半导体发光元件和发光装置制造方法
【专利摘要】本发明使来自经面朝上安装而使用的半导体发光元件的光的输出增加。一种半导体发光元件（1），具有：n型半导体层（120）、发光层（130）、p型半导体层（140）；连接于p型半导体层（140）的p侧供电部（150）；和连接于n型半导体层（120）的n侧供电部（160）。p侧供电部（150）中的p侧供电电极（152）以及n侧供电部（160）中的n侧供电电极（162），从发光层（130）观察设在p型半导体层（140）的背面侧，在p型半导体层（140）与这些p侧供电电极（152）以及n侧供电电极（162）之间，形成有容易反射来自发光层（130）的光的被设定为第1厚度的供电绝缘层（170），在这些电极不存在的部位，除了形成有供电绝缘层（170）以外还形成有被设定为第2厚度的保护绝缘层（180），由此被设定成容易使来自发光层（130）的光透射的第3厚度。
【专利说明】半导体发光元件和发光装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及半导体发光元件和发光装置。
【背景技术】
[0002]使用GalnN、AlInGaP, GaAlAs等的发光层的半导体发光元件，被利用作为发光效率高的发光二极管。例如，使用GaInN等III族氮化物半导体的半导体发光元件，例如在蓝宝石等的基板上形成包含发光层的III族氮化物半导体层而构成。而且，存在下述的结构:通过以面朝上的方式对配线基板安装半导体发光元件，将从发光层输出的光射出到外部。
[0003]作为公报记载的现有技术，存在一种半导体发光元件，其构成为，在基板上层叠η型半导体层、发光层和P型半导体层，在成为与基板相反侧的P型半导体层上形成P电极，并且，在通过部分除去P型半导体层和发光层两者而在与基板相反的一侧露出的η型半导体层上形成η电极(参照专利文献I)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2012-28495号公报
【发明内容】
[0007]但是，为了形成η电极，而采用通过除去P型半导体层和发光层两者而使η型半导体层露出的构成的情况下，半导体发光元件中的发光层的面积减少，有相应地来自半导体发光兀件的光输出降低之虞。
[0008]另外，在采用不除去P型半导体层和发光层两者、且在与发光层对向的部位配置η电极的构成的情况下，从发光层输出的光会被η电极吸收,其结果，存在来自半导体发光兀件的光输出变得难以增加之虞。
[0009]
【发明内容】
[0010]本发明的目的是使来自通过面朝上安装而使用的半导体发光元件的光的输出增加。
[0011]本发明的半导体发光元件，其特征在于，具备:由具有第I导电类型的化合物半导体构成的第I半导体层；在所述第I半导体层上与该第I半导体层接触地设置，由化合物半导体构成且通过通电而发光的发光层；在所述发光层上与该发光层接触地设置，由具有与所述第I导电类型不同的第2导电类型的化合物半导体构成的第2半导体层；从所述发光层观察设在所述第2半导体层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，且被设定为第I厚度的第I透明绝缘层；从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成且与所述第I半导体层电连接的第I供电电极；从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成且与所述第2半导体层电连接的第2供电电极；和从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，且被设定为第2厚度的第2透明绝缘层，[0012]将所述第I厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被反射的大小，将所述第I厚度加上所述第2厚度所得的第3厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被透射的大小。
[0013]在这样的半导体发光元件中，能够使其特征在于，还具有:经由贯穿所述第I透明绝缘层、所述第2半导体层以及所述发光层的孔而与所述第I半导体层电连接的第I连接电极；和从该发光层观察设在该第I透明绝缘层的背面侧，将该第I连接电极和所述第I供电电极电连接的第I辅助电极，所述第2透明绝缘层以覆盖所述第I辅助电极的方式设置。
[0014]另外，能够使其特征在于，还具有:经由贯穿所述第I透明绝缘层的孔而与所述第2半导体层电连接的第2连接电极；和从所述发光层观察设在该第I透明绝缘层的背面侧，将该第2连接电极和所述第2供电电极电连接的第2辅助电极，所述第2透明绝缘层以覆盖所述第2辅助电极的方式设置。
[0015]进而，能够使其特征在于，所述第I透明绝缘层和所述第2透明绝缘层由相同材料构成。
[0016]进而，能够使其特征在于，所述化合物半导体包含III族氮化物半导体，所述第I半导体层直接或介由其他的层层叠在基板之上。
[0017]另外，从其他的观点考虑，本发明的发光装置，其特征在于，包括:形成有第I配线以及第2配线的基部；和针对该基部面朝上连接的半导体发光元件，
[0018]所述半导体发光元件具备:由具有第I导电类型的化合物半导体构成的第I半导体层；在所述第I半导体层上与该第I半导体层接触地设置，由化合物半导体构成且通过通电而发光的发光层；在所述发光层上与该发光层接触地设置，由具有与所述第I导电类型不同的第2导电类型的化合物半导体构成的第2半导体层；从所述发光层观察设在所述第2半导体层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，且被设定为第I厚度的第I透明绝缘层；从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成且与所述第I半导体层电连接、而且与设在所述基部的所述第I配线电连接的第I供电电极；从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成且与所述第2半导体层电连接、而且与设在所述基部的所述第2配线电连接的第2供电电极；和从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，且被设定为第2厚度的第2透明绝缘层，
[0019]将所述第I厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被反射的大小，将所述第I厚度加上所述第2厚度所得的第3厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被透射的大小。
[0020]根据本发明，能够使来自通过面朝上安装而使用的半导体发光元件的光的输出增加。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1表示实施方式I中的半导体发光元件的俯视图的一例。
[0022]图2是图1中的I1-1I截面图。
[0023]图3是图1中的II1-1II截面图。
[0024]图4是图1中的IV-1V截面图。[0025]图5是表示实施方式I中的P侧供电部的构成的一例的图。
[0026]图6是表示实施方式I中的η侧供电部的构成的一例的图。
[0027]图7是表示供电绝缘层以及保护绝缘层的构成的一例的图。
[0028]图8是表示搭载了半导体发光元件的发光装置的构成的一例的图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。此外，以下的说明中参照的附图中的各部分的大小、厚度等存在与实际的半导体发光元件等的尺寸不同的情况。
[0030]图1是实施方式I中的半导体发光元件I的俯视图的一例。另外，图2是图1中的I1-1I截面图，图3是图1中的II1-1II截面图，图4是图1中的IV-1V截面图。这里，本实施方式的半导体发光元件1，例如如图1所示，从上方观察时呈长方形形状，图中的纵向为短边侧，图中的横向为长边侧。此外，在以下的说明中，根据需要，将图1中的纵向称作短边方向，将图1中的横向称作长边方向。
[0031](半导体发光元件)
[0032]本实施方式的半导体发光元件I，具备:基板110、层叠在基板110上的η型半导体层120、层叠在η型半导体层120上的发光层130、和层叠在发光层130上的ρ型半导体层140。此外，在以下的说明中，根据需要，将这些η型半导体层120、发光层130以及ρ型半导体层140汇总地称作叠层半导体层100。另外，在基板110和η型半导体层120之间，根据需要，也可以设置中间层(未图示)和/或基底层(未图示)。
[0033]这里，η型半导体层120，具有:层叠在基板110上的η接触层121、和层叠在η接触层121上且成为发光层130的层叠对象的η覆盖层122。此外，这里虽未对详细情况进行说明，但关于P型半导体层140，也能够设为:包括层叠在发光层130上的ρ覆盖层(未图示)、和层叠在P覆盖层上的P接触层(未图示)的构成。
[0034]另外，半导体发光元件1，具备:与P型半导体层140电连接的P侧供电部150、和与η型半导体层120电连接的η侧供电部160。而且，半导体发光元件1，在ρ侧供电部150和η侧供电部160之间具有:将这些ρ侧供电部150以及η侧供电部160电绝缘的供电绝缘层170 ;和从要从外部向半导体发光元件I的内部进入的水分保护发光层130等，且将ρ侧供电部150和η侧供电部160电绝缘的保护绝缘层180。
[0035]在这里，ρ侧供电部150具有:层叠在ρ型半导体层140上且成为供电绝缘层170的层叠对象的P侧透明导电层151 ;形成在供电绝缘层170上的P侧供电电极152以及ρ侦_助电极153 ;和经由贯穿供电绝缘层170的孔，将ρ侧透明导电层151、和ρ侧供电电极152或ρ侧辅助电极153电连接的多个(在本例中为7个)ρ侧连接电极154。
[0036]在本实施方式的ρ侧供电部150中，ρ侧透明导电层151以覆盖P型半导体层140的上表面之中的、除了周缘部以外的大致整个面的方式形成。
[0037]另外，在本实施方式的ρ侧供电部150中，作为第2供电电极的一例的ρ侧供电电极152，配置在半导体发光元件I的上表面之中的、长边方向的一端侧(图1中为右侧)且短边方向的中央部，从上表面侧观察时呈圆形形状。在P侧供电电极152的上表面，没有层叠保护绝缘层180 (例如参照图3)，ρ侧供电电极152向外部露出。而且，P侧供电电极152，被用于使用未图示的接合线等的与外部的电连接。[0038]而且，在本实施方式的p侧供电部150中，作为第2辅助电极的一例的P侧辅助电极153,具有:一端侧与P侧供电电极152—体化、且另一端侧沿半导体发光兀件I的长边方向延伸的L字状的P侧第I辅助电极153a ;和一端侧与p侧供电电极152 —体化、且另一端侧沿半导体发光元件I的长边方向延伸的L字状的P侧第2辅助电极153b。在这里，本实施方式中，P侧第I辅助电极153a偏在于半导体发光兀件I的短边方向一端侧(图1中的上部侧)，并且，P侧第2辅助电极153b偏在于半导体发光元件I的短边方向的另一端侧(图1中的下部侧)而配置，由此，P侧第I辅助电极153a和P侧第2辅助电极153b不会直接接触。而且，在这些P侧第I辅助电极153a以及P侧第2辅助电极153b的上表面层叠有保护绝缘层180(例如参照图2、图4)。另外，本实施方式中，作为第2连接电极的一例的P侧连接电极154,在P侧供电电极152的下方设有一个,在P侧第I辅助电极153a的下方设有三个，在P侧第2辅助电极153b的下方设有三个。
[0039]另一方面，η侧供电部160具有:形成在供电绝缘层170上的η侧供电电极162以及η侧辅助电极163 ;和经由贯穿供电绝缘层170、ρ侧供电部150中的ρ侧透明导电层151、P型半导体层140、发光层130以及η型半导体层120中的η覆盖层122的孔，将η型半导体层120中的η接触层121、和η侧供电电极162或η侧辅助电极163电连接的多个(本例中为3个)η侧连接电极164。
[0040]在本实施方式的η侧供电部160中，作为第I供电电极的一例的η侧供电电极162，配置在半导体发光元件I的上表面中的、长边方向的另一端侧(图1中左侧)且短边方向的中央部，从上表面侧观察时呈半圆形状。另外，在η侧供电电极162的上表面没有层叠保护绝缘层180 (例如参照图3)，η侧供电电极162向外部露出。而且，η侧供电电极162被用于介由未图示的接合线等的与外部的电连接。
[0041]另外，在本实施方式的η侧供电部160中，作为第I辅助电极的一例的η侧辅助电极163,只设有一个,其一端侧与η侧供电电极162—体化、且另一端侧沿半导体发光兀件I的长边方向、且朝向P侧供电电极152延伸。由此，η侧辅助电极163被配置在由ρ侧供电部150中的ρ侧第I辅助电极153a和ρ侧第2辅助电极153b夹持的区域。而且,在η侧辅助电极163的上表面层叠有保护绝缘层180 (例如参照图3)。另外，本实施方式中，作为第I连接电极的一例的η侧连接电极164,在η侧供电电极162的下方设置一个,在η侧辅助电极163的下方设置两个。
[0042]在这里，在与各η侧连接电极164对应地设置的多个孔的各自的侧壁，设有上述的供电绝缘层170。由此，各η侧连接电极164至少不与ρ侧透明导电层151、ρ型半导体层140以及发光层130直接接触。另一方面，在这些多个孔的各自的下端部，没有设置供电绝缘层170，各η侧连接电极164与η接触层121直接接触。
[0043]而且，本实施方式中，例如如图1所示，从上表面侧观察时，两个P侧连接电极154和一个η侧连接电极164以呈三角形状的方式配置，或者，一个P侧连接电极154和两个η侧连接电极164以呈三角形状的方式配置。此外，在半导体发光元件I中，P侧供电部150(P侧透明导电层151、ρ侧供电电极152、ρ侧辅助电极153以及ρ侧连接电极154)和η侧供电部160 (η侧供电电极162、η侧辅助电极163以及η侧连接电极164)，其配置被确定以使得两者不会直接接触。
[0044]另外，供电绝缘层170，覆盖着除了 ρ侧连接电极154的形成部位(7个部位)以外的、P侧透明导电层151的上表面。而且，供电绝缘层170，如上所述，也覆盖着与各η侧连接电极164对应地设置的多个孔的各自的侧壁。
[0045]而且，保护绝缘层180，覆盖着除了 ρ侧供电部150中的P侧供电电极152以及η侧供电部160中的η侧供电电极162以外的半导体发光元件I的上表面。
[0046]此外，在本实施方式的半导体发光元件I中，例如如图2~图4所示，供电绝缘层170以及保护绝缘层180也覆盖着发光层130以及ρ型半导体层140的侧面。
[0047]在这里，在本实施方式中，供电绝缘层170位于构成ρ侧供电部150的P侧供电电极152和ρ侧辅助电极153 (但是,除了 ρ侧连接电极154的形成部位以外)、以及构成η侧供电部160的η侧供电电极162和η侧辅助电极163(但是，除了 η侧连接电极164的形成部位以外)的下方(朝向发光层130 —侧)。
[0048]另一方面，本实施方式中，供电绝缘层170以及保护绝缘层180以连续地一体化的状态位于不存在这些P侧供电电极152、Ρ侧辅助电极153、η侧供电电极162以及η侧辅助电极163的部位。
[0049]在该半导体发光元件I中，通过使P侧供电部150中的ρ侧供电电极152为正极，且使η侧供电部160中的η侧供电电极162为负极，流通从ρ侧供电电极152朝向η侧供电电极162的电流，由此,使发光层130发光。
[0050]本实施方式的半导体发光元件I，是从形成有P侧供电部150以及η侧供电部160的一侧取出从发光层130输出的光的、面朝上型的发光二极管。在这里，在本实施方式的半导体发光元件I中，构成P侧供电部150的ρ侧透明导电层151、ρ侧供电电极152、ρ侧辅助电极153以及ρ侧连接电极 154和构成η侧供电部160的η侧供电电极162以及η侧辅助电极163，在从发光层130观察时，被配置在相比于ρ型半导体层140靠里侧。另外，从其他的观点考虑，在本实施方式的半导体发光元件I中，在构成P侧供电部150的ρ侧透明导电层151、ρ侧供电电极152、ρ侧辅助电极153以及ρ侧连接电极154的下方、以及构成η侧供电部160的η侧供电电极162以及η侧辅助电极163的下方(但是，除了 η侧连接电极164的形成部位的下方以外)也存在发光层130。
[0051]下面边参照图1~图4边对半导体发光元件I的各构成要素进行详细说明。
[0052]此外，在以下的说明中，关于作为化合物半导体以及III族氮化物半导体的一例的AlGaN、GaN, GaInN,有时以省略各元素的组成比的形式进行记述。
[0053]〈基板〉
[0054]作为基板110，只要是能在表面外延生长III族氮化物半导体结晶的基板，则没有特别限定，能够选择各种基板材料来使用。例如，能够使用由蓝宝石、SiC, GaN、硅等构成的基板材料。
[0055]另外，在上述基板材料之中，优选透明基板，尤其是，在品质、成本方面，优选将以C面为主面的蓝宝石用于基板110。在使用蓝宝石作为基板110的情况下，优选在蓝宝石的C面上对表面实施凹凸加工，并形成中间层(缓冲层)。
[0056]<中间层>
[0057]中间层，优选为包含多晶的AlxGa1J (O ^ x ^ I)的层，更优选为单晶的AlxGapxN(O≤X≤I)层，例如，能够设为包含多晶的AlxGa1J (O≤x≤I)的厚度10~500nm的中间层。再者，中间层具有下述作用:缓和基板110和后述的基底层的晶格常数的差异，在基板110的(0001)面(C面)上使C轴取向的单晶层的形成容易。因此，若在中间层上层叠单晶的基底层，则能够形成结晶性更好的叠层半导体层100。
[0058]〈基底层〉
[0059]作为基底层，能够使用AlxGayInzN (O^x^ l,0^y^ Ι,Ο^ζ^ I, x+y+z =1)，但若使用AlxGa1J (O ^ X < 1)，则容易形成结晶性好的基底层。
[0060]基底层的膜厚优选为0.Ιμπι以上，形成为该膜厚以上容易得到结晶性良好的AlxGahN层。优选为填埋凹凸加工基板的凹凸而平坦化的厚度。另外，基底层的膜厚优选为10 μ m以下。
[0061]<叠层半导体层>
[0062]包含III族氮化物半导体而构成的叠层半导体层100，例如如图2~图4所示，是在基板110上，η型半导体层120、发光层130以及ρ型半导体层140的各层按此顺序被层叠而构成的。另外，η型半导体层120、发光层130以及ρ型半导体层140的各层，分别可以由多个半导体层构成。
[0063]在这里，作为第I半导体层的一例的η型半导体层120，是将电子作为载流子进行电传导的半导体层，作为第2半导体层的一例的ρ型半导体层140，是将空穴作为载流子进行电传导的半导体层。在该例中，将电子作为载流子的η型对应于第I导电类型，将空穴作为载流子的P型对应于第2导电类型。
[0064]< η型半导体层〉
[0065]η型半导体层120，由层叠在基板110侧(本例中为基底层)的η接触层121、和层叠于η接触层121的η覆盖层122构成。但是，η接触层121也能够兼作为η覆盖层122。另外，也可以将前述的基底层包含于η型半导体层120。
[0066]η接触层121，是用于设置η侧供电部160 (更具体而言，为η侧连接电极164)的层。作为η接触层121，可以使用AlxGa1J层(O ^ χ < 1，优选O≤χ ( 0.5，更优选O < X < 0.1)。
[0067]η覆盖层122，是进行载流子(这里为电子)向发光层130的注入和载流子的封入(关入)的层。η覆盖层122能够采用AlGaN、GaN, GaInN等形成。另外，也可以设为这些结构的异质结或层叠多次的超晶格结构。在由GaInN形成η覆盖层122的情况下，优选比后述的发光层130的GaInN的带隙大。
[0068]再者，在将η覆盖层122设为包含超晶格结构的层的情况下，可以设为包含下述结构，该结构是层叠有具有IOnm以下的膜厚的包含III族氮化物半导体的η侧第I覆盖层、和组成与η侧第I覆盖层不同且具有IOnm以下的膜厚的包含III族氮化物半导体的η侧
第2覆盖层。
[0069]另外，η覆盖层122，也可以是包含η侧第I覆盖层和η侧第2覆盖层交替地反复层叠而成的结构的层，该情况下，优选为GaInN与GaN的交替结构或组成不同的GaInN彼此的交替结构。
[0070]〈发光层〉
[0071]作为发光层130，能够采用单量子阱结构或多量子阱结构等。
[0072]作为量子阱结构的阱层，通常可使用包含Ga^InyN (O < y < 0.4)的III族氮化物半导体层。作为阱层的膜厚，可设为能够得到量子效应的程度的膜厚、例如I~10nm，从发光输出方面考虑，优选为2~6nm。
[0073]另外，在多量子阱结构的发光层130的情况下，以上述Gai_yInyNS阱层，以带隙能量比阱层大的AlzGa1=N (O≤z < 0.3)为势垒层。在阱层以及势垒层中，可以掺杂杂质，也可以不惨杂杂质。
[0074]<p型半导体层〉
[0075]ρ型半导体层140，优选由层叠在发光层130上的ρ覆盖层和层叠在ρ覆盖层上的P接触层构成。但是，P接触层也能够兼作为P覆盖层。[0076]ρ覆盖层，是用于进行载流子(这里为空穴)向发光层130的封入(关入)和载流子的注入的层。作为P覆盖层，只要是比发光层130的带隙能量大的组成，能够进行载流子向发光层130的封入的层则没有特别限定，能够使用例如AlxGa^N (O < x ^ 0.4)。
[0077]ρ覆盖层，若包含这样的AlGaN，则从载流子向发光层130的封入方面考虑是优选的。P覆盖层的膜厚，没有特别的限定，但优选为I~400nm，更优选为5~lOOnm。
[0078]另外，ρ覆盖层，与上述的η覆盖层122同样地，可以为层叠多次的超晶格结构，在该情况下，优选为AlGaN和组成不同的AlGaN的交替结构、或AlGaN和GaN的交替结构。
[0079]ρ接触层，是用于设置ρ侧供电部150 (更具体而言，为P侧透明导电层151)的层。P接触层优选设为AlxGahN (O≤X≤0.4)。若ρ接触层中的Al组成为上述范围，则从能够维持良好的结晶性以及维持与P侧透明导电层151的良好的欧姆接触方面考虑是优选的。
[0080]ρ接触层的膜厚没有特别的限定，但优选为10~500nm，更优选为50~200nm。若使P接触层的膜厚在该范围内，则在能够降低正向电压Vf方面是优选的。
[0081]<p侧供电部〉
[0082]图5是表示实施方式I中的P侧供电部150的构成的一例的图。在这里，图5表示图3所示的区域V即ρ侧供电电极152和ρ侧连接电极154的边界部的放大截面图。但是，与P侧供电电极152以及ρ侧连接电极154 —起构成ρ侧供电部150的ρ侧辅助电极153 (ρ侧第I辅助电极153a以及ρ侧第2辅助电极153b)、以及设在ρ侧辅助电极153侧的P侧连接电极154 (参照图2)也具有与这些电极共同的构成。
[0083][P侧透明导电层]
[0084]ρ侧透明导电层151以覆盖ρ型半导体层140的上表面之中的、除了周缘部以外的大致整个面的方式形成。
[0085]P侧透明导电层151，优选使用能取得与ρ型半导体层140的欧姆接触，而且与ρ型半导体层140的接触电阻小的透明导电层。另外，在该半导体发光元件I中，由于经由P侧透明导电层151从保护绝缘层180侧取出来自发光层130的光，所以，ρ侧透明导电层151优选使用光透射性优异的透明导电层。而且，为了使电流在P型半导体层140的整个面范围内均匀地扩散，P侧透明导电层151优选使用具有优异的导电性、且电阻分布少的透明导电层。
[0086]再者，P侧透明导电层151的厚度，能够从2nm~500nm的范围中选择。在这里，若P侧透明导电层151的厚度比2nm薄，则存在难以取得与ρ型半导体层140的欧姆接触的情况，另外，若P侧透明导电层151的厚度比500nm厚，则有在相对于从发光层130输出的光的透光性方面不优选的情况。[0087]作为ρ侧透明导电层151，能够使用下述材料，所述材料例如为氧化物的导电性材料，相对于从发光层130射出的波长的光的透光性好。相对于从发光层130输出的波长的光的透射率为90%以上即可，优选为95%以上。尤其是，含有In的氧化物的一部分，与其他的透明导电膜比较，透光性以及导电性两者都优异因而优选。作为含有In的导电性的氧化物，能够列举例如IZO (氧化铟锌(Ιη203-Ζη0))、ΙΤ0 (氧化铟锡(In2O3-SnO2))、IGO (氧化铟镓(In203-Ga203))、ICO (氧化铟铈(In2O3-CeO2))等。再者，在这些物质中，也可以添加有例如氟等的掺杂剂(掺杂物:dopant)。另外，也可以使用例如不含In的氧化物、例如掺杂了载流子的Sn02、ZnO2, TiO2等的导电性材料。
[0088]通过采用本【技术领域】熟知的惯用手段设置这些材料，能够形成P侧透明导电层151。而且，在形成ρ侧透明导电层151后，通过实施热处理促进结晶化，ρ侧透明导电层151的光透射率提高，且表面电阻(薄膜电阻=Sheet resistor)降低，由此容易取得欧姆接触。
[0089]本实施方式中，ρ侧透明导电层151可以使用已结晶化的结构的层，尤其是能够优选使用包含具有六方晶结构或红绿柱石结构的In2O3晶体的透光性材料(例如ΙΖ0、ΙΤ0等)。
[0090]另外，作为用于ρ侧透明导电层151的膜，优选使用比电阻低的组成。例如，IZO中的ZnO浓度优选为I?20质量％，更优选为5?15质量％的范围，特别优选为10质量％。
[0091]而且，若从提高得到的膜的密着性的观点考虑，则ρ侧透明导电层151优选通过例如溅射法形成。
[0092][ρ侧供电电极、ρ侧辅助电极以及ρ侧连接电极]
[0093]ρ侧供电部150中的P侧供电电极152、ρ侧辅助电极153以及P侧连接电极154，通过从接近于成为连接对象的P侧透明导电层151的一侧开始顺序地层叠P侧第I供电层1501、ρ侧第2供电层1502、ρ侧第3供电层1503而构成。本实施方式中，P侧第I供电层1501由TaN构成，ρ侧第2供电层1502由Pt构成，ρ侧第3供电层1503由Au构成。另外，P侧第I供电层1501的膜厚为Inm左右，ρ侧第2供电层1502的膜厚为IOOnm左右，ρ侧第3供电层1503的膜厚为IOOOnm左右。
[0094]其中，P侧第I供电层1501具有导电性，并且，作为用于提高与供电绝缘层170的密着性的密着层而发挥功能。另外，P侧第2供电层1502具有导电性，作为防止构成P侧第I供电层1501的TaN向ρ侧第3供电层1503侧扩散、且防止构成ρ侧第3供电层1503的Au向ρ侧第I供电层1501侧扩散的防止扩散层发挥功能。而且，ρ侧第3供电层1503具有导电性，具有化学稳定性，并且作为例如在P侧供电电极152中用于与外部的电连接的表面层而发挥功能。
[0095]另外，本实施方式中，P侧连接电极154，在从上方观察时呈圆形形状(参照图1)，其直径为约IOym,具有随着接近ρ侧透明导电层151直径变小的锥状的截面形状。而且，P侧连接电极154的侧壁的倾斜角度为约80°。
[0096]< η侧供电部〉
[0097]图6是表不实施方式I中的η侧供电部160的构成的一例的图。再者，图6表不图3所示的区域VI即η侧供电电极162和η侧连接电极164的边界部的放大截面图。但是，与η侧供电电极162以及η侧连接电极164 —起构成η侧供电部160的η侧辅助电极163、设在η侧辅助电极163侧的η侧连接电极164 (参照图3)也具有与这些电极共同的构成。[0098][η侧供电电极、η侧辅助电极以及η侧连接电极]
[0099]η侧供电部160中的η侧供电电极162、η侧辅助电极163以及η侧连接电极164，通过从接近于成为连接对象的η型半导体层120中的η接触层121的一侧开始顺序地层叠η侧第I供电层1601、η侧第2供电层1602、和η侧第3供电层1603而构成。本实施方式中，η侧第I供电层1601由TaN构成，η侧第2供电层1602由Pt构成，η侧第3供电层1603由Au构成。另外，η侧第I供电层1601的膜厚为Inm左右，η侧第2供电层1602的厚度为IOOnm左右，η侧第3供电层1603的厚度为IOOOnm左右。
[0100]其中，η侧第I供电层1601具有导电性，并且作为用于提高与供电绝缘层170的密着性的密着层而发挥功能。另外，η侧第2供电层1602具有导电性，作为防止构成η侧第I供电层1601的TaN向η侧第3供电层1603侧扩散、且防止构成η侧第3供电层1603的Au向η侧第I供电层1601侧扩散的防止扩散层发挥功能。而且，η侧第3供电层1603具有导电性，具有化学稳定性，且作为例如在η侧供电电极162中用于与外部的电连接的表面层而发挥功能。
[0101]这样，本实施方式中，P侧供电部150中的P侧供电电极152、ρ侧辅助电极153以及P侧连接电极154、和η侧供电部160中的η侧供电电极162、η侧辅助电极163以及η侧连接电极164具有共同的构成。
[0102]另外，本实施方式中，η侧连接电极164，从上方观察时呈大致半圆形状(参照图1 )，其半圆部的直径约为10 μ m，具有随着接近η接触层121其直径变小的锥状的截面形状。而且，η侧连接电极164的侧壁的倾斜角度为约80°。
[0103]<供电绝缘层>
[0104]本实施方式中，作为第I透明绝缘层的一例的供电绝缘层170，具有相对于从发光层130输出的光的透射性以及将ρ侧供电部150和η侧供电部160电绝缘的绝缘性。作为构成供电绝缘层170的材料，能够使用例如SiO2 (氧化硅)、MgF2 (氟化镁)、CaF2 (氟化钙)、Si3N4 (氮化硅)、A1203 (氧化铝)。再者，在本例中，作为供电绝缘层170，使用了绝缘性高、折射率小(1.4?1.5)、而且耐湿性优异的SiO2 (二氧化硅)。
[0105]另外，本实施方式的供电绝缘层170，不仅将ρ侧供电部150和η侧供电部160电绝缘，还具有将P型半导体层140以及发光层130和η侧供电部160电绝缘的功能。而且，供电绝缘层170还具有使从ρ侧供电部150对ρ型半导体层140的供电位置分散的功能。
[0106]<保护绝缘层>
[0107]本实施方式中，作为第2透明绝缘层的一例的保护绝缘层180，与供电绝缘层170同样地，具有相对于从发光层130输出的光的透射性、以及将ρ侧供电部150和η侧供电部160电绝缘的绝缘性。作为构成保护绝缘层180的材料，能够使用例如SiO2 (氧化硅)、MgF2(氟化镁)、CaF2 (氟化钙)、Si3N4 (氮化硅)、Al2O3 (氧化铝)。再者，在本例中，作为保护绝缘层180，使用了与供电绝缘层170相同的SiO2 (二氧化硅)。
[0108]图7是表示供电绝缘层170以及保护绝缘层180的构成的一例的图。
[0109]在这里，图7 (a)是图3中的区域VIIa的放大截面图，表示层叠在ρ侧透明导电层151之上且η侧辅助电极163之下的供电绝缘层170。再者，图7 (a)例示了成为η侧辅助电极163的下侧的位置，但ρ侧透明导电层151与ρ侧供电电极152或ρ侧辅助电极153之间，以及P侧透明导电层151与η侧供电电极162之间也成为与图7 (a)相同的结构。[0110]另一方面，图7 (b)是图3中的区域VIIb的放大截面图，表示在P侧透明导电层151之上的、没有形成ρ侧供电电极152、ρ侧辅助电极153、η侧供电电极162以及η侧辅助电极163的部位连续地层叠的供电绝缘层170以及保护绝缘层180。再者，图7 (b)中，保护绝缘层180之上成为半导体发光元件I的外部(例如大气或后述的发光装置30的封装(封止)部34等)。
[0111]在这里，将供电绝缘层170的厚度记为第I厚度tl，将保护绝缘层180的厚度记为第2厚度t2，将第I厚度tl和第2厚度t2的和记为第3厚度t3(= tl+t2)。本实施方式中，第I厚度tl，从在由发光层130输出的光的波长下容易发生全反射的值中选择。与此相对，第3厚度t3从在由发光层130输出的光的波长下难以发生全反射的值中选择，基于所选择的第3厚度t3和第I厚度tl的差，设定第2厚度t2的值。因此，本实施方式中，第I厚度tl和第3厚度t3必定具有tl < t3的关系。再者，本实施方式中，通过从发光层130输出的光的波长为450nm，以及，供电绝缘层170以及保护绝缘层180具有上述的折射率，第I厚度tl被设定为390nm,第3厚度t3被设定为468nm。因此,第2厚度t2为78nm。
[0112](发光装置)
[0113]图8是表示搭载了图1等所示的半导体发光元件I的发光装置30的构成的一例的图。这里，图8 (a)表示发光装置30的俯视图，图8 (b)为图8 (a)的VIIIB-VIIIB截面图。再者，图8所示的发光装置30有时被称作“发光芯片”或“灯”。
[0114]该发光装置30具有:在一方侧形成有凹部31a的筐体31 ;由形成在筐体31上的引线框构成的P引线部32以及η引线部33 ;安装在凹部31a的底面的半导体发光元件I ;和以覆盖凹部31a的方式设置的封装部34。再者，图8 (a)中，省略了封装部34的记载。
[0115]作为基部的一例的筐体31，是通过在包含作为第2配线的一例的ρ引线部32以及作为第I配线的一例的η引线部33的金属引线部将白色的热塑性树脂进行注射成型而形成的。
[0116]ρ引线部32以及η引线部33是具有0.1?0.5mm左右的厚度的金属板，是以作为可加工性、热传导性优异的金属的例如铁/铜合金为基体，在其上作为镀层层叠数μπι的镍、钛、金、银等而构成的。而且，本实施方式中，P引线部32以及η引线部33的一部分，在凹部31a的底面露出。另外，ρ引线部32以及η引线部33的一端部侧向筐体31的外侧露出，且从筐体31的外壁面向背面侧折曲。
[0117]另外，半导体发光元件1，介由基板110(参照图2)，通过粘结等安装在凹部31a的底部的中央部。而且，P引线部32和半导体发光元件I中的P侧供电电极152(参照图1)，利用未图示的接合线电连接，η引线部33和半导体发光元件I中的η侧供电电极162 (参照图1)，利用未图示的接合线电连接。
[0118]而且，封装部34，由在可视区域的波长下光透射率高的透明树脂构成。作为构成封装部34的满足耐热性、耐气候性及机械强度高的特性的树脂，能够使用例如环氧树脂、硅树脂。而且，本实施方式中，在构成封装部34的透明树脂中含有使从半导体发光元件I射出的光的一部分变换成绿色光以及红色光的荧光体。再者，也可以代替这样的荧光体，含有将蓝色光的一部分变换成黄色光的荧光体、或将蓝色光的一部分变换成黄色光以及红色光的荧光体。另外，作为封装部34，也可以使用不含有荧光体的透明树脂。
[0119]再者，组装有本实施方式的发光装置30的背光源、便携式电话机、显示器、各种面板类、计算机、游戏机、照明等的电子设备、组装有这些电子设备的汽车等的机械装置，具备具有优异的发光特性的半导体发光元件I。尤其是在背光源、便携式电话机、显示器、游戏机、照明等的电池驱动的电子设备方面，能够提供具备具有优异的发光特性的半导体发光元件I的产品，因此优选。另外，具备半导体发光元件I的发光装置30的构成，不限于图8所示的结构，例如也可以是采用了被称作炮弹型的封装(package)构成的结构。
[0120] 下面，对图8所示的发光装置30以及组装在发光装置30中的本实施方式的半导体发光元件I的发光动作进行说明。
[0121 ] 在发光装置30中，若对半导体发光元件I流通从P引线部32朝向η引线部33的电流，则在半导体发光元件I中，从P侧供电部150经由ρ型半导体层140、发光层130以及η型半导体层120 (从η覆盖层122向η接触层121)流通朝向η侧供电部160的电流。此时，在P侧供电部150中，电流从ρ侧供电电极152直接或经由ρ侧辅助电极153 (ρ侧第I辅助电极153a以及ρ侧第2辅助电极153b)向7个ρ侧连接电极154供给，电流从各ρ侧连接电极154经由ρ侧透明导电层151向ρ型半导体层140流动。另一方面，在η侧供电部160中，电流从η型半导体层120中的η接触层121向3个η侧连接电极164流动，且电流从这其中的两个η侧连接电极164经由η侧辅助电极163，以及从剩余的一个η侧连接电极164直接地向η侧供电电极162流动。与此相伴，发光层130输出与其组成相应的光(例如蓝色光)。
[0122]而且,从发光层130输出的光,被向半导体发光兀件I的外部输出，其一部分被封装部34中所包含的荧光体变换成其他颜色(红色以及绿色)。其后，包含蓝色光、绿色光以及红色光的光，直接或者由设在筐体31的凹部31a的内壁面反射后从封装部34的上表面向发光装置30的外部输出。
[0123]接下来，对在图1等所示的半导体发光元件I中，从发光层130输出的光的动作进行说明。
[0124]在半导体发光元件I中，主要从发光层130输出朝向ρ型半导体层140侧的光和朝向η型半导体层120侧的光。
[0125]其中，从发光层130朝向η型半导体层120侧的光，例如在η接触层121 (实际为基底层)和基板110的边界部，由于两者的折射率的不同而被反射。另外，进入到基板110内的光，在基板110与P引线部32、η引线部33的边界部被反射。而且，这些反射的光经由发光层130朝向ρ型半导体层140侧。
[0126]另外，从发光层130朝向ρ型半导体层140侧的光，经由ρ型半导体层140以及ρ侧透明导电层151而到达供电绝缘层170。这里，到达成为ρ侧供电电极152以及ρ侧辅助电极153的下方的部位以外的光，通过由相同材料构成的供电绝缘层170以及保护绝缘层180而向外部射出。与此相对，到达成为ρ侧供电电极152以及ρ侧辅助电极153的下方的部位的光，被供电绝缘层170反射，并经由ρ侧透明导电层151以及ρ型半导体层140而朝向发光层130侧。而且，通过被供电绝缘层170反射而到达发光层130的光，与从发光层130朝向η型半导体层120的光一起朝向基板110侧行进，然后，在上述那样的过程中被反射，再次经由发光层130朝向ρ型半导体层140侧行进，经由ρ侧透明导电层151、供电绝缘层170以及保护绝缘层180向外部射出。
[0127]这里，本实施方式中，在η侧供电部160中，η侧供电电极162和η接触层121经由贯穿发光层130而设置的多个η侧连接电极164被连接并由此导通。此时，将多个η侧连接电极164电连接的η侧辅助电极163以及η侧供电电极162，从发光层130观察设在ρ型半导体层140的背面侧，因此，在η侧辅助电极163的下方以及η侧供电电极162的下方的整体范围内，无需削掉发光层130。因此，能够抑制相同面积的半导体发光元件I中的发光层130的面积的减少，作为结果，能够抑制输出的光量的降低。
[0128]而且，本实施方式中，在P型半导体层140的上方，在P侧供电部150中的ρ侧供电电极152以及ρ侧辅助电极153 (ρ侧第I辅助电极153a以及ρ侧第2辅助电极153b)的下方(但是，除了 P侧连接电极154的形成部位以外)和η侧供电部160中的η侧供电电极162以及η侧辅助电极163的下方(但是，除了 η侧连接电极164的形成部位以外)上设置被设定为第I厚度tl的供电绝缘层170，由此，使从发光层130朝向上述各部分的光被供电绝缘层170反射。由此，从发光层130输出的光难以被上述各部分吸收，能够进一步抑制输出的光量的减少。尤其是，本实施方式中，作为P侧供电部150以及η侧供电部160中的密着层(P侧第I供电层1501以及η侧第I供电层1601)使用呈茶褐色或黑色的TaN，容易吸收从发光层130输出的光，因此，这样的构成的应用很有效。
[0129]而且，本实施方式中，在ρ型半导体层140的上方，在不成为P侧供电电极152、ρ侧辅助电极153、η侧供电电极162以及η侧辅助电极163的下方的部位，连续层叠供电绝缘层170以及保护绝缘层180而成为第3厚度t3，由此，使从发光层130朝向这些部位的光透过这些供电绝缘层170以及保护绝缘层180。由此，从发光层130输出的光容易向外部输出，能够进一步抑制输出的光量的降低。
[0130]此外，本实施方式中，以作为化合物半导体包含III族氮化物半导体的半导体发光元件I为例进行了说明 ，但不限于此，也可以为包含II1-V族半导体或I1-VI族半导体的元件。
[0131]另外，本实施方式中，供电绝缘层170以及保护绝缘层180使用相同的材料(SiO2(二氧化硅))，但也可以使用分别不同的材料。该情况下，在供电绝缘层170和保护绝缘层180直接重叠的区域(参照图7 (b))中，分别从难以发生全反射的大小中选择供电绝缘层170的第I厚度tl和保护绝缘层180的第2厚度t2即可。
[0132]附图标记说明
[0133]I…半导体发光元件，30...发光装置，110...基板，120...η型半导体层，121...η接触层，122…η覆盖层，130…发光层，140-ρ型半导体层，150...ρ侧供电部，151...ρ侧透明导电层，152...ρ侧供电电极，153...ρ侧辅助电极，153a…ρ侧第I辅助电极，153b…ρ侧第2辅助电极，154...ρ侧连接电极,160...η侧供电部，162...η侧供电电极,163...η侧辅助电极，164…η侧连接电极，170…供电绝缘层，180…保护绝缘层，1501...ρ侧第I供电层，1502...P侧第2供电层，1503...ρ侧第3供电层，1601...η侧第I供电层，1602...η侧第2供电层，1603…η侧第3供电层，tl…第I厚度，t2…第2厚度，t3…第3厚度。
【权利要求】
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具备: 由具有第1导电类型的化合物半导体构成的第I半导体层； 在所述第1半导体层上与该第1半导体层接触地设置，由化合物半导体构成并且通过通电而发光的发光层； 在所述发光层上与该发光层接触地设置，由具有与所述第I导电类型不同的第2导电类型的化合物半导体构成的第2半导体层； 从所述发光层观察设在所述第2半导体层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，被设定为第1厚度的第1透明绝缘层； 从所述发光层观察设在所述第1透明绝缘层的背面侧，由金属构成并且与所述第I半导体层电连接的第I供电电极； 从所述发光层观察设在所述第1透明绝缘层的背面侧，由金属构成并且与所述第2半导体层电连接的第2供电电极；和 从所述发光层观察设在所述第1透明绝缘层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，被设定为第2厚度的第2透明绝缘层， 将所述第1厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被反射的大小， 将所述第1厚度加上所述第2厚度所得的第3厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被透射的大小。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有: 经由贯穿所述第1透明绝缘层、所述第2半导体层以及所述发光层的孔而与所述第1半导体层电连接的第1连接电极；和 从该发光层观察设在该第1透明绝缘层的背面侧，将该第1连接电极和所述第I供电电极电连接的第1辅助电极， 所述第2透明绝缘层以覆盖所述第1辅助电极的方式设置。
3.根据权利要求1或2所述的半导体发光元件，其特征在于，还具有: 经由贯穿所述第1透明绝缘层的孔而与所述第2半导体层电连接的第2连接电极；和从所述发光层观察设在该第1透明绝缘层的背面侧，将该第2连接电极和所述第2供电电极电连接的第2辅助电极， 所述第2透明绝缘层以覆盖所述第2辅助电极的方式设置。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所述第I透明绝缘层以及所述第2透明绝缘层由相同材料构成。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的半导体发光元件，其特征在于，所述化合物半导体包括III族氮化物半导体， 所述第1半导体层直接或隔着其他的层层叠在基板之上。
6.一种发光装置，其特征在于，包括: 形成有第I配线以及第2配线的基部；和 针对该基部面朝上连接的半导体发光元件， 所述半导体发光元件，具备: 由具有第I导电类型的化合物半导体构成的第I半导体层； 在所述第I半导体层上与该第1半导体层接触地设置，由化合物半导体构成并且通过通电而发光的发光层； 在所述发光层上与该发光层接触地设置，由具有与所述第I导电类型不同的第2导电类型的化合物半导体构成的第2半导体层； 从所述发光层观察设在所述第2半导体层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，被设定为第I厚度的第I透明绝缘层； 从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成并且与所述第I半导体层电连接、而且与设在所述基部的所述第I配线电连接的第I供电电极； 从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由金属构成并且与所述第2半导体层电连接、而且与设在所述基部的所述第2配线电连接的第2供电电极；和 从所述发光层观察设在所述第I透明绝缘层的背面侧，由对于从该发光层输出的波长的光具有透射性的绝缘材料构成，被设定为第2厚度的第2透明绝缘层， 将所述第1厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被反射的大小， 将所述第1厚度加上所述第2厚度所得的第3厚度设定为从所述发光层输出的波长的光容易被透射的大小。
【文档编号】H01L33/36GK103811617SQ201310561694
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】篠原裕直 申请人:丰田合成株式会社