专利名称：半导体发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体发光二极管及其制造方法，更具体地，涉及光输出功率提高了的半导体发光二极管及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着LED (半导体发光二极管)的应用多样化，存在对具有更高光输出功率的LED的需求。大体上，LED具有如下结构，即在电极对之间夹有包括例如η型半导体层、活性层以及P型半导体层的半导体堆叠体。当电压施加至这样的LED时，在活性层中生成光，并且光在所有方向各向同性地行进。已知朝着光提取侧的电极部行进的这部分光被电极部吸收和/或反射、而不发射到LED外部，从而严重影响了光提取效率。特别地，通过MOCVD等层叠的薄膜半导体层具有以下问题，即在紧挨在光提取侧的电极部之下的活性层中所生成的光大部分被电极部吸收和/或反射，这严重降低了光提取效率。为了解决如上所述的这个问题，日本特开平JP03-003373A公开了如下技术，对光提取侧的电极部适当地设置由InGaP材料制成的中间能隙层，以将发光区域扩展至活性层中除紧挨在电极部之下的部分以外的部分，从而提高光提取效率。此外，日本特开JP2007-221029A公开了如下技术，仅在除紧挨在光提取侧的电极部之下的部分以外的部分形成接触部，以通过电流约束来提高内部量子效率、并且还提高所生成的光的光提取效率。通常认为，活性层的发光区域与紧挨在光提取侧的电极部之下的位置相距越远， 由光提取侧的电极部的光遮蔽引起的影响越小。在此基础上，传统上已经实施了通过使紧挨在光提取侧的电极部之下的位置与和该电极部成对的另一电极部之间的距离增加，来提高LED的光提取效率。然而，简单地增加上述距离引起以下的问题，即随着光提取侧的电极部与和该电极部成对的另一电极部之间的距离增加，电流在这两个电极部之间流动时的电阻不可避免地增大。然而，现有技术从未关注由电阻的这种增大所引起的正向电压的增大。此外，现有技术从未关注光输出功率和紧挨在光提取侧的电极部之下的位置与和该电极部成对的另一电极部的距离之间的关系。
发明内容
发明要解决的问题本发明的一个目的是提供如下的半导体发光二极管及其制造方法，在该半导体发光二极管中，通过将作为光提取侧的电极部的上电极部和与该上电极部成对的中间电极部设置成具有适当的位置关系，在维持相对低的正向电压的同时提高了光输出功率。用于解决问题的方案
为达到上述目的，本发明主要包括以下要素。(1) 一种半导体发光二极管，包括支承基板；顺次配置在所述支承基板的上表面侧的中间层、第二导电半导体层、活性层、第一导电半导体层和上电极部，其中所述中间层包括中间电极部；以及设置在所述支承基板的下表面侧的下电极层，其中，所述中间层包括呈线状或岛状延伸的至少一个中间电极部；以及所述上电极部和所述中间电极部被配置为具有如下的位置关系，即在通过将所述上电极部和所述中间电极部分别投影到与所述支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，所述上电极部和所述中间电极部相互平行且彼此错开，并且所述上电极部和所述中间电极部之间的距离在10微米至50微米的范围内。(2)根据以上(1)所述的半导体发光二极管，其中，在所述支承基板与所述中间层之间还设置有作为反射层的金属层。(3) 一种制造半导体发光二极管的方法，包括以下步骤在生长基板上顺次形成第一导电半导体层、活性层以及第二导电半导体层；在所述第二导电半导体层上形成包括中间电极部的中间层；在所述中间层上接合支承基板；通过去除所述生长基板，暴露所述第一导电半导体层；以及在暴露出的所述第一导电半导体层上形成上电极部，其中，将所述上电极部和所述中间电极部配置为具有如下的位置关系，即在通过将所述上电极部和所述中间电极部分别投影到与所述支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，所述上电极部和所述中间电极部相互平行且彼此错开，并且所述上电极部和所述中间电极部之间的距离在10微米至50微米的范围内。(4)根据以上C3)所述的制造半导体发光二极管的方法，其中，还包括以下步骤 在所述中间层上形成作为反射层的金属层。发明的效果在本发明的半导体发光二极管中，通过将上电极部与中间电极部的位置关系配置为如下，即在通过将上电极部与中间电极部分别投影到与支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，上电极部与中间电极部相互平行且彼此错开、并且使上电极部与中间电极部之间的距离最优化，可以在维持相对低的正向电压的同时提高光输出功率。根据上述制造半导体发光二极管的方法，通过将上电极部与中间电极部的位置关系配置为如下，即在通过将上电极部与中间电极部分别投影到与支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，上电极部与中间电极部相互平行且彼此错开、并且使上电极部与中间电极部之间的距离最优化，可以制造能够在维持相对低的正向电压的同时提高光输出功率的半导体发光二极管。
图1的(a)和(b)是分别示出根据本发明的半导体发光二极管的示意图，以及图2的(a) (h)是示出根据本发明的制造半导体发光二极管的方法的示意图。
具体实施例方式然后，将参考
根据本发明的半导体发光二极管的实施例。图1的(a)是示意性示出根据本发明的半导体发光二极管在切割之前的截面结构的平面图，并且图1的
4(b)是示意性示出通过切割半导体发光二极管所获得的预定芯片的平面图。如图1的(a)所示，本发明的半导体发光二极管1具有支承基板2 ；顺次配置在支承基板的上表面侧的中间层3、第二导电半导体层4、活性层5、第一导电半导体层6和上电极部7，其中，中间层3包括中间电极部3a ；以及设置在支承基板2的下表面侧的下电极层8。中间层3包括呈线状或岛状延伸的至少一个中间电极部3a。此外，如图1的(b)所示，在将上电极部7和中间电极部3a分别投影到与支承基板2的上表面平行的假想平面上的视图中，上电极部7和中间电极部3a具有如下的位置关系上电极部7和中间电极部3a相互平行且彼此错开(即呈梳状)，并且上电极部7与各中间电极部3a之间的距离d (下文将该距离称为“电极间距离d”)在10 μ m 50 μ m的范围内。在本实施例中，如上所述，以使上电极部7和中间电极部3a相互平行且彼此错开的位置关系来配置这些电极部，从而使得活性层5的发光区域相对于上电极部7移位了，因而提高了光提取效率和光输出功率。此外，由于将电极间距离d设置在10 μ m 50 μ m的范围内，可以以相容的方式实现相对低的正向电压和高的发光输出。在电极间距离d小于10 μ m的情况下，紧挨在上电极部7之下流过的电流成分增大，因而无法以令人满意的方式获得中间电极部3a与上电极部7彼此错开的效果。在电极间距离d超过50 μ m的情况下，电阻的距离成分增大，这使得不可能实现低的正向电压。第二导电半导体层4、活性层5以及第一导电半导体层6用的材料的例子包括 AlGaAs系材料和AlfeInP系材料。可以根据第二导电半导体层4、活性层5以及第一导电半导体层6用的这些材料来选择支承基板2用的材料的类型。层4、5和6以及支承基板2可以分别具有Iym IOymUOnm 500nm(总厚度)、lym IOym以及100 μ m 400 μ m 的厚度。在第一导电半导体层6是ρ型层的情况下，第二导电半导体层4为η型层，反之亦然。上电极部7可以具有如下的结构，即包括由AuGe系合金材料所制成的欧姆接触层(50nm 500nm)以及通过在Ti材料上层叠Au材料所形成的布线用的焊盘层(Ιμπι 3 μ m)。可以根据支承基板2的材料来适当选择下电极层8用的材料。中间电极部3a的材料可以是例如AuSi系合金材料，并且中间层3中除中间电极部3a以外的部分可以由例如包括SiO2材料或Si3N4材料的绝缘材料制成。由于期望在接合支承基板2时晶圆表面上的不规则相对少，因而中间层3优选具有与绝缘材料层的厚度相等的厚度，特别地，厚度在50nm 500nm的范围内。在厚度小于50nm的情况下，可能导致绝缘不充分。在厚度超过500nm的情况下，尽管在某种程度上可以实现本发明想要的效果， 但绝缘材料所引起的光的影响可能增大至不可忽略的水平，并且通过加厚中间层3所实现的效果可能到达停滞(plateau)状态，这使得进一步增大厚度不经济。此外，优选在支承基板2和中间层3之间进一步设置作为反射层的金属层9。通过设置金属层9，在上电极部7侧可以有效地收集由活性层5发出并且朝着支承基板2行进的光。金属层9用的材料的例子包括Au、Al、Cu以及诸如焊锡材料等的用于焊接的金属材料。 在发光层要发出与红 红外相对应的波长的光的情况下，针对金属层9优选使用对红 红外的波长范围内的光呈现相对高的反射率的Au材料，并且金属层9的厚度为IOOnm lOOOnm。在上述情况下，如果金属层9的厚度小于lOOnm，则光反射率可能劣化。如果金属层9的厚度超过lOOOnm，则尽管在某种程度上可以实现本发明想要的效果，但可能不必要地增加了制造成本却未提高光反射率，这是不经济的。然后，将参考
根据本发明的制造半导体发光二极管的方法的实施例。图 2的(a) (h)示意性示出根据本发明的制造半导体发光二极管的方法。如图2的(a)所示，在本发明的制造半导体发光二极管1的方法中，在生长基板 10上顺次形成第一导电半导体层6、活性层5和第二导电半导体层4。可以通过例如利用 MOCVD的外延生长来形成这些层6、5和4。生长基板10可以由例如GaAs基板制成，并且尽管不特别限制，生长基板10的厚度可以在200 μ m 400 μ m的范围内。然后，如图2的(b)和(c)所示，在第二导电半导体层4上形成包括中间电极部3a 的中间层3。通过例如溅射、电子束气相沉积、电阻加热气相沉积在第二导电半导体层4上沉积中间电极部3a，然后，将中间电极部3a蚀刻为如图2的(b)所示的预定形状。然后， 对该层叠体进行预定的热处理，以减小中间电极部3a与第二导电半导体层4之间的接触电阻。然后，通过例如溅射或等离子CVD在中间电极部3a和第二导电半导体层4上形成绝缘膜，并且通过例如湿蚀刻或干蚀刻去除绝缘膜中超出中间电极部3a的高度的部分，以形成如图2的(c)所示的中间层3。然后，如图2的(d)和(e)所示，在中间层3上接合支承基板2。优选在该接合处理之前，在中间层3上形成作为反射层的金属层9。可以通过在中间层3上气相沉积例如 Au、Al或Cu或者诸如焊锡材料等的金属焊接材料来形成金属层9。由于Au材料允许在相对低的温度接合并且不太容易被氧化或腐蚀，因而优选该材料。在接合处理之前，还可以在金属层9上形成由例如Pt材料制成的扩散势垒层(50nm 200nm)以及由例如Au材料制成的接合层(Iym 2μπι)。另一方面，优选在该接合处理之前，在支承基板2上形成由例如AuGe系合金材料所制成的欧姆接触层(50nm 500nm)、由例如Ti材料所制成的粘合层(50nm 200nm)以及由例如Au材料所制成的接合层(1 μ m 2 μ m)。优选通过在例如 250°C 400°C的温度范围内进行15 120分钟的热压力接合来将支承基板2接合在中间层2上。通过金属层接合晶圆允许在相对低的温度下进行基板接合，这使得可以在半导体层的特性或结构不劣化的情况下进行接合。然后，如图2的(f)所示，去除生长基板10以暴露第一导电半导体层6。可以通过例如研磨或湿蚀刻来去除生长基板10。可以根据生长基板10的材料来选择蚀刻液。如图2的(g)所示，在暴露的第一导电半导体层6上形成上电极部7。可以通过例如在欧姆接触层上气相沉积焊盘层并且在光刻之后对焊盘层进行湿蚀刻来形成上电极部 7，以使得在通过将上电极部7和中间电极部3a从上电极部7上方侧投影到支承基板2的上表面上所获得的视图中，上电极部7与中间电极部3a的位置关系如图1的(b)所示、即上电极部7与中间电极部3a相互平行且彼此错开(即呈梳状)，并且上电极部7与中间电极部3a之间的电极间距离d在IOym 50μπι的范围内。然后，对所得到的层叠体进行预定的热处理，以减小上电极部与第一导电半导体层6之间的接触电阻。此外，通过在支承基板2的下侧表面上进行气相沉积来形成下电极层8，并且如图 2的(h)所示进行切割。利用上述这样的方法，可以制造根据本发明的半导体发光二极管。
以上说明仅示出本发明的实施例的一个例子，并且在所附权利要求的范围内可以对其进行各种修改。Mi接下来，将说明制备本发明的电流约束发光二极管的样品并且评价其性能的细节。通过以下步骤来制备本例子的各个样品，在由GaAs材料(厚度280 μ m)制成并且具有如图1的(a)所示的截面结构的生长基板上，顺次形成由Ala4G^l6As材料制成的η 型半导体层(厚度5μπι，掺杂Te，浓度^XlO1Vcm3)、具有InGaAs/AKkiAs多量子井结构的活性层(厚度8nm/5nm，3组，总厚度约50nm)以及由AlGaAs材料制成的ρ型半导体层 (厚度2 μ m，掺杂C，浓度1 X IO1Vcm3)，其中，上述η型半导体层、活性层以及ρ型半导体层各自是通过单独的利用MOCVD的各向同性生长所形成的；通过电阻加热气相沉积，在上述P型半导体层上气相沉积由AuSi合金( 含量5%质量份)制成的中间电极部材料；对该层叠体进行预定的光刻处理，并然后进行蚀刻，以形成中间电极部(厚度100nm)；以及， 对所得到的层叠体进行400°C的热处理，以减小中间电极部与ρ型半导体层之间的接触电阻。然后，在中间电极部和ρ型半导体层上通过等离子CVD沉积Si3N4材料，并且通过利用BHF蚀刻液的湿蚀刻来去除超出中间电极部的高度的Si3N4材料部分，以形成中间层。在中间层上通过电子束气相沉积形成由Au材料所制成的金属层(厚度500nm) 作为反射层。在该金属层上形成由Pt材料制成的扩散势垒层(厚度100μπι)和由Au材料制成的接合层(厚度lym)。此外，制备用于接合的由GaAs材料所制成的支承基板(厚度280 μ m，浓度2X1018/Cm3)。在接合处理之前，在支承基板上形成由AuGe系合金(Ge含量12%质量份)材料制成的欧姆接触层(厚度200nm)、由Ti材料制成的粘合层(厚度 IOOnm)以及由Au材料制成的接合层(厚度lym)。对中间层的接合层和支承基板的接合层进行30分钟在350°C的热压力接合，以将支承基板接合至中间层。在室温下，将由此获得的结构放置在以比率1 12 18 (体积比)包含有氨水、过氧化氢液和水的液体中并晃动两小时，以执行湿蚀刻来去除生长基板。然后，通过电阻加热气相沉积在暴露的η型半导体层上气相沉积由AuGe系合金 (Ge含量12%质量份)材料制成的欧姆接触层(厚度200nm)以及通过在Au材料上层叠 Ti材料(Ti厚度100nm，Au厚度2μπι)所获得的焊盘层。然后，对所得到的层叠体进行光刻，并随后进行湿蚀刻，以使得在将上电极部和中间电极部从上电极部的上方侧投影到支承基板的上表面的视图中，上电极部和中间电极部具有如图1的(b)所示的位置关系，并且电极间距离具有表1所示的相应值。然后，对所得到的层叠体进行380°C的热处理。在图1 的(b)所示的结构中，宽度各自为20μπι的上电极部从形成在芯片角部处的用于布线接合的焊盘部(ΙΟΟμπιΧΙΟΟμπι)伸出。根据电极间距离来适当选择上电极部的数量和中间电极部的数量。最后，通过利用磷酸和过氧化氢液的混合液蚀刻所得到的产品来形成台面结构 (mesa)，并然后通过利用切割器切割台面结构来制造正方形(500 μ mX 500 μ m)芯片。将由此制造出的芯片设置在积分球中，以测量通过20mA的电流时的正向电压 Vf(V)和光输出功率Po (mW)。结果如表1所示。利用全光束分光测量系统(LabsphereCo. Ltd制造的“SLMS-1021-S”)测量光输出功率。
表 权利要求
1.一种半导体发光二极管，包括 支承基板；顺次配置在所述支承基板的上表面侧的中间层、第二导电半导体层、活性层、第一导电半导体层和上电极部，其中所述中间层包括中间电极部；以及设置在所述支承基板的下表面侧的下电极层，其中， 所述中间层包括呈线状或岛状延伸的至少一个中间电极部；以及所述上电极部和所述中间电极部被配置为具有如下的位置关系，即在通过将所述上电极部和所述中间电极部分别投影到与所述支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，所述上电极部和所述中间电极部相互平行且彼此错开，并且所述上电极部和所述中间电极部之间的距离在10微米至50微米的范围内。
2.根据权利要求1所述的半导体发光二极管，其特征在于，在所述支承基板与所述中间层之间还设置有作为反射层的金属层。
3.—种制造半导体发光二极管的方法，包括以下步骤在生长基板上顺次形成第一导电半导体层、活性层以及第二导电半导体层； 在所述第二导电半导体层上形成包括中间电极部的中间层； 在所述中间层上接合支承基板；通过去除所述生长基板，暴露所述第一导电半导体层；以及在暴露出的所述第一导电半导体层上形成上电极部，其中，将所述上电极部和所述中间电极部配置为具有如下的位置关系，即在通过将所述上电极部和所述中间电极部分别投影到与所述支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，所述上电极部和所述中间电极部相互平行且彼此错开，并且所述上电极部和所述中间电极部之间的距离在10微米至50微米的范围内。
4.根据权利要求3所述的制造半导体发光二极管的方法，其特征在于，还包括以下步骤在所述中间层上形成作为反射层的金属层。
全文摘要
提供了如下的半导体发光二极管及其制造方法，即通过将作为光提取侧的电极部的上电极部和与该上电极部成对的中间电极部设置成具有适当的位置关系，在维持相对低的正向电压的同时提高了光输出功率。该半导体发光二极管包括支承基板；顺次配置在支承基板的上表面侧的包括中间电极部的中间层、第二导电半导体层、活性层、第一导电半导体层和上电极部；以及设置在支承基板的下表面侧的下电极层。其中，中间层具有呈线状或岛状延伸的至少一个中间电极部。在通过将上电极部和中间电极部分别投影到与支承基板的上表面平行的假想平面上所获得的视图中，上电极部和中间电极部具有如下的位置关系，即上电极部和中间电极部相互平行且彼此错开，并且上电极部和中间电极部之间的距离在10微米至50微米的范围内。
文档编号H01L33/38GK102388470SQ201080016159
公开日2012年3月21日 申请日期2010年2月8日 优先权日2009年2月10日
发明者中野雅之, 十川博行, 山田秀高 申请人:同和电子科技有限公司