半导体发光装置的制作方法

本申请案是以日本专利申请案2015-177258号(申请日：2015年9月9日)作为基础申请案且享受其优先权。本申请案通过参考此基础申请案而包含该基础申请案的全部内容。

技术领域

实施方式涉及一种半导体发光装置。

背景技术：

现有一种半导体发光装置，其是在第1衬底上形成包含发光层的半导体，之后，将该半导体移载并形成于不同于第1衬底的第2衬底上。半导体层与第2衬底例如是隔着金属层而接合。然而，含有不同材料的层叠构造的内部包含应变，存在半导体发光装置的可靠性下降的情况。

技术实现要素：

本发明的实施方式提供一种减少了衬底与接合金属层之间的应变的半导体发光装置。

实施方式的半导体发光装置包括：衬底，具有设有凹部的表面；发光体，设于所述衬底的所述表面上；以及第1金属层，在所述发光体与所述衬底之间覆盖所述表面，且与所述凹部的内面相接。所述发光体包括：第1导电型的第1半导体层、第2导电型的第2半导体层、以及设于所述第1半导体层与所述第2半导体层之间的发光层。

附图说明

图1(a)及(b)是表示第1实施方式的半导体发光装置的截面示意图。

图2(a)及(b)、图3(a)及(b)、图4(a)及(b)、图5(a)及(b)是表示第1实施方式的半导体发光装置的制造过程的截面示意图。

图6(a)及(b)是表示第1实施方式的衬底的表面的示意图。

图7是表示第2实施方式的半导体发光装置的截面示意图。

具体实施方式

以下，参照图式对实施方式进行说明。对于图式中的同一部分标注同一编号且适当省略其详细说明，仅针对不同的部分进行说明。另外，图式是示意性或概念性的，各部分的厚度与宽度的关系、部分之间的大小比率等未必要与实际相同。而且，即使表示相同的部分，各图式中有时也会表现为彼此不同的尺寸或比率。

进而，使用各图中所示的X轴、Y轴及Z轴对各部分的配置及构成进行说明。X轴、Y轴、Z轴彼此正交，分别表示X方向、Y方向、Z方向。而且，有时将Z方向作为上方、将其相反方向作为下方进行说明。

各实施方式的记载是例示，发明并不限于这些记载。而且，构成各实施例的要素只要技术上可行，则共通适用。

[第1实施方式]

图1是表示第1实施方式的半导体发光装置1的截面示意图。图1(a)是沿图1(b)中所示的A-A线的截面图。图1(b)是俯视图。

如图1(a)所示，半导体发光装置1包括衬底10与发光体20。发光体20设于衬底10之上。

衬底10是例如具有导电性的硅衬底。衬底10的表面10a具有凹部10r。凹部10r是以其平均深度为0.01微米(μm)以上且2μm以下的方式设置。

发光体20包括第1半导体层(以下称为n型半导体层21)、发光层23及第2半导体层(p型半导体层25)。发光层23设于n型半导体层21与p型半导体层25之间。为了提高出光效率，发光体20的上表面20a受到粗面化处理。

半导体发光装置1中，在衬底10与发光体20之间，包括金属层30、金属层40及金属层50。金属层30是以覆盖衬底10的表面10a及凹部10r的内面且与凹部10r的内面相接的方式设置。即，金属层30包含嵌入至凹部10r的部分。金属层40设于金属层30之上。金属层50设于金属层40与发光体20之间。

金属层30及50包含例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铂(Pt)或镍(Ni)等。金属层40包含熔点低于金属层30及50的材料。金属层40包含例如焊锡材料等接合金属。金属层30及50作为抑制金属层40内所含的金属原子的扩散的位障金属发挥功能。

半导体发光装置1还包括p侧电极60、接合垫65及n侧电极70。p侧电极60设于发光体20与金属层50之间。

p侧电极60包括接触层61与封盖层63。接触层61与p型半导体层25相接，且电连接于p型半导体层25。封盖层63是在p型半导体层25上覆盖接触层61。接触层61及封盖层63包含对从发光层23放射的光进行反射的材料、例如为银或铝。

封盖层63包含沿金属层50的表面延伸至发光体20的外侧的部分(延伸部63e)。接合垫65设于延伸部63e之上。接合垫65例如经由金属线而将p侧电极60连接于外部电路。

n侧电极70设于n型半导体层21之上，且电连接于n型半导体层21。n侧电极70例如也作为接合垫发挥功能。

半导体发光装置1还包括金属层15与钝化膜27。金属层15与衬底10的背面10b相接，且与其电连接。当要将半导体发光装置1装设于例如安装衬底时，将金属层15连接于焊锡材料等。由此，能更有效率地释放出发光体20所产生的焦耳热。钝化膜27覆盖发光体20的侧面且保护发光层23的端面。钝化膜27例如为硅氧化膜。

如图1(b)所示，半导体发光装置1具有例如四角形的外形。在发光体20周围设有切割线DL。在切割线DL上，露出金属层50。而且，接触层61在X-Y平面内位于封盖层63的内侧。

接着，参照图2(a)～图5(b)，对第1实施方式的半导体发光装置1的制造方法进行说明。图2(a)～图5(b)是依序表示半导体发光装置1的制造过程的截面示意图。

如图2(a)所示，在衬底100之上依序磊晶成长n型半导体层21、发光层23及p型半导体层25。衬底100为例如硅衬底。n型半导体层21、发光层23及p型半导体层25例如使用以有机金属作为原料的MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)而形成。

n型半导体层21包含例如n型氮化镓层(GaN层)。而且，n型半导体层21也可还包含含有GaN、氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)等的缓冲层。缓冲层设于衬底100与n型GaN层之间。

发光层23包含例如由含有氮化铟镓(InGaN)的井层与含有GaN的障壁层构成的量子井。而且，发光层23也可具有含有多个量子井的多重量子井构造。

p型半导体层25具有例如层叠有p型AlGaN层与p型GaN层的构造。p型AlGaN层形成于发光层23之上，p型GaN层形成于p型AlGaN层之上。

进而，在p型半导体层25之上形成p侧电极60。p侧电极60包含接触层61与封盖层63。接触层61选择性地形成于p型半导体层25之上。接触层61为例如含有银的金属层。此处，所谓“选择性地形成”是指并非形成于整个p型半导体层25，而是形成为覆盖规定的区域。例如，对于形成于整个p型半导体层25的金属层，使用光刻法图案化为规定的形状。

封盖层63选择性地形成于p型半导体层25之上，且覆盖接触层61。封盖层63包含例如与接触层61相接的银层。而且，封盖层63也可具有例如从接触层61侧起依序包含铂(Pt)、钛(Ti)及金(Au)的层叠构造。银及铂对于从发光层23放射的光具有高反射率。

如图2(b)所示，在p型半导体层25之上形成金属层40a及50。金属层50覆盖p型半导体层25的表面及p侧电极60。金属层40a设于金属层50之上。

金属层50包含例如钛(Ti)、氮化钛(TiN)、铂(Pt)及镍(Ni)中的至少一种，且是使用溅镀法形成。金属层40a包含例如镍锡(NiSn)或金锡(AuSn)等焊锡材料，且是使用真空蒸镀法形成。

如图3(a)所示，使衬底10与衬底100相向配置。衬底10及100是以使各自上所形成的金属层40a与金属层40b相向的方式配置。

衬底10的表面10a包含凹部10r。凹部10r通过例如对表面10a选择性地进行蚀刻而形成。该蚀刻中，采用例如利用光刻法形成的抗蚀遮罩。凹部10r优选为以平均深度成为0.01μm以上且2μm以下的方式形成。更优选为，以0.01μm以上且1μm以下的方式形成。

进而，金属层30及40b形成于表面10a上。金属层30包含例如Ti、TiN、Pt及Ni中的至少一种。金属层30是例如利用溅镀法以嵌入至凹部10r内部的方式形成。

金属层30以覆盖衬底10的表面10a及凹部10r的方式形成，金属层40b以覆盖金属层30的方式形成。金属层40b例如包含NiSn或AuSn等焊锡材料，且是使用真空蒸镀法而形成。

如图3(b)所示，使衬底10与衬底100接合。例如，在金属层40a与金属层40b接触的状态下，升温至高于焊锡材料的熔点的温度。由此，金属层40a及40b熔融，一体化为金属层40。

如图4(a)所示，将衬底100从n型半导体层21的表面除去。衬底100例如在通过研削而变薄之后，使用湿式蚀刻而除去。另外，图4(a)中将图3(b)上下颠倒而进行表示(参照该图中的XYZ轴)。

如图4(b)所示，使n型半导体层21的表面21a粗面化。例如，使用碱性溶液对n型半导体层21进行湿式蚀刻。该蚀刻过程中，使用n型半导体层21的蚀刻速度依存于其结晶面的蚀刻液。由此，能使蚀刻速度比其他部分慢的结晶面露出于表面21a。结果，在n型半导体层21的表面21a形成有凹凸，使其粗面化。

如图5(a)所示，选择性地除去n型半导体层21、发光层23、p型半导体层25，形成发光体20。发光体20可例如使用热磷酸进行湿式蚀刻。在发光体20周围，露出封盖层63的延伸部63e及金属层50。

如图5(b)所示，形成钝化膜27、接合垫65及n侧电极。例如，利用使用等离子CVD形成的硅氧化膜覆盖发光体20、金属层50及延伸部63e。接着，选择性地除去硅氧化膜，在发光体20的上表面20a及延伸部63e上形成开口。而且，形成切割线DL。

接着，形成接合垫65与n侧电极70。接合垫65形成于延伸部63e之上。n侧电极70选择性地形成于发光体20之上，且与上表面20a相接。对接合垫65及n侧电极70，可使用例如利用真空蒸镀法形成的铝层。而且，接合垫65及n侧电极70能同时形成。进而，在衬底10的背面形成金属层15，完成半导体发光装置1。

图6是表示实施方式的衬底10的表面的示意图。图6(a)是表示衬底10的上表面的平面图，图6(b)是衬底10的截面图。

如图6(a)所示，在衬底10的表面设有多个凸部10p。凹部10r设于多个凸部10p之间。凸部10p可在衬底10的表面10a上具有多种形状。例如，如A1～A3所示，也可具有三角形或四角形的形状。而且，如B1～B3所示，也可为圆或椭圆。进而，如C1～C3所示，也可配置成千鸟状。

如图6(b)所示，凸部10p的高度为0.01μm～2μm。换而言之，凹部10r的平均深度为0.01μm～2μm。而且，例如，X方向上的凸部10p的配置周期为0.1～100μm。而且，X方向上的凸部10p的宽度Wp优选为比X方向上的凹部10r的宽度Wr更宽。

本实施方式中，凹部10r形成于衬底10的表面10a，金属层30是以嵌入至凹部10r的方式形成。由此，能缓解衬底10与金属层30之间的应力、提高密接性。

例如，在硅衬底与其上所形成的金属层之间，通过在其界面形成金属硅化物，能提高密接性。然而，通过形成金属硅化物，对硅衬底与金属层之间进一步施加应力。对此，本实施方式中，优选为，在衬底10与金属层30之间不形成金属硅化物。因此，不会因金属硅化物而产生应力，能提高衬底10与金属层30之间的密接性。而且，也可通过省略金属硅化物的形成步骤来降低制造成本。

[第2实施方式]

图7是表示第2实施方式的半导体发光装置2的截面示意图。如图7所示，半导体发光装置2包括发光体20与衬底110。发光体20是隔着金属层30、40及50而设于衬底110之上。

衬底110具有已粗面化的表面110a。表面110a包含多个凹部10s。凹部10s的深度例如为0.01μm以上且2μm以下。金属层30形成于表面110a之上，且嵌入至凹部10s内部。

衬底110具有例如由锭切成的状态的表面、也就是所谓as slice(作为切片)的表面。而且，衬底110具有例如使用平均粒径为16μm(JIS#1000)的氧化铝进行研磨后的表面。

本实施方式中，也将金属层30形成于衬底110上，且嵌入至凹部10s。由此，能缓解金属层30与衬底110之间的应力、提高密接性。而且，通过使用未经过镜面加工的衬底，也能降低制造成本。

另外，本申请案说明书中，“氮化物半导体”包含B_xIn_yAl_zGa_1-x-y-zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、0≦x+y+z≦1)的III-V族化合物半导体而且还包括混晶，该混晶中，作为V族元素，除了含有N(氮)之外还含有磷(P)或砷(As)等。而且，当具有所述组成且还含有为了抑制导电型等各种物性而添加的各种元素时、及还含有非有意添加的各种元素时，也属于“氮化物半导体”。

已说明了本发明的若干实施方式，但这些实施方式是作为示例提出，并非意在限定发明范围。这些新颖的实施方式可由其他多种形态实施，可在不脱离发明宗旨的范围内进行多种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形属于发明范围或宗旨，且属于权利要求书中记载的发明及与其等效的范围。

[符号的说明]

1、2 半导体发光装置

10、100、110 衬底

10a、21a、110a 表面

10b 背面

10p 凸部

10r、10s 凹部

15、30、40、40a、40b、50 金属层

20 发光体

20a 上表面

21 n型半导体层

23 发光层

25 p型半导体层

27 钝化膜

60 p侧电极

61 接触层

63 封盖层

63e 延伸部

65 接合垫

70 n侧电极

DL 切割线