專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法，更具體地說，涉及如倒裝芯片型半導(dǎo)體激光器和發(fā)光二極管(LED)的半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
當將倒裝芯片型半導(dǎo)體發(fā)光器件安裝在襯底或安裝部件上時，能夠同時實現(xiàn)芯片安裝和電布線(如，日本公開專利申請2003-163373)。由于不需要焊接引線，因此能夠獲得許多好處。例如，簡化了制造工藝，減少了寄生電容和電感，并緊湊了封裝尺寸。
但是，本發(fā)明人的獨立試驗的生產(chǎn)和研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)倒裝芯片型半導(dǎo)體發(fā)光器件的光提取效率還有提高的余地。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一種方案，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底，具有第一主表面和第二主表面；發(fā)光層，設(shè)置在所述襯底的第一主表面上的第一部分中；第一電極，設(shè)置在所述發(fā)光層上；第二電極，設(shè)置在所述襯底的第一主表面上的第二部分中，其中所述第二部分與所述第一部分不同；以及突起，設(shè)置在所述襯底的第二主表面上，其中所述突起具有平面形狀，所述平面形狀反映了所述發(fā)光層的發(fā)光區(qū)的平面形狀，所述發(fā)光區(qū)夾在所述第一電極和所述第二電極之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方案，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底，具有第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面具有第一部分和第二部分；發(fā)光層，設(shè)置在所述第一主表面上的第一部分中；第一電極，設(shè)置在所述發(fā)光層上；第二電極，設(shè)置在所述第一主表面上的第二部分中；以及突起，設(shè)置在所述襯底的第二主表面上，其中所述突起對應(yīng)于所述發(fā)光層的邊緣，所述邊緣夾在所述第一電極和所述第二電極之間。
根據(jù)本發(fā)明的又一種方案，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，包括以下步驟在襯底的第一主表面上形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，其中所述襯底具有所述第一主表面和第二主表面，所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)包括發(fā)光層；在所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上有選擇地形成金屬層；通過使用所述金屬層作為掩膜去除部分所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；在去除部分所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的區(qū)域上形成第二電極；在所述金屬層上形成第一電極，其中所述第一電極與所述金屬層的邊緣分開，所述邊緣更接近于所述第二電極；熔合部分所述金屬層、所述第一電極和下面的半導(dǎo)體層，其中部分所述金屬層位于所述第一電極下面；以及通過處理所述襯底的第二主表面形成突起，其中所述突起對應(yīng)于所述發(fā)光層的邊緣，所述邊緣夾在所述第一電極和所述第二電極之間。


圖1A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖，以及圖1B是沿其線A-A的剖面圖；圖2A是圖1A中沿線A-A的剖面圖，圖2B是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖；圖3是用于說明突起12P功能的示意圖；圖4是表示本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第二具體實例的剖面圖；圖5A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第三具體實例的平面圖，圖5B是沿其線A-A的剖面圖；圖6是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖；圖7是圖5A中沿線A-A的剖面圖；圖8是其中提供不對稱凹槽12G的一個具體實例的剖面圖；圖9是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第五具體實例的剖面圖；圖10是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第六具體實例的平面圖；圖11是圖10中沿線A-A的剖面圖；圖12是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第六具體實例的平面圖；圖13A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第七具體實例的平面圖，圖13B是圖13A中沿線A-A的剖面圖，以及圖13C是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖；圖14A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第八具體實例的平面圖，以及圖14B是圖14A中沿線A-A的剖面圖；圖15A圖14A中沿線A-A的剖面圖，以及圖15B是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖；圖16和17是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第九具體實例的剖面圖；圖18是由于光反射層40而提高光提取效率的曲線圖；圖19是在產(chǎn)生第九具體實例過程中研究的比較實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖面圖；
圖20和21是表示第九具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造過程的相關(guān)部分的剖面圖；圖22是表示裝備有本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的部分半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖；圖23是表示一個具體實例的剖面圖，其中本實施例用于包括基于GaInAsN材料的半導(dǎo)體發(fā)光器件；圖24A是本發(fā)明人在產(chǎn)生本發(fā)明過程中研究的倒裝芯片型半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖面圖，圖24B是其部分部件的平面布置關(guān)系的視圖，以及圖24C是發(fā)光層中發(fā)光強度分布的照片；以及圖25是從發(fā)光層發(fā)出的光的傳播路徑的剖面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1和2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意圖。更具體地說，圖1A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖，以及圖1B和圖2A是圖1A中沿線A-A的剖面圖。圖2B是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。
半導(dǎo)體發(fā)光器件10A的結(jié)構(gòu)包括GaP襯底12，有選擇地覆蓋有包括發(fā)光層14的疊層體，在其上提供n側(cè)電極18。在n側(cè)電極18上提供焊接電極20。在GaP襯底12上提供P側(cè)電極22。在p側(cè)電極22上提供另一焊接電極24。通過絕緣膜16，在除了與電極18和22接觸的部分之外的GaP襯底12和發(fā)光層14的表面，提供絕緣保護。例如，焊接電極20和24可以由具有共晶成分的AuSn(金-錫)形成。應(yīng)該注意這些附圖是示意圖，各個部件的厚度和尺寸的關(guān)系與實際器件不同。
除了有源層，發(fā)光層14根據(jù)需要還可以包括許多層，如覆層、光導(dǎo)層、電流擴散層和接觸層。圖1和2表示具有由三層組成的疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光層14。但是，本發(fā)明并不局限于此。層數(shù)可以根據(jù)需要改變。
本實施例的倒裝芯片型發(fā)光器件的焊接電極20和24焊接到封裝襯底等(未示出)，用于芯片安裝和電連接。通過電極18和22將電流注入發(fā)光層14中產(chǎn)生發(fā)光。此時，從p側(cè)電極22注入的電流I不會擴散穿過發(fā)光層14，而是穿過圖2A中箭頭I所示的幾乎是最短的路徑，從發(fā)光層14流到n側(cè)電極18。即，光發(fā)射集中在靠近電極18和22之間的發(fā)光層14邊緣的發(fā)光區(qū)EA中。下面，將詳細地描述這點。
圖24是本發(fā)明人在產(chǎn)生本發(fā)明過程中研究的倒裝芯片型半導(dǎo)體發(fā)光器件的示意圖。更具體地說，圖24A是半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖面圖，圖24B是其部分部件的平面布置關(guān)系的示意圖，以及圖24C是發(fā)光層中發(fā)光強度分布的照片。
該半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)包括GaP襯底102，有選擇地覆蓋有包括發(fā)光層104的疊層體，在其上提供n側(cè)電極108，以及在n側(cè)電極108上提供焊接電極110。在GaP襯底102上提供P側(cè)電極112。在p側(cè)電極112上提供另一焊接電極114。通過絕緣膜106，在除了與電極108和112接觸的部分之外的GaP襯底102和發(fā)光層104的表面，提供絕緣保護。
倒裝芯片型發(fā)光器件的焊接電極110和114焊接到封裝襯底等(未示出)，用于芯片安裝和電連接。通過電極108和112將電流注入發(fā)光層104中產(chǎn)生發(fā)光。發(fā)光經(jīng)過襯底102從外部抽取。
但是，本發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，在這樣的半導(dǎo)體發(fā)光器件中，發(fā)光不會在整個發(fā)光層104中產(chǎn)生，而是僅在其部分中產(chǎn)生。更具體地說，發(fā)光在n側(cè)電極108和p側(cè)電極112之間的發(fā)光區(qū)EA中產(chǎn)生。如圖24C所示，發(fā)光在n側(cè)電極108和p側(cè)電極112之間產(chǎn)生。特別是，可觀察到發(fā)光在發(fā)光層104的邊緣趨于增加?？梢哉J為這個現(xiàn)象是由于電流集中流在這些電極之間。
但是，當象這樣局部產(chǎn)生發(fā)光時，光提取效率會降低。
圖25是從發(fā)光層發(fā)出的光的傳播路徑的剖面圖。
發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的各種光中，在基本上垂直的方向上入射在GaP襯底102的后表面102R(用作光提取表面)上的光L1能夠從外部提取而不會反射。但是，在傾斜方向上入射在后表面102R上的光L2、L3以較小的入射角θ發(fā)生全反射，難于從外部提取。例如，當用封裝樹脂(反射率為1.5)密封GaP襯底(反射率為3.23)的周邊時，如果相對于GaP襯底102后表面102R的入射角θ為約27度或更小就會發(fā)生全反射。由于絕大多數(shù)象這樣的全反射光經(jīng)過散射和吸收在發(fā)光器件內(nèi)部衰減了，因此難于從外部提取。所以從發(fā)光器件發(fā)出的光量小于從流過該器件的電流量所期待的光量。
與此相比，在本實施例中，在襯底12的光提取表面12R上提供突起12P。將突起12P設(shè)置成與電流集中的發(fā)光層14的邊緣一致，即與發(fā)光區(qū)EA一致。具有這樣的突起12P，在發(fā)光層14中局部產(chǎn)生的發(fā)光可以從外部高效提取。
圖3是說明突起12P功能的示意圖。
更具體地說，在該圖中在基本上垂直向下的方向上從發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光L1入射到突起12P的頂表面12PA上，并從外部提取。另一方面，在向下傾斜的方向上從發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光L2、L3的許多分量入射到突起12P的側(cè)表面12PB上。此時，由于相對于側(cè)表面12PB的入射角比較大，降低了全反射，這樣會使更多的光從側(cè)表面12PB向外部發(fā)射。即，由于具有突起12P，具有從發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的所有光的較寬角度范圍的光可以從外部提取而不發(fā)生全反射。結(jié)果是，能夠提高外部量子效率，增強半導(dǎo)體發(fā)光器件的亮度。
突起12P的大小和高度，及其側(cè)表面的傾斜角能夠根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)需要進行最優(yōu)化。下面，將參考附圖描述本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件的一些具體實例。對于下述附圖，與所述部件相同的那些部件用相同的標號表示，并不再對它們進行詳細地描述。
圖4是表示本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第二具體實例的剖面圖。
更具體地說，該具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10B具有突起12P，該突起12P具有側(cè)表面12PB，這些側(cè)表面形成為基本上垂直于襯底12的光提取表面12R。即使當該側(cè)表面象這樣基本上垂直形成時，也可以提高發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光的外部提取效率。具有垂直側(cè)表面的突起12P能夠通過除了所謂的濕蝕刻之外的各向異性蝕刻如RIE(反應(yīng)離子蝕刻)或離子銑削形成。
能夠在本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件中提供的突起12P的截面形狀并不局限于圖1至4中所示的那些。除了它們之外，例如，也可以使用具有彎曲頂部表面12PA的突起，或具有基本上為三角形形狀截面的突起。
圖5至7是表示本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第三具體實例的示意圖。更具體地說，圖5A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的第三具體實例的平面圖，圖5B和圖7是圖5A中沿線A-A的剖面圖，圖6是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。
在該半導(dǎo)體發(fā)光器件10C中，突起12P是通過在襯底12的后表面12R上提供凹槽12G來形成。同樣在此情況下，在向下傾斜的方向上從發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光L2、L3的許多分量趨于從突起12P的側(cè)表面12PB從外部發(fā)射而不發(fā)生全反射。
在該具體實例中，可以通過例如除了濕蝕刻和干蝕刻之外，用切割刀片形成切口，來提供凹槽12G。因此，突起12P能夠快速而又簡便地形成。
此外，襯底12的厚度能夠在突起12P的周圍部分增加。因此提高了半導(dǎo)體發(fā)光器件的機械強度。結(jié)果是，例如，能夠抑制在倒裝芯片安裝時半導(dǎo)體發(fā)光器件產(chǎn)生斷裂以及產(chǎn)生機械變形。
應(yīng)該注意，在該具體實例中的凹槽12G的截面不必是對稱形狀。
圖8是表示其中提供不對稱凹槽12G的一個具體實例的剖面圖。
更具體地說，在該具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件10D中，凹槽12G的側(cè)表面12GA的傾斜比突起12P的相對側(cè)表面12PB的傾斜大。這樣能夠抑制從突起12P的側(cè)表面12PB發(fā)出的光被凹槽12G的相對側(cè)表面12GA“反沖(kick)”的問題。即，這樣能夠防止凹槽12GA阻擋光的發(fā)射路徑。結(jié)果是，能夠進一步提高半導(dǎo)體發(fā)光器件的亮度。
圖9是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第五具體實例的剖面圖。
同樣在半導(dǎo)體發(fā)光器件10E中，通過提供凹槽12G來形成突起12P。此外，與突起12P正對的凹槽12G的側(cè)表面12GA被光反射層30覆蓋。光反射層30反射在更垂直的方向上從突起12P的側(cè)表面12PB以一個寬角度發(fā)出的光(例如，光L4)。結(jié)果是，能夠提高光提取效率，還能夠增強光的匯聚度。
在該具體實例中光反射層30可以是，例如由金屬如金(Au)或鋁(Al)制成的反射器，或者由多層介質(zhì)或半導(dǎo)體膜制成的布拉格反射器(分布式布拉格反射器)。
圖10至12是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第六具體實例的剖面圖。更具體地說，圖10是從其電極來看的該具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖，圖12是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。圖11是圖10中沿線A-A的剖面圖。
半導(dǎo)體發(fā)光器件10F具有在基本上為方形的襯底12上以基本上為L形狀的結(jié)構(gòu)構(gòu)圖的發(fā)光層14。在發(fā)光層14上提供n側(cè)電極18和焊接電極20。在襯底12上提供P側(cè)電極22和焊接電極24。在該半導(dǎo)體發(fā)光器件中，在以基本上為L形狀的結(jié)構(gòu)形成的發(fā)光層14中，電流集中在位于p側(cè)電極22和n側(cè)電極18之間的邊緣附近，以形成具有基本上為L形狀的結(jié)構(gòu)的發(fā)光區(qū)EA。
在該具體實例中，與發(fā)光區(qū)EA一致，在襯底12的光提取表面12R上提供具有基本上為L形狀的結(jié)構(gòu)的突起12P。即，突起12P形成為與位于p側(cè)電極22和n側(cè)電極18之間發(fā)光層14的邊緣形狀一致。由于突起12P具有這樣的形狀，在發(fā)光層14中產(chǎn)生的發(fā)光可以高效地從襯底12的光提取表面12R提取。
應(yīng)該注意，也是在該具體實例中，正如參考第三至第五具體實例所述那樣，通過在襯底12的光提取表面12R上形成凹槽12G來形成突起12P。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)與上述那些具體實例所述相同的功能和效果。
圖13是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第七具體實例的示意圖。更具體地說，圖13A是從其電極來看的本具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖，圖13B是圖13A中沿線A-A的剖面圖，以及圖13C是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。在圖13中，省略了絕緣層和焊接電極，它示出了構(gòu)成該器件的一些部件的布置關(guān)系。
在半導(dǎo)體發(fā)光器件10G中，在基本上為方形的襯底12上形成基本上為圓形的發(fā)光層14。在發(fā)光層14上，形成基本上為圓形的n側(cè)電極18。根據(jù)需要可在其上提供焊接電極等(未示出)。另一方面，在發(fā)光層14周圍，在襯底12上形成p側(cè)電極22。而且，根據(jù)需要，可在其上提供焊接電極等(未示出)。
在該具體實例中，電流集中在基本上為圓形的發(fā)光層14的圓周邊緣，以形成發(fā)光區(qū)EA。與該發(fā)光區(qū)EA一致，在襯底12的光提取表面12R上提供環(huán)形突起12P。具有這樣形狀的突起12P，能夠提高從基本上為環(huán)形發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光的提取效率。
應(yīng)該注意，也是在該具體實例中，正如參考第三至第五具體實例所述那樣，通過在襯底12的光提取表面12R中形成凹槽12G，來形成突起12P。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)與上述那些具體實例所述相同的功能和效果。
圖14和15是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第八具體實例的示意圖。更具體地說，圖14A是從其電極來看的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖，圖14B和圖15A是圖14A中沿線A-A的剖面圖。圖15B是從其光提取表面來看的半導(dǎo)體發(fā)光器件的平面圖。
半導(dǎo)體發(fā)光器件10H具有在基本上為方形的襯底12上以梳子形狀構(gòu)圖的發(fā)光層14。提供n側(cè)電極18與發(fā)光層14的形狀一致。也以梳子形狀形成P側(cè)電極22，以與發(fā)光層14相匹配。絕緣層16在發(fā)光層14和p側(cè)電極22之間提供電絕緣。
在該具體實例中，電流集中在與p側(cè)電極22相鄰的發(fā)光層14的邊緣附近，以形成多個線性發(fā)光區(qū)EA。以梳子形狀構(gòu)圖發(fā)光層14能夠增大發(fā)光區(qū)的面積(或長度)，由此增強了亮度。
與這些發(fā)光區(qū)EA一致，在襯底12的光提取表面12R上提供多個線性突起12P。具有這樣形狀的突起12P，能夠提高從多個線性發(fā)光區(qū)EA發(fā)出的光的提取效率。
應(yīng)該注意，也是在該具體實例中，正如參考第三至第五具體實例所述那樣，通過在襯底12的光提取表面12R中形成凹槽12G，來形成突起12P。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)與上述那些具體實例所述相同的功能和效果。
圖16和17是本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的第九具體實例的剖面圖。
半導(dǎo)體發(fā)光器件10I在發(fā)光層14上具有光反射層40。光反射層40與n側(cè)電極18相鄰，并直接設(shè)置在發(fā)光區(qū)EA上。
發(fā)光層14包括p型覆層14A、有源層14B和n型覆層14C，通過合金區(qū)17在其上提供n側(cè)電極18。光反射層40與合金區(qū)17連續(xù)地設(shè)置。應(yīng)該注意，發(fā)光層14可包括這些層，如接觸層、光導(dǎo)層和電流擴散層(未示出)。正如后面所詳述，通過將n側(cè)電極18層疊在由光反射層40組成的金屬膜上，并將它們與部分發(fā)光層14熔合，以形成合金區(qū)17。
由于GaAs具有大的勢壘高度，因此簡單的疊層金屬通常將會形成肖特基結(jié)。為此，為了形成歐姆結(jié)，金屬必須與下層如GaAs等熔合。對于形成歐姆結(jié)的電極金屬來說，如后面所詳述，可使用金鍺(AuGe)。
根據(jù)該具體實例，如圖17所示，具有光反射層40，從發(fā)光層14發(fā)射到n側(cè)電極18的光被反射到襯底12上，它能夠通過突起12p從外部提取。結(jié)果是，能夠進一步提高光提取效率。
圖18是表示由于光反射層40而提高光提取效率的曲線圖。
更具體地說，當?shù)寡b芯片安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件時，該曲線圖分別表示從發(fā)光層14到襯底12的方向上“向上”發(fā)出的光的提取效率，和從發(fā)光層14到n側(cè)電極18的方向上“向下”發(fā)出的光的提取效率。
當在發(fā)光層14上不提供光反射層40(“吸收”)時，“向下”發(fā)出的光，即在從發(fā)光層14到n側(cè)電極18的方向上發(fā)出光被吸收，從而導(dǎo)致很低的提取效率。
與此相比，當在發(fā)光層14上提供菲涅耳反射層(“菲涅耳”)時，“向下”的光提取效率非常高。
從光反射層40分別具有30％的反射率(“反射(30％)”)、50％的反射率(“反射(50％)”)和100％的反射率(“反射(100％)”)的情況，可觀察到“向下”的光提取效率隨著反射率的增加而增加。
如上所述，通過在發(fā)光層14上提供高反射率的光反射層40，光提取效率能夠得到極大地提高。
此外，根據(jù)該具體實例，通過在發(fā)光層14上直接提供光反射層40，使用簡單的結(jié)構(gòu)獲得了高反射率。
圖19是在產(chǎn)生該具體實例過程中研究的比較實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的剖面圖。
更具體地說，在該比較實例的器件中，提供光反射層94以從發(fā)光層14的上表面到它的側(cè)表面來覆蓋它。由于光反射層94由金屬構(gòu)成，因此在發(fā)光層14的側(cè)表面上直接形成光反射層94將會產(chǎn)生p-n短路。此外，由于提供光反射層94以分別覆蓋n側(cè)電極18的邊緣和p側(cè)電極12的邊緣，因此必須防止這些電極之間的短路。為此，在光反射層94的下面提供絕緣膜92。此外，從其上面用絕緣膜92覆蓋光反射層94。
但是，在該比較實例中，由于折射率小于光反射層94的絕緣膜92插入發(fā)光層14和光反射層94之間，因此反射率小于光反射層94被直接層疊的情況。此外，還有另一個問題，即需要額外的過程來形成薄膜和構(gòu)圖，以形成絕緣膜92和光反射層94。
與此相比，根據(jù)本實施例的第九實例，在發(fā)光層14的上表面上沒有插入絕緣膜的情況下形成光反射層40，從而獲得高的反射率。此外，通過自對準形成簡單化了該制造過程。
在下面，將描述一種該具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法。
圖20和21是表示該具體實例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造過程的相關(guān)部分的剖面圖。
首先，如圖20A所示，在p型襯底12上形成包括p型覆層14A、有源層14B和n型覆層14C的發(fā)光層14。應(yīng)該注意，發(fā)光層14可以包括這些層，如根據(jù)需要的光導(dǎo)層、電流擴散層和接觸層(未示出)。
例如，發(fā)光層14可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中依次層疊p型Ga0.5Al0.5As電流擴散層、p型In0.5Al0.5P覆層、InGaAlP有源層、n型In0.5Al0.5P覆層和n型GaAs接觸層。在此情況下，有源層可以具有MQW(多量子阱)結(jié)構(gòu)，如交替層疊的未摻雜In0.5(Ga0.55Al0.45)0.5P阻擋層和In0.5Ga0.5P阱層。
發(fā)光層14可以外延生長在另一個襯底(未示出)上，然后通過熱壓接合層疊在襯底12上。例如，具有上述具體實例的疊層結(jié)構(gòu)的發(fā)光層14能夠外延生長在GaAs襯底上。但是，從發(fā)光層14獲得的光不能傳輸通過GaAs襯底。為了解決此問題，上述疊層結(jié)構(gòu)以相反的順序外延生長在GaAs襯底上，GaP襯底通過熱壓接合層疊在GaAs襯底上，然后可以除去GaAs襯底。這樣，可以倒裝芯片安裝該器件，并可以通過GaP襯底12提取從發(fā)光層14發(fā)出的光。
在以這種方式形成如圖20A所示的疊層體后，如圖20B所示部分形成將要用作光反射層40的金屬層。光反射層40可由如金(Au)的材料形成。通過在晶片表面上形成抗蝕劑掩膜等(未示出)，隨后沉淀金，然后使用剝離或其它方法除去掩膜，可以形成如圖20B所示的光反射層40。
隨后，如圖20C所示，將光反射層40用作掩膜來蝕刻發(fā)光層14。該蝕刻方法，例如，可以是RIE(反應(yīng)離子蝕刻)。
接著，如圖20D所示，形成p側(cè)電極22。更具體地說，通過在經(jīng)過蝕刻發(fā)光層14暴露的p型襯底12上沉淀金屬層，然后以預(yù)定的溫度燒結(jié)，來形成p側(cè)電極22。P側(cè)電極22可以具有這樣的結(jié)構(gòu)，例如從GaP襯底12側(cè)順序為Au(50nm)/AuZn(200nm)/Au(1μm)(括號中的值表示薄膜厚度，下面也一樣)。在這種結(jié)構(gòu)中，通過在455℃下進行大約30分鐘燒結(jié)能夠獲得歐姆特性。
然后，如圖21A所示，形成將要用作n側(cè)電極的金屬層18。更具體地說，在光反射層40上，例如，依次層疊AuGe(50nm)/Au(100nm)/Mo(150nm)/Au(150nm)/Mo(50nm)/Au(600nm)。這里，Mo層用作阻擋金屬層，以防止包含在下層中的Ge(鍺)和包含在發(fā)光層14中的Ga(鎵)的擴散和滲透。
接著，進行燒結(jié)。然后，如圖21B所示，將光反射層40、將要用作n側(cè)電極的金屬層18和部分發(fā)光層14熔合，以形成合金區(qū)17。在金屬層18形成為上述具體實例的疊層結(jié)構(gòu)時，例如，在405℃下進行大約40分鐘燒結(jié)，AuGe層通過光反射層40擴散到發(fā)光層14中并熔合，以形成主要由Ge(鍺)、金(Au)、鎵(Ga)和As(砷)構(gòu)成的合金區(qū)17。該合金區(qū)17產(chǎn)生歐姆特性。下面將給出n側(cè)電極和相關(guān)燒結(jié)溫度的具體實例。
表1電極結(jié)構(gòu)(從底層開始)(單位nm) 燒結(jié)AuGe(Ge 3wt％)(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(150)/Mo(50)/Au(600)405℃×40minAuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(600) 405℃×40minAuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(150)/Mo(50)/Au(600)405℃×40minAuGe(50)/Au(100) 405℃×40minAuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(300)/Mo(50)/Au(500)405℃×30min當p側(cè)電極22的燒結(jié)溫度較低時，在形成和燒結(jié)p側(cè)電極22之前首先形成和燒結(jié)n側(cè)電極18。除了金-鍺(AuGe)外，作為與GaAs形成歐姆結(jié)的電極金屬，也可以使用具有依次層疊的鍺(Ge)/金(Au)/鎳(Ni)的電極。
然后，如圖21C所示，通過蝕刻和/或切割對襯底12的背側(cè)進行處理以形成突起12P?？梢栽谛纬蒼側(cè)電極18或p側(cè)電極22之前進行突起12P的形成。
應(yīng)該注意，根據(jù)需要可以在上述任何步驟之前或之后提供絕緣膜16(未示出)的形成過程。
在上述具體實例的制造方法中，如果將要用作光反射層40的金屬層太薄，就會降低其對來自發(fā)光層14的光的反射率。另一方面，如果金屬層太厚，就不能通過燒結(jié)充分地進行熔合，從而難于獲得歐姆特性。當光反射層40的材料為金(Au)時，為了具有良好的反射率，希望其厚度為30nm或更大。另一方面，從熔合方面來看，希望光反射層40的厚度為500nm或更小。
如上所述，根據(jù)該具體實例的制造方法，通過使用將要用于光反射層40的金屬層作為掩模來構(gòu)圖發(fā)光層14，以自對準的方式形成發(fā)光層14和光反射層40的疊層結(jié)構(gòu)。此外，通過熔合光反射層40、將要用作n側(cè)電極18的金屬層和部分發(fā)光層14，以形成合金區(qū)17，能夠可靠地形成n側(cè)歐姆接觸。而且，能夠以自對準的方式直接在n側(cè)電極18下面形成對來自發(fā)光層14的光具有較低反射率的合金區(qū)17。光反射層40可以設(shè)置成與合金區(qū)17相鄰。結(jié)果是，能夠可靠地獲得歐姆特性，并能夠通過在電流集中的發(fā)光區(qū)EA上以自對準的方式形成光反射層40，來提高光提取效率。
圖22是表示裝備有本實施例半導(dǎo)體發(fā)光器件的部分半導(dǎo)體發(fā)光裝置的剖面圖。更具體地說，圖22A表示其中倒裝芯片安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件10A的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，圖22B表示其中倒裝芯片安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件10D的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
半導(dǎo)體發(fā)光器件10A、10D與焊接電極20和24一起安裝在封裝襯底200上。封裝襯底200包括襯底202上的n側(cè)電極圖案204和p側(cè)電極圖案206。封裝襯底200，例如，可以是芯片載體，或是在其周圍形成電路的部分布線襯底。在倒裝芯片安裝半導(dǎo)體發(fā)光器件10A、10D之后，可以用樹脂(未示出)密封其周邊。
因此，能夠通過裝備有關(guān)于上述圖1至21所述的本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件，來獲得光提取效率得到提高和亮度得到增加的半導(dǎo)體發(fā)光裝置。
已經(jīng)參考具體實例描述了本發(fā)明的實施例。但是，本發(fā)明并不局限于這些具體實例。例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)需要修改的構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光器件的層結(jié)構(gòu)的任何細節(jié)也落入本發(fā)明的范圍中，只要它們包括本發(fā)明的特征。例如，有源層可由各種材料制成，除了基于InGaAlP材料外，可以包括基于GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1，0≤y＜1)，基于AlGaAs和基于InGaAsP的材料。同樣，覆層和光導(dǎo)層也可由各種材料制成。
圖23是表示一個具體實例的剖面圖，其中本實施例用于包括基于GaInAsN材料的半導(dǎo)體發(fā)光器件。
更具體地說，藍寶石襯底12可設(shè)置為絕緣透明襯底。在其上外延生長n型GaN層13。在n型GaN層13上，依次層疊n型覆層14C、有源層14B和p型覆層14A。在p型覆層14A上，形成p側(cè)電極22，在p側(cè)電極22上形成焊接電極24。在n型GaN層13上，形成n側(cè)電極18，在n側(cè)電極18上形成焊接電極20。
在該具體實例中，n型覆層14C和p型覆層14A可由如InGaAlN材料制成。有源層14B可由單層的InGaN、或InGaN和InGaAlN的MQW結(jié)構(gòu)制成。發(fā)光波長可根據(jù)需要通過選擇有源層14B的合適材料，在從紫外線區(qū)到可見頻帶的較寬范圍中進行選擇。該發(fā)光通過設(shè)置在藍寶石襯底12上的突起12P從外部高效提取。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)需要修改的半導(dǎo)體發(fā)光器件的任何形狀和大小也落入本發(fā)明的范圍中，只要它們包括本發(fā)明的特征。而且，設(shè)置在襯底上突起的形狀、大小、布置關(guān)系和數(shù)量也可以用不同的方式進行修改，它們當中的任何一種方式都落入本發(fā)明的范圍中。
另一方面，對于半導(dǎo)體發(fā)光裝置而言，除了上述具體實例所述之外的其它裝置也落入本發(fā)明的范圍中。例如，它們包括一種具有用于耦合光纖的插座的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件包含在其中；以及一種具有封裝襯底的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光器件安裝在封裝襯底上。實際上，其中倒裝芯片安裝本發(fā)明半導(dǎo)體發(fā)光器件的任何半導(dǎo)體發(fā)光裝置都屬于本發(fā)明的范圍。
當如圖5至9所述在襯底12上提供凹槽12G時，凹槽12G的截面形狀并不局限于具有這些附圖中所示的基本上為V形截面的具體實例。除了它們之外，具有不同截面形狀如圖4所示基本上垂直側(cè)表面的凹槽，以及具有與突起12P一致基本上為U形截面的凹槽的任何半導(dǎo)體發(fā)光器件也落入本發(fā)明的范圍中。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)需要根據(jù)上述本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件修改和實施的任何其它半導(dǎo)體發(fā)光器件也屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底，具有第一主表面和第二主表面；發(fā)光層，設(shè)置在所述襯底的第一主表面上的第一部分中；第一電極，設(shè)置在所述發(fā)光層上；第二電極，設(shè)置在所述襯底的第一主表面上的第二部分中，其中所述第二部分與所述第一部分不同；以及突起，設(shè)置在所述襯底的第二主表面上，其中所述突起具有平面形狀，所述平面形狀反映了所述發(fā)光層的發(fā)光區(qū)的平面形狀，所述發(fā)光區(qū)夾在所述第一電極和所述第二電極之間。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述突起具有相對于所述第二主表面傾斜的側(cè)表面和基本上平行于所述第二主表面的頂表面。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述突起具有基本上垂直于所述第二主表面的側(cè)表面和基本上平行于所述第二主表面的頂表面。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述突起設(shè)置在所述襯底的第二主表面上基本上平行形成的一對凹槽之間。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述突起的頂表面處的襯底厚度和在這對凹槽的外部區(qū)域處的襯底厚度基本上相同。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述突起的側(cè)表面比與所述突起的側(cè)表面相對的所述凹槽的側(cè)表面更加陡峭地向所述第二主表面傾斜。
7.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括光反射層，設(shè)置在與所述突起的側(cè)表面相對的所述凹槽的側(cè)表面上。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上以基本上L形結(jié)構(gòu)形成所述突起。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上以基本上環(huán)形結(jié)構(gòu)形成所述突起。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上設(shè)置多個線性突起。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括光反射層，有選擇地設(shè)置在所述發(fā)光層的發(fā)光區(qū)上。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述光反射層由第一金屬制成，以及在所述第一電極和所述發(fā)光層之間設(shè)置有合金區(qū)，所述合金區(qū)通過熔合所述第一金屬、所述第一電極和部分所述發(fā)光層來形成。
13.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底，具有第一主表面和第二主表面，其中所述第一主表面具有第一部分和第二部分；發(fā)光層，設(shè)置在所述第一主表面上的第一部分中；第一電極，設(shè)置在所述發(fā)光層上；第二電極，設(shè)置在所述第一主表面上的第二部分中；以及突起，設(shè)置在所述襯底的第二主表面上，其中所述突起對應(yīng)于所述發(fā)光層的邊緣，所述邊緣夾在所述第一電極和所述第二電極之間。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述突起設(shè)置在所述襯底的第二主表面上基本上平行形成的一對凹槽之間。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中突起的側(cè)表面比與所述突起的側(cè)表面相對的所述凹槽的側(cè)表面更加陡峭地向所述第二主表面傾斜。
16.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上以基本上L形結(jié)構(gòu)形成所述突起。
17.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上以基本上環(huán)形結(jié)構(gòu)形成所述突起。
18.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中在所述第二主表面上設(shè)置多個線性突起。
19.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，還包括光反射層，其被有選擇地設(shè)置在所述發(fā)光層的發(fā)光區(qū)上。
20.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，包括以下步驟在襯底的第一主表面上形成半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)，其中所述襯底具有所述第一主表面和第二主表面，所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)包括發(fā)光層；在所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)上有選擇地形成金屬層；通過使用所述金屬層作為掩膜去除部分所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)；在去除部分所述半導(dǎo)體多層結(jié)構(gòu)的區(qū)域上形成第二電極；在所述金屬層上形成第一電極，其中所述第一電極與所述金屬層的邊緣分開，所述邊緣更接近于所述第二電極；熔合部分所述金屬層、所述第一電極和下面的半導(dǎo)體層，其中部分所述金屬層位于所述第一電極下面；以及通過處理所述襯底的第二主表面形成突起，其中所述突起對應(yīng)于所述發(fā)光層的邊緣，所述邊緣夾在所述第一電極和所述第二電極之間。
全文摘要
一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括襯底，具有第一主表面和第二主表面；發(fā)光層，設(shè)置在襯底的第一主表面上的第一部分中；第一電極，設(shè)置在發(fā)光層上；第二電極，設(shè)置在襯底的第一主表面上的第二部分中，其中第二部分與第一部分不同；以及突起，設(shè)置在襯底的第二主表面上，其中突起具有平面形狀，該平面形狀反映了發(fā)光層的發(fā)光區(qū)的平面形狀，發(fā)光區(qū)夾在第一電極和第二電極之間。
文檔編號H01L29/02GK1655372SQ20051005419
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者安田秀文, 加藤夕子, 古川和由 申請人:株式會社東芝