第iii族氮化物半导体发光元件及其制造方法
第iii族氮化物半导体发光元件及其制造方法
【专利摘要】一种第III族氮化物半导体发光元件，包括：包括发光层、p型半导体层和n型半导体层的半导体层；接触p型半导体层的p接触电极；接触n型半导体层的n接触电极；以及支承半导体层的支承衬底。p接触电极和n接触电极设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。在p接触电极和n接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，p接触电极和n接触电极形成为所正投影的p接触电极和所正投影的n接触电极彼此不重叠的形状。
【专利说明】第M I族氮化物半导体发光元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。更具体地，本发明涉及能够抑制在P电极与η电极之间出现漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为第III族氮化物半导体发光元件的实例，存在将接触电极包埋在发光元件中的包埋式发光元件和接触电极简单地形成在通过挖槽而露出的接触层上的槽式发光元件。例如，专利文献I中公开了包埋式发光元件(参见专利文献I中的图2等)。
[0003]在专利文献I中公开的发光元件中，将P接触电极(109)和η接触电极(103)包埋在发光元件中。此外，将P接触电极(109)和η接触电极(103)形成为在其间夹有薄绝缘膜
(110)。这里，P接触电极(109)形成在发光面的整个区域上。
[0004]专利文献I JP-A-2011-216514
[0005]因此，在专利文献I中公开的发光元件中，存在P接触电极(109)和η接触电极
(103)经由薄绝缘膜(110)彼此相对的位置(参见专利文献I中的图2等)。因此，在这些位置中，在P接触电极(109)与η接触电极(103)之间形成强电场。
[0006]在专利文献I中公开的发光元件中，存在在薄绝缘膜(110)的位置处出现泄漏的可能性。当持续使用该发光元件时，金属原子沿薄绝缘膜(Iio)的晶界移动并且形成将P接触电极(109)和η接触电极(103)彼此连接的路径，从而存在出现漏电流的可能性。另外，发光元件的使用寿命较短。此外，存在出现早期故障的可能性。也就是说，良品率较差。
[0007]另一方面，在槽式发光元件中，如在说明性实施方案(将稍后进行描述)与常规实例之间的比较中更详细地说明的，最初几乎不存在P接触电极和η接触电极彼此传导的可能性，即使在未设置绝缘膜时也如此。因此，下面的问题是包埋式发光元件特有的。
[0008]已做出本发明以解决现有技术的上述问题。也就是说，本发明的一个目的是提供一种能够抑制在如下包埋式元件中出现漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，在该包埋式元件中，接触电极被设置为处于包埋在半导体层与支承衬底之间的状态。
【发明内容】
[0009][I]根据本发明的一方面，第III族氮化物半导体发光元件包括:包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层；接触P型半导体层的P接触电极；接触η型半导体层的η接触电极；以及支承半导体层的支承衬底。P接触电极和η接触电极设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。在P接触电极和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，P接触电极和η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
[0010]在第III族氮化物半导体发光元件中，在P接触电极与η接触电极之间未施加沿垂直于光提取表面的方向的电场。从而，减少了早期故障并且因此良品率好。另外，通过连续使用，几乎不存在通过持续使用而在P接触电极与η接触电极之间出现漏电流的可能性。
[0011][2] [I]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括设置在P接触电极与η接触电极之间的位置处的第一钝化膜。
[0012]此时，第一薄钝化膜处于P接触电极与η接触电极之间的位置处。然而，P接触电极和η接触电极未通过第一钝化膜彼此面对。因此，几乎不存在沿第一钝化膜的膜厚度方向形成强电场的可能性。因此，抑制了漏电流的出现。
[0013][3]在[I]或[2]所述的第III族氮化物半导体发光元件中，P接触电极包括梳状P布线电极部，η接触电极包括梳状η布线电极部，并且在P布线电极部和η布线电极部被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部和所正投影的η布线电极部被布置为彼此啮合。
[0014]由于P接触电极和η接触电极被布置为以梳状形状彼此啮合，所以电流在发光层中充分扩散。因此，发光效率好。
[0015][4] [I]至[3]中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括接触P接触电极的第一金属层。在第一金属层和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，第一金属层和η接触电极形成为所正投影的第一金属层和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
[0016]因此，几乎不存在在第一金属层与η接触电极之间出现漏电流的可能性。
[0017][5] [4]所述的第III族氮化物半导体发光元件包括形成在第一金属层上的P焊盘电极和形成在η接触电极上的η焊盘电极。当从半导体层看时，P焊盘电极和η焊盘电极在与设置有支承衬底的一侧相反的表面上露出。
[0018][6] [4]或[5]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括:位于第一金属层与支承衬底之间并且包含钎料的接合层；以及形成在接合层的在半导体层侧的整个表面上的第二金属层。第二金属层为用于防止包含在接合层中的钎料朝向第一金属层扩散的盖金属层。
[0019][7] [6]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括形成在第二金属层的在半导体层侧的整个表面上的第二钝化膜。
[0020][8] [I]至[7]中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括设置在半导体层与支承衬底之间的位置处的反射膜。在反射膜、P接触电极和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，所正投影的反射膜设置在所正投影的P接触电极与所正投影的η接触电极之间的位置处。
[0021][9] 一种制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，包括:用于在生长衬底上生长包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层的半导体层形成过程；用于从P型半导体层侧起在半导体层上形成凹部以露出η型半导体层的一部分的凹部形成过程；用于在凹部处露出的η型半导体层上形成η接触电极的η接触电极形成过程；用于在P型半导体层上形成P接触电极的P接触电极形成过程；用于从与生长衬底相反的位置将包括支承衬底的层叠体接合至包括半导体层的基底材料以形成接合体的接合过程；以及用于从接合体移除生长衬底的生长衬底移除过程。在η接触电极形成过程和P接触电极形成过程中，在被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，P接触电极和η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状；并且在接合过程中，P接触电极和η接触电极被接合为设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。
[0022][10]根据[9]所述的制造第III族氮化物半导体发光元件的方法还包括用于形成在P接触电极与η接触电极之间进行绝缘的钝化膜的钝化膜形成过程。
[0023]根据本发明，可以提供一种能够抑制在如下包埋式元件中出现的漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，在该包埋式元件中，接触电极被设置为处于包埋在半导体层与支承衬底之间的状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为示出根据说明性实施方案的发光元件的结构的视图。
[0025]图2为示出从根据说明性实施方案的发光元件得到的金属层的平面图。
[0026]图3为示出根据说明性实施方案的发光元件的η接触电极的形状的平面图。
[0027]图4为示出根据说明性实施方案的发光元件的P接触电极的形状的平面图。
[0028]图5为示出根据说明性实施方案的发光元件的蚀刻停止层的形状的平面图。
[0029]图6为示出根据说明性实施方案的发光元件的焊盘电极的形状的平面图。
[0030]图7为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第一视图)。
[0031]图8为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第二视图)。
[0032]图9为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第三视图)。
[0033]图10为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第四视图)。
[0034]图11为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第五视图)。
[0035]图12为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第六视图)。
[0036]图13为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第七视图)。
[0037]图14为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第八视图)。
[0038]图15为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第九视图)。
[0039]图16为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第十视图)。
[0040]图17为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第十一视图)。
[0041]图18为用于说明常规发光元件的视图(第一视图)。
[0042]图19为用于说明常规发光元件的视图(第二视图)。
[0043]图20为用于说明根据修改方案的发光元件的视图。
【具体实施方式】
[0044]在下文中，将参照【专利附图】
【附图说明】性地描述半导体发光元件的具体实施方案。然而，本发明并不限于这些实施方案。此外，半导体发光元件的层叠结构(将在后面进行描述)仅是实例。自然地，可以使用与说明性实施方案不同的层叠结构。在各个附图中的每层的厚度并不表示实际厚度而是概念性地示出。
[0045]1.半导体发光元件
[0046]图1为示出根据本实施方案的发光元件100的结构的截面图。这里，图1中所示的横截面对应于沿图2中的线A-A截取的横截面。发光元件100为将生长衬底从其移除的衬底剥离型半导体发光兀件。发光兀件100包括支承衬底110、接合层120、盖金属层130、蚀刻停止层140、半导体层150、反射膜160、钝化膜170、钝化膜180、p接触电极PC、η接触电极NC、p电极Pl和η电极NI。在图1中，蚀刻停止层140、ρ接触电极PC、n接触电极NC、P电极Pl和η电极NI被画有阴影。
[0047]半导体层150包括由第III族氮化物半导体制成的多个层。这里，第III族氮化物半导体是指由AlxInyGazN (x+y+z=l,O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ z ^ I)表示的半导体。半导体层150包括P型半导体层151、发光层152和η型半导体层153。发光层152包括讲层和势垒层。发光层152的结构可以为单量子阱结构(SQW)或多量子阱结构(MQW)。ρ型半导体层151包括P型覆层和P型接触层。η型半导体层153包括η型覆层和η型接触层。另外，η型半导体层153的与发光层152相反的表面为粗糙化的光提取表面154。以此方式，光提取表面154设置在露出η电极NI的一侧上，即在与支承衬底110相反的一侧上。这些半导体层150的堆叠结构仅是实例，并且可以采用其它堆叠结构。
[0048]支承衬底110意在通过支承半导体层150来防止发光元件100的变形。支承衬底110的材料为例如陶瓷衬底。接合层120为包含Au-Sn基钎料的层。可以采用其它接合层，只要该接合层可以将支承衬底和包括半导体层150的层叠体接合即可。
[0049]盖金属层130为用于防止电迁移的层。例如，盖金属层130防止包含在接合层120中的钎料(即Au、Sn)朝向蚀刻停止层140扩散。为此，盖金属层130形成在接合层120在半导体层150侧的整个表面上。盖金属层130的材料包括如N1、T1、Pt、W的金属或其合金。
[0050]蚀刻停止层140为用于停止在制造过程(将在后面描述)中执行的干法蚀刻的蚀刻的金属层。为此，蚀刻阻挡层140构成通过干法蚀刻形成的凹部的底表面。另外，蚀刻停止层140接触ρ接触电极PC。另外，蚀刻停止层140还接触ρ电极Pl。因此，P电极Pl通过蚀刻停止层140传导至ρ 接触电极PC。蚀刻停止层140的材料包括如N1、Al、Pt的金属或其合金。
[0051]反射膜160为用于将从发光层152生成的光朝向光提取表面154反射的膜。当将反射膜160、ρ接触电极PC和η接触电极NC正投影在支承衬底110的板表面上时，所正投影的反射膜160设置在所正投影的ρ接触电极PC和所正投影的η接触电极NC之间的位置处。另外，反射膜160设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。因此，在发光层152中朝向支承衬底110发射的光被反射膜160或蚀刻停止层140反射。当ρ接触电极PC的材料不是半透明材料时，光也在P接触电极PC中反射。此外，光可以被盖金属层130反射。反射膜160的材料为例如Ag、Al、Rh、Pt、Ru、N1、T1、W及其合金。
[0052]钝化膜170为覆盖η接触电极NC的绝缘膜。钝化膜170设置在ρ接触电极PC与η接触电极NC之间。这意在将ρ接触电极PC与η接触电极NC绝缘。钝化膜170的材料为例如 SiO2 或 Si3N4。
[0053]钝化膜180为形成在盖金属层130在半导体层150侧的整个表面上的绝缘膜。钝化膜180的厚度是足够厚的。钝化膜180的材料可以与钝化膜170的材料相同。由于钝化膜180形成在盖金属层130的整个表面上，所以在发光元件100的光发射期间，在盖金属层130中没有电流流动。因此，几乎未在盖金属层130与η接触电极NC之间形成电场。
[0054]ρ接触电极PC意在被传导至ρ型半导体层151。此外，P接触电极PC与ρ型半导体层151的ρ型接触层接触。ρ接触电极PC设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。P接触电极PC的材料为例如ITO或ΙΖ0。此外，P接触电极PC的材料为Ag、Rh、Pt、Ru或其合金。此外，P接触电极PC还用作用于反射从半导体层150发射的光的反射层。因此，当半透明导电层(如ITO或ΙΖ0)与ρ型半导体层151接触时，层叠高反射金属层如Ag、Al、Rh、Ru。
[0055]η接触电极NC意在被传导至η型半导体层153。另外，η接触电极NC与η型半导体层153的η型接触层接触。η接触电极NC设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。η接触电极NC具有例如从η型半导体层153侧依次形成的V和Al的结构(V/A1)。可替代地，η接触电极NC可以为Ti/Al、V/Au、Ti/Au或Ni/Au。
[0056]ρ电极Pl为传导至ρ型半导体层151的焊盘电极。P电极Pl形成在蚀刻停止层140上。ρ电极Pl通过蚀刻停止层140和ρ接触电极PC传导至ρ型半导体层151。ρ电极Pl具有从蚀刻停止层140侧依次形成Ti和Au的结构(Ti/Au)。可替代地，ρ电极可以为Ti/Al、V/Al、V/Au或者Ti/Ni/Au。另外，除了 Ti和V，可以使用Zr、W、Ta或Cr等。期望地，P电极Pl的最外表面为Au或Al以提高导线接合的粘附力。
[0057]η电极NI为传导至η型半导体层153的焊盘电极。η电极NI形成在η接触电极NC上。η电极NI的材料可以与η接触电极NC的材料相同。另外，可以使用Zr、W、Ta或Cr等。此外,P电极Pl和η电极NI可以同时由相同的材料形成。ρ电极Pl和η电极NI在与支承衬底110相反的一侧上的位置处露出。
[0058]2.半导体发光元件的层叠结构
[0059]现在，描述发光元件100的各部分的结构和形状。图2为从发光元件100中得出的支承衬底110、P接触电极PC、η接触电极Ne、ρ电极Ρ1、η电极NI和反射膜160的上透视图。
[0060]换言之，图2为将发光元件的各部分正投影在支承衬底110的板表面上的投影图。这里，在将P接触电极PC和η接触电极NC正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC形成为所正投影的ρ接触电极PC和所正投影的η接触电极NC彼此不重叠的形状。另外，在P接触电极PC与η接触电极NC之间形成在3 μ m或更大以及30 μ m或更小的范围内的间隙。如图2所示，反射膜160沿着该间隙形成。
[0061]2-1.N接触电极的形状等
[0062]图3为η接触电极NC的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。η接触电极NC包括η布线电极部NCl和η焊盘布置部NC2。η布线电极部NCl具有梳状形状。η焊盘布置部NC2为形成η电极NI的位置。
[0063]2-2.P接触电极的形状等
[0064]图4为ρ接触电极PC的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。ρ接触电极PC包括P布线电极部PCl、凹槽部PC3和凹槽部PC4。ρ布线电极部PCl具有梳状形状。凹槽部PC3和凹槽部PC4中的每一个为用于形成P电极Pl和η电极NI且同时露出ρ电极Pl和η电极NI的凹槽状部。
[0065]这里，在ρ布线电极部PCl和η布线电极部NCl被正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部PCl和所正投影的η布线电极部NCl被布置为彼此啮合。图2示出这些啮合形状和布置。
[0066]2-3.蚀刻停止层的形状等[0067]图5为蚀刻停止层140的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。蚀刻停止层140具有类似于ρ接触电极PC的形状(参见图4)。蚀刻停止层140包括布线电极形状部141和ρ焊盘电极形成部142。除了 ρ焊盘电极形成部142，蚀刻停止层140具有与ρ接触电极PC基本上相同的形状。
[0068]在蚀刻停止层140和η接触电极NC被正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，蚀刻停止层140和η接触电极NC形成为所正投影的蚀刻停止层140和所正投影的η接触电极NC彼此不重叠的形状。
[0069]2-4.焊盘电极
[0070]图6为ρ电极Pl和η电极NI的平面图。这里，同样将支承衬底110示为参考。此夕卜，如图1所示，当从半导体层150看时，ρ电极Pl和η电极NI两者在与设置有支承衬底110的一侧相反的表面上露出。
[0071]3.制造半导体发光元件的方法
[0072]接下来，将参照图7至图17来描述根据本实施方案的发光元件100的制造方法。在图7至图17的每个制造过程中，示出与沿图2中的线B-B截取的横截面对应的横截面。另外，在图7至图12中，在附图的上侧绘制作为生长衬底的蓝宝石衬底S10，并且在附图中在蓝宝石衬底SlO的下侧上生长半导体层150。然而，实际上，认为在附图中将蓝宝石衬底SlO的主表面布置为朝上并且在蓝宝石衬底SlO的主表面上生长半导体层150。
[0073]3-1.半导体层形成过程
[0074]通过金属有机气相生长(MOCVD)来外延生长由第III族氮化物半导体制成的各个半导体层的晶体。如图7所示，在作为生长衬底的蓝宝石衬底SlO的主表面上形成半导体层150。从蓝宝石衬底SlO侧依次形成η型半导体层153、发光层152和ρ型半导体层151。另外，在形成半导体层150之前，可以形成低温缓冲层如Α1Ν。
[0075]3-2.凹部形成过程
[0076]随后,通过干法蚀刻在半导体层150中形成凹部155。此时,可以使用SiO2作为掩模。如图8所示，凹部155为从ρ型半导体层151侧起到达η型半导体层153的盲孔。在凹部155的底部露出η型半导体层153的η型接触层156。凹部155的形状类似于图3所示的η接触电极NC的形状。
[0077]3-3.η接触电极形成过程
[0078]然后，如图9所示，在凹部155处露出的η型接触层156上形成η接触电极NC。这里，形成包括梳状η布线电极部NCl的η接触电极NC。
[0079]3-4.ρ接触电极形成过程
[0080]随后，如图9所示，使用溅射法在ρ型半导体层151的P型接触层151a上形成ρ接触电极PC。这里，P接触电极PC具有梳状形状。然后，将梳状P布线电极部PCl形成为与η接触电极NC的η布线电极部NCl啮合的形状。
[0081]因此，在被正投影在蓝宝石衬底SlO的板表面上的情况下，P布线电极部PCl和η布线电极部NCl被布置为处于所正投影的ρ布线电极部PCl和所正投影的η布线电极部NCl彼此不重叠的形状和位置。虽然在本实施方案中被正投影在蓝宝石衬底SlO上，但不改变P布线电极部PCl和η布线电极部NCl被布置为处于这些电极部彼此不重叠的形状和位置的事实，即使在被正投影在发光层152的发光表面上或在后续过程中附接的支承衬底110上的情况下也如此。
[0082]3-5.第一钝化膜形成过程
[0083]然后，如图10所示，将钝化膜170形成为覆盖η接触电极NC。以该方式，η接触电极NC被半导体层150的η型接触层156和钝化膜170覆盖。
[0084]3-6.蚀刻停止层形成过程
[0085]随后，如图11所示，在ρ接触电极PC上形成蚀刻停止层140。此时，蚀刻停止层140覆盖ρ接触电极PC并且还覆盖钝化膜170的一部分和ρ接触层151a的露出部分。蚀刻停止层140负责停止在后期进行的焊盘电极形成过程的干法蚀刻的进行。
[0086]3-7.反射膜形成过程
[0087]随后，如图11所示，在钝化膜170的一部分上形成反射膜160。当被正投影在蓝宝石衬底SlO的板表面上时，反射膜160设置在P接触电极PC与η接触电极NC之间的位置处。反射膜160意在将从发光层152朝向钝化膜170发射的光反射。
[0088]3-8.第二钝化膜形成过程
[0089]随后，如图12所示，在蚀刻阻挡层140、反射膜160和钝化膜170的整个表面上形成钝化膜180。
[0090]3-9.盖金属层形成过程
[0091]随后，如图12所示，在钝化膜180上形成盖金属层130。这里，在晶片的整个表面上形成盖金属层130。
[0092]3-10.接合过程
[0093]随后，如图13所示，将包括半导体层150的层叠体(基底材料)TlO和包括支承衬底110的层叠体UlO彼此钎焊。此时，在包括半导体层150的层叠体TlO的面对支承衬底110的表面上形成钎料。利用该钎焊，包括半导体层150的层叠体TlO和包括支承衬底110的层叠体Uio被整体接合以形成接合体V10。通过这样做，将P接触电极PC和η接触电极NC设置在半导体层150与支承衬底110之间。
[0094]3-11.生长衬底移除过程
[0095]在形成接合体VlO之后，从接合体VlO移除作为生长衬底的蓝宝石衬底S10。例如，可以通过激光剥离法移除蓝宝石衬底S10。图14示出移除蓝宝石衬底SlO之后的接合体 VII。
[0096]3-12.焊盘电极形成过程
[0097]随后，如图15所示，从η型半导体层153的通过移除蓝宝石衬底SlO而露出的表面153a的一侧形成凹部157、158。该工作可以通过干法蚀刻来形成。在凹部157的底部处露出蚀刻停止层140。在凹部158的底部处露出η接触电极NC。换言之，通过干法蚀刻形成的凹部到达蚀刻停止层140和η接触电极NC并且在其金属层的位置处停止。
[0098]然后，如图16所示，在凹部157的底部处露出的蚀刻阻挡层140上形成ρ电极Ρ1。另外，在凹部158的底部处露出的η接触电极NC上形成η电极NI。
[0099]3-13.粗糙化过程
[0100]随后，如图17所示，通过蚀刻来对η型半导体层153的表面153a进行粗糙化。利用该表面微加工，改善了光提取表面154a的光提取效率。
[0101]3-14.元件分离过程[0102]这里，使用YAG激光等来分离元件。当然，也可以通过其它方法来分离元件。利用该分离，制造了图1所示的发光元件100等。在上述制造过程中，可以进行适当的热处理。另外，上述制造过程可以适当地彼此交换。特别地，P接触电极形成过程和η接触电极形成过程可以彼此交换。
[0103]4.所制造的半导体发光元件
[0104]在根据本实施方案的发光元件100中，ρ布线电极部PCl和η布线电极部NCl设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。除了焊盘电极之外，在光提取表面的一侧不存在作为光提取的障碍物的构件。因此，发光效率较好。此外，由于抑制了漏电流，所以改善了良品率，并且使用寿命也比常规发光元件的使用寿命长。另外，包括半导体层150的层叠体的一侧的整个表面被接合至支承衬底110。因此，发光元件100的散热性较高。另夕卜，发光元件100的安装强度也较高。
[0105]5.与常规半导体发光元件的比较
[0106]5-1.槽式(接触电极)
[0107]图18示出常规的槽式发光元件200。如图18所示，沿在半导体层250中设置的槽257形成η接触电极NC21。因此，η接触电极NC21具有沿槽257的形状。同时，在除槽257以外的区域中形成P接触电极PC21。因此，在被正投影在支承衬底210的主表面上的情况下，η接触电极NC21和ρ接触电极PC21被设置为处于所正投影的η接触电极和所正投影的P接触电极彼此不重叠的形状和位置。发光元件200设置有槽257。该布置仅是用于在具有槽的位置和不具有槽的位置中的每个位置形成接触电极的不可避免的构造。
[0108]另外，对于图18中所示的发光元件200，几乎不存在ρ接触电极PC21和η型接触电极NC21彼此传导的可能性，即使当不存在绝缘膜270时也如此。因此，原本就不会出现沿薄绝缘膜的晶界形成路径的问题即本发明要解决的问题。
[0109]5-2.包埋式(接触电极)
[0110]图19示出常规的包埋式发光元件300。如图19所示，在半导体层350与支承衬底310之间设置ρ接触电极PC31的包埋式发光元件300与槽式发光元件200不同。换言之，不存在用于限制P接触电极PC31和η接触电极NC31的形状的机构，例如对应于上述槽257的装置(参见图18)。在图19中，ρ接触电极PC31形成在发光表面的整个区域上。
[0111]因此，如图19所示，存在η接触电极NC31和ρ接触电极PC31通过绝缘膜370彼此相对的位置391。当使用发光元件300时，在该位置391处生成沿膜厚度方向的强电场。由于连续地生成电场，所以存在损坏绝缘膜370的可能性。例如，金属原子通常通过电场而沿薄绝缘膜370的晶界移动，因此形成路径。从而，漏电流在η接触电极NC31与ρ接触电极PC31之间流动。
[0112]相反，根据本实施方案的发光元件100是包埋式元件并且具有P接触电极PC和η接触电极NC未通过绝缘膜彼此相对的构造。因此，几乎不存在漏电流在P接触电极PC与η接触电极NC之间流动的可能性。
[0113]6.修改方案
[0114]6-1.导电支承衬底
[0115]在本实施方案中，使用绝缘陶瓷衬底作为支承衬底110。然而，可以使用导电衬底，如铜衬底或铝衬底。Cu和Al的热导率较高。因此，这样的发光元件具有良好的散热性并且其可靠性较高。另外，钝化膜180形成在盖金属层130的整个表面上。因此，当使用导电衬底时，导电层与η接触电极NC或ρ接触电极PC绝缘。因此，对发光元件内部的电场几乎没有影响，即使当使用导电衬底时也如此。
[0116]6-2.金属层的形成
[0117]另外，可以在支承衬底110的与半导体层150相反的表面上形成金属层。金属层的最外表面由Au层或AuSn层构成，因此，发光元件可以进行钎焊式安装。
[0118]6-3.发光元件的电极形状
[0119]在根据本实施方案的发光元件100中，η接触电极NC和ρ接触电极PC两者均具有梳状位置。然而，本发明并不限于该形状。
[0120]6-4.细长元件
[0121]例如，如图20所示，还可以以与本实施方案相同的方式应用细长发光元件。图20的左端示出η接触电极NC40、ρ接触电极PC40、蚀刻停止层240、η电极Ν2和ρ电极Ρ2被正投影在支承衬底110的板表面上的投影图。另外，在图20中，在第二视图中从左向右依次为示出η接触电极NC40的视图、示出ρ接触电极PC40的视图、示出蚀刻停止层240的视图以及示出η电极Ν2和ρ电极Ρ2的视图。自然地，其可以应用于其它发光元件，只要该发光元件为其中包埋有接触电极的包埋式半导体发光元件即可。
[0122]6-5.生长衬底的移除方法
[0123]在本实施方案中，使用蓝宝石衬底作为生长衬底。然而，可以使用其它衬底例如Si衬底。另外，本发明可以应用于衬底剥离型发光元件，其中使用其它方法如化学剥离法而不是激光剥离法来移除生长衬底。此外，无论制造过程如何，均可以应用本发明，只要在半导体层与支承衬底之间设置有接触层即可。
[0124]6-6.接合层
[0125]在本实施方案中，接合层120是通过由Au-Sn基钎焊接合的层来构造的。然而,可以使用除Au-Sn基钎料以外的钎料或蜡质材料。可以使用金属膏。
[0126]6-7.光提取表面的钝化膜
[0127]此外，可以在光提取表面侧上形成钝化膜。
[0128]7.本实施方案的总结
[0129]根据本实施方案的发光元件100为其中在半导体层150与支承衬底110之间的位置处设置有P接触电极PC和η接触电极NC的包埋式元件。另外，在被正投影在支承衬底110上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC被布置为处于这些电极彼此不重叠的形状和位置。因此，P接触电极PC与η接触电极NC之间几乎不出现漏电流。
[0130]此外，在制造根据本实施方案的半导体发光元件的方法中，在被正投影在作为生长衬底的蓝宝石衬底SlO上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC被放置为处于ρ接触电极PC和η接触电极NC彼此不重叠的形状和位置。因此，在通过上述制造方法制造的发光元件100中，在ρ接触电极PC与η接触电极NC之间几乎不出现漏电流。换言之，难以出现早期故障，并且因此良品率较好。
[0131]以上描述的说明性实施方案仅是说明性的。因此，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，各种改进和修改自然是可以的。例如，本发明不限于金属有机气相生长(M0CVD)。可以使用利用载气来生长晶体的其它方法。另外，可以通过其它外延生长方法(例如液相外延、分子束外延)来形成半导体层。
【权利要求】
1.一种第III族氮化物半导体发光元件，包括: 包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层； 接触所述P型半导体层的P接触电极； 接触所述η型半导体层的η接触电极；以及 支承所述半导体层的支承衬底， 其中所述P接触电极和所述η接触电极设置在所述半导体层与所述支承衬底之间的位置处，以及 在所述P接触电极和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的板表面上的情况下，所述P接触电极和所述η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 设置在所述P接触电极与所述η接触电极之间的位置处的第一钝化膜。
3.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中所述P接触电极包括梳状P布线电极部， 所述η接触电极包括梳状η布线电极部，以及 在所述P布线电极部和所述η布线电极部被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部和所正投影的η布线电极部被布置为彼此啮合。
4.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 接触所述P接触电极的第一金属层， 其中在所述第一金属层和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所述第一金属层和所述η接触电极形成为所正投影的第一金属层和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
5.根据权利要求4所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 形成在所述第一金属层上的P焊盘电极；以及 形成在所述η接触电极上的η焊盘电极， 其中当从所述半导体层看时，所述P焊盘电极和所述η焊盘电极在与设置有所述支承衬底的一侧相反的表面上露出。
6.根据权利要求4所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 位于所述第一金属层与所述支承衬底之间并且包含钎料的接合层，以及 形成在所述接合层的在所述半导体层侧的整个表面上的第二金属层， 其中所述第二金属层为用于防止包含在所述接合层中的所述钎料朝向所述第一金属层扩散的盖金属层。
7.根据权利要求6所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 形成在所述第二金属层的在所述半导体层侧的整个表面上的第二钝化膜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 设置在所述半导体层与所述支承衬底之间的位置处的反射膜， 其中在所述反射膜、所述P接触电极和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所正投影的反射膜设置在所正投影的P接触电极与所正投影的η接触电极之间的位置处。
9.一种制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，包括: 用于在生长衬底上生长包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层的半导体层形成过程； 用于从所述P型半导体层侧起在所述半导体层上形成凹部以露出所述η型半导体层的一部分的凹部形成过程； 用于在所述凹部处露出的所述η型半导体层上形成η接触电极的η接触电极形成过程; 用于在所述P型半导体层上形成P接触电极的P接触电极形成过程； 用于从与所述生长衬底相反的位置将包括支承衬底的层叠体接合至包括所述半导体层的基底材料以形成接合体的接合过程；以及 用于从所述接合体移除所述生长衬底的生长衬底移除过程， 其中在所述η接触电极形成过程和所述P接触电极形成过程中，在被正投影在所述支承衬底的板表面上的情况下，所述P接触电极和所述η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状，以及 在所述接合过程中，将所述P接触电极和所述η接触电极接合为设置在所述半导体层与所述支承衬底之 间的位置处。
10.根据权利要求9所述的制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，还包括: 用于形成在所述P接触电极与所述η接触电极之间进行绝缘的钝化膜的钝化膜形成过程。
【文档编号】H01L33/44GK103996775SQ201410051573
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月18日
【发明者】上村俊也 申请人:丰田合成株式会社
【专利摘要】一种第III族氮化物半导体发光元件，包括：包括发光层、p型半导体层和n型半导体层的半导体层；接触p型半导体层的p接触电极；接触n型半导体层的n接触电极；以及支承半导体层的支承衬底。p接触电极和n接触电极设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。在p接触电极和n接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，p接触电极和n接触电极形成为所正投影的p接触电极和所正投影的n接触电极彼此不重叠的形状。
【专利说明】第M I族氮化物半导体发光元件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。更具体地，本发明涉及能够抑制在P电极与η电极之间出现漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]作为第III族氮化物半导体发光元件的实例，存在将接触电极包埋在发光元件中的包埋式发光元件和接触电极简单地形成在通过挖槽而露出的接触层上的槽式发光元件。例如，专利文献I中公开了包埋式发光元件(参见专利文献I中的图2等)。
[0003]在专利文献I中公开的发光元件中，将P接触电极(109)和η接触电极(103)包埋在发光元件中。此外，将P接触电极(109)和η接触电极(103)形成为在其间夹有薄绝缘膜
(110)。这里，P接触电极(109)形成在发光面的整个区域上。
[0004]专利文献I JP-A-2011-216514
[0005]因此，在专利文献I中公开的发光元件中，存在P接触电极(109)和η接触电极
(103)经由薄绝缘膜(110)彼此相对的位置(参见专利文献I中的图2等)。因此，在这些位置中，在P接触电极(109)与η接触电极(103)之间形成强电场。
[0006]在专利文献I中公开的发光元件中，存在在薄绝缘膜(110)的位置处出现泄漏的可能性。当持续使用该发光元件时，金属原子沿薄绝缘膜(Iio)的晶界移动并且形成将P接触电极(109)和η接触电极(103)彼此连接的路径，从而存在出现漏电流的可能性。另外，发光元件的使用寿命较短。此外，存在出现早期故障的可能性。也就是说，良品率较差。
[0007]另一方面，在槽式发光元件中，如在说明性实施方案(将稍后进行描述)与常规实例之间的比较中更详细地说明的，最初几乎不存在P接触电极和η接触电极彼此传导的可能性，即使在未设置绝缘膜时也如此。因此，下面的问题是包埋式发光元件特有的。
[0008]已做出本发明以解决现有技术的上述问题。也就是说，本发明的一个目的是提供一种能够抑制在如下包埋式元件中出现漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，在该包埋式元件中，接触电极被设置为处于包埋在半导体层与支承衬底之间的状态。
【发明内容】
[0009][I]根据本发明的一方面，第III族氮化物半导体发光元件包括:包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层；接触P型半导体层的P接触电极；接触η型半导体层的η接触电极；以及支承半导体层的支承衬底。P接触电极和η接触电极设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。在P接触电极和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，P接触电极和η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
[0010]在第III族氮化物半导体发光元件中，在P接触电极与η接触电极之间未施加沿垂直于光提取表面的方向的电场。从而，减少了早期故障并且因此良品率好。另外，通过连续使用，几乎不存在通过持续使用而在P接触电极与η接触电极之间出现漏电流的可能性。
[0011][2] [I]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括设置在P接触电极与η接触电极之间的位置处的第一钝化膜。
[0012]此时，第一薄钝化膜处于P接触电极与η接触电极之间的位置处。然而，P接触电极和η接触电极未通过第一钝化膜彼此面对。因此，几乎不存在沿第一钝化膜的膜厚度方向形成强电场的可能性。因此，抑制了漏电流的出现。
[0013][3]在[I]或[2]所述的第III族氮化物半导体发光元件中，P接触电极包括梳状P布线电极部，η接触电极包括梳状η布线电极部，并且在P布线电极部和η布线电极部被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部和所正投影的η布线电极部被布置为彼此啮合。
[0014]由于P接触电极和η接触电极被布置为以梳状形状彼此啮合，所以电流在发光层中充分扩散。因此，发光效率好。
[0015][4] [I]至[3]中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括接触P接触电极的第一金属层。在第一金属层和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，第一金属层和η接触电极形成为所正投影的第一金属层和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
[0016]因此，几乎不存在在第一金属层与η接触电极之间出现漏电流的可能性。
[0017][5] [4]所述的第III族氮化物半导体发光元件包括形成在第一金属层上的P焊盘电极和形成在η接触电极上的η焊盘电极。当从半导体层看时，P焊盘电极和η焊盘电极在与设置有支承衬底的一侧相反的表面上露出。
[0018][6] [4]或[5]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括:位于第一金属层与支承衬底之间并且包含钎料的接合层；以及形成在接合层的在半导体层侧的整个表面上的第二金属层。第二金属层为用于防止包含在接合层中的钎料朝向第一金属层扩散的盖金属层。
[0019][7] [6]所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括形成在第二金属层的在半导体层侧的整个表面上的第二钝化膜。
[0020][8] [I]至[7]中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件还包括设置在半导体层与支承衬底之间的位置处的反射膜。在反射膜、P接触电极和η接触电极被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，所正投影的反射膜设置在所正投影的P接触电极与所正投影的η接触电极之间的位置处。
[0021][9] 一种制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，包括:用于在生长衬底上生长包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层的半导体层形成过程；用于从P型半导体层侧起在半导体层上形成凹部以露出η型半导体层的一部分的凹部形成过程；用于在凹部处露出的η型半导体层上形成η接触电极的η接触电极形成过程；用于在P型半导体层上形成P接触电极的P接触电极形成过程；用于从与生长衬底相反的位置将包括支承衬底的层叠体接合至包括半导体层的基底材料以形成接合体的接合过程；以及用于从接合体移除生长衬底的生长衬底移除过程。在η接触电极形成过程和P接触电极形成过程中，在被正投影在支承衬底的板表面上的情况下，P接触电极和η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状；并且在接合过程中，P接触电极和η接触电极被接合为设置在半导体层与支承衬底之间的位置处。
[0022][10]根据[9]所述的制造第III族氮化物半导体发光元件的方法还包括用于形成在P接触电极与η接触电极之间进行绝缘的钝化膜的钝化膜形成过程。
[0023]根据本发明，可以提供一种能够抑制在如下包埋式元件中出现的漏电流的第III族氮化物半导体发光元件及其制造方法，在该包埋式元件中，接触电极被设置为处于包埋在半导体层与支承衬底之间的状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为示出根据说明性实施方案的发光元件的结构的视图。
[0025]图2为示出从根据说明性实施方案的发光元件得到的金属层的平面图。
[0026]图3为示出根据说明性实施方案的发光元件的η接触电极的形状的平面图。
[0027]图4为示出根据说明性实施方案的发光元件的P接触电极的形状的平面图。
[0028]图5为示出根据说明性实施方案的发光元件的蚀刻停止层的形状的平面图。
[0029]图6为示出根据说明性实施方案的发光元件的焊盘电极的形状的平面图。
[0030]图7为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第一视图)。
[0031]图8为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第二视图)。
[0032]图9为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第三视图)。
[0033]图10为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第四视图)。
[0034]图11为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第五视图)。
[0035]图12为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第六视图)。
[0036]图13为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第七视图)。
[0037]图14为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第八视图)。
[0038]图15为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第九视图)。
[0039]图16为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第十视图)。
[0040]图17为用于说明根据说明性实施方案的发光元件的制造方法的视图(第十一视图)。
[0041]图18为用于说明常规发光元件的视图(第一视图)。
[0042]图19为用于说明常规发光元件的视图(第二视图)。
[0043]图20为用于说明根据修改方案的发光元件的视图。
【具体实施方式】
[0044]在下文中，将参照【专利附图】
【附图说明】性地描述半导体发光元件的具体实施方案。然而，本发明并不限于这些实施方案。此外，半导体发光元件的层叠结构(将在后面进行描述)仅是实例。自然地，可以使用与说明性实施方案不同的层叠结构。在各个附图中的每层的厚度并不表示实际厚度而是概念性地示出。
[0045]1.半导体发光元件
[0046]图1为示出根据本实施方案的发光元件100的结构的截面图。这里，图1中所示的横截面对应于沿图2中的线A-A截取的横截面。发光元件100为将生长衬底从其移除的衬底剥离型半导体发光兀件。发光兀件100包括支承衬底110、接合层120、盖金属层130、蚀刻停止层140、半导体层150、反射膜160、钝化膜170、钝化膜180、p接触电极PC、η接触电极NC、p电极Pl和η电极NI。在图1中，蚀刻停止层140、ρ接触电极PC、n接触电极NC、P电极Pl和η电极NI被画有阴影。
[0047]半导体层150包括由第III族氮化物半导体制成的多个层。这里，第III族氮化物半导体是指由AlxInyGazN (x+y+z=l,O ^ x ^ 1,0 ^ y ^ 1,0 ^ z ^ I)表示的半导体。半导体层150包括P型半导体层151、发光层152和η型半导体层153。发光层152包括讲层和势垒层。发光层152的结构可以为单量子阱结构(SQW)或多量子阱结构(MQW)。ρ型半导体层151包括P型覆层和P型接触层。η型半导体层153包括η型覆层和η型接触层。另外，η型半导体层153的与发光层152相反的表面为粗糙化的光提取表面154。以此方式，光提取表面154设置在露出η电极NI的一侧上，即在与支承衬底110相反的一侧上。这些半导体层150的堆叠结构仅是实例，并且可以采用其它堆叠结构。
[0048]支承衬底110意在通过支承半导体层150来防止发光元件100的变形。支承衬底110的材料为例如陶瓷衬底。接合层120为包含Au-Sn基钎料的层。可以采用其它接合层，只要该接合层可以将支承衬底和包括半导体层150的层叠体接合即可。
[0049]盖金属层130为用于防止电迁移的层。例如，盖金属层130防止包含在接合层120中的钎料(即Au、Sn)朝向蚀刻停止层140扩散。为此，盖金属层130形成在接合层120在半导体层150侧的整个表面上。盖金属层130的材料包括如N1、T1、Pt、W的金属或其合金。
[0050]蚀刻停止层140为用于停止在制造过程(将在后面描述)中执行的干法蚀刻的蚀刻的金属层。为此，蚀刻阻挡层140构成通过干法蚀刻形成的凹部的底表面。另外，蚀刻停止层140接触ρ接触电极PC。另外，蚀刻停止层140还接触ρ电极Pl。因此，P电极Pl通过蚀刻停止层140传导至ρ 接触电极PC。蚀刻停止层140的材料包括如N1、Al、Pt的金属或其合金。
[0051]反射膜160为用于将从发光层152生成的光朝向光提取表面154反射的膜。当将反射膜160、ρ接触电极PC和η接触电极NC正投影在支承衬底110的板表面上时，所正投影的反射膜160设置在所正投影的ρ接触电极PC和所正投影的η接触电极NC之间的位置处。另外，反射膜160设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。因此，在发光层152中朝向支承衬底110发射的光被反射膜160或蚀刻停止层140反射。当ρ接触电极PC的材料不是半透明材料时，光也在P接触电极PC中反射。此外，光可以被盖金属层130反射。反射膜160的材料为例如Ag、Al、Rh、Pt、Ru、N1、T1、W及其合金。
[0052]钝化膜170为覆盖η接触电极NC的绝缘膜。钝化膜170设置在ρ接触电极PC与η接触电极NC之间。这意在将ρ接触电极PC与η接触电极NC绝缘。钝化膜170的材料为例如 SiO2 或 Si3N4。
[0053]钝化膜180为形成在盖金属层130在半导体层150侧的整个表面上的绝缘膜。钝化膜180的厚度是足够厚的。钝化膜180的材料可以与钝化膜170的材料相同。由于钝化膜180形成在盖金属层130的整个表面上，所以在发光元件100的光发射期间，在盖金属层130中没有电流流动。因此，几乎未在盖金属层130与η接触电极NC之间形成电场。
[0054]ρ接触电极PC意在被传导至ρ型半导体层151。此外，P接触电极PC与ρ型半导体层151的ρ型接触层接触。ρ接触电极PC设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。P接触电极PC的材料为例如ITO或ΙΖ0。此外，P接触电极PC的材料为Ag、Rh、Pt、Ru或其合金。此外，P接触电极PC还用作用于反射从半导体层150发射的光的反射层。因此，当半透明导电层(如ITO或ΙΖ0)与ρ型半导体层151接触时，层叠高反射金属层如Ag、Al、Rh、Ru。
[0055]η接触电极NC意在被传导至η型半导体层153。另外，η接触电极NC与η型半导体层153的η型接触层接触。η接触电极NC设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。η接触电极NC具有例如从η型半导体层153侧依次形成的V和Al的结构(V/A1)。可替代地，η接触电极NC可以为Ti/Al、V/Au、Ti/Au或Ni/Au。
[0056]ρ电极Pl为传导至ρ型半导体层151的焊盘电极。P电极Pl形成在蚀刻停止层140上。ρ电极Pl通过蚀刻停止层140和ρ接触电极PC传导至ρ型半导体层151。ρ电极Pl具有从蚀刻停止层140侧依次形成Ti和Au的结构(Ti/Au)。可替代地，ρ电极可以为Ti/Al、V/Al、V/Au或者Ti/Ni/Au。另外，除了 Ti和V，可以使用Zr、W、Ta或Cr等。期望地，P电极Pl的最外表面为Au或Al以提高导线接合的粘附力。
[0057]η电极NI为传导至η型半导体层153的焊盘电极。η电极NI形成在η接触电极NC上。η电极NI的材料可以与η接触电极NC的材料相同。另外，可以使用Zr、W、Ta或Cr等。此外,P电极Pl和η电极NI可以同时由相同的材料形成。ρ电极Pl和η电极NI在与支承衬底110相反的一侧上的位置处露出。
[0058]2.半导体发光元件的层叠结构
[0059]现在，描述发光元件100的各部分的结构和形状。图2为从发光元件100中得出的支承衬底110、P接触电极PC、η接触电极Ne、ρ电极Ρ1、η电极NI和反射膜160的上透视图。
[0060]换言之，图2为将发光元件的各部分正投影在支承衬底110的板表面上的投影图。这里，在将P接触电极PC和η接触电极NC正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC形成为所正投影的ρ接触电极PC和所正投影的η接触电极NC彼此不重叠的形状。另外，在P接触电极PC与η接触电极NC之间形成在3 μ m或更大以及30 μ m或更小的范围内的间隙。如图2所示，反射膜160沿着该间隙形成。
[0061]2-1.N接触电极的形状等
[0062]图3为η接触电极NC的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。η接触电极NC包括η布线电极部NCl和η焊盘布置部NC2。η布线电极部NCl具有梳状形状。η焊盘布置部NC2为形成η电极NI的位置。
[0063]2-2.P接触电极的形状等
[0064]图4为ρ接触电极PC的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。ρ接触电极PC包括P布线电极部PCl、凹槽部PC3和凹槽部PC4。ρ布线电极部PCl具有梳状形状。凹槽部PC3和凹槽部PC4中的每一个为用于形成P电极Pl和η电极NI且同时露出ρ电极Pl和η电极NI的凹槽状部。
[0065]这里，在ρ布线电极部PCl和η布线电极部NCl被正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部PCl和所正投影的η布线电极部NCl被布置为彼此啮合。图2示出这些啮合形状和布置。
[0066]2-3.蚀刻停止层的形状等[0067]图5为蚀刻停止层140的平面图。这里，也示出支承衬底110作为参考。蚀刻停止层140具有类似于ρ接触电极PC的形状(参见图4)。蚀刻停止层140包括布线电极形状部141和ρ焊盘电极形成部142。除了 ρ焊盘电极形成部142，蚀刻停止层140具有与ρ接触电极PC基本上相同的形状。
[0068]在蚀刻停止层140和η接触电极NC被正投影在支承衬底110的板表面上的情况下，蚀刻停止层140和η接触电极NC形成为所正投影的蚀刻停止层140和所正投影的η接触电极NC彼此不重叠的形状。
[0069]2-4.焊盘电极
[0070]图6为ρ电极Pl和η电极NI的平面图。这里，同样将支承衬底110示为参考。此夕卜，如图1所示，当从半导体层150看时，ρ电极Pl和η电极NI两者在与设置有支承衬底110的一侧相反的表面上露出。
[0071]3.制造半导体发光元件的方法
[0072]接下来，将参照图7至图17来描述根据本实施方案的发光元件100的制造方法。在图7至图17的每个制造过程中，示出与沿图2中的线B-B截取的横截面对应的横截面。另外，在图7至图12中，在附图的上侧绘制作为生长衬底的蓝宝石衬底S10，并且在附图中在蓝宝石衬底SlO的下侧上生长半导体层150。然而，实际上，认为在附图中将蓝宝石衬底SlO的主表面布置为朝上并且在蓝宝石衬底SlO的主表面上生长半导体层150。
[0073]3-1.半导体层形成过程
[0074]通过金属有机气相生长(MOCVD)来外延生长由第III族氮化物半导体制成的各个半导体层的晶体。如图7所示，在作为生长衬底的蓝宝石衬底SlO的主表面上形成半导体层150。从蓝宝石衬底SlO侧依次形成η型半导体层153、发光层152和ρ型半导体层151。另外，在形成半导体层150之前，可以形成低温缓冲层如Α1Ν。
[0075]3-2.凹部形成过程
[0076]随后,通过干法蚀刻在半导体层150中形成凹部155。此时,可以使用SiO2作为掩模。如图8所示，凹部155为从ρ型半导体层151侧起到达η型半导体层153的盲孔。在凹部155的底部露出η型半导体层153的η型接触层156。凹部155的形状类似于图3所示的η接触电极NC的形状。
[0077]3-3.η接触电极形成过程
[0078]然后，如图9所示，在凹部155处露出的η型接触层156上形成η接触电极NC。这里，形成包括梳状η布线电极部NCl的η接触电极NC。
[0079]3-4.ρ接触电极形成过程
[0080]随后，如图9所示，使用溅射法在ρ型半导体层151的P型接触层151a上形成ρ接触电极PC。这里，P接触电极PC具有梳状形状。然后，将梳状P布线电极部PCl形成为与η接触电极NC的η布线电极部NCl啮合的形状。
[0081]因此，在被正投影在蓝宝石衬底SlO的板表面上的情况下，P布线电极部PCl和η布线电极部NCl被布置为处于所正投影的ρ布线电极部PCl和所正投影的η布线电极部NCl彼此不重叠的形状和位置。虽然在本实施方案中被正投影在蓝宝石衬底SlO上，但不改变P布线电极部PCl和η布线电极部NCl被布置为处于这些电极部彼此不重叠的形状和位置的事实，即使在被正投影在发光层152的发光表面上或在后续过程中附接的支承衬底110上的情况下也如此。
[0082]3-5.第一钝化膜形成过程
[0083]然后，如图10所示，将钝化膜170形成为覆盖η接触电极NC。以该方式，η接触电极NC被半导体层150的η型接触层156和钝化膜170覆盖。
[0084]3-6.蚀刻停止层形成过程
[0085]随后，如图11所示，在ρ接触电极PC上形成蚀刻停止层140。此时，蚀刻停止层140覆盖ρ接触电极PC并且还覆盖钝化膜170的一部分和ρ接触层151a的露出部分。蚀刻停止层140负责停止在后期进行的焊盘电极形成过程的干法蚀刻的进行。
[0086]3-7.反射膜形成过程
[0087]随后，如图11所示，在钝化膜170的一部分上形成反射膜160。当被正投影在蓝宝石衬底SlO的板表面上时，反射膜160设置在P接触电极PC与η接触电极NC之间的位置处。反射膜160意在将从发光层152朝向钝化膜170发射的光反射。
[0088]3-8.第二钝化膜形成过程
[0089]随后，如图12所示，在蚀刻阻挡层140、反射膜160和钝化膜170的整个表面上形成钝化膜180。
[0090]3-9.盖金属层形成过程
[0091]随后，如图12所示，在钝化膜180上形成盖金属层130。这里，在晶片的整个表面上形成盖金属层130。
[0092]3-10.接合过程
[0093]随后，如图13所示，将包括半导体层150的层叠体(基底材料)TlO和包括支承衬底110的层叠体UlO彼此钎焊。此时，在包括半导体层150的层叠体TlO的面对支承衬底110的表面上形成钎料。利用该钎焊，包括半导体层150的层叠体TlO和包括支承衬底110的层叠体Uio被整体接合以形成接合体V10。通过这样做，将P接触电极PC和η接触电极NC设置在半导体层150与支承衬底110之间。
[0094]3-11.生长衬底移除过程
[0095]在形成接合体VlO之后，从接合体VlO移除作为生长衬底的蓝宝石衬底S10。例如，可以通过激光剥离法移除蓝宝石衬底S10。图14示出移除蓝宝石衬底SlO之后的接合体 VII。
[0096]3-12.焊盘电极形成过程
[0097]随后，如图15所示，从η型半导体层153的通过移除蓝宝石衬底SlO而露出的表面153a的一侧形成凹部157、158。该工作可以通过干法蚀刻来形成。在凹部157的底部处露出蚀刻停止层140。在凹部158的底部处露出η接触电极NC。换言之，通过干法蚀刻形成的凹部到达蚀刻停止层140和η接触电极NC并且在其金属层的位置处停止。
[0098]然后，如图16所示，在凹部157的底部处露出的蚀刻阻挡层140上形成ρ电极Ρ1。另外，在凹部158的底部处露出的η接触电极NC上形成η电极NI。
[0099]3-13.粗糙化过程
[0100]随后，如图17所示，通过蚀刻来对η型半导体层153的表面153a进行粗糙化。利用该表面微加工，改善了光提取表面154a的光提取效率。
[0101]3-14.元件分离过程[0102]这里，使用YAG激光等来分离元件。当然，也可以通过其它方法来分离元件。利用该分离，制造了图1所示的发光元件100等。在上述制造过程中，可以进行适当的热处理。另外，上述制造过程可以适当地彼此交换。特别地，P接触电极形成过程和η接触电极形成过程可以彼此交换。
[0103]4.所制造的半导体发光元件
[0104]在根据本实施方案的发光元件100中，ρ布线电极部PCl和η布线电极部NCl设置在半导体层150与支承衬底110之间的位置处。除了焊盘电极之外，在光提取表面的一侧不存在作为光提取的障碍物的构件。因此，发光效率较好。此外，由于抑制了漏电流，所以改善了良品率，并且使用寿命也比常规发光元件的使用寿命长。另外，包括半导体层150的层叠体的一侧的整个表面被接合至支承衬底110。因此，发光元件100的散热性较高。另夕卜，发光元件100的安装强度也较高。
[0105]5.与常规半导体发光元件的比较
[0106]5-1.槽式(接触电极)
[0107]图18示出常规的槽式发光元件200。如图18所示，沿在半导体层250中设置的槽257形成η接触电极NC21。因此，η接触电极NC21具有沿槽257的形状。同时，在除槽257以外的区域中形成P接触电极PC21。因此，在被正投影在支承衬底210的主表面上的情况下，η接触电极NC21和ρ接触电极PC21被设置为处于所正投影的η接触电极和所正投影的P接触电极彼此不重叠的形状和位置。发光元件200设置有槽257。该布置仅是用于在具有槽的位置和不具有槽的位置中的每个位置形成接触电极的不可避免的构造。
[0108]另外，对于图18中所示的发光元件200，几乎不存在ρ接触电极PC21和η型接触电极NC21彼此传导的可能性，即使当不存在绝缘膜270时也如此。因此，原本就不会出现沿薄绝缘膜的晶界形成路径的问题即本发明要解决的问题。
[0109]5-2.包埋式(接触电极)
[0110]图19示出常规的包埋式发光元件300。如图19所示，在半导体层350与支承衬底310之间设置ρ接触电极PC31的包埋式发光元件300与槽式发光元件200不同。换言之，不存在用于限制P接触电极PC31和η接触电极NC31的形状的机构，例如对应于上述槽257的装置(参见图18)。在图19中，ρ接触电极PC31形成在发光表面的整个区域上。
[0111]因此，如图19所示，存在η接触电极NC31和ρ接触电极PC31通过绝缘膜370彼此相对的位置391。当使用发光元件300时，在该位置391处生成沿膜厚度方向的强电场。由于连续地生成电场，所以存在损坏绝缘膜370的可能性。例如，金属原子通常通过电场而沿薄绝缘膜370的晶界移动，因此形成路径。从而，漏电流在η接触电极NC31与ρ接触电极PC31之间流动。
[0112]相反，根据本实施方案的发光元件100是包埋式元件并且具有P接触电极PC和η接触电极NC未通过绝缘膜彼此相对的构造。因此，几乎不存在漏电流在P接触电极PC与η接触电极NC之间流动的可能性。
[0113]6.修改方案
[0114]6-1.导电支承衬底
[0115]在本实施方案中，使用绝缘陶瓷衬底作为支承衬底110。然而，可以使用导电衬底，如铜衬底或铝衬底。Cu和Al的热导率较高。因此，这样的发光元件具有良好的散热性并且其可靠性较高。另外，钝化膜180形成在盖金属层130的整个表面上。因此，当使用导电衬底时，导电层与η接触电极NC或ρ接触电极PC绝缘。因此，对发光元件内部的电场几乎没有影响，即使当使用导电衬底时也如此。
[0116]6-2.金属层的形成
[0117]另外，可以在支承衬底110的与半导体层150相反的表面上形成金属层。金属层的最外表面由Au层或AuSn层构成，因此，发光元件可以进行钎焊式安装。
[0118]6-3.发光元件的电极形状
[0119]在根据本实施方案的发光元件100中，η接触电极NC和ρ接触电极PC两者均具有梳状位置。然而，本发明并不限于该形状。
[0120]6-4.细长元件
[0121]例如，如图20所示，还可以以与本实施方案相同的方式应用细长发光元件。图20的左端示出η接触电极NC40、ρ接触电极PC40、蚀刻停止层240、η电极Ν2和ρ电极Ρ2被正投影在支承衬底110的板表面上的投影图。另外，在图20中，在第二视图中从左向右依次为示出η接触电极NC40的视图、示出ρ接触电极PC40的视图、示出蚀刻停止层240的视图以及示出η电极Ν2和ρ电极Ρ2的视图。自然地，其可以应用于其它发光元件，只要该发光元件为其中包埋有接触电极的包埋式半导体发光元件即可。
[0122]6-5.生长衬底的移除方法
[0123]在本实施方案中，使用蓝宝石衬底作为生长衬底。然而，可以使用其它衬底例如Si衬底。另外，本发明可以应用于衬底剥离型发光元件，其中使用其它方法如化学剥离法而不是激光剥离法来移除生长衬底。此外，无论制造过程如何，均可以应用本发明，只要在半导体层与支承衬底之间设置有接触层即可。
[0124]6-6.接合层
[0125]在本实施方案中，接合层120是通过由Au-Sn基钎焊接合的层来构造的。然而,可以使用除Au-Sn基钎料以外的钎料或蜡质材料。可以使用金属膏。
[0126]6-7.光提取表面的钝化膜
[0127]此外，可以在光提取表面侧上形成钝化膜。
[0128]7.本实施方案的总结
[0129]根据本实施方案的发光元件100为其中在半导体层150与支承衬底110之间的位置处设置有P接触电极PC和η接触电极NC的包埋式元件。另外，在被正投影在支承衬底110上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC被布置为处于这些电极彼此不重叠的形状和位置。因此，P接触电极PC与η接触电极NC之间几乎不出现漏电流。
[0130]此外，在制造根据本实施方案的半导体发光元件的方法中，在被正投影在作为生长衬底的蓝宝石衬底SlO上的情况下，P接触电极PC和η接触电极NC被放置为处于ρ接触电极PC和η接触电极NC彼此不重叠的形状和位置。因此，在通过上述制造方法制造的发光元件100中，在ρ接触电极PC与η接触电极NC之间几乎不出现漏电流。换言之，难以出现早期故障，并且因此良品率较好。
[0131]以上描述的说明性实施方案仅是说明性的。因此，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，各种改进和修改自然是可以的。例如，本发明不限于金属有机气相生长(M0CVD)。可以使用利用载气来生长晶体的其它方法。另外，可以通过其它外延生长方法(例如液相外延、分子束外延)来形成半导体层。
【权利要求】
1.一种第III族氮化物半导体发光元件，包括: 包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层； 接触所述P型半导体层的P接触电极； 接触所述η型半导体层的η接触电极；以及 支承所述半导体层的支承衬底， 其中所述P接触电极和所述η接触电极设置在所述半导体层与所述支承衬底之间的位置处，以及 在所述P接触电极和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的板表面上的情况下，所述P接触电极和所述η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
2.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 设置在所述P接触电极与所述η接触电极之间的位置处的第一钝化膜。
3.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，其中所述P接触电极包括梳状P布线电极部， 所述η接触电极包括梳状η布线电极部，以及 在所述P布线电极部和所述η布线电极部被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所正投影的P布线电极部和所正投影的η布线电极部被布置为彼此啮合。
4.根据权利要求1所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 接触所述P接触电极的第一金属层， 其中在所述第一金属层和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所述第一金属层和所述η接触电极形成为所正投影的第一金属层和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状。
5.根据权利要求4所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 形成在所述第一金属层上的P焊盘电极；以及 形成在所述η接触电极上的η焊盘电极， 其中当从所述半导体层看时，所述P焊盘电极和所述η焊盘电极在与设置有所述支承衬底的一侧相反的表面上露出。
6.根据权利要求4所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 位于所述第一金属层与所述支承衬底之间并且包含钎料的接合层，以及 形成在所述接合层的在所述半导体层侧的整个表面上的第二金属层， 其中所述第二金属层为用于防止包含在所述接合层中的所述钎料朝向所述第一金属层扩散的盖金属层。
7.根据权利要求6所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 形成在所述第二金属层的在所述半导体层侧的整个表面上的第二钝化膜。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的第III族氮化物半导体发光元件，还包括: 设置在所述半导体层与所述支承衬底之间的位置处的反射膜， 其中在所述反射膜、所述P接触电极和所述η接触电极被正投影在所述支承衬底的所述板表面上的情况下，所正投影的反射膜设置在所正投影的P接触电极与所正投影的η接触电极之间的位置处。
9.一种制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，包括: 用于在生长衬底上生长包括发光层、P型半导体层和η型半导体层的半导体层的半导体层形成过程； 用于从所述P型半导体层侧起在所述半导体层上形成凹部以露出所述η型半导体层的一部分的凹部形成过程； 用于在所述凹部处露出的所述η型半导体层上形成η接触电极的η接触电极形成过程; 用于在所述P型半导体层上形成P接触电极的P接触电极形成过程； 用于从与所述生长衬底相反的位置将包括支承衬底的层叠体接合至包括所述半导体层的基底材料以形成接合体的接合过程；以及 用于从所述接合体移除所述生长衬底的生长衬底移除过程， 其中在所述η接触电极形成过程和所述P接触电极形成过程中，在被正投影在所述支承衬底的板表面上的情况下，所述P接触电极和所述η接触电极形成为所正投影的P接触电极和所正投影的η接触电极彼此不重叠的形状，以及 在所述接合过程中，将所述P接触电极和所述η接触电极接合为设置在所述半导体层与所述支承衬底之 间的位置处。
10.根据权利要求9所述的制造第III族氮化物半导体发光元件的方法，还包括: 用于形成在所述P接触电极与所述η接触电极之间进行绝缘的钝化膜的钝化膜形成过程。
【文档编号】H01L33/44GK103996775SQ201410051573
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2013年2月18日
【发明者】上村俊也 申请人:丰田合成株式会社
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