TW201709556A - 發光元件及使用其之發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種可消除亮度分佈之不均一而獲得均勻發光的發光元件及使用其之發光裝置。 一種發光元件，其係平面形狀為六邊形者，且包括：n側半導體層2n；p側半導體層3p，其設置於n側半導體層2n上；複數個孔6，其等於俯視下設置於p側半導體層3p之除彼此位於對角位置之3個角部R2、R4、R6以外之區域，使n側半導體層2n露出；第1p電極4p，其與p側半導體層3p相接地設置；第2p電極5n，其分別設置於第1p電極4p上之3個角部R1、R3、R5；及n電極7n，其設置於第1p電極4p上，且通過複數個孔6而與n側半導體層2n電性連接。

Description

發光元件及使用其之發光裝置
本發明係關於一種發光元件及使用其之發光裝置。
先前以來，對光提取效率良好且用於獲得均勻發光之發光元件進行各種研究(例如，參照專利文獻1~3等)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2010-251481號公報
[專利文獻2]日本專利特開2006-203058號公報
[專利文獻3]日本專利特開2008-524831號公報
本發明之目的在於提供一種可將發光元件之角部及其周邊部之發光限制於最小限度並且可進一步提高自上表面之光提取的發光元件及使用其之發光裝置。
本發明之實施形態之發光元件係
(1)一種發光元件，其特徵在於其係平面形狀為六邊形者，且包括：n側半導體層； p側半導體層，其設置於上述n側半導體層上；複數個孔，其等於俯視下設置於上述p側半導體層之除彼此位於對角位置之3個角部以外之區域，使上述n側半導體層露出；第1p電極，其與上述p側半導體層相接地設置；第2p電極，其分別設置於上述第1p電極上之上述3個角部；及n電極，其設置於上述第1p電極上，且通過上述複數個孔而與上述n側半導體層電性連接。
(2)一種發光元件，其特徵在於其係平面形狀為六邊形者，且包括：n側半導體層；p側半導體層，其設置於上述n側半導體層上；複數個孔，其等於俯視下設置於上述p側半導體層之除彼此相對且位於最遠位置之2個角部以外之區域，使上述n側半導體層露出；第1p電極，其與上述p側半導體層相接地設置；第2p電極，其分別設置於上述第1p電極上之上述3個角部；及n電極，其設置於上述第1p電極上，且通過上述複數個孔而與上述n側半導體層電性連接。
本發明之實施形態之發光裝置係
(3)包括：上述發光元件；基體，其設置有上述發光元件；及半球狀之透光性構件，其覆蓋上述發光元件。
根據本發明之實施形態，能夠實現可將發光元件之角部及其周邊部之發光限制於最小限度並且可進一步提高自上表面之光提取的發光元件及使用其之發光裝置。
2n‧‧‧n側半導體層
3p‧‧‧p側半導體層
4a‧‧‧絕緣膜
4p‧‧‧第1p電極
5‧‧‧第2p電極
5p‧‧‧第2p電極
6‧‧‧孔
7n‧‧‧n電極
7ni‧‧‧n電極之內周
7no‧‧‧n電極之外周
8‧‧‧藍寶石基板
9‧‧‧絕緣膜
9a‧‧‧開口
10‧‧‧發光元件
15‧‧‧第2p電極
20‧‧‧發光元件
25‧‧‧第2p電極
25p‧‧‧第2p電極
27n‧‧‧n電極
30‧‧‧發光元件
35‧‧‧第2p電極
40‧‧‧發光元件
45‧‧‧第2p電極
45p‧‧‧第2p電極
47n‧‧‧n電極
47ni‧‧‧n電極之內周
47no‧‧‧n電極之外周
50‧‧‧發光元件
55‧‧‧第2p電極
60‧‧‧發光裝置
61‧‧‧發光裝置
65‧‧‧光源單元
66‧‧‧光源單元
70‧‧‧發光元件
80‧‧‧基體
81‧‧‧電路基板
90‧‧‧透光性構件
91‧‧‧透光性構件
92‧‧‧螢光體層
93‧‧‧透鏡
94‧‧‧菲涅爾透鏡
A‧‧‧發光元件
Ac‧‧‧活性層
B‧‧‧發光元件
BP‧‧‧凸塊
C‧‧‧發光元件
D‧‧‧發光元件
E‧‧‧發光元件
R1‧‧‧角部
R2‧‧‧角部
R3‧‧‧角部
R4‧‧‧角部
R5‧‧‧角部
R6‧‧‧角部
圖1A係模式性地表示本發明一實施形態之發光元件之構成的概略俯視圖。
圖1B係將圖1A中之發光元件之主要部分放大所得之俯視圖。
圖1C係圖1A中之A-A'線剖視圖。
圖1D係圖1A中之B-B'線剖視圖。
圖1E係模式性地表示包含圖1A之發光元件之本發明一實施形態之發光裝置之部分構成的概略俯視圖。
圖1F係圖1E中之A-A'線剖視圖。
圖2係模式性地表示本發明另一實施形態之發光元件之構成的概略俯視圖。
圖3係模式性地表示本發明之又一實施形態之發光元件之構成的概略俯視圖。
圖4A係模式性地表示本發明之又一實施形態之發光元件之構成的概略俯視圖。
圖4B係將圖4A中之發光元件之主要部分放大所得之俯視圖。
圖4C係圖4A中之A-A'線剖視圖。
圖5係表示本發明之實施形態之發光元件之電流密度分佈之模擬結果的圖。
圖6A及B係表示用於參考之發光元件之電流密度分佈之模擬結果的圖。
圖7A~F係用於說明本發明之實施形態之發光元件中之第2p電極之位置的概略俯視圖。
圖8A係模式性地表示使用本發明之一實施形態之發光元件之發光裝置之構成的俯視圖。
圖8B係圖8A中之A-A'線剖視圖。
圖9A係模式性地表示使用本發明之一實施形態之發光元件之其 他發光裝置之構成的俯視圖。
圖9B係圖9A中之A-A'線剖視圖。
圖10A係模式性地表示使用本發明之一實施形態之圖9A之發光裝置之光源單元之構成的俯視圖。
圖10B係圖10A中之A-A'線剖視圖。
圖11A係模式性地表示使用本發明之一實施形態之圖9A之發光裝置之其他光源單元之構成的俯視圖。
圖11B係圖11A中之A-A線'剖視圖。
於以下之說明中，視需要使用表示特定之方向或位置之用語(例如，「上」、「下」、「右」、「左」及包含該等用語之其他用語)。該等用語之使用係為了容易參照圖式理解發明，並非利用該等用語之含義來限定本發明之技術範圍。複數個圖式中所示之相同符號表示相同之部分或構件。為了容易理解發明，而對複數個實施形態進行說明，但該等實施形態並非各自獨立，可共有之部分適用其他實施形態之說明。
實施形態1：發光元件
本實施形態之發光元件10如圖1A所示，平面形狀為六邊形。如圖1A及1B所示，發光元件10包括：n側半導體層2n；p側半導體層3p，其設置於n側半導體層2n上；複數個孔6，其等設置於p側半導體層3p中特定之位置；第1p電極4p，其與p側半導體層3p相接地設置；第2p電極5p，其分別設置於第1p電極4p上且未配置有複數個孔6之角部R1、R3及R5；及n電極7n，其經由複數個孔6與n側半導體層2n電性連接。複數個孔6係於俯視下設置於p側半導體層之除彼此位於對角位置之3個角部、例如圖1A中之R1、R3及R5以外之區域(換言之，圖1A中之角部R2、R4、R6、與各邊鄰接之區域以及相較其等更靠內側之區域)。
發光元件10將與外部連接之第2p電極5p配置於p側半導體層3p中之彼此位於對角位置之3個角部之區域上。另一方面，於除配置有上述第2p電極之3個角部R1、R3及R5以外之區域設置複數個孔6，並且經由複數個孔6將n電極7n與n側半導體層2n電性連接。藉此，抑制向半導體層供給之電流中、向配置有第2p電極5p之角部R1、R3、R5供給之電流，另一方面，能夠使向其等角部以外之區域、即配置有複數個孔6之與p側半導體層之邊鄰接之區域、以及相較角部R1、R3、R5更靠內側之區域供給的電流增加。其結果，能夠將發光元件10之角部R1、R3、R5及其周邊區域之發光限制於最小限度，並且能夠進一步提高自上述區域以外之發光元件10之上表面(尤其是，由角部R1、R3、R5包圍之內側區域)之光提取。
此種發光元件10之平面形狀較佳為正六邊形，但亦容許6個角部之角度變動120度±5度左右。構成六邊形之各邊通常為直線，但亦可根據半導體層之加工精度等而稍微彎曲或撓曲。因此，考慮該等情況，發光元件之平面形狀亦包含正六邊形及近似於正六邊形之形狀。
此種平面形狀為六邊形之發光元件中，列舉例如一邊為300~2000μm左右之長度。換言之，列舉為將位於最遠位置之角部連結之對角線為600~4000μm左右之長度。進而換言之，列舉為發光元件之平面面積為0.2~10mm2左右。
(半導體層)
半導體層至少包含n側半導體層2n與p側半導體層3p。又，較佳為於該等之間包含活性層。為了將發光元件之平面形狀形成為六邊形，n側半導體層2n及/或p側半導體層3p較佳為其等之外周之平面形狀為六邊形。但是，n側半導體層2n及/或p側半導體層3p亦可於外周之一部分及/或內側存在膜厚方向之一部分或全部被去除之部分。再者，以發光區域(本實施形態中，活性層相當於發光區域)為基準，連 接n電極之側之半導體為n側半導體層2n，連接p電極之側之半導體為p側半導體層3p。
作為該等n側半導體層、活性層及p側半導體層，例如可使用由InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y<1)表示之氮化物半導體。構成半導體層之各層之膜厚及層構造可利用本領域中眾所周知者。
半導體層形成於半導體成長用之基板上。於對半導體層使用氮化物半導體之情形時，可使用由藍寶石(Al2O3)構成之基板。
(孔)
複數個孔6係於俯視下，設置於p側半導體層之除彼此位於對角位置之3個角部以外之區域，使n側半導體層露出。
此處，彼此位於對角位置之角部係指彼此不鄰接而位於相對之位置。再者，彼此位於對角位置之3個角部，於平面形狀為六邊形之p側半導體層之情形時，係指每隔一個之3個角部。
孔6只要設置於除彼此位於對角位置之該3個角部以外之區域，則可形成於p側半導體層之任一區域。換言之，只要不形成於每隔一個之3個角部，則亦可不形成於包含每隔一個之3個角部在內之4個角部，亦可不形成於包含每隔一個之3個角部在內之5個角部，亦可不形成於所有角部。於該等情形中之任一情形時，均較佳為於角部以外之p側半導體層之區域、尤其是至少由3個角部包圍之內側區域設置孔，而能夠增加自發光元件之上表面提取之光。
例如，於圖7A所示之發光元件A中，孔6形成於每隔一個之3個角部即由R2、R4及R6所示之3個角部，而未形成於彼此位於對角位置之由R1、R3及R5所示之3個角部。於圖7B所示之發光元件B中，孔6未形成於彼此位於對角位置之由R1、R3及R5所示之3個角部，而且亦未形成於R2所示之角部，而形成於由R4與R6所示之2個角部。於圖7C所示之發光元件C中，孔6未形成於彼此位於對角位置之由R1、R3、R4 及R6所示之角部，而形成於由R2與R5所示之2個角部。於圖7D所示之發光元件D中，孔6形成於R6所示之1個角部，但未形成於彼此位於對角位置之由R1、R3及R5所示之3個角部，而且未形成於由R2及R4所示之2個角部。但是，此處，形成有孔6之角部可為R1至R6中之任一個。又，於圖7E所示之發光元件E中，孔6未形成於包含彼此位於對角位置之由R1、R3及R5所示之3個角部在內之任一角部。
於本案說明書中，所謂角部，係指如上述般於俯視下構成發光元件及/或n側半導體層及/或p側半導體層之外緣之2條線以120度±5度相交，將上述2條線作為兩邊而形成的扇形區域(參照圖1B中之7ni)。但是，只要包含該扇形之區域，則亦可為包含稍向內側延長之部位之區域(參照圖2中之27n及圖4B中之47ni)。上述2條線較佳為設為形成六邊形之邊之1/3左右以下之長度，更佳為設為1/4左右以下之長度。
如上所述，孔6為將n側半導體層露出之孔。藉由孔而露出之複數個n側半導體層可用於藉由下述之n電極一體地與n側半導體層電性連接。
孔之數量、大小、形狀、位置可根據意圖之發光元件之大小、形狀、連接狀態等而適當設定。
孔更佳為全部以相同大小、相同形狀排列。藉此，能夠實現電流供給量之均勻化。其結果，作為發光元件之整體，能夠使發光強度均勻化而抑制亮度不均。
孔之形狀於俯視下列舉圓或橢圓、三角形、矩形、六邊形等多邊形等，其中，較佳為圓形或橢圓形。孔之大小可根據半導體層之大小、所要求之發光元件之輸出、亮度等而適當調整。孔較佳為例如直徑(一邊)為數十~數百μm左右之長度。就另一觀點而言，直徑較佳為半導體層之一邊之1/20~1/5左右之長度。就又一觀點而言，例如可根據孔所占之總平面面積而適當調整。具體而言，總平面面積相對於上 述發光元件之平面面積而言，列舉1/100~1/20左右。換言之，列舉2000μm2~0.5mm2左右。孔之數量例如列舉2~100個左右，較佳為4~80個左右。
孔較佳為例如如圖1A所示，於俯視下沿著p側半導體層之邊排列配置複數個。該情形時，更佳為將鄰接之孔彼此等間隔地配置。但是，亦可於一部分孔間使其間隔不同。此處，所謂等間隔，係指不僅僅是孔彼此均以相同之間隔配置，而且其等之間隔容許±5%左右之範圍內之偏差。孔間之最短距離(以下，孔之中心間距離)例如列舉孔之大小(例如直徑)之2~8倍左右，較佳為4~6倍左右之距離。具體而言，於p側半導體層具有直徑50μm左右之孔之情形時，最短距離列舉100~400μm左右，較佳為200~300μm左右。
藉由如上所述之孔之配置，能夠控制向n側半導體層注入之電流，而謀求發光效率之改善。
(第1p電極、第2p電極及n電極)
發光元件至少包含第1p電極4、第2p電極5及n電極7。
該等電極可由例如Ag、Au、Pt、Pd、Rh、Ni、W、Mo、Cr、Ti、Al及Cu等金屬或該等之合金形成，進而，亦可由包含選自由例如Zn、In、Sn、Ga及Mg所組成之群中之至少1種元素的透光性導電膜等單層膜或積層膜而形成。作為透光性導電膜，例如列舉ITO、ZnO、IZO、GZO、In2O3及SnO2等。
第1p電極4於p側半導體層上與p側半導體層相接地設置。第1p電極為歐姆電極層，但亦能夠作為例如光反射電極層而發揮作用。因此，第1p電極與p側半導體層之接觸面積越大則越佳，例如更佳為形成於半導體層之平面面積之50%以上、60%以上、70%以上，進而較佳為形成於包含上述角部在內之大致整面。
作為光反射電極層，可由包含Ag或Ag合金等之層(含Ag層)形 成。利用Ag或Ag合金形成之層較佳為與半導體層接觸或者配置於最靠近半導體層之位置。作為Ag合金，可使用本領域中眾所周知之材料中之任一材料。光反射電極層之厚度並無特別限定，列舉能夠有效地將自半導體層出射之光反射之厚度、例如20nm~1μm左右。為了防止Ag之遷移，較佳為配置有將其上表面(較佳為上表面及側面)被覆之進一步之導電層或絕緣層。
此種進一步之導電層可由包含上述作為電極材料列舉之金屬或該等之合金之單層膜或積層膜形成。例如，列舉至少含有Al、Cu或Ni等金屬之單層膜及Ni/Ti/Ru或Ni/Ti/Pt等之積層膜。再者，為了有效地防止Ag之遷移，導電層之厚度列舉數百nm~數μm左右。
又，關於進一步之絕緣層，可藉由例如以於光反射電極層之上表面局部開口且被覆光反射電極層之側面的方式形成SiN或SiO2等之絕緣層，而防止Ag之遷移。再者，絕緣層可為單層膜或積層膜之任一種。
作為歐姆電極層，列舉由上述透光性導電膜構成之單層膜或積層膜。
第2p電極配置於第1p電極上且俯視下之角部。但是，第2p電極未配置於配置有孔之區域。第2p電極配置於如上述般未配置有孔且彼此位於對角位置之3個角部。但是，第2p電極只要配置於該等彼此位於對角位置之3個角部，則亦可進而配置於未配置有孔之角部。
即，第2p電極較佳為配置於發光元件之6個角部中之3個以上之角部。於第2p電極配置於3個角部之情形時，較佳為如圖7A所示，配置於彼此不鄰接之3個角部、換言之、彼此位於對角位置之3個角部。於第2p電極配置於4個角部之情形時，較佳為如圖7B所示，不僅配置於彼此位於對角位置之3個角部，而且配置於任意1個角部。於第2p電極配置於5個或6個角部之情形時，可如圖7D及圖7E所示，配置於 任意之角部，較佳為以未配置第2p電極之2個角部彼此不鄰接之方式配置(參照圖7B及7C)。其中，第2p電極更佳為配置於電流密度分佈之均勻性優異且彼此不鄰接之3個角部或6個角部，尤其是於配置於6個角部之情形時，能夠進一步提高自被角部包圍之內側區域之光提取，故而較佳。
第2p電極較佳為例如於俯視下具有角部即2條線以120度±5度相交而以該2條線為兩邊形成的扇形、近似於扇形之形狀或包含該等形狀之形狀(以下，有時記載為「扇形等」)。2條線列舉設為形成六邊形之邊之40%以下之長度，較佳為35%左右以下、30%左右以下、25%左右以下、20%左右以下、15%左右以下。換言之，列舉具有30~300μm左右之一邊或100~300μm左右之一邊之扇形等形狀。
n電極設置於第1p電極上。n電極未設置於第2p電極上，而於俯視下與第2p電極相隔地配置。又，n電極通過上述複數個孔而與n側半導體層電性連接。n電極亦可分割為複數個，但為了能夠將安裝時之連接區域擴大而均勻地供給電流，較佳為將1個n電極通過複數個孔與n側半導體層連接。
具體而言，第2p電極及/或n電極由自半導體層側起為Ti/Rh/Au、Ti/Pt/Au、W/Pt/Au、Rh/Pt/Au、Ni/Pt/Au、Al-Cu合金/Ti/Pt/Au、Al-Si-Cu合金/Ti/Pt/Au、Ti/Rh、Ti/Rh/Ti/Pt/Au、Ag/Ni/Ti/Pt、Ti/ASC/Ti/Rt/Au(此處，ASC係指Al/Si/Cu合金)等形成。又，亦可於該等之積層構造之半導體層側配置上述透光性導電膜。
n電極較佳為介隔配置於自設置於上述p側半導體層之孔之底面即n側半導體層之露出面之一部分擴及至孔之側面(活性層及p側半導體層之側面)、p側半導體層上之區域的絕緣膜，自孔內配置至p側半導體層上。此處之絕緣膜較佳為將該領域中眾所周知之材料膜以單層膜或積層膜之形式以可確保電氣絕緣性之厚度使用。
n電極於俯視下，一部分或全部可略小於n側半導體層，亦可與n側半導體層同等，亦可略大於n側半導體層。又，n電極較佳為以於俯視下與第2p電極相隔之方式具有與扇形等對應之開口。
又，亦可於n電極及第2p電極與n側半導體層及p側半導體層各自之間包含介電體多層膜、例如DBR(Distributed Bragg Reflector，分佈式布拉格反射器)膜。
實施形態2：發光元件
於本實施形態2中，發光元件中之複數個孔6之位置及第2p電極之位置局部不同，除此以外，具有與實施形態1之發光元件實質上相同之構成。
(孔)
於該發光元件中，複數個孔如圖7F所示，於俯視下設置於p側半導體層之除位於最遠位置之2個角部、例如圖7F中之R1與R4以外之區域，使n側半導體層露出。
此處，位於最遠位置之2個角部係指配置於最長之對角線之兩端之角部。
孔6只要設置於除位於最遠位置之該2個角部以外之區域，則可形成於p側半導體層之任一區域。換言之，只要不形成於位於最遠位置之該2個角部，則可不形成於與該2個角部之任一個鄰接之角部，亦可不形成於包含位於最遠位置之該2個角部在內之5個角部，亦可不形成於所有角部。於該等情形中之任一情形時，均較佳為於角部以外之p側半導體層之區域、尤其是至少由2個角部夾著之內側區域設置孔，能夠增加自發光元件之上表面(尤其是由2個角部夾著之內側區域)提取之光。
例如，於圖7F所示之發光元件F中，孔6未形成於位於最遠位置之由R2及R5所示之2個角部，而形成於由R1、R3、R4及R6所示之4個 角部。又，於圖7B所示之發光元件B中，孔6未形成於位於最遠位置之由R2及R5所示之2個角部，而且亦未形成於由R1及R3所示之角部，而形成於由R4與R6所示之2個角部。又，於圖7C所示之發光元件C中，孔6未形成於位於最遠位置之由R3及R6所示之2個角部，而且亦未形成於由R1及R4所示之角部，而形成於由R2與R5所示之2個角部。又，於圖7D所示之發光元件D中，孔6形成於R6所示之1個角部，但未形成於位於最遠位置之由R2及R5或R1及R4所示之4個角部，而且亦未形成於R3所示之角部。但是，此處，形成有孔6之角部可為R1至R6中之任一角部。又，於圖7E所示之發光元件E中，孔6未形成於包含位於最遠位置之由R2及R5、R1及R4或R3及R6所示之6個角部在內之任一角部。
(第2p電極)
第2p電極配置於第1p電極上之角部。但是，第2p電極未配置於配置有孔之區域。第2p電極配置於如上述般未配置有孔且位於最遠位置之2個角部。但是，第2p電極只要配置於位於最遠位置之2個角部，則亦可進而配置於未配置有孔之角部。
即，第2p電極較佳為配置於發光元件之6個角部中之2個以上之角部。於第2p電極配置於2個角部之情形時，較佳為如圖7F所示，配置於位於最遠位置之2個角部。於第2p電極配置於4個角部之情形時，較佳為如圖7B及7C所示，不僅配置於位於最遠位置之2個角部，而且配置於與該2個角部之任一角部鄰接之角部之任意2個角部。即，較佳為以未配置第2p電極之2個角部彼此不鄰接之方式配置第2側電極。於第2p電極配置於5個或6個角部之情形時，可如圖7D及圖7E所示，配置於任意角部。其中，第2p電極更佳為配置於6個角部。
具有以上構成之實施形態2之發光元件能夠將配置有第2p電極之區域之角部及其周邊區域之發光限制於最小限度，並且能夠進一步提 高自發光元件之上表面之光提取。
實施形態3：發光裝置
本發明一實施形態之發光裝置如圖8A及8B所示，包括上述發光元件70、設置發光元件70之基體80、及覆蓋發光元件之半球狀之透光性構件90。
又，於該發光裝置中，亦可任意地於發光元件等之側面、上表面或下表面等(進而，基體之側面、上表面或下表面等)配置具有光反射性、透光性、遮光性、波長轉換性等之功能性構件。例如，亦可藉由電鍍、噴霧等於發光元件之側面及上表面形成螢光體層。又，亦可配置進而覆蓋透光性構件90之光學構件(例如透鏡)。
(基體)
基體係於例如包含金屬、陶瓷、樹脂、介電體、紙漿、玻璃、紙或該等之複合材料(例如複合樹脂)、或者該等材料與導電材料(例如金屬、碳等)之複合材料等之基材之表面，任意地於內部及/或背面具有複數個配線圖案。
配線圖案只要為可向發光元件供給電流者即可，以本領域中通常使用之材料、厚度、形狀等形成。再者，配線圖案只要包含與發光元件之電極(第2p電極及n電極)連接之正負一對圖案，則亦可具有獨立於正負一對圖案配置之其他圖案。
又，發光元件於基體之安裝較佳為藉由例如凸塊、焊料等接合構件而進行。接合構件可使用本領域中眾所周知之任一材料。
(透光性構件)
透光性構件係被覆發光元件者，亦發揮作為透鏡之作用。因此，較佳為半球形狀。但是，該半球形狀可不為嚴格意義上之球、嚴格意義上之一半，亦可為扁球、長球、蛋形、紡錘形狀等之一部分切斷體等。
透光性構件亦可由玻璃等形成，但較佳為由樹脂形成。作為樹脂，列舉熱固性樹脂、熱塑性樹脂、該等之改性樹脂或含有該等樹脂中之1種以上之混合樹脂等。
(功能性構件)
作為功能性構件，例如列舉透鏡、螢光體層等能夠附加各種功能之構件。功能性構件既可相對於1個發光元件配置1個或複數個，亦可相對於複數個發光元件配置1個。
作為透鏡，例如列舉凹凸透鏡、菲涅爾透鏡等。該等透鏡可使用利用本領域中眾所周知之材料利用眾所周知之製造方法製造之透鏡。透鏡亦可含有光擴散材等。作為光擴散材，列舉玻璃纖維、矽灰石等纖維狀填料、氮化鋁、碳等無機填料、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、玻璃、螢光體之晶體或燒結體、螢光體與無機物之結合材之燒結體等。
亦可於透鏡之光入射面及/或光出射面形成有保護膜、反射膜、抗反射膜等。作為抗反射膜，可適用包含二氧化矽與二氧化鋯之4層構造者等。
螢光體可使用本領域中眾所周知者。例如，亦可為以鈰活化之釔．鋁．石榴石(YAG，Yttrium Aluminum Garnet)系螢光體、以鈰活化之鑥．鋁．石榴石(LAG，Lutetium Aluminum Garnet)系螢光體、以銪及/或鉻活化之含氮鋁矽酸鈣(CaO-Al2O3-SiO2)系螢光體、以銪活化之矽酸鹽((Sr,Ba)2SiO4)系螢光體、β赛隆螢光體、CASN(CaAlSiN3：Eu)系或SCASN((Sr,Ca)AlSiN3：Eu)系螢光體等氮化物系螢光體、KSF系螢光體(K2SiF6：Mn)、硫化物系螢光體、所謂之奈米晶體、稱為量子點之發光物質。作為發光物質，列舉半導體材料、例如II-VI族、III-V族、IV-VI族半導體、具體而言、CdSe、核殼型之CdSxSe1-x/ZnS、GaP等奈米尺寸之高分散粒子。螢光體可將1種或2種以上組合使用。
隨著近年來之發光裝置之小型化、進而被覆發光元件之透光性構件之小型化，透光性構件之表面接近發光元件，其結果，無法獲得透光性構件之透鏡效果而直接朝發光裝置之側方穿過之光增大，擔憂無法以所期望之效率獲得自發光裝置之上方提取之光。相對於此，如本實施形態般，利用透光性構件被覆平面形狀為六邊形之發光元件之情形時，與具有相同之平面面積之平面形狀為四邊形之發光元件相比，能夠進一步確保發光元件與透光性構件之表面之距離。由此，能夠有效地利用透光性構件之透鏡效果。又，本實施形態之發光元件具有抑制其角部之發光之構造，換言之，具有代替抑制對角部之半導體層之電流供給而使向其角部以外之區域供給之電流增加的構造。藉此，可減少自容易接近透光性構件之表面之發光元件之角部直接朝發光裝置之側方穿過之光，從而更有效地利用透光性構件之透鏡效果而效率良好地朝發光裝置之上方提取光。
以下，基於圖式對發光元件及使用其之發光裝置之實施例詳細地進行說明。
實施例1：發光元件
如圖1A~圖1D所示，本實施例之發光元件10之平面形狀為六邊形。此種發光元件10包括n側半導體層2n及p側半導體層3p、第1p電極4p、第2p電極5p及n電極7n。發光元件10之一邊長度約為1.2mm。
半導體層係於六邊形之藍寶石基板8上依次積層n側半導體層2n、活性層Ac、p側半導體層3p而構成。半導體層係於其最外周具有將p側半導體層3p及活性層Ac之一部分去除而使n側半導體層2n露出之區域。
p側半導體層3p具有複數個孔6。於孔6中，亦將存在於其下方之活性層Ac去除而使n側半導體層2n露出。但是，此處之p側半導體層3p於六邊形之彼此不鄰接之3個角部及其周邊未配置孔，而於除該等 角部及其周邊以外之區域具有複數個孔6。
孔6為大致圓形，其直徑約為27μm，且例如形成有58個。孔6係於俯視下相對於六邊形之邊大致平行地排列，其中心間距離約為300μm。孔6之總面積為半導體層之平面面積之0.92%左右，約為33000μm2。
與p側半導體層3p相接地於除複數個孔6以外之大致整面配置有第1p電極4p。此處，大致整面係指p側半導體層3p之上表面之外緣及孔6附近之內緣以外之區域。例如，第1p電極4p較佳為設置於p側半導體層3p之上表面中90%以上之面。第1p電極4p包含：含Ag層，其形成於p側半導體層3p上之大致整面；被覆該含Ag層之上表面之層；及絕緣層4a，其進而被覆含Ag層之上表面之一部分及側面且包含SiN。被覆含Ag層之層由自半導體層側起為Ni層、Ti層及Pt層之積層膜形成。藉由此種積層構造，能夠將自活性層Ac出射之光朝藍寶石基板8側反射，而能夠提高光提取效率。又，藉由被覆含Ag層之層及絕緣層4a，能夠有效地防止Ag之遷移。
於第1p電極4p上且包含未配置有上述孔6之3個角部及其周邊之區域配置有第2p電極5p。第2p電極5p具有扇形，該扇形具有與構成包含設置之角部及其周邊之區域之p側半導體層3p之2條邊中之一邊實質上平行之兩邊。扇形之兩邊分別為p側半導體層3p之一邊之長度之1/5左右，約為300μm。
於第1p電極4p上配置有通過複數個孔6與n側半導體層2n電性連接之n電極7n。於圖1B中，將n電極7n之外周表示為7no，將內周表示為7ni。第1p電極4p介隔包含SiO2之絕緣膜9配置於第2p電極5p及其周邊以外之第1p電極4p之上方。絕緣膜9配置於孔6之側面、及露出之n側半導體層2n之一部分區域(n側半導體層2n上表面)上。絕緣膜9係於配置於p側半導體層3p上之第1p電極4p上之一部分區域上、即第 1p電極4p與第2p電極5p之連接部位具有將第1p電極4p之上表面露出之開口9a。又，絕緣膜9於發光元件10之最外周亦被覆將p側半導體層3p及活性層Ac之一部分去除而露出之n側半導體層2n。
第2p電極5p及n電極7n均由自半導體層側起為Ti/Al-Si-Cu合金/Ti/Pt/Au之積層膜形成。
於使用此種發光元件10製造發光裝置之情形時，如圖1E及1F所示，將與第2p電極5p連接之凸塊電極BP相對於各第2p電極5p形成1個，將與電極7n連接之凸塊電極BP遍及整面均勻地形成複數個。與n電極7n連接之凸塊電極BP較佳為形成於俯視下不與孔6重疊之位置，以使絕緣膜9不因安裝發光元件10時之過重負荷而破壞。
實施例2：發光元件
實施例2之發光元件20如圖2所示，第2p電極25p不為扇形，而具有包含自扇形朝內側略微延長之2個部位之形狀，除此以外，具有與實施例1之發光元件10實質上相同之構成。
實施例3：發光元件
實施例3之發光元件30如圖3所示，扇形之第2p電極5p配置於包含所有角部及其周邊之區域。伴隨於此，於包含p側半導體層3p之6個角部及其周邊之區域未配置孔6，而孔之數量成為55個。因此，孔6之總面積為半導體層之平面面積之0.87%左右，約為3100μm2。
除了上述構成以外，具有與實施例1之發光元件10實質上相同之構成。
實施例4：發光元件
實施例4之發光元件40如圖4所示，於其最外周具有將p側半導體層3p及活性層Ac之一部分去除而使n側半導體層2n露出之區域，但於角部具有未由絕緣膜9被覆之區域。又，於包含所有角部及其周邊之區域配置有外側凹陷之大致扇形之第2p電極45p。而且，於配置有第 2p電極45p之角部，於未由絕緣膜9被覆之區域，n電極7n之一部分與n側半導體層2n接觸而電性連接。
除了上述構成以外，具有與實施例3之發光元件30實質上相同之構成。
<發光元件之評價>
藉由使用有限元素法之模擬軟體對實施例1~3之發光元件10、20、30中之電流密度之分佈進行了解析。將其結果分別示於圖5A~5C中。於圖5A~5C中，表示濃淡越濃則電流密度越高之情況。
又，為了參考，亦針對如下之發光元件40對電流密度之分佈進行了解析，該發光元件40如圖6A所示，沿著一對對角線配置第2p電極55，除此以外，具有與發光元件10實質上相同之構成。將其結果示於圖6B中。
根據圖5A~5C可知，發光元件10、20、30均能夠使配置有第2p電極5之區域中之電流密度比與半導體層之邊鄰接之區域及內側之區域中之電流密度低。
尤其是，於發光元件20中，隨著相較發光元件10增大第2p電極25之面積，能夠降低配置有第2p電極25之角部之電流密度，另一方面，能夠於內側之區域、尤其是半導體層之中央區域提高電流密度。
又，於發光元件30中，隨著將第2p電極35之數量增加至6個，能夠於配置有第2p電極35之角部降低電流密度，另一方面，能夠於整個內側更均勻地提高電流密度。
該等現象表示，與發光元件50中之半導體層之角部及外周部分之電流密度分佈相比，可使電流密度分佈於半導體層之內側區域更顯著地增大。
又，針對發光元件10、20、30，藉由使用有限元素法之模擬對施加電流350mA之電流之順向電壓Vf進行了解析。將其結果與孔之 個數、經由孔將n電極與n側半導體層連接之區域之總面積(n側接觸區域之面積)、第1p電極之面積(p側接觸區域之面積)一同示於表1中。再者，n側接觸區域及p側接觸區域之面積均將發光元件10之面積設為100%，而以其相對值來表示。
如表1所示，可確認到如下內容，即，相對於發光元件10，於發光元件20、30，Vf值分別降低了0.011V(約3.1%)、0.012V(約3.5%)。認為發光元件20與發光元件10相比，p側接觸區域之面積相同，但第2p電極之面積較大，而將第2p電極附近之電流集中緩和，其結果，Vf值降低。又，認為發光元件30與發光元件10及發光元件20相比，第2p電極之數量自3個增加至6個，而更均等地向半導體層供給電流，因此，Vf值降低。
實施例5：發光裝置
實施例5之發光裝置60如圖8A及8B所示，包括與實施形態1之發光元件10同樣地平面形狀為六邊形之發光元件70、及於表面具有正負一對配線圖案(未圖示)之基體80。
發光元件70面朝下安裝於基體80，發光元件70之n電極及p電極經由接合構件與基體80之配線圖案連接。又，發光元件70由包含聚矽氧樹脂等之半球狀之透光性構件90覆蓋。透光性構件90亦與發光元件70一同覆蓋基體80之上表面之一部分。
此種發光裝置能夠更有效地利用透光性構件90之透鏡效果而效 率良好地朝發光裝置之上方提取光。
實施例6：發光裝置
實施例6之發光裝置61如圖9A及9B所示，包括與實施形態1之發光元件10同樣地平面形狀為六邊形之發光元件70、及於表面具有正負一對配線圖案(未圖示)之基體80。發光元件70面朝下安裝於基體80，且其側面及作為光提取面之上表面由包含YAG等之螢光體層92覆蓋。又，由螢光體層92被覆之發光元件70之表面由包含聚矽氧樹脂等之透光性構件91呈大致四邊形之形狀覆蓋。
此種發光裝置能夠利用螢光體層92之波長轉換效果而效率良好地提取任意顏色之光。
實施例7：光源單元
實施例7之光源單元65如圖10A及10B所示，包括電路基板81、彼此相隔地搭載於該電路基板81上之實施例6之複數個發光裝置61、及被覆各發光裝置61之透鏡93。此處之透鏡93例如如圖10A所示，具有能夠有效地利用來自發光裝置61之光之大致圓形。又，亦可於發光裝置61之上方且透鏡93之位於與發光裝置61對向之下表面之相反側之上表面，如圖10B所示地具有能夠將自發光裝置61出射之光擴散之凹部。
於此種光源單元，發光裝置可藉由縱向及/或橫向地、無規地或者有規律地配置，而用作背光光源、照明用之光源。
實施例8：光源單元
實施例8之光源單元66如圖11A及11B所示，包括電路基板81、彼此相隔地搭載於該電路基板81上之實施例6之發光裝置61、及被覆該發光裝置61之菲涅爾透鏡94。此處之菲涅爾透鏡94例如具備能夠將配置於發光裝置61內之發光元件或配置於其上之螢光體層之自外側之視認性降低的形狀。
此種光源單元可用作相機之閃光燈等。
[產業上之可利用性]
本發明之實施形態及實施例之發光元件可用於各種照明器具、相機之閃光燈、液晶顯示器之背光光源、各種指示器用光源、車載用光源、感測器用光源、信號機、車載零件、看板用發光字等各種光源。
2n‧‧‧n側半導體層
3p‧‧‧p側半導體層
4p‧‧‧第1p電極
5p‧‧‧第2p電極
6‧‧‧孔
7n‧‧‧n電極
9a‧‧‧開口
10‧‧‧發光元件
R1‧‧‧角部
R2‧‧‧角部
R3‧‧‧角部
R4‧‧‧角部
R5‧‧‧角部
R6‧‧‧角部

Claims (14)

  1. 一種發光元件，其特徵在於其係平面形狀為六邊形者，且包括：n側半導體層；p側半導體層，其設置於上述n側半導體層上；複數個孔，其等於俯視下設置於上述p側半導體層之除彼此位於對角位置之3個角部以外之區域，使上述n側半導體層露出；第1p電極，其與上述p側半導體層相接地設置；第2p電極，其分別設置於上述第1p電極上之上述3個角部；及n電極，其設置於上述第1p電極上，且通過上述複數個孔而與上述n側半導體層電性連接。
  2. 一種發光元件，其特徵在於其係平面形狀為六邊形者，且包括：n側半導體層；p側半導體層，其設置於上述n側半導體層上；複數個孔，其等於俯視下設置於上述p側半導體層之除位於最遠位置之2個角部以外之區域，使上述n側半導體層露出；第1p電極，其與上述p側半導體層相接地設置；第2p電極，其分別設置於上述第1p電極上之上述3個角部；及n電極，其設置於上述第1p電極上，且通過上述複數個孔而與上述n側半導體層電性連接。
  3. 如請求項1或2之發光元件，其中上述複數個孔未設置於包含除上述彼此位於對角位置之3個角部以外之區域、或者除上述彼此相對且位於最遠位置之2個角部以外之區域的6個角部。
  4. 如請求項3之發光元件，其中上述第2p電極分別設置於上述第1 p電極上之上述6個角部。
  5. 如請求項1或2之發光元件，其中上述第2p電極為具有與構成分別設置之上述角部之兩邊中之一邊平行之兩邊的扇形。
  6. 如請求項1或2之發光元件，其中上述複數個孔沿著上述p側半導體層之邊配置。
  7. 如請求項1或2之發光元件，其中上述n電極自與上述n側半導體層電性連接之部分介隔絕緣層設置至上述第1p電極上。
  8. 如請求項7之發光元件，其中上述絕緣層為介電體多層膜。
  9. 如請求項1或2之發光元件，其中上述第1p電極包含與上述p側半導體層相接之含銀層。
  10. 如請求項1或2之發光元件，其中上述第1p電極為透光性導電膜。
  11. 如請求項1或2之發光元件，其中上述n電極於上述複數個孔內分別經由與上述n側半導體層相接之透光性導電膜而與上述n側半導體層電性連接。
  12. 一種發光裝置，其包括：如請求項1至11中任一項之發光元件；基體，其設置有上述發光元件；及半球狀之透光性構件，其覆蓋上述發光元件。
  13. 如請求項12之發光裝置，其進而於上述發光元件與上述透光性構件之間包括螢光體層。
  14. 如請求項12或13之發光裝置，其進而包括覆蓋上述透光性構件之光學構件。
TW105117259A 2015-07-30 2016-06-01 發光元件及使用其之發光裝置 TWI690091B (zh)

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