发光元件芯片及其制造方法

发光元件芯片及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种可安全装配的发光元件芯片及其制造方法。发光元件芯片（10）在支撑部（11）上有着具备了发光层（12a）的半导体层（12）。支撑部（11）为凹状，构成此发光元件芯片（10）上的支撑基板，同时，与半导体层（12）上一侧的电极相连接。支撑部（11）的外周部即支撑部外周部（11a）围绕半导体层（12），且比半导体层（12）的另一面（12d）、n侧电极（15）更加突出，设定在更高的位置上。
【专利说明】发光元件芯片及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种发光片及其制造方法，尤其是使用了 III族氮化物半导体的发光元件芯片及其制造方法。
【背景技术】
[0002]一般而言，用作发光元件(LED)材料的III族氮化物半导体，通过在其他材料构成的基板(生长用基板)上异质外延生长而获得。因此，使用此材料的发光元件芯片，其结构、制造方法均有所限制。对此，通过激光剥离、化学剥离等外延层剥离技术的发展，已可在生长后去除基板。由此，即便是关于III族氮化物半导体，也开始研究制作一种隔着发光层，且上下有电极的纵型结构的发光元件(LED)片。
[0003]一般而言，III族氮化物半导体发光元件在蓝宝石基板等生长用基板上，通过气相外延生长制作而成。在这种情况下，由于气相外延生长制作而成的发光结构部较薄，在剥离掉生长基板的状态下，很难独立操作发光结构部。因此，在上述纵型结构的发光元件芯片上，需要一种不同的基板等代替生长基板，来进行支撑。
[0004]在专利文献I中，公开了一种在P型氮化物半导体层上，通过电解镀金法形成金属板之后，溶解去除作为生长基板的Si的方法。在这种情况下，此金属板取代生长基板，成为了较薄的半导体层的支撑基板。
[0005]先行技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本专利特开2004-47704号公报
【发明内容】

[0008]发明要解决的课题
[0009]纵型结构发光元件芯片(LED CHIP)通常使用挑选用构件，如底座(collet)等通过真空吸附来处理。由此，使用银膏等导电性粘合材料，将其接合(安装)在子基板(Submount)、引线框、T0-18、T0-39等LED片搭载用构件上。之后，将LED片的下部电极和LED片搭载用构件进行电连接之后，使用Au线等将LED片的上部电极和LED片搭载用构件进行电连接(引线键合)。由此，达到一种实际上作为发光元件来使用的状态。这一系列的操作叫做装配。
[0010]像大型LED片一样，面对发光面发光强度的均一性这一问题时，便使用在片内部可实现电流均一化的结构的电极。就此种结构的上部电极而言，较多使用结合片与形成格子状.环状.放射状等的辅助电极呈一体化的材料。另一方面，辅助电极相对于LED发出的光并不透明，因此，形成此辅助电极的部分被遮光成为暗部。因此，辅助电极优选较细的材料。在上述装配操作中，像这样较细的辅助电极有时会产生局部裂缝、击痕，会导致导电不良的发生。
[0011]而且，已知通过在发光面即最表面的半导体表面上设置凹凸，可以提高光提取效率。在这种情况下，一般而言，包含辅助电极的上部电极形成于平坦的面上，仅在凹凸表面上形成保护膜。在这种情况下，就上述装配操作过程而言，在凹凸表面，尤其是端部，也容易发生缺陷、裂纹。
[0012]
【发明者】提出了一种欧姆电极，尤其对形成于此凹凸表面的情况有效(国际申请编号:PCT/JP2010/007611)。就此凹凸表面上的欧姆电极而言，与形成于普通平坦表面上的欧姆电极相比，尤其容易产生这种局部裂缝、击痕。
[0013]即是说，在装配的时候，需要发光元件芯片拥有这样一种结构，即可以保护具备了电极以及光提取部的发光面。
[0014]本发明的目的在于，鉴于上述课题，提供一种可安全装配的发光元件芯片及其制造方法。
[0015]解决课题的手段
[0016]为实现上述目的，本发明所涉及的发光元件芯片及其制造方法构成如下。
[0017]即是说，发光元件芯片所具备的结构为:具有发光层的半导体层形成于导电性支撑部上，且该支撑部与连接在该半导体层一面上的一侧电极相连接。在该半导体层的另一面上形成了凹凸，且另一电极形成于所述另一侧上，该支撑部具备了包围该半导体层另一面周围的外周部，该外周部比该半导体层的另一面以及另一电极更加向上侧突出。构成该支撑部一部分的突出部分可对半导体层的另一面以及另一电极提供物理性保护。
[0018]突出的外周部顶部优选位于比该另一电极的表面高0.2μπι以上的位置。并且，该半导体层的侧面优选经过锥形加工，与该支撑部的外周部至少隔着绝缘体层而相邻接。
[0019]而且，该支撑部优选通过干式成膜法或湿式成膜法而形成一体的金属或合金。
[0020]并且，该半导体层优选由III族氮化物半导体构成，构成另一面凹凸的微表面为{10-1-1}面群构成的半极性面。
[0021]发光元件芯片的制造方法为使用一张生长基板来制造多个发光元件芯片的发光元件芯片制造方法，具备了以下工序:外延生长工序，在生长基板上依次形成剥离层、在该剥离层上具备发光层的半导体层；分离沟形成工序，在与相邻接的发光元件芯片相对应的位置之间，去除半导体层及剥离层，形成生长基板所露出的分离沟；绝缘体层形成工序，在分离沟处形成至少包裹面对分离沟的半导体层侧面的绝缘体层；第I电极形成工序，在另一面，即与半导体层的生长基板相反一侧的表面，形成一侧电极；支撑部形成工序，在与半导体层生长基板相反一侧的面上以及分离沟中形成支撑半导体层的支撑部；剥离工序，通过湿法处理去除剥离层，分离半导体层和生长基板；半导体层蚀刻工序，通过蚀刻经剥离工序所露出的半导体层的另一面，使得包围此另一面周围的支撑部即形成于分离沟中的支撑部外周部，相较于该另一面而更加突出；凹凸形成工序，在该另一面上，进行形成凹凸的处理;第2电极形成工序，在该另一面上，形成另一电极。
[0022]发光元件芯片的制造方法优选为，在分离沟形成工序中对分离沟邻接半导体的侧面进行锥形加工。
[0023]而且，发光素子片制造方法优选为，在凹凸形成工序中使用碱性溶液对另一面进行蚀刻。
[0024]并且优选为，在支撑部形成工序中形成支撑部时，使得支撑部存在贯通孔；在剥离工序中通过贯通孔为剥离层提供用于蚀刻剥离层的蚀刻液。[0025]发明效果
[0026]通过本发明，可以提供可安全装配的发光元件芯片及其制造方法。
【专利附图】

【附图说明】
[0027][图1]为本发明的本实施方式所涉及发光元件芯片的上面图(a)与其A-A方向的截面图(b)。
[0028][图2]为本发明的实施方式所涉及发光元件芯片的制作方法工序(其I)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0029][图3]为本发明的实施方式所涉及的发光元件芯片的制作方法工序(其2)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0030][图4]为本发明的实施方式所涉及的发光元件芯片的制作方法工序(其3)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0031][图5]为本发明的实施方式所涉及的发光元件芯片的制作方法工序(其3)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0032][图6]为斜着观察本发明实施例中发光元件芯片外周附近的截面SEM照片。
[0033][图7]为比较例中发光元件芯片制造方法工序(其I)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0034][图8]为比较例中发光元件芯片制造方法工序(其2)中的截面图(左)、其上面图(右)。
[0035][图9]为比较例中发光元件芯片的截面图。
[0036][图10]为实施例与比较例中发光元件的发光强度直方图。
[0037][图11]为发光强度与锥角Θ关系的测定结果。
[0038][图12]为在实施例与比较例中，形成荧光体层之后的上面照片。
【具体实施方式】
[0039]以下将在图面的基础上，说明本发明优选实施方式中的发光元件芯片及其制造方法。在本发明中，发光元件芯片指的是装配前状态下的芯片(CHIP)，与装配后的发光元件区别开来标记。
[0040]图1为本发明的本实施方式所涉及发光元件芯片的上面图(a)和截面图(b)。发光元件芯片10在支撑部11的上面，拥有具备了发光层12a的半导体层12。支撑部11为凹状，为此发光元件芯片10中的支撑基板，同时，与半导体层12的一侧电极相连接。此发光元件芯片10发出的光发出至图1 (b)中的上侧。
[0041]半导体层12的一面，即图1 (b)中的下侧面12b,经由接地层(ground layer) 13连接在支撑部11的底部Ilc上。半导体层12的一面12b由P型半导体层12c构成，形成了与P型半导体层12c进行欧姆连接的P侧电极14。在半导体层12的另一面即图1 (b)的上侧面12d处，形成了凹凸结构，部分地形成了 η侧电极15。半导体层12的另一面12d由η型半导体层12e构成,η侧电极15由与η型半导体层12e进行欧姆连接的金属形成。η侧电极15如图1 (a)所示，有连接了结合线的结合片部15a和将电流均匀地供给芯片(CHIP)内的辅助电极15b。此发光兀件芯片10发向上侧的光被η侧电极15遮挡。结合片部15,为了在此之上进行结合，需要最低限度的面积，因此，辅助电极15b优选较细宽度。另一方面，在此宽度较细的情况下，辅助电极15b的电阻值会增加，所以，要在考虑配线电阻的基础上，来适当地决定辅助电极15b的宽度及高度。
[0042]而且，在半导体层12的一面，隔着辅助电极15b与半导体层12，以上下对称的形状，施加有绝缘体层16的图案化(patterning)。在上述结构中,在图1 (b)的上下方向，电流在P侧电极14与η侧电极15之间的半导体层12中流动。此时，通过将绝缘体层16与η侧电极15上下对称来设置，限制了流向η侧电极15正下方的电流流动，因此，限制了被遮光的η侧电极15正下方半导体层12的发光,可在一定程度上提高未被遮光部分的发光强度，且有助于发光面内的均一化。
[0043]而且，支撑部11的外周部，即支撑部外周部Ila围绕半导体层12，且比半导体层12的另一面12d、η侧电极15更加突出，设定在更高的位置上，图1 (b)中为上侧。再者，绝缘体层16也覆盖着半导体层12的周边端部而形成，因此，支撑部11与η型半导体层12e为电绝缘。
[0044]支撑部11中的支撑部外周部Ila的顶部Ilb位于比η侧电极15的表面高出如
0.2μπι以上的位置。而且，在半导体层12的表面上，η侧电极15以外的部位为保护膜17
所覆盖。
[0045]半导体层12在η型GaN系氮化物层(η型半导体层:Ν型层)12e、p型GaN系氮化物层(P型半导体层:P型层)12c之间具备了发光层12a。发光层12a为拥有较高发光效率的层，例如GaN系氮化物构成的多重量子阱层(MQW)等。此半导体层12的构成与使用于普通LED的物体相同。
[0046]绝缘体层16、保护膜17均由SiO2等形成。支撑部11由结合法、湿式成膜法(镀金等)形成的材料(如铜(Cu)、镍(Ni ))等构成。接地层13例如由成为镀金的种层的镍(Ni )、金(Au)、白金(Pt)、Cu等(以上为镀铜的情况)，镍(Ni)、钯(Pd)、Au、Pt等(以上为镀镍的情况)构成。但是，接地层13也可以是适当含有这些材料的积层结构。
[0047]作为P侧电极14的材料，可以使用Ag、Rh、Ru等单体金属或含有这些的合金、积层构造作为对于P型层12C进行欧姆连接的材料。而且，可以使用Au-Ni合金、Pt、Pd单体以及这些合金。但是，P侧电极14也作为光的反射层起作用，就此观点而言，根据用途，尤其优选使用可视光反射率为85%以上的较高的Ag及其合金系，或者是在紫外线领域反射率较高的Rh、Ru。这种情况下，用这种材料来构成与半导体层12 (P型层12c)连接的一侧，由此，可降低反射率、接触电阻。
[0048]如图1 (a)所示，半导体层12的平面形状为矩形，呈现在支撑部11的凹部嵌合并收纳半导体层12的形状。
[0049]在半导体层12的另一面12d上，形成了凹凸结构。另一面12d的宏观表面(凹凸均一、平坦的情况下的表面)为如(000-1) N极性面。另一方面，构成凹凸表面的微观表面为{10-1-1}面群构成的半极性面。即是说，此凹凸由拥有微小面积{10-1-1}面群而形成的半极性面所构成。关于这一点，将在后述的制作方法中详细说明。
[0050]发光元件芯片10像上述构成那样，支撑部11的支撑部外周部Ila比凹凸结构的半导体层12的另一面12d以及另一侧电极15的表面更加突出。由此，在装配时，η侧电极15尤其是辅助电极15b不必直接接触底座、操作台等表面，因此，不容易产生局部裂缝、击痕，可以抑制通电不良的情况。再者，可以抑制半导体层12的凹凸表面12d、发光部上的缺陷、裂痕。而且，从保护光提取面、发光部的观点来看，可以安全地装配。在这里，如同后述，支撑部11和支撑部外周部Ila形成了一体。虽然也可以在后续工序上将比半导体层12的另一面12d、η侧电极(另一侧电极)15更向上侧突出的构件结合在支撑部11上来形成，但是，这样的制造工序过于复杂，且其强度也会出问题，因此不适合。通过一体形成支撑部11和支撑部外周部I la，简化了制造工序，且可以提高其机械强度。
[0051]而且，以往那种使用了平坦的支撑部的情况下，从发光层横向放出的光完全在横向泄露，无法足够有效地提取光。对此，就此发光元件芯片10而言，可以通过将发光层12a到达侧面的光在支撑部外周部Ila处进行反射，从而足够有效地提取光。这种情况下，经由半导体层12与绝缘体层16所连接的支撑部11的凹部内侧锥角优选在10°到80°范围内倾斜。关于此角度设定方法稍后进行说明。而且，这种情况下的锥角Θ如图图1 (b)所示来定义。
[0052]接下来，就本发明的本实施方式所涉及发光元件芯片10的制造方法进行说明。用于此发光元件芯片10的半导体层12通过在生长基板上进行外延生长而取得。但是，就实际上制造的发光元件芯片10而言，去除此生长基板，在有过生长基板的一侧的相反一侧，连接与生长基板不同的支撑部11。而且，图1中的构造使用了一张较大的晶片(生长基板)来形成多个，最后分离得到一个个发光元件芯片10。
[0053]图2?5为制造上述发光元件芯片10的工序形态截面图(左侧)及其上面图(右侧)。在这里，此截面图表示了与图1 (b)相对应的位置。而且，其上面图表示了包含相邻接发光元件芯片10的2芯片等分的领域。
[0054]首先，如图2 (a)所示，在生长基板20上，依次成膜了剥离层21、n型GaN层(η型半导体层:η型层)12e、发光层12a、p型GaN层(p型半导体层:p型层)12c (外延生长工序)。作为生长基板20，尤其优选使用蓝宝石基板、AIN模板基板(蓝宝石表面上有AIN层的基板)。η型层12e、发光层12a、p型层12c进行如有机金属气相生长法(M0CVD法)来成膜，η型层12e中掺杂供体杂质，而在P型层12c中掺杂受体杂质。这些层不限于GaN，也可以是包含III族铝(Al)、铟(In)、硼(B)等的组成物。
[0055]而且，作为剥离层21，可使用如铬(Cr)。剥离层21可通过喷溅法、真空蒸镀法等来进行成膜。再者，在剥离层21形成后和η型层12e生成之前，采取氮化处理，如通过在氨气环境里进行加热，使剥离层21发生氮化，可产生如氮化铬层(金属氮化物层:CrN层)。这种情况下，可以得到特性更良好的半导体层12，同时易于开展后述的剥离工序。
[0056]接下来，如图2 (b)所示，在生长基板20上，形成了分离沟，即进行了分离沟形成工序，用来分离与一个个发光元件芯片10相对应的半导体层12。此工序在半导体层12 (P型层12c)上形成掩膜之后，进行干法蚀刻，通过去除掩膜所覆盖的范围(元件范围)以外的半导体层12、剥离层21来进行。即是说，通过此干法蚀刻所形成的分离沟，在图2 (b)右侦牝形成了多个平面视图上的矩形形状范围。
[0057]此时，通过调整干法蚀刻的条件，如气体种类、压力、蚀刻速度等，可以调整干法蚀刻的异方性。由此，可以调整半导体层12端部的锥角Θ。此时，此锥角Θ优选在10°?80°之间。再者，在湿法蚀刻中，此锥角很难调整，且在湿法蚀刻中，其倾斜方向很容易成为与图2 (b)中相反的反向锥角，因此，就此工序而言，尤其优选使用干法蚀刻。[0058]接下来，如图2 (c)所示，将填充剂23填充到分离沟内，即进行分离沟填充工序，由此填塞分离沟中露出的剥离层21的侧面。填充剂23由可通过后述剥离工序而进行蚀刻的材料构成，如与剥离层21相同，可使用Cr。或者也可以使用之后可通过有机溶剂等容易去除的材料。填充剂23，至少要部分地覆盖分离沟中露出的剥离层21。
[0059]其次，如图2 (d)所示，形成绝缘体层16，即进行绝缘体层形成工序。绝缘体层16如前所述，在P型层12C上，形成于与η侧电极15对向的位置。而且，形成时也覆盖了半导体层12的周围。然而，在分离沟中即半导体层12之间，部分地形成了绝缘体层开口 16a。在绝缘体层开口 16a中，露出了上述填充剂23。绝缘体侧16可通过如CVD法等成膜，其后形成掩膜，通过进行干法蚀刻，在图2 (d)的形态下，可进行图案化。而且，绝缘体层16与半导体层12相比足够地薄。并且，P型层12c上的图案与后述η侧电极15 (结合片部15a及辅助电极15b)的图案相对应。
[0060]接下来，如图2 (e)所示，形成P侧电极(一侧电极)14，即进行了第I电极形成工序，覆盖露出的P型层12c的表面。就P侧电极14的材料而言,作为可对于P型层12c取得欧姆连接的材料，可以使用如Ag、Rh、Ru等单体金属，或者包含这些的合金、积层结构。而且，可以使用Au-Ni合金、Pt、Pd单体以及这些的合金。然而，P侧电极14也作为光的反射层发挥作用，从这种观点来看，根据用途，尤其优选使用可视光反射率较高的、在85%以上的Ag及其合金系，或者是在紫外线领域反射率较高的Rh、Ru。通过喷溅等形成这些材料之后，通过光蚀刻(掩膜形成)、蚀刻，可进行如图2 (e)所示的图案化。或者，进行掩膜形成之后，将这些材料成膜，之后通过去除掩膜，也可以进行同样的图案化。
[0061]接下来，如图3 (f)所示，在绝缘体层开口 16a中，形成了由光致抗蚀剂构成的较厚的抗蚀层(掩膜)100，即进行开口部保护工序。此抗蚀层100的厚度比之后形成的支撑部11要厚。此工序可通过光蚀刻来进行。而且，也可使用可在进行剥离工序之前易于去除的材料来代替抗蚀层100，在进行后述支撑部形成工序时，作为掩膜来发挥作用。
[0062]接下来，如图3 (g)所示，通过镀金形成支撑部11，即进行支撑部形成工序。此时，首先在形成了抗蚀层100之外的位置，通过蒸镀等形成薄的接地层13，之后，将此作为种层，通过镀金等形成厚的支撑部11。支撑部11形成时，将导电性材料要全部填充在抗蚀层100之外的区域，尤其是与半导体层12的生长基板20相反一侧的上部、分离沟。
[0063]构成接地层13的材料拥有在半导体层12、p侧电极14之间的高密闭性，且可成为镀金的种层。而且，接地层13可以具备积层结构，但是，至少其半导体层12—侧优选为在后述剥离工序、保护膜形成工序中耐受蚀刻的材料。并且，与P侧电极14相同，当接地层13拥有较高反射率的情况下，也可以是积层结构，包含成为种层的层和拥有高反射率的反射层。这种情况下，作为半导体层12—侧的反射层，可使用如Rh、Ru等白金族，可在其上形成种层。就种层而言，当使用Ni作为支撑部11的材料时(镀Ni)，优选使用Pd ;当使用Cu时(镀Cu),优选使用Pt/Cu。而且,镀Ni时,其他也可使用N1、Au、Pt等,镀Cu时,可使用N1、Au、Pt、Cu等。或者,也可以是这些金属的组合物合金、积层结构。
[0064]而且，作为通过镀金形成的支撑部11的材料，至少是与剥离层21、填充剂23不同的材料；作为不被剥离工序所蚀刻的材料，可以使用N1、Cu、Au等。就此镀金而言，只要可以形成如图所示的拥有足够厚度的支撑部11，无论干法镀金、湿法镀金均可使用。并且，如果是湿法镀金，无论是电解镀金还是无电解镀金均可使用。[0065]其次，如图3 (h)所示，去除抗蚀层100之后，通过化学性处理来去除剥离层21、填充剂23，即进行剥离工序。通过选择湿法蚀刻处理，可在不对η型GaN层12e、p型层12c、支撑部11等造成不良影响而进行此项工序。此项工序与日本专利特开2009-54888号公报等提到的、作为化学剥离为人们所知的工序相同。当填充剂23由与剥离层21相同的材质构成时，可同时进行去除填充剂23和剥离层21的操作。当填充剂23不会被剥离层21的蚀刻液所蚀刻时，可先对填充剂23进行蚀刻，之后再进行剥离层21的蚀刻。由于在存在抗蚀层100的位置处尚未形成接地层13、支撑部11，因此在支撑部11处形成了与此位置相对应的贯通孔。在此剥离工序中，通过由此贯通孔来供给蚀刻液，去除填充剂23、剥离层21。再者，图示的例子中，在上面图中，绝缘体层开口 16a形成于纵横邻接的发光元件芯片之间，但是，只要进行剥离工序，绝缘体层开口 16a的位置、形状就是任意的。例如，在分离沟的交叉点处，形成了十字形状的绝缘体层开口 16a，也可在其中形成抗蚀层100。而且，只要可以进行剥离工序，就不必在所有的发光元件芯片之间的间隙处形成绝缘体层开口 16a。
[0066]通过此工序，生长基板20与半导体层12分离，由半导体层12的η型层12e构成的下面(另一个面)露出。这个面是与η型层12e上面一侧相反的(000-1) N极性面。之后去除生长基板20，支撑部11成为半导体层12等的支撑基板。下面，为方便起见，如图4 (i)所示，将上下关系翻转过来，采用与图1相同的方向来进行上下关系的说明。而且，以后则不需要分离后的生长基板20。
[0067]在此状态下，如图4 (j)所示，仅按照特定的深度对露出的η型层12e均一地进行蚀刻，即进行半导体层蚀刻工序。由此，使得η型层12e的表面比位于其周围的绝缘体层16、支撑部11要低。此蚀刻工序可采用使用了氯(Cl2)气、三氯化硼(BCl3)气体的干法蚀刻来进行。此蚀刻与后述异方性蚀刻不同，优选等方性蚀刻。此种情况下，蚀刻后的η型层12e的表面与剥离工序刚结束后一样平坦，仍然是(000-1) N极性面，这点上相同。
[0068]接下来，如图4 (k)所示，通过对η型层12e的表面进行异方性蚀刻，在其表面形成凹凸，即进行凹凸形成工序。在这里，所谓异方性湿法蚀刻是相对特定的面方位选择性地进行蚀刻的湿法蚀刻。因此，当进行异方性蚀刻前的宏观表面与此特定的面方位不同时，不能像半导体层蚀刻工序后那样蚀刻后的表面是平坦的，而是在蚀刻后形成了拥有由此特定面构成的微观表面的多个凹凸。可将此特定的面作为如半极性{10-1-1}面群。
[0069]在此异方性湿法蚀刻中，可使用碱性的蚀刻液,如氢氧化钾(KOH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液，或者是两者的混合碱性溶液。溶剂可以是水(H20)、乙二醇。此时，通过OH-离子氧化GaN、AlGaN的III族原子(Ga、Al)，来进行蚀刻。尤其是GaN的情况下，在Ga极性面一侧，因为Ga原子下存在三个氮原子，因此OH-离子无法氧化Ga。另一方面,在氮气极性面一侧，因为在Ga原子下只存在一个氮原子，因此OH-可以氧化Ga原子。通过像这样使用碱性的蚀刻液，在加温等适当的条件下进行的异方性湿法蚀刻的处理，可以选择性地蚀刻(000-1) N极性面。在蚀刻后的表面上，形成了多个六角锤状的凸部，其拥有反映六方晶的六角形底面。再者，因上述理由，像这样的异方性蚀刻，即便是在同样的(000-1)面，也可以发生在氮气极性面，而几乎不蚀刻Ga极性面。就此蚀刻而言，在Ga极性面，当存在转位时，可以观察到六角锤状的凹点。关于以上的问题点，如国际申请号PCT/JP2010/007611说明书中已有记载。
[0070]再者，因为形成了此凹凸，η型层12e露出的表面积与平坦的氮气极性面(异方性蚀刻前)相比，不论凹凸的大小，约为2倍。由此，即便平面方向的电极尺寸相同，因为与η型电极15的实效接触面积增大了，其接触电阻值也会降低。可以通过蚀刻液的浓度、温度、时间条件来控制凹凸的大小，所以，不仅包括上述接触电阻值的降低，还优选尺寸适合于提高使用了折射定律的光提取效率。例如，由六角锤构成的凸部，其高度优选0.3?4.5μ m左右。
[0071]接下来，如图4 (I)所示，在凹凸形成状态下的η型层12e表面，形成η侧电极15，即进行第2电极形成工序。就η侧电极15的材料而言，可以使用如Ti/Ni/Au，即为按照T1、N1、Au的顺序积层而成的结构。或者，可以使用本
【发明者】们认为对此半极性面有效，且在PCT申请，国际申请号PCT/JP2010/007611中做出了报告的结构。而且，如前所述，η侧电极15具备了结合片部15a、以格子状图案化的辅助电极15b。η侧电极15的成膜方法、图案化方法与P侧电极14相同。η型层12e的表面由如上所述的半极性面构成，η侧电极15与η型层12e之间的欧姆性良好，因此，可以降低接触电阻。而且，如前所述，可通过辅助电极15b来提高发光面内的均一性。
[0072]之后，如图5 (m)所示，在有η侧电极15位置以外的整个上面处，形成保护膜17，即进行保护膜形成工序。作为保护膜17，可以和绝缘体层16—样，使用Si02。其成膜方法也相同。就其图案化而言，在图5 (m)的整个上面形成保护膜17之后，只对有η侧电极15的位置进行蚀刻即可。或者，在第2电极形成工序之前进行保护膜形成工序，可以预先去除应形成η侧电极15区域的保护膜17，然后形成η侧电极15。这时，图5 (m)截面图(左)中的η侧电极15的最大高度比其周围支撑部11等的最大高度低0.2μπι以上，优选0.5μπι以上，更优选1.0μ m以上。由此，可以在装配时抑制底座、治具等接触发光面(η侧电极15、保护膜17所覆盖的η型层12e表面)。此表面高度可根据半导体层蚀刻工序和凹凸形成工序的蚀刻时间调整来进行适当的设定。
[0073]最后，如图5 (η)所示，切断分离沟中的支撑部11等，分断每个发光元件芯片10，即进行芯片分离工序。由此，可由一个晶片得到多个发光元件芯片10。
[0074]根据上述制造方法，可以制造多个图1构成中的发光元件芯片10。
[0075]在这里，尤其是就GaN等而言，一般来说较难得到厚的P型层12c，且正孔的移动度比电子的移动度还低，所以，一般来说P型层12c的电阻率比η型层12e的电阻率还高。因此，为了降低发光元件芯片的顺向电阻，优选增大P侧电极14的面积。另一方面，通过η侧电极15遮挡了光，所以，优选减小设置在提取发光面一侧的电极面积。因此，如图1的构成所示，为了减小顺向电阻，且提高发光效率，优选在发光提取面一侧形成小面积的η侧电极15。
[0076]而且，根据上述制造方法，支撑部外周部Ila比发光面(η侧电极15、保护膜17所覆盖的η型层12e表面)还高，所以，对发光面的保护如前所述。并且，如前所述，通过上述凹凸、电极的构成，可以减小电极电阻，并且提高光提取效率。在这种凹凸表面上形成电极的结构的情况下，此保护效果尤其显著。
[0077]再者，突出的支撑部外周部Ila起着反射镜的作用，将侧方所发出的光反射到上方。所以，尤其可提高此发光元件芯片的发光效率。此时，支撑部外周部Ila的锥角与半导体层12侧壁的锥角相等。此锥角Θ可根据分离沟形成工序中半导体层12的干法蚀刻条件来适当设定。[0078]再者，在上述制造方法中，其结构为使用抗蚀层100，在支撑部11中形成贯通孔；在剥离工序中，其形态为利用此贯通孔，取出剥离层21等。此贯通孔形成于相对剥离层21垂直的方向上，由此，可将蚀刻液有效地供给到剥离层21，可高效地对剥离层21进行蚀刻操作。所以，尤其优选在剥离工序之前，将此形态的贯通孔设置在支撑部11上。而且，通过形成此贯通孔，缓和支撑部11与半导体层12之间的应力，也可以抑制半导体层12上产生裂痕等。在上述例子中，贯通孔的位置由绝缘体层开口 16a和抗蚀层100的位置所决定，但只要可以通过贯通孔去除剥离层21等，其形成方法、位置是任意的。[0079]再者，在图2~5所示的制造方法中，在生长基板上依次生成由η型层和ρ型层构成的半导体层后，去除此生长基板。进行此种工序是为了在P型层和η型层的积层结构形成之后，分别从此半导体层不同的面侧提取P侧电极和η侧电极。此半导体装置为利用了该ρη结合的发光二极管或激光二极管的情况下，通过此结构，电极电阻减小，顺向电阻降低，可得到较高的发光效率。此结构不仅限于发光二极管、激光二极管，对在与此半导体层主面垂直的方向上电流流动工作的所有半导体装置都有效。而且，在η型层和ρ型层之间形成了其他层的情况也一样。
[0080]而且，在上述剥离工序中，为了去除生长基板20，使用了化学剥离工序。众所周知，为了去除生长基板20，除此之外还可以使用激光剥离方法，使得剥离层21吸收激光从而去除剥离层21。但是，在使用激光剥离的情况下，在成为半导体层12周围反射层的层(接地层13、支撑部外周部Ila)处也会反射此激光，所以，很难同样去除晶体上全部位置的剥离层。因此，在预先形成此反射层的状态下，优选使用上述化学剥离方法。尤其在半导体层12端部有锥角的情况下，使用激光剥离更难取得同样的剥离效果。
[0081]而且，在上述例子中，虽然提到的是使用GaN作为III族氮化物半导体的情况，但涉及极性的结晶结构，尤其是(000-1) N面的构成与半极性面的形成，关于其他的III族氮化物半导体，如AlGaN、AlInGaN等也是一样的。因此,上述结构、制造方法显然对此也同样有效。
[0082]再者，在上述实施方式中，以蓝宝石基板、AlN模板作为生长基板20进行了说明，但除这些基板以外,如果生长基板20是可以通过剥离层21等生成优质的GaN、AlN、AlGaN、BAlInGaN等III族氮化物半导体(η型层11a、发光层llb、p型层lie)的物体,也可以使用其他材料，如SiC、Si基板等。
[0083]再者，在上述例子中，将半导体层12说明为均由GaN系材料所形成的，η型层12e、发光层12a、p型层12c所构成。但是，即便在其他情况下，显然也能达到同样的效果。例如，显而易见，利用了简单的ρη结合的二极管、各种半导体装置也同样可以制造出来。此时，在上述例子中，在生长基板上依次形成了 η型层、ρ型层，但即便η型层、ρ型层的顺序反过来也是一样的。而且，η型层、ρ型层不是GaN,其他III组氮化物半导体,如AlaInbGal_a_bN(O≤a≤1、0≤b≤l、a+b≤I)也可以。(实施例)
[0084]以下对实际具备了上述结构的发光元件芯片的制造结果进行说明。首先，在蓝宝石基板(生长基板20)上,形成剥离层21 (Cr及此为氮化后的CrN,厚度为18nm)后,形成由η 型层 12e (η 型 GaN、厚度 7 μ m)、InGaN 的 MQW 发光层 12a (厚度 0.1 μ m)、ρ 型层 12c (ρ型GaN、厚度0.2 μ m)构成的半导体层12(外延生长工序)。然后，通过干法蚀刻，去除一部分半导体层12，形成分离沟，分离ρ型层12c上面由一侧为100 μ m的四角形构成的一个个元件区域，即进行了分离沟形成工序。在这里，半导体层12端部的锥角Θ约为40°。元件间的间距为1250 μ m。分离沟的形成进行至蓝宝石基板蚀刻0.2 μ m,确认蓝宝石基板已露出。在露出的蓝宝石基板表面，通过使用了抗蚀图案的剥离工序，形成了 Cr层(厚度400nm)，其厚度可覆盖露出的剥离层21及η型层12e的一部分侧面(分离沟填充工序)。
[0085]在此结构的整个表面形成了绝缘体层16 (SiO2、厚度350nm)，通过缓冲氟化氢(BHF)来去除Cr层上的一部分(绝缘体层开口 16a)以及元件区域的ρ型层12c的一部分，即进行了绝缘体层形成工序。绝缘体层开口 16a是位于元件区域四边位置的分离沟中央、宽70 μ m、长900 μ m的部分。P型层12c上的绝缘体层16留出了与η侧电极15的辅助电极15b位置对向的位置，使得ρ型层12c露出80%的面积。其后，在露出的ρ型层12c上，形成了 P侧电极14 (Ag、厚度0.2 μ m)，即进行了第I电极形成工序。此时，在ρ侧电极14和位于P型层12c外周的保护层17之间设有10 μ m的缝隙。
[0086]再者，在绝缘体层开口 16a中，使用光致抗蚀剂覆盖露出的填充剂23(Cr层)，在ρ侧电极14、绝缘体层16上以及这些缝隙间的ρ型层12c上，形成了接地层13 (Ni (IOOnm)/Au(IOOnm)/Cu(0.2 μ m))。之后，通过去除光致抗蚀剂，得到图3 (g)中的接地层13。上述位于缝隙间的接地层13有防止Ag构成的ρ侧电极14扩散的作用。使用Ag之外不易扩散的金属时，此缝隙不是必需的。
[0087]之后，在露出的Cr层上的局部地方，形成了宽70 μ m、长900 μ m、厚100 μ m的厚膜抗蚀层(抗蚀层100)，即进行了开口部保护工序。
[0088]之后，使用硫酸铜系的电解液，将接地层13作为种层，通过电镀形成支撑部11，其由半导体层表面的连接层表面上厚度150 μ m的Cu构成，即进行了支撑部形成工序，。而且，支撑部11与蓝宝石基板整体为一体而形成。
[0089]之后，使用丙酮溶解厚膜抗蚀剂。由此，形成了贯通支撑部11表面到蓝宝石基板上的填充剂23 (Cr层)的孔或沟。之后，将Cr及CrN浸泡在选择性地进行蚀刻的蚀刻液里，通过此贯通孔及沟将蚀刻液供给Cr层以及剥离层CrN层21，通过溶解剥离层21，来剥离蓝宝石基板20，即进行了剥离工序。
[0090]之后，对被剥离的面η型层12e均一地进行干法蚀刻，即半导体层蚀刻工序。通过此蚀刻操作，η型层12e从厚度7μπι被蚀刻至厚度5μπι。并且，通过在60°C下在KOH水溶液(6mol/L)中浸泡30分钟，在表面上形成了有各种尺寸六角锤形状的凹凸，从凹凸的底部到顶点间的高度为0.4?1.5 μ m不等，即进行了凹凸形成工序。此时，从η型层12e的最顶点起的厚度为3.5 μ m。之后，形成0.2μπι的保护膜17 (SiO2),即进行了保护膜形成工序，使用BHF去除应形成η侧电极15位置上的保护膜17，使得η型层12e的表面露出。在此η型层12e的六角锤形状表面上，形成了 η侧电极15 (Ti/Ni/Au、厚度1.5 μ m)，其拥有与上述绝缘体层16的图案相对应的辅助电极15b和结合片部15a，即进行了第2电极形成工序。斜着观察完成后的发光元件芯片外周部附近的截面的SEM照片如图6所示。
[0091]最后，η型层12e的表面(六角锤顶点)与凹状Cu材质支撑部11 (准确地指保护膜表面)顶部Ilb表面之间的高度差约为2μπι (1.8μπι以上)。
[0092]使用平底座和一万个本实施例中的发光元件芯片10来进行装配试验。底座与发光元件芯片10的接触面为支撑部外周部11a，底座与η侧电极15及η型层12e的表面没有接触，所以，不会对上部电极15及η型层12e的表面产生局部裂痕、击痕。[0093](比较例)
[0094]在此，制造了没有如实施例中的支撑部外周部Ila结构的发光元件芯片，来作为比较例。在该制造过程中，使用光致抗蚀剂将开口部保护工序中的半导体层间的分离沟全部填埋，其他工序以相同的方法进行。图7为将此制造方法中开口部保护工序(a)、支撑部形成工序(b)、剥离工序(C)形态与实施例一样的展示的图。而且，图8为将其凹凸形成工序(d)、保护膜形成工序(e)形态一样展示的图。开口部保护工序之前的工序同实施例，剥离工序之后的工序、图8中未予表示的工序形状为与图7 (d) (e)所示形状相对应的形状。
[0095]即是说，在比较例中，得到了如图9所示的截面结构的发光元件芯片，其在半导体层12的周围没有形成支撑部11，即支撑部外周部11a。就此结构的发光元件芯片而言，除了没有在外周部形成向上侧突出的支撑部11 (支撑部外周部Ila)这一点，其结构(半导体层12)等均与实施例相同，各制造工序的条件，比如分离沟形成工序中半导体层12的干法蚀刻条件等也相同。而且，在图9中，为方便而记录为，绝缘体层16及保护膜17相较于半导体层12向上侧突出，实际上，此突出部分为薄膜状态，也并不存在对其进行机械支撑的结构。因此，在制造工序过程中或装配时，实际上并不可能维持如图9所示的发光面周边绝缘体层16及保护膜17的状态。即是说，此突出的绝缘体层16及保护膜17并没有如所述支撑部外周部Ila那样的发光面保护功能。
[0096]使用平底座和一万个此比较例中的发光元件芯片进行试验。结果观察到，I万个当中的151个在η侧电极有局部裂、缺陷。而且观察到，I万个当中的58个半导体层有裂痕。通过以上结果可知，根据本发明可安全地进行装配，在装配时不会对η侧电极15，尤其对辅助电极15b产生局部裂、击痕,也不会对半导体层施加冲击。
[0097](输出特性例子)
[0098]使用恒定电源，通上350mA的电流，使得装配了实施例所涉及发光元件芯片的1000个发光兀件发光。而且，发光兀件芯片周围没有形成发光兀件芯片本身之外会对发光效率造成影响的结构，如反射杯、树脂镜等。实施例与比较例中室温下的轴上发光输出发光强度直方图的实际测定结果如图10所示。就实施例的发光元件而言，80%以上的发光元件表现出380mW?410mW的发光输出。与此相对，就比较例的发光元件而言，70%的发光元件表现出350mW?380mW的发光输出。此结果显示，就使用了以往平坦的支撑部的比较例发光元件芯片而言，如图9所示，从发光层横向放出的光完全在横向泄露，无法足够有效地将光提取至上侧。另一方面，就实施例中的发光元件芯片而言，可以在支撑部外周部Ila处通过反射，将从发光层12a到达侧面的光有效地提取至上侧。即是说，实施例中的发光元件芯片以发光兀件芯片本身提高轴上发光输出。
[0099](锥角的效果)
[0100]如前所述，半导体层或支撑部外周部的锥角Θ可以通过分离沟形成工序中的干法蚀刻条件来控制。而且，此锥角Θ会对光提取效率产生影响。图11为图1 (b)铅垂方向上发光输出(轴上输出增加比率:θ=ο°的情况为1.0)与θ关系的实际测定结果。据此结果，通过使得Θ > O来增大发光输出，当0=55°左右时取最大值。并且，当θ接近90°时，在发光面积等同的情况下，由于发光片整体面积增大，并不适合。
[0101](突光体量降低)
[0102]上述结构的发光元件芯片或发光元件发出由半导体层12材料结构所决定的单色光。与此相对，通过在此发光元件芯片的发光面上形成荧光体层，可得到此荧光体所发出光与半导体层所发出光的混合光。为了得到近似白色光，在发出蓝色光的发光元件上使用YAG作为发出黄色光的荧光体，以下将对这种情况进行说明。
[0103]通过涂敷后烧成在发光面上形成此荧光体层，但需要用此荧光体层覆盖提取半导体层发光的全部区域。图12为实施例中的发光元件芯片(a)与比较例中的发光元件芯片(b)上形成此荧光体层200之后的上面照片。在实施例(a)中，上面的荧光体层200厚度约为70μπι。而且，侧面没有发光，所以，不需要在侧面一侧形成荧光体层200。并且，由图1可知，在实施例中，因为发光面的外周部较高，在涂敷液状的荧光体材料时，通过表面张力控制了荧光体材料流向外侧。
[0104]另一方面，在比较例中，如日本专利特开2008-135539号公报提到的那样，在侧面也需要形成荧光体层200。因此，荧光体材料的使用量比实施例要多，使用量约为实施例的3倍。再者，为了实现均一的发光，要求荧光体层200的厚度在各处都是均一的。像这样，在上面和侧面形成荧光体层的情况下，很难保证各处厚度均一。另一方面，就实施例而言，采用了使得发光面周围像防护堤一样高起的结构，且仅在其内部形成荧光体层200即可，所以，易于在内部保证荧光体层200厚度的均一性。因此，实施例中的发光元件芯片可以控制高价荧光体的使用量，且容易调整发光颜色。
[0105]以上实施方式所说明的结构、形状、大小以及配置关系只是为了便于理解和实施本发明的大概展示，而且，数值及各结构构成等仅是举例说明。因此，本发明并不限定于所说明的实施方式，只要不脱离专利申请范围所示的技术理念范围，就可以变换成各种各样的形态。
[0106]工业实用性
[0107]本发明所涉及的发光元件芯片及其制造方法用于LED光学系元件与LED光学系元件的制造方法。
[0108]符号说明
[0109]10 发光元件芯片
[0110]11 支撑部
[0111]Ila 支撑部外周部
[0112]Ilb 顶部
[0113]12 半导体层
[0114]12a 发光层
[0115]12b 一面
[0116]12c P型GaN层(ρ型半导体层:ρ型层)
[0117]12d 另一面
[0118]12e η型GaN层(η型半导体层:η型层)
[0119]13 接地层
[0120]14 ρ侧电极(一面电极)
[0121]15 η侧电极(另一侧电极)
[0122]15a 结合片部(η侧电极)
[0123]15b 辅助电极(η侧电极)[0124]16绝缘体层
[0125]16a绝缘体层开口
[0126]17保护膜
[0127]20生长基板
[0128]21剥离层
[0129]23填充剂
[0130]100抗蚀层(掩膜)
[0131]200荧光体层`
【权利要求】
1.一种发光元件芯片，其具备了在导电性的支撑部上形成具有发光层的半导体层的结构，所述支撑部具备了与连接在所述半导体层一面的一侧电极相连接的结构，其特征为: 在所述半导体层的另一面形成了凹凸，且在所述另一面形成了另一侧电极； 所述支撑部具备了外周部，其包围所述半导体层的另一面的周围，该外周部与所述半导体层的另一面及所述另一侧电极相比更向上侧突出。
2.如权利要求1中所述的发光元件芯片，其特征为: 所述外周部的顶部位于比所述另一侧电极表面高0.2 μ m以上的位置处。
3.如权利要求1或2中所述的发光元件芯片，其特征为: 所述半导体层的侧面经过了锥形加工，与所述支撑部的外周部至少隔着绝缘体层而相邻接。
4.如权利要求1至3中任一项所述的发光元件芯片，其特征为: 所述支撑部是通过干式或湿式成膜法形成为一体的金属或合金。
5.如权利要求1至4中任一项所述的发光元件芯片，其特征为: 所述半导体层由III族氮化物半导体构成，所述另一面上构成了凹凸的微观表面为由{10-1-1}面群构成的半极性面。
6.一种发光元件芯片制造方法，该方法使用一张生长基板制造多个发光元件芯片，其特征为具备: 外延生长工序，在所述生长基板上依次形成剥离层、在所述剥离层上具备发光层的半导体层； 分离沟形成工序，在与相邻接的发光元件芯片相对应的位置之间，去除所述半导体层及所述剥离层，形成露出所述生长基板的分离沟； 绝缘体层形成工序，形成绝缘体层，该绝缘体层至少包裹面对所述分离沟的所述半导体层侧面； 第I电极形成工序，在一面，即与所述半导体层的所述生长基板相反一侧的表面，形成一侧电极； 支撑部形成工序，在与所述半导体层的所述生长基板相反一侧的面上以及所述分离沟中形成支撑所述半导体层的支撑部； 剥离工序，通过湿法处理去除所述剥离层，分离所述半导体层和所述生长基板； 半导体层蚀刻工序，通过蚀刻经所述剥离工序所露出的所述半导体层的另一面，使得包围此另一面周围的所述支撑部相较于所述另一面更为突出； 凹凸形成工序，在所述另一面上，进行形成凹凸的处理； 第2电极形成工序，在所述另一面上，形成另一侧电极。
7.如权利要求6中所述的发光元件芯片制造方法，其特征为: 在所述分离沟形成工序中，对与所述分离沟相接的上述半导体侧面进行锥形加工。
8.如权利要求6或7中所述的发光元件芯片制造方法，其特征为: 在上述凹凸形成工序中，使用碱性溶液来蚀刻所述另一面。
9.如权利要求6至8中任一项所述的发光元件芯片制造方法，其特征为: 在所述支撑部形成工序中，形成所述支撑部，并使所述支撑部中具有贯通孔； 在上述剥离工序中，通过所述贯通孔，向所述剥离层供给用于蚀刻所述剥离层的蚀刻液。
【文档编号】H01L33/38GK103563103SQ201180071131
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2011年5月25日 优先权日:2011年5月25日
【发明者】曹明焕, 李锡雨, 张弼国, 鸟羽隆一, 门胁嘉孝 申请人:同和电子科技有限公司, 伟方亮有限公司