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)明涉及用于顯示器或燈等的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光元件的具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)包括一般稱為n型包層的n型半導(dǎo)體層、活性層、一般稱為p型包層的p型半導(dǎo)體層。在一般的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)的成對的主面內(nèi)的一側(cè)成為光取出面?？墒?，從活性層不只向半導(dǎo)體區(qū)的一個主面?zhèn)劝l(fā)射光，也向另一主面?zhèn)劝l(fā)射光。因而，為了提高半導(dǎo)體發(fā)光元件的光取出效率，將從活性層向另一主面?zhèn)劝l(fā)射的光反射到一個主面?zhèn)蕊@得很重要。
為了實現(xiàn)上述的光反射，已知在支持半導(dǎo)體區(qū)的襯底的底面設(shè)置光反射層。但是，在該襯底的底面設(shè)置光反射層的半導(dǎo)體發(fā)光元件，存在因襯底的光吸收而難以大幅提高光取出效率的問題。
另外，還知道在具有導(dǎo)電性的半導(dǎo)體襯底上形成發(fā)光用的半導(dǎo)體區(qū)，并在半導(dǎo)體襯底的底面設(shè)置例如陰極的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是，該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的半導(dǎo)體區(qū)和半導(dǎo)體襯底之間的電阻比較高。因此，該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件的陽極與陰極之間的正向電壓(驅(qū)動電壓)變大，半導(dǎo)體發(fā)光元件的耗電也變大。
為了解決上述問題，在日本特開2002-217450號公報(以下，稱為專利文獻1)中公開在具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)和支持襯底之間設(shè)置光反射層。即，上述專利文獻1中，在具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)的下面?zhèn)确稚⑿纬蓺W姆接觸用的AuGeGa合金層，用Al等的金屬反射層覆蓋AuGeGa合金層的下面以及未被它覆蓋的具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)的下面，另外，在該金屬反射層上粘貼例如由具有導(dǎo)電性的硅構(gòu)成的導(dǎo)電性支持襯底。AuGeGa合金層與例如AlGaInP等的III-V族化合物半導(dǎo)體比較良好地歐姆接觸。因而，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠降低陽極與陰極之間的正向電壓。
另外，能夠用金屬反射層反射從具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)向?qū)щ娦灾С忠r底側(cè)射出的光，因此能夠得到高的發(fā)光效率。
但是，在上述專利文獻1所記載的發(fā)光元件中，AuGeGa合金層雖然比較良好地得到與化合物半導(dǎo)體的低電阻性接觸，但具有光反射率低的性質(zhì)，另一方面，金屬反射層具有良好的反射率，但具有不能與化合物半導(dǎo)體以低電阻性接觸的性質(zhì)。因此，難以同時得到低的正向電壓和高的發(fā)光效率。
可考慮代替AuGeGa合金層與Al反射層而在發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)和支持襯底之間配置Ag(銀)層或Ag合金層。Ag層及Ag合金層對發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)的歐姆接觸性與光反射性均優(yōu)于Al。
可是，光反射率較高的Ag、Ag合金、A1隨著時間的經(jīng)過或溫度變化或者時間和溫度兩方面的原因而容易引起遷移(migration)即移動。因遷移而金屬附著在發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)側(cè)面的n型半導(dǎo)體層和p型半導(dǎo)體層之間時，兩者間成為短路狀態(tài)，當(dāng)恒流驅(qū)動半導(dǎo)體發(fā)光元件時，陽極/陰極間電壓降低且光輸出也降低。
另外，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體發(fā)光元件中存在發(fā)光半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面并沒有有效利用到光的取出的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題是不能容易得到發(fā)光效率及可靠性高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。因而，本發(fā)明的目的在于提供發(fā)光效率及可靠性高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
為解決上述課題構(gòu)思而成的本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中包括支持襯底；在所述支持襯底的一方主面配置且由金屬或合金形成的導(dǎo)電體層；設(shè)有與所述導(dǎo)電體層電連接的一方主面和用以取出光的另一主面且至少包含所述一方主面?zhèn)扰渲玫牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和在所述另一主面?zhèn)扰渲玫牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層的發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)；與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層連接的電極；以及覆蓋所述導(dǎo)電體層的側(cè)面和所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面的任一方或兩方且具有高于所述導(dǎo)電體層及所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的保護層，以抑制所述導(dǎo)電體層中包含的金屬的遷移導(dǎo)致的所述發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)的特性劣化。
還有，本發(fā)明中的光指的是從所述半導(dǎo)體區(qū)發(fā)射的光。
所述保護層最好由無機化合物構(gòu)成。
所述保護層最好是包含構(gòu)成所述導(dǎo)電體層的元素的絕緣物質(zhì)層，或者包含構(gòu)成所述半導(dǎo)體區(qū)的元素且具有高于所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的高電阻層。
所述保護層可由以下的層構(gòu)成由包含構(gòu)成所述導(dǎo)電體層的元素的絕緣物質(zhì)層或者包含構(gòu)成所述半導(dǎo)體區(qū)的元素且具有高于所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的高電阻層構(gòu)成的第一層；由至少覆蓋所述第一層的一部分的無機化合物或有機化合物構(gòu)成的第二層。
所述保護層最好具有光透射性。
所述導(dǎo)電體層是導(dǎo)電率大于所述半導(dǎo)體區(qū)的金屬或合金，最好由銀或銀合金或者鋁或鋁合金構(gòu)成。
所述導(dǎo)電體層最好通過粘貼由在所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面配置的金屬或合金構(gòu)成的第一層和由在所述支持襯底的一方主面配置的金屬或合金構(gòu)成的第二層來構(gòu)成。
所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面可具有大于所述一方主面的表面積，所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面傾斜，且所述保護層具有光反射性。
所述半導(dǎo)體區(qū)最好還包括配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層。最好，至少在所述活性層的側(cè)面配置所述保護層。若至少在所述活性層的側(cè)面及所述導(dǎo)電體層的側(cè)面配置所述保護層，則更理想。
所述半導(dǎo)體發(fā)光元件最好經(jīng)過以下工序制造準(zhǔn)備用以生長半導(dǎo)體的生長用襯底的工序；在所述生長用襯底的一方主面上用氣相生長法形成至少包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體區(qū)的工序；準(zhǔn)備支持襯底的工序；在所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面和所述支持襯底的一方主面之中的至少一方形成由金屬或合金構(gòu)成的導(dǎo)電體層的工序；隔著所述導(dǎo)電體層粘貼所述支持襯底的一方主面和所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面的工序；在所述粘貼工序之前或之后除去所述生長用襯底的工序；在所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層上形成電極的工序；以及為了抑制因所述導(dǎo)電體層中包含的金屬的遷移導(dǎo)致的所述發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)的特性劣化，在所述導(dǎo)電體層的側(cè)面和所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面中的任一方或兩方上形成具有高于所述導(dǎo)電體層及所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的保護層的工序。
依據(jù)本發(fā)明，半導(dǎo)體區(qū)和導(dǎo)電體層中任一方或兩方的側(cè)面被保護層覆蓋，因此能夠抑制半導(dǎo)體區(qū)側(cè)面的漏電流。即，半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面被保護層覆蓋時，即便發(fā)生導(dǎo)電體層的金屬的遷移，也通過保護層阻止第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的短路。另外，導(dǎo)電體層的側(cè)面被保護層覆蓋時，導(dǎo)電體層的金屬的遷移因保護層而受抑制，阻止第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的短路。另外，半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面和導(dǎo)電層的側(cè)面均被保護層覆蓋時，能夠良好地阻止金屬的遷移導(dǎo)致的短路。


圖1是表示本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖2是表示在圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造階段的生長用半導(dǎo)體襯底和半導(dǎo)體區(qū)的剖視圖。
圖3是表示在圖2的半導(dǎo)體區(qū)的主面上設(shè)置第一粘貼層時的剖視圖。
圖4是表示帶有第二粘貼層的支持襯底的剖視圖。
圖5是表示在支持襯底上粘貼半導(dǎo)體區(qū)時的剖視圖。
圖6是表示從圖5除去生長用半導(dǎo)體襯底后的支持襯底和半導(dǎo)體區(qū)的剖視圖。
圖7表示本發(fā)明的實施例與傳統(tǒng)例的半導(dǎo)體發(fā)光元件的通電時間和光輸出及電壓之間的關(guān)系。
圖8是表示實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖9是表示實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖10是表示實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖11是表示實施例5的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖12是表示實施例6的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖13是表示實施例7的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
圖14是表示實施例8的半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖視圖。
(符號說明)1支持襯底，2光反射層，3半導(dǎo)體區(qū)，4第一電極，5第二電極，6保護層。
具體實施例方式
以下，參照圖1～圖14，說明本發(fā)明實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
實施例1圖1所示的作為本發(fā)明實施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光二極管，大體由以下部分構(gòu)成具有導(dǎo)電性的支持襯底1、由導(dǎo)電體層構(gòu)成的光反射層2、具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)3、第一電極4、第二電極5、保護層6、安裝座7、引線構(gòu)件8、導(dǎo)線9和樹脂包圍體10。半導(dǎo)體區(qū)3為了構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括一般稱為n型包層的n型半導(dǎo)體層11、活性層12、一般稱為p型包層的p型半導(dǎo)體層13和p型輔助半導(dǎo)體層14。對于半導(dǎo)體區(qū)3，將在后面進行詳細描述。
支持襯底1由包括一方主面15和另一主面16的導(dǎo)電型硅半導(dǎo)體構(gòu)成，具有5×1018cm-3～5×1019cm-3的n型雜質(zhì)濃度，且具有0.0001～0.01Ω·cm的電阻率，作為第一和第二電極4、5間的電流通路起作用。該支持襯底1具有可機械地支持光反射層2、半導(dǎo)體區(qū)3及第一和第二電極4、5的厚度，最好為300～1000μm。還有，支持襯底1的雜質(zhì)可為p型雜質(zhì)。
支持襯底1的一方主面15和半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17之間配置的由導(dǎo)電體構(gòu)成的光反射層2，對半導(dǎo)體區(qū)3上發(fā)生的例如400nm～600nm波長的光有90％以上的反射率且與支持襯底1的一方主面15和半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17兩個歐姆接觸。
光反射層2由導(dǎo)電率大于半導(dǎo)體區(qū)3的導(dǎo)電材料構(gòu)成，最好由可均滿足光反射性和歐姆性的金屬或合金構(gòu)成。滿足該條件的材料例如為Ag(銀)或者Ag合金。
所述Ag合金最好是由Ag 90～99.5重量％添加元素0.5～10重量％構(gòu)成的Ag為主成分的合金。
所述添加元素也被稱為合金元素，最好是從Cu(銅)、Au(金)、Pd(鈀)、Nd(釹)、Si(硅)，Ir(銥)、Ni(鎳)、W(鎢)、Zn(鋅)、Ga(鎵)、Ti(鈦)、Mg(鎂)、Y(釔)、In(銦)以及Sn(錫)中選擇的一種或多種元素構(gòu)成。
所述添加元素至少具有以下功能之一抑制由Ag或Ag合金構(gòu)成的光反射層2的氧化的功能；抑制光反射層2的硫化的功能；以及抑制光反射層2與半導(dǎo)體區(qū)3之間的合金化的功能。對于光反射層2的氧化的抑制，Cu、Au特別有效。對于光反射層2的硫化的抑制，Zn、Sn特別有效。若由Ag或Ag合金構(gòu)成的光反射層2產(chǎn)生氧化或硫化，則光反射層2與半導(dǎo)體區(qū)3及支持襯底1之間的歐姆接觸惡化，且反射率下降。另外，在光反射層2和半導(dǎo)體區(qū)3之間產(chǎn)生厚的合金化區(qū)域時，光反射層2的反射率下降。圖1的光反射層2用于支持襯底1與半導(dǎo)體區(qū)3的粘貼(可在后面了解)。若由Ag或Ag合金構(gòu)成的光反射層2上產(chǎn)生氧化或硫化，則不能實現(xiàn)隔著光反射層2的支持襯底1與半導(dǎo)體區(qū)3的良好的粘貼。
用Ag合金構(gòu)成光反射層2時，隨著增大相對Ag的添加元素比例，Ag或Ag合金的氧化或硫化的抑制效果也增大，相反會降低光反射率。為了獲得比上述專利文獻1的Al反射層更高的反射率和歐姆性，最好使相對Ag的添加元素的比例為0.5～10重量％。當(dāng)添加元素的比例少于0.5重量％時，難以得到所期望的氧化或硫化的抑制效果，而大于10重量％時難以得到所期望的反射率。若添加元素的比例為1.5～5重量％則更理想。
光反射層2為了阻止這里的光的透射而最好具有50nm以上的厚度。另外，為了得到支持襯底1與半導(dǎo)體區(qū)3的良好的粘貼功能，光反射層2的厚度最好為80nm以上。但是，光反射層2的厚度超過1500nm時構(gòu)成光反射層2的Ag層或Ag合金層上發(fā)生裂紋。因而，光反射層2的理想的厚度為50～1500nm，最好厚度為80～1000nm。
用以構(gòu)成雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的半導(dǎo)體區(qū)3包括作為層疊狀態(tài)配置的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的n型半導(dǎo)體層11、活性層12、作為第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的p型半導(dǎo)體層13以及p型輔助半導(dǎo)體層14。半導(dǎo)體區(qū)3的各層11～14最好由公知的氮化物半導(dǎo)體等的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。本實施例中形成雙異質(zhì)結(jié)型發(fā)光二極管，代之以可省略活性層12，使n型半導(dǎo)體層11與p型半導(dǎo)體層13直接接觸。另外，可省去p型輔助半導(dǎo)體層14。與該半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17相對的另一主面18作為將從活性層12發(fā)射的光取出外部的面起作用。
在半導(dǎo)體區(qū)3的最下方配置的n型半導(dǎo)體層11的材料，最好是在忽略雜質(zhì)時由如下化學(xué)式表示的氮化物半導(dǎo)體。
AlxInyGa1-x-yN；這里，x和y是滿足0≤x＜1，0≤y＜1的數(shù)值。
該式中x和y的值為零時的材料為GaN。
n型半導(dǎo)體層11上的活性層12最好是由例如化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(這里，x和y是滿足0≤x＜1，0≤y＜1的數(shù)值)表示的不摻雜的氮化物半導(dǎo)體，若為InGaN則更理想。還有，圖1中由一層概略示出活性層12，但實際上具有公知的多重量子阱結(jié)構(gòu)。顯然，可用一層構(gòu)成活性層12。另外，本實施例中活性層12上未摻雜導(dǎo)電型確定雜質(zhì)，但可摻雜p型或n型雜質(zhì)。
在活性層12上配置的p型半導(dǎo)體層13最好是在由例如化學(xué)式AlxInyGa1-x-yN(這里，x和y是滿足0≤x＜1，0≤y＜1的數(shù)值)表示的氮化物半導(dǎo)體上摻雜p型雜質(zhì)，若為p型GaN則更理想。
在p型半導(dǎo)體層13上配置的p型輔助半導(dǎo)體層14具有電流擴散功能與歐姆接觸功能，例如由在與p型半導(dǎo)體層13相同的氮化物半導(dǎo)體材料上以比p型半導(dǎo)體層13高的濃度摻雜p型雜質(zhì)的GaN構(gòu)成。
可將p型輔助半導(dǎo)體層14變形為由多個第一和第二層的積層體構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)。該多層結(jié)構(gòu)的輔助半導(dǎo)體層最好包括多個由以第一比例包含Al的p型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第一層和不包含Al或以小于第一比例的第二比例包含Al的p型氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的第二層這一對層。所述第一層最好由在忽略雜質(zhì)時由如下化學(xué)式表示的材料構(gòu)成。
AlxMyGa1-x-yN；這里，所述M是從In(銦)和B(硼)中選擇的至少一種元素，所述x和y是滿足0＜x≤1，0≤y＜1，x+y≤1，a＜x的數(shù)值。
所述第二層最好是在忽略雜質(zhì)時由如下化學(xué)式表示的材料構(gòu)成。
AlaMbGa1-a-bN；這里，所述M是從In(銦)和B(硼)中選擇的至少一種元素，所述a和b是滿足0≤a＜1，0≤b＜1，a+b≤1，a＜x的數(shù)值。
另外，所述多層結(jié)構(gòu)緩沖區(qū)域的第一層最好具有0.5～10nm的厚度，所述第二層最好具有1～100nm的厚度。
作為陽極的第一電極4在p型輔助半導(dǎo)體層9的主面即半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18的中央一部分上配置，且在此電連接。該第一電極4作為用以焊接導(dǎo)線等的連接構(gòu)件9的焊盤部分起作用，不透光地形成。作為陰極的第二電極5與支持襯底1的整個另一主面16歐姆接觸。
第二電極5用導(dǎo)電性接合材19固定到金屬制安裝座7上。安裝座7具有凹部20，在該凹部20中配置由支持襯底1和半導(dǎo)體區(qū)3等構(gòu)成的發(fā)光二極管芯片。安裝座7的凹部20的壁面21是光反射面，朝壁面21入射光時，該光可向外部取出的方向反射。圖1中為了方便圖示，以陡的角度表示壁面21，但實際上設(shè)定為比它緩和的角度。
第一電極4通過導(dǎo)線9連接到引線構(gòu)件8。
由光透射性樹脂構(gòu)成的包圍體10配置成包圍支持襯底1、光反射層2、半導(dǎo)體區(qū)3、第一和第二電極4、5、保護層6、導(dǎo)線9、安裝座7的一部分、引線構(gòu)件8的一部分。構(gòu)成包圍體10的樹脂具有絕緣性，因此通過該樹脂，安裝座7和引線構(gòu)件8絕緣。
本發(fā)明的保護層6是用以抑制因光反射層2的金屬的遷移導(dǎo)致的發(fā)光元件的特性下降的膜，覆蓋光反射層2的側(cè)面22、半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23及支持襯底1的側(cè)面24。
如圖1所示，保護層6最好覆蓋光反射層2的側(cè)面22、半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23及支持襯底1的側(cè)面24，但并不限于此，可進行如下變形。
(1)能夠讓保護層6只覆蓋光反射層2的側(cè)面22地形成。
(2)不將保護層6配置在與光反射層2直接電連接的n型半導(dǎo)體層11的側(cè)面，而能夠僅在活性層12、p型半導(dǎo)體層13及p型輔助半導(dǎo)體層14的側(cè)面配置。
(3)能夠包括上述(1)和(2)的兩種形態(tài)地、在兩處分開形成保護層6。
(4)可覆蓋光反射層2的側(cè)面22全部和半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23全部地形成保護層6。
(5)可令保護層6延伸到半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18。
(6)可令保護層6延伸到支持襯底1的整個側(cè)面24。
最好用對光反射層2及半導(dǎo)體區(qū)3的密著性優(yōu)于光透射性包圍體10，且具有大于半導(dǎo)體區(qū)3的電阻率的絕緣體或半導(dǎo)體材料形成保護層6。另外，如圖1所示，半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23基本上垂直時，以及如圖10所示，半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23從另一主面18向一方主面17擴展地傾斜的正斜面時，保護層6最好具有光透射性。為了獲得上述的密著性及光透射性，保護層6最好由氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN4)或氧化鈦(TiO2)等的無機化合物形成。
保護層6的厚度及折射率最好設(shè)定為可良好地抑制在半導(dǎo)體區(qū)3和保護層6的界面以及保護層6和光透射性包圍體10的界面上的光的全反射的值。若抑制上述兩個界面上的全反射，則可將從活性層12發(fā)出的光經(jīng)由保護層6和光透射性包圍體10在外部高效率地取出。
即，為了抑制在半導(dǎo)體區(qū)3和保護層6的界面以及保護層6和光透射性包圍體10的界面上的光的全反射，設(shè)保護層6的折射率為n2，半導(dǎo)體區(qū)3的折射率為n1，光透射性包圍體10的折射率為n3，保護層6的厚度為T，活性層12發(fā)射的光的波長為λ時，最好將保護層6的折射率n2設(shè)定為(n1×n3)1/2×0.8至(n1×n3)1/2×1.2范圍內(nèi)的值，且，保護層6的厚度T設(shè)定為滿足下式。
T＝{(2m+1)×λ/4n2}±(λ/8n2)這里，m表示0、1、2中的任一個。
另外，不形成光透射性包圍體10的發(fā)光元件中，為了抑制半導(dǎo)體區(qū)3和保護層6的界面上的光的全反射，設(shè)保護層6的折射率為n2，半導(dǎo)體區(qū)3的折射率為n1，空氣層的折射率為n4，保護層6的厚度為T，活性層12發(fā)射的光的波長為λ時，最好將保護層6的折射率n2設(shè)定為(n1×n4)1/2×0.8至(n1×n4)1/2×1.2范圍內(nèi)的值，且保護層6的厚度T設(shè)定為滿足下式。
T＝{(2m+1)×λ/4n2}±(λ/8n2)這里，m表示0、1、2中的任一個。
還有，將保護層6的厚度T不設(shè)為上述式表示的值，只令保護層6的折射率n2滿足上述條件地設(shè)定時，就可抑制全反射。抑制全反射而增大光取出效率時，亮度提高。
保護層6通過濺鍍或蒸鍍或涂布等來形成。該保護層6的形成是在安裝座7上固定帶有半導(dǎo)體區(qū)3的支持襯底1的工序之前進行。
制造圖1的半導(dǎo)體發(fā)光元件時，首先，準(zhǔn)備圖2所示的生長用襯底30。生長用襯底30只要能夠在上面氣相生長半導(dǎo)體區(qū)3即可，例如，可從GaAs等的III-V族半導(dǎo)體或硅或藍寶石等中選擇。本實施例中，為了低成本化而由硅形成生長用襯底30。
接著，在生長用襯底30上用公知的氣相生長法依次形成圖1所示的p型輔助半導(dǎo)體層14、p型半導(dǎo)體層13、活性層12和n型半導(dǎo)體層11，從而得到具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)3。氣相生長時，p型半導(dǎo)體層14作為p型半導(dǎo)體層13、活性層12、n型半導(dǎo)體層11的緩沖層起作用。
接著，如圖3所示，在半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17上用公知的濺鍍法形成由Ag或Ag合金構(gòu)成的第一粘貼層2a。顯然，第一粘貼層2a可用濺鍍法以外的其它蒸鍍方法等形成。該第一粘貼層2a的厚度最好為圖1所示的完成后的光反射層2的大致一半的厚度。
接著，如圖4所示，準(zhǔn)備與圖1同一結(jié)構(gòu)的由具有導(dǎo)電性的硅構(gòu)成的支持襯底1，在該一方主面15上用公知的濺鍍法形成由Ag或Ag合金構(gòu)成的第二粘貼層2b。
如圖5所示，在支持襯底1上的第二粘貼層2b上疊加圖3所示的半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17上的第一粘貼層2a，且相互加壓接觸后例如進行210～400℃的熱處理，使Ag或Ag合金材料相互擴散，將第一和第二粘貼層2a、2b一體化而得到光反射層2。這種接合一般稱為擴散接合或者熱壓接。當(dāng)?shù)谝缓偷诙迟N層2a、2b為Ag時最好蝕刻表面而除去氧化或硫化膜后進行粘貼。由Ag或Ag合金構(gòu)成的光反射層2與支持襯底1和半導(dǎo)體區(qū)3良好地歐姆接觸且具有大于Al的反射率。
接著，用切削或蝕刻除去生長用襯底30而得到圖6所示的半導(dǎo)體基體。還有，能夠在圖3的粘貼工序前的狀態(tài)下除去生長用襯底30，只將半導(dǎo)體區(qū)3經(jīng)由第一和第二粘貼層2a、2b粘貼到支持襯底1上。
接著，形成圖1所示的保護層6，然后形成第一和第二電極4、5。
若在第一和第二電極4、5之間加正向電壓，則從活性層12發(fā)出光。由活性層12向半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18側(cè)發(fā)射的光，從另一主面18的未形成第一電極4的部分向外部出射。另外，由活性層12向一方主面17側(cè)發(fā)射的光，在光反射層2反射后回到另一主面18側(cè)，然后向外部出射。另外，入射到半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23的光大部分通過保護層6后在安裝座7的凹部20的壁面21反射而被有效利用。
本實施例具有如下效果。
(1)如果未設(shè)置本實施例的保護層6，在半導(dǎo)體區(qū)3和支持襯底1之間配置的光反射層2的金屬可能在半導(dǎo)體發(fā)光元件(發(fā)光二極管)的制造工序中或制造工序后因遷移而附著到半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23上。遷移導(dǎo)致的金屬在不需要部位的附著，尤其在光反射層2從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23稍微突出時容易引起。圖1中示出光反射層2不從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23突出，但用公知的濕蝕刻法蝕刻半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23時，由于光反射層2不被蝕刻而稍微從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23突出。如果在光反射層2從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23突出的狀態(tài)下，在第一和第二電極4、5之間加電壓，則在光反射層2的突出部分集中電場，以此為契機，進行對光反射層2的金屬的遷移，金屬附著到半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23。如果活性層12的表面附著金屬，則n型半導(dǎo)體層11和p型半導(dǎo)體層13之間成為短路狀態(tài)，在恒流驅(qū)動半導(dǎo)體發(fā)光元件(發(fā)光二極管)時，如圖7中虛線B所示，經(jīng)過預(yù)定通電時間Tx后產(chǎn)生半導(dǎo)體發(fā)光元件的電壓下降及光輸出的下降。相反，如圖1所示，如果設(shè)置保護層6，使之覆蓋光反射層2的側(cè)面22及半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23，則即便在濕蝕刻后光反射層2從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23稍微突出，也因光反射層2的突出部分被絕緣性的保護層6覆蓋，緩和在此處的電場集中，并防止遷移。
還有，即使光反射層2不從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23突出的狀態(tài)下，也有可能發(fā)生光反射層2的金屬的遷移。這種情況下，光反射層2的側(cè)面被保護層6覆蓋，因此也能用保護層6防止金屬的遷移。
(2)制造工序中或該制造工序后可能發(fā)生光反射層2的擴展，以及光反射層2貫通保護層6的情況。這種情況下，光反射層2的金屬因遷移而可能附著到保護層6的表面。但是，保護層6以寬度大于圖6所示的活性層12的露出面的寬度Ta而形成，因此減少n型半導(dǎo)體層11和p型半導(dǎo)體層13之間成為短路狀態(tài)的概率。從而，如圖7的實線A所示，將本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件保持在長時間通電狀態(tài)下也幾乎不發(fā)生半導(dǎo)體發(fā)光元件的電壓的降低和光輸出的降低。因而，依據(jù)本實施例，能夠提供可靠性高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
(3)為了制造半導(dǎo)體發(fā)光元件，如圖2～圖6所示，采用使用生長用襯底30形成半導(dǎo)體區(qū)3，然后粘貼支持襯底1的方法。依據(jù)該方法，如圖6所示，n型半導(dǎo)體層11的厚度T1小于p型半導(dǎo)體層13和p型輔助半導(dǎo)體層14的合計厚度T2。從而，活性層12和光反射層2之間的距離變短。因而，若未設(shè)置保護層6，則光反射層2的金屬因遷移而附著到活性層12的側(cè)面的可能性變高。但是，按照本實施例設(shè)置保護層6的場合，因保護層6的作用而抑制對活性層12的側(cè)面的金屬的附著，并抑制活性層12的短路。
(4)由于半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23被保護層6覆蓋，能夠提高半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面的抗?jié)裥耘c絕緣性，并抑制靜電等造成的過電壓破壞。
(5)通過粘貼第一和第二粘貼層2a、2b形成光反射層2，因此能夠容易形成半導(dǎo)體區(qū)3和支持襯底1之間光反射層2。
(6)由于光反射層2由Ag或Ag合金構(gòu)成，與半導(dǎo)體區(qū)3和硅支持襯底1兩個良好地歐姆接觸。因而，如上述專利文獻1所示的那樣除Al反射層外無需設(shè)置歐姆接觸層，不僅簡化了制造工序，而且能夠?qū)崿F(xiàn)增大光反射量以及減少正向電壓即減少耗電。
(7)保護層6具有半導(dǎo)體區(qū)3和包圍體10或空氣的中間折射率，對于從半導(dǎo)體區(qū)3向側(cè)面23方向的光有透射性，因此從半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23也能取出光，提高了光的取出效率。
實施例2以下，說明圖8所示的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是，圖8以及表示后述的實施例3～8的圖9～圖14中基本上與圖1相同的部分采用同一符號，并省略其說明。還有，圖8～圖14所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件也設(shè)有與圖1的安裝座24、引線端子8、導(dǎo)線9以及包圍體10同樣的部分，但為了簡化圖8～圖14的圖示而省略。
圖8的實施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件中除變形的保護層6a外與圖1相同。圖8的保護層6a將光反射層2的露出面和半導(dǎo)體區(qū)3的露出側(cè)面高電阻化即絕緣化而構(gòu)成。該絕緣化保護層6a能夠通過對光反射層2和半導(dǎo)體區(qū)3注入離子來形成。對于光反射層2，在構(gòu)成該光反射層2的Ag等的金屬注入氧離子，可抑制遷移地變質(zhì)為金屬氧化物。對于半導(dǎo)體區(qū)3，通過離子注入來導(dǎo)入氫或氧等而絕緣化。
根據(jù)圖8的離子注入而形成的保護層6a也能得到與圖1的由絕緣性無機物質(zhì)被覆而形成的保護層6同樣的效果。還有，與圖1的保護層6同樣，圖8的保護層6a的形成范圍可根據(jù)需要改變。
實施例3圖9所示的實施例3的半導(dǎo)體發(fā)光元件除了變形的保護層6b和電流阻擋層31外與圖1同樣構(gòu)成。
圖9的保護層6b由覆蓋光反射層2的側(cè)面22的第一保護層6b1和覆蓋該第一保護層6b1上的第二保護層6b2構(gòu)成。第一保護層6b1與圖8的保護層6a同樣通過離子注入來形成。第二保護層6b2與圖1的保護層6同樣通過被覆絕緣性無機物質(zhì)來形成，除了覆蓋第一保護層6b1外，還覆蓋半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23、另一主面18以及襯底1的側(cè)面的一部分。圖9中光反射層2的側(cè)面22被第一和第二保護層6b1、6b2雙重覆蓋，因此其抑制遷移的效果大于圖1及圖8的實施例。
由絕緣物構(gòu)成的電流阻擋層31配置成覆蓋半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17的第一電極4的相對區(qū)域的至少一部分。因而，圖9的實施例3中光反射層2僅配置在電流阻擋層31外側(cè)。電流阻擋層31具有減少與活性層12的第一電極4相對的區(qū)域的電流，并增大其外側(cè)的電流，提高發(fā)光效率的作用。還有，可將與圖9的電流阻擋層31同樣的層設(shè)置到圖1、圖8以及圖10～圖14所示的其它實施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
實施例4與圖1相比，圖10所示的實施例4的半導(dǎo)體發(fā)光元件的不同點在于采用使半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23從另一主面18向一方主面17底寬地傾斜的正斜面結(jié)構(gòu)，且將第二電極5配置在襯底1的上側(cè)。
圖10的襯底1的一方主面15具有大于半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17的面積，其一方從半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17向外側(cè)突出。第二電極5配置在第二粘貼層2b上。還有，當(dāng)?shù)诙迟N層2b具有電極功能時無需設(shè)置第二電極5。另外，不使第二粘貼層2b延伸到第二電極5的下方，與第一粘貼層2a同樣，能夠用保護層6覆蓋其側(cè)面。這時讓第二電極5與襯底1的一方主面15直接接觸。
圖10的實施例4具有與圖1同樣的效果外，還具有因半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23傾斜而更良好地實現(xiàn)對側(cè)面的保護的效果。
還有，能夠?qū)D10的保護層6變形為圖8及圖9的保護層6a、6b。
實施例5與圖1相比，圖11的實施例5的半導(dǎo)體發(fā)光元件的不同點在于采用使半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23從一方主面17向另一主面18擴展地傾斜的負斜面結(jié)構(gòu)，且設(shè)置具有反射性的多層結(jié)構(gòu)保護層6c。
圖11的保護層6c由不同折射率的第一和第二層6c1、6c2層疊而構(gòu)成，具有將從半導(dǎo)體區(qū)3的內(nèi)部側(cè)入射的光向另一主面18方向反射的作用。從而，提高光的取出效率。
實施例6與圖1相比，圖12的實施例6的半導(dǎo)體發(fā)光元件的不同點在于在光反射層2的側(cè)面22設(shè)有有限的保護層6b且在半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18設(shè)有光透射性電極40。
圖6的保護層6d由與圖8同樣采用離子注入而形成的第一層6d1和與圖1同樣被覆絕緣性無機物質(zhì)而形成的第二層6d2的層疊體構(gòu)成。
光透射性電極40基本上在半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18的整個面形成，在此連接了具有焊盤功能的第一電極4。
該圖12的實施例6具有與圖9的實施例3同樣的效果，還具有光透射性電極40導(dǎo)致的電流分布均勻的效果。還有，圖12的保護層6d或光透射性電極40可應(yīng)用于圖8～圖11的半導(dǎo)體發(fā)光元件上。
實施例7圖13的實施例7的半導(dǎo)體發(fā)光元件除變形的保護層6e外與圖12的實施例6相同地形成。圖13的保護層6e是由與圖12的第一和第二層6d1、6d2相同材料構(gòu)成的第一和第二層6e1、6e2的層疊體，僅在半導(dǎo)體區(qū)3的側(cè)面23配置。根據(jù)該圖13的實施例7也能與圖12的實施例6同樣抑制遷移導(dǎo)致的特性劣化。另外，能夠提高抗?jié)裥?。還有，圖13的保護層6e可用于圖1、圖9～圖11所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
實施例8與圖1相比，圖14所示的實施例8的半導(dǎo)體發(fā)光元件的不同點在于在半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17側(cè)分散設(shè)置歐姆接觸層41，并設(shè)置光反射層2覆蓋該歐姆接觸層41。
圖14的光反射層2由Al(鋁)構(gòu)成，因此與n型半導(dǎo)體層11的歐姆性差。但是，歐姆接觸層41與n型半導(dǎo)體層11和光反射層2兩個歐姆接觸，因此良好地保持光反射層2與n型半導(dǎo)體層11的電連接。
圖14的保護層6與圖1相同地形成，因此根據(jù)圖14的實施例8也能得到與圖1的實施例1相同的效果。
還有，與圖14的歐姆接觸層41相當(dāng)?shù)膶?，也可設(shè)在圖8～圖13的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本發(fā)明并不限于上述的實施例，例如可進行如下變形。
(1)可用絕緣性有機物質(zhì)形成保護層6。這時，使用與包圍體10的功能相比對半導(dǎo)體區(qū)3的密著性優(yōu)異的材料。
(2)可在半導(dǎo)體區(qū)3的一方主面17的整個面設(shè)置歐姆接觸層。
(3)可用氮化物半導(dǎo)體以外的AlGaInP系半導(dǎo)體等的其它半導(dǎo)體形成半導(dǎo)體區(qū)3。
(4)在光反射層2和n型半導(dǎo)體層11之間，可以隔著由AlInGaN等構(gòu)成的緩沖層。
(5)可在半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18上形成對增大光的取出效率有貢獻的許多凹凸。
(6)不在半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18上形成第一電極4，可將p型半導(dǎo)體層13或p型輔助半導(dǎo)體層14的任意部位連接。
(7)支持襯底1可為金屬襯底。這時，可將該襯底用作電極而省略第二電極5。
(8)可讓半導(dǎo)體區(qū)3的各層的導(dǎo)電型與圖1的實施例相反。
(9)用半導(dǎo)體形成支持襯底1時其上可形成二極管等的半導(dǎo)體元件。
(10)在具有圖12及圖13的光透射性電極40時，可在半導(dǎo)體區(qū)3的另一主面18側(cè)設(shè)置電流阻擋層。
(11)能夠省去圖3的第一粘貼層2a或第二粘貼層2b，從而用一個粘貼層接合襯底1和半導(dǎo)體區(qū)3。
(12)生長用半導(dǎo)體襯底30可為藍寶石等的絕緣襯底。
(13)可對半導(dǎo)體區(qū)3的表面或保護膜6的表面進行凹凸加工。這樣能夠增加光取出面的表面積，能夠增大光取出效率。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其中包括支持襯底；在所述支持襯底的一方主面配置且由金屬或合金形成的導(dǎo)電體層；設(shè)有與所述導(dǎo)電體層電連接的一方主面和用以取出光的另一主面且至少包含所述一方主面?zhèn)扰渲玫牡谝粚?dǎo)電型半導(dǎo)體層和在所述另一主面?zhèn)扰渲玫牡诙?dǎo)電型半導(dǎo)體層的發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)；與所述半導(dǎo)體區(qū)的所述第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層連接的電極；以及覆蓋所述導(dǎo)電體層的側(cè)面和所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面的任一方或兩方且具有高于所述導(dǎo)電體層及所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的保護層，以抑制所述導(dǎo)電體層中包含的金屬的遷移導(dǎo)致的所述發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)的特性劣化。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述保護層由無機化合物構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述保護層是包含構(gòu)成所述導(dǎo)電體層的元素的絕緣物質(zhì)層，或者包含構(gòu)成所述半導(dǎo)體區(qū)的元素且具有高于所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的高電阻層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述保護層由以下的層構(gòu)成由包含構(gòu)成所述導(dǎo)電體層的元素的絕緣物質(zhì)層或者包含構(gòu)成所述半導(dǎo)體區(qū)的元素且具有高于所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的高電阻層構(gòu)成的第一層；以及由至少覆蓋所述第一層的一部分的無機化合物或有機化合物構(gòu)成的第二層。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述保護層具有光透射性。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述導(dǎo)電體層由銀或銀合金或鋁或鋁合金構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述導(dǎo)電體層通過粘貼由在所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面配置的金屬或合金構(gòu)成的第一層和由在所述支持襯底的一方主面配置的金屬或合金構(gòu)成的第二層來構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面具有大于所述一方主面的表面積，所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面傾斜，且所述保護層具有光反射性。
9.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體區(qū)還包括配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；所述保護層至少配置在所述活性層的側(cè)面。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于所述半導(dǎo)體區(qū)還包括配置在第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層之間的活性層；所述保護層至少配置在所述活性層的側(cè)面及所述導(dǎo)電體層的側(cè)面。
11.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，包括以下工序準(zhǔn)備用以生長半導(dǎo)體的生長用襯底的工序；在所述生長用襯底的一方主面上用氣相生長法形成至少包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體區(qū)的工序；準(zhǔn)備支持襯底的工序；在所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面和所述支持襯底的一方主面之中的至少一方形成由金屬或合金構(gòu)成的導(dǎo)電體層的工序；隔著所述導(dǎo)電體層粘貼所述支持襯底的一方主面和所述半導(dǎo)體區(qū)的一方主面的工序；在所述粘貼工序之前或之后除去所述生長用襯底的工序；在所述半導(dǎo)體區(qū)的另一主面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層上形成電極的工序；以及為了抑制因所述導(dǎo)電體層中包含的金屬的遷移導(dǎo)致的所述發(fā)光用半導(dǎo)體區(qū)的特性劣化，在所述導(dǎo)電體層的側(cè)面和所述半導(dǎo)體區(qū)的側(cè)面中的任一方或兩方上形成具有高于所述導(dǎo)電體層及所述半導(dǎo)體區(qū)的電阻率的保護層的工序。
全文摘要
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括具有導(dǎo)電性的支持襯底(1)和具有發(fā)光功能的半導(dǎo)體區(qū)(3)和光反射層(2)。半導(dǎo)體區(qū)(3)包括n型半導(dǎo)體層(6)、活性層(7)、p型半導(dǎo)體層(8)和p型輔助半導(dǎo)體層(9)。光反射層(2)由Ag或Ag合金構(gòu)成，且配置在半導(dǎo)體區(qū)(3)和支持襯底(1)之間。該光反射層(2)通過接合在半導(dǎo)體區(qū)(3)的一方主面形成的由Ag或Ag合金構(gòu)成的第一粘貼層和在支持襯底(1)的一方主面形成的由Ag或Ag合金構(gòu)成的第二粘貼層來形成。光反射層(2)的側(cè)面(22)和半導(dǎo)體區(qū)(3)的側(cè)面(23)的任一方或兩方被用以抑制遷移的保護層(6)覆蓋。
文檔編號H01L33/32GK1770489SQ20051010852
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者青柳秀和, 加藤隆志, 松尾哲二 申請人:三墾電氣株式會社