專利名稱：半導體發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體發(fā)光器件，尤其涉及其結構可使半導體發(fā)光器件的光提取效率提高且總的光輸出增大的半導體發(fā)光器件。
背景技術：
圖5是示意性示出了常規(guī)的結朝下安裝的LED芯片(半導體發(fā)光器件)100的結構的側視圖。該LED芯片100包括截平的金字塔形GaP基片101；置于該GaP基片101的下表面之上的發(fā)光層102；置于該發(fā)光層102的下表面之上的下表面電極103；置于該GaP基片101的上表面之上的上表面電極104。該GaP基片101具有針對發(fā)光波長的透明特性。該GaP基片101是錐形的，使得所發(fā)出的光很容易從該芯片中提取出來。
為了在該表面上均勻地發(fā)光，電極形成于下表面電極103的整個下表面之中，或者下表面電極103由多個薄的圖形化的電極103b到103d形成。上表面電極104形成于GaP基片101的上表面的中心部分中，以便進行導線接合。
如圖5所示，在LED芯片100中，通過使電流在下表面電極103和上表面電極104之間流過，發(fā)光層102便發(fā)出光。圖6示出了LED芯片100的光發(fā)射強度分布。在從發(fā)光層102中發(fā)出的光束中，定位于與GaP基片101的各表面有關的全內(nèi)反射角之內(nèi)的光束α1和α2可以被提取到該芯片以外，而比全內(nèi)反射角大的光束α3則被限定在該芯片中。朝著上表面電極104的光束α4在上表面電極104中被吸收。因此，光提取效率變得較低便成了一個問題。
已公布了一種LED芯片，其中在除了剛好在上電極下面的那部分以外的區(qū)域中選擇性地形成發(fā)光層，由此所發(fā)射的光穿過剛好在上電極下面的那部分以提高光提取效率(例如，參看專利號為2792781的日本專利)。
已公布了一種LED芯片，其中在與出光表面相對的表面中形成反射膜，由此朝著與出光表面相對的那個表面發(fā)射的光被朝著出光表面反射，以提高光提取效率(例如，參看專利號為3312049的日本專利)。
在常規(guī)的LED芯片中，有如下問題。即，在專利號為2792781的日本專利所公布的LED芯片中，通過用激光束選擇性地照射生長層來局部形成有源層是有必要的。然而，從技術觀點看，很難形成局部有源層，這導致生產(chǎn)步驟的數(shù)目增大從而增大成本的問題。
專利號為3312049的日本專利所公布的LED芯片在當發(fā)光層和形成反射層的那個表面之間留有距離彼此分開時是很有效率的。然而，對于電極和反射層形成于發(fā)光層附近的情況，在發(fā)光層上光線按與電極基本相同的形狀來發(fā)射，并且光線朝著電極傳播而并不擴展。因此，產(chǎn)生了問題，所發(fā)射的光被電極吸收而并不被反射層反射。
發(fā)明內(nèi)容
考慮到上文所描述的，本發(fā)明的目的是提供一種半導體發(fā)光器件，它能夠通過減少因全內(nèi)反射而對芯片中所發(fā)射的光造成的限制，或通過減小所發(fā)射的光在反電極中被吸收的比例，來實現(xiàn)高效率的光發(fā)射。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的半導體發(fā)光器件結構如下。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面的半導體發(fā)光器件包括圓柱形基片，其中錐形部分形成于外壁表面中，該錐形部分的外形在朝著上底面的一側變窄；上表面電極，置于該基片的上底面中；發(fā)光層，置于該基片的下底面中；以及下表面電極，置于相對于該發(fā)光層與該基片相對的表面中，該下表面電極排列在與上表面電極相對的區(qū)域之外的環(huán)形區(qū)域中。
根據(jù)本發(fā)明，通過減少因全內(nèi)反射而對芯片中所發(fā)射的光造成的限制，或通過減小所發(fā)射的光在反電極中被吸收的比例，便可以實現(xiàn)高效率的光發(fā)射。
本發(fā)明的優(yōu)點將在下文的描述中得到闡明，并且部分地將在該描述中變得明顯，或者可以從本發(fā)明的實踐中獲知。本發(fā)明的優(yōu)點可以通過下文所特別指出的手段和組合來實現(xiàn)和獲得。
被包括在說明書中并構成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的各實施例，并且與上文給出的一般描述和下文給出的各實施例的詳細描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。
圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED芯片的側視圖；圖2是示出了該LED芯片的發(fā)光強度分布的圖；圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED芯片的側視圖；圖4是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的LED芯片的側視圖；圖5是示意性地示出了常規(guī)的半導體發(fā)光器件的側視圖；以及圖6是示出了常規(guī)的半導體發(fā)光器件的發(fā)光強度分布的圖。
具體實施例方式
圖1是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的LED芯片(半導體發(fā)光器件)10的側視圖，并且圖2是示出了LED芯片10的發(fā)光強度分布的圖。LED芯片10包括截平的金字塔形GaP基片11，置于GaP基片11的下表面之上的發(fā)光層12；置于發(fā)光層12的下表面之上的下表面電極13；置于GaP基片11的上表面之上的上表面電極14；以及置于下表面電極13的下表面上的反射膜15。GaP基片11具有針對發(fā)光波長的透明特性。例如，發(fā)光層12由InAIGaP制成。
在GaP基片11中，提供了具有θ角的錐形部分11a，使得所發(fā)射的光很容易被從芯片中提取出來。假定GaP基片11的高度是H。
上表面電極14形成于中心部分中以便進行導線的接合(未示出)。
另一方面，下表面電極13排列成滿足下面的三個條件。首先，下表面電極13排列在不使下表面電極13面對著上表面電極14的位置處。這是因為要防止發(fā)光層12中的光發(fā)射被上表面電極14吸收。
其次，下表面電極13排列在使下表面電極13和GaP基片11的外邊界相距有公式(1)中所定義的L那么遠的位置處。即，假定W是GaP基片11的下底面的外邊界和上表面電極14的外邊界之間的距離，n1是GaP基片11的折射率，并且n2是GaP基片11的外部的折射率，則獲得下面的公式(1)(H/2)tanθ-(H/2)tan(θ+α-90°)＜L (1)公式(1)是從幾何學方面確定光發(fā)射條件的公式，該條件是從最外圍一側的薄的圖形化電極13e中發(fā)出的光線在相對于GaP基片11的錐形表面的全內(nèi)反射角以內(nèi)入射。
第三，下表面電極13排列在使下表面電極13和GaP基片11的外邊界相距有公式(2)中所定義的L那么遠的位置處，公式(2)L＜(H/2)tanθ+(H/2)tan(-θ+α+90°)，并且L＜W (2)公式(2)是從幾何學方面確定光發(fā)射條件的公式，該條件是從最靠內(nèi)的邊界一側的薄的圖形化電極13a中發(fā)出的光線在相對于GaP基片11的錐形表面的全內(nèi)反射角以內(nèi)入射或者下表面電極13并不面對著上表面電極14。
在具有上述結構的LED芯片10中，通過使電流在上表面電極14和下表面電極13之間流過，便從發(fā)光層12中下表面電極13的附近發(fā)出了光。此處，因為下表面電極13由薄的圖形化電極13a到13e構成，所以光線不僅從與薄的圖形化電極13a到13e相對應的部分中發(fā)出還從置于這些電極之間的部分中發(fā)出。結果，光線作為整體基本上均勻地從提供了薄的圖形化電極13a到13e的區(qū)域中發(fā)出。在圖2中，實線表示此時的發(fā)光強度分布，而虛線表示作為比較示例圖5所示的常規(guī)LED芯片的發(fā)光強度分布。
薄的圖形化電極13a到13e排列在滿足上述三個條件的位置處，被上表面電極14吸收掉的發(fā)射光可以被抑制到最少，而同時在全內(nèi)反射角以內(nèi)入射到GaP基片11的各表面。
另一方面，在從發(fā)光層12發(fā)出的光線中，漏到圖1下側的光線被反射膜15反射從而返回到GaP基片11，并且該光線被提取到該芯片的外部。此時，因為下表面電極13是用薄的導線構成的，所以光線被反射膜15有效地反射著。
因此，根據(jù)第一實施例的LED芯片10，在發(fā)光層12發(fā)出的光線中，被限制在芯片中的光線或被上表面電極14吸收的光線可以被抑制到最少，光提取效率可以得到提高，并且在發(fā)光器件中總的光輸出可以增大。此外，當電極結構按上述來確定時，選擇性地形成有源層而使成本增大是不必要的，這便允許生產(chǎn)成本被降低。
另一方面，根據(jù)顏色和要發(fā)射的目標，可以使用其它材料作為GaP基片11和發(fā)光層12。例如，當使用藍寶石取代GaP基片11時，可以將GaN用作發(fā)光層12。
圖3是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的LED芯片20的側視圖。在圖3中，與圖1相同的功能組件仍用相同的數(shù)字來指定，并且詳細的描述將省略。
在LED芯片20中，可在與薄的圖形化電極13a到13e相一致的位置處構成置于GaP基片11的下表面中的發(fā)光層21a到21e。在LED芯片20中，也可以獲得與第一實施例相同的效果。
圖4是示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的LED芯片30的側視圖。在圖4中，與圖1相同的功能組件仍用相同的數(shù)字來指定，并且詳細的描述將省略。
置于薄的圖形化電極13a到13e的位置處的發(fā)光層21和絕緣構件32排列在LED芯片30中，并且也排列了一個平板形下表面電極33。
在具有圖4所示結構的LED芯片30中，只對有發(fā)光層21的部分提供施加到下表面電極33上的電能，并且只有該部分發(fā)光。因此，也可以獲得與第一實施例相同的效果。
本領域的技術人員將很容易看到另外的優(yōu)點和修改。因此，本發(fā)明在其更寬廣的方面便并不限于本文所示出并描述的特定細節(jié)和典型實施例。因此，在不背離所附的權利要求書及其等價方案所界定的通用發(fā)明概念的精神或范圍的情況下可以作出各種修改。
權利要求
1.一種半導體發(fā)光器件，它包括圓柱形基片，其中錐形部分形成于外壁表面中，所述錐形部分的外形在朝著上底面一側變窄；上表面電極，置于所述基片的上底面；發(fā)光層，置于所述基片的下底面；以及下表面電極，所述下表面電極置于相對于所述發(fā)光層的與所述基片相反的一表面，所述下表面電極排列在與所述上表面電極相對的區(qū)域以外的環(huán)形區(qū)域中。
2.如權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于，所述下表面電極排列成大于(H/2)tanθ-(H/2)tan(θ+α-90°)，其中α＝sin-1(n2/n1)，并且所述下表面電極排列成小于(H/2)tanθ+(H/2)tan(-θ+α+90°)和W，假設H是所述基片的高度，θ是所述錐形部分的傾斜角，W是所述基片的下底面的外邊界和所述上表面電極的外邊界之間的距離，n1是所述基片的折射率，并且n2是所述基片的外部的折射率。
3.如權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于，所述下表面電極按細線狀構成，并且在所述下表面電極外部還提供一反射膜。
4.如權利要求1所述的半導體發(fā)光器件，其特征在于，所述發(fā)光層形成于與所述下表面電極相同的區(qū)域中。
5.一種半導體發(fā)光器件，包括圓柱形基片，其中錐形部分形成于外壁表面，所述錐形部分在朝著上底面一側變窄；上表面電極，置于所述基片的上底面；發(fā)光層，置于所述基片的下底面；下表面電極，置于相對于所述發(fā)光層與所述基片相反的一表面，其中所述發(fā)光層排列在與所述上表面電極相對的區(qū)域以外的環(huán)形區(qū)域中。
全文摘要
本發(fā)明的LED芯片包括圓柱形GaP基片，其中在其外壁表面中形成了錐形部分，該錐形部分的外形在朝著上底面一側變窄；上表面電極，置于GaP基片的上底面；發(fā)光層，置于GaP基片的下底面；以及下表面電極，置于相對于發(fā)光層而言與GaP基片相對置的一表面，該下表面電極排列在與上表面電極相對的區(qū)域以外的環(huán)形區(qū)域中。
文檔編號H01L33/20GK1917242SQ20061011558
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權日2005年8月15日
發(fā)明者藤井孝佳, 戶野谷純一, 小松哲郎, 十河敬寬, 井口知洋 申請人:株式會社東芝