CN101714595A - 发光元件 - Google Patents

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饭塚和幸
新井优洋
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Abstract

一种发光元件包括半导体层压结构、在所述半导体层压结构的一侧表面上的第一电极、在所述半导体层压结构的另一侧表面上用于反射由活性层发出的光的导电反射层、在所述半导体层压结构和所述导电反射层之间局部形成的且与所述半导体层压结构欧姆接触的接触部、以及在所述半导体层压结构上的导电反射层的部分表面上未与所述的半导体层压结构接触的且用于向接触部供给电流的第二电极，所述半导体层压结构包括第一导电型的第一半导体层、不同于第一导电型的第二导电型的第二半导体层以及夹在第一和第二半导体层之间的活性层。

Description

发光元件
本申请基于于2008年9月29日提交的日本专利申请第2008-249673号，通过引用将其全部内容引入本文。
技术领域
本发明涉及发光元件，特别涉及高亮度发光元件。
背景技术
已知一种常规的发光元件，其包括硅支撑基板、设置在硅支撑基板的一个表面上的金属反射层、设置在金属反射层上的透光膜、设置在部分透光膜的区域内且具有活性层的半导体层压结构、设置在半导体层压结构上的阴极、以及设置在没有半导体层压结构的透光膜区域内的阳极(例如参见JP-2005-175462A)。
在JP-2005-175462A所述的发光元件中，因为阳极和阴极都面对同一表面侧，可能从发光表面侧(活性层发出的光由此射向外面)向发光元件供给电流。
然而，由于JP-2005-175462A所述的发光元件在透光膜上设置阳极，供给到阳极的电流可能不足以扩散到透光膜中，并且不能提供高亮度的发光元件。
发明概要
因此，本发明的目的是提供高亮度的发光元件。
(1)根据本发明的一种实施方式，一种发光元件，包括：
半导体层压结构，包括第一导电型的第一半导体层、不同于所述第一导电型的第二导电型的第二半导体层以及夹在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的活性层；
在所述半导体层压结构的一侧表面上的第一电极；
在所述半导体层压结构的另一侧表面上用于反射由所述活性层发出的光的导电反射层；
在所述半导体层压结构和所述导电反射层之间局部形成的且与所述半导体层压结构欧姆接触的接触部；以及
在所述半导体层压结构上的所述导电反射层的部分表面上未与所述半导体层压结构接触的第二电极，用于通过所述导电反射层向所述接触部供给电流。
在上述实施方式(1)中，可以作出下列改进和变化。
(i)该发光元件进一步包括：
支撑基板，在该支撑基板上形成所述导电反射层；以及
在所述半导体层压结构和所述导电发射层之间形成的且包含开口的透明层，
其中，在除了第一电极正下方之外的所述透明层上形成所述开口，在所述开口中形成所述接触部，以及所述半导体层压结构经透明层被所述支撑基板支撑。
(ii)所述透明层包括选自SiO2、SiN和ITO中的一种。
(iii)从所述一侧表面到所述另一侧表面，部分去除所述半导体层压结构，在与部分去除所述半导体层压结构的区域相对应的所述导电反射层上形成部分开口，以及所述第二电极与在所述部分开口中形成的所述接触部相接触。
(iv)从所述一侧表面到所述另一侧表面，部分去除所述半导体层压结构，在与部分去除所述半导体层压结构的区域相对应的所述导电反射层上未形成透明层，以及所述第二电极与对应于未形成所述透明层的区域的导电反射层相接触。
发明点
根据本发明的实施方式，第二垫电极与金属材料形成的接触部直接接触，以致供给第二垫电极的电流经该接触部(即梳状线状部)被供给到p型接触层。也就是说，经第二电极垫供给的电流经过在第二电极垫正下方的接触部、导电反射层、连接p型接触层的接触部(即梳状线状部)被供给到p接触层。使接触部(即梳状线状部)成形或定位为使得将电流基本均匀地供给到p型接触层的基本上整个表面。因而，由于供应给发光元件的电流能够基本上均匀地分散在p型接触层的平面内，所以分散的电流也能够基本上均匀地分散在活性层的平面内。其结果是，可以获得高亮度的发光元件。
附图说明
接下来将结合附图更详细地解释本发明，其中：
图1A是显示本发明第一优选实施方式中的发光元件的示意性俯视图；
图1B是显示第一实施方式中的发光元件的示意性截面图；
图2A到2R是显示用于制造第一实施方式中的发光元件的工艺的视图；
图3是显示比较例中发光元件的截面图；以及
图4是显示本发明第一实施方式中的发光元件的截面图。
优选实施方式的描述
第一实施方式
图1A是显示本发明第一优选实施方式中的发光元件的示意性俯视图。另外，图1B是显示本发明第一实施方式中的发光元件的示意性截面图。图1B是沿图1A中的A-A线所截取的示意性截面图。
发光元件1的结构概述
如图1B中所示，在第一实施方式中的发光元件1设置有含发射预定波长的光的活性层105的半导体层压结构10、作为第一电极与半导体层压结构10的一个表面部分的区域电连接的表面电极110、设置在表面电极110上作为线连接垫的第一垫电极115a、与半导体层压结构10的另一表面部分电阻连接的接触部120、与除了设置接触部120的区域之外的半导体层压结构10的另一侧接触的透明层140、在接触部120以及透明层140的表面(即与半导体层压结构10接触的表面相对的表面)上设置的反射部130。
这里，在本实施方式的发光元件1中，从半导体层压结构10的一个表面到另一个表面部分去除半导体层压结构10的区域。然后，在与其中去除半导体层压结构的区域相对应的接触部120上设置作为第二电极的第二垫电极115b。第一垫电极115a和第二垫电极115b的表面各自暴露面向同一方向。另外，将第二垫电极115b设置在去除半导体层压结构的区域中且暴露于外侧的接触部120的一部分上。其结果是，供应到第二垫电极115b的电流经接触部120被供应到半导体层压结构10。
此外，发光元件1设置有具有导电性的粘合层200和支撑基板20，该粘合层200设置在反射部130与接触部120和透明层140接触的表面相对侧的反射部130上，支撑基板20设置在粘合层200与反射部130接触的表面相对侧的粘合层200上。
另外，在本实施方式中发光元件1的半导体层压结构10具有设置与接触部120和透明层140接触的p型接触层109、设置在p型接触层109与透明层140接触的表面相对侧的p型接触层109上作为第二导电型的第二半导体层的p型包覆层107、设置在p型包覆层107与p型接触层109接触的表面相对侧的p型包覆层107上的活性层105、设置在活性层105与p型包覆层107接触的表面相对侧的活性层105上作为第一导电型的第一半导体层的n型包覆层103、以及设置在n型包覆层103与活性层105接触的表面相对侧的n型包覆层103的部分区域上的n型接触层101。
在本实施方式中，半导体层压结构10与透明层140接触的一侧相反的表面变为发光元件1的光取出面。详细地，n型包覆层103与活性层105接触的表面相对侧的部分表面变为光取出面。然后，为了提高光取出效率，在n型包覆层103的光取出面上形成具有连续凹部-凸部的凹凸形状部103a，其中一对凹部-凸部由一个凹部和一个凸部组成。例如，在n型包覆层103的表面上以预定的间隔形成一个凹部和另一个凹部，或者一个凸部和另一个凸部，从而在n型包覆层103的表面上设置凹凸形状部103a。
此外，反射部130具有设置为与接触部120和透明层140接触的反射层132、设置在反射层132与接触部120和透明层140接触的表面相反的反射层表面上且与反射层132相接触的阻挡层134、以及设置在阻挡层134与反射层132接触的表面相反的阻挡层表面上且与阻挡层134相接触的结合层136。另外，粘合层200具有与反射部130的结合层136机械结合的结合层202、设置在结合层202与反射部130接触的表面相反的结合层上的阻挡层204、以及为了提高对支撑基板20的粘合，设置在阻挡层204与结合层202接触的表面相反的阻挡层204上用于粘合支撑基板20的粘合层206。
这里，发光元件1具有作为刻蚀侧面的侧面10a，其包括活性层105的侧面。详细地，发光元件1具有包括n型包覆层103的侧面、活性层105的侧面、p型包覆层的侧面和p型接触层109的侧面的侧面10a。另外，基本上垂直于支撑基板20的表面形成该侧面10a。此外，发光元件1具有作为加工面的侧面10b，其包括反射部130的侧面、粘合层200的侧面和支撑基板20的侧面。
侧面10a是通过湿刻蚀等去除n型包覆层103、活性层105、p型包覆层107和p型接触层109的各自部分而产生的面。另一方面，侧面10b是通过采用切割装置等进行切割来机械切割反射部130、粘合层200和支撑基板20的各自部分而产生的面。因此，侧面10a具有比侧面10b更平整的面。
如图1A中所示，在俯视图中本实施方式中的发光元件1形成基本上正方形。作为例子，对于纵向和水平尺寸，发光元件1的平面尺寸为300μm。形成约200μm厚的发光元件1。或者，本实施方式中的发光元件1可以是具有例如500μm以上平面尺寸以及作为例子1mm正方形的大芯片尺寸的发光元件。
半导体层压结构10成形为，使得在俯视图中从一个表面到另一个表面去除该半导体层压结构10的一角。例如，在对应于形成第二垫电极115b的区域的一角(在俯视图中)切开半导体结构10。在该切开部分，在透明层140的开口中形成的接触部120的一部分暴露出来，并且在接触部120的暴露部分上形成第二垫电极115b。或者，可以使半导体层压结构10成形为，使得在俯视图中从一个表面到另一个表面去除(或切去)半导体层压结构10的一侧。
电极的位置关系
如图1A所示，在n型包覆层103上形成表面电极110，使得具有基本上圆形的圆形电极以及电连接到该圆形电极的多个线电极。因为该圆形电极位于第一垫电极115a的正下方，在图1A中未显示出。
表面电极110被设置为与n型接触层101接触，并且在俯视图中基本上为例如梳状。作为例子，表面电极110具有设置为邻接并基本上水平于发光元件1一侧的线状电极110a、设置为邻接并基本上水平于该侧相反侧的线状电极110c、以及设置在线状电极110a和110c之间基本上到线状电极110a的距离等于到线状电极110c的距离的位置的线状电极110b。
此外，表面电极110具有沿垂直于线状电极110a、110b和110c纵向的方向延伸并且在末端部分与线状电极110a、110b和110c中的每个电连接的线状电极110d，以及位于设置有第一垫电极115a的区域正下方的圆形电极。另外，形成的线状电极110a的长度基本上等于线状电极110b的长度，在距第一垫电极115a最远的位置设置的线状电极110c的长度比线状电极110a和110b短。然后，在包括线状电极110a与线状电极110d的交叉部分的位置设置表面电极110的圆形电极。
另外，在透明层140中形成的开口中设置接触部120，并且根据表面电极110(在俯视图中)的形状设置在除表面电极110正下方之外的区域中。将接触部120成形或定位以致电流能够基本均匀地分散在半导体层压结构10的另一个表面上。例如，经第二电极垫115b供给的电流经过在第二电极垫115b正下方的接触部120(即如下所述的圆状部120f)、导电反射层132、连接p型接触层109的接触部120(即如下所述的线状部120a-120e)供给到p-接触层109。因而，虽然接触部120(即线状部120a-120e)自身没有起到将电流分散在p型接触层109的平面内的作用，但它被定位以致电流能够被均匀地分散到除表面电极110正下方之外的区域，而不会集中在表面电极110或接触部120的特定区域。
接触部120类似于表面电极110，具有例如基本上梳状的形状。例如，接触部120具有设置为邻接并基本上水平于发光元件1一侧的线状部120a、设置为邻接并基本上水平于该侧相反侧的线状部120d、设置为比线状部120d更接近线状部120a的线状部120b、以及设置为比线状部120a更接近线状部120d的线状部120c。
此外，接触部120具有沿垂直于线状部120a、120b、120c和120d纵向的方向延伸并且在末端部分与线状部120a、120b、120c和120d中的每个电连接的线状部120e，以及位于设置第二垫电极115b的区域正下方的圆形部120f。形成比其它线状部短的线状部120a，并形成比其它线状部长的线状部120d。形成具有与线状部120c基本上相同长度的线状部120b。以基本上相同的间隔分别设置线状部120a、120b、120c和120d。在包括线状部120d与线状部120e的交叉部分的区域中设置接触部120的圆状部120f。虽然如图1A所示，线状部120a-120e连接到圆状部120f，但这里可以作出改进，即它们不与圆状部连接(即与其分离)。这是因为如上所述供给到圆状部120f的电流可以经导电反射层132供给到连接p型接触层109的线状部120a-120e，然后供给到p型接触层109。
在本实施方式中，在除了表面电极110正下方(在俯视图中)的部分外的区域中设置接触部120。例如，在包夹线状电极110a的位置(在俯视图中)设置线状部120a-120e。作为例子，形成具有100μm直径的圆形第一垫电极115a和第二垫电极115b，并形成具有10μm宽的线形的多个线电极和多个线状部。
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AlGaInP基化合物半导体(一种III-V族化合物半导体)。例如，半导体层压结构10具有如下构造，其中由没有用掺杂剂作为杂质掺杂的大块未掺杂AlGaInP基化合物半导体形成的活性层105夹在含n型AlGaInP形成的n型包覆层103和含p型AlGaInP形成的p型包覆层107之间。
当从外面供应电流时，活性层105发出具有预定波长的光。由例如发射具有630nm左右波长的红光的半导体材料形成活性层105。由例如未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P层形成活性层105。另外，n型包覆层103包含预定浓度的n型掺杂剂如Si或Se等。由例如Si掺杂的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层形成n型包覆层103。此外，p型包覆层107包含预定浓度的p型掺杂剂如Zn或Mg等。由例如Mg掺杂的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P层形成p型包覆层107。
此外，由例如以预定浓度掺杂Mg的p型GaP层形成半导体层压结构10的p型接触层109。由以预定浓度掺杂Si的GaAs层形成n型接触层101。这里，在n型包覆层103的上表面上用于形成表面电极110的区域中设置n型接触层101。
接触部120
在除了表面电极110正下方的区域之外的p型接触层109的一部分表面上设置接触部120。接触部120由与p型接触层109欧姆接触的材料形成，例如由含Au或Zn的金属材料形成。在本实施方式中，如图1A所示，接触部120具有如下形状，即具有多个线状部和在与设置第二垫电极115b的区域相对应的位置设置的圆状部。
透明层140
在作为反射层132的表面并且其中未设置接触部120的区域内设置透明层140。透明层140由传输具有由活性层105发出的光波长的光的材料形成，例如由透明介电层如SiO2、TiO2或SiNx等形成。另外，当由活性层105发射的光的波长为λ，并且组成透明层140的材料的折射率为n时，形成厚度为(2×λ)/(4×n)以上的透明层140。或者，能够由含有导电性低于接触部120的金属氧化物材料如ITO(氧化铟锡)等形成透明层140。
另外，可能通过由各自具有不同折射率的多种材料形成的薄膜层压结构形成透明层140。换句话说，透明层140可以具有分布布拉格反射(DBR)结构。例如，可能形成具有DBR结构的透明层140，其中一对层，即具有预定膜厚的由SiO2形成的层和具有预定膜厚的由TiO2形成的层，被层压多次。
反射部130
由相对于由活性层105发出的光具有高折射率的导电材料形成反射部130的反射层132。由例如具有相对于这样的光具有80％以上折射率的导电材料形成反射层132。在由活性层105发射的光中，反射层132向活性层105侧反射到达反射层132的光。由例如金属材料如Al、Cu或Ag等或者包含选自这些金属材料的至少一种金属材料的合金形成反射层132。作为例子，由具有预定膜厚的Al形成反射层132。由金属材料如Ti或Pt等反射部130的阻挡层134，并且作为例子由具有预定膜厚的Ti来形成。阻挡层134抑制构成结合层136的材料向反射层132的传播。另外，由电连接并且机械连接粘合层200到结合层202的材料例如具有预定膜厚的Au形成结合层136。
支撑基板20
由具有足以处理发光元件1的机械亮度的材料形成支撑基板20。可以由例如半导体基板如p型或n型导电Si基板、Ge基板、GaAs基板或GaP基板等或者由金属材料如Cu等形成的金属基板形成支撑基板20。在本实施方式中，能够采用例如导电Si基板作为支撑基板20。或者，还可以由不导电的材料例如玻璃基板或兰宝石基板等形成该支撑基板20。
可以按如同反射部130的结合层136同样的方式由预定膜厚的Au形成粘合层200的结合层202。另外，由金属材料如Ti或Pt等形成阻挡层204，并且作为例子，由预定膜厚的Pt形成。阻挡层204将粘合层206连接到结合层202并抑制构成结合层202的材料向支撑基板20侧的传播，从而抑制结合层202相对于结合层136的粘附力降低。此外，用于粘附支撑基板20的粘合层206将支撑基板20连接到结合层202和阻挡层204。可以由例如预定膜厚的Ti形成粘合层206。或者，当采用同时具有阻挡层204和粘合层206的功能的金属材料或合金材料时，可以仅形成粘合层206而无需设置阻挡层204。
采用导电结合材料如Ag膏或共晶材料如AuSu等，在由金属如Cu等形成的底座的预定位置，向下面向支撑基板20安装发光元件1。
改进
虽然本实施方式中发光元件1发射的光包括波长630nm的红光，但由发光元件1发射的光的波长不局限于此。通过控制半导体层压结构10的活性层105的结构可能形成发射在预定波长范围内的光。由活性层105发射的光包括在波长范围的光例如橙光、黄光或绿光。另外，可以由包括发射在紫外区域、紫色区域或蓝色区域的光的活性层105的InAlGaN基化合物半导体形成包含在发光元件1中的半导体层压结构10。
此外，在包含在发光元件1中的半导体层压结构10中，构成半导体层压结构10的化合物半导体的导电型可以与第一实施方式相反。例如，n型接触层101和n型包覆层103的导电型可以被p型代替，以及p型包覆层107和p型接触层109可以被n型代替。另外，通过在n型包覆层103的表面上形成无规的凹凸部可能在n型包覆层103的表面上提供凹凸形状部103a。
另外，按照具有基本恒定的线宽的形状形成支撑基板20，然而，在改进中，在支撑基板20的一部分上可以形成线宽不同于其它部分的部分。
另外，发光元件1的平面尺寸不局限于上述实施方式。例如，发光元件1的平面尺寸可以被设计为垂直或水平尺寸基本上为500μm以上或超过1mm，或者，根据发光元件1的用途通过适当改变垂直和水平尺寸可以形成发光元件1。在这种情况下，发光元件1的形状(在俯视图中)基本上是长方形的。
另外，可以形成具有量子势阱结构的活性层105。可以由单一量子势阱、多重量子势阱或应变多重量子势阱形成该量子势阱结构。
发光元件1的制造方法
图2A-2R显示了在本发明第一实施方式中用于制造发光元件的流程。
首先，如图2A中所示，通过例如有机金属气相外延生长(MOVPE)法在n型GaAs基板100上形成包括多个化合物半导体层的AlGaInP基半导体层压结构11。作为例子，采用MOVPE法在n型GaAs基板100上依序形成含未掺杂的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的刻蚀阻止层102、具有Si掺杂的n型GaAs的n型接触层101、含Si掺杂的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的n型包覆层103、含未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P的活性层105、含Mg掺杂的(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P的p型包覆层107以及含Mg掺杂的p型GaP的p型接触层109。其结果是，形成具有在n型GaAs基板100上形成的半导体层压结构11的外延生长晶片。
这里，通过将生长温度设定为650℃，生长压力设定为6666.1Pa(50托)，半导体层压结构11的多个化合物半导体层各自的生长速率设定为0.3～1.0纳米/秒以及V/III比设定为200左右，采用MOPVE法形成半导体层压结构11。V/III比是相对于III族材料例如三甲基镓(TMGa)或三甲基铝(TMAl)等的摩尔比，V族材料例如三氢化砷(AsH3)或三氢化磷(PH3)等的摩尔比。
另外，作为在MOVPE法中所用的原料，可能采用有机金属化合物例如三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMAl)或三甲基铟(TMIn)等，以及氢化物气体例如三氢化砷(AsH3)或三氢化磷(PH3)等。另外，二硅烷(Si2H6)可被用于n型掺杂剂的原料。同时，双环戊二烯镁(Cp2Mg)可被用于p型掺杂剂的原料。
或者，硒化氢(H2Se)、单硅烷(SiH4)、二乙基碲(DETe)或二甲基碲(DMTe)也能被用作n型掺杂剂的原料。另外，二甲基锌(DMZn)或二乙基锌(DEZn)也能被用作p型掺杂剂的原料。
或者，采用分子束外延生长(MBE)法或卤化物气相外延生长(HVPE)法等能够在n型GaAs基板100上形成半导体层压结构11。
接下来，如图2B所示，从MOVPE装置中取出在图2A中形成的外延晶片之后，在p型接触层109的表面上形成透明层140。详细地，采用等离子体CVD(化学气相沉积)装置在p型接触层109的表面上形成作为透明层140的SiO2膜。当透明层140由多层形成时，通过真空沉积法可能形成透明层140。
接下来，如图2C所示，采用光刻法和刻蚀法在透明层140上形成开口140a。例如，在透明层140上形成在用于形成开口140a的区域中具有沟的光刻胶图案。形成从透明层140的表面穿过p型接触层109和透明层140之间的界面的开口140a。详细地，采用氢氟酸基刻蚀液作为刻蚀剂在未形成光刻胶图案的区域去除透明层140，从而在透明层140上形成开口140a。在设置如图1A中所述的接触部120的区域中形成开口140a。
随后，如图2D所示，采用真空沉积法在开口140a中形成作为构成接触部120的原料的AuZn合金。采用用于形成开口140a的光刻胶图案作为掩模通过例如在开口140a中真空沉积AuZn形成接触部120。其结果是，形成具有如图2E所示形状的接触部120。因为在“电极的位置关系”中描述了接触部120形状的细节，其说明将被省略。另外，沿图2E的线B-B所截取的截面对应于图2D。
接下来，如图2F所示，采用真空沉积法或溅射法形成作为反射层132的Al层、作为阻挡层134的Ti层和作为结合层136的Au层。其结果是，形成半导体层压结构1a。或者，可以通过层压由高熔点材料形成的层如Ti层、Pt层等形成阻挡层134。另外，对于反射层132，根据由活性层105发射的光的波长选择具有高折射率的材料。
然后，如图2G所示，采用真空沉积法在作为支撑基板20的Si基板上依序形成作为用于粘附支撑基板20的粘合层206的Ti、作为阻挡层204的Pt以及作为结合层202的Au。其结果是，形成支撑结构20a。随后，作为半导体层压结构1a的结合层136的表面的结合面136a和作为支撑结构20a的结合层202的表面的结合面202a彼此面对重合，通过由碳等形成的夹具保持该状态。
随后，将保持半导体层压结构1a和支撑结构20a的重合状态的夹具引入晶片结合装置。然后，将晶片结合装置内部调至预定的压力。作为例子，将压力设定为1.333Pa(0.01托)。然后，对经夹具重合的半导体层压结构1a和支撑结构20a施加压力。作为例子，施加30kgf/cm2的压力。接下来以预定的升温速率将夹具加热至预定的温度。
详细地，将夹具的温度加热至350℃。在夹具的温度达到350℃后，使夹具在该温度下保持30分钟。此后将夹具逐渐冷却。将夹具的温度充分降低至例如室温。将夹具的温度降低后，释放施加于夹具的压力。然后，将晶片结合装置中的压力调至大气压并取出夹具。其结果是，如图2H所示，形成结合结构1b，其中半导体层压结构1a和支撑结构20a在结合层136和结合层202之间机械连接。
在本实施方式中，半导体层压结构1a具有阻挡层134。因此，甚至当半导体层压结构1a和支撑结构20a与结合面136a和结合面202a连接时，形成结合层136和结合层202的材料扩散到反射层132中受到抑制，从而能够抑制反射层132的反射性能衰减。
接下来，用结合蜡使结合结构1b与抛光装置的夹具连接。详细地，将结合结构1b的支撑基板20侧与夹具连接。然后，抛光结合结构1b的n型GaAs基板100达到预定的厚度。随后，从抛光装置的夹具上取出抛光的结合结构1b，并通过洗涤去除粘附在支撑基板20表面上的蜡。然后，如图2I所示，采用用于GaAs刻蚀的刻蚀剂从抛光的结合结构1b上选择性并且彻底地去除n型GaAs基板100，从而形成结合结构1c，其中暴露刻蚀阻止层102。用于GaAs刻蚀的刻蚀剂包括例如氨水和过氧化氢溶液的混合液。或者，通过刻蚀而未抛光n型GaAs基板100能够去除整个n型GaAs基板100。
如图2J所示，通过采用预定的刻蚀剂刻蚀，从结合结构1c上去除刻蚀阻止层102。结果，形成结合结构1d，其中刻蚀阻止层102被去除。当刻蚀阻止层102由AlGaInP基化合物半导体形成时，可能采用含盐酸的刻蚀剂用于预定的刻蚀剂。其结果是，n型接触层101的表面暴露在外。
随后，采用光刻法和真空沉积法在n型接触层101的表面上的预定位置形成表面电极110。详细地，在n型接触层101上形成如图2L所示的表面电极110。表面电极110由直径为100μm的圆形电极110e和宽为10μm的多个线电极(线状电极110a或110d)组成。因为在“电极的位置关系”中描述了表面电极110的形状的细节，其说明将被省略。
通过依次序在n型接触层101上沉积AuGe、Ti和Au形成表面电极110。在这种情况下，形成表面电极110以便不直接位于接触部120上方。其结果是，如图2K所示，形成具有表面电极110的结合结构1e。图2K是沿图2L的线C-C所截取的截面。
接下来，如图2M所示，除了n型接触层101对应于表面电极110正下方的部分外，采用在图2K中形成的表面电极110作为掩模，通过用硫酸、过氧化氢溶液和水的混合液刻蚀去除n型接触层101。其结果是，形成结合结构1f。通过采用该混合液，相对于由n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的n型包覆层103能够选择性刻蚀由GaAs形成的n型接触层101。因此，在结合结构1f中n型包覆层103的表面暴露在外。
接下来，如图2N所示，在n型包覆层103的部分表面上形成凹凸形状部103a。详细地，采用光刻法在n型包覆层103的表面上形成掩模图案，其中以预定的间隔重复凹图案和凸图案。例如，形成掩模图案，其中以在不小于1.0μm或超过3.0μm范围内的间隔重复凹图案和凸图案。以例如矩阵状或蜂窝状等的排列形成凹图案和凸图案。然后，采用形成的掩模图案作为掩模，用湿刻蚀法在n型包覆层103的表面上形成凹凸形状部103a。其结果是，形成具有凹凸形状部103a的结合结构1g。
随后，采用光刻法在结合结构1g的表面上形成用于在发光元件之间分离的掩模图案。换句话说，在结合结构1g的n型包覆层103的表面上形成内发光元件分离掩模图案。这里，在本实施方式中的内发光元件分离掩模图案具有的形状不仅分离发光元件而且去除在接触部120的圆状部上方的多个化合物半导体层。然后，通过采用该掩模图案作为掩模用湿刻蚀法从表面侧将n型包覆层103移动p型接触109，使发光元件彼此分离，并且至少接触部120的圆状部暴露在外。结果，如图2O所示，形成结合结构1h，其中多个发光元件被彼此分离。
图2P是结合结构1h的俯视图。通过刻蚀使发光元件之间分离，透明层140暴露在分离区内。至少接触部120的圆状部也暴露在外。其结果是，对应于形成一个发光元件1的区域的半导体层压结构10具有比反射层132小的尺寸(在俯视图中)。图2O对应于图2P沿线D-D所截取的截面。另外，在图2K中，侧面10a是通过湿刻蚀暴露的表面。因此，与采用切割装置等机械切割半导体层压结构10的情况相比，侧面10a具有平整的表面。
接下来，对结合结构1h施加合金化步骤，在接触部120和p型接触层109之间以及在表面电极110和n型接触层101之间分别形成电连接。作为例子，在作为惰性气氛的氮气氛下于400℃下对结合结构1h实施热处理5分钟。
随后，通过采用光刻法和真空沉积法，在表面电极110的圆形电极的表面上形成第一垫电极115a，并在接触部120的圆状部的表面上形成第二垫电极115b。通过在表面电极110的圆形电极表面上以及在接触部120的圆状部的表面上例如分别沉积Ti和Au形成第一垫电极115a和第二垫电极115b。其结果是，形成如图2Q所示的结合结构1i。
然后，采用具有切刀的切割装置将结合结构1i元件分离。其结果是，如图2R所示，形成在本实施方式中的多个发光元件1。在这种情况下，通过切刀在机械切割的区域内产生侧面10b。因为侧面10b是机械切割的区域，与侧面10a的表面相比，其上产生明显的不规则。
作为例子，采用如图2A-2R的每个步骤制造的发光元件1是具有300μm正方形平面尺寸的具有基本上正方形的元件尺寸(平面尺寸)的发光二极管(LED)。然后，采用导电结合材料将发光元件1模制结合到TO-18底座上，并用线如Au等将第一垫电极115a和第二垫电极115b分别连接到TO-18底座的预定区域。其结果是，能够评估发光元件1的性能。
详细地，在未进行树脂模制的情况下评估由该工艺制造的发光元件1的初始性能。详细地，评估具有下列构造的发光元件1。应注意，发光元件1具有图1A和1B所示的结构。
首先，由Si掺杂的n型GaAs形成的n型接触层101、Si掺杂的n型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的n型包覆层103、未掺杂的(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P形成的活性层105、Mg掺杂的p型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P形成的p型包覆层107以及Mg掺杂的p型GaP形成的p型接触层109构成该半导体层压结构10。
另外，将导电Si基板用作支撑基板20，将Ti层用作粘合层206，将Pt层用作阻挡层204以及将Au层用作结合层202。另外，将Au层用作反射部130的结合层136，将Ti层用作阻挡层134，以及将Al层用于反射层132。此外，将SiO2用于透明层140以及将AuZu用于接触部120。另外，将AuGe、Ti和Au用于n型接触层101。第一垫电极115a和第二垫电极115b各自由Ti/Au形成。换句话说，将Ti层构造为与表面电极110接触。在俯视图中元件尺寸为300μm。
作为具有上述构造的发光元件1的初始性能的评估结果，当20mA的电流作为正向电流被施加到发光元件1时，正向电压为2.05V，并且发光输出为12.5mW。另外，在25℃的环境下向发光元件通50mA电流1000小时后，在发光输出方面的性能变化为+2.0％，在正向电压值方面变化+0.25％。
比较例
图3显示比较例中发光元件截面的概要图。
除了没有接触部120以及设置第二垫电极115b的位置不同外，在比较例中的发光元件2具有与第一实施方式的发光元件1同样的结构。因此，除了区别之外将省略详细说明。
在比较例的发光元件2中，透明层140没有开口，并且未设置接触部120。另外，在发光元件2中，通过湿刻蚀法从侧面去除n型包覆层103到p型包覆层107，但在本发明第一实施方式的制造发光元件1的步骤中，在图2O所述的分离发光元件的步骤中未去除p型接触层109。然后，在从侧面去除n型包覆层103到p型包覆层107的区域中设置与p型接触层109接触的第二垫电极115b。
采用导电结合材料将比较例中的发光元件2模制结合到TO-18底座上，用线如Au等将第一垫电极115a和第二垫电极115b分别连接到TO-18底座的预定区域。其结果是，能够评估发光元件2的性能。
详细地，在未进行树脂模制的情况下评估比较例中的发光元件2的初始性能。其结果是，当20mA的电流作为正向电流被施加到发光元件2时，正向电压为2.25V，并且发光输出为8.7mW。另外，在25℃的环境下向发光元件2通50mA电流1000小时后，在发光输出方面的性能变化为+1.8％，在正向电压值方面变化为+0.22％。
其结果是，与第一实施方式中的发光元件1相比，比较例中的发光元件2在发光输出方面低而在正向电压方面高。
第一实施方式的效果
在本实施方式的发光元件1中，因为第二垫电极115b与金属材料形成的接触部120接触，供给到第二垫电极115b的电流经接触部120(即线状部120a-120e)以在第二电极垫115b和接触部120之间基本上不发生电流损失的状态被供给到p型接触层109。另外，在本实施方式中，将接触部120(即线状部120a-120e)成形或定位为，使得电流能够基本均匀地施加到p型接触层109的基本上整个表面。因而，因为供应给发光元件的电流能够基本上均匀地分散在p型接触层109的平面内，所以分散的电流能够基本上均匀地分散在活性层105的平面内。这里，虽然接触部120(即线状部120a-120e)自身没有起到将电流分散在p型接触层109的平面内的作用，但它被定位为使得电流能够被均匀地分散到除表面电极110正下方之外的区域，而不会集中在表面电极110或接触部120的特定区域。其结果是，根据本实施方式，能够获得高亮度的发光元件1。特别是，当大电流被供给到发光元件1时，向活性层105均匀分散并供应电流的影响是显著的。
第二实施方式
图4显示第二实施方式中发光元件的截面的概要。
除了将第二垫电极115b直接设置在反射层132上之外，在第二实施方式中的发光元件3具有与第一实施方式的发光元件1同样的结构。因此，除了区别之外将省略详细说明。
在第二实施方式的发光元件3中，在对应于去除半导体层压结构10的区域的反射层132上没有设置透明层140和接触部120。换句话说，将第二垫电极115b设置为直接接触通过去除半导体层压结构10而暴露的反射层132的表面以及对应于设置第二垫电极115b的区域的透明层140。
例如，如下制造发光元件3。首先，在本发明第一实施方式的制造发光元件1的步骤中，在图2O所述的分离发光元件的步骤中从侧面去除n型包覆层103到p型接触层109。此外，去除对应于去除n型包覆层103到p型包覆层109的部分的透明层140和接触部120。然后，在通过去除透明层140和接触部120而暴露的反射层132的表面上形成第二垫电极115b，从而制造发光元件3。其结果是，在第二实施方式的发光元件3中，供应到第二垫电极115b的电流经过金属材料形成的反射层132被供应到接触部120。
采用导电结合材料将第二实施方式中的发光元件3模制结合到TO-18底座，用线如Au等将第一垫电极115a和第二垫电极115b分别连接到TO-18底座的预定区域。其结果是，能够评估发光元件3的性能。
详细地，在未进行树脂模制的情况下评估第二实施方式中的发光元件3的初始性能。其结果是，当20mA的电流作为正向电流被施加到发光元件3时，正向电压为2.02V，并且发光输出为12.3mW。另外，在25℃的环境下向发光元件3通50mA电流1000小时后，在发光输出方面的性能变化为+1.6％，在正向电压值方面变化+0.28％。其结果是，显示出第二实施方式中的发光元件3具有与第一实施方式中的发光元件1相当的性能。
第三实施方式
除了元件尺寸不同，在第三实施方式中的发光元件具有与第二实施方式的发光元件3同样的结构。因此，除了区别之外将省略详细说明。
详细地，按俯视图中1000μm正方形(1mm正方形)形成第三实施方式中的发光元件。另外，采用导电结合材料将第三实施方式中的发光元件模制结合到TO-46底座，用线如Au等将第一垫电极115a和第二垫电极115b分别连接到TO-46底座的预定区域。其结果是，能够评估第三实施方式中的发光元件的性能。
详细地，在未进行树脂模制的情况下评估第三实施方式中的发光元件的初始性能。其结果是，当1000mA的电流作为正向电流被施加到第三实施方式中的发光元件时，正向电压为2.82V，并且发光输出为598mW。另外，在25℃的环境下向该发光元件通1000mA电流1000小时后，在发光输出方面的性能变化为+1.6％，在正向电压值方面变化+0.28％。
另外，作为第三实施方式中的发光元件的比较例中的发光元件，制造具有图3所示构造并具有1000μm芯片尺寸的发光元件。
采用导电结合材料将第三实施方式中的发光元件模制结合到TO-46底座，用线如Au等将第一垫电极115a和第二垫电极115b分别连接到TO-46底座的预定区域，并评估该发光元件的性能。
详细地，在未进行树脂模制的情况下评估第三实施方式中的发光元件的比较例中的发光元件的初始性能。其结果是，当1000mA的电流作为正向电流被施加到该发光元件时，正向电压为3.22V，并且发光输出为465mW。另外，在25℃的环境下向该发光元件通1000mA电流1000小时后，在发光输出方面的性能变化为-15.0％，在正向电压值方面变化+2.308％。
由上述，在提高元件尺寸的第三实施方式的发光元件中，显示出获得具有高发光输出以及高可靠性的发光元件。
虽然已经描述了本发明的实施方式，但根据权利要求的本发明不局限于上述实施方式和实施例。此外，需要注意的是，并不是在实施方式和实施例中所述的特征的所有组合对于解决本发明的问题都是必须的。

Claims (5)

1.一种发光元件，包括：
半导体层压结构，包括第一导电型的第一半导体层、不同于所述第一导电型的第二导电型的第二半导体层以及夹在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的活性层；
在所述半导体层压结构的一侧表面上的第一电极；
在所述半导体层压结构的另一侧表面上用于反射由所述活性层发出的光的导电反射层；
在所述半导体层压结构和所述导电反射层之间局部形成的且与该半导体层压结构欧姆接触的接触部；以及
在所述半导体层压结构上的所述导电反射层的部分表面上未与所述半导体层压结构接触的第二电极，用于通过所述导电反射层向所述接触部供给电流。
2.根据权利要求1所述的发光元件，进一步包括：
支撑基板，在该支撑基板上形成所述导电反射层；以及
在所述半导体层压结构和所述导电反射层之间形成的且包含开口的透明层，
其中，在除了第一电极正下方之外的所述透明层上形成所述开口，
在所述开口中形成所述接触部，以及
所述半导体层压结构经透明层被所述支撑基板支撑。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其中
所述透明层包括选自SiO2、SiN和ITO中的一种。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中
从所述一侧表面到所述另一侧表面，部分去除所述半导体层压结构，
在与部分去除所述半导体层压结构的区域相对应的所述导电反射层上形成部分开口，以及
所述第二电极与在所述的部分开口中形成的接触部相接触。
5.根据权利要求3所述的发光元件，其中
从所述一侧表面到所述另一侧表面，部分去除所述半导体层压结构，
在与部分去除所述半导体层压结构的区域相对应的所述导电反射层上未形成透明层，以及
所述第二电极与相对应于未形成所述透明层的区域的所述导电反射层相接触。
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