半导体发光芯片及半导体发光器件制造技术

本发明专利技术提供一种光取出效率高且良品率高、寿命长的半导体发光芯片及半导体发光器件。一种半导体发光芯片，其特征在于，具有：发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第１侧面、从该第１侧面朝向上述底面侧的第２侧面、从该第２侧面朝向上述底面侧的第３侧面，上述第３侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第２侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第１侧面是通过沿解理面解理而成的侧面。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体发光芯片(element)及半导体发光器件(device)。
技术介绍
半导体发光芯片作为低功耗、高效率、高可靠性的光源，正代替白色电灯泡作为显示屏和液晶的背光灯等使用。特别是InGaAlP系半导体材料是直接迁移型，是从红色到绿色区域可以高亮度发光的材料。因此，InGaAlP系半导体发光芯片作为亮度比较高的芯片，正被用作红色刹车灯、交通信号的红灯、黄灯等。半导体发光芯片通过在发光层内部的活性层注入电流，由空穴和电子的再结合可实现发光。另外，在活性层产生的光的一部分从半导体芯片的表面取出到外部。通常，半导体发光芯片安装在形成了反射板的管脚上，被透镜形状的环氧树脂等树脂塑封。对从半导体芯片发出的光通过反射板反射并通过透镜进行聚光，由此发光特性进行控制。如上所述，虽然InGaAlP系半导体材料可以高亮度地发光，但InGaAlP系半导体材料形成于不透明的GaAs衬底上。为此，如果使GaAs保持不变，则会因GaAs衬底引起光的吸收。因此，最近正在开发得到较高亮度的半导体发光芯片的方法首先，在不透明的GaAs衬底上形成InGaAlP系半导体材料，然后，粘接透明的GaP衬底，剥离不透明的GaAs衬底。并且，这里所谓的“透明”意为对从发光芯片发射出的光具有透光性。原本在如上所述的粘接透明衬底而形成的方法中，不能充分激活InGaAlP系半导体材料的优良特性，不能说芯片的亮度足够高。这是因为光取出效率低。也就是说，在半导体芯片内部，虽然从InGaAlP活性层产生的光朝360°任意方向放射，但是由于半导体结晶及对其进行封装的环氧树脂的折射率存在差异，所以存在在半导体界面被反射且不向半导体结晶的外部取出的光。如果半导体结晶的折射率为3.3、塑封材料环氧树脂的折射率为1.5，则根据斯内尔(Snell)法则，临界角为θ c＝sin-1(1.5/3.3)＝27°，以比27°大的角度入射半导体与树脂的界面的光被全反射，不能从半导体结晶的内部取出。通常，半导体发光芯片是立方体(六面体)，所以如果将来自全部面的光理想地取出，则能够向外部大致取出28％的光。但是，由于在半导体结晶的表面形成有n型和p型两种类型的电极、n型或p型任意一种电极通过粘接材料被安装在反射板上、入射电极面的光在电极合金层被吸收，所以能向外部取出的光的比例在28％以下。为解决上述问题，正在研究下述方法使用透明衬底作为光取出效率高的构造，将透明衬底加工成适当的形状。上述方法，例如记载在特开平10-341035中。如图16所示。在透明p型GaP衬底300的图的下侧，形成发光层314。发光层314具有在p型GaP衬底300上顺序形成了p型半导体、活性层、n型半导体层的构造。在该发光层314中，电流从p侧电极309和n侧电极310注入。通过该电流注入，发光层314中的活性层放射光，该光从衬底300侧被取出。图16的芯片中，通过将半导体发光芯片整形成透明衬底300端面的朝向相对发光层314的垂直方向角度发生偏移，从而实现全光取出量的增大。在该芯片的形状中，透明衬底300的整形端面将在现有端面被反射而不能取出的光朝上部表面反射。因此，使从上表面多取出光成为可能。另外，使从整形端面取出来自上部表面的反射光也成为可能，且光的取出增大。另外，通过该整形端面，在内部产生的光在结晶界面不被多重反射而向外部取出，所以在发光层314的吸收活性层或欧姆接触部分吸收减少。如上所述，图16的专利技术以衬底300侧作为光取出面，将衬底300加工成适当的形状，由此提高光取出的效率。但是，图16的半导体发光芯片和使用该半导体发光芯片的半导体发光器件虽然发光效率高，但存在良品率差、寿命短的问题。也就是说，图16的芯片由于以衬底300侧为光取出面，所以发光层314中的pn接合接近图中下侧的安装面。因此，在使用导电的安装剂(粘接剂)将芯片安装在管脚框架上时(参照图8)，发光层314中的pn接合的侧面短路，产生良品率低的问题。作为对策，如果将安装剂不附着在半导体发光芯片的侧面而使用少量则粘接强度弱，在长期通电时，发光芯片因封装树脂产生的应力而易于发生剥离，产生寿命变短的问题。另外，图16的芯片在将衬底300加工成适当的形状时，进行划片是必须的。但是，在进行该划片时，由于划片刀具而在衬底300的表面和内部形成损伤层(结晶缺陷)。然后，在长时间通电时，以该损伤层为基点进行结晶缺陷，存在发光层314容易被破坏、寿命变短的问题。另外，当使用环氧树脂封装已形成了损伤层的半导体芯片时，因通电中的树脂应力，结晶缺陷从有损伤层的衬底300的整形端面扩展到发光层314，光输出容易变低，同样存在寿命变短的问题。因此，虽然采用通过柔软的凝胶状树脂例如硅来封装发光芯片的包封(包裹)，但由于使用环氧树脂等硬树脂来封装包封的外侧，所以发生硅和环氧树脂的界面剥离，在通电时光输出低，仍然存在寿命变短的问题。因此，可以认为在加工衬底300时，不能避免使寿命变短。如上所述，可以认为为了提高光取出效率而将衬底加工成适当形状的半导体芯片，虽然可提高光取出效率，但良品率恶化且寿命变短是不可避免的。
技术实现思路
本专利技术是基于上述问题提出来的，其目的在提供一种光取出效率高且良品率高、寿命长的半导体发光芯片和半导体发光芯片器件。本专利技术的半导体发光芯片，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面(ヘき開面)解理(ヘき開)而成的侧面。本专利技术的半导体发光芯片，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄从而与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜。本专利技术的半导体发光器件，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面，上述第2侧面朝上述上表面扩展从而将来自上述发光层的光向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面；管脚框架；及安装材料，其具有导电性，将上述半导体发光芯片的上述衬底的上述底面安装在上述管脚框架上。本专利技术的半导体发光器件，具有半导体发光芯片，其具有发光层、衬底，上述发光层发射光，上述衬底对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光芯片，其特征在于，具有： 发光层，其放射光；及 衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第１侧面、从该第１侧面朝向上述底面侧的第２侧面、从该第２侧面朝向上述底面侧的第３侧面，上述第３侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第２侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第１侧面是通过沿解理面解理而成的侧面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2002-3-14 070719/20021.一种半导体发光芯片，其特征在于，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面是通过沿解理面解理而成的侧面。2.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底是GaP。3.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述发光层含有InGaAlP。4.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底的上述第2侧面与垂直于上述上表面的方向的角度不小于20°、不大于40°。5.如权利要求2记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底从(100)面向方向的倾斜不小于5°、不大于30°。6.如权利要求2记载的半导体发光芯片，其特征在于在上述第2侧面和上述第3侧面的表面上，形成多个高度不低于1μm、不高于2μm的凹凸。7.如权利要求1记载的半导体发光芯片，其特征在于在上述衬底的上述底面形成槽。8.一种半导体发光芯片，其特征在于，具有发光层，其放射光；及衬底，其对来自上述发光层的上述光具有透光性，具备设有上述发光层的上表面、与上述上表面相对的底面、连接上述上表面和上述底面的侧面，上述侧面有从上述上表面侧朝向上述底面侧的第1侧面、从该第1侧面朝向上述底面侧的第2侧面、从该第2侧面朝向上述底面侧的第3侧面，上述第3侧面朝上述上表面扩展倾斜，上述第2侧面朝上述上表面扩展倾斜从而将来自上述发光层的上述光的一部分向外部射出，上述第1侧面朝上述衬底的上述上表面变窄从而与垂直于上表面的方向以不小于16℃、不大于60℃倾斜。9.如权利要求8记载的半导体发光芯片，其特征在于上述衬底是GaP。10.如权利要求8记载的半导体发光芯片，其特征在于上述发光层含有InGaAlP。11.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：新田康一，中村隆文，紺野邦明，赤池康彦，远藤佳纪，近藤且章，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]