TW201517311A - 半導體發光元件 - Google Patents

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TW201517311A
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Toru Sugiyama
Masashi Tsukihara
Kohei Miyoshi
Saori Nambu
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Ushio Electric Inc
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Abstract

提供一邊確保流通於發光層的電流往水平方向的擴散，一邊更提升光線的取出效率的半導體發光元件。 半導體發光元件，係於支持基板上，具有n型半導體層、p型半導體層、及形成於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間的發光層的構造，具備：n側電極，係以使底面接觸n型半導體層的上面之方式形成；反射電極，係使上面接觸p型半導體層的底面，形成於包含n側電極的形成處之正下方位置的區域；及第1絕緣層，係於n側電極的形成處之正下方位置中，以使上面接觸反射電極的底面之方式形成。

Description

半導體發光元件
本發明係關於在支持基板上，具有n型半導體層、p型半導體層、及形成於該等之間的發光層的半導體發光元件。
先前，於使用氮化物半導體的發光元件中，主要利用GaN。此時，根據晶格整合的觀點，利用在藍寶石基板上進行磊晶成長來形成缺陷少的GaN膜，形成由氮化物半導體所成的發光元件。在此，因藍寶石基板是絕緣材，對於GaN系的發光元件的供電，削去p型半導體層的一部分，使n型半導體層露出，於p型半導體層及n型半導體層的各半導體層形成供電用的電極。如此，將供電用的電極配置成相同朝向之構造的發光元件稱為「橫型構造」，例如於後述專利文獻1有揭示此種技術。
另一方面，也進行以發光元件之發光效率的改善及光取出效率的提升，將p型半導體層與n型半導體層配置於表背面來進行供電，所謂「縱型構造」之發光元件的開發。在製造該縱型構造的發光元件時，於藍寶石基 板上由下依序配置n型半導體層、發光層(也稱為「活性層」)、p型半導體層，於該p型半導體層側接合由Si或CuW所成的支持基板之後，去除藍寶石基板。此時，元件表面成為n型半導體層，利用於該n型半導體層側設置電極(n側電極)，並於該n側電極連接身為供電線的引線，來進行電壓供給。
於縱型的構造中，對p型半導體層側的電極(以下，稱為「p側電極」)與形成於n側電極之間施加電壓的話，電流會從p側電極透過發光層而流至n側電極。利用電流流通於發光層內，發光層會發光。
p側電極與n側電極係配置成與垂直方向對向的位置關係。因此，對兩電極之間施加電壓時，形成幾乎以最短距離從p側電極朝向n側電極之垂直方向的電流路徑。此時，使大部分的電流流通於位於n側電極正下方的發光層內，於其他發光層內不太流通電流，會有發光區域成為限定性，發光效率變低的問題。
對於前述的課題，於後述專利文獻2，揭示以使電流對於支持基板的基板面平行的方向擴散為目的，於n側電極的正下方位置設置絕緣層的構造。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第2976951號說明書
[專利文獻2]日本專利第4207781號說明書
圖9係模式揭示專利文獻2所揭示之半導體發光元件的剖面圖。先前的半導體發光元件90係於支持基板91上具備導電層92、反射膜93、絕緣層94、反射電極95、半導體層99及n側電極100所構成。半導體層99係由下依序層積p型半導體層96、發光層97及n型半導體層98所構成。反射電極95係對應前述之「p側電極」的電極。
絕緣層94係形成於包含形成有n側電極100之位置的正下方位置的區域。於絕緣層94的下層，形成有由金屬材料所成的反射膜93，但是，該反射膜93並無法發揮作為具有歐姆特性之電極的功能。另一方面，反射電極95係由金屬材料所成，利用在p型半導體層96之間實現歐姆連接而具有作為電極(p側電極)的功能。
對支持基板91與n側電極100之間施加電壓的話，因於n側電極100的正下方位置設置絕緣層94，可防止於n側電極100的正下位置中大部分的電流往垂直方向流通於發光層97內之狀況。亦即，電流通過反射電極95之後，會一邊往對於支持基板91的基板面平行的方向(水平方向)擴散，一邊朝向n側電極100流通。藉此，可獲得使流通於發光層97內的電流往水平方向擴散的效果，發光層97內的發光區域會擴散於水平方向。
反射電極95係利用將在發光層97發光的光線中，放射至朝向支持基板91之方向(圖面朝下)的光線反射，於n側半導體層98側(圖面朝上)取出，兼用於提升光線的取出效率的目的。反射膜93也因同樣的目的來形成，使通過未形成有反射電極95之處，朝下進行的光線反射，往n側半導體層98側改變進行方向，可提升光線的取出效率。
但是，從發光層97朝下反射的光線藉由反射膜93反射而朝上取出時，該光線係涵蓋被反射膜93反射之前與反射之後的兩次，通過絕緣膜94內。於專利文獻2，作為絕緣膜94的材料，舉出SiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2等的材料。藉由該等材料來形成絕緣膜94時，絕緣膜94雖然構成為透明膜，但是，光線通過該絕緣膜94內時，數%的光線會被絕緣膜94吸收。更詳細來說，從發光層97通過絕緣膜94到達反射膜93為止，3~4%程度的光線被吸收，進而被反射膜93反射的光線通過絕緣膜94，被取出至n型半導體層98側的外部為止，更有3~4%的光線被吸收。
亦即，在先前的構造中，雖然從發光層94放射的光線中，反射朝下放射的光線而提升取出效率，但是，一部分的光線於絕緣膜94內被吸收，故難謂充分提升了取出效率。
本發明係有鑑於前述的課題，目的為提供一邊確保流通於發光層的電流往水平方向的擴散，一邊更提 升光線的取出效率的半導體發光元件。
本發明係於支持基板上，具有n型半導體層、p型半導體層、及形成於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間的發光層的半導體發光元件，其特徵為具備：n側電極，係以使底面接觸前述n型半導體層的上面之方式形成；反射電極，係使上面接觸前述p型半導體層的底面，形成於包含前述n側電極的形成處之正下方位置的區域；及第1絕緣層，係於前述n側電極的形成處之正下方位置中，以使上面接觸前述反射電極的底面之方式形成。
依據該構造，反射電極雖然形成於n側電極的正下方位置為止，但是，於該處中於底面形成有第1絕緣層，故於n側電極的正下位置中電流不會流至比反射電極的底面還下方的位置。電流路徑形成於未形成第1絕緣層的區域，所以，依據前述構造，即使反射電極與n側電極是對向於垂直方向的位置關係，也不會有大部分的電流僅流通於被反射電極與n側電極挾持的區域之發光層內之狀況。亦即，即使於前述構造中，也可獲得使流通於發光層內的電流，往與支持基板的基板面平行之方向(水平方向)擴散的效果。
如果是參照圖9所說明之先前的構造的話，已藉由形成於反射膜93的上層的絕緣層94，實現了使流通於發光層97內的電流往水平方向擴散的效果。然後，利用於該反射膜93的上層設置絕緣層94，從發光層97放射的光線被反射膜93反射而被取出為止之間，不得已地通過兩次絕緣層94內，在該絕緣層94內有數%的光線被吸收。
相對於此，如果是前述構造的話，藉由設置於反射電極的下層的第1絕緣層，實現使流通於發光層內的電流往水平方向擴散的效果。因此，於反射電極的上層，不一定需要設置絕緣層。結果，從發光層往支持基板側放射的光線被反射電極反射而取出至n型半導體層側的外部為止，不會被絕緣層吸收，相較於先前可提升取出效率。
再者，即使於圖9所示之先前的半導體發光元件90中，絕緣層94也以接觸反射電極95的底面之一部分之方式形成，於反射電極95的上面，形成有p型氮化物層96。因此，從發光層97朝下(支持基板91側)放射的光線中，被反射電極95反射的光線，不會被絕緣層94吸收。但是，在圖9的構造中，於n側電極100的正下方位置，並未形成反射電極95，而是形成有絕緣層94。因此，從發光層94放射的光線中，朝下通過位於n側電極100的正下方之區域內的光線，無法藉由反射電極95反射，故作為於絕緣層94的底面設置反射膜93的構造。但 是，到被該反射膜93反射的光線被取出至外部為止，於絕緣層94中一部分被吸收之處，係如上所述。
於圖9所示之半導體發光元件90中，作為於n側電極100的正下方位置不形成反射電極95的構造，是想定使n側電極100與反射電極95對向於垂直方向的話，電流僅重點性流通於位於之間的發光層97的區域，發光層97內的發光區域會成為限定性之狀況。但是，如在「實施方式」中後述般，藉由本案發明者的銳意研究，發現即使於n側電極的正下方位置形成反射電極，也可利用n側電極的正下方位置中於反射電極的底面形成絕緣層(第1絕緣層)，實現使流通於發光層的電流往水平方向擴散的效果。本發明係依據該事實所發明者。
尤其，於前述構造中，前述反射電極，係可設為上面全部與前述p型半導體層的底面接觸的構造。
利用設為此種構造，從發光層朝下放射的光線被反射電極反射，到往n型半導體層的上方取出為止，不會被絕緣層吸收。因此，相較於先前構造，可大幅提升光線取出效率。
又，作為其他構造，可設為具備：第2絕緣層，係於前述n側電極的形成處之正下方位置中，形成於被前述反射電極與前述p型半導體層挾持的位置；前述第2絕緣層，係與前述支持基板的基板面平行之方向的寬度，比位於該第2絕緣層正上方之位置的前述n 側電極還窄的構造。
前述構造之狀況中，於反射電極的上面形成第2絕緣層，故通過第2絕緣層內的光線，在該第2絕緣層中一部分的光線被吸收。但是，如上所述，在本發明的構造中，藉由形成於反射電極的底面的第1絕緣層，成功實現使流通於發光層內的電流往水平方向擴散的效果。因此，在於反射電極的上面形成絕緣層(第2絕緣層)時，可縮小該第2絕緣層的寬度。亦即，即使使第2絕緣層的寬度縮小到比n側電極更小，流動於發光層內的電流也會藉由第1絕緣層往水平方向擴散。然後，因為可如此縮小第2絕緣層的寬度，即使於反射電極的上面形成該第2絕緣層，也可使從發光層朝下放射而被反射電極反射的光線中，通過該第2絕緣層內的光線成為限定性。所以，即使於此構造中，相較於先前，可更提升光線的取出效率。
又，於前述構造中，也可設為前述反射電極，係除了上面形成有前述第2絕緣層的區域之外，上面全部與前述p型半導體層的底面接觸的構造。
又，本發明的半導體發光元件，係可作為以氮化物半導體層形成前述n型半導體層、前述p型半導體層、及前述發光層的全部的氮化物半導體發光元件來實現。
依據本發明的半導體發光元件，可一邊確保流通於發光層的電流往水平方向的擴散，一邊相較於先前構造，更提升光線的取出效率。
1‧‧‧第1實施形態的半導體發光元件
1a‧‧‧第2實施形態的半導體發光元件
1b‧‧‧其他實施形態的半導體發光元件
11‧‧‧支持基板
13‧‧‧焊錫層
14‧‧‧接合層
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
21‧‧‧絕緣層(第1絕緣層)
22‧‧‧絕緣層(第2絕緣層)
23‧‧‧絕緣層
30‧‧‧半導體層
31‧‧‧p型半導體層
32‧‧‧p型半導體層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n型半導體層
36‧‧‧無摻雜層
40‧‧‧磊晶層
42‧‧‧n側電極
43‧‧‧n側電極(供電端子)
43a，43b‧‧‧n側電極上的引線連絡區域
45‧‧‧引線
61‧‧‧擴散層
62‧‧‧中間層
63‧‧‧p-被覆層
64‧‧‧緩和層
65‧‧‧n-被覆層
90‧‧‧先前的半導體發光元件
91‧‧‧支持基板
92‧‧‧導電層
93‧‧‧反射膜
94‧‧‧絕緣層
95‧‧‧反射電極
96‧‧‧p型半導體層
97‧‧‧發光層
98‧‧‧n型半導體層
99‧‧‧半導體層
100‧‧‧n側電極
[圖1A]模式揭示半導體發光元件的第1實施形態之構造的剖面圖。
[圖1B]模式揭示半導體發光元件的第1實施形態之構造的俯視圖。
[圖2A]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2B]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2C]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2D]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2E]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2F]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2G]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2H]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2I]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖2J]半導體發光元件的第1實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖3]模式揭示半導體發光元件的第2實施形態之構造的剖面圖。
[圖4A]半導體發光元件的第2實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖4B]半導體發光元件的第2實施形態之工程剖面圖的一部分。
[圖5]模式揭示作為比較例所形成之半導體發光元件的構造的剖面圖。
[圖6]揭示對於實施例1、實施例2及比較例的各元件施加電壓時，流通的電流值與電壓值的關係(I-V特性)的圖表。
[圖7]揭示對於實施例1、實施例2及比較例的各元件供給電流時所得之發光輸出與電流值的關係的圖表。
[圖8]模式揭示半導體發光元件的其他實施形態之構造的剖面圖。
[圖9]模式揭示先前的半導體發光元件之構造的剖面圖。
針對本發明的半導體發光元件，參照圖面來進行說明。再者，於各圖中，圖面的尺寸比與實際的尺寸比不一定一致。又，於本說明書中，所謂「第1層位於第2層的正下方」係代表關於與支持基板的基板面垂直之方向，第2層位於第1層的下方。
[第1實施形態]
針對本發明的半導體發光元件之第1實施形態的構造進行說明。
〈構造〉
圖1A係模式揭示半導體發光元件的第1實施形態之構造的剖面圖。半導體發光元件1係包含支持基板11、導電層20、絕緣層21、半導體層30及n側電極(42，43)所構成。半導體層30係由下依序層積p型半導體層(32，31)、發光層33及n型半導體層35所形成。再者，圖1B係從上面觀看半導體發光元件1時的模式俯視圖，圖1A係對應圖1B之A-A線剖面圖。
(支持基板11)
支持基板11係以例如CuW、W、Mo等的導電性材料或Si等的半導體基板所構成。
(導電層20)
於支持基板11的上層，形成由多層構造所成的導電層20。該導電層20係在本實施形態中，包含焊錫層13、焊錫層15、保護層17及反射電極19。
焊錫層13及焊錫層15係例如以Au-Sn、Au-In、Au-Cu-Sn、Cu-Sn、Pd-Sn、Sn等所構成。如後述般，該等焊錫層13與焊錫層15係利用使形成於支持基板11上的焊錫層13，與形成於其他基板(後述的藍寶石基板61)上的焊錫層15對向之後，貼合兩者所形成者。
保護層17係例如以Pt系的金屬(Ti與Pt的合金)、W、Mo、Ni等所構成。如後述般，隔著焊錫層的貼合時，構成焊錫的材料會擴散至後述之反射電極19側，發揮防止反射率下落所致之發光效率的降低的功能。
反射電極19係例如以Ag系的金屬(Ni與Ag的合金)、Al、Rh等所構成。半導體發光元件1係想定將從發光層33放射之光線取出至圖1A的上方向(n型半導體層35側)，反射電極19係利用使從發光層33朝下放射之光線朝上反射，發揮提升發光效率的功能。再者，圖1A內之朝上的箭頭表示光線的取出方向。
反射電極19係形成於包含n側電極(42，43)之正下方位置的p型半導體層(31，32)的下層。尤其，如圖1A所示，在本實施形態中，以反射電極19的上面全部與p型半導體層32接觸之方式形成。然後，對支持基板11與n側電極(42，43)之間施加電壓的話，會形成透過支 持基板11、焊錫層(13，15)、保護層17、反射電極19、半導體層30而流通至n側電極(42，43)的電流路徑。
(絕緣層21)
絕緣層21係例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成。該絕緣層21對應「第1絕緣層」。
絕緣層21係形成於n側電極(42，43)之正下方位置，絕緣層21的上面係接觸反射電極19的底面。該絕緣層21，係發揮使流通於發光層33的電流，往與支持基板11的基板面平行之方向(水平方向)擴散的作用效果。進而，絕緣層21也形成於半導體層30之外側的位置，如製程中後述般，也具有作為元件分離時之蝕刻阻擋層的功能。
(半導體層30)
如上所述，半導體層30係由下依序層積p型半導體層32、p型半導體層31、發光層33及n型半導體層35所形成。
p型半導體層32係例如以GaN所構成。又，p型半導體層31係例如以AlmGa1-mN(0≦m<1)所構成。任一層都摻雜有Mg、Be、Zn或C等的p型不純物。再者，p型半導體層32係不純物濃度比p型半導體層31還高濃度，形成接觸層。
發光層33係例如以具有重複由InGaN所成之 量子井層與由AlGaN所成之障壁層的多量子井結構的半導體層所形成。該等之層係作為無摻雜型亦可，作為摻雜p型或n型亦可。
n型半導體層35係例如利用包含以AlnGa1-nN(0≦n<1)所構成之層(電洞供給層)與以GaN所構成之層(保護層)的多層構造所構成。至少於保護層，摻雜Si、Ge、S、Se、Sn或Te等的n型不純物。
(n側電極42，n側電極43)
n側電極(42，43)係n型半導體層35的上層，於圖1A所示之剖面圖中形成於n型半導體層35的端部附近區域與中央附近區域，例如以Cr-Au構成。形成於端部附近區域者對應n側電極43，形成於中央附近區域者對應n側電極42。又，於n側電極43，例如於區域43a及43b中，連接以Au、Cu等所構成之引線45，該引線45的另一方係連接於配置半導體發光元件1之基板(支持基板11)的供電圖案等(未圖示)。亦即，n側電極43係具有作為半導體發光元件1的供電端子的功能。再者，在圖1A及圖1B中，設為n側電極42形成於中央附近之1處的構造，但是，也利用形成複數個該n側電極42，配置成格子狀者亦可。進而，使n側電極42彼此交叉，配置成網目狀亦可。
又，如圖1B所示，n側電極42與n側電極43係於 半導體層30的上面連結，發揮於半導體層30的平面上擴張電流路徑的作用效果。亦即，利用於n型半導體層35的上面中，在與構成供電端子的n側電極43不同之處，與n型半導體層35的上面接觸，於通電時關於水平方向，於n型半導體層35的廣泛範圍流通電流，藉此，以於發光層33內的廣泛範圍流通電流為目的所形成。
再者，雖然未圖示，但是，於半導體層30的側面，形成作為保護膜的絕緣層亦可。再者，作為該保護膜的絕緣層，係以具有透光性的材料(例如SiO2等)構成為佳。又，在上述的實施形態中，將構成p型半導體層31的一材料記載為AlmGa1-mN(0≦m<1)，將構成n型半導體層35的一材料記載為AlnGa1-nN(0≦n<1)，但是，該等為相同材料亦可。
又，以更加提升光取出效率為目的，於n型半導體層35的上面形成微小的凹凸(mesa構造)亦可。
依據圖1A所示之構造，反射電極19雖然形成於包含n側電極(42，43)的正下方位置的區域，但是，於n側電極(42，43)的正下方位置中，因於反射電極19的底面形成有絕緣層21，於n側電極(42，43)的正下方位置中電流不會流通至比反射電極19的底面還下方。電流路徑形成於未形成絕緣層21的區域，所以，依據前述構造，即使反射電極19與n側電極(42，43)是對向於垂直方向的位置關係，也不會有大部分的電流僅流通於被反射電極19與n側電極(42，43)挾持的區域之發光層33內之 狀況。亦即，依據圖1A所示之半導體發光元件1，及使於反射電極19的上層不設置絕緣層，也可獲得使流通於發光層33內的電流，往與支持基板11的基板面平行之方向(水平方向)擴散的效果。
結果，從發光層33往支持基板11側放射的光線被反射電極19反射而取出至n型半導體層35側為止，不會被絕緣層吸收，相較於先前可提升取出效率。
依據本實施形態的半導體發光元件1，關於一邊實現與先前構造銅等的低電壓驅動，一邊相較於先前構造更提升光線的取出效率，在說明第2實施形態的構造之後，參照實施例及比較例的元件所致之結果來進行揭示。
〈製造方法〉
接著，針對半導體發光元件1的製造方法之一例，參照圖2A~圖2J所示之工程剖面圖來進行說明。再者，在以下所說明的製造條件及膜厚等的尺寸，僅為一例，並不是限定於該等數值者。
(步驟S1)
如圖2A所示，於藍寶石基板61上形成磊晶層40。此步驟S1例如藉由以下的步驟進行。
(藍寶石基板61的準備)
首先，進行c面藍寶石基板61的清洗。該清洗更具 體來說，藉由例如於MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)裝置的處理爐內配置c面藍寶石基板61，一邊於處理爐內流通流量為10slm的氫氣，一邊將爐內溫度例如升溫至1150℃來進行。
(無摻雜層36的形成)
接著，於c面藍寶石基板61的表面，形成由GaN所成的低溫緩衝層，進而於其上層形成由GaN所成的基底層。該等低溫緩衝層及基底層對應無摻雜層36。
無摻雜層36的更具體形成方法係例如以下所述。首先，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為480℃。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量分別為5slm的氮氣及氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為50μmol/min的三甲基鎵(TMG)及流量為250000μmol/min的氨供給68秒鐘至處理爐內。藉此，於c面藍寶石基板61的表面，形成厚度為20nm的由GaN所成的低溫緩衝層。
接著，將MOCVD裝置的爐內溫度升溫至1150℃。然後，一邊對於處理爐內作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為100μmol/min的TMG及流量為250000μmol/min的氨供給30分鐘至處理爐內。藉此，於低溫緩衝層的表面，形成厚度為1.7μm的由GaN所成的基底層。
〈n型半導體層35的形成〉
接著，於無摻雜層36的上層，形成由AlnGa1-nN(0≦n≦1)的組成所成之n型半導體層35。
n型半導體層35的更具體形成方法係例如以下所述。首先，在繼續將爐內溫度設為1150℃的狀態下，將MOCVD裝置的爐內壓力設為30kPa。然後，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為20slm的氮氣及流量為15slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為94μmol/min的TMG、流量為6μmol/min的三甲基鋁(TMA)、流量為250000μmol/min的氨及流量為0.025μmol/min的四乙基矽烷供給60分鐘至處理爐內。藉此，例如具有Al0.06Ga0.94N的組成，以Si濃度為3×1019/cm3，且厚度為2μm的n型半導體層35，形成於無摻雜層36的上層。
再者，之後，藉由停止TMA的供給，並且6秒鐘供給其以外的原料氣體，於n-AlGaN層的上層，形成具有厚度為5nm的由n型GaN所成之保護層的n型半導體層35亦可。
又，在前述說明中，已針對將包含於n型半導體層35的n型不純物設為Si之狀況進行說明，但是，作為n型不純物，除了Si以外，也可使用Ge、S、Se、Sn或Te等。
〈發光層33的形成〉
接著，於n型半導體層35的上層，形成具有以InGaN構成之量子井層及以n型AlGaN構成之障壁層被週期性重複的多量子井結構的發光層33。
具體來說，將MOCVD裝置的爐內壓力設為100kPa，將爐內溫度設為830℃。然後，進行一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為1slm的氫氣，一邊作為原料氣體，將流量為10μmol/min的TMG、流量為12μmol/min的三甲基銦(TMI)及流量為300000μmol/min的氨，48秒鐘供給至處理爐內的步驟。之後，進行將流量為10μmol/min的TMG、流量為1.6μmol/min的TMA、0.002μmol/min的四乙基矽烷及流量為300000μmol/min的氨，120秒鐘供給至處理爐內的步驟。以下，藉由重複該等兩個步驟，具有厚度為2nm的由InGaN所成之量子井層及厚度為7nm的由n型AlGaN所成之障壁層所致之15週期的多量子井結構的發光層33，被形成於n型半導體層35的上層。
〈p型半導體層31的形成〉
接著，於發光層33的上層，形成以AlmGa1-mN(0≦m≦1)所構成之p型半導體層31。
首先，將MOCVD裝置的爐內壓力維持為100kPa，一邊對於處理爐內，作為載體氣體，流通流量為15slm的氮氣及流量為25slm的氫氣，一邊將爐內溫度升溫 至1025℃。之後，作為原料氣體，將流量為35μmol/min的TMG、流量為20μmol/min的TMA、流量為250000μmol/min的氨及用以摻雜p型不純物之流量為0.1μmol/min的雙(環戊二烯)鎂(CP2Mg)，60秒鐘供給至處理爐內。藉此，於發光層33的表面，形成厚度為20nm之具有Al0.3Ga0.7N的組成的電洞供給層。之後，藉由將TMA的流量變更為4μmol/min，並360秒鐘供給原料氣體，形成具有厚度為120nm之Al0.13Ga0.87N的組成的電洞供給層。藉由該等電洞供給層，形成p型半導體層31。該p型半導體層31的p型不純物濃度為3×1019/cm3程度。
〈p型半導體層32的形成〉
進而之後，藉由停止TMA的供給，並且將CP2Mg的流量變更為0.2μmol/min，並20秒鐘供給原料氣體，形成厚度為5nm，且p型不純物濃度為1×1020/cm3程度的由p+GaN所成的p型半導體層32。
如此，於藍寶石基板61上，形成由無摻雜層36、n型半導體層35、發光層33、p型半導體層31及p型半導體層32所成的磊晶層40。
(步驟S2)
接著，對於在步驟S1中所得之晶圓，進行活性化處理。更具體來說，使用RTA(Rapid Thermal Anneal：快速加熱)裝置，在氮氣氛下以650℃進行15分鐘的活性化處 理。
(步驟S3)
接著，如圖2B所示，於p型半導體層32的上面所定處，形成反射電極19。在此，揭示於比p型半導體層32的形成區域更內側中，於p型半導體層32的幾近全區域，形成反射電極19之狀況。更具體來說，以包含位於之後的工程中形成作為供電端子的n側電極42的區域的正下方之處之方是，形成反射電極19。
反射電極19係作為一例，利用濺鍍裝置，於p型半導體層32的上面成膜膜厚0.7nm的Ni及膜厚150nm的Ag之後，使用RTA裝置，利用在乾空氣氣氛中進行400℃、兩分鐘的接觸退火所形成者。再者，在此，作為反射電極19的材料，採用Ni與Ag的合金，但是，也可藉由Al或Rh，來形成反射電極19。
(步驟S4)
接著，如圖2C所示，於反射電極19的上層所定處形成絕緣層21。尤其，在位於之後的工程中形成n側電極(42，43)的區域的下方之處，形成絕緣層21。此時，如圖2C所示，能以絕緣層21的一部分覆蓋反射電極19的側面之方式形成。
更具體來說，對絕緣層21的非形成區域相關之反射電極19的上層進行遮罩，例如將SiO2藉由濺鍍法 以膜厚200nm程度進行成膜。再者，成膜的材料係絕緣性材料即可，例如SiN、Al2O3亦可。
(步驟S5)
如圖2D所示，以覆蓋金屬電極19及絕緣層21的上面之方式，形成保護層17及焊錫層15。
更詳細來說，以電子束蒸鍍裝置(EB裝置)，以覆蓋金屬電極19及絕緣層21的上面之方式，3週期成膜膜厚100nm的Ti與膜厚200nm的Pt，藉此形成保護層17。進而之後，於保護層17的上面(Pt表面)，蒸鍍膜厚10nm的Ti之後，蒸鍍膜厚3μm以Au80%Sn20%構成之Au-Sn焊錫，藉此形成焊錫層15。
再者，於該焊錫層15的形成步驟中，也於藍寶石基板61之外所準備之支持基板11的上面，形成焊錫層13亦可(參照圖2E)。該焊錫層13係以與焊錫層15相同的材料構成亦可，於下個步驟中利用與焊錫層13接合，來貼合藍寶石基板61與支持基板11。作為該支持基板11，在構造的事項中如前述般，例如使用CuW。
進而，於該圖2E中，於支持基板11上，以與保護層17相同的材料，形成用以防止焊錫層13之材料的擴散的保護層，並於該保護層的上層，形成焊錫層13者亦可。
(步驟S6)
接著，如圖2F所示，貼合藍寶石基板61與支持基板11。更具體來說，在280℃的溫度，0.2MPa的壓力下，貼合焊錫層15與形成於支持基板11之上層的焊錫層13。
(步驟S7)
接著，如圖2G所示，剝離藍寶石基板61。更具體來說，利用在使藍寶石基板61朝上，支持基板11朝下之狀態下，從藍寶石基板61側照射KrF準分子雷射，使藍寶石基板61與磊晶層40的界面分解，進行藍寶石基板61的剝離。藍寶石基板61係雷射通過之外，其下層的GaN(無摻雜層36)會吸收雷射，故該界面會高溫化，GaN被分解。藉此，剝離藍寶石基板61。
之後，如圖2H所示，藉由使用鹽酸等的濕式蝕刻，或使用ICP裝置的乾式蝕刻，來去除殘存於晶圓上的GaN(無摻雜層36)，使n型半導體層35露出。再者，於本步驟S7中，去除無摻雜層36，殘存由下依序層積p型半導體層32、p型半導體層31、發光層33及n型半導體層35所成的半導體層30。
(步驟S8)
接著，如圖2I所示，分離鄰接的元件彼此。具體來說，對於與鄰接元件的邊際區域，使用ICP裝置，到絕緣層21的上面露出為止，對半導體層30進行蝕刻。如上所述，此時，絕緣層21也具有作為蝕刻時之阻擋層的功 能。
(步驟S9)
接著，如圖2J所示，於n型半導體層35的上面形成有絕緣層21之處的正上方位置，形成n側電極(42，43)。具體來說，形成由膜厚100nm的Cr與膜厚3μm的Au所成的電極之後，在氮氣氛中以250℃進行1分鐘的燒結。
然後，例如藉由雷射切割裝置來分離各元件彼此，將支持基板11的背面例如利用Ag焊膏來與封裝接合，對於作為供電端子的n側電極43進行引線接合。例如，利用以50g的荷重，於 100μm的接合區域，連結由Au所成的引線45，進行引線接合。藉此，形成圖1A所示之氮化物半導體發光元件1。
再者，在步驟S8與步驟S9之間，利用浸漬於KOH等的鹼性溶液，於n型半導體層35的表面形成凹凸(mesa構造)亦可。又，於n型半導體層35的上面形成n側電極(42，43)之後，以覆蓋半導體層30的側面之方式形成絕緣層亦可。
[第2實施形態]
針對本發明的半導體發光元件之第2實施形態的構造進行說明。再者，針對與第1實施形態相同構造，附加相同符號而省略其說明。
〈構造〉
圖3係模式揭示第2實施形態的半導體發光元件之構造的剖面圖。半導體發光元件1a係相較於第1實施形態的半導體發光元件1，更具備絕緣層22(對應「第2絕緣層」)。該絕緣層22係與絕緣層21相同，例如以SiO2、SiN、Zr2O3、AlN、Al2O3等所構成。
更詳細來說，該絕緣層22係於n側電極(42，43)的形成處之正下方位置中，形成於被反射電極19與p型半導體層32挾持的位置。進而，該絕緣層22係與支持基板11的基板面平行之方向的寬度比n側電極(42，43)還窄為佳。
在第1實施形態中，反射電極19的上面全部接觸p型半導體層32。相對於此，在第2實施形態中，作為反射電極19的上面中一部分與絕緣層22接觸，其以外之處接觸p型半導體層32的構造。然後，該絕緣層22係形成於n側電極(42，43)的形成處之正下方位置。
依據該構造，因於反射電極19的上面之一部分之處形成絕緣層22，故從發光層33朝下放射之光線中，一部分的光線係通過該絕緣層22內而到達反射電極19，進而藉由反射電極19反射之後，通過絕緣層22內，被導引至n型半導體層35側。此時，在絕緣層22中光線的一部分被吸收，故的確相較於在第1實施形態中說明的半導體發光元件1，光線的取出效率會稍微降低。
但是，如第1實施形態中所述，即使於本實施形態中，藉由形成於反射電極19的底面的絕緣層21，成功實現使流通於發光層33內的電流往水平方向擴散的效果。因此，相較於先前構造，可實現更細的形成於反射電極19上面之絕緣層22的寬度。因此，本實施形態的半導體發光元件1a雖然於反射電極19的上面具有絕緣層22，但是，可相較於先前，使從發光層33朝下放射且藉由反射電極19反射之光線中，通過該絕緣層22內的光線更顯著地成為限定性。所以，相較於先前構造，可提升光線的取出效率。
〈製造方法〉
接著，針對本實施形態之半導體發光元件1a的製造方法，僅說明與第1實施形態不同之處。
藉由與第1實施形態相同方法，執行步驟S1及步驟S2。
(步驟S3A)
接著，如圖4A所示，於p型半導體層32的上層所定處形成絕緣層22。尤其，在位於之後的工程中形成n側電極(42，43)的區域的下方之處，以水平方向的寬度比n側電極(42，43)薄之方式，形成絕緣層22。
(步驟S3B)
接著，如圖4B所示，於p型半導體層32的上面所定處，形成反射電極19。此時，以覆蓋絕緣層22的上層之方式形成反射電極19。
之後，與第1實施形態相同，利用執行步驟S4~S9，形成圖3所示之半導體發光元件1a。
[實施例]
將藉由上述方法所製造之第1實施形態的半導體發光元件1作為實施例1，將第2實施形態的半導體發光元件1a作為實施例2，將圖5所示之半導體發光元件50作為比較例，對比電流電壓特性與發光特性。
圖5係模式揭示作為比較例所形成之半導體發光元件的構造的剖面圖。與半導體發光元件1相較，具有設置於反射電極19上面的絕緣層23，來代替形成於反射電極19底面的絕緣層21。該絕緣層23係利用形成於n側電極(42，43)的正下方位置，以使流通於發光層33的電流擴散於水平方向之目的所形成者。再者，構成其他層的材料及尺寸為共通。
圖6係揭示對於實施例1、實施例2及比較例的各元件施加電壓時，流通的電流值與電壓值的關係(I-V特性)的圖表。依據圖6，對比實施例1、實施例2的各元件與比較例的話，流通相同電流值所需之電壓值幾乎同等，可知成功實現與比較例的構造銅等的低電壓驅動。
圖7係揭示對於實施例1、實施例2及比較例 的各元件供給電流時所得之發光輸出與電流值的關係的圖表。依據圖7，可知相較於比較例的元件，實施例1及實施例2的兩元件的發光輸出都有提升。又，可知相較於實施例2，實施例1的元件的發光輸出更加提升。
根據該結果，可知在比較例的構造中，因形成於反射電極19的上層之絕緣層23，一部分的光線被吸收，但是，在實施例1的元件中，利用設為於反射電極19的上層不設置絕緣層的構造，而沒有了該光線的吸收，提升光線的取出效率。又，在實施例2的元件中，因於反射電極19的上層設置絕緣層22，故雖然相較於實施例1，光線的取出效率降低，但是，因為可將絕緣層22形成微比n側電極(42，43)的寬度還薄，可知相較於比較例，光線的取出效率有提升。
再者，在比較例的構造中，藉由絕緣層23，實現使電流往水平方向擴散的效果，故無法使絕緣層23之水平方向的寬度比n側電極(42，43)還窄。假設，使絕緣層23之水平方向的寬度比n側電極(42，43)還窄時，反射電極19位於n側電極42的正下方，於其正下方形成有導電性的保護層19、焊錫層(13，15)，故於未形成有絕緣層23的區域中，在n側電極(42，43)與位於其正下方的反射電極19之間，於垂直方向會形成電流路徑。結果，該區域的發光層33會流通大量的電流，無法獲得使發光層33於水平方向整體發光的效果，發光效率會降低。
[其他實施形態]
在上述的實施形態中，作為半導體發光元件(1，1a)，舉出由氮化物半導體所成之發光元件來進行說明。但是，本發明的構造也可適用於由其他半導體所成的發光元件。
圖8係模式揭示半導體發光元件的其他實施型態之構造的剖面圖。在該圖8所示之半導體發光元件1b中，發光層33係以具有重複InGaP的量子井層與AlGaInP的障壁層所成之多量子井結構的半導體層所形成。
圖8所示之半導體發光元件1b係與上述之第1實施形態的構造相同，於支持基板11上，依序由下層積p型半導體層31、發光層33及n側半導體層35所形成。然後，半導體發光元件1b係具備使底面接觸n型半導體層35的上面所形成的n側電極(42，43)、使上面接觸p型半導體層31的底面，形成於包含n側電極(42，43)的形成處之正下方位置的區域的反射電極19、及於n側電極(42，43)的形成處之正下方位置中，使上面接觸反射電極19的底面所形成的絕緣層21。
更詳細來說，於支持基板11上，形成包含以Ni/Au構成之接合層14、以TaN/TiW/TaN構成之保護層17及以AnSu構成之反射電極19的導電層20。又，p型半導體層31係具備以p型不純物濃度為高濃度(例如3×1018/cm3程度)的GaP構成之擴散層61、p型不純物濃度比 擴散層62還低濃度(例如1×1018/cm3程度)的AlGaInP構成之中間層62、及以p型不純物濃度比中間層62還低濃度(例如3×1017/cm3程度)的AlGaInP構成之p-被覆層63。
然後，n型半導體層35係具備以重複層積n型InGaP與n型AlInP所成之多層構造所構成的緩和層64，與以AlGaInp所構成的n-被覆層65。
即使於圖8所示之半導體發光元件1b中，也於n側電極(42，43)的正下方位置中，以大部分的電流不會往延長方相流通於發光層33內之方式，亦即，以使電流往與支持基板11的基板面平行之方向(水平方向)擴散為目的，於n側電極(42，43)的正下方位置形成有絕緣層21。然後，該絕緣層21係以不在反射電極19與p型半導體層31之間，而是在反射電極19與保護層17之間，亦即，上面接觸反射電極19的底面之方式形成。
於此種構造中，與上述之第1實施形態的構造相同，從發光層33放射之光線中，朝向支持基板11進行的光線，係被反射電極19反射之後，進行方向變化成朝上(n型半導體層35側)，被取出至外部。此時，前述光線在到達反射電極19為止，及到達後被反射而被取出至外部為止之間，不會通過絕緣層21內。所以，與上述之第1實施形態及第2實施形態的元件相同，光線不會因為絕緣層21而被吸收，相較於先前，可獲得提升光取出效率的效果。
再者，於圖8中，與第2實施形態的構造相 同，於n側電極(42，43)的形成處之正下方位置中，在反射電極19與p型半導體層31之間，形成以比n側電極(42，43)的寬度更薄的寬度所形成之第2絕緣層亦可。此時，雖然相較於圖8的元件1b，光取出效率會降低，但是，相較於先前的元件，可提升取出效率。
1‧‧‧半導體發光元件
11‧‧‧支持基板
13‧‧‧焊錫層
15‧‧‧焊錫層
17‧‧‧保護層
19‧‧‧反射電極
20‧‧‧導電層
21‧‧‧絕緣層
30‧‧‧半導體層
31‧‧‧p型半導體層
32‧‧‧p型半導體層
33‧‧‧發光層
35‧‧‧n型半導體層
42‧‧‧n側電極
43‧‧‧n側電極
45‧‧‧引線

Claims (5)

  1. 一種半導體發光元件，係於支持基板上，具有n型半導體層、p型半導體層、及形成於前述n型半導體層與前述p型半導體層之間的發光層的半導體發光元件，其特徵為具備：n側電極，係以使底面接觸前述n型半導體層的上面之方式形成；反射電極，係使上面接觸前述p型半導體層的底面，形成於包含前述n側電極的形成處之正下方位置的區域；及第1絕緣層，係於前述n側電極的形成處之正下方位置中，以使上面接觸前述反射電極的底面之方式形成。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體發光元件，其中，前述反射電極，係上面全部與前述p型半導體層的底面接觸。
  3. 如申請專利範圍第1項所記載之半導體發光元件，其中，具備：第2絕緣層，係於前述n側電極的形成處之正下方位置中，形成於被前述反射電極與前述p型半導體層挾持的位置；前述第2絕緣層，係與前述支持基板的基板面平行之方向的寬度，比位於該第2絕緣層正上之位置的前述n側 電極還窄。
  4. 如申請專利範圍第3項所記載之半導體發光元件，其中，前述反射電極，係除了上面形成有前述第2絕緣層的區域之外，上面全部與前述p型半導體層的底面接觸。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所記載之半導體發光元件，其中，前述n型半導體層、前述p型半導體層、及前述發光層的全部是以氮化物半導體層形成。
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