TWI354380B - Light emitting device - Google Patents
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Description
1354380 % 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 • 本發明係有關發光裝置，更具體而言係有關由氮化物半 . ，體所形成之發光裝置。而且’本發明之發光裝置亦有僅 才曰，以氮化物半導體基板及層疊於其上之半導體層為主體 而^成之半導體元件或半導體晶片之情況，此外，亦有僅 “半導體晶片搭載於安裝零件並接受樹脂密封之裝置之情 況，並且亦有意指用於兩者之情況。此外，有將半導體晶 _ 僅稱為晶片之情況，尚有將晶片中形成於基板及其上之 蟲晶層’僅稱為基板之情況。 【先前技術】 白色發光二極體（LED : Light Emitting Diode)現在頻繁 ' 地使用於攜帶式資訊終端裝置等小型電子機器之照明，但 - 今後潛藏著用於大空間或大面積照明之可能性。為了用於 大空間、大面積之照明’必須增加LED之光輸出。因此， 必須於LED之電極流入大電流，解決伴隨於發熱之溫度上 籲升問題。 於圖70表示現今提案之GaN系LED之構造（參考曰本特開 2003-8083)。於此GaN系LED，在藍寶石基板1〇1上設置n 型GaN層102 ’於該η型GaN層102與ρ型GaN層104間，形成 量子井構造103。發光係於此量子井構造1〇3產生。於p型 GaN層104上’ ρ電極1〇5係以進行歐姆接觸之方式形成， 而於η型GaN層1〇2，η電極106係以進行歐姆接觸之方式形 成0 I06932.doc 1354380 此等P電極105及η電極106係使焊錫球1〇7、1〇8介在其中 而連接於安裝零件109。安裝零件（次載具板零件）係由以基 板構成，形成南以保護免於來自外部之突波電壓之電路。 亦即，關於Ga、Α卜In等III族氮化物半導體之電鍍故障之 主要原因為過渡電壓或靜電放電等之突波電壓，重視此而 為了使大量之順向電壓及逆向電壓不致施加於發光裝置， 以曾納二極體等形成用以保護發光裝置之電力分路電路。 關於保護免於突波電壓’將於後面詳細說明。 上述GaN系LED所具有之特徵係在於，為了自藍寶石基 板101之背面側放出光，（al)將P型GaN層1〇4朝下安裝，且 (a2)於η型GaN層102形成η電極層1〇6之點。如圖7〇所見， 此GaN系LED之構造非常複雜。此種複雜構造之原因為 (a2)於n型GaN層102形成n電極層1〇6，其理由係由於藍寶 石基板101為絕緣體，因此無法於藍寳石基板設置η型電 極0 至今數度有提案’不僅於上述使用藍寶石基板之發光裝 置中，而且於用在發光裝置之GaAs系、GaP系、GaN系化 合物半導體中，將保護免於過渡電壓及靜電放電之保護電 路一併設置於發光裝置（參考曰本特開2〇〇〇_286457、曰本 特開平11-54801、特開平11-220176)。特別是於GaN系化 合物半導體’逆向之耐壓低至50 V程度，而順向電壓亦僅 有150 V程度之耐壓，因此設置用於上述保護之電力分路 電路係受到重視❶亦即，於次負載板之Si基板上，形成上 述GaN系等之晶片，於該8丨基板形成包含曾納二極體等之 106932.doc 1354380 保護電路。如上述眾多之保護電路之提案， /、 j *兄疋表示關 於Ga、A卜In等IH族氮化物半導體之電鑛故障之主要原因 為過渡電壓或靜電放電等之突波電壓之佐證。 〃 此外，有別於設置上述保護電路之發光裝置，於導電體 之SiC基板上形成GaN系發光裝置之例亦為人所知。亦 即，使用（sic基板之背面n電極/sic基板/n型GaN層/量子井 疊層構造（發光層）/p型GaN層/p電極）之疊層構造，自p型 GaN層放出光之構造之led亦廣泛被採用。
此外，為了提高自LED射出之光之利用效率，藉由於基 板形成格子狀之溝而形成複數凸形狀部之例，亦為人所知 (參考例如日本特開2003-23 176號）。 發明所欲解決之問題 於於上述圖70所示之使用藍寶石基板之GaN系led，構 造變得複雜，無法避免製造成本變高。為了開拓對廣大空 間之照明用途之需求，LED須為低價，因此上述構造並: • 適宜。此外，於朝下安裝面之側，由於配置有P電極105及 η電極1〇6，因此電極面積受限，特別是卩電極之面積受 限。為了流入大電流而獲得高輸出，特別希望卩電極為大 面積，但圖70所示之構造受到限制，結果光輸出受到限 制。並且使伴隨於電流所產生之熱散逸方面，在單侧之面 配置2個電極層亦不適宜。 此外，電流朝向與基板平行方向流入11型（^^^層1〇2時之 電阻甚大，成為發熱或驅動電壓、甚而耗電增加之主因。 特別若以縮短成膜步驟為目的而使„型〇心層之厚度變薄 106932.doc 1354380 的話，除了上述發熱或耗電增加之問題以外，該η型GaN 膜之露出之良率亦非常地惡化。 此外，包含上述使用藍寶石基板之發光裝置在内，對於 發光裝置全體亦同理’散熱面積受限，而且熱電阻（每單 位面積由於單位能量投入所造成之溫度上升）亦甚大，因 此無法使母1發光裝置之注入電流增大。特別於使用藍寶 石基板之情泥’由於如上述P電極之面積受限，通常進行 幾乎沒有寬裕之熱設計。 並且’於使用上述藍寶石基板之GaN系LED之情況，由 於散熱面積受限，因此為了儘可能降低電阻，減少發熱 量，因此被迫採用將p電極及n電極編成梳型形狀而擴大面 積之構造。此種梳型形狀電極之加工不易，確實導致製造 成本上升。 如上述，發光裝置中，熱條件之設計係具有基本重要 性，想獲得大輸出之情況，由於受限於如上述之熱條件， 為了儘可能地緩和之，不得不特意採用複雜之電極形狀。 並且尚有如下問題。將形成於藍寶石基板上之㈣系發 光裝置朝下安裝，使藍寶石基板之f面作為光放出面之情 況，藍寶石之折射率為1<8程度，⑽之折射率為⑷呈 度’因此於產生光亚使其傳播之⑽層與藍寶石基板之界 面’特定入射角以上之光進行全反射，不會到外部。亦 即’入射角〜^(1.8/2.4)%42。範圍之光，係停留於 GaN層内’不會到外部m寶石基板主面之發光效 率降低。然而’發光效率之問題雖亦重要，但不僅止於 106932.doc 1354380 此。上述全反射之光傳播於GaN層，並從GaN層之側部射 出。由於上述全反射之光量佔相當比例，而且GaN層甚 薄’因此從侧部射出之光之能量密度變高。位於GaN層之 側部而受到該光照射之密封樹脂係受損，產生縮短發光裝 置壽命之問題。 此外，自P層側取出光（SiC基板背面n電極/Sic基板/n型 GaN層/量子井疊層構造（發光層）/13型GaN層/p電極）之構造 之GaN系LED由於p電極之光吸收率大，因此無法效率良好 地將大輸出之光放出至外部。若想減少p電極之包覆率， 亦即增大數值孔控而增加光放出量，p型GaN層由於電阻 高’因此無法使電流流遍p型GaN層全體。因此，無法遍 及量子井構造全體而將發光活化’發光輸出降低。此外， 電阻上升’產生發熱或電源電容之問題。並且若以使電流 均勻地流於p型GaN層全體為目的，而將p型GaN層之厚度 增尽，此p型GaN層所造成之光吸收變大，輸出受到限 制。 【發明内容】 本發明之目的在於提供由於構造簡單而容易製造，且可 長時間安定獲得大的發光效率之發光裝置。 本發明之發光裝置具備：氮化物半導體基板；η型氮化 物半導體層，其係位於氮化物半導體基板之第一主表面 側；Ρ型氮化物半導體層’其係從氮化物半導體基板看 來’比η型氮化物半導體層位於遠處；及發光層，其係位 於η型氣化物半導體層與ρ型氮化物半導體層之間。於此發 106932.doc 10- 1354380 光裝置’氮化物半導體基板之比電阻為〇 5Ω · cm以下，將 P型氮化物半導體層側朝下安裝，從與氮化物半導體基板 之第一主表面相反側之主表面之第二主表面放出光。於氮 化物半導體基板之第二主表面形成溝。
此構成中，由於在電阻低之氮化物半導體基板之背面 (第二主表面）設置η型電極，因此即使以小包覆率，亦即大 的開口率設置η電極，仍可使電流流遍氮化物半導體基板 全體。因此，在放出面被吸收光之比例變小，可提高發光 效率。而且，光放出不僅可於第二主表面進行，當然亦可 從側面進行。於以下發光裝置亦同樣。 此外，由於電阻高之ρ型氮化物半導體層側未成為光放 出面，因此可於Ρ型氮化物半導體層之全面形成卩型電極 層，在使大電流流動並抑制發熱上、或以傳導放出產生之 熱上，均可採取適宜之構造。亦即，可極為緩和由於熱要 件所受到之限制。0此’無須為了降低電阻而製成將Ρ電 極及η電極排入之梳型形狀等。 並且，由於GaN基板之導電性優異，因此無須特別設置 對突波電壓之保護電路，而且耐壓性亦非常優異。 此外，由於不進行複雜之加工步驟，因此亦容易降低製 此外，由於在氮化物半導體基板之光出射面之第二主表 面形成溝’因此亦可從溝之側面取m结果，；： 發光裝置之光利用效率。 阿 而且，氮化物半導體「基板」係指可獨立搬運之厚度相 106932.doc t較厚之板狀物體，與搬運中難以單獨保持其本身形狀之 膜J或「層」有區別。關於此後說明之GaN基板及A1N 基板亦同樣。 本發明之上述及其他目的、特徵'局面及優點，從與附 圖相關連而理解之關於本發明之其次之詳細說明當可明 白。 【實施方式】 /、人，採用圖式，έ兒明有關本發明之實施型態及實施 例。此外，於以下圖式，同一或相當之部分係表示同一參 考符號’且不重複其說明。 (實施型態1) 參考圖1及圖2，說明本發明之led之實施型態1。 如圖1所不，於GaN基板1之第一主表面側，形成後面詳 細說明之包含發光層等之疊層構造，併設至p電極12。於 本實施型態，此P電極12係藉由導電性接著劑i 4而朝下安 裝於引線架載具部21a »
GaN基板1之第二主表面la係於發光層放出發光之光之 面，於此面設置η電極11。於此第二主表面1&形成複數溝 80 ’其係分別延伸在垂直於圖1之紙面之方向及平行於紙 面之方向。此η電極11係以不包覆第二主表面全面之方 式’形成於位在第二主表面la之溝8〇之間之平坦部分上。 增大未由η電極π所包覆之部分之比例，係甚為重要。若 提高數值孔徑’由η電極遮蔽之光減少，可提高將光放出 至外部之放出效率Ρ 106932.doc 12 1354380 η電極U係藉由金屬線13而與引線架之引線部m電性連 接。金屬線！3及上述疊層構造係、藉由作為密封構件之環氧 系樹脂15而密封。上述構成中，將從⑽基板電極η 間之疊層構造放大表示於圖2。於圖2’圖丨之疊層構造係 上下相反。 參考圖2，η型GaN磊晶層2位於GaN基板，於其上形 成η型AlxGai.xN層3 β於其上形成由Α1χ(^ χΝ層及 AlxInyGai_x-yN層所組成之量子井（MQW : Muhi_Quantum Well)4。以與η型AlxGai-xN層3夾住該量子井4之方式，配 置P型AlxGai.xN層5。此外，於p型AlxGaixN層5上，配置p 型GaN層6。上述構造中，於量子井4發光。此外，如圖工 所示，於p型GaN層6上，以包覆1>型〇&1^層6之上部表面全 面之方式，形成p電極12，並進行朝下安裝。 其次’參考圖3及圖4 ’簡單說明圖i及圖2所示之led之 製造方法。 首先’準備GaN基板。而且於該GaN基板之第一主表面 上’採用 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :
有機金屬化學氣相沈積法）專成膜方法，形成疊層構造（si 摻雜η型GaN層/被覆層之Si摻雜n型Al〇.2Ga〇.8N層/GaN層及 In〇.15Ga〇.85N層之2層構造重疊複數層之MQW(Multi-Quantum Well:多量子井）/被覆層之Mg摻雜p型Al〇.2Ga〇,8N 層/Mg摻雜p型GaN層）。其次，將此晶圓活化處理，進行 Mg摻雜p型層之低電阻化亦可。進而藉由光微影技術及 RIE(Reactive Ion Etching :反應性離子蝕刻），以C1系氣體 106932.doc -13- 1354380 將此晶圓從M g摻雜p型層側蝕刻至s i摻 “ 刻，如圖3所示，形成元件分離 二…層。精由此蝕 其次’於GaN基板之作為第 進仃疋件分離。
面，藉由光微影技術、蒸鍍 '剝離(主表面丄之背面之N τ、 、’以特定間隔（距離 h) ’在晶片中心形成平面形狀為四 用t狀之η電極f兔去固 3及圖4)。作為n電極，亦可相 序為⑽崎⑽/Au層）之以^ N基板，形成從下依 極與GaN基板背面之接觸電 ‘-、使電 加熱GaN基板。 卩為特-值’在氮⑽氣氛中 其^作為P電極，相接於㈣⑽層而形成具有特定厚 度之導電體層。作為導電m m 4體層亦可例如相接於GaN層而 形成特定厚度之Ni層，於装卜么二以上 _ 其上全面形成特定厚度之Au層 (參考圖3及圖4)。於此情讶盔 馆况，為了使p電極及p型GaN層之 接觸電阻為㈣值，亦可於惰性氣體氣氛中，將⑽基板 加熱處理》 其次’於㈣基板之背面㈣），藉由切割形成剖面形 狀為vm8G。作為㈣，如圖4料分㈣成複數條 縱向之溝8Ga及橫向之溝8Q卜此時，n電極u位於溝8〇間 ^平坦表面上。其後’如圖3及圖4所示，進行切割，以使 晶片邊界5G作為側面而出現，將已成為晶片者作為發光裝 置。而且，參考圖1，於引線架之載具部21a，w上述晶片 之P型GaN層側相接之方式搭載，％成發光裝i。藉由塗 布於載具部之導電性接著劑14，固定發光裝置及載：，並 且使其可獲得導通。而1，藉由金屬線接合，導通η電極 106932.doc 1354380 11及引線架之引線部之後，藉由環氧系樹脂15進行樹脂密 封，使發光裝置成為燈。而且為了改善從發光裝置之散熱 性，發光裝置之p型GaN層亦可全面與載具部相接而搭 載。此外’導電性接著劑14亦可使用熱傳導性良好之Ag 系’而引線架亦可使用熱傳導良好之CuW系。 參考圖5及圖6，說明本發明之LED之實施型態1之第一 變形例。
圖5及圖6所示之led基本上具備與圖1及圖2所示之LED 馨 相同之構造，而與圖1及圖2所示之LED之相異點在於，將 η電極11配置於GaN基板之四角，亦即配置於4個角落附 近。此外’於圖5及圖6所示之LED，半導體晶片安裝中， 以包圍半導體晶片之方式，在引線架配置反射杯37。 圖5及圊6所示之LED之製造方法基本上與圖1及圖2所示 之LED之製造方法相同。然而，如圖7所示，鄰接之溝8〇 之間隔（間距P)係比圖3所示之間距p小，每1間距之溝8〇之 Φ 數目係比圖1及圖2所示之LED多《於此情況，對應於η電 極11之數目增加，可使η電極i 1之個別面積比圖1及圖2所 示之LED之η電極11之面積小。 參考圖8 ’說明本發明之LED之實施型態1之第二變形 例。 圖8所示之LED基本上具備與圖1及圖2所示之LED相同之 構造’但形成於GaN基板1之第二主表面la之溝8〇之側壁 形狀不同。亦即，溝80之側壁包含：底部側側壁84，其係 位於底部側，對於第二主表面〗a之角度相對較大；及開口 106932.doc • 15 · 側側壁86，其係相連於底部側侧壁以，對於第二主表面a 又相對較小。右根據此，可相較於圖1及圖2所示之 LED ’使從第二主表面。射出之光之光量增大。 圖8所示之LED之製造方法基本上與^及圖2所示之咖 之製造方法相同 '然而’在於GaN基板i之第二主表面“ 形成溝80之步驟’進行2次切割。亦即，使用進行切割之 刀鋒角度相對較小之刀，進行第一次切割，藉此形成底部 側側壁84。而且使用刀鋒角度相對較大之刀，將已進行第 人切割之。刀進行第二次切割，藉此形成開口側侧壁 託。此時，刀鋒切入於㈣基板i之第二主表面u之深 度比第一次切割之切入深入淺。如此可如圖9及圖1 〇所 不，可形成由側壁所組成之溝8〇，該側壁具有：底部側側 壁84 ,其係對於與第二主表面平行之面之角度為θι ;及開 口側側壁86，其係對於與第二主表面平行之面之角度為 Θ2(其中Θ2 < Θ1)。此外，若採取不同之觀點，於溝8〇，側 壁係由具有2階段角度之部分（底部側側壁84及開口側側壁 86)所組成。此外’上述第一次切割及第二次切割亦可交 換順序而實施。 參考圖11’說明本發明之LED之實施型態1之第三變形 例。 圖11所示之LED基本上具備與圖1及圖2所示之LED相同 之構造，但形成於GaN基板1之第二主表面ia之溝80之側 壁形狀不同。亦即’於圖11所示之LED，溝80之側壁係成 為曲面狀，其係在從GaN基板1之第二主表面la突出之方 106932.doc -16- 1354380 向成為凸。而且，溝80係以分別延伸在與圖u之紙面垂直 之方向、及平行於紙面之方向之方式而形成複數。此外， 鄰接之溝間之凸部82成料球狀，因此以溝8〇之寬度週期 性地擴大、縮小之方式形成溝8 〇 β 圖11所示之LED之製造方法基本上與圖i及圖2所示之 led之製造方法相.但於GaN基板匕第二主表面^形成 溝80之步驟中，為了使溝_之凸部以為半球狀以溝 _ 80之側壁成為曲面狀之方式進行切割等機械加工。 如上述，本發明之LED係利用氮化物半導體基板。以下 更詳細說明有關作為發光裝置之LED之具體構成及其效 果。 (實施例1) 首先比较藍寶石基板及氮化物半導體基板之GaN基 板於此，本發明之實施例1中之本發明例A之LED係與圖 1所示之LED構造相同。以下，參考01說明本發明例A之 鲁LED。如圖1所示，於本發明例A之LED，於GaN基板1之第 一主表面側，形成包含後續詳細說明之發光層等之疊層構 造，並設有p電極12 ^於本實施型態，其特徵之一在於此p 電極12係藉由導電性接著劑14，朝下安裝於引線架載具部 2 la之點。
GaN基板1之第一主表面“係於發光層放出發光之光之 面’於此面皮置n電極u。於此第二主表面j a形成複數溝 80，其係分別延伸在垂直於圓1之紙面之方向及平行於紙 面之方向。此η電極n係以不包覆第二主表面全面之方 106932.doc -17- 1354380 式，形成於位在第二主表面la之溝80之間之平坦部分上。 增大未由η電極11所包覆之部分之比例，係甚為重要。若 提高數值孔徑，由η電極遮蔽之光減少，可提高將光放出 至外部之放出效率。 η電極11係藉由金屬線13而與引線架之引線部電性連 接。金屬線13及上述疊層構造係藉由環氧系樹脂15而密 封。如已述，上述構成中，將從GaN基板丨至卩電極12間之 疊層構造放大表示於圖2。於圖2，圖1之疊層構造係上下 相反。 其次’說明有關本發明例A之LED之製造方法。 (al)使用從c面偏離0 5。之〇aN之傾斜基板（〇ff_ Substrate)。此基板之比電阻為0 01Ω · cm，轉位密度為 lE7/cm2 ’ 厚度400 μηι。 (a2)以MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition :有 機金屬化學氣相沈積法），在GaN基板之第一主面之Ga面 上’形成其次之疊層構造。（Si摻雜η型GaN層/被覆層之Si 摻雜η型AlQ.2Ga().8N層/GaN層及In〇.15Ga〇.85N層之2層構造重 疊3層之MQW(Multi-Quantum Well :多量子井）/被覆層之 Mg摻雜p型Al〇.2Ga〇.8N層/Mg摻雜p型GaN層）。 (a3)發光波長為450 nm，藉由比較低溫4.2K之PL(Photo Luminescence :光致發光）強度與在室溫298K之PL強度而 簡單算出之内部量子效率為40%。 (a4)將此晶圓活化處理，並進行Mg摻雜p型層之低電阻 化。藉由電洞測定之載體濃度係Mg摻雜p型八1〇.20&().81^層 106932.doc -18· 1354380 為 5E17/cm2，Mg 摻雜 p 型 GaN 層為 1E18/cm3。 (a5)進而藉由光微影技術及i〇n Etching : 反應性離子蝕刻），以Cl系氣體將此晶圓從Mg摻雜p型層側 姓刻至Si摻雜η型層《藉由此钱刻，如圖3所示，形成元件 分離溝25，進行元件分離。元件分離溝之寬度幻為1〇〇以 m。 (a6)於GaN基板之作為第二主面之背面之^^面，藉由光微 籲影技術、蒸鍍、剝離法，每隔距離L2=400 μιη，在晶片中 心裝設平面形狀為四角形狀、一邊寬度（D)為1〇〇μιη2η電 極（參考圖3及圖4)。作為η電極，亦可相接於GaN基板形 成從下依序為（Ti層20 nm/Al層1〇〇 nm/Ti層2〇 nm/Au層2〇〇 nm)之疊層構造。在氮（No氣氛中加熱此，以使接觸電阻 成為1Ε-5Ω · cm2以下。 (a7)作為p電極，相接於p型GaN層而形成厚度4 ^爪之犯 層，於其上全面形成厚度4 nm之八11層（參考圖3及圖4)。於 _ 惰性氣體氣氛中將此加熱處理，以使接觸電阻成為5E_4 Ω · cm2 ° (a8)其後，於基板之N面，藉由切割形成剖面形狀為▽字 狀之溝80。如圖3所示，溝之深度丁3為4〇 μιη，溝8〇之側壁 與平行於GaN基板1之第二主表面之平面所形成角度_ 60° ’鄰接之溝80之間距卩為15〇 μιη。 (a9)其後’如圖3及圖4所示’為了使晶片邊界5〇作為側 面而出現，進行切割，將已成為晶片者作為發光裝置。已 成為晶片之發光裝置係光放出面為3〇〇 一邊長度為 106932.doc 19 1354380 300 μπι之四角形）之形狀，發光層為3〇〇 □之形狀。亦 即，於圖4，Ll=3〇〇 μπι , L2=4〇〇 μπι。此外，元件分離溝 之見度L3 = 1〇〇 μιη〇，η電極之一邊寬度D=100 μιη。 (al〇)參考圖1，於引線架之載具部21a，以上述晶片之ρ 型GaN層側相接之方式搭載，形成發光裝置。藉由塗布於 載具部之導電性接著劑14，@定發光裝置及載具，並且使 其可獲得導通。 0 (al 1)為了改善從發光裝置之散熱性，發光裝置之ρ型
GaN層係以全面相接於載具部之方式搭載。此外，接著劑 亦可使用熱傳導性良好之Ag$，而引線架亦可使用熱傳導 良好之CuW系。藉此所獲得之熱電阻為8<>c /w。 (al2)並且藉由金屬線接合，導通n電極及引線架之引線 部之後，藉由環氧系樹脂進行樹脂密封，使發光裝置成為 燈。 其次’簡單說明關於比較例B。於圖12，ρ電極112係藉 φ 由導電性接著劑114，朝下安裝於引線架載具部。此外，n 電極係藉由導電性接著劑114，連接在與連接有p電極之引 線架載具部分離之引線架載具部121a。於其上設置包含發 光層之疊層構造（圖13)，並相接於η型〇aN層1〇2之特定範 圍。η型GaN層1〇2形成於藍寶石基板1〇1 ,在上述疊層構 造相接之範圍外之範圍，設置η電極lu。^電極ill係藉由 金屬線或導電性接著劑’與引線架載具部12U或引線架載 具部121b電性連接。此外，於藍寶石基板1〇1，在位於與 形成η電極111之表面相反側之表面（圖12之藍寶石基板i〇l 106932.doc -20- 1354380 之上部表面），形成溝180，其係與圖丨所示之形成於GaN基 板1之溝80相同構造。 從發光層發出之光係經由藍寶石基板1〇1而放出至外 部。以包覆包含藍寶石基板之上述疊層構造之方式，將環 氧系樹脂115密封。 (bl)使用從c面偏離〇.2。之藍寶石之絕緣傾斜基板。此藍 寶石基板之厚度為400 μηι 〇 (b2)〜(b4)施加與本發明例Α之（a2)〜(a4)相同之處理。 (b5)比較例之情況，由於藍寶石基板為絕緣體，因此n 電極必須設在與ρ電極相同之成長膜側。接著，進而藉由 光微影技術及RIE，以C1系氣體將此晶圓從Mg摻雜ρ型層 側姓刻至S i摻雜η型層，使用以設置η電極之η型GaN層露 出，而且進行與本發明例A相同之元件分離（圖14、圖 15)。元件形狀為300 μηι□，於其中露出之η型GaN之面積 為每1元件150 μιη□。亦即露出部之四角形層之邊長以為 150 μιη ° (b6)於露出之!!型GaN層上’藉由光微影技術、蒸链 '剝 離法’裝設直徑100 μηι之η電極。厚度、熱處理、接觸電 阻係與本發明例Α相同。 (b7)將p電極設置於p型GaN層部，其係從元件3〇〇 μΓη〕 除去η型GaN露出部150 μπι □。厚度、熱處理、接觸電阻 係與本發明例Α相同。 (b8)與本發明例α之（a8)相同，藉由切割形成溝18〇。 (b9)〜(blO)進行與本發明例A中對應之處理相同之處理。 106932.doc 21 1354380 (b 11)與本發明例A相同’為了改善從發光裝置之散熱 性’發光裝置之p電極GaN層係以全面相接於載具部之方 式搭載。於圖12，p型GaN層106與p電極112之接觸面積為 0.0675 mm2。由於發光裝置之發熱係於量子井層1〇4及p型 GaN層106產生，因此此發熱主要由p電極112之面積決 定。於圖12之情況，n電極111亦以導電性接著劑【14而連 接於引線架之載具部121a，但散熱面積實質上為上述接處 面積0.0675 mm2。本發明例a之p型GaN層與p電極12之接 觸面積為0·09 mm2。接著劑、引線架之材質係與本發明例 A相Π於比較例B，反映出上述構造，因此熱電阻為1〇.4 °C/W ’惡化為本發明例a之1.3倍。 (b 12)進行與本發明例a中對應之處理相同之處理。 (實驗及其結果） 將本發明例A及比較例b搭載於積分球内後，施加特定 電μ，進行集光，比較從偵測器輸出之光輸出值。於囷工6 表示結果。若根據圖16，在電流未漏洩而注入於mqw 層，於MQW層之非發光性再結合較少，而且發熱所造成 之晶片溫度上升小之比較理想之狀態下，光輸出值係與施 加電流之增加成比例而增加。例如2〇 mA之注入下本發 明例A獲得8mW之輸出，而比較例B獲得72mW之輸出。 ‘、、;、而使電流成為5倍而施加1 〇〇 ma之情況，本發明例 A獲仔5倍之40 mA之輸出，但比較例B僅獲得25 2 mA(參 考圖16”此時在Mqw發光部之電流密度係如圖17所示， 本發明例A為no A/cm2,比較例8為15〇 A/cm2。亦即，本 106932.doc •22- 1354380 發明例A在MQW發光部之電流密度比比較例^大β 此係意味相對於熱面積所產生之熱，本發明例Α之面積 充分大’而且藉由將η電極設置於基板之第二主表面側， 成為不具有電流密度極端大之部位之構造。相對於此意 味於比較例Β ’不僅散熱面積比本發明例a小，而且由於 設在使η電極露出之n型GaN層上，因此於11型（}&1^層中，往 平行於層之方向流動之電流之電流密度變得極端過大。其 結果，於比較例B，發熱進一步增加。 此外’與比較例B不同’本發明例A由於η電極及p電極 位於對向位置，因此沒有電性短路之虞，可防止位於相同 側之比較例Β中，例如為了防止短路，而於ρ電極與η電極 間設置用以電性絕緣之膜之多餘製造成本之增加。 並且，說明關於本發明例Α及比較例Β之靜電耐壓之試 驗結果。試驗係使發光裝置與充有靜電之電容器對向，於 兩者間產生玫電。此時，比較例B大致被10〇 V之靜電壓破 壞。另一方面’本發明例A大致至8000 V為止，尚未被破 壞。可知於本發明例A，具有比較例B之約8 0倍之靜電耐 壓。 此外’於上述本發明例A，由於在GaN基板上形成GaN 系發光裝置’因此即使將GaN系發光晶片朝下安裝，從 GaN基板背面放出光’由於兩者間不存在折射率之相異， 因此未發生全反射，光從GaN系發光晶片傳播至GaN基 板。因此’相較於使用藍寶石基板形成GaN系發光裝置之 構造’可提高GaN基板主面之光輸出。並且，光不會從 I06932.doc •23 · 1354380
GaN層側部極端地集中射出’因此密封樹脂不會受損，使 用壽命不致受限於密封樹脂。 於本發明例僅表示發光波長450 nm之一例，改變發光波 長或層構造之情況’亦可獲得相同效果《此外，若基板特 性相同’使用AlxGaUxN基板（其中X係比〇大、為1以下）來 取代GaN基板，當然亦可獲得相同效果。 (實施例2) 於本發明之實施例2 ’說明有關進而大面積化時之本發 明例C。本發明例C係與圖1所示之本發明例a之構造相 同’但其尺寸L1相較於本發明例a之〇.3 mm(3〇〇 μιη)，於 本發明例C ’ L1為本發明例Α之10倍之3 mm，因此面積成 為1 00倍。首先，本發明例c之製造方法如下。 (本發明例C) (cl)〜(c5)GaN基板使用大尺寸者，進行與本發明例a中 對應之處理相同之處理。 (c6)於GaN基板背面之第二主表面，藉由光微影技術、 蒸鑛、剝離法，每隔3.1 mm，在晶片中心裝設平面形狀為 正方形狀、一邊寬度〇為1〇〇 μΓΠ2η電極。作為n電極，亦 可相接於上述GaN基板之背面，形成從下依序為（丁丨層2〇 nm/Al層100 nm/Ti層20 nm/Au層200 nm)之疊層構造。在惰 性氣氛中將此加熱處理，以使接觸電阻成為1Ε_5Ω. 〇爪2以 下。 (c7)〜(c8)進行與本發明例A中對應之處理相同之處理。 ㈣其後進行切割，以使其成為特定形狀，將已成為晶 I06932.doc • 24· 1354380 片者作為發光裝置。成〇 战馬日a片之發先70件之尺寸為3 mn] □。 (C 10)〜(el 2)進行與本發明例八中對應之處理相同之處 理。其次，如以下製作將本發明例Cin電極配置變形之變 形例C1。 乂 (本發明例Cl) 上述本發明例c之變形例之本發明例C1，基本上具備與 _ 圖5及圖6所不之LED相同之構造。如圖5及圖6所示，於本 本發明例C1 ’其特徵在於將n電極丨丨配置於GaN基板之四 角，亦即配置於4個角落之點。但於圖5，平面上看來，n 電極11配置成部分重叠於活性層，但於本發明例^，平面 上看來，η電極11配置成位於活性層之外。此外，於半導 體晶片之安裝中，以包圍半導體晶片之方式，將反射杯37 配置於引線架。 於上述本發明例C1之製造，在與本發明例Α對應之步驟 φ 中施加相同處理。其中，接合金屬線使用4條Au線，分別 之剖面直徑為25 μπι。位於4個角落之各η電極之形狀為45 μηι〇 〇 其次，說明有關比較例D »比較例d之構造係與圖12所 示之構造相同。其中，相對於圖12之比較例Β之L1為300 μπι(0.3 mm)’比較例D之L1為10倍之3 mm。此外，形成η 電極之η型GaN層部分之尺寸L4 ’係與圖12之比較例Β相 同’為15 0 μιη。比較例D之製造方法如下。 (比較例D) 106932.doc •25· 1354380 (dl)使用從c面偏離〇.2。之藍寶石之大尺寸絕緣傾斜基 板。藍寶石基板之厚度為400 μπι 〇 (d2)〜(d4)進行與本發明例a中對應之處理相同之處理。 (d5)比較例D之情況，由於藍寶石基板為絕緣體，因此η 電極必須設在與ρ電極相同之成長膜側。接著，進而藉由 光微影技術及RIE，以C1系氣體將此晶圓從Mg摻雜ρ型層 側姓刻至Si摻雜n型層’使用以設置η電極之η型GaN層露 出’而且進行與本發明例A相同之元件分離。元件尺寸係 如上述’為3 mm□之大型尺寸。為了配置η電極而露出之η 型GaN層部分之面積為每1元件15〇 ^瓜口。 (d6)於露出之11型（^]^層上’藉由光微影技術、蒸鍍、剝 離法，裝設直徑100 μιη2η型電極。厚度、熱處理、接觸 電阻係與本發叼例a相同。 (d7)將ρ電極設置於ρ型GaN層部，其係從元件3.ι爪瓜 □ ’除去用以配置元件分離溝及η電極之η型〇aN層露出部 15 0 μηι □。厚度、熱處理、接觸電阻係與本發明例a相 同。 (b8)〜(b 12)進行與本發明例A中對應之處理相同之處理。 其次，說明有關另一比較例£。比較例E係如圖18所示， 使用藍寶石基板，將ρ電極112及n電極ηι均設置於朝下安 裝側，此點係與比較例B及比較例D相同。然而，自圖19 之平面圖可知，相異點在於使p電極丨丨2成為梳形狀，於指 又之指間配置n電極m，於p電極112與11電極lu間配置絕 緣to。此係為了使流在p電極與n電極之電流均等化，不致 106932.doc -26- 1354380 產生電流畨度極端變高之處。此比較例E之製造方法如 下。 (比較例E) 採用與比較例D相同之製作方法，n電極ln係每隔Q 5 mm ’設置5支寬度(U mm之梳形電極（參考圖i8及圖i9)。 使η電極1U與P電極112間隔離〇1 mm，同時於11型（}^層 102剩餘之背面部分，設晉雷搞 从 〇又罝p罨極。並且為了使各個電極不 致電性短路，於η電極與p電極間之間隙，設置用於表面保 護之絕緣體119。並且為了彳g# '' |且两ί便其不紐路，在對應於引線架 之載具部121a之各個電極位置之部分，設置導電性接著劑 114’ -面控制晶片及引線之橫向及縱向、甚至旋轉方向 之偏差，一面將晶片搭載於引線架。 (實驗及其結果） 將本發明例C及比較例D搭載於積分球内後，施加特定 電流’進行集光，比較從偵測器輸出之光輸出值。於2〇 "Α之電流施加，本發明例。之輸出為8 mW，另一方面， 比較例D之輸出為7·2 mW。此外， ' 施加2A(2000 mA)之電 流時’於本發明例C獲得1 〇〇倍之h 常之輪出之800 mW，而比較 例D破損》 接著在比較例D不進行樹脂密封 ..,φ π %可又狀態下’施加電流同 時以熱影像儀測定元件之溫度，处
• 、〜果可知自η電極往MQW 發光部’電流往平行於層之方 、 方向集中流過η型GaN層中之 部位係異常發熱而破損。 接著’進而相對於比較例D，制 ^•作自η電極往MQW發光 I06932.doc -27- 1354380 部’電流往平行於層之方向分散流過η型GaN層中之構 造。此為上述比較例E。於比較例E，施加電流20 mA係獲 得7.2 mW之輸.出，2A則獲得720 mW，可獲得本發明c之 0.9倍之輸出。 如此，若欲獲得接近於本發明例C之性能，相較於本發 明例C’需要非常複雜之構造及製程，因此製造成本非常 高。 其次’針對上述本發明例C、比較例D及E進行靜電耐壓 試驗。如上述，使發光裝置與充有靜電之電容器對向，於 兩者間產生玫電。此時’比較例D及e大致被1 〇 〇 v之靜電 壓破壞。另一方面，本發明例C大致至8000 V為止，尚未 被破壞。亦即於本發明例，可獲得8〇倍程度之非常高之靜 電耐壓。 於本發明例Cl，數值孔徑大幅超過50%，幾乎均為 1〇〇%。此外，相較於位於中央之情況，藉由位於GaN基板 之角落，可大幅檢少光取出之障礙。如同已述，於本發明 =C1，由於平面上看來n電極位於活性層之外，目此η電極 完全未對光取出造成影響。結果於本發明例C1，可獲得比 本發明例C高之輸出。 (實施例3) 於本發月之實施例3，測定光放出面之數值孔徑及Gw 基板之電阻對於光輸出所造成 響數值孔徑之調整係 籍由改隻基板面積或雷搞 體n 尺寸而進行。試驗 斤不構k之LED，而關於一部分之試驗，亦 106932.doc -28· 針對如圖20所示之配置螢光材料26以製成白色LED之試驗 體試驗。試驗體為本發明例F、GaN基板之比電阻不在本 發明之範圍内之比較例G及Η之3個。針對後續說明之試驗 體F、G、Η之各個，製作圖1所示之不含螢光材料而以環 氡樹脂密封者、及圖20所示之搭載螢光材料之白色LED。 數值孔徑為{’（P電極面積-η電極面積）/p電極面積} χ 100(%)。 本發明例F之Ll = 8 mm，D=100 μιη，開口率大致loo%。 此外’比較例 G之Ll=0.49 mm，D=100 μιη，開 口率為 970/〇， 而比較例Η之L 1 = 8 mm，D=7.5 1 μιη，開口率為3 1 %。其次 §兒明有關上述本發明例f及比較例G、Η之製造方法。 (本發明例F) (fl)〜（f8)進行與本發明例Α中對應之處理相同之處理。 (f9)其後如圖21進行切割’以使其成為特定形狀，將已 成為晶片者作為發光裝置’所獲得之發光裝置為8 mmll]。 (Π0)〜(Π2)進行與本發明例a中對應之處理相同之處 理》 (f 13)有別與上述（Π2)，於（f 11)中，於搭載於引線架之 載具之上之η電極側，搭載螢光材料後，藉由環氧系樹脂 進行樹脂密封，亦製作發白色光之燈。此係使用45〇 nm之 光輸出可獲得每1瓦特1 801 m之螢光材料。 (比較例G) (gl)使用從c面偏離〇·5。之n型GaN之傾斜基板。比電阻為 0.6Ω · cm，選擇高於本發明之範圍〇 5Ω · cm以下者。此 106932.doc -29· 1354380
GaN基板之轉位密度為1E7/cm2,而厚度為4〇〇μιη。 (g2)〜(g8)進行與本發明例ρ中對應之處理相同之處理。 (g9)其後進仃切割’以使其成為特定形狀將已成為晶 片者作為發光裝置，所獲得之發光裝置為〇49 _口。 (glO)〜(gl3)進行與本發明例F令對應之處理相同之處 理。 (比較例H) φ (hl)使用從C面偏離0.5。之η型GaN之傾斜基板。比電阻 為〇.6Ω· cm，選擇高於本發明之範圍〇 5Ω· cm以下者。 此GaN基板之轉位密度為1E7/cm2,而厚度為4〇〇^^。 (h2)〜(h8)進行與本發明例！；令對應之處理相同之處理。 (h9)其後進行切割，以使其成為特定形狀，將已成為晶 片者作為發光裝置’所獲得之發光裝置為8 mm匚]。 (hlO)〜(hl3)進行與本發明例F中對應之處理相同之處 理。 ·(實驗及其結'果） U)關於本發明例F及比較例G、H，以模擬算出從η電極 往MQW層之電流較均勻擴散之範圍之電流分布。將此模 擬結果反映於本發明例？及比較例G、Η之元件設計。於圖 22表示電流擴散之示意圖。此外，於圖23，電流密度係以 η電極中〜之值作為1。⑴本發明例之結果：η電極正下方 電流密度最大，隨著離開η電極，電流密度變小。此外，η 電極正下方之可獲得1/3以上之電流密度之範圍，係以η電 極正下方為中心之直徑12 mm。根據此結果，發光裝置之 106932.doc 1354380 大小設為將其内包之8 mm□。於GaN基板之第二主表面之 N面，藉由光微影技術、蒸鍍、剝離法，每隔81出爪，在 晶片之中心裝設平面形狀為正方形狀、一邊寬為1〇〇 pm之 η型電極。於此情況，於GaN基板之N面上之沒有n型電極 之部分、亦即開口率，係每一元件大致1〇〇%。厚度、熱 處理、接觸電阻係與本發明例Α相同。（ii)比較例G之結 果：η電極正下方之可獲得1/3以上之電流密度之範圍，係 • 以11電極正下方為中心之直徑〇.7 mm。因此配合本發明例Ε 及η電極之大小，設定寬度〇為1〇〇 μηι，晶片尺寸為内包 於直徑0.7 mm之(Μ9 mm□。接著於GaN基板之^^面，藉由 光微影技術、蒸鍍、剝離法，每隔〇·5 mm，在晶片之中心 裝》又平面形狀為正方形狀、一邊寬為1〇〇 一瓜之n型電極。 於此情況，開口率係每一元件大致97。/(^厚度、熱處理、 接觸電阻係與本發明例Α〜Ε相同。（iii)於比較例Η，配合本 發明例Ε及晶片之大小，設定8 mm[=|。GaN基板之電阻係 φ 與比較例G相同，電流之擴散為直徑0.7 mm，因此若欲在8 mm□中均勻地流入電流（11型電極正下方之ι/3以上），打電 極必須為直徑7.51 mm。因此，於GaN基板之第二主表面 (光放出面），設定切割寬度為〇 . j mm，藉由光微影技術、 条鍍、剝離法，每隔8.1 mm，裝設平面形狀為正方形狀、 一邊寬為7.51 mm之η電極。於此情況，開口率係每一元件 大致3 1 (2)將本發明例F及比較例〇、η之未搭載螢光材料者彼 此，搭載於積分球内後，施加特定電流，進行集光，比較 106932.doc 從偵測器輸出之光輸出值《於圖24及圖25表示結果。 於2 0 m Α之電流施加，本發明例ρ及比較例〇、η係以與 未配置電極之部分之面積率整合之方式，分別成為8 mW、7.8 mW、2.5 mW之輸出。本發明例F獲得最高之光 輸出’比較例G未達本發明例F之程度，但仍獲得較高之輸 出。接著進而施加500倍之10A之情況，本發明例ρ及比較 例Η係相應於未配置各個電極之部分之面積率，而獲得4 w 及1.3W之輸出》 於比較例G ’施加電流為0.26A、發光部之電流密度為 ΙΙΟΑ/cm2時，至0.1W之輸出為止’輸出係與施加電流成比 例為增加。然而其後伴隨於熱產生所造成之溫度上升，輸 出飽和，發光裝置由於施加電流10 A而損壞。 此外’於圖26及圖27表示測定上述3種試驗體之亮度之 結果。本發明例F及比較例Η即使使用相同螢光材料，由於 相應於未配置各個電極之部分之面積率所獲得之亮度變 化’因此在10Α之施加電流時’成為7201m/晶片、23411m/ 晶片。比較例G係電流施加0.26A時之181m/晶片為熱限 度’若施加10A之電流會破損。若根據圖26及圖27，在高 電流可獲得高亮度者，僅有本發明例F。 此外，於本實施例設定電流施加最大為1 〇 A，其理由在 於若將電流增加至其以上，於η電極之模組發熱密度變得 過大，發熱可能變大。 若增大η電極，或充分降低接觸電阻，對於電流密度 11 OA/cm2，最大電流至70Α為止可獲得相同效果。 106932.doc -32- 1354380 (本發明例F-2及F-3) 接者’施加與本發明例F相同之處理，於本發明例F-2， 設疋η電極一邊之寬度d為1 mm(面積1 mm2)(記為1 mm □)，配置於GaN基板之中央。此外，於本發明例ρ_3 ,設 疋η電極為450 μπι[Ι1)，配置於GaN基板之4個角落（參考圖 28及圖29) »如圖28及圖29所示，位於4個角落之η電極係 分別藉由接合金屬線而與引線架電性連接^接合金屬線係 使用Au線，其剖面直徑為3〇〇 μιη。此情況之開口率均大 致為100%。此外，與本發明例（^相同’配置杯狀反射體 之反射杯37。 與本發明例F相同，將未搭載螢光材料者裝入於積分球 内後知*加特疋電流使其發光。將其光進行集光，計測從 偵須丨器輸出之光輸出值，於20 mA之電流施加，可獲得8 mW之輸出，使電流施加為前述5〇〇倍之i〇a之情況，可獲 得4W之輸出，在進而施加7〇A之情況，可獲得28w之輸 出° 此外，配置螢光材料而成白色光化之LED之情況，可獲 得50401m/晶片之亮度。 當然將尺寸小、施加電流較小之發光裝置排列多數個， 亦可獲得相同之輸出M旦為了元件配置之位置精度或避免 電性短路，兀件間需要-定距離’全體大小將極端地變 大’右對於母1個元件施加導通，成本會極端地變高，並 不貫用。若根據本發明’可避免該問冑，並可採用與以往 完全相同之製造過程’以大致相同之成本，大小亦為必要 106932.doc -33- 之最小限度而獲得高發光輸出。 此外，即使發光波長或層構造改變，若基板之特性相 同，使用AUGa.^N基板（其中X係比〇大，為1以下）取代GaN 基板，當然亦可獲得相同效果。 如圖28及圖29所示，藉由將位於GaN基板之角落之n電 極及引線架’以半徑150 μηι之4條Au線電性地連接，電極 或引線將不致成為光取出之障礙，因此可進一步提高光輸 出。 (實施例4) 於本發明之實施例4，說明GaN基板厚度對於光輸出所 造成之影響。使用與圖1所示之LED具有相同構造之本發 明例I、J、K之3個試驗體，測定GaN基板之光吸收。說明 有關試驗體之製作方法。 (本發明例I) , (11) 使用從c面偏離0.5。之η型GaN之傾斜基板。此基板之 比電阻為0.01Ω · cm，轉位密度為iE7/cm2。此GaN基板之 厚度為100 μηι。 (12) 藉由MOCVD ’在GaN基板之第一主表面，形成其次 之層。亦即，（GaN緩衝層/Si摻雜η型GaN層/被覆層之Si摻 雜η型Al〇.2Ga〇.8>^ /GaN層及In〇.〇5Ga〇.95N層之2層構造重疊 3層之MQW層/被覆層之Mg摻雜p型八1〇.2〇3〇.小層/Mg摻雜p 型GaN層）之疊層構造。 (ι3)發光波長為380 nm，藉由比較低溫4.2K之PL強度與 在至溫298K之PL強度而簡單算出之内部量子效率為4〇0/〇。 106932.doc •34- 1354380 (ι4)〜(i5)進行與本發明例a中對應之處理相同之處理。 (ι6)首先’以模擬算出從點狀之η電極往MQW層之電流 較均勻擴散之範圍》其結果’ η電極正下方電流密度最 大，隨著離開η電極，電流密度變小。此外，η電極正下方 之可獲得1/3以上之電流密度之範圍，係以η電極正下方為 中心之直徑3 mm，因此發光裝置之大小設為將其内包之 1.6 mm□。於GaN基板之N面，藉由光微影技術、蒸鑛、 剝離法’每隔1.7 mm裝設平面形狀為正方形狀、一邊寬為 100 μιη(100 μιη[])之n型電極。於此情況，於GaN基板之 Ga面上之沒有η型電極之部分、亦即開口率，係每一元件 大致100。/^厚度、熱處理、接觸電阻係與本發明例Α相 同。 (i7)〜（i8)進行與本發明例a中對應之處理相同之處理。 (i9)其後進行切割，以使其成為特定形狀，將已成為晶 片者作為發光裝置’所獲得之發光裝置為丨.6 ^ (i 10)〜(112)進行與本發明例a中對應之處理相同之處 理。 (本發明例J) (jl)使用從C面偏離0.5。之AlxGaNxN之傾斜基板。此基板 之比電阻為0.01Ω · cm，轉位密度為lE7/cm2。π型AlxGa,. χΝ基板之厚度為1〇〇 μιη。使用A1之原子比例為χ=〇 2、 〇·5、1之3種類。 02)藉由M〇cVD ’在AlxGai_xN基板之第一主表面上，形 成其次之疊層構造。依序形成（被覆層之Si摻雜η型被覆 106932.doc •35· 1354380
Al〇.2Ga〇.8N/將GaN層及Ino.Q5Gao.95N之2層構造重疊3層之 MQW層/被覆層之Mg摻雜p型八1〇.20&〇.81^層/Mg摻雜p型GaN 層）。 (j3)〜(i5)進行與本發明例I中對應之處理相同之處理。 (j6)於Al^GaxN基板之第二主表面，藉由光微影技術、 蒸鍍、剝離法，每隔400 μπι裝設平面形狀為正方形狀、一 邊寬為100 μηι(100 μιη[Ι)之η電極。η電極係藉由與Ah-xGaxN 基板之第二主表面相接，從下依序形成（Ti層20 nm/Al層 100 nm/Ti層20 nm/Au層200 nm)之疊層構造而構成。在惰 性氣氛中將此加熱處理，以使接觸電阻成為1Ε-4Ω · cm2以 下。 (j7)〜(jl2)進行與本發明例I中對應之處理相同之處理。 (比較例K)
(kl)使用從c面偏離0,5°之η型GaN之傾斜基板。此GaN基 板之比電阻為0.01Ω· cm，轉位密度為lE7/cm2。此G aN基 板之厚度為1 mm( 1 000 μπι)。 (k2)〜(k5)進行與本發明例I中對應之處理相同之處理。 (k6)發光元件（晶片）之尺寸係與本發明例G相同，設為 1.6 mm □。於GaN基板之第二主表面，藉由光微影技術、 蒸鍍、剝離法，每隔1.7 mm裝設平面形狀為正方形狀、一 邊寬為100 μιη(100 μηι[1)之η型電極。此情況，於GaN基板 之第二主表面（光放出面）上之沒有η電極之部分之比例、亦 即開口率，係每一元件大致100%。厚度、熱處理、接觸 電阻係與本發明例I相同。 106932.doc -36- 1354380 (k7)〜(k 12)進行與本發明例I中對應之處理相同之處理。 (實驗及其結果） 首先’準備基板厚度不同之本發明例I、j及比較例K之 基板1 ’測定對於波長380 nm之入射光之透過率。於圖3〇 及圖3 1表示光透過率測定試驗之概要。相較於本發明例工 及J之厚度為100 μπι，本發明例κ之厚度厚至1 mm(1000 μιη)。於圖32整理表示試驗結果。 右根據圖3 2 ’關於本發明例I、j及比較例κ，透過率分 別為70°/。、90%及10%。於本發明例j，製作A1之原子數比 X-0.2、0.5及1之3種基板，任一者之透過率均為9〇 %。 接著’將搭載螢光材料而成為白色LED之本發明例I、j 及比較例K ’搭載於積分球内後’施加特定電流，進行集 光，比較從偵測器輸出之光輸出值。施加2〇 mA之電流 時，本發明例I、J及比較例K係獲得4·2 mW、5.4 mW(上述 3種全部）及0·6 mW之輸出。此差異係來自各個基板之透過 率之差，但GaN基板之情況，由於在比波長4〇〇 nm短之波 長中’其光之透過率極端地變小，因此於該情況，可如本 發明將AlxGa^xN作為基板’藉此取得較高之光取出。 此外，即使將GaN基板變薄，亦可獲得較高之光取出。 右厚度過薄，從η電極往MQW之電流之擴散範圍變得過 小，兔過尽，如刖述取出效率會惡化，因此雖亦取決於發 光波長，但其厚度宜為5〇 pm〜5〇〇 。此外，如本發明， 藉由使用GaN基板之厚度薄至1〇〇 μ〇ι程度者，可降低 基板之製造成本，可製造更低成本之發光裝置。當然可不 106932.doc -37· 1354380 受限於發光波長，藉由降低基板厚度而達成低成本化。 (實施例5) 於本發明之實施例5，說明有關形成於基板上之n型GaN 層之厚度之製造良率。所使用之3個試驗體係與使用 基板之本發明例A相同構造之本發明例l、及與使用藍寶 石基板之比較例B相同構造之比較例μ、N。 (本發明例L) (11) 進行與本發明例A中對應之處理相同之處理。 (12) 藉由MOCVD ’形成其次之疊層構造（參考圖2广形 成（GaN基板/GaN緩衝層/Si摻雜η型GaN層2/被覆層之si換 雜η型Al〇.2GaQ.8N層/將GaN層及InojGaojN層之2層構造重 疊3層之MQW層/被覆層之Mg摻雜p型Al0.2GaQ.8i^ /Mg摻 雜p型GaN層）。參考圖2，Si摻雜η型GaN層2之厚度t為1〇〇 nm 〇 (13) 〜(112)進行與本發明例A中對應之處理相同之處理。 此時’若形成元件分離之#刻溝25，钮刻溝底部25a係如 圖33所示不會完全平坦，成為多少有凹凸之形狀。如上 述’本發明例L之情況，即使中央部到達GaN基板或緩衝 層，但由於此部分未設有電極等，因此即使此部分之深度 或底部平坦度稍微變動，仍不致對於製造良率等造成影 響。 (比較例M) (m 1)進行與比較例B中對應之處理相同之處理。 (m2)藉由MQCVD，於藍寶石基板上形成其次之疊層構 106932.doc •38· 1354380 造（參考圖13)。形成（藍寶石基板/GaN緩衝層/si摻雜 GaN層/被覆層之Si摻雜η型AlwGao.sN層/將GaN層及 InuGawN之2層構造重疊3層之MQW層/被覆層2Mg摻雜p 型Al〇.2Ga0.8ls^ /Mg摻雜p型GaN層）。參考圖13，Si換雜n 型GaN層102之厚度為3 μιη。 (m3)〜(ml 2)進行與比較例3中對應之處理相同之處理。 此時’若形成元件分離之蝕刻溝125，蝕刻溝底部1253係 φ 如圖34所示不會完全平坦，成為多少有凹凸之形狀。如上 述，比較例Μ之情況，由於Si摻雜n型GaN層102之厚度厚 達3 μιη，因此如上述中央部未到達緩衝層或藍寶石基板。 結果，即使此部分之深度或底部平坦度稍微變動，仍不致 對於製造良率等造成影響。 (比較例Ν) (η 1)進行與比較例Β中對應之處理相同之處理。 (η2)藉由MOCVD，於藍寶石基板上形成其次之疊層構造 φ (參考圖13)。形成（GaN緩衝層/Si摻雜η型GaN層/被覆層之 Si摻雜η型Alc^GauN層/將GaN層及In<) iGa()小之2層構造 重疊3層之MQW層/被覆層2Mg摻雜卩型 摻雜p2L GaN層）。參考圖13，Si摻雜n型層1〇2之厚度 為 100 nm 〇 (n3)〜(n4)進行與比較例B中對應之處理相同之處理。 (π5)比較例N之情況，由於在藍寶石基板上，使晶格常 數與藍寶石不同之GaN系多層膜成長，因此若η型層之 厚度過薄至1GG nm’無法獲得良f之多層膜，發光輸出極 I06932.doc .39- 1354380 端地變小。 此外’比較例N之情況，由於藍寶石基板為絕緣體，因 此η電極必須3又在與p電極相同之成長膜側。接著，進而藉 由光微影技術及RIE，以C1系氣體將此晶圓從Mg摻雜ρ型 層側蝕刻至Si摻雜η型GaN層，使用以設置n型電極之11型 GaN層露出。然而，如圖35所示於本比較例Ν，由於y 換雜n型GaN層之厚度薄至1〇〇 nm(0.1 μπι)，因此無法於晶 圓内使η型GaN層均勻地露出。因此，依場所不同，露出 面或為η型AlxGa^xN層，或為GaN緩衝層。雖使用熱磷酸 等嘗試進行濕蝕刻，但無論何種蝕刻，結果均相同。 (實驗結果） 以與實施例1相同之要領測定光輸出，結果本發明例^ 中，於施加電流20 mA獲得8 mW之輸出。另一方面，於相 同之施加電流，在比較例M獲得72 mW之輸出。此外，於 本發明例L之構造，即使nsGaN層之厚度從3 μπι薄至1〇〇 nm仍可獲得同等之輸出。而且由於可電極設置於 GaN基板之N面，因此無須使Si摻雜nsGaN層露出。 於基板上成長之發光元件之膜厚，雖取決於對象之波長 或輸出’但通常至多為6 μΓη以下，在本實施例，佔其大部 分之Si摻雜η型GaN層之厚度可從3 μπι薄至1〇〇 nm。結 果，若根據本發明，可大幅降低膜成長之成本。 如於比較例N之試驗體之處理步驟（n5)所說明，若使n型 GaN層薄至100 ㈣），_㈣層露出之良率非常不 佳，並不實用。此外’即使由於將來技術進步，假設可實 I06932.doc -40. 1354380 現均勻之露出’由於層厚度過薄，如實施例1之比較例B， 往平行於層之方向流於n型GaN層中之電流之電流密度會 極端變得過大，發熱增加，無法獲得實用之光輸出（參考 圖3 5) »當然使用螢光材料而製成白色之情況，或改變發 光波長之情況’亦可獲得同樣效果。 (實施例6) 於本發明之實施例6，說明GaN基板之轉位密度對於光 輸出所造成之影響。所使用之2個試驗體係與本發明例A具 有相同構造、轉位密度為1 E6/cm2之本發明例〇，以及轉位 密度為lE9/cm2之比較例P。 (本發明例0) (〇1)使用從c面偏離0.5°之η型GaN之傾斜基板。此GaN基 板之比電阻為0.01Ω . cm，轉位密度為lE6/cm2。此GaN基 板之厚度400 μηι。 (〇2)〜(〇 12)進行與本發明例Α中對應之處理相同之處理。 (比較例P) (Pi)使用從c面偏離0.5°之η型GaN之傾斜基板。此GaN基 板之比電阻為〇.〇 1 Q · cm，轉位密度為lE9/cm2 »此GaN基 板之厚度係與本發明例Ο同為400 μπι。 (ρ2)〜(ρ 12)進行與本發明例Α中對應之處理相同之處理。 (實驗結果） 與實施例1相同而測定光輸出，結果於本發明例〇及比較 例P，在施加電流20 mA均獲得8 mW之輪出，而於施加電 流100 mA則分別獲得40 mW及30 mW之輸出。如此，本發 106932.doc 41 1354380 明例〇在與比較例p比較時，可獲得較高之發光輸出β 於本發明例Ο及比較例Ρ ’由於比電阻或厚度等相同， 因此發熱或散熱相同。由於確認上述光輸出之差並非熱的 影響’因此施加負載（duty)比1 %、施加時間1 之丨〇〇 循環之脈衝電流而進行比較。此試驗結果係與上述結果相 同，於施加電流100 mA，分別獲得40 mw及30 mW之輸 出。 因此，機制未必已明朗，但並非熱之影響，而是由於轉 位密度之差異，獲得在高電流密度之發光輸出之差。此 外，根據發明者之實驗，已確認在改變發光波長或層構造 之情況、或设覃螢光材料而製成白色之情況，亦可獲得相 同效果。 (實施例7) 於本發明之實施例7，說明有關表面及端面之非鏡面化 對於光輸出所造成之影響。所使用之試驗體為本發明例 Q、R。本發明例q係將表面及端面非鏡面化之圖3 6所示之 LED，本發明例R係未進行非鏡面化之圖ρ所示之。 (本發明例Q) (ql)〜(q8)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (於q8及q9間插入之處理步驟）使GaN基板之n面及元件 端面製成非鏡Φ 〇製成非鏡面之方法係、藉由RIE等乾餘刻 或濕蝕刻除了此種藉由蝕刻之非鏡面方法以外，亦可採 用機械式研磨之方法。於本實施例係適用將水溶液作 為钱刻劑之/,#、ϋ刻所進行方法。在溫度保持於之狀態 106932.doc •42· 1354380 下’將4 mol/l之KOH水溶液充分攪拌後，將晶圓浸潰於攪 拌器中30分鐘’使〇aN基板之N面及元件端面非鏡面化。 (q9)〜(q 12)進行與本發明例ρ中對應之處理相同之處理。 (比較例R) 與本發明例F相同者。 (實驗結果） 與實施例1相同而測定光輸出，結果本發明例Q及比較例 R在施加電流10 mA中分別獲得4·8 mW及4W之輸出。此 外’設置螢光材料而製成白色之情況，於施加電流1〇 mA ’本發明例Q係獲得115 〇im之輸出，而比較例r則獲得 9601m之輸出。亦即於本發明例q，可獲得更高之發光輸 出。當然於改變發光波長之情況，亦可獲得相同效果。此 係由於基板及η型GaN層之表面及端面若為鏡面狀態，如 圖3 7所示’在折射率高之GaN表面容易產生全反射，光難 以從内部穿出至外側。相對於此，若如圖36所示製成非鏡 面化’可提高對於外部之光放出效率。 而且’於非鏡面化中使用KOH水溶液之情況，根據發明 者之實驗可知’若於濃度0.1〜8 mol/l、溫度20〜80。(：之範 圍内進行，可獲得相同效果。 (實施例8) 於本發明之實施例8，說明有關p型電極之反射率對於光 輸出所造成之影響。所使用之5個試驗體為本發明例S、 T、U、V、w 〇 (本發明例S) 106932.doc •43 - (si)〜(s6)進行與本發明例f中對應之處理相同之處理。 (s7)p電極係以其次之方法製作。相接於p型GaN層，自 下層依序形成4 nm厚之Ni層及4 nm厚之Au層。其次，於惰 性氣體中進行加熱處理。其後，於上述Au層上形成厚度 100 nm之Ag層，以上述方法製作之p電極之接觸電阻為5ε· 4Ω · cm2 0 此外’於上述p電極中’相接於玻璃板上而自下層依序 形成之（厚度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au層），施加相同之 熱處理後’測定透過率。其結果，對於來自Ni層側之450 nm之入射光之透過率為70。/。》並且，將厚度1〇〇 nm之Ag層 裝設於玻璃板而測定反射率。結果，對於4 5 0 nm之入射光 獲得反射率88%。接著將Ni層作為下層，於玻璃板形成（厚 度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au層/100 nm之Ag層），進行相 同之熱處理後，測定反射率。其結果，對於450 nm之入射 光獲得反射率44% »此反射率係與波長450 nm之入射光以 70%之透過率壤過（厚度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au電極層） 之後，在Ag層以88%之反射率反射，再度以70%之透過率 透過（厚度4 nm之Ni層及厚度4 nm之Au電極層）之反射率一 致。 (s8)〜（si2)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (本發明例T) (tl)〜(t6)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (t7)p電極係以其次之方法製作。相接於p型GaN層，自 下層依序形成4 nm厚之Ni層及4 nm厚之Au層。其後，於惰 106932.doc -44- 1354380 性氣體中進行熱處理。其次，於上述Au層上形成厚度1 00 nm之A1層及厚度100 nm之Au層。以上述方法製作之p電極 之接觸電阻為5Ε-4Ω · cm2。
此外，於此電極中，將（厚度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au 層）之疊層膜裝設於玻璃板，施加相同之熱處理後，測定 透過率，結果對於來自Ni側之450 nm之入射光，透過率為 70%。並且，將厚度100 nm之A1層裝設於玻璃板而測定反 射率，結果對於450 nm之入射光，反射率為84%。此外， 於玻璃板從下依序形成（厚度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au層 /100 nm之A丨層）之疊層膜，進行相同之熱處理後，測定反 射率。結果，對於450 nm之入射光獲得反射率42%。此反 射率係與波長450 nm之入射光以70%之透過率透過（厚度4 nm之Ni層/厚度4 nm之Au電極層）之後，在A1層以42%之反 射率反射，再度以^0°/〇之透過率透過（厚度4 nm之Ni層及厚 度4 nm之Au電極層）時所算出之反射率一致。
(t8)〜(tl2)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (本發明例U) (ul)〜(u6)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (u7)作為p電極，在p型GaN層，將對於p型GaN層為歐姆 性之電極且反射率亦高之Rh，以1 00 nm設置於全面。接觸 電阻為5e-4 Ω · cm2。此外，將此電極之Rh裝設於玻璃 板，並測定透過率，接過對於450 nm之入射光為60%。 (u8)〜(ul2)進行與本發明例F中對應之處理相同之處理。 (本發明例V) 106932.doc • 45 - 1354380 (vl)〜(v8)進行與本發明例S中對應之處理相同之處理。 (於v8與v9間插入之處理步驟）進行與本發明例q中，於 與q9間插入之處理步驟相同之處理。 (v9)〜(V12)進行與本發明例s中對應之處理相同之處理。 (本發明例W) 本發明例W係與本發明例f相同者。 (實驗結果） 與實施例1相同而測定光輸出，結果本發明例s、τ、 u、V及w在施加電流10Α，分別獲得4 8W、4 、 5.2W、5.8W及4W之輸出。於圖38表示在本發明例s、τ之 文裝側之反射之模式圖，於圖39表示在本發明例U之安裝 側之反射之模式圖，而於圖4〇表示在本發明例…之安裝側 之反射之模式圖^相對於本發㈣s、τ中，於ρ電極邮 導電性接著劑u之間配置高反射層35,於本發明例υ，ρ電 極12本纟為高反射率材'料’於本發明例V進-步非鏡面 化》此外’於本發明例1，關於安裝側之反射並未特別顧 於本發明例S、τ、U、V設置螢光材料而製成白色LED 之情況，在施加電流10A時，分別獲得864lm、8641m、 ㈣m、购之輪出。若根據此等結果，藉由以高 材枓形成?電極’或於p電極與導電性接著 材料，可謀求光之有效活用，提高光輪出。亦即== 電極層中，將^心㈣之反射膜組=由在 組入於p電極盥導雷~ P電極本身、或 。導電性接者劑之間’可進-步提高發光輸 106932.doc -46- 1354380 出。並且，如本發明例v，藉由使GaN基板之N面或端面成 為非鏡面’可實現進一步之提升。 改變發光波長之情況，由於在八§層或A1層之反射率或在 Au及Ni層之吸收率會改變，因此無法概括地敘述效果之程 度，但當然於任何波長均有效果。此外，使用具有同等以 上之工作函數、有同等以上之反射率之元素來取代Rh，亦 可獲得同等以上之效果。 (實施例9) 本發明之實施例9係掌握GaN基板之氧濃度與比電阻及 光透過率之關係。其特徵在於根據該關係，於p朝下安裝 之發光元件，亦即於將GaN基板作為光放出面之發光元 件，樹立於特定光放出面積之情況中最佳之GaN基板厚度 與氧濃度之關係之點。如上述，由於在p朝下安裝中，光 出面為GaN基板’因此如其次所示，對於比電阻及光透 過率具有甚大影響之氧濃度係特別重要。 根據圖41，藉由使氧濃度為1E17個/cm3以上，可實現比 電阻〇.5QCm以下。根據圖42可知，若氧濃度超過託^個 波長45 0 nm之光之透過率會急遽降低。從圖4丨及圖 42可知氧痕度增大會使GaN基板之比電阻減少，對於擴 大發光面雖有效’但會使光透過率降低。因此，作為用於 P朝下安裝之發光元件之GaN基板，如何設定氧濃度、GW 土板之厚度、發光之平面尺寸係非常重要。 ^圖43 ’若針對燈之光輸出來說，厚度越厚或氧濃度 越门光輸出傾向越降低。此外，若針對電流均勻流入之 106932.doc -47· 1354380
最大平面尺寸來說’厚度越厚或氧濃度越高，尺寸傾向變 大。 從圖43例和電流均勻流入之平面尺寸為一邊4 mm( — 邊5 mm)之正方形之情況’以本發明例a之大小，於施加 20 mA時想獲得8 mW相當以上來作為光輸出時，於厚度 200 // m之GaN基板若使氧濃度為6E18個/cm3以上（一邊5 mm正方形則為.8E1 8個/cm3以上），以本發明例a之大小， $ 在施加20 mA時可確保光輸出8 mW以上，並且獲得均勻之 發光。總言之，配合本發明例A之一邊3〇〇 μιη大小之正方 形中施加20 mA及電流密度之情況，在一邊4 mm(一邊5 mm)之正方形相當於施加3.6a(5 6A)，於施加3 6A(5 6A) 時’與施加電流成比例而可確保光輸出丨.4w(2.3 W)以上， 並且獲得均句之發光。 此外，於厚度400 μιη之基板，與上述厚度2〇〇 μιη之情況 為相同目標性能時，一邊4 mm正方形若設為3Ε18個/cm3以 鲁上（一邊5 mm正方形之情況，氧濃度4E18個/cm3以上）。但 於厚度400 μπι，氧濃度若未設為2E18個/cm3以下，以本發 明例A之大小於20 mA施加時，無法獲得8 mW相當以上 之光輸出。 並且，於厚度600 μηι之GaN基板，相較於電流可均勻流 入於一邊4 mm正方形區域之氧濃度為2 5E18個/cm3以上， 以本發明例A之大小，於2〇 mA施加時，成為光輸出8爪霄 相當以上之氧濃度之限度值僅稍微高於2 5E丨8個/cm3以 上。因此，符合上述2個條件之氧濃度範圍僅有狹窄範 106932.doc •48· 1354380 圍。另一方面’由於電流可均勻流入於一邊3 mm正方形區 域之氧濃度為2Έ1 8個/cm3程度以上，因此相較於一邊4 mm 正方形，氧濃度之容許範圍稍微變大。 此外，若拫據圖43可知，GaN基板之厚度為200 μηι〜400 μιη之情況’可於一邊1 〇 mm之正方形均勻地流入電流，以 本發明例A之大小，於20 mA施加時可獲得8 mW相當以上 之輸出之氧濃度範圍在實用上充分大。可知於厚度200 μϊη，4為比氡濃度2E19個/cm3低之氧濃度以上。此外，於 ® 厚度400 ，氧濃度可為8E18個/cm3以上。 其次，說明有關具體實施例。實施例中使用其次之試驗 體。 (本發明例S1):使用藉由1E19個/cm3之氧濃度η型化之 厚度40〇em之GaN基板。氧濃度係以SIMS(Secondary Ion mAss Spectroscopy :二次離子質譜儀）所獲得。此GaN基板 之比電阻為0.007Qcm，對波長450 nm之光之透過率為 72%。使用上述GaN基板組裝成發光元件時，上述以外之 部分係與本發明例A相同條件。亦即，GaN基板之平面尺 寸取為光放出面一邊長度0.3 mm之正方形（參考實施例1之 (al)，（a2)以MOCVD在GaN基板之第一主面之Ga面上，形 成其次之疊層構造。具有（Si摻雜η型GaN層/被覆層之Si摻 雜η型Al〇.2Ga〇.8N層/GaN層及In〇.15Ga〇.85N層之2層構造重疊 3層之MQW/被覆層之Mg摻雜p型Al〇.2Ga().8N層/Mg摻雜p型 GaN層）之疊層構造。 (比較例T1):使用厚度400 μιη，藉由氧濃度5E19個/cm3 I06932.doc • 49- 1354380 % 進行η型化之GaN基板。此GaN基板之比電阻為0.002 Qcm，對波長450 nm之光之透過率為35%。上述以外之條 件係與本發明例S1相同。 (比較例T2):使用厚度400 μm’藉由氧濃度2E16個/cm3 進行η型化之GaN基板。此GaN基板之比電阻為1.〇 q cm， 對波長450 run之光之透過率為90%。上述以外之條件係與 本發明例S 1相同。 ^ (試驗及其結.果）組裝上述試驗體之p朝下安裝之發光元 件，施加20 mA之電流，於本發明例S丨，可獲得8 mW之光 輸出。相較於此’於比較例T1，僅獲得4 mW之輸出，而 於比較例T2，僅獲得5 m W之光輸出。比較例τ 1之4 m W之 光輸出，可說是相應於其GaN基板之透過率之輸出。關於 比較例T2 ’從出光面之GaN基板之第二主面側，觀察發光 狀態’於面内確認到發光強弱。亦即，於η電極之周圍， 發光強度極端地強’隨著遠離η電極，發光強度急遽減 φ 弱。此係由於GaN基板之比電阻大，因此經由η電極之電 流未於發光元件之面内充分擴散。因此，發光僅於電流集 中之Ρ電極周圍產生。結果，比較例Τ2之發光元件全體之 發光輸出係比本發明例S 1惡化。 (實施例10) 本發明之實施例10之特徵在於，限定ρ朝下安裝之發光 元件中之GaN基板内之轉位束之密度來提高光輸出之點。 於形成GaN基板時，為了提高大部分區域之結晶性，將不 可避免地發生之轉位集中化收集’使轉位束離散地分布， 106932.doc •50- 1354380 藉此提兩其間大部分區域之GaN基板之結晶性。於p朝下 安裝之發光元件’可確認由於GaN基板配置於光放出側， 因此轉位束密度若超過特定值（轉位束密度4£2個/cm2以 上），對於發光裝置之製造良率會超過推定而劇烈地造成 影響之現象。 如圖44所示’上述GaN基板之轉位束亦由p型GaN層等磊 晶膜之P型GaN層6所繼承，於磊晶膜上作為核61而出現。 因此，轉位束密度與核密度大致一致。依磊晶膜之成膜條 件，此核61可能成為圖45所示之孔狀凹部。此孔狀凹部之 從度在將GaN棊板作為放出面之p朝下安裝發光裝置中， 對於製造良率劇烈地造成影響。 所使用之試驗體如下。 (本發明例S2):使用轉位束平均每5〇〇 v mx5〇〇// m分布 1個之GaN基板-此係對應於轉位束密度4E2個/cm2以上。 其他條件與本發明例S1相同。 (比較例T3):於比較例使用轉位束平均每1〇" 爪 分布1個之GaN基板。此係對應於轉位束密度1E6個/cm2以 上。其他條件與本發明例S2相同。 (试驗及其結果）：以實際生產基礎，將上述GaN基板分 別組裝成複數發光元件。於各試驗體施加2〇 mAi電流， 調查光輸出8 mW以上所獲得之良率。其結果，於本發明 例S2，良率為95%，而於比較例T3，良率為5〇%。亦即， 若轉位密度為4Ε2個/cm2以下，可成為實際上可製造之良 率’但若超過上述密度，無法以商業基礎繼續地製造。 I06932.doc •51 · 1354380 將作為光輸出未連8 mW2元件之發光元件分解，取出 晶片調查。若以適當之酸溶液，將取出之晶片除去電極， 自P型半導體層側觀察’則觀察到在GaN基板之轉位束所 分布之處’未形成磊晶成長層之複數例《於轉位束分布之 處，觀察到直徑1 μιη程度之孔狀凹部。上述孔狀凹部未確 認到光輸出為8 mW以上者》 此外，對於上述試驗體，於對應於實施例丨之本發明例A 之製作階段（a7)之階段’施加20 mA之電流，包含上述孔 狀凹部之發光元件之驅動電壓均未達IV。此可視為電極填 埋孔狀凹部’ p電極側與η電極侧之層彼此電性短路，其結 果電流未擴散至活性層全體而供給充分之量，因此成為低 光輸出。 (實施例11) 本發明之實施例11之特徵在於’在GaN基板與η型AlGaN 被覆層3之間，配置n型AlGaN緩衝層及n型GaN緩衝層之 點。通常於基板會具有翹曲，但於GaN基板，翹曲特別 大。因此’於GaN基板’傾斜角亦如圖46所示，在基板面 内大幅變動。圖46係表示從20 mmX2〇 mm之GaN基板之c 面之傾斜角分布例。若於此GaN基板形成磊晶膜，個片化 成發光7C件，並測定光輸出，形成於位在角落之傾斜角小 至0.05。位準之區域R1、及形成於傾斜角大至15。位準之區 域R2之發光裝置，其對於2〇 mA之施加電流無法獲得光輸 出8 mW以上。此係起因於形成在QaN基板上之磊晶膜之結 阳〖生不佳。因此如圖47所示，於GaN基板上與A丨被覆層 106932.doc •52· 1354380 3之間，配置具有兩者中間之晶格常數之η型A1GaN緩衝層 31及η型GaN緩衝層2，以嘗試緩和晶格常數之差異。更具 體而έ ’特徵係在於將η型AlGaN緩衝層3 1配置於上述位 置之點。 所使用之試驗體如下。 (本發明例S3):所使用之GaN基板係如圖46所示，於20 mmx20 mm之面内，從c面之傾斜角從〇〇5。之區域連續變 化為1.5。之區域《此GaN基板之比電阻為〇.〇ιω . cm，轉位 密度為lE7/cm2，厚度為400 μιη。如此使用具有傾斜角度 分布之GaN基板’按照實施例1之本發明例a之製造步驟 (al)〜(al2) ’從上述20 mmx20 mm之基板製作發光元件。 此時’如圖47所示’於GaN基板1與n型GaN緩衝層2之間， 配置厚度50_之AlQ.15Ga().85N緩衝層。 (比較例T4) : GaN基板係使用於20 mmx2〇 mm之面内， 從c面之傾斜角從0.05。之區域連續至丨.5。之區域者。KGaN 基板之比電阻為0.01Ω · cm ’轉位密度為iE7/cm2，厚度為 400 μιη。按照實施例i之本發明例A之製造步驟 (a 1)〜（a 12) ’從各位置製作複數發光元件。於比較例T4， 相接於GaN基板1而形成n型GaN層，於GaN基板與η型GaN 層之間’未配置Al〇.15Ga〇.85N緩衝層。 (試驗及其结果）：於發光元件施加2〇 mA之電流時，本 發明例S3中’在20 mmx20 mm之GaN基板之包含上述區域 Rl ' R2之0.05〜1.5。之區域，可獲得光輸出8 mW以上（參考 圖48)。然而，於比較例T4，僅於形成在傾斜角〇.丨。〜；^。 106932.doc •53- 1354380 之區域上之發光元件，可獲得光輸出8 mW以上。於傾斜 角0.05°及1.5°之區域未達光輸出8 mW。 此係由於在本發明例S3，即使使用傾斜角大幅變動之 GaN基板，藉由如上述配置Alo.15Gao.85N緩衝層，可形成結 晶性優異之磊晶層。 (實施例11-2) 與實施例11相同，本發明之實施例11 -2之特徵在於，在 GaN基板與AlGaN被覆層3之間，配置η型AlGaN緩衝層及η 型GaN緩衝層，藉此除去圖45所示之孔狀凹部，其係在如 實施例10之GaN基板之轉位束部分形成磊晶膜時所產生。 (本發明例S2-2):與比較例T3相同，使用轉位束在每1〇 μιηχΙΟ μπι分布1個之直徑2英吋之GaN基板。此係對應於轉 位束密度1E6個/cm2之密度。如圖47所示，於GaN基板1與 η型緩衝層2之間，配置厚度50 nm之Al〇.15Ga〇.85N緩衝層。 其他條件係與本發明例S2相同。 (試驗及其結果） 產生磊晶層之後，以微分干擾顯微鏡及SEM(掃描型電 子顯微鏡），觀察磊晶層側之晶圓面内。其結果，確認未 有1個如圖45所示之孔狀凹部。從外周將上述直徑2英吋之 GaN基板除去邊緣5 mm程度，全部組裝成發光元件。以5〇 個中1個之比例抽取發光元件，施加2〇 mA之電流，調查光 輸出可獲得8 mW以上之良率。結果為ι00〇/〇之良率。若進 行更多製造，由於孔狀凹部以外之製造要因，上述良率應 可獲得未達100°/。之接近100%之良率。然而，將焦點集中 106932.doc •54· 1354380 於孔狀凹部所進行之上述良率試驗結果令，可獲得特殊良 好之100%之良率。 (實施例12) 本發明之實施例12之特徵在於，於MQW4/p型AlGaN被 覆層5/p型GaN層6之外側，配置提高導電性之p型AlGaN 層，作為p電極，僅將反射率高之Ag電極層配置於全面之 點。因此，未設置考慮到工作函數之其他金屬電極。藉由 此構成，在朝下側底部具有高反射率，因此於使用金屬電 — 極之情況所產生之光吸收變小，可提高光放出效率。 試驗係如下。 (本發明例S4(參考圖49)):與本發明例A相同，於GaN基 板之第一主面之Ga面上，具有其次之疊層構造。/MQW4/ 被覆層之Mg摻雜p型Alo.2Ga().8N層5/Mg摻雜p型GaN層6/厚 度5 nm之Mg換雜InGaN層32。於上述構造之特徵在於，相 接於Mg摻雜p型GaN層6而具有厚度5 nm之Mg摻雜InGaN層 ^ 32之點。並且實施例1之本發明例A係於處理步驟（a7)形成
Ni/Au電極層，但不進行（a7)之處理步驟，用以取代之而形 成厚度100 nm之Ag電極層33。 (比較例T5):於實施例之本發明例A之構造，相接於 Ni/Au電極層而配置厚度100 nm之Ag電極層。 (試驗及其結果）於本發明例S4，由於相接於p型GaN層6 而形成P型InGaN層32，因此受體位準變低，載體濃度因此 增加，即使將工作函數不甚大之Ag反射膜33作為p電極， 相接於p型InGaN層32而配置，Ag反射膜33與p型InGaN層32 106932.doc -55 - 1354380 之接觸電阻不會變很大。比較本發明例84之發光元件之驅 動電壓及比較例T5之發光元件之驅動電壓，其差異未達 〇·〇5 V，不能確認到有意義之差異。 相較於本發明例S4中，施加20 mA之電流時，可獲得 11.5 mW之光輸出’而於比較例T5為9.6 而且本發明 例A為8 mW。 如上述，於本發明例S4可獲得高光輸出，係由於未有
Ni/Au電極層，因此從發光層朝向p半導體層側之光不致被
Ni/Au電極層吸收，而由反射率88〇/〇之Ag層所反射。另一 方面’於比較例T5，p電極層中之光反射率=Ni/Au所造成 之吸收70%xAg反射率X再吸收7〇%=44%，其值甚低。結果 於本發明例S4，可取出至外部之光輸出達到比較例T5之 1.2 倍。 而且’於本實施例係於ρ電極使用Ag膜，但其他只要反 射率咼’與p型InGaN層32之接觸電阻不甚高的話，使用任 何材料均可，例如可使用A卜Rh。 (實施例13) 於本發明之實施例13，其特徵在於ρ電極係將與卩型GaN 層之接觸電阻小之Ni/Au層離散地配置，以填埋其間隙之 方式包覆Ag膜而提高光輸出之點。圖5〇係注目於ρ電極之 剖面圖。於磊晶層之朝下側底面，以特定間距離散地配置 Ni/Au電極層12a ^並且以填埋其間而包覆磊晶層之朝下側 底面及Ni/Au電極層12a之方式，配置Ag層33。圖51係透視 P電極之上側部分觀看ρ電極之平面圖。 106932.doc -56- 1354380 此外’離散之Ni/Au電極層i2a之典型間距為3 μηι。在通 常之ρ型GaN層或ρ型AlGaN被覆層，間距3 μπι係根據從其 比電阻，電流擴散範圍之直徑最多為6 μιη。亦即，藉由設 為3 μπι ’電流從丨個離散電極到達相鄰之離散電極。為了 使電流沒有疏漏地流遍電極層，間距設在3 μιη以下即可， 但間距若過小，由於離散配置之Ni/Au電極層，光之有效 取出量會減少。 _ 例如離散之Ni/Au電極之面積率為20%時，若根據圖5〇 及圖51所示之ρ電極之構造，可獲得光反射率（計算反射 率88%x面積率80% +反射率40%χ面積率20°/〇=78%(計算）。 依據本試异，實際上製作上述構造之ρ電極’測定光輸 出。試驗體係如下。 (本發明例S5):按照與實施例1之本發明例a相同之製造 步驟製作，而於ρ電極之製作步驟（a7),相接於1)型（3心層 而形成厚度4 nm之Ni層，於其上全面形成厚度4 nm之Au φ 層。其次’使用抗蝕劑掩模進行圖案化，形成離散地分布 之Ni/Au電極（參考圖50、圖51)。其次，藉由在惰性氣體氣 氛中進行加熱處理，使接觸電阻成為5Ε-4Ω · cm\此後， 填埋Ni/Au電極之間隙，且以包覆Ni/All電極之方式全面地 形成Ag層，將其作為反射電極。離散配置之Ni/Au層在ρ型 GaN層中之佔有率為20% ’ Ag之佔有率為8〇%。此外， Ni/Au電極層12之間距為3 μιη(參考圖52)。 (比較例Τ6):按照與實施例1之本發明例a相同之製造步 驟，於GaN基板上形成疊層構造。ρ電極係按照其製作步 106932.doc -57- 1354380 驟（a7)，相接於psGaN層而全面地配置犯/Au層’並進行 熱處理。其次，與本發明例A之構成不同，進而相接於 仏/八11層而全面地形成Ag層（參考圖53)。 為了比較，於圖54表示與本發明例A相同之發光元件之 往朝下側之光之反射動向。 (试驗及其結果）：於如上述所製作之各發光元件施加電 流20 mA，測定光輸出。於本發明例S5獲得u 5爪霤之光 輸出，而於比較例T6為9.6 mW。此外，從活性層往載具 側（朝下側）之光之中，於p電極反射並從射出面射出之比 例，在本發明例達到86%(參考圖52)β相對於此，於比較 例Τ6為67%(圖53)。另一方面，本發明例Α之上述比例為 40%(圖 54)。 於本發明例S5，由於佔p電極80%之Ag，往朝下側之光 係其80%之部分以88%之反射率反射，而由於佔p電極2〇% 之Ni/Au層，其20%之部分以超過40%之反射率（並非單純 40%)反射。結果，於本發明例S5，上述比例成為86%，於 比較例T6，由位於Ni/Au層之朝下位置之Ag層進一步反 射，由於存在該反射部分，因此比本發明例A之比例大。 而且，最廣義而言，比較例T 6當然屬於本發明例，僅為 了說明本實施例而方便地舉出作為比較例。 上述Ni/Au電極層亦能以Pt電極層或Pd電極層置換。此 外’反射電極Ag層亦能以Pt層或Rh層置換》 同樣地，Ni/Au電極之面積率為10%時，施加2〇 mA時之 光輸出為11.8 mW，Ni/Au電極之面積率為40%時，施加20 106932.doc •58· 1354380 mA時之光輸出為i〇6 mW，相應於其面積率，獲得比比較 例T6大之光輸出。然而，以本發明者之實驗已確認， Ni/Au電極之面積率為未達1〇0/〇之2%之情況，光輸出係與 比較例T6相同’僅獲得9.6 mw，於Ni/Au電極之周圍，存 在極端強烈之發光不均。 (實施例14) 本發明之實施例14之特徵在於，除去從GaN基板傳播往 _ 磊晶層之並行之複數板狀結晶反轉區域，對於該板狀結晶 反轉區域之各間隙區域配置p電極之點。於GaN基板，並 行於GaN基板之厚度方向而分布，並以條紋狀出現於GaN 基板之主面，其結晶反轉區域傳播於磊晶層2、3、4、5、 6。圖55、圖56所示之板狀結晶反轉區域在主面上配置成 格子狀。製作氮化物半導體基板時，於集中轉位束（=核） 之區域，對於周圍之結晶排列採取反轉之結晶排列。因 此，板狀結晶反轉區域及轉位束在周圍與結晶排列反轉之 • 點方面相同。兩者之差異點在於，轉位束將轉位集中於帶 狀或粗線狀，因此相對於結晶反轉區域為帶狀，於板狀結 晶反轉區域，其為板狀亦即，板狀結晶反轉區域之轉位 係於具有厚度之面狀區域内，以高密度分布。 於本實施例，其特徵在於完全除去上述磊晶層中之結晶 反轉區域，或將GaN基板之結晶反轉區域除去至第一主面 側之特定深度，隔著各磊晶層，對於分隔之各磊晶層設置 P電極之點（參考圖57)。板狀結晶反轉區域亦可如圖”所 示，從板狀結晶反轉區域在主面上交又之格子狀結晶反轉 106932.doc -59- 1354380 區域形成，或如後續說明為主面上對齊一定方向而分布之 並行配置。 •(本發明例S6):於圖55、圖56所示之㈣基板，磊晶層 側之第—主表面係面方位為（刚1)面，亦即e面。與此第一 主表面為面對稱關係之結晶反轉區域為（咖])面亦即 面’ c軸反轉而成長。於。面，表面為排列有以原子之以 面，於結晶反轉區域，其表面為排列有N原子之Μ。本 發明例S6中’使用於第一主表面，寬度3〇叫之結晶反轉 區域每隔100 μιη排列成格子狀之GaN基板。結晶反轉區域 傳播於形成在QaN基板上之磊晶膜。 使用上述GaN基板，以與本發明例A相同之製造方法， 形成疊層構造（參考本發明例A之步驟（al)〜(a6))。於形成p 電極之步驟，進行其次之處理來取代（a7) ^亦即，於p型 GaN層’使用僅包覆如圖56傳播之結晶反轉區域之掩模圖 案’僅於掩模間隙之e面區域形成p電極層之後，除去掩模 圖案。 其次’於上述GaN基板之第二主面（背面）全面，將包覆 掩模之半導體基板，保持M8N(規定）80〇c之KOH中，將第 一主面側之結晶反轉區域，經過p型GaN層等磊晶層，蝕 刻除去至GaN基板中為止而設置溝52。由於板狀結晶反轉 區域51為轉位密度高之轉位密集部，因此容易藉由koh進 行蝕刻。GaN基板内之蝕刻深度係從磊晶層與GaN基板之 邊界’進入至GaN基板側15 0 μιη之位置。此後除去掩模， 以填埋溝52之方式堆積絕緣膜（圖57)。 I06932.doc •60- 1354380 (試驗及試驗結果）：將上述本發明例S6組裝成發光元 件，施加20 mA之電流，可獲得9,6 mW之光輸出。此係本 發明例A之光輸出8 mW之1.2倍。 如上述，於本發明例S6，板狀結晶反轉區域排列成格子 狀，但板狀結晶反轉區域未必要為格子狀，如圖58(平面 圖）及圖59(剖面圖）所示’於GaN基板之主面，沿著一定方 向僅並列地配置之板狀結晶反轉區域亦可。此外，使用點 狀（實際為面或小圓狀）之結晶反轉區域規則地存在之氮化 物半導體基板之情況，亦可因應於蝕刻孔之大小或深度， 與本發明例S6同樣獲得比本發明例a大之光輸出。 (實施例15)
如圖60所示，於本發明之實施例15，其特徵在於在半導 體晶片上方，與GaN基板1相對面之方式配置螢光板钧， 並藉由樹脂15密封之點。在使螢光板與p朝下安裝中之放 射面之GaN基板相對面而配置之構成，具有嶄新性。所使 用之試驗體為圖60所示之本發明例S7、88及比較例τ7。 (本發明例S 7广本發明例S 7基本上按照實施例3所示之 本發明例F之製造步驟製造。如圖6〇所示，於ρ朝下搭載之 晶片上，將螢光板46與GaN基板！背面相對面之方式配 置，以環氧系樹脂15密封而製成白色發光裝置。 上述螢光板46係以其次之製造方法製作。藉由齒輸送 法’製作ι(旬已擴散之塊狀之ZnSSe結晶，將此塊狀 ZnSSe結晶在Zn、Cu氣氛中加熱，使Cu擴散於内部。 接著，使用粗研磨盤，將此塊狀仏％6結晶研磨至厚度 106932.doc 1354380 随為止後’切出可容納於引線架之形狀。以上述方法製 作之螢光板表面及背面之粗度為Rmax=1 μιη。 (本發明例S8广於本發明例S8，在上述螢光板耗之與 GaN基板相對面之表面46a，形成凹凸（參考圖。凹凸之 高度為2 μηι，凹凸之平均間距為5 μιη。其他構造係與本發 明例S 7相同。 (比較例7):如圖62所示，於搭載？摻雜之晶片上方將 登光板46與晶片相對面而配置，以環氧係樹脂⑽封而製 成白色發光裝置。 (試驗及試驗結果）：對於從上述GaN基板組裝成之發光 裝置，施加電流10A時，所獲得之發光亮度如其次。於本 發明例S7為8001m，於本發明例38為88〇1111，兩者均獲得高 亮度。另一方面，比較例T7之亮度為54〇1111。上述結果表 示’於P朝下搭載中’與GaN基板相對面而配置螢光板之 一方，可比螢光板配置於p朝下搭載確保更高之亮度，且 φ 得知藉由使螢光板之與GaN基板相對向之表面粗面化，可 更加提高亮度。 (實施例16) 其次，檢討關於本發明之形成於GaN基板之溝之效果。 用於檢討之試驗體如下。 (本發明例S9):基本上具備與本發明例a相同之構造。 此外’本發明例S9之製造方法基本上亦與本發明例a相 同。以下具體說明。 (S9-1)使用從c面偏離0.5。之GaN之傾斜基板》此基板之 106932.doc -62· 1354380 氧濃度為5E1 8/cm3，轉位密度為lE7/cm2，厚度400 μηι。 (S9-2)以 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition : 有機金屬化學氣相沈積法），在GaN基板之第一主面之 Ga面上，形成其次之疊層構造。（Si摻雜η型GaN層/被覆 層之Si摻雜η型Al〇.2Ga〇.8N層/GaN層及In〇.丨5Ga〇.85N層之2 層構造重疊3層之MQW(Multi-Quantum Well :多量子 井）/被覆層之Mg摻雜p型八1〇.20&().8]^層/Mg摻雜p型GaN 層）。
(S9-3)發光波長為450 nm。 (S9-4)將此晶圓活化處理，並進行Mg摻雜p型層之低電 阻化。藉由電洞測定之載體濃度係Mg摻雜p型AlQ.2Ga().8N 層為 5E17/cm3，Mg換雜 p型 GaN層為 lE18/cm3。 (S9-5)進而藉由光微影技術及RIE(Reactive Ion Etching : 反應性離子蝕刻），以Cl系氣體將此晶圓從Mg摻雜p型層側
蝕刻至Si摻雜η型層。藉由此蝕刻，如圖3所示，形成元件 分離溝25，進行元件分離。元件分離溝之寬度L3為1 00 μηι 〇 (S9-6)於GaN基板之作為第二主面之背面之Ν面，藉由光 微影技術、蒸鍍、剝離法，每隔距離L2 = 2 mm，在晶片中 心裝設平面形狀為正方形狀、一邊寬度（D)為200 μηι(200 μηι[])之η電極（參考圖3及圖4)。作為η電極，亦可相接於 GaN基板，形成從下依序為（Ti層20 nm/Al層100 nm/Ti層20 nm/Au層200 nm)之疊層構造。在氮（N2)氣氛中加熱此，以 使接觸電阻成為1Ε-5Ω . cm2以下。 106932.doc •63 · 1354380 (心）作為p電極’相接於卩型邮層而形成厚度 廢，於甘 U入· …曰叫々砜序度4 nm< 1曰’於其上全面形成厚度4 nm之如層(參考圖3 。 於惰性_氛中將此加熱處理，以使接觸電阻成為π 4Ω . cm2 <» (S9-8)其後，於基板之_，藉由切割形成剖面形狀為ν 字狀之溝8〇。如圖3所示’溝之深度Τ3為200 _，溝80之 側壁與平行於GaN基板!之第二主表面之平面所形成之角 度Θ為60。，鄰接之溝8〇之間距 (S9-9)其後，如圖3及圖4所示’為了使晶片邊界5〇作為 側面而出現’進行切割’將已成為晶片者作為發光裝置。 已成為晶片之發光裝置係光放出面為19 一邊長度 為1.9 mm之四角形）之形狀，發光層為19爪爪口之形狀。 亦即’於圖4，Ll = 1.9 mm ’ L2=2 mm。此外，元件分離溝 之寬度L3 = l〇〇 μιη，n電極之一邊寬度D = 2〇〇 μιη(η電極為 200 μιηΟ) 〇 (S9-10)參考圖1，於引線架之載具部21a，以上述晶片之 P型GaN層側相接之方式搭載，形成發光裝置。藉由塗布 於載具部之導電性接著劑14’固定發光裝置及載具，並且 使其可獲得導通。 (S9-11)為了改善從發光裝置之散熱性，發光裝置之p型 GaN層係以全面相接於載具部之方式搭載。此外，接著劑 選擇熱傳導性良好之Ag系，而引線架亦選擇熱傳導良好之 CuW系。藉此所獲得之熱電阻為8°C / W。 (S9-12)並且藉由金屬線接合，導通η電極及引線架之引 106932.doc -64- 1354380 線部之後，藉由環氧系樹脂進行樹脂密封，使發光裝置成 為燈。 (本發明例S10)基本上具備與本發明例89相同之構造。 具體而言，η電極11之尺寸及配置、進而溝之間距係與本 發明例S9不同。具體而言，本發明例Sl〇具備與圖5所示之 LED相同之構造。n電極丨丨係平面形狀為正方形狀，其一 邊之寬度D=100 μηι。而且，Hgl2 mm□之晶片中’配置* 個η電極11。各個n電極u配置於晶片之4角。此外，所形 成之溝80之間距為250 μπι。以下說明本發明例sl〇之製作 方法。 (S10-1)〜(S10-5)基本上實施與本發明例S9之製造方法中 之（S9-l)~(S9-5)相同之步驟。 (S 10-6)基本上係與本發明例“之製造方法中之（89 6)相 同之步驟，但η電極係每隔丨mm，在每丨個晶片區域形成4 個。η電極分別配置於丨個晶片區域之4角。n電極之平面形 狀為正方形狀，一邊長度D=1〇〇 μιη(記為1〇〇 μΓη(=])。結 果，本發明例S9之η電極面積與本發明例sl〇之4個11電極之 合計面積（在每.1個晶片之11電極之合計面積）相同。 (S10-7)基本上實施與（S9_7)相同之步驟。 (S10-8)基本上與（S9_8)相同，但溝之間距p(參考圖7)為 250 μηι。此外，於晶片區域之4角，配置於位在溝8〇間之 平坦晶圓表面上之η電極大小為1〇〇 μπι(Ι]。 (S10-9)〜(S10-11)基本上與（S99)〜(S911)相同。 (S10-12)基本上與（S9_12)相同。而於此步驟，將每1晶 106932.doc •65- 1354380 片形成4個之η電極I〗，全部藉由引線架之引線部及金屬線 導通後’藉由環氧系樹脂進行樹脂密封，將發光裝置製成 燈。 (本發明例sii):基本上具備與本發明例59相同之構 U但所形成之溝之剖面形狀係與本發明例S9不同《具體 而e，本發明饷S 11之溝之側壁係具有對於QaN基板丨之第 二主面之角度不同之2個部分（於1個側壁，對於上述第二 主面之角度不同之2個側壁部分係相連而形成）。總言之， 本發明例S11係具備與圖8所示之LED相同之構造。以下說 明本發明例S11之製造方法。 (S11-1)〜(S11-7)基本上與（S9-1)〜(S9-7)相同。 (S11-8)藉甴進行2次切割，於GaN基板之n面上形成溝。 溝80之深度T3為200 μηι，鄰接之溝8〇之間距為5〇〇 μπιβ 而且如圖10所示，構成溝8〇之丨個側壁之底部侧側壁84與 平行於GaN基板之第二主面之平面所形成之角度，設為角 度Θ 1=60。，開口側側壁86與平行於GaN基板之第二主面之 平面所形成之角度’設為02=45。。而且，此溝可分別使用 刀鋒之角度不同之刀，進行2次或複數次之切割而形成。 (S11-9)〜(S11-12)基本上與（S9-9)〜（S9-12)相同。 (本發明例S12):基本上與本發明例S9具備相同構造。 但所形成之溝之剖面形狀與本發明例S9不同。於本發明例 S 12，以位在溝80間之凸部82之形狀成為半球狀之方式而 形成溝80。具體而言，本發明例S12係具備與圖u所示之 LED相同之構造。以下說明本發明例S12之製造方法。 106932.doc -66 - 1354380 (S12-1)〜(S12-7)基本上與相同。 (S12-8)以位在溝8〇間之凸部82(參考圖u)之形狀成為半 球狀之方式而形成溝80。作為溝8〇之形成方法可使用切 割等任意加工方法。此外，溝8〇之間距為叫凸部82 之高度T3為200 μιη。 (S12-9)〜(S12-12)基本上與（89_9)〜(S9_12)相同。 (比較例T9):於本發明例S9之構造，其為未形成溝8〇之 _ led。具體而言為圖63所示之LED。圖63係表示本發明之 實施例16之比較例79之圖。如圖63所示，除了未形成溝之 點以外比較例T9係具備與本發明例相同之構造。其 次，說明比較例T9之製造方法。 首先，實施與β9·1)〜(S9_7)相同之步驟。而且不實施 (S9-8)，而實施與09_9)〜(S9_12)相同之步驟。 (試驗及試驗結果）：將本發明例S9〜SU及比較例乃分別 搭載於積分球内後，施加特定電流，進行集光，比較從積 ^ 、丨器所輸出之光輸出值。其結果，本發明例S9獲得2.2W之 輸出，本發明例S10獲得2.3W之輸出，本發明例su獲得 2.3W之輸出，本發明例S12獲得24W之輸出。另一方面， 比較例T9之輸出為1請。如此，根據藉由溝8〇將_基板 之光射出面側（第二主面側）進行凹凸加工者，由於與㈣ 基板及環氧樹脂15雙方之接觸界面之面積均較大，而且該 界面對發光層之面具有各種角度，因此容易防止在界面之 全反射等理由，相較於比較例T9，本發明例s9〜si2可獲得 高光輸出。 106932.doc •67- 1354380 其次，關於溝深度、鄰接溝之間距、溝側壁與平行於 GaN基板之第二主表面之面所形成之角度㊀（參考圖3)、及 开> 成於溝間之凸部形狀對於光輸出所造成之影響，參考圖 64〜圖69而表示發明者所檢討之結果。此外，於圖64〜圖67 所示之資料，基本上係與上述本發明例S9相同構造之 LED，針對各曲線圖之橫軸所示之特性準備變更之試料， 使用該试料所測定。
圖64所不之曲線之橫軸表示溝之深度仏叫，橫軸表示光 之取出倍率H縱㈣^光之㈣倍率係以未形成 溝之情況為基準之情況之相對值。從圖64 1。。―一 —情況，光之取出= 為未形成溝之情況之倍以上。總言之，可知相較於未 形錢之情泥’形成溝之-方之光取出量（從基板出射之 先篁）變大。此外，於圖64顯示溝深度越深，光之取出倍 率越大之傾向。 σ 其次，說明有關圖65»圖65所示之橫軸係表示鄰接之溝 之間距㈣，縱軸係與圖“相同，表示光之取出倍 圖65可知，溝之間距越大’光之取出倍率逐漸變小 而:溝間距為咖㈣，光之取出倍率成為12程度^ 7使該間距成為雜㈣以下，相較於未形成溝之产 況，可充分增大光之取出倍率。 珉屏之清 其次’㈣有關圖66 1圖66所示 與平一基板之第二主表…所形成=側: 圖“所示之縱轴係與圖64等同樣表示先取出倍率二圖66 106932.doc -68- 基板之第二主表面之, 上、Rn〇 所形成之角度Θ之適宜範圍為40。以 工' 80°以下，作主 ^ m ^ 〜邻形狀之適宜種類，可舉出四角錘 -X*國8 4所示之多《a 圓雜, 又化之四角錘、六角錘、其他之角錘、 圓錐、半球等形狀。 :卜’發明者實驗之結果得知，為了將如上述之溝之深 =未形成溝之基板之厚度，設μ如上述之數值範圍， :需：〇叫板之氧濃度及元件尺寸為如以下之數值範 3 而0基板之氧濃度宜2E1 8個/cm3以上、2Ε19個 m元件尺寸宜為i mm□以上、4 _□以下。 於此’若基板中之氧過多，從基板之發光層出射之光在 基板中之透率變小，所獲得之光輸出變小。&外，若基 板中之氧相反地變得過少，基板之比電阻變小。此外，若 基板厚T2(參考圖3 :基板之未形成溝8〇之部分之厚度）對 於元件尺寸過小，在晶片内無法實現均勻之發光。結果如 已述’所獲得之光輸出亦變小。 其次，可能會與上述實施例重複，羅列式地舉例說明本 發明之實施例。 本發明之發光裝置係具備：氮化物半導體基板（GaN基板 1) ; η型氮化物半導體層（n型AixGai xN層3),其係位於氮 化物半導體基板之第一主表面側；P型氮化物半導體層（P 型AlxGai-xN層5)，其係從氮化物半導體基板看來，比η型 氮化物半導體層位於遠處；發光層（量子井（MQW : Multi-Quantum well)4) ， 其 係位於η型氮化 物半導 體層與ρ型氮化 物半導體層之間。於此發光裝置，氮化物半導體基板之比 106932.doc •70- 1354380 電阻為0.5Ω · cm以下，將p型氮化物半導體層側朝下安 裝，從與氮化物半導體基板之第一主表面相反側之作為主 表面之第二主表面放出光。於氮化物半導體基板之第二主 表面形成溝80。
此構成中，由於在電阻低之氮化物半導體基板（GaN基板 υ之背面（第二主表面）設置n型電極u，因此即使以低包覆 率’亦即以高數值孔徑設置η電極u，仍可使電流流遍氮 化物半導體基板全體。因此，光在放出面被吸收之比例變 小’可提高發光效率。而且，光玫出不僅可於第二主表面 進行，當然亦可從側面進行。於以下發光裝置中亦同理。 此外，由於電阻高之㈣氮化物半導㈣側未成為光放 出面，因此可於p型氮化物半導體層之全面形成p型電極層 (P電極12) ’在流人大電流並抑制發熱方面、或以傳導將產 生之熱散逸方面，均可採取適宜之構造◎亦即，可極為緩
和由於熱要件所受到之限制。因&，無須為了降低電阻而 製成將p電極及η電極編入之梳型形狀等。 並且，由於GaN基板1之導電性優異 置對突波電壓之保護電路，而且耐壓性亦非常優广“ 、此外，由於不進行複雜之加工步驟，因此亦容易降低製 造成本。 此外’由於在氮化物半導體基板之光出射面之第二主表 面形成溝80,因此亦可從溝8〇之側面取出光。此結果可 提高發光裝置之光利用效率。 而且’上述發光裝置中
氮化物半導體基板亦可由GaN 106932.doc 71 !354380 或AlxGai.xlS^O <x$l)之任一者構成。於此情況，若使用 GaN基板1作為氮化物半導體基板，由於可施加大電流密 度，因此可於發光裝置射出高亮度（及大光束）之光。此 外’若藉由GaN或AUGa^isKOSxSi)構成氮化物半導體基 板’可使用熱傳導佳，亦即散熱性優異之氮化物半導體基 板，構成作為發光裝置之LED。因此，即使施加大電流密 度’仍可充分進行散熱，因此可降低led由於熱而受損之 可能性。因此可實現歷經長時間可安定輸出光之發光裝 置。 於上述發光裝置’如圖！所示之溝8〇之剖面形狀亦可為V 字狀。於此情況，可於氮化物半導體基板之第二主表面 1 a ’形成傾斜之溝80之側壁。因此相較於侧壁對第二主表 面1 a几全垂直之情況’可使從側壁取出之光，有效率地往 第二主表面la之法線方向（對第二主表面垂直之方向）射 出。結果可提高光利用效率。 % 於上述發光裝置’對於氮化物半導體基板之第二主表面 la(與第二主表面u平行之平面），溝之側壁所形成之角 度θ(參考圖3)宜為40。以上、8〇。以下。如此的話，可提高 表面射出之光之利用效率。而且於上述角度未達 4〇或超過80。之情況’從溝8〇之側壁取出之光之光量反而 變小。 於上述發光裝置’在氮化物半導體基板之第二主表面 la亦可形成延伸於與溝80之延伸方向相同方向之其他溝 8〇 ’對於溝之蜂伸方向#直之方向t溝與其他溝間之間距 106932.doc •72· p(參考圖3)，亦可超過〇mm且為i mm以下β 於此情況，若假設對於氮化物半導體基板之第二主表面 la，溝80之側壁所形成之角度為一定的話，由於間距ρ較 大之一方，溝叩之深度變深，因此結果側壁面積變大。結 果可增加從第二主表面la取出之光之光量。另一方面，若 增大間距P而過度增大溝80之寬度，溝80間之平坦部分之 面積變小。於此平坦部分，必須配置η電極i丨，因此若平 坦部分之面積小，η電極U之尺寸亦變小。如此，若η電極 11之尺寸小，由於η電極丨丨與氮化物半導體基板之接觸部 之接觸電阻變大，因此在該接觸部之電壓下降亦變大。或 者為了緩和此電壓下降之影響，必須採取對應，於第二主 表面之複數處配置η電極11。於此情況，由於必須對複數η 電極11分別進行金屬線接合，因此發光裝置之製造步驟增 加’結果發光裝置之製造成本上升。而且，若間距設為上 述範圍’可增大取出之光量，同時抑制如上述之問題。 於上述發光裝置，溝80之深度Τ3(參考圖3)亦可為01 tnm以上、〇.3 mm以下，於氮化物半導體基板之厚度方 向’未形成溝之部分之厚度T2(參考圖3)亦可為〇.2 mm以 上、0.4 mm以下。如此的話，可實現第二主表面均勻之光 射出，同時可充分增大從第二主表面取出之光之光量。而 且，由於溝80之深度越深，側壁之面積越大，因此從第二 主表面取出之光之光量雖變大，但另一方面，未形成溝之 部分之厚度T2變薄《如此，若未形成溝之部分之厚度Τ2變 薄’依氮化物半導體基板之尺寸或氧濃度等，可能於第二 106932.doc •73 · 1354380 主表面會有無法實現均勻發光之情況。因此若將溝8〇之深 度及未形成溝80之部分之厚度T2，設定為如上述之數值範 圍’可抑制如上述之問題發生。
於上述發光裝置’氮化物半導體基板為GaN基板1，GaN 基板1係藉由氧摻雜而n型化’氧濃度宜在氧原子2£18個
/cm以上、2Ε19個/cm3以下之範圍。於此情況，可於GaN 基板1之全體均勻地流入電流，因此於發光裝置中，可從
GaN基板1之第二主表面之大致全體，射出充分之光。 於上述發光裝置，前述氮化物半導體基板之平面形狀為 四角形狀。 前述氮化物半導體基板之平面形狀中之1個邊之長度宜 為1 mm以上、4 mm以下。於此情況，於發光裝置中，可 從GaN基板之第二主表面之大致全體，確實地射出充分之 光。 於上述發光裝置，如圖4所示，於氮化物半導體基板之 第二主表面，形成與溝8〇a交叉而延伸之異方向溝8〇b，藉 由溝80a及異方向溝8〇b所區分之氮化物半導體基板之第二 主表面(圖3所示之凸部82)之形狀，可為選自多角錘(例如 囷1所示之四角錘、六角錘等）、圓錐、圖u所示之半球所 且成之群之1者。於此情況，多角錘可藉由切割等簡單加 工而开y成。另一方面，第二主表面之上述部分之形狀越接 近半球，從第二主表面射出之光之光量越大。 如圖8〜圖1〇所示，於上述發光裝置，溝8〇之側壁亦可包 含：相連於溝之底部之側壁部分（底部側側壁84)、及位於 106932.doc •74- 1354380 側壁部分上之其他側壁部分（開口側側壁86)。側壁部分對 第二主表面所形成之角度Θ1、與其他側壁部分對第二主表 面所形成之角度Θ2宜不同。於此情況，溝80之側壁將包含 對第二主表面之角度互異之複數部分。如此，藉由使溝80 之側壁多段化，可使以溝80之侧壁作為側面之部分（有複 數溝之情況，係位於該溝之間之凸部82)之形狀接近半球 狀（增大溝80之側壁面積）。 於上述發光裝置，氮化物半導體基板為GaN基板1，GaN 基板係藉由氧摻雜而η型化，氧濃度宜在氧原子2E1 8個 /cm3以上、2E19個/cm3以下之範圍。氮化物半導體基板之 平面形狀亦可為4角形狀，氮化物半導體基板之平面形狀 中之1個邊之長度，亦可為i mm以上、4 mm以下。溝8〇之 剖面形狀亦可為V字狀。對於氮化物半導體基板之第二主 表面，溝之側壁所形成之角度θ，亦可為4〇。以上、8〇。以 mm以上、〇_ 、〇_3 mm以下，於氮化
106932.doc 下。溝之深度Τ3亦可為0>1 物半導體基板之厚度方向 為0.2 m m以上、〇 · 4 m ΓΠ以 主表面宜形成：延伸在盘; -75- 1354380 可從第二主表面取出充分光量之光。 於上述發光裝置，氧濃度宜為5E18個/cm3，氮化物半導 體基板之平面形狀t之1個邊之長度宜為2 mm。此外，對 於氮化物半導體基板之第二主表面，溝80之側壁所形成之 角度Θ宜為60。，於氮化物半導體基板之厚度方向，未形成 前述溝80之部分之厚度T2宜為〇·2 mm。溝與其他溝間之間 距P宜為0.25 mm以上、〇·5 mm以下。藉由溝、其他溝及異 • 方向溝所區分之氮化物半導體基板之第二表面之部分（凸 部82)之形狀，宜為四角錘，如此的話，可確實增大從第 二主表面取出之光之光量。 於上述發光裝置’如圖36所示，亦可於氮化物半導體基 板（GaN基板1)之第二主表面之至少一部分，施加非鏡面處 理。於此情況，可防止在發光層所產生之光，由於全反射 而被封閉於氮化物半導體基板内，效率因而降低。 此外本彳x %之其他發光裝置係具備：氮化物半導體基 Φ 板之GaN基板1 ; η型氮化物半導體層之n型AlxGaixls^ 3⑺ S X S 1)，其係位於GaN基板之第一主表面側；p型a丨xGai xN層 5(0SxS 1)，其係從GaN基板看來，比n型AlxGa^xN層位於 遠處；發光層（量子井（MQW : Multi-Quantum well)4)，其 係位於η型AlxGaNxN層3與p型AlxGai.x：N^5之間。於此發 光裝置，GaN基板1之轉位密度為1〇8/cm2以下，將p型 AlxGai_xN層5側朝下安裝，從與GaN基板1之第_主表面相 反側之作為主表面之第二主表面la放出光。於作為氮化物 半導體基板之GaN基板之第二主表面ia形成溝8〇。 106932.doc •76· 1354380 右根據此構成’上述本發明之GaN基板i係以具有導電 性作為則提，可容易降低電阻，因此除了上述發光裝置之 作用效果，由於GaN基板1之轉位密度為1〇8/cm2以下，因 此結晶性高，而且藉由高數值孔徑，可提高來自第二主表 面之光輸出。此外，從側面亦放出光。此外，由於可保持 折射率之連續性，因此亦不會發生上述全反射之問題。 本發明進一步之其他發光裝置係具備：氮化物半導體基 板之A1N基板，其係用以取代上述GaN基板；n型氮化物半 導體層之η型AlxGai-xN層3(0gxg丨），其係位於A1N基板之 第一主表面側；pSAlxGaixiv^ 5(〇$χ$ υ，其係從A1N基 板看來，比前述η型AlxGaNxN層位於遠處；發光層（量子井 4)’其係位於η型AUGahN層3與p型AlxGaNxN層5之間。而 且’上述A1N基板之熱傳導率為· κ)以上，將p型 AlxGai_xN層5側朝下安裝，從與αιν基板之第一主表面相 反侧之作為主表面之第二主表面放出光。於a1n基板之第 二主表面形成溝。 由於A1N之熱傳導率非常高，散熱性優異，因此從上述p 型AlxGaNxN層將熱傳導至引線架等，可抑制發光裝置之溫 度上升。此外，從上述A1N基板亦發散熱，可對於抑制溫 度上升有貢獻。此外，為了使上述A1N基板具有導電性， 以導入雜質之導電性A1N基板作為前提。而且，由於在 A1N基板之第一主表面形成溝，因此可增大從第二主表面 所放出之光。 上述GaN基板係藉由氧摻雜而η型化，氧濃度係在氧原 106932.doc -77· 1354380 子1E17個/cm3〜2E19個/cm3之範圍，GaN基板之厚度可為 100 μιη〜600 μιη ° 藉由如上述，設定氧濃度為1Ε17個/cm3以上，可提高 GaN基板之比電阻，可使從p電極導入之電流充分在GaN基 板擴散，充分使用活性層之大小而產生發光。此外，藉由 設定氧濃度為2E19個/cm3以下，可對於波長450 nm之光， 確保60%以上之透過率，可提高作為放射面之GaN基板之 透過率’確保光輸出。上述氧濃度範圍係在p朝下搭載之 構造中’ GaN基板之厚度為1〇〇 pm~600 μιη之情況，特別 有效地作用。 此外，上述氧濃度可在氧原子5Ε18個/cm3〜2Ε19個/cm3 之範圍’ GaN基板之厚度可為20〇 μιη〜4〇〇 μπι之範圍，第 二主表面放出光之矩形狀面之雙方之邊可為1〇 mrn以下之 範圍。 藉由此構成’可遍及發光面之全區發光，且獲得充分之 光輸出。 並且，上述氧濃度可在氧原子3E18個/cm3〜5E18個/cm3 之托圍，GaN基板之厚度可為4〇〇 gm〜6〇〇 之範圍，第 二主表面放出光之矩形狀面之雙方之邊可為3 mm以下之範 圍《此外’上述氧濃度亦可在氧原子5E1M@/cm3〜5Ei9個 /cm3之範圍’ GaN基板之厚度可為1〇〇 _〜2〇〇 μιη之範 圍，第一主表面放出光之矩形狀面之雙方之邊可為3爪爪以 下之範圍。 如上述，藉由因應於GaN基板之厚度，適當設定氧濃度 106932.doc -78· 及晶片尺寸，可因應於晶片尺寸，設定性能上（全面均勻 發光、發光效率）更適當之GaN基板。此外，於製造成本 上’亦可進行最受需要之條件設定。 為了提高上述GaN基板之大部分區域之結晶性，亦可使 用將其形成時不可避免地產生之轉位，離散地集中成帶 狀’使其沿著基板厚度方向分布之轉位束，在GaN基板之 第一主表面以平均4E6個/cm2以下之密度分布之GaN基 板。 藉由此構成，能以高製造良率，製造具有特定值以上之 光輸出之發光元件。 上述轉位東亦可於第一主表面，以平均4E2個/cm2以下 之密度分布’第二主表面之玫出光之矩形狀面之雙方之 邊，亦可在200 μηι〜400 μιη之範圍。 如上述之小型之發光元件包含轉位束之情況，無法避免 其特性劣化’並直接造成良率降低。藉由如上述使轉位束 之密度降低，可使良率降低停留在實用上可容許之範圍。 此外’於上述GaN基板與η型之 間’亦可相接於GaN基板而位有η型AlGaN緩衝層、相接於 該η型AlGaN緩衝層而位有n型GaN緩衝層、或相接於該 GaN緩衝層而位有n型AixGai-xN層（〇$χ$ 1}而構成。 如上述異質磊晶跌層構造之情況，於GaN基板與活性層 之被覆層之η型AlxGabXN層（OSxgi)之間，亦可如上述配 置η型AlGaN緩衝層及η型GaN緩衝層。 於如上述之GaN基板與被覆層之間，不僅加入η型GaN緩 I06932.doc •79· 1354380 衝層，藉由加入η型AlGaN缓衝層，可形成結晶性良好之 異質磊晶疊層構造。 上述疊層構造特別可使用於GaN基板中，具有傾斜角為 0.10。以下之區域及1.0。以上之區域之情況。 藉由此構成，即使於GaN基板赵曲，傾斜角如上述變動 之情況，除了 η型GaN層以外，藉由配置η型AlGaN緩衝 層，可獲得結晶性優異之異質磊晶疊層構造。
於上述GaN基板分布有轉位束，轉位束未傳播於前述η 型A1G aN緩衝層、及位於相接於η型A1G aN緩衝層之η型 GaN緩衝層上之蟲晶層而構成亦可。
藉由此構成，即使使用轉位束密度高之GaN基板，仍可 使製造良率非常地增大。亦即，如上述配置η型AlGaN緩 衝層及η型GaN缓衝層，可使包含發光層之蟲晶疊層構造 中之轉位束確實消失。亦即，藉由前述η型AlGaN緩衝層 及η型GaN緩衝層，可使轉位束在GaN基板或其正上層附近 結束。 亦可具備：相接於上述p型AUGahN層（OSxS 1)而位於 朝下側之p型GaN緩衝層、及位於相接於該p型GaN緩衝層 之p型InGaN接觸層。 藉由上述構成，可於裝載有p電極層之其下層，配置電 性傳導度優異之P型InGaN接觸層，作為p電極層，最重視 工作函數等而選擇其材料之必要性變小。因此，例如可最 重視反射率等而選擇P電極之材料。 上述p型InGaN接觸層之Mg濃度可在Mg原子1E18個 106932.doc -80- 1354380 〜1E21個/cm3之範圍。 藉由上述構成’可充分確保電性傳導度，可使導入至p 电極之电流’擴散遍及蟲晶膜之全體。 相接於上述j^InGaN接觸層，具有由八§、八丨及处層之 任一者所構成之P電極層而構成亦可。 精由上述構成，增大從搭載部，亦即從發光元件底部之 反射率，減少損失的光，藉此可增大光輸出。 上述GaN基板具有板狀結晶反轉區域，其係遍及其厚度 方向及該GaN基板面内而連續延伸；該GaN基板内之板狀 結晶反轉區域、及形成於GaN基板上之傳播型及p型氮 化物半導體層之板狀結晶反轉區域，係從ρ型氮化物半導 體層，經過η型氮化物半導體層而除去至到達GaN基板内 之位置；相接於該除去後所留下之P型氮化物半導體層， 而在各P型氮化物半導體層設置卩電極。 若藉由此構成，可增大光取出面，因此可提高光輸出。 於上述，以KOH水溶液將板狀結晶反轉區域除去至GaN 基板内之位置亦可。 以KOH水谷液除去板狀結晶反轉區域時，不需要光掩 模，而且具有能與將氮化物半導體基板之第二主面非鏡面 化之處理同時進行處理之優點。因此，藉由使用k〇h水溶 液，可於上述構成中降低製造成本。 亦可具備：第一 Ρ電極，其係相接於上述ρ型氮化物半導 體層，而遍及該Ρ型氮化物半導體層而離散地配置；及第 二Ρ電極，其係填充該第一 Ρ電極之間隙，由包覆ρ型氮化 106932.doc 1354380 物半導體層及第一p電極之Ag、A1&Rh之任一者所組成。 藉由此構成，可將導入至p電極之電流，遍及面内充分 地擴散，並且提高反射率而使光輸出上升。 上述離散地配置之第一 P電極之？型氮化物半導體層之表 面之包覆率，可在10〜40%之範圍。 藉由此構成，可確保電性傳導度，並且將導入之電流遍 及面内擴散。若上述包覆率未達1〇%，無法將電流無疏漏 地流遍磊晶層。此外’若超過4〇%，無法忽視離散地配置 之P電極層對於光取出效率所造成之不良影響。 藉由在構成P朝下搭載之光放射部之氮化物半導體基板 之正上方，配置螢光板，於螢光板背面反射而回來之光， 會在氮化物半導體表面再反射，而可朝向螢光板侧。結果 可提高光輸出。 上述螢光板之面向氮化物半導體基板之第二主表面之表 面，可進行凹凸化處理。 藉由上述構成’可進一步提高光取出效率， 上述發光裝置之靜電耐壓亦可為3000 V以上。 上述氮化物半導體基板係可對於過渡電壓或靜電放電， 作為使其電力逃逸至接地之接地構件而作用。 電性傳導率高之氮化物半導體基板，係為了對於施加於 該氮化物半導體基板與朝下安裝之P型AlxGaixN層側之間 之過渡電壓或靜電放電，保護發光元件免於高電壓，可作 為將其等高電壓逃逸至接地之接地構件而作用。因此，益 須為了應付上述過渡電壓或靜電放電’具備包含曾納二 106932.doc •82· 1354380 電力刀路電路等保護電路亦可。過渡電壓及靜電放電 係對於III族氮化物半導體之電路故障之主因，如上述，若 氮化物半導體基板之電性傳導度高，將其作為接地構件使 用，可大幅縮短製造步驟，亦可降低製造成本。 上述發光7C件可藉由施加4 v以下之電壓而發光。藉由 使用電性傳導度高，亦即使用電阻小之氮化物半導體基 板，能以低電壓施加將足以發光之電流注入至發光層使 # 其發光。因此，搭載更少個數之電池即可，有助於組入有 發光元件之照明裝置之小型化、輕量化、低成本化。此 外’對於抑制耗電亦有效。 上述氮化物半導體基板之厚度亦可為50 μπ1以上。 藉由此構成’從點狀或小面積之η電極流入電子之情 況’電子係隨著從GaN基板或η型氮化物半導體基板之表 面進入内部而擇散。因此’ GaN基板或η型氮化物半導體 基板且較厚。若上述基板厚度未達5〇 pm而將η電極之面積 ^ 縮小之情況，於到達量子井構造之活性層時，未能充分擴 散’於活性層内產生不發光部分或發光不充分之部分。藉 由使上述基板厚度為50 μπι以上’即使由於低電阻而縮小η 電極面積，於上述基板内，電流仍顯示充分之擴散，可充 分擴大在活性層之發光部分。更適宜者，設定75 μπι以上 即可。然而若過厚，將無法忽視基板所造成之吸收，因此 宜設定為500 μπι以下。 於上述氮化物半導體基板之第二主表面，亦能以數值孔 徑50%以上設置電極。 I06932.doc -83- 藉由此構成，可提高來自第二主表面之光之放出效率。 該效率越大’ η電極所吸收之光量越減少，因此可使光輸 出增大。因此，數值孔徑更適宜為75%以上，進而適宜為 90%以上。 "又於上述氮化物半導體基板之電極與該氮化物半導體基 板之接觸面積，可為0.055 mm2以上。 此外，將電極與m電性地連接之接合金屬線之剖面 積’亦可為0.002 mm2以上。 藉由此構成，至電流2八為止，可未有金屬線部發熱之影 響而使其作動。 將上述電極與引線架電性地連接之接合金屬線之剖面 積’亦可為0.07 mm2以上。 藉由此構成，至電流7〇A程度為止，可未有金屬線部發 熱之影響而使其作動。 電極係分開位在氮化物半導體基板之2處以上之角落， 電極與li化物半導體基板之接觸面積合計為G()55咖2以 上’且將引線架與位在角落之電極電性連接之接合金屬線 之剖面積之合計可為0.002 mm2以上。 藉由此構成’關於半導體晶片之光取出，可幾乎未配置 成為光之障礙之部分。 將位在上㈣落之電極與㈣㈣性輕之接合金屬線 之剖面積之合計可為〇.07 mm2以上。 藉由此構成，可幾乎完全除去成為光取出障礙之部分， 同時提高光輸出效率。 106932.doc -84- U54380 上述第二主表面之放出光之部分之面積，亦可為025 mm2以上。 根據此構成，藉由排列特定個數之上述發光元件，可代 替既有照明機ϋ之範圍增大。若放出光之部分之面積未達 5 mm ，使用之發光元件數過多，無法代替既有照明器 具。於上述本發明之實施型態中之放出光之部分為氮化物 化合物半導體基板，在電流充分擴散之範圍内越大越好。 此係意味電阻越小’越可取得較大之光放出面積，例如氮 化物化合物半導體基板之比電阻為0.01Ω· cm的話，如本 發明例F可設為8 mmx8 mm。 此外，亦可設定上述氮化物半導體基板之第二主表面之 放出光之部分，為i mmxl mm以上之尺寸。亦可設定上述 氮化物半導體基板之第二主表面之放出光之部分，為3随 x3 mm以上之尺寸。而且，亦可設定上述氮化物半導體基 板之第二主表面之放出光之部分，為5醜以_以上之尺 寸。 如上述，猎由將光放出面大面積化，可減少搭載於照明 裝置之發光元件之數目，實現抑制加工工數、刪減零件點 數、抑制耗電等。而且，為了慎重而補充說明，i匪父i mm以上之尺寸係包含i mmxl mm之尺寸。 發光元件係由於溫度上升而發光效率降低，或於發生溫 度過度上升之情況，發光元件受損。因此關於發光元件， 溫度或熱電阻為重要設計要素。以往熱電阻大致為⑽ /WU述專利文獻…然而如上述，藉由將熱電阻設定為 I06932.doc -85- 1354380 3 0 C /W以下，即使對於發光元件充分投入電力，仍不致顯 著發生發光效率降低或發光元件損傷。如上述之熱電阻減 半’係藉由如上述使用比電阻小之GnN基板而首度實現。 此外，於上述發光元件，可使連續發光狀態下溫度最上 升之部分之溫度，成為15(rc以下。 精由此構成，使溫度最上升之部分，亦即發光層之溫 度，成為150。(：以下，可確保充分高之發光效率。並且相 •較於以往之發光元件，可大幅延長使用壽命。 上述η型氮化物半導體層之厚度為3 以下即可。 此η型氮化物半導體層係於氮化物半導體基板上，使磊 曰曰成長者，若過度增厚，成膜處理會需要長時間，原料費 用亦增大。如上述，藉由設定η型氮化物半導體層之厚度 為3 μηΐ以下，可大幅減少成本。並且適宜為2 μΓη以下。 於上述氮化物半導體基板之第二主表面，在電極未包覆 之部分，施加非鏡面處理亦可。 Φ 藉由上述構成，於第二主表面，亦即於放出面，可防止 發光層所產生之光，由於全反射而被封閉於上述基板内， 放率因此降低。纟然於叠層構造之侧自，亦可施加非鏡面 處理。 上述鉍加非鏡面處理之表面，亦可為使用氫氧化鉀 (ΚΟΗ)水浴液、氫氧化鈉（Na〇H)水溶液、氨（ΝΗ3)水溶液 或其他鹼水溶液，進行非鏡面化之表面。 藉由上述非鏡面處理，可效率良好地僅於GaN基板之Ν 面獲得凹凸大之表面。Ga面側未受_。 106932.doc -86 - 1354380 此外，上述施加非鏡面處理之表面，亦可為使用硫酸 (H2S〇4)水溶液、鹽酸（HC1)水溶液、磷酸（H2P〇4)水溶液、 氟酸（HF)水溶液及其他酸水溶液之至少工種，進行非鏡面 化之表面。 此外，上述施加非鏡面處理之表面，亦可為使用反應性 離子蝕刻（Reactive Ion Etching : RIE)進行非鏡面化之表 面。藉此，利用乾製程可獲得面積之尺寸精度優異之非鏡 面。並且，即使利用乾蝕刻之RIE及鹼水溶液所進行之濕 蝕刻之任一者，藉由與光微影技術組合，仍可獲得特定之 凹凸間隔。 設於上述p型氮化物半導體層之電極，能以反射率〇.5以 上之反射率之材質形成。 亦能以包覆上述氮化物半導體基板之第二主面之方式， 配置螢光體。此外，於上述發光裝置，亦可遠離氮化物半 導體基板，以與氮化物半導體基板之第二主表面相對面之 方式配置螢光板。並且，螢光板之面向氮化物半導體基板 之第二主表面之表面，亦可經過凹凸化處理。此外，亦可 使氮化物半導體基板，含有發出螢光之雜質及缺陷之至少 一方。 藉由上述構成’均可形成白色LED。 本發明之發光元件可含有2個以上之上述舉出之任一發 光元件’或將其等發光元件串聯連接。 藉由上述構成，可使用高電壓電源，將上述高效率之發 光疋件，複數搭載於引線架等之照明零件。例如由於汽車 106932.doc -87- 1354380 用電池為12V程度，因此可將本發明之發光元件串聯連接4 段以上而進行發光。 此外，本發明之其他發光元件可含有2個以上之上述發 光元件，或將其等發光元件並聯連接。 藉由上述構成，可使用高電壓電源，獲得由上述高效率 發光元件所構成之照明零件。 亦可採取包含本發明進一步其他之發光元件、及使其等 發光元件發光之電源電路，於電源電路中，串聯地連接發 光元件並聯連接2個以上之2以上之並聯部。 藉由此構成’可符合各個發光元件之發光條件，同時取 得照明零件之電容與電源電容之整合。而且於上述電源電 路’照明裝置之電容可變之情況，亦可具備並聯、串聯切 換部’藉由該並聯、串聯切換部，切換施加於發光元件之 布線。 本發明之發光元件係使用導電性高之氮化物半導體基 板’形成溝同時進行P朝下安裝’結果（1 )散熱性優異，無 須设置複雜之電極構造，可實現大輸出之發光；（2)導電性 優異’無須設置保護發光元件免於過渡電壓及靜電耐壓之 保護電路；（3)從發光層至基板，不存在折射率從大到小之 不連續性’因此從發光層至放出面之間，不易發生全反 射，因此未有起因於全反射之效率降低或侧面部之樹脂劣 化；（4)由於以低電壓發光，因此不需要大電容之電源，特 別適於汽車用照明裝置用；及（5)其構造簡單，因此容易製 造且價格低，維修性亦優異。因此，今後可期待廣泛利用 106932.doc • 88 · 1354380 於包含汽車照明裝置在内之各種照明產品。 已詳細說明並表示此發明，但此僅為例示，不得視為限 疋，且顯然可理解為，發明之精神及範圍僅由添附之申請 專利範圍所限定。 【圖式簡單說明】 圖1係表示作為按照本發明之發光裝置之led之實施型 態1之圖。 圖2係表示包含圖iiLED之發光層之疊層構造圖。 圖3係表示從晶圓採取圖2所示之構造之晶片時之晶圓之 狀態圖。 圖4係表示圖3之電極配置圖。 圖5係表示圖1〜圖4所示之本發明之led之實施型態1之 第一變形例之圖。 圖6係表示圖5所示之LED之平面形狀圖。 圖7係表示從晶圓採取構成圖5及圖6所示之LED之疊層 構造之晶片時之晶圓之狀態圖。 圖8係表示圖1〜圖4所示之本發明之LED之實施型態1之 第二變形例之圖。 圖9係表示從晶圓採取構成圖8所示之LED之疊層構造之 晶片時之晶圓之狀態圖。 圖10為圖9所示之GaN基板之第二主表面之放大剖面模 式圖。 圖11係表示圖1〜圖4所示之本發明之LED之實施型態1之 第三變形例之圖。 106932.doc -89- 1354380 圖12係表禾比較例B之圖。 圖13係表示包含比較例B之LED之發光層之疊層構造 圖。 圖14係表示從晶圓採取比較例B之疊層構造之晶圓之晶 圓之狀態圖。. 圖15係表示圖14之電極配置圖。
圖16係表示本發明例A及比較例B之施加電流與光輪出 之關係圖。 圖17係表示在本發明例及比較例B之發光層之電流密度 與光輸出之關係圖。 圖18係表示比較例E之LED之圖。 圖19係表示圖1 8所示之比較例E之LED之平面圖。 圖20係表示本發明之實施例3之本發明例F之LED之圖。 圖21係表示從晶圓採取本發明例f之疊層構造之晶片時 之電極配置圖。
圖22係模式性地表示根據計算模擬之LED晶片内之電流 流動之圖。 圖23係表示本發明之實施例3之LED之發光層之電流密 度比之圖。 圖24係表示本發明之實施例3之led(無螢光材料）之施加 電流與光輸出之關係圖。 圖25係表示本發明之實施例3之LED(無螢光材料）之發光 層之電流密度與光輸出之關係圖。 圖26係表示本發明之實施例3之led(有螢光材料：白色） I06932.doc -90- 1354380 之施加電流與光輸出之關係圖β 圖27係表示在本發明之實施例3之LED(有螢光材料：白 色）之發光層之電流密度與光輸出之關係圖。 圖28係表示本發明之實施例3之LED之變形例f_3之圖。 圖29為圖28之LED之平面圖。 圖30係表示本發明之實施例4之led之透過率測定試驗 之概要圖。 圖3 1係表示圖30所示之透過率測定試驗中之光透過基板 之狀況之圖。 圖32係表示基板厚度對於透過率所造成之影響之圖。 圖33係表示本發明之實施例5中之為了從晶圓採取本發 明例L之LED而進行元件分離之蝕刻後之狀態圖。 圖34係表示本發明之實施例5中之為了從晶圓採取比較 例Μ之LED而進行元件分離’並正要於蝕刻溝之底部形成η 電極時之狀態圖。 圖3 5係表示本發明之實施例5中之為了從晶圓採取比較 例Ν之LED而進行元件分離，並正要於蝕刻溝之底部形成η 電極時之狀態圖。 圖36係表示本發明之實施例7之本發明例Q之LED之圖。 圖3 7係表示本發明之實施例7之本發明例r之LED之圖。 圖3 8係表示本發明之實施例8之本發明例s及T之LED之 圖。 圖39係表示本發明之實施例8之本發明例u之LED之圖。 圖40係表示本發明之實施例8之本發明例w之LED之圖》 106932.doc -91 - 圖41係表示本發明之實施例9中之氧濃度對於GaN基板 之比電阻所造成之影響之圖。 圖42係表*本發明之實施例9中之氧濃度對於㈣基板 之光（波長450 nm)透過率所造成之影響之圖。 圖43係表示從變化厚度及氧濃度之⑽基板製作發光元 件時之該發光it件之光輸出及電流均句流人之平面尺寸 圖。 圖44係表示本發明之實施例1()之㈣基板中之核由蟲晶 層繼承之狀態圖。 圖45係表不成為孔狀凹部之磊晶層所繼承之核之圖。 圖46係表示本發明之實施例11中之從20 mmx2G mm之 GaN基板之c面之傾斜角度分布圖。 圖47係表示在本發明之實施例11中之GaN基板與AlGaN 被覆層間配置緩衝層之構造圖。 圖48係表示本發明之實施例11中可獲得光輸出8 mW以 上之傾斜角範圍之結果圖。 圖49係表示本發明之實施例12之發光元件之圖。 圖50係表示注目於本發明之實施例丨3之發光元件之p電 極之剖面圖。 圖51係透視圖50之發光元件之p電極之平面圖。 圖52係表不實施例13之本發明例S5之發光及反射之圖。 圖53係表不實施例13之比較例τ6之發光及反射之圖。 圖54係表示作為實施例13之比較例而舉出之本發明例A 之發光及反射之圖。 106932.doc -92- 1354380 圖55係表示本發明之實施例14中之板狀結晶反射區域呈 現格子狀之GaN基板之主面圖。 圖56係表示圖55之板狀結晶反射區域之GaN基板之刮面 圖。 圖5 7係表示本發明之實施例丨4之本發明例％之剖面圖。 圖5 8係表示含於本發明之實施例丨4之有別於圖5 5之並列 配置之板狀結晶區域之平面圖。 圖59係表示圖58之剖面圖。 圖60係表示本發明之實施例15之本發明例S7之發光及反 射之剖面圖。 圖61係表示在本發明之實施例15之其他實施例之本發明 例S 8之發光及反射之剖面圖。 圖62係表示比較例7之發光及反射之剖面圖。 圖63係表示本發明之實施例16之比較例T9之圖。 圖64係表示溝深度與光取出倍率之關係之曲線圖。 圖65係表示鄰接之溝之間距與絲出倍率之關係之曲線 圖。 圖66係表^溝之側壁與平行於⑽基板之第：主表面之 面所I成之角度0與光取出倍率之關係之曲線圖。 圖67係表示形成於溝之間之凸部形狀及配置與光取出倍 率之關係之曲線圖。 圖6 8係用以說明圖6 7卢 厅不之凸部之圓錐四方配置之平面 模式圖。 圖69係用以說明圖67 _ 斤不之圓錐六方配置之平面模式 106932.doc .93- 1354380 圖70係表示以往之LED之圖。 【主要元件符號說明】
1 GaN基板 1 a 光放出面（第二主表面） 2 η型GaN蟲晶層 3 η型 4 MQW(發光層：量子井） 5 ρ型AlxGa丨_ΧΝ層 6 ρ型GaN層 11 η電極 12 ρ電極 12a 離散配置之Ni/Au之ρ電極 13 金屬線 14 導電性接著劑 15 環氧系樹脂 21a 引線架載具部 21b 引線架引線部 25 元件分離溝 25a 元件分離溝之底部 26 螢光材料 35 高反射膜 50 晶片邊界 80 溝 106932.doc -94- 1354380 82 凸部 LI p電極邊長 L 2 條紋線間隔（晶片邊長） L3 元件分離溝寬 L4 蝕刻溝邊長 D η電極直徑 r 發光層距離中央之距離 t η型GaN層之厚度
106932.doc -95 -
Claims (1)
- 3替換本(100年 1〇ffK 十、申請專利範圍： 第094145140號專利申請案 t文申請專利範圍替換本(1〇〇 9月） 修正替換頁 一種發光裝置’其具備：氮化物半導體基板；η型氮化 物半導體層’其係位於前述氮化物半導體基板之第一主 表面側；Ρ型氮化物半導體層，其係從前述氮化物半導 體基板看來，比前述η型氮化物半導體層位於遠處；及 發光層，其係位於前述η型氮化物半導體層與ρ型氮化物 半導體層之間；且 刖述氮化物半導體基板之比電阻為〇 · 5 Q · cm以下； 將前述ρ型氮化物半導體層側朝下安裝，從與前述氮 化物半導體基板之前述第一主表面相反側之主表面即第 二主表面放出光； 於則述氮化物半導體基板之前述第二主表面形成溝； 刖述氮化物半導體基板之前述第二主表面係設有η型 電極。 如請求項1之發光裝置，其中前述溝之剖面形狀為V字 狀0 如請求項2之發光裝置，其中對於前述氮化物半導體基 板之前述第二主表面，前述溝之側壁所形成之角度為4〇。 以上8 0 °以下。 如請求項1之發光裝置，其中於前述氮化物半導體基板 之前述第二主表面上形成延伸在與前述溝之延伸方向相 同方向之其他溝； 對於前述溝之延伸方向垂直之方向之前述溝與前述其 他溝之間之間距係超過〇 mm，為1 mm以下。 106932-1000916.doc 1354380 ^ IJ. -- __ 你·零’ Η日修正替換頁 5. 如请求項1之發光裝置，其中前述溝之深度為以 上0.3 mm以下； 於前述II化物半導體基板之厚度方向，未形成有前述 溝之部分之厚度為〇·2 πππ以上0.4 mm以下。 6. 如請求項1之發光裝置，其中前述氮化物半導體基板為 GaN基板； 前述GaN基板係藉由氧摻雜而η型化，氧濃度在氧原子 2Ε18個/cm3以上2Ε19個/cm3以下之範圍。 7. 如請求項1之發光裝置，其中前述溝之側壁包含：相連 於前述溝之底部之侧壁部分及位於前述側壁部分上之其 他側壁部分； 前述側壁部分對前述第二主表面所形成之角度與前述 其他側壁部分對前述第二主表面所形成之角度不同。 8. 如請求項1之發光裝置’其中前述氮化物半導體基板為 GaN基板； 前述GaN基板係藉由氧摻雜而η型化，氧濃度在氧原子 2Ε18個/cm3以上2Ε19個/cm3以下之範圍； 刖述氮化物半導體基板之平面形狀為四角形狀； 前述氮化物半導體基.板之平面形狀中之1個邊之長度 為1 mm以上4 mm以下； 前述溝之剖面形狀為▽字狀； 對於前述氮化物半導體基板之前述第二主表面，前述 溝之側壁所形成之角度為40。以上80。以下； 前述溝之深度為0.1 mm以上0.3 mm以下； 106932-1000916.doc -2- 1354380於前述灸化物半導體基板之厚度方向，未形成有前述 、聋之之厚度為0.2 mm以上0.4 mm以下； 於别述氮化物半導體基板之前述第二主表面上形成 有延伸在與則述溝之延伸方向相同方向之1個以上之 其他溝，及延伸在與前述溝交又之方向之丨個以上之異 方向溝； 對於前述溝之延伸方向垂直之方向之前述溝與前述其 他溝之間之間距係超過0 mm，為1 mm以下； 由刖述溝、前述其他溝及前述異方向溝所區分之前述 物半導體基板之則述第二主表面部分之形狀，係選 自由多角錘、圓錐、半球所組成之群中之一個。 9·如請求们之發光裝置，其中於前述氮化物半導體基板 之削迷第二主表面之至少一部分施加有非鏡面處理。 106932.1000916.doc
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