TWI377705B - - Google Patents

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TWI377705B
TWI377705B TW097151166A TW97151166A TWI377705B TW I377705 B TWI377705 B TW I377705B TW 097151166 A TW097151166 A TW 097151166A TW 97151166 A TW97151166 A TW 97151166A TW I377705 B TWI377705 B TW I377705B
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Kenji Oka
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Description

1377705 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體称 __ π—— 體發光70件，尤其係關於-種為 了 k尚光導出效率而使光^ "、 發光元件及其製造方法。 千導體 【先前技術】 先前，LED(LightEmhting Di〇de，發光二極體）等半導 體發光S件中，於光導出側之半導體層表面之—部分上形 成有電極，並且有時為了提高自半導體層之光導出效率， 而形成有複數個凹凸形狀（例如，參照專利文I至專利文 獻5)。 專利文獻1所揭示之發光元件，係於光導出側之半導體 層表面上空開間隔而形成有多個半球形狀之凹凸，並於該 等凹凸上形成有透明電極，且於該透明電極上選擇性地積 層有焊接塾。形成凹凸之方法為如下所示。即，藉由熱處 理使空開特定間隔而並列設置之複數個抗蝕劑熔融軟化， 將其等變形為橫剖面為半圓狀之「半球形狀」，並轉印至 光導出側之半導體層表面上，藉此形成凹凸。 專利文獻2所揭示之發光元件，係藉由蝕刻而於光導出 側之半導體層表面上形成有二維週期構造之凹凸。於光導 出側之未形成凹凸之部分上，以具有階差而形成n側電極 與Ρ側電極》 專利文獻3所揭示之發光元件，係於氮化鎵系化合物半 導體基板上積層有氮化鎵系化合物半導體而成，藉由蝕 137150.doc 1377705 刻，於氮化鎵系化合物半導體基板之與積層元件之面為相 反側的面上形成凹凸。於該凹凸上形成有電極。 -相 ^利文獻4所揭示之發光元件，係於光導出側之半導體 層表面上含有形成有多個細長空隙之多孔質構造、及包圍 該多孔質構造之電極。該多孔質構造之形成方法為如下所 不。即，於由晶圓而成之藍寶石基板上依序形成η型半導 體層、活性層、Ρ型電子障壁層、ρ型應變超晶格層及ρ型
接觸層，並以成為開口狀之光導出部之周緣之方式形成ρ 側歐姆電極，之後將積層有各半導體層之晶圓浸潰於化學 藥品中。藉此，可於ρ型接觸層之光導出部上形成有多孔 質構造。此時’於包圍多孔質構造之周緣部分殘留ρ側歐 姆電極。再者，形成多孔質構造之後，藉由蝕刻而形成η 側電極。 專利文獻5所揭示之發光元件係於光導出側之半導體層 表面上，形成以自基板之界面所產生之穿透位錯為基點而 於結晶成長時自然產生的凹凸。並於凹凸上形成有電極。 又眾所周知，於光導出側之面上形成有凹凸之發光元 件中於與光導出側之面為相反之側形成有ρ側電極及η侧 電極（參照專利文獻6) ^專利文獻6所揭示之發光元件係於 藍寶石基板上積層有包含發光層之半導體而成，且於藍寶 石基板之與形成發光層之面為相反側的面（光導出側之面） 上含有凸部。該凸部係使用模具製作而成者，且由於每個 長週期而形成之較高的第丨凸部、及於每個短週期而形成 之較低的第2凸部混合存在所構成。 137150.doc 1377705 再者，亦習知有一種以凹凸形成於電極正下方之氮化物 半導體層表面為前提之發光元件（參照專利文獻7)。專利文 獻7所揭示之發光元件係於氮化鎵基板上積層有氮化鎵系 化合物半導體而成，且於氮化鎵基板之與積層元件之面為 相反側的面上形成有凹凸。該凹凸之形成方法為如下所 示。即，藉由研磨而形成大凹凸之後，藉由蝕刻而於其上 重疊形成小凹凸。藉此，可降低氮化物半導體與積層於其 上之電極之接觸阻抗，並提高密著性。 [專利文獻1] 曰本專利特開2000-1961 52號公報（段落0050、圖1) [專利文獻2] 曰本專利特開2005-5679號公報（段落0032-0037、圖1) [專利文獻3] 曰本專利特開2003-69075號公報（段落0031、圖1) [專利文獻4] 曰本專利特開2005-244201號公報（段落0054-0058、圖4) [專利文獻5] 曰本專利特開2006-147787號公報（段落001 9-0021、圖2) [專利文獻6] 曰本專利特開2007-88277號公報（段落0047-0052、圖1) [專利文獻7] 曰本專利特開2007-67209號公報（段落0047、圖2) 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 137150.doc 1377705 然而’先前之技術中存在如下所示之問題。 先前之技術係以提高自半導體層之光導出效率為目的而 。又置凹凸形狀之技術，因此，當與光導出效率一併光輸 出亦提高時’會產生如下所示之問題。 例如，藉由於半導體層表面設置凸部以提高光輸出時， 存在凸部之高度越高則光輸出越高之傾向。換言之，存在
對半導體層表面挖掘（削減或者侵蝕）得越深，則光輸出越 高之傾向。 另一方面，專利文獻1至專利文獻5所揭示之發光元件 中於光導出側之半導體層表面上均等地設置有凹凸形 狀》因此，存在為了提高光輸出而對半導體層表面挖掘越 深，則電極越容易剝離之傾向。例如，於形成有電極之區 域、與設置有凸形狀之區域彼此分離的發光元件中，當與 π導出效光輸出亦提向時’必須將凹凸形狀設置
付較深直至達到與電極鄰接之F 电征用拱之&域為止，因此電極變得容
易剝離。因此，當以接其本道山^ 徒先導出效率為前提並且欲提高光 輸出時’期望一種可防止形成於 取於尤導出侧之面上之電極產 生剝離之可靠性高的元件。 而且，對於發光元件而古，太却^丄丄 ° 在6又叶方面對發光元件之配 光性之控制亦為重要之要夸。 抵止…， 之要素例如，專利文獻1所揭示之 發光元件’係形成於半導體層 守層表面之凹凸形成為半球形 狀，故配光性較差。即，自 .^ ^ ^, 凸向外側發射之光中朝向正 上方之光導出效率變弱。因此， Λ, , . _ . ^ y 期望一種提高光輸出時配 先性不會降低之技術。 137150.doc 1377705 本發明係鑒於上述問題發明而成者，其目的在於提供一 種可罪性向且配光性良好之半導體發光元件。 又’本發明之其他目的在於提供一種製造可靠性高且配 光性良好之半導體發光元件之製造方法。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述問題，本發明之半導體發光元件，其係包 含於n型半導體層與P型半導體層之間含有發光層之半導體 積層體、女裝有該半導體積層體之基板、以及於與上述基 板上安裝有上述半導體積層體之面為相反側的光導出面上 所設置之電極，且於上述光導出面上包含複數個凸部者， 其特徵在於：上述複數個凸部係設置於第丨凸區域與第2凸 區域上，上述第2凸區域係於上述第丨凸區域與上述電極之 間，與上述電極和上述半導體積層體之界面相鄰接的區 域，設置於上述第1凸區域之第丨凸部之基端較上述界面位 於更靠近上述發光層側，設置於上述第2凸區域之第2凸部 之基端較上述第1凸部之基端位於更靠近上述界面側。 根據該構成，半導體發光元件於光導出面包含第丨凸區 域、及第2凸區域，第2凸區域係與電極鄰接而配置。因 此，與於光導出面均等地僅包含自相對較深之位置而形成 之第1凸部的發光元件相比，可減少電極之剝離，並且可 使半導體層中之電流擴散均一化。又，與於光導出面均等 地僅包含自相對較深之位置而形成之第丨凸部並且於與電 極相鄰接之區域中未設置凹凸形狀的發光元件相比，可改 善配光性。又，與於光導出面均等地僅包含自相對較淺之 137150.doc -10· 1377705 位置而形成之第2凸部的發光元件相比，可提高光輸出。 又’本發明之半導體發光元件中，較好的是自上述第】 凸郤之基端至頂端為止之咼度大於自上述第2凸部之基端 至頂端為止的高度。根據該構成，於光導出面包含自相對 較深之位置而較高地形成有凸部之第丨凸區域、以及自相 對較淺之位置而較低地形成有凸部的第2凸區域，且第2凸 區域係與電極鄰接而配置。因此，藉由以此方式而構成， 半導體發光元件可減少電極之剝離，且可改善配光性。此 處，較好的是第1凸部之高度為第2凸部之高度的2倍以 上。 又，本發明之半導體發光元件中，較好的是述第丨凸部 及上述第2凸部係頂端變細之形狀。根據該構成，自第1凸 部及第2凸部向外側發射之光中朝向正上方之光導出效率 提高。因此，與頂端未變細之情形相比，配光性變得良 好。 又，本發明之半導體發光元件可構成為如下，即，至少 上述第2凸區域係包圍上述電極而設置。根據該構成，與 第2凸區域僅與電極之一部分鄰接之情形相比，配光性變 得良好。此外，可提高光導出面上電極之形狀及配設部位 之設計自由度。此處，第2凸區域至少包圍電極即可，除 了包圍電極以外，例如亦可於第i凸區域之外周含有第2凸 部。 又，本發明之半導體發光元件更好的是上述第丨凸區域 係包圍上述第2凸區域及上述電極而設置。根據該構成， 137150.doc 1377705 第凸區域可與電極隔開且可高密度配設，因此光輸出提 高。 又，本發明之半導體發光元件可構成如下，於上述光導 出面上隔開設置有上述電極，於上述隔開設置之電極所夾 持之區域中’含有上述第1凸區域及上述第2凸區域。根據 該構成，於光導出面上空開特定間隔而配設複數個電極 時，可防止各電極剝離，並且可改善配光性。 . 又，本發明之半導體發光元件中較好的是述第1凸部 及上述第2凸部形成為頂端為非平坦之形狀。根據該構 _ 成，與頂端為平坦之情形相比，可改善配光性。此處，所 謂非平坦之頂端，包括頂端形成為曲面者、頂端為間隙 者、及頂端含有凹凸者。 又，本發明之半導體發光元件中，較好的是上述第1凸 部及上述第2凸部係以基端與相鄰之凸部之基端鄰接的方 式而設置。根據該構成，與相鄰之凸部之基端之間含有平 i一面之縫隙的情形相比，自凸部向外側發射之光中朝向正 上方之光導出效率提高。因此，配光性變得良好。又，相 · 鄰之凸部之基端相連接’相當於.在相鄰之凸部之基端之間 含有間隙的狀態下較深地挖掘，故光輸出提高^ · 又’本發明之半導體發光元件可形成為於上述第1凸區 域中，上述第1凸部越遠離上述電極則基端越靠近上述發 光層。根據該構成’於光導出面上，不僅可自接近電極之 側起以第2凸區域及第1凸區域此2個階段使凸部形成得較 /木’且即便於第1凸區域中亦可階段性或者連續地使凸部 137150.doc 1377705 . 《遠離電極則形成得越深，故可減少電極之剝離並提高光 輸出》 、又，本發明之半導體發光元件可構成為於上述電極與上 述半導體積層體之界面上，進而含有第3凸部。根據該構 • 成，除了可提高光輸出以外，可降低與於半導體積層體之 • &導出側之表面上形成第3凸部後於其上所積層之電極的 接觸阻抗，且可提高光導出側之表面與電極之密著性。此 φ 處，第3凸部之形狀及大小可與第1凸部相同，其形狀及大 小亦可與第2凸部相同。進而，形狀及大小亦可與彼等第1 凸部、第2凸部不同。 又，本發明之半導體發光元件之製造方法之特徵在於包 括以下步驟：於η型半導體層與p型半導體層之間形成含有 發光層之半導體積層體；使以包圍形成與上述半導體積層 體之女裝於基板之側為相反側之光導出面的一方之半導體 層表面之電極形成預定區域的方式含有開口之抗蝕劑以 • 上述開口朝向上述抗蝕劑之積層方向堵塞的方式形成；自 上述抗蝕劑之上，於上述半導體層表面積層遮罩材料；去 除積層有上述遮罩材料之抗蝕劑；以及將上述電極形成預 4 定區域作為遮罩而對上述半導體層表面進行蝕刻。 . 根據該步驟順序，半導體發光元件之製造方法含有形成 以朝向積層方向而堵塞之方式含有開口之抗蝕劑的步驟。 因此，若自如此而形成之抗蝕劑之上於半導體層表面積層 遮罩材料，則自開口所注入之遮罩材料於半導體層表面向 抗蝕劑之側較薄地迴繞，從而形成較開口大小更寬廣之凸 137l50.doc -13· 1377705 緣狀區域。並且，若去除積層有遮罩材料之抗蝕劑，則於 半導體層表面之電極形成預定區域中殘留含有形狀與抗蝕 劑之開口相同之剖面的遮罩材料，進而’以包圍電極形成 預定區域之方式較薄地形成由遮罩材料構成之凸緣狀區 域°接著’若將電極形成預定區域作為遮罩而對半導體層 表面進行钮刻，則完全未形成有遮罩材料之其他區域中較 早地形成有凸部。此時，於凸緣狀區域中逐漸去除較薄之 遮罩材料，以露出半導體’於不久後較慢地形成凸部。藉 此，可形成兩種高度不同之凸部。其結果為，無需為了形 成兩種凸部而進行兩次蝕刻，故可縮短製造步驟。 又’本發明之半導體發光元件之製造方法中，較好的是 上述遮罩材料為電極材料《根據該順序，半導體發光元件 之製造方法含有去除積層有作為遮罩材料之電極材料之抗 蝕劑的步驟，因此藉由該步驟可於半導體層表面之電極形 成預定區域中形成含有形狀與抗蝕劑之開口相同之剖面的 電極，故可縮短步驟β [發明之效果] 根據本發明’半導體發光元件可於提高光導出效率時減 少光導出面側之電極之剝離，並且可使半導體層中之電流 擴散均一化。因此，可提供一種可靠性高、 導體發光元件。又’指向角為〇度時光輸出最大，進而可 獲得接近朗泊之餘弦法則之配光。其結果為，可提供一種 適用於照明等之半導體發光元件。又，根據本發明/，、可縮 短製造步驟而製造可靠性高且配光性良好之半導體發光元 137150.doc 14 1377705 件。此處，本發明中之配光性良好’係指指向角為〇度時 光輸出最大，進而可獲得接近朗泊之餘弦法則之配光，藉 此’可獲得例如在照明用途或汽車之頭燈用途中設計容易 且優異之發光元件。 【實施方式】 以下，參照圖式，對用以實施本發明之半導體發光元件 之最佳形態（以下稱作「實施形態J)進行詳細說明。再 者’為了明確說明配置，將圖式中所示之構成要素等之厚 度及長度放大表不，但並不限定於此。 [半導體發光元件之構成] 本發明之實施形態之半導體發光元件為，於與基板上安 裝有半導體積層體之側之面為相反側的光導出面上包含複 數個凸部’並且於光導出面上包含電極，上述半導體積層 體於η型半導體層與Ρ型半導體層之間含有發光層。首先， 參照圖1〜圖4，對半導體發光元件之構成進行說明。圖1係 示意性表示本發明之實施形態之半導體發光元件之構成的 剖面圖’圖2係表示圖1所示之η側電極之一例的平面圖。 又，圖3係示意性表示圖}所示之第！凸區域及第2凸區域之 立體圖，圖4係圖3所示之A-Α剖面箭視圖。 如圖1所示，本實施形態之半導體發光元件1主要包括基 板10、金屬化層2〇、p側電極30、半導體積層體4〇、η側電 極50、保護媒60、及背面金屬化層70。 (基板） 基板ίο由矽（si)構成。再者，可使用除了 Si以外亦由例 137150.doc 15 1377705 如 Ge、SiC、GaN、GaAs ' CaP、InP、ZnSc、ZnS ' ZnO 等 之半導體構成之半導體基板，或金屬單體基板，或者由彼 此非固溶或固溶極限較小之兩種以上之金屬的複合體構成 之金屬基板。其中，作為金屬單體基板，具體而言可使用 Cu。又’作為金屬基板之材料，具體而言，可使用由選自 Ag、Cu ' Au、Pt等高導電性金屬之一種以上的金屬、及 選自由W' Mo、Cr、Ni等高硬度之金屬之一種以上的金屬 所構成者。於使用半導體材料之基板10之情形時，亦可為 對其附加元件功能、例如附加齊納二極體之基板丨〇。進 而’較好的是使用Cu-W或者Cu-Mo之複合體作為金屬基 板。 (金屬化層） 金屬化層20係於製造該半導體發光元件1之步驟中使兩 塊基板貼合之共晶》詳細而言，係使圖5(e)所示之磊晶（成 長）側金屬化層21、與圖5(d)所示之基板側金屬化層22貼合 而構成。其中’作為磊晶側金屬化層21之材料，例如可列 舉圖5(c)中自下而上依序積層鈦（Ti)/鉑（pt)/金（Au)/錫（Sn)/ 金（Au)者。又，作為基板側金屬化層22之材料，例如可列 舉圖5(d)中自上而下依序積層金（Au)/鉑（pt)/二矽化鈦 (Tisi2)者、或者依序積層二矽化鈦（TiSi2)/鉑（pt)/鈀 者。 返回到圖1中’繼續說明半導體發光元件1之構成。 (P側電極） P側電極30係設置於半導體積層體4〇之基板1〇側之安裝 137I50.doc •16· 1377705 詳細而言，p側電極30係由半導體積層體4〇側之p電極第 1層（未圖示）、及該p電極第1層之下側之p電極第2層（未圖 示）之至少2層構造所構成。 • P電極第1層（未圖示）通常可例示可用作電極之材料。例 如可列舉銀（Ag)、鋅（Ζιι)、鎳（Ni) '鉑（pt)、鈀（pd)、铑 ㈣）、釕（Ru)、锇（0s)、銀⑻、欽（Ti)、錯（zr)、給即）、 釩（V)、鈮（训）、钽（Ta)、鈷（Co)、鐵（Fe)、錳（Mn)、翻 (Mo)、鉻（Cr)、鎢（W)、鑭（La)、銅（Cu)、釔（γ)等金屬、 合金、以及ΙΤΟ、ZnO、Sn〇2等導電性氧化物等之單層膜 或者積層膜等。p電極第2層（未圖示）例如可使用鉑（pt)、 金（Au)、Ni-Ti-Au系之電極材料。 雖未圖式，但作為具體例，於p側電極”為卩電極第1層/口 電極第2層此2層構造之情形時，有鉑（pt)/金（Au)、鈀（pd)/ 金（Au)、铑（Rh)/金（Au)、鎳（Ni)/金（Au)等。又，作為於p • 電極第1層與P電極第2層之間插入第3層之3層構造，有鎳 (Ni)/銘（Pt)/金（Au)、鈀（pd)/翻（pt)/金（Au)、姥（Rh)/翻（pt)/ 金（Au)等。進而，作為於p電極第i層與p電極第2層之間插 入第3層及第4層之4層構造，有銀（Ag)/鎳（Ni)/鈦（Ti)/鉑 . (Pt)等。 (半導體積層體） 半導體積層體40係由以通式11^八^(}〜^(〇$?^1、 OSySl、OSx+y^l)所表示之氮化鎵系化合物半導體而 構成。具體而言，例如有GaN ' A1GaN、Ιη〜Ν、满㈣ 137150.doc 17 1377705 等。尤其就經蝕刻之面之結晶性良好等而言，較好的是 GaN。半導體積層體4〇係自與安裝於基板10之側之面為相 反側的光導出面側起依序積層η型半導體層41、發光層42 及Ρ型半導體層43所構成。 於光導出面上形成有複數個凸部。本實施形態中，光導 出面係η型半導體層41之表面。即，複數個凸部係設置於η 型半導體層41上。複數個凸部係設置於第1凸區域80、及 第2凸區域90(90a、90b、90c、90d)。第2凸區域90於笫1凸 區域80與η側電極50之間，與η側電極50和半導體積層體40 之界面相鄰接。設置於第1凸區域80上之第1凸部之基端， 較η側電極50與半導體積層體40之界面位於更靠近發光層 42側。設置於第2凸區域90上之第2凸部之基端較第1凸部 之基端位於更靠近η惻電極50與半導體積層體40之界面 側。第1凸部之基端至頂端之高度大於第2凸部之基端至頂 端的高度。於光導出面上隔開設置有兩個η側電極50,且 於隔開設置之兩個η侧電極50所夾持之區域中，含有第1& 區域80及第2凸區域90a、90be該等第1凸區域80及第2凸 區域90中所形成之凸部（第1凸部、第2凸部）之詳細内容於 下文加以說明》 η型半導體層41例如由含有Si或Ge、Ο等來作為η型雜質 之GaN所構成。又’η型半導體層41亦可由複數個層而形 成。 發光層42例如由InGaN所構成。 ρ型半導體層43例如由含有Mg來作為ρ型雜質之GaN所構 I37I50.doc 1377705 成。 於該半導體積層體40之光導出面上形成有兩個電極。本 實施形態中，光導出面係n型半導體層41之表面，因此光 導出面上所形成之電極為η側電極50。再者，光導出面上 所形成之電極之個數可為1個以上。 (η側電極） 如圖1所示’ η側電極50係於光導出面上空開特定間隔而 設置。本實施形態中，光導出面係η型半導體層41之表 面，因此η侧電極50係以於η型半導體層41之上表面空開特 定間隔而電性連接之方式形成。η側電極50藉由打線接合 與外部連接。η側電極50係自η型半導體層41之上表面側 起，例如由包含Ti/Pt/Au、Ti/Pt/Au/Ni、Ti/A卜 Ti/Al/Pt/Au、 W/Pt/Au、V/Pt/Au、Ti/TiN/Pt/Au、Ti/TiN/Pt/Au/Ni 之複 數種金屬的多層膜所構成。再者，n側電極50亦可由歐姆 電極與平頭電極所構成。 於圖2所示之例中，於半導體發光元件1上空開特定間隔 平行地設置兩個大致線狀之η側電極50，且於各η側電極50 上分別連接有導線5 1、52。第2凸區域90係包圍η側電極5〇 而設置。例如，連接有導線51之η側電極50相當於被圖！所 示之第2凸區域90a、90c所包圍。同樣，連接有導線52之n 側電極50相當於被圖1所示之第2凸區域90b、90d所包圍。 此處，圖1所示之第2凸區域90a、90c係如圖2所示於一個 第2凸區域90上便利地附上兩個符號所得者。而且，圖1所 示之第2凸區域90b、90d亦相同。進而，第1凸區域80係包 137150.doc •19· 1377705 圍第2凸區域90及η側電極50而設置。即，第1凸區域80包 圍連接有導線51之η侧電極50及其周圍之第2凸區域90, 又，包圍連接有導線52之η側電極50及其周圍之第2凸區域 90 « 返回圖1 ’繼續說明半導體發光元件1之構成。 (保護臈） 保護膜60係由折射率低於η型半導體層41之透明材料所 構成’且覆蓋η側電極50之上表面之除被打線接合之區域 以外的表面、η型半導體層41之表面及側面。保護膜60較 好的是由絕緣膜構成’特別好的是由氧化膜構成。保護膜 60例如由二氧化矽（Si〇2)或氧化錯膜（Zr〇2)構成。 保護膜60例如可藉由濺鍍法、ECR(Electron Cyclotron
Resonance :電子回旋加速器共振）濺鍍法、cvD(Chemical
Vapor Deposition :化學氣相沈積）法、ECR_CVD&、ECR· 電漿CVD法、蒸鑛法、EB法（Electron Beam :電子束蒸鑛 法）等公知之方法而形成。其中，較好的是藉由ECR濺鐘 法、ECR-CVD法、ECR-電漿CVD法等而形成。 (背面金屬化層） 彦面金屬化層70作為形成於基板10之與形成有金屬化層 20之面為相反側上的歐姆電極而發揮功能。作為背面金屬 化層70之材料，例如可列舉圖丨中自上而下依序積層二矽 化鈦（TiSi2)/鉑（pt)/金（Au)者。 (第1凸區域及第2凸區域） 如圖3及圖4所示，形成於第i凸區域8〇之第！凸部及形 137150.doc •20· 1377705 成於第2凸區域90b(90)之第2凸部係頂端變細之形狀。藉 此，配光性變得良好。又，第〗凸部及第2凸部之頂端係以 曲面而形成》因此，與頂端以平坦面而形成之情形相比， 配光性良好。又，如圖3及圖4所示，第1凸部之高度係第2 凸部之高度的2倍以上。進而，第i凸部及第2凸部係以基 端與相鄰之凸部之基端鄰接的方式而設置。即，凸部（第1 凸部、第2凸部）與相鄰之凸部之間不含有平坦面。如此， 因可高密度地設置凸部，故可提高光導出效率。因此，配 光性變得良好。又，若深度相同，與凸部及相鄰凸部之間 含有平坦面之情形相比，光輸出增大。 [半導體發光元件之製造方法] (第1製造方法） 參照圖5及圖6(適當地參照圖1〜圖4)，對圖1所示之半導 體發光元件之第1製造方法進行說明。圖5及圖6係示意性 表示圖1所示之半導體發光元件之製造步驟的剖面圖。 首先，如圖5(a)所示’於半導體成長用基板ι〇〇上依序積 層η型半導體層41、發光層42、p型半導體層43，從而形成 半導體積層體40。半導體成長用基板1〇〇係於後續步驟中 被剝離之基板，例如由以C面、R面及Α面中之任一者作為 主面之藍寶石所構成》再者’亦可使用與藍寶石不同之異 質基板來作為半導體成長用基板100。作為異質基板，例 如可使用如尖晶石（MgAl2〇4)之絕緣性基板，與sic(包括 6H、4H、3C)、ZnS、ZnO、GaAs及氮化物半導體進行晶 格匹配之氧化物基板等，可使氮化物半導體成長之先前所 137150.doc 1377705 眾所周知的基板材料。 其次，如圖5(b)所示，使用磁控濺鑛法於半導體積層體 40之上表面（p型半導體層43之表面）依序積層未圖示之卩電 極第1層、p電極第2層，藉此形成p侧電極3〇β其次，如圖 5(c)所示，於ρ側電極30上積層磊晶侧金屬化層21。而且， 如圖5(d)所示，於形成磊晶側金屬化層21之前後或者同 時，於基板10上積層基板側金屬化層22。接著，如圖5(e) 所示，將積層有基板側金屬化層22之基板1〇反過來，將基 板側金屬化層22與磊晶側金屬化層21貼合。 其次，如圖6(a)所示，自半導體積層體4〇剝離半導體成 長用基板100。繼而，如圖6(b)所示，將半導體成長用基板 100已剝離之基板1〇反過來，從而藉由CMP(chemical Mechanical Polishing :化學機械研磨）對成為最上表面之 半導體積層體40之上表面（n型半導體層41之表面）進行研 磨。 該成為最上表面之半導體積層體4〇之上表面（11型半導體 層41之表面）係作為光導出面之面。為了於該面上形成第^ 凸區域80及第2凸區域90，可使用乾式蝕刻或濕式蝕刻之 任一者形成。然而，為獲得凸部之頂端為曲面之形態、及 凸部與相鄰凸部之基端鄰接之形態，較好的是濕式蝕刻。 因此’此處對利用濕式蝕刻之形成方法進行說明。此處， 作為濕式姓刻之溶液’使用K〇H(氫氧化鉀）水溶液、四甲 基氯氧化錢（TMAH : Tetramethyl ammonium hydroxide， 氣氧化四甲基敍）或乙二胺·鄰苯二酚（EDp : Ethylene diamine 137150.doc 1377705
Py ocatechoi)等來作為各向異性之蝕刻溶液。 v、人’如圖6(c)所示，於半導#籍展與w a 積層體4〇之上表面(n型 之面）上空開特定間隔形成η側電極5〇。繼 而’如圖6(d)所示，呀署6入爱觉 叹置疋王覆盍η側電極50之上表面及側 之遮罩11G ’並藉由濕絲刻而對非遮罩部進行钱刻。 非遮罩部係成為第丨凸區域8〇之部分，藉由該蝕刻，可形 成夕個不完全之第i凸部。@ ’可形成自較淺之位置突出 之較低的凸部。再者’加工量(深度)及凸部之高度可於濕 式钱刻中藉由改變溫度或浸潰時間來調整。例如，亦可將 蝕刻溶液加熱至50〜l〇(TC，例如浸潰3〇分鐘。 、人如圖6(e)所示，去除遮罩110，將η側電極50作為 遮罩而利用濕式㈣對非料部進行㈣。藉由該钱刻， 可於非遮罩部中形成有^全之第1凸部之區域中形成多 個第1凸部。即，可形成自較深之位置突出之較高的凸 部。又，藉由該蝕刻，可於非遮罩部中設置有遮罩丨10之 區域中形成多個第2凸部。即，可形成自較淺之位置突出 之較低的凸部。 其次’如圖6(f)所示’藉由保護膜6〇覆蓋半導體積層體 40之上表面（η型半導體層41之表面）^再者藉由保護膜⑼ 覆蓋η側電極50之上表面之除被打線接合之區域以外的表 面、以及半導體積層體40之側面。並且，藉由將基板1〇反 過來而於成為最上表面之基板1〇之表面，形成作為歐姆電 極之背面金屬化層70，並使其晶片化。接著，安裝背面金 屬化層70侧’並將導線連接至η側電極5〇 ,藉此製造圖1所 137I50.doc -23· 1377705 示之半導體發光元件1。 (第2製造方法） 與第1製造方法相同，圖1所示之半導體發光元件之第2 製造方法進行圖5(a)〜圖5(e)及圖6(a)〜圖6(b)分別表示的步 驟。第2製造方法之特徵在於連續進行之n側電極5〇之形成 方法。參照圖7(適當地參照圖丨〜圖6)，對第2製造方法進 行說明。圖7係示意性表示半導體發光元件之製造步驟的 剖面圖。再者，圖7中省略了位於半導體積層體4〇下方之 層的圖示。 如圖7所示，於半導體積層體4〇之上表面（n型半導體層 41之表面）之電極非形成部上設置抗蝕劑丨2〇。此處，使以 包圍半導體積層體40之上表面之電極形成預定區域之方式 而含有開口的抗蝕劑120，以該開口朝向抗蝕劑12〇之積層 方向堵塞之方式而形成。其次，自抗餘劑12〇之上於半導 體積層體40之上表面之整個表面積層電極材料丨3〇。因 此，自開口所注入之電極材料13〇於半導體積層體4〇之上 表面，向抗蝕劑120之側薄薄地迴繞，從而形成較開口之 大小更寬廣之凸緣狀區域。繼而，藉由去除積層有電極材 料130之抗蝕劑120，而於電極形成預定區域中形成有n側 電極50。此時，以包圍η側電極50之方式而形成凸緣部 50a 〇 然後’將η側電極50(電極形成預定區域）作為遮罩進行 濕式姓刻’藉此對半導體積層體40之非遮罩部進行钱^ 此處，於未形成有凸緣部50a之區域中較早地形成凸部 137150.doc -24· 此時凸緣部50&中逐漸去除較薄之電極，使半導體積層 體40之上表面露出，於不久後較慢地形成凸部。藉此，可 形成兩種高度不同之凸部(第i凸部、第2凸部”即未形 成凸緣部50a之區域成為第i凸區域8〇，而凸緣部5〇a則成 為第2凸區域9〇。其結果為，無需為了形成第上凸區域及 第2凸區域90而進行兩次钱刻，因此可縮短製造步驟。再 者，因蝕刻後之步驟與第1製造方法相同，故省略其說 明。 [半導體發光元件之特性] 作為本實施形態之半導體發光元件i之特性，對光輸 出、電極剝離率、配光性進行說明。 (光輸出） 本實施形態之半導體發光元件丨於光導出面上設置有含 有自較深位置形成之較高之第1凸部的第1凸區域80、以及 含有自較淺位置形成之較低之第2凸部的第2凸區域90，與 整個表面僅設置第2凸部之發光元件相比，可提高光輸 出。又，如下所示，電極剝離率較低，且配光性良好，故 可較高地形成第1凸部，從而可提高光輸出。 (電極剝離率與光輸出） 作為比較，將使第2凸部以與第丨凸部相同之方式而自相 對較深之位置較高地設置’並藉由乾式蝕刻而形成凹凸者 (以下稱作比較例1)作為一例，藉由RIE(Reactive ι〇η
Etching，反應性離子蝕刻）製造。如圖12所示，表示比較 例1之先前之半導體發光元件200主要包括基板21〇、金屬 I37150.doc 25· 1377705 化層220、p側電極230、半導體積層體24〇、^側電極25〇、 保護臈260以及背面金屬化層270。半導體積層體2牝係自 與安裝於基板210之側之面為相反側的光導出面侧起，依 序積層η型半導體層241、發光層242及ρ型半導體層243所 構成。又，於η型半導體層241之表面，在電極非形成區域 中規則地形成有凹凸280。η側電極250設置於作為η型半導 體層241之表面之光導出面中的除凹凸28〇以外的部分上。 再者’圖12示意性表示凹凸280之一例，半導體發光元件 2〇〇中，凹凸280係於彼此相鄰之凹部之間含有平坦面（上 表面）、或者於彼此相鄰之凸部之間含有平坦面（底面）之至 少一方。 與本實施形態之半導體發光元件1相比，半導體發光元 件200中，η側電極250與η型半導體層241之密著強度降 低。考慮係因半導體積層體240中凹凸280對電極接合部之 損傷所導致。因此，製造出設置平坦部而不設置凹凸28〇 以消除損傷者（以下稱作比較例2)。如圖13所示，於作為η 型半導體層241之表面之光導出面上，在η側電極250之間 形成有平坦部310，除此以外表示比較例2之先前之半導體 發光元件300為與圖12所示之半導體發光元件2〇〇相同地形 成之構成。可知該半導體發光元件3〇〇之電極之密著強度 得以改善。具體而言，圖12所示之半導體發光元件2〇〇(比 較例1)中’於η側電極250上進行打線接合時，η側電極250 產生剝離之比例為6°/。，但圖1 3所示之半導體發光元件 3〇〇(比較例2)中則未產生剝離。然而，由於圖13所示之半 137150.doc •26· 1377705 導體發光元件300(比較例2)含有平坦部310，故整體輸出降 低。 (配光性） 圖8係表示本實施形態之半導體發光元件之指向性之一 . 例的圖。此處，以較粗之實線表示使用KOH水溶液作為濕 式餘刻之蝕刻溶液而形成第1凸區域80及第2凸區域9〇者 (以下稱作實施例1)。又，以細線表示以至少第1凸部之高 籲 度小於實施例1之方式而調整加工量（深度）所形成者（以下 稱作實施例2)。進而’作為比較，以虛線表示上述比較例 1 ’並以一點鎖線表示上述比較例2。 圖8中，橫軸表示放射角（。），縱軸表示光輸出卜此 處’指向角-90~90。係於η側電極50之圖2所示之寬度方向 (橫方向）所測定者。而且，所謂本發明之指向角，係指將 與光導出面垂直之方向設為〇度而測定光導出方向之各角 度上之光強度者。例如圖2中，與圖紙垂直之方向為指向 • 角〇度。如圖8所示，實施例1及實施例2至少於指向角〇。時 強度最大。此表示按照朗泊之餘弦法貝彳（Lambert,s h…之 配光或者接近該法則之配光。另一方面，比較例丨中指向 • 角為土30。時之強度較大，而指向角為0。時之強度降低。 . 即，與先前之半導體發光元件相比’本實施形態之半導體 發光元件丨之配光性更優異。又，比較例2中任何指向角時 整體輸出均降低。此處’向光導出方向上之光輸出於圖表 中相當於曲線所包圍之面積。具體而言，若將比較例2之 光輸出設為「1」，則比較例i之光輸出為「2 57」，實施 137l50.doc •27· 1377705 例1之光輸出為「2.70」，眘始仏 進而4t 實施例2之光輸出為「2.64」》 進而，指向角D度8^$ 「1 n, r 右比較例2設為 匕，則比較例！「約為3(約3倍 又為 「約為6(約6倍)」。實施川。實施例1及實施例2 产例及實施例2係藉由加工量(深 度）較大而使光輸出提高。再者， （衣 丹耆，於η側電極50之圖2所示 之垂直方向（縱方向）上所測定者亦獲得相同結果。 入根據本實施形態之半導體發光元W光導出面上包 :含有較高之第i凸部之第丨凸區域8。、以及含有較低之第 2凸㈣第2凸區域90’且第2凸區域川係如側電極5〇鄰接 而配置，因此可減少光導出面上之„側電極5〇之剝離。因 此’可提供-種可靠性高且光輸出高之半導體發光元件。 又，根據本實施形態之半導體發光元件丨，可提供一種配 光性高且光輸出高之羊導體發光元件。又，光導出面上不 僅包含第1凸部而且包含第2凸部，因此與均等地設置第】 凸部之情形相比，可使半導體層中之電流擴散均一化。 以上，對本實施形態進行了說明，但本發明並不限定於 此，於不改變其主旨之範圍内可實施各種變更。例如，於 光導出面之第1凸區域80中，第i凸部亦能以越遠離η側電 極50則基端越靠近發光層42之方式而形成。圖9係以一部 分剖面示意性表示以此方式所製造之半導體發光元件之第 1凸區域的圖。再者，圖9示意性表示藉由掃描式電子顯微 鏡（Scanning Electron Microscope，SEM)所觀察者（「使用 3D real surface view顯微鏡（VE-9800、KEYENCE股份有限 公司製）」）。圖9中於右侧配置有„側電極50(未圖示）。該 137150.doc •28· 1377705 例中’如虛線901所示，各凸部之頂端位於相同高度。 又，圖9十自右向左第2個凸部之剖面之基端（左側）、與自 右向左第3個凸部之剖面之基端（右側）鄰接。以符號9〇2表 不該共用之基端。自右向左第5個凸部之剖面之基端（右 側）903與其基端（左側）9〇4位於相同之深度。另一方面，若 以基端902之位置為基準’則基端9〇4之位置更深E^即’ 與自右向左第2個凸部相比，自右向左第5個凸部係自相對 較深之位置而較高地形成。如此第1凸區域中亦階段性或 連續地以越遠離電極則越深之方式而形成凸部，藉此可減 少電極之剝離，並可提高光輸出。 又’本實施形態中’係藉由CMP而研磨半導體積層體4〇 之上表面（η型半導體層41之表面）之後，設置n側電極5〇， 但亦可於研磨之後，在形成η側電極5〇之前加工電極形成 區域’之後預先设置與形成於第1凸區域上之第1凸部相 同的凸部（第1凸部）。圖10表示以此方式所製造之半導體發 光元件之一例。圖10中表示剖面之半導體發光元件以於兩 個η側電極50與半導體積層體4〇之界面上進而含有第 部。即，於兩個η側電極50之正下方分別形成第i凸區域 8〇a、80b。藉由以此方式構成，可降低半導體積層體⑽與 η側電極之接觸阻抗，且可提高密著性。 又 ^成第1凸區域80及第2凸區域90之方法係使用遮罩 並利用濕式蝕刻進行，但並不限定於該方法，亦可藉由乾 式蝕刻形成。於乾蝕刻之情形時，亦可於RIE中例如調整 氣體種類、真空度、高頻電力等蝕刻條件，藉此階段性地 137150.doc •29· 1377705 進行蝕刻以產生第1凸區域80及第2凸區域90。 進而’亦可組合乾式蝕刻與濕式蝕刻而形成第1凸區域 8〇及第2凸區域90。圖11表示以此方式所構成之半導體發 光元件之一例。圖11 _表示剖面之半導體發光元件丨B係如 下者，首先藉由RIE形成第1凸區域80，其次藉由濕式蝕刻 形成第2凸區域90。此處，可自兩個觀點來觀察第1凸區域 80之剖面。第i觀點係，圖u中於第1凸區域8〇上形成5個 相對較深且較高的凸部。第2觀點係，圖11中於第丨凸區域 80上分別於較深位置、較淺位置形成與第2凸區域9〇上形 成之凸部相同的相對較低的凸部。該較低的凸部可於形成 第2凸區域9〇之凸部之步驟中同時形成。根據半導體發光 元件1B ’可與n側電極50鄰接而形成第2凸區域9〇，因此可 減少光導出面上之η側電極5〇之剝離。又，於第1凸區域8〇 上形成有相對較深且較高之凸部，因此可提供一種光輸出 南之半導體發光元件。 又’本實施形態中係將半導體積層體4〇之光導出面作為 η型半導體層41，但亦可將光導出面作為卩型半導體層43, 而於該ρ型半導體層43上設置第1凸區域8〇及第2凸區域 90此時，於光導出面上設置有Ρ側電極。再者，以本實 施形態之方式所構成者，可於第1凸區域8〇上較深地形成 第1凸部，故而較佳。 又本實細*形態中，製造時係於半導體積層體40之整個 上表面形成ρ側電極30(參照圖5(b))，但亦可部分地形成ρ 側電極30 ’並於與ρ侧電極3〇同一平面内，對未形成ρ側電 137150.doc -30- 1377705 本〇之邛仝填充材料與上述保護膜60相同之保護臈。此 時，自光導出©側俯視半導體發光元件…，係以η側電極 側電極30交替配置之方式而形成，$而光導出效率 提：，就此方面而言較佳。再者，所謂相同材料，係指例 如若保護膜60由Si〇2所形成，則未形成口側電極3〇之部分 • 所填充的保護膜亦藉由Si〇2所形成，因其製造方法等之不 同’組成亦可存在若干差異。如此之保護臈之填充例如可 鲁 藉由ECR濺鍍法來進行。 又，構成半導體發光元件1之半導體積層體40之材料並 不限定於氮化鎵系化合物半導體。而且，本實施形態中， 係於光導出面上自接近„側電極5〇之側起以第2凸區域及 第1凸區域80此2個階段使凸部變深之方式設置，但若使各 個凸區域越遠離電極@自相對較$之位置較高地形成凸 部，則藉由3個階段以上亦可獲得同等之效果。 又，半導體發光元件亦可構成為如下，即，於光導出面 • 上設置？侧電極3〇與n側電極5〇此兩者。此時，亦可於形成 有設置於發光層42上之電極（例如？側電極3〇)之半導體層的 表面上，設置第1凸部（或者第！凸區域8〇)、及第2凸部（第2 . &區域9〇)。當以此方式構成時’含有可減少設置於發光 . 層42上之電極之剝離率的效果。 [產業上之可利用性] 本發明之半導體發光元件可用於能夠將半導體發光元件 作為元件而應用之所有用途，例如可用於照明、曝光、顯 不、各種分析、光網路等各種領域。 137150.doc •31 【圖式簡單說明】 圖1係示意性表示本發明之實施形態之半導體發光元件 之構成的剖面圖。 圖2係表示圖1所示之η側電極之一例的平面圖。 圖3係示意性表示圓丨所示之第丨凸區域及第2凸區域之立 體圖。 圖4係表示圖3所示之Α-Α剖面箭視圖》 圖5(a)〜(e)係示意性表示圖1所示之半導體發光元件之製 造步驟的剖面圖（其丨）。 圖6U)〜(f)係示意性表示圖}所示之半導體發光元件之製 造步驟的剖面圖（其2)。 圖7係示意性表示圖丨所示之半導體發光元件之製造步驟 的剖面圖（其3)。 圖8係表示本發明之實施形態之半導體發光元件之指向 性之一例的圖表。 圖9係作為本發明之實施形態之半導體發光元件之變形 例以一部分剖面示意性表示第1凸區域的圖。 圖1 0係示意性表示本發明之實施形態之半導體發光元件 之構成之變形例的剖面圖。 圖11係示意性表示本發明之實施形態之半導體發光元 之構成之變形例的剖面圖。 牛 圖12係不意性表示先前之半導體發光元件之構 圖。 人叼剖面 圖13係示意性表示先前之半導體發光元件之 双的剖面 137150.doc •32- 1377705 圖。 【主要元件符號說明】
1、1A 半導體發光元件 10 基板 20 金屬化層 21 磊晶侧金屬化層 22 基板侧金屬化層 30 P侧電極 40 半導體積層體 41 η型半導體層 42 發光層 43 Ρ型半導體層 50 η側電極 50a 凸緣部 51、52 導線 60 保護膜 70 背面金屬化層 80(80a 、 80b) 第1凸區域 90(90a、90b、90c、90d) 第2凸區域 100 半導體成長用基板 110 遮罩 120 抗蝕劑 130 電極材料 137150.doc -33·

Claims (1)

1377705 十、申請專利範圍： 1· 一種半導體發光元件，其係包含於n型半導體層與p型半 導體層之間含有發光層之半導體積層體、安裝有該半導 體積層體之基板、以及於與上述基板上安裝有上述半導 體積層體之面為相反側的光導出面上所設置之電極且 於上述光導出面上包含複數個凸部者，其特徵在於： 上述複數個凸部係設置於第1凸區域與第2凸區域上， 上述第2凸區域係於上述第丨凸區域與上述電極之間， 與上述電極和上述半導體積層體之界面相鄰接的區域， 設置於上述第1凸區域之第丨凸部之基端較上述界面位 於更罪近上述發光層側， 設置於上述第2凸區域之第2凸部之基端較上述第1凸 部之基端位於更靠近上述界面側。 2. 如請求項1之半導體發光元件，其中 自上述第1凸部之基端至頂端為止之高度大於自上述 第2凸部之基端至頂端為止的高度。 3. 如請求項1之半導體發光元件，其中 上述第1凸部及上述第2凸部係頂端變細之形狀》 4. 如請求項1之半導體發光元件，其中 至J上述第2凸區域係包圍上述電極而設置。 5·如請求項4之半導體發光元件，其中 上述第1凸區域係包圍上述第2凸區域及上述電極而設 置。 6.如請求項1之半導體發光元件，其中 137150.doc 1377705 於上述光導出面上隔開設置有上述電極，於上述隔開 設置之電極所夾持之區域中，含有上述第丨凸區域及上 述第2凸區域。 如請求項1之半導體發光元件，其中 上述第1凸部及上述第2凸部形成為頂端為非平坦之形 狀。 8.如請求項1之半導體發光元件，其中
上述第1凸部及上述第2凸部係以基端與相鄰之凸部之 基端鄰接的方式而設置。 9·如請求項1之半導體發光元件，其中 於上述電極與上述半導體積層體之界面上，進而含有 第3凸部。 !〇·如請求項1至9中任一項之半導體發光元件，其中 於上述第1凸區域中，上述^凸部以越遠離上述電極 則基端越靠近上述發光層之方式而形成。
η· 一種半導體發光元件之製造方法，其特徵在於包括 步驟： 於η型半導體廣與ρ型半導體層之間形成含有發光層； 半導體積層體； 使以包圍形成有與上述半導體積層體之安裝於基板$ 側為相反側之光導出面的一方之半導體層表面之電_ 成預疋區域的方式而含有開口之抗蝕劑，以上述開口朝 向上述抗蝕劑之積層方向堵塞的方式形成； 自上述抗_之上’於上述半導體層表面積層遮罩材 I37150.doc 1377705 料； 去除積層有上述遮罩材料之抗蝕劑；以及 將上述電極形成預定區域作為遮罩而對上述半導體層 表面進行蝕刻。 12.如請求項11之半導體發光元件之製造方法，其中 上述遮罩材料為電極材料。
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