TW201711220A - 半導體發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之實施形態提供一種減少基板與接合金屬層之間的應變之半導體發光裝置。
實施形態之半導體發光裝置包含：基板，其具有設有凹部之表面；發光體，其設於上述基板之上述表面上；及第1金屬層，其於上述發光體與上述基板之間覆蓋上述表面，且與上述凹部之內面相接。上述發光體包含：第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間的發光層。
Description
本申請案係以日本專利申請案2015-177258號(申請日：2015年9月9日)作為基礎申請案且享受其優先權。本申請案藉由參考此基礎申請案而包含該基礎申請案之全部內容。
實施形態係關於一種半導體發光裝置。
存在一種半導體發光裝置，其係於第1基板上形成包含發光層之半導體，之後，將該半導體移載並形成於不同於第1基板之第2基板上。半導體層與第2基板例如係經由金屬層而接合。然而，含有不同材料之層疊構造之內部包含應變，存在半導體發光裝置之可靠性下降之情形。
本發明之實施形態提供一種減少基板與接合金屬層之間的應變之半導體發光裝置。
實施形態之半導體發光裝置包含：基板，其具有設有凹部之表面；發光體，其設於上述基板之上述表面上；及第1金屬層，其於上述發光體與上述基板之間覆蓋上述表面，且與上述凹部之內面相接。上述發光體包含：第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間的發光層。
1、2‧‧‧半導體發光裝置
10、100、110‧‧‧基板
10a、21a、110a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
10p‧‧‧凸部
10r、10s‧‧‧凹部
15、30、40、40a、40b、50‧‧‧金屬層
20‧‧‧發光體
20a‧‧‧上表面
21‧‧‧n型半導體層
23‧‧‧發光層
25‧‧‧p型半導體層
27‧‧‧鈍化膜
60‧‧‧p側電極
61‧‧‧接觸層
63‧‧‧封蓋層
63e‧‧‧延伸部
65‧‧‧接合墊
70‧‧‧n側電極
DL‧‧‧切割線
圖1(a)及(b)係表示第1實施形態之半導體發光裝置之剖面示意圖。
圖2(a)~圖5(b)係表示第1實施形態之半導體發光裝置之製造過程之剖面示意圖。
圖6(a)及(b)係表示第1實施形態之基板之表面之示意圖。
圖7係表示第2實施形態之半導體發光裝置之剖面示意圖。
以下，參照圖式對實施形態進行說明。對於圖式中之同一部分標註同一編號且適當省略其詳細說明，僅針對不同之部分進行說明。另外，圖式係示意性或概念性的，各部分之厚度與寬度的關係、部分之間的大小比率等未必要與實際相同。而且，即使表示相同之部分，各圖式中有時亦會表現為彼此不同的尺寸或比率。
進而，使用各圖中所示之X軸、Y軸及Z軸對各部分之配置及構成進行說明。X軸、Y軸、Z軸彼此正交，分別表示X方向、Y方向、Z方向。而且，存在將Z方向作為上方、將其相反方向作為下方進行說明之情形。
各實施形態之記載係例示，發明並不限於該等記載。而且，構成各實施例之要素只要技術上可行，則共通適用。
[第1實施形態]
圖1係表示第1實施形態之半導體發光裝置1之剖面示意圖。圖1(a)係沿圖1(b)中所示之A-A線之剖面圖。圖1(b)係俯視圖。
如圖1(a)所示，半導體發光裝置1包括基板10與發光體20。發光體20設於基板10之上。
基板10係例如具有導電性之矽基板。基板10之表面10a具有凹部10r。凹部10r係以其平均深度為0.01微米(μm)以上且2μm以下之方式設置。
發光體20包括第1半導體層(以下稱為n型半導體層21)、發光層23及第2半導體層(p型半導體層25)。發光層23設於n型半導體層21與p型半導體層25之間。為了提高光提取效率，發光體20之上表面20a受到粗面化處理。
半導體發光裝置1中，於基板10與發光體20之間，包括金屬層30、金屬層40及金屬層50。金屬層30係以覆蓋基板10之表面10a及凹部10r之內面且與凹部10r之內面相接之方式設置。即，金屬層30包含填埋凹部10r之部分。金屬層40設於金屬層30之上。金屬層50設於金屬層40與發光體20之間。
金屬層30及50包含例如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)或鎳(Ni)等。金屬層40包含熔點低於金屬層30及50之材料。金屬層40包含例如焊錫材料等接合金屬。金屬層30及50作為抑制金屬層40內所含之金屬原子之擴散的障壁金屬發揮功能。
半導體發光裝置1更包括p側電極60、接合墊65及n側電極70。p側電極60設於發光體20與金屬層50之間。
p側電極60包括接觸層61與封蓋層63。接觸層61與p型半導體層25相接，且電性連接於p型半導體層25。封蓋層63係於p型半導體層25上覆蓋接觸層61。接觸層61及封蓋層63包含將自發光層23放射之光予以反射之材料、例如為銀或鋁。
封蓋層63包含沿金屬層50之表面延伸至發光體20之外側的部分(延伸部63e)。接合墊65設於延伸部63e之上。接合墊65例如經由金屬線而將p側電極60連接於外部電路。
n側電極70設於n型半導體層21之上，且電性連接於n型半導體層21。n側電極70例如亦作為接合墊發揮功能。
半導體發光裝置1更包括金屬層15與鈍化膜27。金屬層15與基板10之背面10b相接，且與其電性連接。當欲將半導體發光裝置1裝設於
例如安裝基板時，將金屬層15連接於焊錫材料等。由此，能更有效率地釋放出發光體20所產生之焦耳熱。鈍化膜27覆蓋發光體20之側面且保護發光層23之端面。鈍化膜27例如為矽氧化膜。
如圖1(b)所示，半導體發光裝置1具有例如四角形之外形。於發光體20周圍設有切割線DL。於切割線DL上，露出金屬層50。而且，接觸層61係於X-Y平面內位於封蓋層63之內側。
繼而，參照圖2(a)~圖5(b)，對第1實施形態之半導體發光裝置1之製造方法進行說明。圖2(a)~圖5(b)係依序表示半導體發光裝置1之製造過程之剖面示意圖。
如圖2(a)所示，於基板100之上依序磊晶生長n型半導體層21、發光層23及p型半導體層25。基板100為例如矽基板。n型半導體層21、發光層23及p型半導體層25例如使用以有機金屬作為原料之MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化學氣相沈積)而形成。
n型半導體層21包含例如n型氮化鎵層(GaN層)。而且，n型半導體層21亦可還包含含有GaN、氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)等之緩衝層。緩衝層設於基板100與n型GaN層之間。
發光層23包含例如包括含有氮化銦鎵(InGaN)之井層與含有GaN之障壁層的量子井。而且，發光層23亦可具有含有複數個量子井之多重量子井構造。
p型半導體層25具有例如層疊有p型AlGaN層與p型GaN層之構造。p型AlGaN層形成於發光層23之上，p型GaN層形成於p型AlGaN層之上。
進而，於p型半導體層25之上形成p側電極60。p側電極60包含接觸層61與封蓋層63。接觸層61選擇性地形成於p型半導體層25之上。接觸層61為例如含有銀之金屬層。此處，所謂“選擇性地形成”係指
並非形成於整個p型半導體層25，而形成為覆蓋規定的區域。例如，對於形成於整個p型半導體層25之金屬層，使用光刻法圖案化為規定的形狀。
封蓋層63係選擇性地形成於p型半導體層25之上，且覆蓋接觸層61。封蓋層63包含例如與接觸層61相接之銀層。而且，封蓋層63亦可具有例如自接觸層61側起依序包含鉑(Pt)、鈦(Ti)及金(Au)的層疊構造。銀及鉑對於自發光層23放射之光具有高反射率。
如圖2(b)所示，於p型半導體層25之上形成金屬層40a及50。金屬層50覆蓋p型半導體層25之表面及p側電極60。金屬層40a設於金屬層50之上。
金屬層50包含例如鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉑(Pt)及鎳(Ni)中之至少一種，且係使用濺鍍法形成。金屬層40a包含例如鎳錫(NiSn)或金錫(AuSn)等焊錫材料，且係使用真空蒸鍍法形成。
如圖3(a)所示，使基板10與基板100相向配置。基板10及100係以使各自上所形成之金屬層40a與金屬層40b相向之方式配置。
基板10之表面10a包含凹部10r。凹部10r藉由例如對表面10a選擇性地進行蝕刻而形成。該蝕刻中，採用例如利用光刻法形成的抗蝕遮罩。凹部10r較佳為以平均深度成為0.01μm以上且2μm以下之方式形成。更較佳為，以0.01μm以上且1μm以下之方式形成。
進而，金屬層30及40b形成於表面10a上。金屬層30包含例如Ti、TiN、Pt及Ni中之至少一種。金屬層30係例如利用濺鍍法以填埋凹部10r內部之方式形成。
金屬層30以覆蓋基板10之表面10a及凹部10r之方式形成，金屬層40b以覆蓋金屬層30之方式形成。金屬層40b例如包含NiSn或AuSn等焊錫材料，且係使用真空蒸鍍法而形成。
如圖3(b)所示，使基板10與基板100接合。例如，於金屬層40a與
金屬層40b接觸之狀態下，升溫至高於焊錫材料之熔點的溫度。由此，金屬層40a及40b熔融而一體化為金屬層40。
如圖4(a)所示，將基板100自n型半導體層21之表面除去。基板100例如於藉由研削而薄層化之後，使用濕式蝕刻而被除去。另外，圖4(a)中將圖3(b)上下顛倒而進行表示(參照該圖中之XYZ軸)。
如圖4(b)所示，使n型半導體層21之表面21a粗面化。例如，使用鹼性溶液對n型半導體層21進行濕式蝕刻。該蝕刻過程中，使用n型半導體層21之蝕刻速度依存於其結晶面之蝕刻液。由此，能使蝕刻速度比其他部分慢之結晶面露出於表面21a。其結果，於n型半導體層21之表面21a形成凹凸，而使其粗面化。
如圖5(a)所示，選擇性地除去n型半導體層21、發光層23、p型半導體層25，而形成發光體20。發光體20可例如使用熱磷酸進行濕式蝕刻。於發光體20周圍，露出封蓋層63之延伸部63e及金屬層50。
如圖5(b)所示，形成鈍化膜27、接合墊65及n側電極。例如，利用使用電漿CVD形成之矽氧化膜覆蓋發光體20、金屬層50及延伸部63e。繼而，選擇性地除去矽氧化膜，於發光體20之上表面20a及延伸部63e上形成開口。而且，形成切割線DL。
繼而，形成接合墊65與n側電極70。接合墊65形成於延伸部63e之上。n側電極70選擇性地形成於發光體20之上，且與上表面20a相接。對接合墊65及n側電極70，可使用例如利用真空蒸鍍法形成的鋁層。而且，接合墊65及n側電極70能同時形成。進而，於基板10之背面形成金屬層15，而完成半導體發光裝置1。
圖6係表示實施形態的基板10之表面之示意圖。圖6(a)係表示基板10之上表面之平面圖，圖6(b)係基板10之剖面圖。
如圖6(a)所示，於基板10之表面設有複數個凸部10p。凹部10r設於複數個凸部10p之間。凸部10p可於基板10之表面10a上具有多種形
狀。例如，如A1~A3所示，亦可具有三角形或四角形的形狀。而且，如B1~B3所示，亦可為圓或橢圓。進而，如C1~C3所示，亦可配置成千鳥狀。
如圖6(b)所示，凸部10p之高度為0.01μm~2μm。換而言之，凹部10r之平均深度為0.01μm~2μm。而且，例如，X方向上之凸部10p之配置間距為0.1~100μm。而且，X方向上之凸部10p之寬度Wp較佳為比X方向上之凹部10r之寬度Wr更寬。
本實施形態中，凹部10r形成於基板10之表面10a，金屬層30係以填埋凹部10r之方式形成。由此，能緩解基板10與金屬層30之間的應力、提高密接性。
例如，與矽基板與其上所形成的金屬層之間，藉由在其界面形成金屬矽化物，能提高密接性。然而，藉由形成金屬矽化物，對矽基板與金屬層之間會進一步附加應力。對此，本實施形態中，較佳為，於基板10與金屬層30之間不形成金屬矽化物。因此，不會因金屬矽化物而產生應力，能提高基板10與金屬層30之間的密接性。而且，亦可藉由省略金屬矽化物之形成步驟來降低製造成本。
[第2實施形態]
圖7係表示第2實施形態之半導體發光裝置2之剖面示意圖。如圖7所示，半導體發光裝置2包括發光體20與基板110。發光體20係經由金屬層30、40及50而設於基板110之上。
基板110具有已粗面化之表面110a。表面110a包含複數個凹部10s。凹部10s之深度例如為0.01μm以上且2μm以下。金屬層30形成於表面110a之上，且填埋凹部10s內部。
基板110具有例如由錠切成之狀態之表面、亦即所謂as slice(作為切片)之表面。而且，基板110具有例如使用平均粒徑為16μm(JIS # 1000)之氧化鋁進行研磨後之表面。
本實施形態中，亦將金屬層30形成於基板110上，且填埋凹部10s。由此，能緩解金屬層30與基板110之間的應力、提高密接性。而且，藉由使用未經過鏡面加工的基板，亦能降低製造成本。
另外，本申請案說明書中，“氮化物半導體”係包含BxInyAlzGa1-x-y-zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦x+y+z≦1)之III-V族化合物半導體且更包括混晶者，該混晶中，作為V族元素，除了含有N(氮)之外還含有磷(P)或砷(As)等。而且，具有上述組成且還含有為了抑制導電型等各種物性而添加的各種元素者、及還含有非有意添加的各種元素者亦屬於“氮化物半導體”。
已說明了本發明之若干實施形態，但該等實施形態係作為示例提出，並非意在限定發明範圍。該等新穎的實施形態可由其他多種形態實施，可於不脫離發明宗旨之範圍內進行多種省略、置換、變更。該等實施形態及其變形屬於發明範圍或宗旨，且屬於申請專利範圍中記載之發明及與其等效之範圍。
1‧‧‧半導體發光裝置
10‧‧‧基板
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
10r‧‧‧凹部
15、30、40、50‧‧‧金屬層
20‧‧‧發光體
20a‧‧‧上表面
21‧‧‧n型半導體層
23‧‧‧發光層
25‧‧‧p型半導體層
27‧‧‧鈍化膜
60‧‧‧p側電極
61‧‧‧接觸層
63‧‧‧封蓋層
63e‧‧‧延伸部
65‧‧‧接合墊
70‧‧‧n側電極
DL‧‧‧切割線
Claims (5)
- 一種半導體發光裝置，其包含：基板，其具有設有凹部之表面；發光體，其設於上述基板之上述表面上，且包含：第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間的發光層；及第1金屬層，其於上述發光體與上述基板之間覆蓋上述表面，且與上述凹部之內面相接。
- 如請求項1之半導體發光裝置，其中上述凹部的平均深度為0.01微米以上且為2微米以下。
- 如請求項1或2之半導體發光裝置，其中在上述第1金屬層與上述發光體之間，進而包含：第2金屬層，其包含熔點較上述第1金屬層之材料低的材料。
- 如請求項1或2之半導體發光裝置，其中在上述第1金屬層與上述發光體之間，進而包含：電極，其與上述第1半導體層或上述第2半導體層相接，且含有將上述發光層的放射光予以反射之材料。
- 一種半導體發光裝置，其包含：基板，其具有粗面；發光體，其設於上述基板之上述粗面上，包含：第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間的發光層；及金屬層，其於上述發光體與上述基板之間覆蓋上述粗面，且與上述粗面相接。
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