CN102738343A

CN102738343A - 发光元件

Info

Publication number: CN102738343A
Application number: CN2012100746925A
Authority: CN
Inventors: 杉森畅尚
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-03-20
Also published as: TW201242119A; KR20120111960A; JP5549629B2; KR101220130B1; CN102738343B; TWI456809B; JP2012209475A

Abstract

在半导体发光功能层的一个面上形成2个电极的结构的发光元件中，得到高发光效率，并且在面内得到均匀的发光强度。在发光元件(10)中，(1)n侧触点开口(第1开口部)(42)和p侧触点开口(第2开口部)(41)分别沿着与矩形中对置的2边(上边、下边)平行延伸的2条直线形成，(2)在这2条直线之间，形成多个沿与这2条直线垂直的方向延伸的透明电极(30)之间的空隙(透明电极开口部(31))，由此，进行电流的均匀化而不增加遮光面积，实现了发光的均匀化。

Description

发光元件

技术领域

本发明涉及将半导体作为构成材料进行发光的发光元件的结构。

背景技术

半导体的发光二极管(LED)用于各种目的。例如，与现有的白炽灯泡和荧光灯相比，使用发光二极管的照明设备的消耗功率低且发热性低，所以，期待将来用其代替白炽灯泡和荧光灯。这里，LED中的p型半导体层和n型半导体层通常通过外延生长和离子注入等而形成。因此，pn结面与半导体晶片的表面平行形成，与p侧连接的电极和与n侧连接的电极被分配给该半导体层的上表面和下表面。通过在这些电极间流过pn结的顺向电流，能够使该发光元件发光。此时，电极一般由遮挡该光的金属构成，所以，难以从形成电极之处取出光。并且，当该电流在发光元件内不均匀时，无法得到均匀的发光。

图14示出解决这种课题的发光元件的具体结构的剖面图。在该发光元件90中进行发光的半导体发光功能层91采用在下侧具有p型半导体层92、在上侧具有n型半导体层93的双层结构。在半导体发光功能层91的下表面(p型半导体层92的下表面)整体形成有由金属构成的p侧电极94，在半导体发光功能层91的上表面(n型半导体层93的上表面)的一部分形成有由金属构成的n侧电极95。进而，在上表面整体以覆盖n侧电极95的方式形成有透明电极96。作为透明电极96的材料，例如有ITO(Indium-Tin-Oxide)或ZnO(Zinc-Oxide)等，这些材料是导电性的，同时相对于该发光元件90发出的光是透明的。相对于透明电极96，p侧电极94和n侧电极95的电阻低，但是不透明。

在该结构中，对p侧电极94与n侧电极95之间施加用于使该发光元件90进行动作(发光)的电压。此时，p侧电极94形成在下表面整面，n侧电极95与形成在上表面整面的透明电极96连接。p型半导体层92的下表面整面由p侧电极94覆盖，所以电位相同。并且，由于存在透明电极96，n型半导体层93的上表面整体中的电位也大致相同，所以，半导体发光功能层91中的电流在其上下方向(pn结方向)大致相同地流动。因此，在面内得到均匀的发光。

此时，在图14中的上侧发出的光在半导体发光功能层91的左端部由n侧电极95遮挡，但是，在大部分区域中，未被遮挡而透过过透明电极96。因此，如图14中的点划线箭头所示，能够取出均匀的发光。这里，透明电极96的电阻一般比n侧电极95和p侧电极94的电阻高。因此，无法忽略图14的结构中的透明电极96的电阻，仅在表面设置透明电极96，难以使其正下方的电位均匀。在图14的结构的情况下，通过利用p侧电极94覆盖下表面整面，使电流分布均匀，能够得到均匀的发光。

这样，使用透明电极作为与一个极连接的电极，并且在半导体发光功能层中的透明电极的相反侧的整面设置与另一个极连接的电极，由此，能够使半导体发光功能层中流动的电流相同，能够得到进行均匀发光的发光元件。

但是，例如在使用GaN系的半导体(氮化物半导体)的情况下，为了得到优质的晶体，一般采用在绝缘性的衬底上外延生长n型半导体层、在该n型半导体层上外延生长p型半导体层的结构。在这种情况下，只要不去除衬底，则难以如实现图14的结构那样分别在半导体发光功能层的不同侧设置p侧电极和n侧电极的结构。

因此，在使用氮化物半导体的情况下，通常，多数情况下从半导体发光功能层中的同一主面侧取出p侧电极和n侧电极。在这种情况下，难以使用如图14中的p侧电极94那样覆盖半导体发光功能层的一个主面整面的电阻低的电极。该情况下，在面积大的发光二极管中，特别难以得到均匀的发光。进而，一般地，在氮化物半导体中，与n型半导体层相比，p型半导体层的电阻高，所以，还产生由于p型半导体层的电阻而引起的不均匀。

为了改善这点，对p型半导体层、透明电极、p侧电极、n侧电极的结构、p侧电极与透明电极之间的连接部分的结构进行研究，由此，提出了在大面积中也能够得到均匀发光的结构。

在专利文献1所记载的技术中，在矩形形状的发光二极管中，在矩形的对置的顶部分别设置n侧电极和p侧电极。在p侧电极上形成有沿着以形成有n侧电极的一侧的顶部为中心的大致圆周的2条延伸部，在该延伸部的正下方与透明电极连接。并且，透明电极不是图14所示的平面状，而是以二维排列的方式设置多个孔部的网格状。并且，在p型半导体层中也设置与透明电极的孔部对应的凹部。根据该结构，在面方向上使流过pn结的电流均匀化，能够得到均匀的发光。

并且，在专利文献2所记载的技术中，为了实现同样的目的，记载了如下结构：在半导体发光功能层的一个主面上，使用多个从n侧焊盘电极延伸的线状的n侧电极和从p侧焊盘电极延伸的线状的p侧电极。这里，在发光元件的一个侧面侧配置n侧焊盘电极，在另一个侧面侧配置p侧焊盘电极，并且，n侧电极和p侧电极被配置成交替平行的梳子形的形状。在该结构中，在平行邻接的n侧电极与p侧电极之间同样流过电流，所以，能够在发光元件的整面得到均匀的发光。

专利文献1：日本特开2005-39264号公报

专利文献2：日本特开2005-328080号公报

在专利文献1所记载的技术中，使用网格状的透明电极。如上所述，透明电极的电阻高，所以，该网格状的部位中的电阻更高。因此，产生由此引起的局部电流的不均匀。并且，由此，容易产生局部的发热、发光二极管中的顺向下降电压VF的局部变动等。在p型半导体层设置凹部的情况下，该倾向更加显著。即，在专利文献1所记载的结构中，也由于电流不均匀而引起的发光不均匀的消除不充分。

在专利文献2所记载的技术中，设置多条相对于光为不透明的p侧电极和n侧电极，所以，发光效率大幅降低。并且，电流仅集中在被p侧电极和n侧电极夹着的狭窄的区域中，所以，局部进行观察时，产生由于发光不均匀或电流集中而引起的发热问题。

即，在半导体发光功能层的一个面上形成有2个电极的结构的发光元件中，难以得到高发光效率，并且难以在面内得到均匀的发光强度。在发光面积大的情况下，这种问题特别显著。

发明内容

本发明是鉴于这种问题而完成的，其目的在于，提供解决上述问题的发明。

为了解决上述课题，本发明采用以下所示的结构。

本发明的发光元件使用在具有第1导电类型的第1半导体层上形成具有第2导电类型的第2半导体层而成的半导体发光功能层，该第2导电类型是与所述第1导电类型相反的导电类型，在所述半导体发光功能层中的形成有所述第2半导体层的一侧的主面上具有：与所述第2半导体层直接接触的透明电极、形成于该透明电极上的绝缘层、形成于该绝缘层上且在设于前記绝缘层中的第1开口部中与所述第1半导体层直接接触的第1电极层、以及形成于所述绝缘层上且在设于所述绝缘层中的第2开口部中与所述透明电极直接接触的第2电极层，该发光元件俯视观察为大致矩形形状，该发光元件的特征在于，所述第1开口部和所述第2开口部具有分别沿着与所述大致矩形形状的对置的2边平行延伸的2条直线形成的部分，在所述透明电极中，在所述2条直线之间形成有在与所述2条直线垂直的方向上延伸的多个透明电极开口部。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1电极层和所述第2电极层分别具有：分别与所述2条直线平行延伸的呈线状形态的线状部、以及宽度比该线状部宽的焊盘部。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述2边是沿着所述大致矩形形状的长度方向的2边，所述第1开口部和所述第2开口部分别形成于所述2边侧的端部侧。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1开口部和所述第2开口部中的一方形成于被所述2边夹着的中央部，所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方形成于所述2边侧的两端部侧。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1电极层中的焊盘部和所述第2电极层中的焊盘部形成于所述第1开口部和所述第2开口部中的一方延伸的线上。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1电极层中的焊盘部和所述第2电极层中的焊盘部分别形成于所述第1开口部和所述第2开口部中的一方延伸的线上的与所述2边垂直的2边侧的两端部侧，所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方在与所述第1电极层和所述第2电极层的一方中的设有所述焊盘部的一侧对置的边侧，具有沿着该对置的边侧的弯曲部，其中，所述第1电极层和所述第2电极层的一方与所述第1开口部和所述第2开口部中的一方直接连接。

本发明的发光元件的特征在于，所述第1开口部和所述第2开口部中的一方的前端部与所述弯曲部的前端部之间的距离，与从设有所述弯曲部的所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方中的沿着与所述大致矩形形状的对置的2边平行延伸的2条直线形成的部分到所述第1开口部和所述第2开口部的中的一方的间隔大致相等。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1半导体层通过外延生长而形成于衬底上。

本发明的发光元件的特征在于，在所述线状部延伸的一个方向的延长线上的所述衬底上，隔着所述衬底上的局部地去除半导体层后的元件分离区域形成有二极管，所述第1电极层和所述第2电极层跨越所述元件分离区域而在形成有所述二极管的区域上延伸，使用所述半导体发光功能层形成的发光二极管和所述二极管以顺向变为反向的方式并联连接。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述焊盘部在形成有所述二极管的区域上形成。

在本发明的发光元件中，其特征在于，所述第1半导体层由n型氮化物半导体构成，所述第2半导体层由p型氮化物半导体构成。

本发明如上所述构成，所以，在半导体发光功能层的一个面上形成2个电极的结构的发光元件中，得到高发光效率，并且在面内得到均匀的发光强度。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的发光元件的从上表面侧观察的俯视图。

图2是本发明的第1实施方式的发光元件的A-A方向(a)、B-B方向(b)、C-C方向(c)、D-D方向(d)中的剖面图。

图3是示出本发明的第1实施方式的发光元件中的n型GaN层(a)、p型GaN层(b)、透明电极(c)、绝缘层(d)、电极(e)的结构的俯视图。

图4是示意地示出本发明的第1实施方式的发光元件中的电流路径的图。

图5是示意地示出未设置透明电极开口部的发光元件中的电流路径的图。

图6是本发明的第1实施方式的发光元件的变形例的从上表面侧观察的俯视图。

图7是本发明的第2实施方式的发光元件的从上表面侧观察的俯视图。

图8是本发明的第2实施方式的发光元件的E-E方向(a)、F-F方向(b)、G-G方向(c)、H-H方向(d)、I-I方向(e)中的剖面图。

图9是示出本发明的第2实施方式的发光元件中的n型GaN层(a)、p型GaN层(b)、透明电极(c)、绝缘层(d)、电极(e)的结构的俯视图。

图10是示意地示出本发明的第2实施方式的发光元件中的电流路径的图。

图11是示出本发明的第3实施方式的发光元件的电路结构的图。

图12是本发明的第3实施方式的从发光元件的上表面侧观察的俯视图。

图13是本发明的第3实施方式的发光元件的J-J方向(a)、K-K方向(b)、L-L方向(c)中的剖面图。

图14是现有的发光元件的一例的剖面图。

标号说明

10、90、110、210：发光元件；11：衬底；20、91：半导体发光功能层；21：n型GaN层(第1半导体层)；22：p型GaN层(第2半导体层)；23：MQW层(发光层)；30、96：透明电极；31：透明电极开口部；40：绝缘层；41：p侧触点开口(第2开口部)；42：n侧触点开口(第1开口部)；43：保护二极管第1触点开口部；44：保护二极管第2触点开口部；51、94：p侧电极(第2电极层)；52、95：n侧电极(第1电极层)；60：凹陷区域；92：p型半导体层；93：n型半导体层；220：发光二极管；230：保护二极管(二极管)；300：元件分离区域；411：上部p侧触点开口部(p侧触点开口)；412：上部p侧触点开口部上边部；413：上部p侧触点开口部弯曲部(弯曲部)；416：下部p侧触点开口部(p侧触点开口)；417：下部触点开口部下边部；418：下部p侧触点开口部弯曲部(弯曲部)；511：p侧电极线状部(线状部)；512、516：p侧焊盘区域(焊盘部)；513：p侧电极上边线状部(线状部)；514：p侧电极左边线状部；515：p侧电极下边线状部(线状部)；521：n侧电极线状部(线状部)；522：n侧焊盘区域(焊盘部)。

具体实施方式

下面，说明本发明的实施方式的发光元件。在该发光元件中，p侧电极(阳极)和n侧电极(阴极)均形成在半导体发光功能层中的一个主面侧。并且，半导体发光功能层中的发光面呈矩形形状。

(第1实施方式)

图1是第1实施方式的发光元件10的从上表面侧观察的俯视图。并且，该俯视图中的A-A方向、B-B方向、C-C方向、D-D方向的剖面图分别为图2(a)～(d)。进而，分别从上表面(一个主面：主要取出发光的一侧)观察该结构中的n型GaN层(第1半导体层)21、p型GaN层22、透明电极30、绝缘层40、电极(p侧电极51、n侧电极52)的俯视图为图3(a)～(e)。在俯视观察时，在图1中，该发光元件10为左右方向长的矩形形状。

在该发光元件10中进行发光的半导体发光功能层20形成在衬底11上，具有由n型GaN层(第1半导体层、以下简称为n型层)21、MQW(Multi Quantum Well)层23、p型GaN层(第2半导体层、以下简称为p型层)22构成的层叠结构。该结构中的主要发光层是MQW层23。并且，作为衬底11，例如可以使用蓝宝石、SiC、Si等、能够使n型GaN层21在该衬底11上异质外延生长的材料。

这里，如图3(a)所示，衬底11上的n型层21形成在图1的结构的整面上。衬底11也同样。

在沿着图1、图2(c)、图3(b)中的上边侧的凹陷区域60中，局部地去除p型层22。MQW层23也同样。因此，在凹陷区域60中，在半导体发光功能层20的上表面侧露出n型层21。另外，如上所述，n型层21在整面上形成，但是，在凹陷区域60中，n型层21也成为局部被蚀刻而挖下的形态。另外，如图2(c)所示，其截面形状为锥形形状。

在p型层22的表面(一个主面)的大部分分割形成有7个透明电极30。透明电极30之间的空隙(透明电极开口部31)比各个透明电极30的宽度小。并且，如图3(c)所示，在凹陷区域60中不形成透明电极30。根据该结构，透明电极30与p型层22电连接。

在形成有该透明电极30的半导体发光功能层20上形成绝缘层40。在绝缘层40中，如图3(d)所示，p侧触点开口(第2开口部)41沿着图1、图3(d)中的下边侧，按照各个透明电极30的每一个形成在7个部位。根据该结构，在由绝缘层40覆盖的表面，在p侧触点开口41中露出透明电极30。n侧触点开口(第1开口部)42在图3(b)中的凹陷区域60中沿着上边形成。因此，在由绝缘层40覆盖的表面，在n侧触点开口42中露出n型层21。另外，绝缘层40呈覆盖由凹陷区域60和透明电极30的形状而产生的段差部的形态。

如图1、图3(e)所示，p侧电极(第2电极层)51具有p侧电极线状部(线状部)511，该p侧电极线状部511沿着下边以包含全部p侧触点开口(第2开口部)41的方式线状形成在绝缘层40上。并且，在p侧电极51中，在左端部的区域中形成有宽度朝向上侧变宽的p侧焊盘区域(焊盘部)512。根据该结构，p侧电极51经由绝缘层40中的p侧触点开口41而与透明电极30连接，间接地与p型层22连接。

如图1、图3(e)所示，n侧电极(第1电极层)52具有n侧电极线状部(线状部)521，该n侧电极线状部521沿着上边以包含n侧触点开口(第1开口部)42的方式线状形成在绝缘层40上。并且，在n侧电极52中，在右端部形成有宽度朝向下侧变宽的n侧焊盘区域(焊盘部)522。根据该结构，n侧电极52经由绝缘层40中的n侧触点开口42而与n型层21直接连接。

另外，由于存在绝缘层40，p侧电极51与n型层21、n侧电极52与p型层22等之间被电绝缘。

这里，在使用Si作为衬底11的材料的情况下，特别是在使用硅的单晶衬底的情况下，可以掺杂杂质而具有高导电性，也可以不掺杂而具有高电阻率。适当设定其面方位，使得在该衬底上能够异质外延生长优质的半导体发光功能层20(n型层21、MQW层23、p型层22)。

n型层21、MQW层23、p型层22能够通过MBE(Molecular Beam Epitaxy)法或MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法在衬底11上外延生长。在n型层21内适当掺杂成为施主的杂质，在p型层22内适当掺杂成为受主的杂质。n型层21的厚度例如可以设为5.0μm左右，p型层22的厚度例如可以设为0.2μm左右。并且，MQW层23例如具有层叠了多个厚度为几nm～几10nm的InGaN、GaN薄膜的结构，InGaN、GaN的各层与n型层21、p型层22同样通过外延生长而形成。为了针对该半导体发光功能层20形成凹陷区域60，在凹陷区域60以外的区域形成光致抗蚀膜，将其作为掩模进行干蚀刻等。通过调整此时的光致抗蚀膜的形状和干蚀刻等的条件，能够调整凹陷区域60的截面的锥形形状(角度)。

作为能够与p型层22欧姆接触、且相对于半导体发光功能层20发出的光为透明的材料，透明电极30例如由ITO(Indium-Tin-Oxide)或ZnO(Zinc-Oxide)等构成。另外，为了提高与p型GaN层22之间的欧姆性和密合性等，可以在它们之间插入薄到光充分透过的程度的钛(Ti)层或镍(Ni)层。透明电极30的构图可以使用以下任意一种方法：在整面对上述透明电极材料进行成膜，在期望的部位形成光致抗蚀膜等掩模后进行蚀刻，去除期望部位以外的透明电极材料(蚀刻法)；在期望部位以外形成光致抗蚀膜等掩模后，在整面对上述透明电极材料进行成膜，然后通过去除掩模来去除期望部位以外的透明电极材料(剥离法)。另外，构成透明电极30的材料要求高的光透过率，所以，其导电率比构成p侧电极51和n侧电极52的材料的导电率低。因此，透明电极30的电阻一般比p侧电极51和n侧电极52的电阻高。

绝缘层40由具有充分的绝缘性、且相对于该发光元件10(半导体发光功能层20)发出的光为透明的材料构成，例如由氧化硅(SiO₂)构成。关于其形成，通过使用例如CVD(Chemical Vapor Deposition)法等，能够在由于透明电极开口部31和凹陷区域60而产生的段差部，也以覆盖性良好的方式形成该绝缘层40。p侧触点开口41和n侧触点开口42能够通过所述蚀刻法形成。或者，调整半导体发光功能层20中的凹陷区域60的截面的锥形角度，使得利用绝缘层40充分覆盖该截面。

p侧电极51由金(Au)等导电性高的金属形成。n侧电极52由与n型GaN层21进行欧姆接触的材料构成。能够与透明电极30的构图同样地进行p侧电极51和n侧电极52的构图。构成p侧电极51和n侧电极52的材料不要求高的光透过率。因此，能够使它们的导电率比构成透明电极30的透明电极材料的导电率高，能够忽略p侧电极51和n侧电极52中的电阻(或者由于它们而引起的电压下降)。另一方面，半导体发光功能层20发出的光不透过过p侧电极51和n侧电极52。另外，p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522形成为分别比p侧电极线状部511和n侧电极线状部521粗，以便能够分别针对p侧电极51和n侧电极52进行线键合。

根据上述结构，如果在半导体发光功能层20中对p侧电极51与n侧电极52之间施加成为顺向的电压，则能够使半导体发光功能层20发光。这里，主要的发光层是与图1、图3(b)中示出的p型层22相同形状的MQW层23。因此，有助于发光的区域是图3(b)中的凹陷区域60以外的区域。从凹陷区域60以外的区域发出的光主要朝向设有透明电极30等的上表面侧发出。此时，透明电极30和绝缘层40相对于该光为透明的，但是，p侧电极51和n侧电极52相对于该光不是透明的，所以，在p侧电极51和n侧电极52存在的部位，该光被遮挡。与此相对，在图1的结构中，使p侧电极51和n侧电极52的大部分(p侧电极线状部511和n侧电极线状部521)为左右方向细长的形态，从而减小被遮光的面积。并且，特别地，通过在发光区域的上下边配置p侧电极线状部511和n侧电极线状部521，能够减少基于p侧电极51和n侧电极52的遮光的影响。

下面，说明在该发光元件10得到均匀发光的理由。这里，发光的不均匀性是由于透明电极30和p型层22的电阻高而引起的，所以，在它们长的方向中的不均匀性特别成为问题。在图1的结构中，该方向是左右方向。因此，下面对图1中的特别是左右方向中的均匀性进行说明。

为了提高该发光元件10的发光的均匀性，要求由p侧电极51和n侧电极52遮光的部位以外的部位中的发光强度均匀。该发光强度主要由图1、图3(b)中的面内各点的MQW层23、或者p型层22与n型层21之间流过的电流决定。即，在该各点中，需要使p型层22与n型层21之间流过的电流均匀化。此时，特别地，p型层22和透明电极30的电阻以及它们中的电压下降的影响无法忽略，所以，该电流分布大大依赖于p侧电极51、n侧电极52、透明电极30等的形状。

从n型层21向n侧电极52注入电流的部位是n侧触点开口42的正下方。并且，从p侧电极51向p型层22注入电流的部位是透明电极30整体的正下方，但是，透明电极30的电阻高，所以，其中电流密度最高的部位是p侧触点开口41的正下方。因此，主要的电流路径是从p侧触点开口41到n侧触点开口42之间。

在上述结构中，难以从透明电极30之间的空隙(透明电极开口部31)向p型层22注入电流，所以，在透明电极30之间的空隙的正下方，在p型层22中也难以流过电流。因此，在p侧触点开口41/n侧触点开口42之间流过的电流的方向受到限制，在透明电极30的正下方的区域中，电流容易主要沿着透明电极30流动。图4示意地示出该电流路径。该电流路径从左侧起，如D1～D7所示，按照每个透明电极30从下侧(p侧触点开口41)朝向上侧(n侧触点开口42)流动。

在上述结构中，电流路径D1～D7的长度是p侧触点开口41与n侧触点开口42之间的距离，p侧触点开口41与n侧触点开口42平行，所以是相同的。并且，在与D1～D7对应的区域中，仅在左右端部(D1、D7)的区域中分别设置p侧焊盘区域512、n侧焊盘区域522，仅这点不同，但是，透明电极30的更下层的结构相同。因此，D1～D7中的电流分布也相同。即，能够得到左右方向中的均匀的发光。

在专利文献2所记载的技术中，交替并联设置多个p侧电极和n侧电极，从而使发光在面内均匀化。但是，p侧电极和n侧电极相对于发光是不透明的，所以，根据该结构，发光效率低下。与此相对，在该发光元件10中，透明电极30或它们之间的空隙并联设置多个。由此，来自其下部的发光不会被遮挡。发光被大幅遮挡的部位是图1中左下方的p侧焊盘区域512和右上方的n侧焊盘区域522所在的部位，但是，p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522是键合所需要的最低限度的区域，而与结构无关。

并且，与图4同样，图5示出不将透明电极30分割成7个而使7个透明电极30一体化的结构(比较例)时的电流分布。该情况下，在中央部存在沿倾斜方向流动的电流成分，与此相对，在左右端部附近沿倾斜方向流动的电流成分减少。因此，成为中央部电流大、左右端部的区域中电流小的分布，发光强度分布也同样。

与此相对，在上述发光元件10中，(1)n侧触点开口(第1开口部)42和p侧触点开口(第2开口部)41分别沿着与矩形中对置的2边(上边、下边)平行延伸的2条直线形成，(2)在这2条直线之间，形成多个沿与这2条直线垂直的方向延伸的透明电极30之间的空隙(透明电极开口部31)，由此，实现图4的电流分布。

因此，在上述结构中，进行电流的均匀化而不增加遮光面积，实现了发光的均匀化。

另外，在上述例子中，作为遮光区域的p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522分别形成在左下方和右上方。但是，只要p侧电极51和n侧电极52中的电阻能够忽略，则与p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522的位置无关，能够得到p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522以外的区域中的发光的均匀化效果。例如，如图6所示，也可以将p侧焊盘区域512设置在中央部的稍微靠左的下侧，将n侧焊盘区域522设置在中央部的稍微靠右侧的上侧。这样，能够根据发光元件的使用方式等，适当设定p侧焊盘区域512和n侧焊盘区域522。

(第2实施方式)

图7是第2实施方式的发光元件110的从上表面侧观察的俯视图。并且，该俯视图中的E-E方向、F-F方向、G-G方向、H-H方向、I-I方向的剖面图分别为图8(a)～(e)。进而，分别从上表面(一个主面：主要取出发光的一侧)观察该结构中的n型层21、p型层22、透明电极30、绝缘层40、电极(p侧电极51、n侧电极52)的俯视图为图9(a)～(e)。在俯视观察时，该发光元件110呈图7所示的大致正方形(1边L)。

与所述同样，在该发光元件110中进行发光的半导体发光功能层20形成在衬底11上，具有由n型层21、MQW层23、p型层22构成的层叠结构。

这里，如图9(a)所示，衬底11上的n型层(第1半导体层)21成为在图7的结构的整面形成的一边长度为L的正方形。

在图7、图8(c)、图9(b)中的凹陷区域60中局部去除p型层(第2半导体层)22。这里，凹陷区域60形成在上下方向的中央部。

在p型层22的表面(一个主面)的大部分形成有透明电极30。在透明电极30中，如图7、图9(c)所示，以等间隔的方式形成上下6条将图中上下方向作为长度方向的透明电极开口部31。在透明电极开口部31中，p型层22局部露出。并且，如图9(c)所示，不形成在凹陷区域60中。根据该结构，透明电极30与p型层22电连接，而不与n型层21连接。

在形成有该透明电极30的半导体发光功能层20上形成绝缘层40。在绝缘层40中，如图9(d)所示，形成有p侧触点开口(第2开口部)41和n侧触点开口(第2开口部)42。

p侧触点开口(第2开口部)41被分割成上部p侧触点开口部411和下部p侧触点开口部416。上部p侧触点开口部411呈在图中左上方顶点弯曲的形状，由上部p侧触点开口部上边部412和上部p侧触点开口部弯曲部(弯曲部)413构成。下部p侧触点开口部416呈与其上下对称的结构，由下部触点开口部下边部417和下部p侧触点开口部弯曲部(弯曲部)418构成。在绝缘层40中的p侧触点开口41中露出透明电极30。

另一方面，n侧触点开口42形成在图9(b)中的凹陷区域60中。因此，在绝缘层40中的n侧触点开口42中露出n型层21。另外，绝缘层40呈覆盖由凹陷区域60和透明电极30的形状而产生的段差部的形态。

如图7、图9(e)所示，p侧电极51形成于在左边和上下边中包含p侧触点开口41的区域上。并且，p侧电极51由p侧电极上边线状部(线状部)513、p侧电极左边线状部514、p侧电极下边线状部(线状部)515、在左边中央部的区域中朝向右侧变粗的p侧焊盘区域(焊盘部)516构成。根据该结构，p侧电极51经由绝缘层40中的2个部位的p侧触点开口41(上部p侧触点开口部411、下部p侧触点开口部416)与透明电极30连接，间接地与p型层22连接。并且，根据该结构，上部p侧触点开口部411和下部p侧触点开口部416中的透明电极30在单一的连续的p侧电极51连接，作为遮光部的p侧焊盘区域516仅在必要最低限度的1个部位进行设置。设有p侧焊盘区域516的部位为上下方向的中央部，以便维持发光元件110中的上下方向的对称性。

如图7、图9(e)所示，n侧电极52具有n侧电极线状部(线状部)521，该n侧电极线状部521在上下方向的中央部从左侧朝向右侧在包含n侧触点开口42的区域上延伸。并且，在n侧电极52中，在右侧端部形成有朝向上下侧变宽的n侧焊盘区域(焊盘部)522。根据该结构，n侧电极52经由绝缘层40中的n侧触点开口42而与n型层21直接连接。另外，在上下方向的中央部的左端存在有所述p侧焊盘区域516，所以，n侧触点开口42和n侧电极52向左侧延伸到未到达p侧焊盘区域516的位置。即，n侧触点开口42未到达p侧焊盘区域516。

在上述结构中，如图9(b)所示，有助于发光的区域是凹陷区域60以外的区域。凹陷区域60是位于图9(b)所示的上下方向中央部的细长区域，所以，在发光元件110整体的面积中所占的比例小。即，在该发光元件110中，能够增大有助于发光的面积。

并且，遮挡该光的区域是图9(e)所示的p侧电极51和n侧电极52。其中，p侧电极51中的p侧电极上边线状部(线状部)513、p侧电极左边线状部514、p侧电极下边线状部(线状部)515是沿着上边、左边、下边的细长区域，它们对遮光的影响小。n侧电极52中的n侧电极线状部(线状部)521是与无助于发光的凹陷区域60大致相等的区域。因此，遮光的影响最大的区域是p侧焊盘区域516和n侧焊盘区域522。但是，它们是实施线键合所需要的最小限度的区域。

在上述结构中，分别沿着上下边线状设置上部p侧触点开口部上边部412和下部触点开口部下边部417，在夹在它们之间的中央部，以与它们平行的方式线状设置n侧触点开口42。根据该结构，在1边为L的正方形的发光元件110中，将图7中的上下方向中的p侧触点开口41(上部p侧触点开口部上边部412、下部触点开口部下边部417)与n侧触点开口42的间隔减小为大约L/2。

即，在该发光元件110中，在被上下2边夹着的中央部形成n侧触点开口(第1开口部)42，在这些2边侧的两端部侧形成p侧触点开口(第2开口部)，由此，与采用与第1实施方式相同的结构的情况相比，它们之间的电流路径的长度大约为1/2。由此，能够使该方向中的电流分布均匀化。

进而，在图7中的上半部分和下半部分的区域中的透明电极30中，分别形成6条透明电极开口部31。该透明电极开口部31与第1实施方式中的透明电极30之间的空隙相等。

因此，可以考虑在图7中的各个上半部分和下半部分中，在最左侧的透明电极开口部31的右侧分别形成第1实施方式的发光元件10。即，能够在图7中的各个上半部分和下半部分中的大部分区域中得到均匀的发光。

并且，在n侧触点开口(第1开口部)42延伸的线上的两端部侧形成n侧焊盘区域522和p侧焊盘区域516，实现从n侧触点开口观察为上下对称的结构。因此，上半部分和下半部分中的发光也对称。因此，在图7中的最左侧的透明电极开口部31的右侧，在无助于发光的凹陷区域60和遮光区域(p侧电极51所在的区域和n侧焊盘区域522所在的区域)以外的面内，能够得到均匀的发光。

但是，与第1实施方式的发光元件10大大不同之处在于，由于存在p侧焊盘区域516，n侧触点开口42未到达左端部。因此，图7中的最左侧的透明电极开口部31的左侧区域与第1实施方式的发光元件10不同。

考虑以上方面，图10利用箭头示出电流从p侧触点开口41流到n侧触点开口42的路径。如上所述，上半部分中的最左侧的透明电极开口部31的右侧的电流路径与第1实施方式相同，成为D11～D16。在下半部分中，以朝向和它们上下逆转的形态成为D17～D22。与第1实施方式同样，D11～D16、D17～D22中的电流分布分别相同。并且，该发光元件110具有从n侧触点开口42观察为上下对称的结构，结果，沿着电流路径D11～D22的电流分布也对称。因此，在最左侧的透明电极开口部31的右侧，在面内得到均匀的发光。

另一方面，在最左侧的透明电极开口部31的左侧区域中的上半部分中，支配性的电流路径为D31，同样地，在下半部分中，支配性的电流路径为D32。它们均是从p侧触点开口41到n侧触点开口42的最短距离的路径。D31从上部p侧触点开口部弯曲部413的前端部(下端部)到n侧触点开口42的左端部，D32从下部p侧触点开口部弯曲部418的前端部(上端部)到n侧触点开口42的左端部。D31、D32的电流路径的方向与D11等不同，成为从图10中的上下方向倾斜的角度。

在上述发光元件10中，设D31、D32的路径长度与D11等相等，成为L/2。即，使n侧触点开口42的前端部到弯曲部(上部p侧触点开口部弯曲部413、下部p侧触点开口部弯曲部418)的前端部的距离和上部p侧触点开口部上边部412与n侧触点开口42的间隔、下部触点开口部下边部417与n侧触点开口42的间隔相等。通过在p侧触点开口41(上部p侧触点开口部411、下部p侧触点开口部416)中设置弯曲部(上部p侧触点开口部弯曲部413、下部p侧触点开口部弯曲部418)，能够实现该结构。或者，在D31、D32的路径长度不与D11等严格相等的情况下，通过在p侧触点开口41设置这种弯曲部，也能够使D31、D32的路径长度接近D11等。

根据该结构，能够使图10中的最左侧的透明电极开口部31的左侧区域中的发光强度与其右侧区域中的发光强度相同。由此，能够使无助于发光的凹陷区域60、由p侧电极41、n侧电极42遮光的狭窄区域以外的整面中的发光元件10的发光强度在面内均匀。

即，该发光元件110的发光效率高，并且发光强度中的面内均匀性高。

另外，在上述结构中，可知，即使使n侧触点开口和n侧电极等与p侧触点开口和p侧电极等逆转，也能够发挥同样的效果。即，即使在上下方向的中央部设置p侧触点开口等，沿着上下边、左边设置凹陷区域、n侧触点开口等，也是同样的。即，如果在被上下边夹着的中央部形成第1开口部和第2开口部中的一方，在上下边侧的两端部侧形成第1开口部和第2开口部中的另一方，也能够发挥同样的效果。

并且，在第1、第2实施方式中，可知，半导体发光功能层不形成在衬底上，也能够发挥上述效果。并且，在使用衬底的情况下，也可以在衬底与半导体发光功能层之间插入用于提高半导体发光功能层的结晶性的缓冲层。只要在半导体发光功能层的同一主面侧形成2个电极，衬底和缓冲层可以是绝缘性的，也可以是导电性的。

(第3实施方式)

第3实施方式的发光元件210具有如下结构：在衬底上利用单片连接具有与第1实施方式的发光元件10类似的结构的发光二极管和保护二极管(二极管)。图11是该结构的发光元件210的电路图。这里，发光二极管220和保护二极管230反向连接。该情况下，在对发光二极管220施加过大的电压的情况下，保护二极管230通过齐纳效应而成为导通状态，使电流旁通，由此，保护发光二极管220。

图12是与图1同样地示出该发光元件210的结构的俯视图。并且，图13(a)～(c)分别是该发光元件210中的保护二极管部周边的J-J方向、K-K方向、L-L方向的剖面图。这里，发光二极管220中的半导体发光功能层20利用与第1、第2实施方式相同的材料形成在衬底上。并且，构成保护二极管230的材料也利用同样的材料形成在同一衬底上。它们形成在同一衬底11上。

图12中的X所示的区域是具有与第1实施方式的发光元件10类似的结构的区域。在该结构中，p侧焊盘区域511在第1实施方式中位于左侧，与此相对，这里配置在右侧，仅这点不同。因此，这里省略其详细说明。

另一方面，图12中的Y所示的区域是形成有保护二极管230的区域。该保护二极管利用与发光二极管220中的发光功能层20相同的结构，所以，能够在同一衬底11上形成发光二极管220和保护二极管230。即，在衬底11上依次形成n型层21、MQW层23、p型层22，对它们进行构图，由此，在图12中的X所示的区域中形成发光二极管220，在Y所示的区域中形成保护二极管230。在它们之间的区域(元件分离区域300)中，利用蚀刻来去除p型层22、MQW层23、n型层21，由此，能够使发光二极管220和保护二极管230电分离。然后，连接p侧电极51和n侧电极52以构成图11的电路，由此得到发光元件210。

如图12、图13所示，绝缘层40跨越元件分离区域300而形成在包含区域Y的发光元件210的整面。此时，成为如下形态：在元件分离区域300中，对p型层22、MQW层23、n型层21进行蚀刻后的槽的侧面由绝缘层40覆盖，并且，利用绝缘层40埋入该槽。并且，下侧的p侧电极51和上侧的n侧电极52跨越元件分离区域300而延伸到区域Y。

如图12中的J-J方向的剖面图即图13(a)所示，在区域Y中，p侧电极51在绝缘层40中的保护二极管第1触点开口部43中与n型层21连接。由此，p侧电极51与区域Y中的n型层21连接。并且，n侧电极52在绝缘层40中的保护二极管第2触点开口部44中与透明电极30连接。由此，n侧电极52与区域Y中的p型层22间接地连接。

通过区域Y中的n型层21、MQW层23、p型层22形成保护二极管230。因此，根据上述结构，实现图11的电路结构。即，根据该结构，在区域X中由半导体发光功能层20构成的发光二极管与在区域Y中形成的保护二极管以顺向变为反向的方式并联连接。

在该发光元件210中，在右侧形成具有与第1实施方式的发光元件10相同的结构的发光二极管220，所以，得到发光强度的高均匀性。另一方面，保护二极管230形成在同一衬底11上，所以，难以由于电涌等而破损，得到高可靠性。并且，同时得到发光二极管220和保护二极管230，所以，能够实现该发光元件210的低成本化。

另外，在上述结构中，将p侧焊盘区域511和n侧焊盘区域521配置在区域X中的右侧，但是，设置它们的场所是任意的。例如，如果在区域Y中形成它们，则在区域X中遮光面积减小，所以，得到高发光效率。相反，如果将p侧焊盘区域511和n侧焊盘区域521配置在区域X中，则能够增大保护二极管230的面积，所以，能够进一步提高针对电涌等的耐受性。

并且，在上述例子中，使用Si衬底，在区域X、Y中使用由n型层21、MQW层23、p型层22构成的同一层叠结构，但是，例如通过仅在区域Y中实施离子注入等，也能够使这些层的特性在区域X、Y中不同。由此，能够得到作为保护二极管230的更加良好的特性。

并且，在上述结构中，作为半导体发光功能层20，记载了在衬底11上形成作为第1半导体层的n型GaN层21、作为发光层的MQW层23、作为第2半导体层的p型GaN层22的例子。但是，可知，在不使用MQW层23的情况下，还作为单纯使用pn结的发光二极管(LED)进行动作。或者，作为发光层，也可以使用上述结构的MQW层以外的结构的层。并且，可以利用GaN以外的材料构成半导体发光功能层。该情况下，可以根据发光波长来设定半导体材料。

并且，在上述例子中，在衬底11侧形成n型半导体层(第1半导体层)，在该n型半导体层上形成p型半导体层(第2半导体层)，但是，可知，在上侧的半导体层中的导电率低的情况下，即使它们的导电类型相反，也能够发挥同样的效果。即，如果构成为第1半导体层与第2半导体层的导电类型相反、与这些半导体层连接的2个电极形成在半导体发光功能层的一个主面侧，则上述结构是有效的。

并且，在外延生长中，首先，最初在衬底上形成导电性高的n型层，在该n型层上形成导电性低的p型层和透明电极，在该结构中，可知上述结构特别有效。这种结构在以上述GaN为首的氮化物半导体中特别显著，所以，上述结构在使用该材料的发光元件中特别有效。并且，可知，在使用由Si以外的材料构成的衬底的情况下，也发挥同样效果。

并且，在上述例子中，设半导体发光功能层等的端部和元件分离区域中的槽的截面为锥形形状，成为隔着绝缘层利用n侧电极和p侧电极覆盖它们的形态。但是，在这些部位中，如果是通过绝缘层确保n侧电极、p侧电极与p型层、n型层之间的绝缘性的情况，则不需要为锥形形状。

并且，在上述例子中，设发光元件为矩形形状，但是，只要能够发挥上述效果，则不需要为严格的矩形形状。

Claims

1.一种发光元件，其使用在具有第1导电类型的第1半导体层上形成具有第2导电类型的第2半导体层而成的半导体发光功能层，其中，该第2导电类型是与所述第1导电类型相反的导电类型，在所述半导体发光功能层中的形成有所述第2半导体层的一侧的主面上具有：与所述第2半导体层直接接触的透明电极、形成于该透明电极上的绝缘层、形成于该绝缘层上且在设于前記绝缘层中的第1开口部中与所述第1半导体层直接接触的第1电极层、以及形成于所述绝缘层上且在设于所述绝缘层中的第2开口部中与所述透明电极直接接触的第2电极层，该发光元件俯视观察为大致矩形形状，该发光元件的特征在于，

所述第1开口部和所述第2开口部具有分别沿着与所述大致矩形形状的对置的2边平行延伸的2条直线形成的部分，在所述透明电极中，在所述2条直线之间形成有在与所述2条直线垂直的方向上延伸的多个透明电极开口部。

2.根据权利要求1所述的发光元件，其特征在于，

所述第1电极层和所述第2电极层分别具有：分别与所述2条直线平行延伸的呈线状形态的线状部、以及宽度比该线状部宽的焊盘部。

3.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，

所述2边是沿着所述大致矩形形状的长度方向的2边，所述第1开口部和所述第2开口部分别形成于所述2边侧的端部侧。

4.根据权利要求2所述的发光元件，其特征在于，

所述第1开口部和所述第2开口部中的一方形成于被所述2边夹着的中央部，所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方形成于所述2边侧的两端部侧。

5.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，

所述第1电极层中的焊盘部和所述第2电极层中的焊盘部形成于所述第1开口部和所述第2开口部中的一方延伸的线上。

6.根据权利要求4所述的发光元件，其特征在于，

所述第1电极层中的焊盘部和所述第2电极层中的焊盘部分别形成于所述第1开口部和所述第2开口部中的一方延伸的线上的与所述2边垂直的2边侧的两端部侧，

所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方在与所述第1电极层和所述第2电极层的一方中的设有所述焊盘部的一侧对置的边侧，具有沿着该对置的边侧的弯曲部，其中，所述第1电极层和所述第2电极层的一方与所述第1开口部和所述第2开口部中的一方直接连接。

7.根据权利要求6所述的发光元件，其特征在于，

所述第1开口部和所述第2开口部中的一方的前端部与所述弯曲部的前端部之间的距离，与从设有所述弯曲部的所述第1开口部和所述第2开口部中的另一方中的沿着与所述大致矩形形状的对置的2边平行延伸的2条直线形成的部分到所述第1开口部和所述第2开口部的中的一方的间隔大致相等。

8.根据权利要求2～7中的任意一项所述的发光元件，其特征在于，

所述第1半导体层通过外延生长而形成于衬底上。

9.根据权利要求8所述的发光元件，其特征在于，

在所述线状部延伸的一个方向的延长线上的所述衬底上，隔着所述衬底上的局部地去除半导体层后的元件分离区域形成有二极管，

所述第1电极层和所述第2电极层跨越所述元件分离区域而在形成有所述二极管的区域上延伸，使用所述半导体发光功能层形成的发光二极管和所述二极管以顺向变为反向的方式并联连接。

10.根据权利要求9所述的发光元件，其特征在于，

所述焊盘部在形成有所述二极管的区域上形成。

11.根据权利要求1～10中的任意一项所述的发光元件，其特征在于，

所述第1半导体层由n型氮化物半导体构成，所述第2半导体层由p型氮化物半导体构成。