CN110416381A - 发光元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种既能够抑制正向电压的上升又能够提高光取出效率的发光元件。发光元件具备半导体层积体，该半导体层积体具有：n型半导体层，其包括光取出面和n侧接触面，该n侧接触面设于所述光取出面的相反侧；发光层，其设于所述n型半导体层的除所述n侧接触面以外的区域；p型半导体层，其设于所述发光层上。俯视观察时，所述p型半导体层以包围所述n侧接触面的方式设置。在所述n侧接触面的包含中央部的区域设有第一绝缘膜。设有具有n接触部的n侧电极，该n接触部设于所述n侧接触面中的所述第一绝缘膜的周围且与所述n侧接触面接触。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件。
背景技术
在从n型半导体层的与电极接触的n侧接触面的相反侧的面将光取出的构造的发光元件中，希望提高该n侧接触面上的光反射效率。
专利文献1：(日本)特开2016－208012号公报
发明内容
本发明提供一种既能够抑制正向电压的上升又能够提高光取出效率的发光元件。
根据本发明的一方面，发光元件具备半导体层积体，该半导体层积体具有：n型半导体层，其包括光取出面和n侧接触面，该n侧接触面设于所述光取出面的相反侧；发光层，其设于所述n型半导体层的除所述n侧接触面以外的区域；p型半导体层，其设于所述发光层上；其中，俯视观察时，所述p型半导体层以包围所述n侧接触面的方式设置，所述发光元件具备：第一绝缘膜，其设于所述n侧接触面的包含中央部的区域；n侧电极，其具有n接触部，该n接触部设于所述n侧接触面中的所述第一绝缘膜的周围且与所述n侧接触面接触；p侧电极，其设于所述p型半导体层上，与所述p型半导体层接触。
根据本发明，既能够抑制正向电压的上升，又能够提高光取出效率。
附图说明
图1是本发明实施方式的发光元件的俯视示意图；
图2是图1的II－II剖面图；
图3是本发明实施方式的发光元件的半导体层积体的俯视示意图；
图4是本发明实施方式的发光元件的局部放大剖面示意图；
图5是本发明实施方式的发光元件的局部俯视示意图；
图6是对与n侧接触面接触的n侧电极的n接触部的面积与正向电压Vf之间的关系进行模拟得到的曲线图；
图7是对设于n侧接触面的包含中央部的区域内的绝缘膜的直径与正向电压Vf之间的关系进行模拟得到的曲线图；
图8是对设于n侧接触面的包含中央部的区域内的绝缘膜的直径与光强度Po之间的关系进行模拟得到的曲线图；
图9是表示图5所示的要素的另一配置图案的俯视示意图；
图10是本发明另一实施方式的发光元件的半导体层积体的俯视示意图；
图11是本发明另一实施方式的发光元件的局部放大剖面示意图；
图12是本发明另一实施方式的发光元件的局部放大剖面示意图；
图13是本发明另一实施方式的发光元件的局部放大剖面示意图；
图14是本发明另一实施方式的发光元件的局部放大剖面示意图。
附图标记说明
1：发光元件；10：半导体层积体；11：n型半导体层；11a：光取出面；11b：n侧接触面；12：发光层；13：p型半导体层；21：p侧电极；22：n侧电极；22a：n接触部；22c：外部连接部；24：反射膜；41～43：绝缘膜；100：基板。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。需要说明的是，各附图中，对相同要素标注相同标记。
图1是本发明实施方式的发光元件1的俯视示意图。
图2是图1的II－II剖面图。
发光元件1具有：基板100；设于基板100上的半导体层积体10。半导体层积体10具有：设于基板100上的n型半导体层11；设于n型半导体层11上的发光层12；设于发光层12上的p型半导体层13。
基板100具有对发光层12发出的光的透过性。另外，基板100能够使半导体层积体10外延生长。作为基板100的材料，例如可举出：蓝宝石、尖晶石(MgAl2O4)、碳化硅(SiC)、硅、ZnS、ZnO、GaAs、金刚石、铌酸锂、镓酸钕等。
对于半导体层积体10，例如优选使用InXAlYGa1－X－YN(0≤X、0≤Y、X+Y＜1)等半导体。
如图2所示，n型半导体层11具有：光取出面11a；在光取出面11a的相反侧设置的n侧接触面11b。光取出面11a位于n型半导体层11与基板100的交界面。来自光取出面11a的光透过基板100，主要从基板100的侧面取出。在发光元件1中，来自发光层12的光主要从基板100的侧面取出。
发光层12及p型半导体层13未设于n侧接触面11b。例如，在基板100上，使n型半导体层11、发光层12及p型半导体层13依次外延生长后，通过刻蚀，将p型半导体层13及发光层12的层积部的一部分去除，而形成n侧接触面11b。层积有p型半导体层13及发光层12的部分呈台面状地残留在n型半导体层11上。
图3是半导体层积体10的俯视示意图。图3是从图2所示的光取出面11a的相反侧观察得到的俯视图。
例如圆形状的多个n侧接触面11b设于n型半导体层11的光取出面11a的相反侧的面。发光层12及p型半导体层13设于n型半导体层11的光取出面11a的相反侧的面中的除n侧接触面11b及外周区域11c以外的区域。
在图3所示的俯视图中，发光层12及p型半导体层13以包围n侧接触面11b的方式设置。
如图2所示，在p型半导体层13上，设有第一p侧电极21。第一p侧电极21与p型半导体层13的上表面接触。
另外，在p型半导体层13上，以将第一p侧电极21及p型半导体层13的上表面覆盖的方式设有绝缘膜41。进一步地，以将该绝缘膜41覆盖的方式设有绝缘膜42。
绝缘膜42覆盖p型半导体层13的侧面、发光层12的侧面、以及与这些侧面连着的n型半导体层11的侧面。即，绝缘膜42将层积有发光层12及p型半导体层13的部分即台面部15的侧面覆盖。
在该绝缘膜42上，设有n侧电极22。绝缘膜42具有如上述将各部件的侧面覆盖的台阶，n侧电极22以沿着该台阶的方式设置。n侧电极22具有：n接触部22a，其与n侧接触面11b接触；外部连接部22c，其设于台面部15上的绝缘膜42上；外周接触部22b，其与n型半导体层11的外周区域11c接触。n接触部22a、外部连接部22c及外周接触部22b连成一体。
在外部连接部22c之上，设有n侧接线电极(post electrode)32。n侧接线电极32经n侧电极22与n型半导体层11电连接。
将第一p侧电极21覆盖的绝缘膜41、42的一部分开口，在其开口部设有第二p侧电极23。第二p侧电极23与第一p侧电极21接触。第二p侧电极23的一部分设于绝缘膜42上。在第二p侧电极23上，设有p侧接线电极31。p侧接线电极31经第二p侧电极23及第一p侧电极21与p型半导体层13电连接。
图4是发光元件1的设有n侧接触面11b的区域的放大剖面示意图。
在例如圆形状的n侧接触面11b的包含中央部的区域，设有绝缘膜43。n侧接触面11b具有：包含中央部的区域；将包含该中央部的区域的周围包围的区域。并且，“包含中央部的区域”指的是，在n侧接触面11b为圆形状的情况下，是包含该圆中心的区域；在n侧接触面11b为方形状的情况下，是包含该方形的内切圆中心的区域；在n侧接触面11b为圆环状的情况下，是包含其内周或外周形成的圆的中心的区域。
图5是表示n侧接触面11b、绝缘膜43、及n侧电极22的n接触部22a在俯视时的配置关系的俯视示意图。
绝缘膜42以将半导体层积体10整体被覆的方式形成，对该绝缘膜42进行图案化，而在n侧接触面11b例如呈圆形状地残留绝缘膜43。因此，绝缘膜42和绝缘膜43是同种材料的膜，绝缘膜42的膜厚和绝缘膜43的膜厚大致相同。
对绝缘膜42进行图案化时的工艺上，绝缘膜42的一部分42a在n侧接触面11b的外周区域也例如呈圆环状地被残留。
n侧电极22的n接触部22a设于绝缘膜43的周围，例如设为将圆形状的绝缘膜43包围的圆环状。
由于对绝缘膜43进行图案化的刻蚀工艺，如图4所示，绝缘膜43的截面形状为梯形。该梯形具有上底43a、和比上底43a长的下底43b，下底43b位于该梯形与n侧接触面11b的交界面。
作为第一p侧电极21，例如，能够优选使用：Ag、Al、Ni、Ti、Pt、或以这些金属为主成分的合金。另外，第一p侧电极21可以是这些金属材料的单层或层积。
n侧电极22和第二p侧电极23例如可通过对相同金属材料的膜进行图案化而得到。作为这些n侧电极22及第二p侧电极23，例如，能够优选使用：Ag、Al、Ni、Rh、Au、Cu、Ti、Pt、Pd、Mo、Cr、W、或以这些金属为主成分的合金。另外，n侧电极22及第二p侧电极23可以是这些金属材料的单层或层积。
n侧电极22及第二p侧电极23例如包含从与基底的交界面侧起依次形成的Al膜、Ti膜、Pt膜、及Au膜。
作为n侧接线电极32及p侧接线电极31，例如，能够优选使用：Cu、Au、Ni等金属。n侧接线电极32及p侧接线电极31例如能够通过电镀法形成。
绝缘膜41例如是氮化硅膜。绝缘膜41防止第一p侧电极21所含的例如Ag的迁移。绝缘膜42及绝缘膜43例如是氧化硅膜。
n侧接线电极32及p侧接线电极31例如经由焊料等导电材料接合到形成于装配有发光元件1的配线基板上的焊盘。即，就发光元件1而言，在将n侧接线电极32及p侧接线电极31朝向配线基板的状态下，基板100及n型半导体层11的光取出面11a朝向配线基板的上方。需要说明的是，也可以没有基板100。
继而，从发光层12放出的光通过光取出面11a被取出到外部。光取出面11a的相反侧的区域的大部分由构成p侧电极21、23及n侧电极22的金属膜(例如，包含具有良好光反射性的Ag、Al)覆盖。因此，能够使不从发光层12直接射向光取出面11a的光、及由n型半导体层11与基板100的交界面反射后的光经该金属膜反射而射向光取出面11a。
另外，在n侧接触面11b的包含中央部的区域，未设有n侧电极22，而设有绝缘膜43。因此，在n侧接触面11b的包含中央部的区域中，能够减少构成n侧电极22的金属对光的吸收，能够增加绝缘膜43与n型半导体层11的交界面上的全反射成分。于是，提高在n型半导体层11中传播而朝向n侧接触面11b的光在n侧接触面11b的反射率，使从光取出面11a侧取出光的光取出效率提升。
图6是对与n侧接触面11b接触的n侧电极22的n接触部22a的面积与1000mA时的正向电压Vf之间的关系进行模拟得到的曲线图。
表示相对于随着图5所示的n侧接触面11b的直径的减小产生的n接触部22a的面积的减小的、Vf的变化。
表示相对于随着图5所示的绝缘膜43的直径的增大产生的n接触部22a的面积的减小的、Vf的变化。
需要说明的是，在n侧接触面11b的外周区域，未设有图4所示的绝缘膜42的一部分42a。因此，n接触部22a的面积是将n侧接触面11b的面积减去绝缘膜43的面积得到的面积。
当n侧接触面11b的直径减小时，n接触部22a的面积减小，正向电压Vf上升。与此相对，未发现正向电压Vf因绝缘膜43的直径增大导致的n接触部22a的面积减小而大幅上升。
由这种图6的结果可知，在n侧接触面11b中，电流集中在与n侧电极22的外部连接部22c相近的外周部，中央部几乎没有电流流动，电流集中在n侧接触面11b的外周附近。因此可以说，即使在n侧接触面11b的中央部设置绝缘膜43、将该中央部设为非导通也不会妨碍对发光层12的供电，正向电压难以上升。
图7是对绝缘膜43的直径与1000mA时的正向电压Vf之间的关系进行模拟得到的曲线图。图7表示正向电压Vf的平均值。
图8是对绝缘膜43的直径与1000mA时的光强度Po之间的关系进行模拟得到的曲线图。图8表示光强度Po的平均值。
在图7及图8的模拟中，n侧接触面11b的直径固定为21μm。另外，与图6的模拟同样地，在n侧接触面11b的外周区域，未设有图4所示的绝缘膜42的一部分42a。
由图7及图8的结果可知，在为12μm时和为16μm时，既能够维持与为0μm时(在n侧接触面11b未设有绝缘膜43时)同等的正向电压Vf，又能够通过绝缘膜43增加全反射区域，由此提高光强度Po。即，如果是设有绝缘膜43的发光元件1，则既能够抑制正向电压Vf的上升，又能够提高光取出效率。
由图7及图8的结果可知，n接触部22a的面积优选为n侧接触面11b的面积的40％以上且70％以下。
n侧接触面11b及绝缘膜43的形状不限于圆形状，也可以是方形状。
如图5所示，在圆形状的n侧接触面11b设有圆形状的绝缘膜43的情况下，能够将设于绝缘膜43周围的n接触部22a的形状形成为没有角的圆环状。这种形状的n接触部22a中，容易使电流密度分布均匀。
另外，如图4所示，通过绝缘膜43的剖视形状为梯形，既能够大大地确保绝缘膜43的下面(梯形的下底)43b和n型半导体层11的界面区域，又能够使n侧电极22对绝缘膜43的包覆性比绝缘膜43的剖视形状为例如矩形状时更好。
图9是表示图5所示的要素的另一配置图案的俯视示意图。
n接触部22a不限于沿着将绝缘膜43的周围包围的方向连续，也可以是虚线状。该情况下，在n侧接触面11b的中央部呈岛状残留的绝缘膜43与以覆盖台面部15的方式设于大面积区域的绝缘膜42的一部分42a相连，能够抑制绝缘膜43的剥离。
图10是本发明另一实施方式的发光元件的半导体层积体10的俯视示意图。
图11是另一实施方式的发光元件的设有n侧接触面11b的区域的放大剖面示意图。
如图10所示，n侧接触面11b形成为圆环状，在由该n侧接触面11b围成的区域，作为半导体层积体10的一部分，设有层积有发光层12及p型半导体层13的部分即台面部15。
如图11所示，台面部15比n侧接触面11b更突出。绝缘膜43覆盖台面部15的上表面及侧面。绝缘膜43直接设置在台面部15的侧面。在绝缘膜43与台面部15的上表面之间，设有绝缘膜41和第一p侧电极21。需要说明的是，在绝缘膜43与台面部15的上表面之间，未设置绝缘膜41和第一p侧电极21，而是将绝缘膜43直接设置在台面部15的上表面。
在绝缘膜43上设有n侧电极22。n侧电极22的n接触部22a与将台面部15包围的圆环状的n侧接触面11b接触。另外，也可以是，如图12所示，在由n侧接触面11b围成的绝缘膜43上，不设置n侧电极22。
通过以覆盖台面部15的上表面及侧面的方式立体地设置绝缘膜43，与图4所示的平面性的绝缘膜43相比，能够使n侧接触面11b的包含中央部的区域中的绝缘膜43的面积增大。因此，在n侧接触面11b的包含中央部的区域中，能够增加由绝缘膜43全反射的来自发光层12的光。
如图13所示，也可以在绝缘膜43与台面部15之间设置反射膜24。反射膜24例如优选包含Ag、Al、或以这些金属为主成分的合金。绝缘膜43覆盖反射膜24，防止对反射膜24使用Ag或Al等金属时产生的金属迁移。
如图14所示，在由n侧接触面11b围成的区域，也可以设置不包含发光层12及p型半导体层13的、n型半导体层11的一部分11d。n型半导体层11的一部分11d比n侧接触面11b更突出，在该n型半导体层11的一部分11d的上表面及侧面，直接设有绝缘膜43。与上述台面部15相比，能够减小n侧接触面11b与n型半导体层11的一部11d的上表面之间的落差，与落差大的情况相比，容易以优异的被覆性形成绝缘膜43。另外，也可以是，在n型半导体层11的一部11d的上表面及侧面与绝缘膜43之间设有如图13所示的反射膜24。
以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限于这些具体例。基于本发明的上述实施方式，本领域技术人员能够适当加以设计变更而实施的全部方式也属于本发明的范围，只要包含本发明的主旨即可。此外，在本发明的发明构思内，只要是本领域技术人员能够想到的各种变更例及修正例，对于这些变更例及修正例，显然也属于本发明的范围。
Claims (9)
1.一种发光元件，具备半导体层积体，该半导体层积体具有：n型半导体层，其包括光取出面和n侧接触面，该n侧接触面设于所述光取出面的相反侧；发光层，其设于所述n型半导体层的除所述n侧接触面以外的区域；p型半导体层，其设于所述发光层上；其特征在于，
俯视观察时，
所述p型半导体层以包围所述n侧接触面的方式设置，
所述发光元件具备：
第一绝缘膜，其设于所述n侧接触面的包含中央部的区域；
n侧电极，其具有n接触部，该n接触部设于所述n侧接触面中的所述第一绝缘膜的周围且与所述n侧接触面接触；
p侧电极，其设于所述p型半导体层上，与所述p型半导体层接触。
2.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述n侧接触面为圆形状，
所述第一绝缘膜为圆形状。
3.如权利要求1或2所述的发光元件，其特征在于，
所述第一绝缘膜的截面形状为具有上底和比所述上底长的下底的梯形，所述下底位于其与所述n侧接触面的交界面。
4.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
所述n接触部的面积为所述n侧接触面的面积的40％以上且70％以下。
5.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
俯视观察时，在由所述n侧接触面围成的区域设有所述半导体层积体的一部分，所述半导体层积体的所述一部分比所述n侧接触面突出，
所述第一绝缘膜将所述半导体层积体的所述一部分的上表面及侧面覆盖。
6.如权利要求5所述的发光元件，其特征在于，
还具备设于所述第一绝缘膜与所述半导体层积体的所述一部分之间的反射膜。
7.如权利要求1所述的发光元件，其特征在于，
还具备设于所述p侧电极之上的第二绝缘膜，
所述n侧电极具有设于所述第二绝缘膜上、且与所述n接触部相连的外部连接部。
8.如权利要求7所述的发光元件，其特征在于，
所述第二绝缘膜也设于所述p型半导体层的侧面、所述发光层的侧面、所述n型半导体层的侧面、以及所述n侧接触面的外周区域。
9.如权利要求7所述的发光元件，其特征在于，
所述第一绝缘膜及所述第二绝缘膜是同种材料的膜。
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