TW201431121A - 發光元件 - Google Patents
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Abstract
本發明之目的在於提供一種可進一步提高發光效率之發光元件。本發明之發光元件具備第1導電型半導體層3a、第1電極10、第2導電型半導體層3b及第2電極20，於俯視下，第2導電型半導體層3b之外周形狀為正方形，第1電極10具有配置於上述正方形之第1對角線上之第1連接部11、及自第1連接部11起於第1對角線上延伸之第1延伸部12，第2電極20具有於第1對角線上以介隔第1延伸部12與第1連接部11對向之方式配置之第2連接部21、及包含自第2連接部21延伸之第1部位22c及第2部位22d之2個第2延伸部22，第1連接部11之接近第2連接部21之側之端部配置於較連結2個第2延伸部22之前端之直線更接近第2連接部21之側，並且其中心部配置於較第2對角線更遠離第2連接部21之側。
Description
本發明係關於一種發光元件，尤其關於發光元件之電極構造。
自先前以來，發光元件為了能夠實現均勻之發光而進行了各種開發。例如，作為具有四邊形之外形之發光元件之電極構造，提出有第2電極及第1電極中之一者配置於發光元件上表面之中心，另一者以包圍一者之周圍之形態配置之構造(日本專利特開2011-61077號公報、日本專利特開2012-89695號公報、日本專利特開2011-139037號公報等)。
該等各種電極構造分別為了實現電流密度之均勻分佈以使得遍及發光元件之整個面出射均勻之光而提出，但即便實際採用該等電極構造，依然會於第2電極與第1電極之間於電流密度之分佈中產生偏差，存在正向電壓(Vf)變高、尚不足以獲得均勻之發光且發光效率降低等問題。
又，根據第2電極與第1電極之配置、進而與該等電極之外部之連接形態，而會使妨礙發光之金屬線以較長之距離覆蓋發光元件之上方，使光之提取效率降低。又，配置於發光元件之上方之金屬線由於自發光元件上之接合點向發光元件之外緣變低，亦存在金屬線與發光
元件之外緣接觸而導致短路等問題。
本發明係鑒於上述情況而完成，其目的在於提供一種藉由降低電極間之電流密度之分佈中之偏差而進一步提高發光效率之發光元件。
本發明包含以下發明。
本發明係一種發光元件，其特徵在於包括：第1導電型半導體層；第1電極，其係設置於上述第1導電型半導體層上之局部區域；第2導電型半導體層，其係於上述第1導電型半導體層上之其它區域以包圍上述第1電極之方式設置；及第2電極，其係設置於上述第2導電型半導體層上；且於俯視下，上述第2導電型半導體層之外周形狀為包含第1對角線及第2對角線之正方形；上述第1電極包含配置於上述第1對角線上之第1連接部、及自上述第1連接部起於上述第1對角線上延伸之第1延伸部；(1)上述第2電極包含：第2連接部，其係於上述第1對角線上以介隔上述第1延伸部與上述第1連接部對向之方式配置；2個第2延伸部，其等包含自上述第2連接部起向上述第1對角線之兩側延伸之第1部位及自上述第1部位起隔著上述第1延伸部呈直線狀延伸之第2部位；且上述第1連接部之接近上述第2連接部之側之端部配置於較連結上述2個第2延伸部之前端之直線更接近上述第2連接部之側，並且其中心部配置於較上述第2對角線更遠離上述第2連接部之側；或者(2)上述第2電極包含：第2連接部，其係於上述第1對角線上以與上述第1連接部對向之方式配置；2個第2延伸部，其等包含自上述第2連接部起向上述第1對角線之兩側延伸之第1部位及自上述第1部位起
隔著上述第1延伸部與上述第1延伸部平行地延伸之第2部位；且上述第1連接部之接近上述第2連接部之側之端部配置於較連結上述2個第2延伸部之前端之直線更接近上述第2連接部之側。
根據本發明之發光元件，可進一步提高發光效率。
2‧‧‧基板
3‧‧‧半導體層
3a‧‧‧第1導電型半導體層
3b‧‧‧第2導電型半導體層
3c‧‧‧活性層
4‧‧‧導電層
5‧‧‧保護膜
10、10a、30、40、50、90‧‧‧第1電極
11、31、41、51、91‧‧‧第1連接部
11a、11b‧‧‧端部
12、32、42、52、92‧‧‧第1延伸部
12a、33、43、53‧‧‧第1輔助延伸部
20、23、60、70、80‧‧‧第2電極
21、24、61、71、81‧‧‧第2連接部
22、25、62、72、82‧‧‧第2延伸部
22a、22b、25a、25b‧‧‧前端部
22c、25c‧‧‧第1部位
22d、25d‧‧‧第2部位
63、73‧‧‧第2輔助延伸部
100、101、102、200、210、300、400、500、600、700、800A、800B‧‧‧發光元件
P1、Q1、X、X1、Y、Y1、Z、Z1‧‧‧箭頭
圖1A係模式性地表示本發明之實施形態1之發光元件之俯視圖。
圖1B係圖1A之A-A'線上之模式剖面圖。
圖1C係模式性地表示本發明之實施形態1之發光元件之變化例1之俯視圖。
圖1D係模式性地表示本發明之實施形態1之發光元件之變化例2之俯視圖。
圖2A係模式性地表示本發明之實施形態2之發光元件之俯視圖。
圖2B係模式性地表示本發明之實施形態2之發光元件之變化例之俯視圖。
圖3係模式性地表示本發明之實施形態3之發光元件之俯視圖。
圖4係模式性地表示本發明之實施形態4之發光元件之俯視圖。
圖5係模式性地表示本發明之實施形態5之發光元件之俯視圖。
圖6係模式性地表示本發明之實施形態6之發光元件之俯視圖。
圖7係模式性地表示本發明之實施形態7之發光元件之俯視圖。
圖8A係模式性地表示比較例1之發光元件之俯視圖。
圖8B係模式性地表示比較例2之發光元件之俯視圖。
圖9A係表示本發明之實施形態2之變化例、實施形態4及比較例1之發光元件之光輸出(Po)與正向電壓(Vf)之圖表。
圖9B係表示本發明之實施形態3、4、5及比較例2、3之發光元件之光輸出(Po)與正向電壓(Vf)之圖表。
圖10A係表示本發明之實施形態3之發光元件之電流密度之概略
俯視圖。
圖10B係表示本發明之實施形態4之發光元件之電流密度之概略俯視圖。
圖10C係表示本發明之實施形態1之變化例2之發光元件之電流密度之概略俯視圖。
圖11係表示本發明之發光元件中之功率效率與電極縮小面積之關係之圖表。
以下，一面參照圖式，一面對用以實施本發明之發光元件之形態進行說明。為了明確說明，有時誇大各圖式所示之構件之大小或位置關係等。又，於以下之說明中，關於同一名稱、符號，原則上表示同一或者同質之構件，適當省略詳細說明。進而，構成本發明之各要素可設為由同一構件構成複數個要素而以一構件兼作複數個要素之態樣，相反地，亦可由複數個構件分擔一構件之功能來實現。進而，又，於一部分之實施例、實施形態中所說明之內容可利用於其它實施例、實施形態等。
本發明之發光元件主要具備：第1導電型半導體層；第1電極，其係設置於該第1導電型半導體層上之局部區域；第2導電型半導體層，其係於第1導電型半導體層上之其它區域以包圍第1電極之方式設置；及第2電極，其係設置於該第2導電型半導體層上之。
於俯視下，第2導電型半導體層之外周形狀為包含第1對角線及第2對角線之正方形。此處，正方形係指允許一邊為另一邊之±5%左右之長度變動及/或四角之角為90±10度左右之角度變動。又，角部亦可消除稜角而變圓。
(第1導電型半導體層及第2導電型半導體層)
第1導電型半導體層及第2導電型半導體係成為發光元件中之發
光部之構件，可為MIS接合、PIN接合、PN接合等同質構造、異質結合或雙異質結合中之任一種。於該等半導體層之間包含有活性層，活性層可為形成於產生量子效應之薄膜之單一量子井構造、多重量子井構造中之任一種。其中，較佳為第1導電型半導體層、活性層、第2導電型半導體層依序積層而成者。又，若將第1導電型半導體層例如設為n型，則第2導電型半導體層例如為p型，該等亦可相反。半導體層之種類、材料並無特別限定，例如較佳地使用InXAlYGa1-X-YN(0X，0Y，X+Y1)等氮化物半導體材料。
第1導電型半導體層及第2導電型半導體層通常積層於基板上。較佳為於基板上依序積層第1導電型半導體層、活性層、第2導電型半導體層而成者。作為基板之材料，可列舉：如藍寶石(Al2O3)或尖晶石(MgAl2O4)之絕緣性基板、碳化矽(SiC)、ZnS、ZnO、Si、GaAs、金剛石及與氮化物半導體晶格匹配之鈮酸鋰、鎵酸釹等氧化物基板。
(第1電極及第2電極)
第1電極設置於第1導電型半導體層上之局部區域。於俯視下，配置於發光元件之內側。而且，第1電極被第2導電型半導體層包圍。藉此，可使電流於第1電極之整周擴散。第1電極例如具備：第1連接部，其為了向第1導電型半導體層供給電流而直接或間接地與第1導電型半導體層電性連接，且配置於第1對角線上；及第1延伸部，其自第1連接部起於第1對角線上延伸。
第2電極配置於第2導電型半導體層上，即於俯視下，以包圍第1電極外周之一部分之方式配置。第2電極例如為了向第2導電型半導體層供給電流而直接或間接地與第2導電型半導體層電性連接，且具備第2連接部、及2個第2延伸部。
第2連接部於第1對角線上以與第1連接部對向之方式配置。於該情形時，既可介隔第1延伸部而對向，亦可不介隔第1延伸部而對向。
如下所述，第2延伸部包含自第2連接部起向第1對角線之兩側延伸之第1部位、與自該第1部位分別延伸之第2部位。
於第2導電型半導體層，為了向其整個面更有效率地供給電流，較佳為於第2電極、即第2連接部及第2延伸部與第2導電型半導體層之間，如下所述般進而配置被覆該第2導電型半導體層之大致整個面之透光性導電層。此處，大致整個面係指第2導電型半導體層之總面積之90%左右以上之面積。
第1連接部及第2連接部係為將電流供給至發光元件而用以與外部電極或外部端子等連接之所謂焊墊電極，例如為接合有導電性之金屬線等之部位。如上所述，第1連接部及第2連接部均配置於半導體層之一條對角線(以下，稱為第1對角線)上。此處，所謂配置於對角線上，較佳為連接部之中心存在於對角線上，但亦包含連接部之一部分跨越對角線而配置之情況。較佳為第1連接部及第2連接部均相對於第1對角線對稱配置。
又，第1連接部較佳為於第1對角線上自一個對角起，配置於半導體層之對角線之15~45%左右之範圍內，第2連接部較佳為於第1對角線上，自另一個對角起，配置於半導體層之對角線之10~35%左右之範圍內。
第1連接部及第2連接部之形狀可根據發光元件之大小、電極之配置等適當調整，例如可設為圓形、正多邊形等形狀。其中，若考慮金屬線接合之難易度，則較佳為圓形狀或與其近似之形狀。又，第1連接部及第2連接部之大小可根據發光元件之大小、電極之配置等適當調整，其最長之長度較佳為半導體層之一邊之長度之5~30%左右之長度、5~20%左右之長度、10~20%左右之長度。第1連接部及第2連接部之形狀及大小可互不相同，但較佳為相同。
第1連接部較佳為接近第2連接部之側之端部配置於較連結2個第
2延伸部之前端之直線更接近第2連接部之側。第1連接部之中心部可配置於第2對角線上或較第2對角線更接近第2連接部之側，但較佳為配置於較第2對角線更遠離第2連接部之側。進而，第1連接部更佳為接近第2連接部之側之端部配置於較第2對角線更遠離第2連接部之側。
第1延伸部及第2延伸部係用以使供給至第1連接部及第2連接部之電流於半導體層均勻擴散之輔助電極。較佳為第1延伸部及第2延伸部均相對於第1對角線對稱配置。
第1延伸部較佳為自第1連接部起於第1對角線上延伸，且朝向第2連接部延伸。又，第1延伸部亦可向與朝向第2連接部之方向相反側之方向延伸。再者，於本說明書中，將自第1連接部延伸之部位稱為第1延伸部，但為了區分其延伸方向，而將向與朝向第2連接部之方向相反側之方向延伸之延伸部稱為第1輔助延伸部。第1延伸部較佳為設為第1連接部之直徑之50~300%左右之範圍之長度。第1輔助延伸部之長度根據第1連接部之位置，較佳為設為第1連接部之直徑之10~200%左右之範圍之長度。又，第1延伸部除了向第2連接部延伸之部位外，亦可進而包含第1輔助延伸部。即，於第1對角線上，可包含自第1連接部起向相互相反方向延長之2個延伸部。藉此，亦可將電流擴展至電流經常不足之半導體層之角部。
第2延伸部包含自第2連接部起向第1對角線之兩側延伸之第1部位與自該第1部位分別延伸之第2部位。
第1部位較佳為自第2連接部起呈曲線狀延伸。
第2部位隔著第1延伸部呈直線狀延伸。又，第2部位較佳為與第1延伸部平行地延伸。
關於自該第2連接部起呈曲線狀延伸之2個第1部位，於將2個第1部位連結成一體而觀察時，於俯視下，例如可列舉形成圓弧狀、碗形
狀、半圓狀等形狀之形狀，2個第1部位較佳為配置成半圓狀。此處之2個第1部位之前端間之距離或半圓形狀之直徑例如較佳為第2連接部之半徑之2~10倍左右、2~5倍左右、3~5倍左右，又，就另一觀點而言，較佳為半導體層之對角線之長度之10~40%左右、10~35%左右、15~35%左右。
第2部位較佳為自第1部位起，以與第1延伸部對向之方式直線狀及/或與第1延伸部平行地延伸。
第2延伸部亦可包含自第1部位分別分支之2個第2輔助延伸部。
第1延伸部及第2延伸部以及第1輔助延伸部及第2輔助延伸部之粗細並無特別限定，例如，較佳為設為第1連接部及第2連接部之直徑或最長長度之5~30%左右之粗細、5~20%左右之粗細、5~15%左右之粗細。第1延伸部及第2延伸部以及第1輔助延伸部及第2輔助延伸部之粗細可互不相同，但較佳為相同。又，亦可部分不同，但較佳為均勻。
第1延伸部與第2連接部之最短距離可為第1延伸部與第2延伸部之第2部位之最短距離以上之長度，第1延伸部與第2延伸部之第1部位之最短距離可較第1延伸部與第2延伸部之第2部位之最短距離短。
若第1延伸部之接近第2連接部之前端部與第2連接部之距離較近，則於其等之間存在電流集中之傾向，藉由設為第1延伸部與第2延伸部之第2部位之最短距離以上之長度，可使電流不僅於第1延伸部與第2連接部之間均勻地擴散，而且於第1延伸部與第2延伸部之間亦均勻地擴散。藉此，可使電流向第2電極(第2延伸部)，進而向第2導電型半導體層有效率地擴散。
較佳為第1延伸部與2個第2延伸部之各自之最短距離相同。又，較佳為第1延伸部與呈直線狀延伸之第2延伸部(第2部位)平行地配置。
藉此，可藉由如此之距離差異將第2連接部周邊偏離之電流分佈均勻地調整。
又，於本說明書中，第1部位與第2部位之交點包含於第2部位。
第1電極及第2電極通常係以矩形包圍配置於半導體層上之第1電極及第2電極之外緣之面積較佳為下述透光性之導電層面積之60~90%，進而較佳為70~90%。藉此，可向半導體層之大致整個面均勻地供給電流。除此之外，可減少於半導體層上佔據之電極(第1電極及第2電極)之面積，故而可減少由該等電極產生之光之吸收等，減輕自半導體層之光提取效率之降低。
尤其，包圍第1電極及第2電極之外緣之矩形較佳為向發光元件之重心縮小比例而成的與發光元件之外形或第2導電型半導體層之外形相似或大致相似之形狀。藉由此種形狀，可實現更均勻之電流供給。此處之包圍第1電極及第2電極之外緣之矩形係指分別描繪與配置於第1電極及第2電極之最外側之端部相接、且與發光元件或第2導電型半導體層之外緣平行之線而圍成之矩形。又，大致相似係指允許±10%左右之局部性縮尺率之變動。
第1電極及第2電極可使用例如由Ni、Rh、Cr、Au、W、Pt、Ti、Al等金屬或合金形成之單層膜或多層膜，其中，較佳為使用Ti/Pt/Au及Ti/Rh/Au等依序積層之多層膜。
(導電層)
尤其，配置於第2電極(第2連接部及第2延伸部)與第2導電型半導體層之間之導電層係用以使自第2電極供給之電流均勻地流向第2導電型半導體層之整個面內之構件。作為導電層，亦可使用金屬薄膜，但由於配置於發光元件之光提取面側，故而較佳為具有透明性之導電層，具體而言較佳為導電性氧化物層。作為此種導電性氧化物，可列舉包含選自Zn、In、Sn、Mg中至少一種之氧化物，具體而言為
ZnO、In2O3、SnO2、ITO(Indium Tin Oxide，ITO(氧化銦錫))、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化銦鋅)、GZO(Gallium-doped Zinc Oxide，摻鎵氧化鋅)等。導電性氧化物(尤其ITO)於可見光(可見區域)中具有較高之光透過性(例如，60%以上、70%以上、75%以上或80%以上)，而且為導電率較高之材料，因此可較佳地使用。
本發明之發光元件通常被封裝而構成發光裝置。於發光裝置中，發光元件安裝於基體，由密封構件密封。於該情形時，發光元件可藉由面朝上或面朝下之任一方式安裝。
基體通常由配線與絕緣性材料形成。配線用於向發光元件之電極供電。因此，只要係可發揮該功能之導電材，則並無限定，可使用任意之材料。作為此種材料，可自上述第1電極等所使用之材料中適當選擇。作為絕緣性材料，可列舉陶瓷、樹脂、電介體、紙漿、玻璃或其等之複合材料、或者該等材料與導電材料(例如，金屬、碳等)之複合材料等。
再者，配線及絕緣性材料作為整體可為長方體或立方體等，亦可於搭載發光元件之任意部位形成有凹部。
密封構件用於保護發光元件及金屬線等連接構件等不受外部影響，只要為可自發光元件有效率地提取光之材料，則可使用任意之材料。例如，可使用透光性樹脂。
透光性樹脂較佳為使自發光層出射之光之60%以上透過，進而透過70%、80%或90%以上。此種樹脂例如可列舉：矽樹脂組合物、改性矽樹脂組合物、環氧樹脂組合物、改性環氧樹脂組合物、丙烯酸系樹脂組合物等、矽樹脂、環氧樹脂、尿素樹脂、氟樹脂及至少包含一種以上該等樹脂之混合樹脂等之樹脂等。再者，於此種透光性樹脂之外周，為了使自發光元件出射之光向特定方向配光，可配置反射性之構件或樹脂。
作為反射性之樹脂，可列舉熱固性樹脂、熱塑性樹脂等。具體而言，可列舉：環氧樹脂組合物、矽樹脂組合物、聚矽氧改性環氧樹脂等改性環氧樹脂組合物；環氧改性矽樹脂等改性矽樹脂組合物；聚醯亞胺樹脂組合物、改性聚醯亞胺樹脂組合物；聚鄰苯二甲醯胺(PPA)；聚碳酸酯樹脂；聚苯硫醚(PPS)；液晶聚合物(LCP)；ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)樹脂；酚樹脂；丙烯酸系樹脂；PBT(Polybutylene terephthalate，聚對苯二甲酸丁二酯)樹脂等樹脂。藉由該等樹脂或藉由於其表面配置金屬膜等，可形成反射性之構件。
密封構件中可含有該領域公知之光散射材料、無機填料等。
較佳為於發光裝置之光提取面側設有螢光體層。螢光體層例如亦可於密封構件中含有螢光體。又，亦可於密封構件之表面之一部分含有螢光體。
螢光體層中所包含之螢光體可使用該領域公知之螢光體。例如，於作為發光元件而使用發出藍色光之氮化鎵系發光元件之情形時，可列舉吸收藍色光而發出黃色~綠色系光之YAG(Yttrium Aluminium Garnet，釔鋁石榴石)系、LAG系、發出綠色光之SiAlON(賽隆)系(β-SiAlON)、發出紅色光之SCASN、CASN系之螢光體之單獨或組合。又，亦可含有該領域公知之光散射材料等。
再者，亦可代替螢光體層而配置不含有由上述透光性樹脂形成之螢光體之密封構件。
該等螢光體層及/或密封構件可分別積層兩種以上。
<實施形態1>
如圖1A及圖1B所示，該實施形態之發光元件100具備：基板2、設置於基板2上之半導體層3、形成於半導體層3上之第1電極10、配置於半導體層3上且第1電極10之外周之第2電極20。
半導體層3具備第1導電型半導體層3a(例如n層)、活性層3c及第2導電型半導體層3b(例如p層)。
基板2及半導體層3(尤其第2導電型半導體層3b)於俯視下為大致正方形，基板2之一邊例如為460μm。
第1電極10形成於半導體層3中之去除第2導電型半導體層3b及活性層3c之一部分而露出之第1導電型半導體層3a上。第1電極10被該等第2導電型半導體層3b及活性層3c包圍。第2電極20形成於第2導電型半導體層3b之上。再者，於第2電極20與第2導電型半導體層3b之間配置有形成於第2導電型半導體層3b上之大致整個面之透光性之導電層4。
該等半導體層3、第1電極10及第2電極20除了下述第1連接部及第2連接部之一部分以外，由保護膜5被覆。
第1電極10具有與外部電路(未圖示)電性連接之第1連接部11、及自第1連接部11延伸之第1延伸部12。第1連接部11配置於第1對角線即A-A'線上，具有例如半徑為30μm左右之大小之大致圓形。第1延伸部12向下述第2連接部21延伸。其寬度例如為6μm左右，長度為130μm左右。
第2電極20具有與外部電路(未圖示)電性連接之第2連接部21、及自第2連接部21延伸之2個第2延伸部22。第2連接部21配置於第1對角線即A-A'線上，具有例如半徑為30μm左右之大小之大致圓形。2個第2延伸部22具有自第2連接部21起分別相對於第1對角線線對稱地呈曲線狀延伸之第1部位22c、與自第1部位22c向與第2連接部21相反之側(換言之，為第1連接部11側)呈直線狀延伸之第2部位22d。關於此處之呈曲線狀延伸之形狀，例如，2個呈曲線狀延伸之第1部位22c為大致半圓形狀，其半徑例如為110μm左右。又，呈直線狀延伸之第2部位22d與第1對角線平行，其長度為170μm左右。2個第1部位22c及2個
第2部位22d表示大致U字之平面形狀。
第1連接部11之接近第2連接部21之端部11a配置於較連結第2延伸部22之第2部位22d之2個前端部22a、22b之直線C-C'線更接近第2連接部21之側。於本說明書中，第1連接部11之端部係指外緣，於第1連接部11與第1延伸部連接之部分，假定第1連接部11之外緣(例如，圓形之外緣)。接近第2連接部21之端部11a係指第1連接部11之假定之圓形之外緣與第1對角線之交點。又，第1連接部11之中心部配置於較與第1對角線A-A'線正交之半導體層3之第2對角線B-B'線更遠離第2連接部21之側。即，第1連接部11跨過連結第2延伸部22之2個前端部22a、22b之直線C-C'線而配置。直線C-C'線與第2對角線B-B'線平行。又，第1連接部11係第1連接部11之外緣與第2延伸部之最短距離較第1連接部11之外緣與半導體層3之外緣之最短距離短。
第1電極10及第2電極20配置於以半導體層3之中心部為中心之70%左右之縮尺區域內。換言之，於描繪四條與配置於第1電極10及第2電極20之最外側之端部相接且與半導體層3之外緣平行之線之情形時，由該四條線包圍之平面面積為導電層之平面面積之70%之面積縮小率。
第1延伸部12配置於自第1延伸部12至呈直線狀延伸之第2延伸部22之第2部位22d之最短距離均相同之位置。換言之，由圖1A之箭頭X及Z表示之自第1延伸部12至第2延伸部22之第2部位22d之最短距離均為大致同一長度。又，於第1對角線A-A'線上，自第1延伸部12之前端部至與該前端部對向之第2連接部21之距離Y、自第1延伸部12之前端部至與該前端部對向之第2延伸部22之呈曲線狀延伸之2個第1部位22c之各自之距離亦為大致同一長度。具體而言，X=Z=Y=107μm。
<實施形態1之變化例1>
又，如圖1C所示，就具備基板2、設置於基板2上之半導體層3、
形成於半導體層3上之第1電極10、配置於半導體層3上且第1電極10之外周之第2電極20之方面而言，發光元件101具有與發光元件100實質上相同之構造。
而且，第1連接部11整體配置於較連結第2延伸部22之第2部位22d之2個前端部22a、22b之直線C-C'線更接近第2連接部21之側。即，第1電極10與直線C-C'線分開。藉此，第1連接部11與第2連接部21之距離變短，故而可降低第1連接部11與第2連接部21之間之電阻。
<實施形態1之變化例2>
如圖1D所示，就具備基板2、設置於基板2上之半導體層3、形成於半導體層3上之第1電極10a、配置於半導體層3上且第1電極10a之外周之第2電極20之方面而言，發光元件102具有與發光元件100實質上相同之構造。
第1電極10a具有第1連接部11與自第1連接部11延伸之第1輔助延伸部12a。
第1連接部11配置於第2對角線上，其中心部與第2對角線重合。因此，第1連接部11之接近第2連接部21之側之端部配置於較連結第2部位22d之2個前端部22a、22b之直線更接近第2連接部之側。進而，配置於較第2對角線更接近第2連接部之側。
第1輔助延伸部12a向與第2連接部21相反之側延伸。即，第1連接部11於第1對角線上與第2連接部21對向。第1輔助延伸部12a之端部11b配置於較連結第2延伸部22之第2部位22d之2個前端部22a、22b之直線更遠離第2連接部21之側。換言之，第1輔助延伸部12a跨過連結第2延伸部22之2個前端部22a、22b之直線而配置。第1輔助延伸部12a之長度為與發光元件100之第1延伸部12為大致相同程度。
第2電極20具有第2連接部21與自第2連接部21延伸之2個第2延伸部22。2個第2延伸部22具有自第2連接部21分別呈曲線狀延伸之第1部
位22c、與自第1部位22c向與第2連接部21相反之側與第1輔助延伸部12a平行地延伸之第2部位22d。
<實施形態2>
如圖2A所示，除了第2電極23之2個第2延伸部25之形狀不同以外，該實施形態之發光元件200具有實質上與實施形態1之發光元件100相同之構成。
於該發光元件200中，於俯視下，2個第2延伸部25之第1部位25c配置成越靠中間越較圓弧形狀稍向半導體層3之內側凹陷之形狀。該凹陷之程度較佳為較半圓凹陷，且較由第1部位25c之2個端部與第2連接部構成之等腰三角形之邊更向外側突出之形狀。
第1延伸部12配置於自第1延伸部12至第2延伸部25之第2部位25d之最短距離均相同之位置。換言之，由圖2A之箭頭X1及Z1表示之自第1延伸部12到第2延伸部25之第2部位25d之最短距離均為同一長度。
另一方面，於第1對角線A-A'線上，相對於自第1延伸部12之前端部至與該前端部對向之第2連接部24之距離(箭頭Y1)，自第1延伸部12之前端部至與該前端部對向之第2延伸部25之第1部位25c之距離(P1、Q1)較短。該短的程度例如可設為由箭頭Y1表示之距離之1~10%左右。具體而言，X1=Z1=107μm、Y1=110μm、P1=Q1=100μm。
<實施形態2之變化例>
又，如圖2B所示，可為如下發光元件210，即，將第2電極23之2個第2延伸部25之形狀設為與發光元件200相同之形狀，第1電極30之第1連接部31之位置與發光元件100相比，沿第1對角線A-A'線向發光元件之內側偏移，且除了自第1連接部31起於第1對角線上向第2連接部24延伸之第1延伸部32外，亦包含向與第2連接部24相反之側延伸之第1輔助延伸部33，除此以外，具有實質上與實施形態2之發光元件200相同之構成。
第1輔助延伸部33較佳為配置於連結呈直線狀延伸之第2延伸部25之2個前端部25a、25b之直線D-D'線上或較D-D'線更靠外側(與第1延伸部32相反之方向)。藉此，亦可將電流有效地擴展至半導體層之角部。
於該發光元件210中，亦係就相對於自第1延伸部32之前端部至與該前端部對向之第2連接部24之距離(箭頭Y1)，自第1延伸部12之前端部至與該前端部對向之第2延伸部25之第1部位之距離(P1、Q1)較短之方面而言，與發光元件200相同。
<實施形態3>
如圖3所示，該實施形態之發光元件300係除自第1電極40之第1連接部41起於第1對角線上向第2連接部21延伸之第1延伸部42外，亦包含向與第2連接部21相反之側延伸之第1輔助延伸部43，除此以外，具有實質上與實施形態1之發光元件100相同之構成。第1輔助延伸部43之長度為15μm左右。藉此，可使電流向第1連接部附近之發光元件之角部擴散。
於該發光元件300中，亦係與發光元件100中之X、Z、Y對應之長度與發光元件100相同。
<實施形態4>
如圖4所示，該實施形態之發光元件400係第1電極30之第1連接部31之位置與發光元件100相比，沿第1對角線A-A'線向發光元件之內側偏移，又，除了自第1連接部31起於第1對角線上向第2連接部21延伸之第1延伸部32外，亦包含向與第2連接部21相反之側延伸之第1輔助延伸部33，除此以外，具有實質上與實施形態1之發光元件100相同之構成。
於該發光元件400中，第1連接部之偏移長度相對於第1連接部之直徑為63%左右，第1輔助延伸部33之長度為50μm左右。
於該發光元件400中，亦係與發光元件100中之X、Z、Y對應之長度與發光元件100相同。
<實施形態5>
如圖5所示，該實施形態之發光元件500係第1電極50之第1連接部51之位置與發光元件100相比，沿第1對角線A-A'線向發光元件之內側偏移，又，除自第1連接部51起，於第1對角線上向第2連接部21延伸之第1延伸部52外，亦包含向與第2連接部21相反之側延伸之第1輔助延伸部53，除此以外，具有實質上與實施形態1之發光元件100相同之構成。
於該發光元件500中，第1連接部之偏移長度相對第1連接部之直徑為97%左右，第1輔助延伸部53之長度為75μm左右。
於該發光元件500中，亦係與發光元件100中之X、Z、Y對應之長度與發光元件100相同。
<實施形態6>
如圖6所示，該實施形態之發光元件600係除第2電極60之第2延伸部62具有從自第2連接部61呈曲線狀延伸之部位分別分支之2個第2輔助延伸部63以外，具有實質上與實施形態4之發光元件400相同之構成。
於該發光元件600中，於將與半導體層之一邊平行之線(線T1-T1'線及線T2-T2'線)設為相對於呈曲線狀延伸之部位之切線之情形時，分支部即第2輔助延伸部63沿該切線延伸。又，其長度相當於半導體層之一邊之長度之25%左右之長度。具體而言為110μm左右。
<實施形態7>
如圖7所示，該實施形態之發光元件700係除從自第2電極70之第2延伸部72之第2連接部71呈曲線狀延伸之部位分別分支之分支部即第2輔助延伸部73之長度為實施形態6之發光元件600之第2輔助延伸部63
之長度之一半左右以外，具有實質上與實施形態6之發光元件600相同之構成。
<發光元件之評價>
對上述實施形態1~7之發光元件進行如下評價。
再者，準備除電極之配置如下般不同以外，實質上與實施形態1~7之相同之構成之發光元件作為比較例。
比較例1
如圖8A所示，於該發光元件800A中，於第2電極80，自第2連接部81延伸之第2延伸部82形成為不具有直線部分之圓弧狀。第1電極30與發光元件400之第1電極相同。
比較例2
如圖8B所示，於該發光元件800B中，於第1電極90，第1延伸部92延伸之第1連接部91之接近第2連接部21之端部配置於與連結呈直線狀延伸之第2延伸部22之2個前端部22a、22b之直線C-C'線接觸之位置。第2電極20與發光元件100之第2電極相同。
(光輸出及正向電壓(Vf)之評價)
針對發光元件400、發光元件210及發光元件800A，以電流120mA測定光輸出及Vf。
將其結果示於圖9A。
由該結果可確認，本實施形態之發光元件400及210與比較例之發光元件800A相比，非常明亮。其原因在於，藉由極力抑制第1電極及第2電極之長度(面積)，而抑制由電極遮斷之光輸出之減少。尤其，發光元件210係P1、Q1之距離較X1、Z1短，故而與發光元件400相比，第2延伸部之總長變短，因此，光輸出較發光元件400高。藉此而確認到，並非如電流過度流經第1電極與第2電極之間之配置，考慮第2延伸部與第1電極之距離之關係實現電流密度之半導體層整面上之
均勻化，此外，有提高輸出之傾向。
(功率效率之評價)
針對發光元件300、400、500、800B、102，以電流120mA測定光輸出、Vf及功率效率。將其結果示於圖9B及表1中。再者，該等發光元件300、400、500、800B、102為第1電極(第1連接部與第1延伸部)之面積相同且僅使第1連接部之位置位移者。
功率效率由{光輸出/(電流×電壓)}×100[%]算出，功率效率差由(基準/對象)×100-100[%]算出。光輸出之單位為mW，電流之單位為mA，電壓之單位為V。
如表1所示，以發光元件800B為基準進行評價，結果於本實施形態之發光元件102中，獲得0.66%之差。進而，本實施形態之發光元件300、400、500分別顯示出0.77、0.78及0.72之差這般良好之結果。
又，若第1連接部與第2連接部之距離接近，則Vf降低。藉此，確認第1連接部之配置(第1連接部與第2連接部之距離)影響Vf。
(電流密度之模擬)
針對光元件300、400及發光元件102，藉由使用有限要素法之模擬軟體對電流密度之分佈進行分析。將其結果分別示於圖10A~圖10C。於圖10A~圖10C中表示，濃淡越濃，則電流密度越低。又，於圖10A~圖10C中，表示連結第2部位22d之2個前端部22a、22b之直線
C-C'線及第2對角線(F-F')以作參考。
確認於發光元件102中，尤其於第1對角線上之第1連接部側之角部，濃度較濃、電流密度較低之部分以相對較大之面積展現，但於構成第2對角線之對角部分，較第1對角線上之第1連接部側之角部緩和。關於電流密度分佈，具有產生局部性電流集中之傾向，但藉由與圖9所示之Vf值之減少之平衡，可期待光輸出之提高。
另一方面，於發光元件300、400中，進一步防止發光元件之角部之較暗部分之產生，即便於電極間亦看不到電流密度之集中，而確認為均勻之電流密度分佈。藉此，於半導體層之整個面可有效地提高光輸出，可獲得明亮之發光元件。
(基於電極面積之功率效率)
針對上述實施形態及比較例之發光元件，對使以矩形包圍配置於第1電極及第2電極之最外側之外緣之平面面積相對於導電層之面積以發光元件之中心為中心而縮小之情形時之功率效率進行測定。功率效率之測定與上述同樣地進行。
將其結果示於圖11。
由該結果可確認，於電極面積縮小率為70~90%左右可獲得非常良好之功率效率。又，確認到，藉由面積縮小，可減少半導體層上佔據之電極(第1電極及第2電極)之面積，故而可調整功率效率與自半導體層之光提取效率。
(封裝後之光束之評價)
於具有凹部之陶瓷製封裝(縱×橫×高=3.5mm×3.5mm×0.8mm)中分別安裝發光元件400(實施形態4)與發光元件800A(比較例1)，利用包含YAG之矽樹脂密封發光元件以製作發光裝置。
針對該等發光裝置，以電流120mA測定光輸出。
其結果，可確認安裝有發光元件400之發光裝置較安裝有比較例
1之發光元件800A之發光裝置提高0.5%之輸出。
認為其中一個原因在於，於發光元件400中，實現了功率效率良好之第1電極及第2電極之配置，伴隨於此，於發光元件整體中所佔據之延伸部之面積縮小。
[產業上之可利用性]
本發明之發光元件可較佳地利用於各種發光裝置，尤其照明用光源、LED(Light Emitting Diode，發光二極體)顯示器、液晶顯示裝置等背光光源、信號機、照明式開關、各種感測器及各種指示器、動畫照明輔助光源、其它一般之民生消費品用光源等。
2‧‧‧基板
3‧‧‧半導體層
3a‧‧‧第1導電型半導體層
3b‧‧‧第2導電型半導體層
4‧‧‧導電層
5‧‧‧保護膜
10‧‧‧第1電極
11‧‧‧第1連接部
11a‧‧‧端部
12‧‧‧第1延伸部
20‧‧‧第2電極
21‧‧‧第2連接部
22‧‧‧第2延伸部
22a、22b‧‧‧前端部
22c‧‧‧第1部位
22d‧‧‧第2部位
100‧‧‧發光元件
X、Y、Z‧‧‧箭頭
Claims (11)
- 一種發光元件，其特徵在於包括：第1導電型半導體層；第1電極，其係設置於上述第1導電型半導體層上之局部區域；第2導電型半導體層，其係於上述第1導電型半導體層上之其它區域以包圍上述第1電極之方式設置；及第2電極，其係設置於上述第2導電型半導體層上；且於俯視下，上述第2導電型半導體層之外周形狀為包含第1對角線及第2對角線之正方形；上述第1電極包含配置於上述第1對角線上之第1連接部、及自上述第1連接部起於上述第1對角線上延伸之第1延伸部；上述第2電極包含：第2連接部，其係於上述第1對角線上以介隔上述第1延伸部與上述第1連接部對向之方式配置；2個第2延伸部，其等包含自上述第2連接部起向上述第1對角線之兩側延伸之第1部位及自上述第1部位起隔著上述第1延伸部呈直線狀延伸之第2部位；且上述第1連接部之接近上述第2連接部之側之端部配置於較連結上述2個第2延伸部之前端之直線更接近上述第2連接部之側，並且其中心部配置於較上述第2對角線更遠離上述第2連接部之側。
- 一種發光元件，其特徵在於包括：第1導電型半導體層；第1電極，其係設置於上述第1導電型半導體層上之局部區域；第2導電型半導體層，其係於上述第1導電型半導體層上之其它區域以包圍上述第1電極之方式設置；及第2電極，其係設置於上述第2導電型半導體層上；且 於俯視下，上述第2導電型半導體層之外周形狀為包含第1對角線及第2對角線之正方形；上述第1電極包含配置於上述第1對角線上之第1連接部、及自上述第1連接部起於上述第1對角線上延伸之第1延伸部；上述第2電極包含：第2連接部，其係於上述第1對角線上以與上述第1連接部對向之方式配置；2個第2延伸部，其等包含自上述第2連接部起向上述第1對角線之兩側延伸之第1部位及自上述第1部位起隔著上述第1延伸部與上述第1延伸部平行地延伸之第2部位；且上述第1連接部之接近上述第2連接部之側之端部配置於較連結上述2個第2延伸部之前端之直線更接近上述第2連接部之側。
- 如請求項1或2之發光元件，其中上述第2電極之2個第2延伸部分別包含自上述第2連接部起呈曲線狀延伸之第1部位與自該第1部位起以與上述第1延伸部對向之方式呈直線狀延伸之第2部位；上述第1延伸部與上述第2連接部之最短距離為上述第1延伸部與上述第2延伸部之第2部位之最短距離以上之長度。
- 如請求項1之發光元件，其中上述第1延伸部與上述2個第2延伸部各自之最短距離相同。
- 如請求項3之發光元件，其中上述第2延伸部之2個第1部位配置成半圓狀。
- 如請求項1或2之發光元件，其中上述第2電極之2個第2延伸部分別包含自上述第2連接部起呈曲線狀延伸之第1部位與自該第1部位起以與上述第1延伸部對向之方式呈直線狀延伸之第2部位；上述第1延伸部與上述第1部位之最短距離較上述第1延伸部與上述第2延伸部之第2部位之最短距離短。
- 如請求項1或2之發光元件，其中上述第1電極進而包含自上述第1連接部起於第1對角線上向與上述第2連接部相反側延伸之第1輔助延伸部。
- 如請求項1或2之發光元件，其中上述第1連接部之接近上述第2連接部之側之端部配置於較上述第2對角線更遠離上述第2連接部之側。
- 如請求項1或2之發光元件，其中上述第2延伸部包含自第1部位分別分支之2個第2輔助延伸部。
- 如請求項1或2之發光元件，其中於上述第2電極與上述第2導電型半導體層之間具有透光性之導電層；以矩形包圍上述第1電極及上述第2電極之外緣之面積為上述導電層之面積之60~90%。
- 如請求項2之發光元件，其中上述第1連接部之中心部位於上述第2對角線上。
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