TWI434438B - 發光元件 - Google Patents

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TWI434438B
TWI434438B TW099131436A TW99131436A TWI434438B TW I434438 B TWI434438 B TW I434438B TW 099131436 A TW099131436 A TW 099131436A TW 99131436 A TW99131436 A TW 99131436A TW I434438 B TWI434438 B TW I434438B
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Kosuke Yahata
Naoki Nakajo
Masao Kamiya
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Toyoda Gosei Kk
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Description

發光元件 【相關申請案之交互參照】
本申請案係基於日本專利申請案第2009-217231號，申請於2009年9月18日，其整體內容藉由參考文獻方式合併於此。
本發明係關於一種覆晶(flip chip)型發光元件。
吾人瞭解習知半導體發光元件可設有：擴散電極，設置在半導體層上；鈍化膜，用以覆蓋此擴散電極的表面，並且在其一部分上具有開口；以及接合電極，在其上表面上具有焊料層，並且於其中，具有比此開口更大之直徑並且具有比此擴散電極表面更平坦之表面的緩衝電極係形成在此鈍化膜(位於此擴散電極的表面上)之開口的底部，以及此接合電極係連接至此緩衝電極(例如JP-A-2008-288548)。
在JP-A-2008-288548所述之半導體發光元件中，緩衝電極係-形成在擴散電極的表面上，比緩衝電極更小的開口係形成在位於緩衝電極上方的鈍化膜上，以及緩衝電極的表面為平坦，因此，可確保緩衝電極與鈍化膜之間的附著性，並且可抑制從緩衝電極與鈍化膜間之界面進行的橫向蝕刻。
然而，在JP-A-2008-288548所述之半導體發光元件中，接合電極之排列自由度的改善會受到限制，因為作為歐姆電極的p-與n-電極係透過設置在p-與n-電極正上方的穿孔而電性連接至接合電極。尤其，當p-與n-電極以複雜的方式進行排列或排列成複雜的形狀時，接合電極的排列可能也會變得複雜。
因此，本發明之一目的在於提供一種發光元件，即使在歐姆電極的排列與形狀為複雜的情況下，其仍可在設計接合電極之排列與形狀時提供高自由度。
(1)依照本發明之一實施例，一種發光元件，包含：
一半導體層疊結構，包含一氮化物化合物半導體，該半導體層疊結構包含第一導電型的一第一半導體層、一發光層、以及不同於該第一導電型之第二導電型的一第二半導體層；一絕緣層，設置在該半導體層疊結構上；一第一配線，包含一第一垂直導電部以及一第一平面導電部並且電性連接至該第一半導體層，該第一垂直導電部係以一垂直方向在該絕緣層、該發光層以及該第二半導體層的內部延伸，以及該第一平面導電部係以一平面方向在該絕緣層的內部延伸；及一第二配線，包含一第二垂直導電部以及一第二平面導電部並且電性連接至該第二半導體層，該第二垂直導電部係以一垂直方向在該絕緣層的內部延伸，以及該第二平面導電部係以一平面方向在該絕緣層的內部延伸。
在本發明之上述實施例(1)中，可進行下列修改與變化。
(i)該發光元件更包含：一第一接合電極，設置在該絕緣層上並且電性連接至該第一配線；及一第二接合電極，設置在該絕緣層上並且電性連接至該第二配線。
(ii)一反射層係包含在該絕緣層的內部，該反射層用以反射從該發光元件所發出的光。
(iii)該第一與第二平面導電部係設置在同一平面上。
(iv)該第一與第二平面導電部係設置在不同平面上。
(v)該第一與第二接合電極係設置在同一平面上。
(vi)該發光元件更包含：一第一歐姆電極，與該第一半導體層歐姆接觸；一透明導電層，與該第二半導體層歐姆接觸；及一第二歐姆電極，與該透明導電層歐姆接觸，其中該第一配線電性連接至該第一歐姆電極；及該第二配線電性連接至該第二歐姆電極。
(vii)構成該第一歐姆電極的材料係與構成該第二歐姆電極的材料相同。
(viii)構成該第一配線的材料係與構成該第二配線的材料相同。
(ix)該第一與第二接合電極在平視面(in plan view)上各自具有凹槽(notches)。
本發明之特徵
依照本發明之一實施例，一種發光元件可藉由下絕緣層(與透明導電層接觸)使與化合物半導體歐姆接觸之電極(即，p-電極以及n-電極)在發光元件的厚度方向上與用以將電流供應至此電極之配線(即，p側配線以及n側配線)隔開而構成。因此，可獨立將複數個p-側電極以及複數個n-側電極設置在半導體層上，以及p-側電極可透過位於每一個p-側電極上方的穿孔並藉由p-側配線而互相電性連接，以及複數個n-側電極可透過位於每一個n-側電極上方的穿孔而產生電性連接。因此，可自由設計p-側接合電極以及n-側接合電極的形狀與排列，而不管p-電極以及n-電極的形狀與排列。
第一實施例
圖1A概略地顯示在本發明之第一實施例中之發光元件的上表面；而圖1B以及1C顯示在本發明之第一實施例中之發光元件的概略垂直剖面圖。具體而言，圖1B顯示沿著圖1A之線A-A的發光元件的垂直概略剖面圖；而圖1C顯示沿著圖1A之線B-B的發光元件的垂直概略剖面圖。
發光元件1的結構
如圖1B與1C顯示，在本發明之第一實施例中的發光元件1具有半導體層疊結構，此結構包含例如：藍寶石基板10，具有C-平面(0001)；緩衝層20，設置在藍寶石基板10上；n-側接觸層22，設置在緩衝層20上；n-側披覆層24，設置在n-側接觸層22上；發光層25，設置在n-側披覆層24上；p-側披覆層26，設置在發光層25上；以及p-側接觸層28，設置在p-側披覆層26上。
此外，發光元件1設有：透明導電層30，設置在p-側接觸層28上；以及複數個p-電極40，設置在透明導電層30上之一區域的部分內。此外，發光元件1設有：複數個n-電極42，設置在經由複數個穿孔而曝露的n-側接觸層22上，這些穿孔係從p-側接觸層28形成到n-側接觸層22的至少一表面；下絕緣層50，設置在此穿孔的內表面以及透明導電層30上；以及反射層60，設置在下絕緣層50的內部。反射層60係設置在不包含p-電極40以及n-電極42之上方部分的部分內。
再者，與透明導電層30接觸的下絕緣層50可具有：穿孔50a，以垂直方向在每一個p-電極40上方延伸；以及穿孔50b，以垂直方向在每一個n-電極42上方延伸。此外，在發光元件1中，於下絕緣層50上可設置p-配線70以及n-配線72。p-配線70具有：第二平面導電部700，其係以平面方向在下絕緣部50上延伸；以及複數個第二垂直導電部702，其係透過穿孔50a而與每一個p-電極40電性連接。同時，n-配線72具有：第一平面導電部720，其係以平面方向在下絕緣層50上延伸；以及複數個第一垂直導電部722，其係透過下絕緣層50中的穿孔50b以及形成在此半導體層疊結構中的穿孔而與每一個n-電極42電性連接。再者，發光元件1設有：上絕緣層80，設置在與p-配線70、n-配線72以及透明導電層30接觸的下絕緣層50上；p-側接合電極90，透過設置在上絕緣層80中的p-側開口80a而與p-配線70電性連接；以及n-側接合電極92，透過設置在上絕緣層80中的n-側開口80b而與n-配線72電性連接。
在本實施例中，p-配線70的第二平面導電部700以及n-配線72的第一平面導電部720係各自形成在與透明導電層30接觸之下絕緣層50的表面上，因此其係設置在同一平面上。同時，在本實施例中，p-側接合電極90以及n-側接合電極92係形成在上絕緣層80的表面上，因此其係設置在同一平面上。
半導體層疊結構
在此，緩衝層20、n-側接觸層22、n-側披覆層24、發光層25、p-側披覆層26以及p-側接觸層28係各自由III族氮化物化合物半導體所形成。對於III族氮化物化合物半導體而言，吾人可使用例如由Alx Gay In1-x-y N(0≦x≦1，0≦y≦1，以及0≦x+y≦1)所表示的四級III族氮化物化合物半導體。
在本實施例中，緩衝層20係由AlN所形成。n-側接觸層22以及n-側披覆層24係各自由摻有各預定量之n-型摻雜物(例如Si)的n-GaN所形成。同時，發光層25可具有包含複數個井層以及複數個阻障層的多重量子井結構。發光層25係由例如GaN、InGaN或AlGaN等等所形成。此外，p-側披覆層26以及p-側接觸層28係各自由摻有預定量之p-型摻雜物(例如Mg)的p-GaN所形成。
透明導電層30、p-電極40以及n-電極42
透明導電層30係由導電氧化物所形成。透明導電層30可由例如銦錫氧化物(ITO，Indium Tin Oxide)所形成。同時，構成p-電極40的材料係與構成n-電極42的材料相同。吾人可注意到，當p-電極40以及n-電極42係由多個層所形成時，其各自可具有相同的層結構。p-電極40以及n-電極42係由含有例如Ni或Cr、以及Au以及Al的金屬材料所形成。特別係，當n-側接觸層22係由n-型GaN所形成時，n-電極42可從n-側接觸層22側形成並包含作為接觸層的Ni層，或者可從n-側接觸層22側形成並包含作為接觸層的Cr層。同時，特別係，當透明導電層30係由氧化物半導體所形成時，p-電極40可從透明導電層30側形成並包含作為接觸層的Ni層，或者可從透明導電層30側形成並包含作為接觸層的Cr層。具體而言，p-電極40以及n-電極42可分別從透明導電層30側以及n-側接觸層22側形成並包含Ni層、Au層以及Al層。
此外，在本實施例中，複數個p-電極40係規則地排列在透明導電層30上。同樣地，複數個n-電極42係規則地排列在一平面上(例如在n-側接觸層22的外露表面上)，此平面位於發光元件1的厚度方向上而與於其上設置有複數個p-電極40的平面不同。具體而言，如圖1A之虛線所示，當決定發光元件1的一側作為第一軸並且假設與上述一側垂直的一側作為第二軸時，複數個p-電極40係以間隔沿著第一與第二軸排列。在本實施例中，複數個p-電極40係排列在對應於具有預定格距之格子的格點的位置上。同時，在平視面上，複數個n-電極42係以間隔排列在不與每一個p-電極40重疊的位置上。在本實施例中，複數個n-電極42中的每一者皆設置在正方形的面心位置上(即，在此正方形之兩對角線的交點上)，此正方形係例如由平視面上排列在四個角的四個p-電極40所界定的最小正方形。換言之，p-電極40以及n-電極42係排列在第一與第二軸的交錯位置上。
於平視面上，p-電極40以及n-電極42可各自具有實質上圓形或多邊形(即，三角形、四角形、五角形以及六角形等等)的形狀，並且可按照每一個電極的排列以及在平視面上發光元件1之發光區域面積(以下稱為「發光面積」)對總面積的比率的改善，來決定在平視面上每一個p-電極40以及每一個n-電極42的尺寸。當在平視面上p-電極40以及n-電極42具有例如實質上圓形的形狀時，p-電極40以及n-電極42可具有不小於5μm並且不大於50μm的直徑。尤其係對改善發光元件1之發光面積對總面積的比率之目的而言，n-電極42可具有不小於5μm並且不大於30μm的直徑，以及為了進一步增加發光面積，其可具有不小於5μm並且不大於20μm的直徑。
下絕緣層50以及反射層60
形成包含反射層60的下絕緣層50，此反射層可反射從發光層25所發出的光。下絕緣層50主要係由例如作為絕緣材料的二氧化矽(SiO2 )所形成。同時，反射層60係由例如Al的金屬材料所形成，其可反射從發光層25所發出的光。
p-側配線70以及n-側配線72
可形成主要包含Ti、Au以及Al的各p-側配線(以下稱為p-配線)70與各n-側配線(以下稱為n-配線)72。可從與下絕緣層50接觸的一側形成依序包含例如Ti層、Au層以及Al層的各p-配線70與各n-配線72。
此外，p-配線70具有外周邊部70a，當從上方觀看發光元件1(如圖1A所示)時，此外周邊部係靠近並且沿著發光元件1的外周邊而設置。p-配線70更具有複數個p-側細線部70b，此細線部係從外周邊部70a的一側往其相對側延伸。複數個p-側細線部70b在長度方向上可具有實質上相同且不與上述相對側接觸的長度，並且在寬度方向上可以實質上相等的間隔加以排列。
同時，當從上方觀看發光元件1時，n-配線72可具有：側部72a，以垂直於複數個p-側細線部70b的方向延伸並且排列在外周邊部70a的內部並靠近外周邊部70a的上述相對側；以及複數個n-側細線部72b，從側部72a往上述之一側延伸。複數個n-側細線部72b係各自排列在外周邊部70a與p-側細線部70b之間或兩p-側細線部70b之間的一位置上，此位置離外周邊部70a的最近距離以及離p-側細線部70b的最近距離為實質上相同。因此，複數個p-側細線部70b以及複數個n-側細線部72b在平視面上為交替排列。
接著，如圖1B與1C所示，p-配線70以及n-配線72係藉由在第二平面導電部700與第一平面導電部720之間以平面方向設置上絕緣層80而產生電絕緣。除了與化合物半導體層歐姆接觸的p-電極40以及n-電極42以外，藉由在下絕緣層50與上絕緣層80之間設置p-配線70以及n-配線72，可將歐姆電極功能與配線功能分開。上絕緣層80可由與下絕緣層50(其與透明導電層30接觸)相同的材料所形成，以及上絕緣層80與下絕緣層50可整體形成一絕緣層。
p-側接合電極90以及n-側接合電極92
p-側接合電極90以及n-側接合電極92可各自形成包含共熔(eutectic)材料，例如AuSn。在平視面上，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可各自形成具有實質上矩形的形狀。至於p-側接合電極90以及n-側接合電極92在平視面上的尺寸，p-側接合電極90的面積可大於n-側接合電極92的面積。p-側接合電極90以及n-側接合電極92在平視面上的形狀與面積，可根據與量測裝置(其用於評估發光元件1的性質)之探針接觸的方式及/或一安裝基板(其用於安裝發光元件1)等等而適當變化。
此外，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可藉由例如真空沉積法(例如束沉積法或電阻加熱沉積法等等)、濺鍍法、電鍍法或網版印刷法等等而形成。或者，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可由除了AuSn以外之共熔材料所組成的共熔焊料所形成，或者可由例如SnAgCu的無Pb焊料所形成。此外，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可從p-配線70側以及n-配線72側形成並具有阻障層以及焊料層。
具體而言，形成包含第一阻障層以及第二阻障層的阻障層，第一阻障層係與p-配線70以及n-配線72接觸，而第二阻障層可用以抑制構成焊料層之材料的擴散。第一阻障層係由具有良好附著性並且可與構成p-配線70以及n-配線72之材料歐姆接觸的材料所形成，例如主要由Ti所形成。同時，第二阻障層係由能夠抑制構成焊料層之材料擴散到p-配線70側以及n-配線72側的材料所形成，例如主要由Ni所形成。吾人應注意到構成p-側接合電極90的材料可與構成n-側接合電極92的材料相同。
如上述所構成之發光元件1為一種覆晶型發光二極體(LED，light-emitting diode)，其可發出具有在藍光區域內之波長的光。當正向電壓約為3 V以及正向電流約為350 mA時，發光元件1可發出例如具有約455 nm之峰值波長的光。此外，在平視面上，發光元件1係形成具有實質上四角形的形狀。發光元件1的平面尺寸可具有例如實質上1000 μm的長度與寬度。
設置在藍寶石基板10上從緩衝層20到p-側接觸層28的每一層，可藉由例如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD，metalorganic chemical vapor deposition)法、分子束磊晶(MBE，molecular beam epitaxy)法或鹵化物氣相磊晶(HVPE，halide vapor phase epitaxy)法等等而形成。由AlN所形成的緩衝層20在此係顯示作為一範例，然而，緩衝層20可由GaN所形成。同時，透明導電層30可具有單一量子井結構或應變(strained)量子井結構，以取代多重量子井結構。
或者，下絕緣層50以及上絕緣層80可由金屬氧化物或具有電絕緣性的樹脂材料所形成，此金屬氧化物例如為氧化鈦(TiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )或五氧化二鉭(Ta2 O5 )，此樹脂材料例如為聚亞醯胺(polyimide)。同時，反射層60可由Ag或合金所形成，此合金主要係由Al或Ag所組成。此外，反射層60可為分佈式布拉格反射器(DBR，distributed bragg reflector)，其係由具有不同折射率之兩種材料的複數個層所形成。
再者，發光元件1可為發出具有在紫外光、近紫外光或綠光區域內的峰值波長之光的LED，然而，由此LED所發出之光之峰值波長的區域並不限於此。在其他變形例中，發光元件1的平面尺寸並不限於此。發光元件1的平面尺寸可設計成具有例如300 μm的長度與寬度，或者長度與寬度可彼此不同。或者，可藉由使用此種結構來形成具有約100 μm之長度及/或寬度的小型發光元件1。
此外，雖然在本實施例中p-配線70的第二平面導電部700以及n-配線72的第一平面導電部720係設置在同一平面上，但第二平面導電部700以及第一平面導電部720可形成在不同平面上。例如藉由改變與透明導電層30接觸之下絕緣層50的厚度，可使設置n-配線72之平面的高度比設置p-配線70的平面更高或更低。因此，第二平面導電部700以及第一平面導電部720在平視面上可重疊排列，藉以改善設計此元件的自由度。再者，p-電極40以及n-電極42在平視面上的尺寸並不限於上述範例。此外，p-電極40以及n-電極42的排列亦不限於上述範例。
發光元件1的製造程序
圖2A至2C顯示在第一實施例中之發光元件之製造程序的一範例。具體而言，圖2A(a)係執行蝕刻而形成穿孔之前的垂直剖面圖。圖2A(b)係執行蝕刻而形成穿孔之後的垂直剖面圖。此外，圖2A(c)係顯示形成p-與n-電極之狀態的垂直剖面圖。吾人應注意到圖2A至2C為發光元件之製造程序的範例，其顯示沿著圖1A之線C-C所獲得的剖面。
首先，製備藍寶石基板10，並且將包含n-型半導體層、發光層以及p-型半導體層的半導體層疊結構形成在藍寶石基板10上。具體而言，緩衝層20、n-側接觸層22、n-側披覆層24、發光層25、p-側披覆層26以及p-側接觸層28係依序磊晶成長在藍寶石基板10上，藉以形成磊晶成長基板(半導體層疊結構形成程序)。接著，將透明導電層30形成在p-側接觸層28的整個表面上(圖2A(a)，透明導電層形成程序)。在本實施例中，透明導電層30係由ITO所形成。透明導電層30係使用例如真空沉積法而形成。或者，可藉由濺鍍法、CVD法或溶膠-凝膠(sol-gel)法等等來形成透明導電層30。
在此之後，使用微影技術將光阻遮罩形成在透明導電層30上。然後，對不包含具有遮罩之部分(此遮罩係形成於此部分上)的透明導電層30與從p-側接觸層28下至n-側接觸層22表面的區域進行蝕刻，接著移除遮罩(穿孔形成程序)。此可形成具有透明導電層的基板，此透明導電層具有穿孔5，這些穿孔係藉由移除從透明導電層30的表面下至n-側接觸層22而形成(圖2A(b))。或者，在穿孔形成程序中，可執行蝕刻下至n-側接觸層22的一部分，俾能從n-側披覆層24到p-側接觸層28完全移除不具有遮罩的部分(此遮罩係形成於此部分上方)。
在此之後，將光阻遮罩200形成在不包含形成p-電極40以及穿孔5之區域的區域上。然後，使用真空沉積法來形成p-電極40以及n-電極42(圖2A(c)，電極形成程序)。在本實施例中，構成p-電極40的材料係與構成n-電極42的材料相同。換言之，將電極材料沉積在不具有遮罩200(其係形成在透明導電層30的表面上)之透明導電層30的表面上並且同時沉積在n-側接觸層22的表面(經由穿孔5所曝露)上，藉以形成p-電極40以及n-電極42(這些電極係由相同材料所形成)。在形成p-電極40以及n-電極42之後，可在一預定環境中以一預定溫度執行熱處理經過一預定時間週期，以確保透明導電層30與p-電極40之間以及n-側接觸層22與n-電極42之間的歐姆接觸與附著性。或者，構成p-電極40的材料可不同於構成n-電極42的材料。在此種情況下，p-電極40以及n-電極42並不同步形成，而係分開形成。
圖2B(a)係形成第一絕緣層以及反射層之後的垂直剖面圖。同時，圖2B(b)係形成第二絕緣層之後的垂直剖面圖。此外，圖2B(c)係形成穿孔之後的垂直剖面圖。
首先，形成覆蓋p-電極40以及n-電極42的第一絕緣層52。第一絕緣層52係藉由真空沉積法而形成(第一絕緣層形成程序)。然後，藉由使用真空沉積法以及微影技術，在不包含p-電極40以及n-電極42上方之部分的第一絕緣層52上的一預定區域內形成反射層60(圖2B(a)，反射層形成程序)。
接著，藉由使用真空沉積法，在反射層60上以及不具有反射層60(其係形成在第一絕緣層52上)之第一絕緣層52的一部分上形成第二絕緣層54(圖2B(b)，第二絕緣層形成程序)。因此，以第二絕緣層54來覆蓋反射層60。因此，本實施例的下絕緣層50係由第一絕緣層52以及第二絕緣層54所構成。
在此之後，使用微影技術以及蝕刻技術來移除位於p-電極40上方之下絕緣層50的至少一部分以及位於n-電極42上方之下絕緣層50的一部分。在此，穿孔50b係形成在n-電極42上方，俾能使下絕緣層50留在n-側披覆層24、發光層25、p-側披覆層26、p-側接觸層28以及透明導電層30的側表面上。此可形成具有穿孔50a(位於p-電極40上方)以及穿孔50b(位於n-電極42上方)的含穿孔基板(圖2B(c)，穿孔形成程序)。
圖2C(a)係形成p-與n-配線之後的垂直剖面圖。同時，圖2C(b)係形成上絕緣層之後的垂直剖面圖。此外，圖2C(c)係形成p-側與n-側接合電極之後的垂直剖面圖。
接著，藉由使用真空沉積法以及微影技術，同步形成p-配線70以及n-配線72，此p-配線可具有填充在穿孔50a(位於p-電極40上方)內部的第二垂直導電部702、以及設置在與透明導電層30接觸之下絕緣層50之一部分上的第二平面導電部700，此n-配線可具有填充在穿孔50b(位於n-電極42上方)內部的第一垂直導電部722、以及設置在與透明導電層30接觸之下絕緣層50表面之一部分上(並且位在與設置p-配線70之區域不同之一區域內)的第一平面導電部720(圖2C(a)，配線形成程序)。p-配線70以及n-配線72可由各種不同材料所形成，並且在此種情況下，p-配線70以及n-配線72並不同步形成，而係獨立形成。
接著，覆蓋p-配線70以及n-配線72(尤其係覆蓋第一平面導電部720以及第二平面導電部700)的上絕緣層80，係藉由真空沉積法而形成(圖2C(b)，上絕緣層形成程序)。上絕緣層80可由與下絕緣層50(其與透明導電層30接觸)相同的絕緣材料所形成，例如SiO2 。在此之後，將光阻遮罩設置在上絕緣層80的表面上，然後形成具有穿孔80a(露出p-配線70之表面的一部分)以及穿孔80b(露出n-配線72之表面的一部分)的上絕緣層80。於是，可藉由微影技術以及真空沉積法，同步形成p-側接合電極90以及n-側接合電極92(圖2C(c)，接合電極形成程序)，此p-側接合電極90可透過穿孔80a(露出第二平面導電部700之表面的一部分)而與p-配線70電性連接，以及此n-側接合電極92可透過穿孔80b(露出第一平面導電部720之表面的一部分)而與n-配線72電性連接。p-側接合電極90以及n-側接合電極92可由各種不同材料所形成，並且在此種情況下，p-側接合電極90以及n-側接合電極92並不同步形成，而係獨立形成。
在接合電極形成程序中，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可藉由下列方式加以形成：先在穿孔80a(露出第二平面導電部700之表面的一部分)內並且同時在穿孔80b(露出第一平面導電部720之表面的一部分)內形成阻障層(阻障層形成程序)，接著在所形成的阻障層上形成焊料層(焊料層形成程序)。或者，p-側接合電極90以及n-側接合電極92可不同步形成，而係獨立形成。如此可製造出圖2C(c)所示的發光元件1。
或者，n-電極42以及p-電極40可各自藉由濺鍍法而形成。此外，與透明導電層30接觸的下絕緣層50以及上絕緣層80可藉由化學氣相沉積(CVD)法而形成。接著，透過上述程序所形成的發光元件1可藉由覆晶接合而安裝在由陶瓷等等所形成之基板(具有預先形成於其上的導電材料之配線圖案)上的一預定位置。然後，可藉由使用例如環氧樹脂或玻璃的密封劑來對安裝在基板上的發光元件1進行整體密封，而將發光元件1封裝成一發光裝置。
第一實施例的效果
本實施例之發光元件1可藉由下絕緣層50(與透明導電層30接觸)使電極(即，p-電極40以及n-電極42)在發光元件1的厚度方向上與配線(即，p-配線70以及n-配線72)隔開而形成，此電極可與化合物半導體歐姆接觸，而此配線可將電流供應至電極。因此，可獨立將複數個p-電極40以及複數個n-電極42設置在半導體層上，以及p-電極40可透過穿孔50a(位於每一個p-電極40上方)並藉由p-配線70而互相電性連接，以及複數個n-電極42可透過穿孔50b(位於每一個n-電極42上方)而產生電性連接。因此，依照本實施例之發光元件1，可自由設計p-側接合電極90以及n-側接合電極92的形狀與排列，而不管p-電極40以及n-電極42的形狀與排列。
在本實施例之發光元件1中，例如可微細地形成n-電極42的形狀，並且可將複數個n-電極42分散排列在n-側接觸層22的表面上，因此，可藉由抑制正向電壓的增加而使通往發光層25之電流的分散均等，並且在平視面上發光元件1的發光面積可為發光元件1之總面積的70%以上。
再者，在本實施例之發光元件1中，可使平視面上從複數個n-電極42到各個最近p-電極40的距離均一。因此，可從p-電極40與n-電極42的面積以及p-電極40與n-電極42之間的直線距離等等，精確預測發光元件1的光度(light intensity)以及正向電壓，並且藉以可根據發光元件1的使用環境而適當設計電極。
第二實施例
圖3概略地顯示在本發明之第二實施例中之發光元件的上表面。
除了p-側接合電極90以及n-側接合電極92的形狀不同以外，第二實施例的發光元件2實質上具有與第一實施例之發光元件1相同的結構與功能。因此，除了相異之處以外，將省略詳細的說明。
第二實施例之發光元件2所包含的p-側接合電極90在平視面上可形成具有p-側凹槽90a，而n-側接合電極92在平視面上可形成具有n-側凹槽92a。p-側接合電極90具有例如在長度方向上交替排列的複數個p-側凹槽90a，因此形成蛇形線(serpentine)形狀。同樣地，n-側接合電極92具有在長度方向上交替排列的複數個n-側凹槽92a，因此形成蛇形線(serpentine)形狀。在發光元件2中，由於設置具有p-側凹槽90a的p-側接合電極90以及具有n-凹槽92a的n-側接合電極92，所以當發光元件2設置在一預定基板等等上時，與p-側接合電極90以及n-側接合電極92之熔化有關的氣泡可透過p-側凹槽90a以及n-側凹槽92a而釋放到外部。
第三實施例
圖4概略地顯示在本發明之第三實施例中之發光元件的上表面。吾人應注意到，為了便於說明，在圖4中省略p-側與n-側電極的說明。
除了p-電極40以及n-電極42的形狀不同以外，第三實施例之發光元件3實質上可具有與第一實施例之發光元件1相同的結構與功能。因此，除了相異之處以外，將省略詳細的說明。
在第三實施例中，當從上方觀看發光元件3時，p-配線71具有外周邊部71a，此外周邊部係靠近並沿著發光元件3的外周邊而設置。此外，p-配線71具有：p-側連接部71b，從外周邊部71a之一側的中心附近往其相對側延伸，並且具有發光元件3之一側的1/4長度；中間部71c，以平行於外周邊部71a之上述一側的方向延伸，並且短於上述一側；以及p-側端部71d，具有p-側連接部71b約一半的長度，並且以垂直並遠離上述一側的方向從中間部71c的兩端延伸。
同時，n-配線73具有：側部73a，具有短於外周邊部71a之一側的長度，並且設置在外周邊部71a與p-側端部71d之間；n-側端部73b，以平行於上述一側的方向從側部73a的兩端往發光元件3的中心延伸；n-側連接部73c，以平行於上述一側的方向從側部73a的中心附近往發光元件3的中心延伸；以及中心部73d，設置連接至n-側連接部73c的一端，並且具有圍繞發光元件3之中心附近的形狀。
複數個p-電極40係以預定的間隔排列在位於p-配線71正下方的透明導電層30上。同樣地，複數個n-電極42係以預定的間隔排列在位於n-配線73正下方的n-側接觸層22上。
總輻射束(total radiant flux)以及正向電壓的預測
圖5係顯示p-電極的面積比率與發光元件的總輻射束間之關係的圖；而圖6係顯示n-電極的面積比率與總輻射束間之關係的圖。此外，圖7係顯示電流密度與外部量子效率(external quantum efficiency)間之關係的圖。
在第一實施例所示之發光元件1上量測：隨著在平視面上複數個p-電極40之總面積對發光元件1之總面積的可變比率(以下稱為p-電極面積比率)的發光元件1的總輻射束(參見圖5)、以及隨著在平視面上複數個n-電極42之總面積對發光元件1之總面積的可變比率(以下稱為n-電極面積比率)之發光元件1的總輻射束(參見圖6)。
吾人可藉由參考圖5與6而瞭解到，發光元件1的總輻射束會隨著p-電極面積比率以及n-電極面積比率的增加而線性減少。同時，吾人可藉由參考圖7而瞭解到，其顯示外部量子效率會依照電流密度的二次函數而產生變化。
此顯示可基於p-電極面積比率、n-電極面積比率、外部量子效率、發射波長以及輸入電流值而精確預測發光元件1的總輻射束；並且顯示可藉由調整p-電極面積比率及/或n-電極面積比率而獲得具有期望總輻射束的發光元件1。此外，吾人可發現到，可獲得具有期望正向電壓的發光元件1。換言之，吾人可發現到，可從p-電極40的接觸電阻、p-電極40與n-電極42之間的電阻、n-電極42的接觸電阻、以及p-配線70與n-配線72之間的電阻，預測發光元件1的正向電壓。
圖8A係顯示在第一實施例中之發光元件1之發光狀態的圖；圖8B係顯示在變形例1中之發光元件之發光狀態的圖，於其中改變發光元件1之p-與n-電極的數量；以及圖8C係顯示在變形例2中之發光元件之發光狀態的圖，於其中改變發光元件1之p-與n-電極的數量。
圖9A係顯示對於通往發光元件1的輸入電流，其光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；而圖9B係顯示對於通往發光元件1的輸入電流，其正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖。
在將350mA的電流注入到發光元件1內的情況下(發射波長設定在456nm的)，光度預測為344mW，而正向電壓預測為3.14V。在注入350mA電流之情況下的實際量測結果為：光度為353.3mW，而正向電壓為3.13V，其與預測頗為一致。如圖9A與9B所示，其他電流值的預測亦與實際量測頗為一致。吾人應注意到，於圖9B中，在注入1000mA電流之情況下的預測與實際量測具有微小的差異，而此差異係因為注入高電流所產生之熱的作用。
圖10A係顯示對於通往變形例1之發光元件1的輸入電流，其光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；而圖10B係顯示對於通往變形例1之發光元件1的輸入電流，其正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖。
在將350mA的電流注入到變形例1之發光元件1內的情況下(發射波長設定在455.7nm)，光度預測為335mW，而正向電壓預測為3.08V。在注入350mA電流之情況下的實際量測結果為：光度為344.6mW，而正向電壓為3.06V，其與預測頗為一致。如圖10A與10B所示，其他電流值的預測亦與實際量測頗為一致。吾人應注意到，於圖10B中，在注入1000mA電流之情況下的預測可與實際量測具有微小的差異，而此差異係因為注入高電流所產生之熱的作用。
圖11A係顯示對於通往變形例2之發光元件1的輸入電流，其光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；而圖11B係顯示對於通往變形例2之發光元件1的輸入電流，其正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖。
在將350mA的電流注入到變形例2之發光元件1內的情況下(具有455.4 nm的發射波長)，光度被預測為352mW，而正向電壓被預測為3.29V。在注入350mA電流之情況下的實際量測結果為：光度為362mW，而正向電壓為3.21V，其與預測頗為一致。如圖11A與11B所示，其他電流值的預測亦與實際量測頗為一致。
雖然已說明本發明之實施例，但依照請求項的本發明並不限於上述實施例。又，吾人應注意到並非所有在實施例中所述之特徵的組合皆為解決本發明之問題所需。
1．．．發光元件
2．．．發光元件
3．．．發光元件
5．．．穿孔
10．．．藍寶石基板
20．．．緩衝層
22．．．n-側接觸層
24．．．n-側披覆層
25．．．發光層
26．．．p-側披覆層
28．．．p-側接觸層
30．．．透明導電層
40．．．p-電極
42．．．n-電極
50．．．下絕緣層
50a．．．穿孔
50b．．．穿孔
52．．．第一絕緣層
54．．．第二絕緣層
60．．．反射層
70．．．p-配線
70a．．．外周邊部
70b．．．p-側細線部
71．．．p-配線
71a．．．外周邊部
71b．．．p-側連接部
71c．．．中間部
71d．．．p-側端部
72．．．n-配線
72a．．．側部
72b．．．n-側細線部
73．．．n-配線
73a．．．側部
73b．．．n-側端部
73c．．．n-側連接部
73d．．．中心部
80．．．上絕緣層
80a．．．p-側開口(穿孔)
80b．．．n-側開口(穿孔)
90．．．p-側接合電極
90a．．．p-側凹槽
92．．．n-側接合電極
92a．．．n-側凹槽
200．．．遮罩
700．．．第二平面導電部
702．．．第二垂直導電部
720．．．第一平面導電部
722．．．第一垂直導電部
接著，本發明將結合隨附圖式來進行更詳細的說明，其中：
圖1A係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件的平面圖；
圖1B係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件的垂直剖面圖；
圖1C係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件的垂直剖面圖；
圖2A係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件之製造程序的示意圖；
圖2B係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件之製造程序的示意圖；
圖2C係顯示在本發明之第一實施例中之發光元件之製造程序的示意圖；
圖3係顯示在本發明之第二實施例中之發光元件的平面圖；
圖4係顯示在本發明之第三實施例中之發光元件的平面圖；
圖5係顯示p-電極的面積比率與發光元件的總輻射束間之關係的圖；
圖6係顯示n-電極的面積比率與發光元件的總輻射束間之關係的圖；
圖7係顯示電流密度與外部量子效率間之關係的圖；
圖8A係顯示發光元件1之發光狀態的圖；
圖8B係顯示在變形例1中之發光元件之發光狀態的圖，於其中改變發光元件1之p-與n-電極的數量；
圖8C係顯示在變形例2中之發光元件之發光狀態的圖，於其中改變發光元件1之p-與n-電極的數量；
圖9A係顯示相對於通往發光元件的輸入電流，光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；
圖9B係顯示相對於通往發光元件的輸入電流，正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖；
圖10A係顯示相對於通往變形例1之發光元件的輸入電流，光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；
圖10B係顯示相對於通往變形例1之發光元件的輸入電流，正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖；
圖11A係顯示相對於通往變形例2之發光元件的輸入電流，光度之預測值與實際量測值之間的比較圖；及
圖11B係顯示相對於通往變形例2之發光元件的輸入電流，正向電壓之預測值與實際量測值之間的比較圖。
1．．．發光元件
40．．．p-電極
42．．．n-電極
70．．．p-配線
70a．．．外周邊部
70b．．．p-側細線部
72．．．n-配線
72a．．．側部
72b．．．n-側細線部
90．．．p-側接合電極
92．．．n-側接合電極

Claims (15)

  1. 一種發光元件，包含：一半導體層疊結構，包含一氮化物化合物半導體，該半導體層疊結構包含第一導電型的一第一半導體層、一發光層、以及不同於該第一導電型之第二導電型的一第二半導體層；一絕緣層，設置在該半導體層疊結構上；一第一配線，包含一第一垂直導電部以及一第一平面導電部並且電性連接至該第一半導體層，該第一垂直導電部係以一垂直方向在該絕緣層、該發光層以及該第二半導體層的內部延伸，以及該第一平面導電部係以一平面方向在該絕緣層的內部延伸；及一第二配線，包含一第二垂直導電部以及一第二平面導電部並且電性連接至該第二半導體層，該第二垂直導電部係以一垂直方向在該絕緣層的內部延伸，以及該第二平面導電部係以一平面方向在該絕緣層的內部延伸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件，更包含：一第一接合電極，設置在該絕緣層上並且電性連接至該第一配線；及一第二接合電極，設置在該絕緣層上並且電性連接至該第二配線。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件，其中該絕緣層的內部包含一反射層，該反射層用以反射從該發光層所發出的光。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該第一與第二平面導電部係設置在同一平面上。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件，其中該第一與第二平面導電部係設置在不同平面上。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件，其中該第一與第二接合電極係設置在同一平面上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件，更包含：一第一歐姆電極，與該第一半導體層歐姆接觸；一透明導電層，與該第二半導體層歐姆接觸；及一第二歐姆電極，與該透明導電層歐姆接觸，其中該第一配線電性連接至該第一歐姆電極；及該第二配線電性連接至該第二歐姆電極。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件，其中構成該第一歐姆電極的材料係與構成該第二歐姆電極的材料相同。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件，其中構成該第一配線的材料係與構成該第二配線的材料相同。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光元件，其中該第一與第二接合電極在平視面上各自具有凹槽。
  11. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件，其中該第一與第二接合電極係設置在同一平面上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光元件，更包含：一第一歐姆電極，與該第一半導體層歐姆接觸；一透明導電層，與該第二半導體層歐姆接觸；及一第二歐姆電極，與該透明導電層歐姆接觸，其中該第一配線電性連接至該第一歐姆電極；及該第二配線電性連接至該第二歐姆電極。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光元件，其中構成該第一歐姆電極的材料係與構成該第二歐姆電極的材料相同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之發光元件，其中構成該第一配線的材料係與構成該第二配線的材料相同。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該第一與第二接合電極在平視面上各自具有凹槽。
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