发光器件制造技术

公开了一种发光器件，该发光器件由于其简单结构而容易制造，并且能够长期稳定地保持高发光效率。这种发光器件在氮化物半导体衬底（１）第一主表面侧包含：ｎ－型氮化物半导体层（２），安置在离氮化物半导体衬底（１）比ｎ－型氮化物半导体层（２）更远处的ｐ－型氮化物半导体层（６），以及安置在ｎ－型氮化物半导体层（２）和ｐ－型氮化物半导体层（６）之间的发光层（４）。氮化物半导体衬底的电阻率不超过０．５Ω.ｃｍ。发光器件是以ｐ－型氮化物半导体层侧向下的方式安装的，从而使光从氮化物半导体衬底的第二主表面（１ａ）发出，所述的第二主表面位于第一主表面的另一侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及发光器件，更具体地涉及由氮化物半导体形成的发光器件。本专利技术的发光器件在某些情况下是指主要由氮化物衬底和层压其上的半导体层构成的半导体器件或者半导体芯片，在某些情况下也指包含安装在支架部件上并用树脂密封的半导体芯片的器件。此外，它在某些情况下也可以指上述两者。此外，半导体芯片在某些情况下被称作芯片。芯片中的衬底和其上形成的外延层在某些情况下简称为衬底。
技术介绍
当前，发白光二极管(LEDs)已经被广泛用于小型电子设备例如便携式信息终端的照明，并且具有在将来用于更大空间或者更大面积照明的潜力。为了利用LEDs来进行更大空间或者更大面积的照明，需要增加LEDs的光输出。因此，需要能够让大电流流经LEDs的电极并且克服由热量产生造成的温度升高问题。图59图示了目前已经提出的GaN基LED的构造体(专利文件1)。在这种GaN基LED中，在蓝宝石衬底101上提供n-型GaN层102，在n-型GaN层102和p-型GaN层104之间形成量子阱结构103。光发射发生在量子阱结构103。在p-型GaN层104上，形成欧姆接触形式的p-电极105，在n-型GaN层102上，形成欧姆接触形式的n-电极106。将这些p-电极105和n-电极106通过焊球107、108连接到支架部件109上。支架部件(下-支架(sub-mount)部件)是由Si衬底形成的，并且提供有用于防护来自外部的浪涌电压的电路。即，为了防止大的正向电压或者反向电压施加在发光器件上，用于保护发光器件的电源分支电路是由齐纳二极管等构成的，着重在于对于Ga、Al、In或其他第III族元素氮化物的半导体的电路故障(circuit failure)的主要因数是浪涌电压，例如瞬态电压和静电放电。抗浪涌电压的防护将在下面详细描述。上述GaN基LED的特征在于(a1)p-型GaN层104是向下安装(down-mounted)的，和(a2)n-电极层106形成在n-型GaN层102上，因而光是从蓝宝石衬底101的背面发射的。如从图59可见，这种GAN基LED的构造体相当复杂。(a2)在n-型GaN层102上形成n-电极层是这种复杂构造体的起因，这样做的原因在于蓝宝石衬底101是绝缘体，不能在蓝宝石衬底上提供n-电极。与上述采用蓝宝石衬底的发光器件一样，经常建议在采用用于发光器件的GaAs基、GaP基或者GaN基化合物半导体的发光器件中提供用于防护瞬态电压和静电放电的电路(参见专利文件2～4)。特别是在GaN基化合物半导体的情况下，反向击穿强度为约50V，很低，而正向电压的击穿强度也只有约150V。因此，提供用于上述防护的电源分支电路是很重要的。即，将上述GaN基芯片等形成在亚支架的Si衬底上，并且在Si衬底上构成包含齐纳二极管的保护电路。可以认为如上的许多保护电路的建议是以下的证据Ga、Al、In或其他第III族元素氮化物的半导体的电路故障(circuitfailure)的主要因数是浪涌电压例如瞬态电压和静电放电。除了拥有上述保护电路的发光器件外，还有在导电SiC衬底上形成GaN基发光器件的已知实例。即，通过使用(SiC衬底背面上的n-电极/SiC衬底n-型GaN层/量子阱层状构造体(发光层)/p-型GaN层/p-电极)构成LEDs，从p-型GaN层发射光，这样的LEDs已经被广泛使用。专利文件1日本专利公开2003-8083专利文件2日本专利公开2000-286457专利文件3日本专利公开11-54801专利文件4日本专利公开11-220176
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在如图59所图示的使用蓝宝石衬底的GaN基LEDs的情况下，构造体复杂，其制造成本将不可避免地增加。为了开发大空间照明应用的需求，要求LEDs便宜，因此，上述构造体是不合需要的。而且，由于p-电极105和n-电极106被安置在向下安装的表面侧，电极的面积，特别是p-电极的面积受到限制。为了能够通过大电流以实现高输出，特别要求p-电极有更大的面积。但是，采用图59中图示的构造体，p-电极的面积受到限制，因此光输出也受到限制。而且，在放出涉及电流产生的热量的情况下，将两种电极安置在同一侧也是不可取的。此外，电流以平行于衬底的方向流过n-型GaN层102有很大的电阻，造成热量产生和驱动电压的增加，从而增加能耗。特别是，如果为了缩短膜形成的过程而减小n-型GaN层的厚度，除了上述的热量产生和能耗增加问题外，n-型GaN膜的曝光量(yield of exposure)也显著下降。而且，如对于包括采用蓝宝石衬底的上述发光器件的发光器件通常可以认为的，由于热辐射面积受到限制，而且热阻(由每单位面积的单位引入能量所造成的温度升高)大，每个发光器件的注入电流无法增加。特别是在使用蓝宝石衬底的情况下，由于p-电极的面积受限制，对于热设计(heat-design)而言，通常器件是很少有余量的。此外，在GaN基LEDs使用蓝宝石衬底的情况下，由于热辐射面积受到限制，为了减小电阻以尽可能地减小热量产生，采用其中p-电极和n-电极以复杂的梳子形状排列的构造体以扩展接触面积变得是必要的。这样的梳状电极不容易加工，而制造成本将有一定的增加。如先前所述，热条件的设计对于发光器件基本上是重要的，而当为了获得高输出而进行努力时，将要因为如上所述的热条件而受到限制。因此，为了尽可能减轻这点，必须采用复杂的电极形状。此外，还有如下问题。在形成在蓝宝石衬底上的GaN基发光器件是向下安装以使蓝宝石衬底的背面形成发光表面的情况下，由于蓝宝石的折射系数为约1.8而GaN的折射系数为约2.4，入射角大于预定角度的光在产生和传播光的GaN层和蓝宝石衬底之间的界面经历全内反射，因而这样的光将不发射到外面。即，入射角θ≥sin-1(1.8/2.4)≈4.2°的光将留在GaN层内而不被发射到外面。因此，蓝宝石衬底主背面的发光效率将下降。尽管发光效率问题是重要的，仍然有其他问题。经过上述全内反射的光通过GaN层传播并从GaN层的侧部发射出来。由于经历上述全内反射的光的比率相当大而且GaN层很薄，从侧部发射的光的能量密度变大。安置在GaN层侧部并且被光辐照的密封树脂受到损坏，这造成发光器件使用期限缩短的问题。在具有(SiC衬底背面n-电极/SiC衬底/n-型GaN层/量子阱层状构造体(发光层)/p-型GaN层/p-电极)构造体用于从p-层侧引出光的GaN基LED中，p-电极的吸光比率大，因此高的光输出不能有效地发射到外面。当试图减小p-电极的覆盖比率率，即增加开口(opening)比率以增加发光量时，因为p-型GaN层的高电阻，所以电流无法流经整个p-型GaN层。因此，不能通过整个量子阱构造体来激活发光，从而发光输出下降。此外，电阻将增加，而这将产生热量产生和电源容量的问题。同样，如果增加p-型GaN层的厚度以使电流均匀地流经整个p-型GaN层，p-型GaN层的光吸收变大，而输出将受限制。解决问题的手段本专利技术的一个目的是提供具有简单构造体因而可便于制造，并且可以长期稳定地提供高发光效率的发光器件。本专利技术的发光器件是这样一种发光器件，该发光器件包含氮化物衬底，位于氮化物衬底第一主表面侧的n-型氮化物半导体层，安置在氮化物衬底第一主表面侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光器件，该器件包含：　　　　氮化物半导体衬底（１）；　　　　ｎ－型氮化物半导体层（３），位于氮化物半导体衬底的第一主表面侧；　　　　ｐ－型氮化物半导体层（５），位于第一主表面侧，被安置在离氮化物半导体衬底比ｎ－型氮化物半导体层更远处；和　　　　发光层（４），位于第一主表面侧，被安置在ｎ－型氮化物半导体层和ｐ－型氮化物半导体层之间，其中　　　　氮化物半导体衬底的电阻率为０．５Ω.ｃｍ或更小，ｐ－型氮化物半导体层侧是向下安装的，以使光从位于氮化物半导体衬底的第二主表面发出，所述的第二主表面位于第一主表面的另一侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-8-26 301706/2003;JP 2003-12-25 429818/20031.一种发光器件，该器件包含氮化物半导体衬底(1)；n-型氮化物半导体层(3)，位于氮化物半导体衬底的第一主表面侧；p-型氮化物半导体层(5)，位于第一主表面侧，被安置在离氮化物半导体衬底比n-型氮化物半导体层更远处；和发光层(4)，位于第一主表面侧，被安置在n-型氮化物半导体层和p-型氮化物半导体层之间，其中氮化物半导体衬底的电阻率为0.5Ω·cm或更小，p-型氮化物半导体层侧是向下安装的，以使光从位于氮化物半导体衬底的第二主表面发出，所述的第二主表面位于第一主表面的另一侧。2.依照权利要求1的发光器件，该器件包含第一p-电极(12a)，该电极离散安置在p-型氮化物半导体层表面上，和p-型氮化物半导体层接触；和第二p-电极(33)，该电极由Ag、Al和Rh中任何一种形成，填充第一p-电极的间隙，并且覆盖所述p-型氮化物半导体层和第一p-电极。3.依照权利要求2的发光器件，其中第一p-电极在p-型氮化物半导体层上的覆盖比率在10％～40％范围内。4.依照权利要求1的发光器件，其中该发光器件的静电耐压为3000V或更高。5.依照权利要求1的发光器件，其中没有用于保护发光器件对抗施加在氮化物半导体衬底和所述向下安装的p-型AlxGa1-xN层侧之间的瞬态电压和静电放电的保护电路。6.依照权利要求5的发光器件，其中没有针对瞬态电压或者静电放电的包含齐纳二极管的电源分支电路。7.依照权利要求1的发光器件，其中通过等于或者低于4V的施加电压，所述发光器件产生发光。8.依照权利要求1的发光器件，其中氮化物半导体衬底的厚度为50μm或更大。9.依照权利要求1的发光器件，其中在氮化物半导体衬底的第二主表面上提供电极，其开口比率为50％或更大。10.依照权利要求1的发光器件，其中提供在氮化物半导体衬底(1)上的电极(11)和氮化物半导体衬底的接触面积为0.055mm2或以上。11.依照权利要求10的发光器件，其中连接电极(11)和引线框(21b)的焊线(13)的截面面积为0.002mm2或以上。12.依照权利要求11的发光器件，其中连接电极(11)和引线框(21b)的焊线(13)的截面面积为0.07mm2或以上。13.依照权利要求10的发光器件，其中将电极安置在氮化物半导体衬底的两个或更多的角上，电极和氮化物半导体衬底接触面积的总和为0.055mm2或以上，而且连接安置在角上的电极和引线框的焊线的截面面积的总和为0.002mm2或以上。14.依照权利要求13的发光器件，其中连接安置在角上的电极和引线框的焊线的截面面积的总和为0.07mm2或以上。15.依照权利要求1的发光器件，其中氮化物半导体衬底第二主表面中的发光区为0.25mm2或以上。16.依照权利要求1的发光器件，其中氮化物半导体衬底第二主表面的发光区大小等于或大于1mm×1mm。17.依照权利要求16的发光器件，其中氮化物半导体衬底第二主表面的发光区大小等于或大于3mm×3mm。18.依照权利要求16的发光器件，其中氮化物半导体衬底第二主表面的发光区大小等于或大于5mm×5mm。19.依照权利要求1的发光器件，该器件被构建成具有30℃/W或以下的热阻。20.依照权利要求1的发光器件，其中在连续发光条件下，温度升高最大的部分的温度为150℃或更低。21.依照权利要求1的发光器件，其中n-型氮化物半导体层的厚度为3μm或以下。22.依照权利要求1的发光器件，其中未被电极被覆的氮化物半导体衬底第二主表面的区域已经经过非镜面处理。23.依照权利要求22的发光器件，其中经过非镜面处理的表面是已经通过使用氢氧化钾(KOH)溶液、氢氧化钠(NaOH)溶液、或者氨(NH3)溶液、或者其它碱性溶液进行了非镜面处理的表面。24.依照权利要求22的发光器件，其中经过非镜面处理的表面是已经通过使用硫酸(H2SO4)溶液、盐酸(HCl)溶液、磷酸(H2PO4)溶液、氢氟酸(HF)溶液或者其他酸性溶液中的至少一种进行了非镜面处理的表面。25.依照权利要求22的发光器件，其中经过非镜面处理的表面可以是已经用活性离子蚀刻法(RIE)进行了非镜面处理的表面。26.依照权利要求1的发光器件，其中提供在p-型氮化物半导体层上的电极(12)由反射率为0.5或以上的材料形成。27.依照权利要求1的发光器件，其中安置荧光构件(26)，来覆盖氮化物半导体衬底的第二主表面。28.依照权利要求1的发光器件，其中离开氮化物半导体衬底、与上述氮化物半导体衬底的第二主表面相对地安置荧光板(46)。29.依照权利要求28的发光器件，其中已经对面对氮化物半导体衬底的第二主表面的荧光板的表面进行了凸起/凹陷形成处理。30.依照权利要求1的发光器件，其中氮化物半导体衬底包含产生荧光的杂质和缺陷中的至少一种。31.一种发光器件，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：永井阳一，木山诚，中村孝夫，樱田隆，秋田胜史，上松康二，池田亚矢子，片山浩二，吉本晋，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]