CN1655372A - 半导体发光器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体发光器件,包括:衬底,具有第一主表面和第二主表面;发光层,设置在衬底的第一主表面上的第一部分中;第一电极,设置在发光层上;第二电极,设置在衬底的第一主表面上的第二部分中,其中第二部分与第一部分不同;以及突起,设置在衬底的第二主表面上,其中突起具有平面形状,该平面形状反映了发光层的发光区的平面形状,发光区夹在第一电极和第二电极之间。
Description
相关申请的交叉引用
本发明基于并要求2004年2月13日提出的在先日本专利申请No.2004-036334的优先权,在此引入其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及半导体发光器件及其制造方法,更具体地说,涉及如倒装芯片型半导体激光器和发光二极管(LED)的半导体发光器件及其制造方法。
背景技术
当将倒装芯片型半导体发光器件安装在衬底或安装部件上时,能够同时实现芯片安装和电布线(如,日本公开专利申请2003-163373)。由于不需要焊接引线,因此能够获得许多好处。例如,简化了制造工艺,减少了寄生电容和电感,并紧凑了封装尺寸。
但是,本发明人的独立试验的生产和研究已经发现倒装芯片型半导体发光器件的光提取效率还有提高的余地。
发明内容
根据本发明的一种方案,提供了一种半导体发光器件,包括:
衬底,具有第一主表面和第二主表面;
发光层,设置在所述衬底的第一主表面上的第一部分中;
第一电极,设置在所述发光层上;
第二电极,设置在所述衬底的第一主表面上的第二部分中,其中所述第二部分与所述第一部分不同;以及
突起,设置在所述衬底的第二主表面上,其中所述突起具有平面形状,所述平面形状反映了所述发光层的发光区的平面形状,所述发光区夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
根据本发明的另一种方案,提供了一种半导体发光器件,包括:
衬底,具有第一主表面和第二主表面,其中所述第一主表面具有第一部分和第二部分;
发光层,设置在所述第一主表面上的第一部分中;
第一电极,设置在所述发光层上;
第二电极,设置在所述第一主表面上的第二部分中;以及
突起,设置在所述衬底的第二主表面上,其中所述突起对应于所述发光层的边缘,所述边缘夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
根据本发明的又一种方案,提供了一种半导体发光器件的制造方法,包括以下步骤:
在衬底的第一主表面上形成半导体多层结构,其中所述衬底具有所述第一主表面和第二主表面,所述半导体多层结构包括发光层;
在所述半导体多层结构上有选择地形成金属层;
通过使用所述金属层作为掩膜去除部分所述半导体多层结构;
在去除部分所述半导体多层结构的区域上形成第二电极;
在所述金属层上形成第一电极,其中所述第一电极与所述金属层的边缘分开,所述边缘更接近于所述第二电极;
熔合部分所述金属层、所述第一电极和下面的半导体层,其中部分所述金属层位于所述第一电极下面;以及
通过处理所述衬底的第二主表面形成突起,其中所述突起对应于所述发光层的边缘,所述边缘夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
附图说明
图1A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的平面图,以及图1B是沿其线A-A的剖面图;
图2A是图1A中沿线A-A的剖面图,图2B是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图;
图3是用于说明突起12P功能的示意图;
图4是表示本实施例半导体发光器件的第二具体实例的剖面图;
图5A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的第三具体实例的平面图,图5B是沿其线A-A的剖面图;
图6是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图;
图7是图5A中沿线A-A的剖面图;
图8是其中提供不对称凹槽12G的一个具体实例的剖面图;
图9是本实施例半导体发光器件的第五具体实例的剖面图;
图10是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的第六具体实例的平面图;
图11是图10中沿线A-A的剖面图;
图12是从其光提取表面来看的半导体发光器件的第六具体实例的平面图;
图13A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的第七具体实例的平面图,图13B是图13A中沿线A-A的剖面图,以及图13C是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图;
图14A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的第八具体实例的平面图,以及图14B是图14A中沿线A-A的剖面图;
图15A图14A中沿线A-A的剖面图,以及图15B是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图;
图16和17是本实施例半导体发光器件的第九具体实例的剖面图;
图18是由于光反射层40而提高光提取效率的曲线图;
图19是在产生第九具体实例过程中研究的比较实例的半导体发光器件的剖面图;
图20和21是表示第九具体实例的半导体发光器件制造过程的相关部分的剖面图;
图22是表示装备有本实施例半导体发光器件的部分半导体发光装置的剖面图;
图23是表示一个具体实例的剖面图,其中本实施例用于包括基于GaInAsN材料的半导体发光器件;
图24A是本发明人在产生本发明过程中研究的倒装芯片型半导体发光器件的剖面图,图24B是其部分部件的平面布置关系的视图,以及图24C是发光层中发光强度分布的照片;以及
图25是从发光层发出的光的传播路径的剖面图。
具体实施方式
现在,参考附图描述本发明的实施例。
图1和2是根据本发明的实施例的半导体发光器件的示意图。更具体地说,图1A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的平面图,以及图1B和图2A是图1A中沿线A-A的剖面图。图2B是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图。
半导体发光器件10A的结构包括:GaP衬底12,有选择地覆盖有包括发光层14的叠层体,在其上提供n侧电极18。在n侧电极18上提供焊接电极20。在GaP衬底12上提供P侧电极22。在p侧电极22上提供另一焊接电极24。通过绝缘膜16,在除了与电极18和22接触的部分之外的GaP衬底12和发光层14的表面,提供绝缘保护。例如,焊接电极20和24可以由具有共晶成分的AuSn(金-锡)形成。应该注意这些附图是示意图,各个部件的厚度和尺寸的关系与实际器件不同。
除了有源层,发光层14根据需要还可以包括许多层,如覆层、光导层、电流扩散层和接触层。图1和2表示具有由三层组成的叠层结构的发光层14。但是,本发明并不局限于此。层数可以根据需要改变。
本实施例的倒装芯片型发光器件的焊接电极20和24焊接到封装衬底等(未示出),用于芯片安装和电连接。通过电极18和22将电流注入发光层14中产生发光。此时,从p侧电极22注入的电流I不会扩散穿过发光层14,而是穿过图2A中箭头I所示的几乎是最短的路径,从发光层14流到n侧电极18。即,光发射集中在靠近电极18和22之间的发光层14边缘的发光区EA中。下面,将详细地描述这点。
图24是本发明人在产生本发明过程中研究的倒装芯片型半导体发光器件的示意图。更具体地说,图24A是半导体发光器件的剖面图,图24B是其部分部件的平面布置关系的示意图,以及图24C是发光层中发光强度分布的照片。
该半导体发光器件的结构包括:GaP衬底102,有选择地覆盖有包括发光层104的叠层体,在其上提供n侧电极108,以及在n侧电极108上提供焊接电极110。在GaP衬底102上提供P侧电极112。在p侧电极112上提供另一焊接电极114。通过绝缘膜106,在除了与电极108和112接触的部分之外的GaP衬底102和发光层104的表面,提供绝缘保护。
倒装芯片型发光器件的焊接电极110和114焊接到封装衬底等(未示出),用于芯片安装和电连接。通过电极108和112将电流注入发光层104中产生发光。发光经过衬底102从外部抽取。
但是,本发明人的研究发现,在这样的半导体发光器件中,发光不会在整个发光层104中产生,而是仅在其部分中产生。更具体地说,发光在n侧电极108和p侧电极112之间的发光区EA中产生。如图24C所示,发光在n侧电极108和p侧电极112之间产生。特别是,可观察到:发光在发光层104的边缘趋于增加。可以认为这个现象是由于电流集中流在这些电极之间。
但是,当象这样局部产生发光时,光提取效率会降低。
图25是从发光层发出的光的传播路径的剖面图。
发光区EA发出的各种光中,在基本上垂直的方向上入射在GaP衬底102的后表面102R(用作光提取表面)上的光L1能够从外部提取而不会反射。但是,在倾斜方向上入射在后表面102R上的光L2、L3以较小的入射角θ发生全反射,难于从外部提取。例如,当用封装树脂(反射率为1.5)密封GaP衬底(反射率为3.23)的周边时,如果相对于GaP衬底102后表面102R的入射角θ为约27度或更小就会发生全反射。由于绝大多数象这样的全反射光经过散射和吸收在发光器件内部衰减了,因此难于从外部提取。所以从发光器件发出的光量小于从流过该器件的电流量所期待的光量。
与此相比,在本实施例中,在衬底12的光提取表面12R上提供突起12P。将突起12P设置成与电流集中的发光层14的边缘一致,即与发光区EA一致。具有这样的突起12P,在发光层14中局部产生的发光可以从外部高效提取。
图3是说明突起12P功能的示意图。
更具体地说,在该图中在基本上垂直向下的方向上从发光区EA发出的光L1入射到突起12P的顶表面12PA上,并从外部提取。另一方面,在向下倾斜的方向上从发光区EA发出的光L2、L3的许多分量入射到突起12P的侧表面12PB上。此时,由于相对于侧表面12PB的入射角比较大,降低了全反射,这样会使更多的光从侧表面12PB向外部发射。即,由于具有突起12P,具有从发光区EA发出的所有光的较宽角度范围的光可以从外部提取而不发生全反射。结果是,能够提高外部量子效率,增强半导体发光器件的亮度。
突起12P的大小和高度,及其侧表面的倾斜角能够根据半导体发光器件的结构参数根据需要进行最优化。下面,将参考附图描述本发明半导体发光器件的一些具体实例。对于下述附图,与所述部件相同的那些部件用相同的标号表示,并不再对它们进行详细地描述。
图4是表示本实施例半导体发光器件的第二具体实例的剖面图。
更具体地说,该具体实例的半导体发光器件10B具有突起12P,该突起12P具有侧表面12PB,这些侧表面形成为基本上垂直于衬底12的光提取表面12R。即使当该侧表面象这样基本上垂直形成时,也可以提高发光区EA发出的光的外部提取效率。具有垂直侧表面的突起12P能够通过除了所谓的湿蚀刻之外的各向异性蚀刻如RIE(反应离子蚀刻)或离子铣削形成。
能够在本实施例半导体发光器件中提供的突起12P的截面形状并不局限于图1至4中所示的那些。除了它们之外,例如,也可以使用具有弯曲顶部表面12PA的突起,或具有基本上为三角形形状截面的突起。
图5至7是表示本实施例半导体发光器件的第三具体实例的示意图。更具体地说,图5A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的第三具体实例的平面图,图5B和图7是图5A中沿线A-A的剖面图,图6是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图。
在该半导体发光器件10C中,突起12P是通过在衬底12的后表面12R上提供凹槽12G来形成。同样在此情况下,在向下倾斜的方向上从发光区EA发出的光L2、L3的许多分量趋于从突起12P的侧表面12PB从外部发射而不发生全反射。
在该具体实例中,可以通过例如除了湿蚀刻和干蚀刻之外,用切割刀片形成切口,来提供凹槽12G。因此,突起12P能够快速而又简便地形成。
此外,衬底12的厚度能够在突起12P的周围部分增加。因此提高了半导体发光器件的机械强度。结果是,例如,能够抑制在倒装芯片安装时半导体发光器件产生断裂以及产生机械变形。
应该注意,在该具体实例中的凹槽12G的截面不必是对称形状。
图8是表示其中提供不对称凹槽12G的一个具体实例的剖面图。
更具体地说,在该具体实例的半导体发光器件10D中,凹槽12G的侧表面12GA的倾斜比突起12P的相对侧表面12PB的倾斜大。这样能够抑制从突起12P的侧表面12PB发出的光被凹槽12G的相对侧表面12GA“反冲(kick)”的问题。即,这样能够防止凹槽12GA阻挡光的发射路径。结果是,能够进一步提高半导体发光器件的亮度。
图9是本实施例半导体发光器件的第五具体实例的剖面图。
同样在半导体发光器件10E中,通过提供凹槽12G来形成突起12P。此外,与突起12P正对的凹槽12G的侧表面12GA被光反射层30覆盖。光反射层30反射在更垂直的方向上从突起12P的侧表面12PB以一个宽角度发出的光(例如,光L4)。结果是,能够提高光提取效率,还能够增强光的汇聚度。
在该具体实例中光反射层30可以是,例如由金属如金(Au)或铝(Al)制成的反射器,或者由多层介质或半导体膜制成的布拉格反射器(分布式布拉格反射器)。
图10至12是本实施例半导体发光器件的第六具体实例的剖面图。更具体地说,图10是从其电极来看的该具体实例的半导体发光器件的平面图,图12是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图。图11是图10中沿线A-A的剖面图。
半导体发光器件10F具有在基本上为方形的衬底12上以基本上为L形状的结构构图的发光层14。在发光层14上提供n侧电极18和焊接电极20。在衬底12上提供P侧电极22和焊接电极24。在该半导体发光器件中,在以基本上为L形状的结构形成的发光层14中,电流集中在位于p侧电极22和n侧电极18之间的边缘附近,以形成具有基本上为L形状的结构的发光区EA。
在该具体实例中,与发光区EA一致,在衬底12的光提取表面12R上提供具有基本上为L形状的结构的突起12P。即,突起12P形成为与位于p侧电极22和n侧电极18之间发光层14的边缘形状一致。由于突起12P具有这样的形状,在发光层14中产生的发光可以高效地从衬底12的光提取表面12R提取。
应该注意,也是在该具体实例中,正如参考第三至第五具体实例所述那样,通过在衬底12的光提取表面12R上形成凹槽12G来形成突起12P。这样能够实现与上述那些具体实例所述相同的功能和效果。
图13是本实施例半导体发光器件的第七具体实例的示意图。更具体地说,图13A是从其电极来看的本具体实例的半导体发光器件的平面图,图13B是图13A中沿线A-A的剖面图,以及图13C是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图。在图13中,省略了绝缘层和焊接电极,它示出了构成该器件的一些部件的布置关系。
在半导体发光器件10G中,在基本上为方形的衬底12上形成基本上为圆形的发光层14。在发光层14上,形成基本上为圆形的n侧电极18。根据需要可在其上提供焊接电极等(未示出)。另一方面,在发光层14周围,在衬底12上形成p侧电极22。而且,根据需要,可在其上提供焊接电极等(未示出)。
在该具体实例中,电流集中在基本上为圆形的发光层14的圆周边缘,以形成发光区EA。与该发光区EA一致,在衬底12的光提取表面12R上提供环形突起12P。具有这样形状的突起12P,能够提高从基本上为环形发光区EA发出的光的提取效率。
应该注意,也是在该具体实例中,正如参考第三至第五具体实例所述那样,通过在衬底12的光提取表面12R中形成凹槽12G,来形成突起12P。这样能够实现与上述那些具体实例所述相同的功能和效果。
图14和15是本实施例半导体发光器件的第八具体实例的示意图。更具体地说,图14A是从其电极来看的本实施例的半导体发光器件的平面图,图14B和图15A是图14A中沿线A-A的剖面图。图15B是从其光提取表面来看的半导体发光器件的平面图。
半导体发光器件10H具有在基本上为方形的衬底12上以梳子形状构图的发光层14。提供n侧电极18与发光层14的形状一致。也以梳子形状形成P侧电极22,以与发光层14相匹配。绝缘层16在发光层14和p侧电极22之间提供电绝缘。
在该具体实例中,电流集中在与p侧电极22相邻的发光层14的边缘附近,以形成多个线性发光区EA。以梳子形状构图发光层14能够增大发光区的面积(或长度),由此增强了亮度。
与这些发光区EA一致,在衬底12的光提取表面12R上提供多个线性突起12P。具有这样形状的突起12P,能够提高从多个线性发光区EA发出的光的提取效率。
应该注意,也是在该具体实例中,正如参考第三至第五具体实例所述那样,通过在衬底12的光提取表面12R中形成凹槽12G,来形成突起12P。这样能够实现与上述那些具体实例所述相同的功能和效果。
图16和17是本实施例半导体发光器件的第九具体实例的剖面图。
半导体发光器件10I在发光层14上具有光反射层40。光反射层40与n侧电极18相邻,并直接设置在发光区EA上。
发光层14包括p型覆层14A、有源层14B和n型覆层14C,通过合金区17在其上提供n侧电极18。光反射层40与合金区17连续地设置。应该注意,发光层14可包括这些层,如接触层、光导层和电流扩散层(未示出)。正如后面所详述,通过将n侧电极18层叠在由光反射层40组成的金属膜上,并将它们与部分发光层14熔合,以形成合金区17。
由于GaAs具有大的势垒高度,因此简单的叠层金属通常将会形成肖特基结。为此,为了形成欧姆结,金属必须与下层如GaAs等熔合。对于形成欧姆结的电极金属来说,如后面所详述,可使用金锗(AuGe)。
根据该具体实例,如图17所示,具有光反射层40,从发光层14发射到n侧电极18的光被反射到衬底12上,它能够通过突起12p从外部提取。结果是,能够进一步提高光提取效率。
图18是表示由于光反射层40而提高光提取效率的曲线图。
更具体地说,当倒装芯片安装半导体发光器件时,该曲线图分别表示从发光层14到衬底12的方向上“向上”发出的光的提取效率,和从发光层14到n侧电极18的方向上“向下”发出的光的提取效率。
当在发光层14上不提供光反射层40(“吸收”)时,“向下”发出的光,即在从发光层14到n侧电极18的方向上发出光被吸收,从而导致很低的提取效率。
与此相比,当在发光层14上提供菲涅耳反射层(“菲涅耳”)时,“向下”的光提取效率非常高。
从光反射层40分别具有30%的反射率(“反射(30%)”)、50%的反射率(“反射(50%)”)和100%的反射率(“反射(100%)”)的情况,可观察到“向下”的光提取效率随着反射率的增加而增加。
如上所述,通过在发光层14上提供高反射率的光反射层40,光提取效率能够得到极大地提高。
此外,根据该具体实例,通过在发光层14上直接提供光反射层40,使用简单的结构获得了高反射率。
图19是在产生该具体实例过程中研究的比较实例的半导体发光器件的剖面图。
更具体地说,在该比较实例的器件中,提供光反射层94以从发光层14的上表面到它的侧表面来覆盖它。由于光反射层94由金属构成,因此在发光层14的侧表面上直接形成光反射层94将会产生p-n短路。此外,由于提供光反射层94以分别覆盖n侧电极18的边缘和p侧电极12的边缘,因此必须防止这些电极之间的短路。为此,在光反射层94的下面提供绝缘膜92。此外,从其上面用绝缘膜92覆盖光反射层94。
但是,在该比较实例中,由于折射率小于光反射层94的绝缘膜92插入发光层14和光反射层94之间,因此反射率小于光反射层94被直接层叠的情况。此外,还有另一个问题,即需要额外的过程来形成薄膜和构图,以形成绝缘膜92和光反射层94。
与此相比,根据本实施例的第九实例,在发光层14的上表面上没有插入绝缘膜的情况下形成光反射层40,从而获得高的反射率。此外,通过自对准形成简单化了该制造过程。
在下面,将描述一种该具体实例的半导体发光器件的制造方法。
图20和21是表示该具体实例的半导体发光器件制造过程的相关部分的剖面图。
首先,如图20A所示,在p型衬底12上形成包括p型覆层14A、有源层14B和n型覆层14C的发光层14。应该注意,发光层14可以包括这些层,如根据需要的光导层、电流扩散层和接触层(未示出)。
例如,发光层14可以具有这样的结构,其中依次层叠p型Ga0.5Al0.5As电流扩散层、p型In0.5Al0.5P覆层、InGaAlP有源层、n型In0.5Al0.5P覆层和n型GaAs接触层。在此情况下,有源层可以具有MQW(多量子阱)结构,如交替层叠的未掺杂In0.5(Ga0.55Al0.45)0.5P阻挡层和In0.5Ga0.5P阱层。
发光层14可以外延生长在另一个衬底(未示出)上,然后通过热压接合层叠在衬底12上。例如,具有上述具体实例的叠层结构的发光层14能够外延生长在GaAs衬底上。但是,从发光层14获得的光不能传输通过GaAs衬底。为了解决此问题,上述叠层结构以相反的顺序外延生长在GaAs衬底上,GaP衬底通过热压接合层叠在GaAs衬底上,然后可以除去GaAs衬底。这样,可以倒装芯片安装该器件,并可以通过GaP衬底12提取从发光层14发出的光。
在以这种方式形成如图20A所示的叠层体后,如图20B所示部分形成将要用作光反射层40的金属层。光反射层40可由如金(Au)的材料形成。通过在晶片表面上形成抗蚀剂掩膜等(未示出),随后沉淀金,然后使用剥离或其它方法除去掩膜,可以形成如图20B所示的光反射层40。
随后,如图20C所示,将光反射层40用作掩膜来蚀刻发光层14。该蚀刻方法,例如,可以是RIE(反应离子蚀刻)。
接着,如图20D所示,形成p侧电极22。更具体地说,通过在经过蚀刻发光层14暴露的p型衬底12上沉淀金属层,然后以预定的温度烧结,来形成p侧电极22。P侧电极22可以具有这样的结构,例如从GaP衬底12侧顺序为Au(50nm)/AuZn(200nm)/Au(1μm)(括号中的值表示薄膜厚度,下面也一样)。在这种结构中,通过在455℃下进行大约30分钟烧结能够获得欧姆特性。
然后,如图21A所示,形成将要用作n侧电极的金属层18。更具体地说,在光反射层40上,例如,依次层叠AuGe(50nm)/Au(100nm)/Mo(150nm)/Au(150nm)/Mo(50nm)/Au(600nm)。这里,Mo层用作阻挡金属层,以防止包含在下层中的Ge(锗)和包含在发光层14中的Ga(镓)的扩散和渗透。
接着,进行烧结。然后,如图21B所示,将光反射层40、将要用作n侧电极的金属层18和部分发光层14熔合,以形成合金区17。在金属层18形成为上述具体实例的叠层结构时,例如,在405℃下进行大约40分钟烧结,AuGe层通过光反射层40扩散到发光层14中并熔合,以形成主要由Ge(锗)、金(Au)、镓(Ga)和As(砷)构成的合金区17。该合金区17产生欧姆特性。下面将给出n侧电极和相关烧结温度的具体实例。
表1
电极结构(从底层开始)(单位:nm) 烧结
AuGe(Ge 3wt%)(50)/Au(100)//Mo(150)
/Au(150)/Mo(50)/Au(600) 405℃×40min
AuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(600) 405℃×40min
AuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(150)
/Mo(50)/Au(600) 405℃×40min
AuGe(50)/Au(100) 405℃×40min
AuGe(50)/Au(100)//Mo(150)/Au(300)
/Mo(50)/Au(500) 405℃×30min
当p侧电极22的烧结温度较低时,在形成和烧结p侧电极22之前首先形成和烧结n侧电极18。除了金-锗(AuGe)外,作为与GaAs形成欧姆结的电极金属,也可以使用具有依次层叠的锗(Ge)/金(Au)/镍(Ni)的电极。
然后,如图21C所示,通过蚀刻和/或切割对衬底12的背侧进行处理以形成突起12P。可以在形成n侧电极18或p侧电极22之前进行突起12P的形成。
应该注意,根据需要可以在上述任何步骤之前或之后提供绝缘膜16(未示出)的形成过程。
在上述具体实例的制造方法中,如果将要用作光反射层40的金属层太薄,就会降低其对来自发光层14的光的反射率。另一方面,如果金属层太厚,就不能通过烧结充分地进行熔合,从而难于获得欧姆特性。当光反射层40的材料为金(Au)时,为了具有良好的反射率,希望其厚度为30nm或更大。另一方面,从熔合方面来看,希望光反射层40的厚度为500nm或更小。
如上所述,根据该具体实例的制造方法,通过使用将要用于光反射层40的金属层作为掩模来构图发光层14,以自对准的方式形成发光层14和光反射层40的叠层结构。此外,通过熔合光反射层40、将要用作n侧电极18的金属层和部分发光层14,以形成合金区17,能够可靠地形成n侧欧姆接触。而且,能够以自对准的方式直接在n侧电极18下面形成对来自发光层14的光具有较低反射率的合金区17。光反射层40可以设置成与合金区17相邻。结果是,能够可靠地获得欧姆特性,并能够通过在电流集中的发光区EA上以自对准的方式形成光反射层40,来提高光提取效率。
图22是表示装备有本实施例半导体发光器件的部分半导体发光装置的剖面图。更具体地说,图22A表示其中倒装芯片安装半导体发光器件10A的半导体发光装置,图22B表示其中倒装芯片安装半导体发光器件10D的半导体发光装置。
半导体发光器件10A、10D与焊接电极20和24一起安装在封装衬底200上。封装衬底200包括衬底202上的n侧电极图案204和p侧电极图案206。封装衬底200,例如,可以是芯片载体,或是在其周围形成电路的部分布线衬底。在倒装芯片安装半导体发光器件10A、10D之后,可以用树脂(未示出)密封其周边。
因此,能够通过装备有关于上述图1至21所述的本实施例的半导体发光器件,来获得光提取效率得到提高和亮度得到增加的半导体发光装置。
已经参考具体实例描述了本发明的实施例。但是,本发明并不局限于这些具体实例。例如,本领域的技术人员根据需要修改的构成半导体发光器件的层结构的任何细节也落入本发明的范围中,只要它们包括本发明的特征。例如,有源层可由各种材料制成,除了基于InGaAlP材料外,可以包括基于GaxIn1-xAsyN1-y(0≤x≤1,0≤y<1),基于AlGaAs和基于InGaAsP的材料。同样,覆层和光导层也可由各种材料制成。
图23是表示一个具体实例的剖面图,其中本实施例用于包括基于GaInAsN材料的半导体发光器件。
更具体地说,蓝宝石衬底12可设置为绝缘透明衬底。在其上外延生长n型GaN层13。在n型GaN层13上,依次层叠n型覆层14C、有源层14B和p型覆层14A。在p型覆层14A上,形成p侧电极22,在p侧电极22上形成焊接电极24。在n型GaN层13上,形成n侧电极18,在n侧电极18上形成焊接电极20。
在该具体实例中,n型覆层14C和p型覆层14A可由如InGaAlN材料制成。有源层14B可由单层的InGaN、或InGaN和InGaAlN的MQW结构制成。发光波长可根据需要通过选择有源层14B的合适材料,在从紫外线区到可见频带的较宽范围中进行选择。该发光通过设置在蓝宝石衬底12上的突起12P从外部高效提取。
本领域的技术人员根据需要修改的半导体发光器件的任何形状和大小也落入本发明的范围中,只要它们包括本发明的特征。而且,设置在衬底上突起的形状、大小、布置关系和数量也可以用不同的方式进行修改,它们当中的任何一种方式都落入本发明的范围中。
另一方面,对于半导体发光装置而言,除了上述具体实例所述之外的其它装置也落入本发明的范围中。例如,它们包括一种具有用于耦合光纤的插座的半导体发光装置,其中本发明的半导体发光器件包含在其中;以及一种具有封装衬底的半导体发光装置,其中本发明的半导体发光器件安装在封装衬底上。实际上,其中倒装芯片安装本发明半导体发光器件的任何半导体发光装置都属于本发明的范围。
当如图5至9所述在衬底12上提供凹槽12G时,凹槽12G的截面形状并不局限于具有这些附图中所示的基本上为V形截面的具体实例。除了它们之外,具有不同截面形状如图4所示基本上垂直侧表面的凹槽,以及具有与突起12P一致基本上为U形截面的凹槽的任何半导体发光器件也落入本发明的范围中。
本领域的技术人员根据需要根据上述本发明实施例的半导体发光器件修改和实施的任何其它半导体发光器件也属于本发明的范围。
Claims (20)
1.一种半导体发光器件,包括:
衬底,具有第一主表面和第二主表面;
发光层,设置在所述衬底的第一主表面上的第一部分中;
第一电极,设置在所述发光层上;
第二电极,设置在所述衬底的第一主表面上的第二部分中,其中所述第二部分与所述第一部分不同;以及
突起,设置在所述衬底的第二主表面上,其中所述突起具有平面形状,所述平面形状反映了所述发光层的发光区的平面形状,所述发光区夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
2.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中所述突起具有相对于所述第二主表面倾斜的侧表面和基本上平行于所述第二主表面的顶表面。
3.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中所述突起具有基本上垂直于所述第二主表面的侧表面和基本上平行于所述第二主表面的顶表面。
4.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中所述突起设置在所述衬底的第二主表面上基本上平行形成的一对凹槽之间。
5.如权利要求4所述的半导体发光器件,其中在所述突起的顶表面处的衬底厚度和在这对凹槽的外部区域处的衬底厚度基本上相同。
6.如权利要求4所述的半导体发光器件,其中所述突起的侧表面比与所述突起的侧表面相对的所述凹槽的侧表面更加陡峭地向所述第二主表面倾斜。
7.如权利要求4所述的半导体发光器件,还包括光反射层,设置在与所述突起的侧表面相对的所述凹槽的侧表面上。
8.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上以基本上L形结构形成所述突起。
9.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上以基本上环形结构形成所述突起。
10.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上设置多个线性突起。
11.如权利要求1所述的半导体发光器件,还包括光反射层,有选择地设置在所述发光层的发光区上。
12.如权利要求11所述的半导体发光器件,其中:
所述光反射层由第一金属制成,以及
在所述第一电极和所述发光层之间设置有合金区,所述合金区通过熔合所述第一金属、所述第一电极和部分所述发光层来形成。
13.一种半导体发光器件,包括:
衬底,具有第一主表面和第二主表面,其中所述第一主表面具有第一部分和第二部分;
发光层,设置在所述第一主表面上的第一部分中;
第一电极,设置在所述发光层上;
第二电极,设置在所述第一主表面上的第二部分中;以及
突起,设置在所述衬底的第二主表面上,其中所述突起对应于所述发光层的边缘,所述边缘夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
14.如权利要求13所述的半导体发光器件,其中所述突起设置在所述衬底的第二主表面上基本上平行形成的一对凹槽之间。
15.如权利要求14所述的半导体发光器件,其中突起的侧表面比与所述突起的侧表面相对的所述凹槽的侧表面更加陡峭地向所述第二主表面倾斜。
16.如权利要求13所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上以基本上L形结构形成所述突起。
17.如权利要求13所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上以基本上环形结构形成所述突起。
18.如权利要求1所述的半导体发光器件,其中在所述第二主表面上设置多个线性突起。
19.如权利要求13所述的半导体发光器件,还包括光反射层,其被有选择地设置在所述发光层的发光区上。
20.一种半导体发光器件的制造方法,包括以下步骤:
在衬底的第一主表面上形成半导体多层结构,其中所述衬底具有所述第一主表面和第二主表面,所述半导体多层结构包括发光层;
在所述半导体多层结构上有选择地形成金属层;
通过使用所述金属层作为掩膜去除部分所述半导体多层结构;
在去除部分所述半导体多层结构的区域上形成第二电极;
在所述金属层上形成第一电极,其中所述第一电极与所述金属层的边缘分开,所述边缘更接近于所述第二电极;
熔合部分所述金属层、所述第一电极和下面的半导体层,其中部分所述金属层位于所述第一电极下面;以及
通过处理所述衬底的第二主表面形成突起,其中所述突起对应于所述发光层的边缘,所述边缘夹在所述第一电极和所述第二电极之间。
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