CN103222078A - 半导体发光器件 - Google Patents

半导体发光器件 Download PDF

Info

Publication number
CN103222078A
CN103222078A CN201280003779.1A CN201280003779A CN103222078A CN 103222078 A CN103222078 A CN 103222078A CN 201280003779 A CN201280003779 A CN 201280003779A CN 103222078 A CN103222078 A CN 103222078A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light emitting
emitting chip
base plate
installation base
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280003779.1A
Other languages
English (en)
Inventor
井上彰
藤金正树
横川俊哉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Publication of CN103222078A publication Critical patent/CN103222078A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/16Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular crystal structure or orientation, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58Optical field-shaping elements
    • H01L33/60Reflective elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491Disposition
    • H01L2224/49105Connecting at different heights
    • H01L2224/49107Connecting at different heights on the semiconductor or solid-state body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

包含以非极性面为生长面的氮化物半导体有源层(106)的半导体发光芯片(100),在安装基板(101)的表面上、与被来自氮化物半导体有源层的光照射的区域的有源层平行且与来自该有源层的光的偏振方向垂直的结晶轴方向的芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,被来自有源层的光照射的区域的高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,金属配置在高偏振特性区域的至少一部分的区域,低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比金属的镜面反射的比例低,高偏振特性区域的镜面反射的比例比低偏振特性区域的镜面反射的比例高。

Description

半导体发光器件
技术领域
本发明涉及具有包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片的半导体发光器件。
背景技术
含VA族元素中氮(N)的氮化物半导体根据其带隙(band-gap)的大小,作为短波长发光元件的材料被认为具有前途。其中,氮化镓类化合物半导体的研究正在盛行,使用氮化镓类化合物半导体的蓝色发光二极管(LED)元件和绿色LED元件、以及蓝色半导体激光元件也正在实用化。
氮化镓类化合物半导体包含用铝(Al)和铟(In)的至少一个置换镓(Ga)的一部分而得到的化合物半导体。这种氮化物半导体用一般式AlxGayInzN(其中,0≤x,z<1,0<y≤1,x+y+z=1。)表示。以下,将氮化镓类化合物半导体称为GaN类半导体。
GaN类半导体通过用Al、In置换Ga,能够使其带隙比GaN的带隙大或小。由此,不仅能够发出蓝色或绿色等的短波长的光,也能够发出橙色或红色等的长波长的光。根据这种特征,氮化物半导体发光元件被期待应用于图像显示装置和照明装置等。
氮化物半导体具有纤锌矿型晶体结构。图1(a)、图1(b)和图1(c)以4指数标记(六方晶指数)表示表纤锌矿型晶体结构的面方位。在4指数标记中,使用由a1、a2、a3和c表示的基本矢量表示结晶面及其面方位。基本矢量c在[0001]方向上延伸,该方向的轴被称为“c轴”。与c轴垂直的面(plane)被称为“c面”或“(0001)面”。在图1(a)中,除了c面之外,表示a面“=(11-20)面”和m面“=(1-100)面”。另外,图1(b)表示r面“=(1-102)面”,图1(c)表示(11-22)面。其中,本说明书中,表示米勒指数的括号内的数字的左侧被标注符号“-”,为了方便表示该指数的反转,与图中的“杠(bar)”对应。
在图2(a)中用球管模型表示GaN类半导体的晶体结构。图2(b)是从a轴方向观看m面表面附近的原子排列而获得的球管模型。m面与图2(b)的纸面垂直。图2(c)是从m轴方向观看+c面表面的原子排列而获得的球管模型。c面与图2(c)的纸面垂直。从图2(a)和图2(b)可知,N原子和Ga原子位于与m面平行的平面上。对此,在c面中,从图2(a)和图2(c)可知,形成有仅配置有Ga原子的层和仅配置有N原子的层。
在现有技术中,在使用GaN类半导体制作半导体元件的情况下,作为使氮化物半导体晶体生长的基板,使用以c面基板即(0001)面为主面的基板。在该情况下,因Ga原子和N原子的配置,在氮化物半导体形成在c轴方向上自发的极化(Electrical Polarization)。因此,“c面”被称为“极性面”。极化的结果,由构成氮化物半导体发光元件的发光层的InGaN构成的量子阱层沿c轴方向产生压电电场。因产生的压电电场,在发光层内的电子和空穴的分布产生位置偏差,载流子的量子限制斯塔克效应,具有发光层的内部量子效率降低的问题。为了抑制该发光层中的内部量子效率的降低,形成于(0001)面的发光层的厚度设计为3nm以下。
进而,近年来讨论,使用以被称为非极性面的m面或a面、或被称为半极性面的-r面或(11-22)面为主面的基板制作发光元件。如图1所示,纤锌矿型晶体结构中的m面与c轴平行,是与c面正交的六个等价的面。例如,在图1中,与[1-100]方向垂直的(1-100)面与m面相当。与(1-100)面等价的其它的m面具有(-1010)面、(10-10)面、(-1100)面、(01-10)面和(0-110)面。
如图2(a)和图2(b)所示,在m面中,Ga原子和N原子存在于相同原子面上,所以在与m面垂直的方向上不产生极化。因此,使用以m面为生长面的半导体层叠结构制作发光元件时,在发光层不产生压电电场,能够解决载流子的量子限制斯塔克效应导致的内部量子效率的降低的问题。这与m面以外的作为非极性面的a面也相同,另外,被称为半极性面的-r面或(11-22)面也能够获得类似的效果。
具有以m面或a面、或-r面或(11-22)面为生长面的有源层的氮化物半导体发光元件具有因其价电子带的结构带来的偏振特性。
例如,专利文献1记载有,以防止从发光元件发出的偏向光的散乱的目的,安装座具有兼作为反射器30R的截面凹型形状的安装面30,该安装面和反射器的表面成为镜面的方式采用金属涂层面35的氮化物半导体发光元件。
另外,专利文献2记载有一种发光二极管装置,其为了降低从外壳出射的光的芯片配置面的面内的方位角的不同而导致的强度的差,具有包含具有主面12a的发光层12的发光二极管芯片10和具有配置有发光二极管芯片10的芯片配置面21a的外壳20,从发光层12的主面12a出射的光依赖于发光层12的主面12a的面内的方位角而具有多个不同的发光强度,发光二极管芯片10和外壳20的至少一方具有降低从外壳20出射的光的芯片配置面12a的面内的方位角的区别导致的强度的差的结构。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-38293号公报
专利文献2:日本特开2008-109098号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述现有的具有以非极性面或半极性面为生长面的有源层的氮化物半导体发光器件中,寻求对出射光的偏振特性的更适当的控制。
本发明是鉴于上述情况而完成的,其目的在于进一步适当地控制偏振特性。
用于解决课题的方法
为了解决上述问题,本发明的一个方面为半导体发光器件(半导体发光装置),其具有:安装基板;形成在安装基板的表面上的金属;和被保持于安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层(活性层)的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,金属配置在高偏振特性区域的至少一部分的区域,低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比金属的镜面反射的比例低,高偏振特性区域中的镜面反射的比例比低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
另外,本发明的其它的方式为半导体发光器件,其具有:安装基板;形成在安装基板的表面上的配线电极;和以与配线电极电连接的方式被保持在安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,配线电极配置在高偏振特性区域的至少一部分的区域,低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比配线电极的镜面反射的比例低,高偏振特性区域中的镜面反射的比例比低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
发明的效果
根据本发明的半导体发光器件,能够更加适当地控制偏振特性。
附图说明
图1(a)是表示纤锌矿型晶体结构的基本矢量a1、a2、a3和c和、a面、c面和m面的立体图。图1(b)是表示纤锌矿型晶体结构的r面的立体图。图1(c)是表示纤锌矿型晶体结构的(11-22)面的立体图。
图2(a)~图2(c)是用球管模型表示GaN类半导体的晶体结构的图。
图3(a)是表示本发明的第一实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图3(b)是图3(a)的IIIb-IIIb线的截面图。
图4(a)是表示第一实施方式的第一变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图4(b)是图4(a)的IVb-IVb线的截面图。
图5(a)是表示第一实施方式的第二变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图5(b)是图5(a)的Vb-Vb线的截面图。
图6(a)和图6(b)是表示本发明的第一实施方式的安装面有效部的长轴半径和短轴半径与半导体发光芯片的一边的长度L的各自的关系的图。
图7是表示本发明的第一实施方式的安装面有效部之中位于长轴方向上的第二区域所占的比例和半导体发光芯片的一边的长度L的关系的图。
图8(a)是表示本发明的第二实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图8(b)是图8(a)的VIIIb-VIIIb线的截面图。图8(c)和图8(d)是表示光取出面的凹凸部的变形例的平面图和截面图。
图9(a)是表示本发明的第三实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图9(b)是图9(a)的IXb-IXb线的截面图。
图10(a)是表示本发明的第四实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图10(b)是图10(a)的Xb-Xb线的截面图。
图11是表示第四实施方式的半导体发光器件的安装面至半导体发光芯片的高度和产生光的干涉的芯片100彼此的a轴方向的间隔的关系的图。
图12(a)是表示本发明的第五实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图12(b)是图12(a)的XIIb-XIIb线的截面图。
图13是表示第五实施方式的半导体发光器件的安装面至半导体发光芯片的高度和产生光的干涉的芯片彼此的c轴方向的间隔的关系的图。
图14(a)是表示本发明的第六实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图14(b)是图14(a)的XIVb-XIVb线的截面图。
图15(a)是表示本发明的第七实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图15(b)是图15(a)的XVb-XVb线的截面图。
图16(a)是表示本发明的第一实施方式的第三变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图16(b)是图16(a)的XVIb-XVIb线的截面图。
图17(a)和图17(b)是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的配光分布特性的测定系统的示意图。
图18是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的a轴方向和c轴方向的放射角和发光波长的各自的关系的图。
图19(a)关于本发明的实施例的半导体发光芯片的由银(Ag)构成的反射材料的最表面的反射,是表示Ag最表面的粗糙度和镜面反射率、漫反射率(扩散反射率)和镜面反射的比例的各自的关系的图。图19(b)是表示母材的表面粗糙度和Ag最表面的粗糙度的关系的图。
图20(a)和图20(b)是说明用于调查反射特性对偏振度产生的影响的评价系统的图,图20(a)是截面图,图20(b)是平面放大照片。
图21是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的偏振度的测定系统的示意图。
图22是表示以本发明的实施例的半导体发光芯片的样本1、13和15为安装基板的情况的偏振度的图。
图23是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的光取出面设置的凹凸状的条纹的延伸方向与发光层的a轴方向所成的角度和光的偏振度的关系的图。
图24是表示第一实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图25是表示第二实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图26是表示第三实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图27是表示第四实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图28是表示比较例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图29(a)是表示本发明的第八实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图29(b)是图29(a)的XXIXb-XXIXb线的截面图。
图30(a)是表示第八实施方式的第一变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图30(b)是图30(a)的XXXb-XXXb线的截面图。
图31(a)是表示第八实施方式的第二变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图31(b)是图31(a)的XXXIb-XXXIb线的截面图。
图32(a)和图32(b)是表示本发明的第八实施方式的安装面有效部的长轴半径和短轴半径与半导体发光芯片的一边的长度L的各自的关系的图。
图33是表示本发明的第八实施方式的安装面有效部之中位于长轴方向的第二区域所占的比例和半导体发光芯片的一边的长度L的关系的图。
图34(a)是表示本发明的第九实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图34(b)是图34(a)的XXXIVb-XXXIVb线的截面图。图34(c)~图34(f)是表示光取出面的凹凸部的变形例的平面图和截面图。
图35(a)是表示本发明的第十实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图35(b)是图35(a)的XXXVb-XXXVb线的截面图。
图36(a)是表示本发明的第十一实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图36(b)是图36(a)的XXXVIb-XXXVIb线的截面图。
图37是表示第十一实施方式的半导体发光器件的安装面至半导体发光芯片的高度和产生光的干涉的芯片100彼此的a轴方向的间隔的关系的图。
图38(a)是表示本发明的第十二实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图38(b)是图38(a)的XXXVIIIb-XXXVIIIb线的截面图。
图39是表示第十二实施方式的半导体发光器件的安装面至半导体发光芯片的高度和产生光的干涉的芯片彼此的c轴方向的间隔的关系的图。
图40(a)是表示本发明的第十三实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图40(b)是图40(a)的XLb-XLb线的截面图。
图41(a)是表示本发明的第十四实施方式的半导体发光器件的示意性的平面图。图41(b)是图41(a)的XLIb-XLIb线的截面图。
图42(a)是表示本发明的第八实施方式的第三变形例的半导体发光器件的示意性的平面图。图42(b)是图42(a)的XLIIb-XLIIb线的截面图。
图43(a)和图43(b)是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的配光分布特性的测定系统的示意图。
图44是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的a轴方向和c轴方向的放射角与发光波长的各自的关系的图。
图45(a)关于本发明的实施例的半导体发光芯片的由银(Ag)构成的反射材料的最表面的反射,是表示Ag最表面的粗糙度和镜面反射率、漫反射率和镜面反射的比例的各自的关系的图。图45(b)是表示母材的表面粗糙度和Ag最表面的粗糙度的关系的图。
图46(a)和图46(b)是说明用于调查反射特性对偏振度产生的影响的评价系统的图,图46(a)为截面图,图46(b)为平面放大照片。
图47是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的偏振度的测定系统的示意图。
图48是表示以本发明的实施例的半导体发光芯片的样本1、13和15为安装基板的情况的偏振度的图。
图49是表示在本发明的实施例的半导体发光芯片的光取出面形成的凹凸部的扫描电子显微镜(SEM)像。
图50是表示本发明的实施例的半导体发光芯片的光取出面设置的凹凸状的条纹的延伸方向与发光层的a轴方向所成的角度和光的偏振度的关系的图。
图51是表示第六实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图52是表示第六实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图53是表示第七实施例的半导体发光器件的示意性的平面图。
图54是表示比较例的半导体发光器件的示意性的平面图。
具体实施方式
一个实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的金属;和被保持于安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,金属配置在高偏振特性区域的至少一部分的区域,低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比金属的镜面反射的比例低,高偏振特性区域中的镜面反射的比例比低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
另外,其它的实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的配线电极;和以与配线电极电连接的方式被保持在安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,配线电极配置在高偏振特性区域的至少一部分的区域,低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比配线电极的镜面反射的比例低,高偏振特性区域中的镜面反射的比例比低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
另外,其它的实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的配线电极;和以与配线电极电连接的方式被保持在安装基板的表面上,包含以m面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,设半导体发光芯片的一边的长度为L,半导体发光芯片的厚度为T,在安装基板的表面,定义中心与半导体发光芯片的俯视时的重心位置相同,长轴与氮化物半导体有源层的c轴平行,短轴与氮化物半导体有源层的a轴平行,且具有由以下的式(1)和式(2)表示的长轴半径α和短轴半径β的椭圆形,式(1)
Figure BDA00003228795700091
Figure BDA00003228795700092
式(2)
Figure BDA00003228795700093
在俯视时,以半导体发光芯片的外周被包围的方式,使用与氮化物半导体有源层的c轴平行的两根直线和与氮化物半导体有源层的a轴平行的两根直线,将椭圆形的内侧划分为9个区域,设在9个区域之中、将半导体发光芯片包围的区域为第一区域,设在第一区域的c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域,设第一区域和第二区域以外的6个区域的集合为第三区域,与c轴平行的两根直线和与a轴平行的两根直线,以第一区域的面积为最小的方式设定的情况下,配线电极配置在第二区域的至少一部分的区域,第三区域的至少一部分具有镜面反射的比例比配线电极的镜面反射的比例低的部分,第二区域中的镜面反射的比例比第三区域中的镜面反射的比例高。
另外,在某个实施方式中,配线电极的表面的镜面反射的比例可以为15%以上。
另外,在某个实施方式中,半导体发光芯片的一边的长度L和半导体发光芯片的厚度T之间,可以成立T<L的关系。
另外,在某个实施方式中,半导体发光芯片的一边的长度L和半导体发光芯片的厚度T之间,可以成立T<L/6的关系。
另外,在某个实施方式中,配线电极的表面的镜面反射的比例可以为50%以上。
另外,在某个实施方式中,配线电极的表面粗糙度可以为50nm以下。
另外,在某个实施方式中,作为第三区域的一部分的、镜面反射的比例比配线电极的镜面反射的比例低的部分在俯视时的面积可以为(L2+4TL)/10以下。
另外,在某个实施方式中,可以在半导体发光芯片的光取出面形成有条纹状的多个凹凸部,凹凸部延伸的方向相对于来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向或a轴方向倾斜0°以上且不足5°。
另外,在某个实施方式中,可以还具有反射部件,其被保持于安装基板的表面上,从该表面起的高度为H1且至少在内面具有反射面,设从半导体发光芯片的a面侧的端部至反射部件的a轴方向的距离为D1,设从c面侧的端部至反射部件的c轴方向的距离为D2的情况下,满足D1<2.75×H1和D2<5.67×H1的关系,反射部件的反射面之中的被包含在第二区域的区域的反射率,镜面反射的比例为15%以上。
另外,在某个实施方式中,可以多个半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,在安装基板的表面,按每个半导体发光芯片,分别定义有被划分为第一区域、第二区域和第三区域的椭圆形的区域。
另外,在某个实施方式中,设从安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700112
而得的数值之中小的一方的值大。
另外,本发明的在某个实施方式中,设从安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700113
而得的数值之中大的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,可以多个半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,并且多个半导体发光芯片沿c轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,在安装基板的表面,按每个半导体发光芯片,定义有各自被划分为第一区域、第二区域和第三区域的椭圆形的区域,设a轴方向上相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3,设c轴方向上相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D4的情况下,D3<D4。
另外,在某个实施方式中,设在a轴方向配置的半导体发光芯片的个数为Na,设在c轴方向配置的半导体发光芯片的个数为Nc的情况下,可以Nc<Na。
另外,在某个实施方式中,设从安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700115
而得的数值之中小的一方的值大,且D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700116
而得的数值之中小的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,设从安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700117
而得的数值之中大的一方的值大,且D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700118
而得的数值之中大的一方的值大。
进而,其它的实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的金属;和被保持于安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,高偏振特性区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,金属配置在低偏振特性区域的至少一部分的区域,金属的表面的镜面反射率比高偏振特性区域的表面的镜面反射率高。
进而,其它的实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的配线电极;和以与配线电极电连接的方式被保持在安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与氮化物半导体有源层平行、且与来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,在安装基板的表面上,将被来自氮化物半导体有源层的光照射、且高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,高偏振特性区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,配线电极配置在低偏振特性区域的至少一部分,配线电极的表面的镜面反射率比高偏振特性区域的表面的镜面反射率高。
进而,其它的实施方式的半导体发光器件,包括:安装基板;形成在安装基板的表面上的配线电极;和以与配线电极电连接的方式被保持在安装基板的表面上,包含以m面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,设半导体发光芯片的一边的长度为L,半导体发光芯片的厚度为T,在安装基板的表面,定义中心与半导体发光芯片的俯视时的重心位置相同,长轴与氮化物半导体有源层的c轴平行,短轴与氮化物半导体有源层的a轴平行,且具有由以下的式(3)和式(4)表示的长轴半径α和短轴半径β的椭圆形,式(3)
Figure BDA00003228795700121
Figure BDA00003228795700123
式(4)
Figure BDA00003228795700122
在俯视时,以半导体发光芯片的外周被包围的方式,使用与氮化物半导体有源层的c轴平行的两根直线和与氮化物半导体有源层的a轴平行的两根直线,将椭圆形的内侧划分为9个区域,设在9个区域之中、将半导体发光芯片包围的区域为第一区域,设在第一区域的c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域,设第一区域和第二区域以外的6个区域的集合为第三区域,与c轴平行的两根直线和与a轴平行的两根直线,以第一区域的面积为最小的方式设定的情况下,配线电极配置在第三区域的至少一部分的区域,第二区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,配线电极的表面的镜面反射率比第二区域的表面的镜面反射率高。
另外,在某个实施方式中,半导体发光芯片的一边的长度L和半导体发光芯片的厚度T之间,可以成立T<L的关系。
另外,在某个实施方式中,半导体发光芯片的一边的长度L和半导体发光芯片的厚度T之间,可以成立T<L/6的关系。
另外,在某个实施方式中,第二区域的表面的漫反射率可以为90%以上。
另外,在某个实施方式中,第二区域的表面粗糙度可以为200nm以上。
另外,在某个实施方式中,配线电极的表面的镜面反射的比例可以为12%以上,且漫反射率不足69%。
另外,本发明的在某个实施方式中,配线电极的俯视时的面积可以为(L2+4TL)/10以下。
另外,在某个实施方式中,半导体发光芯片的光取出面可以形成有多个凹凸部。
另外,在某个实施方式中,多个凹凸部可以为半球状。
另外,在某个实施方式中,多个凹凸部在俯视时具有条纹形状,凹凸部延伸的方向可以相对于来自氮化物半导体有源层的光的偏振方向或a轴方向倾斜5°以上且90°以下。
另外,在某个实施方式中,可以还具有反射部件,其被保持于安装基板的表面上,从该表面起的高度为H1且至少在内面具有反射面,设从半导体发光芯片的a面侧的端部至反射部件的a轴方向的距离为D1,设从c面侧的端部至反射部件的c轴方向的距离为D2的情况下,满足D1<2.75×H1和D2<5.67×H1的关系,反射部件的反射面之中的被包含在第二区域的区域的反射率,漫反射率比镜面反射率高。
另外,在某个实施方式中,可以多个半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,在安装基板的表面,按每个半导体发光芯片,各自定义有被划分为第一区域、第二区域和第三区域的椭圆形的区域。
另外,在某个实施方式中,设安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700141
Figure BDA00003228795700142
而得的数值之中小的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,设安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700144
而得的数值之中大的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,可以多个半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,并且多个半导体发光芯片沿c轴方向且相互隔着间隔被保持于安装基板的表面上,在安装基板的表面,按每个半导体发光芯片,定义有各自被划分为第一区域、第二区域和第三区域的椭圆形的区域,设a轴方向上相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D3,设c轴方向上相邻的半导体发光芯片彼此的间隔为D4的情况下,D3<D4。
另外,在某个实施方式中,设在a轴方向配置的半导体发光芯片的个数为Na,设在c轴方向配置的半导体发光芯片的个数为Nc的情况下,可以Nc<Na。
另外,在某个实施方式中,设安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700145
而得的数值之中小的一方的值大,且D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700146
而得的数值之中小的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,设安装基板的表面至半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,可以D3比由(2.75×H2)而得的数值和由而得的数值之中大的一方的值大,且D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure BDA00003228795700148
而得的数值之中大的一方的值大。
另外,在某个实施方式中,可以还具有被保持于安装基板的低偏振特性区域的保护元件。
另外,在某个实施方式中,可以还具有配置在安装基板的低偏振特性区域的、位置对齐用的标记。
另外,在某个实施方式中,氮化物半导体有源层可以为GaN类半导体有源层。
但是,以m面为生长面的氮化物半导体有源层主要出射电场强度偏向a轴方向的光。理论上预测在发光元件具有偏振特性的情况下,显示发光强度相对于与偏振方向垂直的方向变大的配光分布。即,发光元件的放射图案(配光分布)变得不均匀。另外,-r面、(20-21)、(20-2-1)、(10-1-3)和(11-22)面等的半极性面、以及a面等的其它的非极性面中,出射电场强度偏向氮化物半导体的特定的结晶方向的光,理论上预测显示发光强度相对于与偏振方向垂直的方向变大的配光分布。
已知有来自以a面为生长面的氮化物半导体有源层的光的偏振方向为m轴。从而,预测显示发光强度相对于与m轴垂直的方向变大的配光分布。
已知有来自以作为半极性面的(20-2-1)面和(20-21)面为生长面的氮化物半导体有源层的光的偏振方向为[-12-10]方向。从而,预测显示发光强度相对于与[-12-10]方向垂直的方向变大的配光分布。
已知有来自以作为半极性面的(10-1-3)面为生长面的氮化物半导体有源层的光的偏振方向,在氮化物半导体有源层的In的组成大的情况下为[-12-10]方向,在氮化物半导体有源层的In的组成小的情况下为[11-23]方向。从而,预测有源层的In的组成大的情况下,显示发光强度相对于与[-12-10]方向变大的配光分布,有源层的In的组成小的情况下,显示发光强度相对于与[11-23]方向垂直的方向变大的配光分布。
已知有来自以作为半极性面的(11-22)面为生长面的氮化物半导体有源层的光的偏振方向,在氮化物半导体有源层的In的组成大的情况下为m轴方向,氮化物半导体有源层的In的组成小的情况下为[-1-123]方向。从而,预测有源层的In的组成大的情况下,显示发光强度相对于与m轴垂直的方向变大的配光分布,有源层的In的组成小的情况下,显示发光强度相对于与[-1-123]方向垂直的方向变大的配光分布。
本说明书中,将电场强度偏向特定的方向的光称为“偏振光(Polarized Light)”。例如将电场强度偏向X轴方向的光称为“X轴方向的偏振光”,将此时的X轴方向称为“偏振方向”。其中,“X轴方向的偏振光”不仅指向X轴方向偏振的直线偏振光,而也包含向其它的轴方向偏振的直线偏振光。更详细来讲,“X轴方向的偏振光”指透过“在X轴方向上具有偏振透过轴的偏振子”的光的强度(电场强度)比透过“在其它的轴方向上具有偏振透过轴的偏振子”的光的电场强度高的光。从而,“X轴方向的偏振光”不仅为向X轴方向偏振的直线偏振光和椭圆偏振光,而广泛包含向各种方向偏振的直线偏振光和椭圆偏振光混合存在的非相干光。
设使偏振子的偏振透过轴在光轴的周围旋转时,透过该偏振子的光的电场强度变得最强时的强度为Imax,电场强度变得最弱时的强度为Imin时,偏振度由以下的式(A)定义。
式(A)
偏振度=|Imax-Imin|/|Imax+Imin|“X轴方向的偏振光”的情况下,偏振子的偏振透过轴与X轴平行时,透过该偏振子的光的电场强度为Imax,偏振子的偏振透过轴与Y轴平行时,透过该偏振子的光的电场强度为Imin。完全的直线偏振光中,Imin=0,所以偏振度等于1。另一方面,完全的非偏振光中,Imax-Imin=0,所以偏振度等于0。
具有以m面为生长面的有源层的氮化物半导体发光元件,如上所述,主要出射a轴方向的偏振光。此时,也出射c轴方向的偏振光和m轴方向的偏振光。但是,c轴方向的偏振光和m轴方向的偏振光的强度比a轴方向的偏振光的强度弱。
在本说明书中,列举以m面为生长面的有源层为例,着眼于a轴方向的偏振光进行讨论,但在-r面、(20-21)、(20-2-1)、(10-1-3)、(11-22)面等的半极性面、以及a面等的其它的非极性面中,对于特定的结晶方向的偏振光而言,可以说相同。
在本发明中,“m面”不仅为与m面完全平行的面,也包含从m面倾斜±5°程度以下的角度的面。在从m面稍微倾斜的程度中,自发极化的影响非常小。另一方面,在结晶生长技术中,存在结晶方位从与所期望的方位严密地一致的基板稍微倾斜的基板上的方式容易在半导体层上外延生长的情况。从而,能够充分抑制自发极化的影响,并提高外延生长的半导体层的结晶的品质,为了提高结晶生长速度,有时使结晶面稍微倾斜是有用的。
另外,对于“a面”、“(20-21)面”、“(20-2-1)面”、“(10-1-3)面”、“-r面”和“(11-22)面”而言,也可以说相同,所以在本说明书中,“a面”、“(20-21)面”、“(20-2-1)面”、“(10-1-3)面”、“-r面”和“(11-22)面”,不仅为与a面、(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、-r面和(11-22)面完全平行的面,也包含从a面、(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、-r面和(11-22)面倾斜±5°程度以下的角度的面。
在以具有偏振特性的发光元件为光源的情况下,物体表面的反射量因光源中的偏振的方向、即发光元件的装载方向而不同。因此,物体的外观改变。这是因为,反射率因P偏振光和S偏振光而不同(S偏振的方式在物体表面的反射率高)。在此,P偏振光为具有与入射面平行的电场成分的光。另外,S偏振光是具有与入射面垂直的电场成分的光。液晶显示器的背光源等、将偏振特性以原状态进行利用的应用中,偏振度的提高比较重要,但在一般的照明用途中,该偏振特性有时损害物体的外观。
一般来讲,氮化物半导体发光器件包括由氮化物半导体构成的半导体发光芯片和安装基板。安装基板有时被称为外壳。将安装基板之中保持有半导体发光芯片的面称为安装面。在安装基板的作为表面的安装面上,一般来讲,配置有获得与半导体发光芯片电连接的多个配线电极,和使配线电极彼此绝缘的绝缘体。配线电极有时被称为配线图案。并且,有时配置有对来自半导体发光芯片的放射光的形状进行整形的反射器,和保护半导体发光芯片不受逆电压或高电压的影响的保护元件。
如上所述,安装基板的安装面上配置有多个结构部件。但是,在现有技术中,各结构部件的配置位置和偏振度的关系不明确。在上述的专利文献1中,对半导体发光芯片、镜面、安装面和反射器的表面的位置因为何种关系并未详细记载。
另外,上述的专利文献2的发明的目的在于降低从外壳出射的光的芯片配置面的面内的方位角的区别导致的强度的差,丝毫未考虑关于从外壳放射的光的偏振度的问题。
(第一实施方式)
以下,参照图3(a)和图3(b)说明本发明的第一实施方式的半导体发光器件。
首先,如图3(b)所示,由氮化物半导体构成的半导体发光芯片100例如在至少表面上包含具有以m面为主面(且生长面)的GaN层(以下称为m面GaN层)的基板104、形成在该基板104的主面上的n型氮化物半导体层105、形成在n型氮化物半导体层105上的由氮化物半导体构成的有源层106、形成在有源层106上的p型氮化物半导体层107、以与p型氮化物半导体层107上接触的方式形成的p侧电极108和以与露出的n型氮化物半导体层105上接触的方式形成的n侧电极109。n型氮化物半导体层105、有源层106和p型氮化物半导体层107的生长面与m面大致平行。即,在m轴方向上层叠。也可以在n型氮化物半导体层105和有源层106之间形成有其它的层。另外,也可以在有源层106和p型氮化物半导体层107之间形成有其它的层。在此,作为氮化物半导体,列举由氮化镓类化合物构成的半导体(GaN类半导体)为例进行说明。GaN类半导体包含由一般式AlxInyGazN(其中,0≤x,y<1,0<z≤1,x+y+z=1)表示的半导体。
如图3(a)和图3(b)所示,半导体发光芯片100以使其p侧电极108和n侧电极109与配置在安装基板101的表面上的配线电极102相对的方式安装。即,半导体发光芯片100与安装基板101上的2个配线电极102各自隔着凸起(bump)103电连接并被保持。这种结构被称为倒装芯片结构。其中,配线电极102的一方与p侧电极108连接,另一方的电极与n侧电极109连接。
如图4所示,作为本实施方式的第一变形例能够采用引线接合结构来替代倒装芯片结构。在该情况下,半导体发光芯片100以使基板104与安装基板101的表面相对的方式保持。p侧电极108和n侧电极109经由由金(Au)构成的金属线110各自与安装基板101上的配线电极102电连接。
如上所述,倒装芯片结构和引线接合结构中,p侧电极108以及n侧电极109和安装基板101上的配线电极102的连接方法不同。但是,其它的结构大致相同,在使用本发明的实施方式的情况的作用效果也相同。从而,以下,对倒装芯片结构进行说明。
其中,基板104可以是六方晶的m面GaN基板。另外,也可以是在表面上形成有m面GaN层的六方晶的m面SiC基板。另外,也可以是在表面上形成有m面GaN层的r面蓝宝石基板、m面蓝宝石基板或a面蓝宝石基板。并且,也可以将基板104除去。
n型氮化物半导体层105例如由n型的AluGavInwN(其中,0≤u,v,w≤1、u+v+w=1)形成。作为n型掺杂剂能够使用例如硅(Si)。
有源层106包括由InYGa1-YN构成的多个势垒层(其中,0≤Y<1)和由被该势垒层将其上下夹着的InXGa1-XN构成的至少一个阱层(其中,0<X≤1)。有源层106所包含的阱层可以为单一层。另外,也可以具有阱层和势垒层交替层叠而形成的多重量子阱(MQW)结构。从半导体发光芯片100放射的光的波长由作为阱层的半导体组成的InxGa1-xN半导体中的In的组成比x决定。
p型氮化物半导体层107例如由p型的AlsGatN(其中,0≤s、t≤1,s+t=1)半导体形成。作为p型掺杂剂例如能够使用镁(Mg)。p型掺杂剂除了Mg以外,例如也可以使用锌(Zn)或铍(Be)等。p型氮化物半导体层107中,Al的组成比s可以在厚度方向上一样,另外,Al的组成比s也可以在厚度方向上连续地或阶段地变化。具体而言,p型氮化物半导体层107的厚度例如为0.05μm~2μm程度。p型氮化物半导体层107的上表面的附近、即与p侧电极108的界面的附近,Al的组成比s为0,即也可以由GaN形成。另外,在该情况下,GaN高浓度地包含p型的杂质,可以作为p侧电极108的接触层发挥作用。
p侧电极108也可以覆盖p型氮化物半导体层107的表面的大致整体。p侧电极108由将钯(Pd)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Pd/Pt)等形成。另外,p侧电极108为了提高放射光的反射率,也可以使用将银(Ag)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Ag/Pt)、或将Pd层、Ag层和Pt层依次层叠而成的层叠结构(Pd/Ag/Pt)。
n侧电极109例如由将钛(Ti)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Ti/Pt)等形成。为了提高放射光的反射率,也可以使用将Ti层、Al层和Pt层依次层叠而成的层叠结构(Ti/Al/Pt)。
图3所示的半导体发光芯片100为将半导体层层叠而成的晶片沿a轴方向和c轴方向小片化为正方形或长方形的部件。在该情况下,氮化物半导体的c面容易解理,所以具有能够使小片化的工序简单化的优点。另外,如图5的第二变形例所示,半导体发光芯片100也可以沿从a轴方向和c轴方向倾斜的方向而小片化。在该情况下,解理性缺乏的面在半导体发光芯片100的侧面露出。因此,半导体发光芯片100的侧面容易产生凹凸,具有放射光的光取出因该凹凸面而提高的优点。
第一实施方式在安装基板101的表面(以下,称为安装面)的反射特性和配置于安装面的结构部件的布局方面具有特征。以下,对安装基板101的安装面的反射特性和配置于安装面的结构部件的布局详细地进行说明。
如上所述,具有由以m面为主面(且生长面)的氮化物半导体构成的有源层106的半导体发光芯片100具有偏振特性。其结果是,在从m轴方向观看放射光的情况下,光强度相等的等高线显示接近以作为与偏振方向垂直的方向的c轴方向为长轴半径α、以作为偏振方向的a轴方向为短轴半径β的椭圆形的形状。如后所述,作为与偏振方向垂直的方向的c轴方向的放射角为约160°,作为偏振方向的a轴方向的放射角为约140°,所以放射光形成为接近长轴:短轴=2:1的椭圆形的形状。即,长轴半径α为短轴半径β的大致2倍(α=2β)。并且,安装面的反射光的形状也形成为接近椭圆形的形状。在该情况下,椭圆形的中心位置与半导体发光芯片100的平面形状的重心大致相等。图3表示椭圆形119被从半导体发光芯片100放射到外部的光主要照射的区域的最外周。被椭圆形119内的区域反射的光强烈受到安装面的影响。其中,安装面并不形成这种椭圆形。在此,考虑半导体发光芯片100在俯视时,呈以一边为L的正方形形状,其厚度为T的情况。与半导体发光芯片100的表面积大致相同程度的面积的安装面对反射有较大贡献,所以以下的式(1)成立。
式(1)
παβ-L2=L2+4TL
在此,左边为从椭圆形119的面积παβ减去俯视时的半导体发光芯片100的面积L2的值,能够认为是在椭圆形119内的安装面之中能够对反射有效地贡献的部分的面积。将该区域称为安装面有效部。右边为在半导体发光芯片100的表面之中、对光取出有贡献的表面积。因α=2β,所以椭圆形119的长轴半径α和短轴半径β,根据式(1),分别由式(2)和式(3)表示。
式(2)
Figure BDA00003228795700211
式(3)
Figure BDA00003228795700212
图6(a)和图6(b)表示将安装面有效部的长轴半径α和短轴半径β作为半导体发光芯片100的一边的长度L的函数。在图6中,使半导体发光芯片100的厚度T分别变化为10μm、100μm和200μm。从图6可知,长轴半径α和短轴半径β相对于芯片的一边的长度L,大致呈线形,一边的长度L越长,长轴半径α和短轴半径β越长。另外,芯片的厚度T越厚,长轴半径α和短轴半径β越长。
可以说在m面以外的其它的非极性面和半极性面中也相同。如上所述,以m面和a面等的非极性面、或(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、-r面和(11-22)面等的半极性面为生长面的由氮化物半导体构成的有源层也具有偏振特性。其结果是,在从有源层观看放射光的情况下,光强度相等的等高线显示接近以与偏振方向垂直的方向为长轴半径α、以偏振方向为短轴半径β的椭圆形的形状。并且,安装面的反射光的形状也形成为接近椭圆形的形状。
接着,将安装基板101的安装面划分为三个区域。
如图3所示,在俯视时,使用与有源层106的c轴方向平行的两根直线和与a轴方向平行的两根直线,将安装面上的椭圆形119的内侧的区域以半导体发光芯片100的外周被包围的方式划分为9个区域。设在这些区域之中、将半导体发光芯片100包围的区域为第一区域1。并且,设在第一区域1的外侧且与该第一区域1在c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域2,设第一区域1和第二区域2以外的6个区域的集合为第三区域3。
第一区域1以其面积为最小的方式设定与c轴方向平行的两根直线和与a轴方向平行的两根直线。椭圆形119的内侧的区域之中、减去了第一区域1之后所剩下的区域为安装面有效部。图3和图4所示的半导体发光器件中,半导体发光芯片100的在俯视时的外周与第一区域1一致。对此,在图5所示的半导体发光器件的情况下,与半导体发光芯片100的俯视时的面积相比,第一区域1的面积较大。
图7表示安装面有效部之中、第二区域2所占的比例和半导体发光芯片100的一边L的关系。使半导体发光芯片100的厚度T以10μm、100μm和200μm地变化。芯片的一边的长度L变得越大,第二区域2所占的比例变得越大。另外,芯片的厚度T变得越薄,第二区域2所占的比例变得越大。
在厚度T和一边的长度L相等的情况(T=L)下,第二区域2所占的比例为大致50%,在T<L的情况下,第二区域2所占的比例超过50%。从而,在T<L中,安装面有效部中,第二区域2为主导。
另外,在T=L/6的情况下,第二区域2所占的比例为大致80%,在T<L/6的情况下,第二区域2所占的比例超过80%。从而,在T<L/6中,在安装面有效部中,可以说第二区域2为非常主导。
半导体发光芯片100的一般的芯片尺寸L为从200μm至1000μm,芯片的厚度T为150μm以下。因此,在该范围内,第二区域2所占的比例超过50%。特别是,作为大输出用增大芯片尺寸的情况下,第二区域2的影响变得更强。即,在具有包含以m面为生长面的有源层106的半导体发光芯片100的半导体发光器件中,作为安装基板101的安装面的反射面有较大贡献的区域为在图3中所示的第二区域2。这种见解是本发明者们发现的。
将在安装基板101中,被来自有源层106的光照射的区域、即与偏振方向垂直的c轴方向的半导体发光芯片100的侧方的区域称为高偏振特性区域。在高偏振特性区域反射的光较多包含电场强度偏向与半导体发光芯片100的偏振方向相同的a轴方向的光。高偏振特性区域例如包含第二区域2。在本实施方式中,第二区域2的表面被多个配线电极102覆盖。另外,至少第二区域2的各配线电极102的表面的镜面反射的比例为15%以上。配置在除第二区域2之外的区域的配线电极102的表面的镜面反射的比例可以为不足15%。镜面反射的比例指镜面反射率对镜面反射率和漫反射率的合计所占的比例。另外,至少第二区域2的配线电极102的表面的镜面反射的比例可以为50%以上。配线电极102的构成材料和安装基板101的构成材料(主材料)可以不同。即,作为安装面有效部主导的第二区域2配置镜面反射的比例高的材料,由此能够维持半导体发光器件的偏振度,从而,能够抑制该偏振度的降低。
另外,将安装基板101中,被来自有源层106的光照射的区域且高偏振特性区域以外的区域称为低偏振特性区域。在低偏振特性区域反射的光多包含在a轴以外的方向上具有电场强度的光。低偏振特性区域例如包含第三区域3。在本实施方式中,第三区域3的表面的至少一部分具有镜面反射率比第二区域2的镜面反射率低的部分。例如在第三区域3的第一区域1的侧方部分不形成配线电极102,安装基板101的表面或其它的绝缘层露出。其中,第三区域3的表面的至少一部分具有镜面反射的比例比第二区域2的镜面反射的比例低的部分即可,与安装基板101的主材料不同的材料可以露出。
如上所述,作为放射光的反射面不是主导的第三区域3配置有镜面反射率低的材料,也能够抑制放射光的偏振度的降低。
在此,配线电极102的表面其表面粗糙度可以为50nm以下。由此,能够使配线电极102的表面的镜面反射率为50%以上。使配线电极102的表面的镜面反射率为50%以上,由此能够抑制第二区域2的反射光的偏振度的降低。
并且,配置在第三区域3的表面的至少一部分、镜面反射率比第二区域2的镜面反射率低的部分的面积可以为安装面有效部的面积的10%以下。具体来讲,镜面反射率比第二区域2的镜面反射率低的部分的设定面积,在半导体发光芯片100的一边的长度设为L、该芯片100的厚度设为T的情况下,可以设定为满足式(4)的面积。
式(4)
设定面积<(L2+4TL)/10
构成安装基板101的主材料能够使用氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等绝缘性材料、铝(Al)、铜(Cu)或钨(W)等金属材料、硅(Si)或锗(Ge)等半导体材料、或这些的复合材料。
安装基板101的主材料为氧化铝或AlN等绝缘性材料的情况下,作为构成配线电极102的材料,第二区域2可以使用铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)等金属。
另外,安装基板101的主材料为Al、Cu或W等金属材料、或Si或Ge等半导体材料的情况下,在将安装基板101的表面用绝缘膜覆盖后,作为配线电极102可以至少第二区域2有选择地形成Al、Ag、Au或Cu等金属膜即可。在该情况下,绝缘膜能够使用包含由氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)或氧化硅(SiO2)等构成的微粒子的有机硅树脂等。
另外,作为安装基板101,能够使用在金属膜的表面粘合氧化铝等的陶瓷的复合材料。安装基板101的主材料为Al、Cu或W等金属的情况下,也可以使主材料原样地在第二区域2露出。
对此,作为配线电极102的构成材料能够使用以Al或Ag等为主成分的材料。这些配线电极102中,镜面反射对合计反射率的比例为15%以上。另外,如上所述,配线电极102的表面粗糙度可以为100nm以下。使配线电极102的表面粗糙度为100nm以下,由此镜面反射对合计反射率的比例为50%以上。
在本实施方式中,安装基板101的安装面中的椭圆形119的外侧的区域对半导体发光器件的动作特性不产生大的影响。从而,在椭圆形119的外侧的区域可以配置任意的材料或部件(电子部件)。
如以上说明的那样,当采用第一实施方式时,能够抑制保持半导体发光芯片100的安装基板101的安装面反射的光的偏振度的降低,并能够将降低反射光的偏振度的材料或部件适当地配置于安装面上。
(制造方法)
以下,参照图3说明第一实施方式的半导体发光器件的制造方法。
首先,利用有机金属化学气相沉淀(MOCVD)法等,使n型氮化物半导体层105在由以m面为主面的n型GaN构成的基板104的主面上外延生长。即,作为n型掺杂剂例如使用硅(Si),供给作为镓源的TMG(Ga(CH3)3)和作为氮源的氨水(NH3),在900℃以上且1100℃以下程度的生长温度下,形成厚度为1μm~3μm程度的由GaN构成的n型氮化物半导体层105。其中,此处的基板104为晶片状态,能够一次制作多个成为半导体发光器件的发光结构体。
接着,在n型氮化物半导体层105上生长由氮化物半导体构成的有源层106。有源层106例如使由厚度15nm的In1-xGaxN构成的阱层和由厚度10nm的GaN构成的势垒层交替层叠,采用InGaN/GaN多重量子阱(MQW)结构。形成由In1-xGaxN构成的阱层时,使生长温度下降至700℃~800℃程度,以使得In可靠地进入生长中的阱层。根据半导体发光器件的用途选择发光波长,决定与波长相应的In组成比x。例如在使波长为450nm(蓝色)的情况下,将In组成比x决定为0.25~0.27。另外,在使波长为520nm(绿色)的情况下,将In组成比x决定为0.40~0.42。另外,在使波长为630nm(红色)的情况下,将In组成比x决定为0.56~0.58。
接着,在有源层106上外延生长p型氮化物半导体层107。即,作为p型杂质,例如使用Cp2Mg(二茂镁,Bis(cyclopentadienyl)magnesium),供给TMG和NH3作为原料,在900℃以上且1100℃以下程度的生长温度下,在有源层106上形成厚度50nm~500nm程度的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层107。在p型氮化物半导体层107的内部也可包含厚度15nm~30nm程度的p型AlGaN层。设置p型AlGaN层,由此能够抑制作为载流子的电子的溢出。另外,也可以在有源层106和p型氮化物半导体层107之间设置不掺杂GaN层。
接着,为了实现掺杂于p型氮化物半导体层107的Mg的活性化,在800℃~900℃程度的温度下进行20分钟程度的热处理。
接着,利用光刻法和使用氯(Cl2)类气体的干法蚀刻,对形成的半导体层叠结构有选择地进行蚀刻,至p型氮化物半导体层107。由此,将p型氮化物半导体层107、有源层106和n型氮化物半导体层105的一部分除去而形成凹部112,使n型氮化物半导体层105的一部分露出。
接着,以与n型氮化物半导体层105的露出的区域上接触的方式,有选择地形成n侧电极109。在此,作为n侧电极109例如形成钛(Ti)和铂(Pt)的层叠膜(Ti/Pt层)。
接着,以与p型氮化物半导体层107上接触的方式,有选择地形成p侧电极108。例如,形成钯(Pd)和铂(Pt)的层叠膜(Pd/Pt层)作为p侧电极108。然后,进行热处理,使Ti/Pt层和n型氮化物半导体层105之间、以及Pd/Pt层和p型氮化物半导体层107之间分别合金化。其中,n侧电极109和p侧电极108的成膜的顺序并无特别。
接着,对基板104的与n型氮化物半导体层105相反侧的面(背面)进行研磨,使该基板104薄膜化至规定量。
使这样制作的多个半导体发光器件小片化为单个的半导体发光芯片100。小片化工序具有激光切割法和解理法等几种方法。被小片化的单个的半导体发光芯片100被安装于安装基板101的安装面上。在此,对倒装芯片结构进行说明。
首先,准备安装基板101。作为安装基板101的主材料,如上所述,能够使用氧化铝或AlN等绝缘性材料、Al或Cu等金属材料、Si或Ge等半导体材料、或这些的复合材料。配线电极102能够使用以Al或Ag等为主成分的金属材料。
配线电极形成用的金属膜,利用溅射法或镀敷法等的成膜工序在安装基板101的表面上成膜。然后,利用光蚀刻工序等,在已成膜的金属膜上实施所期望的抗蚀剂图案。此时,图案化后的配线电极102以至少形成在第二区域2的方式设计抗蚀剂图案。例如配线电极102覆盖至少第二区域2,并且在第三区域3及其外侧的区域,以安装基板101的表面或绝缘膜露出的方式设计抗蚀剂图案。然后,利用干法蚀刻或湿法蚀刻,将抗蚀剂图案转印至配线电极102,形成具有所期望的电极图案的配线电极102。
接着,在配线电极102上的规定的位置分别形成多个凸起103。凸起103的构成材料优选使用金(Au)。各凸起103的形成能够使用凸起接头(bump bonder),形成直径40μm~80μm程度的凸起。另外,替代凸起接头,也能够通过镀Au处理形成凸起103。如上所述,例如利用超音波接合法,在形成有多个凸起103的配线电极102上,连接半导体发光芯片100的电极形成面。
这样,能够获得第一实施方式的半导体发光器件。
(第二实施方式)
以下,参照图8(a)~图8(d)说明本发明的第二实施方式的半导体发光器件。在图8中,对与图3相同的结构部件标注相同的符号,由此省略说明。在以下的各实施方式中也相同。在此,对与第一实施方式的不同点进行说明。
如图8(a)和图8(b)所示,第二实施方式的与第一实施方式的不同点在于,在俯视时,半导体发光芯片100的表面、具体而言基板104的与安装基板101相反侧的光取出面形成有条纹状的凹凸部104a。在此,凹凸部104a的与条纹的延伸方向垂直的方向的截面形状为大致半球状。
在第二实施方式中,通过在作为放射光的取出面的基板104的背面形成的条纹状的凹凸部104a,能够提高光的取出效率。条纹的延伸方向相对于有源层106的a轴方向倾斜角度θ。其中,在从a轴倾斜的角度θ为0°至不足5°的情况下,放射光的偏振度的降低被抑制。并且,从a轴倾斜的角度θ可以为大致0°。
形成在基板104的背面的凹凸部104a,在使该基板104薄膜化之后,利用光刻法形成抗蚀剂图案,并且,能够通过氯类的干法蚀刻将基板104的背面加工为条纹状来制作。
图8(c)和图8(d)表示凹凸部104a的变形例。图8(c)是凹凸部104a的与条纹的延伸方向垂直的方向的截面形状为方形形状的例子。另外,图8(d)是凹凸部104a的与条纹的延伸方向垂直的方向的截面形状为三角形形状的例子。
即使在第二实施方式中,对于安装面有效部,也采用与第一实施方式相同的构成。即,在椭圆形119的内侧定义的至少第二区域2的表面,被镜面反射的比例为15%以上的配线电极102覆盖。并且,配线电极102的表面的镜面反射的比例可以为50%以上。
即使在本实施方式,第三区域3的表面上的一部分也形成有镜面反射率比第二区域2的镜面反射率低的部分,但第三区域3对偏振度的降低的影响小。因此,能够抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并将使偏振度降低的材料或部件适当地配置于安装面上。
并且,在本实施方式中,在作为光取出面的基板104的背面形成条纹状的凹凸部104a,由此能够提高光输出。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第三实施方式)
以下,参照图9(a)和图9(b)说明本发明的第三实施方式的半导体发光器件。在此,对与第一实施方式的不同点进行说明。
如图9(a)和图9(b)所示,第三实施方式的第一实施方式的不同点在于,安装基板101的安装面配置有反射部件120。反射部件120形成腔(cavity)。反射部件120控制来自半导体发光芯片100的放射光的指向性和放射图案。另外,利用有机硅树脂等的透明部件对半导体发光芯片100的上表面进行密封时,作为流入的透明部件的杯体(容器)发挥功能。另外,反射部件120有时具有对来自半导体发光芯片100的放射光的指向性和放射图案进行控制的功能,所以也被称为反射器。
反射部件120被划分为与安装面接触的下端的开口部120a、上端的开口部120b、与半导体发光芯片100的侧面相对的反射面120c、以及上表面120d。反射部件120的反射面120c可以使用光的反射率高的材料。例如能够使用铝(Al)。
其中,在第三实施方式中,反射部件120的开口部的平面形状为圆形,但是这不过是一个例子。例如、反射部件120的开口部的平面形状也可以为长圆形、椭圆形或三角形以上的多角形。
设反射部件120的高度为H1,设相对a轴从半导体发光芯片100的侧面至反射部件120的上端的开口部120b的距离为D1,设相对c轴从半导体发光芯片100的侧面至反射部件120的上端的开口部120b的距离为D2。半导体发光芯片100的放射光在反射部件120的反射面120c有效地进行反射的条件是c轴方向的放射角为160°、且a轴方向的放射角为140°,所以a轴方向为式(5),c轴方向为式(6)。
式(5)
D1=H1·tan(140°/2)=2.75×H1
式(6)
D2=H1·tan(160°/2)=5.67×H1
D1和D2比从上述的式(5)和式(6)获得的值小的情况下,受到反射部件120的反射面120c的影响较强。从而,在以控制光的指向性和放射图案为目的设置反射部件120的情况下,以比从上述的式(5)和式(6)获得的值小的方式设定D1和D2。
第二区域2进一步被划分为三个。第二区域2之中被划分为与安装基板101的表面对应的区域2a、与反射部件120的反射面120c对应的区域2b、与反射部件120的上表面120d对应的区域2c。区域2b为第二区域2之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有反射面120c的区域。即,区域2b为反射面120c之中、第二区域2所包含的区域。区域2c为第二区域2之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有上表面120d的区域。即,区域2c为上表面120d之中、第二区域2所包含的区域。
同样,第三区域3在第三区域3之中被划分与安装基板101的表面对应的区域3a、与反射部件120的反射面120c对应的区域3b、与120的上表面120d对应的区域3c。区域3b为在第三区域3之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有反射面120c的区域。即,区域3b为反射面120c之中、第三区域3所包含的区域。区域3c为第三区域3之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有上表面120d的区域。即,区域3c为上表面120d之中、第三区域3所包含的区域。在此,区域2c和区域3c为椭圆形119的内侧的区域,但不与放射光相碰,所以不作为光的反射面发挥功能。
即,第三实施方式中,第二区域2的距离D2比式(6)所示的5.67×H1小。并且,第二区域2的区域2a和区域2b的表面被镜面反射的比例为15%以上的材料覆盖。并且,区域2a和区域2b的表面可以被镜面反射的比例为50%以上的材料覆盖。
其中,即使在本实施方式中,在第三区域3的表面的一部分形成有镜面反射率比第二区域2的镜面反射率低的部分。但是,第三区域3对偏振度的降低的影响小,所以能够抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并将使偏振度降低的材料或部件适当地配置于安装面上。
并且,利用设置在安装基板101的安装面上的反射部件120,能够控制放射光的指向性和放射图案。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第四实施方式)
以下,参照图10(a)和图10(b)说明本发明的第四实施方式的半导体发光器件。在此,对与第一实施方式的不同点进行说明。
如图10(a)和图10(b)所示,第四实施方式的与第一实施方式的不同点在于,在安装基板101上配置有多个半导体发光芯片100。在此,2个半导体发光芯片100配置为在a轴方向大致成为一列。其中,半导体发光芯片100不限于2个,也可以将3个以上的半导体发光芯片100在a轴方向上大致一列地配置。
如上所述,a轴方向的放射角比c轴方向的放射角小,所以在与a轴方向一致地配置的情况下,相邻的半导体发光芯片100彼此的放射光难以产生干涉。一个半导体发光芯片100的放射光在进入到另一个半导体发光芯片100的内部的情况下,产生基于光吸收的光输出的降低、光的反射导致的指向性的散乱和放射图案的散乱等的问题。但是,在使多个半导体发光芯片100与a轴方向一致地配置的情况下,与在c轴方向上配置的情况相比,产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的间隔为一半以下,所以能够将多个半导体发光芯片100高密度地配置。
设从安装基板101的安装面至各半导体发光芯片100的高度为H2,设a轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D3的情况下,a轴方向的放射角为140°,所以因放射光而产生光的干涉的间隔D3'为式(7)。
式(7)
D3'=H2·tan(140°/2)=2.75×H2
从而,在间隔D3'为2.75×H2以下的情况下,从半导体发光芯片100的侧面放射的、朝向半导体发光器件的上方的放射光与相邻的半导体发光芯片100干涉。
另外,在由一个半导体发光芯片100生成的椭圆形119内的安装面有效部与由其它的半导体发光芯片100生成的椭圆形119重合的情况下,也产生光的干涉。
第三区域3中的a轴方向上的最大宽度,在以半导体发光芯片100中的一边的长度为L时,由(短轴半径β)-L/2表示,所以根据式(3),由以下的式(8)表示。在此,T为半导体发光芯片100的厚度。
式(8)
Figure BDA00003228795700311
即,在间隔D3'和D3''之中、大的值为产生光的干涉的边界值。
图11表示从安装基板101的安装面至半导体发光芯片100的高度H2和产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的a轴方向的间隔D3的关系。D3的值比各自图11中所示的各折线图的值小的情况下,产生光的干涉。半导体发光芯片的一边的长度L以100μm、500μm、700μm、1000μm、1500μm和2000μm地变化。
从图11可知,当半导体发光芯片100的高度H2变大时,朝向半导体发光器件的上方的放射光变得容易与相邻的半导体发光芯片100干涉。另外,当半导体发光芯片100的一边的长度L变大时,具有容易产生因安装面有效部相互重合导致的光的干涉的倾向。
从而,根据式(7)和式(8),间隔D3比D3'和D3''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,当间隔D3比D3'和D3''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
其中,在第四实施方式中,多个半导体发光芯片100可以相互串联连接。在并联连接的情况下,需要将多个半导体发光芯片100的工作电压设定为大致相等,但在串联连接的情况下,即使多个半导体发光芯片100的工作电压不同,也能够进行发光。
根据本实施方式,在具有多个半导体发光芯片100的半导体发光器件中,能够抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够抑制在相邻的半导体发光芯片100彼此之间产生的光的干涉,所以能够进行高密度集成化。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第五实施方式)
以下,参照图12(a)和图12(b)说明本发明的第五实施方式的半导体发光器件。在此,对与第四实施方式的不同点进行说明。
如图12(a)和图12(b)所示,第五实施方式的与第四实施方式的不同点在于,在安装基板101上矩阵状地配置有多个半导体发光芯片100。在此,4个半导体发光芯片100在a轴方向和c轴方向上2行2列配置。其中,半导体发光芯片100不限于4个,也可以将5个以上的半导体发光芯片100配置成2行2列以上的矩阵状。
设从安装基板101的安装面至各半导体发光芯片100的高度为H2,设c轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D4的情况下,c轴方向的放射角为160°,所以因放射光而产生光的干涉的间隔D4'为式(9)。
式(9)
D4'=H2·tan(160°/2)=5.67×H2
从而,在间隔D4'为5.67×H2以下的情况下,从半导体发光芯片100的侧面放射的、朝向半导体发光器件的上方的放射光与c轴方向上相邻的半导体发光芯片100干涉。
另外,由一个半导体发光芯片100生成的椭圆形119内的安装面有效部与由c轴方向的其它的半导体发光芯片100生成的椭圆形119重合的情况下,也产生光的干涉。
第二区域2中的c轴方向上的最大宽度,在以半导体发光芯片100中的一边的长度为L时,由(长轴半径α)-L/2表示,所以根据式(2),由以下的式(10)表示。在此,T为半导体发光芯片100的厚度。
式(10)
Figure BDA00003228795700321
即,在间隔D4'和D4''之中、大的一方的值为产生光的干涉的边界值。
图13表示从安装基板101的安装面至半导体发光芯片100的高度H2和产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的c轴方向的间隔D4的关系。D4的值比各自在图13中所示的各折线图的值小的情况下,产生光的干涉。半导体发光芯片的一边的长度L以300μm、500μm、700μm、1000μm、1500μm和2000μm地变化。
从图13可知,当半导体发光芯片100的高度H2变大时,朝向半导体发光器件的上方的放射光变得容易与c轴方向上相邻的半导体发光芯片100干涉。另外,当半导体发光芯片100的一边的长度L变大时,具有容易产生因安装面有效部相互重合导致的光的干涉的倾向。
可知比较第四实施方式的图11和第五实施方式的图13时,c轴方向与a轴方向相比,相邻的半导体发光芯片100彼此容易产生干涉。
根据以上,使a轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D3、c轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D4的情况下,可以使a轴方向的间隔D3比c轴方向的间隔D4小(D3<D4)。这样,能够抑制相邻的半导体发光芯片100彼此之间的光的干涉。
a轴方向上的间隔D3比D3'和D3''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,a轴方向上的间隔D3比D3'和D3''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
c轴方向上的间隔D4比D4'和D4''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,c轴方向上的间隔D4比D4'和D4''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
另外,设在a轴方向上配置的半导体发光芯片100的个数为Na,设在c轴方向上配置的半导体发光芯片100的个数为Nc时,使在a轴方向上配置的个数Na比在c轴方向上配置的个数Nc多即可(Na>Nc)。这样一来,即使将半导体发光器件所包含的全部芯片数设定为相同,Na>Nc的情况与Na<Nc的情况相比,能够进一步高密度地使半导体发光芯片100的集成化。
当采用第五实施方式时,在具有多个半导体发光芯片100的半导体发光器件中,抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并且,以放射角大的c轴方向变得稀疏、且在与c轴方向相比放射角小的a轴方向上紧密的方式配置多个半导体发光芯片100。因此,相邻的半导体发光芯片100彼此之间产生的光的干涉被抑制,所以能够进行高密度集成化。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第六实施方式)
以下,参照图14(a)和图14(b)说明本发明的第六实施方式的半导体发光器件。在此,对与第一实施方式的不同点进行说明。
如图14(a)和图14(b)所示,第六实施方式的与第一实施方式的不同点在于,在安装基板101的安装面上配置有保护元件121。保护元件121例如为了从电涌等的高电压保护半导体发光芯片100,与半导体发光芯片100并联连线。保护元件121能够使用例如变阻器或齐纳二极管等。变阻器除了使用氧化锌(ZnO)作为添加物之外还能够使用陶瓷等。另外,作为齐纳二极管能够使用包含硅(Si)的齐纳二极管。
第六实施方式的特征在于,将保护元件121配置于安装面上中的第二区域2以外的区域。在此,作为一个例子,将保护元件121配置于遍及第三区域3及其外侧的区域。
将保护元件121配置于安装面上的第二区域2以外的区域,由此能够抑制因放射光该保护元件121而散射、该放射光的偏振度降低的所谓的保护元件121导致的影响。并且,能够抑制放射光被配置的保护元件121吸收、光输出降低的所谓的保护元件121导致的影响。
并且,也可以将保护元件121配置于椭圆形119的外侧的区域。这样一来,能够充分抑制放射光因保护元件121而散射且偏振度降低的所谓的保护元件121导致的影响。并且,能够充分抑制放射光被保护元件121吸收而使光输出降低的所谓的保护元件121导致的影响。
当采用第六实施方式时,能够抑制在安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够实现保护元件121的光吸收的影响被抑制的半导体发光器件。
其中,保护元件121是作为电子部件的一个例子,配置于安装基板101的安装面上的电子部件不限于保护元件。另外,所配置的电子部件不限于1个,也可以配置多个电子部件。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第七实施方式)以下,参照图15(a)和图15(b)说明本发明的第七实施方式的半导体发光器件。在此,对与第一实施方式的不同点进行说明。
如图15(a)和图15(b)所示,第七实施方式的与第一实施方式的不同点在于,在安装基板101上的安装面中的第三区域3配置有位置对齐用标记122。
本实施方式的位置对齐用标记122为将半导体发光芯片100配置在安装基板101的安装面上、具体来讲,配线电极102上的规定的位置时的记号。如图15(a)所示,作为一例,在半导体发光芯片100的4个角部的外侧设置正方形状的位置对齐用标记122。但是,位置对齐用标记122的平面形状不限于此。另外,只要是目视确认或安装用的设备能够认识的形状,可以为任何的形状。另外,只要是目视确认或安装用的设备能够认识,个数也不限于4个。重要的点是将位置对齐用标记122配置于安装面的第三区域3。
在安装基板101上的安装面中的第三区域3配置位置对齐用标记122,由此能够减小对放射光的偏振特性带来的影响。位置对齐用标记122也可以配置于配线电极102之外的部位。位置对齐用标记122的构成材料能够使用与配线电极102相同的材料。另外,例如形成配线电极102时,可以将与位置对齐用标记122相对应的部位的配线电极102除去,使安装基板101的表面露出。同时形成位置对齐用标记122和配线电极102时,能够降低制造成本。
当采用第七实施方式时,能够抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够实现位置对齐用标记122的偏振特性带来的影响被抑制的氮化物半导体发光器件。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
如上述所述,采用从第一实施方式至第七实施方式,能够抑制以m面和a面等的非极性面或(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、-r面和(11-22)面等的半极性面为生长面的氮化物类的半导体发光器件的偏振度的降低。并且,在抑制了氮化物类的半导体发光芯片的偏振度的降低的状态下,能够将多个半导体发光芯片高密度地配置于安装面上。
其中,即使在上述任一实施方式及其变形例中,也用透明部件将半导体发光芯片100的周围覆盖。利用透明部件将半导体发光芯片100的周围覆盖,由此从半导体发光芯片100向外部取出的光的量增大。另外,能够保护半导体发光芯片100不受外界大气所包含的水分或污染物质的影响。图16是利用透明部件123覆盖图3所示的第一实施方式的半导体发光芯片100的周围的一个例子。透明部件123能够使用有机硅树脂或丙烯酸树脂等的树脂材料、或低温玻璃材料等。图16中,作为透明部件123的形状例示有半球状的例,但也可以为从半球状凹陷的形状,能够采用立方体状或长方体状等、任意的形状。
另外,在第三实施方式中说明了的设置反射部件120的构成,对于第三实施方式以外的其它的实施方式及其变形例也能够应用。
[实施例]
在实施例时,在实施例之前定量地说明在第一至第七各实施方式中说明了的、(1)放射光的取向分布特性的评价、(2)反射材料的反射特性的评价和(3)光取出面的凹凸部给予光特性的评价。
(1)m面氮化物半导体发光芯片的放射光的配光分布特性的评价
首先,在以晶片状态的m面为主面的N型GaN基板上形成有厚度为2μm的由n型GaN构成的n型氮化物半导体层、由InGaN构成的量子阱层和由GaN构成的势垒层所构成的具有3周期的量子阱结构的有源层、以及厚度为0.5μm的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层。为了制作不同的发光波长的半导体发光芯片,而适当改变In的供给量和结晶生长温度,由此制作了由InGaN构成的量子阱层的In组成不同的多个芯片。
作为n侧电极形成Ti/Pt层,作为p侧电极形成Pd/Pt层。以m面为主面的n型GaN基板通过背面研磨而薄至150μm的厚度。使用金刚石笔,在晶片的c轴方向[0001]和a轴方向[11-20]上形成从表面开始深数μm程度的槽。之后,进行晶片的制动(braking),分割为一边为350μm的小片。
将所制作的半导体发光芯片100倒装芯片装载于由氧化铝构成的、在上表面形成有配线的安装基板101上,由此制作出图3所示的半导体发光器件。为了关注来自半导体发光器件的放射光的配光分布特性,可以不在半导体发光器件的表面形成密封部。
对于这样制作的半导体发光器件,使用Optronic Laboratories社制的OL700-30LED GONIOMETER。通过国际照明委员会CIE发行的CIE127中明确记载的condition A(从LED的前端至受光部118的距离为316mm),测定了a轴方向上的配光分布特性和c轴方向上的配光分布特性。
图17(a)和图17(b)示意性地表示配光分布特性的测定系统。
图17(a)所示的a轴方向上的配光分布特性是,将半导体发光芯片100的有源层的m面中的作为法线方向的m轴方向[1-100]和与测定器118连接的测定线124所成的角度为测定角,以半导体发光芯片100的c轴为中心轴使半导体发光芯片100旋转并测定了光度的值。
另外,图17(b)所示的c轴方向上的配光分布特性是,半导体发光芯片100的有源层的m面中的作为法线方向的m轴方向[1-100]和与测定器118连接的测定线124所成的角度为测定角,以半导体发光芯片100的a轴为中心使半导体发光芯片100旋转并测定了光度的值。在此,以配光分布特性的m轴方向[1-100]的光度为1,将光度为0.5的角度范围称为放射角。
图18表示半导体发光芯片100的a轴方向以及c轴方向上的放射角和发光波长的关系。对半导体发光芯片100的注入电流为10mA。从图18可知,c轴方向上的放射角大致固定,其值为约160°。a轴方向的放射角,在发光波长为420nm以上的情况下大致固定,其值为约140°。即,在以m面为有源层的半导体发光芯片100中,具有在c轴方向上扩展的配光分布特性。在考虑光度为0.5的等高线的情况下,该形状类似于以c轴方向为长轴方向、以a轴方向为短轴方向的椭圆形状。当c轴方向的放射角为160°、a轴方向的放射角为140°时,长轴(c轴方向):短轴(a轴方向)=2:1。
(2)反射材料的反射特性的评价
作为构成安装基板101的母材或配线电极102的构成材料,准备15种的样本,测定各自的反射率。反射率的测定使用日本分光株式会社制的分光光度计(UV-VIS),对镜面反射率和漫反射率进行了测定。在使用UV-VIS的绝对反射率测定中,对入射角和反射角相等的反射光的反射率进行了测定。从而,被测定的绝对反射率(absolute reflectivity)是指镜面反射率(mirror reflectivity)或正反射率(specular reflectivity)。另外,在使用UV-VIS的相对反射率测定中,以标准反射板(美国蓝菲光学(Labsphere)社制Spectralon)的反射率为100%,来测定漫反射的试样的反射率。从而,被测定的相对反射率(relative reflectivity)是指漫反射率(diffuse reflectivity)。
[表1]表示对于15种样本、最表面的材质、最表面的粗糙度Ra、母材的材质、母材表面的粗糙度Ra、最表面的镜面反射率、最表面的漫反射率、最表面的合计反射率和最表面的镜面反射的比例。反射率为波长450nm中的值。
[表1]
Figure BDA00003228795700381
Figure BDA00003228795700391
样本1为高温烧制而成的、厚度为1mm的氧化铝陶瓷(以下,称为高温烧制氧化铝陶瓷。)。高温烧制氧化铝陶瓷显示绝缘性。
样本2是在样本1的高温烧制氧化铝陶瓷上成膜有厚度为4μm程度的银(Ag)而形成的。
样本3是在样本1的高温烧制氧化铝陶瓷上成膜有厚度为4μm程度的金(Au)而形成的。
样本4是在样本1的高温烧制氧化铝陶瓷上成膜有厚度为10μm程度的类金刚石(DLC)膜而形成的。
样本5是在样本4的高温烧制氧化铝陶瓷上形成的DLC膜上成膜有厚度4μm程度的Ag而形成的。
样本6为低温烧制的、厚度约0.6mm的氧化铝陶瓷(以下称为低温烧制氧化铝陶瓷。)。低温烧制氧化铝陶瓷显示绝缘性。
样本7是在样本6的低温烧制氧化铝陶瓷上成膜有厚度为10μm程度的Ag而形成的。
样本8是厚度约0.7mm的由氮化铝(AlN)构成的陶瓷。AlN陶瓷显示绝缘性。
样本9是在AlN陶瓷上成膜有厚度4μm程度的Ag而形成的。
样本10是在AlN陶瓷上成膜有厚度4μm程度的Au而形成的。
样本11是在样本10的AlN陶瓷上形成的Au上成膜有厚度3μm程度的铝(Al)而形成的。
样本12是在由m面GaN构成的单晶基板上成膜厚度400nm程度的Ag,在500℃的温度下进行一分钟的热处理而构成的。
样本13为厚度1mm程度的铝(Al)板。
样本14是在有机硅树脂中添加有由氧化钛(TiO2)构成的微粒子的白色有机硅。白色有机硅显示绝缘性。
样本15是在玻璃上蒸镀厚度为1μm程度的铝(Al)而形成的。
从[表1]可知,样本4的DLC膜为也被用于反射防止膜的材料,合计反射率为5%程度而较低。样本3和10的最表面为Au,合计反射率为30%程度而较低。样本8的最表面为AlN,合计反射率为33%程度而较低。其它的样本的合计反射率显示58%以上的比较高的值。
样本1、6和14的镜面反射的比例不足2%,是漫反射非常主导的材料。在这种材料中,光侵入母材的内部发生散射并进行反射。因此,反射光的漫反射成为主导。
其它的样本的镜面反射的比例比12%大,作为反射光的成分包含镜面反射。这些材料为使光在表面反射的材料,金属等的导电性材料与这些相当。这些材料的镜面反射的比例较强地依赖于材料的最表面的粗糙度和母材的表面粗糙度。
图19(a)关于样本2、5、7、9和12的Ag最表面的反射,分别表示Ag最表面的粗糙度和镜面反射率、漫反射率和镜面反射的比例的关系。Ag最表面的粗糙度增大时,漫反射率增大,相反,镜面反射率降低。镜面反射率和漫反射率交替被更换的部位、即镜面反射的比例为50%时的Ag最表面的粗糙度为约100nm。即,被认为当配线电极102的表面的凹凸为100nm以下时,光难以受到表面的凹凸形状的影响,镜面反射变强。
图19(b)表示样本2、5、7、9和12的母材表面的粗糙度和Ag最表面的粗糙度的关系。母材表面的粗糙度和Ag最表面的粗糙度存在强相关的关系,为了使Ag最表面的粗糙度在100nm以下,可以使母材表面的粗糙度在200nm以下。
接着,样本1、13和15的表面上配置半导体芯片100来测定偏振度,由此调查了反射面的反射特性对偏振度带来的影响。图20(a)和图20(b)表示用于对反射特性对偏振度带来的影响的评价系统。图20(a)示意性地表示本评价系统的截面结构。另外,图20(b)为在注入电流为10mA的情况下,从上方对从各半导体发光芯片100放射的光及其反射光的样子进行摄影的照片。各半导体发光芯片100利用以下的第一实施例所示的制造方法来制作。芯片的一边为950μm,基板104的厚度为150μm。发光层的发光波长为450nm。对于各样本,设置于半导体发光芯片100的p侧电极102和n侧电极109配置为朝向上方。
半导体发光芯片100的p侧电极108和n侧电极109均为不透过光的材料,所以从半导体芯片100的侧面放射出的光在各样本的表面反射。使探针125与p侧电极108和n侧电极109接触,注入规定的电流。从图20(b)所示的样本1的平面照片可知,样本1的表面的反射光的形状为以c轴方向为长轴、以a轴方向为短轴的大致椭圆形。样本1的表面为漫反射率非常高的氧化铝,所以可清楚得知,光在安装面上扩散,安装面有效部接近椭圆形。另一方面,样本13和样本15的表面为镜面反射率非常高的材料,所以安装面的反射形状变得不明确。这可以认为是因为光不进入到摄影的摄像机的光学系统,安装面有效部被认为是椭圆形。
图21示意性地表示偏振度的测定系统。利用电源16使作为测定对象的由氮化物类半导体构成的半导体发光器件11发光。半导体发光器件11的发光利用实体显微镜13来确认。实体显微镜13具有两个口(port),一个口安装有硅光电检测器14,另一个口安装有CCD摄像机15。在半导体发光器件11和实体显微镜13之间插入有偏光板12。使该偏光板12旋转,利用硅光电检测器14来测定发光强度的最大值和最小值。
图22表示在样本1、13和15上配置有半导体发光芯片100的情况的偏振度。偏振度使用样本15的值进行标准化。反射面的镜面反射率越大,越能够维持反射光的偏振度而抑制其降低。另一方面,可知,反射面的镜面反射率越小,反射光的偏振度越降低。为了在标准化偏振度中实现0.5以上,可以使镜面反射的比例为66%以上。从图19(a)能够获得作为镜面反射的比例为66%以上的值,是形成在具有50nm以下的表面粗糙度的母材上的金属的情况。
(3)形成在光取出面的凹凸部对偏振带来的影响的评价
提高来自氮化物类的半导体发光芯片的光取出效率,所以如图8(a)所示,具有在芯片的光取出面形成凹凸部的情况。在此,调查关于在光取出面设置有条纹状的凹凸部的半导体发光器件,条纹的延伸方向和发光层的a轴方向所成的角度对偏振度带来的影响。利用以下的与第一实施例相同的方法,制作出具有由以m面为生长面的氮化物半导体构成的发光层的半导体发光芯片。
半导体发光芯片是一边为350μm的正方形状,基板的厚度为100μm。半导体发光芯片的表面(基板的背面)形成有条纹状的凹凸部。条纹状的凹凸部的截面形状,如图8(d)所示,为接近等腰三角形的形状,使凸部彼此的间隔为8μm,使凸部的高度为2.5μm。使条纹的延伸方向和偏振光的电场方向(发光层的a轴方向)所成的角度θ以0°、5°、30°、45°和90°地变化。图23表示这些半导体发光器件的标准化后的偏振度。标准化偏振度是设角度θ为0°的时的值为1.0进行了标准化的值。采用图23所示的测定结果时,角度θ为5°以上,偏振度降低。从而,θ可以为0°以上且不足5°。由此,能够抑制偏振度的降低。并且,可以使θ为大致0°。由此,能够进一步抑制偏振度的降低。
(第一实施例)
以下,参照图24说明第一实施例的半导体发光器件。最初,说明构成第一实施例的半导体发光器件的半导体发光芯片100的制作方法的概略。
首先,例如利用MOCVD法,在晶片状态的以m面为主面的n型GaN基板上形成有厚度为2μm的由n型GaN构成的n型氮化物半导体层、由InGaN构成的量子阱层和由GaN构成的势垒层所构成的具有3周期的量子阱结构的有源层、以及厚度0.5μm的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层。
作为n侧电极形成Ti/Pt层,作为p侧电极形成Pd/Pt层。然后,研磨n型GaN基板的背面,使其薄至150μm的厚度。
使用金刚石笔,在形成有发光结构的晶片的c轴方向[0001]和a轴方向[11-20]上形成从表面开始深数μm程度的槽。之后,对晶片进行制动,分割为一边为350μm的由m面GaN类半导体构成的半导体发光芯片100。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片装载于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101A上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101A的厚度为约1mm。安装基板101A的表面上有选择地形成有厚度约4μm的由银(Ag)构成的配线电极102A。配线电极102A形成为至少覆盖椭圆形119的第二区域2。
如[表1]的样本2所示,由Ag构成的配线电极102A的镜面反射率为12.9%,漫反射率为69.1%,合计反射率为82.0%,镜面反射的比例为15.7%。
在椭圆形119的第三区域3的至少一部分中,从配线电极102A之间露出高温烧制氧化铝陶瓷。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。高温烧制氧化铝陶瓷露出的区域的c轴方向上的宽度为约80μm。高温烧制氧化铝陶瓷露出的面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为4.5%。
第一实施例的半导体发光器件的5mA动作时的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.29。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.24,所以确认偏振度比该比较例高。
(第二实施例)
以下,参照图25说明第二实施例的半导体发光器件。图25所示的半导体发光芯片100通过与第一实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于高温烧制氧化铝陶瓷及其上方成膜有类金刚石镀膜(DLC)膜的安装基板101B上,由此制作出半导体发光器件。安装基板101B的厚度为约1mm,DLC膜的厚度为约10μm。DLC膜上有选择地形成有厚度约4μm的由Ag构成的配线电极102A。配线电极102A形成为至少覆盖椭圆形119的第二区域2。
如[表1]的样本5所示,由Ag构成的配线电极102A的镜面反射率为17.3%,漫反射率为63.9%,合计反射率为81.2%,镜面反射的比例为21.3%。
在第三区域3的至少一部分中,从配线电极102A之间露出有DLC膜。如[表1]的样本4所示,DLC膜的镜面反射率为0.6%,漫反射率为4.2%,合计反射率为5.0%,镜面反射的比例为12.5%。DLC膜露出的区域的c轴方向上的宽度为约80μm。DLC膜露出的面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为4.5%。
第二实施例的半导体发光器件的5mA动作时的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.29。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.24,所以确认偏振度比该比较例高。
(第三实施例)
以下,参照图26说明第三实施例的半导体发光器件。图26所示的半导体发光芯片100通过与第一实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由氮化铝(AlN)构成的安装基板101C上,由此制作出半导体发光器件。由AlN构成的安装基板101C的厚度为约0.7mm。安装基板101C的表面上有选择地形成有厚度约4μm的由Ag构成的配线电极102A。配线电极102A形成为至少覆盖椭圆形119的第二区域2。
如[表1]的样本9所示,由Ag构成的配线电极102A的镜面反射率为54.0%,漫反射率为26.5%,合计反射率为80.5%,镜面反射的比例为67.1%。
在第三区域3的至少一部分中,从配线电极102A之间露出有AlN。如[表1]的样本8所示,AlN的镜面反射率为8.7%,漫反射率为24.7%,合计反射率为33.4%,镜面反射的比例为25.9%。AlN露出的区域的c轴方向上的宽度为约50μm。AlN露出面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为2.8%。
第三实施例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.42。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.24,所以确认偏振度比该比较例高。
(第四实施例)
以下,参照图27说明第四实施例的半导体发光器件。图27所示的半导体发光芯片100通过与第一实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由AlN构成的安装基板101C上,由此制作出半导体发光器件。由AlN构成的安装基板101C的厚度为约0.7mm。在安装基板101C的表面上有选择地形成有厚度为约4μm的由金(Au)构成的第一配线电极102B。并且,在本实施例中,在第一配线电极102B上有选择地形成有厚度为约3μm的铝(Al)构成的第二配线电极102C。至少第二配线电极102C形成为至少覆盖椭圆形119的第二区域2。
如[表1]的样本11所示,由Al构成的第二配线电极102C的镜面反射率为51.1%,漫反射率为25.8%,合计反射率为76.9%,镜面反射的比例为66.4%。
在第三区域3的至少一部分,从作为上层的电极的第二配线电极102C之间露出有作为下层的电极的第一配线电极102B和构成安装基板101C的AlN。如[表1]的样本10所示,由Au构成的第一配线电极102B的镜面反射率为25.4%,漫反射率为4.5%,合计反射率为29.8%,镜面反射的比例为85.0%。另外,如样本8所示,AlN的镜面反射率为8.7%,漫反射率为24.7%,合计反射率为33.4%,镜面反射的比例为25.9%。AlN露出区域的c轴方向上的宽度为约45μm。第一配线电极102B的露出部分以从c轴方向夹着带状地露出的AlN的方式且以各自的宽度为约12.5μm的方式形成为条纹状。AlN露出的面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为2.6%,构成第一配线电极102B的Au露出的面积所占的比例为1.4%。
第四实施例的半导体发光器件的5mA%动作时中的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA%动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.40。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.24,所以确认偏振度比该比较例高。
(比较例)
以下,参照图28说明比较例的半导体发光器件。图28所示的半导体发光芯片100通过与第一实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101D上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101D的厚度为约1mm。安装基板101D的表面上有选择地形成有厚度为约4μm的由Ag构成的配线电极102D。
在比较例中,配线电极102D仅形成于椭圆形119的第二区域2的一部分,且以覆盖第三区域3的全部的方式形成。
如[表1]的样本2所示,由Ag构成的配线电极102D的镜面反射率为12.9%,漫反射率为69.1%,合计反射率为82.0%,镜面反射的比例为15.7%。
另外,在第二区域2的至少一部分,从配线电极102D之间露出有高温烧制氧化铝陶瓷。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。高温烧制氧化铝陶瓷露出的区域的a轴方向上的宽度为约80μm。高温烧制氧化铝陶瓷露出的面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为8.7%。
本比较例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.24。
如上所述,当采用第一实施例至第四实施例时,能够抑制以a面和m面等的非极性面或(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、-r面和(11-22)面等的半极性面为生长面的氮化物类的半导体发光器件的偏振度的降低。
从上述第一实施方式至第七实施方式中,对能够维持来自氮化物类的半导体发光器件的出射光的偏振度的结构进行了说明,但是在以下的第八实施方式至第十四实施方式中,对能够降低出射光的偏振度的结构进行说明。
(第八实施方式)
以下,参照图29(a)和图29(b)说明本发明的第八实施方式的半导体发光器件。
首先,如图29(b)所示,由氮化物半导体构成的半导体发光芯片100例如至少在表面上包含具有以m面为主面(且生长面)的GaN层(以下称为m面GaN层。)的基板104、形成在基板104的主面上n型氮化物半导体层105、由形成在n型氮化物半导体层105上的氮化物半导体构成的有源层106、形成在有源层106上的p型氮化物半导体层107、在与p型氮化物半导体层107上接触的方式形成的p侧电极108、以及以与露出的n型氮化物半导体层105上接触的方式形成的n侧电极109。n型氮化物半导体层105、有源层106和p型氮化物半导体层107的生长面与m面大致平行。即,在m轴方向上层叠。也可以在n型氮化物半导体层105和有源层106之间形成有其它的层。另外,也可以在有源层106和p型氮化物半导体层107之间形成有其它的层。在此,作为氮化物半导体,列举由氮化镓类化合物构成的半导体(GaN类半导体)为例进行说明。GaN类半导体包含由一般式AlxInyGazN(其中,0≤x,y<1,0<z≤1,x+y+z=1。)表示的半导体。
如图29(a)和图29(b)所示,半导体发光芯片100以使其p侧电极108和n侧电极109与配置在安装基板101的表面上的配线电极102相对的方式安装。即,半导体发光芯片100与安装基板101上的2个配线电极102各自隔着凸起103电连接并被保持。这种结构被称为倒装芯片结构。其中,配线电极102的一方与p侧电极108连接,另一方的电极与n侧电极109连接。
如图30所示,作为本实施方式的第一变形例能够采用引线接合结构来替代倒装芯片结构。在该情况下,半导体发光芯片100以使基板104与安装基板101的表面相对的方式保持。p侧电极108和n侧电极109经由由金(Au)构成的金属线110各自与安装基板101上的配线电极102电连接。
如上所述,倒装芯片结构和引线接合结构中,p侧电极108以及n侧电极109和安装基板101上的配线电极102的连接方法不同。但是,其它的结构大致相同,在使用本发明的实施方式的情况的作用效果也相同。从而,以下,对倒装芯片结构进行说明。
其中,基板104可以是六方晶的m面GaN基板。另外,也可以是在表面上形成有m面GaN层的六方晶的m面SiC基板。另外,也可以是在表面上形成有m面GaN层的r面蓝宝石基板、m面蓝宝石基板或a面蓝宝石基板。并且,也可以将基板104除去。
n型氮化物半导体层105例如由n型的AluGavInwN(其中,0≤u,v,w≤1、u+v+w=1)形成。作为n型掺杂剂能够使用例如硅(Si)。
有源层106包括由InYGa1-YN构成的多个势垒层(其中,0≤Y<1)和由被该势垒层将其上下夹着的InxGa1-xN构成的至少一个阱层(其中,0<X≤1)。有源层106所包含的阱层可以为单一层。另外,也可以具有阱层和势垒层交替层叠而形成的多重量子阱(MQW)结构。从半导体发光芯片100放射的光的波长由作为阱层的半导体组成的InxGa1-xN半导体中的In的组成比x决定。
p型氮化物半导体层107例如由p型的AlsGatN(其中,0≤s、t≤1,s+t=1)半导体形成。作为p型掺杂剂例如能够使用镁(Mg)。p型掺杂剂除了Mg以外,例如也可以使用锌(Zn)或铍(Be)等。p型氮化物半导体层107中,Al的组成比s可以在厚度方向上一样,另外,Al的组成比s也可以在厚度方向上连续地或阶段地变化。具体而言,p型氮化物半导体层107的厚度例如为0.05μm~2μm程度。p型氮化物半导体层107的上表面的附近、即与p侧电极108的界面的附近,Al的组成比s为0,即也可以由GaN形成。另外,在该情况下,GaN高浓度地包含p型的杂质,可以作为p侧电极108的接触层发挥作用。
p侧电极108也可以覆盖p型氮化物半导体层107的表面的大致整体。p侧电极108由将钯(Pd)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Pd/Pt)等形成。另外,p侧电极108为了提高放射光的反射率,也可以使用将银(Ag)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Ag/Pt)、或将Pd层、Ag层和Pt层依次层叠而成的层叠结构(Pd/Ag/Pt)。
n侧电极109例如由将钛(Ti)层和铂(Pt)层层叠而成的层叠结构(Ti/Pt)等形成。为了提高放射光的反射率,也可以使用将Ti层、Al层和Pt层依次层叠而成的层叠结构(Ti/Al/Pt)。
图29所示的半导体发光芯片100为将半导体层层叠而成的晶片沿a轴方向和c轴方向小片化为正方形或长方形的部件。在该情况下,氮化物半导体的c面容易解理,所以具有能够使小片化的工序简单化的优点。另外,如图31的第二变形例所示,半导体发光芯片100也可以沿从a轴方向和c轴方向倾斜的方向而小片化。在该情况下,解理性缺乏的面在半导体发光芯片100的侧面露出。因此,半导体发光芯片100的侧面容易产生凹凸,具有放射光的光取出因该凹凸面而提高的优点。
第八实施方式在安装基板101的表面(以下,称为安装面。)的反射特性和配置于安装面的结构部件的布局方面具有特征。以下,对安装基板101的安装面的反射特性和配置于安装面的结构部件的布局详细地进行说明。
如上所述,具有由以m面为主面(且生长面)的氮化物半导体构成的有源层106的半导体发光芯片100具有偏振特性。其结果是,在从m轴方向观看放射光的情况下,光强度相等的等高线显示接近以作为与偏振方向垂直的方向的c轴方向为长轴半径α、以作为偏振方向的a轴方向为短轴半径β的椭圆形的形状。如后所述,作为与偏振方向垂直的方向的c轴方向的放射角为约160°,作为偏振方向的a轴方向的放射角为约140°,所以放射光形成为接近长轴:短轴=2:1的椭圆形的形状。即,长轴半径α为短轴半径β的大致2倍(α=2β)。并且,安装面的反射光的形状也形成为接近椭圆形的形状。在该情况下,椭圆形的中心位置与半导体发光芯片100的平面形状的重心大致相等。图29表示椭圆形119被从半导体发光芯片100放射到外部的光主要照射的区域的最外周。被椭圆形119内的区域反射的光强烈受到安装面的影响。其中,安装面并不形成这种椭圆形。在此,考虑半导体发光芯片100在俯视时,呈以一边为L的正方形形状,其厚度为T的情况。与半导体发光芯片100的表面积大致相同程度的面积的安装面对反射有较大贡献,所以以下的式(11)成立。
式(11)
παβ-L2=L2+4TL
在此,左边为从椭圆形119的面积παβ减去俯视时的半导体发光芯片100的面积L2的值,能够认为是在椭圆形119内的安装面之中能够对反射有效地贡献的部分的面积。将该区域称为安装面有效部。右边为在半导体发光芯片100的表面之中、对光取出有贡献的表面积。因α=2β,所以椭圆形119的长轴半径α和短轴半径β,根据式(11),分别由式(12)和式(13)表示。
式(12)
Figure BDA00003228795700491
式(13)
Figure BDA00003228795700492
图32(a)和图32(b)表示将安装面有效部的长轴半径α和短轴半径β作为半导体发光芯片100的一边的长度L的函数。在图32中,使半导体发光芯片100的厚度T分别变化为10μm、100μm和200μm。从图32可知,长轴半径α和短轴半径β相对于芯片的一边的长度L大致呈线形,一边的长度L越长,长轴半径α和短轴半径β越长。另外,芯片的厚度T越厚,长轴半径α和短轴半径β越长。
可以说在m面以外的其它的非极性面和半极性面中也相同。如上所述,以m面和a面等的非极性面、或(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、-r面和(11-22)面等的半极性面为生长面的由氮化物半导体构成的有源层也具有偏振特性。其结果是,在从有源层观看放射光的情况下,光强度相等的等高线显示接近以与偏振方向垂直的方向为长轴半径α、以偏振方向为短轴半径β的椭圆形的形状。并且,安装面的反射光的形状也形成为接近椭圆形的形状。
接着,将安装基板101的安装面划分为三个区域。
如图29所示,在俯视时,使用与有源层106的c轴方向平行的两根直线和与a轴方向平行的两根直线,将安装面上的椭圆形119的内侧的区域以半导体发光芯片100的外周被包围的方式划分为9个区域。设在这些区域之中、将半导体发光芯片100包围的区域为第一区域1。并且,设在第一区域1的外侧且与该第一区域1在c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域2,设第一区域1和第二区域2以外的6个区域的集合为第三区域3。
第一区域1以其面积为最小的方式设定与c轴方向平行的两根直线和与a轴方向平行的两根直线。椭圆形119的内侧的区域之中、减去了第一区域1之后所剩下的区域为安装面有效部。在图29和图30所示的半导体发光器件中,半导体发光芯片100的在俯视时的外周与第一区域1一致。对此,在图31所示的半导体发光器件的情况下,与半导体发光芯片100的俯视时的面积相比,第一区域1的面积大。
图33表示安装面有效部之中、第二区域2所占的比例和半导体发光芯片100的一边L的关系。使半导体发光芯片100的厚度T以10μm、100μm和200μm地变化。芯片的一边的长度L变得越大,第二区域2所占的比例变得越大。另外,芯片的厚度T变得越薄,第二区域2所占的比例变得越大。
在厚度T和一边的长度L相等的情况(T=L)下,第二区域2所占的比例为大致50%,在T<L的情况下,第二区域2所占的比例超过50%。从而,在T<L中,安装面有效部中,第二区域2为主导。
另外,在T=L/6的情况下,第二区域2所占的比例为大致80%,在T<L/6的情况下,第二区域2所占的比例超过80%。从而,在T<L/6中,在安装面有效部中,可以说第二区域2为非常主导。
半导体发光芯片100的一般的芯片尺寸L为从200μm至1000μm,芯片的厚度T为150μm以下。因此,在该范围内,第二区域2所占的比例超过50%。特别是,作为大输出用增大芯片尺寸的情况下,第二区域2的影响变得更强。即,在具有包含以m面为生长面的有源层106的半导体发光芯片100的半导体发光器件中,作为安装基板101的安装面的反射面有较大贡献的区域为在图29中所示的第二区域2。这种见解是本发明者们发现的。
将在安装基板101中,被来自有源层106的光照射的区域、即与偏振方向垂直的c轴方向的半导体发光芯片100的侧方的区域称为高偏振特性区域。在高偏振特性区域反射的光较多包含电场强度偏向与半导体发光芯片100的偏振方向相同的a轴方向的光。高偏振特性区域例如包含第二区域2。
另外,将安装基板101中,被来自有源层106的光照射的区域且高偏振特性区域以外的区域称为低偏振特性区域。在低偏振特性区域反射的光多包含在a轴以外的方向上具有电场强度的光。低偏振特性区域例如包含第三区域3。
物体表面的反射率被分为镜面反射率和漫反射率。在本说明书中,合计反射率是指镜面反射率和漫反射率的合计值。另外,镜面反射的比例是指镜面反射率对合计反射率的比例。在后面详细地进行说明,漫反射的比例边大时,反射光的偏振度降低。
在第八实施方式中,第二区域2的表面被漫反射率比其镜面反射率高的材料覆盖。在此,至少第二区域2的表面为漫反射率比镜面反射率高的材料即可,安装基板101的构成材料(主材料)与表面的材料可以不同。即,作为安装面有效部在主导的第二区域2配置漫反射率高的材料,由此能够有效地降低偏振度。
并且,漫反射率比镜面反射率高的材料可以具有绝缘性。并且,第二区域2的表面的镜面反射的比例可以不足10%,漫反射率可以为90%以上。另外,镜面反射所占的比例不足2%且漫反射率为94%以上。这样一来,能够维持高的光输出,并降低偏振度。
在第八实施方式中,在第三区域3的表面的至少一部分配置有镜面反射率比第二区域2的镜面反射率高的配线电极102。配线电极102只要是以作为电极发挥功能的方式配置,可以为任何形状,另外,可以第三区域3的配线电极102仅一部分的镜面反射率比第二区域2的镜面反射率高。安装基板101的主材料可以与最表面的材料、即配线电极102的材料不同。配线电极102的表面的镜面反射的比例可以为12%以上,另外,其漫反射率可以不足69%。
如上所述,作为放射光的反射面不是主导的第三区域3配置有镜面反射率高的材料,也能够维持高的光输出,并降低偏振度。
在此,配线电极102的表面其表面粗糙度可以为200nm以上。由此,能够使配线电极102的表面的漫反射率为50%以上,所以也能够降低第三区域3中的反射光的偏振度。
并且,配置在第三区域3的配线电极102的面积可以为安装面有效部的面积的10%以下。这样一来,能够充分抑制偏振度因配线电极102而变得难以降低的影响。具体来讲,配置在第三区域3的配线电极102的面积,在设半导体发光芯片100的一边的长度为L、该芯片100的厚度为T的情况下,可以设定为满足式(14)的面积。
式(14)
设定面积<(L2+4TL)/10
配置在第二区域2的、漫反射率比镜面反射率高的材料具有绝缘性的情况下,配置在第三区域3的配线电极102可以形成于漫反射率高的材料的表面的一部分。通过采用这种结构,能够容易制作安装基板101。
构成安装基板101的主材料能够使用氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等绝缘性材料、铝(Al)、铜(Cu)或钨(W)等金属材料、硅(Si)或锗(Ge)等半导体材料、或这些的复合材料。
在安装基板101的主材料为氧化铝或AlN的情况下,使主材料原样地露出于第二区域2即可。安装基板101的主材料为Al、Cu或W等金属材料、或Si或Ge等半导体材料的情况下,将表面用绝缘膜覆盖。在该情况下,绝缘膜能够使用包含由氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)或氧化硅(SiO2)等构成的微粒子的有机硅树脂等。另外,也能够使用在金属膜的表面粘合氧化铝等的陶瓷的复合材料。这种材料能够实现高反射率并使漫反射率比镜面反射率高。
对此,作为配线电极102的构成材料能够使用以铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或铜(Cu)等为主成分的材料。这些配线电极102的镜面反射对合计反射率的比例为12%以上。
在本实施方式中,安装基板101的安装面中的椭圆形119的外侧的区域对半导体发光器件的动作特性不产生大的影响。从而,在椭圆形119的外侧的区域可以配置任意的材料或部件(电子部件)。
如以上说明的那样,当采用第八实施方式时,能够充分降低在保持半导体发光芯片100的安装基板101的安装面反射的光的偏振度,并能够将反射光的偏振度难以降低的金属材料等适当地配置于安装面上。
(制造方法)
以下,参照图29对第八实施方式的半导体发光器件的制造方法进行说明。
首先,利用有机金属化学气相沉淀(MOCVD)法等,使n型氮化物半导体层105在由以m面为主面的n型GaN构成的基板104的主面上外延生长。即,作为n型掺杂剂例如使用硅(Si),供给作为镓源的TMG(Ga(CH3)3)和作为氮源的氨水(NH3),在900℃以上且1100℃以下程度的生长温度下,形成厚度为1μm~3μm程度的由GaN构成的n型氮化物半导体层105。其中,此处的基板104为晶片状态,能够一次制作多个成为半导体发光器件的发光结构体。
接着,在n型氮化物半导体层105上生长由氮化物半导体构成的有源层106。有源层106例如使由厚度15nm的In1-xGaxN构成的阱层和由厚度10nm的GaN构成的势垒层交替层叠,采用InGaN/GaN多重量子阱(MQW)结构。形成由In1-xGaxN构成的阱层时,使生长温度下降至700℃~800℃程度,以使得In可靠地进入生长中的阱层。根据半导体发光器件的用途选择发光波长,决定与波长相应的In组成比x。例如在使波长为450nm(蓝色)的情况下,将In组成比x决定为0.25~0.27。另外,在使波长为520nm(绿色)的情况下,将In组成比x决定为0.40~0.42。另外,在使波长为630nm(红色)的情况下,将In组成比x决定为0.56~0.58。
接着,在有源层106上外延生长p型氮化物半导体层107。即,作为p型杂质,例如使用Cp2Mg(二茂镁,Bis(cyclopentadienyl)magnesium),供给TMG和NH3作为原料,在900℃以上且1100℃以下程度的生长温度下,在有源层106上形成厚度50nm~500nm程度的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层107。在p型氮化物半导体层107的内部也可包含厚度15nm~30nm程度的p型AlGaN层。设置p型AlGaN层,由此能够抑制作为载流子的电子的溢出。另外,也可以在有源层106和p型氮化物半导体层107之间设置不掺杂GaN层。
接着,为了实现掺杂于p型氮化物半导体层107的Mg的活性化,在800℃~900℃程度的温度下进行20分钟程度的热处理。
接着,利用光刻法和使用氯(Cl2)类气体的干法蚀刻,对形成的半导体层叠结构有选择地进行蚀刻,至p型氮化物半导体层107。由此,将p型氮化物半导体层107、有源层106和n型氮化物半导体层105的一部分除去而形成凹部112,使n型氮化物半导体层105的一部分露出。
接着,以与n型氮化物半导体层105的露出的区域上接触的方式,有选择地形成n侧电极109。在此,作为n侧电极109例如形成钛(Ti)和铂(Pt)的层叠膜(Ti/Pt层)。
接着,以与p型氮化物半导体层107上接触的方式,有选择地形成p侧电极108。例如,形成钯(Pd)和铂(Pt)的层叠膜(Pd/Pt层)作为p侧电极108。然后,进行热处理,使Ti/Pt层和n型氮化物半导体层105之间、以及Pd/Pt层和p型氮化物半导体层107之间分别合金化。其中,n侧电极109和p侧电极108的成膜的顺序并无特别。
接着,对基板104的与n型氮化物半导体层105相反侧的面(背面)进行研磨,使该基板104薄膜化至规定量。
使这样制作的多个半导体发光器件小片化为单个的半导体发光芯片100。小片化工序具有激光切割法和解理法等几种方法。被小片化的单个的半导体发光芯片100被安装于安装基板101的安装面上。在此,对倒装芯片结构进行说明。
首先,准备安装基板101。作为安装基板101的主材料,如上所述,能够使用氧化铝或AlN等绝缘性材料、Al或Cu等金属材料、Si或Ge等半导体材料、或这些的复合材料。配线电极102与半导体发光芯片100的电极形状相应地配置即可,例如能够使用以Cu、Au、Ag或Al等为主成分的金属材料。
配线电极形成用的金属膜,利用溅射法或镀敷法等的成膜工序在安装基板101的表面上成膜。然后,利用光蚀刻工序等,在已成膜的金属膜上实施所期望的抗蚀剂图案。此时,以图案化后的配线电极102遍及第三区域3的至少一部分和第三区域3的外侧的区域地形成的方式设计有抗蚀剂图案。然后,利用干法蚀刻或湿法蚀刻,将抗蚀剂图案转印至配线电极102,形成具有所期望的电极图案的配线电极102。
接着,在配线电极102上的规定的位置分别形成多个凸起103。凸起103的构成材料优选使用金(Au)。各凸起103的形成能够使用凸起接头,形成直径40μm~80μm程度的凸起。另外,替代凸起接头,也能够通过镀Au处理形成凸起103。如上所述,例如利用超音波接合法,在形成有多个凸起103的配线电极102上,连接半导体发光芯片100的电极形成面。
这样,能够获得第八实施方式的半导体发光器件。
(第九实施方式)
以下,参照图34(a)~图34(d)说明本发明的第九实施方式的半导体发光器件。在图34中,对与图3相同的结构部件标注相同的符号,由此省略说明。在以下的各实施方式中也相同。在此,对与第八实施方式的不同点进行说明。
如图34(a)和图34(b)所示,第九实施方式的与第八实施方式的不同点在于,在俯视时,半导体发光芯片100的表面、具体而言基板104的与安装基板101相反侧的光取出面形成有多个凹凸部104a。在此,凹凸部104a的与条纹的延伸方向垂直的方向的截面形状为大致半球状。光在该凹凸部104a中通过时,放射光散射,能够使光的偏振度降低。
形成于基板104的背面的凹凸部104a在使该基板104薄膜化之后,利用光刻法形成抗蚀剂图案,并且,能够通过氯类的干法蚀刻将基板104的背面加工为条纹状来制作。
图34(c)~图34(f)表示凹凸部104a的变形例。
如图34(c)所示,也可以使凹部的截面形状为大致半球状,来替代凸部。另外,如图34(d)、图34(e)和图34(f)所示,凹凸104a在俯视时可以为条纹形状。图34(d)表示凸部的截面形状大致半圆形状的例子,图34(e)表示凸部的截面形状为方形形状的例子,图34(f)表示凸部的截面形状为三角形状的例子。各条纹的延伸方向相对于由氮化物半导体构成的有源层106的a轴方向倾斜角度θ。在角度θ为0°的情况下,为了维持偏振度,该角度θ可以为比0°大且90°以下的值。另外,角度θ可以为30°以上且90°以下的值。
即使在第九实施方式中,对于安装面有效部,也采用与第八实施方式相同的结构。即,在椭圆形119的内侧被定义的至少第二区域2的表面被漫反射率比镜面反射率高的材料覆盖。并且,在第三区域3的表面的至少一部分配置有镜面反射率比第二区域2的镜面反射率高的配线电极102。
当采用第九实施方式时,能够充分降低在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度,并能够降低不在安装面反射就被放出到外部的光的偏振度。因此,与第八实施方式的构成相比,能够进一步降低偏振度。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第十实施方式)
以下,参照图35(a)和图35(b)说明本发明的第十实施方式的半导体发光器件。在此,对与第八实施方式的不同点进行说明。
如图35(a)和图35(b)所示,第十实施方式的第八实施方式的不同点在于,安装基板101的安装面配置有反射部件120。反射部件120形成腔。反射部件120控制来自半导体发光芯片100的放射光的指向性和放射图案。另外,利用有机硅树脂等的透明部件对半导体发光芯片100的上表面进行密封时,作为流入的透明部件的杯体(容器)发挥功能。另外,反射部件120有时具有对来自半导体发光芯片100的放射光的指向性和放射图案进行控制的功能,所以也被称为反射器。
反射部件120被划分为与安装面接触的下端的开口部120a、上端的开口部120b、与半导体发光芯片100的侧面相对的反射面120c、以及上表面120d。反射部件120的反射面120c可以使用光的反射率高的材料。例如能够使用氧化铝。另外,也可以使用包含氧化钛(TiO2)等的微粒子的有机硅树脂。
其中,在第十实施方式中,反射部件120的开口部的平面形状为圆形,但是这不过是一个例子。例如、反射部件120的开口部的平面形状也可以为长圆形、椭圆形或三角形以上的多角形。
设反射部件120的高度为H1,设相对a轴从半导体发光芯片100的侧面至反射部件120的上端的开口部120b的距离为D1,设相对c轴从半导体发光芯片100的侧面至反射部件120的上端的开口部120b的距离为D2。半导体发光芯片100的放射光在反射部件120的反射面120c有效地进行反射的条件是c轴方向的放射角为160°、且a轴方向的放射角为140°,所以a轴方向为式(15),c轴方向为式(16)。
式(15)
D1=H1·tan(140°/2)=2.75×H1
式(16)
D2=H1·tan(160°/2)=5.67×H1
D1和D2比从上述的式(15)和式(16)获得的值小的情况下,受到反射部件120的反射面120c的影响较强。从而,在以控制光的指向性和放射图案为目的的方式设置反射部件120的情况下,以比从上述的式(15)和式(16)获得的值小的方式设定D1和D2。
第二区域2进一步被划分为三个。第二区域2之中被划分为与安装基板101的表面对应的区域2a、与反射部件120的反射面120c对应的区域2b、与反射部件120的上表面120d对应的区域2c。区域2b为第二区域2之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有反射面120c的区域。即,区域2b为反射面120c之中、第二区域2所包含的区域。区域2c为第二区域2之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有上表面120d的区域。即,区域2c为上表面120d之中、第二区域2所包含的区域。
同样,第三区域3在第三区域3之中被划分与安装基板101的表面对应的区域3a、与反射部件120的反射面120c对应的区域3b、与120的上表面120d对应的区域3c。区域3b为在第三区域3之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有反射面120c的区域。即,区域3b为反射面120c之中、第三区域3所包含的区域。区域3c为第三区域3之中、从安装基板101上方俯视时的情况下,设置有上表面120d的区域。即,区域3c为上表面120d之中、第三区域3所包含的区域。在此,区域2c和区域3c为椭圆形119的内侧的区域,但不与放射光相碰,所以不作为光的反射面发挥功能。
即,在第十实施方式中,第三区域3的距离D1比式(15)所示的2.75×H1小。并且,第二区域2的区域2a和区域2b的表面被漫反射率比镜面反射率高的材料覆盖。并且,在对光的偏振特性难以产生影响的第三区域3的表面的至少一部分,配置有镜面反射率比第二区域2的表面的镜面反射率高的配线电极102。
当采用第十实施方式时,能够充分降低在安装基板101的安装面反射的光的偏振度,通过设置在安装面上的反射部件120,能够控制放射光74的指向性和放射图案。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第十一实施方式)
以下,参照图36(a)和图36(b)说明本发明的第十一实施方式的半导体发光器件。在此,对与第八实施方式的不同点进行说明。
如图36(a)和图36(b)所示,第十一实施方式的与第八实施方式的不同点在于,在安装基板101上配置有多个半导体发光芯片100。在此,2个半导体发光芯片100配置为在a轴方向大致成为一列。其中,半导体发光芯片100不限于2个,也可以将3个以上的半导体发光芯片100在a轴方向上大致一列地配置。
如上所述,a轴方向的放射角比c轴方向的放射角小,所以在与a轴方向一致地配置的情况下,相邻的半导体发光芯片100彼此的放射光难以产生干涉。一个半导体发光芯片100的放射光在进入到另一个半导体发光芯片100的内部的情况下,产生基于光吸收的光输出的降低、光的反射导致的指向性的散乱和放射图案的散乱等的问题。但是,在使多个半导体发光芯片100与a轴方向一致地配置的情况下,与在c轴方向上配置的情况相比,产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的间隔为一半以下,所以能够将多个半导体发光芯片100高密度地配置。
设从安装基板101的安装面至各半导体发光芯片100的高度为H2,设a轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D3的情况下,a轴方向的放射角为140°,所以因放射光而产生光的干涉的间隔D3'为式(17)。
式(17)
D3'=H2·tan(140°/2)=2.75×H2
从而,在间隔D3'为2.75×H2以下的情况下,从半导体发光芯片100的侧面放射的、朝向半导体发光器件的上方的放射光与相邻的半导体发光芯片100干涉。
另外,在由一个半导体发光芯片100生成的椭圆形119内的安装面有效部与由其它的半导体发光芯片100生成的椭圆形119重合的情况下,也产生光的干涉。
第三区域3中的a轴方向上的最大宽度,在以半导体发光芯片100中的一边的长度为L时,由(短轴半径β)-L/2表示,所以根据式(13),由以下的式(18)表示。在此,T为半导体发光芯片100的厚度。
式(18)
Figure BDA00003228795700591
即,在间隔D3'和D3''之中、大的值为产生光的干涉的边界值。
图37表示从安装基板101的安装面至半导体发光芯片100的高度H2和产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的a轴方向的间隔D3的关系。D3的值比各自在图37中所示的各折线图的值小的情况下,产生光的干涉。半导体发光芯片的一边的长度L以100μm、500μm、700μm、1000μm、1500μm和2000μm地变化。
从图37可知,当半导体发光芯片100的高度H2变大时,朝向半导体发光器件的上方的放射光变得容易与相邻的半导体发光芯片100干涉。另外,当半导体发光芯片100的一边的长度L变大时,具有容易产生因安装面有效部相互重合导致的光的干涉的倾向。
从而,根据式(17)和式(18),间隔D3比D3'和D3''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,当间隔D3比D3'和D3''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
其中,在第十一实施方式中,多个半导体发光芯片100可以相互串联连接。在并联连接的情况下,需要将多个半导体发光芯片100的工作电压设定为大致相等,但在串联连接的情况下,即使多个半导体发光芯片100的工作电压不同,也能够进行发光。
当采用第十一实施方式时,在具有多个半导体发光芯片100的半导体发光器件中,能够充分抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够抑制在相邻的半导体发光芯片100彼此之间产生的光的干涉,所以能够进行高密度集成化。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第十二实施方式)
以下,参照图38(a)和图38(b)说明本发明的第十二实施方式的半导体发光器件。在此,对与第十一实施方式的不同点进行说明。
如图38(a)和图38(b)所示,第十二实施方式的与第十一实施方式的不同点在于,在安装基板101上矩阵状地配置有多个半导体发光芯片100。在此,4个半导体发光芯片100在a轴方向和c轴方向上2行2列配置。其中,半导体发光芯片100不限于4个,也可以将5个以上的半导体发光芯片100配置成2行2列以上的矩阵状。
设从安装基板101的安装面至各半导体发光芯片100的高度为H2,设c轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D4的情况下,c轴方向的放射角为160°,所以因放射光而产生光的干涉的间隔D4'为式(19)。
式(19)
D4'=H2·tan(160°/2)=5.67×H2
从而,在间隔D4'为5.67×H2以下的情况下,从半导体发光芯片100的侧面放射的、朝向半导体发光器件的上方的放射光与c轴方向上相邻的半导体发光芯片100干涉。
另外,由一个半导体发光芯片100生成的椭圆形119内的安装面有效部与由c轴方向的其它的半导体发光芯片100生成的椭圆形119重合的情况下,也产生光的干涉。
第二区域2中的c轴方向上的最大宽度,在以半导体发光芯片100中的一边的长度为L时,由(长轴半径α)-L/2表示,所以根据式(12),由以下的式(20)表示。在此,T为半导体发光芯片100的厚度。
式(20)
Figure BDA00003228795700611
即,在间隔D4'和D4''之中、大的一方的值为产生光的干涉的边界值。
图39表示从安装基板101的安装面至半导体发光芯片100的高度H2和产生光的干涉的半导体发光芯片100彼此的c轴方向的间隔D4的关系。D4的值比各自在图39中所示的各折线图的值小的情况下,产生光的干涉。半导体发光芯片的一边的长度L以300μm、500μm、700μm、1000μm、1500μm和2000μm地变化。
从图39可知,半导体发光芯片100的高度H2变大时,朝向半导体发光器件的上方的放射光变得容易与c轴方向上相邻的半导体发光芯片100干涉。另外,当半导体发光芯片100的一边的长度L变大时,具有容易产生因安装面有效部相互重合导致的光的干涉的倾向。
可知当比较第十一实施方式的图37和第十二实施方式的图39时,c轴方向与a轴方向相比,相邻的半导体发光芯片100彼此容易产生干涉。
根据以上,使a轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D3、c轴方向上相邻的半导体发光芯片100彼此的间隔为D4的情况下,可以使a轴方向的间隔D3比c轴方向的间隔D4小(D3<D4)。这样,能够抑制相邻的半导体发光芯片100彼此之间的光的干涉。
a轴方向上的间隔D3比D3'和D3''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,a轴方向上的间隔D3比D3'和D3''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
c轴方向上的间隔D4比D4'和D4''之中小的一方的值大时,能够抑制任一方的光的干涉。
并且,c轴方向上的间隔D4比D4'和D4''之中大的一方的值大时,能够抑制双方的光的干涉。
另外,设在a轴方向上配置的半导体发光芯片100的个数为Na,设在c轴方向上配置的半导体发光芯片100的个数为Nc时,使在a轴方向上配置的个数Na比在c轴方向上配置的个数Nc多即可(Na>Nc)。这样一来,即使将半导体发光器件所包含的全部芯片数设定为相同,Na>Nc的情况与Na<Nc的情况相比,能够进一步高密度地使半导体发光芯片100的集成化。
当采用第十二实施方式时,在具有多个半导体发光芯片100的半导体发光器件中,抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并且,以放射角大的c轴方向变得稀疏、且在与c轴方向相比放射角小的a轴方向上紧密的方式配置多个半导体发光芯片100。因此,相邻的半导体发光芯片100彼此之间产生的光的干涉被抑制,所以能够进行高密度集成化。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第十三实施方式)
以下,参照图40(a)和图40(b)说明本发明的第十三实施方式的半导体发光器件。在此,对与第八实施方式的不同点进行说明。
如图40(a)和图40(b)所示,第十三实施方式的与第八实施方式的不同点在于,在安装基板101的安装面上配置有保护元件121。保护元件121例如为了从电涌等的高电压保护半导体发光芯片100,与半导体发光芯片100并联连线。保护元件121能够使用例如变阻器或齐纳二极管等。变阻器除了使用氧化锌(ZnO)作为添加物之外还能够使用陶瓷等。另外,作为齐纳二极管能够使用包含硅(Si)的齐纳二极管。
第十三实施方式的特征在于,将保护元件121配置于安装面上中的第二区域2以外的区域。在此,作为一个例子,将保护元件121配置于遍及第三区域3及其外侧的区域。保护元件121能够使用吸收从半导体发光芯片100放出的光的材料。因此,配置于由椭圆形119s所示的安装面有效部中的第二区域2以外的安装面或安装面有效部的外侧的区域,由此能够提高光输出。
其中,保护元件321需要相对半导体发光芯片100并列地连接,所以如图40所示,使半导体发光芯片100和保护元件321在a轴方向排列,由此能够缩短安装面上中的配线电极102的配线长。
并且,保护元件121可以配置于安装面有效部的外侧。在该情况下,能够充分抑制基于保护元件121的光吸收的影响。
当采用第十三实施方式时,能够抑制在安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够实现保护元件121的光吸收的影响被抑制的半导体发光器件。
其中,保护元件121是作为电子部件的一个例子,配置于安装基板101的安装面上的电子部件不限于保护元件。另外,所配置的电子部件不限于1个,也可以配置多个电子部件。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
(第十四实施方式)
以下,参照图41(a)和图41(b)说明本发明的第十四实施方式的半导体发光器件。在此,对与第八实施方式的不同点进行说明。
如图41(a)和图41(b)所示,第十四实施方式的与第八实施方式的不同点在于,在安装基板101上的安装面中的第三区域3配置有位置对齐用标记122。
本实施方式的位置对齐用标记122为将半导体发光芯片100配置在安装基板101的安装面上、具体来讲,配线电极102上的规定的位置时的记号。如图41(a)所示,作为一例,在半导体发光芯片100的4个角部的外侧设置正方形状的位置对齐用标记122。但是,位置对齐用标记122的平面形状不限于此。另外,只要是目视确认或安装用的设备能够认识的形状,可以为任何的形状。另外,只要是目视确认或安装用的设备能够认识,个数也不限于4个。重要的点是将位置对齐用标记122配置于安装面的第三区域3。
在安装基板101上的安装面中的第三区域3配置位置对齐用标记122,由此能够减小对放射光的偏振特性带来的影响。位置对齐用标记122也可以配置于配线电极102之外的部位。位置对齐用标记122的构成材料能够使用与配线电极102相同的材料。另外,例如形成配线电极102时,可以将与位置对齐用标记122相对应的部位的配线电极102除去,使安装基板101的表面露出。同时形成位置对齐用标记122和配线电极102时,能够降低制造成本。
当采用第十四实施方式时,能够抑制在安装基板101的安装面反射的放射光的偏振度的降低,并能够实现位置对齐用标记122的偏振特性带来的影响被抑制的氮化物半导体发光器件。
其中,在本实施方式中,仅对倒装芯片结构进行了说明,但对于引线接合结构也能够获得相同的效果。
如上述所述,采用从第八实施方式至第十四实施方式,能够抑制以m面和a面等的非极性面或(20-21)面、(20-2-1)面、(10-1-3)面、(11-22)面、-r面和(11-22)面等的半极性面为生长面的氮化物类的半导体发光器件的偏振度的降低。并且,在氮化物类的半导体发光芯片的偏振度降低了的状态下,能够将多个半导体发光芯片高密度地配置于安装面上。
其中,即使在上述任一实施方式及其变形例中,也用透明部件将半导体发光芯片100的周围覆盖。利用透明部件将半导体发光芯片100的周围覆盖,由此从半导体发光芯片100向外部取出的光的量增大。另外,能够保护半导体发光芯片100不受外界大气所包含的水分或污染物质的影响。图42是利用透明部件123覆盖图29所示的第八实施方式的半导体发光芯片100的周围的一个例子。透明部件123能够使用有机硅树脂或丙烯酸树脂等的树脂材料、或低温玻璃材料等。图42中,作为透明部件123的形状例示有半球状的例子,但也可以为从半球状凹陷的形状,能够采用立方体状或长方体状等、任意的形状。
另外,在第十实施方式中说明了的设置反射部件120的构成,对于第十实施方式以外的其它的实施方式及其变形例也能够应用。[实施例]在实施例时,在实施例之前定量地说明在第八至第十四各实施方式中说明了的、(1)放射光的取向分布特性的评价、(2)反射材料的反射特性的评价(3)光取出面的凹凸部给予光特性的评价。
(1)m面氮化物半导体发光芯片的放射光的配光分布特性的评价
首先,在以晶片状态的m面为主面的n型GaN基板上形成有厚度为2μm的由n型GaN构成的n型氮化物半导体层、由InGaN构成的量子阱层和由GaN构成的势垒层所构成的具有3周期的量子阱结构的有源层、以及厚度为0.5μm的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层。为了制作不同的发光波长的半导体发光芯片,而适当改变In的供给量和结晶生长温度,由此制作了由InGaN构成的量子阱层的In组成不同的多个芯片。
作为n侧电极形成Ti/PT层,作为p侧电极形成Pd/Pt层。以m面为主面的n型GaN基板通过背面研磨而薄至150μm的厚度。使用金刚石笔,在晶片的c轴方向[0001]和a轴方向[11-20]上形成从表面开始深数μm程度的槽。之后,进行晶片的制动,分割为一边为350μm的小片。
将所制作的半导体发光芯片100倒装芯片装载于由氧化铝构成的、在上表面形成有配线的安装基板101上,由此制作出图29所示的半导体发光器件。为了关注来自半导体发光器件的放射光的配光分布特性,可以不在半导体发光器件的表面形成密封部。
对于这样制作的半导体发光器件,使用Optronic Laboratories社制的OL700-30LED GONIOMETER。通过国际照明委员会CIE发行的CIE127中明确记载的condition A(从LED的前端至受光部118的距离为316mm),测定了a轴方向上的配光分布特性和c轴方向上的配光分布特性。
图43(a)和图43(b)示意性地表示配光分布特性的测定系统。
图43(a)所示的a轴方向的配光分布特性是,将半导体发光芯片100的有源层的m面中的作为法线方向的m轴方向[1-100]和与测定器118连接的测定线124所成的角度为测定角,以半导体发光芯片100的c轴为中心轴使半导体发光芯片100旋转并测定了光度的值。
另外,图43(b)所示的c轴方向的配光分布特性是,半导体发光芯片100的有源层的m面中的作为法线方向的m轴方向[1-100]和与测定器118连接的测定线124所成的角度为测定角,以半导体发光芯片100的a轴为中心使半导体发光芯片100旋转并测定了光度的值。在此,以配光分布特性的m轴方向[1-100]的光度为1,将光度为0.5的角度范围称为放射角。
图44表示半导体发光芯片100的a轴方向以及c轴方向的放射角和发光波长的关系。对半导体发光芯片100的注入电流为10mA。从图44可知,c轴方向的放射角大致固定,其值为约160°。a轴方向的放射角,在发光波长为420nm以上的情况下大致固定,其值为约140°。即,在以m面为有源层的半导体发光芯片100中,具有在c轴方向上扩展的配光分布特性。在考虑光度为0.5的等高线的情况下,该形状类似于以c轴方向为长轴方向、以a轴方向为短轴方向的椭圆形状。当c轴方向的放射角为160°、a轴方向的放射角为140°时,长轴(c轴方向):短轴(a轴方向)=2:1。
(2)反射材料的反射特性的评价
作为构成安装基板101的母材或配线电极102的构成材料,准备15种的样本,测定各自的反射率。反射率的测定使用日本分光株式会社制的分光光度计(UV-VIS),对镜面反射率和漫反射率进行了测定。上述的[表1]表示对于15种样本的、最表面的材质、最表面的粗糙度Ra、母材的材质、母材表面的粗糙度Ra、最表面的镜面反射率、最表面的漫反射率、最表面的合计反射率和最表面的镜面反射的比例。反射率为波长450nm中的值。
从[表1]可知,样本4的DLC膜为也被用于反射防止膜的材料,合计反射率为5%程度而较低。样本3和10的最表面为Au,合计反射率为30%程度而较低。样本8的最表面为AlN,合计反射率为33%程度而较低。其它的样本的合计反射率显示58%以上的比较高的值。
样本1、6和14的镜面反射的比例不足2%,是漫反射非常主导的材料。在这种材料中,光侵入母材的内部发生散射并进行反射。因此,反射光的漫反射成为主导。
其它的样本的镜面反射的比例比12%大,作为反射光的成分包含镜面反射。这些材料为使光在表面反射的材料,金属等的导电性材料与这些相当。这些材料的镜面反射的比例较强地依赖于材料的最表面的粗糙度和母材的表面粗糙度。
图45(a)关于样本2、5、7、9和12的Ag最表面的反射,分别表示Ag最表面的粗糙度和镜面反射率、漫反射率和镜面反射的比例的关系。Ag最表面的粗糙度增大时,漫反射率增大,相反,镜面反射率降低。镜面反射率和漫反射率交替被更换的部位、即镜面反射的比例为50%时的Ag最表面的粗糙度为约100nm。即,被认为当配线电极102的表面的凹凸为100nm以下时,光受到表面的凹凸形状的影响较强,镜面反射变强。
图45(b)表示样本2、5、7、9和12的母材表面的粗糙度和Ag最表面的粗糙度的关系。母材表面的粗糙度和Ag最表面的粗糙度存在强相关的关系,为了使Ag最表面的粗糙度在100nm以下,可以使母材表面的粗糙度在200nm以下。
接着,样本1、13和15的表面上配置半导体芯片100来测定偏振度,由此调查了反射面的反射特性对偏振度带来的影响。图46(a)和图46(b)表示用于对反射特性对偏振度带来的影响的评价系统。图46(a)示意性地表示本评价系统的截面结构。另外,图46(b)为在注入电流为10mA的情况下,从上方对从各半导体发光芯片100放射的光及其反射光的样子进行摄影的照片。各半导体发光芯片100利用以下的第一实施例所示的制造方法来制作。芯片的一边为950μm,基板104的厚度为150μm。发光层的发光波长为450nm。对于各样本,设置于半导体发光芯片100的p侧电极102和n侧电极109配置为朝向上方。
半导体发光芯片100的p侧电极108和n侧电极109均为不透过光的材料,所以从半导体芯片100的侧面放射出的光在各样本的表面反射。使探针125与p侧电极108和n侧电极109接触,注入规定的电流。从图46(b)所示的样本1的平面照片可知,样本1的表面的反射光的形状为以c轴方向为长轴、以a轴方向为短轴的大致椭圆形。样本1的表面为漫反射率非常高的氧化铝,所以可清楚得知,光在安装面上扩散,安装面有效部接近椭圆形。另一方面,样本13和样本15的表面为镜面反射率非常高的材料,所以安装面的反射形状变得不明确。这可以认为是因为光不进入到摄影的摄像机的光学系统,安装面有效部被认为是椭圆形。
图47示意性地表示偏振度的测定系统。利用电源16使作为测定对象的由氮化物类半导体构成的半导体发光器件11发光。半导体发光器件11的发光利用实体显微镜13来确认。实体显微镜13具有两个口(port),一个口安装有硅光电检测器14,另一个口安装有CCD摄像机15。在半导体发光器件11和实体显微镜13之间插入有偏光板12。使该偏光板12旋转,利用硅光电检测器14来测定发光强度的最大值和最小值。
图48表示在样本1、13和15上配置有半导体发光芯片100的情况的偏振度。偏振度使用样本15的值进行标准化。反射面的镜面反射率越大,越能够维持反射光的偏振度而抑制其降低。另一方面,可知,反射面的镜面反射率越小,反射光的偏振度越降低。
根据以上的情况,利用反射面的反射特性,能够改变半导体发光芯片100的偏振度。
(3)形成在光取出面的凹凸部对偏振带来的影响的评价
图49为在m面GaN基板的表面形成有直径为8μm、高度为5μm的具有接近圆锥型的形状的凹凸部的扫描电子显微镜(SEM)像。凹凸部的形状对应于第九实施方式的图34(a)中的凹凸部104a。
为了进行比较,准备有不形成有凹凸部的、表面平坦的m面GaN基板。基板的厚度均为100μm。对于这两种样本,使用日本分光株式会社制的分光光度计(UV-VIS),测定了直线反射率(镜面反射率)和直线透过率。在表面平坦的m面GaN基板中,其反射率为18.4%,透过率为69.5%。反射率为18.4%与根据GaN的折射率求出的反射率很一致。
另一方面,在表面形成有凹凸部的m面GaN基板中,其反射率为14.0%,透过率为54.0%。如上所述,任一值均显示比表面平坦的m面GaN基板小的值。这被认为是,光因m面GaN基板的表面的凸部而散射,散射的光离开测定的光轴导致的,从而显示小的值。如上所述,可知点形状具有使光散射的性质。
接着,调查了关于在光取出面形成有条纹状的凹凸部的半导体发光器件,条纹的延伸方向和发光层的a轴方向所成的角度对偏振度带来的影响。利用以下的与第五实施例相同的方法,制作出具有由以m面为生长面的氮化物半导体构成的发光层的半导体发光芯片。
半导体发光芯片是一边为350μm的正方形状,基板的厚度为100μm。半导体发光芯片的表面(基板的背面)形成有条纹状的凹凸部。条纹状的凹凸部的截面形状,如图34(f)所示,为接近等腰三角形的形状,使凸部彼此的间隔为8μm,使凸部的高度为2.5μm。使条纹的延伸方向和偏振光的电场方向(发光层的a轴方向)所成的角度θ以0°、5°、30°、45°和90°地变化。图50表示这些半导体发光器件的标准化后的偏振度。标准化偏振度是设角度θ为0°的时的值为1.0进行了标准化的值。采用图50所示的测定结果时,标准化偏振度在角度θ为45°的情况下变为最小。根据该测定结果,能够降低偏振度的角度θ的范围为5°~90°程度。进而,角度θ可以为30°~90°程度,角度θ也可以为45°程度。
(第五实施例)
以下,参照图51说明第五实施例的半导体发光器件。最初,说明构成第五实施例的半导体发光器件的半导体发光芯片100的制作方法的概略。
首先,例如利用MOCVD法,在晶片状态的以m面为主面的n型GaN基板上形成有厚度为2μm的由n型GaN构成的n型氮化物半导体层、由InGaN构成的量子阱层和由GaN构成的势垒层所构成的具有3周期的量子阱结构的有源层、以及厚度0.5μm的由p型GaN构成的p型氮化物半导体层。
作为n侧电极形成Ti/Pt层,作为p侧电极形成Pd/Pt层。然后,研磨n型GaN基板的背面,使其薄至150μm的厚度。
使用金刚石笔,在形成有发光结构的晶片的c轴方向[0001]和a轴方向[11-20]上形成从表面开始深数μm程度的槽。之后,对晶片进行制动,分割为一边为350μm的由m面GaN类半导体构成的半导体发光芯片100。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101的厚度为约1mm。安装基板101的表面上有选择地形成有厚度约4μm的由银(Ag)构成的配线电极102A。即,配线电极102A以跨越椭圆形119的第三区域3的一部分及其外侧的区域的方式在a轴方向上平行地配置,不配置于第二区域2。
如[表1]的样本2所示,由Ag构成的配线电极102A的镜面反射率为12.9%,漫反射率为69.1%,合计反射率为82.0%,镜面反射的比例为15.7%。配线电极102A中的c轴方向上的宽度为约150μm。由Ag构成的配线电极102A对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为8.5%。
高温烧制氧化铝陶瓷露出于椭圆形119的第二区域2。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。
第五实施例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。图51(b)是本实施例的半导体发光器件中的5mA动作时的平面照片。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时偏振度为0.22。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.26,所以与该比较例相比能够降低偏振度。
(第六实施例)
以下,参照图52说明第六实施例的半导体发光器件。图52所示的半导体发光芯片100通过与第五实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷形成的安装基板101的厚度为约1mm。安装基板101上有选择地形成有厚度约4μm的由金(Au)构成的配线电极102B。即,配线电极102B以跨越椭圆形119的第三区域3的一部分及其外侧的区域的方式在a轴方向上平行地配置,不配置于第二区域2。
如[表1]的样本3所示,由Au构成的配线电极102B的镜面反射率为4.1%,漫反射率为29.1%,合计反射率为33.2%,镜面反射的比例为12.3%。配线电极102B中的c轴方向上的宽度为约150μm。由Au构成的配线电极102B对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为8.5%。
高温烧制氧化铝陶瓷露出于椭圆形119的第二区域2。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。
第六实施例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时偏振度为0.22。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.26,所以与该比较例相比能够降低偏振度。
(第七实施例)
以下,参照图53说明第七实施例的半导体发光器件。图53所示的半导体发光芯片100通过与第5实施例大致相同的方法制作,然后,在作为放射光的取出面的上表面(基板的背面),与第九实施方式相同地形成有大致半球状的凹凸部104a。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷形成的安装基板101的厚度为约1mm。安装基板101上有选择地形成有厚度约4μm的由金(Au)构成的配线电极102B。即,配线电极102B以跨越椭圆形119的第三区域3的一部分及其外侧的区域的方式在a轴方向上平行地配置,不配置于第二区域2。
如[表1]的样本3所示,由Au构成的配线电极102B的镜面反射率为4.1%,漫反射率为29.1%,合计反射率为33.2%,镜面反射的比例为12.3%。配线电极102B中的c轴方向上的宽度为约150μm。由Au构成的配线电极102B对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为8.5%。
高温烧制氧化铝陶瓷露出于椭圆形119的第二区域2。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。
第七实施例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.16。后述的比较例的半导体发光器件的偏振度为0.26,所以与该比较例相比能够大幅度降低偏振度。
(比较例)
以下,参照图54说明比较例的半导体发光器件。图54所示的半导体发光芯片100通过与第五实施例相同的方法制作而成。
接着,将半导体发光芯片100倒装芯片安装于由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101上,由此制作出半导体发光器件。由高温烧制氧化铝陶瓷构成的安装基板101的厚度为约1mm。在安装基板101的表面上有选择地形成有厚度为约4μm的由Ag构成的配线电极102C。即,配线电极102C以跨越椭圆形119的第二区域2的一部分及其外侧的区域的方式在c轴方向上平行地配置,不配置于第三区域3。
从而,高温烧制氧化铝陶瓷露出于椭圆形119的第三区域3。如[表1]的样本1所示,高温烧制氧化铝陶瓷的镜面反射率为1.1%,漫反射率为94.4%,合计反射率为95.5%,镜面反射的比例为1.2%。
另外,如[表1]的样本2所示,由Ag构成的配线电极102C的镜面反射率为12.9%,漫反射率为69.1%,合计反射率为82.0%,镜面反射的比例为15.7%。配线电极102C中的c轴方向的宽度为约150μm。由Ag构成的配线电极102C对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为8.5%。配线电极102C中的a轴方向的宽度为约150μm。高温烧制氧化铝陶瓷露出的面积对椭圆形119的内侧的安装面有效部所占的比例为17.0%。
本比较例的半导体发光器件的5mA动作时中的发光波长为410nm。图54(b)是本比较例的半导体发光器件的5mA动作时的平面照片。当对本半导体发光器件的5mA动作时中的偏振度进行了测定时,偏振度为0.26。产业上的可利用性
本发明的一个方式的半导体发光器件能够利用于例如、液晶投影光源装置、发光二极管(LED)的背光源等。另外,其它的方式的半导体发光器件能够利用于例如电饰、照明用途等的光源装置。符号的说明
1   第一区域
2   第二区域
3   第三区域
11  半导体发光器件
12  偏光板
13  实体显微镜
14  硅光电检测器
15  CCD摄像机
16  电源
100   半导体发光芯片
101   安装基板
101A  安装基板
101B  安装基板
101C  安装基板
101D  安装基板
102   配线电极
102A  配线电极
102B  配线电极
102C  配线电极
102D  配线电极
103   凸起
104   基板
104a  凹凸部
105   n型氮化物半导体层
106   有源层
107   p型氮化物半导体层
108   p侧电极
109   n侧电极
110   金属线
112   凹部
118   测定器
119   椭圆形(安装面有效部)
120   反射部件
120a  下端的开口部
120b  上端的开口部
120c  反射面
120d  上表面
121   保护元件
122   位置对齐用标记
123   透明部件
124   测定线
125   探针

Claims (44)

1.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的金属;和
被保持于所述安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与所述氮化物半导体有源层平行、且与来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且所述高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,
所述金属配置在所述高偏振特性区域的至少一部分的区域,
所述低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比所述金属的镜面反射的比例低,
所述高偏振特性区域中的镜面反射的比例比所述低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
2.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的配线电极;和以与所述配线电极电连接的方式被保持在所述安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与所述氮化物半导体有源层平行、且与来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且所述高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,
所述配线电极配置在所述高偏振特性区域的至少一部分的区域,
所述低偏振特性区域的至少一部分的镜面反射的比例比所述配线电极的镜面反射的比例低,
所述高偏振特性区域中的镜面反射的比例比所述低偏振特性区域中的镜面反射的比例高。
3.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的配线电极;和
以与所述配线电极电连接的方式被保持在所述安装基板的表面上,包含以m面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
设所述半导体发光芯片的一边的长度为L,所述半导体发光芯片的厚度为T,
在所述安装基板的表面,定义中心与所述半导体发光芯片的俯视时的重心位置相同,长轴与所述氮化物半导体有源层的c轴平行,短轴与所述氮化物半导体有源层的a轴平行,且具有由以下的式(1)和式(2)表示的长轴半径α和短轴半径β的椭圆形,
式(1)
α = 2 { ( L 2 + 2 TL ) / π }
式(2)
β = { ( L 2 + 2 TL ) / π }
在俯视时,以所述半导体发光芯片的外周被包围的方式,使用与所述氮化物半导体有源层的c轴平行的两根直线和与所述氮化物半导体有源层的a轴平行的两根直线,将所述椭圆形的内侧划分为9个区域,
设在所述9个区域之中、将所述半导体发光芯片包围的区域为第一区域,
设在所述第一区域的c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域,
设所述第一区域和所述第二区域以外的6个区域的集合为第三区域,与所述c轴平行的两根直线和与所述a轴平行的两根直线,以所述第一区域的面积为最小的方式设定的情况下,
所述配线电极配置在所述第二区域的至少一部分的区域,
所述第三区域的至少一部分具有镜面反射的比例比所述配线电极的镜面反射的比例低的部分,
所述第二区域中的镜面反射的比例比所述第三区域中的镜面反射的比例高。
4.如权利要求3所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述配线电极的表面的镜面反射的比例为15%以上。
5.如权利要求3或4所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述半导体发光芯片的一边的长度L和所述半导体发光芯片的厚度T之间,成立T<L的关系。
6.如权利要求3~5中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述半导体发光芯片的一边的长度L和所述半导体发光芯片的厚度T之间,成立T<L/6的关系。
7.如权利要求3~6中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述配线电极的表面的镜面反射的比例为50%以上。
8.如权利要求3~7中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述配线电极的表面粗糙度为50nm以下。
9.如权利要求3~8中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
作为所述第三区域的一部分的、镜面反射的比例比所述配线电极的镜面反射的比例低的部分在俯视时的面积为(L2+4TL)/10以下。
10.如权利要求1~9中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
在所述半导体发光芯片的光取出面形成有条纹状的多个凹凸部,
所述凹凸部延伸的方向相对于来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向或a轴方向倾斜0°以上且不足5°。
11.如权利要求3~9中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有反射部件,其被保持于所述安装基板的表面上,从该表面起的高度为H1且至少在内面具有反射面,
设从所述半导体发光芯片的a面侧的端部至所述反射部件的a轴方向的距离为D1,设从c面侧的端部至所述反射部件的c轴方向的距离为D2的情况下,
满足D1<2.75×H1和D2<5.67×H1的关系,
所述反射部件的所述反射面之中的被包含在所述第二区域的区域的反射率,镜面反射的比例为15%以上。
12.如权利要求3~9和11中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
多个所述半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,
在所述安装基板的表面,按每个所述半导体发光芯片,分别定义有被划分为所述第一区域、第二区域和第三区域的所述椭圆形的区域。
13.如权利要求12所述的半导体发光器件,其特征在于:
设从所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由-L/2]而得的数值之中小的一方的值大。
14.如权利要求12所述的半导体发光器件,其特征在于:
设从所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600054
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大。
15.如权利要求3~9和11中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
多个所述半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,并且多个所述半导体发光芯片沿c轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,
在所述安装基板的表面,按每个所述半导体发光芯片,定义有各自被划分为所述第一区域、第二区域和第三区域的所述椭圆形的区域,设a轴方向上相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3,设c轴方向上相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D4的情况下,D3<D4。
16.如权利要求15所述的半导体发光器件,其特征在于:
设在a轴方向配置的所述半导体发光芯片的个数为Na,设在c轴方向配置的所述半导体发光芯片的个数为Nc的情况下,Nc<Na。
17.如权利要求15或16所述的半导体发光器件,其特征在于:
设从所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600051
-L/2]而得的数值之中小的一方的值大,
且所述D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600052
-L/2]而得的数值之中小的一方的值大。
18.如权利要求15或16所述的半导体发光器件,其特征在于:
设从所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600053
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大,
且所述D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600061
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大。
19.如权利要求1或2所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有被保持于所述安装基板的所述低偏振特性区域的保护元件。
20.如权利要求1或2所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有配置在所述安装基板的所述低偏振特性区域的、位置对齐用的标记。
21.如权利要求1~20中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述氮化物半导体有源层为GaN类半导体有源层。
22.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的金属;和
被保持于所述安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与所述氮化物半导体有源层平行、且与来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且所述高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,
所述高偏振特性区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,
所述金属配置在所述低偏振特性区域的至少一部分的区域,
所述金属的表面的镜面反射率比所述高偏振特性区域的表面的镜面反射率高。
23.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的配线电极;和
以与所述配线电极电连接的方式被保持在所述安装基板的表面上,包含以非极性面或半极性面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且结晶轴方向的半导体发光芯片侧方的区域作为高偏振特性区域,所述结晶轴方向与所述氮化物半导体有源层平行、且与来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向垂直,
在所述安装基板的表面上,将被来自所述氮化物半导体有源层的光照射、且所述高偏振特性区域以外的区域作为低偏振特性区域时,
所述高偏振特性区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,
所述配线电极配置在所述低偏振特性区域的至少一部分,
所述配线电极的表面的镜面反射率比所述高偏振特性区域的表面的镜面反射率高。
24.一种半导体发光器件,其特征在于,包括:
安装基板;
形成在所述安装基板的表面上的配线电极;和
以与所述配线电极电连接的方式被保持在所述安装基板的表面上,包含以m面为生长面的氮化物半导体有源层的半导体发光芯片,
设所述半导体发光芯片的一边的长度为L,所述半导体发光芯片的厚度为T,
在所述安装基板的表面,定义中心与所述半导体发光芯片的俯视时的重心位置相同,长轴与所述氮化物半导体有源层的c轴平行,短轴与所述氮化物半导体有源层的a轴平行,且具有由以下的式(3)和式(4)表示的长轴半径α和短轴半径β的椭圆形,
式(3)
α = 2 { ( L 2 + 2 TL ) / π }
式(4)
β = { ( L 2 + 2 TL ) / π }
在俯视时,以所述半导体发光芯片的外周被包围的方式,使用与所述氮化物半导体有源层的c轴平行的两根直线和与所述氮化物半导体有源层的a轴平行的两根直线,将所述椭圆形的内侧划分为9个区域,
设在所述9个区域之中、将所述半导体发光芯片包围的区域为第一区域,
设在所述第一区域的c轴方向上相邻的2个区域的集合为第二区域,
设所述第一区域和所述第二区域以外的6个区域的集合为第三区域,
与所述c轴平行的两根直线和与所述a轴平行的两根直线,以所述第一区域的面积为最小的方式设定的情况下,
所述配线电极配置在所述第三区域的至少一部分的区域,
所述第二区域的表面的漫反射率比镜面反射率高,
所述配线电极的表面的镜面反射率比所述第二区域的表面的镜面反射率高。
25.如权利要求24所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述半导体发光芯片的一边的长度L和所述半导体发光芯片的厚度T之间,成立T<L的关系。
26.如权利要求24或25所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述半导体发光芯片的一边的长度L和所述半导体发光芯片的厚度T之间,成立T<L/6的关系。
27.如权利要求24~26中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述第二区域的表面的漫反射率为90%以上。
28.如权利要求24~27中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述第二区域的表面粗糙度为200nm以上。
29.如权利要求24~28中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述配线电极的表面的镜面反射的比例为12%以上,且漫反射率不足69%。
30.如权利要求24~29中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述配线电极的俯视时的面积为(L2+4TL)/10以下。
31.如权利要求22~30中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述半导体发光芯片的光取出面形成有多个凹凸部。
32.如权利要求31所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述多个凹凸部为半球状。
33.如权利要求31所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述多个凹凸部在俯视时具有条纹形状,
所述凹凸部延伸的方向相对于来自所述氮化物半导体有源层的光的偏振方向或a轴方向倾斜5°以上且90°以下。
34.如权利要求24~30中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有反射部件,其被保持于所述安装基板的表面上,从该表面起的高度为H1且至少在内面具有反射面,
设从所述半导体发光芯片的a面侧的端部至所述反射部件的a轴方向的距离为D1,设从c面侧的端部至所述反射部件的c轴方向的距离为D2的情况下,
满足D1<2.75×H1和D2<5.67×H1的关系,
所述反射部件的所述反射面之中的被包含在所述第二区域的区域的反射率,漫反射率比镜面反射率高。
35.如权利要求24~30和34中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
多个所述半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,
在所述安装基板的表面,按每个所述半导体发光芯片,各自定义有被划分为所述第一区域、第二区域和第三区域的所述椭圆形的区域。
36.如权利要求35所述的半导体发光器件,其特征在于:
设所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600101
-L/2]而得的数值之中小的一方的值大。
37.如权利要求35所述的半导体发光器件,其特征在于:
设所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2,设相互相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600102
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大。
38.如权利要求24~30和34中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
多个所述半导体发光芯片沿a轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,并且多个所述半导体发光芯片沿c轴方向且相互隔着间隔被保持于所述安装基板的表面上,
在所述安装基板的表面,按每个所述半导体发光芯片,定义有各自被划分为所述第一区域、第二区域和第三区域的所述椭圆形的区域,
设a轴方向上相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D3,设c轴方向上相邻的所述半导体发光芯片彼此的间隔为D4的情况下,D3<D4。
39.如权利要求38所述的半导体发光器件,其特征在于:
设在a轴方向配置的所述半导体发光芯片的个数为Na,设在c轴方向配置的所述半导体发光芯片的个数为Nc的情况下,Nc<Na。
40.如权利要求38或39所述的半导体发光器件,其特征在于:
设所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600111
-L/2]而得的数值之中小的一方的值大,
且所述D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600112
-L/2]而得的数值之中小的一方的值大。
41.如权利要求38或39所述的半导体发光器件,其特征在于:
设所述安装基板的表面至所述半导体发光芯片的上表面的高度为H2的情况下,
所述D3比由(2.75×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600113
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大,
且所述D4比由(5.67×H2)而得的数值和由
Figure FDA00003228795600114
-L/2]而得的数值之中大的一方的值大。
42.如权利要求22或23所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有被保持于所述安装基板的所述低偏振特性区域的保护元件。
43.如权利要求22或23所述的半导体发光器件,其特征在于:
还具有配置在所述安装基板的所述低偏振特性区域的、位置对齐用的标记。
44.如权利要求22~43中任一项所述的半导体发光器件,其特征在于:
所述氮化物半导体有源层为GaN类半导体有源层。
CN201280003779.1A 2011-11-22 2012-09-24 半导体发光器件 Pending CN103222078A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011255051 2011-11-22
JP2011255045 2011-11-22
JP2011-255045 2011-11-22
JP2011-255051 2011-11-22
PCT/JP2012/006063 WO2013076896A1 (ja) 2011-11-22 2012-09-24 半導体発光装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103222078A true CN103222078A (zh) 2013-07-24

Family

ID=48469368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280003779.1A Pending CN103222078A (zh) 2011-11-22 2012-09-24 半导体发光器件

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130240942A1 (zh)
JP (1) JP5275528B1 (zh)
CN (1) CN103222078A (zh)
WO (1) WO2013076896A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110869796A (zh) * 2017-04-12 2020-03-06 感应光子公司 包括集成检测器和超小型垂直腔表面发射激光发射器的器件

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017010383A1 (ja) * 2015-07-10 2017-01-19 日東電工株式会社 太陽電池モジュール、太陽電池モジュール用導電材および配線構造体
JP6776855B2 (ja) * 2016-12-06 2020-10-28 日亜化学工業株式会社 発光装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4417906B2 (ja) * 2005-12-16 2010-02-17 株式会社東芝 発光装置及びその製造方法
JP2009088353A (ja) * 2007-10-01 2009-04-23 Rohm Co Ltd 発光装置
US7915629B2 (en) * 2008-12-08 2011-03-29 Cree, Inc. Composite high reflectivity layer
DE102007060202A1 (de) * 2007-12-14 2009-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Polarisierte Strahlung emittierendes Halbleiterbauelement
JP4780203B2 (ja) * 2009-02-10 2011-09-28 日亜化学工業株式会社 半導体発光装置
JP5585013B2 (ja) * 2009-07-14 2014-09-10 日亜化学工業株式会社 発光装置
CN102054908B (zh) * 2009-10-29 2012-09-05 财团法人工业技术研究院 偏光发光二极管组件及其制造方法
JP2011211075A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Toyoda Gosei Co Ltd Iii族窒化物半導体発光素子の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110869796A (zh) * 2017-04-12 2020-03-06 感应光子公司 包括集成检测器和超小型垂直腔表面发射激光发射器的器件

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013076896A1 (ja) 2013-05-30
JP5275528B1 (ja) 2013-08-28
US20130240942A1 (en) 2013-09-19
JPWO2013076896A1 (ja) 2015-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8896001B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
US10401557B2 (en) Semiconductor light emitting diode chip and light emitting device having the same
JP5398939B1 (ja) 半導体発光装置
US10158048B2 (en) Light emitting device
EP2605298A1 (en) Semiconductor light-emitting device
JP5227252B2 (ja) 蛍光体により変換された白色発光ダイオード用の封止法
KR101348470B1 (ko) 발광 소자
CN104160520A (zh) 半导体发光元件、其制造方法和光源装置
KR102369932B1 (ko) 불화물계 형광체, 발광장치, 불화물계 형광체 제조방법 및 발광장치 제조방법
CN102163672A (zh) 发光器件、发光器件封装以及具有其的照明系统
KR20140019383A (ko) 질화물계 발광 다이오드 소자와 그 제조 방법
US20170179352A1 (en) Circuit board for mounting of semiconductor light emitting device and semiconductor light emitting device package using the same
CN103003962A (zh) 半导体发光器件
US20120146045A1 (en) Semiconductor light emitting device
CN103222078A (zh) 半导体发光器件
CN103081136A (zh) 氮化物类半导体发光元件
WO2014024370A1 (ja) 半導体発光装置
US20080035941A1 (en) Radiation-Emitting Thin-Film Semiconductor Chip
JP5374002B1 (ja) 窒化物半導体発光装置
US20230140302A1 (en) Polarization structures for light-emitting diodes
WO2014038113A1 (ja) 窒化物半導体発光装置
KR20130065094A (ko) 발광 소자
KR20170028667A (ko) ZnO 투명 전극을 포함하는 발광 소자
KR20130064250A (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130724