TWI495159B - 發光二極體元件及發光裝置 - Google Patents

Description

發光二極體元件及發光裝置

本發明係關於發光二極體元件、及使用其之發光裝置，特別係關於具有使用GaN系半導體所形成發光構造的GaN系發光二極體元件、及使用其之發光裝置。GaN系半導體係依一般式Al_a In_b Ga_1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1、0≦a+b≦1)表示的化合物半導體，亦稱「氮化物半導體」、「氮化物系化合物半導體」等。

公知有在m面GaN基板上設有使用GaN系半導體所形成雙異質pn接合型發光構造的半導體發光元件(非專利文獻1~4)。

非專利文獻1~3所揭示者係發光二極體元件，任一元件均係在m面GaN基板上利用磊晶生長所形成的n型Si摻雜GaN層上，形成n側歐姆電極。非專利文獻4所揭示者係雷射二極體元件，在m面GaN基板的背面上形成n側歐姆電極。該雷射二極體元件的閾值電流係依CW驅動時為36mA，當脈衝驅動時為28mA，閾值電壓係約7~8V。

在GaN基板上形成有發光構造的發光元件，被認為頗難在GaN基板背面上形成良好的n側歐姆電極(專利文獻1~6)。此處，專利文獻2所記載的方法係藉由對GaN基板的背面利用粒徑10μm以上的研磨劑施行研磨而變粗糙，俾達降低在該背面上所形成n側歐姆電極的接觸電阻。又，專利文獻3所記載的方法，為達相同目的，便 利用濕式蝕刻或乾式蝕刻使GaN基板的背面變粗糙。另一方面，根據專利文獻4，當為降低GaN基板的厚度而對其背面施行輪磨、研磨或拋光時形成損傷層，此會對良好歐姆電極的形成造成阻礙。所以，該專利文獻4所記載的方法，對經研磨加工後的GaN基板背面利用乾式蝕刻或濕式蝕刻施行削取。但是，專利文獻5有記載濕式蝕刻並無法達成此項目的。專利文獻6所記載的方法，對GaN基板的背面施行乾式蝕刻，藉由削取包括因機械研磨所產生結晶缺陷在內的部分，俾達降低GaN基板與n側歐姆電極間之接觸電阻。另外，該等專利文獻1~6所記載的發現與發明基本上係相關C面GaN基板。

諸如金屬絲線、金屬凸塊或焊錫之類供電構件所接合的零件係發光二極體的必要元件，屬於在元件表面上使用金屬材料形成的電極墊。因為電極墊並沒有具透光性，因而從光取出向觀看，在發光構造中流通的電流集中於成為電極墊陰影之部位處的發光二極體，會成為發光效率較低者。理由係在該部位處所產生的光會因受電極墊所造成的遮蔽與吸收之影響，而無法有效率地取出於元件外部。所以，為使電流不致集中於該部位處，便有在電極墊與發光構造之間設置當作電流阻擋(current block)構造用的高電阻膜(絕緣膜)或高電阻區域，俾控制在元件內流通的電流路徑(專利文獻7~9)。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平11-340571號公報

[專利文獻2]日本專利特開2002-16312號公報

[專利文獻3]日本專利特開2004-71657號公報

[專利文獻4]日本專利特開2003-51614號公報

[專利文獻5]日本專利特開2003-347660號公報

[專利文獻6]日本專利特開2004-6718號公報

[專利文獻7]日本專利特開平1-151274號公報

[專利文獻8]日本專利特開平7-193279號公報

[專利文獻9]日本專利特開平10-229219號公報

[非專利文獻]

[非專利文獻1]Kuniyoshi Okamoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.45, 2006, pp.L1197-L1199

[非專利文獻2]Mathew C. Schmidt et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.7, 2007, pp.L126-L128

[非專利文獻3]Shih-Pang Chang et al., Journal of The Electrochemical Society, 157(5) H501-H503 (2010)

[非專利文獻4]Kuniyoshi Okamoto et al., Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.9, 2007, pp.L187-L189

因為在m面GaN基板上形成有發光構造的GaN系發光二極體元件，不會產生QCSE(Quantum-confined Stark effect，量子侷限史塔克效應)，因而適用於要求隨施加電流的增加所衍生發光波長變動較小的白色LED用激發光源。但是，當發光二極體元件的發熱量較大、或散熱性非良好的情況，會因該發光二極體元件所釋放的熱導致螢光體溫度產生大幅變動，導致無法獲得所期待的效果。又，發熱量較大、 散熱性非良好的發光二極體元件，因為隨施加電流增加導致自身的溫度亦會大幅上升，因而造成發光效率偏低。

本發明係有鑑於上述情事而完成，主要目的在於提供：適用於白色LED用激發光源的GaN系發光二極體元件。

本發明另一目的在於提供：具有在m面GaN基板背面上所形成n側電極，且發光效率獲改善的GaN系發光二極體元件。

本發明再另一目的在於提供：製造具有在m面GaN基板背面上所形成低接觸電阻n側電極的GaN系發光二極體元件之方法。

根據本發明一態樣係提供以下的GaN系發光二極體元件。

(1)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下。

(2)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下。

(3)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中， 對該發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下。

(4)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下。

(5)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下。

(6)如上述(1)~(5)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述發光二極體構造係包括有：由GaN系半導體形成的活性層、在該活性層與上述m面GaN基板之間配置的n型GaN系半導體層、以及與該n型GaN系半導體層一起夾置該活性層的p型GaN系半導體層。

(7)如上述(1)~(6)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述m面GaN基板的背面面積係0.0012cm² 以上。

(8)如上述(7)所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述n側歐姆電極的面積係0.0012cm² 以上、且上述m面GaN基板的背面面積以下。

(9)如上述(1)~(8)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述m面GaN基板的背面係至少與上述n側歐姆電極相接觸的部 分處，10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra係0.1nm以下。

(10)如上述(1)~(9)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述n側歐姆電極係被圖案化。

根據本發明另一態樣係提供以下的GaN系發光二極體元件。

(11)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：屬於n型導電性m面GaN基板的基板、含有由在該基板上磊晶生長的GaN系半導體所形成pn接合型發光構造之磊晶層、在該基板背面上所形成的n側電極、在該磊晶層上面所形成的透光性p側歐姆電極、以及在該p側歐姆電極上其中一部分處所形成的p側電極墊；在上述基板背面中被上述n側電極所覆蓋的區域，含有：經拋光修整區域的低接觸電阻區域、以及經乾式蝕刻修整區域的高接觸電阻區域；上述p側電極墊在上述基板背面上的正投影全部或其中一部分係含於上述高接觸電阻區域中。

(12)如上述(11)所記載的GaN系發光二極體元件，其中，在上述p側歐姆電極上形成連接於上述p側電極墊的輔助電極；上述輔助電極在上述基板背面上的正投影全部或其中一部並未含於上述高接觸電阻區域中。

(13)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：屬於n型導電性m面GaN基板的基板、含有由在該基板上磊晶生長的GaN系半導體所形成pn接合型發光構造之磊晶層、在該基板背面上所形成的透光性n側歐姆電極、在該n側歐姆電極上其中一部分所形成的n側電極墊、以及在該磊晶層上面所形成的p側電極；其中，在上述基板背面中被上 述n側歐姆電極所覆蓋的區域中，含有：經拋光修整區域的低接觸電阻區域、以及經乾式蝕刻修整區域的高接觸電阻區域；上述n側電極墊在上述基板背面上的正投影全部或其中一部分係含於上述高接觸電阻區域中。

(14)如上述(13)所記載的GaN系發光二極體元件，其中，在上述n側歐姆電極上形成連接於上述n側電極墊的輔助電極；上述輔助電極在上述基板背面上的正投影全部或其中一部並未含於上述高接觸電阻區域中。

(15)一種GaN系發光二極體元件，係具備有：屬於n型導電性m面GaN基板的基板、含有由在該基板上磊晶生長的GaN系半導體所形成pn接合型發光構造之磊晶層、在該基板背面上部分性形成的n側電極、以及在該磊晶層上面所形成的p側電極；其中，上述n側電極係具備有：墊部、以及該墊部所連接的輔助部；在基板背面中被上述n側電極所覆蓋的區域中，含有：經拋光修整區域的低接觸電阻區域、以及經乾式蝕刻修整區域的高接觸電阻區域；上述墊部在上述基板背面上的正投影全部或其中一部係含於上述高接觸電阻區域中。

(16)如上述(15)所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述輔助部在上述基板背面上的正投影全部或其中一部並未含於上述高接觸電阻區域中。

(17)如上述(13)~(16)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述基板的載子濃度係10¹⁷ cm^-3 。

根據本發明再另一態樣係提供GaN系發光二極體元件之製造方法。

(18)一種GaN系發光二極體元件之製造方法，係包括有：(i)第1步驟，其乃準備具備有：屬於n型導電性m面GaN基板的基板、以及含有由在該基板上磊晶生長的GaN系半導體所形成pn接合型發光構造之磊晶層的磊晶晶圓；(ii)第2步驟，其乃對上述磊晶晶圓中所含有上述基板的背面施行拋光；(iii)第3步驟，其乃在經上述第2步驟拋光過的上述基板背面整體上形成n側歐姆電極；以及(iv)第4步驟，其乃對經上述第3步驟所形成上述n側歐姆電極，利用蝕刻而圖案化。

(19)如上述(18)所記載的製造方法，其中，更進一步包括有第5步驟，其乃對經上述第4步驟所露出的上述基板背面施行粗糙化加工。

(20)如上述(19)所記載的製造方法，其中，上述第5步驟係在經上述第4步驟所露出的上述基板背面上形成具週期性的凹凸圖案。

(21)如上述(19)所記載的製造方法，其中，上述n側歐姆電極係多晶質的透明導電性氧化物膜；上述第4步驟中，對上述n側歐姆電極其中一部分依其殘渣殘留於上述基板上的方式施行蝕刻；更在上述第5步驟中，藉由將該殘渣利用為蝕刻遮罩並施行乾式蝕刻，而對上述基板露出的背面施行粗糙化加工。

(22)如上述(18)所記載的製造方法，其中，更包括有在依上述第4步驟而露出的上述基板背面上形成反射膜的第6步驟。

(23)如上述(22)所記載的製造方法，其中，上述反射膜係介電質反射膜。

(24)如上述(18)~(23)中任一項所記載的製造方法，其中，在剛要施 行上述第2步驟之前，對在上述第2步驟中進行拋光的上述基板背面施行研磨。

(25)如上述(18)~(24)中任一項所記載的製造方法，其中，上述基板的載子濃度係10¹⁷ cm^-3 。

根據本發明再另一態樣係提供以下的發光裝置。

(26)一種發光裝置，係具備有GaN系發光二極體元件與波長轉換物質；而，該GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性之m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，且，對該發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下；該波長轉換物質係吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。

(27)一種發光裝置，係具備有GaN系發光二極體元件與波長轉換物質；而，該GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性之m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，且，對該發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下；該波長轉換物質係吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。

(28)一種發光裝置，係具備有GaN系發光二極體元件與波長轉換物質；而，該GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性之m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係 5.0V以下；該波長轉換物質係吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。

(29)一種發光裝置，係具備有GaN系發光二極體元件與波長轉換物質；而，該GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性之m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下；該波長轉換物質係吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。

(30)一種發光裝置，係具備有GaN系發光二極體元件與波長轉換物質；而，該GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性之m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下；該波長轉換物質係吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。

(31)如上述(26)~(30)中任一項所記載的發光裝置，其中，上述GaN系發光二極體元件係藍色發光二極體元件。

(32)如上述(31)所記載的發光裝置，係白色發光裝置。

本發明實施形態的上述(1)~(10)所記載半導體系發光元件，因為具有在m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極，因而可使用焊錫固定於金屬電極上。即，可依散熱性良好的形態進行安裝。又，因為抑低順向電壓，因而發熱量小，極適用為白色LED用激發光 源。

本發明實施形態的上述(11)~(17)所記載GaN系發光二極體元件，藉由控制在元件內流動電流的路徑，便可抑制因n側電極與p側電極中至少任一者所含電極墊造成的光遮蔽或吸收。又，藉由控制在元件內流動電流的路徑，而將在發光構造中流動電流的密度予以均勻化，便可抑制因衰減現象造成的發光效率降低。

根據本發明實施形態的上述(18)~(25)所記載GaN系發光二極體元件製造方法，可製造具有在m面GaN基板背面上形成有低接觸電阻n側電極的GaN系發光二極體。

本發明實施形態的上述(26)~(32)所記載發光裝置，因為順向電壓較低，因而成為發熱量較小的發光裝置。

1‧‧‧LED元件

10、110‧‧‧基板

11‧‧‧表面

12‧‧‧背面

20‧‧‧半導體積層體

21‧‧‧第1無摻雜GaN層

22‧‧‧經摻雜Si的n型GaN接觸層

23‧‧‧第2無摻雜GaN層

24‧‧‧經摻雜Si的n型GaN覆蓋層

25‧‧‧MQW活性層

26‧‧‧經摻雜Mg的p型Al_0.1 Ga_0.9 N覆蓋層

27‧‧‧經摻雜Mg的p型Al_0.03 Ga_0.97 N接觸層

100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、1000‧‧‧GaN系發光二極體元件

112a‧‧‧低接觸電阻區域

112b‧‧‧高接觸電阻區域

120‧‧‧磊晶層

121‧‧‧n型層

122‧‧‧活性層

123‧‧‧p型層

2000‧‧‧SMD型封裝體

3000‧‧‧波長轉換部

4000‧‧‧波長轉換元件

5000‧‧‧透光性層

6000‧‧‧波長轉換層

7000‧‧‧PCB(印刷佈線板)

8000‧‧‧散熱體

9000‧‧‧透明樹脂

10000‧‧‧反射器

11000‧‧‧凸透鏡

E11‧‧‧第1n側金屬墊

E12‧‧‧第2n側金屬墊

E21‧‧‧歐姆透光性電極

E22‧‧‧p側金屬墊

E100‧‧‧n側電極

E100a、E102a‧‧‧連接部

E100b‧‧‧輔助部

E100b、E102b‧‧‧延長部

E101‧‧‧n側歐姆電極

E102‧‧‧n側電極墊

E103‧‧‧輔助電極

E200‧‧‧p側電極

E201‧‧‧p側歐姆電極

E202‧‧‧p側電極墊

E203‧‧‧輔助電極

G100‧‧‧元件隔離溝渠

R100‧‧‧介電質反射膜

S‧‧‧空間

Z100‧‧‧絕緣膜

圖1係本發明者等所試製GaN系發光二極體元件的構造示意圖，圖1(a)係俯視圖，圖1(b)係圖1(a)的X-X線位置之剖視圖。

圖2係遮罩圖案的平面圖。

圖3係說明遮罩圖案朝向的平面圖。

圖4(a)至(c)係經施行加工e的m面GaN基板背面之SEM像。(圖式代用照片)

圖5係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態1)構造示意圖式，圖5(a)係從磊晶層側看到的平面圖，圖5(b)係圖5(a)的X-X線位置剖視圖。

圖6係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態2)構造示意圖式，圖6(a)係從磊晶層側看到的平面圖，圖6(b)係圖6(a)的X-X 線位置剖視圖。

圖7係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態3)構造示意圖式，圖7(a)係從磊晶層側看到的平面圖，圖7(b)係圖7(a)的X-X線位置剖視圖。

圖8係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態4)構造示意圖式，圖8(a)係從基板側看到的平面圖，圖8(b)係圖8(a)的X-X線位置剖視圖。

圖9係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態5)構造示意圖式，圖9(a)係從基板側看到的平面圖，圖9(b)係圖9(a)的X-X線位置剖視圖。

圖10係本發明實施形態的GaN發光二極體元件(實施形態6)構造示意圖式，圖10(a)係從基板側看到的平面圖，圖10(b)係圖10(a)的X-X線位置剖視圖。

圖11係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態7)構造示意圖式，圖11(a)係從磊晶層側看到的平面圖、圖11(b)係圖11(a)的X-X線位置剖視圖。

圖12係從基板側觀看圖11所示GaN系發光二極體元件的平面圖。

圖13係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態8)構造示意剖視圖。

圖14中，圖14(a)與圖14(b)分別係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態9、10)構造示意剖視圖。

圖15中，圖15(a)與(b)分別係基板背面上由n側歐姆電極所呈現圖案的例示圖式。

圖16係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態11) 構造示意圖式，圖16(a)係從基板側看到的平面圖，圖16(b)係圖16(a)的X-X線位置剖視圖。

圖17係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態12)構造示意圖式，圖17(a)係從基板側看到的平面圖，圖17(b)係圖17(a)的P-Q線位置剖視圖。

圖18係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態13)構造示意圖式，圖18(a)係從基板側看到的平面圖，圖18(b)係圖18(a)的P-Q線位置剖視圖。

圖19係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態14)構造示意圖式，圖19(a)係從基板側看到的平面圖，圖19(b)係圖19(a)的X-X線位置剖視圖。

圖20係本發明實施形態的GaN系發光二極體元件(實施形態15)構造示意圖式，圖20(a)係從基板側看到的平面圖，圖20(b)係圖20(a)的P-Q線位置剖視圖。

圖21(a)至(c)係說明本發明實施形態的製造方法步驟剖視圖。

圖22(a)至(c)係說明本發明實施形態的製造方法步驟剖視圖。

圖23(a)至(c)係說明本發明實施形態的製造方法步驟剖視圖。

圖24(a)及(b)係說明本發明實施形態的製造方法步驟剖視圖。

圖25係使用本發明實施形態之GaN系發光二極體元件的白色LED構造例。

圖26係xy色度圖(CIE 1931)。

圖27係使用本發明實施形態之GaN系發光二極體元件的遠端磷光體型白色發光單元構成例剖視圖。

圖28係使用本發明實施形態之GaN系發光二極體元件的遠端磷 光體型白色發光單元構成例剖視圖。

圖29係使用本發明實施形態之GaN系發光二極體元件的遠端磷光體型白色發光單元構成例剖視圖。

本發明者等所進行GaN系發光二極體元件(以下亦稱「LED元件」)試製與評價結果，如下述。

1.所試製LED元件的基本構造

圖1所示係所試製LED元件的基本構造示意圖。圖1(a)係俯視圖，圖1(b)係圖1(a)的X-X線位置剖視圖。如圖1(a)所示，LED元件1的平面形狀呈矩形，尺寸係350μm×340μm。

如圖1(b)所示，LED元件1係在基板10上設有由GaN系半導體形成的半導體積層體20。基板10係m面GaN基板，半導體積層體20係配置於該基板10的表面11上。半導體積層體20係從基板10側起依序設有：第1無摻雜GaN層21、經摻雜Si的n型GaN接觸層22、第2無摻雜GaN層23、經摻雜Si的n型GaN覆蓋層24、MQW活性層25、經摻雜Mg的p型Al_0.1 Ga_0.9 N覆蓋層26、及經摻雜Mg的p型Al_0.03 Ga_0.97 N接觸層27。

MQW活性層25設有交錯積層的無摻雜In_0.04 Ga_0.96 N阻障層與無摻雜In_0.16 Ga_0.84 N井層。無摻雜InGaN阻障層數係4層，無摻雜InGaN井層數係3層，故MQW活性層25的最下層與最上層均為阻障層。井層的組成係經調整為使發光峰波長進入445~465nm範圍內。

LED元件1係具有2個n側電極與1個p側電極。n側電極之一係第1n側金屬墊E11，並設計成覆蓋著基板10之背面12全 體狀態。另一者係第2n側金屬墊E12，形成於藉由去除半導體積層體20其中一部分而露出的n型GaN接觸層22表面上。第1n側金屬墊E11與第2n側金屬墊E12均兼用作為歐姆電極。構成p側電極者係在p型AlGaN接觸層27上面所形成的歐姆性透光性電極E21、及在該透光性電極E21上其中一部分所形成的p側金屬墊E22。對MQW活性層25的電流施加亦可經由第1n側金屬墊E11與p側金屬墊E22實施，亦可經由第2n側金屬墊E12與p側金屬墊E22實施。

第1n側金屬墊E11係多層膜，從基板10側起依序設有：TiW層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層。第2n側金屬墊E12亦係設有同樣積層構造的多層膜，從n型GaN接觸層22側起依序設有：TiW層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層。透光性電極E21係ITO(銦錫氧化物)膜。p側金屬墊E12係與第1n側金屬墊E11及第2n側金屬墊E12同樣設有積層構造的多層膜，從透光性電極E21側依序設有：TiW層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層、Pt層、Au層。

2. LED元件之試製

LED元件1係依如下順序進行製作。

2-1.磊晶生長

準備：尺寸為7mm(c軸方向)×15mm(a軸方向)×330μm(厚度)、表面(設有半導體積層體之側的主面)斜角在0±0.5°範圍內、經添加n型雜質之Si的n型導電性m面GaN基板。利用電洞測定所調查該m面GaN基板的載子濃度係1.3×10¹⁷ cm^-3 。

在該m面GaN基板的表面上使用常壓MOVPE法，使 磊晶生長複數GaN系半導體層而形成半導體積層體。III族原料係使用TMG(三甲基鎵)、TMI(三甲基銦)及TMA(三甲基鋁)，V族原料係使用氨，Si原料係使用矽烷，Mg原料係使用雙乙基環戊二烯鎂((EtCp)₂ Mg)。

各層的生長溫度及膜厚係如表1所示。

在n型GaN接觸層、n型GaN覆蓋層、p型AlGaN覆蓋層及p型AlGaN接觸層中所添加的雜質濃度，係如表2所示。

在p型AlGaN覆蓋層及p型AlGaN接觸層中所添加Mg的活化，係採用經使p型AlGaN接觸層進行既定時間生長後，在MOVPE裝置的生長爐內使基板溫度下降至室溫的期間內，對流入於該生長爐內的氮氣與氨氣流量進行控制之方法實施。

2-2. p側電極及第2n側金屬墊之形成

在上述利用磊晶生長所形成半導體積層體的表面(p型AlGaN接觸層的表面)上，利用電子束蒸鍍法形成厚度210nm的ITO膜。接著，使用光學微影與蝕刻的技法，將該ITO膜施行圖案化為既定形狀，而形成透光性電極。經圖案化後，利用反應性離子蝕刻(RIE)加工去除半導體積層體其中一部分，而使應形成第2n側金屬墊的部位處露出n型GaN接觸層，並形成台面。在RIE加工時，蝕刻氣體係使用Cl₂ ，且將天線/偏壓設為100W/20W，並將處理腔內壓力設定為0.3Pa。

接著RIE加工之後，對上述所製作的ITO膜在大氣環境中依520℃施行20分鐘的熱處理。再接著使用RTA(Rapid Thermal Annealing，快速熱退火)裝置，對該ITO膜於氮氣環境中依500℃施行1分鐘的熱處理。

經ITO膜的熱處理後，使用剝離法將第2n側金屬墊與p側金屬墊同時形成既定圖案。構成第2n側金屬墊與p側金屬墊的金屬多層膜中所含之所有層(TiW層、Au層及Pt層)，係利用濺鍍法形成。在形成TiW膜之際，靶材係使用Ti含有量10wt%的Ti-W靶材，濺鍍氣體係使用Ar(氬)，濺鍍條件係設為RF功率800W、Ar流量50sccm、濺鍍氣體壓2.2×10^-1 Pa。最下層的TiW層、與在其正上方積層的Au層厚度係設為108nm，除此以外的Pt層與Au層厚度均設為89nm。

經形成第2n側金屬墊與p側金屬墊之後，便在露出的半導體積層體表面及透光性電極表面上，形成厚度213nm之由SiO₂ 形成的鈍化膜。

2-3. m面GaN基板的背面加工

經上述鈍化膜形成後，對m面GaN基板的背面施行以下依加工a~加工f表示的6項不同加工。

加工a：對m面GaN基板背面依序施行研磨與拋光，而將該基板的厚度削減為200μm。

研磨步驟時，依照常法階段性縮小所使用鑽石磨粒的粒徑。

拋光步驟時，使用在酸性矽酸膠(粒徑70~100nm)中添加酸而將pH調整為未滿2的CMP漿料，並依拋光速率成為0.5μm/h的方式調整荷重，拋光加工時間設為約14小時。經依此條件施行拋光的m面GaN基板表面，經使用AFM(例如DIGITALINSTRUMENTS公司製DIMENSION 5000)，所測定10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra係在0.1nm以下。

經拋光的面(m面GaN基板的背面)利用水施行沖洗後，更使用室溫IPA及丙酮施行洗淨，經乾燥後，施行5分鐘的紫外線臭氧洗淨(110℃、氧流量5L/分)。

加工b：經施行加工a後，更進一步利用RIE從m面GaN基板背面削取表層部分。RIE條件係設定與上述2-2.中對半導體積層體施行RIE加工時的條件相同，且為使蝕刻深度成為0.1μm便將蝕刻時間設定為60秒。利用觸針式高度計(小坂研究所股份有限公司製ET3000)測定經RIE加工後的表面粗糙度，結果算術平均粗糙度Ra係0.02μm，最大高度Rz係0.04μm。

加工c：經施行加工a後，更進一步利用RIE從m面GaN基板的背面削取表層部分。RIE條件係設定為與上述2-2.中對半 導體積層體施行RIE加工時的條件相同，且為使蝕刻深度成為1.0μm便將蝕刻時間設定為610秒。使用觸針式高度計進行測定經RIE加工後的表面粗糙度，結果算術平均粗糙度Ra係0.06μm，最大高度Rz係0.55μm。

加工d：經施行加工a後，更進一步利用RIE從m面GaN基板的背面削取表層部分。RIE條件係設定為與上述2-2.中對半導體積層體施行RIE加工時的條件相同，且為使蝕刻深度成為2.0μm便將蝕刻時間設定為1220秒。使用觸針式高度計進行測定經RIE加工後的表面粗糙度，結果算術平均粗糙度Ra係0.07~0.12μm，最大高度Rz係1.30μm。

加工e：對經施行加工a後的m面GaN基板背面，將使用酚醛樹脂的正型光阻(住友化學股份有限公司製Sumi resist PFI-34AL)塗佈呈1.6μm厚度，藉由使用光學微影技法對該光阻施行圖案化，便形成圖2所示遮罩圖案。即，呈現複數圓形蝕刻遮罩配置於三角格子的格子位置處之遮罩圖案。各圓形遮罩的直徑(圖2中的R)為2μm，相鄰圓形遮罩間的間隔(圖2中的S)為2.5μm。遮罩圖案的方向係如圖3所示，以三角格子的6個格子位置為頂點之正六角形ABCDEF，設定為2個邊BC、EF正交於m面GaN基板的c軸狀態。

藉由對依如上述所形成遮罩圖案使用蝕刻遮罩施行RIE，而將m面GaN基板的背面加工呈凹凸狀。蝕刻氣體係使用Cl₂ ，天線/偏壓係設定為100W/20W，處理腔內壓力係設定為0.3Pa，蝕刻選擇比係設定為約1。另外，此處所謂「蝕刻選擇比」係指蝕刻時間在約800秒以下時的[GaN蝕刻速率]/[遮罩蝕刻速率]。依該條件施行1500秒鐘之RIE加工。遮罩圖案係在蝕刻時間到達約800秒時便幾乎消失。 經RIE加工後，使用有機溶劑洗淨晶圓，接著對經RIE加工的面施行5分鐘的紫外線臭氧洗淨(110℃、氧流量5L/分)。

經施行加工e的m面GaN基板背面之SEM像，係如圖4所示。圖4中，(a)係平面圖，(b)係從剖面方向觀看的圖，(c)係立體示意圖。

圖4(a)~(c)均係在紙面內從右朝左的方向係GaN的[0001]方向(c+方向)，而從左朝右的方向係GaN的[000-1]方向(c-方向)。在m面GaN基板背面上所形成突起的高度係1.5μm。

加工f：對經施行加工a後的m面GaN基板背面，依照與加工e相同的順序形成遮罩圖案。但是，經設置於RIE處理腔內之後，藉由利用薄藍寶石板覆蓋著m面GaN基板的背面，俾保護該背面不致被施行RIE加工。除此之外，依加工f施行的處理係與加工e相同。即，對經施行加工f的m面GaN基板背面施行：使用光阻形成遮罩圖案的處理、使用有機溶劑去除該遮罩圖案的處理、以及施行該遮罩圖案除去後的紫外線臭氧洗淨處理。

2-4.第1n側金屬墊之形成

在經施行上述加工a~f中之任一項處理過m面GaN基板背面上，形成成為第1n側金屬墊的金屬多層膜。該金屬多層膜中所含的所有層(TiW層、Au層及Pt層)係利用濺鍍法形成。形成TiW膜時，靶材係使用Ti含有量10wt%的Ti-W靶材，濺鍍氣體係使用Ar(氬)，濺鍍條件係設定為RF功率800W、Ar流量50sccm、濺鍍氣體壓力2.2×10^-1 Pa。最下層的TiW層與在其正上方積層的Au層厚度係設為108nm，其餘的Pt層與Au層厚度均設為89nm。

上述金屬多層膜形成後，藉由施行劃片與斷開而切斷晶圓，便將LED元件形成晶片。上述金屬多層膜係在此項步驟中會與GaN基板一起被切斷。所以，第1n側金屬墊的平面形狀形成與m面GaN基板背面的形狀相同。又，第1n側金屬墊的尺寸係與晶片尺寸略同，成為350μm×340μm。

2-5.順向電壓之評價

針對就依上述順序所獲得LED晶片，經由第1n側金屬墊與p側金屬墊流通施加電流時的順向電壓(Vf₁ )、與經由第2n側金屬墊與p側金屬墊流通施加電流時的順向電壓(Vf₂ )進行比較。施加電流係設定為脈衝寬1msec、脈衝週期100msec的脈衝電流，電流值係設定為20mA與60mA等2種。結果如表3所示。

如表3所示，對m面GaN基板的背面僅施行加工a的LED晶片係Vf₁ 與Vf₂ 呈一致，相對的，經施行加工b~f的LED晶片均係Vf₁ 較大於Vf₂ 。特別係施行包括有RIE加工的加工b~e之LED晶片，其差值更達數V以上。

再者，當對m面GaN基板的背面僅施行加工a的LED晶片，分別依20mA、60mA、100mA、120mA、180mA、240mA及350mA施加脈衝寬1msec、脈衝週期100msec的順向電流時，Vf₁ 係如表4所示。表4中合併記載各個情況下的第1n側金屬墊之平均電流密度。該平均電流密度係順向電流除以n側金屬墊面積(350μm×340μm)的值，表示橫跨n側金屬墊與m面GaN基板背面之界面流通的電流平均密度。

由以上結果可認為能實現下述(I)~(XI)的半導體發光元件。

(I)一種半導體發光元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下。

(II)一種半導體發光元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下。

(III)一種半導體發光元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光構造、以及 在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下。

(IV)一種半導體發光元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下。

(V)一種半導體發光元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下。

(VI)如上述(I)~(V)中任一項所記載的半導體發光元件，其中，上述發光構造係包括有：由GaN系半導體形成的活性層、在該活性層與上述m面GaN基板之間配置的n型GaN系半導體層、以及與該n型GaN系半導體層一起夾置該活性層的p型GaN系半導體層。

(VII)如上述(I)~(VI)中任一項所記載的半導體發光元件，係發光二極體元件。

(VIII)如上述(I)~(VII)中任一項所記載的半導體發光元件，其中，上述m面GaN基板的背面面積係0.0012cm² 以上。

(IX)如上述(VII)所記載的半導體發光元件，其中，上述n側歐姆電極的面積係0.0012cm² 以上、且上述m面GaN基板的背面面積以下。

(X)如上述(I)~(IX)中任一項所記載的半導體發光元件，其中，上述m面GaN基板的載子濃度係1×10¹⁷ cm^-3 。

(XI)如上述(I)~(X)中任一項所記載的半導體發光元件，其中，上述m面GaN基板的背面係至少與上述n側歐姆電極相接觸的部分處， 10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra在0.1nm以下。

本發明係根據從上述LED元件的試製與評價所獲得的發現而完成。惟當然本發明並不僅侷限於所試製的LED元件、與試製所使用的方法。

以下，針對本發明實施形態的GaN系發光二極體元件、及GaN系發光二極體元件之製造方法進行說明。

(實施形態1)

實施形態1的GaN系發光二極體元件之構造係如圖5示意所示。GaN系發光二極體元件100係具備有：基板110、以及在其上面由磊晶生長的GaN系半導體所構成磊晶層120。圖5(a)所示係GaN系發光二極體元件100從磊晶層120側觀看到的平面圖，圖5(b)係圖5(a)的X-X線位置剖視圖。

基板110係n型導電性m面GaN基板。磊晶層120係含有構成pn接合的n型層121與p型層123。依形成雙異質構造的方式，在n型層121與p型層123之間設有活性層122。在基板110的背面設有兼用作為歐姆電極與電極墊的n側電極E100，在磊晶層120上設有屬於透光性電極的p側歐姆電極E201。經由n側電極E100、與在p側歐姆電極E201上其中一部分處所形成的p側電極墊E202，對磊晶層120施加順向電壓，便在活性層122產生發光。該光會穿透過p側歐姆電極E201並被釋放於GaN系發光二極體元件的外部。又，該光的其中一部分亦會被從基板110的端面與磊晶層120的端面釋放。

n側電極E100較佳係成為積層構造。此情況，與基板110相接觸的部分係使用諸如Al、Ti、Cr、V、W、ITO等會與n型GaN 系半導體形成歐姆接觸的材料形成，其餘部分則使用諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成。

p側歐姆電極E201係使用諸如ITO等透明導電性氧化物(TCO：Transparent Conductive Oxide，透明導電氧化物)形成。p側歐姆電極E201較佳係依覆蓋著p型層123上面全體的方式形成。p側電極墊E202係使用金屬形成，較佳係形成積層構造。當將p側電極墊E202設為積層構造時，與p側歐姆電極E201相接觸的部分係使用諸如Cr、Ti、Ni、Pt、Rh等與TCO間之密接性優異的金屬形成，其餘部分則使用諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成。由TCO所形成p側歐姆電極E201的厚度較佳係0.1μm~0.5μm，由金屬所形成p側電極墊E202的厚度較佳係0.5μm~5μm。

n側電極E100係全面性覆蓋著基板110的背面。在該基板110的背面上存在有：與n側電極E100間之接觸電阻呈相對低的低接觸電阻區域112a、與該接觸電阻呈相對高的高接觸電阻區域112b。低接觸電阻區域112a係經拋光修整。即，在形成n側電極E100之前，對低接觸電阻區域112a所施行的最後加工(未含洗淨)係拋光加工。另一方面，高接觸電阻區域112b係經乾式蝕刻修整。即，在形成n側電極E100之前，對高接觸電阻區域112b所施行的最後加工係諸如反應性離子蝕刻(RIE)的乾式蝕刻加工。

從前述LED元件的試製與評價結果得知，在藉由對n型導電性m面GaN基板使用酸性CMP漿料，依0.5μm/h以下的低拋光速率施行拋光加工所獲得的表面(m面)上，可形成低接觸電阻的電極。另一方面，在經拋光加工後更進一步施行乾式蝕刻加工的m面GaN基板表面上所形成電極，呈現更高的接觸電阻。

高接觸電阻區域112b係只要涵蓋p側電極墊E202朝基板110背面的正投影至少其中一部分便可，較佳係依涵蓋全部的方式形成。藉由此種構成，可防止在基板110與磊晶層120內部流通的電流，集中於將p側電極墊E202與n側電極E100依最短距離連結的路徑(圖5(b)中依箭頭所示路徑)。結果相較於電流集中於該區域的情況下，可減輕在活性層122所產生的光因p側電極墊E202而被遮蔽及吸收情形。此外，因為橫跨活性層122流動的電流密度呈更均勻，因而可抑制因衰退現象(GaN系發光二極體元件因特有的電流密度提高，導致發光效率降低的現象)而造成發光效率降低情形。

(實施形態2)

實施形態2的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖6示意所示。圖6中，針對與實施形態1的GaN系發光二極體元件為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖6(a)所示係從磊晶層120側所觀看到GaN系發光二極體元件100的平面圖，圖6(b)所示係圖6(a)的X-X線位置剖視圖。

圖6所示GaN系發光二極體元件100中，p側電極墊E202連接著4個輔助電極E203。所以，從金屬絲線等朝p側電極墊E202供應的電流，係在利用線狀輔助電極E203朝橫向(磊晶層120厚度方向的正交方向)擴展，並於p側歐姆電極E201中流動。

在基板110背面中被n側電極E100覆蓋的區域，依涵蓋p側電極墊E202的正投影至少其中一部分，較佳係全部的方式，形成高接觸電阻區域112b。所以，防止在基板110與磊晶層120內部流動的電流，集中於將p側電極墊E202與n側電極E100依最短距離連 結的路徑。更，因為p側電極墊E202連接著輔助電極E203，因而在磊晶層120內流動的電流便從p側電極墊E202朝橫向擴展至充分遠離的區域。

圖6的GaN系發光二極體元件100中，輔助電極E203在基板110背面的正投影並未涵蓋於高接觸電阻區域112b中。所以，亦會從輔助電極E203朝正下方的方向流動電流，但因為輔助電極E203並不同於p側電極墊E202而是形成較細長，因而對在正下方所產生發光造成的影響(遮蔽與吸收)較小。另一實施形態亦可依涵蓋輔助電極E203在基板110背面的正投影全部或其中一部分方式，形成高接觸電阻區域112b。

(實施形態3)

實施形態3的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖7示意所示。圖7中，針對與實施形態1的GaN系發光二極體元件為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖7(a)所示係從磊晶層120側所觀看到GaN系發光二極體元件100的平面圖，圖7(b)所示係圖7(a)的X-X線位置剖視圖。

圖7所示GaN系發光二極體元件100，在磊晶層120與p側歐姆電極E201間之p側墊電極E100的正下方位置處形成絕緣膜Z100。藉由設計在基板110背面所設置的高接觸電阻區域112b與絕緣膜Z100的2個電流阻擋構造，便可有效防止在基板110與磊晶層120內部流動的電流，集中於將p側電極墊E202與n側電極E100依最短距離連結的路徑。

(實施形態4)

實施形態4的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖8示意所示。圖8中，針對與實施形態1的GaN系發光二極體元件為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖8(a)所示係從基板110側所觀看到GaN系發光二極體元件100的平面圖，圖8(b)所示係圖8(a)的X-X線位置剖視圖。

圖8所示GaN系發光二極體元件100係在基板110的背面上形成屬於透光性電極的n側歐姆電極E101，並在磊晶層120上設置兼用作歐姆電極與電極墊的p側電極E200。藉由經由在n側歐姆電極E101上其中一部分處所形成的n側電極墊E102、與p側電極E200，而對磊晶層120施加順向電壓，便在活性層122產生發光。該光會穿透過n側歐姆電極E101並被釋放於GaN系發光二極體元件的外部。又，該光的其中一部分亦會被從基板110的端面與磊晶層120的端面釋放。

n側歐姆電極E101係使用諸如ITO等透明導電性氧化物(TCO)形成。n側歐姆電極E102係使用金屬形成，較佳係形成積層構造。當將n側電極墊E102設為積層構造時，與n側歐姆電極E101相接觸的部分係使用諸如Cr、Ti、Ni、Pt、Rh等與TCO間之密接性優異的金屬形成，其餘部分則使用諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成。由TCO所形成n側歐姆電極E101的厚度較佳係0.1μm~0.5μm，由金屬所形成n側電極墊E102的厚度較佳係0.5μm~5μm。

p側電極E200較佳係設為積層構造。此情況，在與p型層123相接觸的部分係使用諸如Ni、Au、Pt、Pd、Co、ITO等與p 型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料形成，其餘部分則使用諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成。p側電極E200較佳係形成覆蓋著p型層123上面全體的狀態。

n側歐姆電極E101係全面性覆蓋著基板110的背面。在該基板110的背面上存在有：與n側歐姆電極E101間之接觸電阻呈相對低的低接觸電阻區域112a、與該接觸電阻呈相對高的高接觸電阻區域112b。低接觸電阻區域112a係經拋光修整的區域，高接觸電阻區域112b係經乾式蝕刻修整的區域。

高接觸電阻區域112b係設置於n側電極墊E102的正下方。高接觸電阻區域112b係只要涵蓋n側電極墊E102朝基板110背面的正投影至少其中一部分便可，較佳係依涵蓋全部的方式形成。藉由此種構成，可防止在基板110與磊晶層120內部流通的電流，集中於將p側電極E200與n側電極墊E102依最短距離連結的路徑(圖8(b)中依箭頭所示路徑)。結果相較於電流集中於該區域的情況下，可減輕在活性層122所產生的光因n側電極墊E102而被遮蔽及吸收情形。此外，因為橫跨活性層122流動的電流密度呈更均勻，因而可抑制因衰退現象(GaN系發光二極體元件因特有的電流密度提高，導致發光效率降低的現象)而造成發光效率降低情形。

(實施形態5)

實施形態5的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖9示意所示。圖9中，針對與實施形態1的GaN系發光二極體元件為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖9(a)所示係從基板110側所觀看到GaN系發光二極體元件100的平面圖，圖9(b)所示係圖9(a)的X-X線位置 剖視圖。

圖9所示GaN系發光二極體元件100中，n側電極墊E102連接著4個輔助電極E103。所以，從金屬絲線等朝n側電極墊E102供應的電流，係在利用線狀輔助電極E103朝橫向(基板110厚度方向的正交方向)擴展，並於n側歐姆電極E101中流動。

在基板110背面中被n側歐姆電極E101覆蓋的區域，依涵蓋n側電極墊E102的正投影至少其中一部分，較佳係全部的方式，形成高接觸電阻區域112b。所以，防止在基板110與磊晶層120內部流動的電流，集中於將p側電極E200與n側電極墊E102依最短距離連結的路徑。更，因為n側電極墊E102連接著輔助電極E103，因而在磊晶層120內流動的電流便從n側電極墊E102朝橫向擴展至充分遠離的區域。

圖9的GaN系發光二極體元件100中，輔助電極E103在基板110背面的正投影並未涵蓋於高接觸電阻區域112b中。所以，亦會從輔助電極E103朝正下方的方向流動電流，但因為輔助電極E103並不同於n側電極墊E202而是形成較細長，因而對在正下方所產生發光造成的影響(遮蔽與吸收)較小。另一實施形態亦可依涵蓋輔助電極E103在基板110背面的正投影全部或其中一部方式，形成高接觸電阻區域112b。

(實施形態6)

實施形態6的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖10示意所示。圖10中，針對與實施形態1的GaN系發光二極體元件為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖10(a)所示係從基板110側所觀看 到GaN系發光二極體元件100的平面圖，圖10(b)所示係圖10(a)的X-X線位置剖視圖。

圖10所示GaN系發光二極體元件100係含有墊部的n側電極E100直接形成於基板110的背面。n側電極E100係具備有：兼用作電極墊的墊部E100a、以及連接於該墊部E100a且呈十字圖案(亦稱「分支的線狀圖案」)的輔助部E100b。

n側電極E100較佳係與基板110相接觸的部分使用諸如Al、Ti、Cr、V、W、ITO等與n型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料形成，而其餘部分則使用諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成。

在基板110的背面中被n側電極E100覆蓋的區域，係依高接觸電阻區域112b涵蓋n側電極的墊部E100a正投影至少其中一部分，較佳係全部的方式形成。所以，從n側電極E100注入基板110中的載子(電子)，便在非直接從墊部E100a而是經由輔助部E100b朝橫向擴展的情況下被注入基板110中。所以，相較於未設計高接觸電阻區域112b的情況下，在磊晶層120內的發光構造中流通的電流密度便呈均勻。另外，亦會有從輔助部E100b朝正下方方向流動著電流，但因為輔助部E100b並不同於墊部E100a而是形成細長，因而對其正下方所產生發光造成的影響(遮蔽與吸收)較小。

(實施形態7)

實施形態7的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖11示意所示。圖11所示GaN系發光二極體元件101係具備有：基板110、以及由在其上面磊晶生長的GaN系半導體所形成的磊晶層120。圖11(a)所示係從磊晶層120側所觀看到GaN系發光二極體元件101的平面圖， 圖11(b)所示係圖11(a)的X-X線位置剖視圖。圖12所示係從基板110側所觀看到GaN系發光二極體元件101的平面圖。

基板110係n型導電性m面GaN基板。磊晶層120係含有構成pn接合的n型層121與p型層123。依形成雙異質構造的方式，在n型層121與p型層123之間設有活性層122。在基板110的背面形成兼用作歐姆電極與電極墊的n側電極E100。在磊晶層120上形成屬於透光性電極的p側歐姆電極E201。經由n側電極E100、與在p側歐姆電極E201上其中一部分處所形成的p側電極墊E202，對磊晶層120施加順向電壓，便在活性層122產生發光。該光會從p側歐姆電極E201的表面、磊晶層120的端面、及基板110的端面等被釋放於GaN系發光二極體元件101的外部。

n側電極E100係至少與基板110相接觸的部分係由諸如Al、Ti、Cr、V、W、ITO等與n型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料形成。較佳實施形態的n側電極E100係與基板110相接觸的部分由諸如Al、Ti、Cr、V、W、ITO等形成，且形成在其上面積層著由諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬所形成層的多層構造。

p側歐姆電極E201係使用諸如ITO等透明導電性氧化物(TCO)形成。較佳p側歐姆電極E201係依覆蓋著p型層123上面全體的方式形成。p側電極墊E202係使用金屬形成。就較佳實施形態而言，p側電極墊E202係與p側歐姆電極E201相接觸的部分係使用諸如Cr、Ti、Ni、Pt、Rh等與TCO間之密接性優異的金屬形成，並形成在其上面積層著由諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬所形成層的多層構造。由TCO所形成p側歐姆電極E201的厚度較佳係0.1μm~0.5μm，由金屬所形成p側電極墊E202的厚度較佳係 0.5μm~5μm。

如圖12所示，在基板110背面上所形成的n側電極E100係被圖案化呈特定形狀。在n側電極E100的中央部，於與p側電極墊E202在基板110背面的正投影相重疊位置處設有圓形開口部。因為設有該開口部，因而從p側電極墊E202朝磊晶層120流動的電流便不會集中於p側電極墊E202的正下方。即，電流不會集中於圖11(b)中的箭頭所示路徑。結果，相較於電流集中於該路徑的情況下，可減輕在活性層122所產生的光因p側電極墊E202而受到遮蔽及吸收情形。此外，因為橫跨活性層122流動的電流密度呈更均勻，因而可抑制因衰退現象(GaN系發光二極體元件因特有的電流密度提高，導致發光效率降低的現象)而造成發光效率降低情形。

(實施形態8)

實施形態8的GaN系發光二極體元件之剖面構造係如圖13示意所示。圖13中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖13所示GaN系發光二極體元件102，在基板110背面未被n側電極E100覆蓋的部分處，設有使由活性層122所產生光能亂反射的凹凸圖案。該凹凸圖案係例如由點狀凹部或凸部呈週期性排列的圖案，利用光學微影與乾式蝕刻便可形成。凹凸圖案係只要凹部深度或凸部高度與圖案週期達1μm以上的話，便可使由活性層122所產生的近紫外~可見波長光進行亂反射。藉由形成能使產生亂反射的凹凸圖案而抑制多重反射，俾改善光取出效率。亦可取代具週期性的凹凸圖案形成，改為使用無規蝕刻遮罩的乾式蝕刻或噴砂，亦可形成能達同樣效果之未具週期性的粗面。

(實施形態9、10)

實施形態9、10的GaN系發光二極體元件之剖面構造，係如圖14示意所示。圖14中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖14(a)所示GaN系發光二極體元件103及圖14(b)所示GaN系發光二極體元件104，取代兼用作歐姆電極與電極墊的n側電極E100，改為在基板110背面上形成經圖案化的n側歐姆電極E101、以及覆蓋其之n側電極墊E102。在基板110的背面上由n側歐姆電極E101所呈現的圖案係可設為圖15(a)所示一例的點陣圖案、或圖15(b)所示一例的網絡圖案等。n側歐姆電極E101較佳係利用移除法施行圖案化。

圖14(a)的GaN系發光二極體元件103中，n側電極墊E102係依與基板110露出的背面相接觸方式設計，圖14(b)所示GaN系發光二極體元件104中，在基板110背面與n側電極墊E102之間介設有介電質反射膜R100。介電質反射膜R100的較佳例係布拉格反射膜(Distributed Bragg Reflector，DBR)，惟並不僅侷限此，亦可為由折射率較低於基板110的介電質所形成之單層膜。

GaN系發光二極體元件103、104中，n側歐姆電極E101係使用諸如Al、Ti、Cr、V、W、ITO等與n型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料，利用諸如蒸鍍、濺鍍、CVD等氣相法形成較佳0.05μm~0.5μm的厚度。n側電極墊E102較佳係含有由諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬形成厚度0.5μm~5μm層。又，n側電極墊E102最好靠基板110側含有由諸如Ag、Al、Rh、Pt等，在近紫外~可見波長域中具有高反射率金屬形成的高反射部。

(實施形態11)

實施形態11的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖16示意所示。圖16(a)係從基板側看到的平面圖，圖16(b)係圖16(a)的X-X線位置剖視圖。圖16中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖16所示GaN系發光二極體元件105中，在p型層123上所設置的電極係設為兼用作歐姆電極與電極墊的p側電極E200，且為使由活性層122所產生的光能被從基板110背面釋放出至GaN系發光二極體元件100的外部，而縮小n側電極E100的面積。就較佳實施形態而言，p側電極E200係與p型層123相接觸的部分由與p型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料形成，並形成在其上面積層著由諸如Au、Al、Cu、Ag等高導電性金屬所形成層的多層構造。與p型GaN系半導體形成歐姆接觸的材料係可例如Ni、Au、Pd、Rh、Pt、Co等金屬，此外可例如ITO、鋅添加氧化銦、氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鎵等透明導電性氧化物。由高導電性金屬形成的層較佳係形成0.5μm~5μm厚度。

(實施形態12)

實施形態12的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖17示意所示。圖17中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖17所示GaN系發光二極體元件106係圖16所示GaN系發光二極體元件105的變化例。相異處在於如平面圖17(a)所示，GaN系發光二極體元件106中，n側電極E100係由接合引線等所連接部分的連接部E100a、與用於將電流朝橫向(基 板110厚度方向的正交方向)擴展的延長部E100b構成。此外，GaN系發光二極體元件106中如圖17(a)的P-Q線位置剖視圖之圖17(b)所示，基板110的背面露出部分被施行粗糙化加工。在該經施行粗糙化加工的部分處，形成使由活性層122所產生的光進行亂反射的微米尺寸凹凸、使由活性層122所產生的光進行繞射的次微米尺寸週期性凹凸圖案、或者能抑制由活性層122所產生光進行全反射的次微米尺寸細微凹凸。次微米尺寸凹凸係將高分子微粒子或二氧化矽微粒子使用為遮罩，對基板110施行蝕刻加工的方法便可形成。

(實施形態13)

實施形態12的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖18示意所示。圖18(a)係從基板側看到的平面圖，圖18(b)係圖18(a)的P-Q線位置剖視圖。圖18中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖18所示GaN系發光二極體元件107係圖16所示GaN系發光二極體元件105的另一變化例。相異處在於如圖18(a)、(b)所示，GaN系發光二極體元件107中，取代兼用作歐姆電極與電極墊的n側電極E100，改為在基板110背面上形成：由諸如ITO等透明導電性氧化物所形成的透光性n側歐姆電極E101、以及在其中一部分上所設置的n側電極墊E102。

n側電極墊E102係與圖17所示GaN系發光二極體元件106的n側電極E100同樣，由接合引線等所連接部分的連接部E102a、與用於將電流朝橫向擴展的延長部E102b構成。透光性n側歐姆電極E101係被圖案化，且在n側電極墊E102a的正下方部分處設有圓形開口部。

(實施形態14)

實施形態14的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖19示意所示。圖19(a)係從基板側看到的平面圖、圖19(b)係圖19(a)的X-X線位置剖視圖。圖19中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖19所示GaN系發光二極體元件108係圖16所示GaN系發光二極體元件105的再另一變化例。相異處在於如圖19(a)、(b)所示，發光二極體元件108中，取代兼用作歐姆電極與電極墊的n側電極E100，改為在基板110背面上形成：由諸如ITO等透明導電性氧化物所形成的透光性n側歐姆電極E101、以及在其中一部分上所設置的n側電極墊E102。但，不同於圖18所示GaN系發光二極體元件107，n側歐姆電極E101並未廣範圍覆蓋基板110的背面，而是其面積僅些微大於n側電極墊E102而已。此外，GaN系發光二極體元件108不同於圖16所示GaN系發光二極體元件105，基板110背面中未被n側歐姆電極E101所覆蓋的部分係設為粗面。

(實施形態15)

實施形態15的GaN系發光二極體元件之構造，係如圖20示意所示。圖20(a)係從基板側看到的平面圖，圖20(b)係圖20(a)的P-Q線位置剖視圖。圖20中，針對與實施形態7的GaN系發光二極體元件101為共通之構成要件便賦予相同的元件符號。圖20所示GaN系發光二極體元件109係圖19所示GaN系發光二極體元件108的變化例。相異處在於GaN系發光二極體元件109係如圖20(a)、(b)所示，n側電極 墊E102係由：接合引線等所連接部分的連接部E102a、以及用於將電流朝橫向(基板110厚度方向的正交方向)擴展的柵狀延長部E102b構成。在n側電極墊E102與p型層123之間介設的n側歐姆電極E101係被圖案化呈與n側電極墊E102略同形狀但橫寬稍大。

(實施形態7的GaN系發光二極體元件之製造方法)

其次，針對本發明實施形態的GaN系發光二極體元件之製造方法，就製造前述實施形態7的GaN系發光二極體元件101之情況為例進行說明。GaN系發光二極體元件101係藉由依序執行以下所述(A)~(G)步驟便可製造。

(A)磊晶晶圓之準備

最初的步驟係如圖21(a)所示，準備在n型導電性m面GaN基板110上，形成含有：由GaN系半導體形成的n型層121、活性層122及p型層123之磊晶層120的磊晶晶圓。此階段的基板110厚度典型係300μm~1mm。

(B)磊晶層之加工

此步驟中，如圖21(b)所示，對磊晶層120施行乾式蝕刻加工而形成元件隔離溝渠G100。然後，在由元件隔離溝渠G100所區隔的各發光二極體部之p型層123上，依序形成p側歐姆電極E201與p側電極墊E202。元件隔離溝渠G100與p側歐姆電極E201的形成順序並無限定，亦可在形成元件隔離溝渠G100之前便形成p側歐姆電極E201。又，本例中，元件隔離溝渠G100係設為到達n型層121的深度，但亦 可形成到達基板110表面或內部的深度。較佳係在形成元件隔離溝渠G100、p側歐姆電極E201及p側電極墊E202之後，將p側歐姆電極E201的表面、與磊晶層120的露出面，利用由諸如SiO₂ 、SiN_x 等透明材料形成的絕緣性保護膜(未圖示)予以被覆。

(C)基板之薄型化

本步驟中，對基板110的背面施行輪磨或研磨，而如圖21(c)所示減少基板110的厚度。施行輪磨時，接著施行研磨俾降低經加工過的面之粗糙度。施行此研磨時，最好將所使用鑽石磨粒的粒徑階段性變小。此項步驟(C)係視需要施行便可，亦可省略。

(D)基板的背面拋光

本步驟中，使用酸性CMP漿料，依0.5μm/h以下的低拋光速率對基板110的背面施行拋光，將使用AFM所測定10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra成為0.1nm以下。CMP漿料的pH較佳係未滿2。當拋光前的基板110背面係保持經施行輪磨過的表面般之粗糙面時，便施行預加工之研磨而降低粗糙度之後，才施行拋光。施行此項研磨之際，最好將所使用鑽石磨粒的粒徑階段性變小。經拋光後，利用水沖洗在基板110上所附著的漿料，並使乾燥。經水洗後，亦可施行有機洗淨或紫外線臭氧洗淨。

(E)n側電極之形成

本步驟中，如圖22(a)所示，在基板110的背面整體上，使用諸如蒸鍍、濺鍍、CVD等氣相法，形成薄膜狀的n側電極E100。依此，在 使用酸性漿料依低速率對基板110表面施行拋光後，藉由在保持該經拋光狀態的表面上形成n側電極E100，便可降低n側電極E100的接觸電阻。

(F)n側電極的圖案化

本步驟中，在利用遮罩保護必要部分之後，將不需要部分利用蝕刻予以除去的方法(即移除法)，而如圖22(b)所示，將n側電極E100圖案化呈既定形狀。遮罩的圖案化係可使用眾所周知的光學微影技法實施。蝕刻方法係可為濕式蝕刻與乾式蝕刻中之任一者。相關濕式蝕刻所使用的蝕刻液、乾式蝕刻所使用的蝕刻氣體，只要適當地參照公知技術再行選擇便可。較佳實施形態中，n側電極E100經圖案化後，便將基板110的露出面利用由諸如SiO₂ 、SiN_x 等透明材料形成的絕緣性保護膜(未圖示)予以被覆。

(G)晶圓切割(dicing)

最後的步驟係如圖22(c)所示，在磊晶層120上形成元件隔離溝渠G100的位置處將磊晶晶圓予以切斷，便獲得晶片狀的GaN系發光二極體元件101。

(實施形態8的GaN系發光二極體元件之製造方法)

製造實施形態8的GaN系發光二極體元件102(參照圖13)時，需要對基板110的背面加工呈凹凸狀的步驟。此項步驟係在對n側電極E100施行圖案化的步驟之後才實施。

(實施形態14的GaN系發光二極體元件之製造方法)

製造實施形態14的GaN系發光二極體元件108(參照圖19)時，首先準備在n型導電性m面GaN基板110上，形成含有：由GaN系半導體形成的n型層121、活性層122及p型層123之磊晶層120的磊晶晶圓。然後，對磊晶層120施行乾式蝕刻加工而形成元件隔離溝渠G100，且在由元件隔離溝渠G100所區隔的各發光二極體部之p型層123上形成p側電極E200。

在p側電極E200形成後，對基板110的背面施行輪磨或研磨，而減少基板110的厚度。當施行輪磨的情況，接著施行研磨俾減少經加工的面之粗糙度。然後，使用酸性CMP漿料，依0.5μm/h以下的低拋光速率對基板110背面施行拋光，將使用AFM所測定10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra成為0.1nm以下。經拋光後，利用水沖洗基板110上所附著的漿料，並使乾燥。經水洗後，亦可施行有機洗淨或紫外線臭氧洗淨。

其次，在保持經拋光過的基板110背面整體上，使用諸如蒸鍍、濺鍍、CVD等氣相法依薄膜狀形成由ITO形成的n側歐姆電極E101。完成至此項步驟的磊晶晶圓剖視圖係如圖23(a)所示。

下一步驟係在利用光阻遮罩保護必要部分之後，藉由將不需要部分利用蝕刻予以除去的方法(即移除法)，而如圖23(b)所示，將n側歐姆電極E101圖案化呈既定形狀。光阻遮罩的圖案化係可使用普通的光學微影技法實施。ITO的蝕刻較佳係蝕刻液使用氯化鐵水溶液或鹽酸，並利用濕式法實施。實施此項濕式蝕刻之際，依ITO的不需要部分未被完全去除，其殘渣殘留於基板110上的方式調節蝕刻時間等。

諸如ITO等多晶質TCO薄膜，在成膜後藉由施行退火 而提升結晶部分的結晶性，便可增加濕式蝕刻時的結晶部分與晶界部分之蝕刻速率差。所以，當將n側歐姆電極E101設為如ITO等多晶質TCO膜時，藉由對其施行熱處理，便在濕式蝕刻後輕易地使TCO的殘渣殘留於基板110上。

下一步驟係將前一步驟於n側歐姆電極E101保護時所使用的光阻遮罩，繼續使用為遮罩，並以氯氣為蝕刻氣體，對露出的基板110背面施行乾式蝕刻。此時，藉由殘留的ITO殘渣發揮當作細微遮罩的作用，便如圖23(c)所示，在基板110被乾式蝕刻的部分處形成無數個細微凹凸。

經乾式蝕刻後，如圖24(a)所示，在n側歐姆電極E101上形成n側電極墊E102。較佳實施形態係之後將基板110的露出面利用由諸如SiO₂ 、SiN_x 等透明材料形成的絕緣性保護膜(未圖示)予以被覆。然後，最後的步驟係如圖24(b)所示，在磊晶層120上所形成元件隔離溝渠G100的位置處將磊晶晶圓予以切斷，便獲得晶片狀GaN系發光二極體元件108。

(變化實施形態)

與上述各實施形態同樣的，準備在m面GaN基板的表面上，形成含有：由GaN系半導體形成的n型層、活性層及p型層之磊晶層的磊晶晶圓，並在該p型層的上面形成p側電極後，就變化實施形態的GaN系發光二極體元件之製造方法，係夾置該p側電極並在該磊晶晶圓的磊晶層側接合著支撐基板。

接著，將該m面GaN基板從背面側施行輪磨或研磨而使磨耗，俾使磊晶層中所含的n型層露出。

接著，對該n型層的露出面使用酸性CMP漿料(較佳係未滿pH2)，依0.5μm/h以下的低拋光速率施行拋光，將使用AFM所測定10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra成為0.1nm以下。經拋光後，利用水沖洗在經拋光過的n型層表面上所附著漿料，並使乾燥。經水洗後，亦可施行有機洗淨或紫外線臭氧洗淨。

然後，依照與上述實施形態的製造方法為同樣順序，在該經拋光過的n型層露出面上形成n側電極，接著再施行圖案化。

依此所形成的n側電極可認為係對n型層的接觸電阻較低者。

(發光裝置)

使用本發明實施形態GaN系發光二極體元件的發光裝置用途，係包括有：照明、顯示器、液晶顯示裝置的背光源、指示器等，惟並不僅侷限此。

本發明實施形態的GaN系發光二極體元件係在收容於砲彈型封裝體或SMD型封裝體中之後，便可安裝於電路基板上。照明用發光裝置最好係採用將本發明實施形態的GaN系發光二極體元件，直接安裝於電路基板上的板上晶片(chip on board)方式。

使用本發明實施形態GaN系發光二極體元件的發光裝置一形態，係可例如由GaN系發光二極體元件與波長轉換物質，其係吸收由該發光二極體元件所發光的至少其中一部分，並轉換為更長波長的光、兩者組合的發光裝置。該發光裝置一例係有如白色LED。

圖25係使用本發明實施形態GaN系發光二極體元件的白色LED構造例剖視圖。白色LED係具備有：本發明GaN系發光二極體元件1000、收容該LED元件的SMD型封裝體2000、及波長轉換部3000。

GaN系發光二極體元件1000係在440~470nm範圍內、較佳係445~465nm範圍內具有發光峰波長的藍色發光二極體元件。

SMD型封裝體2000係公知的SMD型封裝體，典型例係將諸如聚醯胺樹脂、環氧樹脂、聚矽氧樹脂等耐熱性樹脂，與引線框架施行一體成形之形式者，惟並不僅侷限於此。例如亦可在積層陶瓷基板上接合著陶瓷製或金屬製反射器形式的SMD型封裝體。

GaN系發光二極體元件1000所發出的藍色光會入射至波長轉換部3000中，其中一部分被利用波長轉換部3000所含有的黃色螢光體被轉換為黃色光。從波長轉換部3000的表面朝外部釋放出由藍色光與黃色光混成產生的白色光。

波長轉換部3000中所含黃色螢光體的濃度係調節成白色LED所釋放出光的顏色，距黑體輻射軌跡的偏差Duv(=1000duv)在-20~+20範圍內的狀態。照明用時，Duv通常係設為-6.0~+6.0範圍內、較佳係-6.0~+2.0範圍內、更佳係-6.0~0.0範圍內。

除黃色螢光體之外，更藉由在波長轉換部3000中添加紅色螢光體，便可使產生較低色溫度的白色光。白色LED的相關色溫度就照明用通常係設定為2000~7000K範圍內。

照明用白色LED係藉由除黃色螢光體之外，更在波長轉換部3000中添加紅色螢光體，便可改善演色性。將黃色螢光體其中一部分或全部取代為綠色螢光體，亦具有改善白色LED演色性的貢獻。

所謂「黃色螢光體」係指發光色被區分為圖26所示xy色度圖(CIE 1931)中的「YELLOW GREEN(黃綠)」、「GREENISH YELLOW(綠黃)」、「YELLOW(黃)」或「YELLOWISH ORANGE(橙黃)」之螢光體。

黃色螢光體的較佳例係以Ce³⁺ 為活化劑，並以石榴石型氧化物結晶為母體者，可例如：(Y,Gd)₃ Al₅ O₁₂ ：Ce、Tb₃ Al₅ O₁₂ ：Ce、Lu₃ Al₅ O₁₂ ：Ce等。其他尚有如以Ce³⁺ 為活化劑，並以鑭矽氮化物結晶為母體者，例如：La₃ Si₆ N₁₁ ：Ce、Ca_1.5x La_3-x Si₆ N₁₁ ：Ce等。又，以Eu²⁺ 為活化劑的黃色螢光體係有如：(Ba,Sr)₂ SiO₄ ：Eu(稱「BOSE」或「BOS」、α矽鋁氮氧化物：Eu、(Ca,Sr,Ba)Si₂ O₂ N₂ ：Eu等。

所謂「綠色螢光體」係指發光色被區分為圖26所示xy色度圖(CIE 1931)中的「GREEN(綠)」或「YELLOWISH GREEN(黃綠)」之螢光體。

較佳的綠色螢光體係有如以Eu²⁺ 為活化劑者、及以Ce³⁺ 為活化劑者。

以Eu²⁺ 為活化劑的綠色螢光體係有如以由鹼土族矽酸鹽、鹼土族矽酸氮化物或矽鋁氮氧化物所形成結晶為母體的綠色螢光體。以鹼土族矽酸鹽結晶為母體者的具體例，係可例如：(Ba,Ca,Sr,Mg)₂ SiO₄ ：Eu、(Ba,Sr,Ca)₂ (Mg,Zn)Si₂ O₇ ：Eu等。以鹼土族矽酸氮化物結晶為母體者的具體例，係可例如：(Ba,Ca,Sr)₃ Si₆ O₁₂ N₂ ：Eu、(Ba,Ca,Sr)₃ Si₆ O₉ N₄ ：Eu、(Ca,Sr,Ba)Si₂ O₁₂ N₂ ：Eu等。以矽鋁氮氧化物結晶為母體者的具體例，係可例如：β矽鋁氮氧化物：Eu、Sr₃ Si₁₃ Al₃ O₂ N₂₁ ：Eu、Sr₅ Al₅ Si₂₁ O₂ N₃₅ ：Eu等。

以Ce³⁺ 為活化劑的綠色螢光體係以石榴石型氧化物結晶為母體的綠色螢光體，例如：(Y,Gd)₃ Al₅ O₁₂ ：Ce、Y₃ (Al,Ga)₅ O₁₂ ：Ce、Lu₃ (Al,Ga)₅ O₁₂ ：Ce、Ca₃ (Sc,Mg)₂ Si₃ O₁₂ ：Ce；而以鹼土族金屬鈧酸鹽結晶為母體的綠色螢光體係可例如CaSc₂ O₄ ：Ce。

所謂「紅色螢光體」係指發光色被區分為圖26所示xy 色度圖(CIE 1931)中的「RED(紅)」、「REDDISH ORANGE(紅橙)」或「ORANGE(橙)」之螢光體。

紅色螢光體的較佳例係可例如以Eu²⁺ 為活化劑，並以由鹼土族矽氮化物、α矽鋁氮氧化物或鹼土族矽酸鹽所形成的結晶為母體之螢光體。以鹼土族矽氮化物結晶為母體者的具體例，係可例如：(Ca,Sr,Ba)AlSiN₃ ：Eu、(CaAlSiN₃ )_1-x (Si_(3n+2)/4 N_n O)_x ：Eu、(Ca,Sr,Ba)₂ Si₅ N₈ ：Eu、SrAlSi₄ N₇ ：Eu等。以鹼土族矽酸鹽結晶為母體者的具體例係可例如(Sr,Ba)₃ SiO₅ ：Eu等。

紅色螢光體的其他較佳例係Mn⁴⁺ 活化氟錯合物螢光體。較佳係依M₂ XF₆ ：Mn表示的六氟錯合物鹽型，惟並不僅侷限於此，舉凡含有對成為配位中心的金屬元素，配位著5個至7個氟離子的錯離子者均可使用。最佳的Mn⁴⁺ 活化氟錯合物螢光體係以六氟矽酸鉀為母體的K₂ SiF₆ ：Mn。K₂ SiF₆ ：Mn的Si其中一部分亦可被Al所取代，K其中一部分亦可被Na所取代。

波長轉換部3000中保持螢光體的基質材料，係在可見波長區域中呈透明的樹脂或玻璃。樹脂較佳係可例示如：聚碳酸酯樹脂、PMMA樹脂、環氧樹脂、胺基甲酸酯樹脂、聚矽氧樹脂等。玻璃較佳係可例示如：磷酸系、硼磷酸系、硼酸釩系、鹼矽酸系、鉍系等低熔點玻璃。

在波長轉換部3000中亦可分散著螢光體以外的微粒子，例如光擴散材料。

波長轉換部3000亦可為含有螢光體相的陶瓷板。

波長轉換部3000係可依任意態樣含有螢光體。例如波長轉換部3000內部的螢光體分佈係可呈均勻、亦可呈不均勻。又，波 長轉換部3000亦可含有所含螢光體種類及/或濃度各自不同之2以上螢光體層的積層體。該積層體亦可含有未含螢光體的層。又，波長轉換部3000係可為在透明支撐體表面上塗佈的薄層。

GaN系發光二極體元件1000與波長轉換部3000間的空間S，係可為空洞，亦可其中一部分或全部填充著聚矽氧樹脂或玻璃等透光性材料。

由含有螢光體的樹脂所形成波長轉換部並未必一定要設為板狀。就一例示係亦可在保護GaN系發光二極體元件1000的密封樹脂中添加螢光體。其他一例示係亦可在GaN系發光二極體元件1000的表面上保形地形成含螢光體的樹脂層之後，再將該樹脂層一起與該發光二極體元件利用透光性樹脂予以密封。

圖27~29分別所示係使用本發明實施形態GaN系發光二極體元件的遠端磷光體型白色發光單元之構成例剖視圖。該等白色發光單元係在具散熱片之散熱體上設置PCB(印刷佈線板)，並在該PCB的導電圖案(未圖示)上直接安裝GaN系發光二極體元件。PCB較佳係金屬核心PCB或陶瓷PCB。具備含有螢光體之波長轉換層的波長轉換元件係遠離GaN系發光二極體元件設置。

圖27的白色發光單元中，GaN系發光二極體元件係被具有波長轉換層與透光性層的圓頂形狀波長轉換元件覆蓋。該波長轉換元件係在將例如聚碳酸酯樹脂、PMMA樹脂、環氧樹脂、玻璃等施行塑模，而製作透明中空圓頂(透光性層)後，再於該中空圓頂的內壁面上形成波長轉換層便可製造。波長轉換層係藉由例如塗佈含有螢光體的聚矽氧樹脂糊膏，並使硬化的方法便可形成。

圖28所示白色發光單元中，GaN系發光二極體元件係 被成形為凸透鏡狀的透明樹脂(例如聚矽氧樹脂)所密封，且被環狀反射器所包圍。在反射器的上部安裝著具有波長轉換層與透光性層的平板形波長轉換元件，並堵塞住GaN系發光二極體元件上方的空間。反射器的內壁係依從GaN系發光二極體元件所入射的光，被朝波長轉換元件予以反射的方式呈傾斜。

圖29所示白色發光單元中，波長轉換元件係設有：凸透鏡、與在其下面設置的波長轉換層。凸透鏡係由透明的樹脂或玻璃形成，具有對該白色發光單元的輸出光賦予指向性之作用。

圖27~29中任一例均可對波長轉換元件表面的至少其中一部分賦予蛾眼(moth-eye)構造。即圖27與圖28的例示之透光性層的表面、或圖29的例示之凸透鏡表面設為蛾眼構造。又，圖27~29中任一例亦可將波長轉換層的表面設為蛾眼構造。

因為藉由蛾眼構造的賦予，便不致發生表面的全反射，因而波長轉換元件的透光性提高，導致白色發光單元的發光效率提高。

圖28所示白色發光單元中，在透光性層的表面上形成微透鏡陣列，亦對光取出效率的提高具有效。

圖27~29的各例中，為使由GaN系發光二極體元件及各螢光體所發出的光能充分混合，亦可使波長轉換層中分散著光擴散材料。圖27與圖28所示例中，因為目的相同，因而可在透光性層中分散著光擴散材料，此外亦可藉由對透光性層的表面施行粗糙化加工而賦予光擴散性。

圖27~29所例示的遠端磷光體型白色發光單元，頗適用於例如：吸頂燈(ceiling light)、改裝燈泡(retrofit bulb)(白熱燈泡型、鹵素燈型)、聚光燈、頭燈等各種固體照明器具的光源單元。

白色發光裝置構成例係如上所說明，惟由本發明實施形態的GaN系發光二極體元件、與波長轉換物質，其係將該發光二極體元件所發出光至少其中一部分予以吸收，並轉換為更長波長的光，兩者組合構成的發光裝置，並不僅侷限於白色發光裝置，亦可為發出綠、黃、紅等原色光的發光裝置、或發出粉彩顏色(pastel color)光的發光裝置。

(其他之發明揭示)

熟習此技術者就以下所記載的表面處理方法、半導體元件之製造方法或GaN系發光二極體元件的相關發明，均可理解係隸屬於本說明書揭示。

(a1)一種m面GaN基板之表面處理方法，係包括有：對m面GaN基板的表面，使用酸性CMP漿料依0.5μm/h以下的拋光速率施行拋光之第1步驟；以及接著該第1步驟，對該m面GaN基板的該表面施行水洗之第2步驟。

(a2)如上述(a1)所記載的表面處理方法，其中，上述CMP漿料的pH係未滿2。

(a3)如上述(a1)或(a2)所記載的表面處理方法，其中，上述第1步驟係依上述m面GaN基板的表面經拋光後的算術平均粗糙度Ra成為0.1nm以下的方式施行拋光。

(a4)一種半導體元件之製造方法，係包括有在具有n型導電性的m面GaN基板表面上形成歐姆電極的電極形成步驟，且在該電極形成步驟之前，包括有對該表面施行該表面的修整步驟，而該修整步驟係使用上述(a1)~(a3)中任一項所記載之表面處理方法進行表面處理的表面處理步驟。

(a5)如上述(a4)所記載的半導體元件之製造方法，其中，上述具有n型導電性的m面GaN基板之載子濃度係1×10¹⁷ cm^-3 。

(b1)一種表面處理方法，係包括有：對n型GaN系半導體露出的m面，使用酸性CMP漿料依0.5μm/h以下的拋光速率施行拋光之第1步驟；以及接著該第1步驟對該m面施行水洗的第2步驟。

(b2)如上述(b1)所記載的表面處理方法，其中，上述CMP漿料的pH係未滿2。

(b3)如上述(b1)或(b2)所記載的表面處理方法，其中，上述第1步驟係依上述m面經拋光後的算術平均粗糙度Ra成為0.1nm以下的方式施行拋光。

(b4)一種半導體元件之製造方法，係包括有在n型GaN系半導體露出的m面上形成歐姆電極的電極形成步驟，且在該電極形成步驟之前，包括有該m面的修整步驟，而該修整步驟係使用上述(b1)~(b3)中任一項所記載之表面處理方法，對該m面施行表面處理的表面處理步驟。

(b5)如上述(b4)所記載的製造方法，其中，上述n型GaN系半導體係使用m面GaN基板，並利用磊晶生長所形成的n型GaN系半導體層。

(c1)一種GaN系發光二極體元件，係包括有半導體積層體、p側電極、及n側歐姆電極，而該半導體積層體係依序積層著由GaN系半導體形成的n型層、活性層及p型層，且其積層方向係平行於該GaN系半導體的m軸；該p側電極係連接於該p型層；該n側歐姆電極係形成於該n型層靠該活性層側之表面的背後側表面上；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以 下。

(c2)一種GaN系發光二極體元件，係包括有半導體積層體、p側電極、及n側歐姆電極，而該半導體積層體係依序積層著由GaN系半導體構成的n型層、活性層及p型層，且其積層方向係平行於該GaN系半導體的m軸；該p側電極係連接於該p型層；該n側歐姆電極係形成於該n型層靠該活性層側之表面的背後側表面上；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下。

(c3)一種GaN系發光二極體元件，係包括有半導體積層體、p側電極、及n側歐姆電極，而該半導體積層體係依序積層著由GaN系半導體構成的n型層、活性層及p型層，且其積層方向係平行於該GaN系半導體的m軸；該p側電極係連接於該p型層；該n側歐姆電極係形成於該n型層靠該活性層側之表面的背後側表面上；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下。

(c4)一種GaN系發光二極體元件，係包括有半導體積層體、p側電極、及n側歐姆電極，而該半導體積層體係依序積層著由GaN系半導體構成的n型層、活性層及p型層，且其積層方向係平行於該GaN系半導體的m軸；該p側電極係連接於該p型層；該n側歐姆電極係形成於該n型層靠該活性層側之表面的背後側表面上；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下。

(c5)一種GaN系發光二極體元件，係包括有半導體積層體、p側電極、及n側歐姆電極，而該半導體積層體係依序積層著由GaN系半導體構成的n型層、活性層及p型層，且其積層方向係平行於該GaN系半導體的m軸；該p側電極係連接於該p型層；該n側歐姆電極係形成於該n型層靠該活性層側之表面的背後側表面上；其中，對該發光 二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下。

(c6)如上述(c1)~(c5)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述n型層有形成上述n側歐姆電極之側的表面面積係0.0012cm² 以上。

(c7)如上述(c6)所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述n側歐姆電極的面積係0.0012cm² 以上、且上述n型層有形成上述n側歐姆電極之側的表面面積以下。

(c8)如上述(c1)~(c7)中任一項所記載的GaN系發光二極體元件，其中，上述n型層的表面係至少與上述n側歐姆電極相接觸的部分處，10μm四方範圍的算術平均粗糙度Ra在0.1nm以下。

1‧‧‧LED元件

10‧‧‧基板

11‧‧‧表面

12‧‧‧背面

20‧‧‧半導體積層體

21‧‧‧第1無摻雜GaN層

22‧‧‧經摻雜Si的n型GaN接觸層

23‧‧‧第2無摻雜GaN層

24‧‧‧經摻雜Si的n型GaN覆蓋層

25‧‧‧MQW活性層

26‧‧‧經摻雜Mg的p型Al_0.1 Ga_0.9 N覆蓋層

27‧‧‧經摻雜Mg的p型Al_0.03 Ga_0.97 N接觸層

E11‧‧‧第1n側金屬墊

E12‧‧‧第2n側金屬墊

E21‧‧‧歐姆透光性電極

E22‧‧‧p側金屬墊

Claims (18)

1. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面所設置之平坦部分與經施行粗糙化加工部分中的平坦部分上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下。
2. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面所設置之平坦部分與經施行粗糙化加工部分中的平坦部分上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下。
3. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面所設置之平坦部分與經施行粗糙化加工部分中的平坦部分上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下。
4. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面所設置之平坦部分與經施行粗糙化加工部分中的平坦部分上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V 以下。
5. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面所設置之平坦部分與經施行粗糙化加工部分中的平坦部分上所形成的n側歐姆電極；其中，對該發光二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下。
6. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上部分性形成的n側電極；該n側電極係含有n側電極墊，該n側電極墊係設有：接合引線所連接的連接部、以及用於將電流朝橫向擴展的延長部；對該發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下。
7. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上部分性形成的n側電極；該n側電極係含有n側電極墊，該n側電極墊係設有：接合引線所連接的連接部、以及用於將電流朝橫向擴展的延長部；對該發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下。
8. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上部分性形成的n側電極； 該n側電極係含有n側電極墊，該n側電極墊係設有：接合引線所連接的連接部、以及用於將電流朝橫向擴展的延長部；對該發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下。
9. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上部分性形成的n側電極；該n側電極係含有n側電極墊，該n側電極墊係設有：接合引線所連接的連接部、以及用於將電流朝橫向擴展的延長部；對該發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下。
10. 一種GaN系發光二極體元件，係具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上部分性形成的n側電極；該n側電極係含有n側電極墊，該n側電極墊係設有：接合引線所連接的連接部、以及用於將電流朝橫向擴展的延長部；對該發光二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下。
11. 如申請專利範圍第6至10項中任一項之GaN系發光二極體元件，其中，上述m面GaN基板的背面中沒有形成上述n側電極的部分，依形成次微米尺寸凹凸的方式施行粗糙化加工。
12. 一種發光裝置，係具備有：GaN系發光二極體元件，其乃具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構 造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該GaN系發光二極體元件所施加順向電流為20mA時的順向電壓係4.0V以下；以及波長轉換物質，其乃吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。
13. 一種發光裝置，係具備有：GaN系發光二極體元件，其乃具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該GaN系發光二極體元件所施加順向電流為60mA時的順向電壓係4.5V以下；以及波長轉換物質，其乃吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。
14. 一種發光裝置，係具備有：GaN系發光二極體元件，其乃具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該GaN系發光二極體元件所施加順向電流為120mA時的順向電壓係5.0V以下；以及波長轉換物質，其乃吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。
15. 一種發光裝置，係具備有：GaN系發光二極體元件，其乃具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構 造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該GaN系發光二極體元件所施加順向電流為200mA時的順向電壓係5.5V以下；以及波長轉換物質，其乃吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。
16. 一種發光裝置，係具備有：GaN系發光二極體元件，其乃具備有：n型導電性m面GaN基板、在該m面GaN基板表面上使用GaN系半導體形成的發光二極體構造、以及在該m面GaN基板背面上所形成的n側歐姆電極；其中，對該GaN系發光二極體元件所施加順向電流為350mA時的順向電壓係6.0V以下；以及波長轉換物質，其乃吸收由該GaN系發光二極體元件所發光至少其中一部分，並轉換為更長波長的光。
17. 如申請專利範圍第12至16項中任一項之發光裝置，其中，上述GaN系發光二極體元件係藍色發光二極體元件。
18. 如申請專利範圍第17項之發光裝置，係白色發光裝置。