CN101431092A - 半导体发光装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体发光装置及其制造方法。本发明的半导体发光装置的特征在于，具备：硅半导体基板(1)；由形成在该半导体基板(1)中的低电阻的半导体层构成的第一布线导体层(2，3)；配置在第一布线导体层(2，3)上的多个发光半导体区域(4a～4f)；与发光半导体区域(4a～4f)的上表面连接的第二布线导体层(5，6，7)。将第一布线导体层(2，3，4)连接到各发光半导体区域(4a～4f)的下表面，所以，能够谋求半导体发光装置的小型化。

Description

半导体发光装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及可以用于微显示器、LED印刷头等中的半导体发光装置及其制造方法。
背景技术
用于在微显示器(小型显示器)、LED印刷头等中使用的LED阵列由绝缘性或高电阻的基板、配置在该基板上的多个发光元件和多个发光元件的矩阵连接或用于与其类似的连接的多个布线导体构成。
关于LED阵列的基板，例如使用蓝宝石基板、SiC基板、Si(硅)基板等。对于蓝宝石基板以及SiC基板来说，具有可以使化合物半导体比较好地生长的特性，相反地具有如下缺点：与硅基板相比价格高；例如，针对于蓝色光的光透过性比Si基板好，所以产生以下现象(光泄漏)，即，由发光元件向基板方向放射的光通过基板达到其底面，在该底面上进行反射，通过相邻的发光元件(显示点)射出到外部。与此相对，Si基板不仅具有低成本的特性，还具有可以抑制光泄漏的特性。即，由于Si基板的光透过性比蓝宝石基板或SiC基板的低，所以从发光元件(点)放射到Si基板侧的光的大部分被Si基板吸收，几乎不会由相邻的发光元件(点)泄漏。
但是，例如，如在特开2004-195946号公报(专利文献1)中公开的那样，使用现有的Si基板的LED阵列具备：在高电阻Si基板上形成的例如由n型GaAs构成的第一导电型半导体层；在该第一导电型半导体层上，平面地观察时比第一导电型半导体层形成得小的例如由p型GaAs构成的第二导电型半导体层；连接到第一导电型半导体层的上表面上的第一金属布线导体；连接到第二导电型半导体层的上表面上的第二金属布线导体。在该现有的LED阵列中，在下侧的第一导电型半导体层上设置与上侧第二导电型半导体层相比在横向上突出的部分(台状部分或阶梯部分)，在该部分上连接第一金属布线导体。由此，第一导电型半导体层起到直到第一金属布线导体的横向上的电流通路的作用，所以为了减小电流通路的电阻值，将第一导电型半导体层形成得比较厚。这样，当将第一导电型半导体层形成得厚时，发光元件以及LED阵列也变厚，妨碍了LED阵列的小型化。此外，当第一导电型半导体层形成得厚时，材料成本变高且第一导电型半导体层的外延生长时间变长，妨碍了发光元件以及LED阵列的低成本化。
此外，在分别将多个发光元件的第一导电型半导体层连接到共同的驱动端子上的情况下，为了该连接，需要将多个分支设置在第二金属布线导体上，必然使得布线变得复杂。
专利文献1特开2004-195946号公报
发明内容
本发明的课题是要求将具有多个发光半导体区域(发光元件)的半导体发光装置小型化以及低成本化，本发明的目的是提供一种可以符合上述要求的半导体发光装置及其制造方法。
接下来，根据需要，参考示出实施例的附图中的符号对用于解决上述课题的本发明进行说明。其中，技术方案的范围以及此处的参考符号是助于理解本发明的，但不限定本发明。
用于解决上课题的本发明是半导体发光装置，其特征在于，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
第一布线导体层，在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
多个发光半导体区域，分别配置在所述第一布线导体层上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的多个第二布线导体层。
本发明另一半导体发光装置，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
多个第一布线导体层，在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
多个发光半导体区域，分别配置在各第一布线导体层上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
与各发光半导体区域的一个主面电连接的第二布线导体层。
并且，本发明另一半导体发光装置，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
至少两个第一布线导体层(2，3)，分别在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由分别具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
至少两个发光半导体区域(4a，4b)，分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的一个(2)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(2)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
至少两个发光半导体区域(4d，4e)，分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的另一个(3)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层(3)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
第二布线导体层(5)，电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的一个发光半导体区域(4a)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的一个发光半导体区域(4d)的一个主面(19)上；
另一个第二布线导体层(5)，电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的另一个发光半导体区域(4b)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的另一个发光半导体区域(4e)的一个主面(19)上。
优选所述第一布线导体层具备具有比所述发光半导体区域的另一个主面(20)宽的宽度的部分，在该部分上配置有所述发光半导体区域。
此外，优选还具有在所述第一布线导体层的没有配置所述发光半导体区域的部分上配置的低电阻化导电层，所述低电阻化导电层由与构成所述发光半导体区域的多个半导体层中的至少一个相同的材料形成。
此外，优选所述第一布线导体层由选择性地形成在所述半导体基板的所述一个主面中并且具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层、和配置在该半导体层上的金属层构成。
本发明的半导体发光装置的制造方法具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成第一布线导体层，该第一布线导体层由在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的半导体层构成；
在伴随有所述第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀所述发光用多层半导体区域，形成多个发光半导体区域，该多个发光半导体区域分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的多个第二布线导体层。
本发明另一半导体发光装置的制造方法，具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成多个第一布线导体层，该多个第一布线导体层由在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的半导体层构成；
在伴随有所述多个第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀发光用多层半导体区域，在各第一布线导体层上分别形成发光半导体区域，所述发光半导体区域具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的第二布线导体层。
并且，本发明另一半导体发光装置的制造方法具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的至少两个第一布线导体层(2，3)；
在伴随有所述多个第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀发光用多层半导体区域，形成至少两个发光半导体区域(4a，4b)和至少两个发光半导体区域(4d，4e)，该至少两个发光半导体区域(4a，4b)分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的一个(2)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(2)上的另一主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层，该至少两个发光半导体区域(4d，4e)分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的另一个(3)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(3)上的另一主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成第二布线导体层(5)和另一个第二布线导体层(5)，该第二布线导体层(5)电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的一个发光半导体区域(4a)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的一个发光半导体区域(4d)的一个主面(19)上，该另一个第二布线导体层(5)电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的另一个发光半导体区域(4b)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的另一个发光半导体区域(4e)的一个主面(19)上。
本发明具有以下效果。
(1)本发明的第一布线导体层由在半导体基板中形成的具有导电型的半导体区域形成。发光半导体区域公知地具有至少第一导电型半导体层和在其上直接或通过活性层配置的第二导电型半导体层。因此，在本发明中，第一布线导体层配置在发光半导体区域的第一导电型半导体层之下。其结果是，第一布线导体层起到用于使发光半导体区域的驱动电流在与基板平行的方向(横向)上流动的横向电流通路的作用。如已经说明的那样，在现有的LED阵列中，第一布线导体层不配置在发光半导体区域之下，而是配置在发光半导体区域的最下方的第一导电型半导体层的横向的突出部分上。其结果是，在现有的LED中，第一导电型半导体层起到横向电流通路的作用，所以其被形成得较厚。与此相对，在本发明中，由于第一布线导体层起到横向电流通路的作用，所以，不要求在发光半导体区域的第一导电型半导体层中流过全部的横向电流通路。即，在本发明中，不需要以具有作为横向电流通路的功能的方式形成第一导电型半导体层，或者不需要仅由第一导电型半导体层形成横向电流通路。其结果是，在本发明中，能够将第一导电型半导体层形成得比现有技术薄，可以使发光半导体区域整体的厚度以及半导体发光装置的厚度变薄，从而可以使半导体发光装置小型化以及低成本化。
(2)在发光半导体区域的另一个主面和半导体基板之间配置第一布线导体层的一部分，并且在发光半导体区域的另一个主面和半导体基板之间用于电气布线，所以可以使多个发光半导体区域的电气布线简单化，或者减小基板上的第一布线导体层的占有面积。
附图说明
图1是省略了绝缘膜示出本发明实施方式1的半导体发光装置的一部分的平面图。
图2是示出相当于图1的半导体发光装置的A-A线的部分的一部分的截面图。
图3是示出相当于图1的半导体发光装置的B-B线的部分的一部分的截面图。
图4是示出伴有图1的第一布线导体层的半导体基板的平面图。
图5是图1的半导体发光装置的等价电路图。
图6是与图1相同地示出实施方式2的半导体发光装置的一部分的平面图。
图7是与图1相同地示出实施方式3的半导体发光装置的一部分的平面图。
图8是与图2相同地示出实施方式4的半导体发光装置的一部分的平面图。
图9是与图3相同地示出实施方式4的半导体发光装置的一部分的平面图。
图10是示出第二布线导体层的变形后的图案的平面图。
具体实施方式
接下来，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
实施例1
图1～图5示出本发明实施例1的可以用于微显示器等中的半导体发光装置的一部分。该实施例1的半导体发光装置大致具有：半导体基板1；在该半导体基板1中形成的多个(第一个以及第二个这两个)第一布线导体层2、3；在第一个第一布线导体层2上配置的第一、第二以及第三发光半导体区域4a、4b、4c；在第二个第一布线导体层3上配置的第四、第五以及第六发光半导体区域4d、4e、4f；多个(第一个、第二个和第三个这三个)第二布线导体层5、6、7；多个(第一个以及第二个这两个)第一端子8、9；多个(第一个、第二个和第三个这三个)第二端子10、11、12。如图5示出的等价电路所示，起到显示点即发光二极管(LED)作用的第一～第六发光半导体区域4a～4f，连接到用于构成矩阵电路的多个(两条)第一布线导体2、3和多个(三条)第二布线导体5、6、7。在图1～图5中，为了容易图示和说明，仅示出了半导体发光装置的一部分，但是，发光半导体区域4a～4f的个数、第一布线导体2、3的个数、第二布线导体5、6、7的个数可以增加或减少。下面详细地说明图1的半导体发光装置的各部分。
半导体基板1由n型(第一导电型)硅基板构成。该半导体基板1的n型杂质浓度设定得比下述的第一布线导体层2、3的p型(第二导电型)杂质浓度低。并且，也可以由p型硅基板或未掺杂的硅基板(本征半导体基板)构成半导体基板1。对于该半导体基板1来说，如图2和图3所示，具有一个主面13和另一个主面14，在一个主面13上配置有多个发光半导体区域4a～4f。发光半导体区域4a～4f基于在半导体基板1上外延生长的多个半导体层而形成，所以，对于半导体基板1来说，除了起到机械地支撑发光半导体区域4a～4f的基板的作用以外，还具有作为使多个半导体层外延生长用的生长基板的作用，例如，较厚地形成为100～1000μm。
如图4所示，各第一布线导体层2、3在横向(X轴方向)上带状地延伸，并且，平面地观察(从与半导体基板1的一个主面13垂直的方向上观察)时相互平行地配置。第一个(上侧)第一布线导体层2具有：配置属于第一组的第一、第二以及第三发光半导体区域4a、4b、4c的部分，将这些相互连接的部分和将这些连接到第一个(上侧)第一端子8的部分。第二个(下侧)第一布线导体层3具有：配置属于第二组的第四、第五以及第六发光半导体区域4d、4e、4f的部分，将这些相互连接的部分和将这些连接到第二个(下侧)第一端子9的部分。
各第一布线导体层2、3是通过在半导体基板1的一个主面13上由公知的离子注入法注入1×1019cm-3左右浓度的p型杂质(例如硼)离子而形成的半导体层，具有与半导体基板1相反的导电型(p型)并且具有与半导体基板1相比充分低的电阻率(例如，0.01～1.00Ωcm)。因此，可以将各第一布线导体层2、3看作导电体。此外，各第一布线导体层2、3形成为能够作为发光半导体区域(发光元件)4a～4f的驱动电流通路而起作用的深度H(例如5～20μm)。由p型半导体层构成的各第一布线导体层2、3与由n型硅构成的半导体基板1进行pn结隔离。为了可靠地进行由p型半导体层构成的各第一布线导体层2、3和由n型硅构成的半导体基板1之间的pn结隔离，图2所示的反偏置电压源EB连接到各第一布线导体层2、3和半导体基板1。对于各第一布线导体层2、3来说，基于pn结而与半导体基板1电隔离，所以，起到发光半导体区域(发光元件)4a～4f的驱动电流通路的作用，实质上不从各第一布线导体层2、3向半导体基板1流过电流。
如图3所示，各第一布线导体层2、3的宽度W2(相当于图1中的纵向上的宽度)设定得比各发光半导体区域4a～4f的宽度W1(相当于图1中的Y轴方向(纵向)上的宽度)稍大。各第一布线导体层2、3的宽度W2可在能够流过驱动电流的范围内变更。若在各第一布线导体层2、3和半导体基板1由pn结隔离以外的结构进行电隔离的情况下，也能够将各第一布线导体层2、3的宽度W2设定得比各发光半导体区域4a～4f的宽度W1小。但是，在半导体基板1上，对用于得到发光半导体区域4a～4f的多个半导体层进行外延生长时，半导体基板1的一个主面13的半导体基板1和第一布线导体层2、3的边界上的半导体层的结晶性与其他部分相比变坏，所以，优选使各第一布线导体层2、3的宽度W2比各发光半导体区域4a～4f的宽度W1宽，并且在上述边界上不配置各发光半导体区域4a～4f。并且，上述边界上的结晶性恶化由以导电型决定杂质的离子注入法形成第一布线导体层2、3时而在边界区域产生的突起(未图示)引起。
为了将各第一布线导体层2、3连接到驱动电路(未图示)，在各第一布线导体层2、3的端部上设置的第一端子8、9由能够进行引线接合的金属层构成。
如图1所示，第一个以及第二个第一端子8、9不沿着半导体基板1的同一边31侧配置，而沿着对置的两个边31、33分开地配置。因此，可以在位置限制小的状态下配置第一个第一端子8和第二个第一端子9，能够使各第一端子8、9的纵向宽度比所连接的第一布线导体层2、3大，并且能够使相互间的电隔离良好。并且，在不需要使各第一端子8、9的纵向宽度与第一布线导体层2、3相比大很多时，能够将第一个第一端子8和第二个第一端子9并列地配置在半导体基板1的同一边侧。
在图1中，在上侧(第一个)第一布线导体层2上配置的属于第一组的第一、第二以及第三发光半导体区域4a、4b、4c以及在下侧(第二个)第一布线导体层3上配置的属于第二组的第四、第五以及第六发光半导体区域4d、4e、4f分别具有依次层叠的n型缓冲层15、n型半导体层16、活性层17和p型半导体层18。各发光半导体区域4a～4f的一个主面19即p型半导体层18的上表面用作光取出面。属于第一组的发光半导体区域4a、4b、4c的另一个主面20即它们的n型缓冲层15的下表面分别电连接到第一个(图1的上侧)第一布线导体层2。属于第二组的发光半导体区域4d、4e、4f的另一个主表面20即它们的n型缓冲层15的下表面分别电连接到第二个(图1的下侧)第一布线导体层3。
各发光半导体区域4a～4f的n型缓冲层15由氮化物半导体构成，例如能够重复地配置掺杂了n型杂质的AlN(氮化铝)层和掺杂了n型杂质的GaN(氮化镓)层而构成。这种情况下的AlN层的厚度例如是0.5～5nm，GaN层的厚度例如是5～500nm。当然，缓冲层15不限于上述的AlN层和GaN层的多层结构的缓冲层，可以由从AlInN(氮化铝铟)、AlGaN(氮化铝镓)和AlInGaN(氮化铝铟镓)等中选择的材料的层代替AlN层，可以由从InGaN(氮化铟镓)、AlInN(氮化铝铟)、AlGaN(氮化铝镓)和AlInGaN(氮化铝铟镓)等中选择的材料的层代替GaN层。此外，缓冲层15也可以是AlN、GaN等氮化物半导体的单层结构。此外，也可以省略缓冲层15。并且，由于缓冲层15与其上的n型半导体层16是同一导电型，所以，也可以将缓冲层15和n型半导体层16合起来看作一个第一导电型半导体层，即，将缓冲层15看作n型半导体层16的一部分。
在该实施例中，n型缓冲层15与由p型硅构成的各第一布线导体层2、3接触，但是，两者是异质结并且两者间产生合金化区域(未图示)，所以，在各发光半导体区域4a～4f上施加正向电压时的异质结部的电压降，比n型硅和n型缓冲层的异质结情况小。若在n型硅上形成由GaN等氮化物半导体构成的n型缓冲层时，Ga等III族元素相对于硅作为p型杂质而起作用，在n型硅中产生pn结，产生由此引起的电压降。但是，由n型硅半导体层形成各第一布线导体层2、3并且在其上形成由氮化物半导体构成的n型缓冲层15的情况下的异质结的电压降不是那么大，所以，在本发明中，也可以使第一布线导体层2、3为n型硅半导体层。在这种情况下，使半导体基板1为p型硅，对第一布线导体层2、3和半导体基板1进行pn结隔离。
在该实施例中，在图2中，如以虚线进行区分所示出那样，与n型缓冲层15一体地设置用于谋求布线的低电阻化的低电阻化导电层21。在该低电阻化导电层21上没有形成活性层17，所以，在图2中，在低电阻化导电层21中不流过纵向电流，仅流过横向电流。低电阻化导电层21与各第一布线导体2、3重合，所以，成为低电阻化导电层21并列电连接到第一布线导体2、3的状态，将两者合起来后的布线的电阻值比不设置低电阻化导电层21的情况小。若在第一布线导体层2、3的布线电阻充分低的情况下，可以省略低电阻化导电层21。并且，低电阻化导电层21设置在第一布线导体层2、3的上表面的空置空间，所以，不会妨碍半导体发光装置的小型化。并且，在实施例1中，由与各发光半导体区域4a～4f的一部分即n型缓冲层15相同的材料同时地形成低电阻化导电层21。但是，低电阻化导电层21可以由与n型缓冲层15和n型半导体16的组合相同的材料形成，或者为了提高电阻减小效果而由金属层形成，或者由与n型缓冲层15不同的半导体材料形成。在本实施例中，由于n型缓冲层15以及低电阻化导电层21由AlN和GaN的层叠体构成，所以，在该异质结面产生公知的二维电子气层，并且低电阻化导电层21的横向上的电阻比较小。
各发光半导体区域4a～4f的n型半导体层16也可以被称为n型覆盖层，配置在活性层17和缓冲层15之间，由具有比活性层17大的带隙的、优选为n型GaN等氮化物半导体构成。但是，也可以由GaN以外的AlInGaN、AlGaN等其他化合物半导体形成该n型半导体层16。
为了构成双异质结LED，活性层17配置在n型半导体层16和p型半导体层18之间，例如，由InGaN等氮化物半导体构成。并且，虽然在图2和图3中以一层概要地示出了活性层17，但是，实际上具有公知的多重量子阱结构(MQW)。但是，也可以由单一量子阱结构(SQW)或单一半导体层形成该活性层17。此外，根据情况，也可以省略活性层17，使p型半导体层(第二导电型半导体层)18直接接合到n型半导体层(第一导电型半导体层)16上。
在活性层17上配置的p型半导体层18也可以被称为p型覆盖层，由具有比活性层17大的带隙的例如p型GaN等氮化物半导体构成。但是，也可以由GaN以外的AlInGaN或AlGaN等其他化合物半导体形成该p型半导体层18。
在各发光半导体区域4a～4f的一个主面19即p型半导体层18的一个主面上设置有与p型半导体层18进行低电阻连接(欧姆电阻)的光透过性导电膜22。光透过性导电膜22例如由ITO(铟锡氧化物)构成，具有谋求使在各发光半导体区域4a～4f中流过的电流的分布均匀化的功能。若在不要求各发光半导体区域4a～4f的电流分布均匀化的情况下，也可以省略光透过性导电膜22。
各发光半导体区域4a～4f的侧面相对于它们的另一个主面20倾斜。对于各发光半导体区域4a～4f的侧面的倾斜角度来说，优选相对于各发光半导体区域4a～4f的另一主面20为75度以上且小于90度。如果成为该范围的倾斜角度，则可以抑制从各发光半导体区域4a～4f向侧面方向放射的光泄漏到相邻的各发光半导体区域。
当形成各发光半导体区域4a～4f的各层15～18以及低电阻化导电层21时，利用公知的MOCVD等技术，依次对在伴随有第一布线导体层2的半导体基板1上形成各层15～18、21用的半导体材料进行外延生长，得到多层结构体，进一步地，在通过蒸镀形成ITO膜之后，通过公知的刻蚀技术选择性地刻蚀ITO膜以及多层结构体。并且，以低电阻化导电层21残留的方式，对多层结构体进行刻蚀。
在图1中省略，但是如图2和图3所示，以覆盖各发光半导体区域4a～4f的外周面以及低电阻化导电层21的表面、各第一布线导体层2、3的露出面、半导体基板1的露出面的方式，形成光透过性绝缘膜23。优选光透过性绝缘膜23由SiOx(其中，x是1～2的数值)形成。
各第二布线导体层5、6、7由金属层(优选是Au)构成，通过在光透过性绝缘膜23上形成的开口连接到光透过性导电膜22。此外，由图1可知，各第二布线导体层5、6、7在纵向(Y轴方向)上延伸且相互并列地配置。各第二布线导体层5、6、7妨碍了光的取出，所以，仅连接到各发光半导体区域4a～4f的一个主面19上的光透过性导电膜22的一部分。并且，在不设置光透过性导电膜22的情况下，各第二布线导体层5、6、7直接与各发光半导体区域4a～4f的一个主面19进行低电阻连接。
在图1中，为了构成矩阵电路，第一个第二布线导体层5连接到第一以及第四发光半导体区域4a、4d，第二个第二布线导体层6连接到第二以及第五发光半导体区域4b、4e，第三个第二布线导体层7连接到第三以及第六发光半导体区域4c、4f。
更详细地说明时，第一个(右侧)第二布线导体层5，电连接到从配置在第一个(上侧)第一布线导体层2上的三个发光半导体区域4a、4b、4c中择一地选择的一个发光半导体区域4a的一个主面19，并且，电连接到从配置在第二个(下侧)第一布线导体层3上的三个发光半导体区域4d、4e、4f中择一地选择的一个发光半导体区域4d的一个主面19。第二个(正中)第二布线导体层6，电连接到从配置在第一个(上侧)第一布线导体层2上的三个发光半导体区域4a、4b、4c中择一地选择的另一个发光半导体区域4b的一个主面19，并且，电连接到从配置在第二个(下侧)第一布线导体层3上的三个发光半导体区域4d、4e、4f中择一地选择的另一个发光半导体区域4e的一个主面19。第三个(左侧)的第二布线导体层7电连接到从配置在第一个(上侧)第一布线导体层2上的三个发光半导体区域4a、4b、4c中择一地选择的又一个发光半导体区域4c的一个主表面19上，并且，电连接到从配置在第二个(下侧)第一布线导体层3上的三个发光半导体区域4d、4e、4f中择一地选择的又一个发光半导体区域4f的一个主面19。
第一、第二以及第三个第二端子10、11、12也可以被称为焊盘电极，配置在绝缘膜3上并且分别连接到第一、第二以及第三个第二布线导体层5、6、7。该实施例的各第二端子10、11、12由与第二布线导体层5、6、7相同的金属层(Au层)形成，所以，由虚线示出它们的边界。当然，也可以由与第二布线导体层5、6、7不同的导电性材料形成各第二端子10、11、12。第一以及第三个第二端子10以及12配置在半导体基板1的边32侧，第二端子11配置在半导体基板1的边34侧。因此，第一、第二以及第三个第二端子10、11、12不是沿着半导体基板1的同一边缘配置，而是沿着对置的两个边交替地即锯齿状地配置。由此，例如，可以增大相邻的两个第二端子10、12间的间隔，或者使各第二端子10、11、12的横向宽度比第二布线导体5、6、7的横向宽度大。
当选择性地驱动构成矩阵电路的多个发光半导体区域4a～4f时，在半导体基板1和第一布线导体2、3之间施加反偏置电压的状态下，在X轴方向上延伸的第一布线导体层2、3和在Y轴方向上延伸的第二布线导体层5、6、7之间选择性地施加驱动电压。例如，当使第一发光半导体区域4a发光时，在半导体基板1和第一布线导体2、3之间施加成为反偏置的电压的状态下，在第一个第一端子8和第一个第二端子10之间施加驱动电压。由此，在第一个第二端子10、第一个第二布线导体层5、第一发光半导体区域4a、第一个第一布线导体2以及第一个第一端子8的路径中流过驱动电流，第一发光半导体区域4a发光。第二～第六发光半导体区域4b～4f也与第一发光半导体区域4a相同地被驱动。
本实施例的半导体发光装置具有下面的效果。
(1)起到驱动电流的电流通路的作用的第一布线导体层2、3形成在半导体基板1中，并且第一～第三发光半导体区域4a～4c的另一个主面20电连接到第一个第一布线导体层2，第四～第六发光半导体区域4d～4f的另一个主面20电连接到第二个第一布线导体层3。针对上述发光半导体区域(发光元件)4a～4f的最下层的电气布线的结构，与例如在专利文献1示出的现有的LED阵列中的为了将金属布线导体连接到半导体发光区域(发光元件)最下层而在最下层设置横向突出部分(台部分)、且将金属布线导体连接到横向突出部分上的结构有本质的不同。在现有的将金属布线导体连接到横向突出部分上的结构的情况下，如已经说明的那样，横向突出部分成为驱动电流全部的电流通路，所以较厚地形成半导体发光区域(发光元件)的最下层以及横向突出部分。与此相对，在本实施例中，在缓冲层15的下方存在起到驱动电流的电流通路的作用的第一布线导体层2、3，并且第一布线导体层2、3形成在半导体基板1中，所以，与现有技术相比，能够将缓冲层15形成得较薄，不仅可以实现各发光半导体区域4a～4f的薄型化(小型化)，而且可以谋求各发光半导体区域4a～4f的导通电阻的降低。
(2)针对第一～第三发光半导体区域4a～4c的第一个第一布线导体层2的连接、针对第四～第六发光半导体区域4d～4f的第二个第一布线导体层3的连接，在发光半导体层4a～4f和半导体基板1之间实现，所以，不需要设置相当于现有技术的半导体发光区域(发光元件)的最下层的横向突出部分(台状部分)，能够减小半导体基板1的一个主面13的面积。此外，能够使发光半导体区域4a～4f的彼此间隔减小不存在横向突出部分(台状部分)的部分。
(3)各第一布线导体层2、3的宽度W2比各发光半导体区域4a～4f的宽度W1大，所以，可以使发光半导体区域4a～4f的结晶性良好。即，如已经说明那样，在第一布线导体层2、3是由离子注入法形成半导体层的情况下，在半导体基板1的一个主面13的第一布线导体层2、3和半导体基板1的边界部分产生微小突起，在其上的外延生长层的结晶性恶化。但是，在本实施例中，由于在发光半导体区域4a～4f中不使用结晶性恶化的部分，所以发光半导体区域4a～4f的结晶性较好。由此，可以提供特性良好的发光半导体区域(发光元件)4a～4f。
(4)在第一个第一布线导体层2的不配置第一～第三发光半导体区域4a～4c的部分、第二个第一布线导体层3的不配置第四～第六发光半导体区域4d～4f的部分，配置低电阻化半导体层21，所以，能够谋求布线电阻的降低。
(5)由图1和图4可知，带状地形成各第一布线导体层2、3，在第一个第一布线导体层2上，排列第一、第二以及第三发光半导体区域4a、4b、4c，在第二个第一布线导体层3上，排列第四、第五以及第六发光半导体区域4d、4e、4f。因此，可以容易地实现第一个第一端子8和第一、第二以及第三发光半导体区域4a、4b、4c之间的电连接、以及第二个第一端子9和第四、第五以及第六发光半导体区域4d、4e、4f之间的电连接。即，可以容易地形成矩阵电路。
(6)第一个第一端子8和第二个第一端子9配置在半导体基板1的彼此相反侧的边的附近，所以不仅可以良好地实现第一个第一端子8和第二个第一端子9之间的电隔离，而且可以较大地形成各第一端子8、9，使得针对外部电路的电连接容易。
(7)第奇数个第二端子10、12和第偶数个第二端子11配置在相反侧的附近，所以不仅可以良好地实现第二端子10～12彼此间的电隔离，而且可以较大地形成第二端子10～12，使得与外部电路的电连接容易。
(8)在第一个第一布线导体层2和第二布线导体层5、6、7的交叉点配置第一～第三发光半导体区域4a～4c，在第二个第一布线导体层3和第二布线导体层5、6、7的交叉点配置第四～第六发光半导体区域4d～4f，所以，发光半导体区域4a～4f具有第一布线导体层2、3和第二布线导体层5、6、7的层间绝缘的功能。因此，良好地实现第一布线导体层2、3和第二布线导体层5、6、7之间的电隔离。并且，在本实施例中，第一个第一布线导体层2的一部分从第一～第三发光半导体区域4a～4c在第二布线导体层5、6、7延伸的方向露出，此外，第二个第一布线导体层3的一部分从第四～第六发光半导体区域4d～4f在第二布线导体层5、6、7延伸的方向露出，但是，该露出部分由于绝缘膜23而与第二布线导体层5、6、7电隔离。第一布线导体层2、3和第二布线导体层5、6、7隔着绝缘膜23而重叠的部分非常小，所以，产生由绝缘膜23导致的电隔离不良的概率也非常小。
(9)半导体基板1由硅构成，所以，与蓝宝石基板以及SiC基板相比，由氮化物半导体构成的发光半导体区域4d～4f发出的光的透过性较差，所以，由半导体基板1的另一个主面(底面)14反射后的光从相邻的发光半导体区域放射到外部的现象即光泄漏现象变少。
实施例2
接下来，说明在图6中示出的实施例2的半导体发光装置。其中，在图6和下述的图7～图10中，对与图1～图5实质上相同的部分给出相同的参照符号，并且省略其说明。
图6的半导体发光装置设置仅连接到第一、第二以及第三发光半导体区域(发光元件)4a、4b、4c的第二布线导体层5a、6a、7a，其他与图1实质上相同地构成。即，在图1的实施例中，对各第二布线导体层5、6、7连接多个发光半导体区域，但是，在图6的实施例中，对由金属层构成的各第二布线导体层5a、6a、7a连接一个发光半导体区域4a、4b、4c。图6的发光半导体区域4a、4b、4c的下表面和第一布线导体层2的连接关系与图1相同。即，在图6中，第一布线导体2也由在由n型硅构成的半导体基板1中形成的杂质添加的p型半导体层构成，并且形成为比各发光半导体区域4a～4c宽的宽度。此外，在图6中，在第一布线导体层2的没有配置发光半导体区域4a、4b、4c的部分上，也与图1相同地设置低电阻导电层21。
对于图6的第一端子8来说，作为用于将驱动电压施加到各发光半导体区域4a、4b、4c上的共用端子来使用。对于三个第二端子10、11、12来说，作为用于单独地驱动三个发光半导体区域4a、4b、4c的驱动端子来使用。
在图6中，在第一布线导体层2上连接三个发光半导体区域4a、4b、4c，但是，当然也可以连接更多的发光半导体区域。
此外，可以在同一半导体基板1上追加设置与由图6所示的发光半导体区域4a、4b、4c、第一布线导体层2、第二布线导体层5a、6a、7a、第一端子8和第二端子10、11、12构成的单位发光阵列相同结构的其他发光阵列。
图6的实施例2的半导体发光装置的基本结构与图1的实施例1相同，所以也可以由图6的实施例2得到与图1的实施例1相同的效果。
实施例3
接下来，说明在图7中示出的实施例3的半导体发光装置。在图7的半导体发光装置的第一个第一布线导体层2a上连接一个发光半导体区域(发光元件)4a、在第二个第一布线导体层3a上连接一个发光半导体区域(发光元件)4d，其他与图1实质上相同地构成。图7的第一布线导体层2a、3a与图1的第一布线导体层2、3相同地，由在由n型硅构成的半导体基板1中通过杂质注入法形成的p型半导体层构成，并且，形成为比发光半导体区域4a、4d宽的宽度。此外，在图7中，也与图1相同地，在第一布线导体层2a、3a的没有配置发光半导体区域4a、4d的部分上，设置低电阻化导电层21。
图7的第二布线导体层5与图1相同地连接到各发光半导体区域4a、4d的上表面。
对于连接到图7的各第一布线导体层2a、3a上的第一端子8、9来说，作为用于将驱动电压单独地施加到多个发光半导体区域4a、4d上的端子。对于连接到第二布线导体层5上的第二端子10来说，作为用于驱动多个发光半导体区域4a、4d的共用端子来使用。
在图7中仅示出了两个第一布线导体层2a、3a，但是，能够设置与此相同的层，在其上连接发光半导体区域。在这种情况下，所追加的发光半导体区域还连接有第二布线导体层5。
此外，能够在同一半导体基板1上追加设置与由图7所示的发光半导体区域4a、4d、第一布线导体层2a、3a和第二布线导体层5构成的单位发光阵列相同结构的其他发光阵列。
图7的实施例3的半导体发光装置的基本结构与图1和实施例1相同，所以，也可以由图7的实施例3得到与图1的实施例1相同的效果。
实施例4
对于图8以及图9所示的实施例4的场效应半导体装置来说，除了设置变形的第一布线导体层2b、3b、并且设置变形的发光半导体区域4a’～4f’以外，与图1～图5相同地构成。
图8以及图9的变形后的第一布线导体层2b、3b由具有导电性的p型半导体层35、36和金属层37、38的层叠体构成。p型半导体层35、36与图2～图3的由半导体层构成的第一布线导体层2、3相同地，通过在半导体基板1中注入p型杂质而形成。金属层37、38形成在p型半导体层35、36上。
在图8以及9中所示的各发光半导体区域4a’～4f’与在图1～图3中示出的各发光半导体区域4a～4f大致相同，但是，在不具有图2～图3所示的n型缓冲层15、并且具有垂直的侧面这一点上，与图1～图3的各发光半导体区域4a～4f不同。在图8以及图9的各发光半导体区域4a’～4f’的第二主面(下表面)20上设置贴附用金属层30，它与金属层37、38结合。
图8以及图9所示的实施例4的场效应半导体装置除了具有与图1～图3的实施例1相同的效果以外，与图1～图3的实施例1相比，由于金属层37、38的作用，还具有使第一布线导体层2b、3b的布线电阻减小的效果。
本发明不限于上述实施例，例如也能够进行以下的变形。
(1)各实施例的第二布线导体层5的图案能够象图10中示出的第二布线导体层5’所示那样进行变形。即，第二布线导体层5’能够由在纵向(Y轴方向)直线地延伸的主要部分51和从该主要部分51分支并且枝状延伸的多个副部分52形成。当然，其他第二布线导体层6、7也可以与图11相同地变形。第一布线导体层2、3也可以变形为与图10的第二布线导体层5’相同的分支图案。
(2)将多个发光半导体区域(发光元件或点)分组，能够同时驱动属于相同组的多个发光半导体区域。
(3)为了进行彩色显示，能够以得到红色LED、绿色LED和蓝色LED的方式形成发光半导体区域4a～4f。
(4)与图8～图9的实施例4的第一布线导体层2b、3b相同地形成图6以及图7所示的实施例2以及3的第一布线导体层2、2a、3a。
(5)能够由硅以外的半导体、例如化合物半导体形成半导体基板1、第一布线导体层2、3以及半导体层35、36。
(6)能够由氮化物半导体以外的半导体、例如GaAs、AlGaAs等镓系化合物半导体形成发光半导体区域4a～4f的全部或一部分。
(7)代替仅由缓冲层15的延伸部分形成低电阻化导电层21，也可以由缓冲层15和n型半导体层16这二者的延伸部分形成。此外，不在发光半导体区域4a～4f设置缓冲层15的结构的情况下，可以由n型半导体层16的延伸部分形成低电阻化导电层21。
(8)能够将第二端子10、11、12直接配置在半导体基板1上。
(9)优选在由氮化物半导体形成发光半导体区域4a～4f的情况下，发光半导体区域4a～4f的侧面相对于发光半导体区域4a～4f的另一个主面20的垂直线具有75度以上且小于90度的倾斜度。这是为了从侧面发出的光被半导体基板1良好地吸收。
符号说明：1是半导体基板，2、3是第一布线导体层，4a～4f是发光半导体区域，5、6、7是第二布线导体层，8、9是第一端子，10、11、12是第二端子。

Claims (9)

1.一种半导体发光装置，其特征在于，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
第一布线导体层，在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
多个发光半导体区域，分别配置在所述第一布线导体层上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的多个第二布线导体层。
2.一种半导体发光装置，其特征在于，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
多个第一布线导体层，在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
多个发光半导体区域，分别配置在各第一布线导体层上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
与各发光半导体区域的一个主面电连接的第二布线导体层。
3.一种半导体发光装置，其特征在于，具备：
半导体基板，具有一个以及另一个主面，并且具有第一导电型；
至少两个第一布线导体层(2，3)，分别在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地形成，并且，由分别具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层构成；
至少两个发光半导体区域(4a，4b)，分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的一个(2)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(2)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
至少两个发光半导体区域(4d，4e)，分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的另一个(3)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置且电连接到所述另一个第一布线导体层(3)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
第二布线导体层(5)，电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的一个发光半导体区域(4a)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的一个发光半导体区域(4d)的一个主面(19)上；
另一个第二布线导体层(5)，电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的另一个发光半导体区域(4b)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的另一个发光半导体区域(4e)的一个主面(19)上。
4.根据权利要求1至3的任意一项的半导体发光装置，其特征在于，
所述第一布线导体层具备具有比所述发光半导体区域的另一个主面(20)宽的宽度的部分，在该部分上配置有所述发光半导体区域。
5.根据权利要求1至3的任意一项的半导体发光装置，其特征在于，
还具有在所述第一布线导体层的没有配置所述发光半导体区域的部分上配置的低电阻化导电层，所述低电阻化导电层由与构成所述发光半导体区域的多个半导体层中的至少一个相同的材料形成。
6.根据权利要求1至3的任意一项的半导体发光装置，其特征在于，
所述第一布线导体层由选择性地形成在所述半导体基板的所述一个主面中并且具有与所述第一导电型相反的第二导电型的半导体层、和配置在该半导体层上的金属层构成。
7.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成第一布线导体层，该第一布线导体层由在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的半导体层构成；
在伴随有所述第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀所述发光用多层半导体区域，形成多个发光半导体区域，该多个发光半导体区域分别具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的多个第二布线导体层。
8.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成多个第一布线导体层，该多个第一布线导体层由在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的半导体层构成；
在伴随有所述多个第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀发光用多层半导体区域，在各第一布线导体层上分别形成发光半导体区域，所述发光半导体区域具有在光取出中所使用的一个主面、和与该一个主面对置且电连接到所述第一布线导体层上的另一个主面，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成分别与各发光半导体区域的一个主面电连接的第二布线导体层。
9.一种半导体发光装置的制造方法，其特征在于，具备如下步骤：
准备具有一个以及另一个主面的半导体基板；
形成在所述半导体基板的所述一个主面中选择性地注入导电型决定杂质从而与所述半导体基板电隔离的至少两个第一布线导体层(2，3)；
在伴随有所述多个第一布线导体层的所述半导体基板上，利用外延生长法形成包含多个半导体层的发光用多层半导体区域；
选择性地刻蚀发光用多层半导体区域，形成至少两个发光半导体区域(4a，4b)和至少两个发光半导体区域(4d，4e)，该至少两个发光半导体区域(4a，4b)分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的一个(2)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(2)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层，该至少两个发光半导体区域(4d，4e)分别配置在所述两个第一布线导体层(2，3)中的另一个(3)上，并且，分别具有在光取出中所使用的一个主面(19)、和与该一个主面对置并且电连接到所述第一布线导体层(3)上的另一个主面(20)，并且分别具有用于发光的多个半导体层；
形成第二布线导体层(5)和另一个第二布线导体层(5)，该第二布线导体层(5)电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的一个发光半导体区域(4a)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的一个发光半导体区域(4d)的一个主面(19)上，该另一个第二布线导体层(5)电连接到从配置在所述一个第一布线导体层(2)上的所述两个发光半导体区域(4a，4b)中选择的另一个发光半导体区域(4b)的一个主面(19)上，并且，电连接到从配置在所述另一个第一布线导体层(3)上的所述两个发光半导体区域(4d，4e)中选择的另一个发光半导体区域(4e)的一个主面(19)上。
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