專利名稱：發(fā)光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將半導(dǎo)體作為結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行發(fā)光的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
使用半導(dǎo)體的發(fā)光二極管(LED)的照明設(shè)備與現(xiàn)有的白熾燈泡和熒光燈相比消耗功率低且發(fā)熱低，因而期待將來成為白熾燈泡和熒光燈的替代。然而，與白熾燈泡和熒光燈等相比，LED照明設(shè)備目前價(jià)格非常高，因而降低其價(jià)格是最大的課題。另一方面，將半導(dǎo)體的pn結(jié)用作發(fā)光面的LED由于難以制造大面積的LED，因而為了將該LED用作照明設(shè)備，需要使很多小的LED元件進(jìn)行排列來作成實(shí)質(zhì)上的大面積。因此，為了降低LED照明設(shè)備的價(jià)格，需要一種使很多小的LED元件在保持其高發(fā)光效率的狀態(tài)下進(jìn)行排列的制造技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1中記載了該一例的制造方法。這里，在1枚半導(dǎo)體晶片中形成很多發(fā)光二極管，之后為了將各個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行分離，在切割帶上切割(切斷)半導(dǎo)體晶片。 之后，在通過使切割帶膨脹而擴(kuò)展的發(fā)光二極管之間的空間內(nèi)填充透光性絕緣層。圖7示出使用該制造方法制造出的發(fā)光元件90的剖面形狀。在發(fā)光元件90中，在內(nèi)部具有發(fā)光層的半導(dǎo)體層91的上下表面經(jīng)由導(dǎo)電性粘接劑層92形成電極93，在側(cè)面形成透光性絕緣層94。半導(dǎo)體層91由GaN等構(gòu)成，將其η型層和ρ型層在圖中的上下方向?qū)盈B而構(gòu)成。發(fā)光層主要為該pn結(jié)界面附近。N型層和ρ型層分別與上下的電極93連接，該發(fā)光二極管的正向電流流入上下的電極93之間，從而該發(fā)光元件90發(fā)光。該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件90由1枚半導(dǎo)體晶片作成多個(gè)，將它們排列成期望的形態(tài)來作成照明器具。專利文獻(xiàn)1日本特開平10-144631號(hào)公報(bào)在圖7的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件90中，導(dǎo)電性粘接劑層92和電極93對(duì)發(fā)光二極管發(fā)出的光是不透明的。因此，在使用該發(fā)光元件90時(shí)，如圖7中的箭頭所示，從側(cè)面通過透光性絕緣層94取出發(fā)光。然而，由于半導(dǎo)體層91中的發(fā)光層是朝圖7中的左右方向延伸的pn 結(jié)界面，因而其發(fā)光強(qiáng)度特別高的是在圖中的上下方向，在左右方向弱。因此，在圖7的結(jié)構(gòu)中難以提高發(fā)光效率。并且，在圖7的結(jié)構(gòu)中，在導(dǎo)電性粘接劑層92和電極93由透明材料構(gòu)成的情況下，從上方向也能取出光。然而，在從外部進(jìn)行與例如圖7中的上側(cè)的電極93的電連接的情況下，需要在電極93上實(shí)施線接合或釬焊接合，即由金屬形成的配線使用這些方法來連接。因此，在該情況下，在上方向發(fā)出的光由該配線或釬焊遮擋。此時(shí)，配線的粗細(xì)、進(jìn)行線接合或釬焊接合的電極的大小有下限，難以減小該被遮光區(qū)域的面積。結(jié)果，難以高效率取出在上方向發(fā)出的光。這樣，難以獲得可高效率取出光的發(fā)光元件。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而作成的，本發(fā)明的目的是提供解決上述問題的發(fā)明。為了解決上述課題，本發(fā)明采用以下列出的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的發(fā)光元件，該發(fā)光元件使用發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有在內(nèi)部設(shè)有發(fā)光層的半導(dǎo)體層形成在基板上的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該發(fā)光元件具有所述發(fā)光二極管； 透光性絕緣層，其與所述發(fā)光二極管的側(cè)面鄰接而形成；透明電極，其覆蓋所述發(fā)光二極管的上表面和所述透光性絕緣層的上表面，與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極電連接；以及電極焊盤，其形成在所述透明電極上的位于所述透光性絕緣層的上面的區(qū)域內(nèi)。在本發(fā)明的發(fā)光元件中，其特征在于，所述基板是硅單晶體，所述半導(dǎo)體層包含由 III-V族化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的發(fā)光元件，其特征在于，所述基板具有導(dǎo)電性，在所述基板的下表面形成有與所述發(fā)光二極管的另一個(gè)極電連接的背面電極。本發(fā)明的發(fā)光元件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層的上表面?zhèn)确謩e具有2組與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極和另一個(gè)極分別電連接的所述透明電極和所述電極焊盤。本發(fā)明的發(fā)光元件，其特征在于，在所述透光性絕緣層中混入了熒光材料。本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法，該發(fā)光元件使用發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有發(fā)光層形成在半導(dǎo)體層中的結(jié)構(gòu)，且該半導(dǎo)體層的上表面為一個(gè)極，其特征在于，該發(fā)光元件的制造方法具有發(fā)光二極管分離步驟，將形成有所述半導(dǎo)體層的晶片中的與形成有所述半導(dǎo)體層的側(cè)相反側(cè)的面貼附在切割帶上，之后切斷所述晶片并分離為各個(gè)發(fā)光二極管；膨脹步驟，使所述切割帶膨脹；透光性絕緣層形成步驟，在膨脹后的所述切割帶上，在鄰接的所述發(fā)光二極管之間填充透光性絕緣材料，從而形成與所述發(fā)光二極管鄰接的透光性絕緣層；透明電極形成步驟，形成覆蓋所述發(fā)光二極管的上表面和所述透光性絕緣層的上表面的透明電極；電極焊盤形成步驟，在所述透明電極上的位于所述透光性絕緣層的上面的區(qū)域內(nèi)形成電極焊盤；以及切斷步驟，通過形成從上表面到下表面貫通所述透明電極和透光性絕緣層的槽，獲得具有所述發(fā)光二極管和所述透光性絕緣層鄰接的結(jié)構(gòu)的各個(gè)發(fā)光元件。本發(fā)明的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，該制造方法使用具有在導(dǎo)電性的基板上形成有所述半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)的所述晶片，具有在所述基板的下表面形成背面電極的背面電極形成步驟，在所述切斷步驟中，形成所述槽，使得貫通所述背面電極。本發(fā)明由于按以上構(gòu)成，因而可獲得能高效率取出光的發(fā)光元件。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的立體圖(a)及其A-A方向的剖面圖 (b)。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的制造方法的工程剖面圖。圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的制造方法的步驟剖面圖(圖2的后續(xù))。圖4是從上表面觀察本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的制造方法的各步驟的圖。圖5是從上表面觀察本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的制造方法的各步驟的圖(圖4的后續(xù))。圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的發(fā)光元件的變型例的立體圖(a)、俯視圖(b)及其 B-B方向的剖面圖(C)。圖7是現(xiàn)有的發(fā)光元件的一例的剖面圖。標(biāo)號(hào)說明10、50、90 發(fā)光元件；20,60 發(fā)光二極管；21 :Si基板(基板)；22,62 :n型GaN層 (η型半導(dǎo)體層)；23、63 :ρ型GaN層(ρ型半導(dǎo)體層)；24 晶片；30、70、94 透光性絕緣層； 41 背面電極；42,81,82 透明電極；43、83、84 電極焊盤；61 基板；71 :η側(cè)電極；91 半導(dǎo)體層；92 導(dǎo)電性粘接劑層；93 電極；IOOUOl 切割帶；110,120 槽。
具體實(shí)施例方式以下，說明本發(fā)明的實(shí)施方式的發(fā)光元件及其制造方法。在該發(fā)光元件中，使用在半導(dǎo)體層中形成有發(fā)光層的發(fā)光二極管。與該發(fā)光二極管的側(cè)面鄰接形成有透光性絕緣層，發(fā)光二極管的上表面和透光性絕緣層的上表面由公共的透明電極覆蓋。在透明電極上的位于透光性絕緣層的上面的區(qū)域內(nèi)形成有電極焊盤。由于發(fā)光二極管的上表面成為發(fā)光二極管中的一個(gè)極，因而該電極焊盤與該極電連接。在該結(jié)構(gòu)中，由于來自發(fā)光二極管的發(fā)光很少被遮擋，因而可獲得高的發(fā)光效率。圖1是該發(fā)光元件的立體圖(a)及其A-A方向的剖面圖(b)。在該發(fā)光元件10中使用發(fā)光二極管20。發(fā)光二極管20由導(dǎo)電性的基板(Si基板21)和通過外延生長(zhǎng)形成在其上的半導(dǎo)體層形成。該半導(dǎo)體層由η型GaN層(η型半導(dǎo)體層)22和ρ型GaN層(ρ型半導(dǎo)體層)23構(gòu)成。在該發(fā)光二極管20中，η型GaN層22和 ρ型GaN層23之間的界面的ρη結(jié)附近為主發(fā)光層。此時(shí)，通過使正向電流流入該ρη結(jié)，可使該發(fā)光二極管20發(fā)光。如圖1 (b)所示，在該發(fā)光二極管20的側(cè)面鄰接形成有透光性絕緣層30。透光性絕緣層30是例如對(duì)發(fā)光二極管20發(fā)出的光透明且絕緣性的材料，例如使用環(huán)氧樹脂和聚酰亞胺等。在發(fā)光二極管20和透光性絕緣層30鄰接形成的結(jié)構(gòu)的下表面形成有背面電極 41，而在上表面形成有透明電極42。背面電極41由可經(jīng)由Si基板21與η型GaN層22電連接的材料，例如鋁(Al)構(gòu)成。透明電極42由能與ρ型GaN層23歐姆接觸、且對(duì)發(fā)光二極管20發(fā)出的光透明的材料，例如ITOandium-Tin-Oxide，氧化銦錫)、ZnO(Zinc-Oxide， 氧化鋅)等構(gòu)成。另外，為了提高與P型GaN層23之間的歐姆性和與透光性絕緣層30之間的密合性等，還可以在它們之間插入薄的鈦(Ti)層或鎳(Ni)層。在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管20和透光性絕緣層30的上表面都由公共的透明電極42 覆蓋。不過，由于透光性絕緣層30是具有絕緣性的，因而在該結(jié)構(gòu)中，電流僅在Si基板21、 η型GaN層22、ρ型GaN層23中流動(dòng)。因此，通過對(duì)背面電極41和透明電極42施加電壓來使正向電流流入該發(fā)光二極管20，可使該發(fā)光二極管20發(fā)光。在透明電極42中的透光性絕緣層30上的區(qū)域內(nèi)形成有電極焊盤43。電極焊盤 43由可在其上實(shí)施線結(jié)合或釬焊接合的金屬構(gòu)成，例如由鈦(Ti)/金(Au)的層疊結(jié)構(gòu)、Al 等構(gòu)成。其厚度充分厚到可在其上實(shí)施線結(jié)合或釬焊接合的程度，可以采用不使發(fā)光二極管20發(fā)出的光透射的程度的厚度。為了使該發(fā)光元件10動(dòng)作，使電流在發(fā)光二極管20中的一個(gè)極(ρ型GaN層23) 和另一個(gè)極(η型GaN層2 之間正向流動(dòng)。其中，針對(duì)ρ型GaN層23，如上所述，可使電流從與該P(yáng)型GaN層23連接的電極焊盤43通過接合線或者進(jìn)行了釬焊接合的配線從外部流入該ρ型GaN層23。另一方面，針對(duì)η型GaN層22，只要將該發(fā)光元件10使用例如導(dǎo)電性粘接劑固定在電極上，就能使電流經(jīng)由與該η型GaN層22間接連接的背面電極41流入該 η 型 GaN 層 22。在上述結(jié)構(gòu)中，來自發(fā)光二極管20的發(fā)光與專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)一樣，從圖 1(b)中的橫方向被取出，并且，也經(jīng)由透明電極42從上側(cè)被取出。此時(shí)，由于電極焊盤43 不形成在發(fā)光二極管20上，因而光不會(huì)由電極焊盤43或者連接在電極焊盤43上的接合線或釬焊接合的配線等遮擋。因此，可獲得高的發(fā)光效率。此時(shí)，在電極焊盤43由對(duì)光的反射率高的Al、銀(Ag)等構(gòu)成的情況下，可減少光由電極焊盤43吸收的比例，可進(jìn)一步提高發(fā)光效率。另外，在圖1中的發(fā)光元件10中，采用在從上表面觀察發(fā)光元件10的矩形的一頂點(diǎn)側(cè)設(shè)有發(fā)光二極管20的結(jié)構(gòu)，然而也能采用在該矩形的中央部設(shè)置發(fā)光二極管、且其全周由透光性絕緣層30包圍的結(jié)構(gòu)。并且，構(gòu)成透光性絕緣層30的材料可以是熒光材料而不是光透射率高的透明材料，或者也能將熒光材料摻入構(gòu)成透光性絕緣層30的材料內(nèi)。在該情況下，來自發(fā)光二極管20的發(fā)光可由該熒光材料吸收，該熒光材料可進(jìn)行發(fā)出與該發(fā)光不同的波長(zhǎng)的光的多色發(fā)光。例如，在發(fā)光二極管發(fā)出的光是藍(lán)色的情況下，只要使用YAG(釔鋁石榴石)系的熒光材料，也能獲得該2種波長(zhǎng)的光混合的假白色的發(fā)光。并且，在對(duì)透光性絕緣層30上的電極焊盤43實(shí)施線接合的情況下，施加高的壓力和超聲波。為了應(yīng)對(duì)與此，只要在透光性絕緣層30中添加玻璃填料，就能提高透光性絕緣層30的機(jī)械強(qiáng)度，能提高線接合時(shí)的耐性。并且，通過在透光性絕緣層30的表面設(shè)置凹凸， 也能提高與透明電極42之間的密合性。該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件10可使用以下說明的制造方法容易制造。圖2(a) (h)、圖 3(i) (1)是示出該制造方法的步驟剖面圖，圖3示出接后續(xù)2的步驟。并且，圖4(a) (h)、圖5(i) (1)是從發(fā)光元件10的上表面?zhèn)扔^察與該制造方法在圖2、圖3中的各步驟對(duì)應(yīng)的形態(tài)的俯視圖。另外，在這些圖中，簡(jiǎn)化了記載，圖中的尺寸比率和切斷獲得的發(fā)光元件10的個(gè)數(shù)等與實(shí)際情況不同。首先，如圖2(a)所示，制造在導(dǎo)電性的Si基板21上依次形成有η型GaN層22和 P型GaN層23的結(jié)構(gòu)的晶片24 (晶片形成步驟)。Si基板21是硅的單晶基板，摻雜有雜質(zhì)以便具有導(dǎo)電性。并且，在該基板上適當(dāng)設(shè)定了其面方位，以使優(yōu)質(zhì)的η型GaN層22和ρ型 GaN層23可進(jìn)行異質(zhì)外延生長(zhǎng)。將η型GaN層22和ρ型GaN層23形成在該Si基板21上的步驟可使用 MBE (Molecular Beam Epitaxy，分子束外延)法、或者 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor D印osition，金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積)法進(jìn)行。在η型GaN層22內(nèi)適當(dāng)摻雜成為施主的雜質(zhì)，而在P型GaN層23內(nèi)適當(dāng)摻雜成為受主的雜質(zhì)。η型GaN層22的厚度可采用例如5. 0 μ m左右，ρ型GaN層23的厚度可采用例如0. 2 μ m左右。然后，如圖2(b)所示，將上述晶片M中的Si基板21側(cè)貼附在切割帶(膨脹帶)100上。切割帶100是可通過熱處理等進(jìn)行均勻膨脹的帶，其大小如圖4(b)所示大于上述的晶片對(duì)。然后，如圖2(c)所示，在切割帶100上形成多個(gè)槽110，以便從ρ型GaN層23側(cè)的表面貫通到基板21 (發(fā)光二極管分離步驟)。該槽110如圖4(c)所示在垂直的2個(gè)方向形成。槽110例如使用切割鋸或激光切割來形成。然后，如圖2(d)所示，對(duì)切割帶100施加熱處理，使其膨脹(膨脹步驟)。由此，由 ρ型GaN層23、n型GaN層22、Si基板21構(gòu)成的各個(gè)發(fā)光二極管20被分離而形成。并且， 在鄰接的發(fā)光二極管20之間形成比槽110更寬的空隙。然后，如圖2(e)所示，在該狀態(tài)下，將透光性絕緣材料涂布到上表面整面(透光性絕緣層形成步驟)。由此，在發(fā)光二極管20之間形成由透光性絕緣材料構(gòu)成的透光性絕緣層30。此時(shí)，透光性絕緣層30的表面和發(fā)光二極管20 (ρ型GaN層23)的表面為大致相同面上。并且，優(yōu)選的是采用該透光性絕緣材料不殘留在發(fā)光二極管20的上表面(ρ型GaN 層23的上表面)的形態(tài)，因此，可以在該步驟前預(yù)先對(duì)該面進(jìn)行掩模，在透光性絕緣材料的涂布后去除該掩模?；蛘?，可以在透光性絕緣材料的涂布后，對(duì)發(fā)光二極管20的上表面的透光性絕緣層進(jìn)行選擇性蝕刻。然后，如圖2 (f)所示，在該狀態(tài)下，在表面整面形成透明電極42 (透明電極形成步驟)。例如通過對(duì)作為透明電極42使用的上述材料使用濺射等的方法，可進(jìn)行該步驟。另外，在圖2(e)中記載為透光性絕緣層30的表面和發(fā)光二極管20的表面(ρ型GaN層23的表面)形成相同平面，而只要在圖2(f)的步驟中透明電極42在發(fā)光二極管20上和透光性絕緣層30上之間不被截?cái)?，就無需使它們嚴(yán)格地形成相同平面。然后，如圖2(g)所示，在該狀態(tài)下取下切割帶100。在該狀態(tài)下，盡管各個(gè)發(fā)光二極管20(Si基板21)被截?cái)?，然而由于透光性絕緣材料(透光性絕緣層30)形成在整面，因而也能處理圖2(g)所示的結(jié)構(gòu)。另外，該步驟也可以在透明電極形成步驟(圖2(f))之前進(jìn)行。然后，如圖2(h)所示，在該結(jié)構(gòu)的背面形成背面電極41(背面電極形成步驟)。背面電極41的成膜也可以與透明電極42的成膜一樣進(jìn)行。然后，如圖3 (i)(圖2的后續(xù))所示，在該結(jié)構(gòu)的表面上的透光性絕緣層30上的區(qū)域內(nèi)的透明電極42上形成電極焊盤43(電極焊盤形成步驟)。作為其形成方法，可以使用以下方法中的任一方(1)在整面對(duì)構(gòu)成電極焊盤43的金屬材料進(jìn)行成膜，在期望的部位形成光致抗蝕層等的掩模之后進(jìn)行蝕刻，去除期望部位以外的金屬材料(蝕刻法)；(2) 在期望部位以外形成光致抗蝕層等的掩模之后，在整面對(duì)上述的金屬材料進(jìn)行成膜，然后通過去除掩模來去除期望部位以外的金屬材料(剝離法)。另外，該步驟如果是在透明電極形成步驟(圖2(f))之后，則也能在背面電極形成步驟(圖2(h))之前進(jìn)行。然后，如圖3(j)所示，將該結(jié)構(gòu)中的背面電極41側(cè)貼附在與所述的切割帶100相同的切割帶101上。然后，如圖3 (k)所示，形成從表面?zhèn)蓉炌ㄍ该麟姌O42、透光性絕緣層30、背面電極 41側(cè)的多個(gè)槽120，切斷上述結(jié)構(gòu)(切斷步驟)。該步驟與發(fā)光二極管分離步驟(圖2(c)) 相同。不過，在該情況下被切斷的是有透光性絕緣層30的部位，如圖5(k)所示，槽120形成在垂直的2個(gè)方向。由此，各個(gè)發(fā)光元件10被分離。
之后，如圖3(1)所示，與膨脹步驟(圖2(d)) —樣，使切割帶101膨脹。由此，圖1 所示的形態(tài)的發(fā)光元件10在切割帶101上在擴(kuò)大了其間隔的狀態(tài)下被分離而獲得。發(fā)光元件10的大小例如是200 μ m (縱)X 200 μ m (橫)X 200 μ m (高)左右，例如使用對(duì)其進(jìn)行真空吸附的模夾套等的處理夾具，可進(jìn)行使其移動(dòng)來進(jìn)行排列等的作業(yè)。因此，可排列發(fā)光元件10來制造照明器具等。另外，只要能在圖3(k)、圖5(k)所示的狀態(tài)下處理各個(gè)發(fā)光元件10，就不需要圖3(1)、圖5(1)的步驟。此時(shí)，在處理的發(fā)光元件的尺寸小的情況下，使用處理夾具來使其移動(dòng)等的作業(yè)變得困難。與此相對(duì)，在該發(fā)光元件10中直接有助于發(fā)光的是發(fā)光二極管20，而在其附近或周圍形成有透光性絕緣層30，因而發(fā)光元件10的實(shí)際大小大于發(fā)光二極管20。因此，可實(shí)質(zhì)性增大發(fā)光元件10，可使其處理容易。或者，在使發(fā)光元件10的大小恒定的情況下，由于可進(jìn)一步縮小發(fā)光二極管20，因而能從相同大小的晶片制造更多的發(fā)光元件10。因此，可使用該制造方法容易且低成本地獲得上述的發(fā)光元件10。另外，在上述的制造方法中，如圖1所示，制造了在從上表面觀察的矩形的一頂點(diǎn)側(cè)設(shè)有發(fā)光二極管20的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件10。然而，顯然，即使采用在該矩形的中央部設(shè)置發(fā)光二極管20、且其全周由透光性絕緣層30包圍的結(jié)構(gòu)，通過適當(dāng)設(shè)定例如圖3(k)、圖 5(k)所示的切斷步驟中的槽120的位置，也能同樣制造。在圖1的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件10中，與發(fā)光二極管20中的一個(gè)極(ρ型GaN層23)連接的電極即透明電極42或者電極焊盤43形成在上表面?zhèn)?，與另一個(gè)極(η型GaN層22)連接的電極即背面電極41經(jīng)由Si基板21形成在下表面?zhèn)?。在該結(jié)構(gòu)中，由于在晶片M中形成有發(fā)光層的半導(dǎo)體層的基板即Si基板21具有導(dǎo)電性，因而背面電極41和η型GaN層 22可電連接。與此相對(duì)，也能使用形成在絕緣性的基板上的半導(dǎo)體層來形成相同的發(fā)光元件。 圖6是該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件50的立體圖(a)、俯視圖(b)、其B-B方向的剖面圖(C)。在該發(fā)光元件50中，在上表面?zhèn)刃纬捎?組透明電極和電極焊盤，各自的組與發(fā)光二極管的2個(gè)極電連接。該結(jié)構(gòu)中的發(fā)光二極管60由形成在基板61上的η型GaN層62和ρ型GaN層63 構(gòu)成。不過，在該結(jié)構(gòu)中，作為基板61，絕緣性材料的例如藍(lán)寶石等用作基板61。因此，經(jīng)由基板61進(jìn)行與η型GaN層62的電連接是困難的。關(guān)于將非摻雜的硅等、盡管沒有絕緣性而其導(dǎo)電率低的材料用作基板61的情況也是一樣的。因此，在該發(fā)光二極管60中，ρ型GaN層63僅形成在圖6(c)中的右側(cè)區(qū)域內(nèi)。在圖6中的左側(cè)區(qū)域內(nèi)代之形成有η側(cè)電極71。為了制造該結(jié)構(gòu)，首先在基板61上依次形成 η型GaN層62、ρ型GaN層63，之后通過對(duì)圖6中的左側(cè)區(qū)域內(nèi)的ρ型GaN層63進(jìn)行選擇性蝕刻來將其去除，使η型GaN層22露出。之后，通過在露出的η型GaN層22上選擇性形成η側(cè)電極71，可進(jìn)行制造。η側(cè)電極71可使用對(duì)η型GaN層62能進(jìn)行歐姆接觸的金屬材料來形成。不過，由于在其下部不存在發(fā)光層，因而該發(fā)光二極管60無需對(duì)發(fā)光是透明的。透光性絕緣層70與圖1的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件10 —樣，與發(fā)光二極管60鄰接形成， 然而在上表面?zhèn)?，電氣?dú)立地形成2個(gè)透明電極81、82。透明電極81覆蓋ρ型GaN層63和鄰接的透光性絕緣層70而形成，透明電極82覆蓋η側(cè)電極71和鄰接的透光性絕緣層70而形成。在透明電極81的透光性絕緣層70上的區(qū)域內(nèi)形成電極焊盤83，而在透明電極82 的透光性絕緣層70上的區(qū)域內(nèi)形成電極焊盤84。通過在電極焊盤83、84上實(shí)施線接合，能進(jìn)行與外部的電連接，可使正向電流流入發(fā)光二極管60，使發(fā)光二極管60發(fā)光。S卩，在該結(jié)構(gòu)中，與發(fā)光二極管60中的2個(gè)極連接的2個(gè)電極都從上表面?zhèn)?相同側(cè))被取出。另外，與圖1所示的發(fā)光元件10不同，不需要背面電極。在該結(jié)構(gòu)中也顯然，由于來自ρ型GaN層63上的光不會(huì)由電極焊盤83、84等遮擋， 因而可獲得高的發(fā)光效率。在制造該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件50時(shí)，例如可以對(duì)形成有上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管60的晶片同樣進(jìn)行上述的圖2 (b)以后的步驟。此時(shí)，不同點(diǎn)是，在透明電極形成步驟(圖2 (f)) 后，將透明電極81、82分離；在電極焊盤形成步驟(圖3(i))中在透明電極81上形成電極焊盤83，在透明電極82上形成電極焊盤84 ；以及不進(jìn)行背面電極形成步驟(圖2 (h))。并且，在透光性絕緣層形成步驟(圖2 (e))中，需要的是，不僅在ρ型GaN層63上，而且在η 側(cè)電極71上都不殘留透光性絕緣材料。除了上述這些方面以外，與上述的發(fā)光元件10 — 樣，也能容易制造該結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件50。另外，在該發(fā)光元件50中，如上所述，可使用絕緣性的基板61。然而顯然，即使基板61是具有導(dǎo)電性的，也能使用相同的結(jié)構(gòu)。與基板61的種類無關(guān)，在有必要將與發(fā)光二極管60中的2個(gè)極連接的2個(gè)電極都形成在上表面?zhèn)鹊那闆r下，能使用該結(jié)構(gòu)。另外，在上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件10和發(fā)光元件50中，假定均采用使用通過外延生長(zhǎng)形成在基板上的半導(dǎo)體層的發(fā)光二極管，然而顯然，即使在采用使用形成在塊體半導(dǎo)體晶片中的層的發(fā)光二極管的情況下，也能采用相同的結(jié)構(gòu)，取得相同的效果。并且，在上述結(jié)構(gòu)中，假定通過η型GaN層和ρ型GaN層的界面的ρη結(jié)形成發(fā)光層，然而也可以使用其他結(jié)構(gòu)。例如，可以在半導(dǎo)體層中包含異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以將層疊有GaN 層和MGaN層的MQW(Multi Quantum Well，多量子阱)層形成在η型GaN層和ρ型GaN層之間。而且，η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層的上下關(guān)系等、發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)也是任意的。并且，作為形成發(fā)光二極管中的特別是發(fā)光層的材料，可根據(jù)發(fā)光波長(zhǎng)使用任意的材料。并且，例如如上所述在將熒光材料添加給透光性絕緣層的情況下，需要將發(fā)出比該熒光材料發(fā)出的光短的波長(zhǎng)的光的材料用于發(fā)光層。因此，在該情況下，作為發(fā)出短波長(zhǎng)的光的材料，優(yōu)選地使用例如GaN、GaInN等的III族氮化物半導(dǎo)體、ZnO等的氧化物半導(dǎo)體。 并且，還可以使用GaAs、GaP等的III-V族化合物半導(dǎo)體。并且，還能使用以上所示的制造方法以外的制造方法來制造上述結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件 10和發(fā)光元件50。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光元件，其使用發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有在內(nèi)部設(shè)有發(fā)光層的半導(dǎo)體層形成在基板上的結(jié)構(gòu)，該發(fā)光元件的特征在于，該發(fā)光元件具有所述發(fā)光二極管；透光性絕緣層，其與所述發(fā)光二極管的側(cè)面鄰接而形成；透明電極，其覆蓋所述發(fā)光二極管的上表面和所述透光性絕緣層的上表面，與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極電連接；以及電極焊盤，其形成在所述透明電極上的位于所述透光性絕緣層的上面的區(qū)域內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述基板是硅單晶基板，所述半導(dǎo)體層包含由III-V族化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光元件，其特征在于，所述基板是導(dǎo)電性基板， 在所述基板的下表面形成有與所述發(fā)光二極管的另一個(gè)極電連接的背面電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光元件，其特征在于，在所述半導(dǎo)體層的上表面?zhèn)确謩e具有2組與所述發(fā)光二極管的一個(gè)極和另一個(gè)極分別電連接的所述透明電極和所述電極焊盤。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任一項(xiàng)所述的發(fā)光元件，其特征在于，在所述透光性絕緣層中混入了熒光材料。
6.一種發(fā)光元件的制造方法，該發(fā)光元件使用發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有發(fā)光層形成在半導(dǎo)體層中的結(jié)構(gòu)，且該半導(dǎo)體層的上表面成為一個(gè)極，該制造方法的特征在于，該發(fā)光元件的制造方法具有發(fā)光二極管分離步驟，將形成有所述半導(dǎo)體層的晶片中的與形成有所述半導(dǎo)體層的側(cè)為相反側(cè)的面貼附在切割帶上，之后切斷所述晶片而分離為各個(gè)發(fā)光二極管； 膨脹步驟，使所述切割帶膨脹；透光性絕緣層形成步驟，在膨脹后的所述切割帶上，在鄰接的所述發(fā)光二極管之間填充透光性絕緣材料，從而形成與所述發(fā)光二極管鄰接的透光性絕緣層；透明電極形成步驟，形成覆蓋所述發(fā)光二極管的上表面和所述透光性絕緣層的上表面的透明電極；電極焊盤形成步驟，在所述透明電極上的位于所述透光性絕緣層的上面的區(qū)域內(nèi)形成電極焊盤；以及切斷步驟，通過形成從上表面到下表面貫通所述透明電極和透光性絕緣層的槽，獲得具有所述發(fā)光二極管和所述透光性絕緣層鄰接的結(jié)構(gòu)的各個(gè)發(fā)光元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光元件的制造方法，其特征在于，該制造方法使用在導(dǎo)電性的基板上形成有所述半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)的所述晶片，該制造方法具有在所述基板的下表面形成背面電極的背面電極形成步驟， 在所述切斷步驟中，形成所述槽，使得貫通所述背面電極。
全文摘要
本發(fā)明獲得可高效率取出光的發(fā)光元件及其制造方法。發(fā)光二極管(20)由Si基板(21)和通過外延生長(zhǎng)形成在其上的半導(dǎo)體層形成。該半導(dǎo)體層由n型GaN層(n型半導(dǎo)體層)(22)和p型GaN層(p型半導(dǎo)體層)(23)構(gòu)成。在該發(fā)光二極管(20)的側(cè)面鄰接形成有透光性絕緣層(30)。在該結(jié)構(gòu)中，發(fā)光二極管(20)和透光性絕緣層(30)的上表面都由公共的透明電極(42)覆蓋。在透明電極(42)中的透光性絕緣層(30)上的區(qū)域內(nèi)形成有電極焊盤(43)。由于電極焊盤(43)不形成在發(fā)光二極管(20)上，因而光不會(huì)由電極焊盤(43)或者連接在電極焊盤(43)上的接合線或釬焊接合的配線等遮擋。
文檔編號(hào)H01L33/38GK102244173SQ20111010803
公開日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月14日
發(fā)明者松尾哲二 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社