CN102456796B

CN102456796B - 半导体发光装置

Info

Publication number: CN102456796B
Application number: CN201110404299.3A
Authority: CN
Inventors: 杉森畅尚
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-11-02
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2031-11-02
Also published as: JP2012099700A; TW201220539A; CN102456796A; JP5849388B2; TWI502771B

Abstract

本发明的半导体发光装置包括由n型半导体层、有源层和p型半导体层依次层叠而成的层叠体，配置在p型半导体层上的透明电极，配置在透明电极上的电极绝缘膜，配置在电极绝缘膜上且通过贯穿电极绝缘膜、透明电极、p型半导体层和有源层而设置的n侧开口部连接n型半导体层的n侧电极，在电极绝缘膜上与n侧电极隔开配置且通过设置在电极绝缘膜上的条状p侧开口部连接透明电极的p侧电极，以及在电极绝缘膜内部或在透明电极与电极绝缘膜之间、与层叠体的上表面相对地配置且将从有源层出射的光反射的反射层。

Description

半导体发光装置

技术领域

本发明涉及将n型半导体层、有源层和p型半导体层层叠而成的半导体发光装置。

背景技术

在发光二极管(LED)和半导体激光器等通过层叠n型半导体层、有源层和p型半导体层而构成的半导体发光装置中，实现了发光效率的提高。例如，提出了在p型半导体层上的大致整个面上形成透光性p侧电极，进一步在p侧电极上经由绝缘膜形成反射膜的半导体发光装置(例如，参考专利文献1)。由此，提高p侧的反射率，提高来自基板侧的光取出效率。

专利文献1日本特许第4122785号公报

在上述半导体发光装置中，由于在露出的整个n型半导体层上都形成n侧电极，所以无助于发光的区域的面积大。因此，发光面积相对于基板面积的比率小。此外，由于是在绝缘膜上形成反射层的结构，所以在反射层的耐湿性方面存在问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种发光面积相对于基板面积的比率高且提高了反射层的耐湿性的半导体发光装置。

根据本发明的一个实施方式，提供一种半导体发光装置，其包括(1)将n型半导体层、有源层和p型半导体层依次层叠而成的层叠体；(2)配置在p型半导体层上的透明电极；(3)配置在透明电极上的电极绝缘膜；(4)n侧电极，其配置在电极绝缘膜上，通过贯穿电极绝缘膜、透明电极、p型半导体层和有源层而设置的n侧开口部与n型半导体层连接；(5)p侧电极，其在电极绝缘膜上与n侧电极隔开地进行配置，通过设置在电极绝缘膜上的条状p侧开口部与透明电极连接；以及(6)反射层，其在电极绝缘膜内部或在透明电极与电极绝缘膜之间与层叠体的上表面相对地进行配置，对从有源层出射的光进行反射。

根据本发明，能够提供一种发光面积相对于基板面积的比率高、且提高了反射层的耐湿性的半导体发光装置。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的结构的示意性截面图。

图2是示出根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的结构的示意性俯视图。

图3是示出根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的安装方法的示意性截面图。

图4是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之一)。

图5是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之二)。

图6是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之三)。

图7是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之四)。

图8是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之五)。

图9是用于说明根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之六)。

图10是示出根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的另一安装方法的示意性截面图。

图11是示出根据本发明第一实施方式的半导体发光装置的另一结构的示意性俯视图。

图12是示出根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的结构的示意性截面图。

图13是用于说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之一)。

图14是用于说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之二)。

图15是用于说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之三)。

图16是用于说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之四)。

图17是用于说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置的制造方法的步骤截面图(之五)。

符号说明

1…半导体发光装置

10…基板

11…缓冲层

20…层叠体

21…n型半导体层

22…有源层

23…p型半导体层

30…透明电极

40…电极绝缘膜

41…n侧开口部

43…p侧开口部

51…n侧电极

53…p侧电极

70…反射层

80…安装基板

81…负电极区域

83…正电极区域

91、93…凸块

110…发光区域

具体实施方式

参考附图，说明本发明的第一和第二实施方式。在以下附图的记载中，相同或相似的部分给出相同或相似的符号。但是，应该注意，附图是示意性的，厚度和平面尺寸的关系、各层的厚度比率等与现实中的不同。因此，具体的厚度和尺寸应该参考以下的说明进行判断。此外，附图之间当然也包含尺寸关系和比率相互不同的部分。

此外，以下示出的第一和第二实施方式是示例将本发明的技术思想具体化的装置和方法，本发明实施方式中的构成部件的材质、形状、结构、配置等不特定为以下记载的情况。本发明的实施方式可以在专利请求的范围内进行各种变更。

(第一实施方式)

根据本发明第一实施方式的半导体发光装置1，如图1所示，包括将n型半导体层21、有源层22和p型半导体层23依次层叠而成的层叠体20，配置在p型半导体层23上的透明电极30，配置在透明电极30上的电极绝缘膜40，配置在电极绝缘膜40上且通过贯穿电极绝缘膜40、透明电极30、p型半导体层23和有源层22而设置的n侧开口部41与n型半导体层21连接的n侧电极51，配置在电极绝缘膜40上且通过设置在电极绝缘膜40上的条状p侧开口部43与透明电极30连接的p侧电极53，以及在电极绝缘膜40内部与层叠体20的上表面相对地配置的反射层70。反射层70将从有源层22出射的光反射到层叠体20侧。n侧电极51和p侧电极53相互隔开地配置在电极绝缘膜40上。

进一步，在图1中示出的半导体发光装置1构成为在配置于基板10上的缓冲层11上配置层叠体20。输出光L从发光区域110放射到半导体发光装置1的外部，其中，该发光区域110是基板10的与缓冲层11接触的面的相对面。

基板10由使在有源层22中产生的光透过的材料构成，例如可以将蓝宝石基板等应用于基板10。

缓冲层11由使在有源层22中产生的光透过的材料构成，例如可以采用将Al_xM_yGa_1-x-yN(M是铟(In)或硼(B)，0＜x≤1，0≤y≤1，x+y＝1)构成的第一子层和由Al_aM_bGa_1-a-bN(M是In或B，0≤a＜1，0≤b≤1，a+b＝1，a＜x)构成的第二子层交替地层叠而成的多层结构。例如，第一子层是膜厚度为0.5～5nm左右的氮化铝(AlN)膜，第二子层是膜厚度为0.5～200nm左右的氮化镓(GaN)膜。

n型半导体层21是例如作为n型杂质掺杂了硅(Si)的膜厚度5μm左右的GaN膜，向有源层22提供电子。p型半导体层23是例如掺杂了p型杂质的膜厚度0.2μm左右的GaN膜，向有源层22提供空穴(孔)。P型杂质是镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、钙(Ca)、铍(Be)、碳(C)等。

例如，有源层22具有交替层叠了InGaN膜和GaN膜的多量子阱(MQW)结构。InGaN膜和GaN膜的膜厚度分别是几μm～几十μm左右。从n型半导体层21供应的电子和从p型半导体层23供应的空穴在有源层22中再结合而产生光。

透明电极30和电极绝缘膜40由使在有源层22中产生的光透过的材料构成。透明电极30例如可以采用氧化铟锡(ITO)膜等。ITO膜的膜厚度是50nm～500nm左右。电极绝缘膜40例如可以采用膜厚度150nm～1500nm左右的氧化硅(SiO₂)膜等。

此外，n侧电极51和p侧电极53例如可以采用金(Au)等。来自半导体发光装置1的外部的负电源的电子提供给n侧电极51，从正电源将空穴提供给p侧电极53。

反射层70例如可以采用银钯铜(APC)膜、Al膜等。从有源层22沿透明电极30的方向出射的光由反射层70反射，作为输出光L的一部分放射到半导体发光装置1的外部。

如图1所示，反射层70嵌入电极绝缘膜40内部。例如，在将电极绝缘膜40形成一部分之后形成反射层70，在反射层70上形成剩余的电极绝缘膜40。因此，反射层70的金属几乎不长时间暴露在大气或纯水等中，可以抑制由水蒸气等导致的反射层70的恶化。

在图2中示出从n侧电极51和p侧电极53一侧观察的半导体发光装置1的俯视图。图1是沿图2的I-I方向的截面图。如图2所示，除了配置了n侧电极51的区域以外，在半导体发光装置1的大致整个上表面上配置p侧电极53。从p侧电极53经由在电极绝缘膜40上开口的p侧开口部43向透明电极30提供空穴。

在图2中，在n侧电极51的内侧由虚线示出的区域是透过n侧电极51观察的n侧开口部41。此外，在n侧电极51内侧示出的点划线示出透明电极30的外缘，点划线的内侧区域不配置透明电极30。在n侧电极51的内侧示出的双点划线示出反射层70的外缘，双点划线的内侧区域不配置反射层70。

如图1和图2所示，n侧电极51配置在n侧开口部41的上方。露出于半导体发光装置1上表面的n侧电极51的区域用作用于获得与外部负电源电气接触的电极用垫，例如接合用垫等。因此，n侧电极51的面积可以是与外部接触所需的大小。由于使用n侧电极51作为电极用垫，所以不需要预备除了向n型半导体层21供应电子的n侧电极51以外的电极用垫。

如上所述，在半导体发光装置1中，在仅形成在n侧电极51正下方的n侧开口部41中，n侧电极51和n型半导体层21连接。因此，半导体发光装置1的面积不会增大，并且抑制了从有源层22出射而沿反射层70的方向前进的光透过的区域的减少。

并且，如图1所示，在n侧开口部41中的层叠体20的开口区域的侧面相对于底面倾斜，构成底面比表口窄的锥形形状。因此，在n侧开口部41中露出的层叠体20的侧面部中，电极绝缘膜40没有变薄，可以防止来自外部的力导致的半导体发光装置1的破坏。例如，即使对n侧电极51采用引线接合法，也不会由于接合压力而破坏n侧开口部41。由于n侧开口部41位于n侧电极51的下方，原本是非发光区域，所以即使层叠体20的开口区域构成锥形形状，也不会实质地减小发光区域。

在图2中示出了条状的两个p侧开口部43相互平行地配置的例子。p侧开口部43的个数可以根据透明电极30的面积等任意地设定。例如，在需要向面积大的透明电极30供应空穴的情况下，可以形成三个以上的p侧开口部43。另一方面，在透明电极30的面积窄的情况下，形成的p侧开口部43可以是一个。

p侧开口部43配置为将从p侧电极53供应的空穴提供给透明电极30的整个区域。由此，可以使流过有源层22的电流均匀化，并且在有源层22的宽范围内产生光。

例如，如图2所示，配置了两个p侧开口部43时，从p侧开口部43的各端部到p侧电极53的角部的距离d11优选是相同的长度。此外，从各p侧开口部43的端部到n侧开口部41附近的透明电极30的外缘的距离d12优选是相同的长度。通过这样地配置p侧开口部43，使空穴被无不均地提供给透明电极30的整个区域，使流过有源层22的电流均匀化。

与上述说明的半导体发光装置1不同，在为了使流过有源层22的电流均匀化而向n型半导体层21的整个区域提供电子的情况下，在半导体发光装置1的上表面的宽范围内需要配置n侧电极51。例如，节齿状地配置n侧电极51。在这种情况下，需要在半导体发光装置1的上表面的宽范围内形成构成为深陷槽的n侧开口部41。此外，为了在n侧开口部41的内壁上形成电极绝缘膜40，需要扩宽n侧开口部41的宽度。

另一方面，根据在图1和图2中示出的半导体发光装置1，经由图案化的p侧开口部43，从p侧电极53向透明电极30的整个区域提供空穴，在有源层22中均匀地流动电流。因此，可以减小n侧开口部41的面积。并且，p侧开口部43的深度可以是电极绝缘膜40的膜厚度。进一步地，p侧开口部43的宽度可以是能够使p侧电极53与透明电极30连接的程度，并且不需要为了在p侧开口部43的内侧形成绝缘膜而变宽。

在有源层22中产生的光不向基板10的方向反射的n侧开口部41的面积影响半导体发光装置1的非发光区域的面积。也就是，n侧开口部41的面积越大，在发光区域110内放射光度高的输出光L的有效面积就越减少。因此，根据第一实施方式的半导体发光装置1，由于可以减小n侧开口部41的面积，所以与在半导体发光装置1的上表面上配置宽范围的n侧电极51的情况相比，可以抑制提供发光的区域的面积减少，同时可以使流过有源层22的电流均匀化。也就是说，根据第一实施方式的半导体发光装置1，有效地抑制了放射输出光L的发光区域110的面积减少。

进一步地，如图1、图2所示，在根据第一实施方式的半导体发光装置1中，在设置n侧开口部41的区域的剩余区域中，在n侧电极51的下方配置有源层22、p型半导体层23、透明电极30和反射层70。通过这样地在n侧电极51的外缘部下方配置透明电极30和反射层70，即使从有源层22出射的光在n侧电极51的下方也被反射。因此，可使到n侧电极51的外缘部的每个角落都成为有助于半导体发光装置1的发光的区域。也就是说，除了配置了n侧开口部41的区域以外的大致整个区域都是有助于发光的区域。结果，在半导体发光装置1中，可以进一步地提高发光面积相对于基板面积的比率。因此，可以更有效地将在有源层22中产生的光放射到外部，并且得到更大的光度。

此外，与在图1中示出的半导体发光装置1不同地，在半导体发光装置1的上表面上大范围地配置n侧电极51的情况下，将沿着构成为深陷槽的n侧开口部41配置的n侧电极51用于引回电流。由此，电流被集中到n侧开口部41的角部。结果，在n侧开口部41的角部，存在产生由正的静电导致静电放电(ESD)破坏的可能性高的问题。

但是，在根据第一实施方式的半导体发光装置1中，由p侧开口部43引回电流。因此，与n侧电极51隔着距离而电流分散到透明电极30中，电流没有集中到电极的一个部分中。因此，没有容易被ESD造成破坏的区域，结果提高了半导体发光装置1的ESD耐性。

在图1中示出的半导体发光装置1是搭载在安装基板80上的倒装型，例如如图3所示。即，n侧电极51和p侧电极53与安装基板80上的电源配线图案接触，从而将半导体发光装置1搭载在安装基板80上。

由负电极区域81和正电极区域83构成的电源配线图案形成在安装基板80上。半导体发光装置1的配置n侧电极51和p侧电极53的区域与搭载半导体发光装置1的安装基板80的电源配线图案对应地设定。例如，在采用金锡(Au-Sn)等共晶焊料连接半导体发光装置1和安装基板80的情况下，配合任意安装基板80的电源配线图案来确定n侧电极51和p侧电极53的图案配置。并且，使n侧电极51与负电极区域81连接、且使p侧电极53与正电极区域83连接地将半导体发光装置1搭载到安装基板80上。

从安装基板80的负电极区域81提供的电子经由n侧电极51提供给n型半导体层21。从安装基板80的正电极区域83提供的空穴经由p侧电极53提供给p型半导体层23。这些电子和空穴在有源层22中再结合而产生光。

如上所述地，在有源层22中产生而沿基板10方向前进的光透过缓冲层11和基板10，作为来自基板10的发光区域110的输出光L的一部分，放射到半导体发光装置1的外部。并且，在有源层22中产生而沿透明电极30方向出射的光由反射层70向基板10的方向反射。由反射层70反射的光作为来自基板10的发光区域110的输出光L的一部分放射到外部。

如图1、图3所示，n侧电极51的表面和p侧电极53的表面处于同一平面水平。也就是，在半导体发光装置1与安装基板80接触的表面上几乎没有级差。因此，在将半导体发光装置1安装到安装基板80上时，不需要由于凸块或导电性物质而调整n侧电极51的高度和p侧电极53的高度。因此，能够容易地将半导体发光装置1安装到安装基板80上。

并且，由于半导体发光装置1和安装基板80的接触面积大，所以半导体发光装置1的散热性也好。

如以上所说明的，根据第一实施方式的半导体发光装置1，从p侧电极53经由在电极绝缘膜40上开口而形成的p侧开口部43向透明电极30的整个区域提供空穴。因此，使流过有源层22的电流均匀化。另一方面，配置n侧电极51的区域的面积小，并且，n侧电极51正下方的除了形成n侧开口部41的区域以外的区域没有去除层叠体20，并在n侧电极51下方配置透明电极30和反射层70。由此，在半导体发光装置1中的发光面积相对于基板面积的比率高。

进一步地，通过将半导体发光装置1的反射层70嵌入电极绝缘膜40的内部，能够提高反射层70的耐湿性。

参考图4～图9，说明在图1中示出的半导体发光装置1的制造方法。并且，以下描述的半导体发光装置1的制造方法是一个例子，当然除此以外的包含变形例的各种制造方法都能够实现。

(1)首先，在基板10上形成缓冲层11。在缓冲层11上依次层叠n型半导体层21、有源层22和p型半导体层23，如图4所示地形成层叠体20。

(2)在p型半导体层23上形成透明电极30。并且，为了消除形成n侧开口部41的区域的透明电极30，如图5所示地采用光刻技术等对透明电极30进行构图。

(3)如图6所示，去除形成n侧开口部41的区域的p型半导体层23、有源层22和n型半导体层21的上部的一部分，形成层叠体20的开口区域410。此时，如图6所示，去除层叠体20的上部的一部分，以将开口区域410构成锥形形状。

(4)如图7所示，在透明电极30上形成电极绝缘膜40的下层部分401。接下来，在下层部分401上形成反射层70。

(5)采用光刻技术等去除配置n侧开口部41和p侧开口部43的区域的反射层70和下层部分401。接下来，在反射层70和下层部分401上形成电极绝缘膜40的上层部分402。并且，如图8所示，去除配置n侧开口部41和p侧开口部43的区域的上层部分402。并且，可以先仅去除反射层70，然后在形成上层部分402之后同时去除上层部分402和下层部分401。

(6)在电极绝缘膜40上形成金属膜，以使形成在电极绝缘膜40中的n侧开口部41和p侧开口部43嵌入。之后，如图9所示，对金属膜进行构图，形成n侧电极51和p侧电极53。由此，完成在图1中示出的半导体发光装置1。

并且，通过仅改变n侧电极51和p侧电极53的图案配置，可以分别实现从基板10出射输出光L的在图1中示出的倒装型半导体发光装置1，和透过透明电极30和电极绝缘膜40出射输出光的上面发光型半导体发光装置。也就是，通过仅改变用于形成n侧电极51和p侧电极53的金属膜的掩膜并选择有无形成反射层70的步骤，可以选择性地制造倒装型半导体发光装置1和上面发光型半导体发光装置。由此，容易获得步骤共享的效果。

<变形例>

如图10所示，可以由凸块91、93连接半导体发光装置1和安装基板80。配置在电源配线图案的负电极区域81上的凸块91与n侧电极51连接，配置在正电极区域83上的凸块93与p侧电极53连接。

此外，在根据第一实施方式的半导体发光装置1中，由于不需要形成陷槽，所以半导体发光装置1的n侧开口部41的面积小。由此，特别地，配置n侧电极51的位置的自由度高。因此，可以根据安装基板80的电源配线图案，将n侧电极51配置在任意位置上。

在图11中，示出与图2不同的n侧电极51和p侧电极53的配置例。在图2中示出配置一个n侧开口部41的例子，而图11示出配置三个n侧开口部41的例子。在图11中，带状地配置n侧电极51以覆盖三个n侧开口部41。并且，在n侧电极51的两侧配置p侧电极53。

(第二实施方式)

根据本发明第二实施方式的半导体发光装置1，如图12所示，在透明电极30和电极绝缘膜40之间配置反射层70是与在电极绝缘膜40内部配置反射层70的图1中示出的半导体发光装置1的不同之处。其他结构与图1中示出的第一实施方式相同。

即，n侧电极51正下方的除了形成n侧开口部41的区域以外的区域没有去除层叠体20，并在n侧电极51下方配置透明电极30和反射层70。由此，在图12中示出的半导体发光装置1中的发光面积相对于基板面积的比率高。

此外，如图12所示，通过形成电极绝缘膜40以覆盖反射层70，可以抑制水蒸气等导致反射层70的恶化。因此，提高反射层70的耐湿性。

参考图13～图17，说明根据本发明第二实施方式的半导体发光装置1的制造方法。并且，以下描述的半导体发光装置1的制造方法是一个例子，当然除此以外的包含变形例的各种制造方法都能够实现。

(1)与参考图4～图5说明的方法相同地，在层叠基板10、缓冲层11和层叠体20之后，在p型半导体层23上形成透明电极30。之后，如图13所示，将透明电极30构图为不配置在形成n侧开口部41的区域中，并在这样的透明电极30上层叠反射层70。此时，例如，通过在反射层70上形成由钛(Ti)膜和氧化硅膜构成的保护层75，来保护反射层70。

(2)去除形成n侧开口部41的区域的p型半导体层23、有源层22和n型半导体层21的上部的一部分，形成层叠体20的开口区域410。此时，如图14所示，去除层叠体20的上部的一部分，以将开口区域410构成锥形形状。

(3)如图15所示，在层叠体20和保护层75的上表面形成电极绝缘膜40。

(4)如图16所示，采用光刻技术等去除配置n侧开口部41和p侧开口部43的区域的电极绝缘膜40。此时，还去除在p侧开口部43的底面露出的保护层75。可以去除在p侧开口部43的底面露出的反射层70，也可以保留。

(5)在电极绝缘膜40上形成金属膜，以使形成在电极绝缘膜40中的n侧开口部41和p侧开口部43嵌入。之后，如图17所示，对金属膜进行构图，形成n侧电极51和p侧电极53。通过以上步骤，完成在图12中示出的半导体发光装置1。

根据本发明第二实施方式的半导体发光装置1，可以提供发光面积相对于基板面积的比率高、并且提高反射层70的耐湿性的半导体发光装置。其他的与实施方式实质上相同，因此省略重复的记载。

如上所述，虽然本发明由实施方式记载，但是构成公开的一部分的论述和附图不应该理解为限定本发明。根据这些公开，本领域技术人员应该理解各种替代实施方式、实施例和应用技术。当然，本发明包含在此没有记载的各种实施方式等。因此，本发明的技术范围仅由根据上述说明的适当的权利要求的范围的特定发明主题确定。

Claims

1.一种半导体发光装置，其特征在于包括：

由n型半导体层、有源层和p型半导体层依次层叠而成的层叠体；

配置在所述p型半导体层上的透明电极；

配置在所述透明电极上的电极绝缘膜；

n侧电极，其配置在所述电极绝缘膜上，通过贯穿所述电极绝缘膜、所述透明电极、所述p型半导体层和所述有源层而设置的n侧开口部与所述n型半导体层连接；

p侧电极，其在所述电极绝缘膜上与所述n侧电极隔开配置，通过设置在所述电极绝缘膜上的条状p侧开口部与所述透明电极连接；以及

反射层，其在所述电极绝缘膜内部或在所述透明电极与所述电极绝缘膜之间、与所述层叠体的上表面相对地配置，对从所述有源层出射的光进行反射，

在设置了所述n侧开口部的区域的剩余的区域中，在所述n侧电极的下方配置有所述透明电极和所述反射层。

2.根据权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，所述n侧开口部具有底面比表口窄的锥形形状。

3.根据权利要求1或2所述的半导体发光装置，其特征在于，所述p侧电极通过相互平行地配置的多个条状所述p侧开口部与所述透明电极连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的半导体发光装置，其特征在于，所述n侧电极的表面和所述p侧电极的表面处于同一平面水平。