CN104952999A - 氮化物半导体发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种动作电压降低且光输出提高的氮化物半导体发光装置。实施方式的氮化物半导体发光装置包含积层体、第一电极、及第二电极。所述积层体具有包含第一导电型层的第一层、包含第二导电型层的第二层、及设置在所述第一层与所述第二层之间的发光层，且含有氮化物半导体，并且在中央部具有从成为与所述发光层相反侧的所述第一层的表面到达所述第二层的凹部。所述第一电极以覆盖所述第一层的所述表面的方式设置，且反射来自所述发光层的发出光。所述第二电极设置在所述凹部的底面的所述第二层上。与设置着所述凹部的面相反侧的所述第二层的面成为光出射面。所述第一电极的内缘与所述第二电极构成同心圆。
Description
[相关申请案]
本申请案享受以日本专利申请案2014-65979号(申请日：2014年3月27日)为基础申请案的优先权。本申请案以参照该基础申请案的形式包含基础申请案的所有内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种氮化物半导体发光装置。
背景技术
氮化物半导体发光装置广泛地用于照明装置、显示装置、信号机等。在这些用途中，强烈地要求动作电压降低且光输出较高的半导体发光装置。
在氮化物半导体发光装置中，多数情况下在半导体积层体中的设置着阶差部的一面侧设置p侧电极及n侧电极，将另一面侧设为光出射面。
如果载子集中注入至接近p侧电极及n侧电极的发光层的较窄的周边区域，那么欧杰非发光再结合或载子溢流增加。因此，发光效率降低，无法获得较高的光输出，动作电压也变高。
发明内容
本发明提供一种动作电压降低且光输出提高的氮化物半导体发光装置。
实施方式的氮化物半导体发光装置包含积层体、第一电极、及第二电极。所述积层体具有包含第一导电型层的第一层、包含第二导电型层的第二层、及设置在所述第一层与所述第二层之间的发光层，且含有氮化物半导体，并且在中央部具有从成为与所述发光层相反侧的所述第一层的表面到达所述第二层的凹部。所述第一电极以覆盖所述第一层的所述表面的方式设置，且反射来自所述发光层的发出光。所述第二电极设置在所述凹部的底面的所述第二层上。与设置着所述凹部的面相反侧的所述第二层的面成为光出射面。所述第一电极的内缘与所述第二电极构成同心圆。
附图说明
图1(a)是第一实施方式的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图1(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
图2(a)是表示第一实施方式的相对于电流的光输出依存性的曲线图，图2(b)是表示相对于电流的电压依存性的曲线图。
图3(a)是第一比较例的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图3(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
图4(a)是第二实施方式的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图4(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
图5(a)是第二比较例的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图5(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
图6是第三实施方式的氮化物半导体发光装置的示意剖视图。
具体实施方式
以下，一面参照附图一面对本发明的实施方式进行说明。
图1(a)是第一实施方式的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图1(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
另外，图1(a)是图1(b)的B-B线处的示意仰视图。氮化物半导体发光装置包含积层体16、第一电极24、及第二电极20。
积层体16具有包含第一导电型层的第一层14、包含第二导电型层的第二层10、及设置在第一层14与第二层10之间的发光层12，且含有氮化物半导体。而且，在积层体16的中央部设置着从第一层14的表面到达第二层10的一部分的凹部16m。凹部16m具有内侧面16w及底面10c。
第一电极24以覆盖第一层14的表面的方式设置，且反射来自发光层12的发出光。如果如图1(a)、(b)所示那样使第一层14的表面与第一电极24的平面尺寸大致一致，那么可以将来自第一电极24的载子高效率地注入至发光层12。在将第一电极24设为p侧电极的情形时，如果使第一层14侧包含Ag或Al，那么可以提高光反射率。
第二电极20设置在凹部16m的底面10c。第一电极24的内缘与第二电极20在俯视时实质上为同心圆。此外，可以使凹部16m的内侧面16w与第二电极20的外侧面20h相互对向，并设为大致相同的高度。
例如，包含半导体等的支撑体30还包含第三电极30a及第四电极30b。形成在结晶成长基板上的积层体16的表面的第一电极24与支撑体30的第三电极30a、及第二电极20与支撑体30的第四电极30b是以晶片状态粘接。在晶片粘接之后可以去除结晶成长基板。如此，第一电极24及第二电极20的引出变得容易。
从第一电极24注入的载子向发光层12供给。另一方面，从第二电极20注入的载子向发光层12供给。因此，如图1(b)所示，在发光层12中以与第二电极20的外侧面20h对向的方式形成着环状的(发光)再结合区域ER。将发出光的一部分向上方发出。发出光的另一部分朝向下方，由第一电极24反射而向上方发出。与设置着凹部16m的面相反的第二层10的面10e成为光出射面。如果在光出射面设置微少凹凸，那么可以提高光提取效率。
如果在光出射面设置包含树脂等的透明树脂层40，那么可以保护光出射面且提高芯片的机械强度。
此外，可以使荧光体粒子分散在透明树脂层40而制成荧光体层。荧光体层吸收来自发光层12的发出光并发出波长比发出光的波长更长的波长转换光。荧光体层例如可以在透明树脂液中混合YAG(Yttrium-Aluminum-Garnet，钇铝石榴石)荧光体粒子等并进行涂布之后通过热硬化等而形成。从而，可以在荧光体层的上方获得作为发出光与波长转换光的混合光G的白色光等。另外，可以将氮化物半导体发光装置的一边L1设为0.6mm，将另一边L2设为0.6mm等。
接下来，更详细地说明积层体16的构造。此外，在以下的说明中，设为第一层14包含p型层，第二层10包含n型层，但本发明并不限定于该导电型。
积层体16是使用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机气相沉积)法等通过结晶成长而形成在蓝宝石或硅等的基板上。积层体16包含第一层14、第二层10及设置在第一层14与第二层10之间的发光层12。
第二层10例如包含n型GaN披覆层(予体浓度1×1019cm-3，厚度4μm)10a、及包含InGaN/InGaN的超晶格层(井层厚度1nm与障壁层厚度3nm的30对)10b。超晶格层10b也可以为不掺杂层。而且，通过设置超晶格层10b，可以提高容易变为晶格失配的氮化物半导体的结晶性。发光层12例如可以设为InGaN/InGaN不掺杂MQW层(井层厚度3nm与障壁层厚度5nm的5.5对)。
第一层14例如包含p型AlGaN溢流防止层(受体浓度1×1020cm-3，厚度5nm)14a、p型披覆层(受体浓度1×1020cm-3，厚度85nm)14b、及p型接触层(受体浓度1×1021cm-3，厚度5nm)14c等。
在第一实施方式中，可以使从第二电极20注入的载子扩散至发光层12。另一方面，因为第一电极24以较广地覆盖发光层12的表面的方式设置，且距发光层12的移行距离较短，所以容易使载子扩散至发光层12内。因此，可以保持较低的欧杰非发光再结合机率或载子溢流而提高发光效率。另外，欧杰再结合是通过将因再结合而产生的能量赋予其他载子而产生非发光再结合，使发光效率降低。而且，电子浓度或电洞浓度越高那么欧杰再结合机率越高。从而，大电流动作下的发光效率的降低得以抑制，可以进一步提高光输出。
另外，如果将第二电极20设为n侧电极，那么可以使迁移率比电洞大的电子扩散至发光层12的横方向的广大范围。另一方面，因为第一电极24(p侧电极)以较广地覆盖发光层12的表面的方式设置，且距发光层12的移行距离较短，所以容易使迁移率比电子小的电洞扩散至发光层12内。因此，可以进一步提高发光效率。从而，可以进一步提高大电流动作下的光输出。
图2(a)是表示第一实施方式的相对于电流的光输出依存性的曲线图，图2(b)是表示相对于电流的电压依存性的曲线图。
将以覆盖中央部被切除的第一层14的表面的方式设置的第一电极24的内径DI设为100μm、200μm、300μm、400μm、500μm。而且，将第二电极20的外径DO分别设为80μm、180μm、280μm、380μm、480μm。在俯视时，第一电极24的内缘与第二电极20构成同心圆。此外，积层体16的外缘设为L1＝L2＝600μm。图2(a)、(b)是通过模拟而求出的曲线图。
如图2(a)所示，在电流Idc为200mA时，如果内径DI＝100μm那么光输出Po为大致190mW，如果内径DI＝200μm那么光输出为215mW，如果内径DI＝300μm那么光输出为225mW，光输出随着内径DI的增加而增加。而且，如果内径DI为400μm那么光输出变为227mW，且光输出几乎饱和。进而，如果内径DI增加为500μm，那么光输出降低为216mW。
另外，如图2(b)所示，在电流Idc为200mA时，如果内径DI＝100μm那么(顺向)电压VF为大致3.9V，如果内径DI＝200μm那么电压VF变为3.5V，如果内径DI＝300μm那么电压VF变为3.3V，如果内径DI为400μm那么电压VF变为3.2V，电压VF随着内径DI的增加而降低。而且，即便内径DI进而增加为500μm，电压VF也为3.2V，电压VF不会进一步降低。
如果设直流电力Pdc＝Idc×VF，那么发光效率(％)能以Po/Pdc表示。Idc＝200mA的发光效率成为24％(DI＝100μm)、31％(DI＝200μm)、34％(DI＝300μm)、35％(DI＝400μm)、33％(DI＝500μm)。
随着内径DI从100μm增加至300μm，积层体16的凹部16m的附近的再结合区域面积增加。例如，在将第二电极20设为包含Au等的n侧电极的情形时，如果第二电极20的直径DO过小，那么再结合区域ER的面积也变小。因此，载子密度在较窄的区域变高，因载子溢流或欧杰再结合而引起发光效率降低。也就是说，通过将内径DI设为200μm以上，可以提高发光效率。在此情形时，通过Au等的第二电极20所引起的吸收增加，比起效率降低，使载子密度均匀地扩散而提高发光效率的效果更大。
另一方面，如果将内径DI设为500μm，那么第一电极24的宽度的最小值Wp变小至50μm。因此，载子密度变得过高，容易产生欧杰再结合或载子溢流，而发光效率降低。也就是说，内径DI更佳为200μm以上。而且，第一电极24的宽度的最小值Wp更佳为50μm以上。
图3(a)是第一比较例的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图3(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
此外，图3(a)是图3(b)的B-B线处的示意仰视图。氮化物半导体发光装置包含积层体116、第一电极124、第二电极120、及透明树脂层140。
在第一比较例中，设积层体116的凹部116m的底面110c与第二电极120为具有同一中心的矩形(包含正方形)。距第二电极120的中心的距离在沿着对角线的方向(角部)上变长。在角部，电洞密度变得高于电子密度。因此，容易引起欧杰再结合或载子溢流，而发光效率降低。
与此相对，在第一实施方式中，第一电极24的内缘与第二电极20构成同心圆。因为载子向与圆周交叉的方向移动，所以可以使载子密度沿着圆周均匀地且遍及广大区域地分布，而可以保持较高的发光效率并获得较高的光输出。
图4(a)是第二实施方式的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图4(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
半导体发光装置具有包含氮化物半导体的积层体16、第一电极24、及第二电极20。
积层体16具有包含第一导电型层的第一层14、包含第二导电型层的第二层10、及设置在第一层14与第二层10之间的发光层12。积层体16是在外周部具有从成为与发光层12相反侧的第一层14的表面到达第二层10的阶差部16s。
第一电极24以覆盖第一层14的表面的方式设置，且反射来自发光层12的发出光。第二电极20设置在阶差部16s的底面10d的第二层10的n型GaN披覆层10a上。
与设置着阶差部16s的面相反侧的第二层10的面10e成为光出射面。第一电极24与第二电极20的内缘20k构成同心圆。因此，欧杰再结合及载子溢流得以抑制，而可以提高发光效率。
如果在光出射面设置包含树脂等的透明树脂层40，那么可以保护光出射面并提高芯片的机械强度。此外，可以使荧光体粒子分散在透明树脂层40而制成荧光体层。荧光体层吸收来自发光层12的发出光并发出波长比发出光的波长更长的波长转换光。
图5(a)是第二比较例的氮化物半导体发光装置的示意仰视图，图5(b)是沿着A-A线的示意剖视图。
此外，图5(a)是图5(b)的B-B线处的示意仰视图。氮化物半导体发光装置包含积层体116、第一电极124、第二电极120、及透明树脂层140。
在第二比较例中，设积层体116的阶差部116s的底面110d与第二电极120为具有同一中心的矩形(包含正方形)。从第二电极120至第一电极124的中心的距离在沿着对角线的方向(角部)上变长。在角部，电子密度变得高于电洞密度，载子的平衡被破坏，难以引起发光再结合。因此，变得容易引起欧杰再结合或载子溢流，而发光效率降低。而且，因为载子变得不均匀，所以波长转换光变得不均匀。因此，来自发光层12的发出光与波长转换光的混合光在边部与角部之间产生颜色不均。
与此相对，在第二实施方式中，载子密度可以在圆周方向均匀地分布。因此，可以保持较高的发光效率，且减少颜色不均。
图6是第三实施方式的氮化物半导体发光装置的示意剖视图。
积层体16也可以不粘接在支撑体。在图2(d)的构造中，利用绝缘层80等覆盖积层体16、第一电极24、及第二电极20。进而，以使第一支柱电极61与第二支柱电极51的表面露出的方式设置开口部。
然后，例如以光阻剂等为掩膜，通过镀敷等而形成连接于第一电极24且包含铜等的第一支柱电极61、及连接于第二电极20且包含铜等的第二支柱电极51。进而，去除光阻剂等并填充加强树脂层82等。
如果将第一支柱电极61、第二支柱电极51、及加强树脂层82的厚度设为50μm～300μm等，那么可以提高机械强度。因此，可以去除结晶成长基板，并在露出的第一导电型层22的面设置透明树脂层40。也就是说，即便不粘接在绝缘性支撑基板，也能以晶片级进行封装。此外，加强树脂层82例如可以具有遮光性。
已对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为示例而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
[符号的说明]
10 第二层
10c (凹部的)底面
10d (阶差部的)底面
12 发光层
14 第一层
16 积层体
16m 凹部
16s 阶差部
16w 内侧面
20 第二电极
20k 内侧面
24 第一电极
ER 再结合区域
DI (第一电极的)内径
Claims (7)
1.一种氮化物半导体发光装置，其特征在于包含：
积层体，具有包含第一导电型层的第一层、包含第二导电型层的第二层、以及设置在所述第一层与所述第二层之间的发光层，且含有氮化物半导体，并且在中央部具有从成为与所述发光层相反侧的所述第一层的表面到达所述第二层的凹部；
第一电极，以覆盖所述第一层的所述表面的方式设置，且反射来自所述发光层的发出光；以及
第二电极，设置在所述凹部的底面的所述第二层上；且
与设置着所述凹部的面相反侧的所述第二层的面成为光出射面；
所述第一电极的内缘与所述第二电极构成同心圆。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于所述第一电极的外缘为矩形，
所述凹部的内径为200μm以上，
所述第一电极的宽度的最小值为50μm以上。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于所述凹部的内侧面与所述第二电极的外侧面是相对向。
4.一种氮化物半导体发光装置，其特征在于包含：
积层体，具有包含第一导电型层的第一层、包含第二导电型层的第二层、以及设置在所述第一层与所述第二层之间的发光层，且含有氮化物半导体，并且在外周部具有从成为与所述发光层相反侧的所述第一层的表面到达所述第二层的阶差部；
第一电极，设置在所述第一层的所述表面，且反射来自所述发光层的发出光；以及
第二电极，设置在所述阶差部的底面的所述第二层上；且
与设置着所述阶差部的面相反侧的所述第二层的面成为光出射面；
所述第二电极的内缘与所述第一电极构成同心圆。
5.根据权利要求4所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于所述阶差部的外侧面与所述第二电极的内侧面是相对向。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于还包含透明树脂层，其设置在所述第二层的所述光出射面的表面。
7.根据权利要求6所述的氮化物半导体发光装置，其特征在于所述透明树脂层包含荧光体粒子。
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