專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法，更具體地，涉及光輸出功率提高了的半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著LED (半導(dǎo)體發(fā)光二極管)的應(yīng)用多樣化，存在對具有更高光輸出功率的LED的需求。大體上，LED具有如下結(jié)構(gòu)，即在電極對之間夾有包括例如η型半導(dǎo)體層、活性層以及P型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體堆疊體。當(dāng)電壓施加至這樣的LED時，在活性層中生成光，并且光在所有方向各向同性地行進。已知朝著光提取側(cè)的電極部行進的這部分光被電極部吸收和/或反射、而不發(fā)射到LED外部，從而嚴(yán)重影響了光提取效率。特別地，通過MOCVD等層疊的薄膜半導(dǎo)體層具有以下問題，即在緊挨在光提取側(cè)的電極部之下的活性層中所生成的光大部分被電極部吸收和/或反射，這嚴(yán)重降低了光提取效率。為了解決如上所述的這個問題，日本特開平JP03-003373A公開了如下技術(shù)，對光提取側(cè)的電極部適當(dāng)?shù)卦O(shè)置由InGaP材料制成的中間能隙層，以將發(fā)光區(qū)域擴展至活性層中除緊挨在電極部之下的部分以外的部分，從而提高光提取效率。此外，日本特開JP2007-221029A公開了如下技術(shù)，僅在除緊挨在光提取側(cè)的電極部之下的部分以外的部分形成接觸部，以通過電流約束來提高內(nèi)部量子效率、并且還提高所生成的光的光提取效率。通常認(rèn)為，活性層的發(fā)光區(qū)域與緊挨在光提取側(cè)的電極部之下的位置相距越遠， 由光提取側(cè)的電極部的光遮蔽引起的影響越小。在此基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)上已經(jīng)實施了通過使緊挨在光提取側(cè)的電極部之下的位置與和該電極部成對的另一電極部之間的距離增加，來提高LED的光提取效率。然而，簡單地增加上述距離引起以下的問題，即隨著光提取側(cè)的電極部與和該電極部成對的另一電極部之間的距離增加，電流在這兩個電極部之間流動時的電阻不可避免地增大。然而，現(xiàn)有技術(shù)從未關(guān)注由電阻的這種增大所引起的正向電壓的增大。此外，現(xiàn)有技術(shù)從未關(guān)注光輸出功率和緊挨在光提取側(cè)的電極部之下的位置與和該電極部成對的另一電極部的距離之間的關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的一個目的是提供如下的半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法，在該半導(dǎo)體發(fā)光二極管中，通過將作為光提取側(cè)的電極部的上電極部和與該上電極部成對的中間電極部設(shè)置成具有適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系，在維持相對低的正向電壓的同時提高了光輸出功率。用于解決問題的方案
為達到上述目的，本發(fā)明主要包括以下要素。(1) 一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括支承基板；順次配置在所述支承基板的上表面?zhèn)鹊闹虚g層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層、活性層、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和上電極部，其中所述中間層包括中間電極部；以及設(shè)置在所述支承基板的下表面?zhèn)鹊南码姌O層，其中，所述中間層包括呈線狀或島狀延伸的至少一個中間電極部；以及所述上電極部和所述中間電極部被配置為具有如下的位置關(guān)系，即在通過將所述上電極部和所述中間電極部分別投影到與所述支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，所述上電極部和所述中間電極部相互平行且彼此錯開，并且所述上電極部和所述中間電極部之間的距離在10微米至50微米的范圍內(nèi)。(2)根據(jù)以上(1)所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其中，在所述支承基板與所述中間層之間還設(shè)置有作為反射層的金屬層。(3) 一種制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟在生長基板上順次形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、活性層以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層；在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成包括中間電極部的中間層；在所述中間層上接合支承基板；通過去除所述生長基板，暴露所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；以及在暴露出的所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成上電極部，其中，將所述上電極部和所述中間電極部配置為具有如下的位置關(guān)系，即在通過將所述上電極部和所述中間電極部分別投影到與所述支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，所述上電極部和所述中間電極部相互平行且彼此錯開，并且所述上電極部和所述中間電極部之間的距離在10微米至50微米的范圍內(nèi)。(4)根據(jù)以上C3)所述的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，其中，還包括以下步驟 在所述中間層上形成作為反射層的金屬層。發(fā)明的效果在本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管中，通過將上電極部與中間電極部的位置關(guān)系配置為如下，即在通過將上電極部與中間電極部分別投影到與支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，上電極部與中間電極部相互平行且彼此錯開、并且使上電極部與中間電極部之間的距離最優(yōu)化，可以在維持相對低的正向電壓的同時提高光輸出功率。根據(jù)上述制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，通過將上電極部與中間電極部的位置關(guān)系配置為如下，即在通過將上電極部與中間電極部分別投影到與支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，上電極部與中間電極部相互平行且彼此錯開、并且使上電極部與中間電極部之間的距離最優(yōu)化，可以制造能夠在維持相對低的正向電壓的同時提高光輸出功率的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。


圖1的(a)和(b)是分別示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的示意圖，以及圖2的(a) (h)是示出根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法的示意圖。
具體實施例方式然后，將參考

根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的實施例。圖1的(a)是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管在切割之前的截面結(jié)構(gòu)的平面圖，并且圖1的
4(b)是示意性示出通過切割半導(dǎo)體發(fā)光二極管所獲得的預(yù)定芯片的平面圖。如圖1的(a)所示，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管1具有支承基板2 ；順次配置在支承基板的上表面?zhèn)鹊闹虚g層3、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4、活性層5、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6和上電極部7，其中，中間層3包括中間電極部3a ；以及設(shè)置在支承基板2的下表面?zhèn)鹊南码姌O層8。中間層3包括呈線狀或島狀延伸的至少一個中間電極部3a。此外，如圖1的(b)所示，在將上電極部7和中間電極部3a分別投影到與支承基板2的上表面平行的假想平面上的視圖中，上電極部7和中間電極部3a具有如下的位置關(guān)系上電極部7和中間電極部3a相互平行且彼此錯開(即呈梳狀)，并且上電極部7與各中間電極部3a之間的距離d (下文將該距離稱為“電極間距離d”)在10 μ m 50 μ m的范圍內(nèi)。在本實施例中，如上所述，以使上電極部7和中間電極部3a相互平行且彼此錯開的位置關(guān)系來配置這些電極部，從而使得活性層5的發(fā)光區(qū)域相對于上電極部7移位了，因而提高了光提取效率和光輸出功率。此外，由于將電極間距離d設(shè)置在10 μ m 50 μ m的范圍內(nèi)，可以以相容的方式實現(xiàn)相對低的正向電壓和高的發(fā)光輸出。在電極間距離d小于10 μ m的情況下，緊挨在上電極部7之下流過的電流成分增大，因而無法以令人滿意的方式獲得中間電極部3a與上電極部7彼此錯開的效果。在電極間距離d超過50 μ m的情況下，電阻的距離成分增大，這使得不可能實現(xiàn)低的正向電壓。第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4、活性層5以及第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6用的材料的例子包括 AlGaAs系材料和AlfeInP系材料。可以根據(jù)第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4、活性層5以及第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6用的這些材料來選擇支承基板2用的材料的類型。層4、5和6以及支承基板2可以分別具有Iym IOymUOnm 500nm(總厚度)、lym IOym以及100 μ m 400 μ m 的厚度。在第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6是ρ型層的情況下，第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4為η型層，反之亦然。上電極部7可以具有如下的結(jié)構(gòu)，即包括由AuGe系合金材料所制成的歐姆接觸層(50nm 500nm)以及通過在Ti材料上層疊Au材料所形成的布線用的焊盤層(Ιμπι 3 μ m)?？梢愿鶕?jù)支承基板2的材料來適當(dāng)選擇下電極層8用的材料。中間電極部3a的材料可以是例如AuSi系合金材料，并且中間層3中除中間電極部3a以外的部分可以由例如包括SiO2材料或Si3N4材料的絕緣材料制成。由于期望在接合支承基板2時晶圓表面上的不規(guī)則相對少，因而中間層3優(yōu)選具有與絕緣材料層的厚度相等的厚度，特別地，厚度在50nm 500nm的范圍內(nèi)。在厚度小于50nm的情況下，可能導(dǎo)致絕緣不充分。在厚度超過500nm的情況下，盡管在某種程度上可以實現(xiàn)本發(fā)明想要的效果， 但絕緣材料所引起的光的影響可能增大至不可忽略的水平，并且通過加厚中間層3所實現(xiàn)的效果可能到達停滯(plateau)狀態(tài)，這使得進一步增大厚度不經(jīng)濟。此外，優(yōu)選在支承基板2和中間層3之間進一步設(shè)置作為反射層的金屬層9。通過設(shè)置金屬層9，在上電極部7側(cè)可以有效地收集由活性層5發(fā)出并且朝著支承基板2行進的光。金屬層9用的材料的例子包括Au、Al、Cu以及諸如焊錫材料等的用于焊接的金屬材料。 在發(fā)光層要發(fā)出與紅 紅外相對應(yīng)的波長的光的情況下，針對金屬層9優(yōu)選使用對紅 紅外的波長范圍內(nèi)的光呈現(xiàn)相對高的反射率的Au材料，并且金屬層9的厚度為IOOnm lOOOnm。在上述情況下，如果金屬層9的厚度小于lOOnm，則光反射率可能劣化。如果金屬層9的厚度超過lOOOnm，則盡管在某種程度上可以實現(xiàn)本發(fā)明想要的效果，但可能不必要地增加了制造成本卻未提高光反射率，這是不經(jīng)濟的。然后，將參考

根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法的實施例。圖 2的(a) (h)示意性示出根據(jù)本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法。如圖2的(a)所示，在本發(fā)明的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管1的方法中，在生長基板 10上順次形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6、活性層5和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4?？梢酝ㄟ^例如利用 MOCVD的外延生長來形成這些層6、5和4。生長基板10可以由例如GaAs基板制成，并且盡管不特別限制，生長基板10的厚度可以在200 μ m 400 μ m的范圍內(nèi)。然后，如圖2的(b)和(c)所示，在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4上形成包括中間電極部3a 的中間層3。通過例如濺射、電子束氣相沉積、電阻加熱氣相沉積在第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4上沉積中間電極部3a，然后，將中間電極部3a蝕刻為如圖2的(b)所示的預(yù)定形狀。然后， 對該層疊體進行預(yù)定的熱處理，以減小中間電極部3a與第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4之間的接觸電阻。然后，通過例如濺射或等離子CVD在中間電極部3a和第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層4上形成絕緣膜，并且通過例如濕蝕刻或干蝕刻去除絕緣膜中超出中間電極部3a的高度的部分，以形成如圖2的(c)所示的中間層3。然后，如圖2的(d)和(e)所示，在中間層3上接合支承基板2。優(yōu)選在該接合處理之前，在中間層3上形成作為反射層的金屬層9?？梢酝ㄟ^在中間層3上氣相沉積例如 Au、Al或Cu或者諸如焊錫材料等的金屬焊接材料來形成金屬層9。由于Au材料允許在相對低的溫度接合并且不太容易被氧化或腐蝕，因而優(yōu)選該材料。在接合處理之前，還可以在金屬層9上形成由例如Pt材料制成的擴散勢壘層(50nm 200nm)以及由例如Au材料制成的接合層(Iym 2μπι)。另一方面，優(yōu)選在該接合處理之前，在支承基板2上形成由例如AuGe系合金材料所制成的歐姆接觸層(50nm 500nm)、由例如Ti材料所制成的粘合層(50nm 200nm)以及由例如Au材料所制成的接合層(1 μ m 2 μ m)。優(yōu)選通過在例如 250°C 400°C的溫度范圍內(nèi)進行15 120分鐘的熱壓力接合來將支承基板2接合在中間層2上。通過金屬層接合晶圓允許在相對低的溫度下進行基板接合，這使得可以在半導(dǎo)體層的特性或結(jié)構(gòu)不劣化的情況下進行接合。然后，如圖2的(f)所示，去除生長基板10以暴露第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6?？梢酝ㄟ^例如研磨或濕蝕刻來去除生長基板10?？梢愿鶕?jù)生長基板10的材料來選擇蝕刻液。如圖2的(g)所示，在暴露的第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6上形成上電極部7?？梢酝ㄟ^例如在歐姆接觸層上氣相沉積焊盤層并且在光刻之后對焊盤層進行濕蝕刻來形成上電極部 7，以使得在通過將上電極部7和中間電極部3a從上電極部7上方側(cè)投影到支承基板2的上表面上所獲得的視圖中，上電極部7與中間電極部3a的位置關(guān)系如圖1的(b)所示、即上電極部7與中間電極部3a相互平行且彼此錯開(即呈梳狀)，并且上電極部7與中間電極部3a之間的電極間距離d在IOym 50μπι的范圍內(nèi)。然后，對所得到的層疊體進行預(yù)定的熱處理，以減小上電極部與第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層6之間的接觸電阻。此外，通過在支承基板2的下側(cè)表面上進行氣相沉積來形成下電極層8，并且如圖 2的(h)所示進行切割。利用上述這樣的方法，可以制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
以上說明僅示出本發(fā)明的實施例的一個例子，并且在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以對其進行各種修改。Mi接下來，將說明制備本發(fā)明的電流約束發(fā)光二極管的樣品并且評價其性能的細節(jié)。通過以下步驟來制備本例子的各個樣品，在由GaAs材料(厚度280 μ m)制成并且具有如圖1的(a)所示的截面結(jié)構(gòu)的生長基板上，順次形成由Ala4G^l6As材料制成的η 型半導(dǎo)體層(厚度5μπι，摻雜Te，濃度^XlO1Vcm3)、具有InGaAs/AKkiAs多量子井結(jié)構(gòu)的活性層(厚度8nm/5nm，3組，總厚度約50nm)以及由AlGaAs材料制成的ρ型半導(dǎo)體層 (厚度2 μ m，摻雜C，濃度1 X IO1Vcm3)，其中，上述η型半導(dǎo)體層、活性層以及ρ型半導(dǎo)體層各自是通過單獨的利用MOCVD的各向同性生長所形成的；通過電阻加熱氣相沉積，在上述P型半導(dǎo)體層上氣相沉積由AuSi合金( 含量5%質(zhì)量份)制成的中間電極部材料；對該層疊體進行預(yù)定的光刻處理，并然后進行蝕刻，以形成中間電極部(厚度100nm)；以及， 對所得到的層疊體進行400°C的熱處理，以減小中間電極部與ρ型半導(dǎo)體層之間的接觸電阻。然后，在中間電極部和ρ型半導(dǎo)體層上通過等離子CVD沉積Si3N4材料，并且通過利用BHF蝕刻液的濕蝕刻來去除超出中間電極部的高度的Si3N4材料部分，以形成中間層。在中間層上通過電子束氣相沉積形成由Au材料所制成的金屬層(厚度500nm) 作為反射層。在該金屬層上形成由Pt材料制成的擴散勢壘層(厚度100μπι)和由Au材料制成的接合層(厚度lym)。此外，制備用于接合的由GaAs材料所制成的支承基板(厚度280 μ m，濃度2X1018/Cm3)。在接合處理之前，在支承基板上形成由AuGe系合金(Ge含量12%質(zhì)量份)材料制成的歐姆接觸層(厚度200nm)、由Ti材料制成的粘合層(厚度 IOOnm)以及由Au材料制成的接合層(厚度lym)。對中間層的接合層和支承基板的接合層進行30分鐘在350°C的熱壓力接合，以將支承基板接合至中間層。在室溫下，將由此獲得的結(jié)構(gòu)放置在以比率1 12 18 (體積比)包含有氨水、過氧化氫液和水的液體中并晃動兩小時，以執(zhí)行濕蝕刻來去除生長基板。然后，通過電阻加熱氣相沉積在暴露的η型半導(dǎo)體層上氣相沉積由AuGe系合金 (Ge含量12%質(zhì)量份)材料制成的歐姆接觸層(厚度200nm)以及通過在Au材料上層疊 Ti材料(Ti厚度100nm，Au厚度2μπι)所獲得的焊盤層。然后，對所得到的層疊體進行光刻，并隨后進行濕蝕刻，以使得在將上電極部和中間電極部從上電極部的上方側(cè)投影到支承基板的上表面的視圖中，上電極部和中間電極部具有如圖1的(b)所示的位置關(guān)系，并且電極間距離具有表1所示的相應(yīng)值。然后，對所得到的層疊體進行380°C的熱處理。在圖1 的(b)所示的結(jié)構(gòu)中，寬度各自為20μπι的上電極部從形成在芯片角部處的用于布線接合的焊盤部(ΙΟΟμπιΧΙΟΟμπι)伸出。根據(jù)電極間距離來適當(dāng)選擇上電極部的數(shù)量和中間電極部的數(shù)量。最后，通過利用磷酸和過氧化氫液的混合液蝕刻所得到的產(chǎn)品來形成臺面結(jié)構(gòu) (mesa)，并然后通過利用切割器切割臺面結(jié)構(gòu)來制造正方形(500 μ mX 500 μ m)芯片。將由此制造出的芯片設(shè)置在積分球中，以測量通過20mA的電流時的正向電壓 Vf(V)和光輸出功率Po (mW)。結(jié)果如表1所示。利用全光束分光測量系統(tǒng)(LabsphereCo. Ltd制造的“SLMS-1021-S”)測量光輸出功率。
表 權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，包括 支承基板；順次配置在所述支承基板的上表面?zhèn)鹊闹虚g層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層、活性層、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和上電極部，其中所述中間層包括中間電極部；以及設(shè)置在所述支承基板的下表面?zhèn)鹊南码姌O層，其中， 所述中間層包括呈線狀或島狀延伸的至少一個中間電極部；以及所述上電極部和所述中間電極部被配置為具有如下的位置關(guān)系，即在通過將所述上電極部和所述中間電極部分別投影到與所述支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，所述上電極部和所述中間電極部相互平行且彼此錯開，并且所述上電極部和所述中間電極部之間的距離在10微米至50微米的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，在所述支承基板與所述中間層之間還設(shè)置有作為反射層的金屬層。
3.—種制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，包括以下步驟在生長基板上順次形成第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層、活性層以及第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層； 在所述第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成包括中間電極部的中間層； 在所述中間層上接合支承基板；通過去除所述生長基板，暴露所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層；以及在暴露出的所述第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層上形成上電極部，其中，將所述上電極部和所述中間電極部配置為具有如下的位置關(guān)系，即在通過將所述上電極部和所述中間電極部分別投影到與所述支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，所述上電極部和所述中間電極部相互平行且彼此錯開，并且所述上電極部和所述中間電極部之間的距離在10微米至50微米的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造半導(dǎo)體發(fā)光二極管的方法，其特征在于，還包括以下步驟在所述中間層上形成作為反射層的金屬層。
全文摘要
提供了如下的半導(dǎo)體發(fā)光二極管及其制造方法，即通過將作為光提取側(cè)的電極部的上電極部和與該上電極部成對的中間電極部設(shè)置成具有適當(dāng)?shù)奈恢藐P(guān)系，在維持相對低的正向電壓的同時提高了光輸出功率。該半導(dǎo)體發(fā)光二極管包括支承基板；順次配置在支承基板的上表面?zhèn)鹊陌ㄖ虚g電極部的中間層、第二導(dǎo)電半導(dǎo)體層、活性層、第一導(dǎo)電半導(dǎo)體層和上電極部；以及設(shè)置在支承基板的下表面?zhèn)鹊南码姌O層。其中，中間層具有呈線狀或島狀延伸的至少一個中間電極部。在通過將上電極部和中間電極部分別投影到與支承基板的上表面平行的假想平面上所獲得的視圖中，上電極部和中間電極部具有如下的位置關(guān)系，即上電極部和中間電極部相互平行且彼此錯開，并且上電極部和中間電極部之間的距離在10微米至50微米的范圍內(nèi)。
文檔編號H01L33/38GK102388470SQ201080016159
公開日2012年3月21日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者中野雅之, 十川博行, 山田秀高 申請人:同和電子科技有限公司