CN107221592A - 发光元件 - Google Patents

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Abstract

提供一种确保可靠性且具有较高的光取出效率的发光元件。发光元件具有：半导体层积体、设置在半导体层积体的上表面的一部分的上部电极、设置在半导体层积体的下表面中从上部电极的正下方区域离开的区域的具有光反射性的下部电极、与上部电极的表面和半导体层积体的上表面连续而设置的保护膜，在下部电极的正上方区域设置的保护膜的厚度比与上部电极的表面和设有上部电极的区域的附近区域的半导体层积体的上表面连续而设置的保护膜的厚度薄。

Description

发光元件
技术领域
本发明涉及发光元件。
背景技术
在专利文献1中记载有如下的发光元件，在半导体层积体的上表面侧形成有接合电极，在半导体层积体的下表面侧形成有金属电极，在半导体层积体的表面形成有保护膜。
专利文献1：(日本)特开2014－236070号
在上述的发光元件中，由于在半导体层积体的上表面形成有具有均一厚度的保护膜，故而在保护膜的厚度薄的情况下，会有半导体层积体劣化的可能性。另外，虽然将保护膜的厚度增厚的话能够抑制半导体层积体的劣化，但另一方面，来自半导体层积体的光容易被保护膜吸收，故而光取出效率降低。因此，本发明的目的在于提供抑制了半导体层积体的劣化的具有较高的光取出效率的发光元件。
发明内容
本发明一方面的发光元件具有：半导体层积体；上部电极，其设置在所述半导体层积体的上表面的一部分；下部电极，其具有光反射性，设置在所述半导体层积体的下表面中从所述上部电极的正下方区域离开的区域；保护膜，其与所述上部电极的表面、和所述半导体层积体的上表面连续而设置，在所述下部电极的正上方区域设置的所述保护膜的厚度比与所述上部电极的表面、和设有所述上部电极的区域的附近区域的所述半导体层积体的上表面连续而设置的所述保护膜的厚度薄。
通过形成为以上的构成，能够形成为抑制了半导体层积体的劣化的光取出效率高的发光元件。
附图说明
图1是示意地表示实施方式1的发光元件的构成的俯视图；
图2是示意地表示实施方式1的发光元件的构成的部分剖面图，表示图1的A－A线的截面；
图3是示意地表示实施方式1的发光元件的构成的俯视图；
图4是示意地表示实施方式2的发光元件的构成的部分剖面图，表示图1的A－A线的截面。
标记说明
10：半导体层积体
10n：n侧半导体层
10a：活性层
10p：p侧半导体层
11：上部电极
11a：外部连接部
11b：延伸部
111：第一上部电极
112：第二上部电极
12：下部电极
13：保护膜
14：绝缘部件
15：接合部件
16：基板
100、200：发光元件
具体实施方式
＜实施方式1＞
图1是表示本实施方式的发光元件100的俯视图。图2是用于说明发光元件100的构成的部分剖面图。图3是用于说明在发光元件100配置有设于半导体层积体10的上表面及下表面的部件的区域的俯视图。图4是用于说明实施方式2的发光元件200的构成的部分剖面图。另外，在图3中，阴影线所示的区域表示俯视观察下设有下部电极12的区域，并非表示截面。
发光元件100具有半导体层积体10、在半导体层积体10的上表面的一部分设置的上部电极11、在半导体层积体10的下表面中从上部电极11的正下方区域离开的区域设置的具有光反射性的下部电极12、与上部电极11的表面和半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13。而且，在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度比与上部电极11的表面、和设有上部电极11的区域的附近区域的半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13的厚度薄。
由此，能够抑制半导体层积体的劣化且提高光取出效率。以下，对该方面进行说明。
在发光元件100中，半导体层积体10的上表面主要构成为光取出侧的面。而且，为了抑制半导体层积体10的劣化，半导体层积体10的表面被具有透光性的保护膜13覆盖。但是，通过由保护膜13来吸收来自半导体层积体10的光的一部分，输出降低。特别是，在发光元件100中，在俯视观察下，将上部电极11和下部电极12配置在不同的区域，故而若俯视观察，则具有下部电极12的正上方区域较强发光的倾向。因此，在下部电极12的正上方区域，光的一部分易被保护膜吸收。另一方面，保护膜13中从外部供给电力的开口部及较薄地形成有保护膜13的部分会侵入水分。另外，半导体层积体10的上表面中、设有上部电极11的区域的附近区域(以下也简称为“附近区域”)与其他区域相比，电流密度较高，光密度较高。由这些水分和高光密度而使附近区域的半导体层积体10氧化，由此，具有易劣化的倾向。
因此，在本实施方式中，通过将半导体层积体10的上表面中、在位于下部电极12的正上方的区域设置的保护膜13的厚度减薄，将保护膜13对光的吸收减轻且提高光取出效率。另一方面，将在上部电极11的表面、和附近区域设置的保护膜13的厚度较厚地形成。由此，在具有半导体层积体10容易劣化的倾向的附近区域，能够抑制半导体层积体10的劣化。即，在本实施方式中，能够确保发光元件100的可靠性且提高光取出效率。
以下，参照附图对发光元件100的构成进行说明。
如图2所示，半导体层积体10从发光元件100下侧的配置有基板16的一侧起，具有p侧半导体层10p、活性层10a及n侧半导体层10n。半导体层积体10的俯视形状为一边约2mm的大致正方形。n侧半导体层10n、活性层10a及p侧半导体层10p例如能够使用InXAlYGa1－X－YN(0≤X、0≤Y、X+Y＜1)等氮化物半导体。
也能够将半导体层积体10的n侧半导体层10n的上表面设为粗糙面。通过将上表面设为粗糙面，能够使光取出效率提高。例如，在通过形成多个凸部而形成为粗糙面的情况下，为了适当地提高光取出效果，凸部的高度优选形成为0.2～3.0μm，更优选形成为0.4～1.5μm。
如图2所示，上部电极11设置在半导体层积体10上表面的一部分，与n侧半导体层10n电连接。即，在本实施方式中，上部电极11作为n电极而起作用。
上部电极11具有外部连接部11a、从外部连接部11a延伸的延伸部11b。外部连接部11a为用于与引线等外部部件连接的区域，延伸部11b为用于使供给到外部连接部11a的电流向更大的区域扩散的电极。如图1所示，在半导体层积体10的上表面设有多个外部连接部11a，在各自的外部连接部11a设有延伸部11b。上部电极11例如能够使用Ni、Au、W、Pt、Al、Rh、Ti等金属。
下部电极12设置在半导体层积体10下表面的一部分，与p侧半导体层10p电连接。即，在本实施方式中，下部电极12作为p电极而起作用。在图3中，在左上方的斜线阴影区域设有下部电极12。由图3可理解，下部电极12设置在半导体层积体10的下表面中与上部电极11的正下方区域分开的区域。由此，在半导体层积体10中，电流容易向上部电极11的正下方区域以外流动，电流向半导体层积体10的大范围扩散，从而能够使发光元件100的发光区域增加。
下部电极12具有将来自半导体层积体10的光向上表面侧反射，提高发光元件100的光取出效率的功能。因此，下部电极12优选使用具有较高的反射率的金属而形成，例如能够使用Ag、Al等金属或以这些金属为主要成分的合金。
保护膜13具有保护发光元件100的功能。保护膜13设置在未形成有上部电极11的半导体层积体10的上表面及上部电极11的表面。另外，为了确保与外部的连接，在外部连接部11a的一部分区域未设有保护膜13，将导电性的引线等与该区域接合，与外部电源电连接。
在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度比与上部电极11的表面、附近区域的半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13的厚度薄。换言之，与上部电极11的表面、和附近区域的半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13的厚度比在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度厚。由此，能够抑制半导体层积体10的劣化，且能够将来自半导体层积体10的光有效地取出。另外，在此所说的保护膜13的“厚度”是指与形成保护膜13的各部件的表面垂直的方向上的保护膜的厚度。
在发光元件100中，俯视观察下，保护膜13仅将下部电极12的正上方区域部分地形成得较薄。即，在除此之外的区域，保护膜13形成得较厚。由此，能够进一步提高光取出效率。
如图2所示，保护膜13在半导体层积体10的周缘部也较厚地形成。在半导体层积体10的周缘部、特别是遍及半导体层积体10的上表面和侧面而形成的保护膜13容易较薄地形成。因此，通过将半导体层积体10的周缘部的保护膜13较厚地形成，能够保护半导体层积体10且进一步提高可靠性。
在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度优选为在上部电极11的表面和附近区域的半导体层积体10的上表面设置的保护膜13的厚度的40％以下，更优选为35％以下。例如，优选将在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度设为0.2μm，将与上部电极11的表面和附近区域的半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13的厚度设为0.7μm。由此，能够抑制上部电极11的附近区域的半导体层积体10的劣化，确保可靠性，且将来自半导体层积体10的光有效地取出。
在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度优选为0.2～0.3μm。由此，能够具有一定程度的保护功能，且进一步减轻对来自半导体层积体10的光的吸收。另外，与上部电极11的表面、和附近区域的半导体层积体10的上表面连续而设置的保护膜13的厚度优选为0.5～1.0μm。由此，由于水分不易透过保护膜13到达半导体层积体10，故而能够抑制半导体层积体10的劣化。另外，由于保护半导体层积体10不受外部冲击等，故而能够提高发光元件100的可靠性。
保护膜13与延伸部11b的表面、和包含设有延伸部11b的区域的附近区域在内的半导体层积体10的上表面连续而设置。此时，在延伸部11b的表面、和设有延伸部11b的区域的附近区域的半导体层积体10的上表面设置的保护膜13的厚度形成得比在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度厚。由此，在半导体层积体10上表面的较大范围，为了得到保护膜13产生的效果，能够进一步提高可靠性及光取出效率。
如图2所示，上部电极11优选具有设于半导体层积体10上表面的一部分的第一上部电极111、设于第一上部电极111上的第二上部电极112。在上部电极11具有这样的多层构造的情况下，保护膜13的端部优选介于第一上部电极111与第二上部电极112之间。由此，与未设有第二上部电极112的情况相比，能够抑制水分浸入上部电极111与保护膜13之间，能够抑制半导体层积体10的劣化。这样的多层构造只要仅设置在上部电极11中成为外部连接部11a的区域即可。由此，能够减轻上部电极11对光的吸收并抑制输出的降低。
半导体层积体10的上表面中设有上部电极11的区域的附近区域在俯视观察时，其外缘处于距离上部电极11的端部15μm以上且30μm以下的位置为好。即，使保护膜13的厚度比设于下部电极12的正上方区域的保护膜13厚的区域的外缘位于自上部电极11的端部的距离为15μm以上且30μm以下的区域为好。通过使附近区域的外缘距离上部电极11的端部15μm以上，能够抑制附近区域的半导体层积体10的劣化。另外，通过将附近区域的外缘设为距离上部电极11的端部30μm以下，能够抑制半导体层积体10的劣化且提高光取出效率。
设有延伸部11b的区域的附近区域，与设有外部连接部11a的附近区域相比，电流密度降低，故而不易产生半导体层积体10的劣化。因此，俯视观察下，保护膜13中较厚的部分从延伸部11b伸出的距离比保护膜13中较厚的部分从外部连接部11a伸出的距离短为好。例如，能够将保护膜13中较厚的部分从延伸部11b伸出的距离设为15μm，将保护膜13中较厚的部分从外部连接部11a伸出的距离设为20μm。在设有延伸部11b的区域的附近区域，即使减少较厚地形成保护膜13的区域，也能够确保发光元件100的可靠性，故而能够进一步减轻保护膜13对来自半导体层积体10的光的吸收，能够提高光取出效率。
从绝缘性的观点来看，保护膜13能够使用例如SiO2、SiON、SiN。在本实施方式中，保护膜13能够使用SiO2。
保护膜13能够使用溅射法、蒸镀法等而形成。作为形成本实施方式那样的具有不同厚度的保护膜13的方法，首先在半导体层积体10的上表面形成具有规定厚度的保护膜。接着，在保护膜上设置在欲减薄保护膜的部分具有开口的掩模，经由该掩模对保护膜进行蚀刻并将掩模除去，由此能够形成保护膜。或者，首先在半导体层积体10的上表面形成具有规定厚度的保护膜。接着，在保护膜上设置在欲增厚保护膜的部分具有开口的掩模，经由掩模进一步形成保护膜。之后，通过将掩模除去而能够形成。通过这样的形成方法，形成具有所希望的厚度的保护膜13。
如图2及图3所示，绝缘部件14设置在半导体层积体10的下表面中包含上部电极11的正下方区域的区域。由此，难以向上部电极11的正下方区域供给电流，半导体层积体10中、上部电极11的正下方区域以外的区域成为主要的发光区域。在此，上部电极11的正下方区域中来自半导体层积体10的光容易被上部电极11反射或吸收，难以从发光元件100取出。因此，通过将半导体层积体10中、上部电极11的正下方区域以外的区域设为主要的发光区域，能够提高发光元件100的光取出效率。在本实施方式，将半导体层积体10中、上部电极11正下方区域以外的区域、即设有下部电极12的区域设为主要的发光区域，将在下部电极12的正上方区域设置的保护膜13的厚度减薄。因此，能够提高发光元件100的光取出效率。
如图3所示，在俯视观察下，绝缘部件14设置在包含上部电极11的外部连接部11a的正下方区域、和上部电极11的延伸部11b的正下方区域的区域。另外，在俯视观察下，绝缘部件14形成得比在上部电极11的正下方区域设有上部电极11的区域大。由此，可得到由上述的绝缘部件14产生的效果的区域增加，能够改善发光元件100的光取出面的亮度。
绝缘部件14能够使用与上述的保护膜13同样的材料。在本实施方式中，保护膜13使用有SiO2。
绝缘部件14的厚度以能够确保绝缘性的方式设为0.05μm以上为好，设为0.1μm以上更好。另外，为了削减制造成本，绝缘部件14的厚度设为1μm以下为好，设为0.5μm以下更好。
接合部件15设置在半导体层积体10与基板16之间，用于将二者接合。此时，设于半导体层积体10的下部电极12和基板16经由接合部件15而导通。接合部件15在半导体层积体10下表面的大致整个区域、和基板16的上表面分别设置导电性部件，通过将这些导电性部件接合而形成。从接合性及导电性的观点来看，接合部件15优选使用例如以AuSn、NiSn、AgSn等为主要成分的材料。
基板16具有导电性，设置在半导体层积体10的下方。基板16能够使用例如CuW、Si、Mo。
＜实施方式2＞
参照图4对本实施方式的发光元件200进行说明。
发光元件200在保护膜13的构成上与实施方式1不同。其他的构成与实施方式1相同。
如图4所示，在下部电极12的正上方区域未设有上述保护膜13。即，半导体层积体10的上表面中的下部电极12的正上方区域从保护膜13露出。在这样的方式下，也与实施方式1同样地，能够提高发光元件的光取出效率。另外，由于存在来自半导体层积体10的光不被保护膜13吸收的区域，故而与实施方式1相比，可靠性降低，但光取出效率高。
以上，对实施方式1及实施方式2进行了说明，但本发明不限于此。

Claims (9)

1.一种发光元件，其中，具有：
半导体层积体；
上部电极，其设置在所述半导体层积体的上表面的一部分；
下部电极，其具有光反射性，设置在所述半导体层积体的下表面中从所述上部电极的正下方区域离开的区域；
保护膜，其与所述上部电极的表面、和所述半导体层积体的上表面连续而设置，
在所述下部电极的正上方区域设置的所述保护膜的厚度比与所述上部电极的表面、和设有所述上部电极的区域的附近区域的所述半导体层积体的上表面连续而设置的所述保护膜的厚度薄。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中，
在俯视观察下，就所述保护膜而言，仅所述下部电极的正上方区域薄薄地形成。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其中，
在所述下部电极的正上方区域设置的所述保护膜的厚度为在所述上部电极的表面和所述附近区域的所述半导体层积体的上表面设置的所述保护膜的厚度的40％以下。
4.一种发光元件，其中，具有：
半导体层积体；
上部电极，其设置在所述半导体层积体的上表面的一部分；
下部电极，其具有光反射性，在所述半导体层积体的下表面中，从所述上部电极的正下方区域离开而设置；
保护膜，其与所述上部电极的表面、和所述半导体层积体的上表面连续而设置，
在所述下部电极的正上方区域未设有所述保护膜。
5.如权利要求1～4中任一项所述的发光元件，其中，
在所述半导体层积体的下表面中的包含所述上部电极的正下方区域的区域设有绝缘部件。
6.如权利要求1～5中任一项所述的发光元件，其中，
所述上部电极具有用于与外部连接的外部连接部、从所述外部连接部延伸设置的延伸部，
所述保护膜与所述延伸部的表面、和设有所述延伸部的区域的附近区域的所述半导体层积体的上表面连续而设置，
在所述延伸部的表面、和设有所述延伸部的区域的附近区域的所述半导体层积体的上表面设置的所述保护膜的厚度比在所述下部电极的正上方区域设置的所述保护膜的厚度厚。
7.如权利要求1～6中任一项所述的发光元件，其中，
所述上部电极具有在半导体层积体的上表面的一部分设置的第一上部电极、在所述第一上部电极上设置的第二上部电极，
所述保护膜的端部介于所述第一上部电极与所述第二上部电极之间。
8.如权利要求1～7中任一项所述的发光元件，其中，
所述下部电极由Ag或以Ag为主要成分的合金构成。
9.如权利要求1～8中任一项所述的发光元件，其中，
俯视观察下，所述附近区域的外缘处于距所述上部电极的端部15μm以上且30μm以下的位置。
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