TW201128805A - Semiconductor light emitting element, electronic apparatus, and light emitting device - Google Patents
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Description
201128805 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關經由通電而產生發光之半導體發光元件 ，電子機器及發光裝置。 【先前技術】 使用GaN等之III族氮化物半導體之半導體發光元件係 通常，於藍寶石等之基板上，依序層積η型半導體層，發 光層及含有ρ型半導體層之ΙΠ族氮化物半導體薄膜所構成 〇 在此，ΠΙ族氮化物半導體薄膜係知道有對於薄膜之面 內方向的電流擴散小的特性。因此，在使用III族氮化物半 導體之半導體發光元件中，比較於接近電極的場所，在遠 離電極場所之電流量容易變小，而結果容易對於從發光層 所輸出的光量產生不勻。 作爲公報記載之以往技術，在實質上具有四角形狀之 半導體發光元件中，知道於由沿著半導體發光元件之四邊 去除Ρ型半導體層及發光層而露出之η型半導體層上形成延 長電極之同時’於半導體發光元件之對角線方向，與由去 除Ρ型半導體層及發光層而露出之η型層上形成與延長電極 連接之電極指者’從ρ型半導體層藉由發光層擴散流動至η 型半導體層之電流（參照專利文獻丨）。另外，對於專利 文獻1 ’係亦記載有於ρ型半導體層上設置複數之ρ結合墊 電極。 -5- 201128805 以往技術文獻 〔專利文獻〕 〔專利文獻1〕日本特開2006-237550號公報 【發明內容】 〔發明欲解決之課題〕 但對於爲了擴散電流而形成電極爲線狀於η型半導體 層上之情況，在電極的形成部位中，因必須去除發光層之 故，其部分，發光層的面積則減少。另外，對於複數設置 Ρ結合墊電極之情況，係安裝半導體發光元件於配線基板 等則變爲困難。 本發明之目的係抑制從半導體發光元件的發光層所輸 出的光量之不勻，且抑制在半導體發光元件之發光層面積 的減少。 〔爲解決課題之手段〕 適用本發明之半導體發光元件係包含：由具有第1之 導電型之ΠΙ族氮化物半導體所構成之第1之半導體層，和 由ΠΙ族氮化物半導體所構成，層積於前述第1之半導體層 ，經由通電而產生發光之發光層，和由具有與前述第1之 導電型不同之第2之導電型的III族氮化物半導體所構成， 層積於前述發光層之第2之半導體層’和各自貫通前述第2 之半導體層及前述發光層而加以設置，各自則與該第2之 半導體層及該發光層加以電性絕緣’且與前述第1之半導 -6 - 201128805 體層加以電性連接之複數之第1之導體部’和從前述 層而視在前述第2之半導體層的背面側’呈與該發光 面對向地加以設置，與複數之前述第1之導體部加以 連接之第1之連接導體部，和各自與前述第1之導體部 述第1之連接導體部加以電性絕緣，且與前述第2之半 層加以電性連接之複數之第2之導體部’和從前述發 而視在前述第2之半導體層的背面側，呈與該發光層 地加以設置，與前述第1之導體部及前述第1之連接導 加以電性絕緣，且與複數前述第2之導體部加以電性 之第2之連接導體部。 在如此之半導體發光元件中，在前述發光層的面 前述第1之連接導體部與前述第2之連接導體部呈重疊 以配置爲特徵。 另外，對於前述發光層的面而言，於複數之前述 1之導體部之間，配置1個前述第2之導體部’或者於 之前述之第2之導體部之間，配置1個前述第1之導體 作爲特徵。 更且，對於前述發光層之面而言，複數之前述穿 導體部與複數之前述第2之導體部則相互不同地加以 可作爲特徵。 更且另外，更含有層積於前述第2之半導體層’ 數之前述第2之導體部加以電性連接’爲了擴散藉由 之該第2之導體部所供給之電流的擴散層’前述擴散 含有具有對於從前述發光層所出射的光而言之反射性 發光 層的 電性 及前 導體 光層 對向 體部 連接 上， 地加 之第 複數 部可 "之 配置 與複 複數 層則 的金 201128805 屬層可做爲特徵。 並且，更含有電性絕緣前述第1之導體部及前述第1之 連接導體部，和前述第2之導體部及前述第2之連接導體部 的絕緣部，前述絕緣部則交互層積具有第1之折射率’且 具有對於從前述發光層所出射的光而言之透過性的第1之 折射率層，與具有較該第1之折射率爲高之第2之折射率’ 且具有對於從該發光層所出射的光而言之透過性的第2之 折射率層所構成，並由反射從該發光層所出射的光之多層 反射膜加以構成可作爲特徵。 另外，適用本發明之電子機器係組裝前述之半導體發 光元件可作爲特徵。 更且，從其他的觀點來看時，適用本發明之發光裝置 係含有：形成有第1之配線及第2之配線的基部，和對於該 基部而言，加以覆晶連接之半導體發光元件，前述半導體 發光元件係具備：由具有第1之導電型之III族氮化物半導 體所構成之第1之半導體層，和由III族氮化物半導體所構 成，層積於前述第1之半導體層，經由通電而產生發光之 發光層，和由具有與前述第1之導電型不同之第2之導電型 的ΙΠ族氮化物半導體所構成，層積於前述發光層之第2之 半導體層，和各自則貫通前述第2之半導體層及前述發光 層而加以設置，各自則與該第2之半導體層及該發光層加 以電性絕緣’且與前述第1之半導體層加以電性連接之複 數之第1之導體部’和從前述發光層而視在前述第2之半導 體層的背面側，呈與該發光層的面對向地加以設置，與複 -8- 201128805 數之前述第1之導體部及設置於前述基部之前述第1之配線 加以電性連接之第1之連接導體部，和各自與前述第1之導 體部及前述第1之連接導體部加以電性絕緣，且與前述第2 之半導體層加以電性連接之複數之第2之導體部’和從前 述發光層而視在前述第2之半導體層的背面側，呈與該發 光層對向地加以設置，與前述第1之導體部及前述第1之連 接導體部加以電性絕緣，與複數之前述第2之導體部及設 置於前述基部之前述第2之配線加以電性連接之第2之連接 導體部作爲特徵。 〔發明效果〕 如根據本發明，可抑制從半導體發光元件的發光層所 輸出的光量之不勻，且抑制在半導體發光元件之發光層面 積的減少。 【實施方式】 以下參照附加圖面，對於本發明之實施形態詳細地加 以說明。 <實施形態1 > 圖1係爲了說明適用本實施形態之半導體發光元件〗之 構成的一例的圖。在此，圖1 ( a )係顯示半導體發光元件 1之上面圖，圖1 (b)係顯示圖1 (a)之IB-IB剖面圖，圖 1 ( c )係顯示圖i ( a )之I c -1C剖面圖。 -9 * 201128805 (半導體發光元件） 本實施形態之半導體發光元件1係具備：基板110 ’和 層積於基板110上之η型半導體層140 ’和層積於η型半導體 層140上之發光層150，和層積於發光層150上之ρ型半導體 層1 60。然而，在以下的說明中，因應必要，將此等η型半 導體層140，發光層150及ρ型半導體層160’總稱爲層積半 導體層100。 更且，半導體發光元件1係具備：與Ρ型半導體層160 加以電性連接之Ρ側給電部1 70，和與經由將加以層積之Ρ 型半導體層160’發光層150及η型半導體層140之一部分作 爲切口而露出之η型半導體層140的露出面加以電性連接之 η側給電部180。 此等之中，Ρ側給電部170係具有：層積於Ρ型半導體 層160之給電反射層171，和呈夾持給電反射層171於與ρ型 半導體層160之間地，層積於給電反射層171之覆罩層172 。另外，給電反射層1 7 1係經由形成於ρ型半導體層1 60上 之透明導電層（未圖示），和形成於其透明導電層上之金 屬層（未圖示）加以構成。然而，對於給電反射層171及 覆罩層172係如後述，到達至η型半導體層140之9個孔則貫 通形成爲矩陣狀。 另外，ρ側給電部170係於覆罩層172上設置成矩陣狀 ，各更具備與覆罩層1 72加以電性連接之複數（此例爲]6 個）之Ρ側柱狀導體部173，和在16個之ρ側柱狀導體部173 -10- 201128805 上部，與各P側柱狀導體部1 73加以電性連接之p側層狀導 體部1 74。然而，在本實施形態中，p側柱狀導體部1 7 3則 作爲第1之導體部，p側層狀導體部1 74則作爲第1之連接導 體部各自發揮機能。 另一方面，η側給電部1 8 0係具備：在前述之ρ型給電 部1 7〇，將給電反射層1 7 1及覆罩層1 72，各設置於呈貫通 地加以設置之1 6個的孔，與各露出於底部之η型半導體層 1 40加以電性連接之複數（在此例爲9個）之η側柱狀導體 部1 8 3，和在9個之η側柱狀導體部1 8 3上部，電性連接各η 側柱狀導體部1 83之η側層狀導體部1 84。然而，在本實施 形態中，η側柱狀導體部1 83則作爲第2之導體部，η側層狀 導體部1 84則作爲第2之連接導體部各自發揮機能。 更且另外，半導體發光元件1係更具備從來自外部進 入的水份保護發光層1 5 0等之保護層1 9 0。在此，保護層 1 9 0係亦具有電性絕緣η型半導體層1 4 0及發光層1 5 0與ρ側 給電部1 7 0，電性絕緣發光層1 5 0及ρ型半導體層1 6 0與η側 給電部1 8 0，且電性絕緣ρ側給電部1 7 0與η側給電部1 8 0之 機能。 並且’在半導體發光元件1中，ρ側層狀導體部1 7 4之 一部分係未經由保護層1 9 0所被覆而露出，此部位則成爲 使用於與外部電性連接之ρ側給電電極1 7 4 a。並且，在半 導體發光元件1中，η側層狀導體部丨84之—部分係未經由 保護層1 9 0所被覆而露出’此部位則成爲使用於與外部電 性連接之η側給電電極1 8 4 a。 -11 - 201128805 如此，有關本實施形態之半導體發光元件1係具有於 成爲與基板1 1 0相反側之一方的面側，形成P側給電電極 174a及η側給電電極184a之構造。另外，在其半導體發光 元件1中，由將P側給電電極1 74a作爲正極，將η側給電電 極184a作爲負極而流動電流至層積半導體層100 (更具體 而言爲P型半導體層160，發光層150及η型半導體層140) ，發光層15 0則產生發光。並且，其半導體發光元件1係將 從發光層150所射出的光，呈從η型半導體層140側取出地 ，由所謂覆晶連接所安裝而使用。但在本實施形態之半導 體發光元件1中，基板1 1 0係並非必須。 圖2係顯示作爲絕緣部之一例的保護層1 90之剖面模式 圖之一例。 保護層1 90係作爲交互層積作爲折射率不同之第1之折 射率層之一例的低折射率層1 90a與作爲第2之折射率層之 —例的高折射率層1 90b之多層反射膜而加以構成。特別是 在本實施形態中，採用經由2個之低折射率層190a而夾持1 個之高折射率層1 90b之構成，在此例中，經由於6層之低 折射率層190a之間夾持5層之高折射率層190b，具有合計 1 1層之層積構造。 對於低折射率層190a及高折射率層190b係使用對於發 光層150所輸出的光而言之光透過性能高之構成。在此， 作爲低折射率層190a係可使用例如Si02 (氧化矽）或MgF2 (氟化鎂），另外，作爲高折射率層190b係可使用Ti02 ( 氧化鈦），Ta205 (氧化鉅），Zr02 (氧化鉻），Hf02 ( -12- 201128805 氧化铪），Nb205 (氧化鈮）。但如爲滿足與高折射率層 190b之間的折射率之關係，將此等Ti〇2，Ta2〇5’ Zr〇2， Hf〇2’ Nb205，使用於低折射率層190a亦可。 在本實施形態中，作爲低折射率層190a而使用Si 02 ( 氧化矽，如波長45 5nm的光，折射率nL= 1.48 79 )，作爲高 折射率層190b而使用Ti02 (氧化鈦，如波長45 5 nm的光， 折射率nH = 2.5 2 76 )。此等係對於發光層150之發光波長；I (=4 0〇nm〜46 0nm )的光而言，具有高光透過性。然而， 發光層1 5 0的發光波長λ更短，發射近紫外光範圍的光之 情況，係取代吸收近紫外光範圍的光之Ti02 (氧化鈦）， 而Ta2 05 (氧化鉬），Nb2 05 (氧化鈮）Zr02 (氧化銷）， Hf〇2 (氧化給）等，光學能帶隙較Ti02 (氧化鈦）爲大之 構成’作爲（¾折射率層190b而使用爲佳。但在發光層150 發射紫外光範圍的光之情況，對於低折射率層1 9〇a係亦可 使用Si02 (氧化矽）。 另外’各低折射率層190a之層厚dL及高折射率層丨9〇b 之層厚dH係將發光層150的發光波長作爲λ (nm),將在 發光波長λ之低折射率層190a的折射率作爲nL,發光長λ 之闻折射率層1 9 0 b的折射率作爲η η時，依據以下所示的式 子加以設定。 〔數1〕
λ 4xnL …⑴ λ
4χη Η -13- -(2) 201128805 接著，將在圖1所示之半導體發光元件1的各部之詳細 構成，與半導體發光元件1之製造方法同時加以說明。圖1 所示之半導體發光元件1係歷經於基板110上形成層積半導 體層10 0之半導體層形成工程’和於基板110上之層積半導 體層100上，形成含有給電反射層171及覆罩層172之導電 層的導電層形成工程’和於給電反射層171及覆罩層172之 形成後，形成保護層190之一部分的層（稱作第1保護層） 之第1保護層形成工程’和於第1保護層形成後’形成n側 給電部1 80之η側給電部形成工程’和於η側給電部1 80之形 成後，形成保護層190之一部分的層（稱作第2保護層）之 第2保護層形成工程’和於第2保護層之形成後’形成ρ側 給電部170之中的ρ側柱狀導體部173及ρ側層狀導體部174 之Ρ側給電部形成工程，和於Ρ側給電部1 70之形成後’形 成保護層190之殘留之一部分的層（稱作第3保護層）之第 3保護層形成工程所得到。 首先，對於在本實施形態所使用之基板Π 0加以說明 〇 作爲基板110，如爲磊晶成長III族氮化物半導體結晶 於表面之基板，並無特別加以限定，可選擇使用各種基板 。但本實施形態之半導體發光元件1係從如前述，呈從基 板1 1 0側取出光地加以覆晶安裝的情況，對於從發光層1 5 〇 所出射的光而言，具有光透過性爲佳。隨之，可使用例如 由藍寶石，氧化鋅，氧化鎂，氧化銷，氧化鎂鋁，氧化鎵 -14- 201128805 ，氧化銦，氧化鋰鎵，氧化鋰鋁，氧化钕鎵，氧化鑭緦鋁 鉅，氧化緦鈦，氧化鈦等所成之基板1 1 0。 另外，在上述材料之中，特別是使用將C面做爲主面 之藍寶石作爲基板1 1 0而使用爲佳。將藍寶石作爲基板1 1 〇 而使用之情況，係於藍寶石之C面上，形成爲了使晶格常 數匹配之中間層（緩衝層）之後，形成層積半導體層1 〇〇 即可。 以下，對於各工程，具體地進行說明。然而，在以係 說明中，對於AlGaN，GaN，GalnN，有著以省略各元素之 組成比的形式而記述之情況。 <半導體層形成工程> 圖3係爲了 g兌明半導體層形成工程的圖。在此，圖3 ( a )係顯示對應於圖1 ( a )之上面圖，圖3 ( b )係顯示對 應於圖1 (b)之圖3(a)的IIIB-IIIB剖面圖，圖3(c)係 顯示對應於圖1 (c)之圖3(a)的IIIC-IIIC剖面圖。 在半導體層形成工程中，首先，於基板110或層積於 基板110之一方的面之中間層（未圖示）上，依序層積層 積半導體層100即η型半導體層14〇，發光層150及p型半導 體層160。然而，層積半導體層1〇〇係由m〇CVD法而形成 時’可得到結晶性佳的構成，但由經由濺鍍法而將條件作 成最佳化者’可形成具有較MOCVD法爲優越之結晶性的 半導體層。 並且’在半導體層形成工程中，於基板110上層積層 -15 - 201128805 積半導體層100 ( η型半導體層140，發光層150及p型半導 體層1 60 )之後，對於其周緣部與圖1所示之η側柱狀導體 部1 8 3之形成預定部位而言，進行乾蝕刻，於此部位使η型 半導體層140露出。然而，在乾蝕刻中，延壓至η型半導體 層140之一部分亦可。由此，對於層積半導體層1〇〇係矩陣 狀地形成合計9個（3x3 )之圓形狀的孔。 η側柱狀導體部183係作爲直徑，理想爲ΙΟμηι〜50μπι的 範圍爲佳，作爲長度（深度）係8 00ηηι~5μιη之範圍爲佳， 例如適用直徑ΙΟμπι，長度（深度）7〇〇nm。在此，孔的直 徑較1 Ομηι爲小之情況，濺鍍時之材料的層積變爲困難（埋 入變爲困難），另外，與η型半導體層140之介面的接觸阻 抗變大，電流擴散的效率變差。另一方面，孔的直徑較 5 Ομηι爲大之情況，從發光面積變小之情況，作爲發光元件 並不理想。 在此，作爲第1之半導體層之一例的η型半導體層140 係例如以將電子作爲載體之第1之導電型而進行電性傳導 之構成。另外，η型半導體層14 0係經由層積於基板1 1〇側 之η接觸層，和層積於η接觸層上之η包覆層而構成爲佳。 在此，η接觸層係例如爲了與圖1所示之複數之η側柱狀導 體部183電性連接的層。另外，η接觸層係以於AlxGai_xN ( 〇各x< 1、理想爲〇$ 0.5、更理想爲OS xS 0.1 )，作爲 η型不純物而添加Si，Ge及Sn等所成之IV族的元素者而構 成爲佳。另一方面，η包覆層係爲了進行對於發光層150注 入載體與封入載體的層。η包覆層係可以於AlGaN、GaN、 -16- 201128805
GaInN等，添加前述之η型不純物者而構成。 另外’發光層1 5 0係伴隨通電而發光的層，可採用單 一量子井構造或多重量子井構造等。 作爲單一量子井構造之井層，係通常使用Gai.yInyN ( 0<y<0·4)所成之III族氮化物半導體層。另外，多重量 子井構造之發光層150之情況係將上述Ga^InyN作爲井層 ，將較井層能帶隙爲大之AlzGa|_zN(0Sz<0.3)作爲障 壁層。在此情況中，對於井層及障壁層係經由設計而亦可 摻雜或不摻雜不純物。 然而，在本實施形態中，發光層1 5 0則經由調整井層 之In組成之時，可從紫外光範圍輸出綠色範圍（發光波長 λ = 365nm〜540nm程度）的光。 更且，作爲第2之半導體層之一例的p型半導體層160 係例如以將電洞作爲載體之第2之導電型而進行電性傳導 之構成。另外，P型半導體層1 60係經由層積於基板發光層 150側之p包覆層，和層積於p包覆層上之p接觸層而構成爲 佳。在此，p包覆層係爲了進行對於發光層150注入載體與 封入載體的層。作爲P包覆層係較發光層1 50的能帶隙爲大 之組成，如爲可封入載體於發光層1 5 0之構成，並無特別 加以限定，但以於A 1 x G a , ·ΧΝ ( 0 < X $ 0 · 4 )，作爲ρ型不純 物而添加Mg等者而構成爲佳。另一方面，ρ接觸層係例如 爲了與圖1所示之複數之Ρ側柱狀導體部1 73電性連接的層 。另外，Ρ接觸層係可以於AlxGa|.xN(0SxS0.4) ’添加 上述P型不純物者而構成。 -17- 201128805 <導電層形成工程> 圖4係爲了說明導電層形成工程的圖。在此，圖4 ( a )係顯示對應於圖1 (a)之上面圖，圖4(b)係顯示對應 於圖1 (b)之圖4(a)的IVB-IVB剖面圖，圖4(c)係顯 示對應於圖1 (c)之圖4(a)的IVC-IVC剖面圖。 在導電層形成工程中，於除了與η型半導體層14〇之露 出部位的邊界部側之Ρ型半導體層160上，層積給電反射層 171，接著，呈於與Ρ型半導體層160之間夾持給電反射層 1 7 1而被覆地層積覆罩層1 72。在本實施形態中，此等給電 反射層1 7 1及覆罩層1 72則作爲擴散層而發揮機能。然而， 給電反射層1 7 1及覆罩層1 72係例如可由濺鍍法而做成。另 外，在導電層形成工程結束之狀態，由半導體層形成工程 而露出之η型半導體層140係保持維持露出的狀態。 在此，給電反射層171係經由層積於ρ型半導體層160 上之透明導電層，和作爲層積於其透明導電層上之金屬層 的一例之金屬反射層而構成爲佳。此等之中，透明導電層 係可由各種材料做適當選擇，但例如可使用含有In之氧化 物，更理想爲 IZO ( Ιη203-Ζη0 )。 透明導電層之膜厚係理想爲使用在50n m〜50 Onm之範 圍。對於膜厚未達50nm之情況，係阻抗變差，作爲電流擴 散層之機能下降，招致發光輸出下降。對於膜厚超出 5 OOnm之情況，係作爲透明導電層之透明性變差，招致發 光輸出下降。 -18- 201128805 另外’金屬反射層係在發光層150之發光波長；I中使 用反射率高的材料爲佳，例如可使用Ag或含有Ag之合金 爲佳。 金屬反射層之膜厚係理想爲使用在8 0 n m〜2 0 0 n m之範 圍。對於膜厚未達80 nm之情況，因經由金屬反射層之反射 率下降之故而爲不佳。另外，對於膜厚超出2 0 Onm之情況 ’係因發光元件之製造成本變高之故而爲不佳。 另一方面，覆罩層172係由Ag而構成金屬反射層之情 況’抑制Ag之移動之構成，例如可使用Ta或TaN。 覆罩層1 72之膜厚係理想爲使用在20nm〜2 00nm之範圍 。對於膜厚未達20nm之情況，成爲無法抑制金屬反射層（ 在此例爲Ag )之移動。另外，對於膜厚超出200nm之情況 ，係因發光元件之製造成本變高之故而爲不佳。 <第1保護層形成工程> 圖5係爲了說明第1保護層形成工程的圖。在此，圖5 (a )係顯示對應於圖1 ( a )之上面圖，圖5 ( b )係顯示 對應於圖1 ( b )之圖5 ( a )的V B - V B剖面圖，圖5 ( c )係 顯示對應於圖1 (C)之圖5(a)的VC-VC剖面圖。 在第1保護層形成工程中，首先，對於上面全面而言 進行第1保護層1 9 1之層積。在此，第1保護層1 9 1係保護層 190之中之4層分，依Si02所成之低折射率層190a，Ti02所 成之高折射率層190b，Si〇2所成之低折射率層190a，Ti02 所成之高折射率層1 90b順序依序層積加以構成。此時，第 -19- 201128805 1保護層191係被覆露出於上部之覆罩層172及η型半導體層 140之同時，亦被覆周緣部之壁面或形成爲矩陣狀之9個孔 的壁面。然而，第1保護層1 9 1係例如可由濺鍍法而做成。 並且，在第1保護層形成工程中，形成第1保護層191 之後，對於9個孔之底面的中央部進行乾蝕刻，於此部位 使η型半導體層140露出。但在乾鈾刻中，從9個孔之壁面 係未進行第1保護層1 9 1之去除。由此，如圖5 ( b )所例示 ，呈使η型半導體層140露出地形成9個孔爲矩陣狀。 < η側給電部形成工程> 圖6係爲了說明η側給電部形成工程的圖。在此，圖6 (a)係顯示對應於圖1 (a)之上面圖，圖6(b)係顯示 對應於圖1 (b)之圖6(a)的VIB-VIB剖面圖，圖6(c) 係顯示對應於圖1(c)之圖6(a)的VIC-VIC剖面圖。 在η側給電部形成工程中，首先，對於上面全面而言 進行金屬膜之層積。由此，對於第1保護層191之上面係形 成有金屬膜所成之η側層狀導體部1 84，經由對於9個孔之 內側充塡金屬之時而於各自形成η側柱狀導體部1 8 3。在此 ，各η側柱狀導體部183及η側層狀導體部184係當然作爲一 體化。然而，其金屬膜係例如可經由濺鍍法而做成。 並且，在η側給電部形成工程中，在形成金屬膜之形 成之後，維持經由η側層狀導體部1 84而連接各η側柱狀導 體部1 83之狀態，且呈成爲「Ε」字狀形狀地，對於η側層 狀導體部1 84而言進行濕蝕刻。然而，此時，對於圖1所示 •20- 201128805 之η側給電電極1 8 4 a之形成預定部位，係將η側層狀導體部 1 84之一部分殘留成半圓狀。由此，η側層狀導體部1 84係 從發光層1 5 0而視爲ρ型半導體層1 6 0之背面側，呈與發光 層1 5 0的面對向地加以設置。 在此，圖1 〇 ( a )係顯示在本實施形態之複數之η側柱 狀導體部1 83及η側層狀導體部1 84之構成的一例剖面圖。 在本實施形態中，複數之η側柱狀導體部1 83及η側層 狀導體部1 84係例如，經由依Α1所成之η側第1層1 86，和Ta 所成之η側第2層1 8 7，和P t所成之η側第3層1 8 8，和A u所成 之η側第4層1 89的順序加以層積所構成。 η側第1層1 8 6之膜厚係理想爲使用在8 0 n m〜2 0 0 n m之範 圍。對於膜厚未達8 Onm之情況，因經由η側第1層1 8 6之反 射率下降之故而爲不佳。另外，對於膜厚超出2 0 0 n m之情 況，係因發光元件之製造成本變高之故而爲不佳。 η側第2層1 8 7之膜厚係理想爲使用在2 0 n m〜2 0 0 n m之範 圍。對於膜厚未達20nm之情況，有著對於兩側層之阻障性 變差之虞。另外，對於膜厚超出2 ΟΟηπι之情況，係因發光 元件之製造成本變高之故而爲不佳。 η側第3層1 8 8之膜厚係理想爲使用在5 0 n m〜2 0 0 n m之範 圍。對於膜厚未達5 0 n m之情況，係有n側第2層1 8 7 (例 如’ T a )與η側第4層1 8 9 (例如，A u )反應之虞。另外， 對於膜厚超出200nm之情況’係因發光元件之製造成本變 高之故而爲不佳。 η側第4層189之膜厚係理想爲使用在i〇0nm~2pm之範 -21 - 201128805 圍。對於膜厚未達lOOnm之情況，係作爲η側第4層189之阻 抗變高。另外，對於膜厚超出2μηι之情況，係因發光元件 之製造成本變高之故而爲不佳。 <第2保護層形成工程> 圖7係爲了說明第2保護層形成工程的圖。在此，圖7 (a)係顯示對應於圖1(a)之上面圖，圖7(b)係顯示 對應於圖1 (b)之圖7(a)的VIIB-VIIB剖面圖，圖7(c )係顯示對應於圖1 ( c )之圖7 ( a )的VIIC-VIIC剖面圖 〇 在第2保護層形成工程中，首先，對於上面全面而言 進行第2保護層192之層積。在此，第2保護層192係保護層 190之中之4層分，依Si 02所成之低折射率層190a，Ti02所 成之高折射率層190b，Si02所成之低折射率層190a，Ti02 所成之高折射率層1 90b順序依序層積加以構成。如上述， 第1保護層191的最上層係從Ti02所成之高折射率層19 Ob之 情況，於其上方，成爲層積構成第2保護層1 92之低折射率 側190a。此時，第2保護層192係被覆露出於上部之第1保 護層191及η側層狀導體部184。然而，第2保護層192係例 如可由濺鍍法而做成。 並且，在第2保護層形成工程中，在形成第2保護層 1 92之後，對於圖1所示之ρ側柱狀導體部1 73之形成預定部 位而言進行乾蝕刻，於其部位，使覆罩層1 72露出。由此 ，對於第1保護層1 9 1及第2保護層1 92，係成爲矩陣狀地形 -22- 201128805 成合計1 6個（4 x 4 )的圓形狀的孔。然而’如圖7 ( c )所 例示，此等1 6個孔係在發光層1 5 0的面上’形成於從η側柱 狀導體部I 8 3及η側層狀導體部1 8 4的形成位置偏移的位置 < Ρ側給電部形成工程> 圖8係爲了說明ρ側給電部形成工程的圖。在此’圖8 (a)係顯示對應於圖1(a)之上面圖’圖8(b)係顯示 對應於圖1 (b)之圖8(a)的VIIIB-VIIIB剖面圖，圖8(c )係顯示對應於圖1 (c)之圖8(a)的VIIIC-VIIIC剖面圖 〇 在P側給電部形成工程中’首先’對於上面全面而言 進行金屬膜之層積。由此，對於第2保護層1 92之上面係形 成有金屬膜所成之P側層狀導體部1 ’經由對於1 6個孔之 內側充塡金屬之時而於各自形成P側柱狀導體部1 7 3。在此 ，各P側柱狀導體部1 73及ρ側層狀導體部174係當然作爲一 體化。然而，其金屬膜係例如可經由濺鍍法而做成。 並且，在ρ側給電部形成工程中，在進行金屬膜之形 成後，維持經由P側層狀導體部1 74而連接各P側柱狀導體 部1 7 3之狀態，且呈去除周緣部及圖1所示之η側給電電極 1 80之形成預定部位與其周邊地，對於ρ側層狀導體部1 74 而言進行濕蝕刻。由此，：Ρ側層狀導體部1 74係從發光層 150而視爲ρ型半導體層160之背面側，呈與發光層150的面 對向地加以設置。另外，在發光層1 50的面上，ρ側層狀導 -23- 201128805 體部174與η側層狀導體部184亦呈重疊地加以配置。更且 ，對於發光層150的面而言，於4個之ρ側柱狀導體部173之 間配置1個之η側柱狀導體部1 83，或者於4個之η側柱狀導 體部183之間配置1個之ρ側柱狀導體部173。更且，另外， 對於發光層150的面而言，各ρ側柱狀導體部173與各η側柱 狀導體部1 8 3則相互不同地加以配置。 在此，圖1 〇 ( b )係顯示在本實施形態之複數之ρ側柱 狀導體部】73及ρ側層狀導體部174之構成的一例剖面圖。ρ 側柱狀導體部173係作爲孔的直徑，理想爲ΙΟμιη〜50μπι的 範圍爲佳，作爲長度（深度）係經由保護層1 90等之膜厚 而依存之構成之30〇ηπι~5μπι之範圍爲佳，例如適用直徑 1〇μιη，長度（深度）850nm程度。在此，孔的直徑較ΙΟμιη 爲小之情況，濺鍍時之材料的層積變爲困難（埋入變爲困 難），另外，與η型半導體層14 0之介面的接觸阻抗變大， 電流擴散的效率變差。另一方面，孔的直徑較50μηι爲大之 情況，從發光面積變小之情況，作爲發光元件並不理想。 在本實施形態中，複數之ρ側柱狀導體部1 73及ρ側層 狀導體部174係例如，經由依Ti或Ta所成之ρ側第1層176， 和Pt所成之ρ側第2層177，和Au所成之ρ側第3層178順序加 以層積之時而加以構成。 P側第1層176之膜厚係理想爲使用在20nm~200nm之範 圍。對於膜厚未達20nm之情況，有著對於兩側層之阻障性 變差之虞。另外，對於膜厚超出2 0 Onm之情況，係因發光 元件之製造成本變高之故而爲不佳。 -24- 201128805 P側第2層1 77之膜厚係理想爲使用在50n m〜2 0 Onm之範 圍。對於膜厚未達50nm之情況，p側第1層176 ( Ti或Ta ) 與P側第3層178 (例如，Au )產生反應之虞。另外，對於 膜厚超出200nm之情況，係因發光元件之製造成本變高之 故而爲不佳。 P側第3層178之膜厚係理想爲使用在l〇〇nm〜2pm之範 圍。對於膜厚未達l〇〇nm之情況，係作爲p側第3層178之阻 抗變高。另外，對於膜厚超出2μπι之情況，係因發光元件 之製造成本變高之故而爲不佳。 <第3保護層形成工程> 圖9係爲了說明第3保護層形成工程的圖。在此’圖9 (a )係顯示對應於圖1 ( a )之上面圖’圖9 ( b )係顯示 對應於圖1 (b)之圖9(a)的IXB-IXB剖面圖’圖9(c) 係顯示對應於圖1 ( c )之圖9 ( a )的IX C -1X C剖面圖。 在第3保護層形成工程中’首先’對於上面全面而言 進行第3保護層193之層積。在此，第3保護層193係保護層 190之中之3層分，依Si02所成之低折射率層190a’ Ti02所 成之高折射率層1 90b ’ Si02所成之低折射率層1 90a順序依 序層積加以構成。如上述’第2保護層1 9 2的最上層係從 Ti〇2所成之高折射率層190b之情況’於其上方’成爲層積 構成第3保護層1 9 3之低折射率層側1 9 0 a。此時’第3保護 層193係被覆露出於上部之第2保護層192及p側層狀導體部 1 7 4。然而，第3保護層1 9 3係例如可由職鍍法而做成。 -25- 201128805 並且，在第3保護層形成工程中，形成第3保護層193 之後，對於圖1所示之P側給電電極1 74a之形成預定部位及 η側給電電極1 8 4 a之形成預定部位而言進行乾蝕刻，經由 使P側層狀導體部1 74之一部分露出之時而形成P側給電電 極174a，且經由使η側層狀導體部I84之—部分露出之時而 形成η側給電電極1 8 4a。另外’第1保護層1 9 1 ’第2保護層 1 92及第3保護層1 93則成爲兼具絕緣層及反射層之保護層 190° 經由以上，得到圖1所示之半導體發光元件1。 圖11係顯示作爲具備圖1所示之半導體發光元件1之發 光裝置的一例之發光晶片10之構成的一例圖。在此，圖11 (a)係顯示發光晶片10之上面圖，圖11 (b)係顯示圖11 (a )之XIB-XIB剖面圖。 其發光晶片1 〇係具備：於一方側形成凹部1 1 a之框體 1 1，和形成於框體1 1之引線架所成之第1引線部12及第2引 線部1 3，和安裝於凹部1 1 a之底面的半導體發光元件1，和 呈被覆凹部1 1 a地加以設置之封閉部1 4。然而，在圖1 1 ( a )中，省略封閉部14之記載。 作爲基部之一例的框體1 1係於含有第1引線部1 2及第2 引線部〗3之金屬引線部，經由射出成型白色的熱可塑性樹 脂而加以形成。 第1引線部12及第2引線部13係具有0.1~0.5mm程度之 厚度的金屬板，作爲加工性，熱傳導性優越之金屬，例如 將鐵/銅合金作爲基底，於其上方作爲電鍍層而層積數μιη -26- 201128805 錬’欽’金’銀等加以構成。並且，在本實施形態中，第 1引線部1 2及第2引線部1 3之一部分則呈露出於凹部1 1 a的 底面地露出。另外’第1引線部丨2及第2引線部1 3之一端部 側係露出於框體1 1之外側，且從框體丨丨之外壁面彎曲至背 面側。然而’在本實施形態中，第1引線部〗2則作爲第】之 配線，第2引線部1 3則作爲第2之配線各自發揮機能。 另外’半導體發光元件1係於凹部1 1 a，跨越第1引線 部1 2與第2引線部1 3加以安裝。 並且’封閉部1 4係在可視範圍的波長，由光透過率高 ’另外折射率高之透明樹脂所加以構成。作爲構成封閉部 1 4之耐熱性、耐候性，及滿足機械強度高之特性的樹脂， 例如可使用環氧樹脂或矽樹脂者。並且，在本實施形態中 ’於構成封閉部1 4之透明樹脂，使從半導體發光元件1所 出射的光之一部分’含有變換成綠色光及紅色光的螢光體 。然而’取代如此螢光體’含有將藍色光的一部分變換成 黃色光的螢光體’或將藍色光的一部分變換成黃色光及紅 色光的螢光體亦可。 在本實施形態中，對於發光晶片1 〇的凹部1丨a而言， 在使圖1所示之半導體發光元件丨的上下反轉的狀態，對於 作爲正電極之一例的第1引線部12係將p側給電電極174a， 而對於作爲負電極之一例的第2引線部1 3係將n側給電電極 1 8 4a ’各使用焊料電性連接之同時，機械性地固定。如此 之半導體發光元件1的連接手法係一般稱作覆晶連接的構 成。 -27- 201128805 然而，組裝本實施形態之發光晶片1 〇的背照光，行動 電話，顯示器，各種面板類，電腦，遊戲機，照明等之電 子機器，或組裝此等電子機器的汽車等之機械裝置係成爲 具備具有優越發光特性之半導體發光元件1的構成。特別 是在使背照光，行動電話，顯示器，遊戲機，照明等之電 池驅動之電子機器，可提供具備具有優越發光特性之半導 體發光元件1的優越製品而爲理想。另外，具備半導體發 光元件1之發光晶片1 0的構成係不限於圖1 1所示之構成， 而例如亦可採用稱作砲彈型的封裝構成。 接著，對於圖1 1所示之發光晶片1 0及組裝於發光晶片 1 0之半導體發光元件1的發光動作加以說明。 在發光晶片10中，對於半導體發光元件1而言，當從 第1引線部12朝向第2引線部13流動電流時，在半導體發光 元件1中，從Ρ側給電部170，藉由ρ型半導體層160，發光 層150及η型半導體層140而流動朝向η側給電部180的電流 。此時，在Ρ側給電部1 70中，從Ρ側給電電極1 74a藉由ρ側 層狀導體部1 74供給電流至各ρ側柱狀導體部1 73，從各ρ側 柱狀導體部173藉由覆罩層172及給電反射層171而流動電 流至P型半導體層160 »另一方面，在η側給電部180中，從 η型半導體層140側，藉由複數之η側柱狀導體部183及η側 層狀導體部1 84而流動電流至η側給電電極1 84a。伴隨於此 ，發光層150係朝向於η型半導體層140側的光與朝向於ρ型 半導體層1 60側的光作爲主要，輸出因應其組成的光（例 如，藍色光） -28- 201128805 從發光層150所輸出的光之中，朝向於n型半導體層 140側的光係從η型半導體層140側透過基板1 10，朝向半導 體發光元件1的外部，即圖1 1 ( a )的上方加以出射。 另外，從發光層1 5 0所出射的光之中，朝向於p型半導 體層160側的光之一部分係藉由p型半導體層160而到達至 給電反射層1 7 1，由設置於給電反射層1 7 1的金屬反射層（ 未圖示）加以反射。並且，由金屬反射層所反射的光係藉 由給電反射層1 7 1而到達至覆罩層1 72，由覆罩層1 72加以 反射。並且，由覆罩層172所反射的光係透過p型半導體層 160，發光層150，η型半導體層140及基板110，出射於半 導體發光元件1之外部。 另一方面，從發光層I 5 0所出射的光之中，朝向於側 方的光係由保護層190，更具體而言爲由第1保護層191加 以反射。並且，由保護層1 90所反射的光係行進在半導體 發光元件1內，之後，出射至半導體發光元件1之外部。 另外，從發光層1 5 0直接朝向基板1 1 0的光之一部分， 從發光層150藉由覆罩層172而朝向基板110的光之一部分 ，並且，從發光層150藉由保護層190而朝向基板1 10的光 之一部分係例如在基板1 1 〇與外部之邊界加以反射’返回 至半導體發光元件1內。如此作爲而返回至半導體發光元 件1內的光係經由設置於Ρ側給電部1 70之給電反射層1 7 1的 金屬反射層（未圖示）或保護層1 90加以反射’再次朝向 基板1 1 0側，之後，出射至半導體發光元件1的外部。 在此，在本實施形態中，將電性連接各η側柱狀導體 -29- 201128805 部183之η側層狀導體部184，從發光層150而視設置於p型 半導體層1 60的背面側之故，爲了連接此等而必須削去發 光層150。隨之，成爲可抑制在相同面積的半導體發光元 件1之發光層1 5 0的面積之減少，作爲結果，可抑制所輸出 的光量之下降。 另外，在本實施形態中，經由於P型半導體層1 6〇側連 接複數之P側柱狀導體部173之同時，於η型半導體層140側 連接複數之η側柱狀導體部1 83之時’容易使流動於設置在 Ρ型半導體層160與η型半導體層140之間的發光層150之電 流分散。特別是在本實施形態中，於複數（在本例中爲4 個）之Ρ側柱狀導體部1 73之間’配置1個之η側柱狀導體部 1 8 3，另外，於複數（在本例中爲4個）之η側柱狀導體部 183之間，配置1個之ρ側柱狀導體部173之故’從ρ型半導 體層160藉由發光層150而朝向η型半導體層140的電流則容 易分散於面方向。其結果，成爲抑制通過發光層150之電 流的面內不勻，發光層1 5 0係可在抑制發光不勻之狀態下 輸出光。 更且，在本實施形態中，將電性連接複數之Ρ側柱狀 導體部1 73之ρ側層狀導體部1 74，和電性連接複數之η側柱 狀導體部183之η側層狀導體部184，於發光層150的面上， 重疊立體地配置。由此’與平面地配置配線之情況做比較 ，可抑制半導體發光元件1之面積的增加。 然而，在本實施形態中，一體地形成複數之Ρ側柱狀 導體部1 73及Ρ側層狀導體部1 74 ’但並無局限於此’亦可 -30- 201128805 個別地形成。另外，在本實施形態中，一體地形成複數之 η側柱狀導體部1 83及η側層狀導體部1 84，但並無局限於此 ，亦可個別地形成。 另外，在本實施形態中，將Ρ側柱狀導體部1 73的數量 作爲16個，將η側柱狀導體部183的數量作爲9個，但對於ρ 側柱狀導體部173及η側柱狀導體部183的數量，係可各自 進行變更。 【圖式簡單說明】 圖1係爲了說明適用本實施形態之半導體發光元件之 構成的一例的圖。 圖2係爲了說明在半導體發光元件之保護層之剖面模 式圖之一例的圖。 圖3係爲了說明半導體層形成工程的一例的圖。 圖4係爲了說明導電體層形成工程的一例的圖。 圖5係爲了說明弟1保護層形成工程之一例的圖。 圖6係爲了說明η側給電部形成工程的一例的圖。 圖7係爲了說明第2保護層形成工程之一例的圖。 圖8係爲了說明ρ側給電部形成工程的一例的圖。 圖9係爲了說明第3保護層形成工程之一例的圖。 圖1 0 ( a )係顯示複數之！^側柱狀導體部及η側層狀導 體部之構成的一例剖面圖，（b )係顯示複數之ρ側柱狀導 體部及P側層狀導體部之構成的一例剖面圖。 圖11係顯示具備圖1所示之半導體發光元件之發光晶 -31 - 201128805 片的構成之一例的圖。 【主要元件符號說明】 1 :半導體發光元件 1 0 :發光晶片 1 1 :框體 12 :第1引線部 13 :第2引線部 1 4 :封閉部 1 1 〇 :基板 140 : η型半導體層 150 :發光層 160 : ρ型半導體層 1 7 0 : ρ側給電部 1 7 1 :給電反射層 172 :覆罩層 173 : ρ側柱狀導體部 174 : ρ側層狀導體部 1 7 4 a : ρ側給電電極 1 80 : η側給電部 183 : η側柱狀導體部 184 : η側層狀導體部 1 8 4 a : η側給電電極 190 :保護層 -32 201128805 190a :低折射率層 1 9 0 b :高折射率層 -33
Claims (1)
- 201128805 七、申請專利範圍： 1. 一種半導體發光元件，其特徵爲含有：由具有第1 之導電型之III族氮化物半導體所構成之第1之半導體層； 和由ΠΙ族氮化物半導體所構成，層積於前述第1之半 導體層，經由通電而產生發光之發光層； 和由具有與前述第1之導電型不同之第2之導電型的III 族氮化物半導體所構成，層積於前述發光層之第2之半導 體層； 和各自貫通前述第2之半導體層及前述發光層加以設 置，各自與該第2之半導體層及該發光層加以電性絕緣， 且與前述第1之半導體層加以電性連接之複數之第1之導體 部； 和從前述發光層而視在前述第2之半導體層的背面側 ，呈與該發光層的面對向地加以設置，與複數之前述第1 之導體部加以電性連接之第1之連接導體部： 和各自與前述第1之導體部及前述第1之連接導體部加 以電性絕緣，且與前述第2之半導體層加以電性連接之複 數之第2之導體部； 和從前述發光層而視在前述第2之半導體層的背面側 ，呈與該發光層對向地加以設置，與前述第1之導體部及 前述第1之連接導體部加以電性絕緣，且與複數前述之第2 之導體部加以電性連接之第2之連接導體部。 2. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光元件，其 中，在前述發光層的面上，前述第1之連接導體部與前述 -34- 201128805 第2之連接導體部呈重疊地加以配置。 3. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光元件，其 中，對於前述發光層的面而言，於複數之前述之第〗之導 體部之間，配置1個前述第2之導體部，或者於複數之前述 之第2之導體部之間，配置1個前述第1之導體部。 4. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光元件，其 中，對於前述發光層之面而言，複數之前述第1之導體部 與複數之前述第2之導體部則相互不同地加以配置。 5. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光元件，其 中，更含有層積於前述第2之半導體層’與複數之前述第2 之導體部加以電性連接，爲了擴散藉由複數之該第2之導 體部所供給之電流的擴散層， 前述擴散層則含有具有對於從前述發光層所出射的光 而言之反射性的金屬層。 6. 如申請專利範圍第1項記載之半導體發光元件，其 中，更含有電性絕緣前述第1之導體部及前述第1之連接導 體部，和前述第2之導體部及前述第2之連接導體部的絕緣 部， 前述絕緣部則交互層積具有第1之折射率，且具有對 於從前述發光層所出射的光而言之透過性的第1之折射率 層，與具有較該第1之折射率爲高之第2之折射率，且具有 對於從該發光層所出射的光而言之透過性的第2之折射率 層所構成，並由反射從該發光層所出射的光之多層反射膜 加以構成。 -35- 201128805 7. 一種電子機器，其特徵爲組裝有如申請專利範圍 第1項乃至第6項任一項記載之半導體發光元件。 8. 一種發光裝置，其特徵爲含有：形成有第1之配線 及第2之配線的基部，和對於該基部而言，加以覆晶連接 之半導體發光元件， 前述半導體發光元件係具備： 由具有第1之導電型之III族氮化物半導體所構成之第1 之半導體層； 和由III族氮化物半導體所構成，層積於前述第1之半 導體層，經由通電而產生發光之發光層； 和由具有與前述第1之導電型不同之第2之導電型的III 族氮化物半導體所構成，層積於前述發光層之第2之半導 體層； 和各自則貫通前述第2之半導體層及前述發光層而加 以設置，各自則與該第2之半導體層及該發光層加以電性 絕緣，且與前述第1之半導體層加以電性連接之複數之第1 之導體部： 和從前述發光層而視在前述第2之半導體層的背面側 ，呈與該發光層的面對向地加以設置，與複數之前述第1 之導體部及設置於前述基部之前述第1之配線加以電性連 接之第1之連接導體部； 和各自與前述第1之導體部及前述第1之連接導體部加 以電性絕緣，且與前述第2之半導體層加以電性連接之複 數之第2之導體部； -36- 201128805 和從前述發光層而視在前述第2之半導體層的1 ，呈與該發光層對向地加以設置，與前述第1之導f 前述第1之連接導體部加以電性絕緣，與複數之前述 導體部及設置於前述基部之前述第2之配線加以電1: 之第2之連接導體部。 ί面側 !部及 第2之 ΐ連接 -37-
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