KR102093255B1 - 발광 소자 - Google Patents

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KR102093255B1
KR102093255B1 KR1020130162412A KR20130162412A KR102093255B1 KR 102093255 B1 KR102093255 B1 KR 102093255B1 KR 1020130162412 A KR1020130162412 A KR 1020130162412A KR 20130162412 A KR20130162412 A KR 20130162412A KR 102093255 B1 KR102093255 B1 KR 102093255B1
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고스케 사토
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

보다 발광 광율을 향상시킬 수 있는 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 도전형 반도체층(3a)과, 제1 전극(10)과, 제2 도전형 반도체층(3b)과, 제2 전극(20)을 구비하고, 평면에서 볼 때, 제2 도전형 반도체층(3b)의 외주 형상은 정사각형이며, 제1 전극(10)은, 상기 정사각형의 제1 대각선 상에 배치된 제1 접속부(11)와, 제1 접속부(11)로부터 제1 대각선 상에서 연신되는 제1 연신부(12)를 갖고, 제2 전극(20)은, 제1 대각선 상에 있어서 제1 접속부(11)와 제1 연신부(12)를 개재해서 대향하도록 배치된 제2 접속부(21)와, 제2 접속부(21)로부터 연신되는 제1 부위(22c) 및 제2 부위(22d)를 포함하는 2개의 제2 연신부(22)를 갖고, 제1 접속부(11)는, 제2 접속부(21)에 가까운 측의 단부가 2개의 제2 연신부(22)의 선단을 연결하는 직선보다도 제2 접속부(21)에 가까운 측에 배치되고 또한 그 중심부가 제2 대각선보다도 제2 접속부(21)로부터 먼 측에 배치되어 있는 발광 소자.

Description

발광 소자{LIGHT EMITTING ELEMENT}
본 발명은 발광 소자에 관한 것으로, 특히 발광 소자의 전극 구조에 관한 것이다.
종래부터 발광 소자는, 균일한 발광을 가능하게 하기 위해 다양한 개발이 행해지고 있다. 예를 들어, 사각형의 외형을 갖는 발광 소자의 전극 구조로서는, 제2 전극 및 제1 전극의 한쪽이 발광 소자 상면의 중심에 배치되고, 한쪽 주위를 둘러싸는 형태로 다른 쪽이 배치되어 있는 것이 제안되고 있다(일본 특허 공개 제2011-61077호 공보, 일본 특허 공개 제2012-89695호 공보, 일본 특허 공개 제2011-139037호 공보 등).
이들 다양한 전극 구조는, 각각 발광 소자의 전체면에 걸쳐서 균일한 광이 출사되도록, 전류 밀도의 균일한 분포를 도모하기 위해 제안된 것이지만, 이들 전극 구조를 실제로 채용하더라도, 여전히, 제2 전극과 제1 전극 사이에서 전류 밀도의 분포에 치우침이 생겨서, 순전압(Vf)이 높아지거나, 균일한 발광을 얻기에는 아직 불충분하거나, 발광 광율이 저하되는 등의 과제가 있다.
또한, 제2 전극과 제1 전극의 배치, 나아가 이들 전극과의 외부의 접속 형태에 따라서는, 발광 소자의 상방을, 발광을 방해하는 와이어가 비교적 긴 거리에서 덮게 되어, 광의 취출 효율을 저하시킨다. 또한, 발광 소자의 상방에 배치되는 와이어는, 발광 소자 위의 본딩점으로부터 발광 소자의 외측 가장자리를 향해서 낮아지기 때문에, 와이어가 발광 소자의 외측 가장자리와 접촉하여, 단락을 초래하는 등의 과제도 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 전극간에 있어서의 전류 밀도의 분포에 치우침을 저감하는 등에 의해, 보다 발광 효율이 높은 발광 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 이하의 발명을 포함한다.
제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 일부 영역에 설치된 제1 전극과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 다른 영역에 있어서 상기 제1 전극을 둘러싸도록 설치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 설치된 제2 전극을 구비하는 발광 소자이며,
평면에서 볼 때,
상기 제2 도전형 반도체층의 외주의 형상은, 제1 대각선 및 제2 대각선을 포함하는 정사각형이며,
상기 제1 전극은, 상기 제1 대각선 상에 배치된 제1 접속부와, 상기 제1 접속부로부터 상기 제1 대각선 상에서 연신되는 제1 연신부를 갖고,
(1) 상기 제2 전극은, 상기 제1 대각선 상에 있어서 상기 제1 접속부와 상기 제1 연신부를 개재해서 대향하도록 배치된 제2 접속부와, 상기 제2 접속부로부터 상기 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위 및 상기 제1 부위로부터 상기 제1 연신부를 사이에 두고 직선 형상으로 연신되는 제2 부위를 포함하는 2개의 제2 연신부를 갖고,
상기 제1 접속부는, 상기 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 상기 2개의 제2 연신부의 선단을 연결하는 직선보다도 상기 제2 접속부에 가까운 측에 배치되고, 또한 그 중심부가 상기 제2 대각선보다도 상기 제2 접속부로부터 먼 측에 배치되어 있거나, 혹은
(2) 상기 제2 전극은, 상기 제1 대각선 상에 있어서 상기 제1 접속부와 대향하도록 배치된 제2 접속부와, 상기 제2 접속부로부터 상기 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위 및 상기 제1 부위로부터 상기 제1 연신부를 사이에 두고, 상기 제1 연신부에 평행하게 연신되는 제2 부위를 포함하는 2개의 제2 연신부를 갖고,
상기 제1 접속부는, 상기 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 상기 2개의 제2 연신부의 선단을 연결하는 직선보다도 상기 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 발광 소자에 의하면, 보다 발광 광율을 향상시킬 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태 1의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 1b는 도 1a의 A-A'선에 있어서의 모식적 단면도.
도 1c는 본 발명의 실시 형태 1의 발광 소자의 변형예 1을 모식적으로 도시하는 평면도.
도 1d는 본 발명의 실시 형태 1의 발광 소자의 변형예 2를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 2a는 본 발명의 실시 형태 2의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 2b는 본 발명의 실시 형태 2의 발광 소자의 변형예를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 3은 본 발명의 실시 형태 3의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 4는 본 발명의 실시 형태 4의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태 5의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 6은 본 발명의 실시 형태 6의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 7은 본 발명의 실시 형태 7의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 8a는 비교예 1의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 8b는 비교예 2의 발광 소자를 모식적으로 도시하는 평면도.
도 9a는 본 발명의 실시 형태 2의 변형예, 실시 형태 4 및 비교예 1의 발광 소자의 광출력(Po)과 순방향 전압(Vf)을 나타내는 그래프.
도 9b는 본 발명의 실시 형태 3, 4, 5 및 비교예 2, 3의 발광 소자의 광출력(Po)과 순방향 전압(Vf)을 나타내는 그래프.
도 10a는 본 발명의 실시 형태 3의 발광 소자의 전류 밀도를 도시하는 개략 평면도.
도 10b는 본 발명의 실시 형태 4의 발광 소자의 전류 밀도를 도시하는 개략 평면도.
도 10c는 본 발명의 실시 형태 1의 변형예 2의 발광 소자의 전류 밀도를 도시하는 개략 평면도.
도 11은 본 발명의 발광 소자에 있어서의 전력 효율과 전극 축소 면적의 관계를 나타내는 그래프.
이하, 본 발명에 관한 발광 소자를 실시하기 위한 형태로서, 도면을 참조하면서 설명한다. 각 도면이 나타내는 부재의 크기나 위치 관계 등은, 설명을 명확하게 하기 위해 과장되어 있는 경우가 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 동일한 명칭, 부호에 대해서는, 원칙적으로 동일하거나 혹인 동질의 부재를 나타내고 있으며, 상세 설명을 적절히 생략한다. 또한, 본 발명을 구성하는 각 요소는 복수의 요소를 동일한 부재로 구성하여 하나의 부재로 복수의 요소를 겸용하는 양태로 해도 되고, 반대로 하나의 부재의 기능을 복수의 부재로 분담하여 실현할 수도 있다. 또한, 일부 실시예, 실시 형태에 있어서 설명된 내용은, 다른 실시예, 실시 형태 등에 이용 가능한 것도 있다.
본 발명의 발광 소자는, 주로, 제1 도전형 반도체층과, 이 제1 도전형 반도체층 위의 일부 영역에 설치된 제1 전극과, 제1 도전형 반도체층 위의 다른 영역에 있어서 제1 전극을 둘러싸도록 설치된 제2 도전형 반도체층과, 이 제2 도전형 반도체층 위에 설치된 제2 전극을 구비한다.
제2 도전형 반도체층의 외주의 형상은, 평면에서 볼 때, 제1 대각선 및 제2 대각선을 포함하는 정사각형이다. 여기서 정사각형이란, 한변이 타변의 ±5% 정도의 길이의 변동 및/또는 네코너의 각이 90±10도 정도의 각도의 변동이 허용되는 것을 의미한다. 또한, 코너부는 각이 없어져서 둥그스름해져 있어도 된다.
(제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층)
제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체는, 발광 소자에 있어서의 발광부로 되는 부재이며, MIS 접합, PIN 접합, PN 접합 등의 호모 구조, 헤테로 결합 또는 더블 헤테로 결합 중 어느 하나여도 상관없다. 이들 반도체층 사이에는 활성층이 포함되어 있으며, 활성층은 양자 효과가 발생하는 박막에 형성된 단일 양자 웰 구조, 다중 양자 웰 구조 중 어느 것이든 상관없다. 그 중에서도, 제1 도전형 반도체층과, 활성층과, 제2 도전형 반도체층이 이 순서로 적층된 것이 바람직하다. 또한, 제1 도전형 반도체층을, 예를 들어 n형으로 하면, 제2 도전형 반도체층은, 예를 들어 p형으로 하지만, 이들은 반대여도 상관없다. 반도체층의 종류, 재료는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 InXAlYGa1 -X- YN(0≤X, 0≤Y, X+Y≤1) 등의 질화물 반도체 재료가 적절하게 사용된다.
제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은, 통상, 기판 위에 적층되어 있다. 기판 위에는, 제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층의 순으로 적층된 것이 바람직하다. 기판의 재료로서는, 사파이어(Al2O3)나 스피넬(MgAl2O4)과 같은 절연성 기판, 탄화 규소(SiC), ZnS, ZnO, Si, GaAs, 다이아몬드 및 질화물 반도체와 격자 정합하는 니오븀산 리튬, 갈륨산 네오디뮴 등의 산화물 기판을 들 수 있다.
(제1 전극 및 제2 전극)
제1 전극은, 제1 도전형 반도체층 위의 일부 영역에 설치되어 있다. 평면에서 볼 때, 발광 소자의 내측에 배치되어 있다. 그리고, 제1 전극은, 제2 도전형 반도체층에 둘러싸여 있다. 이에 의해, 제1 전극의 전체 둘레에서 전류를 확산시킬 수 있다. 제1 전극은, 예를 들어 제1 도전형 반도체층에 전류를 공급하기 위해서, 제1 도전형 반도체층에 직접 또는 간접적으로 전기적으로 접속되어 있고, 제1 대각선 상에 배치된 제1 접속부와, 제1 접속부로부터 제1 대각선 상에서 연신되는 제1 연신부를 구비한다.
제2 전극은, 제2 도전형 반도체층 위이며, 평면에서 볼 때, 제1 전극의 외주의 일부를 둘러싸도록 배치되어 있다. 제2 전극은, 예를 들어 제2 도전형 반도체층에 전류를 공급하기 위해서, 제2 도전형 반도체층에 직접 또는 간접적으로 전기적으로 접속되어 있고, 제2 접속부와, 2개의 제2 연신부를 구비한다.
제2 접속부는, 제1 대각선 상에 있어서 제1 접속부와 대향하도록 배치되어 있다. 이 경우, 제1 연신부를 개재해서 대향하고 있어도 되고, 제1 연신부를 개재하지 않고 대향하고 있어도 된다.
제2 연신부는, 후술하는 바와 같이, 제2 접속부로부터 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위와, 이 제1 부위로부터 각각 연신되는 제2 부위를 포함한다.
제2 도전형 반도체층에는, 그 전체면에 의해 효율적으로 전류를 공급하기 위해서, 제2 전극, 즉 제2 접속부 및 제2 연신부와 제2 도전형 반도체층 사이에, 후술하는 바와 같이, 이 제2 도전형 반도체층의 대략 전체면을 피복하는 투광성 도전층이 더 배치되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 대략 전체면이란, 제2 도전형 반도체층의 전체 면적의 90% 정도 이상의 면적을 의미한다.
제1 접속부 및 제2 접속부는, 발광 소자에 전류를 공급하기 위해 외부 전극 또는 외부 단자 등과 접속하기 위한 소위 패드 전극이며, 예를 들어 도전성 와이어 등이 본딩되는 부위이다. 제1 접속부 및 제2 접속부는, 상술한 바와 같이, 모두 반도체층의 1개의 대각선(이하, 제1 대각선이라 함) 상에 배치되어 있다. 여기서, 대각선 상에 배치되어 있다는 것은, 접속부의 중심이, 대각선 상에 존재하는 것이 바람직하지만, 접속부의 일부가 대각선에 걸치도록 배치되어 있는 것도 포함된다. 제1 접속부 및 제2 접속부는, 모두 제1 대각선에 대하여 대칭으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제1 접속부는, 제1 대각선 상에 있어서, 한쪽 대각으로부터, 반도체층의 대각선의 15 내지 45% 정도의 범위 내에 배치되는 것이 바람직하고, 제2 접속부는, 제1 대각선 상에 있어서, 다른 쪽 대각으로부터, 반도체층의 대각선의 10 내지 35% 정도의 범위 내에 배치되는 것이 바람직하다.
제1 접속부 및 제2 접속부의 형상은, 발광 소자의 크기, 전극의 배치 등에 따라 적절히 조정할 수 있으며, 예를 들어 원형, 정다각형 등의 형상으로 할 수 있다. 그 중에서도, 와이어 본딩의 용이함 등을 고려하면, 원 형상 또는 이에 근사한 형상이 바람직하다. 또한, 제1 접속부 및 제2 접속부의 크기는, 발광 소자의 크기, 전극의 배치 등에 의해 적절히 조정할 수 있고, 그 최장의 길이가, 반도체층의 한변의 길이의 5 내지 30% 정도의 길이, 5 내지 20% 정도의 길이, 10 내지 20% 정도의 길이로 하는 것이 바람직하다. 제1 접속부 및 제2 접속부의 형상 및 크기는 서로 달라도 되지만, 동일한 것이 바람직하다.
제1 접속부는, 제2 접속부에 가까운 측의 단부가, 2개의 제2 연신부의 선단을 연결하는 직선보다도 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제1 접속부의 중심부는, 제2 대각선 상 또는 제2 대각선보다도 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있어도 되지만, 제2 대각선보다도 제2 접속부로부터 먼 측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제1 접속부는 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 제2 대각선보다도 제2 접속부로부터 먼 측에 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
제1 연신부 및 제2 연신부는, 제1 접속부 및 제2 접속부에 공급된 전류를, 반도체층에 균일하게 확산시키기 위한 보조 전극이다. 제1 연신부 및 제2 연신부는, 모두 제1 대각선에 대하여 대칭으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.
제1 연신부는, 제1 접속부로부터 제1 대각선 상에서 연신되어 있고, 제2 접속부를 향해서 연신되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제1 연신부는, 제2 접속부를 향하는 방향과 반대측 방향으로 연신되어 있어도 된다. 또한, 본 명세서에서는, 제1 접속부로부터 연신되는 부위를 제1 연신부라 칭하지만, 그 연신 방향을 구별하기 위해서, 제2 접속부를 향하는 방향과 반대측 방향으로 연신되는 연신부를 제1 보조 연신부라 한다. 제1 연신부는, 제1 접속부의 직경의 50 내지 300% 정도의 범위의 길이로 하는 것이 바람직하다. 제1 보조 연신부의 길이는, 제1 접속부의 위치에 따라, 제1 접속부의 직경의 10 내지 200% 정도의 범위의 길이로 하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 연신부는, 제2 접속부를 향해서 연신되는 부위에 더하여, 제1 보조 연신부를 더 포함하고 있어도 된다. 즉, 제1 대각선 상에서, 제1 접속부로부터 서로 반대 방향으로 연장되는 2개의 연신부를 포함하고 있어도 된다. 이에 의해, 전류가 부족한 경향이 있는 반도체층의 코너부에도 전류를 확장시킬 수 있다.
제2 연신부는, 제2 접속부로부터 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위와, 이 제1 부위로부터 각각 연신되는 제2 부위를 포함한다.
제1 부위는, 제2 접속부로부터 곡선 형상으로 연신되는 것이 바람직하다.
제2 부위는, 제1 연신부를 사이에 두고 직선 형상으로 연신되어 있다. 또한, 제2 부위는 제1 연신부에 평행하게 연신되어 있는 것이 바람직하다.
이 제2 접속부로부터 곡선 형상으로 연신되는 2개의 제1 부위는, 2개의 제1 부위를 하나로 연결해 보았을 때, 평면에서 볼 때, 예를 들어 원호 형상, 공기 형상, 반원 형상 등의 형상을 성형하는 형상인 것을 들 수 있고, 2개의 제1 부위는, 반원 형상으로 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 여기에서의, 2개의 제1 부위의 선단간의 거리 또는 반원 형상의 직경은, 예를 들어 제2 접속부의 반경의 2 내지 10배 정도, 2 내지 5배 정도, 3 내지 5배 정도인 것이 바람직하고, 또한 다른 관점에서, 반도체층의 대각선의 길이의 10 내지 40% 정도, 10 내지 35% 정도, 15 내지 35% 정도가 바람직하다.
제2 부위는, 제1 부위로부터, 제1 연신부와 대향하도록 직선 형태로 및/또는 제1 연신부에 평행하게, 연신되는 것이 바람직하다.
제2 연신부는, 제1 부위로부터 각각 분기되는 2개의 제2 보조 연신부를 더 포함하고 있어도 된다.
제1 연신부 및 제2 연신부, 및 제1 보조 연신부 및 제2 보조 연신부의 굵기는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 접속부 및 제2 접속부의 직경 또는 최장 길이의 5 내지 30% 정도의 굵기, 5 내지 20% 정도의 굵기, 5 내지 15% 정도의 굵기로 하는 것이 바람직하다. 제1 연신부 및 제2 연신부, 및 제1 보조 연신부 및 제2 보조 연신부의 굵기는 서로 달라도 되지만, 동일한 것이 바람직하다. 또한, 부분적으로 달라도 되지만, 균일한 것이 바람직하다.
제1 연신부와 제2 접속부의 최단 거리는, 제1 연신부와 제2 연신부의 제2 부위의 최단 거리 이상의 길이여도 되고, 제1 연신부와 제2 연신부의 제1 부위의 최단 거리는, 제1 연신부와 제2 연신부의 제2 부위의 최단 거리보다도 짧아도 된다.
제1 연신부의 제2 접속부에 가까운 선단부와 제2 접속부까지의 거리가 가까우면 이들 사이에서 전류가 집중하는 경향이 있지만, 제1 연신부와 제2 연신부의 제2 부위의 최단 거리 이상의 길이로 함으로써, 제1 연신부와 제2 접속부 사이뿐만 아니라, 제1 연신부와 제2 연신부 사이에도 균일하게 전류를 확산시킬 수 있다. 이에 의해, 제2 전극(제2 연신부)으로, 제2 도전형 반도체층에 효율적으로 전류를 더 확산시킬 수 있다.
제1 연신부와 2개의 제2 연신부 각각의 최단 거리가 동일한 것이 바람직하다. 또한, 제1 연신부와, 직선 형상으로 연신되는 제2 연신부(제2 부위)가 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이에 의해, 제2 접속부 주변으로 치우치는 전류 분포를, 이러한 거리의 차이에 의해 균일하게 조정할 수 있다.
또한, 본 명세서에 있어서, 제1 부위와 제2 부위의 교점은, 제2 부위에 포함되는 것으로 한다.
제1 전극 및 제2 전극은, 통상, 반도체층 위에 배치하는 제1 전극 및 제2 전극의 외측 가장자리를 직사각형으로 둘러싼 면적이, 후술하는 투광성 도전층의 면적의 60 내지 90%인 것이 바람직하고, 70 내지 90%가 더욱 바람직하다. 이에 의해, 반도체층의 대략 전체면에 균일하게 전류를 공급할 수 있다. 이에 더하여, 반도체층 위에 차지하는 전극(제1 전극 및 제2 전극)의 면적을 저감시킬 수 있기 때문에, 이들 전극에 의한 광의 흡수 등을 저감시켜, 반도체층으로부터의 광 취출 효율의 저하를 경감시킬 수 있다.
특히, 제1 전극 및 제2 전극의 외측 가장자리를 둘러싼 직사각형은, 발광 소자의 무게 중심을 향해서 축척한, 발광 소자의 외형 또는 제2 도전형 반도체층의 외형과 상사 또는 대략 상사인 형상으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 형상에 의해, 보다 균일한 전류의 공급을 실현할 수 있다. 여기에서의 제1 전극 및 제2 전극의 외측 가장자리를 둘러싼 직사각형이란, 제1 전극 및 제2 전극의 가장 외측에 배치하는 단부에 접하고, 또한 발광 소자 또는 제2 도전형 반도체층의 외측 가장자리에 평행한 선을 각각 그려서 둘러싸이는 직사각형을 의미한다. 또한, 대략 상사란, ±10% 정도의 부분적인 축척율의 변동이 허용된다는 의미이다.
제1 전극 및 제2 전극은, 예를 들어 Ni, Rh, Cr, Au, W, Pt, Ti, Al 등의 금속 또는 합금에 의한 단층막 또는 다층막을 사용할 수 있고, 그 중에서도, Ti/Pt/Au나 Ti/Rh/Au 등의 순서로 적층한 다층막을 사용하는 것이 바람직하다.
(도전층)
특히, 제2 전극(제2 접속부 및 제2 연신부)과 제2 도전형 반도체층 사이에 배치하는 도전층은, 제2 전극으로부터 공급되는 전류를, 제2 도전형 반도체층의 면 내 전체에 균일하게 흘리기 위한 부재이다. 도전층으로서 금속 박막을 사용할 수도 있지만, 발광 소자의 광 취출면측에 배치되기 때문에, 투명성을 갖는 도전층, 구체적으로는, 도전성 산화물층이 바람직하다. 이러한 도전성 산화물로서는, Zn, In, Sn, Mg으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 산화물, 구체적으로는 ZnO, In2O3, SnO2, ITO(Indium Tin Oxide; ITO), IZO(Indium Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide) 등을 들 수 있다. 도전성 산화물(특히 ITO)은 가시광(가시 영역)에 있어서 높은 광투과성을 갖고(예를 들어, 60% 이상, 70% 이상, 75% 이상 또는 80% 이상), 또한 도전율이 비교적 높은 재료이므로 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 발광 소자는, 통상, 패키징되어 발광 장치를 구성한다. 발광 장치에서는, 발광 소자는 기체에 실장되고, 밀봉 부재로 밀봉되어 있다. 이 경우, 발광 소자는 페이스 업 또는 페이스 다운 중 어느 것으로 실장되어 있어도 상관없다.
기체는, 통상, 배선과, 절연성 재료에 의해 형성되어 있다. 배선은, 발광 소자의 전극에 전력을 공급하기 위해 사용되는 것이다. 그 때문에, 이 기능을 다할 수 있는 도전재이면, 한정되지 않고 어떠한 재료든 사용할 수 있다. 이러한 재료로서는, 상술한 제1 전극 등에 사용되는 것 중에서 적절히 선택할 수 있다. 절연성 재료로서는, 세라믹, 수지, 유전체, 펄프, 유리 또는 이들의 복합 재료, 혹은 이들 재료와 도전 재료(예를 들어, 금속, 카본 등)의 복합 재료 등을 들 수 있다.
또한, 배선 및 절연성 재료는, 일체로서, 직육면체 또는 입방체 등이어도 되고, 발광 소자를 탑재하는 어느 부위에 오목부가 형성되어 있어도 상관없다.
밀봉 부재는, 발광 소자 및 와이어 등의 접속 부재 등을 외부로부터 보호하기 위해 사용되며, 발광 소자로부터 광을 효율적으로 취출할 수 있는 재료이면, 어떠한 재료든 사용할 수 있다. 예를 들어, 투광성 수지를 사용할 수 있다.
투광성 수지는, 발광층으로부터 출사되는 광의 60% 이상을 투과하는 것, 그리고 70%, 80% 또는 90% 이상을 투과하는 것이 더 바람직하다. 이러한 수지는, 예를 들어 실리콘 수지 조성물, 변성 실리콘 수지 조성물, 에폭시 수지 조성물, 변성 에폭시 수지 조성물, 아크릴 수지 조성물 등, 실리콘 수지, 에폭시 수지, 우레아 수지, 불소 수지 및 이들 수지를 적어도 1종 이상 포함하는 하이브리드 수지 등의 수지 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 투광성 수지의 외주에, 발광 소자로부터 출사된 광을 특정한 방향으로 배광하기 위해서, 반사성 부재 또는 수지가 배치되어 있어도 된다.
반사성 수지로서는, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 에폭시 수지 조성물, 실리콘 수지 조성물, 실리콘 변성 에폭시 수지 등의 변성 에폭시 수지 조성물; 에폭시 변성 실리콘 수지 등의 변성 실리콘 수지 조성물; 폴리이미드 수지 조성물, 변성 폴리이미드 수지 조성물; 폴리프탈아미드(PPA); 폴리카르보네이트 수지; 폴리페닐렌술피드(PPS); 액정 중합체(LCP); ABS 수지; 페놀 수지; 아크릴 수지; PBT 수지 등의 수지를 들 수 있다. 이들 수지에 의해 또는 그 표면에 금속막 등을 배치함으로써, 반사성 부재를 형성할 수 있다.
밀봉 부재로는, 해당 분야에서 공지된 광 산란재, 무기 필러 등을 함유하고 있어도 된다.
발광 장치의 광 취출면측에는, 형광체층이 설치되어 있는 것이 바람직하다.형광체층은, 예를 들어 밀봉 부재에 형광체를 함유한 것으로 해도 된다. 또한, 밀봉 부재의 표면의 일부에 형광체가 함유되어도 된다.
형광체층에 포함되는 형광체는, 해당 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자로서 청색 발광하는 질화갈륨계 발광 소자를 사용하는 경우, 청색광을 흡수하여 황색 내지 녹색계 발광하는 YAG계, LAG계, 녹색 발광하는 SiAlON계(β사이알론), 적색 발광하는 SCASN, CASN계의 형광체의 단독 또는 조합을 들 수 있다. 또한, 해당 분야에서 공지된 광 산란재 등을 함유하고 있어도 된다.
또한, 형광체층 대신에, 상술한 투광성 수지에 의한 형광체를 함유하지 않는 밀봉 부재를 배치하고 있어도 된다.
이들 형광체층 및/또는 밀봉 부재는, 각각 2종 이상을 적층시켜도 된다.
<실시 형태 1>
이 실시 형태의 발광 소자(100)는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 기판(2)과, 기판(2) 위에 설치되는 반도체층(3)과, 반도체층(3) 위에 형성된 제1 전극(10)과, 반도체층(3) 위이며, 제1 전극(10)의 외주에 배치된 제2 전극(20)을 구비한다.
반도체층(3)은, 제1 도전형 반도체층(3a)(예를 들어, n층), 활성층(3c) 및 제2 도전형 반도체층(3b)(예를 들어, p층)을 구비하고 있다.
기판(2) 및 반도체층(3)(특히, 제2 도전형 반도체층(3b))은, 평면에서 볼 때 대략 정사각형이며, 기판(2)의 한변은, 예를 들어 460㎛이다.
제1 전극(10)은, 반도체층(3) 중, 제2 도전형 반도체층(3b) 및 활성층(3c)의 일부가 제거되어 노출된 제1 도전형 반도체층(3a) 위에 형성되어 있다. 제1 전극(10)은, 이들 제2 도전형 반도체층(3b) 및 활성층(3c)에 둘러싸여 있다. 제2 전극(20)은, 제2 도전형 반도체층(3b) 위에 형성되어 있다. 또한, 제2 전극(20)과 제2 도전형 반도체층(3b) 사이에는, 제2 도전형 반도체층(3b) 위의 거의 전체면에 형성된 투광성 도전층(4)이 배치되어 있다.
이들 반도체층(3), 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은, 후술하는 제1 접속부 및 제2 접속부의 일부 이외에는, 보호막(5)에 의해 피복되어 있다.
제1 전극(10)은, 외부 회로(도시 생략)와 전기적으로 접속되는 제1 접속부(11)와, 제1 접속부(11)로부터 연신되는 제1 연신부(12)를 갖는다. 제1 접속부(11)는, 제1 대각선인 A-A'선 상에 배치되어 있으며, 예를 들어 반경이 30㎛ 정도 크기의 대략 원형을 갖는다. 제1 연신부(12)는, 후술하는 제2 접속부(21)를 향해서 연신되어 있다. 그 폭은, 예를 들어 6㎛ 정도이고, 길이는 130㎛ 정도이다.
제2 전극(20)은 외부 회로(도시 생략)와 전기적으로 접속되는 제2 접속부(21)와, 제2 접속부(21)로부터 연신되는 2개의 제2 연신부(22)를 갖는다. 제2 접속부(21)는, 제1 대각선인 A-A'선 상에 배치되어 있으며, 예를 들어 반경이 30㎛ 정도의 크기의 대략 원형을 갖는다. 2개의 제2 연신부(22)는, 제2 접속부(21)로부터 각각 제1 대각선에 대하여 선 대칭으로, 곡선 형상으로 연신되는 제1 부위(22c)와 제1 부위(22c)로부터 제2 접속부(21)와 반대측(바꾸어 말하면, 제1 접속부(11)측)을 향해서 직선 형상으로 연신되는 제2 부위(22d)를 갖고 있다. 여기에서의, 곡선 형상으로 연신된 형상은, 예를 들어 2개의 곡선 형상으로 연신된 제1 부위(22c)가, 대략 반원 형상이며, 그 반경은, 예를 들어 110㎛ 정도이다. 또한, 직선 형상으로 연신되는 제2 부위(22d)는, 제1 대각선에 평행하며, 그 길이는 170㎛ 정도이다. 2개의 제1 부위(22c) 및 2개의 제2 부위(22d)는 대략 U자의 평면 형상을 나타낸다.
제1 접속부(11)는, 제2 접속부(21)에 가까운 단부(11a)가, 제2 연신부(22)의 제2 부위(22d)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선 C-C'선보다도 제2 접속부(21)에 가까운 측에 배치되어 있다. 본 명세서에 있어서, 제1 접속부(11)의 단부와는 외측 가장자리이며, 제1 접속부(11)와 제1 연신부가 접속된 부분에 있어서는, 제1 접속부(11)의 외측 가장자리(예를 들어, 원형의 외측 가장자리)를 가정한다. 제2 접속부(21)에 가까운 단부(11a)란, 제1 접속부(11)의 가정의 원형의 외측 가장자리와 제1 대각선과의 교점을 말한다. 또한, 제1 접속부(11)의 중심부가 제1 대각선 A-A'선에 직교하는 반도체층(3)의 제2 대각선 B-B'선보다도 제2 접속부(21)로부터 먼 측에 배치되어 있다. 즉, 제1 접속부(11)는 제2 연신부(22)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선 C-C'선을 걸쳐서 배치되어 있다. 직선 C-C'선은 제2 대각선 B-B'선과 평행하다. 또한, 제1 접속부(11)는 제1 접속부(11)의 외측 가장자리와 제2 연신부의 최단 거리가, 제1 접속부(11)의 외측 가장자리와 반도체층(3)의 외측 가장자리의 최단 거리보다도 짧다.
제1 전극(10) 및 제2 전극(20)은, 반도체층(3)의 중심부를 중심으로 한 70% 정도의 축척 영역 내에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 전극(10) 및 제2 전극(20)의 가장 외측에 배치하는 단부에 접하고, 또한 반도체층(3)의 외측 가장자리에 평행한 선을 4개 그린 경우, 그 4개의 선에 의해 둘러싸인 평면적이, 도전층의 평면적의 70%의 면적 축소율이다.
제1 연신부(12)는, 제1 연신부(12)로부터 직선 형상으로 연신되는 제2 연신부(22)의 제2 부위(22d)까지의 최단 거리가 모두 동일해지는 위치에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 도 1a의 화살표 X 및 Z로 나타나는 제1 연신부(12)로부터 제2 연신부(22)의 제2 부위(22d)까지의 최단 거리 모두가, 대략 동일한 길이이다. 또한, 제1 대각선 A-A'선 상에 있어서, 제1 연신부(12)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 접속부(21)까지의 거리 Y, 제1 연신부(12)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 연신부(22)의 곡선 형상으로 연신되는 2개의 제1 부위(22c)까지 각각의 거리도, 대략 동일한 길이이다. 구체적으로는, X=Z=Y=107㎛이다.
<실시 형태 1의 변형예 1>
또한, 도 1c에 도시한 바와 같이, 발광 소자(101)는, 기판(2)과, 기판(2) 위에 설치되는 반도체층(3)과, 반도체층(3) 위에 형성된 제1 전극(10)과, 반도체층(3) 위이며, 제1 전극(10)의 외주에 배치된 제2 전극(20)을 구비하는 점에서, 발광 소자(100)와 실질적으로 마찬가지의 구조를 갖는다.
그리고, 제1 접속부(11) 전체가, 제2 연신부(22)의 제2 부위(22d)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선 C-C'선보다도 제2 접속부(21)에 가까운 측에 배치되어 있다. 즉, 제1 전극(10)은 직선 C-C'선과 떨어져 있다. 이에 의해, 제1 접속부(11)와 제2 접속부(21)의 거리가 짧아지기 때문에, 제1 접속부(11)와 제2 접속부(21) 사이의 저항을 낮출 수 있다.
<실시 형태 1의 변형예 2>
도 1d에 도시한 바와 같이, 발광 소자(102)는, 기판(2)과, 기판(2) 위에 설치되는 반도체층(3)과, 반도체층(3) 위에 형성된 제1 전극(10a)과, 반도체층(3) 위이며, 제1 전극(10a)의 외주에 배치된 제2 전극(20)을 구비하는 점에서, 발광 소자(100)와 실질적으로 마찬가지의 구조를 갖는다.
제1 전극(10a)은, 제1 접속부(11)와, 제1 접속부(11)로부터 연신되는 제1 보조 연신부(12a)를 갖는다.
제1 접속부(11)는, 제2 대각선 상에 배치되어 있고, 그 중심부가 제2 대각선과 겹쳐 있다. 따라서, 제1 접속부(11)는, 제2 접속부(21)에 가까운 측의 단부가, 제2 부위(22d)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선보다도 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있다. 또한, 제2 대각선보다도, 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있다.
제1 보조 연신부(12a)는, 제2 접속부(21)와 반대측을 향해서 연신되어 있다. 즉, 제1 접속부(11)는, 제2 접속부(21)와 제1 대각선 상에서 대향한다. 제1 보조 연신부(12a)는, 그 단부(11b)가, 제2 연신부(22)의 제2 부위(22d)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선보다도 제2 접속부(21)에 먼 측에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제1 보조 연신부(12a)는 제2 연신부(22)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선을 걸쳐서 배치되어 있다. 제1 보조 연신부(12a)의 길이는, 발광 소자(100)의 제1 연신부(12)와 대략 동일한 정도이다.
제2 전극(20)은, 제2 접속부(21)와, 제2 접속부(21)로부터 연신되는 2개의 제2 연신부(22)를 갖는다. 2개의 제2 연신부(22)는, 제2 접속부(21)로부터 각각 곡선 형상으로 연신되는 제1 부위(22c)와, 제1 부위(22c)로부터 제2 접속부(21)와 반대측을 향해서, 제1 보조 연신부(12a)에 평행하게 연신되는 제2 부위(22d)를 갖고 있다.
<실시 형태 2>
이 실시 형태의 발광 소자(200)는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 제2 전극(23)에 있어서의 2개의 제2 연신부(25)의 형상이 다른 것 이외에는, 실질적으로 실시 형태 1의 발광 소자(100)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
이 발광 소자(200)에서는, 평면에서 볼 때, 2개의 제2 연신부(25)의 제1 부위(25c)가, 그 중간 정도에서 원호 형상보다도 약간 반도체층(3)의 내측으로 오목해진 형상으로 배치되어 있다. 이 오목부의 정도는, 반원보다도 오목하고, 또한 제1 부위(25c)의 2개의 단부와 제2 접속부로 구성되는 이등변 삼각형의 변보다도 외측으로 부풀어 오른 형상으로 하는 것이 바람직하다.
제1 연신부(12)는, 제1 연신부(12)로부터 제2 연신부(25)의 제2 부위(25d)까지의 최단 거리가 모두 동일해지는 위치에 배치되어 있다. 바꾸어 말하면, 도 2a의 화살표 X1 및 Z1로 나타나는 제1 연신부(12)로부터 제2 연신부(25)의 제2 부위(25d)까지의 최단 거리 모두가, 동일한 길이이다.
한편, 제1 대각선 A-A'선 상에 있어서, 제1 연신부(12)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 접속부(24)까지의 거리(화살표 Y1)에 대하여, 제1 연신부(12)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 연신부(25)의 제1 부위(25c)까지의 거리(P1, Q1)는 짧다. 이 짧은 정도는, 예를 들어 화살표 Y1로 나타나는 거리의 1 내지 10% 정도로 할 수 있다. 구체적으로는, X1=Z1=107㎛, Y1=110㎛, P1=Q1=100㎛이다.
<실시 형태 2의 변형예>
또한, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제2 전극(23)에 있어서의 2개의 제2 연신부(25)의 형상을 발광 소자(200)와 마찬가지의 형상으로 해서, 제1 전극(30)에 있어서의 제1 접속부(31)의 위치가, 발광 소자(100)에 비해, 제1 대각선 A-A'선을 따라, 발광 소자의 내측으로 시프트되어 있고, 제1 접속부(31)로부터, 제1 대각선 상에서, 제2 접속부(24)를 향해서 연신되는 제1 연신부(32)에 더하여, 제2 접속부(24)와 반대측을 향해서 연신되는 제1 보조 연신부(33)를 갖는 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 2의 발광 소자(200)와 마찬가지의 구성을 갖는 발광 소자(210)로 해도 된다.
제1 보조 연신부(33)는, 직선 형상으로 연신되는 제2 연신부(25)의 2개의 선단부(25a, 25b)를 연결하는 직선 D-D'선 상 또는 D-D'선보다도 외측(제1 연신부(32)와 반대 방향)에 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 반도체층의 코너부에도 효과적으로 전류를 확장할 수 있다.
이 발광 소자(210)에 있어서도, 제1 연신부(32)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 접속부(24)까지의 거리(화살표 Y1)에 대하여, 제1 연신부(12)의 선단부로부터 이 선단부에 대향하는 제2 연신부(25)의 제1 부위까지의 거리(P1, Q1)가 짧은 점은, 발광 소자(200)와 마찬가지이다.
<실시 형태 3>
이 실시 형태의 발광 소자(300)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 전극(40)에 있어서의 제1 접속부(41)로부터, 제1 대각선 상에서, 제2 접속부(21)를 향해서 연신되는 제1 연신부(42)에 더하여, 제2 접속부(21)와 반대측을 향해서 연신되는 제1 보조 연신부(43)를 갖는 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 1의 발광 소자(100)와 마찬가지의 구성을 갖는다. 제1 보조 연신부(43)의 길이는, 15㎛ 정도이다. 이에 의해, 제1 접속부 부근의 발광 소자의 코너부로 전류를 확산시킬 수 있다.
이 발광 소자(300)에 있어서도, 발광 소자(100)에 있어서의 X, Z, Y에 대응하는 길이는, 발광 소자(100)와 마찬가지이다.
<실시 형태 4>
이 실시 형태의 발광 소자(400)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극(30)에 있어서의 제1 접속부(31)의 위치가, 발광 소자(100)에 비해, 제1 대각선 A-A'선을 따라, 발광 소자의 내측으로 시프트되어 있고, 또한 제1 접속부(31)로부터, 제1 대각선 상에서, 제2 접속부(21)를 향해서 연신되는 제1 연신부(32)에 더하여, 제2 접속부(21)와 반대측을 향해서 연신되는 제1 보조 연신부(33)를 갖는 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 1의 발광 소자(100)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
이 발광 소자(400)에서는, 제1 접속부의 시프트 길이가, 제1 접속부의 직경에 대하여 63% 정도이고, 제1 보조 연신부(33)의 길이는, 50㎛ 정도이다.
이 발광 소자(400)에 있어서도, 발광 소자(100)에 있어서의 X, Z, Y에 대응하는 길이는, 발광 소자(100)와 마찬가지이다.
<실시 형태 5>
이 실시 형태의 발광 소자(500)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 전극(50)에 있어서의 제1 접속부(51)의 위치가, 발광 소자(100)에 비해, 제1 대각선 A-A'선을 따라, 발광 소자의 내측으로 시프트되어 있고, 또한 제1 접속부(51)로부터, 제1 대각선 상에서, 제2 접속부(21)를 향해서 연신되는 제1 연신부(52)에 더하여, 제2 접속부(21)와 반대측을 향해서 연신되는 제1 보조 연신부(53)를 갖는 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 1의 발광 소자(100)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
이 발광 소자(500)에서는, 제1 접속부의 시프트 길이가, 제1 접속부의 직경에 대하여 97% 정도이고, 제1 보조 연신부(53)의 길이는, 75㎛ 정도이다.
이 발광 소자(500)에 있어서도, 발광 소자(100)에 있어서의 X, Z, Y에 대응하는 길이는, 발광 소자(100)와 마찬가지이다.
<실시 형태 6>
이 실시 형태의 발광 소자(600)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 전극(60)에 있어서의 제2 연신부(62)가, 제2 접속부(61)로부터 곡선 형상으로 연신된 부위로부터 각각 분기되는 2개의 제2 보조 연신부(63)를 갖는 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 4의 발광 소자(400)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
이 발광 소자(600)에서는, 반도체층의 한변에 평행한 선(선 T1-T1' 및 선 T2-T2')을, 곡선 형상으로 연신된 부위에 대한 접선으로 한 경우, 이 접선을 따라 분기부인 제2 보조 연신부(63)가 연신된다. 또한, 그 길이는 반도체층의 한변의 길이의 25% 정도의 길이에 상당한다. 구체적으로는, 110㎛ 정도이다.
<실시 형태 7>
이 실시 형태의 발광 소자(700)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 전극(70)에 있어서의 제2 연신부(72)의 제2 접속부(71)로부터 곡선 형상으로 연신된 부위로부터 각각 분기되는 분기부인 제2 보조 연신부(73)의 길이가, 실시 형태 6의 발광 소자(600)의 제2 보조 연신부(63)의 길이의 절반 정도인 것 이외에, 실질적으로 실시 형태 6의 발광 소자(600)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
<발광 소자의 평가>
상술한 실시 형태 1 내지 7의 발광 소자를 이하와 같이 평가했다.
또한, 전극의 배치가 이하와 같이 다른 것 이외에, 실시 형태 1 내지 7과 실질적으로 마찬가지 구성의 발광 소자를 비교예로서 준비했다.
비교예 1
도 8a에 도시한 바와 같이, 이 발광 소자(800A)에서는, 제2 전극(80)에 있어서, 제2 접속부(81)로부터 연신되는 제2 연신부(82)가 직선 부분을 갖지 않은 원호 형상으로 했다. 제1 전극(30)은 발광 소자(400)의 제1 전극과 마찬가지이다.
비교예 2
도 8b에 도시한 바와 같이, 이 발광 소자(800B)에서는, 제1 전극(90)에 있어서, 제1 연신부(92)가 연신되는 제1 접속부(91)의 제2 접속부(21)에 가까운 단부가, 직선 형상으로 연신되는 제2 연신부(22)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선 C-C'선에 접촉하는 위치에 배치되어 있다. 제2 전극(20)은 발광 소자(100)의 제2 전극과 마찬가지이다.
(광출력 및 순방향 전압(Vf)의 평가)
발광 소자(400), 발광 소자(210) 및 발광 소자(800A)에 대해서, 전류 120㎃로, 광출력 및 Vf를 측정했다.
그 결과를 도 9a에 나타낸다.
이 결과로부터, 본 실시 형태의 발광 소자(400 및 210)는, 비교예의 발광 소자(800A)에 비교해서 매우 밝은 것이 확인되었다. 이것은, 제1 전극 및 제2 전극의 길이(면적)를 최대한 억제함으로써, 전극에 의해 차단되는 광출력의 저감을 억제한 것에 기인한다. 특히, 발광 소자(210)는 P1, Q1의 거리가 X1, Z1보다도 짧고, 따라서 발광 소자(400)보다도 제2 연신부의 전체 길이가 짧아지기 때문에, 발광 소자(400)보다도 광출력이 높았다. 이에 의해, 제1 전극과 제2 전극 사이에 전류가 과도하게 흐르는 배치가 아닌, 제2 연신부와 제1 전극의 거리의 관계를 고려하는 것이 전류 밀도의 반도체층 전체면에 있어서의 균일화를 도모하게 되며, 더하여 출력이 향상되는 경향이 있는 것이 확인되었다.
(전력 효율의 평가)
발광 소자(300, 400, 500, 800B, 102)에 대해서, 전류 120㎃로, 광출력, Vf 및 전력 효율을 측정했다. 그 결과를 도 9b 및 표 1에 나타낸다. 또한, 이들 발광 소자(300, 400, 500, 800B, 102)는, 제1 전극(제1 접속부와 제1 연신부)의 면적이 동일하며, 제1 접속부의 위치만을 이동시킨 것이다.
전력 효율은, {광출력/(전류×전압)}×100[%], 전력 효율차는, (기준/대상)×100-100[%]로 산출했다. 광출력의 단위는 ㎽, 전류의 단위는 ㎃, 전압의 단위는 V이다.
Figure 112013118340016-pat00001
표 1에 도시한 바와 같이, 발광 소자(800B)를 기준으로 해서 평가한 바, 본 실시 형태의 발광 소자(102)에 있어서, 0.66%의 차가 얻어졌다. 또한 본 실시 형태의 발광 소자(300, 400, 500)는 각각 0.77, 0.78 및 0.72의 차로 양호한 결과를 나타냈다.
또한, 제1 접속부와 제2 접속부의 거리가 가까우면 Vf가 저하되었다. 이에 의해, 제1 접속부의 배치(제1 접속부와 제2 접속부의 거리)가 Vf에 영향을 미치고 있는 것이 확인되었다.
(전류 밀도의 시뮬레이션)
발광 소자(300, 400) 및 발광 소자(102)에 대해서, 전류 밀도의 분포를, 유한 요소법을 사용한 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 해석했다. 그 결과를 도 10a 내지 도 10c에 각각 나타낸다. 도 10a 내지 도 10c에 있어서, 농담이 짙을수록 전류 밀도가 낮은 것을 나타낸다. 또한, 도 10a 내지 도 10c에, 제2 부위(22d)의 2개의 선단부(22a, 22b)를 연결하는 직선 C-C'선 및 제2 대각선(F-F')을 참고를 위해 나타낸다.
발광 소자(102)에서는, 특히 제1 대각선 상의 제1 접속부측의 코너부에 있어서는, 농담이 짙고, 전류 밀도가 낮은 부분이 비교적 대면적으로 나타나 있었지만, 제2 대각선을 구성하는 대각 부분에 있어서는, 제1 대각선 상의 제1 접속부측의 코너부보다도 완화되어 있는 것이 확인되었다. 전류 밀도 분포에 대해서는, 부분적인 전류 집중을 발생시키는 경향이 있지만, 도 9에 나타나는 Vf값의 저감과의 밸런스에 의해, 광출력의 향상을 기대할 수 있다.
한편, 발광 소자(300, 400)에서는, 발광 소자의 코너부가 어두운 부분의 발생이 보다 방지되어, 전극간에 있어서도 전류 밀도의 집중이 보이지 않고, 균일한 전류 밀도 분포가 인정되었다. 이에 의해, 반도체층의 전체면에 있어서 효율적으로 광출력을 향상시켜, 밝은 발광 소자를 얻을 수 있다.
(전극 면적에 의한 전력 효율)
상술한 실시 형태 및 비교예의 발광 소자에 대해서, 제1 전극 및 제2 전극의 가장 외측에 배치되는 외측 가장자리를 직사각형으로 둘러싼 평면적을, 도전층의 면적에 대하여, 발광 소자의 중심을 중심으로 해서 축소한 경우의 전력 효율을 측정했다. 전력 효율의 측정은, 상기와 마찬가지로 행하였다.
그 결과를 도 11에 도시한다.
이 결과로부터, 전극 면적 축소율이 70 내지 90% 정도에서 매우 양호한 전력 효율이 얻어지는 것이 확인되었다. 또한, 면적 축소에 의해, 반도체층 위에 차지하는 전극(제1 전극 및 제2 전극)의 면적을 저감시킬 수 있기 때문에, 전력 효율과 반도체층으로부터의 광 취출 효율의 조정이 가능해지는 것이 확인되었다.
(패키징 후의 광속의 평가)
오목부를 갖는 세라믹제 패키지(세로×가로×높이=3.5㎜×3.5㎜×0.8㎜)에, 발광 소자(400)(실시 형태 4)와 발광 소자(800A)(비교예 1)를 각각 실장하고, YAG를 포함하는 실리콘 수지로 발광 소자를 밀봉하여 발광 장치를 제작했다.
이들 발광 장치에 대해서, 전류 120㎃로 광출력을 측정했다.
그 결과, 발광 소자(400)를 실장한 발광 장치는, 비교예 1의 발광 소자(800A)를 실장한 것보다도 0.5% 출력이 향상되는 것이 확인되었다.
발광 소자(400)에서는, 전력 효율이 양호한 제1 전극 및 제2 전극의 배치를 실현하고 있고, 그에 수반하여, 발광 소자 전체에 차지하는 연신부의 면적이 축소된 것이 한 요인이라고 생각된다.
본 발명의 발광 소자는, 각종 발광 장치, 특히 조명용 광원, LED 디스플레이, 액정 표시 장치 등의 백라이트 광원, 신호기, 조명식 스위치, 각종 센서 및 각종 인디케이터, 동화상 조명 보조 광원, 그 밖의 일반적인 민생품용 광원 등에 적절하게 이용할 수 있다.
100, 101, 102, 200, 210, 300, 400, 500, 600, 700, 800A, 800B : 발광 소자
2 : 기판
3 : 반도체층
3a : 제1 도전형 반도체층
3b : 제2 도전형 반도체층
3c : 활성층
4 : 도전층
5 : 보호막
10, 10a, 30, 40, 50, 90 : 제1 전극
11, 31, 41, 51, 91 : 제1 접속부
11a, 11b : 단부
12, 32, 42, 52, 92 : 제1 연신부
20, 23, 60, 70 : 제2 전극
21, 24 : 제2 접속부
22, 25, 62, 72 : 제2 연신부
22a, 22b, 25a, 25b : 선단부
22c, 25c : 제1 부위
22d, 25d : 제2 부위
12a, 33, 43, 53 : 제1 보조 연신부
63, 73 : 제2 보조 연신부

Claims (15)

  1. 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 일부 영역에 설치된 제1 전극과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 다른 영역에 있어서 상기 제1 전극을 둘러싸도록 설치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 설치된 제2 전극을 구비하는 발광 소자이며,
    평면에서 볼 때,
    상기 제2 도전형 반도체층의 외주의 형상은, 제1 대각선 및 제2 대각선을 포함하는 정사각형이며,
    상기 제1 전극은, 상기 제1 대각선 상에 배치된 제1 접속부와, 상기 제1 접속부로부터 상기 제1 대각선 상에서 연신되는 제1 연신부를 갖고,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 대각선 상에 있어서 상기 제1 접속부와 상기 제1 연신부를 개재해서 대향하도록 배치된 제2 접속부와, 상기 제2 접속부로부터 상기 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위 및 상기 제1 부위로부터 상기 제1 연신부를 사이에 두고 직선 형상으로 연신되는 제2 부위를 포함하는 2개의 제2 연신부를 갖고,
    상기 제1 접속부는, 상기 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 상기 2개의 제2 연신부의 선단을 연결하는 직선보다도 상기 제2 접속부에 가까운 측에 배치되고, 또한 그 중심부가 상기 제2 대각선보다도 상기 제2 접속부로부터 먼 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제1 도전형 반도체층과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 일부 영역에 설치된 제1 전극과, 상기 제1 도전형 반도체층 위의 다른 영역에 있어서 상기 제1 전극을 둘러싸도록 설치된 제2 도전형 반도체층과, 상기 제2 도전형 반도체층 위에 설치된 제2 전극을 구비하는 발광 소자이며,
    평면에서 볼 때,
    상기 제2 도전형 반도체층의 외주의 형상은, 제1 대각선 및 제2 대각선을 포함하는 정사각형이며,
    상기 제1 전극은, 상기 제1 대각선 상에 배치된 제1 접속부와, 상기 제1 접속부로부터 상기 제1 대각선 상에서 연신되는 제1 연신부를 갖고,
    상기 제2 전극은, 상기 제1 대각선 상에 있어서 상기 제1 접속부와 대향하도록 배치된 제2 접속부와, 상기 제2 접속부로부터 상기 제1 대각선의 양측으로 연신되는 제1 부위 및 상기 제1 부위로부터 상기 제1 연신부를 사이에 두고, 상기 제1 연신부에 평행하게 연신되는 제2 부위를 포함하는 2개의 제2 연신부를 갖고,
    상기 제1 접속부는, 상기 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 상기 2개의 제2 연신부의 선단을 연결하는 직선보다도 상기 제2 접속부에 가까운 측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극의 2개의 제2 연신부는, 각각, 상기 제2 접속부로부터 곡선 형상으로 연신되는 제1 부위와 그 제1 부위로부터 상기 제1 연신부와 대향하도록 직선 형상으로 연신되는 제2 부위를 포함하고,
    상기 제1 연신부와 상기 제2 접속부의 최단 거리는, 상기 제1 연신부와 상기 제2 연신부의 제2 부위의 최단 거리 이상의 길이인 발광 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연신부와 상기 2개의 제2 연신부 각각의 최단 거리가 동일한 발광 소자.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 연신부의 2개의 제1 부위가, 반원 형상으로 배치되어 있는 발광 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극의 2개의 제2 연신부는, 각각, 상기 제2 접속부로부터 곡선 형상으로 연신되는 제1 부위와 그 제1 부위로부터 상기 제1 연신부와 대향하도록 직선 형상으로 연신되는 제2 부위를 포함하고,
    상기 제1 연신부와 상기 제1 부위의 최단 거리는, 상기 제1 연신부와 상기 제2 연신부의 제2 부위의 최단 거리보다도 짧은 발광 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은, 상기 제1 접속부로부터 제1 대각선 상에서, 상기 제2 접속부와 반대측을 향해서 더 연신되는 제1 보조 연신부를 갖는 발광 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 접속부는, 상기 제2 접속부에 가까운 측의 단부가 상기 제2 대각선보다도 상기 제2 접속부로부터 먼 측에 배치되어 있는 발광 소자.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 연신부는, 제1 부위로부터 각각 분기되는 2개의 제2 보조 연신부를 갖는 발광 소자.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 투광성 도전층을 갖고 있으며,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 외측 가장자리를 직사각형으로 둘러싼 면적이, 상기 도전층의 면적의 60 내지 90%인 발광 소자.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 접속부의 중심부는, 상기 제2 대각선 상에 있는 발광 소자.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 접속부(11)는, 상기 제2 접속부(21)에서 먼 측의 단부가, 상기 제2 연신부(22)의 선단을 연결하는 직선(선 C-C')보다도, 상기 제2 접속부(21) 측에 배치되어 있는 발광 소자.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2개의 제2 연신부(22)의 선단(22a, 22b)을 연결하는 직선(선 C-C')이, 상기 제2 대각선(선 B-B')에 평행하는 발광 소자.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제2 연신부(22)의 상기 제2 부위(22b)는, 상기 제2 대각선(선 B-B')에 대하여 수직인 부위를 갖는 발광 소자.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 2개의 제2 연신부(22)가, 상기 제2 접속부(21)로부터 곡선 형상으로 연신되는 발광 소자.
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