CN105990490A - 半导体发光元件以及发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种抑制光强度下降的半导体发光元件以及发光装置。实施方式的半导体发光元件包括：半导体衬底，包含：第一面、与所述第一面为相反侧的第二面、及与所述第一面及所述第二面相连的第三面；第一光反射膜，覆盖所述半导体衬底的所述第三面的至少一部分；以及积层体，设置在所述半导体衬底的所述第二面侧，包含：第一半导体层、第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层。

Description

半导体发光元件以及发光装置
[相关申请]
本申请案享受以日本专利申请2014-187332号(申请日：2014年9月16日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照该基础申请案而包含基础申请案的所有内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种半导体发光元件以及发光装置。
背景技术
包括LED(Light Emitting Diode，发光二极管)等半导体发光元件的发光装置发出使从半导体发光元件的发光层发射的光、与从荧光体发射的光混合而成的混合色。荧光体例如被分散在设置于半导体发光元件周围的树脂层中。
然而，从发光层发射的光照射到被分散在树脂层中的荧光体而被激发，但一部分由荧光体或构成树脂的成分反射。因此，从发光层发射的光在树脂层内散射。如果该散射的光照射到半导体发光元件的衬底，则有当衬底为半导体衬底时光被衬底吸收而导致发光装置的光强度下降的情况。
发明内容
本发明所要解决的课题在于，提供一种具有高发光强度的半导体发光元件以及发光装置。
实施方式的半导体发光元件包括：半导体衬底，包含：第一面、与所述第一面为相反侧的第二面、及与所述第一面及所述第二面相连的第三面；第一光反射膜，覆盖所述半导体衬底的所述第三面的至少一部分；以及积层体，设置在所述半导体衬底的所述第二面侧，包含：第一半导体层、第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层。
附图说明
图1(a)是表示第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图，图1(b)是表示第一实施方式的半导体发光元件的示意性俯视图。
图2(a)～图2(c)是表示第一实施方式的半导体发光元件的制造过程的示意性剖视图。
图3(a)～图3(c)是表示第一实施方式的半导体发光元件的制造过程的示意性剖视图。
图4是表示第一实施方式的发光装置的示意性剖视图。
图5是表示第二实施方式的发光装置的示意性剖视图。
图6(a)是表示第三实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图，图6(b)是第三实施方式的半导体发光元件以及载置半导体发光元件的衬底的立体示意图。
具体实施方式
下面，一边参照附图，一边对实施方式进行说明。在下面的说明中，对相同的部件标示相同的符号，对已进行过一次说明的部件适当地省略其说明。
(第一实施方式)
图1(a)是表示第一实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图，图1(b)是表示第一实施方式的半导体发光元件的示意性俯视图。
图1(a)表示沿图1(b)的Α-A'线的位置处的剖面。而且，在下面所示的附图中导入三维坐标。
第一实施方式的半导体发光元件1包括半导体衬底10、第一光反射膜(下文中例如为光反射膜20)、积层体30、以及含金属的膜40。
半导体衬底10具有第一面(下文中例如为下表面10d)、与下表面10d为相反侧的第二面(下文中例如为上表面10u)、以及与下表面10d及上表面10u相连的第三面(下文中例如为侧面10sw)。半导体衬底10的厚度例如为100μm～300μm。半导体衬底10包含硅(Si)。例如，半导体衬底10为从硅晶片单片化的硅衬底。
光反射膜20覆盖半导体衬底10的下表面10d、及半导体衬底10的侧面10sw的至少一部分。光反射膜20也可以与半导体衬底10的侧面10sw的整个区域接触。进而，光反射膜20也可以与含金属的膜40的侧面40sw的至少一部分相接。
光反射膜20包含选自金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、锌(Zn)、锆(Zr)、硅(Si)、锗(Ge)、铂(Pt)、铑(Rh)、镍(Ni)、钯(Pd)、铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镁(Mg)、铬(Cr)、碲(Te)、硒(Se)、钛(Ti)、氧(O)、氢(H)、钨(W)、钼(Mo)、陶瓷的群中的至少一个元素。
光反射膜20也可以为多层。在此情况下，在多层的各个层中，包含选自金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、锌(Zn)、锆(Zr)、硅(Si)、锗(Ge)、铂(Pt)、铑(Rh)、镍(Ni)、钯(Pd)、铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镁(Mg)、铬(Cr)、碲(Te)、硒(Se)、钛(Ti)、氧(O)、氢(H)、钨(W)、钼(Mo)、陶瓷的群中的至少一个元素。
为了提高光反射膜20的耐热性、耐化学品性，作为光反射膜20的材料，还可以为包含所述金属群中的至少两个金属的合金。
积层体30设置在半导体衬底10的上表面10u侧。积层体30具有第一半导体层(下文中例如为半导体层30p)、第二半导体层(下文中例如为半导体层30n)、以及发光层(活性层)30e。半导体层30p为p侧的包覆层，半导体层30n为n侧的包覆层。
半导体层30p、发光层30e、及半导体层30n沿着从半导体衬底10的下表面10d朝向上表面10u的方向(图1(a)的Z方向)排列。发光层30e设置在半导体层30p与半导体层30n之间。
半导体层30p包含氮化物半导体。半导体层30p例如包含镁(Mg)作为掺杂剂。半导体层30n包含氮化物半导体。半导体层30n例如包含硅(Si)作为掺杂剂。发光层30e包含氮化物半导体。发光层30e例如可具有单量子井(SQW：Single Quantum Well)结构，也可以具有多量子井(MQW：Multi Quantum Well)结构。
而且，半导体层30n的上表面30nu成为凹凸，以提高从发光层30e发出的光的提取效率。
含金属的膜40设置在积层体30与半导体衬底10之间。半导体发光元件1是通过利用含金属的膜40使积层体30与半导体衬底10接合而形成(下文叙述)。含金属的膜40包含金属、或金属的化合物。
在积层体30与含金属的膜40之间，设置着第二光反射膜(下文中例如为光反射膜41)。
光反射膜41包含选自金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、锌(Zn)、锆(Zr)、硅(Si)、锗(Ge)、铂(Pt)、铑(Rh)、镍(Ni)、钯(Pd)、铜(cu)、锡(Sn)、碳(C)、镁(Mg)、铬(Cr)、碲(Te)、硒(Se)、钛(Ti)、氧(O)、氢(H)、钨(W)、钼(Mo)的群中的至少一个元素。
光反射膜41也可以为多层。在此情况下，在多层的各个层中，包含选自金(Au)、银(Ag)、铝(Al)、锌(Zn)、锆(Zr)、硅(Si)、锗(Ge)、铂(Pt)、铑(Rh)、镍(Ni)、钯(Pd)、铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镁(Mg)、铬(Cr)、碲(Te)、硒(Se)、钛(Ti)、氧(O)、氢(H)、钨(W)、钼(Mo)的群中的至少一个元素。
为了提高光反射膜41的耐热性、耐化学品性，作为光反射膜41的材料，还可以为包含所述金属群中的至少两个金属的合金。
对半导体层30n连接n侧的电极50n。当从Z方向观察半导体发光元件1时，电极50n位于半导体发光元件1的大致中央。而且，对含金属的膜40连接p侧的电极50p。
电极50p、50n例如包含选自铝(Al)、钛(Ti)、镍(Ni)、钨(W)、金(Au)等的群中的至少一个。
而且，在积层体30的侧部上、以及从积层体30的侧部到积层体30的内部的一部分设置着保护膜70。
图2(a)～图3(c)是表示第一实施方式的半导体发光元件的制造过程的示意性剖视图。
如图2(a)所示，使结构体60A与结构体60B相向。在结构体60A中，在半导体衬底10上设置着含金属的膜40A。在结构体60B中，在半导体衬底11下设置积层体30，在积层体30下选择性地设置光反射膜41，在积层体30及光反射膜41下设置着含金属的膜40B。半导体衬底11为硅衬底、蓝宝石衬底等。
接下来，如图2(b)所示，使含金属的膜40A与含金属的膜40B接触，在半导体衬底10与积层体30之间形成含金属的膜40，并且在半导体衬底10与光反射膜41之间形成含金属的膜40。也就是说，由含金属的膜40接合半导体衬底10与积层体30并且接合半导体衬底10与光反射膜41。
接下来，如图2(c)所示，从积层体30剥离半导体衬底11。
接下来，如图3(a)所示，例如通过干式蚀刻将设置在含金属的膜40上及光反射膜41上的积层体30分割。而且，将包含在积层体30的半导体层30n的上表面30nu加工成凹凸。
接下来，如图3(b)所示，将具有半导体衬底10、含金属的膜40、光反射膜41、及积层体30的结构体60C载置到切割片80上。此处，使半导体衬底10与切割片80接触。
接着，通过切割去除位于相邻的积层体30间的含金属的膜40的一部分、及进而其下的半导体衬底10的一部分。通过该切割而在结构体60C中形成沟槽61。也就是说，结构体60C被单片化成多个结构体60D。
接下来，如图3(c)所示，准备树脂片81。树脂片81具有粘着性、弹性等。接着，将积层体30侧的结构体60D压抵于树脂片81。进而，使树脂片81沿着树脂片81的片材面伸缩，调整相邻的结构体60D的间隔d。
接下来，例如通过溅镀法，在结构体60D的半导体衬底10的下表面10d、及侧面10sw的至少一部分形成光反射膜20。在溅镀时，光反射膜20除了形成在半导体衬底10的下表面10d外，还回绕到半导体衬底10的侧面10sw。此处，适当地调整间隔d或溅镀条件，以使光反射膜20形成在半导体衬底10的下表面10d、及侧面10sw的至少一部分。
此后，在结构体60D形成电极50p、50n、保护膜70等，从而形成半导体发光元件1。
图4是表示第一实施方式的发光装置的示意性剖视图。
第一实施方式的发光装置100包括容器200、衬底201p、衬底201n、半导体发光元件1、树脂层202、荧光体203、导线204p、以及导线204n。包含在发光装置100中的半导体发光元件并不限定于第一实施方式的半导体发光元件1，还可以为下文叙述的半导体发光元件。
容器200为上侧开口的树脂容器。容器200具有凹部200c。衬底201p及衬底201n设置在凹部200c内。半导体发光元件1设置在衬底201p上。衬底201p及衬底201n例如包含铜(Cu)。
半导体发光元件1设置在容器200的凹部200c内。半导体发光元件1的光反射膜20例如通过焊接、银浆等连接于衬底201p。
半导体发光元件1的电极50p经由导线204p而电连接于衬底201p。也就是说，从发光装置100的外部施加给衬底201p的电位经由导线204p而传导到半导体发光元件1的电极50p。此处，电极50p连接于半导体发光元件1的p侧半导体层30p。也就是说，施加给衬底201p的电位传导到p侧半导体层30p。
半导体发光元件1的电极50n经由导线204n而电连接于衬底201n。也就是说，从发光装置100的外部施加给衬底201n的电位经由导线204n而传导到半导体发光元件1的电极50n。此处，电极50n连接于半导体发光元件1的n侧半导体层30n。也就是说，施加给衬底201n的电位传导到n侧半导体层30n。
树脂层202设置在衬底201p上、衬底201n上、及半导体发光元件1上。树脂层202设置在容器200的凹部200c内。树脂层202包含荧光体203。荧光体203分散在树脂层202中。也可以在树脂层202中分散填料。
对发光装置100的作用进行说明。
如果对p侧的电极50p施加高于n侧的电极50n的电位，则对p侧的半导体层30p及n侧的半导体层30n施加顺向偏压。由此，在半导体发光元件1的发光层30e内电子空穴与电子再结合。如果在发光层30e内电子空穴与电子再结合，则发光层30e发出蓝色光90(例如，波长为450nm)。
蓝色光90为发光装置100的初级光。从发光层30e向上侧发出的蓝色光90通过半导体层30n向半导体发光元件1的上侧发出。从发光层30e向下侧发出的蓝色光90通过半导体层30p而由光反射膜41反射，从而向半导体发光元件1的上侧发出。
如果蓝色光90照射到荧光体203，则荧光体203吸收蓝色光90，例如发射黄色光91。黄色光91为发光装置100的次级光。从发光装置100发射作为初级光的蓝色光90与作为次级光的黄色光91混色而成的白色光。
此处，从半导体发光元件1发射的蓝色光90被荧光体203吸收，并且因荧光体203或填料散射。而且，存在如下情况：蓝色光90被容器200的内壁或树脂层202与大气的界面反射，而再次在树脂层202内行进。
如果此种散射光或反射光再次照射到荧光体203，则荧光体203再次发出黄色光91，从而使作为次级光的黄色光的光强度变高。由此，发光装置100的发光强度变高。
此处，假设从半导体发光元件1卸除光反射膜20的结构。如果从半导体发光元件1卸除光反射膜20，则半导体衬底10露出于树脂层202。如果半导体衬底10露出于树脂层202，则蓝色光的散射光或反射光直接照射到半导体衬底10。因此，从半导体发光元件1发射的蓝色光的一部分被半导体衬底10吸收。
由此，从半导体发光元件1发射的蓝色光90的光强度变低，并且作为初级光的蓝色光90的光强度变低，因此从荧光体203发出的黄色光91的光强度也变低。也就是说，卸除光反射膜20的发光装置的光强度变弱，而无法获得如半导体发光元件1程度的发光强度。
相对于此，在半导体发光元件1中，光反射膜20与半导体衬底10的侧面10sw的至少一部分相接。因此，蓝色光的散射光或反射光不会直接照射到半导体衬底10。因此，半导体衬底10变得难以吸收蓝色光的散射光或反射光。
进而，在半导体发光元件1中，由光反射膜20反射的蓝色光90再次照射到荧光体203。由此，荧光体203吸收蓝色光90，荧光体203再次发射黄色光91。该黄色光91有助于增加发光装置100的光强度。
(第二实施方式)
图5是表示第二实施方式的发光装置的示意性剖视图。
第二实施方式的发光装置101包括半导体发光元件2。
半导体发光元件2的电极50n经由导线204n而电连接于衬底201n。也就是说，从发光装置101的外部施加给衬底201n的电位经由导线204n而传导到半导体发光元件2的电极50n。也就是说，施加给衬底201n的电位经由电极50n而传导到半导体发光元件2的n侧半导体层30n。
而且，半导体发光元件2的半导体衬底10的导电率设定为高于半导体发光元件1的半导体衬底10的导电率。此处，光反射膜20除光反射膜外还成为p侧的电极。因此，从发光装置101的外部施加给衬底201p的电位经由光反射膜20、含金属的膜40、及光反射膜41而传导到半导体发光元件2的p侧半导体层30p。
也就是说，在半导体发光元件2中，通过对衬底201p施加高于衬底201n的电位，而可在电极50n与位于电极50n下侧的光反射膜20之间通电。
由此，从p侧的半导体层30p流向n侧的半导体层30n的电流与在半导体发光元件1中相比更均匀地分散。因此，半导体发光元件2的光强度与半导体发光元件1的光强度相比增加。也就是说，发光装置101的光强度与发光装置100的光强度相比增加。
在第二实施方式中，理想的是光反射膜20与半导体衬底10的侧面10sw的一部分接触，而不与含金属的膜40的侧面40sw相接。由此，Z方向的电流量增加，从p侧的半导体层30p流向n侧的半导体层30n的电流更均匀地分散。
在第二实施方式中，由于将光反射膜20用作p侧的电极，因此无需p侧的电极50p。因此，元件设计的自由度增加。另外，也可以不从半导体发光元件2中去除电极50p而将其用作检查用端子。
(第三实施方式)
图6(a)是表示第三实施方式的半导体发光元件的示意性剖视图，图6(b)是第三实施方式的半导体发光元件及载置半导体发光元件的衬底的立体示意图。
第三实施方式的半导体发光元件3包括半导体衬底10、光反射膜20、积层体30、含金属的膜40、树脂层202、以及荧光体203。在半导体发光元件3中，可在电极50n与光反射膜20之间通电。
树脂层202与光反射膜20、半导体衬底10、含金属的膜40、以及积层体30相接。也就是说，光反射膜20、半导体衬底10、含金属的膜40、以及积层体30由树脂层202密封。而且，与半导体衬底10的下表面10d相接的光反射膜20、以及与半导体衬底10的侧面10sw相接的光反射膜20的一部分从树脂层202露出。
在半导体发光元件3中，光反射膜20与半导体衬底10的侧面10sw的至少一部分相接。因此，蓝色光的散射光或反射光不会直接照射到半导体衬底10。因此，半导体衬底10变得难以吸收蓝色光的散射光或反射光。也就是说，半导体发光元件3发挥与半导体发光元件1相同的效果。
而且，在图6(b)中，表示半导体发光元件3、及设置着凹部201c的衬底201p。半导体发光元件3的光反射膜20与衬底201p的凹部201c是通过使半导体发光元件3朝向凹部201c下降而嵌合。而且，半导体发光元件3中无需容器200。因此，实现发光装置的小型化。
而且，在实施方式中，在发光层30e的下侧设置n型半导体层30n、并且在发光层30e的上侧设置p型半导体层30p的结构也包含在实施方式中。
而且，半导体衬底10及积层体30的平面形状并不限定于矩形，也可以为圆形。
而且，在实施方式中，所谓“积层”，除了彼此相接重叠的情况以外，还包含其间插入其他层而重叠的情况。而且，所谓“设置在上方”，除了直接相接设置的情况以外，还包含其间插入其他层而设置的情况。
而且，在实施方式中，所谓“氮化物半导体”，包含在BxInyAlZGa1－x－y－zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≦1)的化学式中使组成比x、y、及z在各自的范围内变化的所有组成的半导体。而且，进而如下半导体也包含在“氮化物半导体”中：在所述化学式中还包含除N(氮)以外的V族元素的半导体、还包含为了控制导电型等各种物性而添加的各种元素的半导体、以及还包含意外地含有的各种元素的半导体。
上面，一边参照具体例，一边对实施方式进行了说明。然而，实施方式并不限定于这些具体例。也就是说，业者对这些具体例适当地施加设计变更而成的具体例只要具备实施方式的特征，则也包含在实施方式的范围内。所述各具体例所包括的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等并不限定于所例示的内容，而可适当地变更。
而且，只要在技术上可实现，则可使所述各实施方式所包括的各要素复合，组合这些各要素而成的实施方式只要具备实施方式的特征，则也包含在实施方式的范围内。除此之外，在实施方式的思想范畴内，只要为业者则可联想到各种变更例及修正例，对于这些变更例及修正例，也应理解为属于本发明的范围内。
对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出，并非意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式可通过其他各种形态实施，可在不脱离发明的主旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求所记载的发明及其均等的范围内。
[符号的说明]
1、2、3 半导体发光元件
10、11 半导体衬底
10d 下表面
10sw 侧面
10u 上表面
20、41 光反射膜
30 积层体
30e 发光层
30n、30p 半导体层
30nu 上表面
40、40A、40B 含金属的膜
40sw 侧面
50n、50p 电极
60A、60B、60C、60D 结构体
61 沟槽
70 保护膜
80 切割片
81 树脂片
90 蓝色光
91 黄色光
100、101 发光装置
200 容器
200c、201c 凹部
201n、201p 衬底
202 树脂层
203 荧光体
204n、204p 导线

Claims (7)

1.一种半导体发光元件，其特征在于包括：
半导体衬底，包含：第一面、与所述第一面为相反侧的第二面、及与所述第一面及所述第二面相连的第三面；
第一光反射膜，覆盖所述半导体衬底的所述第三面的至少一部分；以及
积层体，设置在所述半导体衬底的所述第二面侧，包含：第一半导体层、第二半导体层、及设置在所述第一半导体层与所述第二半导体层之间的发光层。
2.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述第一半导体层、所述发光层、以及所述第二半导体层沿着从所述第一面朝向所述第二面的方向排列，并且
所述半导体发光元件还包括电连接于所述第二半导体层的电极，
可在所述电极与所述第一光反射膜之间通电。
3.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于还包括：
含金属的膜，设置在所述积层体与所述半导体衬底之间；以及
第二光反射膜，设置在所述积层体与所述含金属的膜之间。
4.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：还包括树脂层，所述树脂层与所述第一光反射膜、所述半导体衬底、所述含金属的膜、以及所述积层体相接，
与所述半导体衬底的所述第一面相接的所述第一光反射膜、以及与所述半导体衬底的所述第三面相接的所述第一光反射膜的一部分从所述树脂层露出。
5.根据权利要求4所述的半导体发光元件，其特征在于：所述树脂层包含荧光体，所述荧光体吸收从所述发光层发射的光而发射荧光。
6.根据权利要求1所述的半导体发光元件，其特征在于：所述半导体衬底包含硅。
7.一种发光装置，其特征在于包括：
容器，包含凹部；
衬底，设置在所述凹部内；
根据权利要求1至3、6中任一项所述的半导体发光元件，设置在所述衬底上，并且设置在所述凹部内；以及
树脂层，设置在所述凹部内，并且设置在所述衬底上及所述半导体发光元件上。
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