专利名称：化合物半导体发光元件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及蓝色发光二极管、蓝色激光二极管等化合物半导体发光元件及其制造方法，尤其涉及在蓝宝石等绝缘性基板上具有外延生成的氮化物系化合物半导体的发光元件及其制造方法。
背景技术：
蓝色发光二极管、蓝色激光二极管等中使用的氮化物系化合物半导体的外延生成通常是在和氮化物系化合物半导体晶格共格的蓝宝石(Al2O3)基板上进行的。使用了氮化物系化合物半导体的蓝色系半导体元件的基本结构为例如图23所示的结构。即，在蓝宝石基板210上例如设置由AlxGa1-xN(0≤X≤1)构成的缓冲层220，在该缓冲层220上形成有例如由掺硅(Si)的n型GaN构成的n型接触层230。而且，在n型接触层230上形成有例如由掺硅(Si)的n型AlxGa1-xN(0≤X≤1)构成的n型覆盖层240。在该n型覆盖层240上形成有例如由AlaInbGa1-a-bN(0≤a，0≤b，a+b≤1)组成的多重量子井构成的活性层250。在该活性层250上形成例如由掺镁(Mg)的p型AlYGa1-YN(0≤Y≤1)构成的p型覆盖层260，在该p型覆盖层260上形成有例如由掺镁(Mg)的p型GaN构成的p型接触层270。
而且，在p型接触层270的表面设置p型电极280，在层叠的半导体层的一部分被蚀刻后露出的n型接触层230的表面设置n型电极290。
因为上述蓝宝石基板是绝缘体，所以如具有导电性基板的通常的发光设备那样，在基板里面设置电极，与设置在半导体层表面上的另一个电极一起形成两极电极，不能通电。
因此，如上所述，从半导体层的表面除去一部分半导体层，露出一部分传导型半导体层，在剩下的半导体层表面形成另一极的电极，从而，在半导体层表面侧设置两个电极来通电，作为设备发挥功能。
在这种结构中，因为两极电极位于同一面侧，所以，被遮光部分的面积大，光提取效率差。这样，由于两极电极位于同一面侧，就有无论如何都需要2次引线接合的问题。而且，面朝下安装时，芯片的两极电极必须准确地对准与其对置的基台的电极位置，问题是该位置的对准是非常精密的且很困难。
于是，在特开平10-173235号公报中示出了为从蓝宝石基板侧实现和半导体层接触，而在蓝宝石基板中形成接触孔的半导体发光元件。该半导体发光元件在蓝宝石基板的里面侧形成高度差，在由高度差而变薄的基板的壁薄部分通过反应性离子蚀刻设置露出导体层的接触孔。
确切地说，上述说明书中所示的半导体发光元件中，可以从蓝宝石基板侧实现和半导体层的接触，可以在基板侧和半导体层侧分开配置电极。
但是，在该元件中，因为通过反应性离子蚀刻形成接触孔，所以需要预先在基板中形成高度差，工序复杂的同时，具有在蚀刻加工时容易产生基板断裂等问题。
发明内容
因此，本发明把实现光提取效率的提高作为一个课题。而且，只进行一次引线接合即可，能够实现对位容易的安装，减少工序的芯片的制作为一个课题。进一步，减少工序数、减少基板断裂等的发生、提供合格率高的元件为一个课题。
如技术方案1记载的化合物半导体发光元件，本发明的特征在于，具有绝缘性基板；半导体层，由在绝缘性基板的一面上被层叠起来的应形成有活性层的多个半导体薄膜构成；设置在半导体层上面的一个电极；设置在上述绝缘性基板的另一面上的另一个电极；暴露区域，为了露出和另一个电极连接的第一半导体薄膜层而除去第一半导体薄膜层上的半导体膜而形成；贯通孔，在所述暴露区域贯通上述绝缘性基板和第一半导体薄膜层；电气通道，电连接上述第一半导体薄膜层和上述另一个电极且形成在上述贯通孔。
如技术方案2记载的，本发明的特征在于，上述电气通道由在上述贯通孔的内壁形成的导电材料或在上述贯通孔填充的导电材料形成。
如技术方案3记载的，本发明的特征在于，设置在上述电气通道的上述绝缘性基板的另一面上的电极形成有用于引线接合的衬垫电极。
如技术方案4记载的，本发明的特征在于，上述绝缘性基板是蓝宝石基板，上述半导体薄膜层是氮化镓系化合物半导体层。
如技术方案5记载的，本发明的特征在于，上述一个电极与基台电连接，上述绝缘性基板侧是主要的光提取面侧。
如技术方案6记载的，本发明的特征在于，上述贯通孔的直径范围是30μm～100μm。
如技术方案7记载的，本发明的特征在于，以通过与上述电气通道不同的电气通道使设在上述绝缘性基板另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层电连接的方式，在上述绝缘性基板上设置与上述贯通孔不同的沟或纵孔。
如技术方案8记载的，本发明是一种化合物半导体发光元件的制造方法，层叠形成半导体层，所述半导体层由在绝缘性基板的一面上应形成有活性层的多个半导体薄膜构成，在半导体层的上面设置一个电极，所述方法的特征在于，为了露出和另一个电极接触的第一半导体薄膜层而除去第一半导体薄膜层上的半导体膜而形成暴露区域；通过激光加工形成贯通孔，该贯通孔在所述暴露区域贯通上述绝缘性基板和第一半导体薄膜层；经形成在上述贯通孔的电气通道电连接设置在上述绝缘性基板另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层。
如技术方案9记载的，本发明的特征在于，当通过激光加工设置在上述暴露区域贯通元件的贯通孔时，从半导体层的层叠侧进行加工。
如技术方案10记载的，本发明的特征在于，开设上述贯通孔后，通过干蚀刻清洁孔内。
如技术方案11记载的，本发明的特征在于，开设上述贯通孔后，用氯类、氟类气体通过干蚀刻清洁孔内。
如技术方案12记载的，本发明的特征在于，将形成多个上述化合物半导体发光元件的晶片分割为单个的发光元件时，通过激光加工形成沟，沿着沟把晶片分割为单个的发光元件。
如技术方案13记载的，本发明的特征在于，加工上述沟后，用氯类、氟类气体，通过干蚀刻除去由于加工而受到损坏的半导体层。
如技术方案14记载的，本发明的特征在于，通过激光加工进行上述沟的加工时，从绝缘性基板侧或半导体层层叠侧，或者绝缘性基板侧、半导体层层叠侧两侧进行加工。
如技术方案15记载的化合物半导体发光元件，本发明的特征在于，具有绝缘性基板；半导体层，由在绝缘性基板的一面上被层叠起来的应形成有活性层的多个半导体薄膜构成；设置在该半导体层上面的一个电极；设置在上述绝缘性基板另一面上的另一个电极；通过激光加工形成的纵孔，具有贯通上述绝缘性基板到达连接另一个电极的第一半导体薄膜层的深度；电气通道，由形成在电连接上述第一半导体薄膜层和上述另一个电极的上述纵孔中的导电性材料构成。
如技术方案16记载的，本发明的特征在于，上述导电性部件的全部或部分为透光性。
如技术方案17记载的，本发明的特征在于，上述纵孔的入口被面积比该纵孔大的衬垫电极塞住。
如技术方案18记载的，本发明的特征在于，上述纵孔在上述绝缘性基板侧面的内侧保持一定间隔地形成。
如技术方案19记载的，本发明的特征在于，在上述绝缘性基板另一面的远离上述纵孔的位置上配置衬垫电极，使上述衬垫电极和上述导电性材料电连接。
如技术方案20记载的，本发明的特征在于，上述纵孔的直径范围是30μm～100μm。
如技术方案21记载的，本发明的特征在于，上述纵孔是向其深度方向逐渐变窄的截面形状。
如技术方案22记载的，本发明的特征在于，上述绝缘性基板是蓝宝石基板，上述半导体薄膜层是氮化镓系化合物半导体层。
如技术方案23记载的，本发明的特征在于，上述绝缘性基板侧是主要的光提取面侧。
如技术方案24记载的，本发明的特征在于，设置多个上述纵孔，配置在该纵孔中的导电性材料通过上述绝缘性基板的另一面侧相互连接。
如技术方案25记载的，本发明的特征在于，从绝缘性基板侧进行上述纵孔的激光加工。
如技术方案26记载的，本发明的特征在于，开设上述贯通孔后，用氯气类、氟气类气体通过干蚀刻清洁孔内。
如技术方案27记载的，本发明是一种化合物半导体发光元件的制造方法，层叠形成半导体层，所述半导体层由在绝缘性基板的一面上应形成有活性层的多个半导体薄膜构成，在该半导体层的上面设置一个电极，所述方法的特征在于，通过激光加工形成从上述绝缘性基板的另一面侧到达和另一个电极连接的第一半导体薄膜层的深度的纵孔，通过形成在上述纵孔中的导电性材料使设置在上述绝缘性基板另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层电连接。
如技术方案28记载的，本发明的特征在于，将形成多个上述化合物半导体发光元件的晶片分割为单个的发光元件时，通过激光加工形成沟，沿着沟把晶片分割为单个的发光元件。
如技术方案29记载的，本发明的特征在于，加工上述沟后，用氯类、氟类气体，通过干蚀刻除去由于加工而受到损坏的半导体层。
如技术方案30记载的，本发明的特征在于，通过激光加工进行上述沟的加工时，从绝缘性基板侧或半导体层层叠侧，或者绝缘性基板侧、半导体层层叠侧两侧进行加工。
图1是从根据本发明第一实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图2是沿着图1的II-II剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图3是具有根据本发明第一实施例的化合物半导体发光元件的显示器的截面图；图4是从根据本发明第二实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图5是沿着图4的V-V剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图6是示出本发明第二实施例的变形例的元件的底面图；图7是示出本发明第二实施例的变形例的元件的底面图；图8是具有根据本发明第二实施例的化合物半导体发光元件的显示器的截面图；图9是从根据本发明第三实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图10是沿着图9的X-X剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图11是从根据本发明第四实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图12是沿着图11的X-X剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图13是从根据本发明第五实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图14是沿着图13的X-X剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图15是示出本发明第六实施例的变形例的元件的平面图；图16是示出本发明第六实施例的变形例的元件的平面图；图17是从根据本发明第七实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图18是沿着图17的X-X剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图19是从根据本发明第八实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图20是沿着图19的X-X剖开的化合物半导体发光元件1的截面图；图21是具有根据本发明第八实施例的化合物半导体发光元件的显示器的截面图；图22是示出本发明第八实施例的变形例的元件的底面图；图23是现有例的元件的立体图。
具体实施例方式
根据添加的附图详细说明本发明。
首先，参考图1和图2说明第一实施例。图1是从根据本发明第一实施例的化合物半导体发光元件1的里面侧看一个元件的底面图；图2是沿着图1的II-II剖开的化合物半导体发光元件1的截面图。
如图2所示，元件1的特征是具有在其上下方向贯通的孔2。该贯通孔2通过照射激光的激光加工形成直径为30μm～100μm的圆柱形或圆锥形。此外，贯通孔2也可以形成为表面与里面的开口部的直径宽、中央部凹陷的中间窄的形状。
在本实施例中，通过激光加工形成直径50μm的孔2。激光最好从半导体层的层叠侧照射。该孔2用作元件的上下方向的电气通路(电气通道)。为了形成电气通道，在孔2中设置填充其内部的导电性材料3。作为该导电性材料3，例如通过压入法填充导电浆料。
另外，导电性材料3可以通过电镀等形成。电镀是例如只要把镍(Ni)作为晶种(seed)蒸镀在孔2的表面上后，镀铜(Cu)，在孔2的内壁面形成导电性材料3即可。
而且，当填充内部时，除了导电性浆料以外，也可以用熔融焊锡或金属微球等。
元件1的构成是具有在基板11上层叠2层以上的半导体薄膜的半导体层4。基板11由绝缘性基板构成。基板11例如由蓝宝石基板构成。元件1通过缓冲层12在基板11上顺次形成第一传导型半导体层和第二传导型半导体层层叠起来的半导体层4。
缓冲层12和半导体层4例如通过MOCVD法形成，例如，在基板11上形成膜厚300nm左右的AlxGa1-xN(0≤X≤1)层作为缓冲层12。这样，例如，在缓冲层12上形成由掺硅(Si)的膜厚3μm左右的n型GaN层构成的n型接触层13。而且，在n型接触层13上形成例如由掺硅(Si)的膜厚300nm左右的n型AlxGa1-xN(0≤X≤1)构成的n型覆盖层14。在该n型覆盖层14上形成例如由AlaInbGa1-a-bN(0≤a，0≤b，a+b≤1)组成的多重量子井构成的活性层15。在该活性层15上形成例如由掺镁(Mg)的膜厚300nm左右的p型AlYGa1-YN(0≤Y≤1)构成的p型覆盖层16，在该p型覆盖层16上形成例如由掺镁(Mg)的膜厚500nm左右的p型GaN构成的p型接触层17。
此外，可以不通过缓冲层12直接在基板11上形成半导体层4。
n型接触层13(第一传导型半导体层)的一部分具有除去层叠在其上的半导体层(包含第二传导型半导体层)、而露出其一部分的暴露区域10。半导体层4的除去是通过包含干蚀刻的工序来进行。在该暴露区域10中配置前述贯通孔2。
为了抑制半导体层4的损坏，最好从基板11的与形成半导体层4的面相同的侧照射激光。虽然孔2的形状设定成上下直径相同的圆柱形，但也可以形成若干锥度。另外，从半导体层4照射激光后，可以从基板11侧照射激光来形成贯通孔2。激光选择在基板11中具有产生光吸收的波长的激光。
这里，因为基板11使用蓝宝石基板，所以使用波长在500nm以下的短波长激光。在本实施例中，采用了利用作为固体激光的YAG激光的第三高次谐波的波长为355nm的紫外激光。以重复频率(f)3kHz、扫描速度0.5mm/秒、散焦(DF)-80μm、功率-1.85W，把n电极的中心位置作为孔2的中心位置从半导体层4侧照射1秒左右的激光，形成50μm的孔。孔2的直径控制散焦(DF)、照射时间，从而可以在30μm～100μm之间形成。
另外，除了上述以外，激光的种类还可以使用YAG激光的基波1060nm或第二高次谐波533nm甚至第四高次谐波266nm。
在如上形成的孔2中填充导电性材料3。另外，在孔2中填充导电性材料3之前，可以利用干蚀刻除去由激光加工对半导体层4造成的损坏层。作为利用干蚀刻除去对半导体层造成的损坏时使用的蚀刻气体，可以使用氯类、氟类气体。
导电性材料3的填充例如可以如下述那样地进行。首先，使半导体层4侧向下，在基板11侧粘贴剜出填充了导电性材料的期望大小的区域的粘片的掩模。以掩模的剜出部为中心涂入导电浆料等导电性材料。用压勺等按压导电性材料，而压入孔2内。在孔2内压入导电性材料3、在孔2中填充导电性材料3时，剥离作为掩模的粘片，在200℃的温度下，在硬化炉内实施30分钟的热处理，使导电性材料3硬化。之后，通过剥离液除去多余的导电性材料，在孔2内填充导电性材料3的工作结束。
接着，根据需要，反研磨基板11的里面，使350μm～430μm左右的基板11的厚度薄至95μm左右。
而且，在n型接触层13上形成用于在上述暴露区域10中进行欧姆接触的电极31。暴露区域10的n型欧姆电极31配置成和贯通孔2的上缘相接。在n型接触层13上形成的n型欧姆电极31和导电性材料3电连接。如果用可以和n型接触层13欧姆接触的材料作为贯通孔2中形成的导电性材料3，则电极31可以和配置在上述贯通孔2中的导电性材料3兼用。即，通过在贯通孔2中形成导电性材料3，如果该材料可以和n型接触层13欧姆接触，则可以省略电极31的形成。另外，也可以将在贯通孔2中形成的导电性材料3和电极31兼用。而且，用于形成电极31的金属材料也可以兼用于贯通孔2的导电性材料3。
在p型接触层17中形成用于和其进行欧姆接触的电极32。该电极32以覆盖p型接触层17的整个表面的方式形成。该电极32作为反射元件1发出的光的反射性电极。
进一步，该电极32以仅覆盖p型接触层17的一部分的方式形成，在该部分反射元件1发出的光，在该部分没有反射的光可以通过反射由元件1发出的光的波长的部件反射，所述元件1相对于电极32形成在和p型接触层17相反的侧上。在从电极32侧提取光等的情况下，该电极32也可以作为透过元件1发出的光的透光性电极。
如图1和图2所示，在基板11的和形成半导体层4的面相反的面(里面)形成电极33。该电极33和配置在上述贯通孔2中的导电性材料3电连接。该电极33可以和配置在上述贯通孔2中的电极材料兼用。该电极33兼作规定厚度的衬垫电极(パツド電極)34。如图1所示，在本实施例中，将衬垫电极34配置成覆盖上述贯通孔2，但也可以在远离贯通孔2的位置上配置衬垫电极34。衬垫电极34用于引线接合连接。衬垫电极34配置在和暴露区域10平面重合的位置上，但例如和后述图19所示的一样，也可以避开和暴露区域10平面重合的位置来配置。
这样的元件1作为晶片(未图示)在直径2英寸左右的基板上形成多个以后，通过把晶片分离成底座的格状而作成单个元件。当分割晶片时，可以利用用于形成上述贯通孔2的激光形成元件分离用的沟。分离用的沟可以形成在基板11的和形成半导体层4的侧相反侧的面或基板11的形成半导体层4的面上，或者形成在基板11的和形成半导体层4的侧相反侧的面以及基板11的形成半导体层4的面两面上。
分离用沟的深度，如果沟形成在基板11的和形成半导体层4的侧相反侧的面上，则设定为从基板11的里侧到活性层15跟前的深度。在本实施例中，设定成长度比基板11的厚度短一些，以便残留一部分基板11。即使在基板11的形成半导体层4的面上形成沟，分离用沟的深度最好也设定为基板11厚度的20～70％。而且，最好利用干蚀刻除去因激光加工而造成的损坏层。作为用于干蚀刻的蚀刻气体，可以使用氯类、氟类气体。
图3示出了具有上述发光元件1的发光装置。发光元件1上下反转，以便使基板11位于上面并且该发光元件1配置在第一引线电极(リ一ド電極)100上。元件1的电极32通过导电材料101与第一引线电极100电连接。除了仅需要注意第一引线电极100连接在导电材料101的正上面之外，不需要精细的对位。为了防止导电材料101和电极31或n型接触层13相接，最好在它们上覆盖绝缘材料102。用于覆盖的绝缘材料102最好预先配置在元件1上，以便覆盖上述暴露区域10。基板11侧的衬垫电极34和第二引线电极103通过金属线104等引线接合线电连接。
当在第一、第二引线电极100、103间提供规定的电压或电流时，形成第一引线电极100、导电材料101、电极32、半导体层4、电极31、导电性材料3、电极33(34)、引线接合线104、第二引线电极103的通道，从活性层15提取光。这里，在LED显示器中利用发光元件1时，为了提高光提取效率，最好通过树脂模制元件1和电极100、103。
和在基板一方配置两个电极的现有例相比，可以在基板11的一方和另一方上分别配置电极，因此，能抑制由电极引起的遮光，从而提高光提取效率。只要在一个地方进行引线接合即可，可以提高装配工作性。而且，只要p型电极32与基台之间进行对位即可，可以很容易且准确地进行安装。
接着，参考图4和图5说明第二实施例。图4是元件1的底面图，与图1对应。图5是沿图4的V-V的截面图，与图1对应。与图1及图2所示的第一实施例相同的构成要素用相同的符号表示，为了避免重复说明，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
元件1的特征在于具有沿上下方向延伸的到达n型接触层13但不贯通n型接触层13的纵孔20。纵孔20通过照射激光的激光加工形成为直径30μm～100μm的圆柱形或圆锥形。此外，纵孔20最好形成为开口部和底部的直径大、中央部凹陷的中间窄的形状。
在本实施例中，通过激光加工形成直径50μm的纵孔20。纵孔20用作元件上下方向的电气通路(电气通道)。为了形成电气通道，在纵孔20中以覆盖其内面的方式形成金属薄膜等导电性材料30。导电性材料30最好是通过在收缩部容易形成的电镀来形成，但在孔的外径大或形成有锥面等情况下，可以通过金属蒸镀来形成。纵孔20可以用金属材料等导电性材料来填充其内部。
通过电镀形成导电性材料30时，例如在纵孔20的内壁通过蒸镀形成膜厚20nm左右的、和锡(Ti)、白金(Pt)、金(Au)等n型接触层13欧姆接触的层叠膜，之后，镀铜(Cu)，在纵孔20的内壁面形成由电镀层形成的导电性材料30。此外，导电性材料30a可以仅用与n型接触层11欧姆接触的材料形成，而且，也可以用可以欧姆接触的材料在纵孔20内形成和n型接触层11接触的膜，在其上设置电镀、导电性浆料等来形成导电性材料30。
另外，填充金属时，可以使用导电性浆料、熔融焊锡或金属微球等。
在第一实施例中，除去位于n型接触层13上的一部分半导体层4，形成露出该一部分的暴露区域。但是，在本实施例中，在和n型接触层13接触的区域中，因为n型接触层13和包含位于n型接触层13上的p型接触层17的半导体层形成为同一平面形状，因此，不形成以前的暴露区域。
纵孔20是通过激光照射实施开口加工来形成。为了抑制激光照射对半导体层4的损坏，从基板11的与形成半导体层4的面(表面)相反的面(里面)侧进行。纵孔20的形状设定为上下直径相同的圆柱形，但也可以形成若干锥度。在本实施例中，在激光照射之前，例如反研磨基板11的里面，使350μm～430μm左右的基板11的厚度薄至45μm左右。这样，形成开口部的直径是50μm、底部是40μm的研钵状的纵孔20。
和第一实施例一样，激光选择具有在基板11中产生光吸收的波长的激光。这里，因为基板11使用蓝宝石基板，所以用波长在500nm以下的短波长激光。第二实施例和第一实施例一样，利用作为固体激光的YAG激光的第三高次谐波且波长为355nm的紫外激光。而且，也可以用YAG激光的基波、1060nm或第二高次谐波533nm甚至第四高次谐波266nm。
激光可以利用作为其强度分布具有高斯分布的激光束轮廓(beam profile)的激光。纵孔20的前端形成在到达n型接触层13内的范围内。而且，纵孔20的前端形成在未到达覆盖层14的范围内。
如上所述，与n型接触层13连接的导电性材料30使用适于与n型接触层13进行欧姆接触的金属薄膜。在p型接触层17中形成用于与其进行欧姆接触的电极32。该电极32以覆盖p型接触层17的整个表面的方式形成。该电极32可以形成为仅覆盖p型接触层17的一部分。该电极32作为反射由元件1发出的光的反射性电极。
在从电极32侧提取光等情况下，该电极32也可以作为透过由元件1发出的光的透光性电极。该电极32除了本身是透光性的以外，还可以通过把遮光性的导电性材料形成为梳齿状或网眼状，作为具有透光性结构的电极。在第二实施例中，因为不除去n型电极上的半导体层4，所以在从电极12侧提取光的情况下，可以扩大光的射出面积。
而且，不从该电极32侧提取光时，通过相对于电极32形成在p型接触层17相反侧上且反射由该元件发出的光的波长的部件反射该部分透过的光。
如图4和图5所示，在基板11的和形成半导体层4的面相反的面上形成电极33a。该电极33a和配置在上述纵孔20中的导电性材料30电连接。该电极33a可以和配置在上述纵孔20中的导电性材料30兼用。该电极33a兼作规定厚度的衬垫电极34a。在该第二实施例中，如图4所示，塞住上述纵孔20那样地配置衬垫电极34a，来企图减小遮光区域，但如后述图19所示，也可以在远离纵孔20的位置上配置衬垫电极34a。衬垫电极34a的面积设定得比纵孔20的入口面积大。衬垫电极34a用于引线接合连接。
如图4所示，在第二实施例中，衬垫电极34a和纵孔20配置成位于基板11的一个角上，但是如图6和图7所示，在平面上看，可以配置在基板11的一个边的中央附近或基板的中心部。纵孔20与基板11的外侧缘11a保持一定距离地配置在外侧缘11a的内侧。
如上所述，这种元件1作为晶片(未图示)在直径2英寸左右的基板上形成多个后，通过把该晶片分离成底座的格状，变成单个元件。当分割晶片时，可以利用用于形成上述纵孔20的激光形成元件分离用的沟。分离用的沟可以形成在基板11的与形成半导体层4的侧相反侧的面或基板11的形成半导体层4的面上，或者形成在基板11的和形成半导体层4的侧相反侧的面以及基板11的形成半导体层4的面的两面上。如果形成在基板11的和形成半导体层4的侧相反侧的面上，则分离用沟的深度设定为从基板11的里侧到活性层15跟前的深度。在本实施例中，设定成长度比基板11的厚度短一些，以便残留一部分基板11。如果在基板11的形成半导体层4的面上形成沟，则分离用沟的深度最好设定为基板11的厚度的20～70％。而且，最好利用干蚀刻除去因激光加工而造成的损坏层。
在基板11的里面，与分离用沟一样，在晶片的纵和横向上以底座的格状形成长沟，通过长沟，实现和n型接触层13接触的构造时，在分割晶片时，由从长沟开始分离元件引起的元件形状发生异常的可能性高。
但是，如上述实施例那样，因为形成和元件分离用沟的形态不同的纵孔20，所以，可以将因为元件分离从纵孔20开始而产生的元件形状异常防止于未然。
图8示出了具有上述发光元件1的发光装置。为了把基板11作为光提取面，发光元件1以基板11位于上面的方式被上下反转，并配置在第一引线电极100上。元件1的电极32通过导电材料101和第一引线电极100电连接。基板11侧的衬垫电极34a和第二引线电极103通过金属线104等引线接合线电连接。
当在第二引线电极100、103间提供规定电压或电流时，形成第一引线电极100、导电材料101、电极32、半导体层4、导电性材料30a、电极33a(34a)、引线接合线104、第二引线电极103的通道，从活性层15提取光。因此，变成电场集中于电流路径的地方少的构造，可以提高静电耐压。
从活性层15输出的光透过基板11被提取到元件1的外部。这里，将发光元件1用于LED显示器时，为了提高光提取效率，最好由树脂模制元件1或电极100、103。
和在基板一方配置两个电极的现有例相比，可以在基板11的一方和另一方上分别配置电极，因此，能抑制由电极引起的遮光，提高光提取效率。另外，仅在一个地方进行引线接合，可以提高装配工作性。
下面，参考图9、图10说明第三实施例。图9是元件1的底面图，和图4对应。图10是沿图9的X-X的截面图，和图5对应。和上述第一及第二实施例相同的构成要素赋予相同的符号，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
该第三实施例的特征在于在第二实施例中追加了沟35和配置在沟里的导电性材料36。即，在基板11的里面追加不贯通半导体元件1的沟35。沟35的前端连接n型接触层13。
和上述纵孔20一样，沟35通过激光照射形成。沟35和纵孔20紧密联系并相互连接。沟35和基板11的外侧缘11a保持一定距离形成在外侧缘11a的内侧，以便不从基板11的外侧缘11a露出。沟35形成为沿着基板11外侧形状的平面口字型。沟35是不和基板11的外侧缘交叉的形状，在沟35的外侧，基板是以镜框状连续的形状，因此，可以抑制沟35对元件分离造成的不良影响。
在沟35的内面形成有导电性材料36。该导电性材料36用和上述纵孔20中形成的电气通道形成用导电性材料30相同的材料同时形成，但也可以用同种材料个别形成。该导电性材料36与n型接触层13欧姆接触并电连接。因此，和第二实施例相比，可以确保扩大n型接触层13和电极33a之间的电接触面积。通过把和n型接触层13欧姆接触的金属形成得很薄，导电性材料36可以获得透过活性层15的光的透光性。通过把和n型接触层13欧姆接触的金属形成得很薄，导电性材料30也可以获得透过活性层15的光的透光性。通过把导电性材料36或导电性材料30的全部或一部分作成透光性，和遮光性的情况相比，可以格外提高光提取效率。和前面的实施例一样，该发光元件也装配到图8所示的发光装置中来利用。
下面，参考图11和图12说明第四实施例。图11是元件1的底面图，和图1对应。图12是沿图11的X-X剖开的截面图，和图2对应。和上述图1、图2所示的第一及第二实施例相同的构成要素赋予相同的符号，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
具有的特征是在第一实施例中追加了沟35和在沟35中配置的电极材料36。即，在基板11的里面追加了不贯通半导体元件1的沟35。沟35的前端连接n型接触层13。
和上述贯通孔2一样，沟35通过激光照射形成。沟35和贯通孔2紧密联系并相互连接。沟35形成在基板11的外侧缘11a的内侧，以便不从基板11的外侧缘11a露出。而且，在贯通孔2内，在内壁面上形成导电性材料3a。
这样，和第三实施例一样，沟35形成为沿着基板11外侧形状的平面口字型。在沟35的内面，形成有和在上述贯通孔2的内壁面上形成的电气通道形成用导电性材料3a相同或同种的电极材料36。该电极材料36与n型接触层13欧姆接触并电连接。因此，和第一实施例相比，可以确保扩大n型接触层13和电极33之间的电接触面积。
下面，参考图13和图14说明第五实施例。图13是元件1的底面图，和图1对应。图14是沿图11的X-X剖开的截面图，和图2对应。和上述图1、图2所示的第一及第二实施例相同的构成要素赋予相同的符号，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
具有的特点是在第一实施例中追加了纵孔37、配置在纵孔37中的电极材料38、在基板11里面连接电极材料38的电极39。即，在基板11的里面追加形成多个不贯通半导体元件1的纵孔37。纵孔37的前端连接n型接触层13。和上述贯通孔2一样，纵孔37通过激光照射形成。纵孔37不和导电性材料3联系而独立形成。纵孔37形成在基板11的外侧缘11a的内侧，以便不从基板11的外侧缘11a露出。纵孔37与基板11的角对应，在除去贯通孔2的三个角附近形成。在上述贯通孔2的内壁形成导电性材料3b。这样，在纵孔37的内面形成和形成上述贯通孔2的导电性材料3b相同或同种的电极材料38。该电极材料38和n型接触层13欧姆接触并电连接。
当形成电极33时，同时形成连接贯通孔2的导电性材料3b和纵孔37的电极材料38的电极39。导电性材料3b和电极材料38通过电极39在基板11的里侧相互连接。纵孔37的电极材料38也通过形成衬垫电极34的电极33的材料相互连接。因此，和第一实施例相比，可以确保扩大n型接触层13和电极33间的电连接面积。而且，和第四实施例相比，可以减少被纵孔37内的电极遮光的面积。
在上述各实施例中，电极32作成透光性的薄电极或者需要引线接合用电极等情况下，如图14所示，可以在电极32上另外形成规定厚度的衬垫电极40。
如图15、图16的第六实施例所示，蚀刻p型接触层17、p型覆盖层16、活性层15、n型覆盖层14的周围直至露出n型接触层13后形成台面，制作成在露出的n性接触层部使电极和贯通孔2电连接，从而扩大半导体内部的电流分布，因为不会导致电流集中到一部分pn接合面上，所以，最终可提高静电耐压。
下面，参考图17和图18说明第七实施例。图17是元件1的底面图，和图4对应。图18是沿图11的X-X剖开的截面图，和图5对应。和上述各实施例相同的构成要素赋予相同的符号，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
具有的特征是在第二实施例中追加了纵孔37a、配置在纵孔37a中的导电性材料38a、在基板11里面连接导电性材料38a的电极39a。即，在基板11的里面追加形成了多个不贯通半导体元件1的纵孔37a。该纵孔37a的前端连接n型接触层13。和上述纵孔20一样，纵孔37a通过激光照射形成。纵孔37a不和纵孔20联系而独立形成。纵孔37a形成在基板11的外侧缘11a的内侧，以便不从基板11的外侧缘11a露出。纵孔37与基板11的角对应，在除去贯通孔2的三个角附近形成。在纵孔37a的内面，形成和形成在纵孔20的导电性材料31a相同或同种的电极材料38b。该导电性材料38b和n型接触层13欧姆接触后电连接。
连接纵孔20的导电性材料31a和纵孔37a的导电性材料38a的电极33a及电极39a通过同时形成两个材料33a、39a来形成。导电性材料31a和导电性材料38a通过电极39a在基板11的里侧相互连接。纵孔20的导电性材料31a和纵孔37a的导电性材料38a也通过形成衬垫电极34的电极33a的材料相互连接。电极39a为透光性时，为了防止被电极33a遮光，电极39a上的电极33a最好是残留衬垫电极34后加以去除。因此，和第二实施例相比，可以确保扩大n型接触层13和电极33a间的电连接面积。另外，和第三实施例相比，可以减少被纵孔20内的材料遮光的面积。和前面的实施例一样，如图8所示，该发光元件通过基板11位于上侧的方式配置并装配到发光装置中利用。
在上述各实施例中，电极32为透光性电极或需要引线接合用电极等情况下，如图18所示，也可以在电极32上另外形成规定厚度的衬垫电极40。由此，可以将图18所示的元件1保持原样形态，即基板11的形成半导体层4的面作为光提取面，装配到图8所示的发光装置中。而且，可以将基板11侧的电极33连接在第一引线电极100，将相反侧的电极40引线接合连接到第二引线电极103。
下面参考图19和图20说明第八实施例。图19是元件1的底面图，和图4对应。图20是沿图11的X-X剖开的截面图，和图1对应。和上述各实施例相同的构成要素赋予相同的符号，说明从略，仅以不同点为中心进行说明。
特征在于使第二实施例的纵孔20的截面形状在深度方向上形状逐渐变窄，连接在导电性材料31a上的衬垫电极34a远离纵孔20来配置。即，将纵孔20a的形状从圆柱形变更为圆台形。这样的纵孔20a例如可以通过使激光束加工时的激光强度分布变更为具有从高斯分布的激光束轮廓截去其波峰部分后的形态的分布(整形的激光束轮廓)来形成。
因为纵孔20a是上述形状，通过蒸镀或溅射等从基板11的里侧形成导电性材料30a时，容易在纵孔20a的内面形成规定厚度的导电性材料。而且，可以用纵孔20a的倾斜面作为光反射面。和前面的实施例一样，如图21所示，该发光元件通过以基板11位于上侧的方式配置并装配到发光装置中来利用。
纵孔20a配置在基板的中央，衬垫电极34b邻接其横边的中央部配置，但也可以变更成图22所示的配置。图22(a)示出了纵孔20a配置在基板中央、衬垫电极34a配置在基板11的角上的例子。图22(b)示出了纵孔20a配置在基板11对角线方向的一个角上、衬垫电极34b配置在基板11的对角线方向的另一个角上的例子。图22(c)示出了纵孔20a邻接基板11的一个边的中央部配置、衬垫电极34b配置在基板11的一个角上的例子。图22(d)示出了纵孔20a配置在基板11对角线方向的两个角上、衬垫电极34b配置在基板34a的另一个对角线方向的一个角上的例子。
和前面的实施例一样，如图21所示，该发光元件通过以基板11位于上侧的方式配置并装配到发光装置中来利用。
本发明不限于上述实施例，可以在不脱离宗旨范围的情况下进行各种变形。例如，也可以用除绝缘基板以外的半导体基板作为基板11。
如上所述，根据本发明可以高效率地提取光。可以提高元件的静电耐压。
而且，仅在第二传导型半导体层上进行和基台的对位即可，可以容易且正确地安装。
如上所述，本发明的化合物半导体发光元件适用于蓝色发光二极管、蓝色激光二极管等。
权利要求
1.一种化合物半导体发光元件，其特征在于，具有绝缘性基板；半导体层，由在该绝缘性基板的一面上被层叠起来的、应形成有活性层的多个半导体薄膜构成；一个电极，设置在该半导体层的上面；另一个电极，设置在上述绝缘性基板的另一面；暴露区域，为了露出与另一个电极连接的第一半导体薄膜层而除去第一半导体薄膜层上的半导体膜而形成；贯通孔，在所述暴露区域贯通上述绝缘性基板和第一半导体薄膜层；电气通道，电连接上述第一半导体薄膜层和上述另一个电极，且形成在上述贯通孔。
2.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述电气通道由在上述贯通孔的内壁形成的导电材料或在上述贯通孔填充的导电材料形成。
3.如权利要求1所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述电气通道的设置在上述绝缘性基板的另一面上的电极形成有用于引线接合的衬垫电极。
4.如权利要求1至3中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述绝缘性基板是蓝宝石基板，上述半导体薄膜层是氮化镓系化合物半导体层。
5.如权利要求1至4中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述一个电极与基台电连接，上述绝缘性基板侧是主要的光提取面侧。
6.如权利要求1至5中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述贯通孔的直径范围是30μm～100μm。
7.如权利要求1至6中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，以通过与上述电气通道不同的电气通道使设在上述绝缘性基板另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层电连接的方式，将与上述贯通孔不同的沟或纵孔设置在上述绝缘性基板。
8.一种化合物半导体发光元件的制造方法，层叠形成半导体层，所述半导体层由在绝缘性基板的一面上应形成有活性层的多个半导体薄膜构成，在该半导体层的上面设置一个电极，其特征在于，为了露出另一个电极被接触的第一半导体薄膜层而除去第一半导体薄膜层上的半导体膜，而形成暴露区域；在该暴露区域通过激光加工设置贯通上述绝缘性基板和第一半导体薄膜层的贯通孔；通过形成在上述贯通孔的电气通道电连接设置在上述绝缘性基板的另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层。
9.如权利要求8所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，当在上述暴露区域通过激光加工设置贯通元件的贯通孔时，从半导体层的层叠侧进行加工。
10.如权利要求7所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，开设上述贯通孔后，通过干蚀刻清洁孔内。
11.如权利要求8所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，开设上述贯通孔后，用氯类、氟类气体，通过干蚀刻清洁孔内。
12.如权利要求8所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将形成多个上述化合物半导体发光元件的晶片分割为单个的发光元件时，通过激光加工形成沟，沿着该沟把晶片分割为单个的发光元件。
13.如权利要求12所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，加工上述沟后，用氯类、氟类气体，通过干蚀刻除去由于加工而受到损坏的半导体层。
14.如权利要求12所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，通过激光加工进行上述沟的加工时，从绝缘性基板侧或半导体层层叠侧，或者绝缘性基板侧、半导体层层叠侧两侧进行加工。
15.一种化合物半导体发光元件，其特征在于，具有绝缘性基板；半导体层，由在该绝缘性基板的一面上被层叠起来的、应形成有活性层的多个半导体薄膜构成；一个电极，设置在该半导体层的上面；另一个电极，设置在上述绝缘性基板的另一面上；纵孔，通过激光加工形成，具有贯通上述绝缘性基板到达另一个电极被连接的第一半导体薄膜层的深度；电气通道，由形成在电连接上述第一半导体薄膜层和上述另一个电极的上述纵孔上的导电性材料构成。
16.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述导电性部件的全部或部分为透光性。
17.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述纵孔的入口被面积比该入口大的衬垫电极塞住。
18.如权利要求15至17中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述纵孔在上述绝缘性基板侧面的内侧保持一定间隔地形成。
19.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，在上述绝缘性基板另一面的远离上述纵孔的位置上配置衬垫电极，使该衬垫电极和上述导电性材料电连接。
20.如权利要求15至19中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述纵孔的直径范围是30μm～100μm。
21.如权利要求15至20中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述纵孔是向其深度方向逐渐变窄的截面形状。
22.如权利要求15至21中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述绝缘性基板是蓝宝石基板，上述半导体薄膜层是氮化镓系化合物半导体层。
23.如权利要求15至22中任一项所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，上述绝缘性基板侧是主要的光提取面侧。
24.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，设置多个上述纵孔，配置在该纵孔中的导电性材料通过上述绝缘性基板的另一面侧相互连接。
25.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，从绝缘性基板侧进行上述纵孔的激光加工。
26.如权利要求15所述的化合物半导体发光元件，其特征在于，开设上述纵孔后，用氯类、氟类气体通过干蚀刻清洁孔内。
27.一种化合物半导体发光元件的制造方法，层叠形成半导体层，所述半导体层由在绝缘性基板的一面上应形成有活性层的多个半导体薄膜构成，在该半导体层的上面设置一个电极，其特征在于，通过激光加工形成从上述绝缘性基板的另一面侧到达与另一个电极连接的第一半导体薄膜层的深度的纵孔，通过形成在上述纵孔中的导电性材料电连接设置在上述绝缘性基板另一面上的电极和上述第一半导体薄膜层。
28.如权利要求27所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，将形成多个上述化合物半导体发光元件的晶片分割为单个的发光元件时，通过激光加工形成沟，沿着该沟把晶片分割为单个的发光元件。
29.如权利要求28所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，加工上述沟后，用氯类、氟类气体，通过干蚀刻除去由于加工而受到损坏的半导体层。
30.如权利要求29所述的化合物半导体发光元件的制造方法，其特征在于，通过激光加工进行上述沟的加工时，从绝缘性基板侧或半导体层层叠侧，或者绝缘性基板侧和半导体层层叠侧两侧进行加工。
全文摘要
一种化合物半导体发光元件，提高光提取效率，仅一次引线接合即可，能实现对位容易的安装，可减少工序地制作芯片。在绝缘性基板(11)的一面层叠形成由应形成活性层(15)的多个半导体薄膜构成的半导体层(4)，在半导体层(4)上面形成一个电极(33)，在绝缘性基板(11)的另一面形成另一个电极(33)。为了露出和另一个电极(33)连接的第一半导体薄膜层(13)，除去第一半导体薄膜层(13)上的半导体膜而形成暴露区域(10)，在该暴露区域(10)设置贯通绝缘性基板(11)和第一半导体薄膜层(13)的贯通孔(2)，通过贯通孔(2)中形成的导电性材料(3)电连接第一半导体薄膜层(13)和另一个电极(33)。
文档编号H01S5/323GK1618133SQ02820839
公开日2005年5月18日 申请日期2002年11月19日 优先权日2001年11月19日
发明者口野启史, 八木克己 申请人:三洋电机株式会社, 鸟取三洋电机株式会社