(57)【要約】【課題】基板および半導体多層構造が含まれるフリップチップ半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体多層構造には、表面および表面の反対の位置に裏面がある。半導体多層構造は表面によって基板に接続される。なおその上に、裏面には、複数の凸面があり、より詳細には、複数の凸面は、周期構造で配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、ならびに表面および表面の反対の位置に裏面がある半導体多層構造、表面によって基板の表面に接続する半導体多層構造、ならびに周期的に配置される複数の突出部のある裏面を備えた半導体発光素子であって、前記突出部は、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部を備え、第1突出部および第2突出部には頂点があり、第2突出部には最下部があり、そこでは頂点の1つと最下部の間の垂直距離および2つの頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間であることを特徴とするフリップチップ半導体発光素子。
【請求項２】
半導体多層構造は、活性層を備え、活性層と裏面の1つの突出部の間の垂直距離は、0.1μmと10μmの間にあることを特徴とする請求項1記載のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項３】
半導体多層構造は、表面のある金属結合層を備えることを特徴とする請求項2記載のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項４】
半導体多層構造は、活性層によって発生される光を反射するために、活性層と金属結合層の間に位置する反射層を備えることを特徴とする請求項3記載のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項５】
半導体多層構造は、裏面のある表面層を備え、表面層は、(AlxGa1-x)yIn1-yPまたはAlxGa1-xAsによって形成され、そこでは0≦x≦1、および0≦y≦1であることを特徴とする請求項1記載のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項６】
半導体多層構造は、表面層および表面上に形成される窓層を備え、窓層には裏面があることを特徴とする請求項1記載のフリップチップ半導体発行素子。
【請求項７】
窓層は、ITO、SiO2、SiN、TiO2、ZnO、およびZnSeで構成されるグループから選択される導体によって形成されることを特徴とする請求項6記載のフリップチップ半導体発行素子。
【請求項８】
突出部のそれぞれの幅は、0.1μmと10μmの間にあり、第1突出部と第2突出部の間の突出距離は、0.1μmと10μmの間にあることを特徴とする請求項1記載のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項９】
複数の突出部の突出部分は、フリップチップ半導体発光素子の総発光部分の1-10%であることを特徴とする請求項1のフリップチップ半導体発光素子。
【請求項１０】
(a)第1基板上に半導体多層構造を形成するステップ、(b)第2基板上に半導体多層構造をフリップチップ接続するステップ、(c)半導体多層構造の表面を露出させるために、第1基板を取り除くステップ、ならびに（d）表面上に周期的に配置される複数の突出部を形成するステップからなるフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法であって、前記突出部は、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部が含まれ、第1突出部および第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には最下部があり、そこでは頂点の1つと前期最下部の間の垂直距離および2つの前期頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間にあることを特徴とするフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法。
【請求項１１】
ステップ（ｄ）の複数の突出部は、エッチング法と共にフォトリトグラフィー法によって形成されることを特徴とする請求項10記載の方法。
【請求項１２】
エッチング法は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法であることを特徴とする請求項11記載の方法。
【請求項１３】
ステップ（b）の半導体多層構造は、金属結合層によって第2基板に接続されることを特徴とする請求項10の方法。
【請求項１４】
突出部のそれぞれの幅は、0.1μm と10μmの間にあり、第1突出部と第2突出部の間の突出距離は、0.1μm と10μmの間にあることを特徴とする請求項10記載の方法。
【請求項１５】
複数の突出部の突出部分は、フリップチップ半導体発光素子の総発光部分の1-10%であることを特徴とする請求項10記載の方法。
【請求項１６】
（a）成長基板上に半導体多層構造を形成するステップ、(b)支持基板上に半導体多層構造をフリップチップ接続するステップ、(c)半導体多層構造の一時的表面を露出させるために、成長基板を取り除くステップ、(d)半導体多層構造の一時的表面上に窓層を形成し、窓層には裏面があるステップ、ならびに（e）表面上に周期的に配置される複数の突出部を形成するステップからなるフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法であって、前記突出部は、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部を備え、第1突出部および第2突出部には頂点があり、第2突出部には最下部があり、そこでは頂点の1つと最下部の間の垂直距離および2つの頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間であることを特徴とするフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法。
【請求項１７】
ステップ（ｄ）の複数の突出部は、エッチング法と共にフォトリトグラフィー法によって形成されることを特徴とする請求項16記載の方法。
【請求項１８】
エッチング法は、ウェットエッチング法またはドライエッチング法であることを特徴とする請求項17記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（b）の半導体多層構造は、金属結合層によって第2基板に接続されることを特徴とする請求項16記載の方法。
【請求項２０】
突出部のそれぞれの幅は、0.1μmと10μmの間にあり、第1突出部と第2突出部の間の突出距離は、0.1μmと10μmの間にあることを特徴とする請求項16記載の方法。
【請求項２１】
複数の突出部の突出部分は、フリップチップ半導体発光素子の総発光部分の1-10%であることを特徴とする請求項16記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子および同素子の製造方法において、特にフリップチップ半導体発光素子および同素子の製造方法に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
長い寿命、軽量、低消費電力および水銀がないという利点のために、発光ダイオード（LED）のような半導体発光素子は、理想的な光源となり、それは大いに開発されてきた。LEDは、情報、通信、家庭用電化製品、自動車、交通信号、広告板および照明市場など、多くの分野で応用することができる。最も一般に普及している分野には、携帯電話のブラックライトおよびキーパッドのライトなどにおける通信産業、信号灯および乗用車のダッシュボードなどの自動車産業、ならびに広告板および照明などにおけるその他の照明産業が含まれる。
【０００３】
関連分野でより広範囲にLEDを利用するために、LEDの照度を上げなくてはならない。技術的に知られているとおり、（1）LEDの効率を高める、ならびに（2）LEDのパワーを強化するというLEDの照度を上げる2つの方法がある。
【０００４】
LEDの効率に関しては、内部量子効率または外部抽出効率を高めることによって、上げることができる。さらに、内部量子効率とは、半導体チップが電気を供給されているときの電気工学的変換効率を意味する。最近、チップの材料が、GaPから高照度のAlGaInPに変わったため、内部量子効率は、100%をほぼ達成することができる。
【０００５】
しかしながら、低い外部抽出効率は、今なおLEDの最終照度がチップの変換効率より低いという結果に終わっている。その上に、低い外部抽出率の原因は、主に構成材料の異なる媒体と吸収の間の全反射にあるとされる。さらに、スネルの法則によれば、光が、高い反射指数の媒体から低い反射指数の媒体に入るとき、これら2つの媒体の境界で全反射現象が起こる。よって、その光を効率的に外へ誘導することはできない。LEDには異なる反射指数の多くの層があるので、活性層によって発生される光は、それが多層構造および外部パッケージ構造を通るとき、チップの内部にまた反射され、LEDの照度は低くなる。さらに、LEDの基板およびパッケージ材料は、その光を吸収し、LEDの外部抽出効率を低くすることがあった。
【０００６】
したがって、当業者は、外部抽出効率を高めるために、上記の不利な点を克服しようと努めている。例えば、ウェハーボンディングおよび基板除去技術によって、光吸収基板を取り除くことができ、その後フリップチップ形式が、抽出効率を高めるために、LEDを透明基板または高反射層に接続するのに使用される。しかしながら、概して、LEDの基板は、十分な厚さのある窓層がなく、よってLEDの表面の全反射がより明白となる原因となり、外部抽出効率が低くなる原因となる。
【特許文献１】TW（台湾）特許公報No.251388
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発明の範囲は、半導体発光素子および同素子の製造方法を提供することであり、より詳細には、半導体発光素子は、従来の半導体発光素子より高い外部抽出効率があるフリップチップ半導体発光素子であるので、上記の先行技術の不利な点を改善することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の好適な実施態様によれば、フリップチップ半導体発光素子には、基板および半導体多層構造が含まれる。半導体多層構造には、表面および裏面がある。その上に、半導体多層構造の表面は、基板の表面に接続され、裏面には、周期的に配置される複数の突出部がある。
【０００９】
さらに、突出部には、第1突出部およびその第1突出部に隣接する第2突出部が含まれ、第1突出部および第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には、第1および第2突出部の間に最下部があり、そこでは頂点の1つと前期最下部の間の垂直距離および2つの頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間である。
【００１０】
その上に、本発明の別の範囲は、フリップチップ半導体発光素子を製造するため方法を提供することである。発明の好適な実施態様に従って、方法には、最初に、第1基板上に半導体多層構造を形成するというステップが含まれる。その次に、フリップチップ形式が、第2基板上に前期半導体多層構造を接続するために使用される。その後、半導体多層構造の表面を露出させるために、第1基板は取り除かれる。最後に、複数の突出部が形成され、表面に周期的に配置される。その上、突出部には、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部が含まれる。第1突出部および第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には、最下部があり、そこでは頂点と前期最下部の間の垂直距離および2つの前期頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間である。
【００１１】
発明の別の好適な実施態様によれば、フリップチップ半導体発光素子を製造するための方法には、最初に、成長基板上に半導体多層構造を形成するというステップが含まれる。次に、フリップチップ形式が、支持基板上に前期半導体多層構造を接続するために使用される。その後、半導体多層構造の一時的表面を露出させるために、成長基板は取り除かれる。それから、窓層が前期半導体多層構造の一時的表面に形成され、窓層には裏面がある。最後に、周期的に配置される複数の突出部が、裏面上に形成される。その上、突出部には、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部が含まれる。第1突出部および第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には、最下部があり、そこでは頂点と前期最下部の間の垂直距離および2つの前期頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、フリップチップ半導体発光素子を提供する。好適な実施態様は、以下のとおり開示される。
【００１３】
まず第一に、「フリップチップ半導体発光素子」という用語は、「ボンディングタイプ発光ダイオード・ダイおよび同上の作成方法」と題するTW（台湾）特許公報No.251388に説明される半導体発光素子を指す。とりわけ、半導体発光素子の製造工程中、半導体多層構造は、第1基板上に成長され、半導体多層構造には露出した表面がある。次に、第1基板は取り除かれるか、または磨かれ、フリップチップ半導体発光素子を得るために、半導体多層構造の表面は第2基板に接続される。
【００１４】
もう一つの方法として、フリップチップ半導体発光素子の表面を、最初に第2基板に接続し、フリップチップ半導体発光素子を得るために、その後前期第1基板を取り除くか、または磨くことができる。
【００１５】
好適な実施態様では、フリップチップ半導体発光素子には、基板および半導体多層構造が含まれる。半導体多層構造には、第1基板および第2基板がある。その上に、半導体多層構造の表面は、基板の表面に接続され、裏面には、周期的に配置される複数の突出部がある。
【００１６】
発明の実施態様のフリップチップ半導体発光素子の断面図である図1を参照されたい。図1に示すように、フリップチップ半導体発光素子1には、基板12および半導体多層構造14が含まれる。さらに、半導体多層構造14には、表面142および表面142の反対の位置に裏面144がある。なおその上、半導体多層構造14の表面142は、基板12の表面に接続され、裏面144には、複数の突出部1442がある。実施態様の複数の突出部1442が、周期的に配置されることに注目すべきである。
【００１７】
また図1に示すように、半導体多層構造14にはさらに、活性層145、金属結合層141、反射層143および表面層147が含まれる。
【００１８】
図1に示すように、金属結合層141には、表面142がある。すなわち、半導体多層構造14は、金属結合層141によって、基板12に接続される。さらに、反射層143は、活性層145で発生される光がL方向へ伝導されるように、活性層145によって発生される光を反射するために、活性層145と金属結合層141の間に位置する。その上に、実施態様では、表面147には、裏面144がある。
【００１９】
実際には、活性層と裏面の1つの突出部の間の垂直距離は、0.1μm と10μmの間にある。実際には、表面層は、n型AlGaInP、p型AlGaInPまたはAlxGa1-xAsなど、(AlxGa1-x)yIn1-yPによって形成され、そこでは0≦x≦1、および0≦y≦1である。
【００２０】
発明の実施態様のフリップチップ半導体発光素子の断面図である図2を参照されたい。図2に示すように、フリップチップ半導体発光素子3にはまた、基板32および半導体多層構造34が含まれる。さらに、半導体多層構造34にはまた、表面342および表面342の反対の位置に裏面344がある。さらに、半導体多層構造34の表面342は、基板32の表面に接続され、裏面344には、複数の突出部3442がある。実施態様では、複数の突出部3442が、周期的に配置されることに留意されたい。
【００２１】
さらに、活性層345、金属結合層341、反射層343および表面層347を除いて、半導体多層構造34には、さらに窓層349が含まれる。さらに、実施態様では、窓層349は、表面層347の上に形成され、窓層349には裏面344がある。実際には、窓層は、ITO、SiO2、SiN、TiO2、ZnO、およびZnSeなどの導体によって形成されることができる。
【００２２】
上記の実施態様の裏面の断面図である図3をさらに参照されたい。図3に示すように、裏面4上の複数の突出部は、周期的に配置される。特に、複数の突出部42は、第1突出部422および第1突出部422に隣接する第2突出部424を含み、第1突出部422および第2突出部424の両方には、それぞれ頂点422tおよび424tがある。その上に、裏面4には、第1突出部422と第2突出部424の間の最下部426が含まれ、とりわけ、頂点422t、424tの1つと最下部426の間の垂直距離（D）ならびに2つの頂点422t、424tの間の水平距離（W) の比率は、0.01と10の間である。
【００２３】
発明の別の実施態様の裏面の断面図を示す図4を参照されたい。第1突出部422を例に挙げれば、実施態様では、突出部のそれぞれの突出幅Mは、0.1μm と10μmの間にある。その上に、第1突出部422および第2突出部424を例に挙げれば、実施態様では、第1突出部422と第2突出部424の間の突出距離は、0.1μmと10μmの間にある。
【００２４】
その上に、ある実施様態では、複数の突出部の突出部分は、フリップチップ半導体発光素子の総発光部分の1-10%である。
【００２５】
発明の好適な実施態様によれば、フリップチップ半導体発光素子を製造するための方法が提供される。
【００２６】
発明のフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法のフローチャートである図5を参照されたい。図5に示されるように、方法には、まず第一に、第1基板および第2基板を準備するという以下のステップ（S61）が含まれる。その後、第1基板上に半導体多層構造を形成する（S63）。その次に、フリップチップ形式が、第2基板上に半導体多層構造を接続するために使用される（S65）。その後、半導体多層構造の表面を露出させるために、第1基板を取り除く（S67）。最後に、表面に複数の突出部を形成する（S69）。複数の突出部が、周期的に配置されることに留意されたい。
【００２７】
その上に、突出部には、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部が含まれる。第1突出部および第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には最下部があり、そこでは頂点の1つと最下部の間の垂直距離および2つの頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間である。
【００２８】
実際には、ステップS65およびステップS67を、随意に交換することができる。さらに、実際には、ステップS69の複数の突出部は、エッチング法と共に、フォトリトグラフィー法によって形成される。その上に、エッチング法は、ドライエッチング法またはウェットエッチング法となる。実際には、半導体多層構造は、金属結合層によって第2基板に接続される。なおその上、事実上、半導体多層構造は、非金属結合層によって、または高温および高圧を加えることによって第2基板に接続されることができる。
【００２９】
発明のフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法のフローチャートである図6を参照されたい。図6に示されるように、方法には、まず第一に、成長基板および支持基板を準備するというステップ（S81）が含まれる。その後、成長基板上に半導体多層構造を形成する（S83）。それから、フリップチップ形式が、支持基板上に半導体多層構造を接続するために使用される（S85）。その次に、半導体多層構造の一時的表面を露出させるために、成長基板を取り除く（S87）。それから、半導体多層構造の一時的表面に窓層を形成し、窓層には裏面がある（S89）。最後に、裏面の複数の突出部を形成する（S91）。複数の突出部が、周期的に配置されることに注目すべきである。
【００３０】
その上に、突出部には、第1突出部および第1突出部に隣接する第2突出部が含まれる。第1突出部および千期第2突出部は両方ともに頂点があり、裏面には最下部があり、そこでは頂点の1つと最下部の間の垂直距離および2つの頂点間の水平距離の比率は、0.01と10の間である。
【００３１】
実際には、ステップS85およびステップS87を、随意に交換することができる。さらに、実際には、ステップS91の複数の突出部は、エッチング法と共に、フォトリトグラフィー法によって形成される。その上に、エッチング法は、ドライエッチング法またはウェットエッチング法となる。実際には、半導体多層構造は、金属結合層によって支持基板に接続される。なおその上、事実上、半導体多層構造は、非金属結合層によって、または高温および高圧を加えることによって支持基板に接続されることができる。
【００３２】
上記実施例および説明によって、本発明の特徴および精神が十分に説明されることを願う。当業者は、本発明の教示を保持する間、本手段への多数の修正および変更が行われる可能性があることを容易に認めるものである。したがって、上記開示は、添付請求の境界によってのみ限定されるものと解釈されることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】発明の実施態様のフリップチップ半導体発光素子の断面図
【図２】発明の実施態様のフリップチップ半導体発光素子の断面図
【図３】説明される実施態様の裏面の断面図
【図４】発明の実施態様の裏面の断面図
【図５】発明のフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法のフローチャート
【図６】発明のフリップチップ半導体発光素子を製造するための方法のフローチャート
【符号の説明】
【００３４】
１        フリップチップ半導体発光素子
１２      基板
１４      半導体多層構造
１４１    金属結合層
１４２    表面
１４３    反射層
１４４    裏面
１４４２  複数の突出部
１４５    活性層
１４７    表面層
３        フリップチップ半導体発光素子
３２      基板
３４      半導体多層構造
３４１    金属結合層
３４２    表面
３４３    反射層
３４４    裏面
３４４２  複数の突出部
３４５    活性層
３４７    表面層
３４９    窓層
４        裏面
４２      複数の突出部
４２２    第一突出部
４２２ｔ  第一突出部の頂点
４２４    第二突出部
４２４ｔ  第二突出部の頂点
４２６    最下部
D        垂直距離
W        水平距離
M        突出幅
【図１】
2007335874.tif 000003
【図２】
2007335874.tif 000004
【図３】
2007335874.tif 000005
【図４】
2007335874.tif 000006
【図５】
2007335874.tif 000007
【図６】
2007335874.tif 000008
【外国語明細書】
2007335874.tif 000009
2007335874.tif 000010
2007335874.tif 000011
2007335874.tif 000012
2007335874.tif 000013
2007335874.tif 000014
2007335874.tif 000015
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