半导体发光元件的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体发光元件，具有：层叠了n型半导体层、发光层以及p型半导体层的叠层半导体层；多个n侧电极，其层叠在n型半导体层上且与n型半导体层电连接，该多个n侧电极配置为从层叠方向观察时包围发光层以及p型半导体层的至少一部分的区域；p侧电极，其设在p型半导体层上，对于从发光层输出的光具有反射性，并且与p型半导体层电连接，在从层叠方向观察时，该p侧电极在被多个n侧电极包围的区域具有用于与外部电连接的连接部。由此，在半导体发光元件的FC（倒装芯片）安装技术中，解决发光集中于芯片的中央部分且发光效率降低的问题和ESD破坏耐电压的问题。
【专利说明】半导体发光元件
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光元件。
【背景技术】
[0002]近年，开发出了一种将与电极形成面相对的生长基板侧作为主光取出面的倒装芯片接合(FC)安装技术。例如，专利文献I中记载了一种半导体发光元件，该半导体发光元件有:由蓝宝石形成的基板；包含η型半导体层、发光层以及P型半导体层、且层叠在基板上的叠层半导体层；形成于P型半导体层的正电极；形成于η型半导体层的负电极，以倒装芯片方式进行安装。
[0003]在先技术文献
[0004]专利文献1:日本特开2010 - 263016号公报
【发明内容】
[0005]发明要解决的问题
[0006]在半导体发光元件中，当施加使形成于P型半导体层的P侧电极为高电位、且使形成于η型半导体层的η侧电极为低电位的电压(正向电压VF)时，则从P侧电极经由ρ型半导体层、发光层以及η型半导体层而向η侧电极流动电流(正向电流IF)，从发光层输出目标波长的光。而且，在通过FC安装的半导体发光兀件中，从发光层向电极形成面侧输出的光被设在电极形成面侧的反射层反射而从与电极形成面相对的生长基板侧取出。
[0007]在通过FC安装的半导体发光元件中，优选通过在生长基板侧的方向上取出的光来使芯片的整个面均匀发光。但是，根据形成于电极形成面侧的电极的个数、配置等，存在发光变得不均匀的情况。例如，当在芯片的中央部分设置η侧电极、在芯片的四角分别设置P侧电极时，则存在发光集中于芯片的中央部分、发光效率降低的问题，而且，也会产生在静电放电(ESD:Electro 一 Static 一 Discharge)检查时芯片容易被破坏这一与发光的均勻性、效率不同的问题。
[0008]本发明的目的在于解决在半导体发光元件的FC (倒装芯片)安装技术中发光集中于芯片的中央部分且发光效率降低的问题和ESD破坏耐电压的问题。
[0009]用于解决问题的技术方案
[0010]根据本发明，提供一种半导体发光元件，其特征在于，具有:层叠了 η型半导体层、发光层以及P型半导体层的叠层半导体层；多个η侧电极，其层叠在所述η型半导体层上且与该η型半导体层电连接，该多个η侧电极配置为从层叠方向观察时将所述发光层以及所述P型半导体层的至少一部分的区域包围；Ρ侧电极，其设在所述P型半导体层上，对于从所述发光层输出的光具有反射性，并且与该P型半导体层电连接，在从层叠方向观察时，该P侧电极在被多个所述η侧电极包围的区域具有用于与外部电连接的连接部。
[0011]在本发明中，优选所述P侧电极具有层叠在所述P型半导体层上且设有供该P型半导体层的一部分露出的多个开口部的绝缘反射层。[0012]优选所述ρ侧电极在所述P型半导体层和所述绝缘反射层之间具有透明导电层，该透明导电层对于从所述发光层输出的光具有透射性，该透明导电层的一部分从该绝缘反射层的所述开口部露出。
[0013]优选所述P侧电极具有形成在所述绝缘反射层上和该绝缘反射层的所述开口部内的金属反射层。
[0014]优选所述绝缘反射层包括多层绝缘层，所述多层绝缘层是交替层叠第一绝缘层和第二绝缘层而构成的，所述第一绝缘层具有第一折射率、且对于从所述发光层输出的光呈现光透射性，所述第二绝缘层具有比该第一折射率高的第二折射率、且对于从该发光层输出的光呈现光透射性。
[0015]发明的效果
[0016]根据本发明，在半导体发光元件的FC (倒装芯片)安装技术中，能够解决发光集中于芯片的中央部分且发光效率降低的问题和ESD破坏耐电压的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是说明半导体发光元件的一个例子的俯视示意图。
[0018]图2是图1所示的半导体发光元件的A — A截面示意图。
[0019]图3是说明绝缘反射层的层构造的一个例子的截面示意图。
[0020]图4是说明叠层半导体的一个例子的截面示意图。
[0021 ] 图5是说明η侧电极的配置例的俯视示意图。
[0022]图6是说明η侧电极的其他配置例的俯视示意图。
[0023]图7是半导体发光元件的发光图案测定结果。
[0024]图8是表示半导体发光元件的ESD结果的曲线图。
[0025]图9是表示半导体发光元件的Vf测定结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0026]以下，对本发明的实施方式进行详细的说明。此外，本发明不限于以下的实施方式,在其主旨的范围内能够实施各种变形。实施方式的例子中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对的配置等只要没有特别记载，则不对本发明的范围进行限定，仅为单纯的说明例。另外，使用的附图为用于说明本实施方式的一个例子，并不表示实际的大小。各图所示的部件的大小、位置关系等有时为了便于说明而是夸张表示的。另外，在本说明书中，“层上”等的“上”不限定于一定与上表面接触而形成的情况，是作为还包括分离地形成于上方的情况、在层和层之间存在夹层的情况的含义来使用的。
[0027]<半导体发光元件>
[0028]图1是说明半导体发光元件的一个例子的俯视示意图。图2是图1所示的半导体发光元件的A — A截面示意图。这里，作为倒装芯片安装的状态，描绘为基板110成为附图的上部，以使得半导体发光元件10的电极形成面侧成为附图的下部。此外，在以下的说明中，“层上”等的表现是指朝向附图的下方层叠了各层。
[0029]以下，基于图1及图2进行说明。
[0030]如图2所示，半导体发光元件10具有基板110、层叠在基板110上的半导体层120、形成在半导体层120上的正极即作为ρ侧电极的ρ电极层130及负极即作为η侧电极的η电极层140。
[0031]半导体层120具有在基板110上成膜的中间层(缓冲层)121和层叠在中间层121上的基底层122。另外，具有层叠在基底层122上的叠层半导体层126。叠层半导体层126从基底层122侧起包括η型半导体层123、发光层124以及ρ型半导体层125。
[0032]ρ电极层130形成于ρ型半导体层125的上表面。η电极层140形成于使η型半导体层123的一部分露出的露出面。另外,在ρ电极层130和η电极层140存在以下部分:在图2中分别使成为下方侧的面的一部分露出而例如通过镀覆突起等(未图示)与外部电连接的部分。
[0033]此外，本实施方式中，η电极层140以及ρ电极层130的表面除了一部分之外被保护层150覆盖。另外，保护层150形成为将ρ型半导体层125、发光层124以及η型半导体层123的一部分的侧壁面覆盖。
[0034]如图1所示，半导体发光元件10具有大致正方形的俯视形状，在本实施方式中，负极即η电极层140设在接近半导体发光元件10的四角的部分，η电极层140具有用于与外部电连接的4个η极接合层144的一部分分别露出的部分(称作“N分散”。)。
[0035]另外，中央部分具有用于对作为正极的P电极层130和外部进行电连接的I个ρ极接合层135露出的部分。对于ρ电极层130，除了为了形成η电极层140而通过蚀刻等的方法除去了一部分的部分之外，该P电极层130形成为将半导体层120的上表面的大致整个面覆盖。
[0036]如上所述，在适用本实施方式的半导体发光元件10中，多个η电极层140层叠在η型半导体层123上、且电连接于η型半导体层123，如从这些层的层叠方向观察的图1的俯视示意图所示，多个η电极层140配置为将发光层124以及ρ型半导体层125的至少一部分的区域包围。η电极层140的个数不特别限定。在本实施方式中，通常，从4个?6个范围中适当选择。多个η电极层140的配置不特别限定。本实施方式中，例如如图1所示，4个η电极层140分别分散于半导体发光元件10的四角。
[0037]另一方面，如后所述，ρ电极层130具有层叠在P型半导体层125上的绝缘反射层132，该绝缘反射层132对于从发光层124输出的光具有反射性，并且，ρ电极层130具有以下部分，即与P型半导体层125电连接、从层叠方向观察在被多个η电极层140包围的中央部分的区域作为用于与外部电连接的连接部的P极接合层135露出的部分。
[0038]另外，在ρ电极层130的绝缘反射层132 (参照图3)形成有多个开口部132h。图1中，开口部132h作为圆形的空白部分(直径=8μπι)表示。图1中示出了多个开口部132h相互设置预先确定的间隔(间距I)而配置在绝缘反射层132 (参照图2)的整体的图案(称作“孤立图案”)。
[0039](ρ 电极层 130)
[0040]在本实施方式中，ρ电极层130在ρ型半导体层125上层叠有由金属氧化物形成的透明导电层131。这里，“透明”是指对于从发光层124输出的光具有透射性。而且，在透明导电层131上依次层叠有绝缘反射层132、由金属氧化物的导电性材料形成的第一ρ极密合层133a、由包含Ag (银)的金属构成的金属反射层133b、p极防止扩散层134 (第一 ρ极防止扩散层134a、第二 ρ极防止扩散层134b、第三ρ极防止扩散层134c)、ρ极接合层135以及第二 P极密合层136。
[0041](透明导电层131)
[0042]作为构成透明导电层131的材料，为金属氧化物的导电性材料，使用使从发光层124输出的波长的光的至少80%左右透射的材料。例如，能列举出含有In (铟)的氧化物。具体而言，能列举出ITO (氧化铟锡(In2O3 — SnO2))、IZO (氧化铟锌(In2O3 — Zn0))、IG0 (氧化铟镓(In2O3 — Ga203))、ICO (氧化铟铈(In2O3 — CeO2))等。这其中，尤其优选包含具有六方晶构造或红绿柱石(bixbyite)构造的In2O3结晶的透光性材料(例如，ΙΤ0、IZO等)。另外，在使用包含六方晶构造的In2O3结晶的IZO的情况下，可以使用蚀刻性优异的无定形的IZO膜来加工成特定形状，然后，可以通过热处理等使之从无定形状态转变成含有结晶的构造，加工为透光性比无定形的IZO膜优异的电极。
[0043]本实施方式中，透明导电层131的厚度从IOnm~300nm的范围中选择。另外，优选从150nm~250nm的范围中选择。在透明导电层131的厚度过薄的情况或过厚的情况下，在来自发光层124的发光及来自金属反射层133b的反射光的光透射性方面存在不合适的倾向。
[0044]虽然透明导电层131的表面电阻依赖于制造方法，但在膜厚为IOnm时表面电阻为无限大(⑴)，在膜厚为20nm时表面电阻为250 Ω / □，在膜厚为25nm时表面电阻为175 Ω / □，在膜厚为50nm时表面电阻为72Ω / □，在膜厚为IOOnm时表面电阻为29 Ω /□，在膜厚为200nm时表面电阻为15Ω / 口。
[0045](绝缘反射层132)
[0046]适用本实施方式的半导体发光元件10设置有绝缘反射层132。绝缘反射层132层叠在透明导电层131上，与后述的金属反射层133b都具有对从发光层124输出的光进行反射的作为反射膜的功能。而且，绝缘反射层132对于从发光层124输出的光至少具有90%左右、优选95%以上的透射性，具有比透明导电层131低的折射率、且具有绝缘性。作为构成绝缘反射层132的材料，例如，能列举出SiO2 (二氧化硅)、MgF2 (氟化镁)、CaF2 (氟化钙)、Al2O3 (氧化铝)等。在本实施方式中，作为绝缘反射层132，使用折射率Ii1 = 1.48 (450nm波长)的SiO2 (二氧化硅)。此外，构成透明导电层131的IZO膜的折射率n2为2.14(450nm波长)。
[0047]在本实施方式中，对于绝缘反射层132的膜厚(H)，在其与使用绝缘反射层132的折射率η和发光层124的发光波长λ (nm)来定义的Q = (A / 4n)之间的关系中，设定为以下所示的式(I)的关系。这里，如上所述，Q表示发光层124的发光波长λ除以折射率η的4倍而得到的值。
[0048]H = AQ (I)
[0049]另外，绝缘反射层132的膜厚优选基于以下的式(2)来设定。即，膜厚优选为5Q(Α = 5)以上。但是，从制约生产成本的角度考虑，膜厚优选为20Q (Α = 20)以下。
[0050]H ^ 5Q (2)
[0051]在本实施方式中，对于绝缘反射层132的膜厚优选设置在A超过5的范围内，即在为波长450nm的蓝色光的情况下，优选设置在超过380nm的范围内。根据发明人的实验数据和模拟结果确认了:尤其在A = 3、5、7…等的A为奇数的膜厚的情况下，能够得到发光强度增大的结果，尤其优选A = 3、5、7等的膜厚，半导体发光元件10的输出依赖于绝缘反射层132的膜厚。在本实施方式中，绝缘反射层132的膜厚尤其优选A为3、5、7…等的奇数±0.5单位的范围。更具体而言，通过发明人的实验确认了:随着A增加(绝缘反射层132的膜厚增加)，半导体发光元件10的输出增加，另外，在A = 3、5、7…等的A为奇数的膜厚的情况下，发光强度尤其有效地增大。
[0052]下面，对作为其他的层构造的例子的多层构造的绝缘反射层进行说明。
[0053]图3是说明绝缘反射层132的层构造的一个例子的截面示意图。本实施方式中，绝缘反射层132具有折射率不同的多层的叠层体即多层构造。多层构造的绝缘反射层132是交替地层叠具有第一折射率的第一绝缘反射层132a和具有比第一折射率高的第二折射率的第二绝缘反射层132b而构成的。尤其在本实施方式中，采用了通过两个第一绝缘反射层132a夹入一个第二绝缘反射层132b的构成。
[0054]在图3所示的例子中，在6层的第一绝缘反射层132a之间夹入5层的第二绝缘反射层132b，由此具有合计11层的叠层构造。
[0055]在第一绝缘反射层132a以及第二绝缘反射层132b使用了对从发光层124输出的光具有高光透射性能的材料。这里，作为第一绝缘反射层132a，例如可以使用Si02(二氧化硅)和/或MgF2 (氟化镁)。作为第二绝缘反射层132b，可以使用TiO2 (氧化钛)、Ta2O5 (氧化钽)、ZrO2 (氧化锆)、HfO2 (氧化铪)、Nb2O5 (氧化铌)。不过，只要满足与第二绝缘反射层132b之间的折射率的关系，则第一绝缘反射层132a还可以使用这些Ti02、Ta205、Zr02、Hf02、Nb2O5。
[0056]在本实施方式中，作为第一绝缘反射层132a使用SiO2 (二氧化硅)，作为第二绝缘反射层132b使用折射率为2.21 (450nm波长)的Ta2O5 (氧化钽)。这些材料对于发光层124的发光波长λ (= 400nm~450nm)的光具有高光透射性。
[0057]在本实施方式中，对于第一绝缘反射层132a的层厚度 < 和第二绝缘反射层132b的层厚度dH,在发光层124的发光波长为λ (nm)、发光波长λ时的第一绝缘反射层132a的折射率为％、发光波长λ时的第二绝缘反射层132b的折射率为nH时(化< nH)，基于以下所示的式来设定。在本实施方式中，多层构造的绝缘反射层132的膜厚(H)为1000nm~1500nm。R (1)、R (2)为正的实数。
[0058]
【权利要求】
1.一种半导体发光元件，其特征在于，具有: 层叠了 η型半导体层、发光层以及P型半导体层的叠层半导体层； 多个η侧电极，其层叠在所述η型半导体层上且与该η型半导体层电连接，该多个η侧电极配置为从层叠方向观察时将所述发光层以及所述P型半导体层的至少一部分的区域包围； P侧电极，其设在所述P型半导体层上，对于从所述发光层输出的光具有反射性，并且与该P型半导体层电连接，在从层叠方向观察时，该P侧电极在被多个所述η侧电极包围的区域具有用于与外部电连接的连接部。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述P侧电极具有层叠在所述P型半导体层上且设有供该P型半导体层的一部分露出的多个开口部的绝缘反射层。
3.根据权利要求2所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述P侧电极在所述P型半导体层和所述绝缘反射层之间具有透明导电层，该透明导电层对于从所述发光层输出的光具有透射性，该透明导电层的一部分从该绝缘反射层的所述开口部露出。
4.根据权利要求2或3所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述P侧电极具有形成在所述绝缘反射层上和该绝缘反射层的所述开口部内的金属反射层。
5.根据权利要求2~4中任一项所述的半导体发光元件，其特征在于， 所述绝缘反射层包括多层绝缘层，所述多层绝缘层是交替层叠第一绝缘层和第二绝缘层而构成的，所述第一绝缘层具有第一折射率、且对于从所述发光层输出的光呈现光透射性，所述第二绝缘层具有比该第一折射率高的第二折射率、且对于从该发光层输出的光呈现光透射性。
【文档编号】H01L33/36GK103904176SQ201310688058
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】程田高史 申请人:丰田合成株式会社