CN101673798A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光元件的制造成品率高的发光元件。本发明中的发光元件1包括具有第一导电型的第一半导体层、与第一导电型不同的第二导电型的第二半导体层、夹入第一半导体层和第二半导体层之间的有源层105的半导体层压结构10、设置在半导体层压结构10的一个表面侧的对有源层105发出的光进行反射的反射层132、在反射层132的半导体层压结构10侧的相反侧通过金属接合层支撑半导体层压结构10的支撑衬底20、与支撑衬底20的金属接合层侧的相反侧的面接触设置的密合层200、与密合层200的接触支撑衬底20的面的相反侧的面接触设置的，隔着密合层与支撑衬底20之间合金化的背面电极210。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及一种发光元件。本发明特别是涉及一种能够以高成品率制造的高光输出的发光元件。
背景技术
已知以往技术中一种发光元件(例如参照专利文献1)，该发光元件包括在一个表面具有正电极的硅支撑衬底、设置在硅支撑衬底的另一表面上的金属反射层、设置在金属反射层上并与金属反射层形成欧姆接触的透光膜、具有夹入设置在透光膜上并与透光膜形成欧姆接触的p型半导体层和n型半导体层之间的有源层的半导体层压结构、设置在半导体层压结构上的负电极。
专利文献1中记载的发光元件由于在半导体层压结构和金属反射层之间配置具有导电性的透光膜，与半导体层压结构和金属反射层二者形成欧姆接触的同时，抑制了半导体层压结构和金属反射层之间的合金化，所以可形成具有优异的光反射特性的金属反射层，能够提供发光效率提高的发光元件。
专利文献1：日本特开2005-175462号公报
发明内容
但是，专利文献1中记载的发光元件在制造时，由于通过切割工艺分别分离多个发光元件时，在硅支撑衬底的背面产生硅支撑衬底的碎片、裂纹等所谓的背面碎屑，所以发光元件的制造成品率的提高存在限制。
因此，本发明的目的在于提供一种发光元件的制造成品率高的发光元件。
本发明提供一种发光元件，所述发光元件包括具有第一导电型的第一半导体层、与第一导电型不同的第二导电型的第二半导体层、夹入第一半导体层和第二半导体层之间的有源层的半导体层压结构，设置在半导体层压结构的一个表面侧的对有源层发出的光进行反射的反射层，在反射层的半导体层压结构的相反侧隔着金属接合层支撑半导体层压结构的支撑衬底，与支撑衬底的金属接合层侧的相反侧的面接触设置的密合层，以及与密合层的接触支撑衬底的面的相反侧的面接触设置的由多种金属的合金制成的背面电极。
此外，上述发光元件的半导体层压结构也可隔着设置在反射层和金属接合层之间的透明层被支撑衬底支撑，透明层也可具有贯通透明层并电连接半导体层压结构和反射层的界面电极。此外，密合层也可由固定支撑衬底和背面电极的Ti形成。进而，背面电极也可具有高于Au的硬度。而且，背面电极也可由选自Al、Sn、Si、Zn、Be和Ge构成的组中的至少一种材料和Au的合金形成。
根据本发明中的发光元件，可提供一种发光元件的制造成品率高的发光元件。
附图说明
图1A为实施方式中的发光元件的纵截面示意图。
图1B为实施方式中的发光元件的俯视示意图。
图2A为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2B为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2C为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2D为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2E为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2F为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2G为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2H为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2I为实施方式中的发光元件的制造工序图。
图2J为实施方式中的发光元件的制造工序图。
符号说明
1发光元件
1a半导体层压结构体
1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h接合结构体
10、11半导体层压结构
20支撑衬底
20a支撑结构体
100 n型GaAs衬底
101 n型接触层
102 蚀刻阻挡层
103 n型覆层
105 有源层
107 p型覆层
109 p型接触层
110 表面电极
110a、110b、110c、110d 线电极
115 焊盘电极
120 接触部
120a 外周部
120b、120c、120d、120e 细线部
130 反射部
132 反射层
134 阻挡层
136、202 接合层
136a、202a 接合面
140 透明层
140a 开口
200 密合层
204 接触电极
210 背面电极
212 密合层
214 第一金属层
216 第二金属层
具体实施方式
图1A示出了本发明实施方式中的发光元件的纵截面示意图。此外，图1B示出了本发明实施方式中的发光元件的俯视示意图。
(发光元件1的结构概要)
参照图1A，实施方式中的发光元件1包括：具有发出规定波长光的有源层105的半导体层压结构10、与半导体层压结构10一侧的表面的一部分区域电连接的表面电极110、设置在表面电极110的一部分表面上的作为引线接合用焊接区(パツド)的焊盘(パツド)电极115、与半导体层压结构10另一侧的表面的一部分电连接的作为界面电极的接触部120、除了设置接触部120的区域以外的半导体层压结构10另一侧的表面上所设置的透明层140、接触部120和透明层140与半导体层压结构10接触的面的相反侧表面上所设置的反射部130。
进而，发光元件1包括反射部130与接触部120和透明层140接触的面的相反侧上所设置的具有导电性的密合层200、密合层与反射部130接触的面的相反侧表面上所设置的具有导电性的支撑衬底20、通过密合层212在支撑衬底20与密合层200接触的面的相反侧表面上设置的背面电极210。背面电极210包含由多种金属制成的合金材料而形成。背面电极210包含金(Au)的同时，还包含硬度比Au单质高的合金材料而形成。
此外，本实施方式中的发光元件1的半导体层压结构10具有与接触部120和透明层140接触设置的p型接触层109、p型接触层109与透明层140接触的面的相反侧上所设置的作为第二导电型第二半导体层的p型覆层107、p型覆层107与p型接触层109接触的面的相反侧上所设置的有源层105、有源层105与p型覆层107接触的面的相反侧上所设置的作为第一导电型第一半导体层的n型覆层103、n型覆层103与有源层105接触的面的相反侧的一部分区域上所设置的n型接触层101。另外，半导体层压结构10与透明层140接触侧的相反侧表面为本实施方式中的发光元件1的光取出面。具体地，n型覆层103与有源层105接触的面的相反侧的表面的一部分为光取出面。
进而，反射部130具有与接触部120和透明层140接触设置的反射层132、在反射层132与接触部120和透明层140接触的面的相反侧位置与反射层132接触设置的阻挡层134、在阻挡层134与反射层132接触的面的相反侧位置与阻挡层134接触设置的作为一侧的金属接合层的接合层136。而且，密合层200具有对反射部130的接合层136机械和电接合的作为另一侧金属接合层的接合层202、接合层202与反射部130接触的面的相反侧所设置的接触电极204。
此外，如图1B所示，本实施方式中的发光元件1在俯视下约形成为正方形。作为一个实例，发光元件1的平面尺寸的纵尺寸和横尺寸分别为330μm。此外，发光元件1的厚度形成为210μm左右。另外，本实施方式中的发光元件1可构成为例如具有平面尺寸为500μmX500μm以上的大型芯片尺寸的发光元件。
(表面电极110和接触部120的详细说明)
对表面电极110和接触部120的详细结构进行说明。表面电极110由设置在n型接触层101上的圆电极和多个线电极构成。例如，表面电极110在俯视下具有靠近约形成为矩形的发光元件1的一条边并在该边上约水平地设置的线电极110a，靠近该边的对边并在此边上约水平地设置的线电极110c、在线电极110a和线电极110c之间、自线电极110a和线电极110c二者约相等的位置上与线电极110a和线电极110c相对并约水平地设置的线电极110b。
而且，表面电极110进一步具有在相对于线电极110a、线电极110b和线电极110c各自的纵向为约垂直的方向上延伸，同时在这些线电极的约中间位置与这些线电极接触设置的线电极110d。此外，表面电极110在包括线电极110b和线电极110d的交点的区域内具有圆电极。另外，在图1B中，圆电极因位于焊盘电极115的正下方而未图示。此外，在俯视下，在发光元件1的中心和焊盘电极115的中心约一致的位置上设置了焊盘电极115。即，焊盘电极115设置在圆电极的正上方。
接着，接触部120在俯视下在位于除了表面电极110的正下方的透明层140的区域以外的部分的开口内以在俯视下无切断部分的单一形状设置。例如，接触部120在俯视下包括具有沿发光元件1的外周的形状的外周部120a，从外周部120a的一条边向中心具有规定长度并延伸、同时在外周部120a与一侧的端部接触设置的细线部120b，与细线部120b邻接、同时设置在比细线部120b更靠近焊盘电极115侧的位置上、以短于细线部120b的长度形成的细线部120c。
进而，接触部120以朝着线电极110b的纵向的线电极110b的中心线为对称轴(未图示)具有在与细线部120b和细线部120c对称的位置上设置的细线部120d和细线部120e。此外，接触部120在以线电极110d的中心线为对称轴时，具有在与细线部120b～细线部120e相对称的位置上设置的多个细线部。
而且，在俯视下，表面电极110和接触部120为不重叠的配置。例如，细线部120b和细线部120c位于线电极110a和线电极110b之间的同时，细线部120b和细线部120c分别形成有与线电极110d不接触的长度。同样，细线部120d和细线部120e位于线电极110b和线电极110c之间的同时，细线部120d和细线部120e分别形成有与线电极110d不接触的长度。这里，在俯视发光元件时，将从表面电极110的线电极的外缘到接触部120的外缘的最短距离定义为“W”时，表面电极110和接触部120被设置为各W分别为约相等距离的配置。
另外，表面电极110的圆电极与设置在圆电极上的焊盘电极115连接的Au等金属材料制成的线的球部分直径相对应，形成有至少75μm以上的直径。作为一个实例，表面电极110的圆电极形成为直径100μm的圆形。此外，表面电极110的线电极110a～110d形成为宽10μm的线形。进而，接触部120设置在除了表面电极110的正下方的区域以外的p型接触层109的表面上，作为一个实例，各细线部形成为5μm宽。具体地，接触部120通过形成在贯通透明层140而设置的开口内，可以电连接半导体层压结构10和反射层132。作为一个实例，接触部120由含有Au、Zn的金属材料形成。
(半导体层压结构10)
本实施方式中的半导体层压结构10形成为具有作为III-IV族化合物半导体的AlGaInP系化合物半导体。具体地，半导体层压结构10具有将由未掺杂杂质掺杂剂的未掺杂的AlGaInP类化合物半导体的本体形成的有源层105夹在包括n型AlGaInP的n型覆层103和包括p型AlGaInP的p型覆层107的结构。
如果从外部提供电流，有源层105发出规定波长的光。例如，有源层105由发出波长在630nm附近的红光的化合物半导体材料形成。作为一个实例，有源层105由未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P层形成。此外，n型覆层103包括规定浓度的Si、Se等n型掺杂剂。作为一个实例，n型覆层103由掺杂Si的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层形成。进而，p型覆层107包括规定浓度的Zn、Mg等p型掺杂剂。作为一个实例，p型覆层107由掺杂Mg的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层形成。
进而，作为一个实例，半导体层压结构10具有的p型接触层109由掺杂规定浓度的Mg的p型GaP层形成。而且，n型接触层101由掺杂规定浓度的Si的GaAs层形成。本申请中，n型接触层101设置在n型覆层103的上面至少设置表面电极110的区域内。
(透明层140)
透明层140为p型接触层109的表面，设置在未设有接触部120的区域。透明层140由使有源层105发出的光透过的材料形成。例如，透明层140由对有源层105发出的光基本透明的材料形成。作为一个实例，透明层140由SiO2、TiO2、SiNx等等透明电介质层形成。而且，透明层140的形成接触部120的规定区域沿厚度方向被贯通，在贯通的部分填充金属材料形成接触部120。
(反射部130)
反射部130的反射层132由对有源层105发出的光具有高反射率的导电性材料形成。作为一个实例，发射层132由对该光具有80％以上的放射率的导电性材料形成。在有源层105发出的光之中，反射层132向有源层105侧反射到达反射层132的光。反射层132例如由Al、Au、Ag等金属材料或包括选自这些金属材料中的至少一种金属材料的合金形成。作为一个实例，反射层132由规定膜厚的A1形成。而且，反射部130的阻挡层134由Ti、Pt等金属材料形成，作为一个实例，由规定膜厚的Pt形成。阻挡层134抑制构成接合层136的材料扩散到反射层132。此外，接合层136由与密合层200的接合层202电和机械接合的材料形成，作为一个实例，由规定膜厚的Au形成。
(支撑衬底20)
支撑衬底20由导电材料形成。具体地，支撑衬底20由p型或n型的导电性Si衬底形成。在本实施方式中，使用电阻率为0.01Ω·cm以下的Si衬底。另外，作为支撑衬底20的Si衬底的面取向可为任何一种面取向。
密合层200的接合层202与反射部130的接合层136一样，可由规定膜厚的Au形成。此外，接触电极204由与支撑衬底20电接合的同时，由抑制构成接合层202的材料扩散到支撑衬底20侧的材料形成。例如，接触电极204由规定膜厚的Ti形成。
背面电极210由与支撑衬底20电连接的材料形成，同时在背面电极210和支撑衬底20之间隔着薄膜密合层212被设置在支撑衬底20的背面(即，设有接触电极204的面的相反侧的面)。背面电极210例如包括由Al、Sn、Si、Zn、Be或者Ge，和Au的合金制成的合金层而形成。通过使背面电极210包含Au，可提高对氧化等的耐性。此外，密合层212由作为很难与支撑衬底20进行合金化的金属材料的，与支撑衬底20之间密合性良好的金属材料形成。作为一个实例，密合层212由Ti形成。另外，发光元件1用Ag浆料等导电性接合材料或AuSn等共结晶材料将背面电极210一侧向下搭载在由Al、Cu等金属材料制成的晶体管管座(ステム)的规定位置上。
(变形例)
本实施方式中的发光元件1发出包括波长为630nm的红色光，但发光元件1发出的光的波长不限于此波长。控制半导体层压结构10的有源层105的结构，可形成发出规定波长范围的光的发光元件1。作为有源层105发出的光，可列举橙色光、黄色光或绿色光等波长范围的光。
进而，发光元件1包括的半导体层压结构10也可使构成半导体层压结构10的化合物半导体层的导电型与本实施方式相反。例如，使n型接触层101和n型覆层103的导电型为p型，同时，p型覆层107和p型覆层109的导电型为n型。
此外，表面电极110在俯视下的形状不限于本实施方式中的形状，在俯视下可为四边形、菱形、多边形等形状。进而，接触部120形成为无切断部的单一形状，但在变形例中，也可在接触部120的一部分上形成切断部并形成由多个区域组成的接触部120。例如，接触部120可以形成多个圆点状。此外，在背面电极210的最表面可设置几纳米厚的纯Au层、纯Pt层等。
此外，发光元件1的平面尺寸不限于上述实施方式。例如，发光元件1的平面尺寸可设计使纵尺寸和横尺寸分别超出1mm的尺寸。此外，可根据发光元件1的使用用途适当变更纵尺寸和横尺寸。作为一个实例，如果将发光元件1的平面尺寸设计为纵尺寸比横尺寸短时，发光元件1的俯视下的形状约为长方形。
此外，有源层105可具有量子阱结构而形成。量子阱结构可由单量子阱结构、多量子阱结构或应变多量子阱结构的任何一种结构形成。
(发光元件1的制造方法)
图2A～图2J示出了本发明实施方式中的发光元件的制造工序的流程。
首先，如图2A(a)所示，在n型GaAs衬底100上，例如通过有机金属气相外延法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：MOVPE法)形成包括多种化合物半导体层的AlGaInP系半导体层压结构11。具体地，在n型GaAs衬底100上用MOVPE法依次形成具有未掺杂的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的蚀刻阻挡层102、具有掺杂Si的n型GaAs的n型接触层101、具有掺杂Si的n型的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的n型覆层103、具有未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P的有源层105、具有掺杂Mg的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的p型覆层107、以及具有掺杂Mg的GaP的p型接触层109。由此，在n型GaAs衬底100上形成了形成半导体层压结构11的外延生长晶片。
另外，在MOVPE法中使用的原料可使用三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)等有机金属化合物、以及砷化氢(AsH3)、磷化氢(PH3)等氢化物气体。进而，n型掺杂剂的原料可使用乙硅烷(Si2H6)。而且，p型掺杂剂的原料可使用双环戊二烯基镁(Cp2Mg)。
此外，n型掺杂剂的原料也可使用硒化二氢(H2Se)、单硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)或二甲基碲(DMTe)。而且，p型掺杂剂的原料也可使用二甲基锌(DMZe)或二乙基锌(DEZe)。
此外，n型GaAs衬底100上的半导体层压结构11也可使用分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy：MBE)或卤化物气相外延法(Halide Vapor PhaseEpitaxy：HVPE)等来形成。
接着，如图2A(b)所示，将在图2A(a)中形成的外延生长薄片移出MOVPE装置后，在p型接触层109的表面上形成透明层140。具体地，使用等离子CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)装置，将作为透明层140的SiO2膜形成在p型接触层109的表面上。另外，透明层140可用真空蒸镀法形成。
接着，如图2B(c)所示，用光刻法和蚀刻法在透明层140形成开口140a。例如，将应形成开口140a的区域内具有槽的光致抗蚀剂图形形成在透明层140上。开口140a从透明层140的表面到p型接触层109和透明层140的界面贯通形成。具体地，使用以纯水稀释了氢氟酸而成的蚀刻剂，通过除去未形成光致抗蚀剂图形区域的透明层140，在透明层140形成开口140a。另外，开口140a形成在图1B中说明的设置接触部120的区域内。
接着，如图2B(d)所示，用真空蒸镀法在开口140a上形成作为构成接触部120的材料的AuZn合金(Au∶Zn＝95wt％∶5wt％)。例如，将形成开口140a时使用的光致抗蚀剂图形用作掩模，通过在开口140a内真空蒸镀AuZn，形成接触部120。由此，如图2B(d)所示，在透明层140形成由AuZn制成的接触部120。另外，接触部120的形状因在“(表面电极110和接触部120的详细说明)”中已详述而省略说明。
接着，如图2C(e)所示，用蒸空蒸镀法或溅射法形成作为反射层132的Al层、作为阻挡层134的Pt层、作为接合层136的Au层。由此，形成半导体层压结构1a。另外，反射层132可根据有源层105发出光的波长选择对该光的波长反射率高的材料。
之后，如2D(f)所示，在作为支撑衬底20的导电性Si衬底上用蒸空蒸镀法依次形成作为兼有阻挡层功能的接触电极的Ti、作为接合层202的Au。由此，形成支撑结构体20a。接着，使作为半导体层压结构1a的接合层136表面的接合面136a和作为支撑结构体20a的接合层202表面的接合面202a相对重叠，用由碳等形成的夹具保持此状态。
接着，将保持半导体层压结构1a和支撑结构体20a重合的状态的夹具放入晶片粘贴装置中。之后，将晶片粘贴装置内设定为规定压力。作为一个实例，设定为1.333Pa(0.01托)的压力。之后，通过夹具对相互重合的半导体层压结构1a和支撑结构体20a加压。作为一个实例，施加15kgf/cm2的压力。然后，将夹具以规定的升温速度升温至规定温度。
具体地，将夹具温度加热至350℃。之后，在夹具的温度达到350℃后，将夹具在该温度下保持约30分钟。之后，缓慢冷却夹具。将夹具的温度例如充分降低至室温。夹具的温度下降后，释放对夹具施加的压力。之后，使晶片粘贴装置内的压力为大气压并取出夹具。由此，如图2D(g)所示，半导体层压结构1a和支撑结构体20a通过在接合层136和接合层202之间进行机械和电接合而形成结合结构体1b。
另外，本实施方式中，半导体层压结构1a具有阻挡层134。因此，即使将半导体层压结构1a和支撑结构体20a通过接合层136和接合层202接合时，也能够抑制形成接合层136和接合层202的材料扩散到反射层132内，可抑制反射层132的反射特性劣化。
接着，用粘附蜡将接合结构体1b粘附到研磨装置的夹具上。具体来说，将支撑衬底20侧贴附在该夹具上。之后，将接合结构体1b的n型GaAs衬底100研磨至规定厚度。接着，从研磨装置的夹具取出研磨后的接合结构体1b，清洗出去附着在支撑衬底20表面上的蜡。之后，如图2E(h)所示，用GaAs蚀刻用蚀刻剂从研磨后的接合结构体1b中有选择地完全除去n型GaAs衬底100并形成露出蚀刻阻挡层102的接合结构体1c。GaAs蚀刻用蚀刻剂例如列举了氨水和双氧水的混合液。另外，也可不研磨n型GaAs衬底100，通过蚀刻除去全部的n型GaAs衬底100。
之后，如图2E(i)所示，用规定的蚀刻剂通过蚀刻从接合结构体1c中除去蚀刻阻挡层102。由此，形成除去蚀刻阻挡层102的接合结构体1d。蚀刻阻挡层102由AlGaInP系化合物半导体形成时，作为规定的蚀刻剂，可使用包括盐酸的蚀刻剂。由此，n型接触层101的表面露出在外部。
接着，用光刻法和蒸空蒸镀法将表面电极110形成在n型接触层101表面的规定位置上。表面电极110由直径100μm的圆电极和宽10μm的多个线电极形成。表面电极110例如通过在n型接触层101上依次蒸镀AuGe、Ni、Au形成。此时，表面电极110以不位于接触部120的正上方形成。另外，表面电极110的形状的详细结构因在“(表面电极110和接触部120的详细说明)”中已说明而在此省略。由此，如图2F所示，形成具有表面电极110的接合结构体1e。
接着，如图2G所示，将在图2F中形成的表面电极110作为掩模，使用硫酸、双氧水和水的混合液蚀刻除去除了与表面电极110的正下方对应的n型接触层101以外的n型接触层101。由此，形成接合结构体1f。另外，通过使用该混合液，可对由n型的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的n型覆层103有选择地蚀刻由GaAs形成的n型接触层101。因此，在接合结构体1f中，n型覆层103露出外部。
接着，如图2H所示，在支撑衬底20的背面(支撑衬底20的设置有接触电极204的面的相反侧的面)用蒸空蒸镀法依次形成密合层212、第一金属层214、第二金属层216。密合层212由在与支撑衬底20之间具有良好的粘合力的材料形成。例如，由Ti形成。此外，第一金属层214例如由Al形成。而且，第二金属层216例如由Au形成。由此，可以形成在支撑衬底20的背面隔着密合层212形成第一金属层214和第二金属层216的接合结构体1g。
接着，对接合结构体1g实施合金化处理。通过该合金化处理，在第一金属层214和第二金属层216之间进行合金化反应。合金化处理例如可在作为惰性气氛气的氮气气氛气下，将接合结构体1g加热至400℃，通过在400℃的温度下保持5分钟来实施。具体地，可将接合结构体1g搭载在石墨制盘上，并将搭载接合结构体1g的盘插入被加热至400℃左右的包括上加热器和与上加热器独立存在的下加热器的合金化装置中来实施。通过该合金化处理，第一金属层214和第二金属层216合金化形成合金层，使作为该合金层的背面电极210形成在支撑衬底20的背面，如图2I所示，从而形成接合结构体1h。另外，密合层212即使在合金化处理后也作为密合层212残留并使背面电极210和支撑衬底20密合(粘合)。即，在本实施方式中，一方面在第一金属层214和第二金属层216之间进行合金化反应，另一方面在第一金属层214、第二金属层216与支撑衬底20之间因密合层212的存在而实质上不发生合金化反应。
另外，在本实施方式中，密合层212在合金化处理前具有确保支撑衬底20与第一金属层214、第二金属层216之间的密合性的功能。而且，合金化处理后，密合层212使背面电极210和支撑衬底20密合，与背面电极210一起作为电极发挥作用。此外，通过将密合层212设置在第一金属层214和支撑衬底20之间，可抑制第一金属层214和第二金属层216各自构成的金属材料扩散到支撑衬底20侧。由此，在第一金属层214和第二金属层216之间优先进行合金化反应。
接着，用光刻法和蒸空蒸镀法在表面电极110的一部分表面上、具体地在圆电极上形成焊盘电极115。焊盘电极115例如通过在表面电极110的圆电极的表面上依次蒸镀Ti、Au形成。另外，对于焊盘电极115，以充分确保焊盘电极115的表面与对发光元件1供给电力的金属线之间的粘合强度为目的，未实施合金化处理。
之后，使用具有切割刀片的切割装置将接合结构体1h分离成元件。在本实施方式中，元件分离工序具有：在厚度方向从接合结构体1h的n型覆层103的表面侧开始切至接合结构体1h一半左右的深度的半切步骤，以及在半切步骤后，将半切步骤中的残留部分完全切断而形成发光元件1的全切步骤。即，在本实施方式中的元件分离工序中，通过两个阶段分离元件。在本实施方式中，全切工序切断包括具有硬度高于Au硬度的合金的背面电极210。由此，如图2J所示，形成本实施方式中的多个发光元件1。
作为一个实例，经过图2A～图2J各工序制造的发光元件1为具有平面尺寸为边长330μm的约四边形的元件尺寸(平面尺寸)的发光二极管(LightEmitting Diode：LED)。另外，设计上在俯视下的平面尺寸为350μmX350μm，但如果经过半切步骤和全切步骤，由于切割装置所具有的切割锯的刀片厚度等关系，平面尺寸为小于设计上的尺寸。
之后，用导电性接合材料将该发光元件1进行晶片接合到TO-18晶体管管座等晶体管管座中，同时，用Au等金属线连接表面电极110和TO-18晶体管管座的规定区域。由此，通过金属线从外部将电流供给焊盘电极115，可评价发光元件1的特性。
(制造方法的变形例)
本实施方式中的背面电极210在支撑衬底20的背面形成密合层212、第一金属层214和第二金属层216后，通过实施合金化处理而形成，但是，例如也可用由形成第一金属层214的材料和形成第二金属层216的材料的合金材料形成的金属层代替第一金属层214和第二金属层216而在密合层212上形成。
(实施方式的效果)
本实施方式中的发光元件1将由第一金属层214和第二金属层216形成的合金层用作背面电极210，由于该合金层具有高于Au的硬度，所以在用金刚石刀片切割时，可降低金刚石刀片的金刚石磨粒Au等柔软金属材料产生的粘附。即，本实施方式中的背面电极210不是通过切割很难切削的难切削材料，可较高地维持金刚石刀片的切割力。由此，本实施方式中的发光元件1由于可大大减少元件分离工序中的背面碎屑，所以可提供成品率高的发光元件1。另外，由Ti形成密合层212时，密合层212也不会成为本实施方式中的难切削材料。
此外，本实施方式中的发光元件1由于在背面电极210中使用了包括Au的合金，所以可提供包括对空气中的氧、水分等耐性提高的背面电极210的发光元件1。
(实施例1)
在实施例1中，与通过本发明实施方式中的制造工序制造的发光元件1一样包括图1A和图1B所示的结构，同时，制造具有以下结构的发光元件。
首先，半导体层压结构10由下述层形成：由n型GaAs形成的n型接触层101、由n型的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的n型覆层103、由未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P形成的有源层105、由p型的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的p型覆层107、由p型GaP形成的p型接触层109形成。而且，透明层140由110nm厚的SiO2层形成。而且，接触部120由AuZn形成。另外，接触部120的厚度与透明层140的厚度一样为110nm。
此外，支撑衬底20使用电阻率为0.005Ω·cm的p型Si衬底，接触电极204使用50nm厚的Ti层，接合层202使用500nm厚的Au层。而且，反射部130的接合层136使用500nm厚的Au层，阻挡层134使用50nm厚的Pt层，反射层132使用400nm厚的Al层。接触部120的宽为5μm。此外，表面电极110为依次形成50nm厚的AuGe、10nm厚的Ni、300nm厚的Au。表面电极110的圆电极直径为100μm，同时，线电极的宽为10μm。而且，焊盘电极115为依次形成30nm厚的Ti、1000nm厚的Au。另外，元件尺寸在俯视下为330μm的边长。
进而，背面电极210是在依次形成作为在支撑衬底20上的密合层212的400μm厚的Ti、作为第一金属层214的100nm厚的Al、作为第二金属层216的300nm厚的Au后，通过实施上述的合金化处理形成。在合金化处理前的第二金属层216的表面目视为带有金属光泽的金色。另一方面，在合金化处理后的第二金属层216的表面目视为金属光泽消失，变成阴天灰色状的灰色。这表示第一金属层214和第二金属层216进行了合金化。
此外，元件分离工序为以下的两段分离工序。具体地，使用两台切割装置实施元件分离工序。另外，接合结构体1h通过预先形成在切割薄片表面的密合层粘附在切割薄片的背面电极210侧，来放入元件分离工序中。
首先，作为第一阶段的元件分离工序的半切步骤的切割装置使用单轴式半自动切割锯(DAD522，(株)DISCO公司制)(以下称为“第一切片机”)。本文中，作为切割锯的金刚石刀片使用NBC-ZH227J-27HCBC((株)DISCO公司制)。该金刚石刀片的磨粒直径为#4000，刀刃突出量约为0.560mm，刃厚为29μm左右。半切步骤的切割条件为35000rpm的轴转速、5mm/sec的进料速度、100μm的切割深度。由于接合结构体1h的厚度约为210μm，所以为切割至接合结构体1h约一半的深度。
半切步骤结束后，从第一切片机中取出半切的接合结构体1h。之后，将取出的接合结构体1h放入第二切片机进行切割来实施全切步骤。第二切片机也使用与第一切片机相同型号的切割锯(即，DAD522)。但是，第二切片机使用的金刚石刀片使用NBC-ZH227J-27HCAA((株)DISCO公司制)。该金刚石刀片的磨粒直径为#4000，刀刃突出量约为0.450mm，刃厚为19μm左右。全切步骤的切割条件为30000rpm的轴转速、5mm/sec的进料速度、230μm的切割深度。由于接合结构体1h的厚度约为210μm，所以按照使向切割薄片切入至20μm左右的深度来进行切割，从而完全地切割接合结构体1h。由此，在俯视下得到边为330μm的发光元件1。
接着，元件分离工序结束后，将粘附在切割薄片上的多个发光元件1转印到另一薄片，使另一薄片延展。即，在将背面电极210向下粘附在切割薄片的密合层上的多个发光元件1的焊盘电极115侧粘附另一薄片。于是，将多个发光元件1转印到另一薄片后，同向拉伸另一薄片并延展。之后，观察多个发光元件1的背面碎屑状态。
其结果是晶片面内的背面碎屑的产生频率为1％以下。而且，产生的背面碎屑为碎屑宽在10μm以内的极少量碎屑。由于发光元件1的平面尺寸为330μmX330μm，所以相对于发光元件1在仰视下的面积的背面碎屑量的比率可抑制在3％左右。另外，实施例1中的发光元件1的正向电压为2.0V左右，为良好的结果。
(实施例2)
实施例2中的发光元件除了构成第一金属层214的材料和构成第二金属层216的材料与实施例1中的发光元件不同外，包括与实施例1的发光元件几乎相同的结构。因此，除了相异点以外，省略了详细说明。
在实施例2中，用表1所示的材料分别代替构成第一金属层214的材料和构成第二金属层216的材料来制造发光元件。表1中示出了对每个背面电极观察背面碎屑的观察结果和电特性(正向电压)的评价结果。
表1
Figure G2009101731338D00161
参照表1可知，对于包括Au的背面电极210来说，背面碎屑的产生频率都低，发光元件的正向电压都为较低值，因而良好。但是，对于包括由不含有Au的Al/Ge合金形成的背面电极的发光元件(比较例1)来说，正向电压相比实施例2中的发光元件为较高值。这认为是起因于构成背面电极的Al/Ge合金至少表面发生氧化，在背面电极表面形成氧化被膜。因此证明，构成背面电极的材料中优选含有Au。
(比较例2)
比较例2中的发光元件除了在背面电极和支撑衬底之间未设置由Ti形成的密合层的结构之外，具备与实施例1的发光元件几乎相同的结构。因此，除了相异点以外，省略了详细说明。
在比较例2中，制造21枚未设置密合层的接合结构体1h。之后，为了实施元件分离工艺，将接合结构体1h粘附在切割薄片上。其结果是在此粘附操作中，由Au/Al合金形成的背面电极发生剥离的试料为10枚。这认为是由于在Au和Al之间发生的合金化反应比在Au和/或Al与作为支撑衬底20的Si之间的合金化反应或扩散反应优先进行而引起。另外，对背面电极未剥离的试料实施元件分离工序的结果，可认为与实施例1同样为良好的切割状态。
这里，对背面电极未剥离的试料的、可适当地元件分离的发光元件的电特性进行评价。其结果是与实施例1同样显示出正向电压为2.03V的良好值。这表明如果背面电极未剥离，则得到可在实际中使用的发光元件。但同时表明，在比较例2中由于无密合层而引起的背面电极剥离的比例极高，因而在支撑衬底20的背面优选包括密合层。
(实施例的变形例)
在实施例1和2中，元件分离工序中同时使用了两台单轴式半自动切割锯，但也可使用双轴式叶片切片机。此外，金刚石刀片在实施例中未限制使用的型号，也可使用其它型号的金刚石刀片。
以上，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但上述记载的实施方式和实施例并未限定权利要求书所要求保护的发明。此外，应注意并不是所有在实施方式和实施例中说明的特征组合都是必须用于解决发明课题的手段。

Claims (5)

1.一种发光元件，包括：
具有第一导电型的第一半导体层、与所述第一导电型不同的第二导电型的第二半导体层、夹入所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的有源层的半导体层压结构；
设置在所述半导体层压结构的一个表面侧的对所述有源层发出的光进行反射的反射层；
在所述反射层的所述半导体层压结构侧的相反侧隔着金属接合层支撑所述半导体层压结构的支撑衬底；
与所述支撑衬底的所述金属接合层侧的相反侧的面接触设置的密合层；以及
与所述密合层接触所述支撑衬底的面的相反侧的面接触设置的由多种金属的合金制成的背面电极。
2.根据权利要求1所述的发光元件，所述半导体层压结构隔着设置在所述反射层和所述金属接合层之间的透明层被所述支撑衬底支撑，
所述透明层具有贯通所述透明层并电连接所述半导体层压结构和所述反射层的界面电极。
3.根据权利要求2所述的发光元件，所述密合层由固定所述支撑衬底和所述背面电极的Ti形成。
4.根据权利要求3所述的发光元件，所述背面电极具有高于Au的硬度。
5.根据权利要求4所述的发光元件，所述背面电极由选自Al、Sn、Si、Zn、Be和Ge构成的组中的至少一种材料和Au的合金形成。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103180975A (zh) * 2010-09-01 2013-06-26 三星电子株式会社 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法
CN109686829A (zh) * 2017-10-18 2019-04-26 罗姆股份有限公司 半导体发光器件

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012030185A2 (ko) * 2010-09-01 2012-03-08 삼성엘이디 주식회사 반도체 발광다이오드 칩, 발광장치 및 그 제조방법
JP2012248795A (ja) * 2011-05-31 2012-12-13 Toshiba Corp 半導体発光素子およびその製造方法
JP2013175761A (ja) * 2013-04-17 2013-09-05 Toshiba Corp 半導体発光素子及び発光装置
DE102015108056A1 (de) * 2015-05-21 2016-11-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauteil, optoelektronische Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW577178B (en) * 2002-03-04 2004-02-21 United Epitaxy Co Ltd High efficient reflective metal layer of light emitting diode
JP4580633B2 (ja) * 2003-11-14 2010-11-17 スタンレー電気株式会社 半導体装置及びその製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103180975A (zh) * 2010-09-01 2013-06-26 三星电子株式会社 半导体发光二极管芯片、发光器件及其制造方法
CN109686829A (zh) * 2017-10-18 2019-04-26 罗姆股份有限公司 半导体发光器件

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