Полупроводниковый светоизлучающий прибор и способ его изготовления
Предложен полупроводниковый светоизлучающий прибор с высокой надежностью и превосходными характеристиками распределения света. Полупроводниковый светоизлучающий прибор 1 содержит n-электрод 50, размещенный на световыделяющей поверхности на стороне, противоположной поверхности полупроводниковой стопы 40, которая устанавливается на подложке 10. Множество выпуклостей выполнено в области 80 первых выпуклостей и в области 90 вторых выпуклостей на световыделяющей поверхности. Область 90 вторых выпуклостей примыкает к границе раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40, между областью 80 первых выпуклостей и n-электродом 50. Основание первой выпуклости, выполненной в области 80 первых выпуклостей, расположено ближе к светоизлучающему слою 42, чем к границе раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40, а основание второй выпуклости, выполненной в области 90 вторых выпуклостей, расположено ближе к границе раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40, чем к основанию первой выпуклости. Настоящее изобретение обеспечивает возможность получения полупроводникового светоизлучающего прибора, который имеет высокую надежность и превосходное распределение света. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 13 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к полупроводниковому светоизлучающему прибору, а конкретнее относится к полупроводниковому светоизлучающему прибору, который снабжен впадинами-выпуклостями на световыделяющей поверхности для увеличения эффективности светоотдачи, и к способу его изготовления.
Уровень техники
Традиционно, в светоизлучающем приборе, таком как светодиод (СД) (LED), может быть сформировано множество впадин-выпуклостей на поверхности полупроводникового слоя на световыделяющей стороне для увеличения эффективности светоотдачи из полупроводникового слоя, а также на части поверхности полупроводникового слоя сформирован электрод. Такие технологии известны и описаны, например, в акцептованных заявках на патент Японии №2000-196152, 2005-5679, 2003-69075, 2005-244201, 2006-147787.
В светоизлучающем приборе, описанном в акцептованной заявке на патент Японии №2000-196152, множество полусферических впадин-выпуклостей сформированы разнесенными друг от друга на поверхности полупроводникового слоя на световыделяющей стороне, прозрачный электрод сформирован на этих впадинах-выпуклостях, и контактная площадка выборочно наложена на прозрачный электрод. Способ формирования впадин-выпуклостей таков. Множество выровненных резистов, которые разнесены друг от друга на заранее заданное расстояние, размягчаются и расплавляются с помощью тепловой обработки, а затем резисты, деформированные в полусферическую форму, которая имеет полукруглую форму в поперечном сечении, переносятся на поверхность полупроводникового слоя на световыделяющей стороне для формирования впадин-выпуклостей.
В светоизлучающем приборе, описанном в акцептованной заявке на патент Японии №2005-5679 впадины-выпуклости, имеющие двумерную периодическую структуру, сформированы на поверхности полупроводникового слоя на световыделяющей стороне путем травления. В области, которая не имеет впадин-выпуклостей на световыделяющей стороне, сформированы n-электрод и p-электрод в соответствующих слоях с шагом.
Светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2003-69075, изготавливается путем наложения полупроводникового соединения на основе GaN на подложку из полупроводникового соединения на основе GaN, а впадины-выпуклости формируются путем травления на поверхности, противоположной той поверхности, на которую накладывается прибор, изготовленный на полупроводниковой подложке на основе GaN.
Светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2005-244201, включает в себя пористую структуру, снабженную множеством длинных пустот, и электрод, окружающий эту пористую структуру на поверхности полупроводникового слоя световыделяющей стороны. Способ формирования пористой структуры таков. Полупроводниковый слой n-типа, активный слой, электронный барьерный слой p-типа, слой напряженной кристаллической решетки p-типа и слой p-контакта формируются в данном порядке на сапфировой пластине. После формирования омического p-электрода, чтобы образовать периферию световыделяющего участка с формой отверстия, пластина, на которую накладывается каждый полупроводниковый слой, погружается в химический раствор. Затем пористая структура формируется на световыделяющем участке слоя p-контакта. В этом случае омический p-электрод остается на периферийном участке, окружающем пористую структуру. При этом после формирования этой пористой структуры n-электрод формируется травлением.
Светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2006-147787, снабжен впадинами-выпуклостями, которые образуются естественным образом, возникая из путаницы нитей, полученных в граничном слое подложки во время роста кристалла, и электрод формируется на этих впадинах-выпуклостях.
Помимо этого в светоизлучающем приборе, снабженном впадинами-выпуклостями на поверхности световыделяющей стороны, светоизлучающий прибор, который имеет p-электрод и n-электрод на стороне, противоположной поверхности световыделяющей стороны, описан в акцептованной заявке на патент Японии №2007-88277. Светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2007-88277, изготавливается путем наложения полупроводника, включающего в себя светоизлучающий слой, на сапфировую подложку, и включает в себя выпуклости на поверхности (поверхность световыделяющей стороны), противоположной поверхности, на которой светоизлучающий прибор сформирован на сапфировой подложке. Выпуклости формируются с использованием схемы и состоят из смеси первой выпуклости, которая имеет длинный период и является относительно высокой, и второй выпуклости, которая имеет короткий период и является относительно низкой.
При этом светоизлучающий прибор, который, как предполагается, имеет впадины-выпуклости на поверхности полупроводникового слоя на основе нитрида непосредственно под электродом, описан в акцептованной заявке на патент Японии №2007-67209. Светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2007-67209, изготавливается путем укладывания полупроводника из соединения на основе нитрида галлия на подложку из нитрида галлия, и впадины-выпуклости формируются на поверхности, противоположной той поверхности, на которую накладывается прибор на подложке из нитрида галлия. Способ формирования впадин-выпуклостей таков. После того, как сформированы макро впадины-выпуклости посредством шлифовки, микро впадины-выпуклости формируются травлением, чтобы перекрываться на макро впадинах-выпуклостях. Это улучшает адгезионную способность и контактное сопротивление между нитридным полупроводником и накладываемым на него электродом.
Однако в традиционных технологиях имелись следующие проблемы.
Традиционные технологии являются технологиями по размещению впадин-выпуклостей для увеличения эффективности светоотдачи полупроводникового слоя. Поэтому в случае, когда улучшается световой выход, а также эффективность светоотдачи, будут возникать следующие проблемы.
Например, в случае, когда увеличивается световой выход за счет размещения выпуклостей на поверхности полупроводникового слоя, световой выход, вероятно, должен увеличиваться по мере того, как выпуклости становятся выше. Иными словами, световой выход, вероятно, должен увеличиваться по мере того, как полупроводниковая поверхность отрывается (соскабливается или вытравливается) глубже.
С другой стороны, в светоизлучающих приборах, описанных в акцептованных заявках на патент Японии №2000-196152, 2005-5679, 2003-69075, 2005-244201 и 2006-147787, впадины-выпуклости размещены равномерно на поверхности полупроводникового слоя световыделяющей стороны. Поэтому, по мере того, как поверхность полупроводникового слоя отрывается глубже для увеличения светового выхода, электрод, вероятнее всего, будет обдираться. Например, в светоизлучающем приборе, в котором отделена область для электрода от области для выпуклости, требуется размещать глубокие впадины-выпуклости в области вблизи электрода в случае, когда увеличивается световой выход, а также эффективность светоотдачи, и в результате этого электрод, вероятно, должен быть содран. Поэтому в случае, когда увеличивается световой выход в предположении, что увеличивается эффективность светоотдачи, требуется высоконадежный светоизлучающий прибор, в котором электрод, образованный на поверхности световыделяющей стороны, может быть предохранен от отслаивания.
Помимо этого, управление распределением света светоизлучающего прибора важно при проектировании этого светоизлучающего прибора. Например, светоизлучающий прибор, описанный в акцептованной заявке на патент Японии №2000-196152, имеет недостаточное распределение света, потому что впадины-выпуклости, сформированные на поверхности полупроводникового слоя, выполнены полусферическими. То есть эффективность светоотдачи света, излученного наружу из впадин-выпуклостей в направлении прямо вверх, становится недостаточной. Поэтому требуется технология, не ухудшающая распределение света, когда световой выход увеличивается.
Настоящее изобретение разработано с учетом вышеприведенных проблем, и цель настоящего изобретения состоит в получении полупроводникового светоизлучающего прибора, который имеет высокую надежность и превосходное распределение света.
Другая цель настоящего изобретения состоит в обеспечении способа изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, который имеет высокую надежность и превосходное распределение света.
Раскрытие изобретения
По первому объекту настоящего изобретения предложен полупроводниковый светоизлучающий прибор, содержащий: полупроводниковую стопу, включающую в себя светоизлучающий слой между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа; подложку, на которой установлена полупроводниковая стопа; электрод, размещенный на световыделяющей поверхности, противоположной той поверхности, которой полупроводниковая стопа установлена на подложке; и множество выпуклостей на световыделяющей поверхности; множество выпуклостей размещены в области первых выпуклостей и области вторых выпуклостей, область вторых выпуклостей расположена между областью первых выпуклостей и электродом и вблизи границы раздела между электродом и полупроводниковой стопой, основание первой выпуклости, размещенной в области первых выпуклостей, расположено так, чтобы быть ближе к светоизлучающему слою, чем к границе раздела, а основание второй выпуклости, размещенной в области вторых выпуклостей, расположено так, чтобы быть ближе к границе раздела, чем к основанию первой выпуклости.
В описанной выше конфигурации полупроводниковый светоизлучающий прибор содержит область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей на световыделяющей поверхности, при этом область вторых выпуклостей размещена вблизи электрода. Поэтому отслаивание электрода светоизлучающего прибора можно снизить по сравнению с тем светоизлучающим прибором, в котором равномерно выполнены только первые выпуклости, которые образованы из относительно глубокого уровня на световыделяющей поверхности, при этом достигается равномерное распределение тока в полупроводниковом слое. Помимо этого распределение света полупроводникового светоизлучающего прибора можно улучшить по сравнению с полупроводниковым светоизлучающим прибором, в котором равномерно выполнены только первые выпуклости, образованные из относительно глубокого уровня на световыделяющей поверхности, при этом впадины-выпуклости в области вблизи электрода отсутствуют. Световой выход полупроводникового светоизлучающего прибора можно увеличить по сравнению с полупроводниковым светоизлучающим прибором, в котором равномерно выполнены только вторые выпуклости, образованные от относительно мелкого уровня на световыделяющей поверхности.
Помимо этого в полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению предпочтительно высота от основания до вершины первой выпуклости больше, чем высота от основания до вершины второй выпуклости. В этой конфигурации световыделяющая поверхность снабжена областью первых выпуклостей, где выпуклость формируется высокой, с относительно глубокого уровня, и областью вторых выпуклостей, где выпуклость формируется низкой, с относительно мелкого уровня, причем область вторых выпуклостей размещена вблизи электрода. Поэтому вследствие описанной выше конфигурации отслаивание электрода можно снизить, и распределение света полупроводникового светоизлучающего прибора можно улучшить. Предпочтительно высота первой выпуклости более чем вдвое больше, чем высота второй выпуклости.
Помимо этого в полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению предпочтительно вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сужаются в точку. В этой конфигурации улучшается эффективность светоотдачи в направлении непосредственно вверх для света, излученного вовне из первой выпуклости и второй выпуклости. Распределение света можно улучшить по сравнению с тем, когда вершина не сужается в точку.
Помимо этого полупроводниковый светоизлучающий прибор по настоящему изобретению может быть выполнен таким образом, что по меньшей мере область вторых выпуклостей окружает электрод. В этой конфигурации улучшается распределение света по сравнению со случаем, когда область вторых выпуклостей находится вблизи только части электрода. Помимо этого степень свободы в проектировании формы электрода и его положения на световыделяющей поверхности можно увеличить. Этого достаточно при условии, если область вторых выпуклостей окружает по меньшей мере электрод и, например, область вторых выпуклостей может формироваться на внешней периферии области первых выпуклостей, окружая при этом электрод.
Помимо этого в полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению предпочтительно область первых выпуклостей окружает область вторых выпуклостей и электрод. В этой конфигурации область первых выпуклостей отнесена от электрода и выполнена с высокой плотностью выпуклостей, что приводит к высокому световому выходу.
Помимо этого полупроводниковый светоизлучающий прибор по настоящему изобретению может быть выполнен таким образом, чтобы электроды были разнесены друг от друга на световыделяющей поверхности, при этом область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей сформированы между электродами. В этой конфигурации, когда множество электродов разнесены друг от друга на заданное расстояние на световыделяющей поверхности, каждый электрод может предохраняться от отслаивания и распределение света можно улучшить.
Помимо этого в полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению предпочтительно вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сформированы неплоской формы. В этой конфигурации можно улучшить распределение света по сравнению со случаем, когда вершина имеет плоскую форму. Неплоская вершина включает в себя вершину с искривленной поверхностью, точечную вершину и вершину с впадинами-выпуклостями на верхушке.
Помимо этого в полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению предпочтительно основание первой выпуклости размещается вблизи основания смежной первой выпуклости, а основание второй выпуклости размещается вблизи основания смежной второй выпуклости. В этой конфигурации эффективность светоотдачи в направлении непосредственно вверх света, излученного вовне от выступов, можно увеличить по сравнению со случаем, в котором есть промежутки между основаниями смежных выпуклостей. Улучшается распределение света. Помимо этого соседство оснований смежных выпуклостей соответствует состоянию, когда поверхность, которая имеет промежутки между основаниями смежных выпуклостей, дополнительно глубоко протравливается, что приводит к увеличению светового выхода.
Помимо этого полупроводниковый светоизлучающий прибор по настоящему изобретению может быть выполнен таким образом, что основание первой выпуклости в области первых выпуклостей формируется так, чтобы быть ближе к светоизлучающему слою по мере того, как первая выпуклость отходит от электрода. В этой конфигурации выпуклость углубляется двумя ступенями на световыделяющей поверхности. Выпуклость в области первых выпуклостей формируется так, чтобы быть глубже, чем выпуклость в области вторых выпуклостей, которая размещена ближе к электроду, чем область первых выпуклостей, и ровной в области первых выпуклостей, а выпуклость формируется так, чтобы ступенчато или непрерывно углубляться по мере того, как выпуклость отходит от электрода. В результате можно увеличить световой выход, снижая при этом отслаивание электродов.
Помимо этого полупроводниковый светоизлучающий прибор по настоящему изобретению может быть выполнен таким образом, что на границе раздела между электродом и полупроводниковой стопой размещена третья выпуклость. В этой конфигурации в дополнение к тому, что можно увеличить световой выход, можно улучшить контактное сопротивление между третьей выпуклостью и электродом, который наложен на третью выпуклость после того, как третья выпуклость сформирована на поверхности световыделяющей стороны полупроводниковой стопы, а также адгезионную способность между поверхностью световыделяющей стороны и электродом. Третья выпуклость может иметь форму и размер, одинаковые с первой выпуклостью или со второй выпуклостью, и может иметь форму и размер, отличные от формы и размера первой выпуклости и второй выпуклости.
По второму объекту настоящего предложен способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, содержащий этапы, на которых: формируют полупроводниковую стопу, включающую в себя светоизлучающий слой между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа; формируют резист с отверстием, окружающим область, запланированную для формирования электрода, на поверхности полупроводникового слоя, который образует световыделяющую поверхность, противоположную той поверхности, которой полупроводниковая стопа установлена на подложке, при этом отверстие в резисте сужается в направлении накладывания резиста; на поверхность полупроводникового слоя на резист накладывают материал для формирования маски; удаляют резист, на который накладывается материал для формирования маски, и вытравляют поверхность полупроводникового слоя путем маскирования области, запланированной для формирования электрода.
Согласно описанной выше процедуре способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора включает в себя этап, на котором формируют резист с отверстием, которое сужается по направлению накладывания резиста. Поэтому, если материал для формирования маски накладывается на поверхность полупроводникового слоя на резист, сформированный, как описано выше, этот материал для формирования маски, введенный через отверстие, слегка рассеивается в сторону от резиста по поверхности полупроводникового слоя и формирует защитную область, которая шире, чем отверстие. Затем, когда удаляется резист, на который нанесен материал для формирования маски, этот материал, имеющий в сечении такую же форму, как отверстие в резисте, остается в области, запланированной для формирования электрода, на поверхности полупроводникового слоя. Тонкая защитная область из материала для формирования маски формируется так, чтобы она окружала область, запланированную для формирования электрода. Затем, когда поверхность полупроводникового слоя протравливается путем маскирования области, запланированной для формирования электрода, выпуклости образуют сначала в области, в которой нет материала маски. В данном случае в защитной области постепенно удаляется тонкий материал маски и открывается полупроводник и, наконец, затем формируется выпуклость. Посредством описанной выше обработки можно сформировать два типа выпуклостей с различными высотами. При этом не требуется дважды выполнять травление для формирования двух типов выпуклостей, и процесс производства можно соответственно укоротить.
Помимо этого в способе изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора по настоящему изобретению предпочтительно используют материал электрода в качестве материала маски. В этой процедуре способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора включает в себя этап, на котором удаляют резист, на который нанесен материал электрода в качестве материала маски. Поэтому электрод, имеющий поперечное сечение, такой же формы, как отверстие в резисте, можно сформировать за один этап в области, запланированной для формирования электрода, на поверхности полупроводникового слоя и соответственно процесс изготовления можно укоротить.
В полупроводниковом светоизлучающем приборе по настоящему изобретению отслаивание электрода со стороны световыделяющей поверхности можно снизить, распределение тока в полупроводниковом слое можно сделать однородным при увеличении эффективности светоотдачи. Кроме того, можно обеспечить полупроводниковый светоизлучающий прибор, который имеет высокую надежность и превосходное распределение света. В дополнение к этому световой выход имеет максимальное значение при угле направленности 0°, и распределение света близко к закону Ламберта. Поэтому можно получить полупроводниковый светоизлучающий прибор, пригодный, например, для освещения. Помимо этого согласно настоящему изобретению можно изготовить полупроводниковый светоизлучающий прибор, который имеет высокую надежность и превосходное распределение света при уменьшении продолжительности процесса изготовления. Превосходное распределение света в настоящем изобретении означает, что световой выход имеет максимальное значение при угле направленности 0°, и распределение света близко к закону Ламберта. В результате можно получить светоизлучающий прибор, являющийся превосходным и легким для проектирования, например, освещения или автомобильных фар.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий структуру полупроводникового светоизлучающего прибора по одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид сверху, показывающий пример n-электрода, показанного на фиг.1.
Фиг.3 - вид в перспективе, схематично показывающий область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей, показанных на фиг.1.
Фиг.4 - вид в поперечном сечении, взятом по линии А-А, показанной на фиг.3.
Фиг.5А-5Е - виды в поперечном сечении, схематично показывающие процесс изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1 (часть 1).
Фиг.6A-6F - виды в поперечном сечении, схематично показывающие процесс изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1 (часть 2).
Фиг.7 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий процесс изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1 (часть 3).
Фиг.8 - график, показывающий пример направленного действия света полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.9 - частичный вид в поперечном сечении, схематично показывающий область первых выпуклостей в качестве модифицированного примера полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.10 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий модифицированный пример структуры полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий модифицированный пример структуры полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг.12 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий структуру традиционного полупроводникового светоизлучающего прибора.
Фиг.13 - вид в поперечном сечении, схематично показывающий структуру традиционного полупроводникового светоизлучающего прибора.
Осуществление изобретения
Посредством ссылки на чертежи будет поясняться наилучший вариант (называемый здесь вариантом осуществления) воплощения полупроводникового светоизлучающего прибора согласно настоящему изобретению. Отметим, что толщина и длина, например, элементов, показанных на чертежах, увеличена для целей ясного понимания их размещения, поэтому толщина и длина не ограничивается размерами, показанными на чертежах.
Структура светоизлучающего прибора
Светоизлучающий прибор согласно варианту осуществления настоящего изобретения относится к светоизлучающему прибору, который снабжен множеством выпуклостей и электродом на световыделяющей поверхности полупроводниковой стопы, который имеет светоизлучающий слой между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа, противоположной поверхности, которая устанавливается на подложке. Сначала со ссылкой на фиг.1-4 будет поясняться структура полупроводникового светоизлучающего прибора. Фиг.1 представляет собой вид в поперечном сечении, схематично показывающий структуру полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения, а фиг.2 представляет вид сверху, показывающий пример n-электрода, показанного на фиг.1. Помимо этого фиг.3 представляет вид в перспективе, схематично показывающий область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей, показанных на фиг.1, а фиг.4 представляет вид в поперечном сечении, взятом по линии А-А, показанной на фиг.3.
Как показано на фиг.1, полупроводниковый светоизлучающий прибор 1 согласно варианту осуществления в основном состоит из подложки 10, слоя 20 металлизации, p-электрода 30, полупроводниковой стопы 40, n-электрода 50, защитной пленки 60 и заднего слоя 70 металлизации.
Подложка
Подложка 10 выполнена из кремния (Si). При этом можно использовать иную, нежели Si, например, полупроводниковую подложку, выполненную из такого полупроводника как Ge, SiC, GaN, GaAs, GaP, InP, ZnSe, ZnS и ZnO, либо подложку из единственного металла, либо металлическую подложку, выполненную из группы металлов, которая состоит из не менее чем из двух металлов, взаимно несмешиваемых или имеющих низкий предел растворимости в твердой фазе по отношению друг к другу. В качестве подложки из единственного металла можно использовать конкретно медную (Cu) подложку. Помимо этого в качестве металлической подложки можно использовать подложку, состоящую по меньшей мере из одного металла, выбранного из металлов с высокой проводимостью, таких как Ag, Cu, Au и Pt, и по меньшей мере из одного металла, выбранного из металлов с высокой твердостью, таких как W, Мо, Cr и Ni. Когда используется подложка 10, выполненная из полупроводникового материала, к той подложке может быть добавлен прибор, например стабилитрон (зенеровский диод). В качестве металлической подложки предпочтительно использовать комплекс из Cu-W или Cu-Мо.
Слой металлизации
Слой 20 металлизации представляет собой эвтектический сплав для связывания двух подложек в процессе изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора 1. Слой 21 металлизации на эпитаксиальной стороне (стороне роста), показанный на фиг.5С, и слой 22 металлизации на стороне подложки, показанный на фиг.5D, связываются для формирования слоя 20 металлизации. Слой 21 металлизации на эпитаксиальной стороне может быть образован, например, накладыванием друг на друга Ti/Pt/Au/Sn/Au в таком порядке от дна на фиг.5С. Слой 22 металлизации на стороне подложки может быть образован, например, накладыванием друг на друга Au/Pt/TiSi2 или TiSi2/Pt/Pd в таком порядке с верха на фиг.5D.
Возвращаясь к фиг.1, будет продолжено пояснение для структуры полупроводникового светоизлучающего прибора 1.
p-электрод
На установочной поверхности полупроводниковой стопы 40 на стороне подложки 10 формируется p-электрод 30.
P-электрод 30 состоит по меньшей мере из двух слоев, то есть первого слоя p-электрода (не показан) на стороне полупроводниковой стопы 40 и второго слоя p-электрода (не показан) на нижней стороне первого слоя p-электрода.
Для первого слоя p-электрода (не показан) обычно используются следующие материалы. Например, можно использовать такие металлы как Ag, Zn, Ni, Pt, Pd, Rh, Ru, Os, Ir, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Co, Fe, Mn, Cr, W, La, Cu и Y и их сплавы, а также единственную пленку или стопу пленок, например, из проводящих окислов, таких как ITO, ZnO и SnO2. В отношении второго слоя p-электрода (не показан) можно использовать, например, материал на основе Pt, Au и Ni-Ti-Au.
Если p-электрод 30 состоит из двухслойной структуры - первого слоя p-электрода/второго слоя p-электрода, можно использовать структуру из уложенных в стопу слоев, например Pt/Au, Pd/Au, Rd/Au и Ni/Au. Помимо того, если p-электрод 30 состоит из трехслойной структуры, включающей в себя третий слой p-электрода между первым слоем p-электрода и вторым слоем p-электрода, можно использовать структуру из уложенных в стопу слоев, например Ni/Pt/Au, Pd/Pt/Au и Rh/Pt/Au. Если p-электрод 30 состоит из четырехслойной структуры, включающей в себя третий слой p-электрода и четвертый слой p-электрода между первым слоем p-электрода и вторым слоем p-электрода, можно использовать структуру из уложенных в стопу слоев, например Ag/Ni/Ti/Pt.
Полупроводниковая стопа
Полупроводниковая стопа 40 выполнена, например, из полупроводникового соединения на основе GaN, которое в общем виде выражено формулой InxAlyGa1-x-yN (0≤х≤1, 0≤у≤1, 0≤х+у≤1). Полупроводниковое соединение на основе GaN представляет собой, например, GaN, AlGaN, InGaN и AlGaInN. Особенно предпочтителен GaN, потому что травленая поверхность GaN имеет превосходную кристаллическую поверхность. Полупроводниковая стопа 40 формируется путем последовательного укладывания в стопу полупроводникового слоя 41 n-типа, светоизлучающего слоя 42 и полупроводникового слоя 43 p-типа в таком порядке со стороны световыделяющей поверхности, противоположной поверхности полупроводниковой стопы 40, которая устанавливается на подложке 10.
На световыделяющей поверхности формируется множество выпуклостей. В данном варианте осуществления световыделяющая поверхность представляет собой поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа. То есть множество выпуклостей размещены на полупроводниковом слое 41 n-типа. Это множество выпуклостей размещены в области 80 первых выпуклостей и области 90 вторых выпуклостей (90а, 90b, 90с, 90d). Область 90 вторых выпуклостей расположена между областью 80 первых выпуклостей и n-электродом 50 и соседствует с границей раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40. Основание первой выпуклости, сформированной в области 80 первых выпуклостей, расположено ближе к светоизлучающему слою 42, чем к границе раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40. Основание второй выпуклости, сформированной в области 90 вторых выпуклостей, расположено ближе к границе раздела между n-электродом 50 и полупроводниковой стопой 40, чем основание первой выпуклости. Высота первой выпуклости от основания до вершины больше, чем высота второй выпуклости. Два n-электрода 50 размещены на световыделяющей поверхности с разнесением друг от друга, и область 80 первых выпуклостей и области 90a, 90b вторых выпуклостей находятся между этими двумя n-электродами 50, которые разнесены друг от друга. Выпуклости (первая выпуклость, вторая выпуклость), сформированные в области 80 первых выпуклостей и области 90 вторых выпуклостей, будут подробнее поясняться ниже.
Полупроводниковый слой 41 n-типа выполнен из GaN, содержащего, например, Si, Ge или О (кислород) в качестве примеси n-типа. Полупроводниковый слой 41 n-типа может быть сформирован из множества слоев.
Светоизлучающий слой 42 выполнен, например, из InGaN.
Полупроводниковый слой 42 p-типа выполнен из GaN, содержащего, например, Mg в качестве примеси p-типа.
На световыделяющей поверхности полупроводниковой стопы 40 сформированы два электрода. В данном варианте осуществления, поскольку световыделяющая поверхность представляет собой поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа, электрод, сформированный на этой световыделяющей поверхности, является n-электродом 50. При этом число электродов, формируемых на световыделяющей поверхности, может быть один или более.
n-электрод
Как показано на фиг.1, n-электроды 50 размещены на световыделяющей поверхности на заданном расстоянии. В данном варианте осуществления, поскольку световыделяющей поверхностью является поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа, n-электроды 50 сформированы на верхней поверхности этого полупроводникового слоя 41 n-типа на заданном расстоянии и соединены электрически. N-электрод 50 соединен с наружной стороной монтажным проводом и состоит из многослойной пленки, включающей в себя множество металлов, например Ti/Pt/Au. Ti/Pt/Au/Ni, Ti/Al, Ti/Al/Pt/Au, W/Pt/Au, V/Pt/Au, Ti/TiN/Pt/Au и Ti/TiN/Pt/Au/Ni в данном порядке от верхней стороны полупроводникового слоя 41 n-типа. Металлы укладываются в стопу в этом порядке с верхней стороны полупроводникового слоя 41 n-типа. При этом n-электрод 50 может состоять из омического электрода и электрода с плоской контактной поверхностью.
В примере, показанном на фиг.2, два n-электрода 50 приблизительно линейной формы размещены параллельно в полупроводниковом светоизлучающем приборе 1 на заданном расстоянии, и провода 51, 52 присоединены к соответствующим n-электродам 50. Область 90 вторых выпуклостей размещена, окружая n-электрод 50. Например, n-электрод 50, к которому присоединен провод 51, соответствует электроду, окруженному областями 90a, 90с вторых выпуклостей, показанными на фиг.1. Аналогично, n-электрод 50, к которому присоединен провод 52, соответствует электроду, окруженному областями 90b, 90d вторых выпуклостей, показанными на фиг.1. Как показано на фиг.2, области 90а, 90с вторых выпуклостей, показанные на фиг.1, представляют собой области, которым для удобства даны две ссылочные позиции на единственную область 90 вторых выпуклостей. То же самое и для областей 90b, 90d вторых выпуклостей, показанных на фиг.1. Область 80 первых выпуклостей размещена, окружая область 90 вторых выпуклостей. А именно область 80 первых выпуклостей окружает один n-электрод 50, к которому присоединен провод 51, и область 90 вторых выпуклостей, окружающую этот один n-электрод 50, а также другой n-электрод 50, к которому присоединен провод 52, и область 90 вторых выпуклостей, окружающую другой n-электрод 50.
Возвращаясь к фиг.1, будет продолжено пояснение структуры полупроводникового светоизлучающего прибора 1.
Защитная пленка
Защитная пленка 60 выполнена из прозрачного материала, который имеет коэффициент преломления ниже, чем у полупроводникового слоя 41 n-типа, и покрывает верхнюю поверхность n-электрода 50 за исключением области монтажа провода, а также боковую сторону полупроводникового слоя 41 n-типа. Защитная пленка 60 выполнена из изоляционной пленки, и предпочтительно выполнена из оксидной пленки. Защитная пленка 60 выполнена, например, из SiO2 или ZrO2.
Защитная пленка 60 может формироваться общеизвестным способом, таким как распыление, распыление в условиях электронного циклотронного резонанса (ECR), химическим осаждением из паровой фазы (CVD), ECR-CVD, ECR-плазменным CVD, испарением и электронным лучом (ЕВ). Защитная пленка 60 предпочтительно формируется, например, посредством напыления ECR, ECR-CVD и ECR-плазменного CVD.
Задний слой металлизации
Задний слой 70 металлизации формируется на поверхности подложки 10, противоположной той поверхности, на которой сформирован слой 20 металлизации, и функционирует как омический электрод. В качестве заднего слоя 70 металлизации можно использовать, например, металлическую стопу из TiSi2/Pt/Au, которая последовательно укладывается в данном порядке с верхней стороны на фиг.1.
Область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей
Как показано на фиг.3 и 4, первая выпуклость, сформированная в области 80 первых выпуклостей, и вторая выпуклость, сформированная в области 90b вторых выпуклостей, имеют вершину, которая сужается к вершине, и благодаря этому сужению распределение света полупроводникового светоизлучающего прибора становится хорошим. Помимо этого вершина первой выпуклости и второй выпуклости формируется в виде искривленной поверхности. Поэтому распределение света хорошее по сравнению с со случаем, когда вершина сформирована плоской. Как показано на фиг.3 и фиг.4, высота первой выпуклости более чем вдвое превышает высоту второй выпуклости. Помимо того, основание каждой первой выпуклости и каждой второй выпуклости размещено так, чтобы соседствовать одна с другой с основанием смежной выпуклости. То есть не имеется плоской поверхности между смежными выпуклостями (первая выпуклость, вторая выпуклость). Поскольку выпуклости формируются с такой высокой плотностью, эффективность светоотдачи может быть увеличена, что приводит к хорошему распределению света. Если глубина выпуклости одна и та же, вышеуказанный случай, когда между выпуклостями нет плоской поверхности, имеется высокая светоотдача по сравнению со случаем, если имеется плоская поверхность между выпуклостями.
Способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора
Первый способ изготовления
Первый способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1, будет поясняться со ссылками на фиг.5 и фиг.6 (см. фиг.1-4 при необходимости). Фиг.5 и фиг.6 - виды в поперечном сечении, схематично показывающие способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1.
Сначала, как показано на фиг.5А, полупроводниковый слой 41 n-типа, светоизлучающий слой 42 и полупроводниковый слой 43 p-типа укладываются в стопу в этом порядке на подложку 100 выращивания полупроводника для формирования полупроводниковой стопы 40. Подложка 100 выращивания полупроводника представляет собой подложку, удаляемую в последующем процессе, и выполнена, например, из сапфира с С-плоскостью, или R-плоскостью, или А-плоскостью в качестве главной плоскости. При этом для подложки 100 выращивания полупроводника можно использовать подложку, отличную от сапфировой подложки. В качестве подложки, отличной от сапфировой подложки, можно использовать, например, изоляционную подложку, такую как шпинель (MgAl2O4), SiC (в том числе 6Н, 4Н и 3С), ZnS, ZnO, GaAs и оксидную подложку, пространственная решетка которой совпадает с решетками нитридных полупроводников, которые общеизвестны и на которых можно выращивать нитридные полупроводники.
Затем, как показано на фиг.5В, первый слой p-электрода и второй слой p-электрода, которые не показаны, формируется в данном порядке на верхней поверхности полупроводниковой стопы 40 (поверхность полупроводникового слоя 43 p-типа) для формирования p-электрода 30, с помощью магнетронного напыления. Затем, как показано на фиг.5С, на p-электрод 30 наносится слой 21 металлизации на стороне эпитаксиального слоя. Помимо этого перед тем или после того, либо параллельно с формированием слоя 21 металлизации, как показано на фиг.5D, на подложку 10 наносится слой 22 металлизации. Затем, как показано на фиг.5Е, подложка 10, на которую нанесен слой 22 металлизации, переворачивается, и слой 22 металлизации на стороне подложки и слой 21 металлизации на эпитаксиальной стороне скрепляются друг с другом.
Затем, как показано на фиг.6А, подложку 100 выращивания полупроводника удаляют от полупроводниковой стопы 40. Как показано на фиг.6В, верхняя поверхность (поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа) полупроводниковой стопы 40, которая является самой верхней поверхностью вследствие переворачивания подложки 10, с которой удалена подложка 100 выращивания полупроводника, полируется химико-механическим полированием (СМР).
Верхняя поверхность (поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа), которая является самой верхней поверхностью полупроводниковой стопы 40, представляет собой светоизлучающую поверхность. Можно использовать как сухое травление, так и влажное травление для формирования области 80 первых выпуклостей и области 90 вторых выпуклостей на светоизлучающей поверхности. Однако влажное травление предпочтительно для того, чтобы получить вершины выпуклостей с искривленной поверхностью и получить структуру, где основания выпуклостей размещены вблизи друг друга. Способ формирования выпуклостей с помощью влажного травления будет описан позже. В качестве раствора влажного травления, как анизотропный раствор травления, можно использовать водный раствор KOH, гидроксид тетраметиламмония (ТМАН) и этилендиамин пирокатехол (EDP).
Затем, как показано на фиг.6С, n-электроды 50 формируются на верхней поверхности (поверхности полупроводникового слоя 41 n-типа) полупроводниковой стопы 40 на заданном расстоянии. Затем, как показано на фиг.6D, размещается маска 110, которая полностью покрывает верхнюю поверхность и боковую сторону n-электрода 50, и немаскированная область протравливается влажным травлением. Немаскированная область является областью, которая будет областью 80 первых выпуклостей, и множество несовершенных первых выпуклостей формируются травлением. А именно формируется низкая выпуклость, выступающая с относительно мелкого уровня. Рабочую величину (глубину) и высоту выпуклости можно регулировать путем изменения температуры и времени погружения влажного травления. Например, температура раствора травления может подниматься до 50-100°С, а время погружения может устанавливаться, например, на 30 минут.
Затем маска 110 удаляется и, как показано на фиг.6Е, немаскированная область подвергается влажному травлению с использованием n-электрода 50 в качестве маски. В области, где несовершенные первые выпуклости были в немаскированной области, травлением формируется множество первых выпуклостей. А именно формируется высокая выпуклость, выступающая из относительно глубокого уровня. Помимо этого в области была сформирована маска 110, травлением формируется множество вторых выпуклостей. А именно формируется низкая выпуклость, выступающая из относительно мелкого уровня.
Затем, как показано на фиг.6F, верхняя поверхность (поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа) полупроводниковой стопы 40 покрывается защитной пленкой 60. При этом верхняя поверхность n-электрода 50 за исключением области для присоединения провода и боковая поверхность полупроводниковой стопы 40 покрываются защитной пленкой 60. Далее, на поверхности подложки 10, которая является самой верхней поверхностью вследствие переворота подложки 10, формируется задний слой 70 металлизации как омический электрод, и пластина, на которой сформированы светоизлучающие приборы, разрезается на отдельные кристаллы. После этого кристалл устанавливается посредством заднего слоя 70 металлизации, и к n-электроду 50 присоединяется провод для получения полупроводникового светоизлучающего прибора 1, показанного на фиг.1.
Второй способ изготовления
Во втором способе изготовления светоизлучающего прибора, показанного на фиг.1, как и в первом способе изготовления, проводится каждый из процессов, показанных на фиг.5А-5Е и фиг.6А-6В. Второй способ изготовления отличается способом формирования n-электрода 50, в соответствии с процессом, показанным на фиг.6С. Второй способ изготовления будет поясняться путем ссылки на фиг.7 (см. фиг.1-6F при необходимости). Фиг.7 представляет вид в поперечном сечении, показывающий процесс изготовления светоизлучающего прибора. Отметим, что слои под полупроводниковой стопой 40 опущены при иллюстрировании.
Как показано на фиг.7, резист 120 размещается на незапланированной для формирования электродов области на верхней поверхности (поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа) полупроводниковой стопы 40. Резист 120, который имеет отверстие, окружающее запланированную для формирования электродов область на верхней поверхности полупроводниковой стопы 40, формируется так, чтобы сузить отверстие в направлении укладки (к поверхности) резиста 120. Затем верхняя поверхность полупроводниковой стопы 40 полностью покрывается электродным материалом 130 через резист 120. Поэтому электродный материал 130, который инжектируется через отверстие, слегка рассеивается в направлении к резисту 120 на верхней поверхности полупроводниковой стопы 40, и формируется область в форме чехла, которая шире, чем отверстие. После этого, когда удаляется резист 120, на котором размещен электродный материал 130, n-электрод 50 формируется на запланированной для формирования электродов области. В этом случае формируется участок 50а в форме чехла так, чтобы окружать n-электрод 50.
После этого немаскированная область полупроводниковой стопы 40 протравливается влажным травлением с использованием n-электрода 50 (запланированной для формирования электрода области) в качестве маски. Выпуклость формируется раньше в области, где не сформирован участок 50а в форме чехла. В данном случае, в области участка 50а в форме чехла тонкий электрод постепенно удаляется, и постепенно открывается верхняя поверхность полупроводниковой стопы 40, и, наконец, затем формируется выпуклость. В результате формируются два типа выпуклостей (первая выпуклость, вторая выпуклость), которые имеют отличные друг от друга высоты. То есть область, где не сформирован участок 50а в форме чехла, становится областью 80 первых выпуклостей, а область участка 50а в форме чехла становится областью 90 вторых выпуклостей. В результате, поскольку не нужно дважды осуществлять травление для формирования области 80 первых выпуклостей и области 90 вторых выпуклостей, процесс изготовления можно сократить. При этом, поскольку процессы после травления такие же, как для первого способа изготовления, пояснения будут опущены.
Характеристики полупроводникового светоизлучающего прибора
Что касается характеристик полупроводникового светоизлучающего прибора 1 согласно варианту осуществления, то будут поясняться световой выход, степень отслаивания электрода и распределение света.
Световой выход
Полупроводниковый светоизлучающий прибор 1 согласно варианту осуществления снабжен на световыделяющей поверхности областью 80 первых выпуклостей с первой выпуклостью, которая сформирована от довольно глубокого уровня и является довольно высокой, и областью 90 вторых выпуклостей со второй выпуклостью, которая сформирована от довольно неглубокого уровня и является довольно низкой. Поэтому световой выход светоизлучающего прибора можно увеличить по сравнению со светоизлучающим прибором, который снабжен только вторыми выпуклостями во всей области на световыделяющей поверхности. Помимо этого, как будет описываться позже, поскольку скорость сдирания электрода низка, а распределение света превосходно, первые выпуклости можно формировать так, чтобы они была выше, и благодаря этому световой выход можно увеличить.
Степень отслаивания электрода и световой выход
Для сравнения выполнялся опытный образец (здесь и далее именуемый Сопоставительным примером 1), когда вторая выпуклость формировалась от глубокого уровня, как и первая выпуклость, и впадины-выпуклости формировались посредством сухого травления с помощью реактивного ионного травления (RIE). Как показано на фиг.12, традиционный полупроводниковый прибор 200, который показывает Сопоставительный пример 1, в основном состоит из подложки 210, слоя 220 металлизации, p-электрода 230, полупроводниковой стопы 240, n-электрода 250, защитной пленки 260 и заднего слоя 270 металлизации. Полупроводниковая стопа 240 образована укладыванием полупроводникового слоя 241 n-типа, светоизлучающего слоя 242 и полупроводникового слоя 243 p-типа в указанном порядке со стороны световыделяющей поверхности, которая противоположна поверхности полупроводниковой стопы 40, устанавливаемой на подложке 210. Помимо этого впадины-выпуклости 280 сформированы регулярно в незапланированной для формирования электродов области на поверхности полупроводникового слоя 241 n-типа. n-электрод 250 формируется в области иной, чем впадины-выпуклости 280 на световыделяющей поверхности, которая является поверхностью полупроводникового слоя 241 n-типа. Отметим, что на фиг.12 примеры впадин-выпуклостей 280 показаны схематично, и полупроводниковый светоизлучающий прибор 200 включает в себя по меньшей мере плоскую поверхность (верхнюю поверхность) среди примыкающих друг к другу впадин, или плоскую поверхность (донную поверхность) среди примыкающих друг к другу выпуклостей во впадинах-выпуклостях 280.
В полупроводниковом светоизлучающем приборе 200 прочность связи между n-электродом 250 и полупроводниковым слоем 241 n-типа снижена по сравнению с полупроводниковым светоизлучающим прибором 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Предполагалось, что это вызвано повреждениями на участке соединения электрода из-за впадин-выпуклостей 280. Чтобы устранить эти повреждения, изготавливался полупроводниковый светоизлучающий прибор с плоской поверхностью без впадин-выпуклостей 280 (здесь и далее именуемый Сопоставительным примером 2). Как показано на фиг.13, традиционный полупроводниковый светоизлучающий прибор 300, который показывает Сопоставительный пример 2, имеет ту же самую структуру, что и полупроводниковый светоизлучающий прибор 200, показанный на фиг.12, за исключением того, что между n-электродом 250 на световыделяющей поверхности, которая является поверхностью полупроводникового слоя 241 n-типа сформирована плоская поверхность 310. Обнаружено, что адгезия электрода в полупроводниковом светоизлучающем приборе 300 улучшилась. В полупроводниковом светоизлучающем приборе 200 (Сопоставительный пример 1), показанном на фиг.12, отслаивание n-электрода 250 составляло 6%, когда провод прикреплен к n-электроду 250. Но в полупроводниковом светоизлучающем приборе 300 (Сопоставительный пример 2), показанном на фиг.13, отслаивание электрода 250 не наблюдалось. Однако, поскольку полупроводниковый светоизлучающий прибор 300 (Сопоставительный пример 2), показанный на фиг.13, имеет плоскую поверхность 310, полный световой выход уменьшался.
Распределение света
Фиг.8 является графиком, показывающим пример направленности света полупроводникового светоизлучающего прибора согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Толстой сплошной линией показан световой выход полупроводникового светоизлучающего прибора (здесь и далее именуемого как пример 1), в котором область 80 первых выпуклостей и область 90 вторых выпуклостей подвергались травлению с помощью раствора KOH в качестве травителя для влажного травления. Тонкой линией показан световой выход полупроводникового светоизлучающего прибора (далее именуемого как пример 2), где по меньшей мере высота первой выпуклости сформирована так, чтобы быть ниже, чем в примере 1, за счет регулировки рабочей величины (глубины). Световой выход вышеуказанного Сопоставительного примера 1 показан пунктирной линией, а световой выход вышеуказанного Сопоставительного примера 2 показан штрихпунктирной линией.
На фиг.8 горизонтальная ось указывает угол (°) излучения, а вертикальная ось указывает световой выход (мкВт). Угол направленности -90~90° обозначает угол, измеренный в направлении ширины (в поперечном направлении) n-электрода 50, показанного на фиг.2. Для угла направленности, определенного в настоящем изобретении, направление, вертикальное к световыделяющей поверхности, считается 0 (ноль) градусов. Интенсивность света измерялась для каждого углового направления световыделения. Например, на фиг.2 направление, вертикальное к поверхности бумаги, является углом направленности 0 (ноль) градусов. Как показано на фиг.8, пример 1 и пример 2 имеют наибольший световой выход при наименьшем угле направленности 0°. Это показывает распределение света согласно закону Ламберта или распределение света, близкое к закону Ламберта. С другой стороны, Сопоставительный пример 1 дает больший световой выход при угле направленности ±30°, чем при угле направленности 0°. То есть полупроводниковый светоизлучающий прибор 1 согласно варианту осуществления настоящего изобретения имеет распределение света лучше, чем традиционный полупроводниковый светоизлучающий прибор. Кроме того, световой выход для Сопоставительного примера 2 уменьшается в целом при любом угле направленности. Световой выход в направлении световыделения соответствует области, окруженной каждой кривой линией на графике. Предполагая, что световой выход для Сопоставительного примера 2 равен «1», световой выход для Сопоставительного примера 1 составляет «2,57», световой выход для примера 1 составляет «2,70», а световой выход для примера 2 составляет «2,64». В отношении интенсивности света при угле направленности 0°, предполагая, что интенсивность света для Сопоставительного примера 2 равна «1», интенсивность света для Сопоставительного примера 1 - «примерно 3 (примерно в 3 раза больше)», а интенсивность света для примера 1 и примера 2 - «примерно 6 (примерно в 6 раз больше)». Световые выходы для примера 1 и примера 2 стали больше вследствие большой рабочей величины (глубины). Отметим, что результаты измерений, измеренные в вертикальном направлении (продольное направление) n-электрода 50, показанного на фиг.2, были такими же, что и в поперечном направлении.
В полупроводником светоизлучающем приборе 1 согласно варианту осуществления область 80 первых выпуклостей с относительно высокой первой выпуклостью и область 90 вторых выпуклостей с относительно низкой второй выпуклостью находятся на световыделяющей поверхности, и область 90 вторых выпуклостей находится ближе к n-электроду 50. В результате, отслаивание n-электрода 50 на световыделяющей поверхности можно снизить. Можно обеспечить полупроводниковый световыделяющий прибор, который имеет высокую надежность и высокий световой выход. Помимо этого полупроводниковый светоизлучающий прибор по варианту осуществления изобретения может обеспечить высокое распределение света и высокий световой выход. Далее, поскольку вторая выпуклость предусмотрена на световыделяющей поверхности в дополнение к первой выпуклости, рассеивание тока в полупроводниковом слое может быть более однородным по сравнению со случаем, когда равномерно размещены только первые выпуклости.
Пояснялся вариант осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом осуществления и может быть воплощено в различных формах без отхода от сущности настоящего изобретения. Например, в области 80 первых выпуклостей на световыделяющей поверхности основание первой выпуклости может формироваться так, чтобы быть ближе к светоизлучающему слою 42, по мере отхода первой выпуклости от n-электрода 50. Фиг.9 представляет собой частичный вид в поперечном сечении, схематично показывающий область первых выпуклостей полупроводникового светоизлучающего прибора, который изготавливается, как описано выше. При этом фиг.9 схематично показывает первые выпуклости, наблюдаемые (наблюдаемые «Трехмерным микроскопом реального вида поверхности (VE-9800, изготовленным KEYENCE Corporation)») сканирующим электронным микроскопом (SEM). На фиг.9 предполагается, что n-электрод 50 (не показан) расположен справа. В этом примере вершина каждой выпуклости имеет одну и ту же высоту, как указывается виртуальной линией 901. Помимо этого на фиг.9 край основания в поперечном сечении (левая сторона) второй справа выпуклости и край основания в поперечном сечении (правая сторона) третьей справа выпуклости соседствуют друг с другом. Общий край оснований обозначен позицией 902. Край основания в поперечном сечении (правая сторона) 903 пятой справа выпуклости и край основания 904 выпуклости (левая сторона) расположены на одной и той же глубине. С другой стороны, положение края 904 основания глубже, чем края 902 основания на величину D, в предположении, что положение края 902 основания является стандартным. А именно, если пятая справа выпуклость сравнивается со второй справа выпуклостью, то пятая справа выпуклость формируется более высокой с относительно глубокого уровня. Как описано выше, даже в области первых выпуклостей, можно увеличить световой выход при снижении отслаивания электрода, если выпуклости формируются так, чтобы они становились постепенно или непрерывно глубже по мере того, как выпуклости отходят от электрода.
Кроме того, в варианте осуществления n-электрод 50 наносился после того, как верхняя поверхность (поверхность полупроводникового слоя 41 n-типа) полупроводниковой стопы 40 полировалась посредством CMF. Однако после полирования и перед формированием n-электрода 50 может быть заранее сформирована выпуклость (первая выпуклость), аналогичная первой выпуклости, которая будет формироваться позже в области 80 первых выпуклостей, путем обработки области запланированной для формирования электрода. Пример полупроводникового светоизлучающего прибора, который изготавливается, как описано выше, показан на фиг.10. Полупроводниковый светоизлучающий прибор 1А, поперечное сечение которого показано на фиг.10, имеет первые выпуклости на границе раздела между двумя n-электродами 50 и полупроводниковой стопой 40. То есть области 80а, 80b первых выпуклостей формируются сразу под этими двумя n-электродами 50 соответственно. Конфигурируя полупроводниковый светоизлучающий прибор, как описано выше, сцепляемость между полупроводниковой стопой 40 и n-электродом можно улучшить, благодаря чему понижается контактное сопротивление.
Помимо того область 80 первых выпуклостей и область 90 вторых выпуклостей формировались влажным травлением с помощью маски. Однако способ формирования области 80 первых выпуклостей и области 90 вторых выпуклостей не ограничивается этим, и можно также использовать сухое травление. При сухом травлении это травление можно проводить так, чтобы область 80 первых выпуклостей и область 90 вторых выпуклостей формировались пошагово путем регулировки условий травления, таких как газ, уровень вакуума и высокочастотная мощность при RIE.
Кроме того, область 80 первых выпуклостей и область 90 вторых выпуклостей могут формироваться путем комбинирования сухого травления и влажного травления. Примером является показанный на фиг.11 полупроводниковый светоизлучающий прибор, изготовленный, как описано выше. В отношении полупроводникового светоизлучающего прибора 1В, поперечное сечение которого показано на фиг.11, сначала формируют область 80 первых выпуклостей с помощью RIE, затем формируют область 90 вторых выпуклостей с помощью влажного травления. Поперечное сечение области 80 первых выпуклостей можно рассматривать с двух точек зрения. С первой точки зрения видно, что на фиг.11 в области 80 первых выпуклостей формируются пять выпуклостей, которые являются относительно глубокими и высокими. С другой точки зрения, видно, что на фиг.11 в области 80 первых выпуклостей на глубоком уровне и мелком уровне формируются относительно низкие выпуклости, аналогичные выпуклостям, сформированным в области 90 вторых выпуклостей. Эти низкие выпуклости можно одновременно формировать в процессе формирования выпуклостей в области 90 вторых выпуклостей. В полупроводниковом светоизлучающем приборе 1В область 90 вторых выпуклостей формируется вблизи n-электрода 50. Тогда можно снизить отслаивание n-электрода 50 на светоизлучающей поверхности. Помимо этого, поскольку в области 80 первых выпуклостей формируются относительно глубокие и высокие выпуклости, можно обеспечить светоизлучающий прибор с высоким световым выходом.
Кроме того, в варианте осуществления световыделяющая поверхность полупроводниковой стопы 40 формировалась на полупроводниковом слое 41 n-типа. Однако световыделяющая поверхность полупроводниковой стопы 40 можно формировать на полупроводниковом слое 43 p-типа, и область 80 первых выпуклостей и область 90 вторых выпуклостей можно формировать на полупроводниковом слое 43 p-типа. В этом случае на световыделяющей поверхности формируется p-электрод. При этом предпочтительно выполнять светоизлучающий прибор как в первом варианте осуществления настоящего изобретения, потому что первые выпуклости могут быть углублены в области 80 первых выпуклостей.
Помимо этого в этом варианте осуществления p-электрод 30 в процессе изготовления формировался на всей верхней поверхности полупроводниковой стопы 40 (см. фиг.5В). Однако p-электрод 30 может частично формироваться на верхней поверхности полупроводниковой стопы 40, и защитная пленка, идентичная защитной пленке 60, может заполнять области, где p-электрод 30 не сформирован, до одной и той же плоскости с p-электродом 30. В данном случае для дальнейшего увеличения эффективности световыделения предпочтительно формировать n-электрод 50 и p-электрод 30 так, чтобы n-электрод 50 и p-электрод 30 попеременно размещались на виде сверху полупроводникового светоизлучающего прибора 1, если смотреть со стороны световыделяющей поверхности. При этом «идентичная» означает, что, например, если защитная пленка 60 выполнена из SiO2, защитная пленка, заполняющая области, где p-электрод 30 не сформирован, также выполнена из SiO2, и может допускаться малое изменение в составе защитной пленки в зависимости от способа формирования. Заполнение такой защитной пленкой может проводиться, например, напылением ECR.
Помимо этого материал, составляющий полупроводниковую стопу 40 светоизлучающего прибора 1, не ограничивается полупроводниковыми соединениями на основе нитрида галлия. Кроме того, в варианте осуществления область 90 вторых выпуклостей и область 80 первых выпуклостей формируются на световыделяющей поверхности в указанном порядке от n-электрода 50, и выпуклости в области 80 первых выпуклостей формируются так, чтобы они были глубже, чем в области 90 вторых выпуклостей, то есть выпуклости углубляются на двух этапах. Однако, поскольку выпуклости формируются более высокими относительно глубокого уровня по мере того, как они отходят от электродов, будет получаться одинаковое среднее значение, даже если этапов будет более трех.
Кроме того, на световыделяющей поверхности в полупроводниковом светоизлучающем приборе могут размещаться p-электрод 30 и n-электрод 50. В этом случае первые выпуклости (или область 80 первых выпуклостей) и вторые выпуклости (или область 90 вторых выпуклостей) могут выполняться на поверхности полупроводникового слоя, на котором формируется электрод (например, p-электрод 30) и который наносится на светоизлучающий слой 42. Если светоизлучающий прибор составлен, как описано выше, имеется преимущество в снижении отслаивания электродов, расположенных на светоизлучающем слое 42.
Промышленная применимость
Полупроводниковый светоизлучающий прибор по настоящему изобретению может использоваться в различных областях, например, для освещения, демонстрации, в дисплеях, в различных видах анализа и оптических сетях.
1. Полупроводниковый светоизлучающий прибор, содержащий: полупроводниковую стопу, включающую светоизлучающий слой между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа; подложку, на которой установлена полупроводниковая стопа;
электрод, размещенный на световыделяющей поверхности, противоположной поверхности полупроводниковой стопы, установленной на подложке; и
множество выпуклостей на световыделяющей поверхности;
причем указанное множество выпуклостей выполнены в области первых
выпуклостей и области вторых выпуклостей;
при этом область вторых выпуклостей расположена между областью первых выпуклостей и электродом и вблизи границы раздела между электродом и полупроводниковой стопой;
основание первой выпуклости в области первых выпуклостей расположено ближе к светоизлучающему слою, чем к указанной границе раздела; а основание второй выпуклости в области вторых выпуклостей расположено ближе к указанной границе раздела, чем к основанию первой выпуклости.
2. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором высота от основания до вершины первой выпуклости больше, чем высота от основания до вершины второй выпуклости.
3. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сужаются в точку.
4. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.2,
в котором вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сужаются в точку.
5. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором по меньшей мере область вторых выпуклостей размещена так, чтобы окружать электрод.
6. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3,
в котором по меньшей мере область вторых выпуклостей размещена так, чтобы окружать электрод.
7. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.5,
в котором область первых выпуклостей выполнена так, чтобы окружать область вторых выпуклостей и электрод.
8. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.6,
в котором область первых выпуклостей выполнена так, чтобы окружать область вторых выпуклостей и электрод.
9. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором электроды выполнены на световыделяющей поверхности с разнесением один от другого, при этом область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей выполнены в области между электродами.
10. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3,
в котором электроды выполнены на световыделяющей поверхности с разнесением один от другого, при этом область первых выпуклостей и область вторых выпуклостей расположены в области между электродами.
11. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сформированы неплоской формы.
12. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3,
в котором вершина первой выпуклости и вершина второй выпуклости сформированы неплоской формы.
13. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором основание первой выпуклости расположено вблизи основания смежной первой выпуклости, а основание второй выпуклости расположено вблизи основания смежной второй выпуклости.
14. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3,
в котором основание первой выпуклости расположено вблизи основания смежной первой выпуклости, а основание второй выпуклости расположено вблизи основания смежной второй выпуклости.
15. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1, в котором по мере отхода от электрода основание первой выпуклости в области первых выпуклостей ближе к светоизлучающему слою.
16. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3, в котором по мере отхода от электрода основание первой выпуклости в области первых выпуклостей ближе к светоизлучающему слою.
17. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.1,
в котором третья выпуклость дополнительно выполнена на границе раздела между электродом и полупроводниковой стопой.
18. Полупроводниковый светоизлучающий прибор по п.3,
в котором третья выпуклость дополнительно выполнена на границе раздела между электродом и полупроводниковой стопой.
19. Способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора, содержащий этапы, на которых:
формируют полупроводниковую стопу, включающую светоизлучающий слой между полупроводниковым слоем n-типа и полупроводниковым слоем p-типа;
формируют резист с отверстием, окружающим область, запланированную для формирования электрода, на поверхности полупроводникового слоя, которая образует световыделяющую поверхность, противоположную поверхности, которой полупроводниковая стопа установлена на подложке, причем формируют таким образом, что отверстие сужается в направлении накладывания резиста;
накладывают материал для формирования маски на поверхность полупроводникового слоя на указанный резист;
удаляют резист, на который наложен материал для формирования маски; и вытравляют поверхность полупроводникового слоя путем маскирования области, запланированной для формирования электрода.
20. Способ изготовления полупроводникового светоизлучающего прибора по п.19, в котором в качестве материала для формирования маски используют материал электрода.
