专利名称：半导体发光芯片及半导体发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光芯片(element)及半导体发光器件(device)。
背景技术：
半导体发光芯片作为低功耗、高效率、高可靠性的光源，正代替白色电灯泡作为显示屏和液晶的背光灯等使用。特别是InGaAlP系半导体材料是直接迁移型，是从红色到绿色区域可以高亮度发光的材料。因此，InGaAlP系半导体发光芯片作为亮度比较高的芯片，正被用作红色刹车灯、交通信号的红灯、黄灯等。半导体发光芯片通过在发光层内部的活性层注入电流，由空穴和电子的再结合可实现发光。另外，在活性层产生的光的一部分从半导体芯片的表面取出到外部。通常，半导体发光芯片安装在形成了反射板的管脚上，被透镜形状的环氧树脂等树脂塑封。对从半导体芯片发出的光通过反射板反射并通过透镜进行聚光，由此发光特性进行控制。
如上所述，虽然InGaAlP系半导体材料可以高亮度地发光，但InGaAlP系半导体材料形成于不透明的GaAs衬底上。为此，如果使GaAs保持不变，则会因GaAs衬底引起光的吸收。因此，最近正在开发得到较高亮度的半导体发光芯片的方法首先，在不透明的GaAs衬底上形成InGaAlP系半导体材料，然后，粘接透明的GaP衬底，剥离不透明的GaAs衬底。并且，这里所谓的“透明”意为对从发光芯片发射出的光具有透光性。
原本在如上所述的粘接透明衬底而形成的方法中，不能充分激活InGaAlP系半导体材料的优良特性，不能说芯片的亮度足够高。这是因为光取出效率低。也就是说，在半导体芯片内部，虽然从InGaAlP活性层产生的光朝360°任意方向放射，但是由于半导体结晶及对其进行封装的环氧树脂的折射率存在差异，所以存在在半导体界面被反射且不向半导体结晶的外部取出的光。如果半导体结晶的折射率为3.3、塑封材料环氧树脂的折射率为1.5，则根据斯内尔(Snell)法则，临界角为θ c＝sin-1(1.5/3.3)＝27°，以比27°大的角度入射半导体与树脂的界面的光被全反射，不能从半导体结晶的内部取出。通常，半导体发光芯片是立方体(六面体)，所以如果将来自全部面的光理想地取出，则能够向外部大致取出28％的光。但是，由于在半导体结晶的表面形成有n型和p型两种类型的电极、n型或p型任意一种电极通过粘接材料被安装在反射板上、入射电极面的光在电极合金层被吸收，所以能向外部取出的光的比例在28％以下。
为解决上述问题，正在研究下述方法使用透明衬底作为光取出效率高的构造，将透明衬底加工成适当的形状。上述方法，例如记载在特开平10-341035中。如图16所示。在透明p型GaP衬底300的图的下侧，形成发光层314。发光层314具有在p型GaP衬底300上顺序形成了p型半导体、活性层、n型半导体层的构造。在该发光层314中，电流从p侧电极309和n侧电极310注入。通过该电流注入，发光层314中的活性层放射光，该光从衬底300侧被取出。图16的芯片中，通过将半导体发光芯片整形成透明衬底300端面的朝向相对发光层314的垂直方向角度发生偏移，从而实现全光取出量的增大。在该芯片的形状中，透明衬底300的整形端面将在现有端面被反射而不能取出的光朝上部表面反射。因此，使从上表面多取出光成为可能。另外，使从整形端面取出来自上部表面的反射光也成为可能，且光的取出增大。另外，通过该整形端面，在内部产生的光在结晶界面不被多重反射而向外部取出，所以在发光层314的吸收活性层或欧姆接触部分吸收减少。如上所述，图16的发明以衬底300侧作为光取出面，将衬底300加工成适当的形状，由此提高光取出的效率。
但是，图16的半导体发光芯片和使用该半导体发光芯片的半导体发光器件虽然发光效率高，但存在良品率差、寿命短的问题。
也就是说，图16的芯片由于以衬底300侧为光取出面，所以发光层314中的pn接合接近图中下侧的安装面。因此，在使用导电的安装剂(粘接剂)将芯片安装在管脚框架上时(参照图8)，发光层314中的pn接合的侧面短路，产生良品率低的问题。作为对策，如果将安装剂不附着在半导体发光芯片的侧面而使用少量则粘接强度弱，在长期通电时，发光芯片因封装树脂产生的应力而易于发生剥离，产生寿命变短的问题。
另外，图16的芯片在将衬底300加工成适当的形状时，进行划片是必须的。但是，在进行该划片时，由于划片刀具而在衬底300的表面和内部形成损伤层(结晶缺陷)。然后，在长时间通电时，以该损伤层为基点进行结晶缺陷，存在发光层314容易被破坏、寿命变短的问题。另外，当使用环氧树脂封装已形成了损伤层的半导体芯片时，因通电中的树脂应力，结晶缺陷从有损伤层的衬底300的整形端面扩展到发光层314，光输出容易变低，同样存在寿命变短的问题。因此，虽然采用通过柔软的凝胶状树脂例如硅来封装发光芯片的包封(包裹)，但由于使用环氧树脂等硬树脂来封装包封的外侧，所以发生硅和环氧树脂的界面剥离，在通电时光输出低，仍然存在寿命变短的问题。因此，可以认为在加工衬底300时，不能避免使寿命变短。
如上所述，可以认为为了提高光取出效率而将衬底加工成适当形状的半导体芯片，虽然可提高光取出效率，但良品率恶化且寿命变短是不可避免的。
发明内容
本发明是基于上述问题提出来的，其目的在提供一种光取出效率高且良品率高、寿命长的半导体发光芯片和半导体发光芯片器件。
本发明的半导体发光芯片，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面(ヘき開面)解理(ヘき開)而成的侧面。
本发明的半导体发光芯片，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄从而与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜。
本发明的半导体发光器件，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面，上述第2侧面朝上述上表面扩展从而将来自上述发光层的光向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面；管脚框架；及安装材料，其具有导电性，将上述半导体发光芯片的上述衬底的上述底面安装在上述管脚框架上。
本发明的半导体发光器件，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的光向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄，从而以与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜；管脚框架；及安装材料，其具有导电性，将上述半导体发光芯片的上述衬底的上述底面安装在上述管脚框架上。
图1是示意性表示本发明实施例1的半导体发光芯片的代表性图。
图2是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图。
图3是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图，接图2。
图4是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图，接图3。
图5是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图，接图4。
图6是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图，接图5。
图7是本发明实施例1的半导体发光芯片的制造方法的示意性剖视图，接图6A。
图8是本发明实施例1的半导体发光器件的示意性剖视图。
图9是本发明实施例2的半导体发光芯片的示意性剖视图。
图10是本发明实施例3的半导体发光芯片的示意性剖视图。
图11是本发明实施例3的半导体发光芯片的仰视图。
图12是本发明实施例4的半导体发光芯片的示意性剖视图。
图13是本发明实施例4的半导体发光器件的示意性剖视图。
图14是本发明实施例5的半导体发光芯片的示意性剖视图。
图15是本发明实施例5的半导体发光器件的示意性剖视图。
图16是已有半导体发光器件的示意性剖视图。
具体实施例方式
以下，边参照附图边说明有关本发明的实施例。从图1、图8可以清楚，本实施例的一个特征在于，对来自发光层114的光使用透明的GaP衬底100，在该透明衬底100的侧面，设有三个侧面111、112、113。第3侧面113向上表面侧扩展成稍微倾斜，通过安装剂6容易地进行芯片1和管脚框架2的安装，并且，可防止安装剂6粘在第2侧面112上，从而提高良品率。第2侧面向上表面侧扩展成倾斜30℃，来自发光层114的光的一部分向外部射出，从而提高光取出效率。第1侧面111沿解理面解理而成，结晶缺陷极少，防止第2侧面112发生的结晶缺陷影响发光层114，从而抑制发光层114劣化，延长芯片寿命。另外，在第3侧面113和第2侧面112上设有多个凹凸，以提高上述效果。以下，说明有关实施例1和实施例2。
(实施例1)图1所示是本发明的实施例1的半导体发光芯片的概要剖视图。半导体发光芯片是具有GaP衬底100、在GaP衬底100上形成的由InGaAlP系材料构成的发光层114的构造。GaP衬底100从(100)面向
方向倾斜15℃。另外，发光层114是在p型GaP衬底100上顺次形成下述层的构造，上述层包括由掺入了p型杂质的InGaP形成的粘接偏斜缓和层101、由掺入了p型杂质的InGaAlP形成的金属包层102、由掺入了p型杂质的InGaAlP形成的光导向层103、由掺入了p型杂质的InGaAlP形成的量子阱层104、由掺入了p型杂质的InGaAlP形成的阻挡层105、由掺入n了型杂质的InGaAlP形成的金属包层106、由掺入了n型杂质的InGaAlP形成的电流扩散层107、由掺入了n型杂质的GaAs形成的导电层108。在p型GaP衬底100上，形成由至少含有Au和Zn的金属组成的p侧电极109，在n型GaAs导电层108上，形成由至少含有Au和Ge的金属组成的n侧电极110。通过在p侧电极109上施加正电压、在n侧电极110上施加负电压，从量子阱层104产生光。这时，GaP衬底100对来自量子阱层104的光是透明的，光也从GaP衬底100的第2侧面112取出。
图1的半导体发光芯片的一个特征在于，在上述透明衬底100的侧面，设有3个侧面111、112、113。该透明衬底100由掺入了p型杂质Zn、Mg的GaP形成，厚度为250μm。该透明衬底100具有设有发光层114的上表面、与该上表面相对的底面、具有该上表面的第1部分100A、与该第1部分100A邻接形成的第2部分100B、与该第2部分100B邻接形成的第3部分100C。该透明衬底100的第3部分100C具有与底面连接且朝上述上表面稍微扩展成倾斜的第1侧面113。底面的大小为150×150μm2(以下用150μm□表示)、高度为100μm。在该第3侧面113的表面上，形成高度为1～2μm的多个凹凸。上述第2部分100B具有第2侧面112，该第2侧面112朝上表面扩展成与上表面垂直的方向倾斜30℃，且来自发光层114的光的一部分向外部射出。在该第2侧面112的表面上也形成大小为1～2μm的多个凹凸。第2部分112的高度为100μm。上述第1部分100A具有沿解理面解理而成的第1侧面111。第1侧面11的图中右侧的面与左侧的面平行，在图中左侧的面与上表面以狭小的角度倾斜。如上所述，GaP衬底100从(100)面朝
方向倾斜15℃，与解理面第1侧面111的倾斜角度是15℃。该第1侧面111是解理面，所以其是极平坦的面，与其他侧面113、112相比结晶缺陷极少。第1部分100A的高度为50μm。
上述透明衬底100可以如下认识。也就是说，该衬底100具有设有发光层114的上表面、与该上表面相对的底面、连接上表面和底面的侧面111～113。侧面111～113有从上表面侧朝向底面侧的第1侧面111、从该第1侧面朝向底面侧的第2侧面112、及从该第2侧面朝向底面侧的第3侧面113。第1侧面113向上表面扩展倾斜。第2侧面112朝向上表面进一步倾斜，从而将来自发光层114的光的一部分向外部射出。第1侧面111是通过沿解理面解理而形成的侧面。可以如上所述认识上述衬底100。
接下来，参照图2～图7说明图1的半导体发光芯片的制造方法。如图7所示，本实施例的制造方法的一个特征在于，通过解理形成第1侧面111。这样一来，可以使第1侧面111的结晶缺陷极少。
(1)首先，如图2所示，在GaAs衬底上，通过MOCVD法形成发光层114。由于发光层114是InGaAlP系材料，故使用它和晶格共格的GaAs衬底。但是，该GaAs衬底对于来自发光层114的光是不透明的。因此，GaAs衬底从(100)面朝
方向倾斜15℃。可以知道通过使用如上所述的倾斜衬底，发光层114的发光亮度提高。为了得到上述效果，倾斜角度不小于5℃、不大于30℃为宜。
(2)然后，如图3所示，粘接透明的GaP衬底100和发光层114。
(3)然后，如图5所示，剥离不透明的GaAs衬底，形成电极109、110。
(4)然后，如图5所示，腐蚀发光层114的局部M。通过该腐蚀，后述的解理容易形成。
(5)然后，如图6所示，使用前端狭小的划片刀具，形成第3侧面113和第2侧面112。并且，可以通过改变划片刀具前端部的倾斜角度来改变第2侧面112的倾斜角度。然后，在第3侧面113和第2侧面112上形成凹凸。具体地说，浸入温度被设定为从-50℃到室温之间的过氧化氢、水和盐酸的混合液中，再用温度被设定为从室温到100℃之间的盐酸浸泡数分钟，从而形成凹凸。当浸泡温度高时处理时间可以缩短，凹凸的形状一样。另外，在使用含有Cl气的气体进行气体腐蚀时，因腐蚀而在表面残留堆积物，故需要使用硫酸系腐蚀液、磷酸系腐蚀液除去，当使用溶液腐蚀时形状一样。
(6)然后，如图7所示，通过解理形成第1侧面111。具体地说，从除去了由InGaAlP材料形成的发光层114部分的M，使用前端有钻石的刀对准解理方向划线，通过进一步加重按压而切开，形成第1侧面111。图1的半导体发光芯片完成。在腐蚀处理工序中，使用抗蚀剂和氧化膜覆盖电极。
在通过以上说明过的制造方法的得到图1的半导体发光芯片和使用该半导体发光芯片的半导体发光器件中，由于在透明衬底100的侧面设有3个侧面111、112、113，所以可以提供光取出效率高且良品率高、寿命长的半导体发光芯片及半导体发光器件。以下，参照图8进行说明。
图8是使用了图1的半导体芯片的半导体发光器件。半导体发光芯片1的透明衬底100通过安装剂(粘接剂)Ag浆被安装在管脚框架2上。管脚框架2由镀了镍的金属形成，具有p侧管脚5、n侧管脚4和反射板3。在p侧管脚5上，p侧电极109通过导电的银浆6被导电连接。另外，在n侧管脚4上，n侧电极110通过引线7被导电连接。具有n侧电极110和p侧电极109的半导体发光芯片通过封装树脂8被封装。另外，p侧管脚5和反射板3也可以使用成为本体的管脚。
在图8的半导体发光器件中，第3侧面113的高度设定为100μm，由于在衬底100的底面和第3侧面113上粘接Ag浆，所以可以得到高的粘接强度。再有，由于将第3侧面113设置成上面侧变大而稍微倾斜，所以可以防止因热处理Ag浆而使Ag浆硬化时发生的因Ag浆的表面拉力而引起的扩展。因此，可以防止不透明的Ag浆覆盖第2侧面112，可以防止来自第2侧面112的光的取出低下。其结果是可以提高良品率。另外，在第3侧面113的表面形成了高度为1～2μm的多个凹凸，所以可进一步防止Ag浆6扩展，可以进一步提高良品率。
另外，在图8的半导体发光器件中，衬底100是透明衬底，第2侧面112的倾斜角度是30℃，所以可以取出来自第2侧面112的光。因此，可以得到光取出效率高的器件。另外，在该第2侧面112的表面设置高度为1μm～2μm的多个凹凸，所以表面积扩大，可以进一步提高光取出效率。另外，通过扩大表面积，可使封装树脂8和半导体发光芯片1的粘接强度加固，可以防止发光芯片1从管脚框架2剥离。与此相反，如果不设置凹凸，则由于封装树脂8作用于第2侧面112上的将发光芯片1从的底面侧向上表面侧拉起的方向上的树脂应力，在通电过程中发光芯片1容易从管脚框架2剥离，寿命可能变短。
再有，在图8的器件中，由于设置了作为解理面的第1侧面111，所以可以防止在划片工序产生的第2侧面112的结晶缺陷影响发光层114。如上述图6所示，第3侧面113、第2侧面112形成于划片工序，但在划片时，在第3侧面113和第2侧面112上产生结晶缺陷，不能避免损伤层的产生。但是，在图8的芯片中，第1侧面111是解理面，在该解理面111附近结晶缺陷极少。因此，通过第1侧面111，可以防止结晶缺陷向发光层114扩展。其结果，可减少发光层114的结晶缺陷，可减少缺陷区域的光吸收，可以提高来自发光层114的光输出。另外，图中左侧的第1侧面111以其上表面侧变窄的方式倾斜，所以可以防止因封装树脂2的应力引起的发光芯片1的剥离。如上所述，在发光芯片1的第2侧面112上，树脂2产生将发光芯片1从底面向上表面拉起的力。但是，在图8的器件中，第1侧面111的图中的左侧的面以上表面侧变窄的方式倾斜，所以使作用于发光芯片1上的树脂应力分散，可以减少发光芯片1的剥离。这样一来，可以增长寿命。
另外，在图8的半导体发光器件中，由于发光层114的表面积比衬底100上部的表面积小，所以在形成第1侧面111时，发光层114不易产生结晶缺陷。因此，在发光层114上不易因结晶缺陷发生劣化，可进一步提高寿命。特别是当发光层114的表面积大致为衬底100上部表面积的65％～85％时，使发光层114的表面积扩大且使结晶缺陷减少，可制成高亮度、高可靠性的发光芯片。
如上所述，在使用了图1的半导体发光芯片的图8的半导体发光器件中，由于在透明衬底100的侧面设置了3个侧面111、112、113，所以可提供光取出效率高且良品率高、寿命长的器件。
在如上说明的图1的半导体发光芯片中，虽然p型GaP衬底的厚度为250μm，但是该厚度可以为150μm～300μm。当比300μm厚时，在发光层114的量子阱层104产生的光，被GaP衬底100的p型杂质吸收，向外部取出的光的量降低。另外，在用于交通信号和车的尾灯时，发光芯片的驱动电流需要是数安培等的大电流。因此，当衬底比300μm还厚时，因衬底100厚度引起的芯片电阻而产生热量增加，封装树脂2因发光芯片1产生热而劣化。其结果是衬底厚度不大于300μm为宜。相反，当GaP衬底100的厚度在150μm以下时，由于形成于发光芯片上表面和下表面的电极110、109遮蔽量子阱层104发出的光，而光取出低。再有，为实现电极的欧姆性而形成的电极合金层吸收光，向外部取出光的量减少。为此，衬底厚度不小于150μm、不大于300μm为宜。
另外，第3部分100C的底面可为100μm□～200μm□，高度为50μm～100μm。如上所述，衬底100的底面部分和第3侧面113通过Ag浆被粘接在管脚框架2上。从可靠性试验的结果可知，如果第3部分100C的高度为50μm～100μm，则可维持粘接强度。另外，通过环境试验可以确认当底面积为100μm□～200μm□时，可充分确保安装的粘接强度。并且，第3侧面113的倾斜角度比第2侧面112的倾斜角度小，不足20°。
另外，可以设定第2侧面112的倾斜角度为20°～40°、倾斜部分的长度为60μm～200μm。如果在这个范围内，则可以提高来自第2侧面112的光取出效率。但是，从芯片制作容易程度、组装性、进而从成本考虑，则最好倾斜部分的长度为100μm～150μm，倾斜角度为25°～35°。
另外，可以设定第1侧面111的倾斜部分的长度为40μm～80μm。如上所述，通过这样可有效降低结晶缺陷从第2侧面112向发光层114扩展。另外，倾斜角度根据衬底100的倾斜角度，可以为5°～30°。如上所述，如果衬底100的倾斜角度为5°～30°，则可提高发光效率。另外，可以像后述的第2实施例(图9)那样，注重制造方法的简易性，而使倾斜角度基本为0°。
以上说明过的图1的半导体芯片中的发光层114，可以是任何能发出透过GaP衬底100的光的构造。以下，将具体说明图1的发光层114的例。
首先，说明有关p型InGaP粘接层101。由掺入了p型杂质Zn、Mg的p型导电型InGaP材料形成的粘接层101，厚度为1nm～1μm，杂质掺入量为1E17/cm3～1E21/cm3。如图2所示，该粘接层具有如下功能降低将形成于GaAs衬底上的发光层114粘接在GaP衬底100上时产生的结晶错位。特别是含有In的半导体材料柔软，故具有延缓结晶缺陷向垂直方向扩展的特性。因此，可以减小粘接衬底和发光层114时发生的晶格常数引起的结晶错位及热膨胀系数引起的热错位，所以，可抑制结晶错位向发光层114扩展，可使发光层114不劣化。粘接温度为400℃～800℃，温度低时粘接界面的压降变大，所以最好不小于700℃。另外，由于硬的Al妨碍柔软的In的效果，故使用不含Al的InGaP作为粘接层最适合。另外，该层根据来自阱层104的波长具有吸收层的功能，所以，当阱层104的带状间隙比粘接层101的带状间隙大时，粘接层101的厚度最好不大于数10nm。结晶性也不一定必须良好，电流具有流动特性即可。
接下来，对有关p型InGaAlP金属包层102进行说明。由具有掺入了p型杂质Mg、Zn的p型导电型InGaAlP材料形成的金属包层102，厚度为0.1μm～2μm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E20/cm3。该金属包层102因作为活性层的量子阱层104的带状间隙而具有宽的带状间隙，且具有将注入发光区域的电子和空穴封闭在活性层(104和105)中的特性。因衬底粘接时的热处理，p型杂质Zn、Mg热扩散，所以杂质掺入量最好不大于5E19/cm3。
接下来，对有关p型InGaAlP光导向层103进行说明。由具有掺入了p型杂质Mg、Zn的p型导电型的InGaAlP材料形成的光导向层103，厚度为0.1μm～1μm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E21/cm3。该光导向层103由具有介于金属包层102和作为活性层的量子阱层104中间的带状间隙的材料形成。在量子阱104发生的光被封闭在折射率大的量子阱层104内。这样，未注入电流的量子阱层104则有再吸收发出的光的可能性。被封闭在量子阱层104内的光，通过形成折射率差小的光导向层103，经p金属包层102向p型GaP衬底100侧引出。因此，朝GaP衬底100方向的光增加，可以从整形后的GaP衬底100取出更多的光。特别是，在被p型和n型金属包层102、106夹着的量子阱构造中，具有介于金属包层102、106和量子阱层104中间的折射率的光导向层103的效果大，可以减少活性层104向端面方向传播的光的再吸收。因此，由于本实施例带有n型光导向层而使光取出进一步增加。另外，光导向层103最好不小于500nm，以便杂质不因GaP衬底100粘接时的热处理而从金属包层102扩散至量子阱层104。
接下来，对有关p型InGaAlP量子阱层104进行说明。由具有掺入了p型杂质Mg、Zn的p型导电型InGaAlP材料形成的量子阱层104，厚度为1nm～20nm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E21/cm3。通过形成10层到50层的该量子阱层104，电流注入引起的光输出的线性良好，可实现看不见数mA到数A的光输出饱和的发光芯片。另外，在粘接、整形GaP衬底100的发光芯片中，在结晶界面被反射的光在作为吸收层的量子阱层104被吸收的问题变得明显。为此，通过使阱层104为厚度不大于10nm的薄膜，可减少穿越阱层104时的吸收。再有，因为使阱层104薄膜化，故在阱层104的光封闭效果降低，且存在于阱层104中的光的比例变小，所以可减少在阱层104的再吸收。因此，可使在阱层104产生的光有效地向外部取出。
接下来，对有关p型InGaAlP阻挡层105进行说明。由具有掺入了p型杂质Mg、Zn的p型导电型InGaAlP材料形成的阻挡层105，厚度为1nm～20nm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E20/cm3。该阻挡层105的带状间隙具有介于阱层104和金属包层102中间的带状间隙的大小。这是为了可以使封闭在阱层104的电子和空穴及来自阱层104的光的渗出增加。如果掺入阻挡层105中的杂质多，则因杂质能级引起的光的吸收显著，所以掺入量最好不大于5E19/cm3。
接下来，对有关n型InGaAlP金属包层106进行说明。由具有掺入了n型杂质Si、Se的n型导电型InGaAlP材料形成的金属包层106，厚度为0.1μm～2μm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E21/cm3。该金属包层106具有比活性层104宽的带状间隙，具有将电流注入的电子和空穴封闭在活性层104中的特性。
接下来，对有关n型InGaAlP电流扩散层107进行说明。由具有掺入了n型杂质Si、Se的n型导电型InGaAlP材料形成的电流扩散层107，厚度为0.5μm～4μm，杂质的掺入量为1E17/cm3～1E21/cm3。该电流扩散层107具有比金属包层的带状间隙狭窄且不吸收活性层104的光的带状间隙。由于与阱层104的折射率差小，所以具有将向n型金属包层106方向放出的光从结晶表面取出的效果。如果掺入高浓度的杂质，则晶格不共格率变大、结晶性变差，所以在厚度不大于2μm时，最好杂质掺入量不大于1E21/cm3，在厚度为2μm～4μm时，最好杂质掺入量不大于1E19/cm3。
接下来，对有关n型GaAs导电层108进行说明。由具有掺入了n型杂质Si、Se的n型导电型GaAs材料形成的导电层108，厚度为1nm～100nm，杂质的掺入量为1E18/cm3～1E21/cm3。由于该导电层108是吸收来自量子阱发光层104发出的光的材料，所以厚度最好不大于数10nm，其吸收的影响小。当导电层108为InGaP材料时，由于吸收来自量子阱层104发出的光的比例小，而更为理想。
接下来，对有关p侧电极109进行说明。由含有Au和Zn的材料形成的一部分向导电层扩散，由此显示出良好的欧姆特性。为增强与粘接材料的密合性，厚度形成为1μm～数μm。
接下来，对有关n型电极110进行说明。n型电极110由含有Au、Ge的材料形成，为抑制电极迁移有时也含有Mo。由厚度为1μm到数μm的接合区和厚度为数百nm的向周边伸展的多条直线形成。在粘接了GaP衬底100的构造中，会因在压焊Au线工序中的压焊加重和超声波，而引起粘接界面产生裂纹的问题，但是当导电层108的厚度为0.1μm～0.5μm、电流扩散层107的厚度为1μm～2μm的条件下进行压焊时，可以不产生裂纹而长期工作。
(实施例2)实施例2的半导体发光芯片与实施例1(图1)的不同点，如图9所示，使衬底100的第1侧面111朝上表面变狭窄而倾斜。在该芯片中，可以提高防止发光芯片1从管脚框架2剥离的效果(参照图8)，可以提高光取出效率。与实施例1(图1)的芯片比较，来自发光层104的光输出有一点低，但是可以根据用途，与实施例1的芯片分别使用。
图9是示出本发明实施例2的半导体芯片的示意性剖视图。与实施例1(图1)相同的构成部分用相同图号表示。衬底100的第1侧面111的倾斜角度为46°。
该图9的芯片的第1侧面111通过划片工序形成。也就是说，该第1侧面111不是沿解理面解理而形成的。在如上所述通过划片工程形成的侧面111上形成有损伤区域。但是，该损伤区域通过使用盐酸系的腐蚀液可以一定程度地除去。
图9的芯片被形成为第1侧面111与第2侧面112对置，所以在第2侧面112被反射的光的一部分从第1侧面111向外部取出，可进一步提高光取出效率。
另外，图9的芯片被形成为第1侧面111向上侧变狭窄。所以如图8所示将芯片1安装在管脚框架2上时，受到树脂8图8中下侧方向的力。因此，可以提高防止发光芯片1从管脚框架2剥离的效果。
如上所述，图9的芯片与图1的芯片比较，可进一步提高防止剥离的效果和增加光取出效率的效果。但是，图9的芯片的第1侧面不是通过解理而形成的，所以，对发光层114的损伤稍微增加，来自发光层114的光稍微减少。因此，可以根据用途，分别使用图9的芯片和图1的芯片。
如上说明过的图9的芯片的第1侧面111的倾斜角度，可通过改变划片刀具的前端角度，在不小于16°、不大于60°的范围任意设定。如果倾斜角度小于16°，则难以得到上述防止剥离的效果。另外，如果倾斜角度大于60°，则从制造方法的角度看是困难的。
另外，为了提高光取出效率，上述第1侧面111的倾斜角度最好设定为第2侧面112的倾斜角度±16°。例如，当图9所示的第2侧面112的倾斜角度为30°时，第1侧面的倾斜角度若为14°或46°，则光取出效率变高。另外，为了提高上述防止剥离的效果，倾斜角度为46°较好。
(实施例3)实施例3的半导体发光芯片与实施例1(图1)的不同点，如图10所示，是第1侧面211与衬底200的几乎垂直形成这点和在衬底200的底面设置槽215这点。通过解理形成第1侧面211这点与实施例1相同。
图10所示是本发明的实施例3的半导体发光芯片的概略剖视图。另外，图11是从衬底200的底部侧看图10的芯片的图。与实施例1相同，半导体发光芯片是具有GaP衬底200和在该GaP上形成的由InGaAlP形成的发光层214的结构。发光层214的厚度为数μm，GaP衬底200为数百μm。在图10的芯片中，衬底200的倾斜角度为0°。因此，解理面第1侧面211与衬底200的底面和上表面几乎垂直。
在如上说明的图10的芯片中，第1侧面211可通过解理而形成，并且由于解理面与上表面垂直，所以可使制造工序简化。另外，由于第1侧面211可通过解理形成，所以与实施例1相同，可防止发光层214的结晶缺陷以提高光输出。
但是，在图10的芯片中，由于第1侧面211与上表面垂直，所以在将芯片1安装在管脚框架2上时(参照图8)，树脂8将第1侧面211压向管脚框架2侧的力变弱。于是，在图10的芯片中，在衬底200的底面侧设置槽215。通过如上所述来设置槽215，可扩大底面及p层电极209和粘接剂6(参照图8)的接触面积，可提高密合强度。其结果是可减少发光芯片1的剥离、维持足够的寿命。另外，p型电极209如图11所示，其底面中心和底面端部设置成线状。
另外，在图10的芯片中，在第2侧面212和第3侧面213的表面设有高度为1μm～2μm的多个凹凸。通过如上所述设置凹凸，可扩大表面积，可增加封装树脂8和半导体芯片1的粘接强度。因此，从这个观点看，也可以减少发光芯片1的剥离。
在如上说明的图10、图11的半导体芯片中，在底面设置槽215，但是在不易引起芯片1和管脚框架2剥离的环境下使用器件时，也可以不设置槽215。
另外，可根据用途，在图10、图11的半导体芯片中，使第1侧面111像实施例2(图9)那样倾斜。
(实施例4)图12所示是本发明实施例4的半导体芯片的图。与实施例3(图10)的不同点是在GaP衬底200上设置第3部分200C这点。对与实施例3(图10)相同的构成部分，用相同图号表示。
在图12的芯片中，在GaP衬底200的上表面上，设置因电流注入而放射光的发光层214。GaP衬底200具有设有上述发光层214的上表面、具有该上表面的第1部分200A、与该第1部分200A相邻形成的第2部分200B。该第2部分200B有第2侧面212，该第2侧面212朝第1部分200A扩展倾斜，以将来自上述发光层214的上述光的一部分向外部射出。另外，上述第1部分200A具有通过沿解理面解理而得到的第1侧面211。
图13是示出将图12的芯片1安装在管脚框架上而得到的半导体发光器件的图。基本的构成与图8相同，与图8相同的构成部分用相同的图号表示。
由于在图13的器件中，在发光芯片1上也设置了第2侧面212，所以可以提高光取出效率。另外，由于在发光芯片1上设置了通过解理形成的第1侧面211，所以可以减少结晶缺陷。因此，可得到光取出效率高且光输出高的器件。
另外，由于图13的器件在发光芯片1上没有设置第3侧面，所以可使制造方法简化。
原本在图13的器件中，没有设置第3侧面213，所以到第2侧面212的一部分为止，安装材料6容易扩展，可能会导致光输出减少。所以，在图13的器件中使用了如下的构造。
首先，在图13的器件中，在芯片的第2侧面212的表面上设置高度为1μm～2μm的凹凸。通过如上所述设置凹凸，可扩大表面积，加强封装树脂8和半导体芯片1的粘接强度。因此，芯片1不易从管脚框架2上剥离。其结果是使减少安装材料6的量成为可能。这样一来，可以防止安装材料6向第2侧面212扩展。另外，由于设置凹凸来扩大表面积，所以在安装材料6过多的情况下，也能使安装材料6不易向图中的上侧扩展。由此，可以防止安装材料6向第2侧面212扩展。
然后，在图13的器件中，在底部设置如图12所示的槽215。通过如上所述设置槽215，可扩大底面及p侧电极209和安装剂6的接触面积，可提高密合强度。其结果是使减少安装材料6的量成为可能，可以防止安装材料6向第2侧面212扩展。
图13的器件如上所述，制造方法简单，且可防止光输出低。
在如上说明的图12、图13的半导体芯片中，在底面设置了槽215，但在不易引起芯片1和管脚框架2剥离的环境下使用器件时，也可以不设置槽215。
(实施例5)实施例5的半导体发光芯片与实施例4(图12)的不同点，如图14所示，是第1侧面211向上面变狭窄地倾斜这点。第1侧面211的倾斜角度与实施例2(图9)一样都是46°。与实施例4(图12)相同的构成部分用相同的图号表示。
另外，图15所示是将图14的芯片1安装在管脚框架上而得到的半导体发光器件。基本的构成与图13相同。与图13的器件相同的构成部分用相同的图号表示。
在图15的器件中，由于第1侧面211向上面变狭窄地倾斜，所以与在实施例2中说明过的一样，与图13的器件比较，可以提高防止发光芯片1从管脚框架2剥离的效果，以及提高光取出效率的效果。与实施例4的器件(图13)比较，虽然来自发光层214的光输出稍微低，但可根据用途，与实施例4的器件区别使用。
在如上说明过的图15的器件中，第2侧面211向上表面变狭窄地倾斜而提高防止剥离的效果，但即使不设置第2侧面112的凹凸和底面的槽215，也可减少发光芯片1的剥离、维持足够的寿命。
本发明还具有其他优点并可进行改动，所以，本发明并不仅限上述实施例，属于本发明宗旨和范围内的改变也当然属于本发明的范畴。
权利要求
1.一种半导体发光芯片，其特征在于，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面。
2.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底是GaP。
3.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述发光层含有InGaAlP。
4.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底的上述第2侧面与垂直于上述上表面的方向的角度不小于20°、不大于40°。
5.如权利要求2记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底从(100)面向
方向的倾斜不小于5°、不大于30°。
6.如权利要求2记载的半导体发光芯片，其特征在于在上述第2侧面和上述第3侧面的表面上，形成多个高度不低于1μm、不高于2μm的凹凸。
7.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于在上述衬底的上述底面形成槽。
8.一种半导体发光芯片，其特征在于，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄从而与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜。
9.如权利要求8记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底是GaP。
10.如权利要求8记载的半导体发光芯片，其特征在于上述发光层含有InGaAlP。
11.如权利要求8记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底的上述第2侧面与垂直于上述上表面的方向的角度不小于20°、不大于40°。
12.如权利要求9记载的半导体发光芯片，其特征在于在上述第2侧面和上述第3侧面的表面上，形成多个高度不低于1μm、不高于2μm的凹凸。
13.一种半导体发光器件，其特征在于，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面，上述第2侧面朝上述上表面扩展从而将来自上述发光层的光向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面；管脚框架；及安装材料，其具有导电性，将上述半导体发光芯片的上述衬底的上述底面安装在上述管脚框架上。
14.如权利要求13记载的半导体发光器件，其特征在于上述半导体发光芯片的上述衬底由GaP形成，在上述衬底的上述第2侧面上，形成多个高度不低于1μm、不高于2μm的凹凸。
15.如权利要求14记载的半导体发光器件，其特征在于在上述衬底的上述底面形成槽。
16.一种半导体发光器件，其特征在于，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的光向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄，从而以与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜；管脚框架；及安装材料，其具有导电性，将上述半导体发光芯片的上述衬底的上述底面安装在上述管脚框架上。
17.如权利要求16记载的半导体发光器件，其特征在于上述半导体发光芯片的上述衬底由GaP形成，在上述衬底的上述第2侧面上，形成多个高度不低于1μm、不高于2μm的凹凸。
18.如权利要求17记载的半导体发光器件，其特征在于在上述衬底的上述底面形成槽。
全文摘要
本发明提供一种光取出效率高且良品率高、寿命长的半导体发光芯片及半导体发光器件。一种半导体发光芯片，其特征在于，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面。
文档编号H01L33/38GK1445869SQ0311998
公开日2003年10月1日 申请日期2003年3月14日 优先权日2002年3月14日
发明者新田康一, 中村隆文, 紺野邦明, 赤池康彦, 远藤佳纪, 近藤且章 申请人:株式会社东芝