氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】半導(dǎo)體發(fā)光裝置(300)具有：在表面有極性面或半極性面的氮化物半導(dǎo)體基板(201)上層疊氮化物半導(dǎo)體多層膜的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件(310)；和搭載該元件的搭載部(311)。氮化物半導(dǎo)體多層膜包含電子阻擋層(204)。電子阻擋層的晶格常數(shù)小于氮化物半導(dǎo)體基板的晶格常數(shù)。搭載部至少具有第1搭載部基材(311a)。第1搭載部基材位于搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件一側(cè)。第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)小于氮化物半導(dǎo)體多層膜的熱膨脹系數(shù)。第1搭載部基材的熱傳導(dǎo)率大于氮化物半導(dǎo)體多層膜的熱傳導(dǎo)率。
【專利說明】氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及發(fā)光裝置、特別涉及用在投影儀、液晶背光燈等的光源中的光輸出大 的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，伴隨設(shè)備的節(jié)能化，安裝了使用氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激 光器等的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置受到關(guān)注。例如，由于組合了氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置和熒光體等的光源能出射高光輸出的白色光，并且與現(xiàn)有的白熾燈或 熒光燈、高壓水銀燈相比具有小型、高效率、長壽命這樣的特征，因此作為投影儀、液晶背光 燈等的顯示器裝置用途的光源迅速更新?lián)Q代。
[0003] 另一方面，以氮化物半導(dǎo)體激光器為代表的、具有波導(dǎo)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件， 具有在示出輻射光的方向的指向性上十分出眾的特征。為此，面向安裝了這樣的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光元件的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置向產(chǎn)業(yè)用途的應(yīng)用也在推進。例如，關(guān)于以氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光裝置為光源的激光劃線裝置和激光退火裝置，正在推進實用化的研究。由于在 用于這些裝置的光源中需要光輸出為1瓦特以上的瓦特級（watt class)的高光輸出，因 此，對氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置也要求高輸出化。
[0004] 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件等的發(fā)光元件對由量子阱等構(gòu)成的活性層注入電子和空 穴（電子空穴對），通過使之再結(jié)合來輻射光。此時，未被變換成光的能量成為焦耳熱，使 元件的溫度上升。為了使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置高輸出化，需要使所注入的電流（電子、空 穴）量較大，但電流的增加會使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)熱增大。并且，若因該發(fā)熱而元 件溫度上升，會產(chǎn)生電子或空穴的一部分未注入活性層而溢出的現(xiàn)象（被稱作載流子的溢 出的現(xiàn)象）。這種情況下，即使使電流量增加光輸出也不再增加，最終產(chǎn)生光輸出飽和的現(xiàn) 象（光飽和）。因此，為了得到高的光輸出，需要抑制芯片溫度的上升并抑制載流子的溢出， 效率良好地使電子空穴對變換成光。
[0005] 為此，作為抑制這樣的載流子的溢出的方法，在現(xiàn)有技術(shù)中，使用在活性層近旁插 入能量帶隙較大的層的手法。在專利文獻1中示出了現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)。 圖17(a)是表示其結(jié)構(gòu)的圖。圖17(b)表示其能量帶隙的傳導(dǎo)帶側(cè)。
[0006] 如圖17(a)所示，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體激光器中，在GaN基板1001以及 n-GaN 層 1002 上具有包含 n-AlGaN 包覆層（clad layer) 1003、InGaN 活性層 1005、p-AlGaN 電子溢出抑制層1010 (該層在本說明書中稱作電子阻擋層）、P-AlGaN包覆層1011、p-GaN 接觸層1012的層疊結(jié)構(gòu)。
[0007] 電子阻擋層1010是為了防止從n-GaN層1002注入的電子通過活性層1005而向 P-AlGaN包覆層1011溢出而設(shè)的層。如圖17(b)所示那樣，電子阻擋層1010具有大于周邊 的層的能量帶隙。為了使能量帶隙較大，在電子阻擋層1010中使用Al組成大的AlGaN層。
[0008] 另一方面，在氮化物半導(dǎo)體中，有因晶格失配應(yīng)變而產(chǎn)生壓電電場的情況。上述的 P-AlGaN電子阻擋層1010的晶格常數(shù)具有小于GaN基板1001的晶格常數(shù)的值。根據(jù)該點， 在P-AlGaN電子阻擋層1010產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，因該應(yīng)變而產(chǎn)生壓電電解。基于p-AlGaN電子 阻擋層的電子限域效應(yīng)因該壓電電場而降低。
[0009] 在專利文獻2中示出了因壓電電場而使對電子的有效的勢壘高度減少的情況。為 此，在專利文獻2中提出使將電子限域的p-AlGaN阻擋層較厚的方法。在AlGaN層的厚度 變厚時，由于位錯或裂紋的產(chǎn)生，彈性的晶格失配應(yīng)變得到緩和。由此，晶格失配應(yīng)變所引 起的壓電電場減少，作為結(jié)果，傳導(dǎo)帶的對電子的勢壘高度增大。
[0010] 但是，位錯或裂紋等塑性變形，會給元件的特性和可靠性帶來較大影響。特別是 GaN基板上的AlGaN層會因具有拉伸應(yīng)變而易于出現(xiàn)裂紋。在裂紋周邊，由于晶片表面不再 平坦，因此制作正常的元件本身變得極為困難。
[0011] 先行技術(shù)文獻
[0012] 專利文獻
[0013] 專利文獻1 :國際公開第2005/034301號
[0014] 專利文獻2 JP特開2005-217421號公報
[0015] 發(fā)明的概要 [0016] 發(fā)明要解決的課題
[0017] 如上述那樣，在使用氮化物半導(dǎo)體的發(fā)光元件中，由于晶格失配應(yīng)變所引起的壓 電電場的影響而降低了抑制載流子的溢出的效果。該現(xiàn)象是在將以（0001)面為代表的極 性面作為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件結(jié)構(gòu)的主面的情況下共通出現(xiàn)的現(xiàn)象。為了提高傳導(dǎo)帶的 對電子的有效的勢壘高度，需要提高具有將電子限域的作用的AlGaN層的Al組成。但是， 若提高Al組成，晶格失配應(yīng)變就會增大，就會存在與易于產(chǎn)生位錯或裂紋的專利文獻2所 示的手法相同的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于，提供不伴隨塑性變形地降低壓電電場的影響、能有效果地降 低氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的載流子的溢出的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。即，能提供能實現(xiàn) 更高輸出下的動作的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成。
[0019] 用于解決課題的手段
[0020] 為此，本申請的
【發(fā)明者】們著眼形成在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的電子阻擋層的壓 電電場、與安裝氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的關(guān)系。具體地，發(fā) 現(xiàn)通過控制搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的次載具（sub mount)的熱膨脹率，在元件的溫度 上升的情況下，也能有效果地抑制載流子的溢出。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了使光輸出增加的氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成。
[0021] 具體地，本公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置具有：具有在表面有極性面或半極性面 的氮化物半導(dǎo)體基板上層疊氮化物半導(dǎo)體多層膜的構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件；和搭載 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的搭載部，氮化物半導(dǎo)體多層膜包含電子阻擋層，電子阻擋層的晶 格常數(shù)小于氮化物半導(dǎo)體基板的晶格常數(shù)，搭載部至少具有第1搭載部基材，第1搭載部基 材位于搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件一側(cè)的位置，第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)小于氮化物 半導(dǎo)體多層膜的熱膨脹系數(shù)，第1搭載部基材的熱傳導(dǎo)率大于氮化物半導(dǎo)體多層膜的熱傳 導(dǎo)率。
[0022] 通過該構(gòu)成，在因通電而讓元件的溫度上升的情況下，也能有效果地抑制載流子 的溢出，能低成本地實現(xiàn)能使光輸出增加的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。在此，搭載部也可以僅 由第1搭載部基材構(gòu)成。
[0023] 另外，也可以讓第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)為4X10^^以下，第1搭載部基材 的熱傳導(dǎo)率為300W/mK。
[0024] 如此，即使在元件的溫度更確實地上升的情況下，也能有效果地抑制載流子的溢 出，能使光輸出增加。
[0025] 另外，也可以讓搭載部由與第1搭載部基材不同的材料構(gòu)成，且具備與第1搭載部 基材接合的第2搭載部基材，第1搭載部基材位于比第2搭載部基材更靠近氮化物半導(dǎo)體 發(fā)光兀件一側(cè)的位置。
[0026] 如此，在第1搭載部基材由高成本的材料構(gòu)成的情況下，能在削減其使用量的同 時實現(xiàn)所述的效果。
[0027] 另外，也可以讓第1搭載部基材由高熱傳導(dǎo)SiC陶瓷、CVD-金剛石、或、金剛石與 銅的復(fù)合材料中的任意一個或多個構(gòu)成。
[0028] 通過該構(gòu)成，能有效果地降低從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件到散熱片的熱阻，從而抑 制伴隨溫度上升的光輸出的降低。
[0029] 另外，也可以讓第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)為3X10^^以下。
[0030] 通過該構(gòu)成，能使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件產(chǎn)生充分的壓縮應(yīng)變，有效果地實現(xiàn)光 輸出的增大。
[0031] 另外，也可以讓氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的焦耳熱為3W以上。
[0032] 本公開的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置在這樣的光輸出高、發(fā)熱量多的情況下效果特別 大。
[0033] 另外，也可以讓氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件是半導(dǎo)體激光器元件。
[0034] 在半導(dǎo)體激光器元件中，注入載流子向活性層的限域?qū)Πl(fā)光特性帶來較大影響。 由此,能通過該構(gòu)成大幅改善半導(dǎo)體激光器的高輸出特性。
[0035] 另外，也可以讓氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
[0036] 通過該構(gòu)成，在伴隨溫度上升的大電流驅(qū)動時能有效果地得到高的光輸出。
[0037]另外，也可以讓第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)小于第2搭載部基材的熱膨脹系數(shù)。
[0038] 通過該構(gòu)成，能使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件產(chǎn)生充分的壓縮應(yīng)變，有效果地實現(xiàn)光 輸出的增大。
[0039] 另外，也可以讓第1搭載部基材的體積大于所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的體積。
[0040] 通過該構(gòu)成，能使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件產(chǎn)生充分的壓縮應(yīng)變，有效果地實現(xiàn)光 輸出的增大。另外，能大幅削減制造成本。
[0041] 另外，也可以搭載部是進一步搭載在其它元件搭載臺或基材的次載具。
[0042] 如此，能設(shè)為例如在長方體等的容易形成的次載具上搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元 件、將該次載具進一步相對于其它元件搭載臺、基材、基座（stem)等搭載的構(gòu)成。因此，還 能應(yīng)對搭載部的材料的加工性低的情況等。
[0043] 發(fā)明的效果
[0044] 根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成，在由于通電而元件的溫度上升的情況下也能有效果地抑制載 流子的溢出，能以低成本實現(xiàn)能使光輸出增加的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0045] 圖1是說明第1實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的截面圖。
[0046] 圖2是說明第1實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的上表面圖。
[0047] 圖3是說明第1實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件以及次載具的構(gòu)成的截面圖。
[0048] 圖4是說明用在本發(fā)明的效果的驗證中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的上表 面圖。
[0049] 圖5(a)是說明氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成的截面圖，圖5(b)是說明氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光元件的通電時的能帶對齊（band line-up)的截面圖。
[0050] 圖6(a)是說明氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成的截面圖，圖6(b)是說明氮化物半 導(dǎo)體發(fā)光元件的能帶對齊的截面圖。
[0051] 圖7是表示能運用在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的次載具材料中的材料的熱膨脹系 數(shù)與熱傳導(dǎo)率的關(guān)系的圖。
[0052] 圖8是說明用在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置中的次載具以及氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 的溫度上升時的熱膨脹的圖。
[0053] 圖9是表示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的電流-光輸出特性的圖。
[0054] 圖10是比較氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的最高光輸出的測定值和計算值的圖。
[0055] 圖11是說明第2實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的上表面圖。
[0056] 圖12是說明第2實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的構(gòu)成的截面圖。
[0057] 圖13是說明第3實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的截面圖。
[0058] 圖14是說明第3實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的上表面圖。
[0059] 圖15是說明第4實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的截面圖。
[0060] 圖16是說明第4實施方式的變形例所涉及的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成的截 面圖。
[0061] 圖17(a)以及（b)是表示現(xiàn)有的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的圖。

【具體實施方式】
[0062] 以下參考附圖來說明本公開的實施方式。
[0063](第1實施方式）
[0064] 在圖1以及圖2圖示了本實施方式的例示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置300的構(gòu)成。 圖1表示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的截面圖，圖2表示從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的光出射方 向（圖1中的上側(cè)）觀察的上表面圖。
[0065] 本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置300例如由輻射主波長390nm到550nm的任 意者的激光的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310、搭載氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310的次載具311、 基座120以及帽130構(gòu)成。
[0066] 基座120由基臺121以及元件搭載臺122、接地導(dǎo)線123a、導(dǎo)線123b以及123c構(gòu) 成。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310以及次載具311粘結(jié)在元件搭載臺122。氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光元件310通過鍵合線140b以及140c與導(dǎo)線123b以及123c電連接。在本實施方式中， 正電極通過鍵合線140b從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310的上表面的p電極連接到導(dǎo)線123b。 負電極通過鍵合線140c從形成于次載具311的表面的第1電極連接到導(dǎo)線123c。帽130 由具有開口部131a的外罩131和光取出窗132構(gòu)成。帽130焊接在基座的基臺121。通過 該構(gòu)成來氣密密封氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310。
[0067] 接下來，使用圖3來詳細說明氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置300的構(gòu)成。圖3是氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光元件310以及次載具311的詳細的層疊結(jié)構(gòu)。以下首先說明氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 元件310的代表性的結(jié)構(gòu)和制造方法。
[0068] 氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件310由通過有機金屬氣相生長法（Matalorganic Chemical Vapor D印osition;M0CVD)形成在n-GaN(OOOl)基板的氮化物半導(dǎo)體基板201上的氮化物 半導(dǎo)體多層膜構(gòu)成。更具體地，在氮化物半導(dǎo)體基板201上依次層疊 n-AlGaN的包覆層202、 包含由n-GaN構(gòu)成的導(dǎo)向?qū)?InGaN多重量子阱/由p-GaN構(gòu)成的導(dǎo)向?qū)舆@3個種類的層 的活性層203、Al組成比例如高到15?30%的AlGaN電子阻擋層204、由ρ-AlGaN構(gòu)成的 包覆層205、以及由p-GaN構(gòu)成的接觸層206。在此，氮化物半導(dǎo)體基板201的表面的面方 位并不限于（0001)，只要包含極性或半極性面即可。另外，AlGaN電子阻擋層204的組成并 不限于上述的組成，只要晶格常數(shù)小于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的基板的晶格常數(shù)即可。 [0069] 使用干式蝕刻加工在該層疊結(jié)構(gòu)的表面形成1個或多個脊型波導(dǎo)（未圖示）。進 而，在接觸層206表面形成例如由Pd/Pt/Au構(gòu)成的P-歐姆電極210,在氮化物半導(dǎo)體基板 201的背面形成例如由Ti/Pt/Au構(gòu)成的η-歐姆電極211。另外，通過將脊型波導(dǎo)劈開為例 如長度800 μ m來形成法布里-珀羅型諧振器，作為激光器結(jié)構(gòu)發(fā)揮功能。
[0070] 接下來說明次載具311。次載具311具備第1次載具基材31 Ia和第2次載具基材 311b。在第2次載具基材311b中能使用例如能以比較低的成本制作的AlN陶瓷。并且，能 用CVD法在第2次載具基材311b的表面沉積金剛石來形成第1次載具基材311a，構(gòu)成二層 結(jié)構(gòu)的次載具311。通過在次載具中使用這種復(fù)合材料，能提高次載具的熱傳導(dǎo)率并將熱膨 脹系數(shù)設(shè)定得較小
[0071] 在次載具311的表面以及背面形成例如由將Ti設(shè)為0. 1 μ m、將Pt設(shè)為0. 2 μ m、 將Au設(shè)為0. 2 μ m的層而層疊的金屬層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的第1電極31 Id以及第2電極31 If。
[0072] 進而，在第1電極311d上形成例如AuSn共晶焊料的第1粘結(jié)部311e，由此進行 次載具311和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件310的粘結(jié)。在次載具311的第2電極311f上形成 例如AuSn共晶焊料的第2粘結(jié)部31 lg，由此進行次載具311和基座120的元件搭載臺122 的粘結(jié)。
[0073] 在上述的構(gòu)成中，將第1次載具基材311a以及第2次載具基材311b的厚度分別 設(shè)定為與第1電極311d以及第2電極311f的厚度相比的例如10倍以上。由此，關(guān)于次載 具311的熱膨脹系數(shù)，設(shè)定為使2個次載具基材311a、311b的熱膨脹系數(shù)處于支配性地位。 以上是本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成。在使本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 裝置動作時，在因通電而元件的溫度上升的情況下，也能有效果地抑制載流子的溢出。其結(jié) 果，成功地使光輸出增加。
[0074] 接下來，使用圖4?圖10來示出本申請的
【發(fā)明者】們?yōu)榱蓑炞C本實施方式的氮化物 半導(dǎo)體發(fā)光裝置的效果而進行的實驗的結(jié)果。
[0075] 圖4是表示本申請的
【發(fā)明者】們?yōu)榱蓑炞C本實施方式的效果而制作的氮化物半導(dǎo) 體發(fā)光裝置100的圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100的形狀以及構(gòu)成部件與圖1以及圖2所 示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置300相同，在圖4中，省略帽130,示出為從光出射方向觀察的上 表面圖。
[0076] 圖5 (a)以及圖5 (b)是表示氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件 110附近的詳細的結(jié)構(gòu)、和其能量帶隙的構(gòu)成（以下稱作能帶對齊）的圖。氮化物半導(dǎo)體發(fā) 光元件110的結(jié)構(gòu)除了次載具111僅具有單一的次載具基材Illa這一點以外，其它都與圖 3的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光兀件310相同。
[0077] 圖6(a)以及圖6(b)是用于說明氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa的功能的圖。氮化 物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa除了次載具基材Illa的材料以外，其它都與圖5(a)以及（b)的氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100相同。
[0078] 表1是能運用在后述的次載具材料中的材料的特性一覽。
[0079] 圖7是表示表1中示出的材料的特性的圖。
[0080] 表2是本實施方式中研究的次載具材料的特性一覽。
[0081] 圖8是用于說明本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的效果的計算結(jié)果。
[0082] 表3是表示本實施方式的效果的計算結(jié)果的一覽。
[0083] 圖9以及圖10是表示用于說明本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100的效果 的實驗結(jié)果的圖。
[0084] 表4是說明本實施方式的效果的氮化物半導(dǎo)體裝置的實驗結(jié)果的一覽。
[0085] 在此，對用在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100中的次載具111的結(jié)構(gòu)進行說明。次載 具111例如使用由用SiC陶瓷或CVD (Chemical Vapor Deposition,化學(xué)氣相沉積）成膜的 金剛石構(gòu)成的次載具基材Illa來形成。在次載具111的表面以及背面，形成由Ti層疊為 〇. 1 μ m的厚度、Pt層疊為0. 2 μ m的厚度、Au層疊為0. 2 μ m的厚度的金屬層疊結(jié)構(gòu)構(gòu)成的 第1電極Illd以及第2電極Illf。
[0086] 進而，在第1電極Illd上形成例如作為AuSn的共晶焊料的第1粘結(jié)部llle，由 此進行次載具基材Illa和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的粘結(jié)。在次載具111的第2電極 Illf上形成例如作為AuSn的共晶焊料的第2粘結(jié)部lllg，由此進行次載具基材Illa和基 座120的元件搭載臺122的粘結(jié)。
[0087] 在上述的構(gòu)成中，將次載具基材Illa的厚度設(shè)定為與第1電極Illd以及第2電 極Illf的厚度相比例如20倍以上。由此，關(guān)于次載具111的熱膨脹系數(shù)，設(shè)定得次載具基 材Illa的熱膨脹系數(shù)成為支配性地位。
[0088] 接下來，使用圖5(a)以及圖5(b)、和圖6(a)以及圖6(b)來說明本實施方式的氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的功能。
[0089] 圖5(b)表示圖5(a)中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的能帶對齊。另外，圖6(a) 以及圖6(b)是比較用的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa的詳細的層疊結(jié)構(gòu)和能帶對齊，為了 說明本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的功能而使用。
[0090] 另外，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100,在構(gòu)成次載具 基材Illa的材料上不同，將次載具基材Illa和氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的熱膨脹系數(shù) 設(shè)定為相同。因此，施加在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的 應(yīng)力、與施加在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100中的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的應(yīng)力不同。
[0091] 首先，在圖6(a)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa中，使用箭頭在圖6(a)中定 性地表示在電子阻擋層204中產(chǎn)生的應(yīng)變221a的方向和大小。在此，箭頭的方向表示應(yīng)變 的方向，箭頭的長度表示應(yīng)變的大小。如前述那樣，由AlGaN構(gòu)成的電子阻擋層204的晶格 常數(shù)小于由GaN構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體基板201的晶格常數(shù)。其結(jié)果，在電子阻擋層204產(chǎn) 生拉伸方向的晶格失配應(yīng)變。
[0092] 接下來，在圖6(b)示意地示出氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置IOOa的正向偏壓施加時的 能帶對齊。在此，202?205的數(shù)字表示與能帶對齊和構(gòu)成氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的層 (包覆層202、活性層203、電子阻擋層204以及包覆層205)的對應(yīng)。
[0093] 在通電中的元件的內(nèi)部，從氮化物半導(dǎo)體基板201向活性層注入電子，并從接觸 層206向活性層注入空穴。此時，在氮化物半導(dǎo)體中，傳導(dǎo)帶的狀態(tài)密度小于價電子帶的狀 態(tài)密度。由此，在傳導(dǎo)帶中移動的電子與在價電子帶中移動的空穴相比，更易于存在于高能 級。由此，如圖6(b)中的箭頭所示那樣，產(chǎn)生通過活性層203朝向P-歐姆電極210側(cè)的電 子。為了應(yīng)對其，使用由能量帶隙大的Al組成高的AlGaN構(gòu)成的電子阻擋層204在傳導(dǎo)帶 形成能量勢壘，來阻擋電子的通過。
[0094] 然而，與前述那樣，在電子阻擋層204產(chǎn)生拉伸應(yīng)變所引起的壓電電場。以此為原 因，由于電子阻擋層204附近的能帶對齊發(fā)生變形，因此，有效的勢壘高度會變得小于實際 的帶隙差。其結(jié)果，電子的通過的阻擋變得不充分。
[0095] 針對上述的課題，
【發(fā)明者】們著眼于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的動作時的發(fā)熱、和氮 化物半導(dǎo)體發(fā)光元件與次載具的熱膨脹系數(shù)差，設(shè)計出了上述的本實施方式的結(jié)構(gòu)。
[0096] 通電狀態(tài)的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110,由于不對發(fā)光做出貢獻的無效電力而自 身發(fā)熱，溫度上升。其結(jié)果，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110要按照自己的（GaN基板的）熱膨 脹系數(shù)膨脹。另一方面，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110粘結(jié)在次載具111，進而次載具111的 體積大到氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的10倍程度。由此，溫度上升時的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 元件Iio的熱膨脹受到次載具111的材料的熱膨脹系數(shù)支配。
[0097] 因此，通過使次載具111的熱膨脹系數(shù)小于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的熱膨脹 系數(shù)，能如圖5(a)所示那樣使氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110產(chǎn)生壓縮應(yīng)變222。該壓縮應(yīng)變 222同樣發(fā)生在形成于氮化物半導(dǎo)體基板201上的各層。此時，若著眼于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光 元件110中的電子阻擋層204,則因與基板的晶格失配而產(chǎn)生的拉伸應(yīng)變221被壓縮應(yīng)變 222緩和。即，能抑制在電子阻擋層204內(nèi)發(fā)生的拉伸應(yīng)變221，能抑制有效的勢壘高度的 降低。
[0098] 更具體地，使用圖5(b)所示的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100的能帶對齊來進行說 明。虛線示意地表示假定為氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的溫度不上升（因此，不發(fā)生溫度要求 的各部的體積變化）的情況下的能帶對齊，實線示意地表示通過升溫緩和應(yīng)變、降低壓電 電場的情況下的能帶對齊。通過本實施方式所示的方法，能緩和在電子阻擋層204產(chǎn)生的 品格失配應(yīng)變（拉伸應(yīng)變），其結(jié)果，能提高有效的勢壘高度。
[0099] 接下來，關(guān)于氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的構(gòu)成，更具體地說明優(yōu)選的形態(tài)。
[0100] 首先，作為構(gòu)成次載具111的材料，從氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件110的散熱的觀點出 發(fā)，期望具有高熱傳導(dǎo)率的材料。在氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件Iio產(chǎn)生的熱在次載具111中傳 導(dǎo)，經(jīng)由基座的元件搭載臺122以及基臺121釋放到外部的散熱片。因此，在次載具111的 熱傳導(dǎo)率低的情況下，氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件Iio的溫度上升，易于發(fā)生光輸出的熱飽和。 這種情況下，得不到本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置100的效果。
[0101] 在表1以及圖7示出最初作為本實施方式的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光裝置的次載具基材 而研究的材料的熱傳導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù)。
[0102][表 1]
[0103?

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，具有： 具有在表面有極性面或半極性面的氮化物半導(dǎo)體基板上層疊氮化物半導(dǎo)體多層膜的 構(gòu)成的氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件；和 搭載所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的搭載部， 所述氮化物半導(dǎo)體多層膜包含電子阻擋層， 所述電子阻擋層的晶格常數(shù)小于所述氮化物半導(dǎo)體基板的晶格常數(shù)， 所述搭載部至少具有第1搭載部基材， 所述第1搭載部基材位于搭載所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件一側(cè)， 所述第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)小于所述氮化物半導(dǎo)體多層膜的熱膨脹系數(shù)， 所述第1搭載部基材的熱傳導(dǎo)率大于所述氮化物半導(dǎo)體多層膜的熱傳導(dǎo)率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)為4X lO^T1以下， 所述第1搭載部基材的熱傳導(dǎo)率為300W/mK以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述搭載部由與所述第1搭載部基材不同的材料構(gòu)成，且具備與所述第1搭載部基材 接合的第2搭載部基材， 所述第1搭載部基材位于比所述第2搭載部基材更靠近所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件一 側(cè)的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述第1搭載部基材由高熱傳導(dǎo)SiC陶瓷、CVD-金剛石、或金剛石與銅的復(fù)合材料中 的任意一個或多個構(gòu)成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)為3X lO^T1以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件中的發(fā)熱量為3W以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件是發(fā)光二極管。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述第1搭載部基材的熱膨脹系數(shù)小于所述第2搭載部基材的熱膨脹系數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述第1搭載部基材的體積大于所述氮化物半導(dǎo)體發(fā)光元件的體積。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1?9中任一項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中， 所述搭載部是進一步搭載在其它元件搭載臺或基材的次載具。
【文檔編號】H01L33/32GK104350651SQ201380025414
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月22日
【發(fā)明者】左文字克哉, 山中一彥, 吉田真治, 萩野裕幸 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社