发光元件的制作方法

专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及倒焊芯片型发光元件。
技术背景
已知传统半导体发光元件，其设置有形成在半导体层上的扩散电极，在其一 部分上具有开口并用于涂覆扩散电极的表面的钝化膜，以及在其上表面上具有助焊层 (solder layer)的键合电极(bonding electrode)，并且其中，在扩散电极的表面上在钝化膜 的开口底部处形成直径大于开口并且具有比扩散电极的表面更平坦的表面的缓冲电极， 并且键合电极与缓冲电极连接(例如，JP-A-2008-288M8)。
在JP-A-2008-288M8中描述的半导体发光元件中，在扩散电极的表面上形成缓 冲电极，在缓冲电极之上的钝化膜上形成小于缓冲电极的开口，并且缓冲电极的表面是 平坦的，从而，可以确保缓冲电极和钝化膜之间的粘着，并且可以阻止从缓冲电极和钝 化膜之间的界面在横向上蚀刻的进行。发明内容
然而，由于作为欧姆电极的ρ-电极和η-电极通过在ρ-电极和η-电极之上直接 提供的通孔电连接至键合电极，用于布置键合电极的自由度的改进在JP-A-2008488548 中描述的半导体发光元件中受到限制。具体地，当以复杂方式或者复杂形状布置ρ-电极 和η-电极时，键合电极的布置很可能也复杂。
因此，本发明的一个目标在于提供一种发光元件，其使得即使欧姆电极的布置 和形状复杂，也允许设计键合电极的布置和形状的高度自由。
(1)根据本发明的一个实施例，一种发光元件包括
半导体叠层结构，包括氮化合物半导体，半导体叠层结构包括第一导电类型的 第一半导体层、发光层、以及不同于第一导电类型的第二导电类型的第二半导体层；
绝缘层，设置在半导体叠层结构上；
第一布线，包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至第一半导 体层，第一垂直导电部分在垂直方向上于绝缘层、发光层以及第二半导体层内延伸，以 及第一平面导电部分在平面方向上于绝缘层内延伸；以及
第二布线，包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至第二半导 体层，第二垂直导电部分在垂直方向上于绝缘层内延伸，以及第二平面导电部分在平面 方向上于绝缘层内延伸。
在本发明的以上实施例(1)中，可以进行以下修改和改变。
⑴发光元件进一步包括
第一键合电极，设置在绝缘层上并且电连接至第一布线；以及
第二键合电极，设置在绝缘层上并且电连接至第二布线。
( )用于反射从发光层发出的光的反射层被包括在绝缘层内。
(iii)第一和第二平面导电部分设置在同一平面上。
(iv)第一和第二平面导电部分设置在不同平面上。
(ν)第一和第二键合电极设置在同一平面上。
(vi)发光元件进一步包括
第一欧姆电极，与第一半导体层欧姆接触；
透明导电层，与第二半导体层欧姆接触；以及
第二欧姆电极，与透明导电层欧姆接触，
其中，第一布线电连接至第一欧姆电极；以及
第二布线电连接至第二欧姆电极。
(Vii)构成第一欧姆电极的材料与构成第二欧姆电极的材料相同。
(viii)构成第一布线的材料与构成第二布线的材料相同。
(ix)第一和第二键合电极中的每个在平面图中均具有凹口。
发明点
根据本发明的一个实施例，构建了一种发光元件，使得与化合物半导体(即， P"电极和η-电极)欧姆接触的电极在发光元件的厚度方向上通过下部绝缘层与用于给电 极提供电流的布线(即，ρ-侧布线和η-侧布线)分离，其中，下部绝缘层与透明导电层 接触。结果，能够在半导体层上独立地提供多个ρ-侧电极和多个η-侧电极，并且ρ-侧 电极可以通过位于每个ρ-侧电极之上的通孔由ρ-侧布线相互电连接，并且多个η-侧电 极可以通过位于每个η-侧电极之上的通孔电连接。从而，能够自由地设计ρ-侧键合电 极和η-侧键合电极的形状和布置，而不管ρ-电极和η-电极的形状和布置如何。


接下来，将结合附图更详细地描述本发明，其中
图IA是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的平面图IB是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的垂直横截面图IC是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的垂直横截面图2Α是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图2Β是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图2C是示出在本发明的第一实施例中的发光元件的制造过程的示意图3是示出在本发明的第二实施例中的发光元件的平面图4是示出在本发明的第三实施例中的发光元件的平面图5是示出ρ-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图6是示出η-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图7是示出电流强度和外量子效率之间的关系的视图8Α是示出发光元件1的发光状态的视图8Β是示出改进1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件1的ρ-电极和η-电极的数量；
图8C是示出改进1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件2 的ρ-电极和η-电极的数量；
图9Α是示出关于到发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比 较的视图9Β是示出关于到发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量值之间的 比较的视图IOA是示出关于到改进1的发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值 之间的比较的视图IOB是示出关于到改进1的发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量 值之间的比较的视图IlA是示出关于到改进2的发光元件的输入电流的光强度的预测和实际测量值 之间的比较的视图；以及
图IlB是示出关于到改进2的发光元件的输入电流的正向电压的预测和实际测量 值之间的比较的视图。
具体实施方式
第一实施例
图IA示意性地示出了本发明的第一实施例中的发光元件的上表面，以及图IB 和图IC示出了本发明的第一实施例中的发光元件的示意性垂直横截面图。具体地，图IB 示出了沿着图IA的线A-A的发光元件的垂直示意性横截面图，以及图IC示出了沿着图 IA的B-B的发光元件的垂直示意性横截面图。
发光元件1的结构
如图IB和图IC所示，本发明的第一实施例中的发光元件1具有半导体叠层结 构，包括例如具有C-平面(0001)的蓝宝石(sapphire)基板10、设置在蓝宝石基板10上 的缓冲层20、设置在缓冲层20上的η-侧接触层22、设置在η_侧接触层22上的η_侧 包覆层(cladding layer)对、设置在n_侧包覆层M上的发光层25、设置在发光层25上的 ρ-侧包覆层26、以及设置在ρ-侧包覆层沈上的ρ-侧接触层观。
此外，发光元件1设置有设置在ρ-侧接触层观上的透明导电层30和设置在透 明导电层30上的一部分区域中的多个ρ-电极40。此外，发光元件1设置有通过多个通 孔暴露的设置在η-侧接触层22上的多个η-电极42 (其中，从ρ-侧接触层观至η_侧接 触层22的至少一个表面形成多个通孔)、设置在通孔的内表面上和透明导电层30上的下 部绝缘层50、以及设置在下部绝缘层50内的反射层60。反射层60设置在除ρ-电极40 和η-电极42之上的部分之外的部分中。
而且，与透明导电层30接触的下部绝缘层50具有在每个ρ-电极40上在垂直方 向上延伸的通孔50a和在每个η-电极42之上在垂直方向上延伸的通孔50b。此外，在发 光元件1中的下部绝缘层50上设置ρ-布线70和η-布线72。ρ-布线70具有在下部绝缘 层50上在平面方向上延伸的第二平面导电部分700以及通过通孔50a电连接至每个ρ-电 极40的多个第二垂直导电部分702。同时，η-布线72具有在下部绝缘层50上在平面方向上延伸的第一平面导电部分720以及通过下部绝缘层50中的通孔50b和半导体叠层结 构中的通孔电连接至每个η-电极42的多个第一垂直导电部分722。而且，发光元件1设 置有设置在下部绝缘层50上的上部绝缘层80、通过设置在上部绝缘层80中的ρ-侧开口 80a电连接至ρ-布线70的ρ-侧键合电极90、以及通过设置在上部绝缘层80中的n_侧 开口 80b电连 接至η-布线72的η-侧键合电极92，其中，下部绝缘层50与ρ-布线70、 η-布线72和透明导电层30接触。在本实施例中，ρ-布线70的第二平面导电部分700和η_布线72的第一平面导 电部分720均形成在与透明导电层30接触的下部绝缘层50的表面上，从而设置在同一平 面上。同时，在本实施例中，ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92形成在上绝缘层80 的表面上，从而设置在同一平面上。半导体叠层结构在此，缓冲层20、η-侧接触层22、η_侧包覆层24、发光层25、ρ-侧包覆层26 以及P-侧接触层28均由III族氮化合物半导体形成。对于III族氮化合物半导体，可以 使用例如由AlxGayIn1^N(0<χ<1，0<y<l，以及0《x+y《l)表示的四元III族氮化合物半导体。在本实施例中，缓冲层20由AlN形成。η-侧接触层22和η_侧包覆层24均 由掺杂有各自预定量η-型杂质(例如，Si)的n-GaN形成。同时，发光层25具有包括 多个阱层和多个阻挡层的多量子阱结构。发光层25由例如GaN、InGaN或AlGaN等形 成。此外，ρ-侧包覆层26和ρ-侧接触层28均由掺杂有预定量ρ-型杂质(例如，Mg) 的ρ-GaN形成。透明导电层30、ρ-电极40和η-电极42透明导电层30由导电氧化物形成。透明导电层30可以由例如ITO(氧化铟锡， Indium Tin Oxide)形成。同时，构成p_电极40的材料与构成n_电极42的材料相同。 注意，当ρ-电极40和η-电极42由多层形成时，每层都具有相同的层结构。ρ-电极40 和η-电极42由金属材料形成，包括例如Ni或Cr、以及Au和Al。具体地，当η_侧接 触层22由η-型GaN形成时，η_电极42可以从包括作为接触层的Ni层的η_侧接触层 22侧形成，或者可以从包括作为接触层的Cr层的η-侧接触层22侧形成。同时，具体 地，当透明导电层30由氧化物半导体形成时，ρ-电极40可以从包括作为接触层的Ni层 的透明导电层30侧形成，或者可以从包括作为接触层的&层的透明导电层30形成。具 体地，ρ-电极40和η-电极42可以分别从透明导电层30侧以及从η_侧接触层22侧形 成，包括Ni层、Au层、以及Al层。此外，在本实施例中，多个ρ-电极40规则地布置在透明导电层30上。同样 地，多个η-电极42规则地布置在一平面上，该平面在发光元件1的厚度方向上与其上设 置有多个ρ-电极40的平面不同(例如，在η-侧接触层22的暴露表面上)。具体地， 如图IA中的虚线所示，当将发光元件1的一侧确定为第一轴并且假设垂直于上述一侧的 一侧作为第二轴时，多个ρ-电极40沿着第一和第二轴间隔布置。在本实施例中，多个 ρ-电极40布置在对应于具有预定型格(lattice)间隔的型格的型格点的位置处。同时，多 个η-电极42间隔布置在平面图中不与各个ρ-电极40重叠的位置处。在本实施例中， 多个η-电极42中的每个均位于作为由平面图中布置在四个角处的四个ρ-电极40限定的最小正方形的正方形的面中心位置(即，正方形的两条对角线的交叉处)。换句话说， P-电极40和η-电极42布置在关于第一轴和第二轴的变换位置处。ρ-电极40和η-电极42在平面图中均可以为大致环形或多边形(即，三角形、 四角形、五角形和六角形等)并且在平面图中的每个ρ-电极40和每个η-电极42的尺寸 均可以根据平面图中的每个电极的布置和发光区域面积(以下称为“发光面积”)与发光 元件1的总面积的比率的改进来确定。当平面图中ρ-电极40和η-电极42具有例如大 致环形形状时，ρ-电极40和η-电极42可以具有不小于5 μ m且不大于50 μ m的直径。 特别地，为了改进发光面积与发光元件1的总面积的比率的目的，η-电极42可以具有不 小于5 μ m且不大于30 μ m的直径，并且可以具有不小于5 μ m且不大于20 μ m的直径， 以进一步增加发光面积。下部绝缘层50和反射层60形成下部绝缘层50，其包括反射从发光层25发出的光的反射层60。下部绝缘层 50主要由例如作为绝缘材料的二氧化硅(SiO2)形成。同时，反射层60由金属(例如， Al)材料形成，其反射从发光层25发出的光。ρ-侧布线70和η-侧布线72ρ-侧布线(以下称为ρ-布线)70和η-侧布线(以下称为η_布线)72中的每个 都可以形成为主要包括Ti、Au和Al。ρ-布线70和η-布线72中的每个均可以形成为包 括例如从与下部绝缘层50接触的一侧按顺序形成的Ti层、Au层和Al层。此外，如图IA所示，当从顶部观察发光元件1时，ρ-布线70具有在发光元件 1的外围附近并沿其设置的外围部分70a。ρ-布线70进一步具有从外围部分70a的一侧 朝向其相对侧延伸的多个ρ-侧细线部分70b。多个ρ-侧细线部分70b在纵向上具有基本 相同的长度而不与上述相对侧接触，并且在宽度方向上以基本等间隔布置。同时，当从顶部观察发光元件1时，η-布线72具有在垂直于多个ρ-侧细线部 分70b的方向上延伸并且布置在外围部分70a的上述相对侧附近的外围部分70a内的侧部 72a,并且多个η-侧细线部分72b从侧部72a朝向上述一侧延伸。多个n_侧细线部分 72b均布置在外围部分70a和ρ-侧细线部分70b之间或者在平面图中与最邻近的外围部分 70a的距离和与最邻近的ρ-侧细线部分70b的距离基本相等的位置处的两个ρ-侧细线部 分70b之间。从而，在平面图中，多个ρ-侧细线部分70b和多个η-侧细线部分72b交 替布置。然后，如图IB和图IC所示，通过在平面方向上在第二平面导电部分700和第一 平面导电部分720之间放置上部绝缘层80来电隔离ρ-布线70和η-布线72。通过在下 部绝缘层50和上部绝缘层80之间(除与化合物半导体层欧姆接触的ρ-电极40和η-电 极42之外)提供ρ-布线70和η-布线72来分离欧姆电极功能模块(function)和布线功能 模块。上部绝缘层80可以由与同透明电极层30接触的下部绝缘层50相同的材料形成， 以及上部绝缘层80和下部绝缘层50整体形成绝缘层。 ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92P-侧键合电极90和η-侧键合电极92均可以形成为包括例如AuSn的共晶材料。 在平面图中，ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92均形成为大致矩形形状。关于平面 图中的ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92的尺寸，ρ-侧键合电极90的面积可以大于η-侧键合电极92的面积。在平面图中，ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92的形状和面积可以根据与用于评价发光元件1的特性的测量器件的探测器和/或用于装配发光元件 1的装配基板等接触的方式来适当地改变。此外，ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92可以通过例如真空沉积法(例如， 电子束沉积法或阻抗加热沉积法等)、溅射法、电镀法或丝网印刷法等形成。可替换地， P-侧键合电极90和η-侧键合电极92可以通过由除AuSn或无铅焊锡(诸如SnAgCu)之 外的共晶材料构成的共晶焊锡形成。此外，可以从ρ-布线70侧和η-布线72侧形成具 有阻挡层和焊锡层的ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92。具体地，阻挡层可以形成为包括与ρ-布线70和η-布线72接触的第一阻挡层以 及用于阻止构成焊锡层的材料扩散的第二阻挡层。第一阻挡层由具有良好粘合性的材料 形成并且与构成P-布线70和η-布线72的材料(例如，主要由Ti形成)欧姆接触。同 时，第二阻挡层由能够阻止构成焊锡层的材料扩散至ρ-布线70侧和η-布线72侧的材料 形成，例如，主要由Ni形成。应该注意，构成ρ-侧键合电极90的材料可以与构成η-侧 键合电极92的材料相同。如上配置的发光元件1是发射具有在蓝光区域中的波长的光的倒焊芯片发光二 极管(LED)。当正向电压为约3V并且正向电流为350mA时，发光元件1发射例如峰值 波长为约455nm的光。此外，在平面图中，发光元件1形成为大致四边形形状。发光元 件1的平面尺寸例如在长度和宽度方向上基本上为1000 μ m。从缓冲层20到ρ-侧接触层28，在蓝宝石基板10上设置的每层均可以通过例 如金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)法、分子束外延(MBE)法或卤化物气相外 延(HVPE)法等形成。由AlN形成的缓冲层20在此作为一个实例示出，然而，缓冲 层20可以由GaN形成。同时，透明导电层30可以具有单量子阱结构或者过滤量子阱 (strainedquantum-well)结构而代替多量子阱结构。可替换地，下部绝缘层50和上部绝缘层80可以由金属氧化物(诸如氧化钛 (TiO2)、氧化铝(Al2O3)或五氧化二钽)或诸如聚酰亚胺的具有电绝缘性能的树脂材料形 成。同时，反射层60可以由Ag或者主要由Al或Ag构成的合金形成。另外，反射层 60可以是由多层具有不同折射率的两种材料形成的分布式布拉格反射体(DBR)。而且，发光元件1可以为发射具有在紫外线、近紫外线或绿光区域内的峰值波 长的光的LED，然而，由LED发射的光的峰值波长的区域不限于此。在其他改进中，发 光元件1的平面尺寸不限于此。发光元件1的平面尺寸可以被设计为例如长度和宽度为 300 μ m，或者长度和宽度可以彼此不同。可替换地，可以通过使用该结构形成长度和/ 或宽度为约100 μ m的紧凑型发光元件1。此外，在本实施例中，虽然ρ-布线70的第二平面导电部分700和η-布线72的 第一平面导电部分720可以设置在同一平面上，但是，第二平面导电部分700和第一平 面导电部分720可以形成在不同平面上。相比于用于提供ρ-布线70的平面，用于提供 η-布线72的平面的高度可以通过例如改变与透明导电层30接触的下部绝缘层50的厚度 来增加或减小。结果，在平面图中，第二平面导电部分700和第一平面导电部分720可 以被布置为重叠，从而改进设计元件的自由度。而且，平面图中的ρ-电极40和η-电极 42的尺寸不限于上述实例。此外，ρ-电极40和η-电极42的布置也不限于上述实例。
发光元件1的制造过稈图2A至图2C示出了第一实施例中的发光元件的制造过程的实例。具体地，图 2A(a)是在执行用于形成通孔的蚀刻之前的垂直横截面图。图2A(b)是在执行用于形成 通孔的蚀刻之后的垂直横截面图。此外，图2A(c)是示出形成ρ-电极和η-电极的状态 的垂直横截面图。应该注意，图2Α至图2C是发光元件的制造过程的示例，示出了沿着 图IA的C-C的截面部分。首先，制备蓝宝石基板10，并且在蓝宝石基板10上形成包括η-型半导体层、发 光层和P-型半导体层的半导体叠层结构。具体地，在蓝宝石基板10上顺序外延生长缓 冲层20、η-侧接触层22、η-侧包覆层24、发光层25、ρ-侧包覆层26以及ρ-侧接触层 28，从而形成外延生长基板(半导体叠层结构形成过程)。随后，在ρ-侧接触层28的整 个表面上形成透明导电层30(图2A(a)，透明导电层形成过程)。在本实施例中，透明导 电层30由ITO形成。使用例如真空沉积法来形成透明导电层30。可替换地，可以通过 溅射法、CVD法或溶胶-凝胶(sol-gel)法等形成透明导电层30。接下来，使用照相平版技术在透明导电层30上形成光刻胶掩模。然后，蚀刻透明导电层30以及从ρ-侧接触层28向下到η-侧接触层22中除其上形成有掩模的部分之 外的区域，并且随后，去除掩模(通孔形成过程)。这导致形成具有包括通孔5的透明 导电层的基板，其中，通过从透明导电层30向下到η-侧接触层22的表面进行去除来形 成通孔5(图2A(b))。可替换地，在通孔形成过程中，可以执行蚀刻，向下到η-侧接触 层22的部分，使得其上未形成掩模的部分被完全从η-侧包覆层24至ρ-侧接触层28去 除。此后，在除用于形成ρ-电极40和通孔5的区域之外的区域上形成光刻胶掩模 200。然后，使用真空沉积法形成ρ-电极40和η-电极42 (图2Α(c)，电极形成过程)。 在本实施例中，构成ρ-电极40的材料与构成η-电极42的材料相同。换句话说，在其上 未形成掩模200的透明导电层30的表面上以及由通孔5暴露的η-侧接触层22的表面上 同时沉积电极材料，从而形成由相同材料形成的ρ-电极40和η-电极42。在形成ρ-电 极40和η-电极42之后，可以在预定大气压下在预定温度执行热处理一段预定时间，以 保证透明导电层30和ρ-电极40之间以及η-侧接触层22和η_电极42之间的欧姆接触 和粘着。可替换地，构成ρ-电极40的材料可以不同于构成η-电极42的材料。在此情 况下，不同时而是独立地形成ρ-电极40和η-电极42。图2B(a)是在形成第一绝缘层和反射层之后的垂直横截面图。同时，图2B(b) 是在形成第二绝缘层之后的垂直横截面图。此外，图2B(c)是形成通孔之后的垂直横截 面图。首先，形成覆盖ρ-电极40和η-电极42的第一绝缘层52。通过真空沉积法形 成第一绝缘层52 (第一绝缘层形成过程)。然后，通过使用真空沉积法和照相平版技术 在第一绝缘层52上除ρ-电极40和η-电极42之上的部分之外的预定区域中形成反射层 60(图28 01)，反射层形成过程)。接下来，通过使用真空沉积法在反射层60上和第一绝缘层52的未形成反射层60 的部分上形成第二绝缘层54(图2B(b)，第二绝缘层形成过程)。结果，反射层60覆盖 有第二绝缘层54。这样，本实施例的下部绝缘层50由第一绝缘层52和第二绝缘层54组成。接下来，使用照相平版技术和蚀刻技术去除下部绝缘层50在ρ-电极40之上的 至少一部分以及下部绝缘层50在η-电极42之上的一部分。在此，在η-电极42之上 形成通孔50b，使得下部绝缘层50保持在η-侧包覆层24、发光层25、ρ-侧包覆层26、 ρ-侧接触层28以及透明导电层30的侧表面上。这导致形成包含通孔的基板，该基板包 括ρ-电极40之上的通孔50a和η电极42之上的通孔50b (图2B (c)，通孔形成过程)。图2C (a)是形成ρ-布线和η-布线之后的垂直横截面图。同时，图2C(b)是形 成上部绝缘层之后的垂直横截面图。此外，图2C(C)是形成ρ-侧和η-侧键合电极之后 的垂直横截面图。随后，通过使用真空沉积法和照相平版技术，同时形成具有填充在ρ-电极40之 上的通孔50a内的第二垂直导电部分702和具有设置在与透明导电层30接触的下部绝缘 层50表面的一部分上的第二平面导电部分700的ρ-布线70，以及具有填充在η-电极42 之上的通孔50b内的第一垂直导电部分722和具有第一平面导电部分720的n_布线72， 其中，第一平面导电部分720设置在与透明导电层30接触的下部绝缘层50表面的一部分 上以及在与设置有ρ-布线70的区域不同的区域中(图2C(a)，布线形成过程)。ρ-布 线70和η-布线72可以由各自不同材料形成，并且在此情况下，不同时而是独立地形成 ρ-布线70和n_布线72。接下来，通过真空沉积法形成覆盖ρ-布线70和η-布线72 (特别是覆盖第一平 面导电部分720和第二平面导电部分700)的上部绝缘层80(图2C(b)，上部绝缘层形成 过程)。上部绝缘层80可以由与例如Si02的透明导电层30接触的下部绝缘层50相同的 绝缘材料形成。接下来，在上部绝缘层80的表面上设置光刻胶掩模，然后，形成具有使 ρ-布线70的表面的一部分暴露的通孔80a和使η-布线72的表面的一部分暴露的通孔80b 的上部绝缘层80。然后，通过照相平版技术和真空沉积法同时形成通过使第二平面导电 部分700的表面的一部分暴露的通孔80a电连接至ρ-布线70的ρ-侧键合电极90和通过 使第一平面导电部分720的表面的一部分暴露的通孔80b电连接至η-布线72的η_侧键合 电极92 (图2C (C)，键合电极形成过程)。ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92可以由 各自不同材料形成，并且在此情况下，不同时而是独立地形成ρ-侧键合电极90和η-侧 键合电极92。在键合电极形成处理中，可以通过最初在使第二平面导电部分700的表面的一 部分暴露的通孔80a中和在使第一平面导电部分720的表面的一部分暴露的通孔80b中同 时形成阻挡层(阻挡层形成处理)并且随后在所形成的阻挡层上形成焊锡层(焊锡层形成 处理)来形成ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92。可替换地，不同时而是独立地形成 ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92。从而，制造出图2C(c)中所示的发光元件1。可替换地，均可以通过溅射法形成η-电极42和ρ-电极40。此外，可以通过化 学气相沉积(CVD)法形成与透明导电层30接触的下部绝缘层50和上部绝缘层80。然 后，通过在陶瓷等基板上的预定位置处进行倒焊键合来装配通过上述过程形成的发光元 件1，其中，基板具有在其上预先形成的导电材料的布线图案。然后，可以通过用诸如环 氧树脂或玻璃整体密封装配在基板上的发光元件1，将发光元件1封装为发光器件。 第一实施例的效果
本实施例的发光元件1可以形成为，使得通过与透明导电层30接触的下部绝缘 层50在发光元件1的厚度方向上使与化合物半导体(即，ρ-电极40和η-电极42)欧 姆接触的电极与用于将电流提供给电极的布线(即，ρ-布线70和η-布线72)分离。结 果，可以独立地在半导体层上提供多个ρ-电极40和多个η-电极42，以及ρ-电极40可 以通过位于每个ρ-电极40之上的通孔50a由ρ-布线70相互电连接，以及多个n_电极 42可以通过位于每个η-电极42之上的通孔50b电连接。从而，根据本实施例的发光元 件1，可以自由地设计ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92的形状和布置，而不管ρ-电 极40和η-电极42的形状和布置如何。在本实施例的发光元件1中，例如，可以精密地形成η-电极42的形状，并且多 个η-电极42可以分散布置在η-侧接触层22的表面上，从而可以通过抑制正向电压的增 加来均衡电流分散到发光层25，并且在平面图中，发光元件1的发光面积可以为发光元 件1的总面积的70%或更多。而且，在本实施例的发光元件1中，可以使平面图中从多个η-电极42到各自最 邻近的ρ-电极40的距离统一。结果，可以从P-电极40和η-电极42的面积和ρ-电极 40和η-电极42之间的线性距离精确地预测发光元件1的光强度和正向电压，从而可以根 据发光元件1的使用环境适当地设计电极。第二实施例图3示意性地示出在本发明的第二实施例中的发光元件的上表面。除ρ-侧键合电极90和η-侧键合电极92的形状不同之外，第二实施例的 发光元 件2具有与第一实施例的发光元件1基本相同的结构和功能。从而，除了不同之处之外， 将省略详细描述。形成包括在第二实施例中的发光元件2的ρ-侧键合电极90，以具有平面图中的 ρ-侧凹口 92a，并且形成η-侧键合电极92，以具有平面图中的η_侧凹口 92a。ρ-侧键 合电极90具有例如在纵向上交替布置的多个ρ-侧凹口 90a，从而形成为盘旋形状。类 似地，η-侧键合电极92具有在纵向上交替布置的多个η-侧凹口 90b，从而形成为盘旋形 状。在发光元件2中，由于设置有具有ρ-侧凹口 90a的ρ-侧键合电极90和具有η-侧 凹口 90b的η-侧键合电极92，当发光元件2装配在预定基板等上时，与ρ-侧键合电极 90和η-侧键合电极的熔化(fusion)相关的气泡可以通过ρ-侧凹口 90a和n_侧凹口 90b 释放到外部。第三实施例图4示意性地示出本发明的第三实施例中的发光元件的上表面。应该注意，为 了解释方便，在图4中省略了 ρ-侧和η-侧电极的描述。除ρ-电极40和η-电极42的形状不同之外，第三实施例的发光元件3具有与第 一实施例的发光元件1基本相同的结构和功能。从而，除了不同之处之外，将省略详细 描述。在第三实施例中，当从顶部观察发光元件3时，ρ-布线71具有在在发光元件3 的外围附近和沿着其设置的外围部分71a。此外，ρ-布线71具有从外围部分71a的一 侧的中心附近朝向其相对侧延伸并且具有发光元件3 —侧的四分之一长度的ρ-侧连接部 分71b，在平行于外围部分71a的上述一侧的方向上延伸并且短于上述一侧的中间部分71c,以及具有ρ-侧连接部分71b的约一半长度并且在垂直于并远离上述一侧的方向上从中间部分71c的两端延伸的ρ-侧端部71d。同时，η-布线73包括具有短于外围部分71a的一侧的长度并且设置在外围部分 71a和ρ-侧端部7Id之间的侧部73a，在与上述一侧水平的方向上从侧部73a的两端朝向 发光元件3的中心延伸的η-侧端部73b，在与上述一侧水平的方向上从侧部73a的中心附 近朝向发光元件3的中心延伸的η-侧连接部分73c，以及被设置为连接至η-侧连接部分 73c的端部并且具有围绕发光元件3的中心附近的形状的中心部分73d。以预定间隔在直接在ρ-布线71之下的透明导电层30上布置多个ρ-电极40。 类似地，以预定间隔在直接在η-布线73之下的η-侧接触层22上布置多个η-电极42。总辐射通量和IH向电压的预测图5是示出P-电极的面积比率和发光元件的总辐射通量之间的关系的视图，以 及图6是示出η-电极的面积比率和总辐射通量之间的关系的视图。此外，图7是示出电 流强度和外量子效率之间的关系的视图。对第一实施例中所示的发光元件1测量具有平面图中的多个ρ-电极40的总面积 与发光元件1的总面积的可变比率的发光元件1的总辐射通量(以下称为“P-电极的面 积比率”)(见图5)以及具有平面图中的多个η-电极42的总面积与发光元件1的总面积 的可变比率的发光元件1的总辐射通量(以下称为“η-电极的面积比率”)(见图6)。通过参考图5和图6可以了解到，随着ρ-电极的面积比率和η电极的面积比率 的增加，发光元件1的总辐射通量线性地减小。同时，通过参考图7可以了解到，示出 外量子效率根据电流强度的二次函数而改变。这显示出可能基于ρ-电极的面积比率、η-电极的面积比率、外量子效率、发 射波长以及输入电流值精确地预测发光元件1的总辐射通量，并且显示出可以通过调节 ρ-电极的面积比率和/或η-电极的面积比率来获得理想的总辐射通量。此外，发现可以 获得具有理想正向电压的发光元件1。换句话说，发现可以根据ρ-电极40的接触电阻、 ρ-电极40和η-电极42之间的电阻、η-电极42的接触电阻以及ρ-布线70和η_布线72 之间的电阻预测发光元件1的正向电压。图8Α是示出第一实施例中的发光元件1的发光状态的视图，图8Β是示出改进 1中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件1的P-电极和η-电极的数 量，以及图8C是示出改进2中的发光元件的发光状态的视图，其中，改变了发光元件2 的ρ-电极和η-电极的数量。图9Α是示出关于到发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的 比较的视图，以及图9Β是关于到发光元件1的输入电流的正向电压的预测和实际测量值 之间的比较的视图。在将350mA电流注入到发光元件1(以456nm的发射波长)的情况下，光强度被 预测为344mW并且正向电压被预测为3.14V。在注入350mA电流的情况下，实际测量 结果为，光强度为353.3mW并且正向电压为3.13V，其与预测完全一致。对于其他电流 值的预测也与图9A和图9B所示的实际测量完全一致。应该注意，在注入IOOOmA电流 的情况下，该预测与图9B中的实际测量稍微不同，这是注入高电流产生的热量的影响。图IOA是示出关于到改进1的发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间的比较的视图，以及图IOB是示出关于到改进1的发光元件1的输入电流的正向电 压的预测和实际测量值之间的比较的视图。在将350mA电流注入改进1的发光元件1 (以455.7nm的发射波长)的情况下， 光强度被预测为335mW并且正向电压被预测为3.08V。在注入350mA电流的情况下， 实际测量的结果为，光强度为344.6mW并且正向电压为3.06V，其与预测完全一致。对 其他电流值的预测也与图IOA和图IOB所示的实际测量完全一致。应该注意，在注入 IOOOmA电流的情况下，该预测与图IOB中的实际测量稍微不同，这是注入高电流产生的 热量的影响。图IlA是关于改进2的发光元件1的输入电流的光强度的预测和实际测量值之间 的比较的视图，以及图IlB是关于到改进2的发光元件1的输入电流的正向电压的预测和 实际测量值之间的比较的视图。在将350mA电流注入改进2的发光元件1 (455.4nm的发射波长)的情况下，光 强度被预测为352mW并且正向电压被预测为3.29V。在注入350mA电流的情况下，实 际测量结果为，光强度为362mW并且正向电压为3.21V，这与预测完全一致。对其他电 流值的预测也与图IlA和图IlB所示的实际测量完全一致。虽然描述了本发明的实施例，但是根据权利要求的本发明不限于上述实施例。 而且，应该注意，不是在实施例中描述的特征的所有组合都必须用于解决本发明的问 题。
权利要求
1.一种发光元件，包括半导体叠层结构，包括氮化合物半导体，所述半导体叠层结构包括第一导电类型的 第一半导体层、发光层和第二导电类型的第二半导体层，其中，所述第二导电类型不同 于所述第一导电类型；绝缘层，设置在所述半导体叠层结构上；第一布线，包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至所述第一半导 体层，所述第一垂直导电部分在所述绝缘层、所述发光层和所述第二半导体层内在垂直 方向上延伸，以及所述第一平面导电部分在所述绝缘层内在平面方向上延伸；以及第二布线，包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至所述第二半导 体层，所述第二垂直导电部分在所述绝缘层内在垂直方向上延伸，以及所述第二平面导 电部分在所述绝缘层内在平面方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的发光元件，进一步包括第一键合电极，设置在所述绝缘层上并且电连接至所述第一布线；以及 第二键合电极，设置在所述绝缘层上并且电连接至所述第二布线。
3.根据权利要求2所述的发光元件，其中，用于反射从所述发光层发射的光的反射层 被包括在所述绝缘层内。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述第一和第二平面导电部分设置在同一 平面上。
5.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述第一和第二平面导电部分设置在不同 平面上。
6.根据权利要求4所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极设置在同一平面上。
7.根据权利要求6所述的发光元件，进一步包括 第一欧姆电极，与所述第一半导体层欧姆接触； 透明导电层，与所述第二半导体层欧姆接触；以及 第二欧姆电极，与所述透明导电层欧姆接触，其中，所述第一布线电连接至所述第一欧姆电极；以及 所述第二布线电连接至所述第二欧姆电极。
8.根据权利要求7所述的发光元件，其中，构成所述第一欧姆电极的材料与构成所述 第二欧姆电极的材料相同。
9.根据权利要求8所述的发光元件，其中，构成所述第一布线的材料与构成所述第二 布线的材料相同。
10.根据权利要求9所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极中的每个均在 平面图中具有凹口。
11.根据权利要求5所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极设置在同一平 面上。
12.根据权利要求11所述的发光元件，还包括 第一欧姆电极，与所述第一半导体层欧姆接触； 透明导电层，与所述第二半导体层欧姆接触；以及第二欧姆电极，与所述透明导电层欧姆接触，其中，所述第一布线电连接至所述第一欧姆电极；以及所述第二布线电连接至所述第二欧姆电极。
13.根据权利要求12所述的发光元件，其中，构成所述第一欧姆电极的材料与构成所 述第二欧姆电极的材料相同。
14.根据权利要求13所述的发光元件，其中，构成所述第一布线的材料与构成所述第 二布线的材料相同。
15.根据权利要求14所述的发光元件，其中，所述第一和第二键合电极的每个均在平 面中具有凹口。
全文摘要
本发明涉及发光元件。一种发光元件包括半导体叠层结构，该半导体叠层结构包括第一半导体层、发光层和第二半导体层；设置在半导体叠层结构上的绝缘层；第一布线，第一布线包括第一垂直导电部分和第一平面导电部分并且电连接至第一半导体层，第一垂直导电部分在垂直方向上在绝缘层、发光层和第二半导体层内延伸，以及第一平面导电部分在平面方向上在绝缘层内延伸；以及第二布线，第二布线包括第二垂直导电部分和第二平面导电部分并且电连接至第二半导体层，第二垂直导电部分在垂直方向上在绝缘层内延伸并且第二平面导电部分在平面方向上在绝缘层内延伸。
文档编号H01L33/36GK102024891SQ201010280910
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月10日 优先权日2009年9月18日
发明者中条直树, 矢羽田孝辅, 神谷真央 申请人:丰田合成株式会社