專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在GaN基板等透明且導(dǎo)電的基板上制作的氮化物類的半 導(dǎo)體發(fā)光二極管，特別地，涉及一種可M對(duì)發(fā)光層均勻地注入電流且提高光 的取出效率來(lái)獲得高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，正積極i艦行4柳AUnGaN等氮化物對(duì)II-V族化合物半導(dǎo)體的 藍(lán)色、白色或紫外光的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)的研究開發(fā)，并已經(jīng)實(shí)用化 (例如，參照專利文獻(xiàn)l)。為了降低成本，現(xiàn)在的半導(dǎo)體發(fā)光二極管在藍(lán)寶石 基板上結(jié)晶生長(zhǎng)氮化物類半導(dǎo)體的類型正成為主流。但是，由于在藍(lán)寶石基板和在此基板上結(jié)晶生長(zhǎng)的氮化物類半導(dǎo)體之間存 在大的晶格不匹配，所以在藍(lán)寶石基板上直接生長(zhǎng)氮化物半導(dǎo)體的情況下，就 會(huì)在發(fā)光層內(nèi)存在非常多的、具有109 101Qcn^以上密度的貫通位錯(cuò)(threading dislocation)。由于此貫通位錯(cuò)成為發(fā)光層內(nèi)的載流子的非發(fā)光再結(jié)合中心，所 以就會(huì)使發(fā)光效率下降。為此，采用一種在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)低溫的緩沖層來(lái)減少貫通位錯(cuò)的方 法。但是，即使采用此方法，貫通位錯(cuò)密度為107咖3左右時(shí)，也幾乎不會(huì)減 少貫通位錯(cuò)。另一方面，現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的GaN基板中，貫通位錯(cuò)密度為105cm-3 左右，今后期待貫通位錯(cuò)密度的進(jìn)一步減少。因此，為了提高發(fā)光效率，使用 GaN基板是非常有效的。此外，作為在表面及背面分別形成了 p電極及n電極的類型的半導(dǎo)體發(fā)光 二極管的安裝方法使用以下2種方法。方法一是以基板側(cè)即n電極側(cè)作為下側(cè) 進(jìn)行管芯焊接、從表面?zhèn)热〕龉獾姆椒?。另一種方法與此相反，是以表面即p 電極側(cè)為下側(cè)進(jìn)行管芯焊接、從背面取出光的方法。專利文獻(xiàn)1:特開2005-166840號(hào)公報(bào)圖6是表示對(duì)基板背面進(jìn)行管芯焊接(die bond)、從基板表面取出光 的現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。如圖所示，在基板1上，作為半導(dǎo)體層， 層疊厚度1.0 u m、 M組成比為0.07的n型AlGaN包覆層2;由厚度7nm、 In 組成比為0.02的4個(gè)InGaN阻擋層(未圖示)和厚度5 nm、 In組成比為O.lO 的3個(gè)InGaN阱層組成的發(fā)光層3;厚度1 OOnm、Al組成比為0.07的p型AlGaN 包覆層4;和厚度20nm的p型GaN接觸層5。然后，在基板1的背面形成由 Ti/Au制成的n電極6，在GaN接觸層5上形成由Pd/Au制成的p電極7。此 夕卜，在p電極7設(shè)置有開口，主要從此部分取出光。在此，p電極7相互的間隔L相對(duì)于p電極7和發(fā)光層3的距離t過大的 情況下，由于向發(fā)光層3的電流注入量在平面內(nèi)變得不均勻，產(chǎn)生電流非注入 區(qū)域，所以發(fā)光效率下降。為了防止這些，只要減小p電極7相互的間隔L即 可。由此，由于僅在發(fā)光層3和p電極7之間形成高電阻、薄的p型半導(dǎo)體層， 所以，電流從p電極7流向發(fā)光層3時(shí)引起的向橫向的電流擴(kuò)散非常地小。此外，p電極7和發(fā)光層3的距離t，在現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管中為1 " m以下。因此，向橫向的電流擴(kuò)輕多為幾u(yù)m左右。因此，為了防止電流的 不均勻注入，必須使p電極7的開口寬度L為幾u(yù) m以下。但是，在減小電極開口寬度L的情況下，如圖7所示，由于發(fā)光層發(fā)生的 光的一部分由p電極7反射或吸收，所以就會(huì)存在發(fā)光效率下降這樣的問題。為了解決此問題，如圖8所示，具有一種作為p電極使用透明電極8來(lái)減 少光的反射及吸收的方法。但是，即使此瞎況下，也存在光的反射及吸收，特 別地，在半導(dǎo)體發(fā)光二極管的發(fā)光波長(zhǎng)短的情況下成為大的問題。此外，電極 薄的情況下，由于此電極的電阻變大，在距離用于電流注入的導(dǎo)線遠(yuǎn)的部分， 就會(huì)使電流量下降、難于均勻地注入電流。此外，如圖9所示，還具有一種在一部分半導(dǎo)體層被腐蝕了的部分處形成 n電極6、以表面?zhèn)葹橄聜?cè)進(jìn)行安裝由此從背面取出光的方法。但是，由于n 電極6和p電極7隔開有距離，所以也難于均勻地注入電流。此外，由于一部 分發(fā)光層3被腐蝕，所以發(fā)光區(qū)域會(huì)M^、。并且，由于將p電極7靠近n電極 6，所以存在使兩電極絕緣進(jìn)行管芯焊接有困難等的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是為了解決上述這樣的課題而進(jìn)行的，其目的在于，可通過對(duì)發(fā)光 層均勻地注入電流且提高光的取出效率來(lái)獲得高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光二極
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光二極管包括相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的導(dǎo)電性基板；在 基板上形成的、包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成的表面電極；以及 在基板的背面形成的、具有開口的背面電極，當(dāng)設(shè)開口的寬度為L(zhǎng)、背面電極 和發(fā)光層的距離為t時(shí)，L《2t，背面電極的面積相對(duì)于SI及的背面面積的比例 為40%以下。本發(fā)明的其它特征將在下文中進(jìn)行闡述。根據(jù)本發(fā)明，可iliW發(fā)光層均勻地注入電流且提高光的取出效率來(lái)獲得 高的發(fā)光效率。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。圖2是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的圖。圖3是表示相對(duì)于距1個(gè)n電極的電極端的橫向距離的、從n電極對(duì)發(fā)光 層3注入的電流的電流密度的圖。圖4是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的圖。圖5是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的圖。圖6是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。 圖7是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。 圖8是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。 圖9是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。 附圖標(biāo)記說明1 GaNSfe (基板) 2 n型A!GaN包覆層(半導(dǎo)體層)3發(fā)光層(半導(dǎo)體層) 4 p型AlGaN包覆層(半導(dǎo)體層)5 p型GaN接觸層(半導(dǎo)體層)6 n電極(背面電極)7 p電極(表面電極) 9 Si02絕緣膜(絕緣膜)10電極焊盤具體實(shí)施方式
實(shí)施方式l.圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的剖面圖。GaN基板1是相對(duì)于發(fā)光波說明的導(dǎo)電性基板，通過研磨變?yōu)?9um厚。在此GaN SIS1上，作為半導(dǎo)體層，層疊厚度1.0um、 Al組成比為0.07的n型AlGaN 包覆層(clad layer) 2;由厚度7nm、 In組成比為0.02的4個(gè)InGaN阻擋層(未 圖示)和厚度5nm、 In組成比為0.10的3個(gè)InGaN阱層組成的發(fā)光層3;厚 度100nm、 Al組成比為0.07的p型AlGaN包覆層4;和厚度20nm的p型GaN 接觸層5。此外，在GaN接觸層5上大致,表面地形成由Pd/Au制成的P電極7(表 面電極)，在基板1的背面形成由Ti/Au制成的n電極6 (背面電極)。以p側(cè) 為下側(cè)安裝此半導(dǎo)體發(fā)光二極管。此外，在n電極6設(shè)置開口，主要Aitb部分 取出光。此外，圖2是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體發(fā)光二極 管的圖。元件的尺寸是長(zhǎng)400um、寬400"m。此夕卜，n電極6的形狀為梳狀， n電極6的寬度為20um，開口的寬度L為100 u m。此外，形成用于焊接導(dǎo)線的電極焊盤10，在電極焊盤10和GaN基板1之 間形成有Si02絕緣膜9。電極焊盤10的尺寸為50umX504 m， Si02絕緣膜9 的尺寸為60umX60um。接著，說明本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的制造方法。首先，在通過熱 清洗等預(yù)先清潔了表面的GaN基板1上，利用有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長(zhǎng) (MOCVD)法生長(zhǎng)摻雜了 n型摻雜劑Si的n型AlGaN包覆層2。接著，順 序?qū)盈B由摻雜相同的Si的InGaN阱層組成的發(fā)光層3、摻雜p型摻雜劑Mg的 p型MGaN包覆層4、和p型GaN接觸層5。在此，這些層的生長(zhǎng)^Jt，例如， 在n型AlGaN包覆層2中設(shè)為IOO(TC ，在n型InGaN發(fā)光層3中為740°C ， 在p型AlGaN包覆層4及p型GaN接觸層5中為1000°C 。在結(jié)束上述晶格生長(zhǎng)的晶片的整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑，通過光刻形成與p 電極7的開沐相對(duì)應(yīng)的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖形。接著，Mil真空蒸鍍?cè)诖丝刮g 劑圖形上順序形成Pt膜及Au膜，通過剝離(hft-off)去除抗蝕劑和抗蝕劑上 的電極膜，由此形成所希望形狀的p電極7。為了使其處于進(jìn)行管芯焊接的面 上，大致^^面地形成此p電極7。接著，通過真空蒸鍍法，形成位于電極焊盤10之下的Si(^絕緣膜9，通 過光刻進(jìn)行構(gòu)圖。然后，在GaN對(duì)及l(fā)的背面涂敷抗蝕劑，通過光刻形成與n
電極6的開沐相對(duì)應(yīng)的規(guī)定形狀的抗蝕劑圖形。接著，利用真空蒸鍍法整傾面她頓序形成Ti殿A(yù)u膜，艦錄U離去除抗蝕齊訴n抗蝕劑上的電搠莫，由此形成所希望皿的n電極6。接著，執(zhí)行用于使p電極7及n電極6i^l撤蟲的合金處理。然后， 劈開或切割將GaN基板1芯片化。Mi^，制造本實(shí)施方式的半導(dǎo)體發(fā)光 二極管。在此，圖3是表示相對(duì)于距1個(gè)n電極6的電極端的橫向距離的、從n電 極6對(duì)發(fā)光層3注入的電流的電流密度的圖?？紤]此關(guān)系性和也從鄰接的n電 極6注入電流的情況時(shí)，可知如果n電極6的開口的寬度L為2t左右，則對(duì) 發(fā)光層3以某種程度地均勻地注入電流。艮卩，如圖3所示，如穀巨n電極6的 距離為2t以下，則電流密度不為0。為此，如果鄰接的n電極6間的距離L為 2t以下，則由于從隔開距離L的2個(gè)n電極6分別注入電流，所以育詢多對(duì)發(fā)光 層3以某種程度地均勻地注入電流。因此，如果n電極6的開口的寬度L為L(zhǎng) 《2t，則電流能夠均勻地注入到發(fā)光層3。但是，tML《1.5t，如果L《1.0t， 則由于電流密度基本上完全均勻，所以更4雌。此外，雖然越減小電極6的開口的寬度L，光的取出效率越變小，但如果 減小電極6的寬度M^面積，就微多提高光的取出效率。并且，如果n電極6 的面積相對(duì)于基板l的背面的面積的比例為40%以下時(shí)，就能夠充分地提高光 的取出效率。但是，4繼25%以下，更{ 15%以下。此外，由于在電極焊盤10的部分，光的取出有困難，所以，通過在此電 極焊盤10之下形成SA絕緣膜9以便不使電流注入至撥光層3，就肖,進(jìn)一 步地提高外部量子效率。此情況下，如果在Si02絕緣膜9上以外形成的n電極 6的面積相對(duì)于除形成有Si(^絕緣膜9的區(qū)域之外的基板1的背面的面積的比 例為40%以下，就能夠充分地提高光的取出效率。但是，優(yōu)選25%以下，更優(yōu) 選15%以下。在本實(shí)施方式中，由于n電極6和發(fā)光層3的距離t約為100 u m，所以 L=10t。而且，n電極6的面積相對(duì)于基板l的背面的面積的比例約為22%。其 結(jié)果是，當(dāng)20mA時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)為408mm、外部量子效率為35%時(shí)，能夠獲得 非常高的發(fā)光效率。實(shí)施方式2.
圖4是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的圖。元件的尺寸是長(zhǎng)400 u m、寬400um。此夕卜，n電極6的形狀為梳狀，n 電極6的寬度為15"m，開口的寬度L為150um。此外，電極焊盤10的尺寸 為50 P mX 50 u m， Si02絕緣膜9的尺寸為60 u mX60 u m。元件的層疊結(jié)構(gòu) 由于與實(shí)施方式l相同，所以省略說明。在本實(shí)施方式中，L=1.5t， n電極6的面積相對(duì)于基板1的背面的面積的 比例約為13%。其結(jié)果是，當(dāng)20mA時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)為408mm、外部量子效率為38% 時(shí)，肖詢多獲得非常高的發(fā)光效率。實(shí)施方式3.圖5是從基板的背面?zhèn)扔^察本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體發(fā)光二極管的 圖。元件的尺寸是長(zhǎng)400 " m、寬400um。此外，n電極6的形狀為網(wǎng)格狀， n電極6的寬度為20um，開口的寬度L為100um。此外，電極焊盤10的尺 寸為50umX50wm， Si02絕緣膜9的尺寸為60 u mX60 u m。元件的層疊結(jié) 構(gòu)由于與實(shí)施方式l相同，所以省略說明。在本實(shí)施方式中，L=1.0t， n電極6的面積相對(duì)于基板1的背面的面積的 比例約為34%。其結(jié)果是，當(dāng)20 mA時(shí)發(fā)光波長(zhǎng)為408mm、外部量子效率為 31%時(shí)，能夠獲得非常高的發(fā)光效率。再有，在上述實(shí)施方式1 3中，說明了 n電極6的形狀為梳形和網(wǎng)格狀 盼瞎況。但是，不限于此，n電極6即使為其它形狀，如果開口的寬度L與距 離t的關(guān)系性和n電極的面積相對(duì)于掛及1的背面的面積的比例與JlM條件相 符的話，則當(dāng)然具有相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，包括相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的導(dǎo)電性基板；在上述基板上形成的、包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層；在上述半導(dǎo)體層上形成的表面電極；和在上述基板的背面形成的、具有開口的背面電極，當(dāng)設(shè)上述開口的寬度為L(zhǎng)、上述背面電極和上述發(fā)光層的距離為t時(shí)，L≤2t，上述背面電極的面積相對(duì)于上述基板的背面面積的比例為40％以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，上述背面電 極的面積相對(duì)于Jl^基板的背面面積的比例為25%以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，上述背面電 極的面積相對(duì)于，基板的背面面積的比例為15%以下。
4. 一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，包括 相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的導(dǎo)電性基板； 在上述基板上形成的、包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層； 在，半導(dǎo)體層上形成的表面電極； 在i^基板的背面形成的、具有開口的背面電極； 在，基板的背面形成的絕緣膜；和 在，絕緣膜上形成的、與上述背面電，^m妾的電極焊盤， 當(dāng)設(shè)，開口的寬度為L(zhǎng)、上述背面電極和上述發(fā)光層的距離為t時(shí)，L《2t，在，絕緣膜上以外形成的上述背面電極的面積相對(duì)于除了形成有，絕 緣膜的區(qū)域之外的戰(zhàn)寂及的背面的面積的比例為40%以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，在上述絕緣 膜上以外形成的上述背面電極的面積相對(duì)于除了形成有—h^絕緣膜的區(qū)域之外 的，基板的背面的面積的比例為25%以下。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，在，絕緣 膜上以外形成的上述背面電極的面積相對(duì)于除了形成有上述絕緣膜的區(qū)域之外的，基板的背面的面積的比例為15%以下。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，L《1.5t。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 6任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于， L《1.0t。
9. 一種半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在于，包括 相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的導(dǎo)電性基板； 在，基板上形成的、包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層； 在戰(zhàn)半導(dǎo)體層上形成的表面電極；禾口 在，基板的背面形成的多個(gè)背面電極，當(dāng)設(shè)鄰接的上述背面電極間的距離為L(zhǎng)、上述多個(gè)背面電極和上述發(fā)光層 的距離為t時(shí)，L《2t，±^多個(gè)背面電極的面積相對(duì)于，基板的背面面積的比例為40%以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 6、 9任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在 于，上述背面電極的形狀為梳狀。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 6、 9任意一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光二極管，其特征在 于，上述背面電極的形狀為網(wǎng)格狀。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可通過對(duì)發(fā)光層均勻地注入電流并提高光的取出效率來(lái)獲得高發(fā)光效率的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。其包括相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)透明的導(dǎo)電性基板；在基板上形成的、包含發(fā)光層的半導(dǎo)體層；在半導(dǎo)體層上形成的表面電極；以及在基板的背面形成的、具有開口的背面電極，當(dāng)設(shè)開口的寬度為L(zhǎng)、背面電極和發(fā)光層的距離為t時(shí)，L≤2t，背面電極的面積相對(duì)于基板的背面面積的比例為40％以下。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101118945SQ20071015262
公開日2008年2月6日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者藏本恭介 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社