al)原料，使用磷化氫(PH3)和三丁基磷化氫作為磷(P)的原料。另外，分別使用硅烷、二甲基鋅作為n型和p型雜質(zhì)。并且，n型GaAs襯底14對于來自有源層4的光是不透明的。
(2)接著，如圖4所示，將厚度為150μm～250μm的p型GaP襯底10，貼附在發(fā)光層11的p型InGaAlP粘接層6上。P型GaP襯底10的主面10M是從(100)面向
方向傾斜了15°的面，以使n型GaAs襯底14的主面與面方位一致。發(fā)光層11與該GaP襯底10的背面10R粘接。
(3)接著，如圖5所示，通過刻蝕，去除n型GaAs襯底14。這時(shí)，由于設(shè)有n型InGaP層15，故可以選擇地刻蝕n型GaAs襯底14。
(4)接著，如圖6所示，在GaP襯底10的上面覆蓋SiO2膜20之后，使用刀刃對GaP結(jié)晶10進(jìn)行半切，形成第2、第4側(cè)面10B、10D和第1、第3側(cè)面10A、10C。
(5)接著，如圖7所示，通過采用MOCVD法再生長GaP，在GaP襯底10的側(cè)面10A、10B、10C、10D形成再生長層(凹凸)X。具體地說，在使用鹽酸系腐蝕液通過刻蝕而去除半切部分的破碎層后，導(dǎo)入MOCVD爐進(jìn)行GaP的再生長。再生長GaP的工序，首先向生長爐內(nèi)供給氫和V族原料PH3，來作成晶片的環(huán)境。接著，對晶片的溫度進(jìn)行升溫，在達(dá)到生長溫度650℃后，將III族原料TMG導(dǎo)入爐內(nèi)，開始GaP的再生長。再生長時(shí)的V/III比(PH3/TMG比)為150。生長結(jié)束時(shí)停止供給TMG，在氫和PH3的環(huán)境下，降低晶片的溫度。
(6)接著，如圖8所示，去除SiO2膜20，通過劈開形成劈開面10Bb、10Dd、10Aa、10Cc，對元件進(jìn)行隔離，形成pn各電極12、13，得到圖1、圖2的元件。
在如上說明過的本實(shí)施例的制造方法中，如圖7所示，通過使用由MOCVD法再生長的GaP，可以在4個(gè)側(cè)面10A、10B、10C、10D上大致均等地形成預(yù)期的凹凸構(gòu)造。從本發(fā)明人刻意進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可看出，通過再生長時(shí)的生長溫度和生長原料的摩爾流量比(V/III比)，可以控制其生長層。具體地說，通過將生長溫度設(shè)定在不低于350℃、不高于700℃，將V/III比即PH3/TMG設(shè)定為不小于10、不大于200，可形成預(yù)期的凹凸構(gòu)造。其理由如下所述。
即，使用GaP襯底11通過MOCVD法進(jìn)行GaP膜的結(jié)晶生長時(shí)，為了形成平坦的GaP膜，使用GaP襯底的(100)為宜。也就是說，為了形成平坦的GaP膜，本實(shí)施例的元件的側(cè)面不是本來優(yōu)選的面。但是，使用難以得到平坦的膜的面，反而易于得到凹凸的膜。并且，通過將生長溫度設(shè)定為不低于350℃、不高于700℃，設(shè)定比通常GaP生長溫度低的溫度，可更加容易地得到凹凸的膜。其結(jié)果，分析出可形成預(yù)期的凹凸。并且，V/III比與通常的GaP的結(jié)晶生長大致相同，所以生長結(jié)晶不需要特殊的裝置。
與此相對，以前，在形成凹凸時(shí)主要使用濕法刻蝕。但是，雖然采用該方法可以在(1-11)面方向的傾斜面和(11-1)面方向的傾斜面上形成凹凸，但在(111)面方向的傾斜面和(1-1-1)面方向的傾斜面上形成凹凸是極困難的。因此，采用這種方法，如本實(shí)施例所示，在第2側(cè)面10B和第4側(cè)面10D形成凹凸是極困難的。
另外，在如上說明過的本實(shí)施例的制造方法中，由于GaAs襯底14是從(100)面向
方向傾斜了15°的傾斜襯底，所以可以提高由InGaAlP系材料形成的發(fā)光層11的發(fā)光亮度。另外，由于與該發(fā)光層11粘接的GaP襯底10是從(100)面向
方向傾斜了15°的傾斜襯底，所以在發(fā)光層11和GaP襯底10上的結(jié)晶的方向一致，工作電流和工作電壓不上升。
在如上說明過的圖1、圖2的半導(dǎo)體元件中，主面10M與側(cè)面10A、10B、10C、10D所成角度為45°，但也可以是其他角度。但是，側(cè)面10A、10B、10C、10D是通過切片形成的(圖6)，所以這些側(cè)面10A、10B、10C、10D與主面所成角度相互大致相等。因?yàn)槿绻皇窍嗷ハ嗟龋瑒t制造方法會(huì)變得極復(fù)雜。另外，如果使用本實(shí)施例的制造方法，則對于不同面方位構(gòu)成的側(cè)面10A、10B、10C、10D的任意面都可形成凹凸構(gòu)造。
另外，在圖1、圖2的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，GaP襯底10是從(100)面向
方向傾斜了15°的傾斜襯底，但如果它是從(100)面向
方向傾斜了5°～20°的傾斜襯底，也可以得到提高發(fā)光層11的發(fā)光亮度的效果。
另外，GaP襯底10也可以是在面方位不傾斜的正襯底。在使用正襯底時(shí)，第2面成為(100)面。另外，第1側(cè)面10A是(1-11)面，第2側(cè)面10B是(111)面，第3側(cè)面10C是(11-1)面，第4側(cè)面10D是(1-1-1)面。這時(shí)，通過由已有的濕法腐蝕形成凹凸的方法，雖然可在第1側(cè)面10A和第3側(cè)面10C形成凹凸，但是在第2側(cè)面10B和第4側(cè)面10D形成凹凸是極困難的。但是，如果采用半發(fā)明的凹凸的制造方法，則可對任意面形成凹凸構(gòu)造。
(變化例)圖9時(shí)本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的變化例。圖9的元件的一個(gè)特征是在襯底10設(shè)有安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D。其他主要部分的構(gòu)成與實(shí)施例1(圖1、圖2)相同，與第1實(shí)施例相同的構(gòu)成部分用相同圖號(hào)表示。
在圖9的元件上，由于設(shè)有安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D，所以可進(jìn)一步提高良品率。也就是說，使用圖9的元件時(shí)，如圖2所示，使用Ag漿6將p側(cè)電極12和主面10M安裝在p側(cè)引腳5上。在安裝時(shí)，在圖9的元件中，除主面10M和p側(cè)電極12以外，還可在安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D粘接Ag漿6，所以可以得到高粘接強(qiáng)度。另外，即使使用不透明的Ag漿6覆蓋安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D，也可從4個(gè)側(cè)面10A、10B、10C、10D取出發(fā)光層11的光，不會(huì)使光取出效率降低。因此，采用圖9的元件，可不使光取出效率降低，不易發(fā)生p側(cè)電極12和p側(cè)引腳5的剝離，并可提高良品率。
圖9所示為安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D大致垂直的例子，但也可以使這些面稍稍傾斜成圖中上側(cè)的背面10R擴(kuò)展開的樣子。如果這樣，則在通過熱處理使上述Ag漿硬化時(shí)，可有效防止由于表面張力使Ag漿6爬上作為光取出面的側(cè)面10A、10B、10C、10D。
另外，在圖9的元件中，在安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D上也可以和側(cè)面10A、10B、10C、10D一樣設(shè)置凹凸。如果設(shè)置凹凸，則可進(jìn)一步有效地防止Ag漿6爬上。在該安裝輔助側(cè)面16A、16B、16C、16D上形成凹凸，可以采用在側(cè)面10A、10B、10C、10D上形成凹凸的方法。
(實(shí)施例2)實(shí)施例2如圖10所示，使用在MOCVD爐內(nèi)對GaP結(jié)晶11進(jìn)行熱分解來形成凹凸。元件的形狀和圖1、圖2所示相同。另外，有關(guān)制造方法，除凹凸的形成以外(圖3～圖6、圖8)和實(shí)施例相同。以下，參照圖10說明有關(guān)形成凹凸的方法。
首先，與實(shí)施例1一樣，在使用SiO2膜進(jìn)行覆蓋的同時(shí)使用鹽酸系的刻蝕而去除晶片的半切部位的破碎層之后，將晶片導(dǎo)入MOCVD爐。接著，通過向爐內(nèi)供給氫和PH3并升高晶片的溫度，來熱分解沒有被SiO2膜覆蓋的區(qū)域的GaP襯底10。在該條件下，熱分解從襯底溫度大致為350度開始，將蒸氣壓較高的P釋放到結(jié)晶的外部，殘余的Ga與靠近磷的Ga結(jié)合形成小滴Y而殘留在表面上。在這里，該小滴Y的大小和密度可以通過襯底溫度和升溫時(shí)間進(jìn)行控制，并且，通過在環(huán)境氣體中混合PH3并控制混合量，可調(diào)整P缺失的量和速度。例如，當(dāng)環(huán)境氣體只有氫而P的缺失量過多時(shí)，通過在環(huán)境氣體氫中混合PH3，可減少P的缺失量。通過這樣的控制，能控制小滴Y。這回實(shí)際使用的條件是在氫中混入了5％PH3的環(huán)境氣體中進(jìn)行了晶片溫度700℃、5分鐘的熱處理，可以在表面以1×108個(gè)/cm2的密度形成高度0.5μm的小滴Y。
接著，將該晶片從MOCVD爐取出，使用鹽酸系腐蝕液進(jìn)行刻蝕，在存在小滴Y的區(qū)域和不存在的區(qū)域刻蝕速度不同，在GaP襯底10的側(cè)面10A、10B、10C、10D，可形成高度不小于0.1λ、不大于3λ的多個(gè)凹凸構(gòu)造。并且，由于小滴Y吸收光，所以在上述刻蝕時(shí)應(yīng)盡量不使其殘留。
由于上述說明過的GaP的熱分解在以前會(huì)使元件特性劣化，所以必須盡力防止。但是，與已有技術(shù)常識(shí)相反，本發(fā)明人清楚通過積極地使用該GaP的熱分解并由此形成凹凸，可得到特性高的元件。根據(jù)本發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，通過使用含有P的V族原料和氫的混合氣體或氫作為環(huán)境氣體，在不低于350℃、不高于1000℃的溫度下進(jìn)行熱分解，可形成預(yù)期的凹凸。
(實(shí)施例3)在實(shí)施例3中，記述了在淀積/蒸鍍了金屬膜后通過刻蝕該金屬膜形成凹凸的方法。
如圖11所示，使用刀刃前端角度為60°的刀刃在GaP結(jié)晶表面進(jìn)行半切，形成V槽。然后，在包含V槽的全面，通過真空蒸鍍或?yàn)R射形成大致50nm的Al。接著，通過浸入以鹽酸為主要成分的溶液，在刻蝕Al金屬時(shí)促進(jìn)GaP表面的反應(yīng)，引起隨意的表面刻蝕。并且，通過在不低于200℃條件下對蒸鍍了上述Al的襯底進(jìn)行熱處理，并浸入以鹽酸為主要成分的溶液，可更進(jìn)一步促進(jìn)反應(yīng)。由此可在GaP結(jié)晶表面制造凹凸構(gòu)造。在本實(shí)施例中，使用了Al作為用于蒸鍍的金屬，也可以使用Ti、Sn、Ag、Au等金屬。
在圖11的元件中，各側(cè)面10A、10B、10C、10D與背面10R成60°角。因此，第1側(cè)面10A變?yōu)閺?1-11)面傾斜了15°的面，第2側(cè)面10B變?yōu)?111)面，第3側(cè)面10C變?yōu)閺?11-1)面傾斜了15°的面，第4側(cè)面10D變?yōu)閺?1-1-1)面傾斜了30°的面。為此，使用利用已有的濕法刻蝕形成凹凸的方法，各側(cè)面的面方位出現(xiàn)偏差，所以，在各側(cè)面均一形成凹凸是極困難的。但是，如本實(shí)施例所示，如果使用在淀積/蒸鍍金屬膜后刻蝕該金屬膜的方法，則可在任意側(cè)面形成凹凸。
(實(shí)施例4)在實(shí)施例4中，記述了使用噴沙法形成凹凸構(gòu)造的方法。
圖12所示是有關(guān)采用噴沙法進(jìn)行加工的說明圖。在此，以在第2側(cè)面10B形成凹凸的情況為例進(jìn)行說明，在圖12中，在GaP襯底10的主面10M和背面10R形成歐姆電極12、13后，在p型電極13表面形成保護(hù)抗蝕劑膜20，將n側(cè)電極12貼附在粘附片25上，通過切片分離各芯片。在這種狀態(tài)下，在芯片側(cè)面10B進(jìn)行噴沙加工。噴鍍粒子含有鋁，粒子直徑為2～3μm，氣壓為3kgf/cm2，由此在芯片側(cè)面10B形成數(shù)微米大小的凹凸。這時(shí)，接近(111)P面的面以一定比例露出。如果在此基礎(chǔ)上將芯片側(cè)面浸入大致加熱到60℃的鹽酸，則該(111)P面被刻蝕成亞微米大小的針狀突起密集的微小凹凸面。
如上所述，作為噴鍍的例子，使用粒子直徑為2～3μm的鋁較好是因?yàn)榭紤]到鋁的硬度、重量、比重等適合在GaP襯底10上形成凹凸。
(實(shí)施例5)在實(shí)施例5中，記述有關(guān)使用特殊刀刃形成凹凸構(gòu)造。
當(dāng)進(jìn)行圖6所示的半切時(shí)，利用具有如圖13(a)示出的剖面形狀的刀刃在GaP襯底10形成像圖13(c)那樣的切削剖面?；蛘撸瑴?zhǔn)備預(yù)期枚數(shù)的如圖13(b)所示厚度的不同的刀刃，從寬度小的刀刃依次進(jìn)行切削，形成如圖13(c)所示的結(jié)晶剖面。通過對結(jié)晶進(jìn)行如上所述的那些切削加工，在切削結(jié)晶面形成方位不同的無數(shù)個(gè)面。在通過上述工序得到的切削面上，例如使用只對(111)面作用的腐蝕液進(jìn)行刻蝕，得到進(jìn)行過粗糙加工的面。
(實(shí)施例6)在實(shí)施例6中，記述有關(guān)通過光照刻蝕形成凹凸構(gòu)造。
圖14示出通過光照刻蝕進(jìn)行加工的圖形的圖。LED芯片的發(fā)光層11固定在粘附片25上，通過保護(hù)抗蝕劑膜20保護(hù)GaP襯底10的主面。當(dāng)通過腐蝕液35刻蝕該LED芯片的側(cè)面10A、10B、10C、10D時(shí)，照射鹵光30那樣強(qiáng)的光進(jìn)行刻蝕。這樣一來，在側(cè)面10A、10B、10C、10D上得到進(jìn)行過粗糙加工的面。
(實(shí)施例7)在實(shí)施例7中，記述有關(guān)通過按壓法形成凹凸構(gòu)造。
準(zhǔn)備具有如圖15(b)所示的模具40A(對與結(jié)晶接觸的面進(jìn)行過粗糙加工)的金屬模具40，如圖15(a)所示，通過在被切片加工了的晶片的側(cè)面10A、10B、10C、10D施以壓力，在結(jié)晶上轉(zhuǎn)移(壓)粗糙狀的凹凸，可以得到經(jīng)過粗糙加工的面。并且，按壓時(shí)將底座45、晶片10、金屬模具40預(yù)先加熱至可使結(jié)晶變軟的軟化點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明還可以有其他變化，所以本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例，在本發(fā)明權(quán)利要求的宗旨內(nèi)可對本發(fā)明進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有發(fā)光層，其通過電流的注入發(fā)射波長λ的光；及GaP襯底，其對于上述波長λ的光具有透光性，具有第1面，設(shè)有上述發(fā)光層；第2面，與上述第1面相對，具有比上述第1面小的面積；及側(cè)面，分別朝上述第2面變窄而傾斜，向外部射出來自上述發(fā)光層的光的一部分，在表面形成多個(gè)凹凸。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述側(cè)面分別相對于上述第2面以大致相等的角度傾斜。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述多個(gè)凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述GaP襯底是從(100)面向
方向傾斜了θ(5°≤θ≤20°)角度的傾斜襯底。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述GaP襯底的上述第2面是(100)面。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中，上述發(fā)光層含有InGaAlP層。
7.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，通過MOCVD法，使用含有磷的V族原料和含有鎵的III族原料作為原料氣體，在不低于350℃、不高于70℃的生長溫度下生長GaP，由此形成多個(gè)凹凸。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述多個(gè)凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述GaP襯底是從(100)面向
方向傾斜了θ(5°≤θ≤20°)角度的傾斜襯底。
10.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，使用含有磷的V族原料和氫的混合氣體或氫作為環(huán)境氣體，在不低于350℃、不高于70℃的生長溫度下，熱分解上述GaP襯底的上述側(cè)面，通過腐蝕液刻蝕除去由上述熱分解殘余的鎵形成的droplate，形成多個(gè)凹凸。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述多個(gè)凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。
12.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述GaP襯底是從(100)面向
方向傾斜了θ(5°≤θ≤20°)角度的傾斜襯底。
13.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，通過真空蒸鍍或?yàn)R射，形成由Al、Ti、Sn、Ag、Au中任一種組成的金屬層，利用腐蝕液刻蝕去除上述金屬層，形成多個(gè)凹凸。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述多個(gè)凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。
15.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，噴鍍含有直徑不小于2μm、不大于3μm的鋁的粒子，利用腐蝕液進(jìn)行刻蝕，形成多個(gè)凹凸。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其中，上述多個(gè)凹凸的高度不小于0.1λ、不大于3λ。
17.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及利用腐蝕液對上述多個(gè)側(cè)面進(jìn)行刻蝕，從而在上述多個(gè)側(cè)面形成多個(gè)凹凸。
18.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，在照射鹵素光的同時(shí)利用腐蝕液進(jìn)行刻蝕，由此形成多個(gè)凹凸。
19.一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面，加熱至GaP結(jié)晶軟化的軟化點(diǎn)，在被加熱的上述多個(gè)側(cè)面，壓按表面有多個(gè)凹凸的模具，由此形成多個(gè)凹凸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高亮度半導(dǎo)體元件及其制造方法。一種半導(dǎo)體元件的制造方法，具有以下步驟在具有第1面和與第1面相對且面積比上述第1面小的第2面的GaP襯底的上述第1面上，形成發(fā)射能透過上述GaP襯底的波長λ的光的發(fā)光層；在上述GaP襯底，形成朝上述第2面變窄、相互以大致相等的角度傾斜的多個(gè)側(cè)面；及在上述多個(gè)側(cè)面形成高度不小于0.1λ、不大于3λ的多個(gè)凹凸。還提供一種通過該方法得到的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
文檔編號(hào)H01L21/205GK1450667SQ0311022
公開日2003年10月22日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月5日
發(fā)明者菅原秀人, 渡邊幸雄, 阿部洋久, 紺野邦明 申請人:株式會(huì)社東芝