III族氮化物半导体发光装置及其制造方法与流程

本说明书的技术领域涉及III族氮化物半导体发光装置及其制造方法。

背景技术：

III族氮化物半导体发光装置具有通过电子和空穴复合而发光的发光层、n型半导体层以及p型半导体层。如此在发光层产生光。但是，所产生的光未必会被提取到III族氮化物半导体发光装置的外部。因为其会被III族氮化物半导体发光装置的各部吸收、由III族氮化物半导体发光装置的各部反射。

因此，开发出用于从III族氮化物半导体发光装置适当地提取光的技术。例如，专利文献1公开了具有形成有光提取元件LEE的图案的透明电极层29的发光二极管(参见专利文献1的段落[0039]和图2a)。其中记载了光提取元件使光散射或者反射，由此来促进光的放射(参见专利文献1的段落[0039])。

专利文献：日本特开2013-533644号公报

如此，即使提高了半导体发光元件内部的光提取效率，也存在当光从半导体发光元件射入荧光体树脂时被荧光体树脂反射的情况。这样的发光装置相应地光提取效率低。

技术实现要素：

本说明书的技术是为了解决上述的现有技术所具有的问题点而提出的。即其课题在于提供用于在发出白色光的发光装置中提高光提取效率的III族氮化物半导体发光装置及其制造方法。

第一方式的III族氮化物半导体发光装置是发出白色光的III族氮化物半导体发光装置。该III族氮化物半导体发光装置具有：基板；上述基板上的半导体层；上述半导体层上的透明导电氧化物；覆盖上述半导体层和上述透明导电氧化物的至少一部分的介电膜；以及上述介电膜上的荧光体树脂，上述透明导电氧化物的折射率大于上述荧光体树脂的折射率，上述荧光体树脂的折射率大于上述介电膜的折射率，上述介电膜具有使上述透明导电氧化物的一部分露出的开口部，上述III族氮化物半导体发光装置具有：上述荧光体树脂在上述开口部直接接触上述透明导电氧化物上而配置的第一区域；和上述介电膜被配置在上述透明导电氧化物上且上述荧光体树脂被配置在上述介电膜上的第二区域。

在该III族氮化物半导体发光装置中，容易将光从第一区域提取到外部。在第一区域，光绝大多数不会被反射而从透明导电氧化物透过到荧光体树脂。因此，该III族氮化物半导体发光装置具备高发光效率。

第二方式的III族氮化物半导体发光装置具有在透明导电氧化物上形成的p接触电极和p布线电极。上述p接触电极和上述p布线电极被上述介电膜覆盖，上述介电膜的从上述p接触电极的端部到上述开口部的距离大于从上述透明导电氧化物起的上述p布线电极的高度。

第三方式的III族氮化物半导体发光装置具有在上述透明导电氧化物上形成的p布线电极，上述p布线电极被上述介电膜覆盖，上述介电膜的从上述p布线电极的端部到上述开口部的距离大于从上述透明导电氧化物起的上述p布线电极的高度。

第四方式的III族氮化物半导体发光装置具有在上述透明导电氧化物上形成的p焊盘电极，上述p焊盘电极的一部分被上述介电膜覆盖，上述介电膜的从上述p焊盘电极的端部到上述开口部的距离大于从上述透明导电氧化物起的上述p焊盘电极的高度。

第五方式的III族氮化物半导体发光装置的制造方法是发出白色光的III族氮化物半导体发光装置的制造方法。该制造方法具有：在基板上形成半导体层的半导体层形成工序；在上述半导体层上形成透明导电氧化物的透明导电氧化物形成工序；以介电膜覆盖上述半导体层和上述透明导电氧化物的至少一部分的介电膜形成工序；通过湿式蚀刻除去上述介电膜的一部分并且使上述透明导电氧化物露出而形成开口部的开口部形成工序；以及在上述介电膜上形成荧光体树脂的荧光体树脂形成工序，在上述荧光体树脂形成工序中，使上述荧光体树脂直接接触在上述开口部露出的上述透明导电氧化物上而形成第一区域，使上述荧光体树脂直接接触上述介电膜上而形成第二区域。

在本说明书中，提供了用于在发出白色光的发光装置中提高光提取效率的III族氮化物半导体发光装置及其制造方法。

附图说明

图1是示出实施方式的发光装置的构造的概略结构图。

图2是示出II-II剖面的剖视图。

图3是示出实施方式的发光装置的第一区域的图。

图4是示出p布线电极P2的周边的示意图。

图5是对不具有荧光体树脂的样本有无开口部所导致的总辐射通量Po的变化进行比较的图表。

图6是对具有荧光体树脂的样本有无开口部所导致的总辐射通量Po的变化进行比较的图表。

图7是对白色LED下有无开口部所导致的总辐射通量Po的提高程度进行比较的图表。

附图标记说明：1…发光装置；100…发光元件；110…基板；120…n型半导体层；130…发光层；140…p型半导体层；CB1…电流阻止层；TE1…透明导电氧化物；F1…介电膜；FN1、FP1…介电膜；RN1、RP1…反射膜；N1…n接触电极；N2…n布线电极；NE…n焊盘电极；P1…p接触电极；P2…p布线电极；PE…p焊盘电极。

具体实施方式

下面针对具体实施方式，参照附图举例说明半导体发光装置及其制造方法。但是，本发明并不局限于这些实施方式。另外，后述的半导体发光装置的各层的层叠构造和电极构造也是示例。当然也可以是不同于实施方式的层叠构造。而且，各图中的各层的横宽和厚度为概括地示出，并不表示实际厚度。另外，各材料的折射率仅是作为代表值进行例举。

1.半导体发光装置

图1是示出本实施方式的发光装置1的概略结构的图。图2是示出发光装置1的II-II剖面的剖视图。发光装置1具有发光元件100和荧光体树脂200。发光装置1是发出白色光的III族氮化物半导体发光装置。发光元件100是具有由III族氮化物半导体构成的多个半导体层的面朝上(face-up)型的半导体发光元件。

如图1和图2所示，发光元件100具有：基板110、n型半导体层120、发光层130、p型半导体层140、电流阻止层CB1、透明导电氧化物TE1、介电膜F1、介电膜FN1、介电膜FP1、反射膜RN1、反射膜RP1、n接触电极N1、n布线电极N2、n焊盘电极NE、p接触电极P1、p布线电极P2以及p焊盘电极PE。

基板110是用于支承各半导体层的支承基板。另外，还可以兼作生长基板。只要在基板110的主面上实施凹凸加工即可。基板110的材质为蓝宝石。另外，除了蓝宝石外，还可以使用SiC、ZnO、Si、GaN等材质。

n型半导体层120、发光层130以及p型半导体层140都是在基板110上形成的半导体层。n型半导体层120具有n型接触层、n侧静电耐压层以及n侧超晶格层。n型半导体层120可以具有未掺杂施主的ud-GaN层等。p型半导体层140具有：p侧包层和p型接触层。p型半导体层140可以具有未掺杂受主的ud-GaN层等。n型半导体层120和p型半导体层140也可以是上述以外的构造。

电流阻止层CB1是用于阻止电流向电极正下方流动并使电流向发光面内扩散的层。电流阻止层CB1形成于p型半导体层140和透明导电氧化物TE1之间。透明导电氧化物TE1形成于p型半导体层140上。透明导电氧化物TE1是透明电极。作为透明导电氧化物TE1，例如有ITO、IZO、ICO、ZnO、TiO₂、NbTiO₂、TaTiO₂、SnO₂。另外，也可以是其它透明氧化物。

介电膜F1覆盖半导体层和透明导电氧化物TE1的至少一部分。另外，介电膜F1覆盖布线电极等。介电膜F1例如是SiO₂。反射膜RN1是用于避免来自发光层130的光照射n布线电极N2等的膜。反射膜RP1是用于避免来自发光层130的光照射p布线电极P2等的膜。介电膜FN1是覆盖反射膜RN1的膜。介电膜FP1是覆盖反射膜RP1的膜。

n接触电极N1是接触n型接触层的电极。n接触电极N1从半导体层一侧按照Ni/Au/Al的顺序层叠。n布线电极N2是用于电连接多个n接触电极N1和n焊盘电极NE的电极。n布线电极N2从n接触电极N1一侧按照Ti/Au/Al的顺序层叠。n焊盘电极NE是与外部电源电连接的电极。n焊盘电极NE从n接触电极N1一侧按照Ti/Au/Al的顺序层叠。

p接触电极P1是接触p型接触层的电极。p接触电极P1从透明导电氧化物TE1一侧按照Ni/Au/Al的顺序层叠。p布线电极P2是用于电连接多个p接触电极P1和p焊盘电极PE的电极。p布线电极P2从p接触电极P1一侧按照Ti/Au/Al的顺序层叠。p焊盘电极PE是与外部电源电连接的电极。p焊盘电极PE从p接触电极P1一侧按照Ti/Au/Al的顺序层叠。

另外，荧光体树脂200形成在介电膜F1上。

这些半导体的层叠构造和电极的层叠构造是一个例子。因此半导体的层叠构造和电极的层叠构造也可以是上述以外的结构。

2.第一区域和第二区域

2-1.第一区域的构造

如图2所示，发光装置1具有第一区域R1和第二区域R2。介电膜F1具有使透明导电氧化物TE1的一部分露出的开口部W1。在第一区域R1，荧光体树脂200在开口部W1直接接触地配置于透明导电氧化物TE1上。在第二区域R2，介电膜F1配置于透明导电氧化物TE1上并且荧光体树脂200配置于介电膜F1上。另外，第二区域R2包含未形成透明导电氧化物TE1的区域。

如图3所示，第二区域R2沿着n布线电极N2和p布线电极P2配置。即，如后所述，n布线电极N2和p布线电极P2及其周边为第二区域R2。另外，沿着发光元件100的外缘的区域也是第二区域R2。而且，上述以外的区域是第一区域R1。图3中，针对第一区域R1，绘制了斜线影线。

图4是示出p布线电极P2的周边的示意图。如图4所示，发光装置1具有：在透明导电氧化物TE1上形成的p接触电极P1和在p接触电极P1上形成的p布线电极P2。p布线电极P2被介电膜F1覆盖。高度h是p布线电极P2的从透明导电氧化物TE1起的高度。距离h1是从p接触电极P1的端部到介电膜F1的端部的距离。即，距离h1等于介电膜F1的从p接触电极P1的端部到开口部W1的距离。而且，介电膜F1的距离h1大于p布线电极P2的高度h。因此，介电膜F1能够充分地保护p布线电极P2。如此，用介电膜F1覆盖p布线电极P2和n布线电极N2存在的部位。而且，将不存在p布线电极P2和n布线电极N2的部位设为开口部W1。由此，能够拓广第一区域R1。

如上所述，第二区域R2沿电极形成。第二区域R2形成于沿着电极的区域和沿着发光元件100的外缘的区域。第二区域R2的外缘是n布线电极N2和p布线电极P2的外侧，且在从n布线电极N2和p布线电极P2的端部起3μm以上10μm以下的范围内。另外，第二区域R2的外缘也可以是n焊盘电极NE和p焊盘电极PE的外侧，且在从n焊盘电极NE和p焊盘电极PE起3μm以上10μm以下的范围内。另外，第二区域R2的又一其它外缘沿发光元件100的外缘配置。

2-2.第一区域和第二区域的折射率的关系

这里，透明导电氧化物TE1的折射率大于荧光体树脂200的折射率。另外，荧光体树脂200的折射率大于介电膜F1的折射率。透明导电氧化物TE1的材质例如是ITO。ITO的折射率大约为1.86。荧光体树脂200的材质例如为硅酮树脂。硅酮树脂的折射率大约为1.55。介电膜F1的材质例如为SiO₂。SiO₂的折射率大约为1.46。此外，半导体层的折射率为2.5左右。

2-3.第一区域和第二区域的光的透过

在第一区域R1，光从发光层130(折射率2.5)依次射入p型半导体层140(折射率2.5)、透明导电氧化物TE1(折射率1.86)、荧光体树脂(折射率1.55)。即，随着光透过，透过的物质的折射率变小。由此，在第一区域R1，光绝大多数不会反射而透过。

另一方面，在第二区域R2，光从发光层130(折射率2.5)，依次射入p型半导体层140(折射率2.5)、透明导电氧化物TE1(折射率1.86)、介电膜F1(折射率1.46)、荧光体树脂(折射率1.55)。由此，在第二区域R2，光在从介电膜F1进入荧光体树脂200时会在某种程度上反射。

2-4.第一区域之比例

如此，第一区域R1比第二区域R2更容易透过光。因此，在本实施方式中，使第一区域R1的面积大于第二区域R2的面积。即，第一区域R1所占的面积为第一区域R1和第二区域R2合计的区域所占面积的50％以上即可。优选第一区域R1所占面积为第一区域R1和第二区域R2的合计区域所占面积的65％以上即可。更加优选第一区域R1所占面积为第一区域R1和第二区域R2的合计区域所占面积的80％以上即可。

3.III族氮化物半导体发光装置的制造方法

本实施方式的III族氮化物半导体发光装置的制造方法是发出白色光的III族氮化物半导体发光装置的制造方法。该制造方法具有：在基板上形成半导体层的半导体层形成工序、在半导体层上形成透明导电氧化物的透明导电氧化物形成工序、以介电膜覆盖半导体层和透明导电氧化物的至少一部分的介电膜形成工序、通过湿式蚀刻除去介电膜的一部分并使透明导电氧化物露出而形成开口部的开口部形成工序以及在介电膜上形成荧光体树脂的荧光体树脂形成工序。

3-1.半导体层形成工序

在基板110上形成n型半导体层120、发光层130、p型半导体层140。更具体而言，在基板110上，按照n型接触层、n侧静电耐压层、n侧超晶格层、发光层、p侧包层、p型接触层的顺序，形成半导体层。此时，通过有机金属化学气相沉淀法(MOCVD法)，使各半导体层的结晶外延生长。这里使用的载气是氢(H₂)或氮(N₂)或氢和氮的混合气体(H₂+N₂)。作为氮源，使用氨气(NH₃)。作为Ga源，使用三甲基镓(Ga(CH₃)₃)。作为In源，使用三甲基铟(In(CH₃)₃)。作为Al源，使用三甲基铝(Al(CH₃)₃)。作为n型掺杂剂气体，使用硅烷(SiH₄)。作为p型掺杂剂气体，使用双(环戊二烯)镁(Mg(C₅H₅)₂)。另外，还可以使用这些以外的气体。

3-2.电流阻止层形成工序

接下来，在p型半导体层140的p型接触层上形成电流阻止层CB1。电流阻止层CB1例如是SiO₂。此时，只要使用CVD法即可。电流阻止层CB1的膜厚例如是100nm。另外，为了以希望的位置和形状形成电流阻止层CB1，只要使用蚀刻法技术即可。

3-3.透明导电氧化物形成工序

接下来，在电流阻止层CB1和p型接触层上形成透明导电氧化物TE1。例如，通过溅射形成IZO膜。透明导电氧化物TE1的膜厚例如为70nm。而且，在650℃的环境气温度下对透明导电氧化物TE1实施热处理。

3-4.n型半导体层露出工序

接下来，使用ICP除去p型半导体层140和发光层130的一部分。由此，使n型半导体层120的一部分露出。

3-5.接触电极形成工序

接下来，形成n接触电极N1和p接触电极P1。这里，通过蒸镀依次形成50nm的Ni、250nm的Au、10nm的Al。进而，在氧环境气中在550℃的温度下进行热处理。压力为15Pa。

3-6.反射膜形成工序

接下来，形成介电膜FN1和介电膜FP1。通过CVD法以300nm的膜厚形成SiO₂。而且，形成反射膜RN1和反射膜RP1。反射膜RN1和反射膜RP1的材质例如为Al。反射膜RN1和反射膜RP1的膜厚为100nm。进而，再次通过CVD法以100nm的膜厚形成SiO₂，由此以SiO₂膜覆盖反射膜RN1和反射膜RP1。

3-7.布线电极形成工序

接下来，形成n布线电极N2和p布线电极P2。通过蒸镀，依次形成50nm的Ti、1500nm的Au、10nm的Al。此外，可以另行形成n焊盘电极NE和p焊盘电极PE。

3-8.介电膜形成工序

接下来，作为保护电极等的保护膜，形成介电膜F1。由介电膜F1覆盖各半导体层和透明导电氧化物TE1的一部分以及p布线电极P2和n布线电极N2。通过CVD法以100nm的膜厚形成SiO₂。

3-9.开口部形成工序

接下来，通过湿式蚀刻使介电膜F1的一部分开口。由此，除去介电膜F1的一部分并使透明导电氧化物TE1的一部分露出。而且，形成开口部W1。该开口部W1的区域是成为第一区域R1的区域。而且，残留有介电膜F1的区域是成为第二区域R2的区域。

3-10.元件分离工序

接下来，分割晶片。由此，制造多个发光元件100。

3-11.荧光体树脂形成工序

接下来，在发光元件100的光提取面侧形成荧光体树脂200。此时，在荧光体树脂形成工序中，使荧光体树脂200直接接触于在开口部W1露出的透明导电氧化物TE1上而形成第一区域R1，并且，使荧光体树脂200直接接触于介电膜F1上而形成第二区域R2。

3-12.其它工序

另外，还可以实施在各焊盘电极布线的布线工序等其它工序。此外，上述工序是一个例子。因此，前述层叠构造和数值等归根结底是示例。因此，还可以使用上述以外的数值等。

4.变形例

4-1.接触电极

本实施方式的n接触电极N1和p接触电极P1可以是点形状，也可以是其它形状。

4-2.布线电极

本实施方式的发光装置1具有n布线电极N2和p布线电极P2。但是，对于不具有n布线电极N2和p布线电极P2的发光装置，也能够使用本实施方式的技术。在该情况下，第二区域R2配置于焊盘电极的周边。

另外，p布线电极P2可以直接形成于透明导电氧化物TE1。而且，n布线电极N2也可以直接形成于n型半导体层120。在这些情况下，布线电极承担接触电极的作用。而且，第二区域R2配置于布线电极的周边。作为该情况下的布线电极，例如，只要从半导体层一侧形成Cr/Al/Cr/Ti/Au/Al(3nm/10nm/10nm/100nm/1500nm/10nm)即可。该情况下的发光元件具有在透明导电氧化物TE1上形成的p布线电极P2。p布线电极P2被介电膜F1覆盖。介电膜F1的从p布线电极P2的端部到开口部W1的距离大于p布线电极P2的从透明导电氧化物TE1起的高度。

4-3.焊盘电极

另外，发光元件100可以不具有布线电极。即，此时，p焊盘电极PE直接形成于透明导电氧化物TE1。另外，n焊盘电极NE直接形成于n型半导体层120。该情况下的发光元件具有在透明导电氧化物TE1上形成的p焊盘电极PE。p焊盘电极PE的一部分被介电膜F1覆盖。该情况下，介电膜F1的从p焊盘电极PE的端部到开口部W1的距离大于p焊盘电极PE的从透明导电氧化物TE1起的高度。

5.本实施方式的总结

如上述详细说明所示，本实施方式的发光装置1具有荧光体树脂200直接接触地配置于透明导电氧化物TE1上的第一区域R1以及在透明导电氧化物TE1上配置有介电膜F1并且在介电膜F1上配置有荧光体树脂200的第二区域R2。因此，能够从第一区域R1向外部提取更多的光。即，实现了发光效率优异的发光装置1。

此外，以上说明的实施方式并不仅是简单的示例。因此，当然能够在不脱离其要旨的范围内进行各种改进、变形。层叠体的层叠构造并不局限于图示内容。层叠构造、各层的重复次数等可以任意选择。另外，并不局限于有机金属化学气相沉淀法(MOCVD法)。只要是使用载气使结晶生长的方法即可，也可以使用其它方法。另外，还可以通过液相外延法、分子束外延法等其它外延生长法形成半导体层。

【实施例】

1.样本的制成

如下制作样本。在蓝宝石基板上通过MOCVD法依次形成n型接触层、n侧静电耐压层、n侧超晶格层、发光层、p侧包层以及p型接触层。作为电流阻止层CB1，通过CVD法形成膜厚100nm的SiO₂。作为透明导电氧化物TE1，通过溅射形成膜厚70nm的IZO，在650℃下实施热处理。接下来，通过ICP使n型半导体层120的一部分露出。

作为n接触电极N1和p接触电极P1，通过蒸镀形成Ni/Au/Al(50nm/250nm/10nm)。另外，在550℃下实施热处理。作为反射膜RN1和反射膜RP1，通过CVD法对膜厚300nm的SiO₂进行成膜。进而，通过蒸镀形成膜厚100nm的Al，再次通过CVD法对膜厚100nm的SiO₂进行成膜。通过湿式蚀刻对n接触电极N1和p接触电极P1的上表面进行开口。接下来，作为n布线电极N2和p布线电极P2，通过蒸镀形成Ti/Au/Al(50nm/1500nm/10nm)。作为介电膜F1，通过CVD法形成膜厚100nm的SiO₂。进而，通过湿式蚀刻形成开口部W1。进而，分离元件，形成荧光体树脂200。

另外，还制成了不形成开口部W1的样本。另外，还制作了不形成荧光体树脂200的样本。样本A是不具有荧光体树脂200也不具有开口部W1的样本。样本B是不具有荧光体树脂200而具有开口部W1的样本。样本C是具有荧光体树脂200并且不具有开口部W1的样本。样本D是具有荧光体树脂200并且具有开口部W1的样本。

2.测定结果

图5是对不具有荧光体树脂200的样本有无开口部所导致的总辐射通量Po的变化进行比较的图表。图5的左侧的数据表示样本A的总辐射通量Po。图5的右侧的数据表示样本B的总辐射通量Po。样本A是不具有荧光体树脂200且不具有开口部W1的样本。样本B是不具有荧光体树脂200而具有开口部W1的样本。

如图5所示，样本B的发光装置比样本A的发光装置更暗。考虑这是因为代替荧光体树脂200而存在大气(折射率n＝1)。如图5所示，在不设定为白色LED的情况下，通过设置第一区域R1，会使总辐射通量Po降低0.4％。

图6是对具有荧光体树脂200的样本有无开口部所导致的总辐射通量Po的变化进行比较的图表。图6的左侧的数据表示样本C的总辐射通量Po。图6的右侧的数据表示样本D的总辐射通量Po。样本C是具有荧光体树脂200且不具有开口部W1的样本。样本D是具有荧光体树脂200且具有开口部W1的样本。

如图6所示，在白色LED下，样本D的发光装置比样本C的发光装置更明亮。考虑这是因为存在开口部W1，所以在第一区域R1光容易从透明导电氧化物TE1透过到荧光体树脂200。如图6所示，在白色LED下，通过设置第一区域R1，使总辐射通量Po提高0.23％。

图7是对白色LED下有无开口部所导致的总辐射通量Po的提高程度进行比较的图表。图7的左侧的数据是样本C的总辐射通量Po相对于样本A的总辐射通量Po之比(C/A)。图7的右侧的数据是样本D的总辐射通量Po相对于样本B的总辐射通量Po之比(D/B)。即，图7示出了如果设置开口部W1并用荧光体树脂200进行密封则总辐射通量Po会改善多大程度。

如图7所示，与不以荧光体树脂200进行密封的情况相比，在采用荧光体树脂200并设定为白色LED的情况下，总辐射通量Po提高0.64％。