專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管，更具體涉及一種具有如下結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其中， 形成于半導(dǎo)體發(fā)光元件的襯底側(cè)的兩個電極與襯底上的布線相連。
背景技術(shù)：
近年來，由于晶體品質(zhì)的改善，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件的發(fā)光二極管(此后稱為 LED)實現(xiàn)了高的電和光轉(zhuǎn)換效率。LED具有較高的發(fā)光效率和較小的發(fā)熱影響，實現(xiàn)了其在大電流中的應(yīng)用。因此，與顯示用LED相比，用于需要更高亮度照明的光源的LED有更廣泛的應(yīng)用。為了實現(xiàn)發(fā)光元件的高輸出，需要較大體積的元件，并確保對較大功率的抗性。作為用于LED的這樣的較高輸出和較高效率的有效結(jié)構(gòu)，使用凸點(bump)的倒裝芯片結(jié)構(gòu)是已知的(例如，參見專利文獻(xiàn)1和2)。在倒裝芯片結(jié)構(gòu)中，使用LED芯片，其中，如圖11所示，通過層疊在透明襯底210上生長具有發(fā)光部的規(guī)定的半導(dǎo)體層211，在半導(dǎo)體層211上形成兩個用于電流注入的電極212、213，并且分別在電極212和213上形成凸點214。將具有這樣倒裝芯片結(jié)構(gòu)的LED芯片經(jīng)凸點214安裝在襯底216上的金屬布線215上。在具有倒裝芯片結(jié)構(gòu)的LED中，透明襯底210側(cè)用作光提取表面，并且來自于發(fā)光部的光沒有被電極屏蔽。因此，可以實現(xiàn)高的光提取效率。專利文獻(xiàn)1 日本特開2008-78225號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2009-59883號公報但是，例如在如專利文獻(xiàn)1和2公開的使用凸點的倒裝芯片安裝中，安裝一個LED 需要形成多個凸點，并且不容易控制凸點的數(shù)量和高度，在凸點上安裝LED的定位和結(jié)合也是不容易的，因此導(dǎo)致如下問題結(jié)合容易失敗，并且生產(chǎn)性和產(chǎn)率難以提高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，希望提供一種發(fā)光二極管，其具有優(yōu)良的熱輻射特性和發(fā)光特性，并能實現(xiàn)高的生產(chǎn)性和產(chǎn)率。根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種發(fā)光二極管，其包括布線層和設(shè)置在所述布線層上的發(fā)光元件；所述發(fā)光元件進(jìn)一步包括半導(dǎo)體發(fā)光層、透明導(dǎo)電層、金屬反射層、透明絕緣膜以及第一電極部和第二電極部；所述半導(dǎo)體發(fā)光層包括自所述布線層側(cè)按順序排列的第一半導(dǎo)體層、活性層和第二半導(dǎo)體層；所述透明導(dǎo)電層設(shè)置在所述半導(dǎo)體發(fā)光層的布線層側(cè)；所述金屬反射層設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層的布線層側(cè)；所述透明絕緣膜設(shè)置在所述金屬反射層的布線層側(cè)，并覆蓋所述金屬反射層；所述第一電極部和第二電極部設(shè)置于所述透明絕緣膜的布線層側(cè)，并與所述布線層電連接，所述第一電極部和第二電極部之間插入有隔離區(qū)；其中，所述第一電極部通過所述透明導(dǎo)電層和被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜的第一接觸部與所述第一半導(dǎo)體層電連接，并且所述第二電極部通過第二接觸部與所述第二半導(dǎo)體層電連接；所述第二接觸部被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜，并被設(shè)置為貫穿所述透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體層和活性層，并與它們絕緣。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的截面圖。圖2是表示本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管中多個半導(dǎo)體發(fā)光元件的連接關(guān)系圖。圖3A是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖IBB是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖3C是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖4A是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖4B是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖4C是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖5A是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖5B是表示制造根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟的截面圖。圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的發(fā)光二極管中光提取表面的一個實例的截面圖。圖7A是表示根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式的發(fā)光二極管中多個半導(dǎo)體發(fā)光元件的連接關(guān)系圖。圖7B是表示根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式的發(fā)光二極管中多個半導(dǎo)體發(fā)光元件的連接關(guān)系圖。圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式的發(fā)光二極管的截面圖。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的其它實施方式的發(fā)光二極管的截面圖。圖10是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的發(fā)光二極管中多個半導(dǎo)體發(fā)光元件的連接關(guān)系圖。圖11是表示常規(guī)的發(fā)光二極管的截面圖。符號說明1 生長用襯底2 GaN層緩沖層
2a光提取表面
3第二半導(dǎo)體層(η-型包覆層
4活性層
5第一半導(dǎo)體層(P-型包覆層
6半導(dǎo)體發(fā)光層
8透明導(dǎo)電層
9金屬反射層
10半導(dǎo)體發(fā)光元件
11透明絕緣膜
14第一接觸部(P-型接觸部)
15第二接觸部(η-型接觸部)
17結(jié)合層(結(jié)合用金屬層)
18隔離區(qū)(電極分隔溝)
19隔離區(qū)(元件分隔溝)
20元件分隔溝
21第一電極部(P側(cè)電極部)
22第二電極部(η側(cè)電極部)
25具有透光性的導(dǎo)電膜
30襯底
31布線層
32粘結(jié)層
335口口 te
35襯底接觸部
100發(fā)光二極管
具體實施例方式將采用附圖對本發(fā)明的實施方式的發(fā)光二極管進(jìn)行詳細(xì)地說明。第一實施方式圖1表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的發(fā)光二極管。本實施方式的發(fā)光二極管100具有襯底30、排列在襯底30上的布線層31以及設(shè)置在布線層31上的多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10。半導(dǎo)體發(fā)光元件10包括具有自布線層31側(cè)按順序排列的第一半導(dǎo)體層5、活性層4和第二半導(dǎo)體層3的半導(dǎo)體發(fā)光層6，設(shè)置在半導(dǎo)體發(fā)光層6的布線層31側(cè)的透明導(dǎo)電層8，設(shè)置在透明導(dǎo)電層8的布線層31側(cè)的金屬反射層9，設(shè)置在金屬反射層9的布線層 31側(cè)并覆蓋金屬反射層9的透明絕緣膜11，以及第一電極部21和第二電極部22 ；所述第一電極部21和第二電極部22設(shè)置于所述透明絕緣膜11的布線層31側(cè)，并與布線層31電連接，在所述第一電極部21和第二電極部22之間插入有隔離區(qū)18和19。第一電極部21和第二電極部22在襯底30側(cè)具有結(jié)合層17，以使得第一電極部21 和第二電極部22通過結(jié)合層17連接至布線層31。第一電極部21通過透明導(dǎo)電層8和被設(shè)置為貫穿透明絕緣膜11的第一接觸部14與第一半導(dǎo)體層5電連接。第二電極部22通過第二接觸部15與第二半導(dǎo)體層3電連接，所述第二接觸部15被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜11，并被設(shè)置為貫穿透明導(dǎo)電層8、第一半導(dǎo)體層5和活性層4，并與它們絕緣。根據(jù)本實施方式，形成第一電極部21和第二電極部22，以使得粘結(jié)層16和結(jié)合層17在透明絕緣膜11側(cè)連接，并形成布線層31，以使得自襯底30側(cè)層疊粘結(jié)層32和結(jié)合層33。使用例如Au和Au共晶合金的Au基材料，例如用于發(fā)光元件側(cè)的結(jié)合層(結(jié)合金屬層)17和襯底30側(cè)上的結(jié)合層(結(jié)合金屬層)33的材料。第一電極部21和第二電極部22的結(jié)合層17以及布線層31的結(jié)合層33，例如通過熱壓結(jié)合或共晶結(jié)合而彼此結(jié)合。第一電極部21和第二電極部22的結(jié)合層17的表面 (層疊表面，結(jié)合表面)基本是共面狀態(tài)，并且類似地，布線層31的結(jié)合層33的表面(層疊表面，結(jié)合表面)也是共面狀態(tài)。因此，通過熱壓等將結(jié)合層17和結(jié)合層33設(shè)定為平面結(jié)合狀態(tài)。所以，相比于使用凸點的倒裝芯片安裝(參見圖11)，確保并促進(jìn)了結(jié)合，并防止了結(jié)合失敗的發(fā)生。金屬反射層9是用于將由活性層4發(fā)出并到達(dá)透明絕緣膜11側(cè)的光反射至半導(dǎo)體發(fā)光層6并且提高光提取效率的層。作為金屬反射層9的材料，使用金屬例如Ag、Au、 Cu、Al或含有這些金屬中至少一種的合金。金屬反射層9優(yōu)選由Ag制成。在本實施方式中，設(shè)置金屬反射層9是為了使之被透明絕緣膜11和透明導(dǎo)電層8所覆蓋。采用透明絕緣膜11覆蓋金屬反射層9是為了抑制構(gòu)成金屬反射層9的材料(例如Ag)的電遷移 (electromigration)。當(dāng)在透明絕緣膜11上設(shè)置結(jié)合層例如Au時，設(shè)置粘結(jié)層16的目的是增加透明絕緣膜11和結(jié)合層之間的粘結(jié)特性。例如，通過采用Ti(鈦)、Ni(鎳)和 Al (鋁)等，將粘結(jié)層16的厚度設(shè)置為約IOnm 50nm。本實施方式的包括半導(dǎo)體發(fā)光層6的半導(dǎo)體層，除了半導(dǎo)體發(fā)光層6，還具有設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光層6的第一半導(dǎo)體層5的透明導(dǎo)電層8側(cè)的接觸層7，和設(shè)置于第二半導(dǎo)體層 3的活性層4的對側(cè)的緩沖層2。緩沖層2的第二半導(dǎo)體層3的對側(cè)的主面是經(jīng)過表面粗糙化的光提取表面加。半導(dǎo)體發(fā)光元件10的光提取表面加進(jìn)行粗糙化，由于其上不形成電極，由此，其光提取效率很高。根據(jù)本實施方式，如圖2所示，排列在襯底30上的布線層31以如下方式形成其中，多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10串聯(lián)。也就是說，如圖2所示，盤電極(pad electrode) 40形成于在矩形支撐襯底(support substrate)上按對角線排列的兩個布線層31上，并在兩個盤電極40和40之間施加電壓，以由此使得電流經(jīng)布線層31流向S形串聯(lián)的七個半導(dǎo)體發(fā)光元件10。具體地，來自于布線層31(其連接至每個半導(dǎo)體發(fā)光元件10的第一電極部21)的電流，經(jīng)第一電極部21和第一接觸部14流向透明導(dǎo)電層8，其隨后在透明導(dǎo)電層8上分散并被供給至接觸層7，并且進(jìn)而流過第一半導(dǎo)體層5、活性層4、第二半導(dǎo)體層3和緩沖層2， 并經(jīng)過第二接觸部15流至第二電極部22，并流至半導(dǎo)體發(fā)光元件10的第一電極部21，第一電極部21與半導(dǎo)體發(fā)光元件10相鄰，并且由布線層31自第二電極部22經(jīng)布線層31串聯(lián)。請注意，如圖2所示，第一接觸部14形成為圓點狀，而第二接觸部15形成為矩形。 但是，它們也可以連續(xù)地形成為環(huán)狀或分支狀。進(jìn)一步地，通過適當(dāng)變換襯底30上的布線層31的圖案和半導(dǎo)體發(fā)光元件10的電極部結(jié)構(gòu)，多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10不僅可以形成為串聯(lián)，而且可以形成為并聯(lián)，或者形成為串聯(lián)和并聯(lián)的組合。
根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管100，半導(dǎo)體發(fā)光元件10的第一電極部21和第二電極部22通過平面結(jié)合系統(tǒng)(層疊系統(tǒng))連接至襯底30上的布線層31。因此，在光提取表面加側(cè)沒有作為屏蔽物體的電極，并且至襯底30側(cè)的光被金屬反射層9反射至光提取表面2a，由此可以獲得高的光提取效率。進(jìn)一步地，由于平面結(jié)構(gòu)結(jié)合在第一電極部21、第二電極部22與布線層31之間為平面結(jié)合結(jié)構(gòu)，即使在發(fā)光二極管100具有多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10的情況下，也可以防止結(jié)合失敗的發(fā)生，并且可以抑制發(fā)光二極管的發(fā)光的可變性，并且不僅可以實現(xiàn)結(jié)合失敗的抑制，還可以實現(xiàn)促進(jìn)結(jié)合，由此使得實現(xiàn)提高發(fā)光二極管的生產(chǎn)性和產(chǎn)率成為可能。進(jìn)一步地，由于平面結(jié)合，放熱面積也增大，并且半導(dǎo)體發(fā)光元件10中產(chǎn)生的熱可以經(jīng)布線層31由第一電極部21和第二電極部22疏散至襯底30側(cè)， 由此提高了發(fā)光二極管的可靠性。進(jìn)一步地，通過串聯(lián)地設(shè)置多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10，可以容易地調(diào)節(jié)電流值和亮度。下面將進(jìn)一步詳細(xì)地描述本實施方式的發(fā)光二極管以及根據(jù)該實施方式的發(fā)光二極管的制造步驟。圖3A 圖5B分別表示制造根據(jù)本實施方式的發(fā)光二極管100的制造步驟的實例。在襯底上形成布線層的步驟對于襯底(支撐襯底)30，不需要對光的透明度。例如，可以使用由藍(lán)寶石、Si、 GaN, A1N、ZnO, SiC、BN、ZnS 制成的單晶襯底和陶瓷(由 A1203、A1N、BN、MgO、ZnO, SiC 和 C 等構(gòu)成)制成的襯底，以及由它們的混合物制成的襯底。特別地，在這樣的材料中，襯底30 優(yōu)選由具有高的電阻和高的熱傳導(dǎo)率的材料制成。如圖3A所示，希望形成布線層31，以使得粘結(jié)層32和結(jié)合層33順序地形成于襯底30上，并且通過光刻、蝕刻形成布線圖案。粘結(jié)層32優(yōu)選由Ti和Pt制成，厚度為Inm 50nm。結(jié)合層33優(yōu)選由Au和Au共晶合金制成，厚度為0. 5 μ m 2. 0 μ m。在生長用襯底上形成外延層的步驟在半導(dǎo)體發(fā)光元件10的生產(chǎn)中，首先，通過層疊在生長用襯底上形成III族 V 族化合物半導(dǎo)體層，作為發(fā)光外延層(圖3B)。當(dāng)形成氮化物半導(dǎo)體外延層時，例如，制備藍(lán)寶石襯底1作為生長用襯底，并且，通過HVPE (氫化物氣相外延)法或MOVPE (金屬有機(jī)氣相外延)法，在藍(lán)寶石襯底1上順序生長作為第二半導(dǎo)體層的GaN緩沖層(厚度4μπι)2、 η-型GaN包覆層(厚度3 μ m) 3、作為形成于量子阱結(jié)構(gòu)中的活性層的未摻雜的hGaN活性層(5 6對的阱層和阻擋層)4、作為第一半導(dǎo)體層的ρ-型AKiaN包覆層(厚度40μπι)5 以及P-型GaN層(厚度300 μ m) 7，由此形成外延晶片。形成本實施方式的InGaN活性層4，目的是使阱層的In組合物比率為0. 15，并且阻擋層的h組合物的比率為0 0. 05。進(jìn)一步地，由η-型GaN層來形成GaN緩沖層2，并且例如，形成的載流子濃度為5Χ1017 lX1018cm_3。形成透明導(dǎo)電層和金屬反射層的步驟接下來，如圖3C所示，在ρ-型GaN層7上形成作為電流分散層的透明導(dǎo)電層8。 將ITO(銦錫氧化物)等用于透明導(dǎo)電層8。進(jìn)一步地，在透明導(dǎo)電層8的規(guī)定部分形成金屬反射層9。例如通過如下步驟形成金屬反射層9 通過氣相沉積在透明導(dǎo)電層8的整個表面上形成^Vg層，并且在要形成第一接觸部14和第二接觸部15的部分通過蝕刻除去銀層。形成透明絕緣膜、第一接觸部和第二接觸部的步驟
接下來，如圖4A所示，形成透明絕緣膜11以覆蓋透明導(dǎo)電層8上的金屬反射層9。 例如將SiA或SiN等用于透明絕緣膜11。將金屬反射層9固定為被透明導(dǎo)電層8和透明絕緣膜11所覆蓋和封閉的狀態(tài)。隨后，通過光刻和蝕刻，形成孔12以形成作為第一接觸部的P-型接觸部14，來貫穿透明絕緣膜11。進(jìn)一步地，形成孔13，用于形成作為第二接觸部的η-型接觸部15，以貫穿透明絕緣膜11、透明導(dǎo)電層8、ρ-型GaN層7、ρ-型AlGaN包覆層 5以及InGaN活性層4，直至η-型GaN包覆層3。此時，可以在每個用于η-型接觸部15的每個孔13的側(cè)面設(shè)置未顯示的絕緣膜 (例如SiO2)，用于與透明導(dǎo)電層8、ρ-型GaN層7、ρ-型AlGaN包覆層5以及InGaN活性層4 絕緣。但是，孔13的深度(外延層的厚度)較淺(薄)，約為1 μ m,而直徑約為5 10 μ m。 因此，即使沒有形成絕緣膜，也可以通過準(zhǔn)確地形成孔13和η-型接觸部15，通過未顯示的間隙(gap)確保η-型接觸部15和透明導(dǎo)電層8以及ρ-型GaN層7等之間的絕緣特性。接下來，如圖4Β所示，通過將Au基的金屬設(shè)置在孔12和13中，形成ρ-型接觸部 14和η-型接觸部15。例如，將NiAu用作ρ-型接觸部14和η-型接觸部15的材料。形成第一電極部和第二電極部的步驟接下來，如圖4C所示，例如采用真空沉積，通過層疊在透明絕緣膜11、ρ_型接觸部 14和η-型接觸部15上形成由Ti制成的粘結(jié)層16和由Au制成的結(jié)合金屬層17，作為用于構(gòu)成作為第一電極部的P-側(cè)電極部21和作為第二電極部的η-側(cè)電極部22。進(jìn)一步地，通過采用光刻法和蝕刻法，穿過粘結(jié)層16、結(jié)合金屬層17、透明絕緣膜 11、透明導(dǎo)電層8、P-型GaN層7、P-型AlGaN包覆層5、InGaN活性層4以及η-型GaN包覆層3，形成作為隔離區(qū)的電極分隔溝(隔離溝)18和元件分隔溝(隔離溝)19，以便使ρ-側(cè)電極部21、與ρ-側(cè)電極部21連接的透明導(dǎo)電層8等、η-側(cè)電極部22以及與η-側(cè)電極部 22連接的透明導(dǎo)電層8等互相之間不導(dǎo)通。因此，以相互分隔這樣一種方式形成ρ-側(cè)電極部21和η-側(cè)電極部22。ρ-側(cè)電極部21的結(jié)合金屬層17的表面和η_側(cè)電極部22的結(jié)合金屬層17的表面的高度相同。請注意，可以將絕緣物質(zhì)例如S^2等設(shè)置在每個電極分隔溝18中。當(dāng)將絕緣物質(zhì)設(shè)置在電極分隔溝18內(nèi)部時，P-側(cè)電極部21和η-側(cè)電極部22之間的電絕緣特性進(jìn)一步得到了保證。結(jié)合步驟襯底(支撐襯底)30上形成有圖3Α所示的布線層31，外延晶片上形成有圖4C所示的具有P-側(cè)電極部21和η-側(cè)電極部22的半導(dǎo)體發(fā)光元件10，如圖5Α所示，將所述襯底30和外延晶片互相結(jié)合，由此制造結(jié)合的晶片。具體地，采用具有微機(jī)(micro machine)用定位功能的結(jié)合裝置，進(jìn)行布線層31、 P-側(cè)電極部21和η-側(cè)電極部22的定位，并且，將布線層31的結(jié)合層33、ρ-側(cè)電極部21 和η-側(cè)電極部22的結(jié)合金屬層17彼此緊密結(jié)合，以使得通過熱壓將它們彼此結(jié)合。具體地，將支撐襯底30和外延晶片分別固定在結(jié)合裝置中，在高真空狀態(tài)下，通過施以壓力并將溫度升至350°C，使之成緊密粘結(jié)狀態(tài)。這樣的狀態(tài)保持1小時，此后溫度降至室溫，并取消加壓，由此獲得結(jié)合的晶片。請注意，襯底30和外延晶片之間的結(jié)合除了通過熱壓結(jié)合外，還可以通過共晶結(jié)合。除去生長用襯底和使光提取表面粗糙化的步驟
結(jié)合后，通過激光加工，除去作為結(jié)合晶片的藍(lán)寶石襯底的生長用襯底1 (圖5B)。 請注意，生長用襯底不僅可以通過激光加工除去，還可以通過磨光(lapping)或蝕刻除去。請注意，在透明襯底例如藍(lán)寶石襯底的情況下，生長用襯底可以不必除去。在這種情況下，通過在設(shè)置藍(lán)寶石襯底的緩沖層的一側(cè)上形成凹凸部(uneven part)，可以提高從半導(dǎo)體層側(cè)至藍(lán)寶石襯底的光提取量。形成緩沖層時，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整生長條件，以使得在藍(lán)寶石襯底和緩沖層之間不產(chǎn)生間隙。進(jìn)一步地，當(dāng)藍(lán)寶石襯底1的直徑為2英寸時，其厚度是例如400μπι。在形成外延層的步驟(在該步驟中，在藍(lán)寶石襯底上形成半導(dǎo)體層)之后， 或者在結(jié)合步驟之后，當(dāng)藍(lán)寶石襯底保留而沒有被除去時，優(yōu)選通過倒磨(backlap)加工將藍(lán)寶石襯底制薄。這是因為由于藍(lán)寶石襯底非常堅硬，采用切片機(jī)(dicer)通過切割將厚的藍(lán)寶石襯底制成芯片耗費(fèi)時間，所以，例如將厚度約為400 μ m的藍(lán)寶石襯底制薄為約 SOym0進(jìn)一步地，采用激光劃片器(laser scriber)在變薄的藍(lán)寶石襯底表面上形成溝， 此后通過切斷將具有藍(lán)寶石襯底的結(jié)合晶片分割成每個芯片。除去生長用襯底1后，對作為光提取表面加的GaN緩沖層2的表面進(jìn)行粗糙化加工。在粗糙化加工中，例如，如圖5B所示，采用光刻法和干法蝕刻，在光提取表面加上形成規(guī)定的凹凸形狀。因此，可以半導(dǎo)體發(fā)光元件10向外部的光提取效率的可以得到提高。進(jìn)一步地，如圖6所示，可以在η-型GaN緩沖層2的粗糙化表面加上形成具有透光性的導(dǎo)電膜25，例如ITO膜或金屬薄膜。通過設(shè)置具有透光性的導(dǎo)電膜25，可以改善電流分散性，可以抑制發(fā)光的不規(guī)則性，并且可以獲得高的輸出。進(jìn)一步地，對粗糙化表面加進(jìn)行了保護(hù)， 并且，光提取表面的最上表面變成平滑的波形曲線表面。因此，可以預(yù)期歸因于透鏡效應(yīng)的光提取效率的提高。元件分隔(隔離)和切片(dicing)步驟接下來，如圖5B所示，通過干法蝕刻除去位于元件分隔溝19上部并形成于第一電極部16和第二電極部17之間的GaN緩沖層2，并形成元件分隔溝20，以將所述元件分隔成多個具有規(guī)定尺寸的半導(dǎo)體發(fā)光元件10。進(jìn)一步地，當(dāng)在布線層31上形成盤電極時，通過在盤電極形成的區(qū)域蝕刻半導(dǎo)體發(fā)光元件6等，將布線層31暴露出來。分隔成多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10后，通過在半導(dǎo)體發(fā)光元件6等上蝕刻，形成切割用的溝(劃片溝(singulation groove)，未示出)以具有規(guī)定的形狀，通過劃片刀(dicing blade)在劃片溝的位置切割襯底30等，以使之被劃片成規(guī)定尺寸的發(fā)光二極管。此時， 相對于劃片刀的寬度(例如30μπι)，設(shè)定具有充足的邊緣的顆粒化的溝的寬度(例如 50 μ m)。請注意，通過在半導(dǎo)體發(fā)光元件10的側(cè)面上形成具有低折射率的透明絕緣膜，半導(dǎo)體發(fā)光元件10的側(cè)面得到了保護(hù)，并實現(xiàn)了光提取效率的提高。例如，將SiA或SiN等用于透明絕緣膜。其它實施方式根據(jù)第一實施方式，已經(jīng)描述了具有多個串聯(lián)的半導(dǎo)體發(fā)光元件10的發(fā)光二極管100。但是，多個半導(dǎo)體發(fā)光元件10可以并聯(lián)，或以并聯(lián)和串聯(lián)的組合相連。圖7A表示電極部和布線層結(jié)構(gòu)的實施例，其中，三個半導(dǎo)體發(fā)光元件10并聯(lián)。進(jìn)一步地，圖7B表示電極部和布線層結(jié)構(gòu)的實施例，其中，右側(cè)的兩個半導(dǎo)體發(fā)光元件10串聯(lián)，而左側(cè)的兩個半導(dǎo)體發(fā)光元件并聯(lián)。
在本實施方式中，已經(jīng)描述了具有多個串聯(lián)和并聯(lián)的半導(dǎo)體發(fā)光元件10的發(fā)光二極管。但是，如圖8所示，當(dāng)然，本發(fā)明的發(fā)光二極管可以是具有一個形成于襯底30上的半導(dǎo)體發(fā)光元件10的一元型發(fā)光二極管。請注意，圖8所示的發(fā)光二極管中，未摻雜的GaN 層用于GaN緩沖層2。通過形成采用未摻雜層的緩沖層2，可以形成具有抑制的位錯(缺陷)的半導(dǎo)體發(fā)光層6。采用未摻雜的GaN緩沖層，形成電極分隔溝18，以保留第二半導(dǎo)體層3(n-型包覆層3)。形成本實施方式中的電流通路，以使得由第一電極部21注入的電流經(jīng)過第一接觸部14流至透明導(dǎo)電層8，所述電流被透明導(dǎo)電層8和接觸層7分散，并被進(jìn)一步供給至第一半導(dǎo)體層5和活性層4，然后流至第二半導(dǎo)體層3，并經(jīng)第二接觸部7流至第二電極部22。進(jìn)一步地，當(dāng)采用未摻雜的GaN緩沖層2時，可以將作為電流分散層的n_型GaN 電流分散層設(shè)置于GaN緩沖層2和第二半導(dǎo)體層3之間。例如，形成的η-型GaN電流分散層的載流子濃度可以是1 X 1018cm_3，厚度為3. 0 μ m 5. 0 μ m。進(jìn)一步地，如圖9所示，通過在襯底30上形成通孔并采用金屬材料填充該通孔，形成與布線層31電連接的襯底接觸部35。一個發(fā)光二極管設(shè)置一對或更多的襯底接觸部35。 襯底接觸部35在襯底30的后側(cè)與布線(未示出)等電連接，由此將電流經(jīng)襯底接觸部35 供給至發(fā)光二極管。通過采用襯底接觸部35，不需要在布線層31上設(shè)置盤電極的區(qū)域，這有助于發(fā)光二極管的小型化。進(jìn)一步地，在具有襯底接觸部35的結(jié)構(gòu)中，可以排除線結(jié)合 (wire bonding)，并且可以簡化電極部和布線的結(jié)構(gòu)和連接，并可以容易地增加電流量。進(jìn)一步地，形成本實施方式的發(fā)光二極管，目的是在襯底上形成氮化鎵半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是，例如，可以采用用于生長用襯底的GaAs，并采用用于半導(dǎo)體發(fā)光層的 AlGaInP基材料和AlGaAs基材料，形成紅色至綠色的半導(dǎo)體發(fā)光元件。進(jìn)一步地，在該實施方式中，半導(dǎo)體發(fā)光層6的η-型和ρ-型的導(dǎo)電型可以顛倒。進(jìn)一步地，在本實施方式中，DC流向一個或多個串聯(lián)的半導(dǎo)體發(fā)光元件。但是，半導(dǎo)體發(fā)光元件10可以采用商業(yè)的AC電源進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)采用商業(yè)的AC電源時，存在例如難以看見的問題，這是由通過將AC流至半導(dǎo)體發(fā)光元件10的發(fā)光元件的閃爍光造成的。在這種情況下，可以在襯底30上設(shè)置倍頻電路，用于增加2 4倍的頻率，或者，可以設(shè)置橋式整流電路，用于整流AC并使之平滑。實施例接下來，將描述本發(fā)明的實施例?；诒景l(fā)明的實施方式的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，制造實施例的發(fā)光二極管(LED)。如圖10所示，在實施例的LED中，九個半導(dǎo)體發(fā)光元件10以格點(grid-point)式圖案排列在矩形襯底30上。進(jìn)一步地，在圖10中，襯底接觸部35設(shè)置在襯底30上的右上角和左下角中的半導(dǎo)體發(fā)光元件10的附近，并在兩個襯底接觸部35和35之間施加電壓， 以允許電流經(jīng)過布線層31流至以S-形串聯(lián)的九個半導(dǎo)體發(fā)光元件10。與前面的提到的實施方式相似，采用氮化鎵基的半導(dǎo)體形成包括半導(dǎo)體發(fā)光元件 10的半導(dǎo)體發(fā)光層的外延層。ITO用于透明導(dǎo)電層，Ag用于金屬反射層，SiO2用于透明絕緣膜，NiAu用于ρ-型接觸部和η-型接觸部，Au用于結(jié)合層和結(jié)合金屬層。進(jìn)一步地，關(guān)于每個部分的尺寸，半導(dǎo)體發(fā)光元件10的每個元件尺寸設(shè)定為 300 μ mX300 μ m，Ag金屬反射層的截面面積設(shè)定為260 μ mX 130 μ m(僅在ρ-型電極部側(cè)形成金屬反射層)，50個直徑為5 μ m的圓柱狀電極排列在ρ-型接觸部(第一接觸部)，n-型接觸部(第二接觸部)的截面積設(shè)定為260 μ mX 20 μ m。測定本實施例的氮化物基LED的發(fā)光特性和電特性。當(dāng)40mA的電流流過時，電壓為35. 8V，這是比通常的藍(lán)色LED高的值。這是因為九個半導(dǎo)體發(fā)光元件10串聯(lián)。 此時的亮度是M流明，波長是460nm，發(fā)光效率是161m/W，作為藍(lán)色LED，該發(fā)光效率是一個極其高的值。藍(lán)色LED的情況下獲得如此之高的值的原因是與常規(guī)的倒裝芯片結(jié)構(gòu)(參見圖11)相似，由于在表面(光提取表面)沒有電極(屏蔽物)，增加了光提取效率。但是， 常規(guī)的倒裝芯片結(jié)構(gòu)的LED不能獲得這樣高的光提取效率。這是因為，倒裝安裝過程中的凸點連接在活性層產(chǎn)生了缺陷。在本實施例中，布線層與P-側(cè)電極部、η-側(cè)電極部通過金屬平面結(jié)合進(jìn)行結(jié)合，因此可以通過對活性層施加均勻的力進(jìn)行晶片結(jié)合(層疊)，由此使獲得高的內(nèi)部量子效率成為可能。進(jìn)一步地，通過層疊獲得具有較寬表面的平面結(jié)合，由此可以獲得優(yōu)良的光輻射特性并抑制通電時溫度的升高。常規(guī)地，為了獲得高亮度的LED，需要增加對LED的輸入功率。常規(guī)LED芯片的尺寸允許360mAG0mAX9)的電流流過。通過安裝布線時薄的布線，難以流過這么大量的電流，需要使用厚的布線。進(jìn)一步地，需要作為晶體管的功率晶體管來控制電流，由此增加了元件的尺寸，并由此導(dǎo)致了高的成本。同時，作為用于驅(qū)動具有本實施例的結(jié)構(gòu)的晶體管， 使用耐電壓性高但響應(yīng)小電流的晶體管就足夠了。因此，九個半導(dǎo)體發(fā)光元件10的安裝可以通過一次性安裝容易地進(jìn)行，并且LED的外圍中的電路也可以低成本小型化。特別地，在切換驅(qū)動(switching drive)中，它的效果可以得到最大的體現(xiàn)。進(jìn)一步地，由透明導(dǎo)電層進(jìn)行電流分散，并因此可以減少點狀的ρ-型接觸部的數(shù)量，P-型接觸部的排列位置可以形成于每個LED元件的端部(作為排列關(guān)系的一個示例， P-型接觸部、金屬反射層和η-型接觸部以該順序排列在透明絕緣膜的形成表面上)。因此， 金屬反射層的面積可以做的更寬，由此可以獲得光提取效率的提高。請注意，制造了省略本實施例的透明導(dǎo)電層的用于比較的LED，電流分散沒有令人滿意，并觀察到了發(fā)光的不規(guī)則性。可以認(rèn)為，P-型接觸部的數(shù)量的增加消除了發(fā)光的不規(guī)則性。但是當(dāng)P-型接觸部的數(shù)量增加時，金屬反射層的面積變窄，結(jié)果證實光提取效率降低。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，其包括布線層和設(shè)置在所述布線層上的半導(dǎo)體發(fā)光元件； 所述半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)一步包括半導(dǎo)體發(fā)光層，其包括自所述布線層側(cè)按順序排列的第一半導(dǎo)體層、活性層和第二半導(dǎo)體層，透明導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體發(fā)光層的布線層側(cè)， 金屬反射層，其設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層的布線層側(cè)，透明絕緣膜，其設(shè)置在所述金屬反射層的布線層側(cè)，并覆蓋所述金屬反射層，以及第一電極部和第二電極部，所述第一電極部和第二電極部設(shè)置于所述透明絕緣膜的布線層側(cè)，并與所述布線層電連接，在所述第一電極部和第二電極部之間插入有隔離區(qū)；其中，所述第一電極部通過所述透明導(dǎo)電層和被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜的第一接觸部與所述第一半導(dǎo)體層電連接，并且所述第二電極部通過第二接觸部與所述第二半導(dǎo)體層電連接，所述第二接觸部被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜，并被設(shè)置為貫穿所述透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體層和活性層，并與它們絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述第一電極部和第二電極部通過平面結(jié)合與所述布線層結(jié)合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，所述第一電極部和第二電極部具有Au基結(jié)合層，并通過所述結(jié)合層與所述Au基布線層結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，形成所述半導(dǎo)體發(fā)光層的所述第一半導(dǎo)體層、活性層和第二半導(dǎo)體層分別由氮化物半導(dǎo)體制成，并且所述金屬反射層由Ag制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，在所述布線層上設(shè)置多個半導(dǎo)體發(fā)光元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，在所述半導(dǎo)體發(fā)光元件的布線層的對側(cè)形成經(jīng)粗糙化加工的光提取表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其中，在所述光提取表面上形成透光性的導(dǎo)電膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其中，在絕緣襯底上設(shè)置所述布線層，在所述絕緣襯底上設(shè)置兩個以上通孔，在所述通孔中設(shè)置金屬材料，由此形成與所述布線層電連接的襯底接觸部。
9.一種發(fā)光二極管，其包括布線層和設(shè)置在所述布線層上的半導(dǎo)體發(fā)光元件； 所述半導(dǎo)體發(fā)光元件進(jìn)一步包括半導(dǎo)體發(fā)光層，其包括自所述布線層側(cè)按順序排列的第一半導(dǎo)體層、活性層和第二半導(dǎo)體層，透明導(dǎo)電層，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體發(fā)光層的布線層側(cè)， 透明絕緣膜，其設(shè)置在所述透明導(dǎo)電層的布線層側(cè)，以及第一電極部和第二電極部，所述第一電極部和第二電極部設(shè)置于所述透明絕緣膜的布線層側(cè)，并與所述布線層電連接，在所述第一電極部和第二電極部之間插入有隔離區(qū)；其中，所述第一電極部通過所述透明導(dǎo)電層和被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜的第一接觸部與所述第一半導(dǎo)體層電連接，并且所述第二電極部通過第二接觸部與所述第二半導(dǎo)體層電連接，所述第二接觸部被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜，并被設(shè)置為貫穿所述透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體層和活性層，并與它們絕緣。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，其包括布線層和設(shè)置在所述布線層上的發(fā)光元件，所述發(fā)光元件進(jìn)一步包括半導(dǎo)體發(fā)光層、透明導(dǎo)電層、金屬反射層、透明絕緣膜以及第一電極部和第二電極部，所述第一電極部和第二電極部設(shè)置于所述透明絕緣膜的布線層側(cè)并與所述布線層電連接，所述第一電極部和第二電極部之間插入有隔離區(qū)，其中，所述第一電極部通過第一接觸部與第一半導(dǎo)體層電連接，并且所述第二電極部通過第二接觸部與第二半導(dǎo)體層電連接，所述第二接觸部被設(shè)置為貫穿所述透明絕緣膜、透明導(dǎo)電層、第一半導(dǎo)體層和活性層。
文檔編號H01L33/14GK102386293SQ201110250979
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月1日
發(fā)明者水谷友哉, 海野恒弘 申請人:日立電線株式會社