專利名稱：半導體光發射器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體光發射器件，尤其是具有特殊電極結構的半導體光發射器件，更是涉及形成在絕緣襯底上的半導體光發射器件的電極的焊盤結構、形狀和布置。
提供光發射范圍從可見光到紫外光的半導體光發射器件(LED器件)已經利用一種氮化物型的半導體材料，例如GaN、AlN或InN的混合晶體得到實現。在這種LED器件中，藍寶石等被典型地用作生長基底。由于這種基底是一種絕緣的襯底，所以正電極和負電極必須在器件的生長表面側上提供。用于上述目的的各種結構已經提出過。
下文，將介紹披露在日本待審的出版物No.7-94782內使用一種氮化物半導體的傳統半導體光發射器件。
圖3A是表示一種傳統氮化鎵型化合物的半導體光發射器件。圖3B是沿著圖3A平面視圖內沿3B-3B線觀示的示意截面圖。
參見圖3B,n型氮化鎵型化合物半導體層31和p型氮化鎵型化合物半導體層33依次沉積在一個絕緣襯底30，例如藍寶石襯底上，以用于發光。
一個負電極區域，包括負電極引線焊盤32，該電極區域形成在n型氮化鎵型化合物半導體層31上。一個包括正電極引線焊盤34和透光電極層35的正電極區域形成在p型氮化鎵型化合物半導體層33上。電流傳播用的透光電極層35基本上形成在p型氮化鎵型化合物半導體層33的整個表面上。在透光電極層35內提供窗口部分36，通過該部分正電極引線焊盤34接觸到p型氮化鎵型化合物半導體層33。
在圖3A的平面視圖中，在正電極區域內的正電極引線焊盤34和在負電極區域內的負電極引線焊盤32提供在器件的相對的角部。
另一種采用類似正/負電極結構的現有器件公開在日本待審的出版物No.8-274377內。
上述類型的光發射器件通常以電極表面朝上方式安裝，使光可以通過透光電極輻射。然而在圖3A和3B所示正電極區域內的正電極引線焊盤34是不透光的，因為焊盤34通常用厚至不透光的金屬膜來形成。于是，在正電極引線焊盤34下的光發射層(即層31和33)內所產生的光不能有效地輸出。
因此，在上述的傳統結構中，只有流過不被正電極引線焊盤34覆蓋的透光電極層的部分對圖3A和3B所示器件的光輸出有貢獻。換言之，流入正電極引線焊盤34之下部分的電流對圖3A和3B內器件的有效光發射沒有或者幾乎沒有貢獻。
本發明的半導體光發射器件包括一個絕緣襯底；一個形成在絕緣襯底上的層狀結構，該層狀結構至少包括一個光發射區域，一個正電極區域和一個負電極區域。一部分正電極區和一部分負電極區借助于絕緣層互相重疊。
在一實施例中，用于正電極區的第一引線焊盤和用于負電極區的第二引線焊盤沿著絕緣襯底的相同側邊互相相近地形成。
在傳統半導體光發射器件中，在電極引線焊盤下直接產生的內光發射受到電板引線焊盤的阻擋，于是對器件的光輸出沒有貢獻。相反，在本發明的半導體光發射器件中，通過提供絕緣層來阻止電流直接流入一個電極區的位于電極引線焊盤下的位置內。所以，它使對最終半導體光發射器件的光輸出不見得具有多大貢獻的電流量減少，所以使光發射率提高。另，由于對其它電極區的接觸面積增加，就有可能降低最終半導體光發射器件的驅動電壓(工作電壓)。
還有，由于以一種簡單的形狀，例如矩形，形成光發射區，所以最終光發射器件可取得一種簡單的光發射圖形。
由此，本文介紹的發明其優點是，可提供一種減小工作電壓并增加光輸出的半導體光發射器件。
參見附圖并閱讀和理解下文詳述的說明，本領域的普通技術人員將對本發明的優點更明白。附圖中

圖1A-1D表示本發明例1所述半導體光發射器件的結構，其中圖1A是器件的平面視圖，圖1B、1C和1D分別是圖1A中沿1B-1B、1C-1C和1D-1D線的截面視圖；圖2A-2D表示本發明例2的半導體光發射器件的結構圖，其中圖2A是器件的平面視圖，圖2B、2C和2D分別是圖2A中沿2B-2B、2C-2C和2D-2D線的截面視圖；以及圖3A和3B表示傳統的利用氮化物型半導體材料的氮化鎵型化合半導體光發射器件，其中圖3A是器件的平面視圖，圖3B是沿圖3A中3B-3B線的示意截面視圖。
圖1A-1D和2A-2D的每一個涉及本發明的一個示例。下文將參照附圖介紹本發明的各個例子。
圖1A-1D表示本發明例1的半導體光發射器件的結構圖，其中圖1A是器件的平面圖，而圖1B、1C和1D是圖1的示意截面圖。具體地，圖1B、1C和1D分別是沿圖1A中1B-1B、1C-1C和1D-1D線的截面圖。
本例的光發射器件包括一個藍寶石襯底10(呈方形，面積約為350μm×350μm)，一個光發射區(基本上呈方形，其面積約為300μm×300μm，帶有兩個鋸齒形)，一個正電極區用的正電極引線焊盤15，一個負電極區用的負電極引線焊盤17。正和負電極引線焊盤15和17(每個呈方形，面積約為130μm×130μm)設置在藍寶石襯底10的對角位置。
在圖1B,1C和1D中，在藍寶石襯底10上提供n型AlXGaYIn1-X-YN層(0≤X≤1,0≤Y≤1)。作為光發射層的AlZGaTIn1-Z-TN層12(0≤Z≤1,0≤T≤1)和p-型AlUGaVIn1-U-VN層13(0≤U≤1,0≤V≤1)提供在n型AlXGaYIn1-X-YN層11上，使基本上平行于藍寶石襯底10的層11的一部分表面沒有被層12和13所覆蓋。光發射層12可以是不摻雜的，或摻Si的AlZGaTIn1-Z-TN層。
在沒有用層12和13覆蓋的n型AlXGaYIn1-X-YN層11的部分上提供一個負電極16。在負電極16的部分上還提供負電極引線焊盤17。
絕緣層18設置在負電極16和/或負電極引線焊盤17上，用于絕緣由后面步驟形成的正電極14。可以采用例如SiO2膜、SiNx膜、TiO2膜等形成絕緣膜層。絕緣膜層可以采用濺射沉積方法或者電子束沉積方法形成。也可以采用旋涂玻璃(SOG)方法。
在形成絕緣層18之后，對于阻止負電極16和正電極14之間短路所不需要的層18的部分可以用光刻和蝕刻方法去除。
絕緣層18具有足以實現負電極16和正電極14之間電絕緣的厚度，通常該厚度約為0.2μm或以上。
負電極(n型電極)16用的電極材料的具體例子可以包括，例如一種Ti/Al多層電極，或一種Al單層膜。
正電極14形成在p型AlUGaVIn1-U-VN層13和絕緣層18上。正電極(p型透明電極)14是透光的，可以通過將薄的Au膜層沉積在一個或多個Ni，Pd,Pt等金屬層上來獲取，或者可以是一層只有Ni,Pd或Pt形成的層。另，也可以采用在由Ni,Pd或Pt做成的薄層上沉積透明電極ITO或TiN來獲取。正電極14的電極金屬層的厚度設定成，可以盡可能地阻擋器件的內光發射，同時保持其導電率。尤其，該厚度可以近似為1nm-100nm。
正電極引線焊盤15形成在絕緣層18的正電極14的部分上。鑒于生產工藝的考慮，利用類似于正電極14的類型材料形成正電極引線焊盤15，但還在其表面上設置Au層。所以，最終正電極引線焊盤15的層狀結構可以包括，從頂部至低部為Au/(Ni,Pd,Pt)/p型GaN。正電極引線焊盤15的總厚度通常約為0.1μm-2μm。
圖1A-1D所示的結構，其中一部分負電極16被掩埋，經絕緣層18直接存在于正電極引線焊盤15之下，該結構提供如下優點。
可以從直接流動在疊加光發射層12的大部分正電極引線焊盤15下的電流中消除一部分幾乎對光發射器件的光輸出沒有貢獻的電流，同時增加n型AlXGaYIn1-X-YN層11和負電極16之間的接觸面積。結果，可以降低光發射所需的工作電壓，并提高最終半導體光發射器件的向外光發射效率。
具體地，在所用的藍寶石襯底面積約為350μm×350μm時，例如每個正和負引線焊盤15和17的面積約為130μm×130μm，光發射區19的面積約為(300～320)μm×(300～320)μm，扣去由正和負電極焊盤15和17疊加的面積。另，疊加光發射層12上的正電極引線焊盤15的主部分面積約為100μm×100μm。
圖2A-2D表示本發明例2的光發射器件結構，其中光發射區21(光發射層12)以矩形形成。圖2A是器件的平面圖，而圖2B,2C和2D是圖2A的截面圖。具體地，圖2B,2C和2D分別是沿圖2A中2B-2B,2C-2C和2D-2D線的截面圖。圖中采用類似參照號表示類同于圖1A-1D和2A-2D中的構成元件，所以對他們的說明將省略。
本例子的光發射器件包括一個藍寶石襯底20(方形，面積約為350μm×350μm)，一個光發射區21(矩形，面積約為300μm×170μm)，一個用于正電極區的正電極引線焊盤15，和一個用于負電極區的負電極引線焊盤17。正和負電極引線焊盤15和17(每個焊盤是方形的，面積約為130μm×130μm)互相相鄰地沿藍寶石襯底20的相同側設置。
如例1所示的，在本例中，一部分負電極16經由絕緣層18掩埋在正電極引線焊盤15之下，部分直接現出，由此提供下述優點。
可以消除一部分直接在正電極引線焊盤15下流過的電流，這種電流幾乎不對光發射器件的光輸出有所貢獻，同時在n型AlXGaYIn1-X-YN層11和負電極16之間實現增加接觸。尤其，在本例中，負電極16的接觸面積約為傳統例子中負電極接觸面積的1.6倍；即，接觸面積從傳統例子中約150μm×150μm增加到本例中的約150μm×150μm加上約150μm×100μm。由此，工作電壓約下降0.05V～0.1V，即，從傳統例中的約3.5V下降到本例中的約3.4V-3.45V(對驅動電流約20mA時的電壓值)。還有，光輸出增加2％-5％。
此外，采用沿著藍寶石襯底20的一側設置正和負電極引線焊盤15和17，就可能以一種簡單的多邊形狀形成光發射區21。所以，利用這樣一種光發射器件，可以很容易地取得一種具有非常均勻的光發射特性的光發射器件。
如上所述，根據本發明，半導體光發射器件包括一個絕緣襯底，一個形成在絕緣襯底上的層狀結構，該層狀結構至少包括一個光發射區，一個正電極區和一外負電極區。一部分正電極區和一部分負電極區經由絕緣層互相重疊。采用這種結構，可以降低直接在某一電極區的一部分下面流過的電流，這部分電流對于光發射器件的光輸出幾乎沒有貢獻，但增加對另一電極區的接觸面積。總之，可以提高光輸出，降低最終半導體光發射器件的工作電壓。
另，根據本發明，還可以提供用于正電極區的一個(第一)引線焊盤和用于負電極區的另一個(第二)引線焊盤，從而使第一和第二引線焊盤沿著絕緣襯底的同側互相相鄰形成。采用這種結構，光發射區具有一種簡單的形狀，使所獲取的發射圖形不復雜，例如采用一種與鋸齒不同的形狀。所以，在將半導體光發射器件安置到光發射裝置例如一種燈內時，就可能得到一種具有單一發射特性的光發射裝置。
另，可以增加負電極和n型層(即，n型AlXGaYIn1-X-YN層)的接觸面積，其結果是，可以降低工作電壓和增加最終半導體發射器件的光輸出。
由本領域的技術人員在不偏離本發明的范圍和精神下可以清楚和容易地作出各種各樣的改動。由此，所附的權利要求范圍不局限于本文說明書所描述的內容，而是權利要求的廣義的解釋。
權利要求
1．一種半導體光發射器件，包括一個絕緣襯底；一個形成在絕緣襯底上的層狀結構，該層狀結構包括至少一個光發射區，一個正電極區，和一個負電極區，其中，一部分正電極區和一部分負電極區經由絕緣膜層互相重疊。
2．如權利要求1的半導體光發射器件，其中，一個用于正電極區的第一引線焊盤和一個用于負電極區的第二引線焊盤沿著絕緣襯底的同側互相相鄰地形成。
全文摘要
一種半導體光發射器件,它包括一個絕緣襯底;一個形成在該絕緣襯底上的層狀結構,該層狀結構包括至少一個光發射區,一個正電極區,和一個負電極區,一部分正電極區和一部分負電極區經由絕緣層互相重疊。
文檔編號H01L33/00GK1210373SQ9811747
公開日1999年3月10日 申請日期1998年7月23日 優先權日1997年7月23日
發明者森本泰司, 伊藤茂稔 申請人:夏普公司