CN102024891A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光元件。一种发光元件包括：半导体叠层结构，该半导体叠层结构包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；设置在半导体叠层结构上的绝缘层；第一布线，第一布线包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至第一半导体层，第一垂直导电部分在垂直方向上在绝缘层、发光层和第二半导体层内延伸，以及第一平面导电部分在平面方向上在绝缘层内延伸；以及第二布线，第二布线包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至第二半导体层，第二垂直导电部分在垂直方向上在绝缘层内延伸并且第二平面导电部分在平面方向上在绝缘层内延伸。

Description

发光元件
本申请基于2009年9月18日提交的第2009-217231号日本专利申请，通过参考将其全部内容结合于此。
技术领域
本发明涉及倒焊芯片型发光元件。
背景技术
已知传统半导体发光元件，其设置有形成在半导体层上的扩散电极，在其一部分上具有开口并用于涂覆扩散电极的表面的钝化膜，以及在其上表面上具有助焊层(solder layer)的键合电极(bonding electrode)，并且其中，在扩散电极的表面上在钝化膜的开口底部处形成直径大于开口并且具有比扩散电极的表面更平坦的表面的缓冲电极，并且键合电极与缓冲电极连接(例如，JP-A-2008-288548)。
在JP-A-2008-288548中描述的半导体发光元件中，在扩散电极的表面上形成缓冲电极，在缓冲电极之上的钝化膜上形成小于缓冲电极的开口，并且缓冲电极的表面是平坦的，从而，可以确保缓冲电极和钝化膜之间的粘着，并且可以阻止从缓冲电极和钝化膜之间的界面在横向上蚀刻的进行。
发明内容
然而，由于作为欧姆电极的p-电极和n-电极通过在p-电极和n-电极之上直接提供的通孔电连接至键合电极，用于布置键合电极的自由度的改进在JP-A-2008-288548中描述的半导体发光元件中受到限制。具体地，当以复杂方式或者复杂形状布置p-电极和n-电极时，键合电极的布置很可能也复杂。
因此，本发明的一个目标在于提供一种发光元件，其使得即使欧姆电极的布置和形状复杂，也允许设计键合电极的布置和形状的高度自由。
(1)根据本发明的一个实施例，一种发光元件包括：
半导体叠层结构，包括氮化合物半导体，半导体叠层结构包括第一导电类型的第一半导体层、发光层、以及不同于第一导电类型的第二导电类型的第二半导体层；
绝缘层，设置在半导体叠层结构上；
第一布线，包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至第一半导体层，第一垂直导电部分在垂直方向上于绝缘层、发光层以及第二半导体层内延伸，以及第一平面导电部分在平面方向上于绝缘层内延伸；以及
第二布线，包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至第二半导体层，第二垂直导电部分在垂直方向上于绝缘层内延伸，以及第二平面导电部分在平面方向上于绝缘层内延伸。
在本发明的以上实施例(1)中，可以进行以下修改和改变。
(i)发光元件进一步包括：
第一键合电极，设置在绝缘层上并且电连接至第一布线；以及
第二键合电极，设置在绝缘层上并且电连接至第二布线。
(ii)用于反射从发光层发出的光的反射层被包括在绝缘层内。
(iii)第一和第二平面导电部分设置在同一平面上。
(iv)第一和第二平面导电部分设置在不同平面上。
(v)第一和第二键合电极设置在同一平面上。
(vi)发光元件进一步包括：
第一欧姆电极，与第一半导体层欧姆接触；
透明导电层，与第二半导体层欧姆接触；以及
第二欧姆电极，与透明导电层欧姆接触，
其中，第一布线电连接至第一欧姆电极；以及
第二布线电连接至第二欧姆电极。
(vii)构成第一欧姆电极的材料与构成第二欧姆电极的材料相同。
(viii)构成第一布线的材料与构成第二布线的材料相同。
(ix)第一和第二键合电极中的每个在平面图中均具有凹口。
发明点
根据本发明的一个实施例，构建了一种发光元件，使得与化合物半导体(即，p-电极和n-电极)欧姆接触的电极在发光元件的厚度方向上通过下部绝缘层与用于给电极提供电流的布线(即，p-侧布线和n-侧布线)分离，其中，下部绝缘层与透明导电层接触。结果，能够在半导体层上独立地提供多个p-侧电极和多个n-侧电极，并且p-侧电极可以通过位于每个p-侧电极之上的通孔由p-侧布线相互电连接，并且多个n-侧电极可以通过位于每个n-侧电极之上的通孔电连接。从而，能够自由地设计p-侧键合电极和n-侧键合电极的形状和布置，而不管p-电极和n-电极的形状和布置如何。
附图说明
接下来，将结合附图更详细地描述本发明，其中：
图1A是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的平面图；
图1B是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的垂直横截面图；
图1C是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的垂直横截面图；
图2A是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图；
图2B是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图；
图2C是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图；
图3是示出在本发明的第二实施例中的发光元件的平面图；
图4是示出在本发明的第三实施例中的发光元件的平面图；
图5是示出p-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图；
图6是示出n-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图；
图7是示出电流强度和外量子效率之间的关系的视图；
图8A是示出发光元件1的发光状态的视图；
图8B是示出改进1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件1的p-电极和n-电极的数量；
图8C是示出改进1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件2的p-电极和n-电极的数量；
图9A是示出关于到发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图；
图9B是示出关于到发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图；
图10A是示出关于到改进1的发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图；
图10B是示出关于到改进1的发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图；
图11A是示出关于到改进2的发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图；以及
图11B是示出关于到改进2的发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图。
具体实施方式
第一实施例
图1A示意性地示出了本发明的第一实施例中的发光元件的上表面，以及图1B和图1C示出了本发明的第一实施例中的发光元件的示意性垂直横截面图。具体地，图1B示出了沿着图1A的线A-A的发光元件的垂直示意性横截面图，以及图1C示出了沿着图1A的B-B的发光元件的垂直示意性横截面图。
发光元件1的结构
如图1B和图1C所示，本发明的第一实施例中的发光元件1具有半导体叠层结构，包括例如具有C-平面(0001)的蓝宝石(sapphire)基板10、设置在蓝宝石基板10上的缓冲层20、设置在缓冲层20上的n-侧接触层22、设置在n-侧接触层22上的n-侧包覆层(cladding layer)24、设置在n-侧包覆层24上的发光层25、设置在发光层25上的p-侧包覆层26、以及设置在p-侧包覆层26上的p-侧接触层28。
此外，发光元件1设置有设置在p-侧接触层28上的透明导电层30和设置在透明导电层30上的一部分区域中的多个p-电极40。此外，发光元件1设置有通过多个通孔暴露的设置在n-侧接触层22上的多个n-电极42(其中，从p-侧接触层28至n-侧接触层22的至少一个表面形成多个通孔)、设置在通孔的内表面上和透明导电层30上的下部绝缘层50、以及设置在下部绝缘层50内的反射层60。反射层60设置在除p-电极40和n-电极42之上的部分之外的部分中。
而且，与透明导电层30接触的下部绝缘层50具有在每个p-电极40上在垂直方向上延伸的通孔50a和在每个n-电极42之上在垂直方向上延伸的通孔50b。此外，在发光元件1中的下部绝缘层50上设置p-布线70和n-布线72。p-布线70具有在下部绝缘层50上在平面方向上延伸的第二平面导电部分700以及通过通孔50a电连接至每个p-电极40的多个第二垂直导电部分702。同时，n-布线72具有在下部绝缘层50上在平面方向上延伸的第一平面导电部分720以及通过下部绝缘层50中的通孔50b和半导体叠层结构中的通孔电连接至每个n-电极42的多个第一垂直导电部分722。而且，发光元件1设置有设置在下部绝缘层50上的上部绝缘层80、通过设置在上部绝缘层80中的p-侧开口80a电连接至p-布线70的p-侧键合电极90、以及通过设置在上部绝缘层80中的n-侧开口80b电连接至n-布线72的n-侧键合电极92，其中，下部绝缘层50与p-布线70、n-布线72和透明导电层30接触。
在本实施例中，p-布线70的第二平面导电部分700和n-布线72的第一平面导电部分720均形成在与透明导电层30接触的下部绝缘层50的表面上，从而设置在同一平面上。同时，在本实施例中，p-侧键合电极90和n-侧键合电极92形成在上绝缘层80的表面上，从而设置在同一平面上。
半导体叠层结构
在此，缓冲层20、n-侧接触层22、n-侧包覆层24、发光层25、p-侧包覆层26以及p-侧接触层28均由III族氮化合物半导体形成。对于III族氮化合物半导体，可以使用例如由AlxGayIn1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，以及0≤x+y≤1)表示的四元III族氮化合物半导体。
在本实施例中，缓冲层20由AlN形成。n-侧接触层22和n-侧包覆层24均由掺杂有各自预定量n-型杂质(例如，Si)的n-GaN形成。同时，发光层25具有包括多个阱层和多个阻挡层的多量子阱结构。发光层25由例如GaN、InGaN或AlGaN等形成。此外，p-侧包覆层26和p-侧接触层28均由掺杂有预定量p-型杂质(例如，Mg)的p-GaN形成。
透明导电层30、p-电极40和n-电极42
透明导电层30由导电氧化物形成。透明导电层30可以由例如ITO(氧化铟锡，Indium Tin Oxide)形成。同时，构成p-电极40的材料与构成n-电极42的材料相同。注意，当p-电极40和n-电极42由多层形成时，每层都具有相同的层结构。p-电极40和n-电极42由金属材料形成，包括例如Ni或Cr、以及Au和Al。具体地，当n-侧接触层22由n-型GaN形成时，n-电极42可以从包括作为接触层的Ni层的n-侧接触层22侧形成，或者可以从包括作为接触层的Cr层的n-侧接触层22侧形成。同时，具体地，当透明导电层30由氧化物半导体形成时，p-电极40可以从包括作为接触层的Ni层的透明导电层30侧形成，或者可以从包括作为接触层的Cr层的透明导电层30形成。具体地，p-电极40和n-电极42可以分别从透明导电层30侧以及从n-侧接触层22侧形成，包括Ni层、Au层、以及Al层。
此外，在本实施例中，多个p-电极40规则地布置在透明导电层30上。同样地，多个n-电极42规则地布置在一平面上，该平面在发光元件1的厚度方向上与其上设置有多个p-电极40的平面不同(例如，在n-侧接触层22的暴露表面上)。具体地，如图1A中的虚线所示，当将发光元件1的一侧确定为第一轴并且假设垂直于上述一侧的一侧作为第二轴时，多个p-电极40沿着第一和第二轴间隔布置。在本实施例中，多个p-电极40布置在对应于具有预定型格(lattice)间隔的型格的型格点的位置处。同时，多个n-电极42间隔布置在平面图中不与各个p-电极40重叠的位置处。在本实施例中，多个n-电极42中的每个均位于作为由平面图中布置在四个角处的四个p-电极40限定的最小正方形的正方形的面中心位置(即，正方形的两条对角线的交叉处)。换句话说，p-电极40和n-电极42布置在关于第一轴和第二轴的变换位置处。
p-电极40和n-电极42在平面图中均可以为大致环形或多边形(即，三角形、四角形、五角形和六角形等)并且在平面图中的每个p-电极40和每个n-电极42的尺寸均可以根据平面图中的每个电极的布置和发光区域面积(以下称为“发光面积”)与发光元件1的总面积的比率的改进来确定。当平面图中p-电极40和n-电极42具有例如大致环形形状时，p-电极40和n-电极42可以具有不小于5μm且不大于50μm的直径。特别地，为了改进发光面积与发光元件1的总面积的比率的目的，n-电极42可以具有不小于5μm且不大于30μm的直径，并且可以具有不小于5μm且不大于20μm的直径，以进一步增加发光面积。
下部绝缘层50和反射层60
形成下部绝缘层50，其包括反射从发光层25发出的光的反射层60。下部绝缘层50主要由例如作为绝缘材料的二氧化硅(SiO2)形成。同时，反射层60由金属(例如，Al)材料形成，其反射从发光层25发出的光。
p-侧布线70和n-侧布线72
p-侧布线(以下称为p-布线)70和n-侧布线(以下称为n-布线)72中的每个都可以形成为主要包括Ti、Au和Al。p-布线70和n-布线72中的每个均可以形成为包括例如从与下部绝缘层50接触的一侧按顺序形成的Ti层、Au层和Al层。
此外，如图1A所示，当从顶部观察发光元件1时，p-布线70具有在发光元件1的外围附近并沿其设置的外围部分70a。p-布线70进一步具有从外围部分70a的一侧朝向其相对侧延伸的多个p-侧细线部分70b。多个p-侧细线部分70b在纵向上具有基本相同的长度而不与上述相对侧接触，并且在宽度方向上以基本等间隔布置。
同时，当从顶部观察发光元件1时，n-布线72具有在垂直于多个p-侧细线部分70b的方向上延伸并且布置在外围部分70a的上述相对侧附近的外围部分70a内的侧部72a，并且多个n-侧细线部分72b从侧部72a朝向上述一侧延伸。多个n-侧细线部分72b均布置在外围部分70a和p-侧细线部分70b之间或者在平面图中与最邻近的外围部分70a的距离和与最邻近的p-侧细线部分70b的距离基本相等的位置处的两个p-侧细线部分70b之间。从而，在平面图中，多个p-侧细线部分70b和多个n-侧细线部分72b交替布置。
然后，如图1B和图1C所示，通过在平面方向上在第二平面导电部分700和第一平面导电部分720之间放置上部绝缘层80来电隔离p-布线70和n-布线72。通过在下部绝缘层50和上部绝缘层80之间(除与化合物半导体层欧姆接触的p-电极40和n-电极42之外)提供p-布线70和n-布线72来分离欧姆电极功能模块(function)和布线功能模块。上部绝缘层80可以由与同透明电极层30接触的下部绝缘层50相同的材料形成，以及上部绝缘层80和下部绝缘层50整体形成绝缘层。
p-侧键合电极90和n-侧键合电极92
P-侧键合电极90和n-侧键合电极92均可以形成为包括例如AuSn的共晶材料。在平面图中，p-侧键合电极90和n-侧键合电极92均形成为大致矩形形状。关于平面图中的p-侧键合电极90和n-侧键合电极92的尺寸，p-侧键合电极90的面积可以大于n-侧键合电极92的面积。在平面图中，p-侧键合电极90和n-侧键合电极92的形状和面积可以根据与用于评价发光元件1的特性的测量器件的探测器和/或用于装配发光元件1的装配基板等接触的方式来适当地改变。
此外，p-侧键合电极90和n-侧键合电极92可以通过例如真空沉积法(例如，电子束沉积法或阻抗加热沉积法等)、溅射法、电镀法或丝网印刷法等形成。可替换地，p-侧键合电极90和n-侧键合电极92可以通过由除AuSn或无铅焊锡(诸如SnAgCu)之外的共晶材料构成的共晶焊锡形成。此外，可以从p-布线70侧和n-布线72侧形成具有阻挡层和焊锡层的p-侧键合电极90和n-侧键合电极92。
具体地，阻挡层可以形成为包括与p-布线70和n-布线72接触的第一阻挡层以及用于阻止构成焊锡层的材料扩散的第二阻挡层。第一阻挡层由具有良好粘合性的材料形成并且与构成p-布线70和n-布线72的材料(例如，主要由Ti形成)欧姆接触。同时，第二阻挡层由能够阻止构成焊锡层的材料扩散至p-布线70侧和n-布线72侧的材料形成，例如，主要由Ni形成。应该注意，构成p-侧键合电极90的材料可以与构成n-侧键合电极92的材料相同。
如上配置的发光元件1是发射具有在蓝光区域中的波长的光的倒焊芯片发光二极管(LED)。当正向电压为约3V并且正向电流为350mA时，发光元件1发射例如峰值波长为约455nm的光。此外，在平面图中，发光元件1形成为大致四边形形状。发光元件1的平面尺寸例如在长度和宽度方向上基本上为1000μm。
从缓冲层20到p-侧接触层28，在蓝宝石基板10上设置的每层均可以通过例如金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法或卤化物气相外延(HVPE)法等形成。由AlN形成的缓冲层20在此作为一个实例示出，然而，缓冲层20可以由GaN形成。同时，透明导电层30可以具有单量子阱结构或者过滤量子阱(strainedquantum-well)结构而代替多量子阱结构。
可替换地，下部绝缘层50和上部绝缘层80可以由金属氧化物(诸如氧化钛(TiO2)、氧化铝(Al2O3)或五氧化二钽)或诸如聚酰亚胺的具有电绝缘性能的树脂材料形成。同时，反射层60可以由Ag或者主要由Al或Ag构成的合金形成。另外，反射层60可以是由多层具有不同折射率的两种材料形成的分布式布拉格反射体(DBR)。
而且，发光元件1可以为发射具有在紫外线、近紫外线或绿光区域内的峰值波长的光的LED，然而，由LED发射的光的峰值波长的区域不限于此。在其他改进中，发光元件1的平面尺寸不限于此。发光元件1的平面尺寸可以被设计为例如长度和宽度为300μm，或者长度和宽度可以彼此不同。可替换地，可以通过使用该结构形成长度和/或宽度为约100μm的紧凑型发光元件1。
此外，在本实施例中，虽然p-布线70的第二平面导电部分700和n-布线72的第一平面导电部分720可以设置在同一平面上，但是，第二平面导电部分700和第一平面导电部分720可以形成在不同平面上。相比于用于提供p-布线70的平面，用于提供n-布线72的平面的高度可以通过例如改变与透明导电层30接触的下部绝缘层50的厚度来增加或减小。结果，在平面图中，第二平面导电部分700和第一平面导电部分720可以被布置为重叠，从而改进设计元件的自由度。而且，平面图中的p-电极40和n-电极42的尺寸不限于上述实例。此外，p-电极40和n-电极42的布置也不限于上述实例。
发光元件1的制造过程
图2A至图2C示出了第一实施例中的发光元件的制造过程的实例。具体地，图2A(a)是在执行用于形成通孔的蚀刻之前的垂直横截面图。图2A(b)是在执行用于形成通孔的蚀刻之后的垂直横截面图。此外，图2A(c)是示出形成p-电极和n-电极的状态的垂直横截面图。应该注意，图2A至图2C是发光元件的制造过程的示例，示出了沿着图1A的C-C的截面部分。
首先，制备蓝宝石基板10，并且在蓝宝石基板10上形成包括n-型半导体层、发光层和p-型半导体层的半导体叠层结构。具体地，在蓝宝石基板10上顺序外延生长缓冲层20、n-侧接触层22、n-侧包覆层24、发光层25、p-侧包覆层26以及p-侧接触层28，从而形成外延生长基板(半导体叠层结构形成过程)。随后，在p-侧接触层28的整个表面上形成透明导电层30(图2A(a)，透明导电层形成过程)。在本实施例中，透明导电层30由ITO形成。使用例如真空沉积法来形成透明导电层30。可替换地，可以通过溅射法、CVD法或溶胶-凝胶(sol-gel)法等形成透明导电层30。
接下来，使用照相平版技术在透明导电层30上形成光刻胶掩模。然后，蚀刻透明导电层30以及从p-侧接触层28向下到n-侧接触层22中除其上形成有掩模的部分之外的区域，并且随后，去除掩模(通孔形成过程)。这导致形成具有包括通孔5的透明导电层的基板，其中，通过从透明导电层30向下到n-侧接触层22的表面进行去除来形成通孔5(图2A(b))。可替换地，在通孔形成过程中，可以执行蚀刻，向下到n-侧接触层22的部分，使得其上未形成掩模的部分被完全从n-侧包覆层24至p-侧接触层28去除。
此后，在除用于形成p-电极40和通孔5的区域之外的区域上形成光刻胶掩模200。然后，使用真空沉积法形成p-电极40和n-电极42(图2A(c)，电极形成过程)。在本实施例中，构成p-电极40的材料与构成n-电极42的材料相同。换句话说，在其上未形成掩模200的透明导电层30的表面上以及由通孔5暴露的n-侧接触层22的表面上同时沉积电极材料，从而形成由相同材料形成的p-电极40和n-电极42。在形成p-电极40和n-电极42之后，可以在预定大气压下在预定温度执行热处理一段预定时间，以保证透明导电层30和p-电极40之间以及n-侧接触层22和n-电极42之间的欧姆接触和粘着。可替换地，构成p-电极40的材料可以不同于构成n-电极42的材料。在此情况下，不同时而是独立地形成p-电极40和n-电极42。
图2B(a)是在形成第一绝缘层和反射层之后的垂直横截面图。同时，图2B(b)是在形成第二绝缘层之后的垂直横截面图。此外，图2B(c)是形成通孔之后的垂直横截面图。
首先，形成覆盖p-电极40和n-电极42的第一绝缘层52。通过真空沉积法形成第一绝缘层52(第一绝缘层形成过程)。然后，通过使用真空沉积法和照相平版技术在第一绝缘层52上除p-电极40和n-电极42之上的部分之外的预定区域中形成反射层60(图2B(a)，反射层形成过程)。
接下来，通过使用真空沉积法在反射层60上和第一绝缘层52的未形成反射层60的部分上形成第二绝缘层54(图2B(b)，第二绝缘层形成过程)。结果，反射层60覆盖有第二绝缘层54。这样，本实施例的下部绝缘层50由第一绝缘层52和第二绝缘层54组成。
接下来，使用照相平版技术和蚀刻技术去除下部绝缘层50在p-电极40之上的至少一部分以及下部绝缘层50在n-电极42之上的一部分。在此，在n-电极42之上形成通孔50b，使得下部绝缘层50保持在n-侧包覆层24、发光层25、p-侧包覆层26、p-侧接触层28以及透明导电层30的侧表面上。这导致形成包含通孔的基板，该基板包括p-电极40之上的通孔50a和n电极42之上的通孔50b(图2B(c)，通孔形成过程)。
图2C(a)是形成p-布线和n-布线之后的垂直横截面图。同时，图2C(b)是形成上部绝缘层之后的垂直横截面图。此外，图2C(c)是形成p-侧和n-侧键合电极之后的垂直横截面图。
随后，通过使用真空沉积法和照相平版技术，同时形成具有填充在p-电极40之上的通孔50a内的第二垂直导电部分702和具有设置在与透明导电层30接触的下部绝缘层50表面的一部分上的第二平面导电部分700的p-布线70，以及具有填充在n-电极42之上的通孔50b内的第一垂直导电部分722和具有第一平面导电部分720的n-布线72，其中，第一平面导电部分720设置在与透明导电层30接触的下部绝缘层50表面的一部分上以及在与设置有p-布线70的区域不同的区域中(图2C(a)，布线形成过程)。p-布线70和n-布线72可以由各自不同材料形成，并且在此情况下，不同时而是独立地形成p-布线70和n-布线72。
接下来，通过真空沉积法形成覆盖p-布线70和n-布线72(特别是覆盖第一平面导电部分720和第二平面导电部分700)的上部绝缘层80(图2C(b)，上部绝缘层形成过程)。上部绝缘层80可以由与例如SiO2的透明导电层30接触的下部绝缘层50相同的绝缘材料形成。接下来，在上部绝缘层80的表面上设置光刻胶掩模，然后，形成具有使p-布线70的表面的一部分暴露的通孔80a和使n-布线72的表面的一部分暴露的通孔80b的上部绝缘层80。然后，通过照相平版技术和真空沉积法同时形成通过使第二平面导电部分700的表面的一部分暴露的通孔80a电连接至p-布线70的p-侧键合电极90和通过使第一平面导电部分720的表面的一部分暴露的通孔80b电连接至n-布线72的n-侧键合电极92(图2C(c)，键合电极形成过程)。p-侧键合电极90和n-侧键合电极92可以由各自不同材料形成，并且在此情况下，不同时而是独立地形成p-侧键合电极90和n-侧键合电极92。
在键合电极形成处理中，可以通过最初在使第二平面导电部分700的表面的一部分暴露的通孔80a中和在使第一平面导电部分720的表面的一部分暴露的通孔80b中同时形成阻挡层(阻挡层形成处理)并且随后在所形成的阻挡层上形成焊锡层(焊锡层形成处理)来形成p-侧键合电极90和n-侧键合电极92。可替换地，不同时而是独立地形成p-侧键合电极90和n-侧键合电极92。从而，制造出图2C(c)中所示的发光元件1。
可替换地，均可以通过溅射法形成n-电极42和p-电极40。此外，可以通过化学气相沉积(CVD)法形成与透明导电层30接触的下部绝缘层50和上部绝缘层80。然后，通过在陶瓷等基板上的预定位置处进行倒焊键合来装配通过上述过程形成的发光元件1，其中，基板具有在其上预先形成的导电材料的布线图案。然后，可以通过用诸如环氧树脂或玻璃整体密封装配在基板上的发光元件1，将发光元件1封装为发光器件。
第一实施例的效果
本实施例的发光元件1可以形成为，使得通过与透明导电层30接触的下部绝缘层50在发光元件1的厚度方向上使与化合物半导体(即，p-电极40和n-电极42)欧姆接触的电极与用于将电流提供给电极的布线(即，p-布线70和n-布线72)分离。结果，可以独立地在半导体层上提供多个p-电极40和多个n-电极42，以及p-电极40可以通过位于每个p-电极40之上的通孔50a由p-布线70相互电连接，以及多个n-电极42可以通过位于每个n-电极42之上的通孔50b电连接。从而，根据本实施例的发光元件1，可以自由地设计p-侧键合电极90和n-侧键合电极92的形状和布置，而不管p-电极40和n-电极42的形状和布置如何。
在本实施例的发光元件1中，例如，可以精密地形成n-电极42的形状，并且多个n-电极42可以分散布置在n-侧接触层22的表面上，从而可以通过抑制正向电压的增加来均衡电流分散到发光层25，并且在平面图中，发光元件1的发光面积可以为发光元件1的总面积的70％或更多。
而且，在本实施例的发光元件1中，可以使平面图中从多个n-电极42到各自最邻近的p-电极40的距离统一。结果，可以从p-电极40和n-电极42的面积和p-电极40和n-电极42之间的线性距离精确地预测发光元件1的光强度和正向电压，从而可以根据发光元件1的使用环境适当地设计电极。
第二实施例
图3示意性地示出在本发明的第二实施例中的发光元件的上表面。
除p-侧键合电极90和n-侧键合电极92的形状不同之外，第二实施例的发光元件2具有与第一实施例的发光元件1基本相同的结构和功能。从而，除了不同之处之外，将省略详细描述。
形成包括在第二实施例中的发光元件2的p-侧键合电极90，以具有平面图中的p-侧凹口92a，并且形成n-侧键合电极92，以具有平面图中的n-侧凹口92a。p-侧键合电极90具有例如在纵向上交替布置的多个p-侧凹口90a，从而形成为盘旋形状。类似地，n-侧键合电极92具有在纵向上交替布置的多个n-侧凹口90b，从而形成为盘旋形状。在发光元件2中，由于设置有具有p-侧凹口90a的p-侧键合电极90和具有n-侧凹口90b的n-侧键合电极92，当发光元件2装配在预定基板等上时，与p-侧键合电极90和n-侧键合电极的熔化(fusion)相关的气泡可以通过p-侧凹口90a和n-侧凹口90b释放到外部。
第三实施例
图4示意性地示出本发明的第三实施例中的发光元件的上表面。应该注意，为了解释方便，在图4中省略了p-侧和n-侧电极的描述。
除p-电极40和n-电极42的形状不同之外，第三实施例的发光元件3具有与第一实施例的发光元件1基本相同的结构和功能。从而，除了不同之处之外，将省略详细描述。
在第三实施例中，当从顶部观察发光元件3时，p-布线71具有在在发光元件3的外围附近和沿着其设置的外围部分71a。此外，p-布线71具有从外围部分71a的一侧的中心附近朝向其相对侧延伸并且具有发光元件3一侧的四分之一长度的p-侧连接部分71b，在平行于外围部分71a的上述一侧的方向上延伸并且短于上述一侧的中间部分71c，以及具有p-侧连接部分71b的约一半长度并且在垂直于并远离上述一侧的方向上从中间部分71c的两端延伸的p-侧端部71d。
同时，n-布线73包括具有短于外围部分71a的一侧的长度并且设置在外围部分71a和p-侧端部71d之间的侧部73a，在与上述一侧水平的方向上从侧部73a的两端朝向发光元件3的中心延伸的n-侧端部73b，在与上述一侧水平的方向上从侧部73a的中心附近朝向发光元件3的中心延伸的n-侧连接部分73c，以及被设置为连接至n-侧连接部分73c的端部并且具有围绕发光元件3的中心附近的形状的中心部分73d。
以预定间隔在直接在p-布线71之下的透明导电层30上布置多个p-电极40。类似地，以预定间隔在直接在n-布线73之下的n-侧接触层22上布置多个n-电极42。
总辐射通量和正向电压的预测
图5是示出p-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图，以及图6是示出n-电极的面积比率和总辐射通量之间的关系的视图。此外，图7是示出电流强度和外量子效率之间的关系的视图。
对第一实施例中所示的发光元件1测量具有平面图中的多个p-电极40的总面积与发光元件1的总面积的可变比率的发光元件1的总辐射通量(以下称为“p-电极的面积比率”)(见图5)以及具有平面图中的多个n-电极42的总面积与发光元件1的总面积的可变比率的发光元件1的总辐射通量(以下称为“n-电极的面积比率”)(见图6)。
通过参考图5和图6可以了解到，随着p-电极的面积比率和n电极的面积比率的增加，发光元件1的总辐射通量线性地减小。同时，通过参考图7可以了解到，示出外量子效率根据电流强度的二次函数而改变。
这显示出可能基于p-电极的面积比率、n-电极的面积比率、外量子效率、发射波长以及输入电流值精确地预测发光元件1的总辐射通量，并且显示出可以通过调节p-电极的面积比率和/或n-电极的面积比率来获得理想的总辐射通量。此外，发现可以获得具有理想正向电压的发光元件1。换句话说，发现可以根据p-电极40的接触电阻、p-电极40和n-电极42之间的电阻、n-电极42的接触电阻以及p-布线70和n-布线72之间的电阻预测发光元件1的正向电压。
图8A是示出第一实施例中的发光元件1的发光状态的视图，图8B是示出改进1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件1的p-电极和n-电极的数量，以及图8C是示出改进2中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件2的p-电极和n-电极的数量。
图9A是示出关于到发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图，以及图9B是关于到发光元件1的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图。
在将350mA电流注入到发光元件1(以456nm的发射波长)的情况下，光强度被预测为344mW并且正向电压被预测为3.14V。在注入350mA电流的情况下，实际测量结果为，光强度为353.3mW并且正向电压为3.13V，其与预测完全一致。对于其他电流值的预测也与图9A和图9B所示的实际测量完全一致。应该注意，在注入1000mA电流的情况下，该预测与图9B中的实际测量稍微不同，这是注入高电流产生的热量的影响。
图10A是示出关于到改进1的发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图，以及图10B是示出关于到改进1的发光元件1的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图。
在将350mA电流注入改进1的发光元件1(以455.7nm的发射波长)的情况下，光强度被预测为335mW并且正向电压被预测为3.08V。在注入350mA电流的情况下，实际测量的结果为，光强度为344.6mW并且正向电压为3.06V，其与预测完全一致。对其他电流值的预测也与图10A和图10B所示的实际测量完全一致。应该注意，在注入1000mA电流的情况下，该预测与图10B中的实际测量稍微不同，这是注入高电流产生的热量的影响。
图11A是关于改进2的发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图，以及图11B是关于到改进2的发光元件1的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的比较的视图。
在将350mA电流注入改进2的发光元件1(455.4nm的发射波长)的情况下，光强度被预测为352mW并且正向电压被预测为3.29V。在注入350mA电流的情况下，实际测量结果为，光强度为362mW并且正向电压为3.21V，这与预测完全一致。对其他电流值的预测也与图11A和图11B所示的实际测量完全一致。
虽然描述了本发明的实施例，但是根据权利要求的本发明不限于上述实施例。而且，应该注意，不是在实施例中描述的特征的所有组合都必须用于解决本发明的问题。

Claims (15)

1.一种发光元件，包括：
半导体叠层结构，包括氮化合物半导体，所述半导体叠层结构包括第一导电类型的第一半导体层、发光层和第二导电类型的第二半导体层，其中，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；
绝缘层，设置在所述半导体叠层结构上；
第一布线，包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至所述第一半导体层，所述第一垂直导电部分在所述绝缘层、所述发光层和所述第二半导体层内在垂直方向上延伸，以及所述第一平面导电部分在所述绝缘层内在平面方向上延伸；以及
第二布线，包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至所述第二半导体层，所述第二垂直导电部分在所述绝缘层内在垂直方向上延伸，以及所述第二平面导电部分在所述绝缘层内在平面方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的发光元件，进一步包括：
第一键合电极，设置在所述绝缘层上并且电连接至所述第一布线；以及
第二键合电极，设置在所述绝缘层上并且电连接至所述第二布线。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其中，用于反射从所述发光层发射的光的反射层被包括在所述绝缘层内。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述第一和第二平面导电部分设置在同一平面上。
5.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述第一和第二平面导电部分设置在不同平面上。
6.根据权利要求4所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极设置在同一平面上。
7.根据权利要求6所述的发光元件，进一步包括：
第一欧姆电极，与所述第一半导体层欧姆接触；
透明导电层，与所述第二半导体层欧姆接触；以及
第二欧姆电极，与所述透明导电层欧姆接触，
其中，所述第一布线电连接至所述第一欧姆电极；以及
所述第二布线电连接至所述第二欧姆电极。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其中，构成所述第一欧姆电极的材料与构成所述第二欧姆电极的材料相同。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其中，构成所述第一布线的材料与构成所述第二布线的材料相同。
10.根据权利要求9所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极中的每个均在平面图中具有凹口。
11.根据权利要求5所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极设置在同一平面上。
12.根据权利要求11所述的发光元件，还包括：
第一欧姆电极，与所述第一半导体层欧姆接触；
透明导电层，与所述第二半导体层欧姆接触；以及
第二欧姆电极，与所述透明导电层欧姆接触，
其中，所述第一布线电连接至所述第一欧姆电极；以及
所述第二布线电连接至所述第二欧姆电极。
13.根据权利要求12所述的发光元件，其中，构成所述第一欧姆电极的材料与构成所述第二欧姆电极的材料相同。
14.根据权利要求13所述的发光元件，其中，构成所述第一布线的材料与构成所述第二布线的材料相同。
15.根据权利要求14所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极的每个均在平面中具有凹口。
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