TW201637239A - 半導體發光元件 - Google Patents

半導體發光元件 Download PDF

Info

Publication number
TW201637239A
TW201637239A TW104141805A TW104141805A TW201637239A TW 201637239 A TW201637239 A TW 201637239A TW 104141805 A TW104141805 A TW 104141805A TW 104141805 A TW104141805 A TW 104141805A TW 201637239 A TW201637239 A TW 201637239A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
layer
semiconductor light
semiconductor
emitting device
Prior art date
Application number
TW104141805A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Mitsugi
Hiroshi Katsuno
Original Assignee
Toshiba Kk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Kk filed Critical Toshiba Kk
Publication of TW201637239A publication Critical patent/TW201637239A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes
    • H01L33/38—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the electrodes with a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本發明之實施形態提供一種發光效率獲得改善之半導體發光元件。 實施形態之半導體發光元件具備：半導體層，其包含第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設置於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間之發光層；電極墊，其與上述半導體層相鄰而設置；第1電極，其一端連接於上述電極墊，自上述電極墊線狀地延伸而連接於上述第1半導體層；第2電極，其與上述第2半導體層連接；及設置於上述第1半導體層之一部分與上述第1電極之一部分之間之層，該層具有較上述第1電極之導電率低之導電率。上述第1電極隨著遠離上述電極墊，而與上述延伸之方向垂直之方向之長度即電極寬度變短，且與上述第1電極之連接面積減少。

Description

半導體發光元件
[相關申請案]
本申請案享受以日本專利申請案2015-6946號(申請日：2015年1月16日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之所有內容。
本發明之實施形態係關於一種半導體發光元件。
LED(Light Emitting Diode，發光二極體)等半導體發光元件具備具有發光層之半導體層、p電極及n電極。於半導體發光元件中，p電極形成於半導體層之一個面且n電極形成於半導體層之另一個面，或者，p電極及n電極形成於半導體層之一個面。於此種半導體發光元件中，業者期望發光效率之提高。
本發明之實施形態提供改善了發光效率之半導體發光元件。
實施形態之半導體發光元件具備：半導體層，其包含第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設置於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間之發光層；電極墊，其與上述半導體層相鄰而設置；第1電極，其一端連接於上述電極墊，自上述電極墊線狀地延伸而連接於上述第1半導體層；第2電極，其與上述第2半導體層連接；以及設置於上述第1半導體層之一部分與上述第1電極之一部分之間之層，該層具有較上述第1電極之導電率低之導電率。上述第1電 極隨著遠離上述電極墊，而與上述延伸之方向垂直之方向之長度即電極寬度變短且與上述第1電極之連接面積減少。
1、1a~1r‧‧‧半導體發光元件
10‧‧‧第1半導體層
10a、10b‧‧‧面
20‧‧‧第2半導體層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧第2電極
50、50a‧‧‧電流阻擋層
60、60a~60k‧‧‧第1電極
60f1、60f2、60f3、60f4‧‧‧第1電極
70、70a、70b、72、72a、72b‧‧‧電極墊
80‧‧‧半導體層
80a、80b‧‧‧面
91‧‧‧絕緣層
92‧‧‧背墊金屬
93‧‧‧支持層
95、95a‧‧‧支持基板
96‧‧‧背面電極
99‧‧‧基板
100‧‧‧半導體發光元件
150‧‧‧電流阻擋層
160、160a~160g‧‧‧第1電極
170a、170b‧‧‧電極墊
a~g‧‧‧區域
c1‧‧‧中心線
L0、Lb‧‧‧長度
l1~l8‧‧‧區間
O‧‧‧原點
wa‧‧‧寬度
wb‧‧‧寬度
x0~x6‧‧‧位置
y0~y4‧‧‧座標
圖1(a)係例示第1實施形態之半導體發光元件之透視俯視圖。圖1(b)係圖1(a)之A-A'線中之剖視圖。圖1(c)係圖1(a)之B-B'線中之剖視圖。
圖2係第1實施形態之半導體發光元件之另一例之剖視圖。
圖3(a)係圖1(a)之C部之放大圖。圖3(b)係圖1(a)之D部之放大圖。
圖4(a)~圖4(c)係例示第1實施形態之半導體元件之一部分之俯視圖。
圖5係例示比較例之半導體發光元件之透視俯視圖。
圖6(a)係例示第1實施形態之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。圖6(b)係例示比較例之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
圖7(a)係例示第1實施形態之變化例1之半導體發光元件之透視俯視圖。圖7(b)係圖7(a)之E-E'線中之剖視圖。
圖8(a)~圖8(e)係例示第1實施形態之變化例2之半導體發光元件之一部分之俯視圖。
圖9係例示第1實施形態之變化例3之半導體發光元件之透視俯視圖。
圖10(a)係圖9之F部之放大圖。圖10(b)係圖9之G部之放大圖。
圖11(a)及圖11(b)係例示第1實施形態之變化例4之半導體發光元件之透視俯視圖。
圖12(a)及圖12(b)係例示第1實施形態之變化例5之半導體發光元件之透視俯視圖。
圖13(a)係例示第1實施形態之變化例6之半導體發光元件之透視 俯視圖。圖13(b)及圖13(c)係圖13(a)之H-H'線中之剖視圖。
圖14(a)~圖14(c)係例示第1實施形態之變化例6之半導體發光元件之另一例之透視俯視圖。
圖15(a)~圖15(d)係表示第1實施形態之變化例6之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
圖16(a)係例示第2實施形態之半導體發光元件之俯視圖。圖16(b)係圖16(a)之K-K'線中之剖視圖。
圖17係表示第2實施形態之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
圖18(a)及圖18(b)係第2實施形態之變化例之半導體發光元件之俯視圖。圖18(c)及圖18(d)係表示第2實施形態之變化例之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
圖19係例示第3實施形態之半導體發光元件之主要部之剖視圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之各實施形態進行說明。
再者，圖式係模式性或概念性之圖，各部分之厚度與寬度之關係、部分間之大小之比率等未必限定為與現實相同。又，即便於表示相同之部分之情形時，亦存在因圖式不同而相互之尺寸或比率不同地表示之情況。
再者，於本案說明書與各圖中，關於已經出現之圖，對與上述內容相同之要素標註相同之符號而適當省略詳細之說明。
(第1實施形態)
圖1(a)係例示第1實施形態之半導體發光元件之透視俯視圖。圖1(b)係圖1(a)之A-A'線中之剖視圖。圖1(c)係圖1(a)之B-B'線中之剖視圖。
圖2係本實施形態之半導體發光元件之另一例之剖視圖。
圖3(a)係圖1(a)之C部之放大圖。圖3(b)係圖1(a)之D部之放大圖。
圖4(a)~圖4(c)係例示本實施形態之半導體元件之一部分之俯視圖。
如圖1(a)~圖1(c)所示，第1實施形態之半導體發光元件1具備第1半導體層10、第2半導體層20、發光層30、第1電極60、第2電極40、電流阻擋層50、及電極墊70a、70b。半導體發光元件1進而具備絕緣層91、背墊金屬92、支持層93、支持基板95、及背面電極96。第2半導體層20、發光層30、及第1半導體層10按照該順序積層而形成半導體層80。半導體層80具有第1半導體層10側之面80a及第2半導體層20側之面80b。
於以下之說明中，將自第2電極40朝向第1電極60之方向設為Z軸之正方向。將與Z軸方向垂直之1個方向設為X軸方向。將與X軸方向及Z軸方向垂直之方向設為Y軸方向。自第1半導體層10朝向第2半導體層20之方向成為Z軸之負方向。再者，於以下之說明中，於圖式之對比上，有時將與X軸方向及Y軸方向平行之方向稱為橫向，將與Z軸方向平行之方向稱為縱向。
第1半導體層10具有面10a(第1面)及與面10a為相反側之面10b(第2面)。再者，面10a為半導體層80之面80a。第1半導體層10例如為導入有成為n型半導體之雜質之n型(第1導電型)半導體之層。n型之半導體層例如為GaN層。第2半導體層20設置於第1半導體層10之面10b側。第2半導體層20為例如導入有成為p型半導體之雜質之p型(第2導電型)半導體之層。p型之半導體層例如為p型GaN層。發光層30設置於第1半導體層10之面10b側。發光層30例如具有多重量子井構造。半導體層80之Z方向之厚度例如為1~4μm左右。以下，設為第1半導體層10為n型半導體層，第2半導體層20為p型半導體層而進行說明。
再者，半導體層之材料並不限定於上述之具體例，可使用各種 GaN系氮化物半導體或其他III-V族化合物半導體、其他各種化合物半導體等。
第1電極60於第1半導體層10之設置有發光層30之一側，即面10b與第1半導體層10接觸，並電性連接。於跟第1電極60之與第1半導體層10連接之面為相反側之面及側面，設置有絕緣層91。因此，第1電極60與第2半導體層20及發光層30電性絕緣。第1電極60由高導電材料，例如包含Al、含Si之Al等之金屬、合金而形成。於形成下述電流阻擋層50之情形時，將與第1半導體層10之面10b連接之部分稱為第1部分61。將於Z軸方向於第1半導體層10與第1電極60之間形成有電流阻擋層50之第1電極60之部分稱為第2部分62。如圖1(b)所示，於第1電極60之第1部分61與第2部分62，第2部分62於Z軸之負方向錯開而形成，於第1部分61與第2部分62之間產生階差。
第2電極40於Z軸方向，設置於第2半導體層20與支持基板95之間。第2電極40於半導體層80之面80b側與第2半導體層20接觸，並電性連接。第2電極40於與第1電極60相鄰之側面，設置有絕緣層91。第2電極40由高導電材料，例如包含Ag等之金屬、合金而形成。
支持基板95具有導電性，例如為Si等半導體基板、或者Cu或CuW等金屬基板。支持基板95支持半導體層80、第1電極60、及第2電極40等上部構造，使半導體發光元件1與外圍器具等構造物穩定連接。
於第2電極40與支持基板95之間設置有背墊金屬92，背墊金屬92跟與第2半導體層20之面80b為相反側之面接觸。背墊金屬92隔著絕緣層91向第1電極60之Z方向之下方延伸而設置。背墊金屬92使由半導體層80產生之發光向與支持基板95相反側反射而提高發光效率。
進而，於背墊金屬92與支持基板95之間，為了吸收背墊金屬92之Z方向之凹凸，實現歐姆接合且與支持基板95連接而設置有支持層93。支持層93由焊料埋入層或接合層等而構成。
於與支持基板95之設置有第2電極40之一側為相反側之面設置有背面電極96。背面電極96例如由Ti、Pt、Au等而形成，與支持基板95取得歐姆接合。
於第2半導體層20流通之電流通過第2電極40、背墊金屬92、支持層93、支持基板95、及背面電極96而流通。即，於半導體發光元件1流通之電流於第1電極60與第2電極40之間橫向流通，於第2電極40與背面電極96之間縱向流通。
再者，半導體發光元件1於刻劃或切割前之晶圓狀態下為了測定電性特性，亦可於與電極墊70a、70b相同之面設置第2電極用之電極墊72。例如，如圖1(a)所示，電極墊72以不使半導體發光元件1之發光效率降低之方式，配置於半導體晶片之角部之位置。如圖1(c)所示，第2電極40用之電極墊72利用於第2電極40與電極墊72之間延伸而形成之背墊金屬92來電性連接。電極墊72之位置或面積並不限定於上述，可任意地設定，電極墊72之個數亦並不限定於1個，亦可配置2個以上。又，電極墊72之形狀並不限定於圓形，亦可為橢圓狀、方形狀、三角形或者多邊形狀等。
電流阻擋層50於Z軸方向設置於第1半導體層10與第1電極60之間。電流阻擋層50為與第1電極相比導電率充分低之絕緣層，由絕緣性之材料或者高電阻化之層而形成。作為絕緣性之材料，例如，具有包含氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氮氧化矽(SiON)、氟化鋰(LiF)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氧化鉿(HfO2)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鈦(TiO2)、其他氧化物、氮化物、氟化物、或者、該等之混合物之介電材料。於半導體發光元件1中，若於電極墊70a、70b與第1電極60之連接部位等之容易產生電流集中之部位設置電流阻擋層50，則電子等之載體(以下，稱為電子等)避開電流阻擋層50而流通，故而電子等流通之方向分散，能夠抑制配線電阻之上升並抑制電 流集中。由此，提供成為均勻性較高之電流分佈，實現均勻性較高之發光之半導體發光元件。形成電流阻擋層50之上述介電體自發光效率之觀點來看光學上透明度較高，且具有與半導體層80同等或者低之折射率。折射率越低則越理想，亦可藉由設為泡狀或者海綿狀而使平均折射率降低。電流阻擋層50由於具有作為全反射鏡(Total Internal Reflection：TIR)之功能，故而抑制因第1電極60所致之光之損耗。電流阻擋層50之Z軸方向之厚度較理想的是λ/2n以上，但於無法忽視介電體之光吸收之情形時，或者，不期待TIR之效果之情形時，較理想的是1nm以上且λ/8n以下。若厚度為1nm以下，則存在於幾個介電體中穿隧電流成為有意之情況。又，厚度為λ/8n~λ/2n之範圍由於因第1電極60所致之光吸收增大，故而不理想。λ為光之波長，n為介電體之λ中之折射率。
較理想的是，包含非接觸性之金屬之材料之光學反射率較高。但是，根據材料之組合即便為0.5nm左右之厚度亦可發揮功能。
如圖2所示，於使電流阻擋層50a由高電阻化之層而形成之情形時，於第1電極60與第1半導體層10之接合面，藉由將第1半導體層10之一部分預先利用電漿處理、自由基處理、或者離子處理等進行加工而惰性化，妨礙第1電極60與第1半導體層10之接觸來實現。於該等情形時，亦能夠使電流阻擋層50a之厚度與第1電極60之厚度相比充分薄。
電流阻擋層50沿著第1電極60而局部地設置，使於第1電極60流通之電子等分散，抑制電流集中。又，電流阻擋層50於第1電極60形成有由第1部分61及第2部分62所致之階差。因此，藉由施加具有含有於第1電極60流通之電子等之方向，即與電子之運動量向量之方向之成分不同之方向之成分之運動量向量之電子流，可使電遷移之進展降低。進而，電流阻擋層50防止於半導體層80產生之發光被第1電極60 吸收，有助於發光效率之提高。
絕緣層91設置於背墊金屬92與第1電極60之間，將第1電極60與第2電極40電性絕緣。絕緣層91亦可使用與電流阻擋層50相同之材料形成。
電極墊70a、70b為大致四邊形狀且設置於半導體層80之端部之附近。電極墊70a、70b與第1電極60電性連接。電極墊70a、70b例如將接合線接合而將外部電路與第1電極60電性連接。再者，於該例中，電極墊設置有2個，但並不限制為2個，既可為1個亦可為3個以上。但是，若設置多個電極墊，則晶片尺寸擴大，故而存在發光效率降低之情況。又，電極墊之形狀並不限定於上述之方形狀，可設為任意之形狀，例如，既可為長方形狀、三角形狀或其他多邊形狀，或者，亦可為圓形或橢圓形等。
半導體發光元件1例如為將GaN系氮化物半導體等半導體設為材料之發光二極體(Light Emitting Diode：LED)。半導體發光元件1具有薄膜構造。薄膜構造之半導體發光元件具有將於成長基板上成長之半導體層轉印至與成長基板不同之支持基板95之構造。於半導體發光元件1中，第1電極60及第2電極40均設置於第2面80b側，於橫向導通而流通電流，故而關於以下之半導體發光元件1，存在將橫通電型之薄膜構造稱為LTF(Lateral Thin-Film，橫向薄膜)構造之情況。
設置於半導體發光元件1之第1電極60於觀察XY平面時，具有含有線狀部分之細線電極構造。再者，亦可將第2電極40之形狀設為線狀。即，第1電極60及第2電極40之任一者具有線狀部分。電極之形狀亦可將框狀、梳狀、格子狀、鋸齒狀、或者該等幾個組合。
本實施形態之半導體發光元件1形成為一邊之長度為L0之正方形狀之半導體晶片。半導體發光元件1具有L0×L0之晶片面積。以下，半導體發光元件1具有與XY平面平行之面，且將4個角中之1個作為原 點O。即，半導體發光元件1為具有自原點O起於X軸上之正方向為L0之邊、與其對向之長度為L0之邊、於Y軸上之正方向為L0之邊、與其對向之長度L0之邊之半導體晶片。
本實施形態之半導體發光元件1之2個電極墊70a、70b具有分別相同之形狀及相同之面積，形成一邊之長度為Lp之大致正方形狀。電極墊70a、70b配置於XY平面上之原點O側之端部。於Y軸方向之位置，一個電極墊70a之中心配置於y1之位置，另一個電極墊70b之中心配置於y3之位置。電極墊70a、70b之沿著Y軸之與原點O側對向之邊配置於位置x0。
半導體發光元件1與XY平面平行具有線狀之第1電極60。為了方便起見，將沿著X方向延伸之線狀之第1電極60稱為橫線，將沿著Y方向延伸之線狀之第1電極60稱為縱線。本實施形態之半導體發光元件1具有含有5根橫線之第1電極60a~60e及含有2根縱線之第1電極60f、60g。
於本實施形態之半導體發光元件1中，構成橫線之第1電極60a~60e大致平行地等間隔離開而配置。更具體而言，第1電極60a~60e之Y座標分別為y0~y4。y0為半導體發光元件1之下邊之Y座標。y4為半導體發光元件1之上邊之座標。半導體發光元件1之半導體晶片之一邊之長度為L0，故而y4-y0≒L0。y2位於將半導體發光元件1之一邊於Y軸方向上2等分之位置。y1位於將y2~y0進行2等分之位置。y3位於將y4~y2進行2等分之位置。因此，作為半導體發光元件1之橫線之第1電極60a~60e關於與通過座標y2之X軸平行之線線對稱地配置。換言之，構成橫線之第1電極60a~60e相互之間隔為y1-y0=y2-y1=y3-y2=y4-y3。第1電極60b之一端於x0之位置與一個電極墊70a連接。第1電極60d之一端亦於x0之位置與另一個電極墊70b連接。
構成縱線之第1電極60f、60g大致平行地配置於半導體發光元件1 之X軸方向之各自端部之附近。更具體而言，第1電極60f配置於x0之位置，第1電極60g配置於X=x2之位置。半導體發光元件1之半導體晶片之與X軸平行之一邊之長度為L0，故而x2位於自原點O起為L0之位置。第1電極60f、60g各自兩端與構成橫線之第1電極60a、60e之兩端連接。第1電極60g連接有構成橫線之第1電極60b、60c、60d之一端。第1電極60f被分割為第1電極60f1、60f2、60f3、60f4。被分割之第1電極60f1之一端於y1-Lp/2之位置與一個電極墊70a連接。第1電極60f1之另一端於座標(x0、y0)與構成橫線之第1電極60a之一端連接。被分割之第1電極60f2之一端於y1+Lp/2之位置與電極墊70a連接。第1電極60f2之另一端與構成橫線之第1電極60c之一端連接，並且與第1電極60f3之一端連接。連接位置為y2之位置。被分割之第1電極60f3之另一端於y3-Lp/2之位置與另一個電極墊70b連接。被分割之第1電極60f4之一端於y3+Lp/2之位置與電極墊70b連接，第1電極之另一端於y4之位置與構成橫線之第1電極60e之一端連接。
構成橫線之第1電極60a~60e自與縱線之連接位置及電極墊之連接位置朝向X軸之正方向，以Y軸方向之長度，即第1電極60a~60e之寬度變窄之方式形成。第1電極60a~60e之寬度自位置x0至X軸之特定之位置x1為止逐漸變窄，但於較位置x1靠X軸之正方向保持固定。構成縱線之第1電極60f1~60f4以於與電極墊70a、70b之連接位置之附近變寬，隨著遠離電極墊70a、70b沿著延伸方向而寬度逐漸變窄之方式形成。更具體而言，於位置y1與位置y0之間之區間l1、位置y2與位置y1之間之區間l2、位置y3與位置y2之區間l3、及位置y4與位置y3之間之區間l4，為固定之寬度wa。又，橫線之位置x1至位置x2之部分與構成縱線之第1電極60g全部具有固定之寬度wb。因此，自位置x1至x2為止之第1電極60a、60b與位置y0至y1為止之第1電極60g而形成之區間l5全部為固定之寬度wb。於區間l6~l8中，全部為固定之寬度 wb。再者，構成橫線之第1電極60a~60e於Y軸方向等間隔地配置，故而屬於上述之固定之寬度wb之區間l5~l8之第1電極之長度設定為相互相等。又，關於固定之寬度wa之區間l1~l4，屬於該等區間之第1電極之長度亦以相互相等之方式設定。關於該等區間之各自之長度，可根據電流密度分佈等而任意地設定。再者，由於第1電極60形成為線狀，故而於本說明書中於第1電極之寬度之情形時，定義為與第1電極線狀地延伸之方向垂直之方向之長度。例如，構成橫線之第1電極60a~60e沿著X軸方向延伸，故而第1電極60a~60e之寬度為Y軸方向之長度。構成縱線之第1電極60f、60g沿著Y軸方向延伸，故而第1電極60f、60g之寬度為X軸方向之長度。
於本實施形態之半導體發光元件1中，電流阻擋層50設置於電極墊70a、70b與第1電極60f1、60b、60f2、60f3、60d、60f4之連接位置之附近。又，電流阻擋層50以包圍半導體發光元件1之外周之方式設置。例如，形成於第1電極60b、60d上之電流阻擋層50自位置x0延伸至xb為止。於位置x0至xb為止之範圍中，以覆蓋第1電極60b、60d之方式設置。於將位置x0至xb為止之長度設為Lb時，設置於電極墊70a與第1電極60f1之連接位置之電流阻擋層50之Y軸方向之長度亦設定為Lb。同樣地，設置於電極墊70a與第1電極60f2之間之連接位置之電流阻擋層50之Y軸方向之長度亦為Lb。設置於與電極墊70b之連接位置之電流阻擋層50之Y軸方向之長度亦為Lb。
如圖3(a)所示，電流阻擋層50以覆蓋構成設置於半導體發光元件1之外周部之縱線之第1電極60g之更外周部之方式形成。
如圖3(b)所示，第1電極60以至X軸之正方向之位置x1為止寬度變窄之方式形成，於較x1靠X軸之正方向為固定之寬度。此時之第1電極之寬度wb設定為與圖3(a)之第1電極60g之寬度wb相等。
其次，對本實施形態之半導體發光元件1之動作原理進行說明。
近年來，半導體發光元件隨著半導體層之高品質化，而以高電流密度驅動時之發光效率提高，進一步之大輸出化、晶片小型化之要求強烈。例如，以1~2mm見方左右之晶片尺寸實用化至額定3A左右，為了提高發光效率，必須使電流密度進一步提高。為了使每個晶片之電流密度提高，而使將電流供給至第1半導體層及第2半導體層各者之電極之寬度擴大而流通大電流，並且使電流密度均等化，藉此必須防止電遷移以提高可靠性。另一方面，即便於使輸出光之一側之電極、多數情形時為與第1半導體層(n型半導體層)連接之第1電極之電極寬度擴大之情形時，亦必須不妨礙光輸出。因此，無法遍及發光面之整個面而使第1電極之電極寬度擴大。一般而言，自第1電極60流入之電子之流通於電極墊70a、70b附近較大，隨著遠離電極墊70a、70b，而電子分流至活性層，故而變小。因此，藉由設為如於與電極墊70a、70b連接之位置之附近使第1電極60之電極寬度擴大，隨著遠離電極墊70a、70b而使第1電極60之電極寬度變小之電極形狀，可謀求電流密度之均等化。
如圖4(a)所示，第1電極60於位置x0與電極墊70連接，且延伸至位置x3為止。位置x0處之第1電極60之寬度為wa，位置x3處之寬度為較wa小之wb。於該例中，於位置x3，寬度wb=0。於該例中，於位置x0至x3，第1電極60之寬度以大致固定之比率減少之方式設定。換言之，第1電極60之緣部形成為直線狀。
可認為隨著第1電極60之寬度之減少，而與第1電極60之每單位長度之第1半導體層10之接觸面積減少，故電子向半導體層80分流之比率減少。因此，如圖4(b)所示，第1電極60之寬度亦可以隨著遠離電極墊70，而減少之比率變小之方式設定。
若於第1電極60之端部附近接觸面消失，則電流注入量極端減少。因此，如圖4(a)及圖4(b)所示，於第1電極60之端部中，以第1電 極60之寬度成為0之方式設定，自發光效率之觀點來看存在不理想之情況。因此，如圖4(c)所示，較理想的是，於與電極墊70之連接位置x0與第1電極60之端部x3之間，設置位置x1，於位置x0至x1，使第1電極60之寬度逐漸減少，於位置x1至x3，以位置x1處之寬度wb設定為固定。
於本實施形態之半導體發光元件1中，能夠將電流阻擋層50設置為任意之形狀、任意之位置。藉由將電流阻擋層50設置於電流密度上升之部位，可更有效地抑制電流密度之上升。認為於電極墊70a、70b與第1電極60之連接位置附近，如上所述電流密度變得最高，故藉由設置電流阻擋層50可進而有效地抑制電流密度之上升。
其次，一面與比較例之半導體發光元件進行比較，一面就本實施形態之半導體發光元件1之作用與效果進行說明。
圖5係例示比較例之半導體發光元件100之透視俯視圖。
圖6(a)係例示本實施形態之半導體發光元件1之電流密度分佈之圖形，圖6(b)係例示比較例之半導體發光元件100之電流密度分佈之圖形。
如圖5所示，比較例之半導體發光元件100具備線狀之第1電極160a~160g。再者，關於比較例之半導體發光元件100之剖面構造，於本實施形態之半導體發光元件1之剖面構造中，除了電流阻擋層50以外為相同。又，比較例之半導體發光元件100具有L0×L0之大致正方形狀之半導體晶片。
構成橫線之第1電極160a~160e與X軸平行地大致等間隔地配置。於比較例之半導體發光元件100中，電極墊170a、170b配置於原點O側之上下端部。構成縱線之第1電極160f係一端與電極墊170a連接，且與第1電極160a之一端連接。第1電極160f之另一端與另一個電極墊170b連接，且與第1電極160e之一端連接。構成縱線之第1電極160g係 一端與第1電極160a之另一端連接，另一端與第1電極160e之另一端連接。第1電極160b~160d之一端與第1電極160f分別連接，另一端與第1電極160g分別連接。於半導體發光元件100之外周，形成有與電極墊170a、170b分別連接之第1電極160(未圖示)，沿著該第1電極形成有電流阻擋層150。再者，於該比較例之半導體發光元件100之例中，第2電極160用之電極墊172配置於與配置有第1電極墊170a、170b之邊對向之位置之邊之角部。
如圖5所示，於比較例之半導體發光元件100中，第1電極160a~160g具有沿著延伸之方向具有相同之寬度之線狀構造。又，於外周部以外未形成電流阻擋層150。
如圖6(a)所示，於本實施形態之半導體發光元件1中，於電流阻擋層50與第1電極60之交界附近，即，b區域中電流密度最高，電流密度最大為400kA/cm2。於c區域中，電流密度為200kA/cm2以下，於d區域中，電流密度為100kA/cm2。再者，於第1電極之周圍之發光層區域中，於第1電極60之彎曲部，例如，第1電極60a與第1電極60f1之連接部分(a區域)中，存在電流密度超過200kA/cm2之部分。於發光層區域之其他部分，電流密度為200kA/cm2以下。
另一方面，如圖6(b)所示，於比較例之半導體發光元件100中，於第1電極之電極墊附近之g區域中，電流密度超過1000kA/cm2。於f區域中，亦超過600kA/cm2，於e區域中，超過400kA/cm2。再者，於圖6(a)中，將第2電極用之電極墊72除外進行模擬。又，於關於以下所說明之變化例或其他實施形態之電流密度分佈圖形中，亦適當將電極墊72除外進行模擬。
本實施形態之半導體發光元件1及比較例之半導體發光元件100均為1.4mm見方之晶片尺寸，各電極墊為100μm見方之正方形。又，第1電極之厚度均為1.8μm。第1電極由Al構成，將電阻率設為2.8 μΩcm。作為驅動電流考慮流通1.5A之情況。
首先，對比較例之半導體發光元件100之情況進行考察。
比較例之半導體發光元件100之第1電極160之寬度設定為一般而言使用之15μm。比較例之半導體發光元件100具有2個電極墊170a、170b，且於各者連接有各2根第1電極160。因此，第1電極160之電極寬度之合計為60μm，第1電極內之最大電流密度超過1390kA/qm2(=1.5A/(60μm×1.8μm))。於圖5之第1電極之圖案中，若假設為將電流均等地分支至5根橫線，則各橫線內之電流密度為1110kA/cm2以上。又，此時，縱線之電流密度超過1670kA/cm2。因此，由該部分之焦耳熱所致之發熱之密度(電力密度)超過1400W/cm2。
又，考慮具體之應用事例，於作為LED之消耗電力採用5W之情形時，平均電力密度為357W/cm2。而且，若將由塗佈有螢光體之外圍器具覆蓋此種LED作為白色LED之情形時之電力轉換效率設為妥當之值採用40%，則該LED之平均之發熱密度為214W/cm2。因此，上述計算之第1電極之發熱密度達到發光部之發熱密度之6.5倍(=1400/214)，可靠性上會產生問題。
於作為可靠性上之考慮，考慮電遷移之情形時，Al電極之容許值為200kA/cm2為極限。因此，於比較例之半導體發光元件100中，會存在超過該8倍之部分。作為第1電極之材料使用Si含有Al(AlSi)，藉此能夠使電遷移耐性提高，但即便於該情形時，容許值亦為400kA/cm2，根據上述計算結果，依然存在4倍之差異。於圖6(b)之模擬結果中，於較多之部分中，亦可觀測超過400kA/cm2之電流密度。
於本實施形態之半導體發光元件1中，相對於比較例之半導體發光元件100，增加與每1個電極墊連接之第1電極之數量，藉此使向電極墊之連接位置附近之電流流通之剖面面積擴大。於本實施形態之半導體發光元件1中，為了自電極墊70a、70b之各者三方連接第1電極 60，而將電極墊70a、70b之位置設為y1、y3之位置。此處，位置y1為與Y軸平行之內分為長度L0之邊1：3之位置，位置y3為與Y軸平行之內分為長度L0之邊3：1之位置。
於本實施形態之半導體發光元件1中，與電極墊70a、70b連接之第1電極60之一端之電極寬度wa設為50μm。因此，於比較例之半導體發光元件100中，於電流密度最大之部位中，電流密度成為比較例之半導體發光元件100之1/5(=60μm/(50μ×6))。進而，於電極墊70a、70b與第1電極60之連接位置設置電流阻擋層50，使電子流通之方向分散防止電流集中，藉此實現了進一步之電流密度之降低。如此一來，於本實施形態之半導體發光元件1中，實現了使第1電極60內之電流密度為400kA/cm2以下。於考慮抑制電遷移之產生之情形時，作為第1電極60使用AlSi，藉此可達成充分之可靠性。又，藉由使最小之電極寬度wb=10μm，即便於遠離電極墊70a、70b之部位亦能夠將電流供給至半導體層80，故而可實現電流密度之均等化。再者，關於最小之電極寬度，為了避免於第1電極60與第1半導體層10之接觸面中產生局部之電流密度上升，而將理想的是設為4μm以上，或者，第1電極60之厚度之2倍以上。
如此，於本實施形態之半導體發光元件1中，隨著遠離電極墊70a、70b，而第1電極60之寬度變窄，故而可將發光面積之減少抑制得較小，從而可提高發光效率。
又，於本實施形態之半導體發光元件1中，第1電極60及電極墊70a、70b以相對於將半導體晶片之對向之兩邊2等分之線段而線對稱之方式配置。而且，亦相對於將各電極墊70a及電極墊70b之對向之兩邊2等分之線段，而第1電極60a~60c及第1電極60c~60e分別線對稱地配置。因此，電流密度分佈均等化，大電流之驅動成為可能。
進而，於本實施形態之半導體發光元件1中，於電流密度局部變 高之部分，即電極墊70a、70b與第1電極60之連接部之附近設置有電流阻擋層50。於形成有電流阻擋層50之第1電極60之部分，電子流因由電流阻擋層50而形成之第1電極60之階差而散射，運動量向量之大小變小。因此，不容易於該部分產生電流集中，電流密度之增大得到抑制。
(第1實施形態之變化例1)
圖7(a)係例示第1實施形態之變化例1之半導體發光元件之透視俯視圖。圖7(b)係圖7(a)之E-E'線中之剖視圖。
於第1實施形態之半導體發光元件1中，藉由使用背面電極而取出來自第2電極之電流，但亦可不使用背面電極，而使用設置於與第1電極用之電極墊相同之面之電極墊來取出電流。
如圖7(a)所示，於本變化例之半導體發光元件1a中，構成橫線之第1電極60a~60e大致等間隔地離開而配置。構成縱線之60f、60g大致平行地配置於半導體發光元件1a之X軸方向之各端部之附近。於本實施形態之半導體發光元件1a中，第2電極40用之電極墊72b配置於將構成縱線之第1電極60g分割之第1電極60g1、60g2之間，且電極墊72a配置於第1電極60g2、60g3之間之方面與第1實施形態之半導體發光元件1不同。為了於該位置配置第2電極40用之電極墊72，而使構成橫線之第1電極60b、60d之X軸方向之長度較構成另一橫線之第1電極60a、60b、60d、60e之X軸方向之長度短。
如圖7(b)所示，第2電極40用之電極墊72a、72b利用延伸而形成之背墊金屬92分別與第2電極40電性連接。於本變化例中，不進行利用背面電極之電流取出，故而不於支持基板95a形成背面電極。又，支持基板95a不與第2電極40電性連接，故而由絕緣性之材料而形成。例如，支持基板95a可使用氮化鋁(AlN)等陶瓷基板。再者，為了更加提高導熱率亦可使用具有良導熱率之導電材料作為支持基板95a，於 該情形時，支持基板95a隔著絕緣層而與支持層93連接。
於本變化例之半導體發光元件1a中，於第1電極60與第2電極40之間流通之電流於橫向流通，並且向橫向拉出而與外部電路連接。於本變化例之半導體發光元件1a中，支持基板95a不包含於電流路徑。
於本變化例之半導體發光元件1a中，能夠於金屬製之高散熱基板與其他半導體晶片一起直接混載安裝。作為用於支持基板95a之材料使用AlN陶瓷等具有高導熱率之材料，藉此可降低熱電阻，故而能夠施加大電力，能夠提高發光效率。
(第1實施形態之變化例2)
於第1實施形態之半導體發光元件1中，於電極墊70a、70b與第1電極60之連接部之附近設置有電流阻擋層50。藉由研究該電流阻擋層50之形狀，可使電遷移耐性更加提高。
圖8(a)~圖8(e)係例示第1實施形態之變化例2之半導體發光元件之一部分之俯視圖。
如圖8(a)所示，本變化例1之半導體發光元件1a之第1電極60於位置x0，與電極墊70連接。於位置x0，第1電極60之寬度為wa。第1電極60沿著X軸方向，延伸至位置x3為止。位置x3中之第1電極60之寬度為wb=0。第1電極60之寬度以固定比率減少。電流阻擋層50設置於第1電極60上之一部分。第1電極60與電流阻擋層50於位置x1至x4為止，以覆蓋第1電極60之方式形成。第1電極60與電流阻擋層50以相對於中心線c1成為線對稱之方式配置。電流阻擋層50於位置x4至x5，含有具有自第1電極60之Y軸上之中心線c1朝向第1電極60之緣部之角度θ1之部分。角度θ1係中心線c1與將位置x4中之中心線c1上之位置及位置x5中之第1電極60之緣部之位置連接之線段所成之角度。於使用絕緣層形成電流阻擋層50之步驟中，容易於將電流阻擋層50形成於第1電極60上之後利用遮罩圖案將電流阻擋層50形成為該形狀。
圖8(b)表示形成於第1電極60上之電流阻擋層50之形狀之另一例。第1電極60之形狀與圖8(a)之情況相同。電流阻擋層50以朝向位置x5，以較第1電極60大之比率使寬度減少之方式形成。角度θ2係中心線c1與將位置x0中之第1電極60之緣部之位置及位置x5中之中心線c1上之位置連接之線段所成之角度。此種電流阻擋層50之形狀適合於形成用以使用離子注入等，使第1半導體層10與第1電極60之接觸面惰性化等而形成電流阻擋層50之遮罩圖案之情況。
認為電遷移係因為於電極等導體具有彎曲之部分或存在階差之部分之情形時，於導體流通之電子之流動之向量急遽變化，對構成該導體之金屬原子賦予較大之運動量向量而產生。因此，有效的是，於電流阻擋層50之緣部，相對於電子流之方向預先附加角度，藉此使電子流之方向之運動量向量之大小變小。於上述例中，相對於電子等流通之方向，電流阻擋層50之緣部具有角度而形成。因此，關於一方向之電子等之運動量向量變小，可減輕構成第1電極60之金屬原子所受之運動量，從而抑制電遷移之產生。為了以使電子流之流動方向不急遽地變化，有效地抑制電遷移之產生，而將理想的是設為θ1、θ2≦30°。
如圖8(c)所示，電流阻擋層50亦可以具有與於第1電極60流通之電子等之流通之方向平行之部分之方式構成。電流阻擋層50於位置x0至x6為止，覆蓋第1電極60。電流阻擋層50於位置x6至x5為止，沿著第1電極60之X軸方向之緣部而與X軸平行地形成，且不形成於第1電極60之Y軸方向之中心部。如此，即便電流阻擋層50沿著電子等流通之方向而形成，亦於第1電極60之剖面內(例如圖1(b)等)，於Z軸方向具有階差，故而產生與電子等流通之方向不同之方向之運動量向量，沿著電子等流通之方向之運動量向量變小，故而電遷移耐性提高。
電流阻擋層50之形狀並不限定於如上所述之相對於中心線c1而線 對稱之情況。如圖8(d)所示，電流阻擋層50亦可以於第1電極60上以較第1電極60之寬度之變化之比率大之變化之比率而寬度變小之方式設定。即，亦可以第1電極60於位置x3電極之寬度最小，電流阻擋層50於位置x0與x3之間之位置x5寬度最小之方式設定。又，如圖8(e)所示，亦可以於位置x5寬度階梯狀地變化。
如上所述，藉由使電流阻擋層50之形狀相對於電流流通之方向具有角度，或改變與電流流通之方向垂直之剖面之剖面面積而實質上設置階差，可使電流流通之方向之運動量向量之大小變小。因此，即便於流通相同之電流之情形時，亦能夠提高電遷移之耐性。再者，所謂電子等流通之方向，係指朝向產生電位差之方向之方向，但於本變化例之情形時，電流自電極墊70a、70b向第1電極60流出或者流入，到達遠離第1電極60之電極墊70a、70b之位置。因此，可認為電流流通之方向為第1電極60延伸之方向。
(第1實施形態之變化例3)
圖9係例示第1實施形態之變化例3之半導體發光元件之透視俯視圖。
圖10(a)係圖9之F部之放大圖。圖10(b)係圖9之G部之放大圖。
本變化例2之半導體發光元件1b係第1電極60a及60e之形狀與電流阻擋層50之形狀與第1實施形態之半導體發光元件1不同。關於與第1實施形態之半導體發光元件1相同之部分，標註相同之符號並省略詳細之說明。
如圖9所示，於本變化例之半導體發光元件1b中，構成橫線之第1電極60a~60e中配置於Y軸上之位置y0之第1電極60a及配置於位置y4之第1電極60e於位置x0至x6為止寬度變化。分別配置於位置y1、y2、y3之第1電極60b、60c、60d於位置x0至x1為止寬度變化。位置x6位於位置x0與x1之間。即，配置於半導體發光元件1a之上邊與下邊之第1 電極60a、60e之寬度以較配置於該等之間之第1電極60b、60c、60d之寬度大之比率變窄之方式設定。於該例中，區間l5之長度與區間l8之長度相等，區間l6之長度與區間l7之長度相等，區間l5、l8之長度以較區間l6、l7之長度長之方式設定。再者，區間l1~l4之長度與第1實施形態之半導體發光元件1之情況相同。
又，如圖10(a)所示，電流阻擋層50以覆蓋第1電極60b、60c、60d與第1電極60g分別連接之交點之位置之方式設置。如圖10(b)所示，於形成於外周之第1電極60a、60e上之最外周設置有電流阻擋層50。
相對於圖6(a)所示之電流密度分佈，變更為上述形狀，藉此可使電流密度分佈更加均等。
(第1實施形態之變化例4)
圖11(a)及圖11(b)係例示第1實施形態之變化例4之半導體發光元件之透視俯視圖。
如圖11(a)所示，於本變化例之半導體發光元件1c中，電極墊70a、70b配置於半導體發光元件1c之下邊及上邊。存在電極墊70a、70b之位置由搭載有半導體晶片之外圍器具之構造等而限制之情況。於第1實施形態之半導體發光元件1中，自電極墊70a、70b之三邊連接第1電極60而使電流密度降低，但於因外圍器具構造等之限制，而無法配置於此種位置之情形時，例如，亦可以將與電極墊70a、70b之連接位置之第1電極60之寬度進而擴大而連接。此處，考慮於構成縱線之第1電極60f2、60f3中不流通較大之電流，故而亦可以將第1電極60f2、60f3之寬度設定得窄。
又，如圖11(b)所示，亦可以使半導體發光元件1d之第1電極60b、60d於位置x0至x7為止自電極墊70a、70b分別具有大致45°、-45°之傾斜而延伸，於位置x7至x2為止與X軸平行之方式延伸。如此，藉由包含傾斜配置之第1電極60，可使第1電極60向電極墊70a、70b之 連接數量實質上增大，從而可抑制向電極墊之連接部分中之電流密度增大。
於由相同之次元構成圖1(a)及圖6(a)所示之第1實施形態之半導體發光元件1與圖11(a)之變化例之半導體發光元件1c之情形時，半導體發光元件1c之第1電極60內之最大電流密度為480kA/cm2，發熱密度為116W/cm2。又，於與比較例之半導體發光元件100之發光面積進行比較之情形時，本變化例之半導體發光元件1c之發光層面積只不過減少2.5%。於圖11(b)之半導體發光元件1d之情形時，進而改善，第1電極60內之最大電流密度為440kA/cm2，發熱密度為91.6W/cm2。發光層之面積之降低亦只不過為1.5%。
(第1實施形態之變化例5)
關於第1電極之寬度，可根據電流密度而任意地設定。
圖12(a)及圖12(b)係例示第1實施形態之變化例5之半導體發光元件之透視俯視圖。
如圖12(a)所示，於本變化例之半導體發光元件1e中，將與電極墊70a、70b之連接部中之第1電極60之寬度設定得寬。更具體而言，設定為第1實施形態之半導體發光元件1之第1電極60之寬度之2倍之wa=100μm。再者，寬度最窄之部分之位置為x1，寬度wb=10μm。該等與第1實施形態之半導體發光元件1之情況相同。該情形時之第1電極60內之最大電流密度為400kA/cm2，可使用Al作為電極材料。
如圖12(b)所示，於本變化例之半導體發光元件1f中，將與電極墊70a、70b之連接部中之第1電極之寬度設定得窄。設定為比第1實施形態之半導體發光元件1之第1電極之寬度wa窄之30μm。最窄之部分之寬度為wb=10μm。該情形時之第1電極60內之最大電流密度為600kA/cm2。
如該變化例之半導體發光元件1e、1f般，第1電極60之寬度可根 據處理之驅動電流值或電流密度而任意地設定。
(第1實施形態之變化例6)
於上述第1實施形態及其變化例中，將構成橫線之第1電極60a~60e之數量全部設為5根。第1電極之數量可根據驅動電流值或電流密度而任意地設定。
圖13(a)係例示第1實施形態之變化例6之半導體發光元件之透視俯視圖。圖13(b)及圖13(c)係圖13(a)之H-H'線中之剖視圖。
圖14(a)~圖14(c)係例示本變化之半導體發光元件之另一例之透視俯視圖。
圖15(a)~圖15(d)係表示本變化例之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
如圖13(a)所示，本變化例5之半導體發光元件1g具有構成橫線之6根第1電極60a~60e、60h。第1電極60a~60e、60h與X軸平行地配置，且於Y軸方向以均等之間隔而配置。第1電極60a~60e、60h於Y座標中配置於y0、y1、y2、y3、y4、y5之位置。y1-y0=y2-y1=y3-y2=y4-y3=y5-y4。第1電極60a配置於Y軸之最下邊，第1電極60h配置於Y軸之最上邊。構成縱線之60f、60g與Y軸平行地配置。第1電極60f、60g之兩端分別連接於第1電極60a、60h之兩端。構成縱線之第1電極60f進而被分為5個部分。第1電極60f1係一端連接於電極墊70a，另一端連接於第1電極60a之一端。第1電極60f2係一端連接於電極墊70a，另一端連接於第1電極60c之一端，並且連接於第1電極60f3之一端。第1電極60f3之另一端連接於第1電極60d之一端，並且連接於第1電極60f4之一端。第1電極60f4之另一端連接於電極墊70b。第1電極60f5之一端連接於電極墊70b，另一端連接於第1電極60h之一端。
本變化例之半導體發光元件1g具備電流阻擋層50。電流阻擋層50 設置於第1電極60與電極墊70a、70b之連接位置附近、第1電極60之彎曲部、及外周部。再者，如圖13(a)所示，關於存在電流密度變高之傾向之電極墊70a、70b附近與接近電極墊70a、70b之彎曲部，具備如圖8(a)所示之相對於電流之流通方向具有角度而形成之電流阻擋層50。如上所述，關於配置電流阻擋層50之部位或形狀，可根據電流密度分佈等而任意地設定。又，如圖13(b)所示，於第1電極60之剖面構造中，於未形成電流阻擋層50之第1部分61與形成有電流阻擋層50之第2部分62於Z軸方向產生階差。與第1實施形態之半導體發光元件1之情況相同，由於該階差，而電子流散射，於形成有電流阻擋層50之部位抑制電流集中，從而可提高電遷移耐性。如圖13(c)所示，關於代替介電層由惰性層形成高電阻層之電流阻擋層50a之情形時，亦與第1實施形態之半導體發光元件1相同，可於形成有電流阻擋層50a之部分中提高電遷移耐性。
於半導體發光元件1g中，第1電極60a~60c、60f1、60f2及第1電極60d、60e、60h、60f4、60f5，相對於與分別包含y1及y4之X軸平行之中心線而線對稱地構成。又，亦相對於與包含(y3+y2)/2之X軸平行之中心線而線對稱地構成。因此，可認為於將第1電極60a~60c、60f1、60f2及第1電極60d、60e、60h、60f4、60f5連接之第1電極60f3幾乎不流通電流。因此，如圖14(a)所示，於半導體發光元件1h中，亦可形成為刪除了第1電極60f3之第1電極圖案。於半導體發光元件1h中，至少將第1電極60f3去除的部分讓發光面積擴大，發光效率提高。
於半導體發光元件之外周，形成有被稱為電流擴散層之導體層，導體層通常包含電極墊70a、70b且不與任何部位連接。如圖14(b)所示，將該導體層與最下邊之第1電極60a、最上邊之第1電極60h、構成縱線之第1電極60f、60g共用，使發光面全部由第1電極60包圍，於半 導體發光元件1k中，可提高發光效率。
如圖14(c)所示，藉由將由於位於外周而發光區域之發光效率降低之部位之第1電極60k之寬度擴大並流通電流，而於半導體發光元件1m中，可提高發光效率。
圖15(a)係表示圖13(a)所示之半導體發光元件1g之電流密度分佈之圖形。增加橫線之結果，表示400kA/cm2以下之b區域之部分減少。又，亦一併表示相當於第1電極60f3之部位之電流密度較低。
圖15(b)係表示圖14(a)所示之半導體發光元件1h之電流密度分佈之圖形。表示存在由於將第1電極60f3去除，而於電極墊70a、70b之間於X軸方向之端部發光減少之部分。
圖15(c)係表示圖14(b)所示之半導體發光元件1k之電流密度分佈之圖形。表示成為所有第1電極60內之電流密度為200kA/cm2之c區域，發光亦均等。
圖15(d)係表示圖14(c)所示之半導體發光元件1m之電流密度分佈之圖形。表示於半導體發光元件1h中發光量降低之部分之發光提高。
如此一來，於本實施形態及其變化例之半導體發光元件中，能夠根據處理驅動電流及電流密度分佈，抑制電流密度分佈之分佈不均，使發光量均等化。於本實施形態及其變化例中，對應用於第1電極60形成於第1半導體層10之形成有發光層30之一側，第1電極60與第2電極40之間之電流成為橫向之橫型之電極構造之情況進行了說明。於此種橫型之電極構造中，為了使電流密度降低，使發熱密度降低，而使第1電極之厚度變厚，藉此存在難以使電遷移耐性提高之情況，於該情形時有效。
以下，主要對第1實施形態之半導體發光元件1之製造方法之一例進行說明。關於各變化例及下述另一實施形態之半導體發光元件亦同樣適用。
於成長用基板上，使包含氮化物半導體之第1半導體層10、發光層30及第2半導體層20依序結晶成長而形成半導體層80。成長用基板例如使用Si。使用真空蒸鍍法或者濺鍍法，使金屬膜成膜。使用抗蝕劑遮罩等將金屬膜圖案化為特定之形狀，形成第2電極40。
將抗蝕劑塗佈於第2半導體層20上，使用光微影等，進行圖案化，於半導體層80設置開口部。然後，利用反應性離子蝕刻(Reactive Ion Etching；RIE)，對第2半導體層20、發光層30及第1半導體層10之一部分進行蝕刻。藉此，使第1半導體層10之一部分露出。
使用電漿CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積)法或濺鍍法，於開口部使絕緣膜成膜。使用抗蝕劑遮罩等將絕緣膜圖案化為特定之形狀，形成電流阻擋層50及絕緣層91之一部分。較理想的是，絕緣膜之成膜於例如300度以下之溫度中進行，可抑制第2電極40之反射率之劣化或接觸電阻之劣化。
使用剝離法，以覆蓋已露出之第1半導體層10、電流阻擋層50及絕緣層91之方式形成第1電極60。以覆蓋第1電極60之方式形成絕緣層91之一部分。該絕緣層91設置於第2電極40與第1電極60之間。然後，於第2電極40及絕緣層91上，積層背墊金屬92、支持層93等。
對成長用基板進行研磨，進行旋轉蝕刻，藉此將成長用基板去除，與支持基板95連接。然後，於半導體層80之端部之附近，形成與第1電極60電性連接之電極墊70a、70b、72，於支持基板95之背面形成背面電極96。如此，本實施形態之半導體發光元件1可使用周知之技術來製造。
(第2實施形態)
如上所述，關於對橫型之電極構造適用之情況進行了敍述，但能夠亦對於具有縱型之電極構造之半導體發光元件適用。
圖16(a)係例示第2實施形態之半導體發光元件之透視俯視圖。圖 16(b)係圖16(a)之K-K'線中之剖視圖。
圖17係表示第2實施形態之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。
如圖16(a)及圖16(b)所示，本實施形態之半導體發光元件1n具備第1半導體層10、第2半導體層20、發光層30、第1電極60、第2電極40、電流阻擋層50、及電極墊70a、70b。第1電極60設置於與第1半導體層10之形成有發光層30之面為相反側之面80a上。第2電極40設置於半導體層80之另一個面80b，即與第2半導體層20之形成有發光層30之面為相反側之面。電流阻擋層50設置於第1半導體層10與第1電極60之間。因此，本實施形態之半導體發光元件1m係按照第2電極40、第2半導體層20、發光層30、第1半導體層10、電流阻擋層50、及第1電極60之順序於Z方向積層。
本實施形態之半導體發光元件1n中，亦可根據通電之驅動電流值或電流密度來任意地設定第1電極60之形狀、配置。又，關於電流阻擋層50之形狀或配置之部位亦可任意地設定。於圖16(a)所示之例中，第1電極60之XY平面中之形狀與圖11(a)所示之第1電極60之圖案大致相同。於圖16(a)所示之例中，電流阻擋層50以全部包圍第1電極60之周圍之方式設定。
如圖17所示，於第1電極60內無超過400kA/cm2(b區域)之部分，實現了均等之發光量。
(第2實施形態之變化例)
圖18(a)及圖18(b)係第2實施形態之變化例之半導體發光元件之透視俯視圖。圖18(c)及圖18(d)係表示第2實施形態之變化例之半導體發光元件之電流密度分佈之圖形。圖18(c)與圖18(a)對應，圖18(d)與圖18(b)對應。
於本實施形態之半導體發光元件1n中，可任意地設定第1電極60 之形狀或配置。如圖18(a)所示，於半導體發光元件1p中，亦可將構成縱線之第1電極60g上下分離，自構成橫線之第1電極60b、60c、60d亦分離。又，如圖18(b)所示，於半導體發光元件1q中，亦可將構成縱線之第1電極60g刪除，使構成橫線之第1電極60a~60e之前端之寬度擴大。
如圖18(c)及圖18(d)所示，根據本變化例，可使第1電極60內之電流密度不超過400kA/cm2，亦可使發光量均等。
再者，關於本實施形態及其變化例之半導體發光元件之情形時，關於第1電極60之寬度等之形狀或數量、電流阻擋層50之形成位置或形狀等，亦與第1實施形態之半導體發光元件之情形時相同，可根據電流密度分佈等任意地設定。
(第3實施形態)
如上所述，不管為縱型之電極構造，還是為橫型之電極構造，均藉由應用第1電極60之形狀及電流阻擋層50之形狀或配置，可使電流密度分佈、發光量均等化，抑制由電流集中所致之電遷移等之可靠性之劣化。亦可應用於在一側配置電極之覆晶構造之半導體發光元件。
圖19係例示第3實施形態之半導體發光元件之主要部之剖視圖。
如圖19所示，本實施形態之半導體發光元件1r具備第1半導體層10、第2半導體層20、發光層30、第1電極60、第2電極40、電流阻擋層50、及電極墊70(未圖示)。與第1及第2實施形態之半導體發光元件1等之不同方面在於，於半導體層80上之面80a設置基板99，及不設置支持層93與絕緣層91。圖19之剖視圖與圖1(b)之剖視圖對應，除了於半導體層80上設置基板99，及不設置支持層93與絕緣層91以外，與圖1(a)之半導體發光元件1大致相同，省略詳細之說明。
即便為具有覆晶構造之電極構造之半導體發光元件1r，亦為使與電極墊70之連接部之寬度擴大之第1電極，以隨著遠離電極墊而寬度 變窄之方式設定，藉此可使通電電流變大且抑制電流密度之上升並謀求可靠性之提高。由於第1電極之寬度隨著遠離電極墊而變窄，故而可抑制發光面積之降低，提高發光效率。又，藉由設置電流阻擋層50，可使電流密度變大之部位之電子流之流通之方向分散，有助於電流密度之均等化。因此，可維持並提高半導體發光元件1r之可靠性，且謀求發光效率之提高。
再者，於本說明書中，所謂「氮化物半導體」，係指包含於BxInyAlzGa1-x-y-zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≦1)之化學式中使組成比x、y及z於各自之範圍內變化之所有組成之半導體。又，而且，於上述化學式中，亦進而包含N(氮)以外之V族元素之物質、進而包含為了控制導電型等各種物性而添加之各種元素之物質、及進而包含未意圖地包含之各種元素之物質亦包含於「氮化物半導體」中。
又，於本案說明書中，「垂直」及「平行」並不僅係嚴格之垂直及嚴格之平行，例如包含製造步驟中之偏差等，只要實質上垂直及實質上平行即可。
以上，一面參照具體例，一面對本發明之實施形態進行了說明。然而，本發明並不限定於該等具體例。
又，將各具體例之任意2個以上之要素於技術上可能之範圍組合而成者只要包含本發明之主旨則包含於本發明之範圍中。
對本發明之幾個實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能夠以其他各種方式實施，可於不脫離發明之主旨之範圍內，進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變化包含於發明之範圍或主旨中，並且包含於申請專利發範圍所記載之發明與其均等之範圍中。
1‧‧‧半導體發光元件
10‧‧‧第1半導體層
10a、10b‧‧‧面
20‧‧‧第2半導體層
30‧‧‧發光層
40‧‧‧第2電極
50‧‧‧電流阻擋層
60、60a~60g‧‧‧第1電極
60f1、60f2、60f3、60f4‧‧‧第1電極
70、70a、70b、72‧‧‧電極墊
80‧‧‧半導體層
80a、80b‧‧‧面
91‧‧‧絕緣層
92‧‧‧背墊金屬
93‧‧‧支持層
95‧‧‧支持基板
96‧‧‧背面電極
L0、Lb‧‧‧長度
l1~l8‧‧‧區間
O‧‧‧原點
y0~y4‧‧‧座標

Claims (10)

  1. 一種半導體發光元件，其包含：半導體層，其包含第1導電型之第1半導體層、第2導電型之第2半導體層、及設置於上述第1半導體層與上述第2半導體層之間之發光層；電極墊，其與上述半導體層相鄰而設置；第1電極，其一端連接於上述電極墊，自上述電極墊延伸而連接於上述第1半導體層；第2電極，其與上述第2半導體層連接；及設置於上述第1半導體層之一部分與上述第1電極之一部分之間之層，該層具有較上述第1電極之導電率低之導電率；且上述第1電極隨著遠離上述電極墊，而與上述延伸之方向垂直之方向之長度即電極寬度變短，且與上述第1電極之連接面積減少。
  2. 如請求項1之半導體發光元件，其中自上述第1電極之另一端至上述一端與上述另一端之間之位置中之上述電極寬度固定。
  3. 如請求項2之半導體發光元件，其中上述層自上述第1電極與上述電極墊連接之位置，沿著上述第1電極延伸之方向延伸而設置。
  4. 如請求項3之半導體發光元件，其中上述層之與上述延伸之方向垂直之方向之長度即寬度，係沿著上述層延伸之方向而不同。
  5. 如請求項4之半導體發光元件，其中上述層延伸之方向包含以與上述第1電極延伸之方向形成角度之方式設置之部分。
  6. 如請求項1至5中任一項之半導體發光元件，其中上述第1電極與上述第1半導體層之設置有上述發光層之一側之第1面接觸。
  7. 如請求項6之半導體發光元件，其中上述層與上述第1面接觸，上述第1電極包含：第1部分，其與上述第1面接觸，且與上述層相鄰而設置；及第2部分，其和上述層之與上述第1半導體層接觸之相反側接觸。
  8. 如請求項1至5中任一項之半導體發光元件，其中上述第1電極設置於與上述第1面為相反側之第2面。
  9. 如請求項1至5中任一項之半導體發光元件，其中上述層為絕緣層。
  10. 如請求項9之半導體發光元件，其中上述絕緣層包含介電層或惰性層。
TW104141805A 2015-01-16 2015-12-11 半導體發光元件 TW201637239A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015006946A JP2016134439A (ja) 2015-01-16 2015-01-16 半導体発光素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201637239A true TW201637239A (zh) 2016-10-16

Family

ID=54064221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW104141805A TW201637239A (zh) 2015-01-16 2015-12-11 半導體發光元件

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9472712B2 (zh)
EP (1) EP3046153B1 (zh)
JP (1) JP2016134439A (zh)
CN (1) CN105810789A (zh)
TW (1) TW201637239A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI757187B (zh) * 2017-09-13 2022-03-01 晶元光電股份有限公司 半導體元件

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111129247B (zh) * 2020-01-03 2022-04-12 厦门三安光电有限公司 一种半导体发光元件
CN112117358B (zh) * 2020-09-22 2021-07-16 宁波天炬光电科技有限公司 单芯片大功率led芯片结构

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2837580B2 (ja) 1992-06-17 1998-12-16 シャープ株式会社 発光ダイオード
JPH10294491A (ja) * 1997-04-22 1998-11-04 Toshiba Corp 半導体発光素子およびその製造方法ならびに発光装置
US7193245B2 (en) * 2003-09-04 2007-03-20 Lumei Optoelectronics Corporation High power, high luminous flux light emitting diode and method of making same
US7105861B2 (en) 2003-04-15 2006-09-12 Luminus Devices, Inc. Electronic device contact structures
US7598531B2 (en) 2005-11-18 2009-10-06 Luminus Devices, Inc. Electronic device contact structures
KR20100003321A (ko) * 2008-06-24 2010-01-08 삼성전자주식회사 발광 소자, 이를 포함하는 발광 장치, 상기 발광 소자 및발광 장치의 제조 방법
JP5087097B2 (ja) 2010-03-08 2012-11-28 株式会社東芝 半導体発光素子
JP2012028381A (ja) * 2010-07-20 2012-02-09 Sharp Corp 半導体発光素子およびその製造方法
JP4989773B1 (ja) 2011-05-16 2012-08-01 株式会社東芝 半導体発光素子
JP2013055186A (ja) 2011-09-02 2013-03-21 Stanley Electric Co Ltd 半導体発光素子アレイ及び車両用灯具
TW201324839A (zh) * 2011-12-09 2013-06-16 Chi Mei Lighting Tech Corp 發光二極體元件
JP5960426B2 (ja) 2011-12-16 2016-08-02 スタンレー電気株式会社 半導体素子及び半導体素子の製造方法
JP5961377B2 (ja) 2011-12-21 2016-08-02 スタンレー電気株式会社 半導体発光素子
CN103700744A (zh) 2013-12-23 2014-04-02 安徽三安光电有限公司 发光器件

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI757187B (zh) * 2017-09-13 2022-03-01 晶元光電股份有限公司 半導體元件

Also Published As

Publication number Publication date
EP3046153A1 (en) 2016-07-20
US20160211408A1 (en) 2016-07-21
JP2016134439A (ja) 2016-07-25
EP3046153B1 (en) 2017-07-26
CN105810789A (zh) 2016-07-27
US9472712B2 (en) 2016-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106067499B (zh) 发光二极管及制造该发光二极管的方法
US7709845B2 (en) Semiconductor light emitting device with improved current spreading structure
JP4091049B2 (ja) 静電気放電防止機能を有する窒化物半導体発光素子
KR100631967B1 (ko) 플립칩용 질화물 반도체 발광소자
US9972657B2 (en) Semiconductor light emitting element
WO2013161208A1 (ja) 発光素子
TWI501427B (zh) 具有點觸點之固態發光裝置及相關製造方法
JP5141086B2 (ja) 半導体発光素子
TW201637239A (zh) 半導體發光元件
US9136425B2 (en) Semiconductor light emitting element and light emitting device
JP2017055020A (ja) 半導体装置の製造方法
KR20130111792A (ko) 전류 분산 효과가 우수한 고휘도 질화물 발광소자
EP2226859A2 (en) Semiconductor light emitting device
US20120299046A1 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
US9590009B2 (en) Semiconductor light emitting element
KR20100137524A (ko) 발광 다이오드 구조, 램프 장치 및 발광 다이오드 구조를 형성하는 방법
JP2016054260A (ja) 半導体発光素子
US20150325747A1 (en) Semiconductor light emitting element
KR100631970B1 (ko) 플립칩용 질화물 반도체 발광소자
KR20060010527A (ko) 질화물 반도체 발광소자
US11069845B2 (en) Light emitting device
KR20140028288A (ko) 발광 소자
US20220384685A1 (en) Light-emitting element
KR20160018924A (ko) 반도체 발광소자
JP6185769B2 (ja) 発光素子