專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
以往，作為半導(dǎo)體發(fā)光元件，公知有在単一基板上將呈ニ維排列的多個發(fā)光部通過內(nèi)部布線進(jìn)行電連接的半導(dǎo)體發(fā)光元件(例如參照專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)I的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，多個半導(dǎo)體層疊構(gòu)造在單一基板上被分離而呈ニ維排列，且在這些半導(dǎo)體層疊構(gòu)造上設(shè)置電極等而構(gòu)成多個發(fā)光部，并且多個發(fā)光部的每個發(fā)光部的一個電極與其它的發(fā)光部的另ー個電極通過以半導(dǎo)體エ藝形成的內(nèi)部布線 進(jìn)行電連接，因此無需對所有的多個發(fā)光部進(jìn)行鍵合，可減少布線的エ序數(shù)。專利文獻(xiàn)I :日本特表2010-521807號公報但是，專利文獻(xiàn)I記載的半導(dǎo)體發(fā)光元件存在下述問題當(dāng)使用導(dǎo)電率良好的Au、Ti、Ni等金屬作為內(nèi)部布線時，由于內(nèi)部布線吸收從半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的發(fā)光層發(fā)出的光，因此光取出效率低；另外，若使用反射率高的Al、Ag等金屬作為內(nèi)部布線，由于產(chǎn)生遷移，發(fā)光元件的電氣特性受損。

發(fā)明內(nèi)容
由此，本發(fā)明的目的在于在単一基板上設(shè)置有多個發(fā)光部的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，與不使用本構(gòu)成的情況相比提高光取出效率。本發(fā)明為了達(dá)成上述目的，提供ー種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其具備 第I發(fā)光部，其設(shè)置在基板上，且具有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包括夾設(shè)在第I導(dǎo)電類型的第I導(dǎo)電類型層與第2導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層；第2發(fā)光部，其設(shè)置在所述基板上的與所述第I發(fā)光部分離的不同區(qū)域內(nèi)，且具有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包括夾設(shè)在所述第I導(dǎo)電類型的第I導(dǎo)電類型層與所述第2導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層；布線層，其將所述第I發(fā)光部的所述第I導(dǎo)電類型層與所述第2發(fā)光部的所述第2導(dǎo)電類型層進(jìn)行電連接；和反射層，其設(shè)置在所述第I發(fā)光部的所述發(fā)光層以及所述第2發(fā)光部的所述發(fā)光層中的至少任意一個發(fā)光層與所述布線層之間，反射從所述至少任意一個發(fā)光層發(fā)出的光的至少一部分。優(yōu)選，所述反射層對從所述發(fā)光層發(fā)出的光的反射率比所述布線層高，且所述反射層形成于絕緣層中，以使該反射層不與所述布線層、所述第I導(dǎo)電類型層以及所述第2導(dǎo)電類型層接觸。優(yōu)選，所述第I發(fā)光部具有透明電極，其與所述第I導(dǎo)電類型層歐姆接觸；絕緣層，其形成在所述透明電極上；和第I電極，其貫通所述絕緣層，且與所述透明電極歐姆接觸；所述第2發(fā)光部具有絕緣層，其形成在所述第2導(dǎo)電類型層上；和第2電極，其貫通所述絕緣層，且與所述第2導(dǎo)電類型層歐姆接觸；所述布線層將所述第I電極與所述第2電極進(jìn)行電連接，所述反射層以與所述布線層的形狀對應(yīng)的形狀形成在所述絕緣層中，從而使該反射層不與所述第I電極、所述第2電極以及所述透明電極接觸。優(yōu)選，所述第I發(fā)光部的所述第I電極包括從其與所述布線層的連接部延伸的線狀第I延伸部，所述第2發(fā)光部的所述第2電極包括從其與所述布線層的連接部延伸的線狀第2延伸部，所述反射部還以與所述延伸部的形狀對應(yīng)的形狀形成在所述第I延伸部以及所述第2延伸部的下方。根據(jù)本發(fā)明，在単一基板上設(shè)置有多個發(fā)光部的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，與不使用本構(gòu)成的情況相比能夠提高光取出效率。


圖I是半導(dǎo)體發(fā)光元件的剖面示意圖。圖2是放大了半導(dǎo)體發(fā)光元件的一部分的剖面示意圖。 圖3是顯示本發(fā)明實施方式的半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意俯視圖。附圖標(biāo)記的說明I :發(fā)光兀件；IA :發(fā)光部； IB :發(fā)光部；10 :基板；20 :緩沖層； 21 :半導(dǎo)體層置構(gòu)造；22 n型接觸層； 23 :n型ESD層；24 :n型覆蓋層；25 :發(fā)光層(MQW層)；26 P型覆蓋層；27 p型接觸層；30 :透明電極； 40 :絕緣層； 50 :下側(cè)P電極；60:下側(cè)η電極； 70 :上側(cè)ρ電極；80 :上側(cè)η電極；83 :內(nèi)部布線層；90、92、93、94、96 :反射層；700、720、800、820 :延伸部
具體實施例方式圖I 圖3顯示本發(fā)明的實施方式，圖I是半導(dǎo)體裝置的剖面示意圖，圖2是放大了半導(dǎo)體發(fā)光元件的一部分的剖面示意圖。另外，圖3是半導(dǎo)體發(fā)光元件的示意俯視圖。(發(fā)光元件的構(gòu)成)如圖I 3所示，該發(fā)光元件I在藍(lán)寶石等基板10上具有兩個發(fā)光部IA以及1B，發(fā)光部IA以及IB各自的ー側(cè)的電極相互通過內(nèi)部布線層83串聯(lián)地連接。此外，發(fā)光元件I也可以串聯(lián)地設(shè)置三個以上的發(fā)光部。(發(fā)光元件的構(gòu)成)(半導(dǎo)體層疊構(gòu)造)發(fā)光部IA以及IB具備設(shè)置在基板10上的緩沖層20和半導(dǎo)體層疊構(gòu)造21，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造21包括設(shè)置在緩沖層20上的η型接觸層22、設(shè)置在η型接觸層22上的η型靜電放電(Electro Static Discharge,簡稱ESD)層23、形成在η型ESD層23上的η型覆蓋層24、作為設(shè)置在η型覆蓋層24上的發(fā)光層的MQW層25、設(shè)置在發(fā)光層25上的ρ型覆蓋層26和設(shè)置在ρ型覆蓋層26上的ρ型接觸層27。另外，通過刻蝕除去從ρ型接觸層27到η型接觸層22的一部分，從而露出η型接觸層22的一部分。這里，緩沖層20、η型接觸層22、η型ESD層23、η型覆蓋層24、發(fā)光層25、ρ型覆蓋層26和ρ型接觸層27分別是由第III族氮化物化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的層。第III族氮化物化合物半導(dǎo)體例如可使用結(jié)構(gòu)為AlxGayInnyN(且，O彡x彡1，O彡y彡1，O彡x+y彡I)的四元系的III族氮化物化合物半導(dǎo)體。在本實施方式中，緩沖層20由AlN形成。而且，η型接觸層22、η型ESD層23以及η型覆蓋層24分別由各自摻雜了規(guī)定量的η型摻雜劑(例如Si)的n_GaN形成。另外，發(fā)光層25具有多量子阱構(gòu)造，該多量子阱構(gòu)造包括多個阱層和多個障壁層而形成。阱層例如由GaN形成，I障壁層例如由InGaN或者AlGaN等形成。此外，ρ型覆蓋層26以及ρ型接觸層27分別由摻雜了規(guī)定量的ρ型摻雜劑(例如Mg)的p-GaN形成。從設(shè)置在基板10上的緩沖層20到ρ型接觸層27的各層可通過例如有機金屬化學(xué)氣相沉積法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,簡稱 MOCVD)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy,簡稱MBE)、齒化物氣相外延法(Halide Vapor Phase Epitaxy,簡稱HVPE)等方法而形成。在這里，舉了緩沖層20由AlN形成的例子，但是緩沖層20也能夠用GaN形成。另外，發(fā)光層25的量子阱構(gòu)造也可以不是多量子阱構(gòu)造，而采用単一量子阱構(gòu)造、應(yīng)變量子阱構(gòu)造。 (電極)另外，發(fā)光部IA以及IB具備透明電極30和絕緣層40，該透明電極30設(shè)置在ρ型接觸層27上，絕緣層40形成在透明電極30上以及半導(dǎo)體層疊構(gòu)造上。進(jìn)ー步，發(fā)光部IA以及IB具備下側(cè)ρ電極50，其貫通絕緣層40，且與透明電極30歐姆接觸；和下側(cè)η電極60，其貫通絕緣層40，且與η型接觸層22歐姆接觸。透明電極30由對發(fā)光層25發(fā)出的光透明的導(dǎo)電性氧化物形成，在本實施方式中由ITO (Indium Tin Oxide)形成。透明電極30例如使用真空蒸鍍法形成。此外,透明電極30也可以通過濺射法或CVD法等方法形成。在本實施方式中，作為絕緣層40使用Si02。此外，作為絕緣層40也可以使用其它的材料，例如除了 SiN之外，也可以由Ti02、Al203、Ta205等金屬氧化物或聚酰亞胺等具有電絕緣性的樹脂材料形成。絕緣層40例如通過真空蒸鍍法形成，但是也可以通過化學(xué)氣相沉積法(Ch emical Vapor Deposition,簡稱CVD)形成。為了形成下側(cè)P電極50及下側(cè)η電極60，使用光刻技術(shù)以及蝕刻技術(shù)除去絕緣層40中的透明電極30上側(cè)的一部分和η型接觸層22上側(cè)的一部分。下側(cè)ρ電極50包括與透明電極30接觸的第I金屬層52和形成在第I金屬層52上的第2金屬層54。第I金屬層52由例如Ni、Rh、Ti、Cr等與ITO歐姆接觸的金屬構(gòu)成。在本實施方式中，分別使用Ni作為第I金屬層52，使用Au作為第2金屬層54。另外，下側(cè)η電極60包括與η型接觸層22接觸的第I金屬層62和形成在第I金屬層62上的第2金屬層64。第2金屬層62由例如Ni、Rh、Ti、V、Pt、Cr等與η型接觸層22歐姆接觸的金屬構(gòu)成。在本實施方式中，第I金屬層62和第2金屬層64使用與下側(cè)ρ電極50的第I金屬層52和第2金屬層54相同的材料。下側(cè)ρ電極50以及下側(cè)η電極60例如使用真空蒸鍍法形成。在本實施方式中，構(gòu)成下側(cè)P電極50的材料和構(gòu)成下側(cè)η電極60的材料是同樣的材料，通過同時將電極材料進(jìn)行真空蒸鍍而形成各個電極50、60。此外，也可以將下側(cè)ρ電極50與下側(cè)η電極60使用不同材料形成，這種情況下，并非同時形成，而是要分別形成。另外，也可以通過濺射法形成下側(cè)P電極50以及下側(cè)η電極60。
另外，發(fā)光部IB具備上側(cè)P電極70，該上側(cè)ρ電極70形成在絕緣層40上，且與下側(cè)P電極50歐姆接觸。俯視時，上側(cè)P電極70比下側(cè)P電極50形成得大。上側(cè)P電極70與絕緣層40以及下側(cè)ρ電極50接觸，在封裝時與鍵合引線(未圖示)連接。作為上側(cè)P電極70，選擇適于與鍵合引線鍵合的金屬。在本實施方式中，使用Au作為上側(cè)ρ電極70。此外，上側(cè)P電極70也能夠由包含將Ti或Ni作為主成分的合金形成。另外，發(fā)光部IA具備上側(cè)η電極80，該上側(cè)η電極80形成在絕緣層40上，且與下側(cè)η電極60歐姆接觸的。俯視時，上側(cè)η電極80比下側(cè)η電極60形成得大。上側(cè)η電極80與絕緣層40以及下側(cè)η電極60接觸，在封裝時與鍵合引線(未圖示)連接。作為上側(cè)η電極80，選擇適于與鍵合引線鍵合的金屬。在本實施方式中，上側(cè)η電極80使用與上側(cè)P電極70相同的材料。俯視時，發(fā)光部IB的上側(cè)ρ電極70的延伸部700以及發(fā)光部IA的延伸部720分別沿著發(fā)光部IB以及IA的邊部延伸。另外，俯視時，發(fā)光部IA的上側(cè)η電極80的延伸部 800以及發(fā)光部IB的延伸部820分別沿著發(fā)光部IA以及IB的中央向規(guī)定的方向延伸，分別被延伸部720以及700包圍。多個下側(cè)η電極60與延伸部800以及820連接，多個下側(cè)P電極50與延伸部700以及720連接，使得電流能夠高效地進(jìn)行擴散。另外，延伸部720與延伸部820通過內(nèi)部布線層83形成為一體，從而將發(fā)光部IA以及IB電性串聯(lián)連接。(反射層)另外，發(fā)光部IA以及IB具有反射從MQW層25發(fā)出的光的反射層90、92、93、94以及96。反射層90、92、93、94以及96在絕緣層40中使用反射率高的金屬如Al、Ag等形成，使其不與如下導(dǎo)電部件接觸，該導(dǎo)電部件分別為透明電極30、下側(cè)ρ電極50、下側(cè)η電極60、上側(cè)ρ電極70、上側(cè)η電極80、延伸部700、720、800、820以及內(nèi)部布線層83等。一般，反射率高的金屬中易發(fā)生電遷移的較多。因此，將反射率高的金屬用干與其它的導(dǎo)電部件連接的部件上時，會產(chǎn)生材料的選擇范圍變窄的問題。但是，本實施方式的反射層90、92、93,94以及96全面被絕緣層40所覆蓋，而不與其它的導(dǎo)電部件接觸，因此即使在發(fā)生了電遷移的情況下，也不會發(fā)生損害發(fā)光部IA以及IB的電氣特性的危險。因此，反射層90、92、93,94以及96的材料選擇范圍比其它導(dǎo)電部件等的材料選擇范圍更寬。也就是說，通過使用反射層90、92、93、94以及96，能夠拓寬具有對發(fā)光層25發(fā)出的光的高反射率的反射部的材料選擇范圍。反射層90、92、93、94以及96至少在作為分別對應(yīng)的導(dǎo)電部件的上側(cè)η電極80以及延伸部800、延伸部720、內(nèi)部布線層83、延伸部820及上側(cè)ρ電極70以及延伸部700的下方形成為與導(dǎo)電部件的形狀對應(yīng)的形狀。由此，能夠進(jìn)ー步提高來自發(fā)光部IA以及IB的光取出量。反射層90、92、93、94以及96形成為與導(dǎo)電部件的形狀對應(yīng)的形狀是為了反射從發(fā)光層25射向?qū)щ姴考姆较蚬?，并使射向其它方向的光直接向外部射出。例如，?nèi)部布線層83下方的反射層93的區(qū)域優(yōu)選為具有與內(nèi)部布線層83的寬度盡量相近的寬度且沿內(nèi)部布線層83的長度方向形成的線狀區(qū)域。該反射層93的線狀區(qū)域的長度方向的中心線位于內(nèi)部布線層83的正下方的區(qū)域內(nèi)。
(其它的構(gòu)成)此外，在下側(cè)ρ電極50的第2金屬層54由能夠切實地與透明電極30接觸的材料構(gòu)成的情況下，可省略第I金屬層52的形成。另外，下側(cè)η電極60的第2金屬層64由能夠切實地與η型接觸層22接觸的材料構(gòu)成的情況下，可省略第I金屬層62的形成。此外，雖未特別地進(jìn)行圖示，但是還可以在下側(cè)P電極50與上側(cè)ρ電極70之間形成阻擋層。此外，俯視時，發(fā)光元件I大致形成為長方形形狀。發(fā)光元件I的平面尺寸，例如縱向尺寸以及橫向尺寸分別約為350 μ m以及1000 μ m。在本實施方式中，上側(cè)ρ電極70以及上側(cè)η電極80分別配置在發(fā)光部IB的右端以及發(fā)光部IA的左端。(作用效果)如上所述地構(gòu)成的發(fā)光元件I中，鍵合引線與上側(cè)P電極70以及上側(cè)η電極80 連接。并且，向上側(cè)P電極70以及上側(cè)η電極80施加正向電壓時，從發(fā)光部IA以及IB的發(fā)光層25發(fā)出藍(lán)光波長范圍的光。例如，各發(fā)光部IA以及IB分別在正向電壓為3V左右，正向電流為20mA的情況下,發(fā)出峰值波長為455nm左右的光。從發(fā)光層25發(fā)出的光之中，向內(nèi)部布線層83入射的光被吸收得比較多。但是，根據(jù)本實施方式的發(fā)光部IA以及1B，被形成在絕緣層40上的高反射率的反射層93所反射，無法到達(dá)吸光較多的內(nèi)部布線層83。如此，與導(dǎo)電性優(yōu)良的內(nèi)部布線層83夾著內(nèi)部布線層83的下方的絕緣層40而個別形成了反射率高的反射層93，所以能夠減少內(nèi)部布線層83中的光吸收量，并同時使光高效地進(jìn)行反射，可提高來自發(fā)光元件I的光取出量。另外，同樣地，向上側(cè)ρ電極70以及延伸部700的方向入射的光的大部分被反射層92所反射，無法到達(dá)上側(cè)ρ電極70以及延伸部700。另外，向上側(cè)η電極80、延伸部800、延伸部720以及820的方向入射的光的大部分被反射層90、92所反射。另外，向下側(cè)ρ電極50入射的光較多地被與透明電極30歐姆接觸的第I金屬層52所吸收。但是，根據(jù)本實施方式的發(fā)光部IA以及IB中，由于下側(cè)ρ電極50比具有引線鍵合所需面積的上側(cè)P電極70形成得小，所以向第I金屬層52的入射量變得比較少。以上，說明了本發(fā)明的實施方式，但是上述記載的實施方式并非用于限定權(quán)利要求書所涉及的發(fā)明，另外，應(yīng)注意，用于解決發(fā)明的課題的手段所必須的并非僅限于在實施方式中說明的特征組合的全部。例如，在上述各實施方式中，也可以將半導(dǎo)體層疊構(gòu)造的η型層和ρ型層反過來。也就是說，可以替代由η型接觸層22、η型ESD層23以及η型覆蓋層24構(gòu)成的η型半導(dǎo)體層而形成P型半導(dǎo)體層，替代由P型覆蓋層26以及ρ型接觸層27構(gòu)成的ρ型半導(dǎo)體層而形成η型半導(dǎo)體層。另外，在本實施方式中，舉了面朝上(face-up)封裝的例子，但是顯然也可以是倒裝(flip chip)封裝。另外，在本實施方式中，例示了上側(cè)P電極70以及上側(cè)η電極80配置在兩端的情況，但是電極的配置可以是任意的。例如，上側(cè)P電極70以及上側(cè)η電極80也可以配置成對角狀。另外，在本實施方式中，例示的發(fā)光部IA以及IB是峰值波長在藍(lán)光范圍內(nèi)的LED，但是，當(dāng)然也可以是峰值波長在紫光范圍、綠光范圍等范圍內(nèi)的LED。
另外，在所述實施方式中，對使用了氮化鎵系化合物半導(dǎo)體的發(fā)光部IA以及IB進(jìn)行了論述，但是對于使用GaAlAs、GaP、GaAsP或InGaAlP等化合物半導(dǎo)體的發(fā)光元件也能夠 在不脫離本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.ー種半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，具備 第I發(fā)光部，其設(shè)置在基板上，且具有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包括夾設(shè)在第I導(dǎo)電類型的第I導(dǎo)電類型層與第2導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層； 第2發(fā)光部，其設(shè)置在所述基板上的與所述第I發(fā)光部分離的不同區(qū)域內(nèi)，且具有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包括夾設(shè)在所述第I導(dǎo)電類型的第I導(dǎo)電類型層與所述第2導(dǎo)電類型的第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層； 布線層，其將所述第I發(fā)光部的所述第I導(dǎo)電類型層與所述第2發(fā)光部的所述第2導(dǎo)電類型層進(jìn)行電連接；和 反射層，其設(shè)置在所述第I發(fā)光部的所述發(fā)光層以及所述第2發(fā)光部的所述發(fā)光層中 的至少任意一個發(fā)光層與所述布線層之間，反射從所述至少任意一個發(fā)光層發(fā)出的光的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在干， 所述反射層對從所述發(fā)光層發(fā)出的光的反射率比所述布線層高，且所述反射層形成干絕緣層中，以使該反射層不與所述布線層、所述第I導(dǎo)電類型層以及所述第2導(dǎo)電類型層接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在干， 所述第I發(fā)光部具有透明電極，其與所述第I導(dǎo)電類型層歐姆接觸；絕緣層，其形成在所述透明電極上；和第I電極，其貫通所述絕緣層，且與所述透明電極歐姆接觸； 所述第2發(fā)光部具有絕緣層，其形成在所述第2導(dǎo)電類型層上；和第2電極，其貫通所述絕緣層，且與所述第2導(dǎo)電類型層歐姆接觸； 所述布線層將所述第I電極與所述第2電極進(jìn)行電連接， 所述反射層以與所述布線層的形狀對應(yīng)的形狀形成在所述絕緣層中，從而使該反射層不與所述第I電極、所述第2電極以及所述透明電極接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在干， 所述第I發(fā)光部的所述第I電極包括從其與所述布線層的連接部延伸的線狀第I延伸部， 所述第2發(fā)光部的所述第2電極包括從其與所述布線層的連接部延伸的線狀第2延伸部， 所述反射部還以與所述延伸部的形狀對應(yīng)的形狀形成在所述第I延伸部以及所述第2延伸部的下方。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體發(fā)光元件，使其在單一基板上設(shè)置有多個發(fā)光部的半導(dǎo)體發(fā)光元件中，與不使用本構(gòu)成的情況相比提高光取出效率。半導(dǎo)體發(fā)光元件具有發(fā)光部，其在基板上具有半導(dǎo)體層疊構(gòu)造，該半導(dǎo)體層疊構(gòu)造包括夾設(shè)在第1導(dǎo)電類型層與第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層；發(fā)光部，其具有設(shè)置在基板上的與發(fā)光部分離的不同區(qū)域，且具有包括夾設(shè)在第1導(dǎo)電類型層與第2導(dǎo)電類型層之間的發(fā)光層的半導(dǎo)體層疊構(gòu)造；內(nèi)部布線層，其將發(fā)光部的第1導(dǎo)電類型層與發(fā)光部的第2導(dǎo)電類型層電連接；和反射層，其設(shè)置在發(fā)光部的發(fā)光層以及發(fā)光部的發(fā)光層中的至少任意一個發(fā)光層與內(nèi)部布線層之間，反射從發(fā)光部的發(fā)光層以及發(fā)光部的發(fā)光層的至少任意一個的發(fā)光層發(fā)出的光的至少一部分。
文檔編號H01L33/46GK102693998SQ201110306829
公開日2012年9月26日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者森敬洋 申請人:豐田合成株式會社