专利名称：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器件，尤其涉及其结构可使半导体发光器件的光提取效率提高且总的光输出增大的半导体发光器件。
背景技术：
图5是示意性示出了常规的结朝下安装的LED芯片(半导体发光器件)100的结构的侧视图。该LED芯片100包括截平的金字塔形GaP基片101；置于该GaP基片101的下表面之上的发光层102；置于该发光层102的下表面之上的下表面电极103；置于该GaP基片101的上表面之上的上表面电极104。该GaP基片101具有针对发光波长的透明特性。该GaP基片101是锥形的，使得所发出的光很容易从该芯片中提取出来。
为了在该表面上均匀地发光，电极形成于下表面电极103的整个下表面之中，或者下表面电极103由多个薄的图形化的电极103b到103d形成。上表面电极104形成于GaP基片101的上表面的中心部分中，以便进行导线接合。
如图5所示，在LED芯片100中，通过使电流在下表面电极103和上表面电极104之间流过，发光层102便发出光。图6示出了LED芯片100的光发射强度分布。在从发光层102中发出的光束中，定位于与GaP基片101的各表面有关的全内反射角之内的光束α1和α2可以被提取到该芯片以外，而比全内反射角大的光束α3则被限定在该芯片中。朝着上表面电极104的光束α4在上表面电极104中被吸收。因此，光提取效率变得较低便成了一个问题。
已公布了一种LED芯片，其中在除了刚好在上电极下面的那部分以外的区域中选择性地形成发光层，由此所发射的光穿过刚好在上电极下面的那部分以提高光提取效率(例如，参看专利号为2792781的日本专利)。
已公布了一种LED芯片，其中在与出光表面相对的表面中形成反射膜，由此朝着与出光表面相对的那个表面发射的光被朝着出光表面反射，以提高光提取效率(例如，参看专利号为3312049的日本专利)。
在常规的LED芯片中，有如下问题。即，在专利号为2792781的日本专利所公布的LED芯片中，通过用激光束选择性地照射生长层来局部形成有源层是有必要的。然而，从技术观点看，很难形成局部有源层，这导致生产步骤的数目增大从而增大成本的问题。
专利号为3312049的日本专利所公布的LED芯片在当发光层和形成反射层的那个表面之间留有距离彼此分开时是很有效率的。然而，对于电极和反射层形成于发光层附近的情况，在发光层上光线按与电极基本相同的形状来发射，并且光线朝着电极传播而并不扩展。因此，产生了问题，所发射的光被电极吸收而并不被反射层反射。
发明内容
考虑到上文所描述的，本发明的目的是提供一种半导体发光器件，它能够通过减少因全内反射而对芯片中所发射的光造成的限制，或通过减小所发射的光在反电极中被吸收的比例，来实现高效率的光发射。
为了实现上述目的，本发明的半导体发光器件结构如下。
根据本发明的一个方面的半导体发光器件包括圆柱形基片，其中锥形部分形成于外壁表面中，该锥形部分的外形在朝着上底面的一侧变窄；上表面电极，置于该基片的上底面中；发光层，置于该基片的下底面中；以及下表面电极，置于相对于该发光层与该基片相对的表面中，该下表面电极排列在与上表面电极相对的区域之外的环形区域中。
根据本发明，通过减少因全内反射而对芯片中所发射的光造成的限制，或通过减小所发射的光在反电极中被吸收的比例，便可以实现高效率的光发射。
本发明的优点将在下文的描述中得到阐明，并且部分地将在该描述中变得明显，或者可以从本发明的实践中获知。本发明的优点可以通过下文所特别指出的手段和组合来实现和获得。
被包括在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的各实施例，并且与上文给出的一般描述和下文给出的各实施例的详细描述一起用来解释本发明的原理。
图1是示意性地示出了根据本发明第一实施例的LED芯片的侧视图；图2是示出了该LED芯片的发光强度分布的图；图3是示意性地示出了根据本发明第二实施例的LED芯片的侧视图；图4是示意性地示出了根据本发明第三实施例的LED芯片的侧视图；图5是示意性地示出了常规的半导体发光器件的侧视图；以及图6是示出了常规的半导体发光器件的发光强度分布的图。
具体实施例方式
图1是示意性地示出了根据本发明第一实施例的LED芯片(半导体发光器件)10的侧视图，并且图2是示出了LED芯片10的发光强度分布的图。LED芯片10包括截平的金字塔形GaP基片11，置于GaP基片11的下表面之上的发光层12；置于发光层12的下表面之上的下表面电极13；置于GaP基片11的上表面之上的上表面电极14；以及置于下表面电极13的下表面上的反射膜15。GaP基片11具有针对发光波长的透明特性。例如，发光层12由InAIGaP制成。
在GaP基片11中，提供了具有θ角的锥形部分11a，使得所发射的光很容易被从芯片中提取出来。假定GaP基片11的高度是H。
上表面电极14形成于中心部分中以便进行导线的接合(未示出)。
另一方面，下表面电极13排列成满足下面的三个条件。首先，下表面电极13排列在不使下表面电极13面对着上表面电极14的位置处。这是因为要防止发光层12中的光发射被上表面电极14吸收。
其次，下表面电极13排列在使下表面电极13和GaP基片11的外边界相距有公式(1)中所定义的L那么远的位置处。即，假定W是GaP基片11的下底面的外边界和上表面电极14的外边界之间的距离，n1是GaP基片11的折射率，并且n2是GaP基片11的外部的折射率，则获得下面的公式(1)(H/2)tanθ-(H/2)tan(θ+α-90°)＜L (1)公式(1)是从几何学方面确定光发射条件的公式，该条件是从最外围一侧的薄的图形化电极13e中发出的光线在相对于GaP基片11的锥形表面的全内反射角以内入射。
第三，下表面电极13排列在使下表面电极13和GaP基片11的外边界相距有公式(2)中所定义的L那么远的位置处，公式(2)L＜(H/2)tanθ+(H/2)tan(-θ+α+90°)，并且L＜W (2)公式(2)是从几何学方面确定光发射条件的公式，该条件是从最靠内的边界一侧的薄的图形化电极13a中发出的光线在相对于GaP基片11的锥形表面的全内反射角以内入射或者下表面电极13并不面对着上表面电极14。
在具有上述结构的LED芯片10中，通过使电流在上表面电极14和下表面电极13之间流过，便从发光层12中下表面电极13的附近发出了光。此处，因为下表面电极13由薄的图形化电极13a到13e构成，所以光线不仅从与薄的图形化电极13a到13e相对应的部分中发出还从置于这些电极之间的部分中发出。结果，光线作为整体基本上均匀地从提供了薄的图形化电极13a到13e的区域中发出。在图2中，实线表示此时的发光强度分布，而虚线表示作为比较示例图5所示的常规LED芯片的发光强度分布。
薄的图形化电极13a到13e排列在满足上述三个条件的位置处，被上表面电极14吸收掉的发射光可以被抑制到最少，而同时在全内反射角以内入射到GaP基片11的各表面。
另一方面，在从发光层12发出的光线中，漏到图1下侧的光线被反射膜15反射从而返回到GaP基片11，并且该光线被提取到该芯片的外部。此时，因为下表面电极13是用薄的导线构成的，所以光线被反射膜15有效地反射着。
因此，根据第一实施例的LED芯片10，在发光层12发出的光线中，被限制在芯片中的光线或被上表面电极14吸收的光线可以被抑制到最少，光提取效率可以得到提高，并且在发光器件中总的光输出可以增大。此外，当电极结构按上述来确定时，选择性地形成有源层而使成本增大是不必要的，这便允许生产成本被降低。
另一方面，根据颜色和要发射的目标，可以使用其它材料作为GaP基片11和发光层12。例如，当使用蓝宝石取代GaP基片11时，可以将GaN用作发光层12。
图3是示意性地示出了根据本发明第二实施例的LED芯片20的侧视图。在图3中，与图1相同的功能组件仍用相同的数字来指定，并且详细的描述将省略。
在LED芯片20中，可在与薄的图形化电极13a到13e相一致的位置处构成置于GaP基片11的下表面中的发光层21a到21e。在LED芯片20中，也可以获得与第一实施例相同的效果。
图4是示意性地示出了根据本发明第三实施例的LED芯片30的侧视图。在图4中，与图1相同的功能组件仍用相同的数字来指定，并且详细的描述将省略。
置于薄的图形化电极13a到13e的位置处的发光层21和绝缘构件32排列在LED芯片30中，并且也排列了一个平板形下表面电极33。
在具有图4所示结构的LED芯片30中，只对有发光层21的部分提供施加到下表面电极33上的电能，并且只有该部分发光。因此，也可以获得与第一实施例相同的效果。
本领域的技术人员将很容易看到另外的优点和修改。因此，本发明在其更宽广的方面便并不限于本文所示出并描述的特定细节和典型实施例。因此，在不背离所附的权利要求书及其等价方案所界定的通用发明概念的精神或范围的情况下可以作出各种修改。
权利要求
1.一种半导体发光器件，它包括圆柱形基片，其中锥形部分形成于外壁表面中，所述锥形部分的外形在朝着上底面一侧变窄；上表面电极，置于所述基片的上底面；发光层，置于所述基片的下底面；以及下表面电极，所述下表面电极置于相对于所述发光层的与所述基片相反的一表面，所述下表面电极排列在与所述上表面电极相对的区域以外的环形区域中。
2.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述下表面电极排列成大于(H/2)tanθ-(H/2)tan(θ+α-90°)，其中α＝sin-1(n2/n1)，并且所述下表面电极排列成小于(H/2)tanθ+(H/2)tan(-θ+α+90°)和W，假设H是所述基片的高度，θ是所述锥形部分的倾斜角，W是所述基片的下底面的外边界和所述上表面电极的外边界之间的距离，n1是所述基片的折射率，并且n2是所述基片的外部的折射率。
3.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述下表面电极按细线状构成，并且在所述下表面电极外部还提供一反射膜。
4.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述发光层形成于与所述下表面电极相同的区域中。
5.一种半导体发光器件，包括圆柱形基片，其中锥形部分形成于外壁表面，所述锥形部分在朝着上底面一侧变窄；上表面电极，置于所述基片的上底面；发光层，置于所述基片的下底面；下表面电极，置于相对于所述发光层与所述基片相反的一表面，其中所述发光层排列在与所述上表面电极相对的区域以外的环形区域中。
全文摘要
本发明的LED芯片包括圆柱形GaP基片，其中在其外壁表面中形成了锥形部分，该锥形部分的外形在朝着上底面一侧变窄；上表面电极，置于GaP基片的上底面；发光层，置于GaP基片的下底面；以及下表面电极，置于相对于发光层而言与GaP基片相对置的一表面，该下表面电极排列在与上表面电极相对的区域以外的环形区域中。
文档编号H01L33/20GK1917242SQ20061011558
公开日2007年2月21日 申请日期2006年8月15日 优先权日2005年8月15日
发明者藤井孝佳, 户野谷纯一, 小松哲郎, 十河敬宽, 井口知洋 申请人:株式会社东芝