专利名称：半导体光发射器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光发射器件，尤其是具有特殊电极结构的半导体光发射器件，更是涉及形成在绝缘衬底上的半导体光发射器件的电极的焊盘结构、形状和布置。
提供光发射范围从可见光到紫外光的半导体光发射器件(LED器件)已经利用一种氮化物型的半导体材料，例如GaN、AlN或InN的混合晶体得到实现。在这种LED器件中，蓝宝石等被典型地用作生长基底。由于这种基底是一种绝缘的衬底，所以正电极和负电极必须在器件的生长表面侧上提供。用于上述目的的各种结构已经提出过。
下文，将介绍披露在日本待审的出版物No.7-94782内使用一种氮化物半导体的传统半导体光发射器件。
图3A是表示一种传统氮化镓型化合物的半导体光发射器件。图3B是沿着图3A平面视图内沿3B-3B线观示的示意截面图。
参见图3B,n型氮化镓型化合物半导体层31和p型氮化镓型化合物半导体层33依次沉积在一个绝缘衬底30，例如蓝宝石衬底上，以用于发光。
一个负电极区域，包括负电极引线焊盘32，该电极区域形成在n型氮化镓型化合物半导体层31上。一个包括正电极引线焊盘34和透光电极层35的正电极区域形成在p型氮化镓型化合物半导体层33上。电流传播用的透光电极层35基本上形成在p型氮化镓型化合物半导体层33的整个表面上。在透光电极层35内提供窗口部分36，通过该部分正电极引线焊盘34接触到p型氮化镓型化合物半导体层33。
在图3A的平面视图中，在正电极区域内的正电极引线焊盘34和在负电极区域内的负电极引线焊盘32提供在器件的相对的角部。
另一种采用类似正/负电极结构的现有器件公开在日本待审的出版物No.8-274377内。
上述类型的光发射器件通常以电极表面朝上方式安装，使光可以通过透光电极辐射。然而在图3A和3B所示正电极区域内的正电极引线焊盘34是不透光的，因为焊盘34通常用厚至不透光的金属膜来形成。于是，在正电极引线焊盘34下的光发射层(即层31和33)内所产生的光不能有效地输出。
因此，在上述的传统结构中，只有流过不被正电极引线焊盘34覆盖的透光电极层的部分对图3A和3B所示器件的光输出有贡献。换言之，流入正电极引线焊盘34之下部分的电流对图3A和3B内器件的有效光发射没有或者几乎没有贡献。
本发明的半导体光发射器件包括一个绝缘衬底；一个形成在绝缘衬底上的层状结构，该层状结构至少包括一个光发射区域，一个正电极区域和一个负电极区域。一部分正电极区和一部分负电极区借助于绝缘层互相重叠。
在一实施例中，用于正电极区的第一引线焊盘和用于负电极区的第二引线焊盘沿着绝缘衬底的相同侧边互相相近地形成。
在传统半导体光发射器件中，在电极引线焊盘下直接产生的内光发射受到电板引线焊盘的阻挡，于是对器件的光输出没有贡献。相反，在本发明的半导体光发射器件中，通过提供绝缘层来阻止电流直接流入一个电极区的位于电极引线焊盘下的位置内。所以，它使对最终半导体光发射器件的光输出不见得具有多大贡献的电流量减少，所以使光发射率提高。另，由于对其它电极区的接触面积增加，就有可能降低最终半导体光发射器件的驱动电压(工作电压)。
还有，由于以一种简单的形状，例如矩形，形成光发射区，所以最终光发射器件可取得一种简单的光发射图形。
由此，本文介绍的发明其优点是，可提供一种减小工作电压并增加光输出的半导体光发射器件。
参见附图并阅读和理解下文详述的说明，本领域的普通技术人员将对本发明的优点更明白。附图中
图1A-1D表示本发明例1所述半导体光发射器件的结构，其中图1A是器件的平面视图，图1B、1C和1D分别是图1A中沿1B-1B、1C-1C和1D-1D线的截面视图；图2A-2D表示本发明例2的半导体光发射器件的结构图，其中图2A是器件的平面视图，图2B、2C和2D分别是图2A中沿2B-2B、2C-2C和2D-2D线的截面视图；以及图3A和3B表示传统的利用氮化物型半导体材料的氮化镓型化合半导体光发射器件，其中图3A是器件的平面视图，图3B是沿图3A中3B-3B线的示意截面视图。
图1A-1D和2A-2D的每一个涉及本发明的一个示例。下文将参照附图介绍本发明的各个例子。
图1A-1D表示本发明例1的半导体光发射器件的结构图，其中图1A是器件的平面图，而图1B、1C和1D是图1的示意截面图。具体地，图1B、1C和1D分别是沿图1A中1B-1B、1C-1C和1D-1D线的截面图。
本例的光发射器件包括一个蓝宝石衬底10(呈方形，面积约为350μm×350μm)，一个光发射区(基本上呈方形，其面积约为300μm×300μm，带有两个锯齿形)，一个正电极区用的正电极引线焊盘15，一个负电极区用的负电极引线焊盘17。正和负电极引线焊盘15和17(每个呈方形，面积约为130μm×130μm)设置在蓝宝石衬底10的对角位置。
在图1B,1C和1D中，在蓝宝石衬底10上提供n型AlXGaYIn1-X-YN层(0≤X≤1,0≤Y≤1)。作为光发射层的AlZGaTIn1-Z-TN层12(0≤Z≤1,0≤T≤1)和p-型AlUGaVIn1-U-VN层13(0≤U≤1,0≤V≤1)提供在n型AlXGaYIn1-X-YN层11上，使基本上平行于蓝宝石衬底10的层11的一部分表面没有被层12和13所覆盖。光发射层12可以是不掺杂的，或掺Si的AlZGaTIn1-Z-TN层。
在没有用层12和13覆盖的n型AlXGaYIn1-X-YN层11的部分上提供一个负电极16。在负电极16的部分上还提供负电极引线焊盘17。
绝缘层18设置在负电极16和/或负电极引线焊盘17上，用于绝缘由后面步骤形成的正电极14。可以采用例如SiO2膜、SiNx膜、TiO2膜等形成绝缘膜层。绝缘膜层可以采用溅射沉积方法或者电子束沉积方法形成。也可以采用旋涂玻璃(SOG)方法。
在形成绝缘层18之后，对于阻止负电极16和正电极14之间短路所不需要的层18的部分可以用光刻和蚀刻方法去除。
绝缘层18具有足以实现负电极16和正电极14之间电绝缘的厚度，通常该厚度约为0.2μm或以上。
负电极(n型电极)16用的电极材料的具体例子可以包括，例如一种Ti/Al多层电极，或一种Al单层膜。
正电极14形成在p型AlUGaVIn1-U-VN层13和绝缘层18上。正电极(p型透明电极)14是透光的，可以通过将薄的Au膜层沉积在一个或多个Ni，Pd,Pt等金属层上来获取，或者可以是一层只有Ni,Pd或Pt形成的层。另，也可以采用在由Ni,Pd或Pt做成的薄层上沉积透明电极ITO或TiN来获取。正电极14的电极金属层的厚度设定成，可以尽可能地阻挡器件的内光发射，同时保持其导电率。尤其，该厚度可以近似为1nm-100nm。
正电极引线焊盘15形成在绝缘层18的正电极14的部分上。鉴于生产工艺的考虑，利用类似于正电极14的类型材料形成正电极引线焊盘15，但还在其表面上设置Au层。所以，最终正电极引线焊盘15的层状结构可以包括，从顶部至低部为Au/(Ni,Pd,Pt)/p型GaN。正电极引线焊盘15的总厚度通常约为0.1μm-2μm。
图1A-1D所示的结构，其中一部分负电极16被掩埋，经绝缘层18直接存在于正电极引线焊盘15之下，该结构提供如下优点。
可以从直接流动在叠加光发射层12的大部分正电极引线焊盘15下的电流中消除一部分几乎对光发射器件的光输出没有贡献的电流，同时增加n型AlXGaYIn1-X-YN层11和负电极16之间的接触面积。结果，可以降低光发射所需的工作电压，并提高最终半导体光发射器件的向外光发射效率。
具体地，在所用的蓝宝石衬底面积约为350μm×350μm时，例如每个正和负引线焊盘15和17的面积约为130μm×130μm，光发射区19的面积约为(300～320)μm×(300～320)μm，扣去由正和负电极焊盘15和17叠加的面积。另，叠加光发射层12上的正电极引线焊盘15的主部分面积约为100μm×100μm。
图2A-2D表示本发明例2的光发射器件结构，其中光发射区21(光发射层12)以矩形形成。图2A是器件的平面图，而图2B,2C和2D是图2A的截面图。具体地，图2B,2C和2D分别是沿图2A中2B-2B,2C-2C和2D-2D线的截面图。图中采用类似参照号表示类同于图1A-1D和2A-2D中的构成元件，所以对他们的说明将省略。
本例子的光发射器件包括一个蓝宝石衬底20(方形，面积约为350μm×350μm)，一个光发射区21(矩形，面积约为300μm×170μm)，一个用于正电极区的正电极引线焊盘15，和一个用于负电极区的负电极引线焊盘17。正和负电极引线焊盘15和17(每个焊盘是方形的，面积约为130μm×130μm)互相相邻地沿蓝宝石衬底20的相同侧设置。
如例1所示的，在本例中，一部分负电极16经由绝缘层18掩埋在正电极引线焊盘15之下，部分直接现出，由此提供下述优点。
可以消除一部分直接在正电极引线焊盘15下流过的电流，这种电流几乎不对光发射器件的光输出有所贡献，同时在n型AlXGaYIn1-X-YN层11和负电极16之间实现增加接触。尤其，在本例中，负电极16的接触面积约为传统例子中负电极接触面积的1.6倍；即，接触面积从传统例子中约150μm×150μm增加到本例中的约150μm×150μm加上约150μm×100μm。由此，工作电压约下降0.05V～0.1V，即，从传统例中的约3.5V下降到本例中的约3.4V-3.45V(对驱动电流约20mA时的电压值)。还有，光输出增加2％-5％。
此外，采用沿着蓝宝石衬底20的一侧设置正和负电极引线焊盘15和17，就可能以一种简单的多边形状形成光发射区21。所以，利用这样一种光发射器件，可以很容易地取得一种具有非常均匀的光发射特性的光发射器件。
如上所述，根据本发明，半导体光发射器件包括一个绝缘衬底，一个形成在绝缘衬底上的层状结构，该层状结构至少包括一个光发射区，一个正电极区和一外负电极区。一部分正电极区和一部分负电极区经由绝缘层互相重叠。采用这种结构，可以降低直接在某一电极区的一部分下面流过的电流，这部分电流对于光发射器件的光输出几乎没有贡献，但增加对另一电极区的接触面积。总之，可以提高光输出，降低最终半导体光发射器件的工作电压。
另，根据本发明，还可以提供用于正电极区的一个(第一)引线焊盘和用于负电极区的另一个(第二)引线焊盘，从而使第一和第二引线焊盘沿着绝缘衬底的同侧互相相邻形成。采用这种结构，光发射区具有一种简单的形状，使所获取的发射图形不复杂，例如采用一种与锯齿不同的形状。所以，在将半导体光发射器件安置到光发射装置例如一种灯内时，就可能得到一种具有单一发射特性的光发射装置。
另，可以增加负电极和n型层(即，n型AlXGaYIn1-X-YN层)的接触面积，其结果是，可以降低工作电压和增加最终半导体发射器件的光输出。
由本领域的技术人员在不偏离本发明的范围和精神下可以清楚和容易地作出各种各样的改动。由此，所附的权利要求范围不局限于本文说明书所描述的内容，而是权利要求的广义的解释。
权利要求
1．一种半导体光发射器件，包括一个绝缘衬底；一个形成在绝缘衬底上的层状结构，该层状结构包括至少一个光发射区，一个正电极区，和一个负电极区，其中，一部分正电极区和一部分负电极区经由绝缘膜层互相重叠。
2．如权利要求1的半导体光发射器件，其中，一个用于正电极区的第一引线焊盘和一个用于负电极区的第二引线焊盘沿着绝缘衬底的同侧互相相邻地形成。
全文摘要
一种半导体光发射器件,它包括一个绝缘衬底;一个形成在该绝缘衬底上的层状结构,该层状结构包括至少一个光发射区,一个正电极区,和一个负电极区,一部分正电极区和一部分负电极区经由绝缘层互相重叠。
文档编号H01L33/00GK1210373SQ9811747
公开日1999年3月10日 申请日期1998年7月23日 优先权日1997年7月23日
发明者森本泰司, 伊藤茂稔 申请人:夏普公司