TWI412162B

TWI412162B - 半導體發光元件

Info

Publication number: TWI412162B
Application number: TW99126645A
Authority: TW
Inventors: Masao Kamiya
Original assignee: Toyoda Gosei Kk
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2013-10-11
Also published as: JP2011061077A; TW201117426A; JP5428684B2

Description

半導體發光元件

本發明係關於具備從下側依序具有n型層、發光層、及p型層之半導體疊層體的半導體發光元件。

傳統上，該種半導體發光元件，已有人提出於藍寶石基板上依序疊層著n型GaN層、i型GaN層，而n型GaN層上之電極為i型GaN層上之電極所環繞的藍色發光裝置(例如，參照專利文獻1)。此外，亦有人提出於GaAs基板上依序疊層著由InGaAlP所構成之n型包覆層、由InGaAlP所構成之活性層、及由InGaAlP所構成之p型包覆層，而n型InGaAlP層上之由AuGe/Au所構成之n側電極為p型InGaAlP層上之由AuZn/Au所構成之p側電極所環繞的發光二極體(例如，參照專利文獻2)。

[專利文獻1]日本實開平4-103666號公報

[專利文獻2]日本特開平7-254732號公報

然而，專利文獻1及專利文獻2所記載之半導體發光元件時，因為i型GaN層上或p型包覆層上之電極係由金屬所構成，由於該電極之遮光作用而有光射出效率較差的問題。

有鑑於上述事實，本發明之目的係在提供一種半導體發光元件，可以無損半導體疊層體之電流擴散性卻可提高元件之光射出效率。

依據本發明，係提供一種半導體發光元件，具備：具備：半導體疊層體，從下側依序具有第1導電型層、發光層、以及第2導電型層；第1電極，形成於該第1導電型層上；以及第2電極，具有形成於該第2導電型層上之由氧化物所構成且表面電阻小於該第2導電型層的透明電極、及形成於該透明電極上之由金屬所構成且表面電阻小於該透明電極的輔助電極；且，該輔助電極，包含：線狀包圍部，包圍該第1電極的本體之一半以上，並沿其延伸方向具有複數的最小距離部，該等最小距離部與該第1電極之該本體之平面觀察時之距離為最小；及墊部，平面觀察時形成於該包圍部的外側，並用來與導線連接；且，該第1電極具有線狀突出部，平面觀察時，該線狀突出部從該本體朝該包圍部之兩端間延伸。

依據該半導體發光元件，對第1電極及第2電極施加電壓，則電流流過第1導電型層、發光層、及第2導電型層，藉由電子與電洞之再結合而從發光層放射出光。此處，於第2電極，因為輔助電極之表面電阻小於透明電極，電流優先流過與透明電極之輔助電極的接觸部分。輔助電極，平面觀察時，具有包圍第1電極本體之一半以上的包圍部，而且，因為包圍部具有複數與第1電極之距離為最小之最小距離部，電流均一地擴散於輔助電極與第1電極本體之間。此外，第1電極，因為具有延伸至包圍部之兩端間的突出部，電流亦流過包圍部之兩端與突出部之間。藉此，施加電壓時，發光層可以較大的面積發光。此外，第2導電型層上之透明電極不會妨礙光之射出，且透明電極上之輔助電極為線狀，故可以將輔助電極所導致之光射出效率的降低抑制於最小。

上述半導體發光元件時，前述第1電極之前述突出部與前述包圍部之前述兩端之平面觀察時的距離，應等於或大於前述最小距離部。

依據該半導體發光元件，電流不會集中於第1電極之突出部與輔助電極之間。

上述半導體發光元件時，前述第1導電型層與前述透明電極之表面電阻比，和前述第1電極與前述輔助電極之前述包圍部之平面觀察時之彼此對向部分之長度比應大致相等。

依據該半導體發光元件，發光集中於第1導電型層與透明電極當中之表面電阻較高一方之電極的附近。此處，因為第1電極與輔助電極之包圍部之對向部分的長度比，和第1導電型層與透明電極之表面電阻比大致相等，電流集中之區域較廣，故可防止電流過度集中而使電流擴散。

上述半導體發光元件時，前述第1導電型層與前述透明電極之前述表面電阻應大致相等，前述輔助電極之前述包圍部與前述第1電極之前述對向部分之長度應大致相等。

依據該半導體發光元件，因為第1導電型層之表面電阻與透明電極之表面電阻大致相等，同時，第1電極與輔助電極之包圍部之對向部分的長度大致相等，故發光層可以更佳效率進行發光。

上述半導體發光元件時，前述第1電極之前述本體，平面觀察時，亦可以為形成為圓形之構成。

上述半導體發光元件時，前述包圍部，平面觀察時，亦可以為與前述墊部之前述第1電極側端部為一體形成，而為具有與前述第1電極之前述本體為同心之圓弧狀區間的構成。

依據本發明，可以無損於半導體疊層體之電流擴散性，而提高元件之光射出效率。

第1圖及第2圖係本發明之一實施形態，第1圖係本發明之一實施形態之LED元件的模式平面圖，第2圖係第1圖之A-A剖面圖，第3圖係第1圖之B-B剖面圖。

如第1圖所示，該LED元件1，係於上面側形成著n側電極10及p側電極20之面上型。平面觀察時，n側電極10係形成於LED元件1之上面中央，p側電極20則以環繞n側電極10之方式來形成。於本實施形態，平面觀察時，LED元件1大致為正方形。此外。n側電極10，具有形成於LED元件1之中央區域之圓形的本體11、及從本體11朝LED元件1之1個角部(第1圖時，係左上之角部)突出之線狀突出部12。此外，p側電極20係形成於LED元件1之外緣側區域。

如第2圖所示，LED元件1，具備：由藍寶石所構成之基板30、及形成於基板30上而以In_x Al_y Ga_1-x-y N(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)式表示之GaN系半導體40。做為半導體疊層體之GaN系半導體40，係從下側依序具有：成膜於基板30上之緩衝層41、形成於緩衝層41上之做為第1導電型層之n型層42、形成於n型層42上之多層量子井結構的發光層43、以及形成於發光層43上之做為第2導電型層的p型層44。

緩衝層41，例如，係由AlN所形成。此外，n型層42，例如，可以由Si摻雜之GaN所構成的n型接觸層、及由Si摻雜之AlGaN所構成之n型包覆層來構成。此外，緩衝層41與n型層42之間，亦可以形成無摻雜之GaN層。

發光層43，例如，係以疊層著特定配對數之由InGaN所構成之井層及由無摻雜之GaN所構成之障壁層來構成。此外。p型層44，可以由Mg摻雜之AlGaN所構成之p型包覆層及由Mg摻雜之GaN所構成之p型接觸層來構成。

如第3圖所示，於GaN系半導體40之平面觀察時之中央部，例如，以蝕刻掘削至n型層42露出為止，並於露出之n型層42上，形成做為第1電極之n側電極10。本實施形態時，GaN系半導體40，係對應n側電極10之形狀來進行掘削。此外，做為第2電極之p側電極20，具有形成於p型層44上之透明電極21及形成於透明電極21上之金屬製輔助電極22。

n側電極10，例如，可以由V所構成之第1層及由Al所構成之第2層來構成。透明電極21，係由氧化物所構成，例如，可以銦-錫氧化物(ITO)來形成。此外，亦可以銦-鎵氧化物(IGO)、銦-氧化鋅(IZO)、銦-鈰氧化物(ICO)、氧化錫(奈塞(NESA))、氧化鋅等來形成透明電極21。此外，輔助電極22，係由金屬所構成，例如，以由Ni所構成之第1層及由Au所構成之第2層來構成。

如第1圖所示，本實施形態時，透明電極21，除了p型層44上之外緣部分以外，形成於p型層44上之大致全面。此外，輔助電極22，平面觀察時，具有形成於LED元件1之1個角部(第1圖中，右下角部)附近的墊部23、及包圍與墊部23連續形成之n側電極10本體11之一半以上的線狀包圍部24。本實施形態時，墊部23係形成於與n側電極10之突出部12為相反側之角部。

此外，本實施形態時，墊部23係形成為圓形，包圍部24係形成為與n側電極10本體為同心之圓弧狀。包圍部24，平面觀察時，係與墊部23之n側電極10側端部為一體形成，而具有與n側電極10為同心之圓弧狀區間。墊部23係形成於包圍部24之外側，具有用以連結導線且從外部供應電力之機能，包圍部24具有擴散流至GaN系半導體40之電流的機能。

包圍部24，若考慮電流擴散，於圓周方向必須具有複數個與n側電極10本體11之平面觀察時的距離為最小之最小距離部25。本實施形態時，如第1圖所示，包圍部24係具有複數個跨越延伸方向而與n側電極10之距離a為一定之最小距離部25。線狀之包圍部24之寬度尺寸為任意，然而，本實施形態時，為10μm。此外，包圍部24之延伸方向長度亦為任意，然而，本實施形態於平面觀察時，係以270°包圍n側電極10之本體11。

如第1圖所示，本實施形態時，n側電極10之突出部12與包圍部24之兩端的最短距離，和n側電極10之本體11與包圍部24之距離a相等。此外，突出部12與包圍部24之兩端的最短距離，亦可大於n本體11與包圍部24之距離a，然而，相對於距離a，應為1.2倍以內。藉此，電流不會集中於n側電極10之突出部12與輔助電極22之間。此外，線狀之突出部12的寬度尺寸為任意，然而，本實施形態時，為10μm。此外，突出部12之突出方向長度亦為任意，然而，本實施形態時，係延伸至包圍部24兩端之接線的交點附近。

此外，n型層42及透明電極21之表面電阻比，與n側電極10及輔助電極22之包圍部24之平面觀察時之彼此對向部分的長度比，係大致相等。該等比大致相等，係指該等比之差，相對於表面電阻比或長度比為25%以內。

本實施形態時，如第1圖所示，n側電極10與p側電極20之包圍部24，彼此對向部分之長度b、c為大致相等。本實施形態時，包圍部24之對向部分之長度b為包圍部24之內周部分的長度，n側電極10之對向部分的長度c，係本體11之外周部分與突出部12之寬度方向外緣部分之和的長度。該等長度大致相等，例如，係指該等長度之差，相對於n側電極10之對向部分之長度c或包圍部24之對向部分之長度b為10%以內。

此外，本實施形態時，透明電極21與n型層42之表面電阻為大致相等。此處，表面電阻大致相等，係指例如該等電阻值之差，相對於n型層42之表面電阻或透明電極21之表面電阻為10%以內之範圍。此外，透明電極21之表面電阻小於p型層44。其次，輔助電極22之表面電阻小於透明電極21。

如以上構成的LED元件1，對n側電極10及p側電極20施加電壓，電流流過n型層42、發光層43、及p型層44，藉由電子與電洞之再結合而從發光層43放射特定波長之光。本實施形態時，係從發光層43放射藍色光。

此處，於p側電極20，因為輔助電極22之表面電阻小於透明電極21，電流優先流過透明電極21之與輔助電極22接觸之部分。輔助電極22，平面觀察時，具有包圍n側電極10本體11之一半以上的包圍部24，而且，具有複數包圍部24與n側電極10之距離為最小之最小距離部25，故電流均一地擴散於輔助電極22與n側電極10之間。此外，n側電極10，因為具有延伸至包圍部24兩端之間的突出部12，電流亦會流過包圍部24兩端與突出部12之間。藉此，施加電壓時，發光層43以較大面積進行發光。

從發光層43放射之光當中，朝向p側電極20之成份，會透射透明電極21而射出至元件外部。此處，輔助電極22之包圍部24，因為形成為線狀，該包圍部24不會妨礙光朝外部之射出，而可將輔助電極22所導致之光射出效率的降低抑制於最小。

本實施形態時，n側電極10之本體11為圓形，包圍部24為與其同心之圓弧狀，故包圍部24與跨越延伸方向之n側電極10本體11的距離相等，利用包圍部24及n側電極10可以使電流更均一地擴散。此外，因為n側電極10之突出部12與包圍部24兩端之最短距離，和本體11與包圍部24之距離a相等，亦可以使電流均一地擴散於n側電極10之本體11及突出部12、與輔助電極22之間，於實用上極為有利。

此外，本實施形態時，輔助電極22之包圍部24，係從形成於角部之墊部23之n側電極10側端部開始而與n側電極10之本體11為同心之圓弧狀，故包圍部24與n側電極10之距離可以相對較大。藉此，可以以與n側電極10為較大間隔之方式來形成包圍部24，故可使發光層43更有效率地發光。此外，因為n側電極10之突出部12係配置於與輔助電極22之墊部23相反之角部，電流亦會流過與墊部23相反之角部，故發光層43之發光不會被浪費。

此外，流過n側電極10與輔助電極22間之電流，主要係流過n側電極10與輔助電極22之包圍部24之對向部分之間，然而，因為該等對向部分之尺寸大致相等，電流於n側電極10與輔助電極22之間可以進一步擴散。此外，因為p側電極20之透明電極21之表面電阻與n型層42之表面電阻為大致相等，故不會有發光偏向n側電極10及輔助電極22之任一側的情形，而使發光層43可於n側電極10與輔助電極22之間均一地發光。其次，因為n側電極10之對向部分與輔助電極22之包圍部24之對向部分的長度相等，且p側電極20之透明電極21與n型層42之表面電阻相等，故可以使發光層43有效率地發光。此外，可以防止裝置內之電流過度集中，而容易確保信賴性，且，亦可提高靜電耐壓性能。

此外，前述實施形態時，n型層42與透明電極21之表面電阻係大致相等，然而，即使該等表面電阻並非大致相等，只要輔助電極22，於平面觀察時，包圍n側電極10本體11之一半以上，於延伸方向包含複數與n側電極10本體11之平面觀察時之距離為最小之最小距離部25的線狀包圍部24，且n側電極10，平面觀察時，具有從本體11延伸至包圍部24之兩端間的線狀突出部12即可。n型層42與透明電極21之表面電阻不同時，n型層42與透明電極21之表面電阻比，應和n側電極10與輔助電極22之包圍部24之平面觀察時之彼此對向部分之長度比為大致相等。藉此，發光集中於n型層42與透明電極21當中之表面電阻較高一方之電極附近時，因為n側電極10與輔助電極22之包圍部24之對向部分的長度比，和n型層42與透明電極21之表面電阻比為大致相等，故電流集中之區域較廣，並可防止電流過度集中而使電流擴散。

此外，前述實施形態時，輔助電極22之包圍部24係呈圓弧狀者，然而，只要於延伸方向具有複數之最短距離部25，包圍部24之形狀可以為任意。如第4圖所示，包圍部24，亦可以墊部23做為與墊部23之n側電極10側端部為一體形成之圓弧狀區間24a，以與墊部23隔離之部分做為沿著LED元件2外緣之外緣區間24b。

此時，應於外緣區間24b形成與n側電極10之距離為最短之最短距離部25。第4圖時，外緣區間24b，具有沿著LED元件2邊緣之直線狀邊緣區間24b1、及用以接續各邊緣區間24b1之圓弧狀接續區間24b2。第4圖時，包圍部24亦以270°包圍n側電極10之本體11。第4圖時，突出部12係延伸至位於包圍部24之兩端側之邊緣區間24b1之延長線上的交點附近。

此外，前述實施形態時，包圍部24係以270°包圍n側電極10之本體11者，然而，只要包圍本體11之一半以上(180°以上)者，本體11之包圍角度可以適度變更。只要包圍本體11之一半以上，即可使n側電極10之突出部12突出於包圍部24之兩端間。

此外，前述實施形態時，n側電極10之本體11，平面觀察時，係形成為圓形者，然而，n側電極10之本體11亦可以形成為多角形者。此外，LED元件1，平面觀察時，係形成為大致正方形者，然而，例如，當然也可以為大致長方形或其他形狀。

此外，前述實施形態時，半導體疊層體係使用GaN系半導體層40，然而，亦可使用AlGaAs系、GaAsP系、GaP系、ZnSe系、AlGaInP系等之半導體材料。此外，半導體疊層體之第1導電型層係形成為n型層42，第2導電型層係形成為p型層44者，然而，亦可以p型層做為第1導電型層，以n型層做為第2導電型層，或者，亦可利用n型、p型以外之導電型層。

此外，前述實施形態時，基板30係使用藍寶石，然而，亦可以為由GaN等所構成，n側電極10、輔助電極22等之材質亦可以任意變更，其他具體細部構造等當然也可以進行適度變更。

1‧‧‧LED元件

10‧‧‧n側電極

11‧‧‧本體

12‧‧‧突出部

20‧‧‧p側電極

21‧‧‧透明電極

22‧‧‧輔助電極

23‧‧‧墊部

24‧‧‧包圍部

24a‧‧‧圓弧狀區間

24b‧‧‧外緣區間

24b1‧‧‧邊緣區間

24b2‧‧‧接續區間

25‧‧‧最短距離部

30‧‧‧基板

40‧‧‧GaN系半導體層

41‧‧‧緩衝層

42‧‧‧n型層

43‧‧‧發光屠

44‧‧‧p型層

第1圖係本發明之一實施形態之LED元件的模式平面圖。

第2圖係第1圖之A-A剖面圖。

第3圖係第1圖之B-B剖面圖。

第4圖係變形例之LED元件的模式平面圖。

1．．．LED元件

10．．．n側電極

11．．．本體

12．．．突出部

20．．．p側電極

21．．．透明電極

22．．．輔助電極

23．．．墊部

24．．．包圍部

25．．．最小距離部

Claims

一種半導體發光元件，其特徵為具備：半導體疊層體，從下側依序具有第1導電型層、發光層、以及第2導電型層；第1電極，形成於該第1導電型層上；以及第2電極，具有形成於該第2導電型層上之由氧化物所構成且表面電阻小於該第2導電型層的透明電極、及形成於該透明電極上之由金屬所構成且表面電阻小於該透明電極的輔助電極；且，該輔助電極，包含：線狀包圍部，包圍該第1電極的本體之一半以上，並沿其延伸方向具有複數的最小距離部，該等最小距離部與該第1電極之該本體之平面觀察時之距離為最小；及墊部，平面觀察時形成於該包圍部的外側，並用來與導線連接；且，該第1電極具有線狀突出部，平面觀察時，該線狀突出部從該本體朝該包圍部之兩端間延伸，該第1電極之該本體平面觀察時係形成於元件表面中央部，且具有沿該第1電極之構成部分中該突出部突出方向之最大寬度。
如申請專利範圍第1項所記載之半導體發光元件，其中：該第1電極之該突出部與該包圍部之該兩端的平面觀察時的距離，係等於或大於該最小距離部。
如申請專利範圍第2項所記載之半導體發光元件，其中：該第1導電型層與該透明電極之表面電阻的比值，和該第1電極與該輔助電極之該包圍部的平面觀察時之彼此對向部分的長度之比值大致相等。
如申請專利範圍第3項所記載之半導體發光元件，其中：該第1導電型層與該透明電極之該表面電阻大致相等，該輔助電極之該包圍部與該第1電極的該對向部分之長度大致相等。
如申請專利範圍第4項所記載之半導體發光元件，其中：該第1電極之該本體，平面觀察時，係形成為圓形。
如申請專利範圍第5項所記載之半導體發光元件，其中：平面觀察時，該包圍部與該墊部之該第1電極側端部為一體形成，具有與該第1電極之該本體為同心圓弧狀之圓弧狀區間。