JP2006012916A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 素子面積に占める発光面積を大にでき、配光むらを抑えて高輝度化を実現することのできる発光素子を提供することにある。
【解決手段】 ＬＥＤ素子１の電極形成面側に、絶縁層１７を介してＡｕからなる外部接続用のｎ型端子部１８およびｐ側端子部１９を設けたので、ＬＥＤ素子１の実装性を確保するために必要な電極形状の制約を受けることなくｎ−電極１５およびｐ−電極１６の形状を任意の形状で形成することができる。このことにより発光形状を考慮してｐ−電極１６の形状を設計することが可能になり、発光面積の拡大を図ることができ、光取り出し性が向上する。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子に関し、特に、素子面積に占める発光面積を大にでき、配光むらを抑えて高輝度化を実現することのできる発光素子に関する。

従来、サファイア等の光透過性の下地基板上にIII族窒化物系化合物半導体等の半導体結晶を成長させた発光素子（Light Emitting Diode：以下、ＬＥＤ素子という。）が知られている。このようなＬＥＤ素子の実装において、下地基板が光透過性を有することを利用して下地基板側から光を取り出せるフリップチップ実装が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載されるフリップチップの実装方法は、ｐ側電極およびｎ側電極に応じた位置にバンプを設けた基板に対し、ＬＥＤ素子がバキュームヘッドに吸着されて搬送されて基板の上に搭載される。このとき、ＬＥＤ素子のｎ側電極がサブマウント素子のｐ電極のバンプに載り、ｐ側電極がサブマウント素子のｎ電極のバンプに載るように姿勢が設定される。そして、ＬＥＤ素子に超音波を付加しながらバンプを押しつぶすようにしてＬＥＤ素子が基板側に導通接合される。

図１２は、従来のＬＥＤ素子の電極形成面を示す斜視図である。このＬＥＤ素子３０は、光透過性を有するサファイア基板３１と、サファイア基板３１上に形成されるバッファ層３２と、バッファ層３２上に形成されるｎ型半導体層３３と、ｎ型半導体層３３上に形成されてキャリアとホールの再結合に基づいて発光する発光層３４と、発光層３４上に形成されるｐ型半導体層３５と、ｐ型半導体層３５からｎ型半導体層３３にかけてをエッチング除去することにより露出したｎ型半導体層３３上に形成されるｎ側電極３６と、ｐ型半導体層３５上に形成されるｐ側電極３７とを有する。

このＬＥＤ素子３０は、ｎ側電極３６とｐ側電極３７とを図示しない電源部に接続して順方向の電圧を印加すると、発光層３４でホールとエレクトロンのキャリア再結合に基づいてｐ側電極形状に応じた発光形状で発光し、サファイア基板３１側から光を外部放射する。
特開２００２−２３２０１６号公報（［０００５］）

しかし、従来のＬＥＤ素子によると、フリップチップ接合時のボンディング性を得るためにｐ側およびｎ側の電極面積が必要となり、特に、ｎ側電極の存在によって実質的な発光面積に相当するｐ側電極領域が減少するため、素子面積に占める発光面積が小になる。このため、発光層での電流密度が大になり大きな電流を投入できない。

また、発光素子のおよそ１／４のエリアが非発光部となることにより、不自然な発光パターンとなる。このような発光素子を集光光学系と組み合わせて用いると、不自然な発光パターンが放射、結像されることとなり、輝度の向上、配光むらの改善に限界がある。

従って、本発明の目的は、素子面積に占める発光面積を大にでき、配光むらを抑えて高輝度化を実現することのできる発光素子を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、発光層を含む半導体層と、前記発光層に給電する前記発光層に対応した第１の電極および前記第１の電極の対極として設けられる第２の電極とを前記半導体層の実装側に有した発光素子において、第２の電極は、細線で形成され、前記発光素子上に設けられる絶縁層を介して、外部回路と接続される端子部を前記絶縁層の表面に有することを特徴とする発光素子を提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、発光層を含む半導体層と、前記発光層に給電する前記発光層に対応した第１の電極および前記第１の電極の対極として設けられる第２の電極とを前記半導体層の実装側に有した発光素子において、前記発光層と、前記第１の電極とが、前記第２の電極によって包囲されていることを特徴とする発光素子を提供する。

本発明によれば、ｐ側およびｎ側の電極を任意の形状とすることができるので、素子面積に占める発光面積を大にでき、配光むらを抑えて高輝度化を実現することができる。

（第１の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図１は、第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子を示し、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に設けられるＡｌＮバッファ層１１と、ＡｌＮバッファ層１１上にIII族窒化物系化合物半導体層によって設けられるｎ−ＧａＮ層１２と、ｎ−ＧａＮ層１２上に設けられる発光層１３と、発光層１３上に設けられるｐ−ＧａＮ層１４と、ｐ−ＧａＮ層１４からｎ−ＧａＮ層１２にかけてをエッチングで除去することにより露出したｎ−ＧａＮ層１２に設けられる第２の電極としてのｎ−電極１５と、ｐ−ＧａＮ層１４上に設けられて発光層１３に給電する第１の電極としてのｐ−電極１６と、ＬＥＤ素子１の電極形成側を覆って設けられるＳｉＯ_２系材料からなる絶縁層１７と、絶縁層１７に設けられる開口１７ｎを介してｎ−電極１５と電気的に接続されるｎ側端子部１８と、絶縁層１７に設けられる開口１７ｐを介してｐ−電極１６と電気的に接続されるｐ側端子部１９とを有する。このＬＥＤ素子１のサイズは０．３ｍｍ×０．３ｍｍの一般に広く普及しているサイズである。

III族窒化物系化合物半導体層の形成方法は、特に限定されないが、周知の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によって形成することができる。なお、ＬＥＤ素子の構成としては、ホモ構造、ヘテロ構造若しくはダブルへテロ構造のものを用いることができる。さらに、量子井戸構造（単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造）を採用することもできる。

ｐ−電極１６は、ＬＥＤ素子１全体に占める割合が６０％以上となるように形成されている。

（ＬＥＤ素子１の製造工程）
以下にＬＥＤ素子１の製造工程について説明する。

（基板準備工程）
まず、下地基板となるウエハー状のサファイア基板１０を準備する。

（半導体層形成工程）
次に、サファイア基板１０上にＡｌＮバッファ層１１を形成し、ＡｌＮバッファ層１１上にｎ−ＧａＮ層１２と、発光層１３と、ｐ−ＧａＮ層１４とを順次結晶成長させた後、ｐ−ＧａＮ層１４からｎ−ＧａＮ層１２にかけてをエッチングにより除去することによってｎ−ＧａＮ層１２を露出させる。このとき、ｐ−ＧａＮ層１４の面積が素子面積に対して充分に確保されるようにエッチングを行う。

（電極形成工程）
次に、図１（ｂ）に示すように、露出させたｎ−ＧａＮ層１２層の表面およびｐ−ＧａＮ層１４の表面にＡｕからなるｎ−電極１５およびｐ−電極１６を蒸着法により形成する。なお、ｎ−電極１５およびｐ−電極１６の形成は蒸着法以外の他の方法、例えば、スパッタリング等の薄膜形成方法で形成することも可能である。

（絶縁層形成工程）
次に、図１（ｃ）に示すように、電極形成面を覆うようにＳｉＯ_２系材料を設けて絶縁層１７を形成し、更に開口１７ｎおよび１７ｐに応じたマスクパターンを絶縁層１７上に形成してエッチングを施すことにより、絶縁層１７に開口１７ｎおよび１７ｐを形成する。

（端子部形成工程）
次に、図１（ｄ）に示すように、絶縁層１７の開口１７ｎおよび１７ｐに位置するようにＡｕからなるｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９を蒸着法により形成する。図１（ｄ）では、ｎ側端子部１８のサイズがｐ側端子部１９のサイズより小に形成されているが、ＬＥＤ素子１の電極形成面は絶縁層１７によって覆われているので、ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９は、互いに短絡することのないサイズで任意の形状に形成することが可能である。

このようにして形成されたＬＥＤ素子１を用いて、ＬＥＤランプを形成するには、例えば、銅箔によって表面に配線パターンを形成されたセラミック系材料からなる基板を用意し、上記したＬＥＤ素子１を基板の配線パターンに位置決めして半田リフローによりフリップチップ実装し、更にエポキシ樹脂、ガラス材料等の封止材料で一体的に封止してパッケージ化することによりＬＥＤランプが得られる。

（ＬＥＤ素子１の動作）
上記したＬＥＤランプは、基板の配線パターンを図示しない電源部に接続して通電すると、ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９を介してｎ−電極１５及びｐ−電極１６に順方向の電圧が印加され、そのことにより発光層１３においてホールとエレクトロンのキャリア再結合が発生し、図１（ｂ）に示すｐ−電極１６の形状に応じた発光形状で青色に発光する。発光に基づいて生じた青色光のうち、ｎ−ＧａＮ層１２側に放射される青色光はサファイア基板１０を透過して外部放射される。

また、ｐ−ＧａＮ層１４側に放射される青色光はｐ−電極１６で発光層１３側に反射され、サファイア基板１０を透過して外部放射される。

（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）ＬＥＤ素子１の電極形成面側に、絶縁層１７を介してＡｕからなる外部接続用のｎ型端子部１８およびｐ側端子部１９を設けたので、ＬＥＤ素子１の実装性を確保するために必要な電極形状の制約を受けることなくｎ−電極１５およびｐ−電極１６の形状を任意の形状で形成することができる。このことにより発光形状を考慮してｐ−電極１６の形状を設計することが可能になり、発光面積の拡大を図ることができ、発光面積増分に相当する通電としても、発光層での電流密度は同等とでき、光量アップを図ることができる。
（２）従来のＬＥＤ素子では、大きな面積割合の非発光部があることにより、対称性の崩れる度合いが大であったことに対し、ＬＥＤ素子面積に占める非発光面積が小になることによって、ＬＥＤ素子１全面から配光むらを生じることなく青色光を均一に放射させることが可能になる。
（３）ＬＥＤ素子面積に対する発光面積の拡大によって、従来のＬＥＤ素子と同等の通電としても、発光層での電流密度を低くできるので、ＬＥＤ素子１内部の熱極在化を軽減でき、長時間、長期の使用による発光効率の低下を抑えることができる。
（４）発光形状の異形化を抑制できるので、集光光学系を有したＬＥＤランプに用いることにより、投影される光源像が異形化せずに集光性を高めることができ、自然な発光パターンが得られる。
（５）ｎ−電極１５およびｐ−電極１６のサイズに依存しないサイズ、距離を設けてｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９を形成できるので、半田リフローによる実装が可能になり、実装性、放熱性を向上させることもできる。

なお、第１の実施の形態では、ＬＥＤ素子１の実装時に、ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９に対してＡｕバンプによる電気的接合を行うことができる。

また、ＬＥＤ素子１の構成についてもIII族窒化物系化合物半導体を用いた青色系ＬＥＤ素子に限定されず、他の発光色を生じるＬＥＤ素子であっても良いし、他の材料を用いたＬＥＤ素子であっても良い。

さらに、ＬＥＤ素子１のサイズについても、第１の実施の形態では０．３ｍｍ×０．３ｍｍサイズとして説明したが、０．２ｍｍ×０．２ｍｍ、あるいはそれ以下のサイズとしても発光面積を確保でき、これまでｎ電極面積の制約によって実現できなかったサイズのＬＥＤ素子１の具現化が可能となる。

また、０．１ｍｍ×０．３ｍｍといった細長サイズで実用性のあるＬＥＤ素子１の具現化も可能となる。このような形状のＬＥＤ素子１は、薄型導光板への接合効率を高めることができる。

（第２の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図２は、第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図であり、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図、（ｅ）はｐ電極およびｎ電極の他の形状を示す平面図である。以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成および機能を有する部分については共通の引用数字を付している。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１の中央部に島状にｐ−ＧａＮ層１４を設けてｐ−電極１６を配置し、その周囲に環状にｎ−電極１５を配置した構成を有する点において第１の実施の形態と相違している。

ｎ−電極１５は、最狭部の線幅が約１０μｍ、最太部の線幅が約５０μｍで形成されている。また、ｐ−電極１６は、図２（ｂ）に示すように角部が曲線で形成された正方形状をなし、その外周を環状に包囲するｎ−電極１５との間に設けられる絶縁部１００を介して所定の距離で隔てられている。この所定の距離は、ＧａＮ層からの光漏れを抑え短絡を生じることのない最小限の量で設けられることが好ましい。

絶縁層１７は、図２（ｃ）に示すように、ｎ−電極１５、ｐ−電極１６の位置に応じて形成されている。同図においてはＬＥＤ素子１底面の対角方向に配置されているが、対辺方向に所定の距離で隔てて配置しても良い。

ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９は、図２（ｄ）に示すように、絶縁層１７に設けられる開口１７ｎ、１７ｐを覆うように設けられており、そのことによって絶縁層１７に表面を覆われるｎ−電極１５、ｐ−電極１６（図２（ｄ）に図示せず）に電気的に接続されている。

（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態によると、以下の効果が得られる。
（１）ＬＥＤ素子１の中央部分に島状にｐ−ＧａＮ層１４を設けてｐ−電極１６を配置し、その周囲にｎ−電極１５を環状に包囲するように設けているので、ＬＥＤ素子１中央に発光部を配置することができ、ｐ−ＧａＮ層の周囲すべてから電子の供給を行うことにより、ｐ−電極１６直下の発光層１３における均一な発光が得られる。このことにより、ＬＥＤ素子１から均一に青色光を外部放射させることができ、配光むらを低減できる。
（２）ｎ−電極１５をｐ−電極１６の周囲に環状に設けたことにより、ｎ−電極１５の発熱をＬＥＤ素子１の広範囲に分散させることができ、発光特性の安定化を図れる。また、熱分散性の向上によって放熱性が改善され、ＬＥＤ素子１の過熱を抑えることができる。
（３）発光層を対称形状とできるので、集光光学系と組み合わせても、自然な発光パターンを得ることができる。

なお、図２（ｅ）に示すように、ｎ電極は完全にｐ層を取り囲んでいなくても、実質的に周囲を取り囲んでいれば同様の効果が得られる。

（他の電極形状１）
図３（ａ）から（ｅ）は、ＬＥＤ素子におけるｎ−電極およびｐ−電極の他の形状を示す平面図である。ｎ−電極１５およびｐ−電極１６の他の形状として、例えば、図３（ａ）に示すように、ｐ−電極１６を対角に分断する分断部１５０を有したｎ−電極１５を設けることもできる。

（他の電極形状１の効果）
図３（ａ）に示す電極形状によると、ｐ−電極１６の形成領域を２つに細分化することにより、電流の拡散が均一かつ速やかに行われ、ｐ−電極１６直下において良好な発光性が得られる。

（他の電極形状２）
また、図３（ｂ）に示すように、分断部１５０の中央に直交部１５１を有したｎ−電極１５を設けることもできる。

（他の電極形状２の効果）
図３（ｂ）に示す電極形状によると、ｐ−電極１６の形成領域を２つに細分化するとともに直交部１５１が設けられることにより、他の電極形状１より更に電流の拡散が均一かつ速やかに行われ、ｐ−電極１６直下において良好な発光性が得られる。

（他の電極形状３）
また、図３（ｃ）に示すように、ＬＥＤ素子の中心にｐ−電極１６Ａを形成し、その周縁をｎ−電極１５で包囲し、ｎ−電極１５の周縁に更にｐ−電極１６Ｂを設けることもできる。

図３（ｄ）は、絶縁層上に形成されるｎ側端子部１８およびｐ側端子部を示す平面図である。図３（ｃ）に示すｎ−電極１５、ｐ−電極１６Ａ、１６Ｂの表面に開口１７ｎ、１７ｐを有する絶縁層１７を設け、開口１７ｎ、１７ｐに位置するように三角形状のｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９を設けた構成である。ｐ側端子部１９は、２つの開口１７ｐを覆うように設けられて図示しないｐ−電極１６Ａと電気的に接続される。

（他の電極形状３の効果）
図３（ｃ）および（ｄ）に示す電極形状によると、ｎ−電極１５の内外にｐ−電極１６Ａ、１６Ｂを配置することで、より短く、より面積の小さいｎ−電極１５としながら電流の拡散性に優れたものとすることができ、発光特性に優れるＬＥＤ素子１が得られる。

（他の電極形状４）
また、図３（ｅ）に示すように、ｐ−電極１６の形成領域内に直交部１５１を設け、この直交部１５１に接続される三角部１５３をＬＥＤ素子１の角部近傍に配置したｎ−電極１５を設けることもできる。

（他の電極形状４の効果）
図３（ｃ）に示す電極形状によると、ｐ−電極１６の形成領域の周縁を包囲するｎ−電極１５を設けずに、直交部１５１および三角部１５３を有するｎ−電極１５をｐ−電極１６の形成領域内に設けることによってもｐ−電極１６の面積を拡大でき、発光特性、配光むらの発生を改善することができる。

図４は、絶縁層の変形例を示し、（ａ）は絶縁層形成面を示す平面図、（ｂ）は絶縁層の断面図である。この絶縁層１７０は、第１の絶縁層１７１と、第２の絶縁層１７２と、第１および第２の絶縁層の間に介在する反射層１７３とを有し、反射層１７３は、アルミニウム（Ａｌ）の薄膜を蒸着法により形成している。この絶縁層１７０には、下層のｎ−電極１５およびｐ−電極１６を図示しないｎ側端子部およびｐ側端子部と接続するための開口１７ｎ、１７ｐが設けられている。

また、開口１７ｎ、１７ｐ以外の部分は、図４（ｂ）に示す反射層１７３によって、ｎ−電極１５およびｐ−電極１６の隙間から紙面手前方向に光が漏れることを防いでいる。

また、反射層１７３は、アルミニウム（Ａｌ）以外の他の材料として、銀（Ａｇ）やロジウム（Ｒｈ）を用いて形成することも可能である。

このような絶縁層の変形例によると、電極間の隙間から漏れる光を有効に利用できるので、ｐ−電極１６の形成領域内にｎ−電極１５が含まれるような電極形状であっても光漏れによるロスを防いで高輝度化を実現できる。

なお、従来ボンディングスペースとしておよそφ１００μｍが必要であったが、これより幅の狭いパターンとして効果のあるものであれば、他の形状でも良い。特に、５０μｍ以下の線幅、さらには２５μｍ以下の線幅とすることは有効である。ワイヤやバンプ等に必要なボンディングパッドは、ＬＥＤ素子１への通電電流等と関係があり、一般にワイヤはφ２５μｍ程度が多く用いられるが、ボンディングパットとしてはその２倍は必要である。さらにワイヤ径以下とすることはできなかった。

本発明においては、ｎ−電極１５は、上記したように従来必須であったボンディングパッドより狭い幅の細線で形成されていれば効果を得ることができる。一般には５０μｍ以下の細線であるが、大電流のＬＥＤ等ではこれに限らず、相応するボンディングパッドより狭い幅の細線であっても良い。

更に、電極は完全にｐ層を取り囲んでいなくても、前述の図２（ｅ）に示すように実質的に周囲を取り囲んでいれば同様の効果を得ることができるため、このようなものでも良い。

配光むらの改善を第１とする場合、例えば、発光層を円形等にしても良い。この際には、発光素子の対角位置にある程度のスペースが生じるので、必ずしも細線によるパターンでなくても良く、絶縁層を設けなくても端子部を形成することができる。

（第３の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図５は、第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図であり、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子１の中央部に島状にｐ−ＧａＮ層１４を設けてｐ−電極１６を配置し、その周囲に環状にｎ−電極１５を配置するとともに、ｐ−ＧａＮ層１４の側面に凹凸を形成した凹凸側部１４Ａを有する構成において第１の実施の形態と相違している。

凹凸側部１４Ａは、ｐ−ＧａＮ層１４からｎ−ＧａＮ層１２にかけてをエッチングにより除去することによってｎ−ＧａＮ層１２を露出させる際に形成される。また、切削等の他の加工方法で形成することも可能である。

（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態によると、ＬＥＤ素子１の中央部分に島状にｐ−ＧａＮ層１４を設けて、その周囲に凹凸側部１４Ａを形成したので、第２の実施の形態の好ましい効果に加えて発光層１３内に閉じ込められた光（層内閉込光）を取り出しやすくすることができ、外部放射効率を向上させることができる。

なお、図５ではイメージとして粗い凹凸として図示しているが、より広いｐ−ＧａＮ層１４エリアを確保するためには、微細な凹凸とする方が有利である。このためには波長レベルまでの範囲で微細な凹凸とし、材料の屈折率、層構成等に応じた光取り出しの最適設計を行えば良い。

（第４の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図６は、第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図である。このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、第２の実施の形態で説明したＬＥＤ素子１の基板としてサファイア基板に代えてＧａＮ基板２０を使用し、その光取り出し側の角部を４５度にカットしたカット部２０Ａを有する構成において第２の実施の形態と相違している。

（第４の実施の形態の効果）
第４の実施の形態によると、下地基板にＧａＮ基板２０を用いることで、III族窒化物系化合物半導体層の屈折率とＧａＮ基板２０とが同等の屈折率で形成されることにより、発光層１３での発光に基づく青色光がIII族窒化物系化合物半導体層とＧａＮ基板２０との界面で全反射することなくＧａＮ基板２０の光取り出し面に導かれる。ＧａＮ基板２０は、光取り出し面にカット部２０Ａが形成されていることにより、光学面として光取り出し性に優れ、青色光を効率良く外部放射させることができる。

（第５の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図７は、第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、ラージサイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）で形成されており、図７（ａ）に示すように、長方形状に形成されて目の字状に配列されたｐ−電極１６と、ｐ−電極１６の外周を包囲するように設けられたｎ−電極１５を有する。また、図７（ｂ）に示すように、絶縁層１７に一線状に設けられる開口１７ｎと、円形状に開口された複数の１７ｐを介してｎ−電極１５とｎ側端子部１８、ｐ−電極１６とｐ側端子部１９とを電気的に接続している。

ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９は、ＬＥＤ素子１の相対する辺に沿って配置されて所定の幅を有するように長方形状に形成されている。

（第５の実施の形態の効果）
第５の実施の形態によると、ラージサイズのＬＥＤ素子１についてもＬＥＤ素子１の面積に占める発光面積を大にでき、発光面積の拡大に伴う放熱性を損なうことなく高輝度化を実現できる。

また、実装方法についてもＡｕによるもののほかに、半田を用いた実装を可能にする。半田を用いた場合には半田による面的な放熱経路が形成されることにより、ＬＥＤ素子１内での温度不均一が生じることを防げる。

また、ラージサイズであることによる電極形状の設計上の自由度を向上させることができる。

また、ｐ−電極１６およびｎ−電極１５が長方形等の形成が容易な形状であることにより生産性に優れる。

この第５の実施の形態においては、絶縁層１７の代わりに、前述の変形例で説明した絶縁層１７０を用いることでｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９の間の隙間から光が漏れることを防ぐことができ、高輝度化に更に有効である。

（第６の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図８は、第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、ラージサイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）で形成されており、図８（ａ）に示すように、ｐ−電極１６の形成領域とｎ−電極１５の形成領域とが櫛状に入り込んだ電極形状を有する。また、図８（ｂ）に示すように、絶縁層１７に設けられる開口１７ｎ、１７ｐを介してｎ−電極１５とｎ側端子部１８、ｐ−電極１６とｐ側端子部１９とを電気的に接続している。

ｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９は、ＬＥＤ素子１の角部に対角状に配置されており、両端子部の間には薄膜状のＲｈ−Ａｕからなる放熱層２５を有する。

（第６の実施の形態の効果）
第６の実施の形態によると、第５の実施の形態と同様にＬＥＤ素子１の面積に占める発光面積を大にできる。また、絶縁層１７の表面に放熱性に優れる銅の放熱層２５を設けることにより、大電流化や長時間駆動に対しても熱引きに優れ、ＬＥＤ素子１の安定した動作を実現できる。また、放熱層２５はｎ−電極１５およびｐ−電極１６の隙間から漏れた光を半導体層側に反射させることから、光漏れによるロスも低減できる。

なお、絶縁層１７の代わりに、前述の変形例で説明した絶縁層１７０を用いても良い。この場合にはｎ側端子部１８、ｐ側端子部１９、および放熱層２５の間の隙間から光が漏れることを防ぐことができ、高輝度化に更に有効である。

（第７の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図９は、第７の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、ラージサイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）で形成されており、図９（ａ）に示すように、六角形状に形成されるｐ−電極１６の周囲をｎ−電極１５で包囲し、かつ、外周を包囲するｎ−電極１５の外側に更にｐ−電極１６を配置して構成されている。また、図９（ｂ）に示すように、絶縁層１７に円形状に開口された開口１７ｎ、１７ｐを介してｎ−電極１５とｎ側端子部１８、ｐ−電極１６とｐ側端子部１９とを電気的に接続している。

（第７の実施の形態の効果）
第７の実施の形態によると、ｐ−電極１６の周囲をｎ−電極１５で包囲した六角形状の発光領域を形成することにより、ｐ−電極１６の直下の発光層１３における発光強度に優れる。また発光強度に優れる発光領域の集積化によってＬＥＤ素子１全体としての高輝度化を実現することができる。

（第８の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図１０は、第８の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、ラージサイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）で形成されており、図１０（ａ）に示すように、ｐ−電極１６の形成領域内に十字型のｎ−電極１５が含まれるような電極形状を有する。また、図１０（ｂ）に示すように、絶縁層１７に設けられる開口１７ｎ、１７ｐを介してｎ−電極１５とｎ側端子部１８、ｐ−電極１６とｐ側端子部１９とを電気的に接続している。

ｐ側端子部１９は、ＬＥＤ素子１の発光に伴う熱引きを高めるために素子面積に占める割合が大になるように形成されている。また、この際、ｎ電極の発熱が比較的大きいので、ｎ電極の大半をカバーするものとしてある。

（第８の実施の形態の効果）
第８の実施の形態によると、ｐ−電極１６の形成領域内に十字型のｎ−電極１５を配置してｐ−電極１６の面積を大にするようにしたので、ＬＥＤ素子１内での温度不均一が生じることを防ぎ、発光むらの低減、電極形状の設計上の自由度向上、高輝度化を実現できる。

（第９の実施の形態）
（ＬＥＤ素子１の構成）
図１１は、第９の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。

このフリップチップ型のＬＥＤ素子１は、ラージサイズ（１ｍｍ×１ｍｍ）で形成されており、図１１（ａ）に示すように、線状に形成されるｎ−電極１５をｐ−電極１６の形成領域内に配置するとともに、ｐ−電極１６の形成領域に沿って配置している。ｐ−電極１６の形成領域内に形成されるｎ−電極１５は逆Ｅの字状に形成されており、ｐ−電極１６の形成領域の外部に設けられる線状のｎ−電極１５と接続されている。また、図１１（ｂ）に示すように、絶縁層１７に線状に設けられる開口１７ｎと、円形状に開口された複数の１７ｐを介してｎ−電極１５とｎ側端子部１８、ｐ−電極１６とｐ側端子部１９とを電気的に接続している。

ｎ側端子部１８は、ｎ−電極１５およびｐ−電極１６の隙間から漏れた光を反射させて半導体層側に戻すように、ｎ−電極１５の形成領域を覆う面積を有して形成されている。

（第９の実施の形態の効果）
第９の実施の形態によると、ＬＥＤ素子１の面積に占める発光面積を大にできる。また、ｎ−電極１５のｐ−電極１６に占める面積を小にしながら良好な発光性を得ることができる。

この第９の実施の形態においても、絶縁層１７の代わりに、前述の変形例で説明した絶縁層１７０を用いることでｎ側端子部１８およびｐ側端子部１９の間の隙間から光が漏れることを防ぐことができ、高輝度化に更に有効である。

ＧａＮ系半導体では、ｐ層の抵抗が大きいため、ｐ電極の直下あるいは直上が実質発光エリアとなる。このため、上述の電極が特に有効であるが、他の半導体材料にこれを用いても良い。その際は抵抗が大きさなどに応じｐ電極に電極を逆にしたパターンにするなどして良い。

第１の実施の形態に係るＬＥＤ素子を示し、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第２の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図であり、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図、（ｅ）はｐ電極およびｎ電極の他の形状を示す平面図である。 （ａ）から（ｅ）は、ＬＥＤ素子におけるｎ−電極およびｐ−電極の他の形状を示す平面図である。 絶縁層の変形例を示し、（ａ）は絶縁層形成面を示す平面図、（ｂ）は絶縁層の断面図である。 第３の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図であり、（ａ）は素子対角線方向に切断した縦断面図、（ｂ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｃ）は開口を設けられた絶縁層を示す平面図、（ｄ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第４の実施の形態に係るＬＥＤ素子の縦断面図である。 第５の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第６の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第７の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第８の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 第９の実施の形態に係るＬＥＤ素子の電極形成側を示し、（ａ）はｐ電極およびｎ電極の形状を示す平面図、（ｂ）はｐ側端子部およびｎ側端子部を設けた素子底面の平面図である。 従来のＬＥＤ素子の電極形成面を示す斜視図である。

符号の説明

１、ＬＥＤ素子 １０、サファイア基板 １１、ＡｌＮバッファ層
１２、ｎ−ＧａＮ層 １３、発光層 １４Ａ、凹凸側部
１４、ｐ−ＧａＮ層 １５、ｎ−電極 １６、ｐ−電極 １６Ａ、ｐ−電極
１６Ｂ、ｐ−電極 １７、絶縁層 １７ｎ、開口 １７ｐ、開口
１８、ｎ側端子部 １９、ｐ側端子部 ２０Ａ、カット部
２０、ＧａＮ基板 ２５、放熱層 ３０、ＬＥＤ素子
３１、サファイア基板 ３２、バッファ層 ３３、ｎ型半導体層
３４、発光層 ３５、ｐ型半導体層 ３６、ｎ側電極 ３７、ｐ側電極
１００、絶縁部 １５０、分断部 １５１、直交部
１５３、三角部 １７０、絶縁層 １７１、第１の絶縁層
１７２、第２の絶縁層 １７３、反射層

Claims (10)

1. 発光層を含む半導体層と、前記発光層に給電する前記発光層に対応した第１の電極および前記第１の電極の対極として設けられる第２の電極とを前記半導体層の実装側に有した発光素子において、
   第２の電極は、細線で形成され、
   前記発光素子上に設けられる絶縁層を介して、外部回路と接続される端子部を前記絶縁層の表面に有することを特徴とする発光素子。
2. 前記細線は、幅が５０μｍ以下で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記端子部は、幅が１００μｍ以上で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
4. 発光層を含む半導体層と、前記発光層に給電する前記発光層に対応した第１の電極および前記第１の電極の対極として設けられる第２の電極とを前記半導体層の実装側に有した発光素子において、
   前記発光層と、前記第１の電極とが、前記第２の電極によって包囲されていることを特徴とする発光素子。
5. 前記第２の電極によって包囲される前記発光層の端部に凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 複数の発光層と、前記複数の発光層に対応した前記第１の電極とが、前記第２の電極によって包囲されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の発光素子。
7. 前記第１の電極は、発光素子面積に対し、６０％以上を占めるように形成されていることを特徴とする請求項１又は６に記載の発光素子。
8. 前記発光層は、発光素子の中心軸に対し、互いに直交するそれぞれの軸に対し、略対称な形状であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。
9. 発光層を含む半導体層と、前記第１の電極に、前記第２の電極が挿入されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の発光素子。
10. 前記半導体層はＧａＮ系であり、前記第１の電極はｐ型電極、前記第２の電極はｎ型電極であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の発光素子。

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