专利名称：半导体发光元件及其制造方法和安装方法、发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体发光元件及其制造方法和安装方法、以及通过将这种半导体发光元件安装在电路板上而形成的一种发光器件。
背景技术：
近年来，在电路板上安装多个半导体发光元件(典型地，以发光二极管为代表(下文中称作“LED”))的裸芯片以制造照明和显示装置等的技术已得到广泛应用。对于在电路板上安装LED裸芯片(下文中称作“LED芯片”)的安装技术，一般采用如专利文献1和专利文献2中描述的使用隆起焊盘(bump)的倒装芯片接合。
图16是示意性地示出了在电路板上安装具有典型常规结构的LED芯片的状态的横截面图。图17是常规LED芯片的仰视图。图16是示意性地示出了沿图17的线C-C得到的横截面的图。
LED芯片101具有透光衬底111(下文中称作“元件衬底”)；n型半导体层112，形成在元件衬底111上以覆盖元件衬底111；p型半导体层113，形成以覆盖除n型半导体层112的角上的n电极(见图17)区112a以外的n型半导体层上的区域111a；n电极114，形成在n型半导体层112上的n电极区112a上；以及p电极115，形成在p型半导体层113上。
通过利用超声波将n电极114和p电极115分别与形成在电路板140上的电极141上的多个隆起焊盘142连接，以将LED芯片101与电路板140电连接。当电流流经n型半导体层112与p型半导体层113之间的pn结123时，如上与电路板140电连接的LED芯片101可以发光。
专利文献1日本未审专利公开No.11-161197
专利文献2日本未审专利公开No.11-354836发明内容本发明要解决的问题常规上，通常使用呈正方形且每一侧尺寸为0.3mm的LED芯片，近年来，由于该LED芯片具有低功耗和水银少的结构，所以其应用得到了扩展，从而已广泛地开发了大尺寸LED芯片(例如，呈正方形且每一侧尺寸为1mm或更大)，这种LED芯片能够实现高效的高功率输出，适合应用于中型/大型液晶背光、特殊照明装置和车头灯。然而，在上述使用倒装芯片接合的常规安装技术中，当LED芯片的尺寸在正方形的每一侧超过0.5mm时，必需在p电极上形成多个隆起焊盘，以允许LED芯片均匀发光。由于在安装时的位置偏移，接合的合格率降低、短路和连接失灵的可能性更高，所以在p电极上形成多个隆起焊盘是不希望的。
另一方面，在安装电子部件的领域中，对于大尺寸的电子部件，一般通过使用焊料和银膏等导电焊接材料以低成本进行在电路板上的安装工艺。然而，在常规LED芯片101的情况下，因为如上所述通过pn结123执行发光，所以需要使n型半导体层112与n电极114之间的结面尽量小，而需要使n型半导体层112与p型半导体层113之间与发光区域相对应的结面更大，以增大发光区域。为此，即使将LED芯片101制造得更大，n电极114上的区域也不必制造得更大。
因此，当安装常规LED芯片101时，因为n电极114上的区域较小，所以难以使用焊料和各向异性导电树脂(例如，在焊料的情况下，接合面积为0.04mm2或更大，宽度为0.1mm或更大；在各向异性导电树脂的情况下，接合面积为0.08mm2或更大，宽度为0.20mm或更大)等大接合面积所需的导电焊接材料，从而不可避免地要通过上述使用隆起焊盘的倒装芯片接合来执行安装工艺。此外，因为必须在将隆起焊盘放置在这样小的n电极上之后执行安装工艺，所以要求高安装精度。由此生产效率降低，引起生产率的下降。
为了克服上述问题，设计了本发明，其主要目的是提供一种半导体发光元件及其制造方法和安装方法、以及在其中所述半导体发光元件安装在电路板上的发光器件，其中，可以通过使用以焊料为典型代表的导电焊接材料以低成本将所述半导体发光元件安装在电路板上。
解决问题的手段为了实现上述目的，本发明具有以下组成部分。
根据本发明的第一方案，提供了一种半导体发光元件，包括透光元件衬底；n型半导体层，形成在元件衬底上以覆盖元件衬底；p型半导体层，形成以覆盖除n型半导体层上用于n电极的区域之外的n型半导体层上的区域，并用于与n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；第一p电极，是形成在p型半导体层上的薄膜；第一绝缘层，形成以将第一n电极与第一p电极彼此绝缘；第二n电极，在第一n电极和第一绝缘层上形成为薄膜，具有比n型半导体层与第一n电极之间的接合面大的面积，从而第二n电极与第一n电极电连接，第一绝缘层将第二n电极与第一p电极绝缘；以及第二p电极，形成为薄膜，具有比n型半导体层与p型半导体层之间的接合面小的面积，第二p电极与第一p电极电连接。
根据本发明的第二方案，提供了一种半导体发光元件，包括透光元件衬底；n型半导体层，形成在元件衬底上以覆盖元件衬底；p型半导体层，形成以覆盖除n型半导体层上用于n电极的区域之外的n型半导体层上的区域，并用于与n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；第一p电极，是形成在p型半导体层上的薄膜；第一绝缘层，其中形成有至少一个用于n电极的开口和至少一个用于p电极的开口，除了用于n电极的开口和用于p电极的开口之外，所述第一绝缘层覆盖第一n电极和第一p电极，以将第一n电极与第一p电极彼此绝缘；第二n电极，在第一绝缘层上形成为薄膜，具有比n型半导体层与第一n电极之间的接合面大的面积，通过第一绝缘层中用于n电极的开口将第二n电极与第一n电极电连接；第二p电极，在第一绝缘层上形成为薄膜，具有比n型半导体层与p型半导体层之间的接合面小的面积，通过第一绝缘层中用于p电极的开口将第二p电极与第一p电极电连接。
根据本发明的第三方案，提供了如第二方案中限定的半导体发光元件，还包括导电层，形成在p型半导体层上的第一绝缘层上，以具有比n型半导体层与p型半导体层之间的接合面的面积小并且比第二p电极的面积大的面积，通过第一绝缘层中用于p电极的开口将导电层与第一p电极电连接；以及第二绝缘层，形成在导电层与第二n电极之间，以将导电层与第二n电极彼此绝缘，其中第二p电极在导电层上形成薄膜，具有比p型半导体层与第一p电极之间的接合面大的面积，通过导电层将第二p电极与第一p电极电连接。
根据本发明的第四方案，提供了如第二或第三方案中限定的半导体发光元件，其中形成第一绝缘层中用于p电极的多个开口，以实质上均匀地分散。
根据本发明的第五方案，提供了如第一到第三方案中任一方案限定的半导体发光元件，其中第二n电极和第二p电极具有实质上相同的尺寸。
根据本发明的第六方案，提供了如第一到第三方案中任一方案限定的半导体发光元件，其中导电焊接材料层是从包括焊料、银膏和各向异性导电树脂的组中选择的任何一种。
根据本发明的第七方案，提供了一种发光器件，包括根据第一方案的半导体发光元件；电路板，具有多个电极；以及导电焊接材料层，将第二n电极和第二p电极电连接并固定到电路板上的电极。
根据本发明的第八方案，提供了如第七方案限定的发光器件，其中导电焊接材料层是从包括焊料、银膏和各向异性导电树脂的组中选择的任何一种。
根据本发明的第九方案，提供了一种制造半导体发光元件的方法，包括准备发光元件裸片，所述发光元件裸片包括n型半导体层，形成在透光元件衬底上以覆盖元件衬底；p型半导体层，形成在除n型半导体层上用于n电极的区域之外的n型半导体层上的区域上，并用于与n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；以及第一p电极，是形成在p型半导体层上的薄膜；形成第一绝缘层，以将第一n电极与第一p电极彼此绝缘；在第一n电极和第一绝缘层上将第二n电极形成为薄膜，具有比n型半导体层与第一n电极之间的接合面大的面积，以将第二n电极与第一n电极电连接，并通过第一绝缘层将第二n电极与第一p电极绝缘；以及在第一p电极上将第二p电极形成为薄膜，具有比n型半导体层与p型半导体层之间的接合面小的面积，以将第二p电极与第一p电极电连接。
根据本发明的第十方案，提供了一种制造半导体发光元件的方法，包括准备发光元件裸片，所述发光元件裸片包括n型半导体层，形成在透光元件衬底上以覆盖元件衬底；p型半导体层，形成在除n型半导体层上用于n电极的区域之外的n型半导体层上的区域上，并用于与n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；以及第一p电极，是形成在p型半导体层上的薄膜；形成具有至少一个用于n电极的开口和至少一个用于p电极的开口的第一绝缘层，以覆盖第一n电极和第一p电极；在第一绝缘层上将第二n电极形成为具有比n型半导体层与第一n电极之间的接合面大的面积的薄膜，以通过第一绝缘层中用于n电极的开口将第二n电极与第一n电极电连接；以及在第一绝缘层上将第二p电极形成为具有比n型半导体层与p型半导体层之间的接合面小的面积的薄膜，以通过第一绝缘层中用于p电极的开口将第二p电极与第一p电极电连接。
根据本发明的第十一方案，提供了如第十方案中限定的制造半导体发光元件的方法，其中通过溅射形成第一绝缘层。
根据本发明的第十二方案，提供了如第九到第十一方案中任一方案限定的制造半导体发光元件的方法，其中通过溅射或电镀(plating)形成第二n电极和第二p电极。
根据本发明的第十三方案，提供了一种制造半导体发光元件的方法，包括在根据第一方案的半导体发光元件的第二n电极和第二p电极与电路板上的多个电极之间放置焊料，并对其执行重熔处理，从而通过焊料将半导体发光元件安装在电路板上。
本发明的有益效果根据本发明的半导体发光元件及其制造方法和安装方法，因为要与电路板的电极接合的第二n电极的面积大于第一n电极，并且第二p电极的面积小于第一p电极，所以可以通过使用焊料等导电焊接材料以低成本执行安装工艺。
此外，根据本发明的发光器件，因为可以通过使用焊料等导电焊接材料以低成本将半导体发光元件安装在电路板上，所以可以实现高生产率、高接合质量和高成品率。
本发明的这些和其他方案和特征将从以下参考附图并结合优选实施方式的描述中更加明显，附图中图1是示出了具有根据本发明第一实施方式的LED芯片的发光器件的横截面图；图2是根据本发明第一实施方式的LED芯片的仰视图；图3是根据本发明第一实施方式的裸芯片的横截面图；图4是示出了具有根据本发明第一实施方式的另一LED芯片的发光器件的横截面图；图5是示出了LED芯片的制造方法和安装方法的流程图；图6是用于解释根据发明第一实施方式的LED芯片的制造方法的横截面图；图7是用于解释根据发明第一实施方式的LED芯片的制造方法的横截面图；图8是示出了使用多个根据发明第一实施方式的LED芯片的LED光源的图；图9是具有根据本发明第二实施方式的LED芯片的发光器件的横截面图；图10是根据本发明第二实施方式的LED芯片的仰视图；图11是示出了本发明第二实施方式、已从其分离了电极的LED芯片的仰视图；图12是示出了本发明第二实施方式的LED芯片的制造方法的流程图；图13是具有根据本发明第二实施方式的另一LED芯片的发光器件的横截面图；图14是示出了本发明第二实施方式的另一LED芯片的制造方法的流程图；图15是具有根据本发明另一实施方式的LED芯片的发光器件的横截面图；图16是示出了具有常规LED芯片的发光器件的横截面图；以及图17是常规LED芯片的仰视图。
具体实施例方式
在对本发明进行描述之前，要注意在全部附图中，类似的参考数字表示类似部件。
以下描述将参照附图，详细论述根据本发明的实施方式。
《第一实施方式》图1是示出了发光器件的纵向横截面图，其中，作为根据本发明第一实施方式的半导体发光元件的一个实施例的LED芯片1通过焊料31安装在电路板40上，焊料31是导电焊接材料层的一个实施例，图2是LED芯片1的仰视图。图1示意性地示出了沿图2中线A-A得到的横截面。这里，在图1的横截面中，为了方便解释，以放大方式指示出其中一个部分。以下解释沿图中向下方向层叠各个层和各个电极的方式进行。
图1中，LED芯片1具有裸芯片10(见图3)，裸芯片10包括元件衬底11；n型半导体层12，形成在元件衬底11上以覆盖元件衬底11；p型半导体层13，形成在除用于n电极的角区域12a之外的n型半导体层12上用于p型半导体层的区域12b上；第一n电极14，形成在用于n电极的区域12a上；以及第一p电极15，形成在p型半导体层13上。
此外，LED芯片1具有第一绝缘层16，形成以覆盖第一n电极14和第一p电极15，并将第一n电极14和第一p电极15彼此绝缘；第二n电极17，形成在第一绝缘层16上(即，图1中LED芯片1的最低侧)，并穿透第一绝缘层16以与第一n电极14电连接；以及第二p电极18，与第一p电极15电连接。
元件衬底11是实质上呈规则正方形的透光衬底，例如由蓝宝石制成。n型半导体层12形成为覆盖元件衬底11的下表面11a(图1中)的整个表面。p型半导体层13形成为覆盖n型半导体层12中用于p型半导体层的区域12b。通过溅射、电镀等，由厚度在例如0.1μm到0.3μm的范围内的薄膜形成第一n电极14，以实质上覆盖用于n电极的区域12a的整个表面。如图2所示，将用于n电极的区域12a准备为比用于p型半导体层的区域12b小足够多的区域(例如，用于p型半导体层的区域的10％)，以允许形成发光面的pn结23上的区域变得足够大。通过溅射、电镀等，由厚度在例如0.1μm到0.3μm的范围内的薄膜形成第一p电极15，以实质上覆盖p型半导体层13的整个表面。基于元件衬底11的下表面11a，将第一n电极14的下表面14a和第一p电极15的下表面15a形成为实质上设置在相同高度上。
为了防止漏电和静电击穿，形成第一绝缘层16，以覆盖包括第一n电极14和第一p电极15之间的间隙、第一n电极14的下表面14a和第一p电极15的下表面15a在内的实质上整个表面。这里，因为以这种方式形成第一绝缘层16，所以防止了稍后将描述的第二n电极17与第一p电极15相连。换言之，稍后将描述的第二n电极17与第一p电极15绝缘。第一绝缘层16由硅的氧化膜、氮化膜等形成，厚度在例如0.1μm到1.0μm的范围内。用于n电极的开口16a和用于p电极的多个开口16b分别形成在第一绝缘层16上。
通过溅射、电镀等，由厚度在例如0.1μm到0.3μm的范围内的薄膜在第一绝缘层16上分别形成第二n电极17和第二p电极18中的每一个。如图2所示，将第二n电极17和第二p电极18设计为形成具有实质上相同尺寸的等腰三角形，并放置成通过元件衬底11的对角线而彼此面对。换言之，允许第二n电极17的下表面17a具有比n型半导体层12与第一n电极14的接合面大的面积，因此，将第二p电极18的下表面18a形成比n型半导体层12与p型半导体层之间的接合面小的面积。换言之，在LED芯片1中，用形成为实质上相同尺寸的第二n电极17和第二p电极18分别取代第一n电极14和第二p电极15。此外，通过第一绝缘层16中用于n电极的开口16a，将第二n电极17与第一n电极14电连接，并通过用于p电极的多个开口16b将第二p电极18与第一p电极15电连接。在这种情况下，基于元件衬底11，将第二n电极17的下表面17a和第二p电极18的下表面18a形成为实质上设置在相同高度上。这里，在LED芯片1的每个层和每个界面上，可以按需形成极其薄的另一层或膜，以加强电极和表面之间的接合，并加强绝缘性。
根据第一实施方式的LED芯片1是如上所述配置的。
在如上所述构造的LED芯片1中，如图1所示，通过作为导电焊接材料层的一个实施例的焊料31，将第二n电极17和第二p电极18电连接并固定到电路板40上的电极41上。由此完成了具有根据第一实施方式的LED芯片1的发光器件。
这里，根据诸如焊料31和各向异性导电树脂等用于接合工艺的导电焊接材料层，将第二n电极17和第二p电极18的尺寸(面积)确定为可以安装在电路板40上的尺寸。例如，在将焊料31用作导电焊接材料的情况下，基于宽度为0.1mm或更大、面积为0.04mm2或更大的水平，分别准备第二n电极17和第二p电极18的尺寸。此外，如图4所示，在将各向异性导电树脂32用作导电焊接材料的情况下，基于宽度为0.20mm或更大、面积为0.08mm2或更大的水平，分别准备第二n电极17和第二p电极18的尺寸，并且将各向异性导电树脂32中与金属颗粒接触以允许电流流动的区域设置为上述面积的5％或更多。
在具有根据第一实施方式的LED芯片1的发光器件中，通过电路板40在第二n电极17和第二p电极18之间施加电流，从而在n型半导体层12与p型半导体层13之间发光。由此发出的光通过元件衬底11，沿图1中向上和侧向的方向发射。
对于第一绝缘层16上形成的用于p电极的开口16b，因为在n型半导体层12与p型半导体层13之间的中间层中的电流密度分布影响发光强度，所以多个开口16b优选地形成为实质上均匀地分散。采用这种配置，改善了发光强度分布的均匀性，并有效地提高了LED芯片1的亮度。
这里，在第一实施方式的LED芯片1中，将第二n电极17和第二p电极18设计为形成具有实质上相同尺寸的等腰三角形，并放置成通过元件衬底11的对角线而彼此面对，然而本发明并不限于这种结构。可以将第二n电极17和第二p电极18至少设计为具有实质上相同的尺寸，并放置成通过经由LED芯片1的中心的线而彼此面对，例如，第二n电极17和第二p电极18可以呈矩形。
这里，可以将第二n电极17和第二p电极18设计为具有不同尺寸(面积)；然而，具有实质上相同尺寸的形成方式引起如下问题的可能性较小当安装到电路板40上时，LED芯片1倾斜；以及曼哈顿现象的发生。此外，在使用诸如焊料31等要求较宽接合面积的导电焊接材料的情况下，因为不要求较高的安装精度，所以具有实质上相同尺寸的形成方式优于使第二n电极17和第二p电极18具有不同尺寸(使其中之一形成为较小尺寸)的配置。此外，因为不要求高安装精度，所以可以提高生产效率，从而提供生产率。这里，一个常规LED芯片的安装时间是大约1.0秒，而一个第一实施方式的LED芯片1的安装时间是0.1秒或更少；因此，可以确认生产率提高了大约10倍或更多。
参考图5到7，以下描述将论述LED芯片1的制造方法和安装方法。图5是示出了LED芯片1的制造方法和安装方法的流程图。图6和图7是示出了LED芯片1的制造工艺的横截面图。在图6和图7中，点划线X指示由随后的切片(dicing)工艺切割的位置。
首先，在以与常规LED芯片相同的方式执行的制造工艺之中，形成如图6所示的裸芯片10的接合体(步骤S11)。
更具体地，在裸芯片10的接合体的制造方法中，首先形成n型半导体层12，以覆盖由蓝宝石等形成的板状发光元件衬底11的接合体的下表面11a的整个表面。接着，在除n型半导体层12中用于n电极的区域12a之外的n型半导体层12中用于p型半导体层的区域12b上形成p型半导体层13。接着，在通过溅射，按需在用于n电极的区域12a上形成一些薄膜(加强电极与表面之间的接合的薄膜等)之后，再通过溅射在用于n电极的区域12a上形成用作金属薄膜的第一n电极14，并按需在p型半导体层13上形成一些薄膜之后，再在其上形成用作金属薄膜的第一p电极15。
在如上准备了裸芯片10的接合体之后，接着通过溅射形成第一绝缘层16，以实质上覆盖第一n电极14和第一p电极15的整个表面(步骤S12)。接着，涂覆抗蚀剂，然后将其曝光并显影，从而如图7所示在第一绝缘层16中形成与第一n电极14连通的用于n电极的开口16a和与第一p电极15连通的用于p电极的开口16b(步骤S13)。
接着，在通过溅射在第一绝缘层16上形成金、铜等金属薄膜之后，如果需要，则预形成钛、铬等薄膜，以加强电极的粘合。接着，通过光刻法等分形成在第一绝缘层16上的金属薄膜，从而在第一绝缘层16上形成第二n电极17，并在其上也形成第二p电极18(步骤S14)，其中第二n电极17是面积比n型半导体层12与第一n电极14之间的接合面大的薄膜，而第二p电极18是面积比n型半导体层12与p型半导体层13之间的接合面小的薄膜。采用这种配置，完成了LED芯片1的接合体。这里，可以通过溅射(以及蚀刻等其他附加工艺)在制造裸芯片10的随后步骤中容易地形成第二n电极17和第二p电极18。此外，因为第一绝缘层16是极其薄的层，所以当将第二n电极17和第二p电极18简单地放置在第一绝缘层16上时，第二n电极17和第二p电极18分别通过用于n电极的开口16a和用于p电极的开口16b与第一n电极14和第一p电极15电连接。
接着，在图6和7所示的点划线X-X的位置，通过切片方式将如上所述制造的LED芯片1的接合体逐个切割成每个LED芯片1(步骤S15)。由此，LED芯片1的制造工艺结束。这里，已解释了在LED芯片1的制造工艺中，通过溅射形成第二n电极17和第二p电极18；然而，可以通过电镀(以及附加工艺)形成这些电极。
接着，将LED芯片1附着到通过印制或电镀在电路板40上的电极41上形成的膏状焊料或电镀焊料上，并对其进行重熔处理。由此，如图1所示，通过焊料31将第二n电极17和第二p电极18电连接并固定到电路板40上的电极41上(步骤S16)。如上所述，将LED芯片1安装在电路板40上。
根据第一实施方式，因为将第二n电极17和第二p电极18设置成覆盖大约LED芯片1的一半的尺寸，所以不必达到在使用隆起焊盘的倒装接合情况下所要求的高安装精度，并可以使用诸如焊料、银膏和各向异性导电树脂等导电焊接材料层以低成本容易地执行安装工艺。因此，其中安装有LED芯片1的发光器件可以实现高接合质量、高成品率和高生产率。
此外，当允许LED芯片发光时，产生的热达到大约80℃，在通过上述倒装芯片接合的常规安装技术中，因为LED芯片与电路板之间的接触区域较小(只有隆起焊盘)，引发的问题在于无法充分释放LED芯片的热。然而，根据第一实施方式，因为通过将要与n型半导体层12相连的第一n电极14与第二n电极17相连，扩大了LED芯片1与电路板40之间的接合面积，所以与电路板40的接合强度增大，并改善了散热属性。此外，因为第一n电极14和第一p电极15被第一绝缘层16覆盖，所以可以防止漏电和静电击穿。
此外，根据本发明第一实施方式，特别是当以高密度将多个LED芯片1安装在电路板40上时，可以批量地固定大尺寸的LED芯片1(例如，1mm或更大)，从而可以进一步削减生产成本。例如，当向如上所述以高密度(以栅格形或错列形)安装多个大尺寸LED芯片1的电路板40上附着与各个LED芯片1相对应的具有微透镜451的透镜阵列45、与各个LED芯片1相对应的荧光体46和反射板47时，得到的器件可以用作照明的LED光源2，例如中型/大型液晶背光、特殊照明装置和车头灯。
《第二实施例》图9是示出了发光器件的纵向横截面的图，其中通过作为导电焊接材料层的一个实施例的焊料31，在电路板40上安装有根据本发明第二实施方式的LED芯片1a。图10是LED芯片1a的仰视图，图11是在形成第二n电极17和第二p电极18之前的状态中的仰视图。图9是示意性地示出了图10和图11中线B-B的位置处的横截面的图。这里，在图9的横截面图中，为了方便解释，以放大方式指示出其中一部分。此外，图11中带斜线的部分并不指示横截线，而是为了帮助理解导电层14(带细斜线的部分)和第二绝缘层(带粗斜线的部分)的区域。
第二实施方式的LED芯片1a与第一实施方式的LED芯片1的不同之处在于，进一步形成有导电层19和第二绝缘层20。因为其他要点均相同，所以将省略与相同数字所指示的组件有关的重复解释。
如图9和11所示，导电层19(图11中带细斜线的部分)形成在p型半导体层13之上的第一绝缘层16上，其面积比n型半导体层12与p型半导体层13之间的接合面小，而比第二p电极18上的面积大，导电层19通过第一绝缘层16中用于p电极的多个开口16b与第一p电极15电连接。导电层19是厚度在例如0.1μm到0.3μm的范围内的薄膜，并通过溅射和电镀形成。
第二绝缘层20(图11中带粗斜线的部分)形成在第二n电极与导电层16之间，以将第二n电极17与导电层16彼此绝缘。换言之，第二绝缘层20形成在第一绝缘层16和第一n电极14侧的区域19a上，以覆盖导电层19在第一n电极14侧而不是在第二p电极18上的区域19a。通过溅射、电镀等，由厚度在例如0.1μm到1.0μm的范围内的薄膜形成第二绝缘层20。第二p电极18形成在导电层19中未被第二绝缘层20覆盖的区域19b上，以通过导电层19和第一绝缘层16中用于p电极的开口16b与第一p电极15电连接。
根据第二实施方式的LED芯片1a，如图9到11所示，即使当第一绝缘层16中用于p电极的开口16b形成在从LED芯片1a的底侧看来与第二n电极17重叠的位置上时，第一p电极15和第二p电极18也可以通过用于p电极的开口16b和导电层19，在许多部分处彼此电连接。因此，相比于第一实施方式的LED芯片1，多个用于p电极的开口16b以更加分散的方式形成，以便可以向整个第一p电极15充分地提供电流，从而可以进一步改善LED芯片1a的发光均匀性。此外，因为无需使第二n电极17上的面积更小，所以可以使用焊料等要求较宽接合面积的导电焊接材料。
这里，在制造LED芯片1a时，如图12所示，可以在图5的步骤S13和S14之间添加如下步骤当通过溅射等在第一绝缘层16上形成导电层17(步骤S21)之后，形成第二绝缘层20(步骤S22)以覆盖导电层19的第一n电极14侧的区域19a。
这里，在第二实施方式中，导电层19和第二n电极18形成为彼此分离的；然而，它们可以形成为一体的。
此外，在从元件衬底11到第二n电极17的下表面17a的高度与从元件衬底11到第二p电极18的下表面18a的高度无需彼此相等的情况下，即，例如，在如图13所示，可以在调整LED芯片1b的朝向时执行安装工艺的情况下，可以设置为通过焊料31，在未被导电层19的第二绝缘层20覆盖的区域19b上直接执行接合工艺。
如图14所示，当制造具有上述结构的LED芯片1b时，取代图5的步骤S14，可以添加如下步骤当通过溅射等在第一绝缘层16上形成导电层19(步骤S31)之后，通过溅射等在第一n电极14侧形成第二绝缘层20(步骤S32)以覆盖导电层19的区域19a，通过溅射、电镀等在第一n电极14侧形成第二n电极17(步骤S33)以覆盖第一绝缘层16中覆盖第一n电极14的区域16c和第二绝缘层20的区域20a。
以上解释了本发明的第一和第二实施方式；然而，本发明不限于第一和第二实施方式，而可以采用多种方式修改。
例如，在附图中，将要形成在第一绝缘层16上的用于n电极的开口16a和用于p电极的开口16b设计成圆形；然而，可以使用具有切口(cut-out)形状(即，与第一绝缘层16的边缘相连)的开口。
此外，第一绝缘层16形成为覆盖第一n电极14和第一p电极15，形成用于n电极的开口16a和用于p电极的开口16b以便第一n电极14与第二n电极17、以及第一p电极15与第二p电极18彼此电连接；然而，本发明不限于这种结构。例如，如图15所示，只需形成第一绝缘层16来将第一n电极14、第一p电极15和第二n电极17彼此绝缘，并且第二p电极18的上表面18b可以与第一p电极15的整个下表面15a相连。在这种情况下，不必在第一绝缘层16中形成用于n电极的开口16a和用于p电极的开口16b。
通过适当组合上述多种实施方式中的任意实施方式，可以实现每个实施方式所拥有的效果。
虽然参考附图并结合优选实施方式完整地描述了本发明，但是应该注意，多种改变和修改对于本领域的技术人员是显而易见的。在不背离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下，这些改变和修改也应该理解为包括在本发明的范围内。
2005年4月14日提交的日本专利申请No.2004-279049的全部公开(包括说明书、附图和权利要求)一并在此，作为参考。
工业应用性一种半导体发光元件及其制造方法和安装方法、以及在其中所述半导体发光元件安装在电路板上的发光器件，其中，可以通过使用焊料等导电焊接材料以低成本将所述半导体发光元件安装在电路板上，实现高生产率、高接合质量和高成品率等特征，从而可以将其有效用于特别是中型/大型液晶背光、特殊照明装置和车头灯等装置。
权利要求
1.一种半导体发光元件，包括透光元件衬底；n型半导体层，形成在所述元件衬底上以覆盖所述元件衬底；p型半导体层，形成以覆盖除所述n型半导体层上用于n电极的区域之外的所述n型半导体层上的区域，并用于与n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在所述n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；第一p电极，是形成在所述p型半导体层上的薄膜；第一绝缘层，形成以将所述第一n电极与所述第一p电极彼此绝缘；第二n电极，在所述第一n电极和所述第一绝缘层上形成为具有比所述n型半导体层与所述第一n电极之间的接合面大的面积的薄膜，以将所述第二n电极与所述第一n电极电连接，所述第一绝缘层将所述第二n电极与所述第一p电极绝缘；以及第二p电极，形成为具有比所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的接合面小的面积的薄膜，所述第二p电极与所述第一p电极电连接。
2.一种半导体发光元件，包括透光元件衬底；n型半导体层，形成在所述元件衬底上以覆盖所述元件衬底；p型半导体层，形成以覆盖除所述n型半导体层上用于n电极的区域之外的所述n型半导体层上的区域，并用于与所述n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在所述n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；第一p电极，是形成在所述p型半导体层上的薄膜；第一绝缘层，其中形成有至少一个用于n电极的开口和至少一个用于p电极的开口，除了用于n电极的开口和用于p电极的开口之外，所述第一绝缘层覆盖所述第一n电极和所述第一p电极，以将所述第一n电极与所述第一p电极彼此绝缘；第二n电极，在所述第一绝缘层上形成为具有比所述n型半导体层与所述第一n电极之间的接合面大的面积的薄膜，通过所述第一绝缘层中用于n电极的开口将所述第二n电极与所述第一n电极电连接；以及第二p电极，在所述第一绝缘层上形成为具有比所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的接合面小的面积的薄膜，通过所述第一绝缘层中用于p电极的开口将所述第二p电极与所述第一p电极电连接。
3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，还包括导电层，形成在所述p型半导体层上的所述第一绝缘层上，以具有比所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的接合面的面积小并且比所述第二p电极的面积大的面积，通过所述第一绝缘层中用于p电极的开口将所述导电层与所述第一p电极电连接；以及第二绝缘层，形成在所述导电层与所述第二n电极之间，以将所述导电层与所述第二n电极彼此绝缘，其中所述第二p电极在所述导电层上形成为具有比所述p型半导体层与所述第一p电极之间的接合面大的面积的薄膜，通过所述导电层将所述第二p电极与所述第一p电极电连接。
4.根据权利要求2或3所述的半导体发光元件，其中所述第一绝缘层中用于p电极的多个开口形成为实质上均匀地分散。
5.根据权利要求1到3之一所述的半导体发光元件，其中所述第二n电极和所述第二p电极具有实质上相同的尺寸。
6.根据权利要求1到3之一所述的半导体发光元件，其中导电焊接材料层是从包括焊料、银膏和各向异性导电树脂的组中选择的任何一种。
7.一种发光器件，包括根据权利要求1所述的半导体发光元件；电路板，具有多个电极；以及导电焊接材料层，将所述第二n电极和所述第二p电极电连接并固定到所述电路板上的电极上。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中所述导电焊接材料层是从包括焊料、银膏和各向异性导电树脂的组中选择的任何一种。
9.一种制造半导体发光元件的方法，包括准备发光元件裸片，所述发光元件裸片包括n型半导体层，形成在透光元件衬底上以覆盖所述元件衬底；p型半导体层，形成在除所述n型半导体层上用于n电极的区域之外的所述n型半导体层上的区域上，并用于与所述n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在所述n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；以及第一p电极，是形成在所述p型半导体层上的薄膜；形成第一绝缘层，以将所述第一n电极与所述第一p电极彼此绝缘；在所述第一n电极和所述第一绝缘层上将第二n电极形成为具有比所述n型半导体层与所述第一n电极之间的接合面大的面积的薄膜，以将所述第二n电极与所述第一n电极电连接，并通过第一绝缘层将所述第二n电极与所述第一p电极绝缘；以及在所述第一p电极上将第二p电极形成为具有比所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的接合面小的面积的薄膜，以将所述第二p电极与所述第一p电极电连接。
10.一种制造半导体发光元件的方法，包括准备发光元件裸片，所述发光元件裸片包括n型半导体层，形成在透光元件衬底上以覆盖所述元件衬底；p型半导体层，形成在除所述n型半导体层上用于n电极的区域之外的所述n型半导体层上的区域上，并用于与所述n型半导体层协同发光；第一n电极，是形成在所述n型半导体层的用于n电极的区域上的薄膜；以及第一p电极，是形成在所述p型半导体层上的薄膜；形成具有至少一个用于n电极的开口和至少一个用于p电极的开口的第一绝缘层，以覆盖所述第一n电极和所述第一p电极；在所述第一绝缘层上将第二n电极形成为具有比所述n型半导体层与所述第一n电极之间的接合面大的面积的薄膜，以通过所述第一绝缘层中用于n电极的开口将所述第二n电极与所述第一n电极电连接；以及在所述第一绝缘层上将第二p电极形成为具有比所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的接合面小的面积的薄膜，以通过所述第一绝缘层中用于p电极的开口将所述第二p电极与所述第一p电极电连接。
11.根据权利要求10所述的制造半导体发光元件的方法，其中通过溅射形成所述第一绝缘层。
12.根据权利要求9到11之一所述的制造半导体发光元件的方法，其中通过溅射或电镀形成所述第二n电极和所述第二p电极。
13.一种制造半导体发光元件的方法，包括在根据权利要求1所述的半导体发光元件的所述第二n电极和所述第二p电极与电路板上的多个电极之间放置焊料，并对其执行重熔处理，从而通过焊料将所述半导体发光元件安装在所述电路板上。
全文摘要
本发明的LED芯片(1)具有如下结构n型半导体层(12)和p型半导体层(13)相继形成在元件衬底(11)的下表面上，p型半导体层(13)形成在除用于n电极的区域(12a)之外的区域上。第一n电极(14)形成在用于n电极的区域(12a)上，第一p电极(15)形成在p型半导体层(13)上。具有开口(16a)和(16b)的第一绝缘层(16)形成在第一n电极(14)和第一p电极(15)上，具有实质上相同尺寸的第二n电极(17)和第二p电极(18)形成在第一绝缘层(16)上。采用这种配置，可以使n型半导体层(12)上的电极大，从而可以通过使用焊料(31)以低成本执行将LED芯片(1)安装到电路板(40)上的安装工艺。
文档编号H01L33/26GK101027795SQ20058003269
公开日2007年8月29日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年9月27日
发明者东和司, 石谷伸治 申请人:松下电器产业株式会社