半导体发光元件及其制造方法技术

一种半导体发光元件，包括：半导体衬底，其具有第一表面和朝向第一表面的相反侧的第二表面，该半导体衬底具有形成在第一表面中的凹进部分，并且该凹进部分具有Ｖ形横截面；形成在凹进部分的内表面上的反射层；形成在反射层上的第一电极；形成在第二表面上发光层，和形成在发光层上的第二电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光元件及制造该半导体发光元件的方法。具 体地，本专利技术涉及在光提取效率方面改善了的发光半导体，及制造这 种半导体发光元件的方法。
技术介绍
近些年来，半导体发光元件，具体地，发光二极管(LED)已经被 广泛地用做用于显示的背光，例如为车辆用光源、照明光源等。在这 些应用中，半导体发光元件被要求有优良的发光效率。作为提高半导 体发光元件的发光效率的一种有效的方法，能想到采取措施来提高从 发光元件提取光的效率，因此已有报导，对于这种方法有大量的研究。例如，已有提议做一衬底，从而在其表面有V形或阶梯形结构， 因此使被朝着芯片的底面引导的光能够转向，从而能从这些结构的侧 面吸收光，因此能够提高光提取效率(例如，参见JP-A 2004-56088)。也有提议把半导体衬底做成倒装芯片，从而基本上消除了由电极的吸光(例如，参见JP-A 2004-319685)。然而，根据在上面所述的这些专利文献所公开的传统半导体发光 元件的结构，由于N-极和P-极都被布置在相同的芯片平面并且N-极 的顶面不允许发光，传统的半导体发光元件伴随着不同的问题，使主 要的发光区域变小，使部分电流传导区域的电流密度变得更高并且使 激励效率恶化，因此引起了发光效率的恶化。此外，前面提到的专利 文献中公开的结构还伴随有光被衬底顶面的电极吸收的问题，因此严 重地影响了其发光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供增强发光效率的半导体发光元件。本专利技术的 另一个目的是提供了制造该半导体装置的方法。根据本专利技术的第一个方面，提供的半导体发光元件包括具有第 一表面和朝向第一表面相反侧的第二表面的半导体衬底，该半导体衬 底具有形成在第一表面中的凹进部分，并且该凹进部分具有V形横截 面；形成在凹进部分的内表面上的反射层；形成在反射层上的第一电 极；形成在第二表面上的发光层；和形成在发光层上的第二电极。根据本专利技术的第二方面，提供了制造半导体发光元件的方法，包 括加工出具有第一表面和第二表面的半导体衬底，从而通过一组方 法中选择出的至少一种在第一表面中形成凹进部分，该组方法由切割、 蚀刻、激光加工和钻削组成；在该凹进部分的内表面上形成反射层； 在反射层上形成第一电极；在半导体衬底的第二表面上形成发光层；并且在发光层上形成第二电极。 附图的简要说明附图说明图1、 2和3为示出根据本专利技术不同实施例的发光半导体的横截 面视图4A-4F为图示具有不同凹进部分的半导体发光元件的平面视图4G为图示在图4A-4F中所示的半导体发光元件的横截面视图; 图5A和5B为图示具有其它凹进部分的发光半导体的平面视图； 图5C为图示在图5A和5B中所示的半导体发光元件的横截面视图6A和6B为图示根据本专利技术的其它实施例的半导体发光元件的 平面视图6C为图示在图6A和6B中所示的半导体发光元件的横截面视图7A为图示根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的平面 视图7B为图示在图7A中所示的半导体发光元件的横截面视图； 图8A为图示根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的平面 视图8B为图示在图8A中所示的半导体发光元件的横截面视图； 图9A为图示根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的平面视图9B为图示在图9A中所示的半导体发光元件的横截面视图； 图IOA为图示根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的平面 视图IOB为图示在图IOA中所示的半导体发光元件的横截面视图； 图IIA为图示根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的平面 视图IIB为图示在图IIA中所示的半导体发光元件的横截面视图； 图12为图示在衬底侧面的角度和具有V形横截面的凹进部分的垂直角度之间的关系的示意图13为图示具有V形横截面的凹进部分深度的示意图14为示出根据本专利技术的另外实施例的半导体发光元件的横截面视图；和图15为示出根据本专利技术的另外实施例的能够发出白光的半导体 发光元件的横截面视图。具体实施例方式接着，将解释本专利技术的不同实施例。图l为示出根据本专利技术的半导体发光元件的横截面示图。如图l 所示，半导体衬底1在其下表面上设置有发光层2和第二电极3。此 外，半导体衬底1在其第一表面上设置有具有V形横截面的凹进部分。 在该凹进部分的内表面上形成高反射层4，在高反射层4上形成第一电极5。该第一电极5与导线6相连。根据该实施例的半导体发光元件，由于高反射层4被形成在具有 V形横截面的凹进部分的内表面上和形成在衬底1的第一表面中，从 发光层2发出的光朝着第一电极5通过半导体衬底1，在高反射层4 处被反射，因此使光能从那里吸收。结果是，能提高光提取效率并且 因此得到具有增强光提取效率的半导体发光元件。另外，因为在高反射层4的表面上设置有第一电极5，所以能将 电流均匀地传导至位于第二电极3和第一电极5之间的半导体衬底1 的区域，第二电极3和第一电极5分别地被连接至半导体衬底的相对 侧面，因此使其能从发光层2的整个表面均匀地发光。结果是，形成 在凹进部分内表面上的高反射层4被从发光层2发出的光均匀地照射， 因此，使光能被均匀地从半导体衬底1提取。在如上面所述的半导体发光元件中，能使用例如GaN、 GaAs、 SiC、 Si和ZnO等传导材料作为用于半导体衬底1的适合材料。另外，至于发光层2，可以使用例如InGaN、 GaN、 AlGaN和 InAlGaN等的GaN系列半导体材料；例如InGaAs、 GaAs、 AlGaAs和 InAlGaAs等的GaAs系列半导体材料；GalnAs系列材料；和Zn0系列 材料。任何这些材料能通过气相生长方法外延生长，例如有机金属气 相生长方法，使用氯化物的气相生长方法和类似方法。对于发光层2 的结构，能使用具有PN-结的结构，其中有源层被置于P型覆层和N 型覆层之间的层压结构，等。至于构成第一电极和第二电极的材料，能使用例如金、钛、镍、铂、铟、铝、钯和锡等的金属；或它们的合金。顺便指出，尽管为了提高光提取效率的目的，优选地将衬底制作 成如图1中所示的具有带倾斜侧壁的梯形横截面的结构，该衬底也可以被构造得使其具有如图2中所示的竖直侧壁。至于用来构造高反射层的材料，可以使用具有高反射系数的传导材料，这种传导材料的例子包括银、银合金、铝、铝合金、金、金 合金、钛、铂和铑等。从实际角度来看，优选地使用银、银合金、铝、 铝合金和铑。另外，从粘附在衬底1的角度和从电阻的角度来看，除 了前面所述的优选金属，优选地使用包括一些金属层的多层薄膜，这 些金属例如镍、铟、钯、锡、锌、铜及它们的合金，它们通常被用作 电极材料。另外，为了便于导线接合，优选地将薄的金膜放在第一电 极5的表面上。在完成在衬底1的第一表面中形成具有v形横截面的凹进部分的工作后，高反射层4可以由溅射、气相淀积或任何上述金属的镀层的方法或利用化学反应等方法来形成。至于制造具有v形横截面的凹进部分的方法，从实际角度来看，可以使用切割、蚀刻、激光加工和钻削等方法。蚀刻可以是湿蚀刻或 干蚀刻。例如，湿蚀刻可以这样操作，其中光刻胶的模型被用作掩模， 并且磷酸盐型蚀刻液被用作蚀刻剂。在该情况时，当将光照射到衬底 时，可以通过调整蚀刻的量度来形成要求结构的凹进部分。至于干蚀刻，优选地使用活性粒子束蚀刻(ECR-R工BE)，其使用如上所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光元件，包括：半导体衬底，其具有第一表面和朝向第一表面的相反侧的第二表面，所述半导体衬底具有形成在所述第一表面中的凹进部分，并且所述凹进部分具有Ｖ形横截面；反射层，其形成在所述凹进部分的内表面上；第一电极 ，其形成在所述反射层上；发光层，其形成在所述第二表面上；和第二电极，其形成在所述发光层上。

【技术特征摘要】
JP 2006-7-4 184644/20061.一种半导体发光元件，包括半导体衬底，其具有第一表面和朝向第一表面的相反侧的第二表面，所述半导体衬底具有形成在所述第一表面中的凹进部分，并且所述凹进部分具有V形横截面；反射层，其形成在所述凹进部分的内表面上；第一电极，其形成在所述反射层上；发光层，其形成在所述第二表面上；和第二电极，其形成在所述发光层上。2. 根据权利要求l所述的发光元件，其特征在于，所述凹进部分 的V形横截面的V形角度为(90-e) ° ，其中e。为所述半导体衬底的侧壁关于垂直于所述第一表面的轴线的倾斜角度。3. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述凹进部分 的深度不超过所述半导体衬底的厚度的1/3。4. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述凹进部分 由从包括圆锥形、角锥形和凹槽形结构的组中选择的结构形成。5. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一电极 由具有水平表面并且填充所述反射层上的所述凹进部分的传导材料形 成。6. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述半导体衬 底包括从包括GaN、 GaAs、 SiC、 Si和Zn0的组中选择的材料。7. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述发光层包 括从包括GaN系列半导体材料、GaAs系列半导体材料、GalnAs系列半 导体材料和Zn0系列材料的组中选择的材料。8. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述发光层具 有PN-结包含结构，或层压结构，其中有源层被放置在P形覆层和N形覆层之间。9. 根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，所述第一电极 和所述第二电极分别包括从包括金、钛、镍、铂、铟、铝、钯、锡和 它们的合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：服部靖，布上真也，齐藤真司，波多腰玄一，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]