CN101399307B - 倒装芯片型发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种倒装芯片型发光元件，在所述倒装芯片型发光元件中，在呈梳齿状暴露的n层11上形成n型接触电极14，在p层13的上表面的整个表面上形成由ITO制成的透光电极15，并且在透光电极15上以预定间隔形成二十个衬垫电极16。平面形式的衬垫电极16具有以交叉形式从圆形中心部分16a突出的四个分支16b，并且相邻的衬垫电极16通过分支16b而相互连接。

Description

倒装芯片型发光元件
技术领域
本发明涉及由III族氮化物半导体形成的倒装芯片型发光元件，更具体涉及具有电极形式的特征的倒装芯片型发光元件。
背景技术
近年来，利用各种技术通过向由III族氮化物半导体形成的倒装芯片型发光元件中的发光层均匀地供应电流来抑制光透射的不均匀性。
例如，作为用于改善发光层的电流扩散特性的技术，专利文献1和2公开了n层呈梳齿状暴露和在所述暴露部分中设置n型接触电极的技术。此外，专利文献2和3公开了在p层的整个表面上设置透光电极以通过该透光电极使电流从衬垫电极扩散到p层的技术。此外，专利文献1和3公开了在p电极上设置多个衬垫电极以改善电流从衬垫电极到p电极的扩散特性的技术。
此外，专利文献4公开了在III族氮化物半导体层表面所覆盖的绝缘保护膜中设置金属膜以改善反射系数的技术。
专利文献1：JP-A-2001-203386
专利文献2：JP-A-2003-524295
专利文献3：JP-A-2005-197289
专利文献4：JP-A-11-340514
但是，在具有在p层表面上的透光电极和在透光电极上设置的多个衬垫电极的倒装芯片型发光元件中，出现如下问题：由于衬垫电极的面积小，因此电流集中在衬垫电极与透光电极的接触部分上，从而使得透光电极劣化。
发明内容
因此，本发明的一个目的是实现透光电极的劣化得到抑制的倒装芯片型发光元件。
第一发明涉及一种倒装芯片型发光元件，包括：由n层、p层和在n层与p层之间形成的有源层构成的III族氮化物半导体层，所述n层呈梳齿状暴露；在所述n层上设置的n型接触电极；在所述p层上设置的透光电极；在所述透光电极上设置的多个衬垫电极；覆盖除了所述衬垫电极的一部分之外的所述III族氮化物半导体层的表面的绝缘保护膜；和反射膜，所述反射膜设置在所述透光电极上和在所述绝缘保护膜中以将从有源层发射的光反射到所述n层的侧面，并且其中所述衬垫电极具有基部和分支部，所述基部没有被所述绝缘保护膜所覆盖，所述分支部形成为具有凹陷和凸起的形状并从所述基部延伸以及被所述绝缘保护膜所覆盖。
III族氮化物半导体是指由通式AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的材料，例如GaN、AlGaN、InGaN、AlGaInN等。通常，利用包含Ga和N作为主要成分的半导体来形成主层。利用Si等作为n型杂质。利用Mg等作为p型杂质。n层和p层可以由单层或多层构成，并且可以包括超晶格层。例如，n层由n型接触层和n型覆盖层构成。p层由p型覆盖层和p型接触层构成。有源层具有诸如MQW(多量子阱)或SQW(单量子阱)的结构。
对于透光电极，采用ITO、ZnO等。对于绝缘保护膜，采用SiO2等。此外，衬垫电极可以由包括多个金属层的多层膜制成。由于Ni具有与透光电极的良好接触特性，因此期望采用Ni或Ni合金。例如使用Ni/Au/Al等作为衬垫电极。在此所述的光透射特性是指透射倒装芯片型发光元件的透射光波长。对于反射膜，可以使用高反射性金属例如Ag或Al。
通过MOCVD法在诸如蓝宝石的生长衬底上形成III族氮化物半导体层，但是，在本发明的倒装芯片型发光元件中，可以提供生长衬底或可以通过激光剥离法来移除生长衬底。
对于衬垫电极的分支部的形式，可以使用具有凸起和凹陷的任意形式，但是，具有对称性例如线对称性的形式更容易形成。对于具有凸起和凹陷的形式，例如，其示例包括线型分支部沿径向或以交叉形式从衬垫电极的基部突出的形式。衬垫电极分别通过分支部连接在一起。
第二发明涉及根据第一发明的倒装芯片型发光元件，其特征在于，分支部形成为从基部突出的线型形状。
第三发明涉及根据第二发明的倒装芯片型发光元件，其特征在于，分支部形成为以交叉形式从基部突出的线型形状。
第四发明涉及根据第二发明的倒装芯片型发光元件，其特征在于，分支部还具有相对于所述线型形状的分支线型形状。
所有突出的分支部不需要进一步分支。例如，只有用于将衬垫电极连接在一起的分支部可以进一步具有分支形式。
第五发明涉及根据第一到第四发明中任意一项的倒装芯片型发光元件，其特征在于，分支部在反射膜的下部中延伸。
第六发明涉及根据第一到第五发明中任意一项的倒装芯片型发光元件，其特征在于，透光电极由ITO构成。
在倒装芯片型发光元件的运行期间，电流没有分散在衬垫电极和透光电极的整个界面部分上流动，而是集中供应到作为所述界面外周的侧面部分。因此，如在所述第一发明中一样，平面形式的衬垫电极具有凸起和凹陷的形状，使得所述外周可以变长而不使界面面积增大至大于普通圆形衬垫电极的面积(即，不降低发光元件的光密度)，可以分散电流并且可以降低所述侧面部分的电流密度。结果，可以保持与普通发光元件相同的光密度，同时可以防止透光电极的劣化。此外，防止透光电极的劣化，从而可以抑制Vf升高。
当所述形式为具有凸起和凹陷的形状时，可以使用具有如在第二发明中的形成为从基部突出的线型形状的分支部的结构，或者具有如在第三发明中的形成为以交叉形式从基部突出的线型形状的分支部的结构。此外，当分支部还具有如在第四发明中的分支线型形状时，所述外周变得更长，使得电流可以更加分散。
此外，如在第五发明中所述，由于衬垫电极的分支部被绝缘保护膜所覆盖，因此反射膜可以设置在衬垫电极的分支部的上部。
此外，如在第六发明中所述，ITO可以用作透光电极。
附图说明
图1是第一实施方案的倒装芯片型发光元件的平面图。
图2是第一实施方案的倒装芯片型发光元件的截面图。
图3是图2中部分B的放大图。
图4是示出本发明的另一衬垫电极形式的图。
图5是示出本发明的又一衬垫电极形式的图。
图6是示出本发明的再一衬垫电极形式的图。
具体实施方式
现在将参考附图说明本发明的具体实施方案，但是，本发明并不限于该实施方案。
(第一实施方案)
图1是示出第一实施方案的倒装芯片型发光元件结构的平面图。图2是沿图2中的线A-A’截取的截面图。图3是图2中部分B的放大图。
倒装芯片型发光元件主要包括通过缓冲层(图中未示出)在蓝宝石衬底10上形成的III氮化物半导体层(n层11、有源层12、p层13)和与其连接的电极(n型接触电极14、透光电极15、衬垫电极16)。
III族氮化物半导体层具有依次层叠n层11、有源层12和p层13的结构。n层具有依次层叠由掺杂高浓度Si的GaN构成的n型接触层和由GaN构成的n覆盖层的结构。p层13具有依次层叠由掺杂Mg的AlGaN构成的p覆盖层和由掺杂Mg的GaN构成的p接触层的结构。有源层具有重复层叠由GaN构成的势垒层和由InGaN构成的阱层的MQW结构。
部分蚀刻有源层12和p层13并且使n层11的n型接触层呈梳齿状暴露。在暴露的n层11上，形成n型接触电极14。
在p层13的上表面的整个表面上形成由ITO制成的透光电极15。在透光电极15上形成以预定间隔布置在平面上的20个衬垫电极16。透光电极15的厚度是300nm。透光电极15的面积是倒装芯片型发光元件的面积的约58％。衬垫电极16具有Ni/Au/Al的三层结构并且它的厚度包括40nm的Ni、100nm的Au和10nm的Al。由于Ni具有与ITO的良好接触特性，因此使用Ni。
平面形式的衬垫电极16具有以交叉形式从中心圆形部分16a(本发明的基部)突出的四个分支16b(本发明的分支部)。相邻的衬垫电极16通过分支16b而相互连接，并且衬垫电极16沿着平面形式的p层13呈梳齿状整体连接在一起。此外，用于将衬垫电极16连接在一起的分支16b在分支16b的中心部分处进一步分支从而具有两个分支16c。衬垫电极的中心圆形部分16a的直径为28μm。分支16b和16c的宽度为5μm。全部衬垫电极16的面积为倒装芯片型发光元件的面积的约8％。
利用由SiO2制成的绝缘保护膜17来覆盖除n型接触电极14和衬垫电极16的中心圆形部分16a的表面之外的III族氮化物半导体层(n层11、有源层12、p层13)。在绝缘保护膜17中，形成由Al制成的反射膜18。反射膜18用于增大反射系数并改善光提取效率。可以使用高反射性金属例如Ag和Al作为反射膜18。
在倒装芯片型发光元件中，在衬垫电极16和n接触电极14上形成作为重复两次形成的具有Ti/Ni的多层膜的势垒层19。在势垒层19上，形成由Au-Sn制成的结电极20。倒装芯片型发光元件通过结电极20连接至引线板。
当第一实施方案的倒装芯片型发光元件运行时，电流从结电极20供应到衬垫电极16、透光电极15和p层13。当电流从衬垫电极16供应到透光电极15时，电流没有分散到衬垫电极16的平面方向上的整个部分以供应到透光电极15，而是集中供应到作为衬垫电极16的外周部分的侧面部分16d并从衬垫电极16和透光电极15的界面的轮廓处供应到透光电极15。在此，衬垫电极16具有四个分支16b和两个分支16c。因此，由于分支16b和16c的突出，作为衬垫电极16的外周部分的侧面部分16d比仅具有相同面积的圆形衬垫电极的外周更长。因此，虽然衬垫电极16的面积与使用普通圆形衬垫电极16的情况下的面积相同，但是所述外周比普通圆形衬垫电极的外周更长。因此，供应到透光电极15的电流可以分散并且可以减少侧面部分16d的电流密度。即，保持了与使用圆形衬垫电极的情况下相同的光密度，同时通过分散电流可抑制透光电极15的劣化。此外，由于可防止透光电极15的劣化，因此可抑制Vf的升高。
此外，衬垫电极16的中心部分16a的表面没有被绝缘保护膜17覆盖，但是，衬垫电极16的分支16b和16c的表面被绝缘保护膜17覆盖。因此在第一实施方案的倒装芯片型发光元件中，可以在衬垫电极16的分支16b和16c的上部中设置反射膜18。即，可使反射膜18的面积大于仅使用圆形衬垫电极的情况下的面积。
如上所述，第一实施方案的倒装芯片型发光元件是这样的倒装芯片型发光元件，其中保持与具有圆形衬垫电极的普通倒装芯片型发光元件相同的光密度，同时抑制透光电极的劣化。
在上述实施方案中，平面形式的衬垫电极具有以交叉形式从圆形中心部分突出的分支。但是，本发明不限于这种形式，可以使用具有从基部连续地配置为凹凸形状的分支的任意形式。此外，衬垫电极分别通过分支彼此连接，但是，衬垫电极无需连接在一起。例如，如图4所示，每一个衬垫电极26可具有如下形式：衬垫电极26具有从中心部分26a突出的四个分支26b，各个衬垫电极26是独立的，并且衬垫电极26没有通过分支26b连接在一起。此外，如图5所示，衬垫电极36可以具有如下形式：八个分支36b从中心部分36a沿径向突出，并且各个衬垫电极36是独立的。此外，如图6所示，衬垫电极36可以具有如下形式：衬垫电极36通过分支36b彼此连接并且还具有在连接分支36b的中心处分支的分支36c。
此外，在上述实施方案中，ITO用作透光电极，但是可以使用ZnO等。
此外，上述实施方案的倒装芯片型发光元件具有蓝宝石衬底作为生长衬底。但是，可以通过激光剥离法移除生长衬底。在通过移除生长衬底而暴露出的III族氮化物半导体层中，可以通过具有凸起和凹陷等的形状来改善光提取效率。
本发明可用于发光器件等。

Claims (6)

1.一种倒装芯片型发光元件，包括：
由n层、p层和在所述n层和所述p层之间形成的有源层构成的III族氮化物半导体层，所述n层呈梳齿状暴露；
在所述n层上设置的n型接触电极；
在所述p层上设置的透光电极；
在所述透光电极上设置的多个衬垫电极；
绝缘保护膜，所述绝缘保护膜覆盖除了所述衬垫电极的一部分和所述n型接触电极之外的所述III族氮化物半导体层的表面；和
反射膜，所述反射膜设置在所述透光电极上方和在所述绝缘保护膜中，以将从所述有源层发射的光反射到所述n层的侧面，
其中所述衬垫电极具有基部和分支部，所述基部没有被所述绝缘保护膜覆盖，而所述分支部形成为具有凹陷和凸起的形状并从所述基部延伸以及被所述绝缘保护膜所覆盖。
2.根据权利要求1所述的倒装芯片型发光元件，其中所述分支部形成为从所述基部突出的线型形状。
3.根据权利要求1所述的倒装芯片型发光元件，其中所述分支部形成为以交叉形式从所述基部突出的线型形状。
4.根据权利要求2所述的倒装芯片型发光元件，其中所述分支部具有相对于所述线型形状的分支线型形状。
5.根据权利要求1所述的倒装芯片型发光元件，其中所述分支部在所述反射膜的下部中延伸。
6.根据权利要求1所述的倒装芯片型发光元件，其中所述透光电极由ITO构成。
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