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，特別涉及半導(dǎo)體層的晶體
質(zhì)量良好、光的提取效率高的倒裝芯片(flip chip)構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件以
及容易并且低成本地制造該種半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
背景技術(shù)：
近來，公知在藍(lán)寶石基板上形成GaN類半導(dǎo)體層的倒裝芯片構(gòu)造的半 導(dǎo)體發(fā)光元件，但這種的半導(dǎo)體發(fā)光元件的藍(lán)寶石基板的折射率約為1.8、 GaN類半導(dǎo)體層的折射率約為2.5，因此在GaN類半導(dǎo)體層的內(nèi)部形成波 導(dǎo)，出現(xiàn)GaN類半導(dǎo)體層放射的光不能有效地放出到外部這樣的問題。
作為用于解決這樣不理想的情況的一種手段，通過向藍(lán)寶石基板注入 離子的方法，注入一種或兩種以上的離子，并且對(duì)注入離子后的藍(lán)寶石基 板進(jìn)行熱處理，從而提出了形成折射率過渡區(qū)域的技術(shù)(例如，參照專利 文獻(xiàn)1)，該形成折射率過渡區(qū)域的技術(shù)是在藍(lán)寶石基板的半導(dǎo)體層形成面 的折射率從與藍(lán)寶石基板的折射率相同或者近似的值變化到與GaN類半導(dǎo) 體層的折射率相同或者近似的值，在膜厚方法上變化了的折射率過渡區(qū)域。
根據(jù)該技術(shù)，能夠使在藍(lán)寶石基板和GaN類半導(dǎo)體層的界面的兩者的 折射率相同或者近似，所以能夠減少光反射成分，提高光的提取效率。
但是，在專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)，由于通過離子注入在藍(lán)寶石基板上 形成折射率過渡區(qū)域，因此制造設(shè)備不但規(guī)模大而且操作時(shí)間長(zhǎng)，作為產(chǎn) 品的半導(dǎo)體發(fā)光元件的成本變高。另外通過離子的注入藍(lán)寶石基板的表面 變得粗糙，因此有可能在其表面形成的GaN類半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量變差、 半導(dǎo)體層原來的內(nèi)部量子效率降低。另外，由于藍(lán)寶石基板熔點(diǎn)高，因此 改善通過熱處理進(jìn)行離子注入而產(chǎn)生的藍(lán)寶石基板表面的粗糙是困難的。
專利文獻(xiàn)l:日本專利文獻(xiàn)2005-109284號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不完備而完成的，其目的在于提供半導(dǎo) 體層的晶體質(zhì)量良好、光的提取效率高的倒裝芯片構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件 以及容易地且低成本地制造該半導(dǎo)體發(fā)光裝置的方法。
本發(fā)明為了解決上述問題，關(guān)于發(fā)光半導(dǎo)體元件，第一方面具有包 含發(fā)光層的半導(dǎo)體層；形成在該半導(dǎo)體層的光取出面上的折射率傾斜層； 通過接合層貼合在該折射率傾斜層的外面的支持基板，所述支持基板以及 所述接合層對(duì)于從所述半導(dǎo)體層射出的光是透明的，所述支持基板的折射 率與所述接合層的折射率大體相等、且比所述半導(dǎo)體層的折射率??；所述 折射率傾斜層的折射率在所述半導(dǎo)體層側(cè)與所述半導(dǎo)體層的折射率大體相 等，在所述支持基板側(cè)與所述支持基板的折射率大體相等，以這樣的方式 在膜厚方向上相同或者多階段地變化來構(gòu)成。
這樣，當(dāng)將半導(dǎo)體發(fā)光元件由半導(dǎo)體層、形成在該半導(dǎo)體層的光取出 面上的折射率傾斜層、以及在該折射率傾斜層的外面通過接合層而貼合的 支持基板構(gòu)成時(shí)，由于在貼合支撐基板前能夠在半導(dǎo)體層的表面形成折射 率傾斜層，所以能夠代替對(duì)藍(lán)寶石基板的離子注入、形成利用等離子體CVD 等的氣相鍍技術(shù)的折射率傾斜層。由此，能夠廉價(jià)地制造光提取效率高的 半導(dǎo)體發(fā)光元件。另外，沒有必要對(duì)藍(lán)寶石基板注入離子，因此半導(dǎo)體的 晶體質(zhì)量沒有劣化，能夠防止半導(dǎo)體層本來的內(nèi)部量子效率低下。
另外，涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件的第二方面，在所述的第一方面的構(gòu)成的 半導(dǎo)體發(fā)光元件，所述半導(dǎo)體層由GaN類半導(dǎo)體層構(gòu)成，所述支持基板由 Si02構(gòu)成，所述接合層由環(huán)氧樹脂層構(gòu)成，所述折射率傾斜層由在膜厚方 向上組成變化的無機(jī)電介質(zhì)構(gòu)成。
Si02和SiN等的無機(jī)電介質(zhì)的折射率通過調(diào)整成膜時(shí)的組成，能夠調(diào) 整折射率。即，能夠比較容易地形成折射率傾斜層，該折射率傾斜層在半 導(dǎo)體層側(cè)與該半導(dǎo)體層的折射率大體相等、在支持基板側(cè)與該支持基板的 折射率大體相等。
另外，在所述第二方面構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件，所述折射率傾斜層的 所述半導(dǎo)體層側(cè)的折射率在2.0 2 .9的范圍內(nèi)，所述折射率傾斜層的所述 支持基板側(cè)的折射率在1.4 1.6的范圍內(nèi)。GaN類半導(dǎo)體層的折射率在約以2.5為中心的2.0 2.9的范圍內(nèi)，SiO2 以及環(huán)氧樹脂的折射率在約以1.5為中心的1.4 1.6的范圍內(nèi)。
對(duì)此，SiO和SiN等的無機(jī)電介質(zhì)的折射率通過調(diào)整成膜時(shí)的組成， 能夠在1.4 2.9的范圍內(nèi)改變，因此能夠形成光提取效率高的半導(dǎo)體元件。 通過如此地調(diào)整折射率傾斜層的折射率，能夠使在GaN類半導(dǎo)體層和折射 率傾斜層的界面以及折射率傾斜層和支持基板(接合層)的界面的折射率 相同或者近似，因此能夠制成高光提取效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
另一方面，在本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的第一方面， 包括以下工序在藍(lán)寶石基板的一個(gè)面上形成半導(dǎo)體層的工序；在所述半 導(dǎo)體層上安裝暫時(shí)地保持所述半導(dǎo)體層的支撐基板的工序；將所述藍(lán)寶石 基板從所述藍(lán)寶石基板與所述半導(dǎo)體層的界面剝離、露出所述半導(dǎo)體層的 工序；在露出的所述半導(dǎo)體層的表面，通過氣相鍍形成折射率在膜厚方向 上變化的折射率傾斜層的工序；在該折射率傾斜層的表面通過接合層貼合 對(duì)于從所述半導(dǎo)體層射出的光透明的支持基板的工序；以及將所述支撐基 板從所述半導(dǎo)體層與所述支撐基板的界面剝離的工序。
根據(jù)該方法，在由剝離藍(lán)寶石基板而露出的半導(dǎo)體層的表面，通過氣 相鍍形成折射率在膜厚方向變化的折射率傾斜層，因此與應(yīng)用離子注入方 法的情況下相比能夠廉價(jià)地制造出光提取效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
另外本發(fā)明在涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法的第二方面，在所述第 一方面構(gòu)成的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法中，在形成所述折射率傾斜層的 工序，將所述支撐基板支撐的所述半導(dǎo)體層容納在等離子體CVD裝置的鍍 室內(nèi)，根據(jù)形成在所述半導(dǎo)體層上的所述折射率傾斜層的膜厚，適當(dāng)?shù)馗?變向所述鍍室內(nèi)提供的原料氣體的組成。
當(dāng)使用等離子體CVD裝置在半導(dǎo)體層上形成折射率傾斜層時(shí)，只要適 當(dāng)?shù)馗淖兿蝈兪覂?nèi)提供的原料氣體的組成，就能夠容易地形成在膜厚方向 折射率變化的無機(jī)電介質(zhì)層，因此能夠高效地形成折射率傾斜層進(jìn)而能夠 高效地進(jìn)行所需半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層、在該半導(dǎo)體 層的光取出面上形成的折射率傾斜層、通過接合層貼合在該折射率傾斜層 的外表面的支持基板，因此在能夠提高光的提取效率的同時(shí)，能夠防止因半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量劣化而引起的半導(dǎo)體層原來內(nèi)部量子效率的降低。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，在將半導(dǎo)體層用支撐基板暫時(shí) 保持的狀態(tài)下，將藍(lán)寶石基板從在該藍(lán)寶石基板的表面上形成的半導(dǎo)體層 的界面剝離，通過氣相鍍法在露出的半導(dǎo)體層的表面形成折射率在膜厚方 向變化的折射率傾斜層，因此與適用離子注入法的情況相比能夠容易且廉 價(jià)地制造光提取效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。


圖1是實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖2是表示將本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的效果與沒有折射率傾斜 層的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行比較的圖表；
圖3是表示本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造步驟的流程圖； 圖4是表示形成折射率傾斜層時(shí)的原料氣體的流量變化的圖表。
際號(hào)說明1半導(dǎo)體層
2折射率傾斜層
3支持基板
4接合層
12發(fā)光層
14n-電極
15p-電極
21藍(lán)寶石基板
22支撐基板
23準(zhǔn)分子激光器
具體實(shí)施例方式
下面，基于圖1和圖2對(duì)本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)示例進(jìn) 行說明。圖1是實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的截面圖，圖2是表示將 本發(fā)明的效果與沒有折射率傾斜層的半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)行比較的圖表。
如圖1所示，本例中的半導(dǎo)體發(fā)光元件包括半導(dǎo)體層l;在半導(dǎo)體層1的光取出面上形成的折射率傾斜層2;在折射率傾斜層2的外表面(光取 出側(cè))上所具有的支持基板3;以及對(duì)折射率傾斜層2和支持基板3進(jìn)行接 合的接合層4。
如圖1所示，半導(dǎo)體層1包括n-GaN層11;發(fā)光層12; p-GaN層13; 在n-GaN層11上形成的n-電極14;以及在p-GaN層13上形成的p-電極 15。另外，關(guān)于構(gòu)成半導(dǎo)體層1的各層的層積構(gòu)造并不限于圖1所示，而 是能夠形成具有屬于公知的任意的層積構(gòu)造。另外，半導(dǎo)體層1的層積技 術(shù)不是本發(fā)明的要點(diǎn)，并且屬于公知的技術(shù)，因此在本說明書中省略說明。
支持基板3保護(hù)半導(dǎo)體層1，用玻璃(Si02)或塑料等對(duì)從半導(dǎo)體層l 射出來的光透明并具有需要的硬度的材料形成。由玻璃或塑料構(gòu)成的支持 基板3的折射率大約是1.5。
接合層4對(duì)折射率傾斜層2和支持基板3進(jìn)行接合，用對(duì)從半導(dǎo)體層1 射出的光透明的樹脂材料形成。如果是透明可使用屬于公知的任意的樹脂 材料，但是由于具有高接合力以及與折射率約是1.5的支持基板3的折射率 相近似，因此優(yōu)選使用環(huán)氧樹脂。
折射率傾斜層2用SiO或SiN等無機(jī)電介質(zhì)形成為200nm 300nm左 右的厚度。折射率傾斜層2的折射率在半導(dǎo)體層1側(cè)與半導(dǎo)體層1的折射 率大體相等，在支持基板3側(cè)與支持板3的折射率大體相等，在膜厚內(nèi)關(guān) 于膜厚方向的折射率相同地或者多階段地變化。即，在半導(dǎo)體層l是GaN 類半導(dǎo)體層、支持基板3是Si02、接合層是環(huán)氧樹脂的情況下，由于GaN 類半導(dǎo)體層的折射率平均約為2.5， Si02以及環(huán)氧樹脂層的折射率約為1.5， 因此折射率傾斜層2的折射率在半導(dǎo)體層1側(cè)約為2.5，在支持基板3側(cè)(接 合層4側(cè))約為1.5。在膜厚方向上調(diào)整為折射率在該范圍內(nèi)緩慢地并且在 一個(gè)方向上變化。折射率的調(diào)整，能夠通過將成膜時(shí)作為原料的無機(jī)電介 質(zhì)的組成在膜厚方向上改變來作成。
本實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件由于具有包含發(fā)光層12的半導(dǎo)體層1、 形成在該半導(dǎo)體層1的光取出面上的折射率傾斜層2、以及通過接合層4 被貼合在該折射率傾斜層2的外表面的支持基板3，因此具有較高的光提取 效率。另外，因?yàn)樵诎雽?dǎo)體層1和支持基板3之間通過等離子CVD法形成 折射率傾斜層3，所以能夠廉價(jià)地制造半導(dǎo)體發(fā)光元件并且半導(dǎo)體層1的晶體質(zhì)量不會(huì)劣化，從而能夠防止半導(dǎo)體層本來的內(nèi)部量子效率的降低。
關(guān)于額定電流值為200mA、發(fā)光波長(zhǎng)為460nm的半導(dǎo)體發(fā)光元件 (LED) A、 B，額定電流值為300mA、發(fā)光波長(zhǎng)為460nm的半導(dǎo)體發(fā)光 元件C，額定電流值為150mA、發(fā)光波長(zhǎng)為460nm的半導(dǎo)體發(fā)光元件D、 E，額定電流值為500mA、發(fā)光波長(zhǎng)為460nm的半導(dǎo)體發(fā)光元件F，制作 了具有折射率傾斜層2和沒有折射率傾斜層2的半導(dǎo)體發(fā)光元件，并分別 測(cè)量從各個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件射出的光的光量。其結(jié)果如圖2所示，額定電 流值為200mA的半導(dǎo)體發(fā)光元件A、 B增加60。/。 84。/。的光量，額定電流 值為300mA的半導(dǎo)體發(fā)光元件C增加40°/。的光量，額定電流值為150mA 的半導(dǎo)體發(fā)光元件D、 E增加87% 114%的光量，額定電流值為500mA的 半導(dǎo)體發(fā)光元件F增加50%的光量，可知本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件對(duì)光提 取效率的提高是極為有效的。
下面，使用圖3以及圖4說明本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方 法的一個(gè)示例。圖3表示本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件制造步驟的流程圖， 圖4是表示形成折射率傾斜層時(shí)的原料氣體的流量變化的圖表。
首先，如圖3的(a)所示，在藍(lán)寶石基板21的一個(gè)面按照一定的方 法，形成包含沒有圖示的發(fā)光層和n-電極14以及p-電極15的半導(dǎo)體層1。 接下來，如圖3的(b)所示，以例如由玻璃板等構(gòu)成的支撐基板22支撐 半導(dǎo)體層1的電極形成面。接下來，如圖3的(c)所示，在半導(dǎo)體層1和 藍(lán)寶石基板21的界面聚焦波長(zhǎng)308nm或者248nm的準(zhǔn)分子激光器23，將 保持該狀態(tài)的準(zhǔn)分子激光器23在半導(dǎo)體層1的面方向上進(jìn)行掃描。由此， 使半導(dǎo)體層1的與藍(lán)寶石基板21的界面部分熔化，如圖3的(d)所示， 將藍(lán)寶石基板21從半導(dǎo)體層1剝離。之后，將由該支撐基板22支撐的半 導(dǎo)體層1容納在等離子體CVD裝置的鍍室內(nèi)，如圖3的(e)所示，在半 導(dǎo)體層1的光取出面上形成折射率傾斜層2。在形成折射率傾斜層2時(shí)，按 照從發(fā)光層1側(cè)的膜厚變大，來如圖4所示使供給到鍍室中的原料氣體 (SiH4、 N20、 NH3)的流量變化。接下來，如圖3的(f)所示，在形成的 折射率傾斜層2的表面通過接合層4接合支持基板3。最后如圖3的(g) 所示，剝離支撐基板22，從而得到作為產(chǎn)品的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
在本例的半導(dǎo)體發(fā)光元件制造方法中，將半導(dǎo)體層1以在支撐基板22暫時(shí)保持的狀態(tài)，將藍(lán)寶石基板21從在該藍(lán)寶石基板21的表面上形成半
導(dǎo)體層1的界面剝離，之后，在露出的半導(dǎo)體層1的表面通過等離子體CVD 形成折射率在膜厚方向變化的折射率傾斜層2，因此能夠容易且廉價(jià)地制造 出與使用離子注入法的情況相比光的提取效率高的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，包括包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層，形成在該半導(dǎo)體層的光取出面上的折射率傾斜層，以及通過接合層貼合在該折射率傾斜層的外表面的支持基板；所述支持基板以及所述接合層對(duì)于從所述半導(dǎo)體層射出的光透明；所述支持基板的折射率與所述接合層的折射率大體相等、且比所述半導(dǎo)體層的折射率小；所述折射率傾斜層的折射率，以在所述半導(dǎo)體層側(cè)與所述半導(dǎo)體層的折射率大體相等、在所述支持基板側(cè)與所述支持基板的折射率大體相等的方式，關(guān)于膜厚方向相同或者多階段地變化。
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 所述半導(dǎo)體層由GaN類半導(dǎo)體層、所述支持基板由Si02、所述接合層由環(huán)氧樹脂層構(gòu)成，所述折射率傾斜層是在膜厚方向上組成為變化的無機(jī) 電介質(zhì)層。
3、 如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于 所述折射率傾斜層的所述半導(dǎo)體層側(cè)的折射率在2.0 2 .9的范圍內(nèi)，所述折射率傾斜層的所述支持基板側(cè)的折射率在1.4 1.6的范圍內(nèi)。
4、 一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，包括以下工序 在藍(lán)寶石基板的一個(gè)面上形成半導(dǎo)體層的工序； 在所述半導(dǎo)體層上安裝暫時(shí)保持所述半導(dǎo)體層的支撐基板的工序； 將所述藍(lán)寶石基板從所述藍(lán)寶石基板與所述半導(dǎo)體層的界面剝離，露出所述半導(dǎo)體層的工序；在露出的所述半導(dǎo)體層的表面通過氣相鍍法形成折射率在膜厚方向上 變化的折射率傾斜層的工序；在該折射率傾斜層的表面通過接合層貼合對(duì)于從所述半導(dǎo)體層射出的 光透明的支持基板的工序；以及將所述支撐基板從所述半導(dǎo)體層與所述支撐基板的界面剝離的工序。
5、如權(quán)利要求4所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的制造方法，其特征在于 在形成所述折射率傾斜層的工序中，將由所述支撐基板支撐的所述半 導(dǎo)體層容納在等離子體CVD裝置的鍍室內(nèi)，并根據(jù)在所述半導(dǎo)體層上形成 的所述折射率傾斜層的膜厚，適當(dāng)?shù)馗淖児┙o到所述鍍室內(nèi)的原料氣體的 組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件及其制造方法，提供一種半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量良好、且光的提取效率高的倒裝芯片構(gòu)造的半導(dǎo)體發(fā)光元件及其容易且低成本的制造方法。半導(dǎo)體發(fā)光元件包括包含發(fā)光層(12)的半導(dǎo)體層(1)；形成在半導(dǎo)體層(1)的光取出面的折射率傾斜層(2)；以及通過接合層(4)貼合在折射率傾斜層(2)的外表面的支持基板(3)。折射率傾斜層(2)的折射率構(gòu)成為在半導(dǎo)體層側(cè)與半導(dǎo)體層(1)的折射率大體相等，在支持基板側(cè)與支持基板(3)的折射率大體相等，關(guān)于膜厚方向相同或者多階段地變化。折射率傾斜層(2)通過氣相鍍法形成。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101449399SQ20078001865
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2007年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月23日
發(fā)明者相原正巳 申請(qǐng)人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社