发光器件的制作方法

本发明涉及iii族氮化物半导体发光器件，更具体地，涉及具有适合于光通信的结构且具有在发光区域方面的特性的发光器件。

背景技术：

在短距离光纤通信中，因为pof(塑料光纤)便宜且耐弯曲，所以它已经被广泛地采用。由于pof在绿光波段呈现低损耗，因此iii族氮化物半导体绿光发光器件适合作为用于pof的光源。在这样的通信用途中，发光器件的响应速度优选要快。然而，绿光发光器件的响应速度慢并且需要提高。

已知减小发光面积的方法来提高发光器件的响应速度(专利文献1至3)。

专利文献1公开了下述结构：在所述结构中，在p型层上形成有彼此分隔开的p焊盘电极和透明电极，并且扩散电极从p焊盘电极延伸以连接至透明电极的外周缘。通过在透明电极中比在扩散电极中对于p型层实现的更好的欧姆特性，具有透明电极的区域成为发射区域。

专利文献2和3描述了用于光通信的倒装芯片型iii族氮化物半导体发光器件。专利文献2描述了在p型层与反射电极之间形成有具有窗口的绝缘膜，在形成有绝缘膜的区域中电流被中断，仅在窗口中实现导电，因此窗口区域变成发射区域，并且绝缘膜的厚度被布置为所发射的光的波长的四分之一，从而提高了光轴方向的方向性。专利文献3描述了通过减小欧姆电极与p型层之间的接触面积来减小发射区域，从而提高了响应速率。

专利文献1：日本专利申请特许公开(特开)第2002-314130号

专利文献2：日本专利申请特许公开(特开)第2003-347584号

专利文献3：日本专利申请特许公开(特开)第2004-55855号

然而，存在下述问题：在通过减小发光面积提高响应速度时减小了光输出。

技术实现要素：

鉴于前述内容，本发明的目的是在增加响应速度的同时改善光输出的降低。

在本发明的一个方面中，提供了一种iii族氮化物半导体发光器件，其具有多个元件区域，所述多个元件区域中的每一个发射光且具有电极，其中在平面图中在整个发光器件的中心处元件区域被分隔开；各个元件区域中的各个发光区域设置在中心附近；并且在平面图中各个元件区域中的电极设置在被发光区域夹在中间的区域的外部。

本发明对于绿光发光器件特别有效，这是因为在绿光发光器件中比在蓝光发光器件中更难提高响应速度。绿光发射的中心波长在490nm至570nm的范围内，并且更优选地在500nm至530nm的范围内。

本发明的发光器件作为用于使用pof(塑料光纤)的光通信的光源特别有效。本发明的发光器件通过减小发光面积而使得能够既提高响应速度又抑制光输出的降低。

元件区域涉及具有独立器件功能的区域，所述区域可以对于各个衬底被分隔开(即，对于各个芯片被分隔开)，或者所述区域可以在没有分隔衬底(单片结构)的情况下通过由沟槽等电分隔开半导体层来形成。整个发光器件的中心是包括整个发光器件的外接圆的中心。

各个发光区域的平面图案位于整个发光器件的中心附近。当各个元件区域的平面图案的面积被直线等分成靠近和远离中心的两个区域时，各个发光区域优选地被包括在靠近中心o的区域中，从而将更多的光汇聚至该中心。

当将本发明的发光器件用作为使用pof的光通信的光源时，发光区域的所有平面图案优选地被包括在以整个发光器件的中心作为圆心并且直径为pof芯直径的一半的圆中。光可以有效地入射在pof芯上。一般的pof芯具有约1mm的直径，因此包括所有发光区域的整个平面图案优选地被包括在以整个发光器件的中心作为圆心并且直径为0.5mm的圆中。

各个发光区域的面积优选地占各个元件区域的面积的1％至30％以通过减小发光面积来显著提高响应速度。出于类似的原因，各个发光区域的面积优选地等于或小于用于发光区域的电极的面积(即，p电极和n电极的总面积)。

各个元件区域和各个发光区域优选地具有下面的简单结构以有助于生产。一者是所述元件区域在中心处被分成二乘二阵列形式的四个元件区域，并且各个发光区域设置在各个元件区域的中心侧处的拐角附近。另一者是所述元件区域在中心处被分成两个元件区域，并且各个发光区域设置在各个元件区域的中心处的边附近。

本发明可以在提高响应速度的同时实现足够的光输出。也就是说，可以通过减小各个发光区域的面积来提高响应速度。由于从多个发光区域所发射的光被汇聚至中心，因此可以通过减小发光面积来在抑制光输出的降低的同时获得足够的光输出。特别地，光可以充分地入射到pof上。

附图说明

由于当结合附图考虑优选实施方案的以下详细描述时，参考优选实施方案的以下详细描述，本发明的各种其他目的、特性和许多伴随的优点变得更好理解，因此将容易领会本发明的各种其他目的、特性和许多伴随的优点，在附图中：

图1是示出根据实施方案1的发光器件的结构的平面图；

图2是示出根据实施方案1的发光器件的结构的截面图；

图3是示出根据其他变化方案的发光器件的结构的截面图；

图4是示出根据实施方案2的发光器件的结构的平面图；

图5是示出根据其他变化方案的发光器件的结构的截面图；以及

图6是示出根据其他变化方案的发光器件的结构的截面图。

具体实施方式

接下来将参考附图来描述本发明的具体实施方案。然而，本发明不限于所述实施方案。

实施方案1

图1是示出根据实施方案1的发光器件的结构的平面图。图2是示出根据实施方案1的发光器件的结构的截面图。图2的截面图是沿着图1中的线a-a’所截取的截面。根据实施方案1的发光器件为面朝上型。光沿与图1的纸平面垂直的方向从背面至前面被提取。根据实施方案1的发光器件实现了适合于使用pof的短距离光通信的绿光发射(具有490nm至570nm的中心波长)。

如图2所示，根据实施方案1的发光器件包括：衬底10；在衬底10上依次沉积的n型层11、发光层12和p型层13，前述层中的各个层均是iii族氮化物半导体；形成在p型层13上的预定区域中的电流阻挡层14；形成在p型层13和电流阻挡层14上的透明电极15；形成在透明电极15上的p电极16；以及形成在通过沟槽露出的n型层11上的n电极17。稍后详细描述所述层的结构。

接下来将参考图1来描述根据实施方案1的发光器件的平面图案。

如图1所示，在根据实施方案1的发光器件中，四个正方形元件区域100a至100d布置成二乘二阵列形式使得两个任意相邻的正方形元件区域的两个边相对于彼此对准。四个元件区域100a至100d中的每一个具有相同的结构，并且四个元件区域100a至100d中的每一个在平面图中为一边长度为230μm的一个正方形芯片。当安装根据实施方案1的发光器件时，这四个元件区域100a至100d被串联连接或并联连接。元件区域100a至100d的预定区域(发光区域101a至101d)发射光。四个元件区域100a至100d被间隙19间隔开。间隙19是在整个发光器件的平面图案的中心o处十字型交叉的平面图案。间隙19的宽度d(相邻元件区域100a至100d之间的间距)为20μm。因此，元件区域100a至100d以间隙19的间隔来布置，从而减小了相邻元件区域100a至100d之间的光的吸收。

发光器件可以具有所谓的单片结构，在所述单片结构中，四个元件区域100a至100d在一个芯片上形成而没有将四个芯片布置成二乘二形式。也就是说，四个电隔离的元件区域100a至100d可以通过以下来形成：在一个衬底10上沉积n型层11、发光层12和p型层13；形成从p型层13延伸至至少n型层11的沟槽；以及使沟槽的平面图案与间隙19相同。

间隙19的宽度d不限于上述值，但优选地为5μm至50μm。当宽度d小于5μm时，无法从侧表面提取足够的光，这种情况是不期望的。当宽度d大于50μm时，发光区域101a至101d远离中心o以致于光发射没有汇聚至中心o，这种情况是不期望的。因此，宽度d更优选地为5μm至30μm，并且进一步优选地为10μm至20μm。

如图1所示，发光区域101a至101d被设置在元件区域100a至100d的中心o侧处的拐角附近，并且发光区域101a至101d位于整个元件区域100a至100d的中心o附近。虽然在通过减小发光区域101a至101d中的各个发光区域的面积提高响应速度时减小了发光区域101a至101d中的每一个的光输出，但是通过将从整个发光区域101a至101d所发射的光汇聚到中心o来将光输出的降低在整体上进行了抑制。

发光区域101a至101d中的每一个的面积优选地占元件区域100a至100d中的每一个的面积的1％至30％。可以通过减小发光面积来充分地提高响应速度，并且可以实现适合于光通信的发光器件。各个发光区域的面积更优选地占1％至20％，并且进一步优选地占1％至10％。出于同样的原因，发光区域101a至101d中的每一个的面积优选地等于或小于p电极16和n电极17的总面积。

当根据实施方案1的发光器件用于使用pof的光通信时，发光区域101a至101d的整个平面图案优选地集中于中心o以提高光的入射效率。

更特别地，发光区域101a至101d的所有平面图案优选地被包括在以中心o作为圆心且直径为pof芯直径的一半的圆中。在图1中，由虚线绘出的圆c指示pof芯的外边缘。发光区域的所有平面图案更优选地被包括在以中心o作为圆心且直径为pof芯直径的四分之一的圆中。一般的pof芯具有约1mm的直径，并且因此发光区域101a至101d的整个平面图案优选地被包括在以中心o作为圆心且直径为0.5mm(更优选地0.25mm)的圆中。

当元件区域100a至100d中的每一个的平面图案被直线均分成靠近和远离中心o的两个区域时，发光区域101a至101d中的每一个优选地被包括在靠近中心o的区域中。划分两个区域的直线是垂直于下述线的直线：所述线为连接元件区域100a至100d中的每一个的相应中心oa至od与整个发光器件的中心o的线。在图1中，由虚线标示将发光区域划分成两个区域的直线m。当元件区域100a至100d中的每一个具有如实施方案1中的正方形形状时，各个直线m是正方形的对角线。更优选地，当各个元件区域100a至100d的面积被直线划分成靠近中心o的区域的面积与远离中心o的区域的面积之比为一比四时，也就是说，元件区域中任一者的靠近区域的面积占元件区域的总面积的1/5时，发光区域101a至101d中的每一个被包括在靠近中心o的区域中。

发光区域101a至101d中每一个的平面图案具有如图1中所示的对称的l形，并且所有的平面图案是相同的。发光区域101a至101d中的每一个的l形图案被设置在元件区域100a至100d中的每一个的中心o侧处的拐角附近，l形的边与元件区域100a至100d的边平行对准，并且l形的拐角被设置成朝向中心o。

发光区域101a至101d中的每一个的平面图案不限于以上所述，并且可以采用任何图案，例如矩形、正方形、菱形、圆、半圆以及四分之一圆。pof芯通常是圆。如果发光区域101a至101d中的每一个的平面图案是四分之一圆，并且各个四分之一圆的顶点被定向为朝向中心，则发光区域101a至101d的整个平面图案近似于圆。因此，入射到pof芯上的光的效率有望得到提高。

元件区域100a至100d中的每一个的电极图案如图1所示。

p电极16包括p焊盘16a和p配线16b，p配线16b连接至p焊盘16a并且沿直线延伸。p配线16b实现了均匀的光发射。p焊盘16a的平面图案是圆，并且圆心朝向发光器件的中心o稍微偏离元件区域100a至100d中的每一个的相应中心oa至od。p配线16b的平面图案是从p焊盘16a向中心o延伸的细线。发光区域101a至101d中的每一个的被设置成与p电极16相比更靠近中心o侧以使得发光区域101a至101d中的每一个的平面图案不与p电极16的平面图案交叠。

n电极17包括n焊盘17a和两个n配线17b，两个n配线17b连接至n焊盘17a并且沿直线延伸。n配线17b实现了均匀的光发射。n焊盘17a的平面图案是具有在中心o侧处的圆角的正方形，并且n焊盘17a的平面图案被设置在与发光区域101a至101d中的每一个的中心o侧相对的拐角处。n配线17b的平面图案是从n焊盘17a沿着发光区域101a至101d中的每一个的边延伸的两条相互垂直的线。

发光区域101a至101d中的每一个的平面图案被形成为使得p电极16和n电极17的平面图案未设置在被发光区域101a至101d夹在中间的区域s中。也就是说，p电极16和n电极17的平面图案被设置在区域s的外部。发光区域101a至101d的这样的平面图案抑制汇聚至中心o的光发射被p电极16和n电极17吸收和遮挡，从而提高了入射到pof上的光的效率。

接下来将参考图2来描述根据实施方案1的发光器件的层的结构。

衬底10是具有在其n型层11侧处的表面上的不规则部(未示出)的蓝宝石衬底。形成不规则部以提高光提取效率。衬底10由蓝宝石制成。除了蓝宝石衬底之外，可以采用其上可以晶体生长iii族氮化物半导体的材料制成的衬底，例如sic、si和zno。

n型层11具有其中在衬底10上依次沉积n型接触层、n型esd层以及n型sl层的结构。n型接触层是与n电极17接触的层。n型接触层由si浓度为1×10¹⁸/cm³或更高的n-gan制成。n型接触层可以包括具有不同载流子浓度的多个层，从而减小n电极17的接触电阻。n型esd层是用于防止发光器件的静电击穿的防止静电击穿层。n型esd层具有未掺杂的gan和si掺杂的n-gan的沉积结构。n型sl层是具有超晶格结构的n型超晶格层，其中，重复地沉积多个层单元，各个层单元包括依次沉积的ingan、gan和n-gan。n型sl层是用于释放施加至发光层12的应力的层。

发光层12具有其中重复地沉积ingan阱层和algan势垒层的mqw结构。调整阱层的in组成比以生成绿光发射(具有490nm至570nm的中心波长)。可以在阱层与势垒层之间形成用于防止in蒸发的保护层。

p型层13具有其中在发光层12上依次沉积p型覆层和p型接触层的结构。p型覆层是用于防止电子扩散至p型接触层的层。p型覆层具有其中重复地沉积多个层单元的结构，各个层单元包括依次沉积的p-ingan和p-algan。p型接触层是用于实现p电极16与p型层13之间的良好接触的层。p型接触层由mg浓度为1×10¹⁹/cm³至1×10²²/cm³且厚度为至的p-gan制成。

在发光层12和p型层13中，仅在其上形成有p电极16的区域和作为发光区域101a至101d的区域保持为岛形状，并且通过蚀刻去除其他区域。在经蚀刻的底部露出n型层11。通过以这种方式留下发光层12和p型层13来有效地减小发光区域101a至101d的面积。

n型层11、发光层12以及p型层13的结构不限于以上所述。可以采用在iii族氮化物半导体发光器件中常规使用的任何结构。

电流阻挡层14由sio2制成，并且电流阻挡层14被设置在p型层13上的预定区域中。电流阻挡层14的厚度为100nm。电流阻挡层14阻挡预定区域中的电流以使得发光区域101a至101d具有图1中所示的平面图案。发光区域101a至101d的平面图案未与p电极16的平面图案交叠。这是为了通过以下来抑制p电极16的光吸收和遮挡：防止p电极16正下方的区域发射光并且由电流阻挡层14反射来自发光层被导向至p电极16的光。

电流阻挡层14可以由各种绝缘体制成，所述各种绝缘体包括：氧化物，如除了sio2之外的sion、al2o3、tio2、zro2、hfo2以及nb2o5；氮化物，如aln和sin；碳化物如sic；以及氟化物。电流阻挡层14可以是由上述材料制成的单层或多层。晶体结构可以是单晶、多晶或者非晶的。此外，电流阻挡层14可以是电介质多层膜，在电介质多层膜中，交替地沉积具有1/4波长的相同的光学膜厚度和不同折射率的两种膜。被导向至p电极16的光被电流阻挡层14反射并且减弱，使得p电极16的光吸收减小，从而提高了发光效率。

透明电极15由izo(锌掺杂的氧化铟)制成。透明电极15连续地形成在p型层13和电流阻挡层14上。在平面图中，p型层13与透明电极15接触的区域变成发光区域101a至101d。透明电极15的厚度为200nm。透明电极15可以由除了izo之外的基于氧化铟的材料(例如，ito(氧化铟锡)和ico(铈掺杂的氧化铟))或其他透明导电氧化物来形成。

p电极16和n电极17由ni/au/al形成。ni膜具有50nm的厚度，au膜具有1500nm的厚度并且al膜具有10nm的厚度。p电极16被设置在透明电极15上的预定区域中。p电极16的平面图案如图1所示。n电极17被设置在通过蚀刻所露出的n型层11上的预定区域中。n电极17的平面图案如图1所示。

如图3所示，代替形成电流阻挡层14，p电极16可以在预定区域中直接接触p型层13。由于与p电极16相比，透明电极15与p型层13具有更好的接触，因此电流从p电极16经由透明电极15流向p型层13，并且不会流向p电极16接触p型层13的区域。因此，发光区域的平面图案可以与图1所示的一样。

形成绝缘膜18以覆盖元件区域100a至100d的顶表面，也就是说，绝缘膜18形成在除了p电极16的p焊盘16a和n电极17的n焊盘17a的顶表面之外的区域上。绝缘膜18由sio2制成。

如以上所述，在根据实施方案1的发光器件中，元件区域在中心o处分成二乘二的四个元件区域100a至100d，并且减小了各个元件区域100a至100d中各个发光区域101a至101d的面积，从而提高了响应速度。发光区域101a至101d中的每一个位于中心o的附近以汇聚光，并且p电极16和n电极17的平面图案未被设置在被发光区域101a至101d夹在中间的区域s中。因此，对于使用pof的光通信获得了足够的光输出，并且抑制了光输出的降低。

第二实施方案

如图4所示，除了改变元件区域100a至100d、发光区域101a至101d、p电极16和n电极17的平面图案之外，根据实施方案2的发光器件的结构与根据实施方案1的发光器件的结构相同。

如图4所示，在根据实施方案2的发光器件中，两个正方形元件区域200a和200b被布置成边对准。在平面图中元件区域200a和200b中的每一个是具有相同结构的230μm×230μm的正方形芯片。当根据实施方案2的发光器件被实际安装时，两个元件区域200a和200b被串联连接或并联连接。光从元件区域200a和200b的预定区域(发光区域201a和201b)发射。两个元件区域200a和200b被间隙29间隔开。

如图4所示，发光区域201a和201b布置在元件区域200a和200b的中心o侧处的边附近。在整个元件区域200a和200b中，发光区域201a和201b位于中心o附近。当通过减小发光区域201a和201b来提高响应速度时，减小了发光区域201a和201b中的每一个的光输出。然而，通过将从整个发光区域201a和201b所发射的光汇聚至中心o来抑制整体光输出的降低。发光区域201a和201b的优选面积和范围与实施方案1的发光区域101a至101d的面积和范围一样。

p电极26包括p焊盘26a和p配线26b，p配线26b连接至p焊盘26a并且沿直线延伸。p焊盘26a的平面图案是圆。圆心朝向整个发光器件的中心o侧轻微地偏离元件区域200a和200b中的每一个的中心。p配线26b的平面图案是从p焊盘26a朝向中心o延伸的细线。发光区域201a和201b中的每一个被设置成与p电极26相比更靠近中心o侧，使得发光区域201a和201b中的每一个的平面图案不与p电极26的平面图案交叠。

n电极27包括n焊盘27a和两个n配线27b，两个n配线27b连接至n焊盘27a并且以u形延伸。n焊盘27a的平面图案是正方形，并且n焊盘27a的平面图案被设置在与中心o侧相对的边附近。n配线27b的平面图案是从n焊盘27a延伸的两条线以便以u形围绕发光区域201a或p电极26。

发光区域201a和201b中的每一个的平面图案被形成为使得p电极26和n电极27的平面图案未设置在被发光区域201a和201b夹在中间的区域s中。发光区域201a和201b的这样的平面图案抑制汇聚至中心o的光发射被p电极26和n电极27吸收和遮挡，从而提高了入射到pof上的光的效率。

根据实施方案2的发光器件在提高响应速度的同时还抑制光输出的降低，如同根据实施方案1的发光器件一样。因此，对于使用pof的光通信获得了足够的光输出。

变化方案

在根据实施方案1的发光器件中，元件区域在整个发光器件的中心处被分成二乘二的四个区域。在根据实施方案2的发光器件中，元件区域在中心处分成两个区域。在本发明中，只要元件区域在中心(包括整个发光区域的外接圆的中心，并且偏离中心的距离为外接圆的半径的十分之一的范围被接受作为容差)处分成至少两个区域，则可以不对称地分隔图案，并且各个元件区域可以不具有相同的图案。然而，优选地，元件区域如实施方案1和2中那样分隔，并且从制造发光器件的容易性方面来说各个元件区域具有相同的图案。此外，所有元件区域优选地被包括在以整个发光器件的中心作为圆心且具有与pof芯的直径相同的直径的圆中，以提高入射到pof芯上的光的效率。只要元件区域中的每一个至少彼此电分隔，则元件区域可以对于各个芯片被分隔并且元件区域可以具有单片结构。

各个发光区域的平面图案不限于实施方案1和2中所示的平面图案。只要满足下面的条件则可以采用任何图案。首先，各个发光区域的平面图案位于整个发光器件的中心附近。平面图案在中心附近如何定位如实施方案1所示。也就是说，发光区域的所有平面图案优选地被包括在以整个发光器件的中心作为圆心且直径为pof芯直径的一半(更优选地，pof芯直径的四分之一)的圆中。其次，各个发光区域的平面图案被形成为使得p电极16和n电极17的平面图案未设置在被发光区域夹在中间的区域中。各个发光区域可以不具有相同的图案。然而，相同的图案是优选的以实现均匀的光发射并且提高入射到pof上的光的效率。

只要p电极和n电极的部分或所有平面图案不在被发光区域夹在中间的区域中，则可以采用任何图案。然而，如实施方案1和2中那样，p电极16和n电极17优选地具有配线图案以均匀地扩散电流并且实现发光区域的均匀的光发射。特别地，p电极16或n电极17的配线优选地具有沿着其中元件区域彼此不相邻的边的附近的边延伸的平面图案。

本发明的发光器件具有在元件区域、发光区域、p电极和n电极的平面图案或布置上的特征。可以采用任何常规已知结构，而不限于如实施方案1和2中所示的面朝上型发光器件。

例如，本发明可以应用于倒装芯片型发光器件或垂直型发光器件。本发明还可以应用于如图5所示的结构，其中n电极和p电极的位置与实施方案1和2相比被反转。也就是说，在图5中，n电极17形成在通过蚀刻从p型层露出的n型层11上的圆中。除了在其上形成有n电极17的区域之外，发光层12、p型层13以及透明电极15是连续的。在透明电极15下方在除了发光区域101a至101d之外的区域中形成电流阻挡层14。即使对于这样的反转结构，可以不改变发光区域101a至101d的平面图案。图5示出了当在根据实施方案1的发光器件中采用该反转结构时的截面a-a’。

如图6所示，p电极16和n电极17未直接形成在透明电极15和n型层11上。p电极16或n电极17形成在绝缘膜上。通过在绝缘膜18上开口的点状孔30，p电极16和n电极17可以分别连接至透明电极15和n型层11。此时，可以在透明电极15上的孔30和n型层11上的孔30的位置处形成接触电极31以与p电极16和n电极17建立良好的接触。此时，在平面图中可以在与绝缘膜18的p电极16和n电极17交叠的区域中形成反射膜，以减小p电极16和n电极17的光吸收和遮挡。

本发明对于具有上述各种结构的倒装芯片型器件(例如，图6中的发光器件)特别有效。在倒装芯片型器件中，在实际安装时光不会被接合线遮挡，使得从发光器件发射的光可以有效地入射到pof芯上。

本发明可以应用于除具有490nm至570nm的中心波长的绿光发光器件之外的发光器件。然而，与具有绿光波段之外的发射波长的发光器件相比，绿光发光器件的响应速度更难以提高。因此，本发明对于这样的绿光发光器件特别有效。由于pof在绿光波段具有低的光损耗，因此本发明对于用于使用pof的光通信的发光器件特别有效，并且更优选地，对于具有510nm至550nm的中心波长的发光器件特别有效。

本发明的发光器件可以用作为光通信的光源，并且特别地，用作使用pof的短距离通信的光源。