TWI384638B - 半導體元件 - Google Patents

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Yoshiki Inoue
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Description

半導體元件
本發明係關於一種由氮化物半導體所構成之半導體元件，更詳細而言，係關於半導體元件之電極的改良。
自以往，在覆晶型(Flip Chip Type)之氮化物半導體發光元件中，利用由銀或銀合金所構成之電極形成p電極的構成。銀因使發光元件中之發光層所產生的光高效率地反射，故可實現高亮度的發光元件。
但，使用銀作為p側的電極材料時，為了與外部等之連接，必須使銀電極表面之一部份露出，此乃成為產生、促進銀的離子遷移，在與氮化物半導體層之界面的銀會變化的一個原因，而使藉由電極對於發光層所產生之光之反射效率降低，造成發光強度之降低，此外銀朝另一電極移動而引起短路會有降低壽命等問題。
因此，為了防止銀電極表面的露出，而採用藉不含銀之電極材料來完全被覆銀電極，於其上形成保護膜之對第。但，藉由電極形成後之熱處理或其熱處理條件等，無法充分抑制銀擴散至不含銀之電極材料，而有無法防止銀之遷移等問題。
對此，有提案在銀電極與不含銀之電極材料之間，配置具有複數貫通孔之SiO2 膜，經由此貫通孔而進行銀電極與不含銀之電極材料的電氣連接，以防止銀之遷移的方法(例如專利文獻1)。
此外亦分別提出，於p型氮化物半導體層上，於銀層上形成金屬層，於銀層之表面的一部份形成介電體層的LED(例如專利文獻2)；以接觸層、與配置於其上之銀白色系金屬所形成的反射層之層積體形成p電極的半導體發光元件(例如，專利文獻3)；具有連接於p型半導體側之接觸層的第1金屬層、與覆蓋此第1金屬層的至少側面及未被此第1金屬層被覆之接觸層的表面之第2金屬膜所形成的電極，其中係以銀(Ag)形成第1金屬層、且以釩(V)與鋁(Al)或鈦(Ti)與金(Au)形成第2金屬層之半導體元件(例如專利文獻4)；於p型氮化物半導體層與正電極之間，具備由鈷(Co)、鎳(Ni)或此等合金所構成之第1薄膜金屬層之發光元件(例如，專利文獻5)等。
專利文獻1：特開2003－168823號公報專利文獻2：特開平11－186599號公報專利文獻3：特開平11－191641號公報專利文獻4：特開平11－220171號公報專利文獻5：特開2000－36619號公報
但，在專利文獻1中，係於銀電極與不含銀之電極材料之間配置SiO2 膜，可謂藉貫通孔確保電氣連接，會招致兩者之接觸電阻上昇之問題。
又，藉由SiO2 膜所產生之物理性遮蔽，即使可抑制銀遷移至不含銀之電極材料，亦仍未達到有效防止銀遷移至氮化物半導體層，而目前依然無法抑制由於銀遷移所產生之發光強度的降低、發光元件壽命的降低。
進而，即使在任一文獻中，很難說能充分抑制銀遷移，而更期盼可實現防止遷移，甚至實現發光元件之可靠性、良率提升、光取出效率高的發光元件。
本發明係鑑於上述課題而研創者，在具有高反射效率之銀或以銀作為主體之電極係接觸而形成於氮化物半導體層上時，藉由有效地防止銀遷移至氮化物半導體，俾可得到可靠性高、高品質之半導體元件作為目的。
換言之，由銀或銀合金所構成之電極中銀的遷移，因為不僅是藉由與其它之電極材料或半導體接觸、以接觸狀態進行熱處理或以接觸狀態進行通電等所產生，亦易藉由極微量水份(濕度)對銀進行作用而產生，故本發明藉由將水分及濕度與由銀或銀合金所構成之電極隔離，從而有效地防止銀遷移，以得到高品質之半導體元件作為目的。
本發明之發明人對於由銀或銀合金所構成之電極的銀遷移進行專心研究，結果，發現藉由形成以下構成之半導體元件，可避免銀激烈地遷移，終完成本發明。
亦即，本發明之半導體元件係含有氮化物半導體層、連接於該氮化物半導體層之電極、與被覆該電極之至少一部分的絕緣膜所構成的，其特徵在於：前述電極係由如下構成：含有接觸於前述氮化物半導體層之銀或銀合金的第1金屬膜、與完全被覆該第1金屬膜之第2金屬膜、或、以防止銀在前述氮化物半導體層表面進行移動之方式所形成之第2金屬膜；且前述絕緣膜係由氮化物膜所構成。
依據本發明之半導體元件，由銀或銀合金所構成之第1金屬膜係完全被第2金屬膜所被覆，由於沒露出，故可阻止由銀或銀合金所構成之第1金屬膜與水分之接觸。銀即使在氮化物半導體層表面移動，亦可藉由第2金屬膜阻擋其移動，尚且，可藉第2金屬膜或絕緣膜防止銀朝在氮化物半導體與電極界面之垂直方向移動。而且，被覆此第1及第2金屬膜之絕緣膜乃藉由氮化物所形成，一般認為於半導體元件之電極中，配置於其附近之絕緣膜中的氮原子可確實地捕捉作用於電極之水分或濕氣。藉此，即使含有由銀或銀合金所構成之第1金屬膜之電極進行熱處理及通電，亦可有效地防止銀的遷移，而可謀求發光強度的提升及壽命的增大，而得到可靠度高且高品質之半導體元件。
又，所謂以可防止銀在氮化物半導體層之表面移動的方式形成第2金屬膜，係至少在氮化物半導體層表面中與第1金屬膜接觸，且第1金屬膜的周圍全部以第2金屬膜被覆，更好是遠離氮化物半導體層之第1金屬膜表面以第2金屬膜被覆。藉由在氮化物半導體層表面中，以完全被覆第1金屬膜周圍的方式形成第2金屬膜，可防止最易引起銀之遷移的原因，亦即可防止銀於氮化物半導體層表面朝另一電極移動之現象。尚且，藉由以被覆遠離氮化物半導體層之第1金屬膜表面的方式來形成第2金屬膜，可完全防止易遷移之銀的移動。
本發明之半導體元件如上述般，係包含有於氮化物半導體層上所形成之電極，與被覆此電極之絕緣膜。
於氮化物半導體層上所形成之電極係以直接接觸於氮化物半導體層上，且被歐姆連接為宜。此處所謂歐姆連接係在該領域中一般所使用之意義，例如意指其電流－電壓特性成為直接或略直線之接合。又，意指小至可忽略元件動作時之接合部的電壓降低及電力損失。
此電極係至少由含有銀或銀合金之第1金屬膜、與第2金屬膜所構成。
第1金屬膜係可為銀之單層膜，亦可為銀合金之單層膜，亦可為使銀或銀合金配置於最下層之多層膜。在多層膜之情形，最下層以外之膜可為銀或銀合金，亦可為由不含銀或銀合金之電極材料所形成。再者，第1金屬膜係亦可為含有在由銀或銀合金所構成之膜、與氮化物半導體層之間的一部份所配置的鎳膜而構成者。
又，第1金屬膜亦可自氮化物半導體層側至第2金屬膜側，於其組成中呈傾斜增減。例如，於氮化物半導體側可為含有銀膜或銀與至1%左右之銀以外的元素之合金等之膜，於第2金屬膜側可為含有銀與至5%左右之銀以外的元素之合金等之膜。藉由使銀以外的元素相對於銀之比率隨遠離氮化物半導體側而變大，可得到高的光反射特性、與在第2金屬側之抑制與銀的反應之兩個特性。
銀合金係可舉例銀與選自由Pt、Co、Au、Pd、Ti、Mn、V、Cr、Zr、Rh、Cu、Al、Mg、Bi、Sn、Ir、Ga、Nd及Re所組成之族群中的1種或2種以上之電極材料的合金。又，Ni係難與銀合金化，亦即，雖容易抑制與銀之反應，但在銀膜中亦可含有Ni元素。
最下層以外之膜係可舉例選自此等電極材料及含Ni所成族群中的一種或兩種以上之金屬或合金的單層膜或兩層以上的多層膜。
其中，第1金屬膜係宜為銀的單層膜，更宜為實質上不與銀反應之金屬，換言之，可抑制與銀反應的金屬[上]/銀或銀合金[下]之2層構造、貴金屬[上]/銀或銀合金[下]之2層構造、貴金屬[上]/實質上不與銀反應之金屬[中]/銀或銀合金[下]之3層構造〈例如，參照第12圖(b)〉、貴金屬2層[上]/實質上不與銀反應之金屬[中]/銀或銀合金[下]之4層構造、貴金屬[上]/2層以上之實質上不與銀反應之金屬[中]/銀或銀合金[下]之4層以上之構造更佳。
尤其，當第1金屬膜係至少由銀或銀合金所構成之膜、與配置於此膜上用以抑制和銀之反應之金屬膜的多層膜所形成時，例如，當接觸於銀或銀合金而配置Ni、並於其上形成貴金屬時，係在由銀或銀合金所構成之膜中，可急劇地防止在與氮化物半導體接觸之面的對面上之銀的移動，更可防止遷移。尚且，可防止電極對於發光層所產生之光的反射效率的降低，可得到發光效率高的半導體元件。進一步，在Ni與貴金屬之間，形成Ti或Ta等之時，係防止與氮化物半導體層接觸之銀在氮化物半導體層表面之移動，進一步提升防止遷移之可靠性。
此處之貴金屬係可舉例鉑族系金屬或金等，其中宜為Pt、金。
實質上不與銀反應之金屬，亦即可抑制與銀之反應的金屬，係實質上在1000℃以下之溫度不與銀反應，或抑制與銀之反應的金屬，具體上係可舉例鎳(Ni)、釕(Ru)、鋨(Os)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鎢(W)等。其中，以Ni為宜。
實質上不與銀反應或可抑制與銀反應的金屬，具體上係與銀混合而不成為或難成為固熔體之金屬，於銀之中所混合的比率若小於5wt%，則包含於此。
第1金屬膜之膜厚並無特別限定，例如，銀或銀合金為單層之情形，可有效地反射來自發光層之光的膜厚，具體上可列舉如200埃()至1μm左右、500埃至3000埃左右，較佳為1000埃左右。在積層構造之情形，總膜厚可舉例500埃至5μm左右，500埃至1μm左右，在此程度之範圍內，可適當調整其所含有之銀或銀合金膜。又，積層構造之情形，銀或銀合金膜與在其上之積層膜亦可藉由同一步驟圖案化而為相同的形狀，但以最下層之銀或銀合金膜係被積層於其上之膜(較佳係不與銀反應之金屬膜)所被覆較佳。藉此，在不與銀反應之金屬膜之上，即使形成任一電極材料作為第1金屬膜的一部分，由於不與銀或銀合金膜直接接觸，所以可阻止與銀之反應。
又如上述般，第1金屬膜較宜含有在銀或銀合金膜、及與氮化物半導體層之間的一部分所配置的鎳膜。由於具有氮化物半導體層－鎳－銀或銀合金膜之接合部，而可提高氮化物半導體層與第1金屬膜之密接性。此鎳可在銀或銀合金膜與氮化物半導體層之間作為層而存在，但宜形成島狀(參考第12圖(a)之65a)。藉由使氮化物半導體層－鎳－銀或銀合金膜之接合部、與氮化物半導體層－銀或銀合金膜之接合部共存，俾不使反射效率降低，可得到在氮化物半導體層與電極之間密接力高之發光元件。此鎳膜宜以30埃以下、較宜以10埃以下之厚度存在。此時，銀或銀合金膜若為500埃以上、5μm以下之膜厚，則可得到高的反射特性。
形成第1金屬膜之後或形成第1金屬膜與第2金屬膜之後，藉由在300℃以上、600℃以下之溫度進行回火，可進一步提升氮化物半導體層－鎳－銀或銀合金膜之接合部的密接性。
第1金屬膜為多層膜時，各膜係可為相同形狀及大小(參照第12圖(b)、65a、65b及65c)，且下層之銀或銀合金膜宜藉由積層於其上之膜被覆於上面及側面(第12圖(c)及(d))。在銀或銀合金之上所積層的膜其目的在於防止在銀或銀合金膜表面之遷移。因此，在此膜(或各膜)中，配置於側面之部分的厚度(遠離銀或銀合金膜之方向的厚度，以下相同)較宜形成為比配置於銀或銀合金膜之上方的部分之厚度更薄(第12圖(c)，p>s，q>r)。
又，此時，銀或銀合金膜之厚度大小較宜隨遠離半導體層表面而變小，亦即，以側面形成厚度傾斜之形狀為宜(參照第12圖(d)之67a)。此為可確保在此膜之表面及側面相對於銀之遷移而取得平衡之安定的狀態之故。
第1金屬膜依第1金屬膜之積層狀態而定，例如，在銀之單層膜正上方配置鎳膜之情形等，至少在與氮化物半導體層的界面係成為結晶化，亦即，以結晶狀態為宜。藉由第1金屬膜之結晶化，可確保與氮化物半導體層之更良好的歐姆性，進一步可有效地防止Ag之遷移。此處之結晶化，可為多結晶化或單結晶化之任一者，但以單結晶成為優勢的狀態為佳。所謂已結晶化之狀態，例如藉穿透電子顯微鏡法(TEM)觀察剖面之方法、以掃描型電子顯微鏡法(SSEM)進行觀察之方法、測定電子繞射圖案之方法、以超薄膜評估裝置進行觀察之方法等，而可辨認結晶粒之界面。此時之結晶粒例如宜形成具有10至1μm、更宜為10nm至100nm左右之徑(長、或高或寬)而可辨認者。例如以TEM在氮化物半導體層之表面觀察到第1金屬膜時，就剖面觀察，在寬為1.5μm之範圍中，10nm至1μm之結晶粒占5成以上者為宜。
使第1金屬膜在與氮化物半導體層之界面結晶化之方法，或以結晶狀態形成第1金屬膜的一部分之方法可列舉如：在預定的溫度，藉由蒸鍍法、濺鍍法、離子束輔助蒸鍍法等的方法形成第1金屬膜之方法、或以蒸鍍法、濺鍍法、離子束輔助蒸鍍法等的方法形成第1金屬膜後，在大氣環境下或氮氣包圍氣氛下，以10至30分鐘左右、300至600℃左右的溫度範圍進行熱處理之方法等。
第2金屬膜並無特別限定者，可列舉如：鋅(Zn)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)、釕(Ru)、鋨(Os)、銥(Ir)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、鎢(W)、鑭(La)、銅(Cu)、銀(Ag)、釔(Y)、金(Au)、鋁(Al)等之金屬、合金、ITO、ZnO2 、SnO等之導電性氧化物膜的單層膜或多層膜等。
例如，以Pt單層膜、Au單層膜、Au(上)/Pt(下)之2層構造膜、Pt(上)/Au(中)/Pt(下)之3層構造膜等為宜。
第1金屬膜為銀或銀合金之單層膜時，如上述般，以將實質上不與銀反應之金屬配置於第2金屬膜的至少與第1金屬膜接觸之區域為宜。
尤其，當第1金屬膜為在最上層形成不含銀或銀合金之多層膜時，在第2金屬膜以含有鈦為宜，在第2金屬膜的最下層以配置鈦膜為佳。
又，較宜於第2金屬膜之上面(連接區域)配置用於在此等電極上進行導線接合等、與其他端子連接之一般所使用之導電性材料，例如金、鉑等。再者，以將與後述之絕緣膜密接性良好的材料配置於第2金屬膜之上面為佳。
第2金屬膜的膜厚並無特別限定，例如於其上形成Au凸塊(bump)時，係將第2金屬膜設定成比較厚，形成共晶(Au－Sn等)凸塊時係將第2金屬膜設定成比較薄等，具體上以總膜厚適當調整為100至1000nm左右之範圍為佳。
第2金屬膜係完全被覆第1金屬膜，亦即，以實質上被覆第1金屬膜上面之全部及側面之全面為宜，但對於第2金屬膜不實施積極地使第1金屬膜露出之加工的程度，亦可為脫除些許被覆狀態。又，所謂「第2金屬膜被覆第1金屬膜」亦可為第2金屬膜係隔介其電膜層而被覆第1金屬膜之狀態，但以第2金屬膜以密接或接觸於第1金屬膜而予以被覆之狀態為佳。
尤其，第1金屬膜為多層膜時，第2金屬膜係以較第1金屬膜側面之銀或銀合金膜以外的第1金屬膜厚度還厚為宜。(第12圖(d)中，y<z)。又，第2金屬膜係以配置於側面部分的厚度較配置於第1金屬膜上方之部分的厚度還厚為宜。(第12圖(c)及(d)中，X<Z)。藉此，可有效地防止銀在半導體表面的移動。
如此，特別是，第1金屬膜係由銀或銀合金所構成，且第2金屬膜至少在與第1金屬膜接觸之區域中，以實質上不與銀反應之金屬(可抑制與銀之反應的金屬，例如，鎳)所形成時，係在與氮化物半導體之界面附近中，不使銀的存在率減少。亦即，可防止第1金屬膜中之銀藉與第2金屬膜之反應而擴散、移動至第2金屬膜側等，而進一步形成合金化，可使從發光層所照射之光在氮化物半導體的表面附近以高效率被反射，可更提升發光效率。
絕緣膜只要可被覆上述之電極即可，例如以氮化物膜為宜。代表氮化物膜者可舉例：SiN、TiN、SiOx Ny 等之單層膜或多層膜。其中，以Si作為主成分之氮化膜為宜，以SiN之單層膜等更佳。如此，於被覆電極之絕緣膜中，不使用如SiO2 之水分比較多的膜，而使用含有氮之膜，故只進行一般之製程，便可簡便地形成絕緣膜，尚且氮原子捕捉水分或溼氣，可有效地防止由銀或銀合金所構成之電極上的水分或溼氣，而可防止銀之遷移。
又，絕緣膜係不須完全地被覆電極，而較宜將電極除了用以與其他之端子連接必須的區域之外予以被覆。絕緣膜之膜厚例如適宜為400至1000nm左右。
但，絕緣膜宜被覆電極以及半導體層(例如p層)表面之全面。藉此，可預先防止在p層表面之銀遷移的發生。
在本發明之半導體元件中，上述氮化物半導體層可舉例如於基板上，依序層疊第1導電型氮化物半導體層、發光層、第2導電型氮化物半導體層所構成者。所謂第1導電型意指p型或n型，第2導電型表示與第1導電型相異之導電型，亦即n型或p型。較佳係第1導電型半導體層為n型半導體層，第2導電型半導體層為p型半導體層。藉如此之構成，在很難引起電子擴散之p型氮化物半導體層中，確保良好的歐姆接觸，一面更提升電流擴散，一面可發揮來自發光層之光的反射效率至最大限。因此，可提昇光之取出效率，可得到高品質、高性能之發光元件。
基板係可使用例如藍寶石、尖晶石、SiC、GaN、GaAs等之周知絕緣性基板及導電性基板。其中，以藍寶石基板為佳。
絕緣性基板可於最後予以除去，亦可不予以除去。除去絕緣膜基板時，p電極及n電極可形成於同一面側，亦可形成於相異的面。不除去絕緣膜基板時，一般而言，p電極及n電極任一者均形成於氮化物半導體層上之同一面側。
又，基板不僅其表面為平坦者，亦可規則性或不規則性地形成可使發光層所產生之光進行亂反射程度之凹凸等。
氮化物半導體層並無特別限定，但適宜使用例如Inx Aly Ga1 － x － y N(0≦x、0≦y、x＋y≦1)等之氮化鎵系化合物半導體。氮化物半導體層可為單層構造，但亦可具有MIS接合、PIN接合或有PN接合之均質構造、異質構造或雙異質構造等之層疊構造，亦可為超格子構造、或層疊產生量子效果之薄膜的單一量子井構造或多重量子井構造。又，亦可掺雜n型、p型之任一者的雜質。此氮化物半導體層係可藉由例如有機金屬氣相成長法(MOCVD)、氫化氣相成長法(HVPE)、分子束磊晶成長法(MBE)、濺鍍法、離子鍍法、電子噴灑法等之周知技術來形成。氮化物半導體層之膜厚並無特別限定，可適用各種膜厚。
氮化物半導體層之層疊構造可舉例如以下之(1)至(5)所示者。
(1)由GaN所構成之緩衝層(膜厚：200埃)、由Si摻雜n型GaN所構成之n型接觸層(4 μ m)、由未摻雜In0 . 2 Ga0 . 8 N所構成之單一量子井構造的發光層(30埃)、Mg摻雜p型Al0 . 1 Ga0 . 9 N所構成之p型覆蓋層(0.2 μ m)、Mg摻雜p型GaN所構成之p型接觸層(0.5 μ m)。
(2)由AlGaN所構成之緩衝層(膜厚：100埃)、未摻雜GaN層(1 μ m)、由含有Si 4.5×101 8 /cm3 之GaN所構成之n側接觸層(5 μ m)、由未摻雜GaN所構成之下層(3000埃)、由含有Si 4.5×101 8 /cm3 之GaN所構成之中間層(300埃)、與由未摻雜GaN所構成之上層(50埃)的3層所構成的n側第1多層膜層(總膜厚：3350埃)、未摻雜GaN層(40埃)與未摻雜In0 . 1 Ga0 . 9 N(20埃)反覆互交地各層疊10層且進一步層疊未摻雜GaN層(40埃)之超格子構造的n側第2多層膜層(總膜厚：640埃)、由未摻雜GaN所構成之障礙層(250埃)與由In0 . 3 Ga0 . 7 N所構成之井層(30埃)反覆互交地各層疊6層而再層疊由未摻雜GaN所構成之障礙層(250埃)的多重量子井構造的發光層(總膜厚：1930埃)、含Mg 5×101 9 /cm3 之Al0 . 1 5 Ga0 . 8 5 N(40埃)與含Mg 5×101 9 /cm3 之In0 . 0 3 Ga0 . 9 7 N(25埃)反覆互交地各層疊5層而進一步層疊含Mg 5×101 9 /cm3 之Al0 . 1 5 Ga0 . 8 5 N(40埃)的超格子構造之p側多層膜層(總膜厚：365埃)、含Mg 1×102 0 /cm3 之GaN所構成之p側接觸層(1200埃)。
(3)由AlGaN所構成之緩衝層(膜厚：100埃)、未摻雜GaN層(1 μ m)、含有Si 4.5×101 8 /cm3 之GaN所構成之n側接觸層(5 μ m)、由未摻雜GaN所構成之下層(3000埃)、由含有Si 4.5×101 8 /cm3 之GaN所構成之中間層(300埃)、與由未摻雜GaN所構成之上層(50埃)的3層所構成的n側第1多層膜層(總膜厚：3350埃)、未摻雜GaN層(40埃)與未摻雜In0 . 1 Ga0 . 9 N(20埃)反覆互交地各層疊10層而進一步層疊未摻雜GaN層(40埃)之超格子構造的n側第2多層膜層(總膜厚：640埃)、由未摻雜GaN所構成之障礙層(250埃)與由In0 . 3 Ga0 . 7 N所構成之井層(30埃)與由In0 . 0 2 Ga0 . 9 8 N所構成之第1障礙層(100埃)與由未摻雜GaN所構成之第2障礙層(150埃)反覆互交地各層疊6層所形成之多重量子井構造的發光層(總膜厚：1930埃)(宜反覆互交地層疊之層係3層至6層之範圍)、含Mg 5×101 9 /cm3 之Al0 . 1 5 Ga0 . 8 5 N(40埃)與含Mg 5×101 9 /cm3 之In0 . 0 3 Ga0 . 9 7 N(25埃)反覆互交地各層疊5層而進一步層疊含Mg 5×101 9 /cm3 之Al0 . 1 5 Ga0 . 8 5 N(40埃)的超格子構造之p側多層膜層(總膜厚：365埃)、含Mg 1×102 0 /cm3 之GaN所構成之p側接觸層(1200埃)。
又，其中，藉由從下方由未摻雜之GaN所構成的第1層(1500埃)、由含Si 5×101 7 /cm3 之GaN所構成的第2層(100埃)及未摻雜GaN所構成的第3層(1500埃)所構成之3層構造的下層，作為由設於n側之未摻雜的GaN所構成之下層(3000埃)，而可抑制隨發光元件之驅動時間經過的Vf 變動。
進一步在p側多層膜層與p側接觸層之間，亦可形成GaN或AlGaN(2000埃)。此層係藉由以未摻雜來形成、來自鄰接層的Mg之擴散來顯示p型。藉由設有此層，而提高發光元件之抗靜電壓。當使用於另外設有靜電保護功能之發光裝置時亦可沒有此層，但於發光元件外部不設有靜電保護元件等靜電保護手段時，因可提昇抗靜電壓，故宜設置之。
(4)緩衝層、未摻雜GaN層、含有Si 6.0×101 8 /cm3 之GaN所構成之n側接觸層、未摻雜GaN層(以上為總膜厚6nm之n型氮化物半導體層)、含有Si 2.0×101 8 /cm3 之GaN障礙層與InGaN井層反覆互交地各層疊5層之多重量子井構造的發光層(總膜厚：1000埃)、含Mg 5×101 8 /cm3 之GaN所構成之p型氮化物半導體層(膜厚：1300埃)。
進一步，於p型氮化物半導體層上亦可具有InGaN層(30至100埃，以50埃為宜)。藉此，此InGaN層成為與電極接觸之p側接觸層。
(5)緩衝層、未摻雜GaN層、含有Si 1.3×101 9 /cm3 之GaN所構成之n側接觸層、未摻雜GaN層(以上為總膜厚6nm之n型氮化物半導體層)、含有Si 3.0×101 8 /cm3 之GaN障礙層與InGaN井層反覆互交地各層疊7層之多重量子井構造的發光層(總膜厚：800埃)、含Mg 2.5×102 0 /cm3 之GaN所構成之p型氮化物半導體層。於p型氮化物半導體層上，亦可形成InGaN層(30至100埃，宜為50埃)作為p側接觸層。
藉此等半導體層所構成之半導體元件於平面視中，一般，係四角形或略近似四角形之形狀，而第1半導體層在一個半導體元件的一部份之區域中具有露出區域，該露出區域係任意地除去第1半導體層之深度方向之第2半導體層及發光層的一部份，而使其表面露出。繼而，於此露出之第1半導體層表面係形成第1電極。
本發明之半導體元件係以至少於露出區域而不形成第1電極之區域(亦包含半導體元件的外緣部)形成複數的凹凸為宜。亦即，如後述般，即使發光層存在，因不供給電洞及電子，不作為發光層功能，而於該本身不發光之區域，以形成複數的凹凸為宜。
如此地，藉由形成凹凸，(1)於第1半導體層內進行波導之光係傳入凸部內部，並從凸部之頂部或其中途部分傳出，(2)於第1半導體層內進行導波之光係於凸部之根底進行亂反射、傳出，(3)可認為從發光層端面朝側方射出之光係被複數之凸部反射散射、傳出，亦即，可使橫方向(半導體元件之側面方向)射出之光藉由凹凸而選擇性地射出至第2半導體層側及基板側(半導體元件之上下方向)，藉此，可提高光傳出效率，例如10至20%左右，同時並進行光指向性之控制。尤其，在使發光層以較其折射率低之層挟住的構造(所謂雙異質構造)的半導體元件中，為了在此等折射率低之層間鎖住光，主要係朝側面方向之光，但對於如此構造的發光元件，特別有效。再者，藉設有複數凹凸，可涵蓋第2半導體層側及基板側的全區域而傳出均一的光。
凹凸係於所露出之第1半導體層上，使半導體層成長等，亦可進行用以形成凸部之特別步驟，但當使第1半導體層露出之際或為了分割成各晶片使特定區域薄膜化之際等，宜同時形成。藉此，可抑制製造步驟之增加。如此，凹凸係由與半導體元件之半導體積層構造相同的積層構造，亦即由於由相異材料之複數層來構成，故藉由各層之折射率差異，傳入凸部之光在各層的界面易反射，結果，有助於提高第2半導體層側及基板側之光傳出。
凹凸中之凸部，係於半導體元件剖面中，只要至少高於發光層與鄰接於其之第1半導體層的界面即可，但其頂部宜較發光層更接近第2半導體層側，進一步，更宜實質上與第2半導體層相同高度。亦即，宜以凸部之頂部高於發光層的方式來形成。藉由如含有第2半導體層般構成凸部，因此等之頂部略成為相同高度，故不被後述之第2電極等遮住，從凸部之頂部至第2半導體層側(及基板側)可有效率地傳出光。藉由以高於第2半導體層、較佳係高於第2電極之方式構成凸部，可更有效率地傳出光。又，凸部間之凹部係只要至少低於發光層與臨接於其之第2半導體層之界面即可，宜以低於發光層之方式形成。
凹凸之密度並無特別限定，於1個半導體元件中，至少可形成100個以上、宜200個以上、更宜300個以上、尤宜500個以上。藉此，可更提升上述效果。又，從電極形成面側觀看，形成凹凸之區域占有的面積比率可形成20%以上、宜30%以上、更宜40%以上。上限並無特別限定，但宜形成80%以下。又，一個之凸部的面積就凸部之根底而言，可形成3至300 μ m2 ，宜6至80 μ m2 ，更宜為12至50 μ m2 。
凸部係其縱剖面形狀為如四角形、梯形、半圓等之任一形狀。但，宜為梯形、亦即凸部本身為徐緩變細之圓錐梯形狀。此時之凸部的傾斜角，可舉例如30°至80°，宜為40°至70°。亦即，藉由凸部朝前端而徐緩變細般傾斜，使來自發光層之光在凸部表面全反射，或，使於第1半導體層進行導波之光散射，結果，可有效率地使朝第2半導體層側(及基板側)之光傳出。加上，光之指向性控制更容易，同時並可就全體取出更均一的光。
又，凸部為圓錐梯形狀時，在梯形之上邊(第2半導體層側)，亦可進一步形成凹部。藉此，於第1半導體層內導波而來之光侵入於凸部內部時，藉凸部之頂端所形成之凹部，於第2半導體層側(及基板側)易射出光。
再者，凸部係與半導體層構造之射出端面略成垂直之方向，以2以上為宜、較佳係3以上，至少配置部分重複。藉此，來自發光層之光以高機率作用於凸部，故可更容易地得到上述效果。
本發明之半導體元件一般藉覆晶安裝(面朝下封裝)而封裝於支撐基板，構成半導體發光裝置。
支撐基板係至少在對向於發光元件的電極之面實施配置配線，亦可任意地形成保護元件等，固定、支撐被覆晶安裝之發光元件。支撐基板宜為熱膨脹係數與發光元件約略相等之材料，例如對於氮化物半導體元件而言宜為氮化鋁。藉此，可緩和支撐基板與發光元件之間產生的熱應力影響。又，亦可使用可附加靜電保護元件等之功能之廉價的矽。配線之圖案並無特別限定，但宜為例如正負一對之配線圖案被絕緣分離而互相包圍一方的方式來形成。
將支撐基板連接於引線電極時，亦可從對向於發光元件之面至對向於引線電極之面而藉導電構件施作配線。
具備保護元件之功能的支撐基板係可利用例如Si二極體元件之n型矽基板。藉由於此n型矽基板內選擇性進行雜質離子注入，以形成1以上之p型半導體區域，將反方向崩潰電壓設定於特定的電壓。繼而，於此矽基板之p型半導體區域及n型半導體區域(n型矽基板本身)之上形成p電極及n電極。此等之p電極及n電極的一部份可分別做為接合墊。或，亦可於n型矽基板之下面形成由Au等所構成之n電極做為接合墊。又，於半導體區域係亦可形成具備由銀白色的金屬材料(例如Al、Ag)所構成的反射膜功能之電極，作為p電極及/或n電極。
將半導體元件安裝於支撐基板時，例如在支撐基板上載置由Au所構成之凸塊，或，使用上述保護元件中之p電極及/或n電極作為凸塊，而使半導體元件之p電極及n電極面向在支撐基板所形成的凸塊或電極，進行電性及機械性連接。連接係可藉由例如Au、共晶材(Au－Sn、Ag－Sn)、焊劑(Pb－Sn)、無鉛焊劑等之接合構件而以超音波接合及/或熱處理來進行。直接連接配線與引線電極時，可藉由例如Au糊、銀糊等之接合構件來進行連接。當使用Au作為凸塊時，由於施加超音波與熱而得到連接，故恐會對發光元件中之半導體層會造成損傷。因此，宜於最上層形成Au膜、Au(上)/Pt(下)膜、Au(上)/Pt(中)/Rh(下)膜、Au(上)/Pt(中)/Rh(中)/Au(下)膜之任一者作為半導體元件的第2金屬膜。使用共晶材作為凸塊時，因只施加熱，故亦可只形成Au膜作為第2金屬膜，第1金屬膜亦可為銀之單層膜。使用凸塊時，以凸塊之面積大，且數目多為宜。藉此，可提高來自發光元件之散熱性，同時可提高發光元件對支撐基板之接合強度。
又，於支撐基板上形成保護元件(例如二極體)時，半導體元件與保護元件宜形成2個二極體串聯連接所產生的雙向二極體、與半導體元件之並聯連接。藉此，半導體元件係受順方向/逆方向之過電壓來保護，可形成信賴性高的半導體裝置。
本發明之半導體元件亦可具有將從發光元件而來之光的一部份變換成與其相異波長的光之光變換構件。光變換構件一般係含有受到來自發光元件之發光波長激發而發出螢光光之螢光物質、與接合材所構成。藉此，可提供一種藉由變換發光元件之光，而將來自發光元件之光、與變換光或螢光光予以混合，從而發光成白色系、電燈泡顏色等之發光裝置。光變換構件一般係設於光傳出面側，宜配置於基板側，亦即與電極形成面側相反側。又，將複數之半導體元件搭載於一個支撐基板時，於發光元件間之間隙亦可形成此構件。
光變換構件係如後述，可在被覆發光元件之密封構件、將用於覆晶安裝發光元件之副載件固定於其他支撐體之黏晶材、在發光元件與支撐基板周圍所設置之樹脂層、副載件及封裝體的支撐基體等的各構成構件中及/或各構成構件之周邊中，在於配置或黏結材中含有無機螢光體或有機螢光體的各種螢光物質所構成。
尤其，與密封構件組合之螢光物質，除了以被覆密封構件之發光觀察面側表面之方式設置成片狀外，在從密封構件之發光觀察面側表面及發光元件離開之位置，亦可形成一含有螢光體之層、片材、間隙或濾光片而設於密封構件的內部。又，以被覆覆晶安裝之發光元件之方式所形成之波長變換構件係以含有螢光體之黏結材作為材料，而宜藉用金屬光罩或網版之網版印刷或孔版印刷來形成。藉如此地形成，可容易地在發光元件之周圍形成一具有均一膜厚的波長變換構件。
黏結劑係可舉例如以如環氧樹脂之透光性樹脂、耐光性高之矽酮樹脂、金屬烷氧化物作為起始原料而藉溶膠凝膠法所生成之透光性無機材料等。
來自發光元件之光，與螢光體發出之光在成互補色關係等時，可以混合各別之光俾發出白色系之混色光。具體上，可舉例：來自發光元件之光、與被其激發而進行發光之螢光體的光分別為相當於光之3原色(紅色系、綠色系、藍色系)的情形，或發光元件發出之藍色系的光，與被其激發而進行發光之螢光體的黃色系之光。
發光裝置之發光色，藉由調整螢光體、作為螢光體之黏結劑作用的各種樹脂、玻璃等之無機構件的比率、螢光體的比重、螢光體之量及形狀等，及藉由選擇發光元件之發光波長，可使混色光之色溫度變化，並可提供電燈泡顏色區域的光等任意的白色系之色調。於發光裝置之外部宜來自發光元件之光與來自螢光體之光有效率地透過模具構件。
由於如此之螢光體係在氣相或液相中藉本身重量進行沈澱，故會分散於氣相或液相中，且均一地釋出，尤其於液相中，係使懸濁液靜置，從而可形成具有更高均一性的螢光體之層。再者，依所希望可反覆多次設定所期望的螢光體量。
如以上般所形成之螢光體，可在發光裝置之表面上由一層所構成之波長變換構件中含有2種類以上，亦可於由二層以上所構成之波長變換構件中分別含有一種類或二種類以上。藉此，可得到來自相異種類之螢光體的光之混色所產生的白色光。此時，為了使從各螢光物質所發出之光更佳地混色且減少色不均，各螢光體的平均粒徑及形狀宜為類似。
所謂螢光體之粒徑係依體積基準粒度分布曲線所得到之值，體積基準粒度分布曲線係藉雷射繞射、散射法測定螢光體之粒度分布所得到者。具體上，在氣溫25℃、溼度70%之環境下，使螢光體分散於濃度為0.05%之六偏磷酸鈉水溶液，藉雷射繞射式粒度分布測定裝置(SALD－2000A)，在粒徑範圍0.03μm至700μm測定所得到者。
螢光體亦可使用以YAG系螢光體為代表之鋁/石榴石系螢光體、與可發出紅色系之光的螢光體、尤其是氮化物系螢光體之組合物。此等之YAG系螢光體及氮化物系螢光體係亦可混合後而含在於波長變換構件中，亦可分別含有於由複數層所構成之波長變換構件中。
(鋁/石榴石系螢光體)
鋁/石榴石系螢光體係含有Al，且至少一種選自Y、Lu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及Sm的元素，與選自Ga及In之一個元素，有至少一種選自稀土族元素的元素所賦予之螢光體，有發光自LED晶片之可見光或紫外線激發而發光之螢光體。
可舉例如：YAlO3 ：Ce、Y3 Al5 O12 ：Ce、Y4 Al2 O9 ：Ce、(Y0.8 Cd0.2 )3 Al5 O12 ：Ce、Y3 (Al0.8 Ga0.2 )5 O12 ：Ce、Tb2.95 Ce0.05 Al5 O12 、Y2.90 Ce0.05 Tb0.05 Al5 O12 、Y2.94 Ce0.05 Pr0.01 Al5 O12 、Y2.90 Ce0.05 Pr0.05 Al5 O12 等。尤其可利用含有Y，且以Ce或Pr所賦予活性，組成相異之二種類以上的釔/鋁氧化物系螢光體(釔/鋁/石榴石系螢光體(以下，稱為「YAG系螢光體」))。尤其在高亮度且長時間使用中宜為(Re1-x Smx )3 (Al1-y Gay )5 O12 ：Ce(0≦x<1、0≦y≦1，但Re係至少一種選自由Y、Gd、La所構成之族群的元素)等。
(Re1-x Smx )3 (Al1-y Gay )5 O12 ：Ce螢光體由於為石榴石構造，所以熱、光及水分很強，激發光譜之峰值可在470nm附近等。又，發光光譜亦可在530nm附近至720nm擁有裙帶之曲線圖的發光光譜。
螢光體亦可混合2種類以上之螢光體。亦即，對於上述YAG系螢光體而言，可混合Al、Ga、Y、La及Gd或Sm之含量為相異之2種類以上的(Re1-x Smx )3 (Al1-y Gay )5 O12 ：Ce螢光體，可增加RGB的波長成分。又，由於目前半導體元件的發光波長具有產生參差不齊者，可混合調整2種類以上之螢光體而得到所希望的白色系的混色光等。具體上，係配合發光元件之發光波長而調整色度點之相異螢光體的量，從而可使以其螢光體間與發光元件連結之色度圖上的任意點發光。
若將於發光層使用氮化物系化合物半導體之發光元件所發出的藍色系之光、因吸收藍色光而從體顏色為黃色之螢光體發光之綠色系的光、與紅色系之光予以混色顯示時，可進行所希望之白色系發光色顯示。為了使如此之混色光發光，亦可於環氧樹脂、丙烯酸系樹脂或矽酮樹脂等之各種樹脂、氧化矽、氧化鋁等之透光性無機物中含有螢光體之粉體或塊體。如此地含有螢光體者，可依用途而使用用以使來自發光元件之光透過而很薄地形成之點狀者、層狀者。藉由調整螢光體與透光性無機物之比率或塗布、填充量以及選擇發光元件之發光波長，從而可得到含有白色電燈泡色等任意的色調。
又，藉由使2種類以上之螢光體針對來自各發光元件之入射光而依序配置可以有效率地發光。亦即，於具有反射構件之發光元件上，於長波長側具有吸收波長、且含有可於長波長發光之螢光體的色變換構件，與於較其更長波長側具有吸收波長、且可在更長波長發光之色變換構件予以層疊等，從而可以有效利用反射光。
若使用YAG系螢光體，即使在與放射照度為(Ee)＝0.1 W．cm－ 2 以上、1000W．cm－ 2 以下之發光元件接觸或接近配置時，亦可形成高效率地具有充分耐光性之發光裝置。
Ce賦予活性之可綠色系發光的YAG系螢光體，因係有石榴石構造，熱、光及水分很強，故激發吸收光譜之峰值波長在420nm至470nm附近等。又，發光光譜波長λp亦在510nm附近至700nm附近具有裙帶之曲線圖的發光光譜。另外，以Ce賦予活性之釔/鋁氧化物系螢光體可紅色系發光之YAG系螢光體，係石榴石構造，熱、光及水分很強，激發吸收光譜之峰值波長可在420nm至470nm附近。又，發光峰值波長λp亦在600nm附近至750nm附近具有裙帶之曲線圖的發光光譜。
於石榴石構造的YAG系螢光體之組成中，藉由以Ga取代Al之一部分，從而使發光光譜偏移至短波長側，又，以Gd及/或La取代組成之Y的一部分，從而使發光光譜偏移至長波長側。如此地使組成變化，可連續地調節發光色。因此，具備利用長波長側之強度藉由Gd之組成比予以連續地改變等而將氮化物半導體之藍色系發光而變換成白色系發光的理想條件。Y之取代不足2成時，係綠色成分變大且紅色成分變少，8成以上時，係紅色成分增加亮度急劇地降低。
對在激發吸收光譜中亦同樣地，石榴石構造之YAG系螢光體的組成中，以Ga取代Al之一部分，俾激發吸收光譜偏移至短波長側，又，以Gd及/或La取代組成之Y的一部分，則激發吸收光譜偏移至長波長側。YAG系螢光體 的激發吸收光譜之峰值波長，宜在較發光元件之發光光譜的峰值波長還短波長側，若有如此地構成時，於發光元件中增加入投入之電流時，激發吸收光譜之峰值波長因與在於發光元件之發光光譜的峰值波長幾乎一致，故不會降低螢光體之激發效率，可形成抑制色度偏差發生的發光裝置。
鋁/石榴石系螢光體可以如下之方法來製造。
首先，使用氧化物或在高溫下易成為氧化物之化合物作為Y、Gd、Ce、La、Al、Sm、Pr、Tb及Ga的原料，使其等以化學計量比充分混合而得到原料。或，將使Y、Gd、Ce、La、Sm、Pr、Tb之稀土族元素以化學計量比溶解於酸之溶解液以草酸共沉者進行燒成所得到之共沈氧化物、與氧化鋁、氧化鎵混合而得到混合原料。
於其中適量混合氟化銨等之氟化物作為助焊劑而填塞於坩堝中，在空氣中1350至1450℃之溫度範圍燒成2至5小時而得到燒成品，此燒成品在水中進行球研磨，洗淨、分離、乾燥，最後通過篩網而可得到螢光體。
又，藉由二階段燒成，即由混合螢光體原料之混合原料與助焊劑所構成之混合物，在大氣中或弱還原氣體包圍環境中進行燒成之第一燒成步驟；與，在還原氣體包圍環境中進行燒成之第二燒成步驟，可以製造螢光體。此處，所謂弱還原氣體包圍環境係謂從混合原料形成所希望的螢光體之反應過程中，以至少含有必需氧量之方式所設定之弱還原氣體包圍環境，在此弱還原氣氛環境中燒成至所希望之螢光體的構造形成結束為止，可防止螢光體之變黑，且可防止光之吸收效率的降低。又，所謂第二燒成步驟中之還原氣氛環境，意指較弱還原氣氛環境還強的還原氣氛環境。如此地若以二階段進行燒成，可得到激發波長之吸收效率高的螢光體。
使用如此所形成之螢光體，形成發光裝置時，可減少用以得到所希望之色調必需的螢光體量，並可提高光傳出效率。
以組成相異之2種類以上的鈰所賦予活性之鋁/石榴石系螢光體，亦可混合使用，亦可分別獨立配置。使螢光體分別獨立配置時，宜依序配置從發光元件使光在更短波長側易吸收發光的螢光體，在較其更長波長側易吸收發光之螢光體。藉此可以更有效率地吸收及發光。
(鎦/鋁/石榴石系螢光體)鎦/鋁/石榴石系螢光體係以通式(Lu1 － a － b Ra Mb )3 (Al1 － c Gac )5 O1 2 (但，R係以Ce作為必須之至少一種以上的稀土族元素。M係至少一種選自Sc、Y、La、Gd的元素，0.0001≦a≦0.5，0≦b≦0.5,0.0001≦a＋b<1,0≦c≦0.8)所示之螢光體。例如，組成式以(Lu0 . 9 9 Ce0 . 0 1 )3 Al5 O1 2 、(Lu0 . 9 0 Ce0 . 1 0 )3 Al5 O1 2 、(Lu0 . 9 9 Ce0 . 0 1 )3 (Al0 . 5 Ga0 . 5 )5 O1 2 所示。
鎦/鋁/石榴石系螢光體(以下，有時稱為「LAG系螢光體」)係如以下般做法而得到。
使用鎦化合物、稀土族元素R之化合物、稀土族元素M之化合物、鋁化合物及鎵化合物作為螢光體原料，對於各化合物而以成為上述通式之比率的方式秤取、混合、或於此等螢光體原料中加入助焊劑而混合，而得到原料混合物。
將此原料混合物充填於坩鍋後，於還原性氣氛環境中以1200至1600℃燒成，冷卻後予以分散處理，從而得到以上述通式所示之螢光體。
最好使用藉氧化物或熱分解成為氧化物之碳酸鹽、氫氧化物等之化合物作為螢光體原料。又，亦可使用全部或一部分含有構成螢光體之各金屬元素的共沈物做為螢光體原料。例如於含有此等元素的水溶液中加入鹼、碳酸鹽等之水溶液，則得到共沈物，再進行乾燥或熱分解後使用。助焊劑係宜為氟化物、硼酸鹽等，相對於螢光體原料100重量份可添加0.01至1.0重量份的範圍。燒成氣氛環境係宜為賦活劑之鈰未被氧化的還原性環境。更宜為氫濃度為3.0體積%以下之氫/氮的混合氣體環境。燒成溫度宜為1200至1600℃，可得到目的之中心粒徑的螢光體。以1300至1500℃更佳。
在上述通式中，R為賦活劑，以Ce作為必須之至少一種以上的稀土族元素，具體上係Ce、La、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lr。R亦可只為Ce，但亦可含有至少一種選自Ce與Ce以外的稀土族元素之元素。Ce以外之稀土族元素係作用成為共賦活劑。此處，Ce相對於R全量，宜含有70莫耳%以上。a值(R量)係考慮發光亮度的降低，宜為0.0001≦a≦0.5，更宜為0.001≦a≦0.4，最宜為0.005≦a≦0.2。b值(M量)係宜為0≦b≦0.5時，更宜為0≦b≦0.4，最宜為0≦b≦0.3。例如，M為Y時，若b值超過0.5，長波長紫外線至短波長可見光，尤其在360至410nm激發所產生之發光亮度非常降低。c值(Ga值)因可防此發光波長偏移至短波長而降低發光亮度，故宜為0≦c≦0.8，更宜為0≦c≦0.5。
LAG系螢光體的中心粒徑宜為1至100μm之範圍，更宜為5至50μm的範圍，更好為5至15μm範圍。小於1μm之螢光體有易形成凝集體的傾向。對此，5至50μm之粒徑範圍之螢光體，光之吸收率及變換效率高，易形成光變換構件。如此，藉由含有具有光學性優異特徵的粒徑大之螢光體，亦可以提昇發光裝置之量產性。又，宜頻率高地含有具有上述中心粒徑值之螢光體，頻率值宜為20%至50%。如此，藉由使用粒徑之參差不齊小之螢光體，可得到更可控制色不均且具有良好色調的發光裝置。
鎦/鋁/石榴石系螢光體係因在300nm至550nm之波長區域的紫外線或可見光更有效率地被激發並發光，故可以有效利用來作為光變換構件所含有的螢光體。進一步藉由使用組成式相異之複數種的LAG系螢光體以及其他的螢光體，可使發光色做各種改變。藉由來自半導體元件之藍色系的發光、與來自吸收此發光而發黃色系光之螢光體的發光之混色，可發出白色系之混色光的習知發光裝置，因係利用使來自發光元件之光的一部分透過，故具有可簡化構造本身以及易提昇輸出之優點。另一方面，上述發光裝置係因以2色之混色來產生發光，故顯色性不充分，而需要改良。於是，利用LAG系螢光體而產生白色系的混色光之發光裝置，與習知之發光裝置比較可提昇其顯色性。又，LAG系螢光體係與YAG系螢光體比較因有溫度特性優異，故可得到劣化、色差很少之發光裝置。
(氮化物系螢光體)此螢光體係亦可利用一種氮化物系螢光體，其係含有N，且含有至少一種選自Be、Mg、Ca、Sr、Ba、及Zn之元素、與至少一種選自C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr及Hf的元素，並以至少一種選自稀土族元素的元素賦予活性。又，氮化物系螢光體係指藉由吸收來自LED晶片所發出之可視光、紫外線及YAG系螢光體的發光而被激發且發光之螢光體。
可舉例如：Sr2 Si5 N8 ：Eu,Pr、Ba2 Si5 N8 ：Eu,Pr、Mg2 Si5 N8 ：Eu,Pr、Zn2 Si5 N8 ：Eu,Pr、SrSi7 N1 0 ：Eu,Pr、BaSi7 N1 0 ：Eu,Ce、MgSi7 N1 0 ：Eu,Ce、ZnSi7 N1 0 ：Eu,Ce、Sr2 Ge5 N8 ：Eu,Ce、Ba2 Ge5 N8 ：Eu,Pr、Mg2 Ge5 N8 ：Eu,Pr、Zn2 Ge5 N8 ：Eu,Pr、SrGe7 N1 0 ：Eu,Ce、BaGe7 N1 0 ：Eu,Pr、MgGe7 N1 0 ：Eu,Pr、ZnGe7 N1 0 ：Eu,Ce、Sr1 . 8 Ca0 . 2 Si5 N8 ：Eu,Pr、Ba1 . 8 Ca0 . 2 Si5 N8 ：Eu,Ce、Mg1 . 8 Ca0 . 2 Si5 N8 ：Eu,Pr、Zn1 . 8 Ca0 . 2 Si5 N8 ：Eu,Ce、Sr0 . 8 Ca0 . 2 Si7 N1 0 ：Eu,La、Ba0 . 8 Ca0 . 2 Si7 N1 0 ：Eu,La、Mg0 . 8 Ca0 . 2 Si7 N1 0 ：Eu,Nd、Zn0 . 8 Ca0 . 2 Si7 N1 0 ：Eu,Nd、Sr0 . 8 Ca0 . 2 Ge7 N1 0 ：Eu,Tb、Ba0 . 8 Ca0 . 2 Ge7 N1 0 ：Eu,Tb、Mg0 . 8 Ca0 . 2 Ge7 N1 0 ：Eu,Pr、Zn0 . 8 Ca0 . 2 Ge7 N1 0 ：Eu,Pr、Sr0 . 8 Ca0 . 2 Si6 GeN1 0 ：Eu,Pr、Ba0 . 8 Ca0 . 2 Si6 GeN1 0 ：Eu,Pr、Mg0 . 8 Ca0 . 2 Si6 GeN1 0 ：Eu,Y、Zn0 . 8 Ca0 . 2 Si6 GeN1 0 ：Eu,Y、Sr2 Ce5 N8 ：Pr、Ba2 Si5 N8 ：Pr、Sr2 Si5 N8 ：Tb、Ba2 Ge7 N1 0 ：Ce等，但並無特別限定。
氮化物螢光體所含有之稀土族元素宜含有Y、La、Ce、Pr、Nd、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu之中至少一種以上，但亦可含有Sc、Sm、Tm、Yb。此等之稀土族元素係單體之外，以氧化物、醯亞胺、醯胺等之狀態混合於原料中。稀土族元素主要具有安定的3價電子配置，但Yb、Sm等具有2價之電子配置，Ce、Pr、Tb等具有4價之電子配置。使用氧化物之稀土族元素時，氧之關係對螢光體之發光特性有影嚮，亦即，因含有氧，有時也會產生發光亮度之降低。相反的，亦具有縮短殘餘光等之優點。
若使用Mn時，可增大粒徑，亦可謀求發光亮度之提昇。又，使用La作為共賦活劑時，氧化鑭(La2 O3 )為白色之結晶，若放置於空氣中，會迅速取代成碳酸鹽，宜在惰性氣體氣氛環境中保存。
使用Pr作為共賦活劑時，氧化鐠(Pr6 O1 1 )為與一般之稀土族氧化物Z2 O3 相異，以非化學計量論性氧化物，將Pr之草酸鹽、氫氧化物、碳酸鹽等在空氣中加熱至800℃，可得到具有Pr6 O1 1 組成之黑色粉體。Pr6 O1 1 係成為Pr化合物合成之起始物質，且高純度者已被販售。
尤其，添加Mn之Sr－Ca－Si－N：Eu、Ca－Si－N：Eu、Sr－Si－N：Eu、Sr－Ca－Si－O－N：Eu、Ca－Si－O－N：Eu、Sr－Si－O－N：Eu系矽氮化物。此螢光體之基本構成元素係以通式LX Siy N( 2 / 3 x ＋ 4 / 3 y ) ：Eu、或Lx Siy Oz N( 2 / 3 x ＋ 4 / 3 y － 2 / 3 z ) ：Eu(L係Sr、Ca、Sr與Ca之任一者)所示。通式中，x及Y係以x＝2，Y＝5或X＝1、Y＝7為宜，但可使用任意者。具體上，基本構成元素宜使用添加有Mn之(Srx Ca1 － x )2 Si5 N8 ：Eu、Sr2 Si5 N8 ：Eu、Ca2 Si5 N8 ：Eu、Srx Ca1 － x Si7 N1 0 ：Eu、SrSi7 N1 0 ：Eu、CaSi7 N1 0 ：Eu所示之螢光體，但在此螢光體的組成中亦可含有至少一種以上選自Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及Ni所構成之族群。L為Sr、Ca、Sr與Ca之任一者。Sr與Ca係可依所希望而改變調配比。藉由於螢光體之組成中使用Si以得到廉價且結晶性良好的螢光體。
於發光中心使用稀土族元素之Eu。亦即本螢光體係對於母體之鹼土族金屬系氮化矽，使用Eu2 ＋ 作為賦活劑。例如宜使用銪單體、氮化銪。但添加Mn時，並無此限制。
添加物之Mn係促進Eu2 ＋ 的擴散，並謀求發光亮度、能量效率、量子效率等之發光效率的提昇。Mn係含在原料中、或在於製造步驟中含有Mn單體或Mn化合物，並與原料一起燒成。
螢光體係於基本構成元素中或在與基本構成元素同時含有至少一種以上選自由Mg、Ca、In、Li、Na、K、Re、Mo、Fe、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及N所構成之族群。此等之元素係具有增大粒徑，或提高發光亮度等之作用。又，B、Al、Mg、Cr及Ni可抑制殘餘光。
如此之氮化物系螢光體係可藉由發光元件吸收所發出之光的一部分而發出從黃色至紅色區域的光。提供一種發光裝置，其係一起使用氮化物系螢光體與YAG系螢光體，而以發光元件所發出之光、與以氮化物系螢光體所產生的黃色至紅色光藉由混色以產生暖色系之白色系的混色光。於氮化物系螢光體之外所加入的螢光體係宜含有以鈰所賦予活性的釔/鋁氧化物螢光物質。藉由含有前述釔/鋁氧化物螢光物質，可調節所希望的色度。以鈰所賦予活性的釔/鋁氧化物螢光物質係吸收發光元件光之一部分而發出黃色區域之光。
此處，以發光元件所發出之光、與釔/鋁氧化物螢光物質之黃色光藉由混色發出白色系之混色光。因此，提供一種發光裝置，其係使此釔/鋁氧化物螢光物質與進行紅色發光之螢光體，一起混合於具有透光性之塗布構件中，藉由與以發光元件所發出之藍色光組合可發出白色系之混色光。尤佳係色度位於色度圖中之黑體輻射的軌跡上的白色系發光裝置。但，為了提供所希望的色溫度之發光裝置，亦可適當變更釔/鋁氧化物螢光物質的螢光體量與紅色發光之螢光體量。使此白色系之混色光進行發光的裝置，係謀求特殊顯色評估數R9的改善。只以習知藍色發光元件與鈰賦予活性的釔/鋁氧化物螢光物質組合之白色系發光裝置，係於色溫度Tcp＝4600K附近特殊顯色評估數R9幾乎接近0，紅色成分不足。因此，提高特殊顯色評估數R9成為要解決的課題，但在本發明中藉由共同使用紅色發光之螢光體與釔/鋁氧化物螢光物質，可在色溫度Tcp＝4600K附近提高特殊顯色評估數R9至40附近。
其次，說明螢光體((Srx (Ca1 － x )2 Si5 N8 ：Eu)的製造方法，但並不侷限於本製造方法。於上述螢光體中含有Mn、O。
首先，粉碎Sr、Ca之原料。原料之Sr、Ca宜使用單體，但亦可使用醯亞胺化合物、醯胺化合物等之化合物。又，原料之Sr、Ca中亦可含有B、Al、Cu、Mg、Mn、MnO、M2 O3 、Al2 O3 等。原料之Sr、Ca係在氬氣包圍環境中在手套箱內進行粉碎。以粉碎所得到之Sr、Ca宜為平均粒徑約0.1μm至15μm。Sr、Ca的純度宜為2N以上。為了使混合狀態更良好，使金屬Ca、金屬Sr、金屬Eu之中至少1以上形成合金狀態後，進行氮化，粉碎後，亦可作為原料使用。
粉碎原料之Si。原料之Si係宜使用單體，但亦可使用氮化物化合物、醯亞胺化合物、醯胺化合物等。例如為Si3 N4 、Si(NH2 )2 、Mg2 Si等。原料之Si的純度宜為3N以上者，但亦可含有Al2 O3 、Mg、金屬硼化物(CO3 B、Ni3 B、CrB)、氧化錳、H3 BO3 、B2 O3 、Cu2 O、CuO等之化合物。Si亦與原料之Sr、Ca同樣地，在氬氣包圍氣氛中，或氮氣氣氛中，進行手套箱內粉碎。Si化合物之平均粒徑宜為約0.1μm至15μm。
繼之，使Sr、Ca在氮氣包圍環境中進行氮化。Sr、Ca亦可混合後氮化，亦可各別地進行氮化。藉此，可得到Sr、Ca的氮化物。又，使原料之Si在氮氣包圍氣氛中進行氮化可得到氮化矽。
粉碎Sr、Ca或Sr－Ca的氮化物。使Sr、Ca、Sr－Ca的氮化物，在氬氣包圍環境中，或氮氣包圍環境中進行手套箱內粉碎。
同樣地，粉碎Si的氮化物、Eu的化合物Eu2 O3 。使用氧化銪作為Eu的化合物，但亦可使用金屬銪、氮化銪等。此外，原料之Z亦可使用醯亞胺化合物、醯胺化合物。粉碎後之鹼土族金族的氮化物、氮化矽及氧化銪的平均粒徑宜均為約0.1μm至15μm。
在上述原料中亦可含有至少一種以上選自由Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及Ni所構成之族群。又，Mg、Zn、B等之上述元素在以下的混合步驟中亦可調節配合量混合。此等之化合物亦可單獨添加於原料中，但一般以化合物之形態添加。此種之化合物中有H3 BO3 、Cu2 O3 、MgCl2 、MgO/CaO、Al2 O3 、金屬硼化物(CrB、Mg3 B2 、AlB2 、MnB)、B2 O3 、Cu2 O、CuO等。
進行上述粉碎後，混合Sr、Ca、Sr－Ca的氮化物、Si之氮化物、Eu之化合物Eu2 O3 ，添加Mn。此等之混合物因易被氧化，所以在氬氣包圍環境中或氮氣包圍環境中進行手套箱內混合。
最後，使Sr、Ca、Sr－Ca的氮化物、Si之氮化物、Eu之化合物Eu2 O3 之混合物，在氨氣包圍環境中進行燒成。藉由燒成，可得到經添加Mn之(Srx Ca1 － x )2 Si5 N8 ：Eu所示之螢光體。但，藉由變更各原料之調配比率，可變更作為目的之螢光體的組成。
燒成可使用管狀妒、小型妒、高周波妒，金屬妒等。燒成溫度可於1200至1700℃的範圍進行燒成，但宜為1400至1700℃之燒成溫度。燒成係徐緩地昇溫，宜使用在1200至1500℃進行數小時燒成的一階段燒成，但亦可使用在800至1000℃進行第一階段的燒成，並徐緩地加熱而在1200至1500℃進行第2階段之燒成的二階段燒成(多階段燒成)。螢光體之原料宜使用氮化硼(BN)材質的坩堝、舟體堝進行燒成。除氮化硼材質的坩堝外，亦可使用氧化鋁(Al2 O3 )材質的坩堝。
發出帶紅色之光的螢光體，可使用氮化物系螢光體，但亦可組合而使用上述YAG系螢光體與可發出紅色系光之螢光體。如此之發紅色系的光之螢光體，係藉由波長400至600nm之光激發而進行發光之螢光體，可舉例如Y2 O2 S：Eu、La2 O2 s：Eu、CaS：Eu、SrS：Eu、ZnS：Mn、ZnCdS：Ag，Al、ZnCdS：Cu、Al等。
如此地藉由使用YAG系螢光體與發出紅色系光之螢光體，可更提高發光裝置之顯色性。
如此做法所形成、以鋁/石榴石系螢光體、及氮化物系螢光體為代表之可發紅色系光之螢光體，在發光元件的周邊，可在由一層所構成的波長變換構件中存在二種類以上，亦可於由二層所構成的波長變換構件中分別存在一種類或二種類以上。若形成如此之構成，可得到來自相異種類之螢光體的光之混色所產生的混色光。此時，為了更良好地混合來自各螢光物質所發出之光且減少色不均，各螢光體之平均粒徑及形狀以類似為佳。又，考慮到氮化物系螢光體係吸收藉由YAG系螢光體予以波長變換之光的一部份，故宜以氮化物系螢光體配置於較YAG系螢光體更接近發光元件的位置之方式形成波長變換構件。藉如此地構成，藉由YAG系螢光體予以波長變換之光的一部份會被氮化物系螢光體吸收而消失，與混合而含有YAG系螢光體與氮化物系螢光體時比較，可提升混色光之顯色性。
(鹼土族金屬矽酸鹽)亦可具有以銪賦予活性之鹼土族金屬矽酸鹽，作為吸收發光元件發出之光的一部份，使具有與其吸收光之波長相異的波長之光進行發光之螢光體。鹼土族金屬矽酸鹽係可形成以藍色區域之光作為激發光，使暖色系之混色光進行發光的發光裝置。此鹼土族金屬矽酸鹽宜為如下之通式所示之鹼土族金屬正矽酸鹽。
(2－x－y)SrO．x(Ba，Ca)O．(1－a－b－c－d)SiO2 ．aP2 O5 bAl2 O3 cB2 O3 dGeO2 ：yEu2 ＋ (式中，0<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5)(2－x－y)BaO．x(Sr，Ca)O．(1－a－b－c－d)SiO2．aP2 O5 bAl2 O3 cB2 O3 dGeO2 ：yEu2 ＋ (式中，0.01<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5)此處，較佳係a、b、c及d之值中，至少一個大於0.01。
由鹼土族金屬鹽所構成之螢光體，除了上述鹼土族金屬矽酸鹽之外，亦可具有以銪及/或錳所賦予活性之鹼土族金屬鋁酸鹽或Y(V，P，Si)O4 ：Eu、或以如下式所示之鹼土族金屬－鎂－二矽酸鹽。
Me(3－x－y)MgSi2 O3 ：xEu，yMn(式中，0.005<X<0.5、0.005<Y<0.5，Me表示Ba及/或Sr及/或Ca)其次，說明由鹼土族金屬矽酸鹽所構成之螢光體的製造步驟。
為了鹼土族金屬矽酸鹽之製造，依照所選擇之組成而仔細地混合起始物質鹼土族金屬碳酸鹽、二氧化矽及氧化銪的化學理論計量，且於螢光體之製造常用之固體反應，還原性包圍氣氛下，於溫度1100℃及1400℃變換成所希望之螢光體。此時，宜添加0.2莫耳以下之氯化銨或其他之鹵化物。又，依需要亦可以鍺、硼、鋁、磷取代部分之矽，亦可以錳取代部分之銪。
如上述之螢光體，亦即藉由組合以銪及/或錳賦予活性之鹼土族金屬鋁酸鹽或Y(V，P，Si)O4 ：Eu、Y2 O2 S：Eu3 ＋ 之一個或此等之螢光體，如下表所示般，可得到具有所希望之色溫度的發光色及高的色再現性。
(其他之螢光體)就螢光體而言，可使用受到由紫外光至可視光區域的光激發而發光之螢光體，具體例，可舉例以下之螢光體。
(1)以Eu、Mn或Eu與Mn賦予活性之鹼土族鹵素磷灰石螢光體；例如，M5 (PO4 )3 (Cl、Br)：Eu(但，M係至少一種選自Sr、Ca、Ba、Mg)、Ca1 0 (PO4 )6 ClBr：Mn，Eu等之螢光體。
(2)以Eu、Mn或Eu與Mn賦予活性之鹼土族鋁酸鹽螢光體；例如，BaMg2 Al1 6 O2 7 ：Eu、BaMg2 Al1 0 O2 7 ：Eu,Mn、Sr4 Al1 4 O2 5 ：Eu、SrAl2 O4 ：Eu、Ca Al2 O4 ：Eu、BaMgAl1 0 O1 7 ：Eu、BaMgAl1 0 O1 7 ：Eu,Mn等之螢光體。
(3)以Eu賦予活性之稀土族酸硫化物螢光體，例如，La2 O2 S：Eu、Y2 O2 S：Eu、Gd2 O2 S：Eu等之螢光體。
(4)(Zn、Cd)S：Cu、Zn2 GeO4 ：Mn、3.5MgO．0.5 MgF2 .GeO2 ：Mn、Mg6 As2 O1 1 ：Mn、(Mg、Ca、Sr、Br)Ga2 S4 ：Eu、Ca1 0 (PO4 )6 FCl：Sb,Mn、或(5)以Eu賦予活性之有機錯合物螢光體。
又，此等之螢光體可在由一層所構成之波長變換構件中單獨使用，亦可混合使用。再者，亦可於層疊二層以上而構成之波長變換構件中分別單獨使用，亦可混合使用。
本發明之半導體元件宜以密封構件密封。藉此，可保護半導體元件等而隔離來自外部環境之外力、塵埃或水分等。又，藉由適當調整其形狀，而可賦予從發光元件所放出之光的指向特性，例如賦予透鏡效果，並可控制之。密封構件之形狀，例如可為凸透鏡形狀或鐘罩型、凹透鏡形狀等，從發光觀測面側觀看而形成橢圓形、立方體、三角柱等各種之形狀。密封構件係可使用耐光性、透光性優之環氧樹脂、丙烯酸樹脂、醯亞胺樹脂、矽酮樹脂等之有機物質或陶瓷等無機物質。又，就於密封構件中使來自發光元件之光擴散的目的而言，亦可含有氧化鋁、氧化鋇、鈦酸鋇、氧化矽等。同樣地，為了擁有遮斷外來光或來自發光元件的不需要波長的過濾效果，亦可添加各種著色劑。再者，含有受來自發光元件的發光波長激發並發出螢光之螢光物質。又，亦可含有使密封樹脂之內部應力緩和的各種填充劑。
又，所謂連接於氮化物半導體層之電極係亦可為連接於第2導電型半導體層之第2電極及連接於第1導電型半導體層之第1電極的任一者。其中，宜為以半導體元件之全面或近似全面的面積所形成之p電極。藉此，可藉含有上述之銀電極而更有效率地反射在發光層所產生之光，並可有效地利用反射光。
但，連接於氮化物半導體層之電極未必僅任一者的電極，於p電極及n電極之兩者中，亦可適當選擇上述之材料、或亦可用完全相同的層疊構造形成。如此地，在兩者之電極中，藉由形成銀或銀合金作為第1金屬膜，即使於形成n電極之區域下，亦即，在半導體元件的略為全面，可反射光，並可更提升光取出效率。又，在n電極中，藉由於第1金屬膜上形成第2金屬膜，即使於進行熱處理後，亦可防止成為肖脫基(Schottky)連接，得到信賴性高的n電極。
以下，依據圖式詳細說明本發明之半導體元件。
實施例1
此實施例之半導體元件於第1圖中表示。
此半導體元件1係於藍寶石基板2之上層疊由Al0 . 1 Ga0 . 9 N所構成之緩衝層(未圖示)、未摻雜GaN層(未圖示)，於其上，層疊由Si摻雜GaN所構成之n型接觸層、GaN層(40埃)與InGaN層(20埃)交互層疊10次之超格子的n型覆蓋層做為n型半導體層3，再者，於其上依序層疊使GaN層(250埃)與InGaN層(30埃)交互層疊3至6次之多重量子井構造的發光層4、以及使Mg摻雜Al0 . 1 Ga0 . 9 N層(40埃)與Mg摻雜InGaN層(20埃)交互層疊10次之超格子的P型覆蓋層、由Mg摻雜GaN所構成之p型接觸層做為p型半導體層5。
在n型半導體層3之一部分區域中，係除去於其上層疊之發光層4及p型半導體層5，並進一步除去n型半導體層3本身之厚度方向的一部分而露出，於其所露出之n型半導體層3上形成n電極9。
於P型半導體層5上為約全面地形成p電極8，p電極8係由第1金屬膜6與第2金屬膜7所構成，而第1金屬膜6乃由膜厚1000埃之Ag膜所構成，第2金屬膜7乃由完全被覆此之膜厚1000埃之Pt膜所構成。從未形成電極之半導體層的上面及側面，涵蓋p電極8及n電極9的一部上，形成由膜厚6000埃之SiN膜所構成之絕緣膜10。
如此之半導體元件係可依以下之製造方法來形成。
〈半導體層之形成〉於2英吋直徑的藍寶石基板2之上，使用MOVPE反應裝置，層疊由Al0 . 1 Ga0 . 9 N所構成之緩衝層100埃、未摻雜GaN層1.5μm、層疊由Si摻雜GaN所構成之n型接觸層2.165μm、GaN層(40埃)與InGaN層(20埃)交互層疊10次之超格子的n型覆蓋層640埃做為n型半導體層3、使GaN層(250埃)與InGaN層(30埃)交互層疊3至6次之多重量子井構造的發光層4、使Mg摻雜Al0 . 1 Ga0 . 9 N層(40埃)與Mg摻雜InGaN層(20埃)交互層疊10次之超格子的p型覆蓋層0.2μm、由Mg摻雜GaN所構成之p型接觸層0.5μm之膜厚做為p型半導體層5，以此順序成長，製作晶圓。
〈蝕刻〉使所得到之晶圓在反應容器內、氮氣包圍氣氛中、600℃下進行回火，進一步使p型覆蓋層及p型接觸層低電阻化。
回火後，從反應容器取出晶圓，於最上層之p型接觸層之表面形成預定形狀的光罩，在蝕刻裝置從光罩之上進行蝕刻，使n型接觸層之一部分露出。
〈電極之形成〉除去光罩後，於濺鍍裝置中設置晶圓，將銀靶設置於濺鍍裝置內。藉由濺鍍裝置，且使用氬氣做為濺鍍氣體，於晶圓之p型接觸層的約略全面以1000埃的膜厚形成Ag膜。
使所得到之Ag膜，利用光阻劑圖案化成預定的形狀，進一步，於其上使用Pt靶，而如被覆Ag膜般，以1000埃的膜厚形成Pt膜，形成p電極8。
於經露出之n型接觸層上，以7000埃的膜厚形成由Rh/Pt/Au所構成之n電極9。
然後，於回火裝置中，以不對p型接觸層等之半導體層的元件特性造成影響、Ag與Pt不會混合之溫度以下的溫度實施熱處理。
〈絕緣膜之形成〉在含有n電極9及p電極8之p型接觸層及n型接觸層上，藉光阻劑形成具有預定圖案之光罩，於其上以6000埃形成SiN膜，藉剝離法，形成被覆n電極9及p電極8之一部分的絕緣膜10。
〈墊電極之形成〉於絕緣膜10、n電極9及p電極8之上，藉光阻劑形成具有預定圖案之光罩，於其上依序層疊W層、Pt層及Au層，藉剝離法，以總膜厚1μm形成接合用之墊電極(未圖示)。
所得到之晶圓於預定之處進行分割，從而得到半導體元件1。
對於如上般所形成之半導體元件於溫度85℃、溼度85%之環境中、If＝20mA的條件下進行通電後，即使於7000小時連續通電後，以其剖面之SEM觀察看不出銀之遷移，更看不到漏電流。
為了比較，分別形成SiO2 膜取代SiN膜，以及除未形成SiN膜等之絕緣膜以外、餘者與上述半導體元件相同的發光元件。
此等之半導體元件中，於溫度85℃、溼度85%之環境中、If＝20mA的條件下進行通電後，繼續地產生漏電流，此等元件之壽命均在1000小時以下。
以SEM觀察其剖面，可確認銀析出於n型接觸層側。
實施例2
此實施例之半導體元件，除了以1000埃/1000埃/1000埃形成Pt(上)/Ni(中)/Ag(下)之多層膜取代實施例1之銀電極，並使p電極8及n電極9形成後之回火溫度上升至600℃左右以外，係得到與實施例1之半導體元件相同構成的半導體元件。
在所得到之半導體元件中，以與實施例1相同的條件通電時，即使10000小時連續通電後，亦可得到歐姆性良好、不產生遷移而得到高品質且信賴性高之半導體元件。
再者，在通電之前後，Ag電極係在與p型接觸層之界面附近，在1.5 μ m範圍觀察到100nm左右的結晶粒有5成左右，歐姆特性亦無變化，且良好。
尚且，Ag電極之上面因被不會和Ag反應之Ni被覆，故可避免Ag與Ni之合金化，可於氮化物半導體層之正上方以高密度配置銀，故反射效率良好，進一步提高光之傳出效率。
實施例3
此實施例之半導體元件係除將實施例2中之絕緣膜10形成為SiON而取代SiN以外，可分別得到與實施例1實質上相同構造之半導體元件。
所得到之半導體元件係依動作環境而定，但例如在溼度比較低的情形下，任一者均與實施例2相同地，可得到歐姆性良好、不產生遷移而反射效率高、高品質且信賴性高之半導體元件。
實施例4
此實施例之半導體元件22係如第2圖(a)及(b)所示般，與實施例1相同地，於藍寶石基板11上依序層疊緩衝層12、未摻雜GaN層13、n型接觸層14、n型覆蓋層15、多重量子構造之活性層16、p型覆蓋層17、p型接觸層18而構成，於p型接觸層18上幾乎全面地形成Ag膜22，進一步於其上層疊Pt(上)/Ni(下)膜作為第2金屬膜21而形成p電極。又，於露出區域上形成n電極19。
進一步，於此半導體元件22中，除去p型半導體層及活性層16，在n型接觸層18露出之露出區域，且於n電極19未形成之半導體元件22的外緣區域，形成複數個與活性層16及p型半導體層略相同高度之圓錐梯形狀的凸部20。
此凸部20之大小係於其根部附近為20 μ m2 左右，此凸部之總數為600左右，1個之發光元件的凸部20之占有面積約20%。
藉由形成如此之凸部，與未形成凸部之元件比較，可知Φv提高約10%左右。
實施例5
在此實施例5中，如第3圖所示般，藉由於安裝基體201上覆晶安裝實施例1所示之半導體元件1，以形成發光裝置。
此發光裝置是於含有固定有引線203之安裝基體201的封裝體212之凹部202中，隔著接著層204而將載置於副載件基板205之LED晶片1予以安裝而構成者。凹部202之側面作為反射部206功能，安裝基體201作為散熱部功能，連接於外部散熱器(未圖示)。安裝基體201係於凹部202之外部形成台部207，此處，安裝有保護元件(未圖示)。安裝基體201之凹部202的上方，係形成開口部作為光傳出部208，於此開口部埋設透光性之密封構件209而予以密封。
藉由如此之構成，藉p電極之Ag膜可以高效率反射光，更提升來自半導體元件之基板側的光之傳出效率。
實施例6
在此實施例中，如第4圖所示般，在實施例1所示之半導體元件1，隔著副載件構件160而於台部120之凹部120a內，藉由進行覆晶安裝，以形成發光裝置。
台部120係藉樹脂使第1引線121與第2引線122一體成型，第1引線121與第2引線122之端部的一部分是在台部之凹部120a內露出。所露出之第2引線122上載置有副載件構件160。此副載件構件160上，於凹部120a的略中央載置有LED晶片200。設於副載件構件160之電極161，係隔著導線而與第1引線121電性連接，又電極162係隔著導線而與第2引線122電性連接。
於台部之凹部120a內係埋設含有螢光體150之密封構件131，復於其上，密封構件141係被覆密封構件131及台部120之一部分。
又，於此發光裝置中係未隔著副載件構件，而直接將半導體元件1安裝於引線，亦可使用超音波震動裝置而隔著無鉛之焊錫球接合而電性連接。
藉由如此之構成，可藉p電極之Ag膜以高效率反射光，更提升來自半導體元件之基板側的光之傳出效率。
實施例7
此實施例之半導體元件30係如第5圖(a)所示般，藉蝕刻，n型半導體層係以具有從形成n墊電極之端部31朝發光元件的中央方向變細而有腰部32，且具有連結互相對向之一對腰部32之延伸部33的形狀露出。又，在挟住延伸部33之區域，形成p型半導體層。
此等之構成以外係具有實質上與實施例2相同的層疊構造。
又，如第5圖(b)所示般，在挟住延伸部33之區域所形成的p型半導體層上，係形成Pt(上)/Ni(中)/Ag(下)之多層膜、與作為第2金屬膜34之Pt(上)/Au(下)膜，進一步，在n型半導體層上且從端部31至腰部32及延伸部33之上，形成n電極35。於此等第2金屬膜34及n電極35之上分別形成墊電極36、37。墊電極36、37係可用相同的材料在同時形成。藉此，可減少用以形成電極之製造步驟數。
如此所構成之半導體元件30，係如第5圖(b)中之X－X剖面圖的第6圖(a)及(b)所示般，於氮化鋁板上，例如藉電鍍所形成之Au所構成的導體配線40、41所形成之支撐基板42上，隔著p及n墊電極、凸塊電極而以2個並聯連接之方式予以覆晶接合，而構成發光裝置43(第6圖(c))。
導體配線40、41係就正負一對的電極，以被互相絕緣分離，且互相包圍一部分的方式形成梳狀。
從配置於支撐基板42之正(＋)極側的導體配線40、連接於外部電極(未圖示)之正極側的區域，經由面向於一者之發光元件的p墊電極之位置，而延伸至對面之另一者之發光元件的p墊電極之位置。同樣地，從配置於支撐基板42之負(－)極側的導體配線41係從面向於一者之發光元件及另一者之發光元件的一個n墊電極之位置，而經由連接於外部電極(未圖示)之負極側的區域、及面向於另一者之發光元件的另一個n墊電極之區域，而延伸至面向於一者之發光元件的另一者之n墊電極之區域。從垂直於支撐基板42之方向觀看，負極側之導體配線41之外緣，係具有朝正極側之導體配線40的方向凸出之多數圓弧形狀，另外，正極側之導體配線40的外緣部，係具有對應於負極側之凸狀外緣的凹形狀。又，對向於發光元件30之p墊電極36的區域之面積，係大於對向n墊電極37之區域的面積，p墊電極36較n墊電極37之數目設定更多。
藉由於如此之支撐基板42上以2個並聯連接之方式安裝半導體元件30，與形成串聯連接時比較，可簡化導體配線。而且，相關於以梳狀形成導體配線40、41，可更提昇來自覆晶安裝之半導體元件30的散熱性。
在半導體元件30與支撐基板42被凸塊電極44接合之區域以外的區域中，係於半導體元件30與支撐基板42之間藉矽酮樹脂配置樹脂層39。矽酮樹脂係可藉由對於支撐基板42表面之網版印刷來形成。接著，於以矽酮樹脂所產生的樹脂層39之凸塊電極44形成區域係設有貫通孔，導體配線40、41表面會露出。又，在樹脂層39之貫通孔的內壁為推拔形狀。藉由形成如此之形狀，可容易地進行以凸塊電極44之連接。
凸塊電極44係由Au所構成，且接合p墊電極36之凸塊為24個，以接合n墊電極37之凸塊為12個，設定成相對於1×2mm大小的發光元件，最大徑為約105 μ m，最大高度為約40 μ m之大小，而予以接合。
以凸塊進行之接合係以發光元件之正負兩電極在凸塊正上方分別成對向的方式，使發光元件載置於樹脂層的上面並使其接觸，並從發光元件之基板側一面加壓一面抵住超音波，隔著凸塊而接合發光元件之正負兩電極與導體配線。此時，矽酮樹脂係因富有柔軟彈性，故受壓力會收縮，亦常進入LED晶片之電極面的間隙。又，係於黏晶前預先調節貫通孔內的凸塊數，以便相較藉黏晶所壓縮之矽酮樹脂的彈性力，使發光元件之電極與導體配線之接合力變的充分之大。如此一來，發光元件不會受矽酮樹脂的彈性力而朝與支撐基板相反的方向被壓回，發光元件的電極與導體配線之接合的強度會保持一定，發光元件之電極與導體配線之導通不會被遮斷，故可形成信賴性高的發光裝置。
支撐基板係以所希望的數目(在第6圖中係以含有2個發光元件的方式)予以切割，而搭載於封裝體，隔著導電性引線而與外部電極連接，成為發光裝置，又，切割後之支撐基板的形狀成為矩形之外，亦可為任何形狀。
藉由形成如此之構造，在熱易籠照之發光元件中，可使內側之熱藉由所載置之凸塊的數目相對地多、廣泛的導體配線來散熱，發光元件之散熱性會提昇，而做為可高亮度發光且信賴性高的發光裝置。
藉由樹脂層之存在，幾乎可使半導體元件與支撐基板之間的間隙消失，並可防止存在於間隙之空氣所造成的複雜光的折射而提昇光之傳出效率，同時並可藉樹脂層促進熱傳導，以謀求散熱效果的提昇。
而且，藉由如此之構成，可將來自發光元件之光藉由構成p電極之最下層的Ag膜予以高效率反射，而進一步提昇在覆晶安裝之發光元件中的藍寶石基板側之光傳出效率。
實施例8
此實施例之半導體元件係如第12圖(a)所示般，於p型半導體層之上，原來厚的區域係以島狀形成5埃左右的Ni膜65d，在其上，除形成Pt膜65c(上)/Ni膜65b(中)/Ag膜65a(下)之多層膜作為第1金屬膜65以外，其餘與實施例7相同地形成半導體元件。
Ni膜係藉由濺鍍而以成長5埃之Ni的成長速度與成長時間來形成，從而於p型半導體層上形成島狀。
此結果，可得到約略與實施例7同等之光傳出效率，同時在p型半導體層與多層膜之界面的剝離變少，可得到良率佳之發光元件。
實施例9
此實施例之半導體元件係使實施例8之Pt(上)/Ni(中)/Ag(下)作為Pt(上)/Ti(中)/Ni(中)/Ag(下)，於中間之Ni層上再以1000埃之膜厚形成Ti膜層以外，其餘與實施例8相同做法而得到半導體元件。
此半導體元件係較實施例8之元件更能抑制Ag之遷移，例如即使在長時間之發光、或高電力投入條件下之發光中，亦可抑制遷移，並得到發光效率高的發光元件。
實施例10
此實施例之半導體元件係如第12圖(c)所示般，除使Ag膜66a、Ti(上)/Ni(下)層疊膜66b、Pt膜66c之多層膜作為第1金屬膜66以外，其餘與實施例8相同做法而得到半導體元件。
Ti(上)/Ni(下)層疊膜66b、Pt膜66c係於銀膜之側面各層以成為500埃左右的厚度(12(c)中，s及r)的方式，使形成膜時所使用之光罩的開口部徐緩地擴展開而形成。亦即，各層面向銀膜之表面方向的厚度(第12圖(c)中，p及q)係分別相對於1000埃，而於側面方向則設有1000埃以下之厚度的膜。第2金屬膜7係使第1金屬膜66的表面方向的厚度(第12圖(c)中，x)為0.5 μ m，側面方向之厚度(第12圖(c)中，z)為5 μ m。
藉由如此之構成，對於實施例9，進一步即使在長時間之發光、高電力投入條件下之發光中，亦可抑制遷移，並得到發光效率高的發光元件。
實施例11
除了變更濺鍍之條件，而依隨遠離銀膜67a與p型半導體層5相接之面，而以使其尺寸變小之方式(於剖面看寬幅變細)形成構成第1金屬膜67之銀膜67a以外，其餘與實施例9相同做法而得到半導體元件。
此半導體元件係相對於實施例10之元件，進一步即使在長時間之發光、高電力投入條件下之發光中，亦可抑制遷移，並得到發光效率高的發光元件。
實施例12
在此實施例之發光裝置係如第7圖(a)至(c)所示般，除了使實施例7之1單元的排列成為4套串聯連接的方式，於支撐基板52上形成導體配線50、51、53a至53c，於其上接合發光元件30以外，其於與實施例7實質上相同。
亦即，導體配線50係具有：與安裝於外部之正電極(未圖示)及端部的發光元件之正電極連接之正極側導體配線(記為「第1導體配線」)50、與安裝於外部之負電極(未圖示)及端部的發光元件之負電極連接之負極側導體配線(記為「第2導體配線」)51、使發光元件之正電極與負電極電性連接，與使各組串聯連接之第3導體配線53a至53c。導體配線50、51、53a至53c係以正極側之導體配線互相地包圍負極側之胴體配線的一部份之方式配置成梳狀(鍵狀)。因此，即使在發光元件被多數封裝時，亦可提升散熱性、而可以形成高亮度的發光裝置。
實施例13
在此實施例之發光裝置，係除了使用含有氧化鋁作為填充劑之矽酮樹脂，並以滾軸填壓(squeegeeing)至凸塊高度以上，進行網版印刷而形成樹脂層以外，其餘實質上與實施例7相同。
藉此，可得到更提高散熱效果且光取出效率高之發光裝置。
實施例14
在此實施例之半導體元件70係如第8圖所示般，除了以橢圓形狀形成p墊電極38以外，其餘實質上與實施例7之半導體元件30相同。
如此之半導體元件70如第9圖(a)及(b)所示般，在表面形成導體配線60、61之六角形狀的支撐基板62上，以2×2之矩陣狀覆晶安裝，而構成發光裝置。
即使於如此般所構成之發光裝置中，亦具有與實施例7相同的效果。
實施例15
此實施例之發光裝置45係如第10圖所示般，除了在被覆晶安裝之發光元件30與發光元件30之間所產生的間隙，埋入透光性之樹脂層39a，進一步於此等之發光元件30之光射出面側及樹脂層39a上面，面一致地，形成含有螢光體之波長變換構件47，而該螢光體係可吸收來自發光元件30之光的至少一部分且發出具有相異波長之光之外，其餘實質上與實施例7之發光裝置相同。
又，螢光體不僅是在波長變換構件47中，亦可含在樹脂層39、39a之兩者中，亦可只含在樹脂層39、39a之任一者或兩者中。
如此，藉由樹脂層39a被覆發光元件之至少側面，從而可防止波長變換構件47於其形成步驟中進入發光元件30之側面側。
實施例16
此實施例之發光裝置46係如第11圖所示般，除了從在被覆晶所封裝之發光元件30與發光元件30之間所產生的間隙，涵蓋發光元件30之基板上，以均一厚度形成透光性之樹脂層39b，樹脂層39b上面，面一致地，形成波長變換構件47以外，其餘實質上與實施例11之發光裝置相同。
又，螢光體不僅是在波長變換構件47中，亦可含在樹脂層39、39b之兩者中，亦可只含在樹脂層39、39b之任一者中或兩者中。又，此時亦可不形成波長變換構件47。
如此，可形成依發光觀測方位而色度均一之光學特性優之發光裝置。
又，使發光元件與螢光體隔著樹脂層而隔離，從而可抑制因熱所產生之螢光體的劣化及其發光亮度之降低，可以形成發光效率高之發光裝置。
(產業上之利用可能性)
本發明之半導體元件係適宜利用於構成背光光源、顯示器、照明、車輛用燈等之各種光源的半導體發光元件，進一步，應用在半導體受光元件等、其他之半導體裝置中。
1、30、70．．．半導體元件
2、11．．．藍寶石基板
3．．．n型半導體層
4．．．發光層
5．．．p型半導體層
6、65、66、67．．．第1金屬膜
7、21、34．．．第2金屬膜
8．．．p電極(電極)
9、19、35．．．n電極
10．．．絕緣膜
12．．．緩衝層
13．．．未摻雜GaN層
14．．．n型接觸層
15．．．n型覆蓋層
16．．．活性層
17．．．p型覆蓋層
18．．．p型接觸層
20．．．凸部
22．．．Ag膜
31．．．端部
32．．．腰部
33．．．延伸部
36、37．．．墊電極
38．．．P墊電極
39、39a、39b．．．樹脂層
40、41、50、51、53a至53c、60、61．．．導體配線
42．．．支撐基板
43、45、46．．．發光裝置
44．．．凸塊電極
47．．．波長變換構件
65a、66a、67a．．．Ag膜
65b、65d、66b、67b．．．Ni膜
65c、66c、67c．．．Pt膜
66b．．．Ti/Ni層疊膜
120．．．台部
120a．．．凹部
121．．．第1引線
122．．．第2引線
131、141．．．密封構件
150．．．螢光體
160．．．副載件構件
161、162．．．電極
200．．．LED晶片
201．．．安裝基體
202．．．凹部
203．．．引線
204．．．接著層
205．．．副載件基板
206．．．反射部
207．．．高台部
208．．．光傳出部
209．．．密封構件
212．．．包裝體
第1圖係表示本發明之半導體元件的實施形態的剖面圖。
第2圖係表示本發明之半導體元件的另一實施型態之上視圖(a)及部分剖面圖(b)。
第3圖係表示封裝本發明之半導體元件的發光裝置之剖面圖。
第4圖係表示封裝本發明之半導體元件的另一發光裝置之剖面圖。
第5圖係表示在本發明之半導體元件中的電極配置之上視圖(a)及表示墊電極配置之上視圖(b)。
第6圖係用以封裝本發明之半導體元件的支撐基板之上視圖(a)，所封裝之發光裝置的電路圖(b)及發光裝置的剖面圖(c)。
第7圖係用以封裝本發明之半導體元件的支撐基板之上視圖(a)，所封裝之發光元件的上視圖(b)及所封裝之發光裝置的電路圖(c)。
第8圖係表示在本發明之另一半導體元件中的墊電極配置之上視圖。
第9圖係用以封裝本發明之半導體元件的支撐基板之上視圖(a)及所封裝之發光元件的上視圖(b)。
第10圖係表示封裝本發明之半導體元件的發光裝置之剖面圖。
第11圖係表示封裝本發明之半導體元件的另一發光裝置之剖面圖。
第12圖係表示本發明之半導體元件的再另一實施型態(a)至(d)的剖面圖。
1．．．半導體元件
2．．．藍寶石基板
3．．．n型半導體層
4．．．發光層
5．．．p型半導體層
6．．．第1金屬膜
7．．．第2金屬膜
8．．．p電極(電極)
9．．．n電極
10．．．絕緣膜

Claims (13)

  1. 一種半導體元件，係含有氮化物半導體層、連接於該氮化物半導體層之電極、與被覆該電極之至少一部分的絕緣膜而構成者，其特徵在於：前述電極係由：含有接觸於前述氮化物半導體層之銀或銀合金的第1金屬膜、與完全被覆該第1金屬膜之第2金屬膜所構成；且前述第1金屬膜係由多層膜所構成，而該多層膜係包含：由銀或銀合金所構成之膜、與接觸於該膜之上表面與側面而完全被覆該膜而抑制與銀之反應的金屬膜，其中，前述第2金屬膜係形成為比第1金屬膜側面之由銀或銀合金所構成之膜以外的第1金屬膜之厚度更厚，且前述絕緣膜係由氮化物膜所形成。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，氮化物膜係以氮化矽或氧氮化矽之任一者所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，在第1金屬膜中，配置在由銀或銀合金所構成之膜上的金屬膜之配置於銀或銀合金膜側面之部分的厚度，係形成為比配置在銀或銀合金膜上方的部分之厚度更薄。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，在第1金屬膜中，於由銀或銀合金所構成之膜與氮化物半導體層之間的一部分配置有鎳膜。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，第1金屬膜係至少在與氮化物半導體層之界面為單結晶。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，第1金屬膜係含有由銀或銀合金所構成之膜、及配置在與氮化物半導體層之間的一部份的鎳膜。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，第2金屬膜至少在與前述第1金屬膜接觸之區域中係由可抑制與銀之反應的金屬所構成。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，第2金屬膜係於至少與第1金屬膜接觸之區域中，配置選自由鎳(Ni)、釕(Ru)、鋨(Os)、銥(Ir)、鈦(Ti)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈷(Co)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鎢(W)所構成之族群的金屬。
  9. 如申請專利範圍第7項之半導體元件，其中，第2金屬膜之至少與第1金屬膜接觸之區域係以鎳所構成。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體元件，其中，第2金屬膜之至少與第1金屬膜接觸之區域係以鎳所構成。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，第2金屬膜之配置於第1金屬膜側面之部分的厚度，係形成為比配置在第1金屬膜上方的部分之厚度更厚。
  12. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中，氮化物半導體層係依序具有第1導電型氮化物半導體層、發光層、與前述第1導電型氮化物半導體層相異之導電型的第2導電型氮化物半導體層而構成者，而連接於氮化物半導體層之電極係連接於第2導電型半導體層之第2電極。
  13. 如申請專利範圍第12項之半導體元件，其中，第1導電型氮化物半導體層為n型半導體層，第2導電型氮化物半導體層為p型半導體層。
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