半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，具有：層疊了n型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及p型半導(dǎo)體層的疊層半導(dǎo)體層；多個(gè)n側(cè)電極，其層疊在n型半導(dǎo)體層上且與n型半導(dǎo)體層電連接，該多個(gè)n側(cè)電極配置為從層疊方向觀察時(shí)包圍發(fā)光層以及p型半導(dǎo)體層的至少一部分的區(qū)域；p側(cè)電極，其設(shè)在p型半導(dǎo)體層上，對(duì)于從發(fā)光層輸出的光具有反射性，并且與p型半導(dǎo)體層電連接，在從層疊方向觀察時(shí)，該p側(cè)電極在被多個(gè)n側(cè)電極包圍的區(qū)域具有用于與外部電連接的連接部。由此，在半導(dǎo)體發(fā)光元件的FC（倒裝芯片）安裝技術(shù)中，解決發(fā)光集中于芯片的中央部分且發(fā)光效率降低的問題和ESD破壞耐電壓的問題。
【專利說明】半導(dǎo)體發(fā)光元件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，開發(fā)出了一種將與電極形成面相對(duì)的生長(zhǎng)基板側(cè)作為主光取出面的倒裝芯片接合(FC)安裝技術(shù)。例如，專利文獻(xiàn)I中記載了一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，該半導(dǎo)體發(fā)光元件有:由藍(lán)寶石形成的基板；包含η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo)體層、且層疊在基板上的疊層半導(dǎo)體層；形成于P型半導(dǎo)體層的正電極；形成于η型半導(dǎo)體層的負(fù)電極，以倒裝芯片方式進(jìn)行安裝。
[0003]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010 - 263016號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明要解決的問題
[0006]在半導(dǎo)體發(fā)光元件中，當(dāng)施加使形成于P型半導(dǎo)體層的P側(cè)電極為高電位、且使形成于η型半導(dǎo)體層的η側(cè)電極為低電位的電壓(正向電壓VF)時(shí)，則從P側(cè)電極經(jīng)由ρ型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及η型半導(dǎo)體層而向η側(cè)電極流動(dòng)電流(正向電流IF)，從發(fā)光層輸出目標(biāo)波長(zhǎng)的光。而且，在通過FC安裝的半導(dǎo)體發(fā)光兀件中，從發(fā)光層向電極形成面?zhèn)容敵龅墓獗辉O(shè)在電極形成面?zhèn)鹊姆瓷鋵臃瓷涠鴱呐c電極形成面相對(duì)的生長(zhǎng)基板側(cè)取出。
[0007]在通過FC安裝的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，優(yōu)選通過在生長(zhǎng)基板側(cè)的方向上取出的光來使芯片的整個(gè)面均勻發(fā)光。但是，根據(jù)形成于電極形成面?zhèn)鹊碾姌O的個(gè)數(shù)、配置等，存在發(fā)光變得不均勻的情況。例如，當(dāng)在芯片的中央部分設(shè)置η側(cè)電極、在芯片的四角分別設(shè)置P側(cè)電極時(shí)，則存在發(fā)光集中于芯片的中央部分、發(fā)光效率降低的問題，而且，也會(huì)產(chǎn)生在靜電放電(ESD:Electro 一 Static 一 Discharge)檢查時(shí)芯片容易被破壞這一與發(fā)光的均勻性、效率不同的問題。
[0008]本發(fā)明的目的在于解決在半導(dǎo)體發(fā)光元件的FC (倒裝芯片)安裝技術(shù)中發(fā)光集中于芯片的中央部分且發(fā)光效率降低的問題和ESD破壞耐電壓的問題。
[0009]用于解決問題的技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明，提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有:層疊了 η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo)體層的疊層半導(dǎo)體層；多個(gè)η側(cè)電極，其層疊在所述η型半導(dǎo)體層上且與該η型半導(dǎo)體層電連接，該多個(gè)η側(cè)電極配置為從層疊方向觀察時(shí)將所述發(fā)光層以及所述P型半導(dǎo)體層的至少一部分的區(qū)域包圍；Ρ側(cè)電極，其設(shè)在所述P型半導(dǎo)體層上，對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光具有反射性，并且與該P(yáng)型半導(dǎo)體層電連接，在從層疊方向觀察時(shí)，該P(yáng)側(cè)電極在被多個(gè)所述η側(cè)電極包圍的區(qū)域具有用于與外部電連接的連接部。
[0011]在本發(fā)明中，優(yōu)選所述P側(cè)電極具有層疊在所述P型半導(dǎo)體層上且設(shè)有供該P(yáng)型半導(dǎo)體層的一部分露出的多個(gè)開口部的絕緣反射層。[0012]優(yōu)選所述ρ側(cè)電極在所述P型半導(dǎo)體層和所述絕緣反射層之間具有透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光具有透射性，該透明導(dǎo)電層的一部分從該絕緣反射層的所述開口部露出。
[0013]優(yōu)選所述P側(cè)電極具有形成在所述絕緣反射層上和該絕緣反射層的所述開口部?jī)?nèi)的金屬反射層。
[0014]優(yōu)選所述絕緣反射層包括多層絕緣層，所述多層絕緣層是交替層疊第一絕緣層和第二絕緣層而構(gòu)成的，所述第一絕緣層具有第一折射率、且對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光呈現(xiàn)光透射性，所述第二絕緣層具有比該第一折射率高的第二折射率、且對(duì)于從該發(fā)光層輸出的光呈現(xiàn)光透射性。
[0015]發(fā)明的效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體發(fā)光元件的FC (倒裝芯片)安裝技術(shù)中，能夠解決發(fā)光集中于芯片的中央部分且發(fā)光效率降低的問題和ESD破壞耐電壓的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是說明半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)例子的俯視示意圖。
[0018]圖2是圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件的A — A截面示意圖。
[0019]圖3是說明絕緣反射層的層構(gòu)造的一個(gè)例子的截面示意圖。
[0020]圖4是說明疊層半導(dǎo)體的一個(gè)例子的截面示意圖。
[0021 ] 圖5是說明η側(cè)電極的配置例的俯視示意圖。
[0022]圖6是說明η側(cè)電極的其他配置例的俯視示意圖。
[0023]圖7是半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光圖案測(cè)定結(jié)果。
[0024]圖8是表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的ESD結(jié)果的曲線圖。
[0025]圖9是表示半導(dǎo)體發(fā)光元件的Vf測(cè)定結(jié)果的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。此外，本發(fā)明不限于以下的實(shí)施方式,在其主旨的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤└鞣N變形。實(shí)施方式的例子中記載的構(gòu)成部件的尺寸、材質(zhì)、形狀及其相對(duì)的配置等只要沒有特別記載，則不對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，僅為單純的說明例。另外，使用的附圖為用于說明本實(shí)施方式的一個(gè)例子，并不表示實(shí)際的大小。各圖所示的部件的大小、位置關(guān)系等有時(shí)為了便于說明而是夸張表示的。另外，在本說明書中，“層上”等的“上”不限定于一定與上表面接觸而形成的情況，是作為還包括分離地形成于上方的情況、在層和層之間存在夾層的情況的含義來使用的。
[0027]<半導(dǎo)體發(fā)光元件>
[0028]圖1是說明半導(dǎo)體發(fā)光元件的一個(gè)例子的俯視示意圖。圖2是圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件的A — A截面示意圖。這里，作為倒裝芯片安裝的狀態(tài)，描繪為基板110成為附圖的上部，以使得半導(dǎo)體發(fā)光元件10的電極形成面?zhèn)瘸蔀楦綀D的下部。此外，在以下的說明中，“層上”等的表現(xiàn)是指朝向附圖的下方層疊了各層。
[0029]以下，基于圖1及圖2進(jìn)行說明。
[0030]如圖2所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件10具有基板110、層疊在基板110上的半導(dǎo)體層120、形成在半導(dǎo)體層120上的正極即作為ρ側(cè)電極的ρ電極層130及負(fù)極即作為η側(cè)電極的η電極層140。
[0031]半導(dǎo)體層120具有在基板110上成膜的中間層(緩沖層)121和層疊在中間層121上的基底層122。另外，具有層疊在基底層122上的疊層半導(dǎo)體層126。疊層半導(dǎo)體層126從基底層122側(cè)起包括η型半導(dǎo)體層123、發(fā)光層124以及ρ型半導(dǎo)體層125。
[0032]ρ電極層130形成于ρ型半導(dǎo)體層125的上表面。η電極層140形成于使η型半導(dǎo)體層123的一部分露出的露出面。另外,在ρ電極層130和η電極層140存在以下部分:在圖2中分別使成為下方側(cè)的面的一部分露出而例如通過鍍覆突起等(未圖示)與外部電連接的部分。
[0033]此外，本實(shí)施方式中，η電極層140以及ρ電極層130的表面除了一部分之外被保護(hù)層150覆蓋。另外，保護(hù)層150形成為將ρ型半導(dǎo)體層125、發(fā)光層124以及η型半導(dǎo)體層123的一部分的側(cè)壁面覆蓋。
[0034]如圖1所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件10具有大致正方形的俯視形狀，在本實(shí)施方式中，負(fù)極即η電極層140設(shè)在接近半導(dǎo)體發(fā)光元件10的四角的部分，η電極層140具有用于與外部電連接的4個(gè)η極接合層144的一部分分別露出的部分(稱作“N分散”。)。
[0035]另外，中央部分具有用于對(duì)作為正極的P電極層130和外部進(jìn)行電連接的I個(gè)ρ極接合層135露出的部分。對(duì)于ρ電極層130，除了為了形成η電極層140而通過蝕刻等的方法除去了一部分的部分之外，該P(yáng)電極層130形成為將半導(dǎo)體層120的上表面的大致整個(gè)面覆蓋。
[0036]如上所述，在適用本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件10中，多個(gè)η電極層140層疊在η型半導(dǎo)體層123上、且電連接于η型半導(dǎo)體層123，如從這些層的層疊方向觀察的圖1的俯視示意圖所示，多個(gè)η電極層140配置為將發(fā)光層124以及ρ型半導(dǎo)體層125的至少一部分的區(qū)域包圍。η電極層140的個(gè)數(shù)不特別限定。在本實(shí)施方式中，通常，從4個(gè)?6個(gè)范圍中適當(dāng)選擇。多個(gè)η電極層140的配置不特別限定。本實(shí)施方式中，例如如圖1所示，4個(gè)η電極層140分別分散于半導(dǎo)體發(fā)光元件10的四角。
[0037]另一方面，如后所述，ρ電極層130具有層疊在P型半導(dǎo)體層125上的絕緣反射層132，該絕緣反射層132對(duì)于從發(fā)光層124輸出的光具有反射性，并且，ρ電極層130具有以下部分，即與P型半導(dǎo)體層125電連接、從層疊方向觀察在被多個(gè)η電極層140包圍的中央部分的區(qū)域作為用于與外部電連接的連接部的P極接合層135露出的部分。
[0038]另外，在ρ電極層130的絕緣反射層132 (參照?qǐng)D3)形成有多個(gè)開口部132h。圖1中，開口部132h作為圓形的空白部分(直徑=8μπι)表示。圖1中示出了多個(gè)開口部132h相互設(shè)置預(yù)先確定的間隔(間距I)而配置在絕緣反射層132 (參照?qǐng)D2)的整體的圖案(稱作“孤立圖案”)。
[0039](ρ 電極層 130)
[0040]在本實(shí)施方式中，ρ電極層130在ρ型半導(dǎo)體層125上層疊有由金屬氧化物形成的透明導(dǎo)電層131。這里，“透明”是指對(duì)于從發(fā)光層124輸出的光具有透射性。而且，在透明導(dǎo)電層131上依次層疊有絕緣反射層132、由金屬氧化物的導(dǎo)電性材料形成的第一ρ極密合層133a、由包含Ag (銀)的金屬構(gòu)成的金屬反射層133b、p極防止擴(kuò)散層134 (第一 ρ極防止擴(kuò)散層134a、第二 ρ極防止擴(kuò)散層134b、第三ρ極防止擴(kuò)散層134c)、ρ極接合層135以及第二 P極密合層136。
[0041](透明導(dǎo)電層131)
[0042]作為構(gòu)成透明導(dǎo)電層131的材料，為金屬氧化物的導(dǎo)電性材料，使用使從發(fā)光層124輸出的波長(zhǎng)的光的至少80%左右透射的材料。例如，能列舉出含有In (銦)的氧化物。具體而言，能列舉出ITO (氧化銦錫(In2O3 — SnO2))、IZO (氧化銦鋅(In2O3 — Zn0))、IG0 (氧化銦鎵(In2O3 — Ga203))、ICO (氧化銦鈰(In2O3 — CeO2))等。這其中，尤其優(yōu)選包含具有六方晶構(gòu)造或紅綠柱石(bixbyite)構(gòu)造的In2O3結(jié)晶的透光性材料(例如，ΙΤ0、IZO等)。另外，在使用包含六方晶構(gòu)造的In2O3結(jié)晶的IZO的情況下，可以使用蝕刻性優(yōu)異的無定形的IZO膜來加工成特定形狀，然后，可以通過熱處理等使之從無定形狀態(tài)轉(zhuǎn)變成含有結(jié)晶的構(gòu)造，加工為透光性比無定形的IZO膜優(yōu)異的電極。
[0043]本實(shí)施方式中，透明導(dǎo)電層131的厚度從IOnm~300nm的范圍中選擇。另外，優(yōu)選從150nm~250nm的范圍中選擇。在透明導(dǎo)電層131的厚度過薄的情況或過厚的情況下，在來自發(fā)光層124的發(fā)光及來自金屬反射層133b的反射光的光透射性方面存在不合適的傾向。
[0044]雖然透明導(dǎo)電層131的表面電阻依賴于制造方法，但在膜厚為IOnm時(shí)表面電阻為無限大(⑴)，在膜厚為20nm時(shí)表面電阻為250 Ω / □，在膜厚為25nm時(shí)表面電阻為175 Ω / □，在膜厚為50nm時(shí)表面電阻為72Ω / □，在膜厚為IOOnm時(shí)表面電阻為29 Ω /□，在膜厚為200nm時(shí)表面電阻為15Ω / 口。
[0045](絕緣反射層132)
[0046]適用本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件10設(shè)置有絕緣反射層132。絕緣反射層132層疊在透明導(dǎo)電層131上，與后述的金屬反射層133b都具有對(duì)從發(fā)光層124輸出的光進(jìn)行反射的作為反射膜的功能。而且，絕緣反射層132對(duì)于從發(fā)光層124輸出的光至少具有90%左右、優(yōu)選95%以上的透射性，具有比透明導(dǎo)電層131低的折射率、且具有絕緣性。作為構(gòu)成絕緣反射層132的材料，例如，能列舉出SiO2 (二氧化硅)、MgF2 (氟化鎂)、CaF2 (氟化鈣)、Al2O3 (氧化鋁)等。在本實(shí)施方式中，作為絕緣反射層132，使用折射率Ii1 = 1.48 (450nm波長(zhǎng))的SiO2 (二氧化硅)。此外，構(gòu)成透明導(dǎo)電層131的IZO膜的折射率n2為2.14(450nm波長(zhǎng))。
[0047]在本實(shí)施方式中，對(duì)于絕緣反射層132的膜厚(H)，在其與使用絕緣反射層132的折射率η和發(fā)光層124的發(fā)光波長(zhǎng)λ (nm)來定義的Q = (A / 4n)之間的關(guān)系中，設(shè)定為以下所示的式(I)的關(guān)系。這里，如上所述，Q表示發(fā)光層124的發(fā)光波長(zhǎng)λ除以折射率η的4倍而得到的值。
[0048]H = AQ (I)
[0049]另外，絕緣反射層132的膜厚優(yōu)選基于以下的式(2)來設(shè)定。即，膜厚優(yōu)選為5Q(Α = 5)以上。但是，從制約生產(chǎn)成本的角度考慮，膜厚優(yōu)選為20Q (Α = 20)以下。
[0050]H ^ 5Q (2)
[0051]在本實(shí)施方式中，對(duì)于絕緣反射層132的膜厚優(yōu)選設(shè)置在A超過5的范圍內(nèi)，即在為波長(zhǎng)450nm的藍(lán)色光的情況下，優(yōu)選設(shè)置在超過380nm的范圍內(nèi)。根據(jù)發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果確認(rèn)了:尤其在A = 3、5、7…等的A為奇數(shù)的膜厚的情況下，能夠得到發(fā)光強(qiáng)度增大的結(jié)果，尤其優(yōu)選A = 3、5、7等的膜厚，半導(dǎo)體發(fā)光元件10的輸出依賴于絕緣反射層132的膜厚。在本實(shí)施方式中，絕緣反射層132的膜厚尤其優(yōu)選A為3、5、7…等的奇數(shù)±0.5單位的范圍。更具體而言，通過發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了:隨著A增加(絕緣反射層132的膜厚增加)，半導(dǎo)體發(fā)光元件10的輸出增加，另外，在A = 3、5、7…等的A為奇數(shù)的膜厚的情況下，發(fā)光強(qiáng)度尤其有效地增大。
[0052]下面，對(duì)作為其他的層構(gòu)造的例子的多層構(gòu)造的絕緣反射層進(jìn)行說明。
[0053]圖3是說明絕緣反射層132的層構(gòu)造的一個(gè)例子的截面示意圖。本實(shí)施方式中，絕緣反射層132具有折射率不同的多層的疊層體即多層構(gòu)造。多層構(gòu)造的絕緣反射層132是交替地層疊具有第一折射率的第一絕緣反射層132a和具有比第一折射率高的第二折射率的第二絕緣反射層132b而構(gòu)成的。尤其在本實(shí)施方式中，采用了通過兩個(gè)第一絕緣反射層132a夾入一個(gè)第二絕緣反射層132b的構(gòu)成。
[0054]在圖3所示的例子中，在6層的第一絕緣反射層132a之間夾入5層的第二絕緣反射層132b，由此具有合計(jì)11層的疊層構(gòu)造。
[0055]在第一絕緣反射層132a以及第二絕緣反射層132b使用了對(duì)從發(fā)光層124輸出的光具有高光透射性能的材料。這里，作為第一絕緣反射層132a，例如可以使用Si02(二氧化硅)和/或MgF2 (氟化鎂)。作為第二絕緣反射層132b，可以使用TiO2 (氧化鈦)、Ta2O5 (氧化鉭)、ZrO2 (氧化鋯)、HfO2 (氧化鉿)、Nb2O5 (氧化鈮)。不過，只要滿足與第二絕緣反射層132b之間的折射率的關(guān)系，則第一絕緣反射層132a還可以使用這些Ti02、Ta205、Zr02、Hf02、Nb2O5。
[0056]在本實(shí)施方式中，作為第一絕緣反射層132a使用SiO2 (二氧化硅)，作為第二絕緣反射層132b使用折射率為2.21 (450nm波長(zhǎng))的Ta2O5 (氧化鉭)。這些材料對(duì)于發(fā)光層124的發(fā)光波長(zhǎng)λ (= 400nm~450nm)的光具有高光透射性。
[0057]在本實(shí)施方式中，對(duì)于第一絕緣反射層132a的層厚度 < 和第二絕緣反射層132b的層厚度dH,在發(fā)光層124的發(fā)光波長(zhǎng)為λ (nm)、發(fā)光波長(zhǎng)λ時(shí)的第一絕緣反射層132a的折射率為％、發(fā)光波長(zhǎng)λ時(shí)的第二絕緣反射層132b的折射率為nH時(shí)(化< nH)，基于以下所示的式來設(shè)定。在本實(shí)施方式中，多層構(gòu)造的絕緣反射層132的膜厚(H)為1000nm~1500nm。R (1)、R (2)為正的實(shí)數(shù)。
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具有: 層疊了 η型半導(dǎo)體層、發(fā)光層以及P型半導(dǎo)體層的疊層半導(dǎo)體層； 多個(gè)η側(cè)電極，其層疊在所述η型半導(dǎo)體層上且與該η型半導(dǎo)體層電連接，該多個(gè)η側(cè)電極配置為從層疊方向觀察時(shí)將所述發(fā)光層以及所述P型半導(dǎo)體層的至少一部分的區(qū)域包圍； P側(cè)電極，其設(shè)在所述P型半導(dǎo)體層上，對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光具有反射性，并且與該P(yáng)型半導(dǎo)體層電連接，在從層疊方向觀察時(shí)，該P(yáng)側(cè)電極在被多個(gè)所述η側(cè)電極包圍的區(qū)域具有用于與外部電連接的連接部。
2.根據(jù)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P側(cè)電極具有層疊在所述P型半導(dǎo)體層上且設(shè)有供該P(yáng)型半導(dǎo)體層的一部分露出的多個(gè)開口部的絕緣反射層。
3.根據(jù)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P側(cè)電極在所述P型半導(dǎo)體層和所述絕緣反射層之間具有透明導(dǎo)電層，該透明導(dǎo)電層對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光具有透射性，該透明導(dǎo)電層的一部分從該絕緣反射層的所述開口部露出。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述P側(cè)電極具有形成在所述絕緣反射層上和該絕緣反射層的所述開口部?jī)?nèi)的金屬反射層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2~4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于， 所述絕緣反射層包括多層絕緣層，所述多層絕緣層是交替層疊第一絕緣層和第二絕緣層而構(gòu)成的，所述第一絕緣層具有第一折射率、且對(duì)于從所述發(fā)光層輸出的光呈現(xiàn)光透射性，所述第二絕緣層具有比該第一折射率高的第二折射率、且對(duì)于從該發(fā)光層輸出的光呈現(xiàn)光透射性。
【文檔編號(hào)】H01L33/36GK103904176SQ201310688058
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】程田高史 申請(qǐng)人:豐田合成株式會(huì)社