JP5777879B2 - 発光素子、発光素子ユニットおよび発光素子パッケージ - Google Patents

Description

この発明は、発光素子、これを含む発光素子ユニットおよび発光素子ユニットを樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージに関する。

１つの先行技術に係る半導体発光素子は、特許文献１に開示されている。この半導体発光素子では、光が取り出されるサファイア基板上にｎ−ＧａＮ層が積層されている。ｎ−ＧａＮ層上には、発光層が積層されており、発光層上には、さらに、ｐ−ＧａＮ層、反射電極、ｐ電極、バリア層およびＡｕＳｎ層が、サファイア基板側からこの順番で積層されている。一方、ｐ−ＧａＮ層および発光層の端部領域が部分的に除去されてｎ−ＧａＮ層の端部領域が露出させられ、この露出したｎ−ＧａＮ層の端部領域上に、発光層から分離絶縁された状態で、ｎ電極が積層されている。ｎ電極上には、バリア層およびＡｕＳｎ層が、サファイア基板側からこの順番で積層されている。ｎ電極上のＡｕＳｎ層およびｐ電極上のＡｕＳｎ層のそれぞれは、配線基板に接合される。この状態でｎ電極とｐ電極との間に電圧が印加されると、発光層から光が発生してサファイア基板から取り出される。

特開２００８−２６３１３０号公報

特許文献１の半導体発光素子のようにｎ電極をｎ−ＧａＮ層上に直接積層する構成では、ｎ電極とｎ−ＧａＮ層との接触抵抗を低減するために当該接触部分を大きくする必要がある。そこで、ｎ−ＧａＮ層上においてｎ電極を配置するためのスペースをある程度の広さで確保しなければならない。これにより、発光層を配置できる領域が浸食されて狭くなってしまう。そのため、発光層を大きくすることができないので、発光効率の向上を図ることが困難である。

しかも、本願発明者の研究によれば、ｐ電極とｎ電極との間の最短経路を通って電流が流れようとするため、ｎ電極が端部領域に形成されている特許文献１の構造では、電流を十分に分散させることができない。そのため、ｎ電極の近傍の領域が発光するだけで、発光層全体を均一に光らせることができない。
この問題を解決するために、本願発明者は、端部領域および端部領域から延びる複数の枝部を有する露出したｎ型半導体層と、その上に配置したｎ電極の構造を検討した。

しかし、このような電極構造では、ｎ電極の枝部を配置するために、発光層がさらに浸食され、発光層の面積が小さくなり、発光効率が悪くなることが分かった。より具体的には、発光層の面積縮小に伴って、発光層における電流密度が高くなるので、ドループ現象により、光出力にロスが生じる。ドループ現象とは、電流集中による発熱によって発光再結合確率が低下し、内部発光効率が悪化する現象をいう。

そこで、この発明は、前述のような技術的課題を克服し、発光効率の向上を図ることができる発光素子、これを含む発光素子ユニットおよび発光素子ユニットを樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージを提供する。

この発明の発光素子は、端部に段付部分が形成された第１導電型半導体層（第１導電型の半導体層）と、前記第１導電型半導体層上において前記段付部分以外の領域に積層された発光層と、前記発光層上に積層された第２導電型半導体層（前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層）と、前記第２導電型半導体層上に積層され、前記発光層の発光波長に対して透明な透明電極層と、前記透明電極層上に積層され、前記透明電極層を透過した光を反射させる反射電極層と、前記反射電極層上に積層された絶縁層と、前記絶縁層上に積層された第１電極層と、前記第１電極層から分離絶縁された状態で前記絶縁層上に積層された第２電極層と、前記第１導電型半導体層の厚さ方向から見た平面視において離散して配置されており、前記絶縁層から連続して前記反射電極層、透明電極層、第２導電型半導体層および発光層を貫通し、前記第１導電型半導体層に到達する複数の絶縁管層と、前記第１電極層から連続し、前記絶縁層および前記絶縁管層を通って前記第１導電型半導体層に接続された第１コンタクトと、前記第２電極層から連続し、前記絶縁層を貫通して前記反射電極層に接続された第２コンタクトと、前記絶縁層の一部として、前記平面視における前記発光層、第２導電型半導体層、透明電極層および反射電極層のそれぞれの外側端面と、前記第１導電型半導体層の前記段付部分とを覆う延設部とを含み、前記第１電極層は、前記絶縁層に接するとともに前記第１コンタクトを有し、前記絶縁層を透過した光を反射させる第２の反射電極層を含み、前記絶縁層は、前記反射電極層において前記平面視で前記絶縁管層と前記第２コンタクトによる開口部とを除く全てを覆うように前記反射電極層上に積層されている（請求項１）。

「発光波長に対して透明」とは、具体的には、たとえば、発光波長の透過率が６０％以上の場合をいう。
この構成によれば、絶縁層上の第１電極層は、絶縁層、反射電極層、透明電極層、第２導電型半導体層および発光層を挟んで隔てた第１導電型半導体層に対して、第１コンタクトを介して接続されている。第１コンタクトは、絶縁管層を通ることによって、反射電極層、透明電極層、第２導電型半導体層および発光層から分離絶縁されている。絶縁層上の第２電極層は、絶縁層下の反射電極層に対して、第２コンタクトを介して接続されている。

第１電極層と第２電極層との間に電圧を印加すると、第２電極層と第１電極層との間で電流を流すことができる。これにより、第２電極層から、第２コンタクト、反射電極層、透明電極層および第２導電型半導体層を通って、電子および正孔のうちの一方のキャリヤが発光層に供給され、第１電極層から、第１コンタクトおよび第１導電型半導体層を通って、他方のキャリヤが発光層に供給される。これにより、発光層においてキャリヤの再結合による発光が生じる。たとえば、発生した光の大部分は、第１導電型半導体層を透過して取り出され、一部の光は、第２導電型半導体層および透明電極層を順に透過してから透明電極層と反射電極層との界面で反射された後、第１導電型半導体層側から取り出される。

複数の絶縁管層は、平面視において離散して配置されているので、絶縁管層を通る第１コンタクトも複数存在し、離散して配置されている。この場合、第１電極層と第１導電型半導体層とが離れているが、離散配置された複数の第１コンタクトを介して接続されているので、第１電極層が第１導電型半導体層上に直接積層された場合と同程度に、第１電極層と第１導電型半導体層との間で電流を円滑に流すことができる。

そして、第１電極層が第１導電型半導体層上に直接積層されている場合における第１電極層と第１導電型半導体層との接触面積に比べて、離散配置された複数の第１コンタクトと第１導電型半導体層との接触面積は、小さく抑えることができる。なぜなら、第１コンタクトが離散配置されているので、接触総面積が小さくても、電流を広い面積範囲に容易に分散させて、広範囲で効率的に発光させることができるからである。これにより、第１導電型半導体層において発光層を配置するための領域が、第１電極層と第１導電型半導体層とを接続するための構成によって浸食されることを抑えることができる。そのため、発光素子では、発光層の面積を大きくすることができるので、発光層における電流密度を抑制でき、それに応じて、発光効率の向上を図ることができる。また、透明電極層上に積層された反射電極層（第１の反射電極層）で反射せずに絶縁層を透過した光を第２の反射電極層で反射させることにより、光の反射効率を向上させることができ、その分、発光素子の発光効率の向上を図ることができる。

複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において、均等に分散配置されていることが好ましい（請求項２）。この構成によれば、第１コンタクトと第１導電型半導体との接触部が第１導電型半導体層において広い範囲で均等に分布しているので、電流が発光層内の広い範囲に均等に行き渡る。これにより、発光層において光る部分を一層増やすことができるので、発光素子の発光効率の更なる向上を図ることができる。また、広い範囲で均等に分布した前記接触部を介して、第１電極層から第１導電型半導体層へと円滑にキャリヤを供給することができる。

複数の前記第１コンタクトを前記平面視において均等に分散配置するために、複数の前記第１コンタクトは、一の第１コンタクトと、この第１コンタクトから最も近い他の第１コンタクトとの間隔が一定になるように配置されていることが好ましい（請求項３）。この際、前記間隔は、５０μｍ以上１５０μｍ以下であることが好ましい（請求項４）。
複数の前記第１コンタクトは、行列状に配置されていることが好ましい（請求項５）。

複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において、前記第１電極層の重心位置を基準（対称の中心）として点対称となるように配置されていることが好ましい（請求項６）。
複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において前記第１電極層の縁に沿って配置された第１縁側コンタクトを含むことが好ましい（請求項７）。この構成によれば、第１縁側コンタクトに応じて、第１導電型半導体層では、少なくとも縁側に、前記接触部が配置される。これにより、第１導電型半導体層上の発光層内では、縁側まで電流を行き渡らせることができる。そのため、発光層において光る部分を増やすことができるので、発光素子の発光効率の向上を図ることができる。

複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において前記第１電極層における前記第２電極層側とは反対側の縁に沿って配置された第２縁側コンタクトを含むことが好ましい（請求項８）。この構成によれば、第２縁側コンタクトに応じて、第１導電型半導体層では、少なくとも前記第２電極層側とは反対の縁側に、前記接触部が配置される。これにより、第１導電型半導体層上の発光層内では、前記第２電極層側とは反対の縁側まで電流を行き渡らせることができる。そのため、発光層において光る部分を増やすことができるので、発光素子の発光効率の向上を図ることができる。

前記第１導電型半導体層に対する前記第１コンタクトの接触部は、円形状であることが好ましい（請求項９）。この構成によれば、第１コンタクトの接触部では、その円形状の全周から等方的にキャリヤを供給することができる。これにより、第１コンタクトから第１導電型半導体層へ円滑にキャリヤを供給することができる。
この場合、前記接触部の直径は、２０μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましい（請求項１０）。

また、前記第１コンタクトは、円柱形状であることが好ましい（請求項１１）。
前記第１導電型半導体層に対する全ての前記第１コンタクトの接触部の面積の合計は、３０００μｍ^２以上２５０００μｍ^２以下であることが好ましい（請求項１２）。この構成によれば、発光素子では、順方向電圧を低下させつつ、発光効率の向上を図ることができる。

前記絶縁層は、ＳｉＮからなることが好ましい（請求項１３）。
前記反射電極層は、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなることが好ましい（請求項１４）。前記白金族金属は、白金またはパラジウムであることが好ましい（請求項１５）。
前記透明電極層は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなることが好ましい（請求項１６）。

前記第２の反射電極層は、Ａｌからなることが好ましい（請求項１７）。
発光素子は、前記発光層の発光波長に対して透明であり、前記第１導電型半導体層が積層される基板をさらに含むことが好ましい（請求項１８）。発光素子では、発光層が発光すると、光は、基板から取り出される。
前記第１導電型半導体層および第２導電型半導体層は、窒化物半導体からなることが好ましい（請求項１９）。

前記絶縁層は、前記発光層において前記第１導電型半導体層および第２導電型半導体層の間から露出した端面を覆っていることが好ましい（請求項２０）。これにより、発光層の端面を保護することができる。さらに、発光層が発光したときに、光が発光層の端面から漏れることを防止できるので、発光素子の発光効率の向上を図ることができる。
前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層と前記第２コンタクトとの間に配置されるエッチングストップ層をさらに含むことが好ましい（請求項２１）。この構成によれば、絶縁層に、第２コンタクトを配置するためのトレンチをエッチングによって形成する際に、エッチングがエッチングストップ層において停止されるので、反射電極層が浸食されることを防止できる。

発光素子は、前記第１電極層上および第２電極層上のそれぞれに積層された接合層をさらに含むことが好ましい（請求項２２）。前記接合層は、ＡｕＳｎからなることが好ましい（請求項２３）。これにより、発光素子と、前記接合層に接合されたサブマウントとを含む発光素子ユニットを構成し（請求項２４）、サブマウントから発光素子に電圧を印加できる。

そして、発光素子ユニットと、前記発光素子ユニットを収容した樹脂パッケージとを含む発光素子パッケージを構成することができる（請求項２５）。

図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な平面図である。 図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。 図３は、図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。 図４は、発光素子の模式的な斜視図である。 図５Ａは、図２に示す発光素子の製造方法を示す図解的な断面図である。 図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す図解的な断面図である。 図５Ｈは、図５Ｇの次の工程を示す図解的な断面図である。 図６は、サブマウントの構造を図解的に示す断面図である。 図７は、サブマウントの模式的な平面図である。 図８Ａは、発光装置の構造を図解的に示す断面図である。 図８Ｂは、発光装置の構成例を示す図解的な斜視図である。 図９は、発光素子パッケージの模式的な斜視図である。 図１０は、電流密度と光出力との関係を示すグラフである。 図１１は、電流密度と発光効率との関係を示すグラフである。 図１２は、第１コンタクト総面積と順方向電圧（ＶＦ）との関係を示すグラフである。 図１３は、第１コンタクト総面積と発光効率との関係を示すグラフである。 図１４は、第１の変形例に係る発光素子の模式的な平面図である。 図１５は、第２の変形例に係る発光素子の模式的な平面図である。

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子１の模式的な平面図である。図２は、図１の切断面線ＩＩ−ＩＩにおける断面図である。図３は、図１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図４は、発光素子１の模式的な斜視図である。
発光素子１は、基板２と、第１導電型半導体層３と、発光層４と、第２導電型半導体層５と、透明電極層６と、反射電極層７と、絶縁層８と、絶縁管層９と、第１電極層１０（ｎ側電極）と、第１コンタクト１１と、第２電極層１２（ｐ側電極）と、第２コンタクト１３と、エッチングストップ層１４と、バリア層１５と、接合層１６とを備えている。

基板２上に、第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６、反射電極層７および絶縁層８が、この順番で積層されている。
基板２は、発光層４の発光波長（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえばサファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなり、所定の厚さを有している。基板２は、その厚さ方向から見た平面視において、図２における左右方向に長手方向を有し、図２における奥行き方向に短手方向を有する矩形形状に形成されている（図１参照）。基板２の長手方向寸法は、たとえば、約１０００μｍであり、基板２の短手方向寸法は、たとえば、約５００μｍである。基板２では、図２における下面が表面２Ａであり、図２における上面が裏面２Ｂである。表面２Ａは、光が取り出される光取出し面である。裏面２Ｂは、基板２における第１導電型半導体層３との接合面である。基板２の裏面２Ｂには、第１導電型半導体層３側へ突出する凸部１７が複数形成されている。複数の凸部１７は、離散配置されている。具体的には、複数の凸部１７は、基板２の裏面２Ｂにおいて、互いに間隔を空けて行列状に配置されていてもよいし、千鳥状に配置されていてもよい。各凸部１７は、ＳｉＮで形成されていてもよい。

第１導電型半導体層３は、基板２上に積層されている。第１導電型半導体層３は、基板２の裏面２Ｂの全域を覆っている。第１導電型半導体層３は、この実施形態では、ｎ型の半導体層であり、より具体的には、ｎ型の窒化物半導体（たとえば、ＧａＮ）からなっていて、発光層４の発光波長に対して透明である。第１導電型半導体層３について、図２において基板２の裏面２Ｂを覆う下面を表面３Ａといい、表面３Ａとは反対側の上面を裏面３Ｂということにする。基板２の厚さ方向（第１導電型半導体層３の厚さ方向でもある）から見た平面視において、第１導電型半導体層３の裏面３Ｂの端部には、表面３Ａ側へ凹んだ段付部分３Ｃが形成されている。

発光層４は、第１導電型半導体層３上に積層されている。発光層４は、第１導電型半導体層３の裏面３Ｂにおいて段付部分３Ｃ以外の全域を覆っている。発光層４は、この実施形態では、Ｉｎを含む窒化物半導体（たとえばＩｎＧａＮ）からなり、その厚さは、たとえば、約１００ｎｍである。発光層４の発光波長は、たとえば４４０ｎｍ〜４６０ｎｍである。

第２導電型半導体層５は、発光層４と同一パターンで発光層４上に積層されている。そのため、平面視において、第２導電型半導体層５の領域は、発光層４の領域と一致している。第２導電型半導体層５は、この実施形態ではｐ型の半導体層であり、より具体的にはｐ型の窒化物半導体（たとえば、ＧａＮ）からなっていて、発光層４の発光波長に対して透明である。このように、ｎ型半導体層である第１導電型半導体層３とｐ型半導体層である第２導電型半導体層５とで発光層４を挟んだ発光ダイオード構造が形成されている。第２導電型半導体層５の厚さは、たとえば、約２００ｎｍである。この場合、第１導電型半導体層３、発光層４および第２導電型半導体層５の全体の厚さは、たとえば、約４．５μｍである。

透明電極層６は、第２導電型半導体層５と同一パターンで第２導電型半導体層５上に積層されている。透明電極層６は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなり、発光層４の発光波長に対して透明である。この実施形態では、透明電極層６は、ＩＴＯからなる。
反射電極層７は、透明電極層６と同一パターンで透明電極層６上に積層されている。反射電極層７は、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる。当該白金族金属として、白金やパラジウムを用いる事ができる。各金属の配合比率は、銀が９８％程度であり、白金族金属および銅のそれぞれが１％程度である。このような合金からなる反射電極層７は、導電性が良好である。

絶縁層８は、反射電極層７上に積層されている。平面視における絶縁層８の端部には、基板２側へ延びる延設部８Ａが一体的に設けられている。延設部８Ａは、絶縁層８の一部である。延設部８Ａは、平面視における発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの外側端面と、第１導電型半導体層３の段付部分３Ｃとを全域に亘って覆っている。発光層４の外側端面は、発光層４において第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５の間から露出した端面４Ａである。絶縁層８および延設部８Ａは、絶縁性材料（たとえば、ＳｉＮ）で形成されている。

絶縁管層９は、絶縁性材料（ここでは、絶縁層８と同じ材料）で形成されている。絶縁管層９は、絶縁層８から連続しており、基板２の厚さ方向に沿って基板２側へ延びる管状の層である。この実施形態では、絶縁管層９は、直線的な円管状であり、その外側の直径は、３０μｍ以上５０μｍ以下であり、その厚さは１０μｍ〜２０μｍ程度である。絶縁管層９は、反射電極層７、透明電極層６、第２導電型半導体層５および発光層４を貫通して、第１導電型半導体層３の厚さ途中まで到達している。

絶縁管層９は、複数設けられており、複数の絶縁管層９は、平面視において離散して配置されている。具体的に、複数の絶縁管層９は、平面視において、均等に分散配置されている。
図１を参照して、複数の絶縁管層９は、基板２の主面に平行な第１方向Ｘに延びる第１配列ラインＡと、第１方向Ｘに交差し、基板２の主面に平行な第２方向Ｙに延びる第２配列ラインＢとのそれぞれに沿って配置されている。この実施形態では、絶縁管層９の数は、１５であり、３行５列の行列状に配置されている。この場合、第１方向Ｘ（行方向）が基板２の短手方向に一致し、第２方向Ｙ（列方向）が基板２の長手方向に一致していて、第１配列ラインＡ（第１方向Ｘ）と第２配列ラインＢ（第２方向Ｙ）とが直交している。１本の第１配列ラインＡ上には、３つの絶縁管層９が等間隔で配列されていて、１本の第２配列ラインＢには、５つの絶縁管層９が等間隔で配列されている。

第１配列ラインＡおよび第２配列ラインＢは、円管状の絶縁管層９の円中心を通っている。そのため、一本の第１配列ラインＡ上において隣り合う絶縁管層９の間隔は、隣り合って平行に延びる第２配列ラインＢの間隔Ｃである。また、一本の第２配列ラインＢ上において隣り合う絶縁管層９の間隔は、隣り合って平行に延びる第１配列ラインＡの間隔Ｄである。

基板２の主面に平行な平面内において、第１配列ラインＡおよび第２配列ラインＢの両方に対して傾斜して延びる第３配列ラインＥを考える。第３配列ラインＥは、隣り合う第１配列ラインＡ上にあり、かつ、隣り合う第２配列ラインＢ上にある絶縁管層９の円中心を通る。間隔Ｃ，Ｄが等しいとき、第３配列ラインＥは、第１配列ラインＡおよび第２配列ラインＢの両方に対して４５°で傾斜して延びていて、一本の第３配列ラインＥ上に複数の絶縁管層９が等しい間隔Ｆを隔てて並んでいる。このように、複数の絶縁管層９は、第１配列ラインＡ、第２配列ラインＢおよび第３配列ラインＥのそれぞれにおいて、一の絶縁管層９と、この絶縁管層９から最も近い絶縁管層９との間隔（間隔Ｃ、Ｄ、Ｆ）が一定になるように配列されている。この実施形態のように絶縁管層９が行列状に配置される場合には、間隔Ｆが間隔Ｃ，Ｄよりも大きい。間隔Ｃ，Ｄが等しい場合、一の絶縁管層９と、それに最も近い他の絶縁管層９との間隔は、間隔Ｃ，Ｄに等しい。この間隔Ｃ，Ｄ（最近接絶縁管層９間の距離）は、５０μｍ以上１５０μｍ以下となるように設定されている。

第３配列ラインＥ上において隣接する一対の絶縁管層９の円中心を結ぶ線分を考えると、この線分の中点は、その周囲に存在する絶縁管層９から最も遠い地点（最遠点）である。このような最遠点と、それに最も近い絶縁管層９（この絶縁管層９内に配置される第１コンタクト１１）との間の距離が１５０μｍ以下となるように、絶縁管層９の平面配置を設計することが好ましい。

図２を参照して、第１電極層１０は、絶縁層８上において図２における左側に偏った領域に積層されている。第１電極層１０は、平面視において、図１および図２における左右方向（基板２の長手方向）において長手の矩形状に形成されており、平面視における絶縁層８の半分以上の領域を占めていて、当該領域における絶縁層８に接触している（図１参照）。第１電極層１０は、導電性材料（たとえば、Ａｌ（アルミニウム）やＡｇ（銀））からなる。第１電極層１０の厚さは、１００ｎｍ以上であり、好ましくは、約３５０ｎｍである。図１を参照して、第１電極層１０は、図１において左右方向に延びる１対の長手縁１０Ａと、１対の長手縁１０Ａと直交して延びる１対の短手縁１０Ｂとを含んでいる。長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂは、平面視における第１電極層１０の外形（輪郭）を規定する辺である。

平面視において、複数の絶縁管層９のうち、１つの絶縁管層９は、矩形状の第１電極層１０の重心位置Ｇに配置されていて、残りの絶縁管層９は、重心位置Ｇを基準（対称の中心）として点対称となるように配置されている。また、複数の絶縁管層９は、第１電極層１０の長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂに沿って配置された第１縁側絶縁管層９Ａを含んでいる。図１では、１２個の第１縁側絶縁管層９Ａが、全体で矩形の額縁状をなしていて、第１電極層１０の外形線（長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂ）を縁取るように外形線に隣接して配置されている。

第１コンタクト１１は、導電性材料（ここでは、第１電極層１０と同じ材料）で形成されている。第１コンタクト１１は、第１電極層１０と同じ材料で形成されている場合、第１電極層１０と一体化していてもよく、第１電極層１０の一部と考えることもできる。第１コンタクト１１は、第１電極層１０から連続しており、基板２の厚さ方向に沿って基板２側へ延びる柱状に形成されている。この実施形態では、第１コンタクト１１は、直線状の円柱形状である。第１コンタクト１１は、複数設けられている。この実施形態では、第１コンタクト１１は、絶縁管層９と同じ数（１５個）だけ設けられている。各第１コンタクト１１は、絶縁層８を貫通して、対応する絶縁管層９の中空部分に埋め込まれている。この状態で、各第１コンタクト１１は、絶縁層８および絶縁管層９を通って、第１導電型半導体層３に接続されている。第１コンタクト１１は、絶縁管層９を通ることによって、反射電極層７、透明電極層６、第２導電型半導体層５および発光層４から分離絶縁されている。第１導電型半導体層３に対する円柱形状の第１コンタクト１１の接触部１８は、円形状である。接触部１８の直径は、たとえば２０μｍ以上４０μｍ以下であってもよく、第１コンタクト１１の寸法誤差や隣り合う第１コンタクト１１の間隔の誤差を踏まえると、好ましくは、３０μｍ程度である。接触部１８の直径を２０μｍよりも小さくすると、接触部１８における電気抵抗（接触抵抗）が増大する。

全て（ここでは、１５個）の第１コンタクト１１の接触部１８の面積（接触面積）の合計は、３０００μｍ^２以上２５０００μｍ^２以下であることが好ましい。
図１を参照して、平面視において、円管状の絶縁管層９の円中心と、絶縁管層９の中空部分に埋め込まれた円柱状の第１コンタクト１１の円中心とは、一致している。したがって、平面視において、複数の第１コンタクト１１は、複数の絶縁管層９と同じ配列パターンで配列されている。つまり、複数の第１コンタクト１１は、平面視において、第１配列ラインＡおよび第２配列ラインＢの交差点上に配置されていて、行列状をなすように、均等に分散配置されている。また、複数の第１コンタクト１１は、第１配列ラインＡ、第２配列ラインＢおよび第３配列ラインＥの上において、一の第１コンタクト１１と、この第１コンタクト１１から最も近い第１コンタクト１１との間隔が、それぞれ前述した間隔Ｃ、ＤおよびＦで一定になるように配列されている。そして、複数の第１コンタクト１１は、平面視において、第１電極層１０の重心位置Ｇを基準として点対称となるように配置されている。複数の第１コンタクト１１のうち、前述した第１縁側絶縁管層９Ａの内側に埋め込まれた第１コンタクト１１を、第１縁側コンタクト１１Ａということにする。この第１縁側コンタクト１１Ａは、平面視において、第１電極層１０の長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂに沿って配置されている。

図２を参照して、第２電極層１２は、この実施形態では、第１電極層１０と同じ材料からなり、絶縁層８上において図２における右側に偏った領域に積層されている。第２電極層１２は、平面視において、第１電極層１０よりも小さいが、たとえば、第１電極層１０と同じ厚さを有している。第２電極層１２は、第１電極層１０の長手方向（図１および図２における左右方向）に対して直交する方向（図２の紙面に直交する方向）に長手である（図１参照）。絶縁層８上において、左側に偏って形成された第１電極層１０と、右側に偏って形成された第２電極層１２とは、たとえば約６０μｍの距離を隔てることによって分離絶縁されている。

前述した第１縁側絶縁管層９Ａにおいて、平面視において第１電極層１０における第２電極層１２側とは反対側の縁（図１における左側の短手縁１０Ｂ）に沿って配置されている３つの第１縁側絶縁管層９Ａを、第２縁側絶縁管層９Ｂということにする。そして、第１縁側絶縁管層９Ａの内側に埋め込まれた第１縁側コンタクト１１Ａのうち、３つの第２縁側絶縁管層９Ｂの内側に埋め込まれた第１縁側コンタクト１１Ａを、第２縁側コンタクト１１Ｂということにする。これらの第２縁側コンタクト１１Ｂは、平面視において、当該左側の短手縁１０Ｂに沿って配置されている。

第２コンタクト１３は、導電性材料（ここでは、第２電極層１２と同じ材料）で形成されている。第２コンタクト１３は、第２電極層１２から連続しており、基板２の厚さ方向に沿って基板２側へ延びる柱状に形成されている。第２コンタクト１３は、複数（ここでは、３つ）設けられている。複数の第２コンタクト１３は、第２電極層１２の長手方向（図２の紙面に直交する方向）に沿って並んでいる（図１参照）。各第２コンタクト１３は、絶縁層８を貫通している。

エッチングストップ層１４は、反射電極層７上において、平面視で各第２コンタクト１３と一致する位置に積層されており、平面視において第２コンタクト１３よりも大きく形成されている。エッチングストップ層１４は、導電性材料で形成されており、具体的には、Ｃｒ（クロム）およびＰｔ（白金）を反射電極層７側からこの順番で積層することで構成されている。エッチングストップ層１４は、反射電極層７と第２コンタクト１３とに挟まれている。第２コンタクト１３は、エッチングストップ層１４を介して反射電極層７に接続されている。

バリア層１５は、第１電極層１０上に、第１電極層１０と同一パターンで積層されているとともに、第２電極層１２上に、第２電極層１２と同一パターンで積層されている。バリア層１５は、Ｔｉ（チタン）およびＰｔを第１電極層１０および第２電極層１２側からこの順番で積層して構成されている。
接合層１６は、第１電極層１０上のバリア層１５上に、第１電極層１０と同一パターンで積層されているとともに、第２電極層１２上のバリア層１５上に、第２電極層１２と同一パターンで積層されている。接合層１６は、たとえば、Ａｇ、ＴｉもしくはＰｔまたはこれらの合金からなる。接合層１６は、半田またはＡｕＳｎ（金錫）からなってもよい。この実施形態では、接合層１６は、ＡｕＳｎからなる。バリア層１５によって、接合層１６から第１電極層１０および第２電極層１２へのＳｎ（錫）の拡散が抑えられている。

接合層１６において、第１電極層１０上および第２電極層１２上のバリア層１５と接する面が下面であり、この下面とは反対側の上面を接合面１６Ａということにする。第１電極層１０側の接合層１６の接合面１６Ａと、第２電極層１２側の接合層１６の接合面１６Ａとはいずれも平坦面であり、同じ高さ位置（基板２の厚さ方向における位置）において面一になっている。前述したように第１電極層１０と第２電極層１２とが分離絶縁されているので、第１電極層１０側の接合層１６と、第２電極層１２側の接合層１６とは、分離絶縁されている。

第１導電型半導体層３において段付部分３Ｃを除く部分と、発光層４と、第２導電型半導体層５と、透明電極層６と、反射電極層７とは、平面視において一致していて、図１および図２の左右方向（基板２の長手方向）に長手の矩形状である（図１参照）。第１導電型半導体層３、発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれは、絶縁管層９および第１コンタクト１１が形成されていない領域では、基板２の長手方向における全域に亘って存在している（図３参照）。平面視において、第１電極層１０、第２電極層１２、バリア層１５および接合層１６は、発光層４（第２導電型半導体層５、透明電極層６、反射電極層７）の内側に位置している（図１参照）。

この発光素子１では、第１電極層１０と第２電極層１２との間に順方向電圧を印加すると、第２電極層１２から第１電極層１０へ向かって電流が流れる。電流は、第２電極層１２から第１電極層１０へ向かって、第２コンタクト１３、エッチングストップ層１４および反射電極層７を、この順番で流れる。反射電極層７は、導電性が良好なので、電流は、反射電極層７において平面視における全域に広がり、その後、透明電極層６、第２導電型半導体層５、発光層４、第１導電型半導体層３および第１コンタクト１２を、この順番で流れる。このように電流が流れることによって、第１導電型半導体層３から発光層４に電子が注入され、第２導電型半導体層５から発光層４に正孔が注入され、これらの正孔および電子が発光層４で再結合することにより、波長４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの青色の光が発生する。この光は、第１導電型半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の表面２Ａから取り出される。

この際、発光層４から第２導電型半導体層５側に向かう光も存在し、この光は、第２導電型半導体層５および透明電極層６をこの順で透過して、透明電極層６と反射電極層７との界面で反射される。反射した光は、透明電極層６、第２導電型半導体層５、発光層４、第１導電型半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の表面２Ａから取り出される。

また、反射電極層７で反射されずに、絶縁管層９内を進む光も存在し、この光は、絶縁管層９および絶縁層８を透過して、絶縁層８と第１電極層１０および第２電極層１２との界面で反射される。反射した光は、絶縁層８、絶縁管層９、透明電極層６、第２導電型半導体層５、発光層４、第１導電型半導体層３および基板２を透過して基板２の表面２Ａから取り出される。つまり、この発光素子１は、第１の反射電極層としての反射電極層７のほかに、第２の反射電極層としての第１電極層１０および第２電極層１２を備えている。第１および第２電極層１０，１２が反射電極層としての機能を有すためには、第１および第２電極層１０，１２の厚さは、１００ｎｍ以上である必要がある。

前述したように、基板２の裏面２Ｂには、複数の凸部１７が形成されている。これらの凸部１７によって、第１導電型半導体層３側から基板２へ向かって様々な角度から基板２の裏面２Ｂに入射される光が基板２の裏面２Ｂで全反射することを抑制できる。これにより、第１導電型半導体層３から基板２へ向かう光が、第１導電型半導体層３と基板２との界面において第１導電型半導体層３側へ反射することが抑制される。すなわち、光の取り出し効率が向上する。

図５Ａ〜図５Ｈは、図２に示す発光素子の製造方法を示す図解的な断面図である。
まず、図５Ａに示すように、基板２の裏面２Ｂに、ＳｉＮからなる層（ＳｉＮ層）を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、このＳｉＮ層を、複数の凸部１７に分離する。次いで、基板２を反応容器（図示せず）内に配置して反応容器内にガス（シランガス等）を流すことによって、基板２の裏面２Ｂ上に半導体層をエピタキシャル成長させる処理が行われる。その際、ガスの流量比を変えることで、基板２の裏面２Ｂ上に、第１導電型半導体層３、発光層４および第２導電型半導体層５を、この順番で連続的に形成することができる。

次いで、図５Ｂに示すように、たとえばリフトオフ法を用いて、透明電極層６をパターン形成する。透明電極層６は、各絶縁管層９（図１および図２参照）と一致する位置に、透明電極層６を貫通する貫通穴１９を有するパターンに形成され。各貫通穴１９から第２導電型半導体層５が露出することになる。
次いで、透明電極層６の上、および、第２導電型半導体層５において各貫通穴１９からが露出された部分の上の全域に亘って、銀と白金族金属と銅とを含む合金の層（合金層）を形成し、この合金層に対して、図５Ｃに示すように、透明電極層６と同一パターンのレジストパターン２０をマスクとするドライエッチングを施す。これにより、合金層が選択的に除去され、残った合金層が、反射電極層７となって、透明電極層６上に、透明電極層６と同一パターンで形成される。反射電極層７には、平面視で透明電極層６の各貫通穴１９と一致する位置に、貫通穴１９と同じ大きさの貫通穴２１が形成されている。

次いで、図５Ｄに示すように、レジストパターン２０を除去してから、別のレジストパターン２２を反射電極層７上に形成する。レジストパターン２２には、平面視で反射電極層７の各貫通穴２１と一致する位置に、貫通穴２１と同じ大きさの開口２３が形成されている。開口２３は、平面視で同じ位置にある貫通穴１９，２１に連続している。また、平面視において、レジストパターン２２は、第１導電型半導体層３の段付部分３Ｃが位置する予定の部分には存在しない。

次いで、レジストパターン２２をマスクとするドライエッチングにより、反射電極層７、透明電極層６、第２導電型半導体層５、発光層４および第１導電型半導体層３のそれぞれを選択的に除去する。これにより、平面視においてレジストパターン２２の各開口２３と一致する位置には、第２導電型半導体層５および発光層４を貫通して、第１導電型半導体層３の厚さ途中まで到達するトレンチ２４（この実施形態では円筒状のトレンチ）が形成され、第１導電型半導体層３に段付部分３Ｃが形成される。各トレンチ２４は、平面視で同じ位置にある開口２３および貫通穴１９，２１に連続している。平面視で同じ位置で連続する貫通穴１９，２１およびトレンチ２４は、１つのトレンチ２５を構成している。トレンチ２５は、平面視で絶縁管層９と一致する複数（ここでは、１５個）の分散した位置に形成されている。各トレンチ２５は、この実施形態では、基板２の厚さ方向に直線的に延びる円筒状であり、その断面の円形状は、基板２の厚さ方向におけるいずれの位置でも同じ大きさである。各トレンチ２５は、反射電極層７、透明電極層６、第２導電型半導体層５および発光層４を貫通して、第１導電型半導体層３の厚さ途中まで到達している。トレンチ２５の半導体層表面（第２導電型半導体層５の表面）からの深さ（基板２の厚さ方向における寸法）は、たとえば、約１．５μｍである。また、反射電極層７、透明電極層６、第２導電型半導体層５および発光層４のそれぞれにおいて平面視で段付部分３Ｃと一致する部分（図５Ｃ参照）は、ドライエッチングによるトレンチ２５の形成と同時に除去されている。

次いで、レジストパターン２２を除去してから、図５Ｅに示すように、反射電極層７上において平面視で第２コンタクト１３（図２参照）と一致する予定の位置に、たとえばリフトオフ法を用いて、エッチングストップ層１４を形成する。
次いで、図５Ｆに示すように、反射電極層７上およびエッチングストップ層１４上に、たとえばＣＶＤ法によって、ＳｉＮからなる層（ＳｉＮ層）２６を形成する。ＳｉＮ層２６は、各トレンチ２５内に埋め尽くされるとともに、平面視における発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの外側端面と、第１導電型半導体層３の段付部分３Ｃとを全域に亘って覆うように形成される。ＳｉＮ層２６において、反射電極層７上およびエッチングストップ層１４上にある部分は、絶縁層８となり、平面視における発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの外側端面と、第１導電型半導体層３の段付部分３Ｃとを覆っている部分は、延設部８Ａとなる。また、ＳｉＮ層２６において、トレンチ２５内に埋め込まれた部分は、絶縁管層９を形成することになる。

次いで、図５Ｇに示すように、絶縁層８上に、レジストパターン２７を形成する。レジストパターン２７には、平面視で各第１コンタクト１１（図２参照）と一致する予定の位置に、開口２８が形成されていて、平面視で各第２コンタクト１３（図２参照）と一致する予定の位置に、開口２９が形成されている。
次いで、レジストパターン２７をマスクとするドライエッチングにより、絶縁層８と、各トレンチ２５内のＳｉＮ層２６とを選択的に除去する。これにより、平面視においてレジストパターン２７の各開口２８と一致する位置の絶縁層８およびＳｉＮ層２６がレジストパターン２７側から除去される。このドライエッチングの条件は、第１導電型半導体層３がエッチングされない条件になっている。そのため、各開口２８におけるエッチングは、トレンチ２５の底面における第１導電型半導体層３の手前でストップする。これにより、平面視においてレジストパターン２２の各開口２８と一致する位置には、絶縁層８およびＳｉＮ層２６を貫通して第１導電型半導体層３まで到達するトレンチ３０が形成される。

トレンチ３０は、基板２の厚さ方向に延びる円筒状であり、その断面の円形状は、基板２の厚さ方向における全域に亘って同じ大きさである。トレンチ３０は、第１コンタクト１１と同じ数（ここでは、１５個）形成されていて、各トレンチ３０は、いずれかのトレンチ２５の内側に配置されている。各トレンチ２５が第１導電型半導体層３の厚さ途中まで到達しているので、各トレンチ３０も、第１導電型半導体層３の厚さ途中まで到達している。各トレンチ３０の底では、第１導電型半導体層３が露出されている。各トレンチ２５内に埋め尽くされたＳｉＮ層２６は、トレンチ３０が形成されることによって、絶縁管層９となる。

ここでのドライエッチングによって、平面視においてレジストパターン２７の各開口２９と一致する位置の絶縁層８がレジストパターン２７側から除去される。各開口２９におけるエッチングは、エッチングストップ層１４で停止する。つまり、エッチングストップ層１４が、その直下にある反射電極層７をドライエッチングから保護するので、反射電極層７までエッチングされてしまうことを防止できる。その結果、平面視においてレジストパターン２７の各開口２９と一致する位置には、絶縁層８を貫通してエッチングストップ層１４まで到達するトレンチ３１が形成される。トレンチ３１は、第２コンタクト１３と同じ数（ここでは、３個）だけ形成され、これらのトレンチ３１は、平面視における基板２の短手方向（図５Ｇの紙面に直交する方向）において等間隔で並んでいる。

次いで、レジストパターン２７を除去してから、図５Ｈに示すように、たとえば蒸着により、Ａｌからなる層（Ａｌ層３２）を絶縁層８上の全域に形成する。Ａｌ層３２は、各トレンチ３０内および各トレンチ３１内に埋め尽くされる。トレンチ３０内のＡｌ層３２は、第１コンタクト１１となり、トレンチ３１内のＡｌ層３２は、第２コンタクト１３となる。

次いで、絶縁層８上のＡｌ層３２上の全域に、たとえばスパッタ法によって、Ｔｉからなる層（Ｔｉ層）と、Ｐｔからなる層（Ｐｔ層）とをＡｌ層３２側からこの順番で積層する。これにより、Ｔｉ層およびＰｔ層の積層構造からなるバリア層１５がＡｌ層３２上に形成される。
次いで、バリア層１５上の全域に、たとえば電解めっき法によって、ＡｕＳｎからなる層（ＡｕＳｎ層）を形成する。ＡｕＳｎ層は、接合層１６である。

次いで、レジストパターン（図示せず）をマスクとして用いるエッチングにより、絶縁層８上のＡｌ層３２、バリア層１５および接合層１６のそれぞれを、平面視における基板２の長手方向において、第２コンタクト１３と、第２コンタクト１３に最も近い第１コンタクト１１との間で二分する（図５Ｈ参照）。これにより、図２に示すように、絶縁層８上のＡｌ層３２において、平面視で全ての第１コンタクト１１を覆う部分が、第１電極層１０となり、平面視で全ての第２コンタクト１３を覆う部分が、第２電極層１２となる。この結果、発光素子１が完成する。第１電極層１０および第２電極層１２は、分離絶縁された状態で絶縁層８上に形成されている。

発光素子１は、たとえば、元基板としての１枚のウエハ（図示せず）上に多数同時に形成される。そこで、必要に応じてウエハを研削・研磨して厚みを調整した後に、ウエハをダイシングすると、最終的に図１〜図４に示す構造の発光素子１が個別に切り出される。
第１コンタクト１１が埋め込まれるトレンチ３０は、第１コンタクト１１と同じ大きさの円形状の断面を有しており、その直径（内径）は、２０μｍ以上４０μｍ以下である。これに対し、第２コンタクト１３が埋め込まれるトレンチ３１は、平面視においてトレンチ３０よりも大きい（図１参照）。そのため、前述したように、絶縁層８上にＡｌ層３２を形成する際に（図５Ｈ参照）、各トレンチ３１内にＡｌ層３２を埋め尽くすと、絶縁層８には、各トレンチ３１の跡９０が凹みとなって現れ、最終的には、第２電極１２上の接合層１６の接合面１６Ａにも現れる（図４参照）。しかし、複数のトレンチ３１は、基板２の短手方向において間隔を隔てているので（図１参照）、これらのトレンチ３１が１列につながっている場合に比べて、各トレンチ３１の跡９０は、とても小さく目立たない。そのため、第２電極１２上の接合層１６の接合面１６Ａはほとんど平坦になる。

図６は、サブマウントの構造を図解的に示す断面図である。
図６に二点鎖線で示すように、発光素子１は、接合層１６によってサブマウント５０に接合され、発光素子ユニット６４を構成する。
サブマウント５０は、ベース基板５１と、絶縁層５２と、電極層５３と、接合層５４とを備えている。

ベース基板５１はたとえばＳｉからなる。絶縁層５２は、たとえばＳｉＯ_２からなり、ベース基板５１の表面（図６における上面）の全域を覆っている。
電極層５３は、たとえばＡｌからなる。電極層５３は、絶縁層５２上において分離された２つの領域に設けられており、図６では、２つの電極層５３が、左右に隔てた状態で絶縁層５２上に形成されている。２つの電極層５３のうち、図６における左側の電極層５３を第１マウント電極層５３Ａといい、図６における右側の電極層５３を第２マウント電極層５３Ｂということにする。第１マウント電極層５３Ａと第２マウント電極層５３Ｂとは、第１電極１１および第２電極１２の間隔とほぼ等しい間隔、たとえば、６０μｍ程度の間隔を隔てて分離絶縁されて配置されている。

接合層５４は各電極層５３上に積層されている。接合層５４は、この実施形態では、ベース基板５１側のＴｉ層５５と、Ｔｉ層５５上に積層されたＡｕ層５６とを含む２層構造である。接合層５４において電極層５３に接触している面とは反対側の面（図６における上面）が、表面５４Ａとされる。表面５４Ａは、平坦面であり、各電極層５３上の接合層５４の表面５４Ａは、面一になっている。

図７は、サブマウントの模式的な平面図である。
平面視において、第１マウント電極層５３Ａ上の接合層５４は、発光素子１の第１電極層１０上の接合層１６と同じ大きさであり、第２マウント電極層５３Ｂ上の接合層５４は、発光素子１の第２電極層１２上の接合層１６と同じ大きさである（図１参照）。
図８Ａは、発光装置の構造を図解的に示す断面図である。

図８Ａを参照して、発光装置６０は、発光素子１と、サブマウント５０と、支持基板６１とを含んでいる。
支持基板６１は、絶縁性材料で形成された絶縁基板６２と、絶縁基板６２の両端から露出するように設けられて、発光素子１と外部とを電気的に接続する金属製の一対のリード６３とを有している。絶縁基板６２は、たとえば平面視矩形に形成されており、その対向する一対の辺に沿って一対のリード６３がそれぞれ帯状に形成されている。各リード６３は、絶縁基板６２の一対の端縁に沿って、上面から側面を渡って下面に至るように折り返され、横向きＵ字形断面を有するように形成されている。

組立に際しては、たとえば、サブマウント５０を、図８Ａに示すように、接合層５４の表面５４Ａが上を向くような姿勢にする。また、図２に示す発光素子１を、接合層１６の接合面１６Ａが下を向くような姿勢（図２とは上下が逆の姿勢）にし、図８Ａの姿勢にあるサブマウント５０に対して上から対向させる。
発光素子１をサブマウント５０に接近させると、図８Ａに示すように、発光素子１の接合層１６の接合面１６Ａと、サブマウント５０の接合層５４の表面５４Ａとが面接触する。具体的には、第１電極層１０側の接合層１６の接合面１６Ａが、第１マウント電極層５３Ａ側の接合層５４の表面５４Ａに対して面接触し、第２電極層１２側の接合層１６の接合面１６Ａが、第２マウント電極層５３Ｂ側の接合層５４の表面５４Ａに対して面接触する。この状態でリフロー（熱処理）を行えば、第１電極層１０と第１マウント電極層５３Ａとが接合層１６，５４を介して接合され、かつ第２電極層１２と第２マウント電極層５３Ｂとが接合層１６，５４を介して接合されて、発光素子１がサブマウント５０にフリップチップ接続される。すなわち、接合層１６と接合層５４とが融解・固着して互いに接合する。その結果、発光素子１とサブマウント５０とが一体化した発光素子ユニット６４が得られる。

前述したように、第２電極１２上の接合層１６の接合面１６Ａには、各トレンチ３１の跡９０があるがとても小さいので、この接合面１６Ａは、ほとんど平坦である（図４参照）。そのため、この接合面１６Ａと、第２マウント電極層５３Ｂ側の接合層５４の表面５４Ａとの面接触に対して、各トレンチ３１の跡９０が影響を与えることはなく、これらの接合面１６Ａおよび表面５４Ａは、ほぼ全域に亘って面接触している。また、発光素子１側の第１電極層１０と第２電極層１２とが、約６０μｍという十分な距離を隔てていて、サブマウント５０側の第１マウント電極層５３Ａと第２マウント電極層５３Ｂとが、同様に十分な距離を隔てている。そのため、多少の取り付け誤差があっても、第１電極層１０が第２マウント電極層５３Ｂに接続されたり、第２電極層１２が第１マウント電極層５３Ａに接続されたりすることがないので、発光素子１をサブマウント５０に確実にフリップチップ接続できる。

発光素子ユニット６４は、サブマウント５０のベース基板５１を絶縁基板６２の一表面に対向させて、当該絶縁基板６２に接合される。そして、第１電極層１０に接続された第１マウント電極層５３Ａと、第１マウント電極層５３Ａ側のリード６３とが、ボンディングワイヤ６５によって接続される。また、第２電極層１２に接続された第２マウント電極層５３Ｂと、第２マウント電極層５３Ｂ側のリード６３とが、ボンディングワイヤ６５によって接続される。これにより、発光素子ユニット６４と支持基板６１とが一体化されて発光装置６０が完成する。

図８Ｂに図解的な斜視図を示すように、支持基板６１は、長尺形状（帯状）に形成されていてもよく、このような長尺な支持基板６１の表面に、複数の発光素子ユニット６４が実装されてＬＥＤ（発光ダイオード）バーを構成していてもよい。図８Ｂには、支持基板６１の一表面に複数の発光素子ユニット６４が直線状に一列に配列された発光装置６０が示されている。このような発光装置６０は、たとえば、液晶表示装置のバックライト用光源として用いることができる。なお、支持基板６１上の複数の発光素子ユニット６４は、直線状に一列に配列されている必要はなく、２列に配列されていてもよいし、千鳥状に配列されていてもよい。また、各発光素子ユニット６４上に、蛍光体を含んだ封止樹脂をポッティングしてもよい。

図９は、発光素子ユニット６４を用いた発光素子パッケージの模式的な斜視図である。
発光素子パッケージ７０は、図８Ａに示した構造の発光装置６０と樹脂パッケージ７１と封止樹脂７２とを含んでいる。
樹脂パッケージ７１は、樹脂が充填されたリング状のケースであり、その内側に発光素子ユニット６４を収容して（覆って）側方から包囲して保護した状態で、支持基板６１に固定されている。樹脂パッケージ７１の内壁面は、発光素子ユニット６４の発光素子１から出射された光を反射させて外部へ取り出すための反射面７１ａを形成している。この実施形態では、反射面７１ａは、内方に向かうに従って支持基板６１に近づくように傾斜した傾斜面からなり、発光素子１からの光を光取り出し方向（基板２の法線方向）に向かって反射するように構成されている。

封止樹脂７２は、発光素子１の発光波長に対して透明な透明樹脂（たとえば、シリコーンやエポキシなど）からなり、発光素子１およびボンディングワイヤ６５などを封止している。または、この透明樹脂に蛍光体を混合してもよい。発光装置６０が青色発光し、蛍光体として黄色発光のものを配置すると、自然発光が得られる。
図９には、支持基板６１上に一つの発光素子ユニット６４が実装されている構造を示したが、むろん、支持基板６１上に複数個の発光素子ユニット６４が共通に実装されていて、それらが封止樹脂７２によって共通に封止されていてもよい。

図１０は、発光ダイオードにおける電流密度と光出力との関係を示すグラフである。
図１０を参照して、発光ダイオードでは、理論上は、電流密度が高くなると、光出力が線形に増加すると期待される（図１０の破線の理論ライン）。しかし、実際には、電流密度が高くなると、いわゆるドループ現象が発生することで光出力のロスが生じるので、光出力は、理論ラインから下方（低下する側）へずれた特性線（図１０の実線）に沿う。

発光素子１に印加する電流を一定として発光効率を向上させるためには、光出力のロスを減らす必要があり、そのためには、電流密度を緩和する（下げる）必要がある。電流密度を緩和するためには、図１に示す平面視において発光層４を大きくすることが有効だが、そのために基板２（チップ全体）を大きくするのでは、コスト上昇が避けられない。そこで、基板２の大きさ（チップサイズ）を変えずに、平面視において、発光層４を大きくして、基板２において発光層４が占める割合（実発光面積比という）を大きくすることが望ましく、そのために、この発明の一実施形態に係る発光素子１は、以上に述べた構成を有している。

つまり、図２に示したとおり、発光素子１では、第１電極層１０と第１導電型半導体層３とは、これらの間に発光層４、第２導電型半導体層５、透明電極層６、反射電極層７および絶縁層８を挟むことによって、離れて配置されている。そして、第１電極層１０は、平面視において離散配置された複数の第１コンタクト１１を介して第１導電型半導体層３に接続されている。そのため、第１電極層１０が第１導電型半導体層３上に直接積層された場合と同程度に、第１電極層１０と第１導電型半導体層３との間で電流を円滑に流すことができる。

第１電極層１０が第１導電型半導体層３上に直接積層されている場合における第１電極層１０と第１導電型半導体層３との接触部の面積に比べて、離散配置された複数の第１コンタクト１１と第１導電型半導体層３との接触部１８の総面積は、小さく抑えることができる。これは、第１コンタクト１１が離散配置されていることによって、第１導電型半導体層３の全体に十分に電流を分散させることができるからである。これにより、発光層４が、第１電極層１０と第１導電型半導体層３とを接続するための構成によって浸食されることを抑えることができる。そのため、発光素子１では、第１導電型半導体層３上の発光層４の面積を大きくすることができるので、電流密度を抑制でき、それに応じて、発光効率の向上を図ることができる。

前述のとおり、本願発明者は、特許文献１に記載された構造を発展させて、端部領域および端部領域から延びる複数の枝部を有する露出したｎ型半導体層と、その上に配置したｎ電極（ｎ型半導体層と同様に複数の枝部を有する）の構造（比較例）を検討した。この比較例における、電流密度と発光効率との関係を、図１１に破線で示。すなわち、この比較例の構造では、ｎ電極の枝部を配置するために、発光層が大きく浸食されるため、発光層の面積が小さくなり、その結果、発光効率が悪くなる。

そこで、本願発明者は更に研究を進め、複数の第１コンタクト１１を有するこの実施形態の発光素子１の構造に想到し、この構造を適用することによって、発光層４の面積を大きくしつつ、発光層４全体を均一に光らせることに成功した。この実施形態の構造に対応する実施例について電流密度と発光効率との関係を調べた結果を、図１１に実線で示す。この図１１の２つの曲線の比較から、電流密度の全領域において発光効率が向上していることが分かる。また、第１電極層１０を第１導電型半導体層３上に直接積層せずに、絶縁層８上に積層しているので、第１電極層１０を、第１導電型半導体層３上の発光層４に影響されることなく、大きくすることができた。

また、この実施形態の構造では、複数の第１コンタクト１１は、平面視において、均等に分散配置されている（図１参照）。そのため、第１電極層１０への電流の取り込み部分（接触部１８）が第１導電型半導体層３において広い範囲で均等に分布しているので、電流が発光層４内の広い範囲に均等に行き渡る。これにより、発光層４において光る部分を一層増やすことができるので、発光素子１の発光効率の更なる向上を図ることができる。また、広い範囲で均等に分布した取り込み部分を介して、第１導電型半導体層３から第１電極層１０側へ円滑に電流を流すことができる。

また、図１を参照して、複数の第１コンタクト１１を平面視において均等に分散配置するために、複数の第１コンタクト１１は、一の第１コンタクト１１と、この第１コンタクト１１から最も近い第１コンタクト１１との間隔（前述した間隔Ｃ、Ｄ）が一定になるように配置されている。
複数の第１コンタクト１１は、平面視において第１電極層１０の縁（長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂ）に沿って配置された第１縁側コンタクト１１Ａを含んでいるので、第１縁側コンタクト１１Ａに応じて、第１導電型半導体層３では、少なくとも縁側に、前記取り込み部分（図２の接触部１８）が配置される。これにより、第１導電型半導体層３上の発光層４内では、縁側まで電流を行き渡らせることができる。そのため、発光層４において光る部分を増やすことができるので、発光素子１の発光効率の向上を図ることができる。

複数の第１コンタクト１１は、平面視において第１電極層１０における第２電極層１２側とは反対側の縁（図１における左側の短手縁１０Ｂ）に沿って配置された第２縁側コンタクト１１Ｂを含んでいるので、第２縁側コンタクト１１Ｂに応じて、第１導電型半導体層３では、少なくとも第２電極層１２側とは反対の縁側に、前記取り込み部分が配置される。これにより、第１導電型半導体層３上の発光層４内では、第２電極層１２側とは反対の縁側まで電流を行き渡らせることができる。そのため、発光層４において光る部分を増やすことができるので、発光素子１の発光効率の向上を図ることができる。

第１導電型半導体層３に対する第１コンタクト１１の接触部１８は、円形状であるので、この接触部１８、つまり、前記取り込み部分では、その円形状の全周に亘って電流を取り込むことができる。これにより、第１導電型半導体層３から第１コンタクト１１へ円滑に電流を流すことができる。
第１導電型半導体層３に対する全ての第１コンタクト１１の接触部１８の面積の合計（第１コンタクト総面積）は、３０００μｍ^２以上２５０００μｍ^２以下である。

図１２は、第１コンタクト総面積と順方向電圧（ＶＦ）との関係を示すグラフである。図１２に示すように、第１コンタクト総面積が増加するのに従って、発光素子１における順方向電圧（ＶＦ）が低下し、第１コンタクト総面積が３０００μｍ^２以上であると、順方向電圧がほぼ一定になる。すなわち、第１コンタクト総面積を大きくすると、接触部１８における抵抗が小さくなって電流が流れ易くなるが、第１コンタクト総面積が３０００μｍ^２以上の範囲では、順方向電圧ＶＦは飽和傾向となることが分かる。

図１３は、第１コンタクト総面積と発光効率との関係を示すグラフである。図１３に示すように、第１コンタクト総面積が増加するのに従って、発光素子１の発光効率が向上し、第１コンタクト総面積が３０００μｍ^２以上であると、発光効率は最大値でほぼ一定になる。一方、第１コンタクト総面積が２５０００μｍ^２を超えると、発光層４の面積が小さく（狭く）なることによる影響が大きくなり、発光効率は低下する。

このように、発光素子１では、第１コンタクト総面積を３０００μｍ^２以上２５０００μｍ^２以下とすることで、順方向電圧ＶＦを低下させつつ、発光効率の向上を図ることができる。
図２を参照して、第１電極層１０は、絶縁層８に接するとともに第１コンタクト１１を有し、絶縁層８を透過した光を反射させる第２の反射電極層を構成している。そのため、透明電極層６上に積層された反射電極層７で反射せず絶縁層８を透過した光を第１電極層１０で反射させることにより、光の反射効率を向上させることができ、その分、発光素子１の発光効率の向上を図ることができる。

絶縁層８は、発光層４において第１導電型半導体層３および第２導電型半導体層５の間から露出した端面４Ａを覆っているので、発光層４が発光したときに、光が発光層４の端面４Ａから漏れることを防止できる。これにより、発光素子１の発光効率の向上を図ることができる。
本発明の実施形態に係る発光素子１では、発光層４を大きくする（平面視で広くする）ことによって、前述した実発光面積比が、たとえば約７９％となる。特許文献１の構造を改良した前述の比較例に係る発光素子では、たとえば実発光面積比が約６３％である。したがって、この比較例に対して、実発光面積比を約１６％向上できた。これにより、図１１の実線（実施例）に示すように、電流密度の全域において、発光効率が１％程度向上した。前述した比較例に係る発光素子に約１００ｍＡを印加したときの電流密度は、たとえば、３００ｍＡ／ｍｍ^２であって、発光効率は約２８％である（図１１のポイントＡ）。一方、この実施形態を適用した実施例に係る発光素子１では、たとえば、同じ電流を印加したときの電流密度が約２００ｍＡ／ｍｍ^２まで緩和され、図１１のポイントＢに示すように、発光効率が約３１％まで上昇した。

図１４は、第１の変形例に係る発光素子の模式的な平面図である。図１５は、第２の変形例に係る発光素子の模式的な平面図である。
図１４に示すように、第１コンタクト１１は、平面視において、第１電極層１０の長手縁１０Ａに沿って配置された第１縁側コンタクト１１Ａだけをふくんでいてもよい。
また、図１５に示すように、第１コンタクト１１は、平面視において、千鳥状に配置されていてもよい。この場合、第１電極層１０の長手縁１０Ａ沿いの第１縁側コンタクト１１Ａは、前述した第２配列ラインＢ上に並んで配置されていて、それ以外の第１コンタクト１１は、前述した第３配列ラインＥ上に並んで配置されている。

図１４および図１５のいずれの場合においても、第１コンタクト１１は、第１電極層１０の重心位置Ｇを基準（対称の中心）として点対称となるように配置されている。
ただし、以上で説明した以外にも、第１コンタクト１１の配置は、適宜変更可能であり、たとえば、重心位置Ｇを基準（対称の中心）として点対称となるように配置されていなくてもよい。この場合には、発光層４において電流を広く行き渡らせるために、第１電極層１０において第２電極１２から遠い側の短手縁１０Ｂに沿う第２縁側コンタクト１１Ｂを少なくとも配置することが好ましい。

以上のほかにも、この発明はさらに種々の実施形態をとり得る。たとえば、前述の実施形態では、第１コンタクト１１が円柱形状を有する例を示したが、第１コンタクト１１は多角柱形状を有していてもよい。また、第１コンタクト１１は、その軸直角断面形状が軸方向に沿って一様である必要はなく、たとえば、接触部１８から離れるに従って断面積が大きくなるように設計されていてもよい。また、前述の実施形態では、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型の例について説明したが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として発光素子を構成してもよい。すなわち、前述の実施形態において、導電型をｐ型とｎ型とで反転した構造も、この発明の一つの実施形態である。また、前述の実施形態では、窒化物半導体としてＧａＮを例示したが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などの他の窒化物半導体が用いられてもよい。窒化物半導体は、一般には、Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。また、窒化物半導体に限らず、ＧａＡｓ等の他の化合物半導体や、化合物半導体以外の半導体材料（たとえばダイヤモンド）を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。

１ 発光素子
２ 基板
３ 第１導電型半導体層
４ 発光層
４Ａ 端面
５ 第２導電型半導体層
６ 透明電極層
７ 反射電極層
８ 絶縁層
９ 絶縁管層
１０ 第１電極層
１０Ａ 長手縁
１０Ｂ 短手縁
１１ 第１コンタクト
１１Ａ 第１縁側コンタクト
１１Ｂ 第２縁側コンタクト
１２ 第２電極層
１３ 第２コンタクト
１４ エッチングストップ層
１６ 接合層
１８ 接触部
５０ サブマウント
６４ 発光素子ユニット
７０ 発光素子パッケージ
７１ 樹脂パッケージ
Ｃ 間隔
Ｄ 間隔
Ｆ 間隔
Ｇ 重心位置

Claims (25)

1. 端部に段付部分が形成された第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上において前記段付部分以外の領域に積層された発光層と、
   前記発光層上に積層された第２導電型半導体層と、
   前記第２導電型半導体層上に積層され、前記発光層の発光波長に対して透明な透明電極層と、
   前記透明電極層上に積層され、前記透明電極層を透過した光を反射させる反射電極層と、
   前記反射電極層上に積層された絶縁層と、
   前記絶縁層上に積層された第１電極層と、
   前記第１電極層から分離絶縁された状態で前記絶縁層上に積層された第２電極層と、
   前記第１導電型半導体層の厚さ方向から見た平面視において離散して配置されており、前記絶縁層から連続して前記反射電極層、透明電極層、第２導電型半導体層および発光層を貫通し、前記第１導電型半導体層に到達する複数の絶縁管層と、
   前記第１電極層から連続し、前記絶縁層および前記絶縁管層を通って前記第１導電型半導体層に接続された第１コンタクトと、
   前記第２電極層から連続し、前記絶縁層を貫通して前記反射電極層に接続された第２コンタクトと、
   前記絶縁層の一部として、前記平面視における前記発光層、第２導電型半導体層、透明電極層および反射電極層のそれぞれの外側端面と、前記第１導電型半導体層の前記段付部分とを覆う延設部とを含み、
   前記第１電極層は、
   前記絶縁層に接するとともに前記第１コンタクトを有し、前記絶縁層を透過した光を反射させる第２の反射電極層を含み、
   前記絶縁層は、前記反射電極層において前記平面視で前記絶縁管層と前記第２コンタクトによる開口部とを除く全てを覆うように前記反射電極層上に積層されている、発光素子。
2. 複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において、均等に分散配置されている、請求項１に記載の発光素子。
3. 複数の前記第１コンタクトは、一の第１コンタクトと、この第１コンタクトから最も近い第１コンタクトとの間隔が一定になるように配置されている、請求項２に記載の発光素子。
4. 前記間隔は、５０μｍ以上１５０μｍ以下である、請求項３に記載の発光素子。
5. 複数の前記第１コンタクトは、行列状に配置されている、請求項２〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において、前記第１電極層の重心位置を基準として点対称となるように配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において前記第１電極層の縁に沿って配置された第１縁側コンタクトを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
8. 複数の前記第１コンタクトは、前記平面視において前記第１電極層における前記第２電極層側とは反対側の縁に沿って配置された第２縁側コンタクトを含む、請求項７に記載の発光素子。
9. 前記第１導電型半導体層に対する前記第１コンタクトの接触部は、円形状である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
10. 前記接触部の直径は、２０μｍ以上４０μｍ以下である、請求項９に記載の発光素子。
11. 前記第１コンタクトは、円柱形状である、請求項９または１０に記載の発光素子。
12. 前記第１導電型半導体層に対する全ての前記第１コンタクトの接触部の面積の合計は、３０００μｍ^２以上２５０００μｍ^２以下である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子。
13. 前記絶縁層は、ＳｉＮからなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の発光素子。
14. 前記反射電極層は、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の発光素子。
15. 前記白金族金属は、白金またはパラジウムである、請求項１４に記載の発光素子。
16. 前記透明電極層は、ＩＴＯからなる、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光素子。
17. 前記第２の反射電極層は、Ａｌからなる、請求項１に記載の発光素子。
18. 前記発光層の発光波長に対して透明であり、前記第１導電型半導体層が積層される基板をさらに含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の発光素子。
19. 前記第１導電型半導体層および第２導電型半導体層は、窒化物半導体からなる、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の発光素子。
20. 前記絶縁層は、前記発光層において前記第１導電型半導体層および第２導電型半導体層の間から露出した端面を覆っている、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の発光素子。
21. 前記反射電極層上に積層され、前記反射電極層と前記第２コンタクトとの間に配置されるエッチングストップ層をさらに含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の発光素子。
22. 前記第１電極層上および第２電極層上のそれぞれに積層された接合層をさらに含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の発光素子。
23. 前記接合層は、ＡｕＳｎからなる、請求項２２に記載の発光素子。
24. 請求項２２または２３に記載の発光素子と、
    前記接合層に接合されたサブマウントとを含む、発光素子ユニット。
25. 請求項２４に記載の発光素子ユニットと、前記発光素子ユニットを収容した樹脂パッケージとを含む、発光素子パッケージ。

Images