JP6102677B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子に関し、特に発光素子の電極構造に関する。

従来から発光素子は、均一な発光を可能とするために様々な開発が行なわれている。例えば、四角形の外形を有する発光素子の電極構造としては、第２電極及び第１電極の一方が発光素子上面の中心に配置され、一方の周囲を囲む形で他方が配置されているものが提案されている（特許文献１〜３）。

特開２０１１−６１０７７号公報 特開２０１２−８９６９５号公報 特開２０１１−１３９０３７号公報

これらの種々の電極構造は、それぞれ、発光素子の全面に渡って均一な光が出射されるように、電流密度の均一な分布を図るために提案されたものであるが、これらの電極構造を実際に採用しても、依然として、第２電極と第１電極との間で電流密度の分布に偏りが生じ、順電圧(Ｖｆ)が高くなる、均一な発光を得るのには未だ不十分、発光光率が低下するなどの課題がある。
また、第２電極と第１電極の配置、さらにこれら電極との外部の接続形態によっては、発光素子の上方を、発光を妨げるワイヤが比較的長い距離で覆うことになり、光の取り出し効率を低下させる。さらに、発光素子の上方に配置されるワイヤは、発光素子上のボンディング点から発光素子の外縁に向かって低くなるために、ワイヤが発光素子の外縁と接触し、短絡を招くなどの課題もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、電極間における電流密度の分布に偏りを低減するなどにより、より発光効率の高い発光素子を提供することを目的とする。

本発明は、以下の発明を含む。
第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上の一部の領域に設けられた第１電極と、前記第１導電型半導体層上の他の領域において前記第１電極を囲むように設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に設けられた第２電極と、を備える発光素子であって、
平面視において、
前記第２導電型半導体層の外周の形状は、第１対角線及び第２対角線を含む正方形であり、
前記第１電極は、前記第１対角線上に配置された第１接続部と、前記第１接続部から前記第１対角線上で延伸する第１延伸部と、を有し、
（１）前記第２電極は、前記第１対角線上において前記第１接続部と前記第１延伸部を介して対向するように配置された第２接続部と、前記第２接続部から前記第１対角線の両側に延伸する第１部位及び前記第１部位から前記第１延伸部を挟んで直線状に延伸する第２部位を含む２つの第２延伸部と、を有し、
前記第１接続部は、前記第２接続部に近い側の端部が前記２つの第２延伸部の先端を結ぶ直線よりも前記第２接続部に近い側に配置され、且つ、その中心部が前記第２対角線よりも前記第２接続部から遠い側に配置されているか、あるいは
（２）前記第２電極は、前記第１対角線上において前記第１接続部と対向するように配置された第２接続部と、前記第２接続部から前記第１対角線の両側に延伸する第１部位及び前記第１部位から前記第１延伸部を挟んで、前記第１延伸部に平行に延伸する第２部位を含む２つの第２延伸部と、を有し、
前記第１接続部は、前記第２接続部に近い側の端部が前記２つの第２延伸部の先端を結ぶ直線よりも前記第２接続部に近い側に配置されていることを特徴とする。

本発明の発光素子によれば、より発光光率を向上させることができる。

本発明の実施形態１の発光素子を模式的に示す平面図である。 図１ＡのＡ−Ａ’線における模式的断面図である。 本発明の実施形態１の発光素子の変形例１を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態１の発光素子の変形例２を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態２の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態２の発光素子の変形例を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態３の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態４の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態５の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態６の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態７の発光素子を模式的に示す平面図である。 比較例１の発光素子を模式的に示す平面図である。 比較例２の発光素子を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態２の変形例、実施形態４及び比較例１の発光素子の光出力（Ｐｏ）と順方向電圧（Ｖｆ）とを示すグラフである。 本発明の実施形態３、４、５及び比較例２、３の発光素子の光出力（Ｐｏ）と順方向電圧（Ｖｆ）とを示すグラフである。 本発明の実施形態３の発光素子の電流密度を示す概略平面図である。 本発明の実施形態４の発光素子の電流密度を示す概略平面図である。 本発明の実施形態１の変形例２の発光素子の電流密度を示す概略平面図である。 本発明の発光素子における電力効率と電極縮小面積との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る発光素子を実施するための形態として、図面を参照しながら説明する。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。また、以下の説明において、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する様態としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。さらにまた、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

本発明の発光素子は、主として、第１導電型半導体層と、この第１導電型半導体層上の一部の領域に設けられた第１電極と、第１導電型半導体層上の他の領域において第１電極を囲むように設けられた第２導電型半導体層と、この第２導電型半導体層上に設けられた第２電極とを備える。
第２導電型半導体層の外周の形状は、平面視において、第１対角線及び第２対角線を含む正方形である。ここで正方形とは、一辺が他辺の±５％程度の長さの変動及び／又は四隅の角が９０±１０度程度の角度の変動が許容されることを意味する。また、隅部は角がとれて丸みを帯びていてもよい。

（第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層）
第１導電型半導体層及び第２導電型半導体は、発光素子における発光部となる部材であり、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合、ＰＮ接合などのホモ構造、ヘテロ結合又はダブルヘテロ結合のいずれであってもよい。これら半導体層の間には活性層が含まれており、活性層は、量子効果が生ずる薄膜に形成された単一量子井戸構造、多重量子井戸構造のいずれでもよい。なかでも、第１導電型半導体層と、活性層と、第２導電型半導体層とがこの順に積層されたものが好ましい。なお、第１導電型半導体層を、例えば、ｎ型とすると、第２導電型半導体層は、例えば、ｐ型とするが、これらは逆であってもよい。半導体層の種類、材料は特に限定されるものではなく、例えばＩｎ_XＡｌ_YＧａ_１-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化物半導体材料が好適に用いられる。

第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は、通常、基板上に積層されている。基板上には、第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体層の順に積層されたものが好ましい。基板の材料としては、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）やスピネル（ＭｇＡ１_２Ｏ₄）のような絶縁性基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。

（第１電極及び第２電極）
第１電極は、第１導電型半導体層上の一部の領域に設けられている。平面視において、発光素子の内側に配置されている。そして、第１電極は、第２導電型半導体層に囲まれている。これにより、第１電極の全周で電流を拡散させることができる。第１電極は、例えば、第１導電型半導体層に電流を供給するために、第１導電型半導体層に直接又は間接的に電気的に接続されており、第１対角線上に配置された第１接続部と、第１接続部から第１対角線上で延伸する第１延伸部とを備える。

第２電極は、第２導電型半導体層上であって、平面視において、第１電極の外周の一部を取り囲むように配置されている。第２電極は、例えば、第２導電型半導体層に電流を供給するために、第２導電型半導体層に直接又は間接的に電気的に接続されており、第２接続部と、第２延伸部とを備える。
第２接続部は、第１対角線上において第１接続部と対向するように配置されている。この場合、第１延伸部を介して対向していてもよいし、第１延伸部を介さずに対向していてもよい。
第２延伸部は、後述するように、第２接続部から第１対角線の両側に延伸する第１部位と、この第１部位からそれぞれ延伸する第２部位を含む。
第２導電型半導体層には、その全面により効率的に電流を供給するために、第２電極、つまり、第２接続部及び第２延伸部と第２導電型半導体層との間に、後述するように、この第２導電型半導体層の略全面を被覆する透光性の導電層がさらに配置されていることが好ましい。ここで、略全面とは、第２導電型半導体層の全面積の９０％程度以上の面積を意味する。

第１接続部及び第２接続部は、発光素子に電流を供給するために外部電極又は外部端子等と接続するためのいわゆるパッド電極であり、例えば、導電性のワイヤ等がボンディングされる部位である。第１接続部及び第２接続部は、上述したように、いずれも、半導体層の１つの対角線（以下、第１対角線という）上に配置されている。ここで、対角線上に配置されているとは、接続部の中心が、対角線上に存在することが好ましいが、接続部の一部が対角線に跨るように配置されていることも包含される。第１接続部及び第２接続部は、いずれも、第１対角線に対して対称に配置されていることが好ましい。
また、第１接続部は、第１対角線上において、一方の対角から、半導体層の対角線の１５〜４５％程度の範囲内に配置されることが好ましく、第２接続部は、第１対角線上において、他方の対角から、半導体層の対角線の１０〜３５％程度の範囲内に配置されることが好ましい。

第１接続部及び第２接続部の形状は、発光素子の大きさ、電極の配置等によって適宜調整することができ、例えば、円形、正多角形などの形状とすることができる。なかでも、ワイヤボンディングのしやすさ等を考慮すると、円形状又はこれに近似する形状が好ましい。また、第１接続部及び第２接続部の大きさは、発光素子の大きさ、電極の配置等によって適宜調整することができ、その最長の長さが、半導体層の一辺の長さの５〜３０％程度の長さ、５〜２０％程度の長さ、１０〜２０％程度の長さとすることが好ましい。第１接続部及び第２接続部の形状及び大きさは互いに異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。

第１接続部は、第２接続部に近い側の端部が、２つの第２延伸部の先端を結ぶ直線よりも第２接続部に近い側に配置されていることが好ましい。第１接続部の中心部は、第２対角線上又は第２対角線よりも第２接続部に近い側に配置されていてもよいが、第２対角線よりも第２接続部から遠い側に配置されていることが好ましい。さらに、第１接続部は、第２接続部に近い側の端部が第２対角線よりも第２接続部から遠い側に配置されていることがより好ましい。

第１延伸部及び第２延伸部は、第１接続部及び第２接続部に供給された電流を、半導体層に均一に拡散させるための補助電極である。第１延伸部及び第２延伸部は、いずれも、第１対角線に対して対称に配置されていることが好ましい。
第１延伸部は、第１接続部から第１対角線上で延伸しており、第２接続部に向かって延伸していることが好ましい。また、第１延伸部は、第２接続部に向かう方向と反対側の方向へ延伸していてもよい。なお、本明細書では、第１接続部から延伸する部位を第１延伸部と称するが、その延伸方向を区別するために、第２接続部に向かう方向と反対側の方向へ延伸する延伸部を第１補助延伸部という。第１延伸部は、第１接続部の直径の５０〜３００％程度の範囲の長さとすることが好ましい。第１補助延伸部の長さは、第１接続部の位置によって、第１接続部の直径の１０〜２００％程度の範囲の長さとすることが好ましい。また、第１延伸部は、第２接続部に向かって延伸する部位に加えて、第１補助延伸部をさらに含んでいてもよい。つまり、第１対角線上で、第１接続部から互いに反対方向に延長する２つの延伸部を含んでいてもよい。これにより、電流が不足がちな半導体層の角部にも電流を広げることができる。

第２延伸部は、第２接続部から第１対角線の両側に延伸する第１部位と、この第１部位からそれぞれ延伸する第２部位を含む。
第１部位は、第２接続部から曲線状に延伸することが好ましい。
第２部位は、第１延伸部を挟んで直線状に延伸している。また、第２部位は、第１延伸部に平行に延伸していることが好ましい。

この第２接続部から曲線状に延伸する２つの第１部位は、２つの第１部位をひとつに連結して見たときに、平面視で、例えば、円弧状、椀形状、半円状等の形状を成形する形状であるものが挙げられ、２つの第１部位は、半円状に配置されていることがより好ましい。ここでの、２つの第１部位の先端間の距離又は半円形状の直径は、例えば、第２接続部の半径の２〜１０倍程度、２〜５倍程度、３〜５倍程度であることが好ましく、また別の観点から、半導体層の対角線の長さの１０〜４０％程度、１０〜３５％程度、１５〜３５％程度が好ましい。

第２部位は、第１部位から、第１延伸部と対向するように直線状に及び／又は第１延伸部に平行に、延伸することが好ましい。

第２延伸部は、第１部位からそれぞれ分岐する２つの第２補助延伸部をさらに含んでいてもよい。

第１延伸部及び第２延伸部ならびに第１補助延伸部及び第２補助延伸部の太さは特に限定されるものではなく、例えば、第１接続部及び第２接続部の直径又は最長長さの５〜３０％程度の太さ、５〜２０％程度の太さ、５〜１５％程度の太さとすることが好ましい。第１延伸部及び第２延伸部ならびに第１補助延伸部及び第２補助延伸部の太さは互いに異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。また、部分的に異なっていてもよいが、均一であることが好ましい。

第１延伸部と第２接続部との最短距離は、第１延伸部と第２延伸部の第２部位との最短距離以上の長さであってもよいし、第１延伸部と第２延伸部の第１部位との最短距離は、第１延伸部と第２延伸部の第２部位との最短距離よりも短くてもよい。
第１延伸部の第２接続部に近い先端部と第２接続部までの距離が近いとこれらの間で電流が集中する傾向があるが、第１延伸部と第２延伸部の第２部位との最短距離以上の長さとすることにより、第１延伸部と第２接続部との間だけでなく、第１延伸部と第２延伸部との間にも均一に電流を拡散させることができる。これによって、第２電極（第２延伸部）へ、さらに第２導電型半導体層へ効率的に電流を拡散させることができる。
第１延伸部と２つの第２延伸部とのそれぞれの最短距離が同じであることが好ましい。また、第１延伸部と、直線状に延伸する第２延伸部（第２部位）とが平行に配置されていることが好ましい。

これによって、第２接続部周辺で偏る電流分布を、このような距離の違いによって均一に調整することができる。
なお、本明細書において、第１部位と第２部位との交点は、第２部位に含まれることとする。

第１電極及び第２電極は、通常、半導体層上に配置する第１電極及び第２電極の外縁を矩形で囲んだ面積が、後述する透光性の導電層の面積の６０〜９０％であることが好ましく、７０〜９０％がさらに好ましい。これによって、半導体層の略全面に均一に電流を供給することができる。これに加えて、半導体層上に占める電極（第１電極及び第２電極）の面積を低減させることができるため、これら電極による光の吸収等を低減させ、半導体層からの光取り出し効率の低下を軽減することができる。
特に、第１電極及び第２電極の外縁を囲んだ矩形は、発光素子の重心に向かって縮尺した、発光素子の外形又は第２導電型半導体層の外形と相似又は略相似の形状とすることが好ましい。このような形状によって、より均一な電流の供給を実現することができる。ここでの第１電極及び第２電極の外縁を囲んだ矩形とは、第１電極及び第２電極の最も外側に配置する端部に接し、かつ発光素子又は第２導電型半導体層の外縁に平行な線をそれぞれ描いて囲まれる矩形を意味する。また、略相似とは、±１０％程度の部分的な縮尺率の変動が許容される意味である。

第１電極及び第２電極は、例えば、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｗ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ等の金属又は合金による単層膜又は多層膜を用いることができ、なかでも、Ｔｉ／Ｐｔ／ＡｕやＴｉ／Ｒｈ／Ａｕ等の順番に積層した多層膜を用いることが好ましい。

（導電層）
特に、第２電極（第２接続部及び第２延伸部）と第２導電型半導体層との間に配置する導電層は、第２電極から供給される電流を、第２導電型半導体層の面内全体に均一に流すための部材である。導電層として金属薄膜を用いることもできるが、発光素子の光取り出し面側に配置されるため、透明性を有する導電層、具体的には、導電性酸化物層が好ましい。このような導電性酸化物としては、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｍｇから選択される少なくとも１種を含む酸化物、具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ₃、ＳｎＯ_２、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＧＺＯ（Ｇａｌｌｉｕｍ-ｄｏｐｅｄ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）等が挙げられる。導電性酸化物（特にＩＴＯ）は可視光（可視領域）において高い光透過性を有し（例えば、６０％以上、７０％以上、７５％以上又は８０％以上）、また導電率の比較的高い材料であることから好適に用いることができる。

本発明の発光素子は、通常、パッケージングされて発光装置を構成する。発光装置では、発光素子は基体に実装され、封止部材で封止されている。この場合、発光素子はフェイスアップ又はフェイスダウンのいずれによって実装されていてもよい。

基体は、通常、配線と、絶縁性材料とによって形成されている。配線は、発光素子の電極に電力を供給するために用いられるものである。そのために、この機能を果たすことができる導電材であれば、限定されることなくいかなる材料でも用いることができる。このような材料としては、上述した第１電極等に使用されるものの中から適宜選択することができる。絶縁性材料としては、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス又はこれらの複合材料、あるいはこれら材料と導電材料（例えば、金属、カーボン等）との複合材料等が挙げられる。
なお、配線及び絶縁性材料は、一体として、直方体又は立方体等であってもよいし、発光素子を搭載するいずれかの部位に凹部が形成されていてもよい。

封止部材は、発光素子及びワイヤ等の接続部材等を外部から保護するために使用され、発光素子から光を効率的に取り出すことができる材料であれば、いかなる材料でも用いることができる。例えば、透光性樹脂を用いることができる。
透光性樹脂は、発光層から出射される光の６０％以上を透過するもの、さらに、７０％、８０％又は９０％以上を透過するものが好ましい。このような樹脂は、例えば、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂及びこれらの樹脂を少なくとも１種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂等が挙げられる。なお、このような透光性樹脂の外周に、発光素子から出射された光を特定の方向に配光するために、反射性の部材又は樹脂が配置されていてもよい。

反射性の樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが挙げられる。具体的には、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物；エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物；ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物；ポリフタルアミド（ＰＰＡ）；ポリカーボネート樹脂；ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）；液晶ポリマー（ＬＣＰ）；ＡＢＳ樹脂；フェノール樹脂；アクリル樹脂；ＰＢＴ樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの樹脂によって又はその表面に金属膜等を配置することによって、反射性の部材を形成することができる。
封止部材には、当該分野で公知の光散乱材、無機フィラー等を含有していてもよい。

発光装置の光取り出し面側には、蛍光体層が設けられていることが好ましい。蛍光体層は、例えば、封止部材に蛍光体を含有したものとしてもよい。また、封止部材の表面の一部に蛍光体が含有されてもよい。
蛍光体層に含まれる蛍光体は、当該分野で公知のものを使用することができる。例えば、発光素子として青色発光する窒化ガリウム系発光素子を用いる場合、青色光を吸収して黄色〜緑色系発光するＹＡＧ系、ＬＡＧ系、緑色発光するＳｉＡｌＯＮ系（βサイアロン）、赤色発光するＳＣＡＳＮ、ＣＡＳＮ系の蛍光体の単独又は組み合わせが挙げられる。また、当該分野で公知の光散乱材等を含有していてもよい。
なお、蛍光体層に代えて、上述した透光性樹脂による蛍光体を含有しない封止部材を配置していてもよい。
これら蛍光体層及び／又は封止部材は、それぞれ２種以上を積層させてもよい。

＜実施形態１＞
この実施形態の発光素子１００は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、基板２と、基板２上に設けられる半導体層３と、半導体層３上に形成された第１電極１０と、半導体層３上であって、第１電極１０の外周に配置された第２電極２０とを備える。
半導体層３は、第１導電型半導体層３ａ（例えば、ｎ層）、活性層３ｃ及び第２導電型半導体層３ｂ（例えば、ｐ層）を備えている。
基板２及び半導体層３（特に、第２導電型半導体層３ｂ）は、平面視で略正方形であり、基板２の一辺は、例えば、４６０μｍである。
第１電極１０は、半導体層３のうち、第２導電型半導体層３ｂ及び活性層３ｃの一部が除去されて露出した第１導電型半導体層３ａ上に形成されている。第１電極１０は、これら第２導電型半導体層３ｂ及び活性層３ｃに取り囲まれている。第２電極２０は、第２導電型半導体層３ｂの上に形成されている。なお、第２電極２０と第２導電型半導体層３ｂとの間には、第２導電型半導体層３ｂ上のほぼ全面に形成された透光性の導電層４が配置されている。
これら半導体層３、第１電極１０及び第２電極２０は、後述する第１接続部及び第２接続部の一部以外は、保護膜５によって被覆されている。

第１電極１０は、外部回路（図示しない）と電気的に接続される第１接続部１１と、第１接続部１１から延伸する第１延伸部１２とを有する。第１接続部１１は、第１対角線であるＡ−Ａ’線上に配置されており、例えば、半径が３０μｍ程度の大きさの略円形を有する。第１延伸部１２は、後述する第２接続部２１に向かって延伸している。その幅は、例えば、６μｍ程度であり、長さは、１３０μｍ程度である。
第２電極２０は、外部回路（図示しない）と電気的に接続される第２接続部２１と、第２接続部２１から延伸する２つの第２延伸部２２とを有する。第２接続部２１は、第１対角線であるＡ−Ａ’線上に配置されており、例えば、半径が３０μｍ程度の大きさの略円形を有する。２つの第２延伸部２２は、第２接続部２１からそれぞれ第１対角線に対して線対称に、曲線状に延伸する第１部位２２ｃと第１部位２２ｃから第２接続部２１と反対側（言い換えると、第１接続部１１側）に向かって直線状に延伸する第２部位２２ｄとを有している。ここでの、曲線状に延伸した形状は、例えば、２つの曲線状に延伸した第１部位２２ｃが、略半円形状であり、その半径は、例えば、１１０μｍ程度である。また、直線状に延伸する第２部位２２ｄは、第１対角線に平行であり、その長さは、１７０μｍ程度である。

第１接続部１１は、第２接続部２１に近い端部１１ａが、第２延伸部２２の第２部位２２ｄの２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線Ｃ−Ｃ’線よりも第２接続部２１に近い側に配置されている。本明細書において、第１接続部１１の端部とは外縁のことであり、第１接続部１１と第１延伸部とが接続された部分においては、第１接続部１１の外縁（例えば、円形の外縁）を仮定する。第２接続部２１に近い端部１１ａとは、第１接続部１１の仮定の円形の外縁と第１対角線との交点をいう。また、第１接続部１１の中心部が第１対角線Ａ−Ａ’線に直交する半導体層３の第２対角線Ｂ−Ｂ’線よりも第２接続部２１から遠い側に配置されている。つまり、第１接続部１１は、第２延伸部２２の２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線Ｃ−Ｃ’線を跨いで配置されている。また、第１接続部１１は、第１接続部１１の外縁と第２延伸部との最短距離が、第１接続部１１の外縁と半導体層３の外縁との最短距離よりも短い。

第１電極１０及び第２電極２０は、半導体層３の中心部を中心とした７０％程度の縮尺領域内に配置されている。言い換えると、第１電極１０及び第２電極２０の最も外側に配置する端部に接し、かつ半導体層３の外縁に平行な線を４本描いた場合、その４本の線によって囲まれる平面積が、導電層の平面積の７０％の面積縮小率である。

第１延伸部１２は、第１延伸部１２から直線状に延伸する第２延伸部２２の第２部位２２ｄまでの最短距離がいずれも同一となる位置に配置されている。言い換えると、図１Ａの矢印Ｘ及びＺで表される第１延伸部１２から第２延伸部２２の第２部位２２ｄまでの最短距離のいずれもが、略同一長さである。また、第１対角線Ａ−Ａ’線上において、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２接続部２１までの距離Ｙ、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２延伸部２２の曲線状に延伸する２つの第１部位２２ｃまでのそれぞれの距離も、略同一長さである。具体的には、Ｘ＝Ｚ＝Ｙ＝１０７μｍである。

＜実施形態１の変形例１＞
また、図１Ｃに示すように、発光素子１０１は、基板２と、基板２上に設けられる半導体層３と、半導体層３上に形成された第１電極１０と、半導体層３上であって、第１電極１０の外周に配置された第２電極２０とを備える点で、発光素子１００と実質的に同様の構造を有する。
そして、第１接続部１１の全体が、第２延伸部２２の第２部位２２ｄの２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線Ｃ−Ｃ’線よりも第２接続部２１に近い側に配置されている。これにより、第１接続部１１と第２接続部２１との距離が短くなるため、第１接続部１１と第２接続部２１との間の抵抗を下げることができる。

＜実施形態１の変形例２＞
図１Ｄに示すように、発光素子１０２は、基板２と、基板２上に設けられる半導体層３と、半導体層３上に形成された第１電極１０ａと、半導体層３上であって、第１電極１０ａの外周に配置された第２電極２０とを備える点で、発光素子１００と実質的に同様の構造を有する。

第１電極１０ａは、第１接続部１１と、第１接続部１１から延伸する第１補助延伸部１２ａとを有する。
第１接続部１１は、第２対角線上に配置しており、その中心部が第２対角線と重なっている。従って、第１接続部１１は、第２接続部２１に近い側の端部が、第２部位２２ｄの２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線よりも第２接続部に近い側に配置されている。さらに、第２対角線よりも、第２接続部に近い側に配置されている。
第１補助延伸部１２ａは、第２接続部２１と反対側に向かって延伸している。つまり、第１接続部１１は、第２接続部２１と第１対角線上で対向する。第１補助延伸部１２ａは、その端部１１ｂが、第２延伸部２２の第２部位２２ｄの２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線よりも第２接続部２１に遠い側に配置されている。言い換えると、第１補助延伸部１２ａは、第２延伸部２２の２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線線を跨いで配置されている。第１補助延伸部１２ａの長さは、発光素子１００の第１延伸部１２と略同程度である。

第２電極２０は、第２接続部２１と、第２接続部２１から延伸する２つの第２延伸部２２とを有する。２つの第２延伸部２２は、第２接続部２１からそれぞれ曲線状に延伸する第１部位２２ｃと、第１部位２２ｃから第２接続部２１と反対側に向かって、第１補助延伸部１２ａに平行に延伸する第２部位２２ｄとを有している。

＜実施形態２＞
この実施形態の発光素子２００は、図２Ａに示すように、第２電極２３における２つの第２延伸部２５の形状が異なる以外、実質的に実施形態１の発光素子１００と同様の構成を有する。
この発光素子２００では、平面視において、２つの第２延伸部２５の第１部位２５ｃが、その中ほどで円弧形状よりも若干半導体層３の内側に凹んだ形状に配置されている。この凹みの程度は、半円よりも凹み、かつ、第１部位２５ｃの２つの端部と第２接続部とで構成される二等辺三角形の辺よりも外側に膨らんだ形状とすることが好ましい。

第１延伸部１２は、第１延伸部１２から第２延伸部２５の第２部位２５ｄまでの最短距離がいずれも同一となる位置に配置されている。言い換えると、図２の矢印Ｘ１及びＺ１で表される第１延伸部１２から第２延伸部２５の第２部位２５ｄまでの最短距離のいずれもが、同一長さである。
一方、第１対角線Ａ−Ａ’線上において、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２接続部２４までの距離（矢印Ｙ１）に対して、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２延伸部２５の第１部位２５ｃまでの距離（Ｐ１、Ｑ１）は短い。この短い程度は、例えば、矢印Ｙ１で表される距離の１〜１０％程度とすることができる。具体的には、Ｘ１＝Ｚ１＝１０７μｍ、Ｙ１＝１１０μｍ、Ｐ１＝Ｑ１＝１００μｍである。

＜実施形態２の変形例＞
また、図２Ｂに示すように、第２電極２３における２つの第２延伸部２５の形状を発光素子２００と同様の形状とし、第１電極３０における第１接続部３１の位置が、発光素子１００に比べて、第１対角線Ａ−Ａ’線に沿って、発光素子の内側にシフトしており、第１接続部３１から、第１対角線上で、第２接続部２４に向かって延伸する第１延伸部３２に加えて、第２接続部２４と反対側に向かって延伸する第１補助延伸部３３を有する以外、実質的に実施形態２の発光素子２００と同様の構成を有する発光素子２１０としてもよい。
第１補助延伸部３３は、直線状に延伸する第２延伸部２５の２つの先端部２５ａ、２５ｂを結ぶ直線Ｄ−Ｄ’線上又はＤ−Ｄ’線よりも外側（第１延伸部３２と逆方向）に配置されることが好ましい。これにより、半導体層の角部にも効果的に電流を広げることができる。
この発光素子２１０においても、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２接続部２４までの距離（矢印Ｙ１）に対して、第１延伸部１２の先端部からこの先端部に対向する第２延伸部２５の第１部位までの距離（Ｐ１、Ｑ１）が短い点は、発光素子２００と同様である。

＜実施形態３＞
この実施形態の発光素子３００は、図３に示すように、第１電極４０における第１接続部４１から、第１対角線上で、第２接続部２１に向かって延伸する第１延伸部４２に加えて、第２接続部２１と反対側に向かって延伸する第１補助延伸部４３を有する以外、実質的に実施形態１の発光素子１００と同様の構成を有する。第１補助延伸部４３の長さは、１５μｍ程度である。これにより、第１接続部付近の発光素子の隅部へ電流を拡散させることができる。
この発光素子３００においても、発光素子１００におけるＸ、Ｚ、Ｙに対応する長さは、発光素子１００と同様である。

＜実施形態４＞
この実施形態の発光素子４００は、図４に示すように、第１電極３０における第１接続部３１の位置が、発光素子１００に比べて、第１対角線Ａ−Ａ’線に沿って、発光素子の内側にシフトしており、また、第１接続部３１から、第１対角線上で、第２接続部２１に向かって延伸する第１延伸部３２に加えて、第２接続部２１と反対側に向かって延伸する第１補助延伸部３３を有する以外、実質的に実施形態１の発光素子１００と同様の構成を有する。
この発光素子４００では、第１接続部のシフト長さが、第１接続部の直径に対して６３％程度であり、第１補助延伸部３３の長さは、５０μｍ程度である。
この発光素子４００においても、発光素子１００におけるＸ、Ｚ、Ｙに対応する長さは、発光素子１００と同様である。

＜実施形態５＞
この実施形態の発光素子５００は、図５に示すように、第１電極５０における第１接続部５１の位置が、発光素子１００に比べて、第１対角線Ａ−Ａ’線に沿って、発光素子の内側にシフトしており、また、第１接続部５１から、第１対角線上で、第２接続部２１に向かって延伸する第１延伸部５２に加えて、第２接続部２１と反対側に向かって延伸する第１補助延伸部５３を有する以外、実質的に実施形態１の発光素子１００と同様の構成を有する。
この発光素子５００では、第１接続部のシフト長さが、第１接続部の直径に対して９７％程度であり、第１補助延伸部５３の長さは、７５μｍ程度である。
この発光素子５００においても、発光素子１００におけるＸ、Ｚ、Ｙに対応する長さは、発光素子１００と同様である。

＜実施形態６＞
この実施形態の発光素子６００は、図６に示すように、第２電極６０における第２延伸部６２が、第２接続部６１から曲線状に延伸した部位からそれぞれ分岐する２つの第２補助延伸部６３を有する以外、実質的に実施形態４の発光素子４００と同様の構成を有する。
この発光素子６００では、半導体層の一辺に平行な線を、曲線状に延伸した部位に対する接線とした場合、この接線に沿って分岐部である第２補助延伸部６３が延伸する。また、その長さは、半導体層の一辺の長さの２５％程度の長さに相当する。具体的には、１１０μｍ程度である。

＜実施形態７＞
この実施形態の発光素子７００は、図７に示すように、第２電極７０における第２延伸部７２の第２接続部７１から曲線状に延伸した部位からそれぞれ分岐する分岐部である第２補助延伸部７３の長さが、実施形態６の発光素子６００の第２補助延伸部６３の長さの半分程度である以外、実質的に実施形態６の発光素子６００と同様の構成を有する。

＜発光素子の評価＞
上述した実施形態１〜７の発光素子を以下のように評価した。
なお、電極の配置が以下のように異なる以外、実施形態１〜７と実質的に同様の構成の発光素子を比較例として準備した。

比較例１
図８Ａに示したように、この発光素子８００Ａでは、第２電極８０において、第２接続部８１から延伸する第２延伸部８２が直線部分を有さない円弧状とした。第１電極３０は、発光素子４００の第１電極と同様である。

比較例２
図８Ｂに示したように、この発光素子８００Ｂでは、第１電極９０において、第１延伸部９２が延伸する第１接続部９１の第２接続部２１に近い端部が、直線状に延伸する第２延伸部２２の２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線Ｃ−Ｃ’線に接触する位置に配置されている。第２電極２０は、発光素子１００の第２電極と同様である。

（光出力及び順方向電圧（Ｖｆ）の評価）
発光素子４００、発光素子２１０及び発光素子８００Ａについて、電流１２０ｍＡで、光出力及びＶｆを測定した。
その結果を図９Ａに示す。
この結果から、本実施形態の発光素子４００及び２１０は、比較例の発光素子８００Ａに比較して、非常に明るいことが確認された。これは、第１電極及び第２電極の長さ（面積）を極力抑えることにより、電極によって遮られる光出力の低減を抑えたことに起因する。特に、発光素子２１０はＰ１、Ｑ１の距離がＸ１、Ｚ１よりも短く、したがって発光素子４００よりも第２延伸部の全長が短くなるため、発光素子４００よりも光出力が高かった。これによって、第１電極と第２電極との間に電流が過度に流れるような配置ではなく、第２延伸部と第１電極との距離の関係を考慮することが電流密度の半導体層全面における均一化を図ることになり、加えて出力が向上する傾向があることが確認された。

（電力効率の評価）
発光素子３００、４００、５００、８００Ｂ、１０２について、電流１２０ｍＡで、光出力、Ｖｆ及び電力効率を測定した。その結果を図９Ｂ及び表１に示す。なお、これら発光素子３００、４００、５００、８００Ｂ、１０２は、第１電極（第１接続部と第１延伸部）の面積が同一であり、第１接続部の位置のみを移動させたものである。
電力効率は、｛光出力／（電流×電圧）｝×１００［％］、電力効率差は、（基準／対象）×１００−１００［％］で算出した。光出力の単位はｍＷ、電流の単位はｍＡ、電圧の単位はＶである。

表１に示したように、発光素子８００Ｂを基準として評価したところ、本実施形態の発光素子１０２において、０．６６％の差が得られた。さらに本実施形態の発光素子３００、４００、５００は、それぞれ０．７７、０．７８及び０．７２の差と良好な結果を示した。
また、第１接続部と第２接続部との距離が近づくとＶｆが低下した。これにより、第１接続部の配置（第１接続部と第２接続部との距離）がＶｆに影響していることが確認された。

（電流密度のシミュレーション）
発光素子３００、４００及び発光素子１０２について、電流密度の分布を、有限要素法を用いたシミュレーションソフトにより解析した。その結果を図１０Ａから図１０Ｃにそれぞれ示す。図１０Ａから図１０Ｃにおいて、濃淡が濃い程に電流密度が低いことを示す。また、図１０Ａから図１０Ｃに、第２部位２２ｄの２つの先端部２２ａ、２２ｂを結ぶ直線Ｃ−Ｃ’線及び第２対角線（Ｆ−Ｆ’）を参考のために示す。
発光素子１０２では、特に、第１対角線上の第１接続部側の隅部においては、濃淡が濃く、電流密度が低い部分が比較的大面積で現れていたが、第２対角線を構成する対角部分においては、第１対角線上の第１接続部側の隅部よりも緩和されていることが確認された。電流密度分布については、部分的な電流集中を発生させる傾向があるが、図９に示されるＶｆ値の低減とのバランスによって、光出力の向上が期待できる。
一方、発光素子３００、４００では、発光素子の隅部の暗い部分の発生がより防止され、電極間においても電流密度の集中が見られず、均一な電流密度分布が認められた。これによって、半導体層の全面において効率的に光出力を向上させ、明るい発光素子を得ることができる。

（電極面積による電力効率）
上述した実施形態及び比較例の発光素子について、第１電極及び第２電極の最も外側に配置される外縁を矩形で囲んだ平面積を、導電層の面積に対して、発光素子の中心を中心として縮小した場合の電力効率を測定した。電力効率の測定は、上記と同様に行った。
その結果を図１１に示す。
この結果から、電極面積縮小率が７０〜９０％程度で非常に良好な電力効率が得られることが確認された。また、面積縮小によって、半導体層上に占める電極（第１電極及び第２電極）の面積を低減させることができるため、電力効率と半導体層からの光取り出し効率との調整が可能となることが確認された。

（パッケージング後の光束の評価）
凹部を有するセラミック製パッケージ（縦×横×高さ＝３．５ｍｍ×３．５ｍｍ×０．８ｍｍ）に、発光素子４００（実施形態４）と発光素子８００Ａ（比較例１）をそれぞれ実装し、ＹＡＧを含むシリコーン樹脂で発光素子を封止して発光装置を作製した。
これらの発光装置について、電流１２０ｍＡで光出力を測定した。
その結果、発光素子４００を実装した発光装置は、比較例１の発光素子８００Ａを実装したものよりも０．５％出力が向上することが確認された。
発光素子４００では、電力効率が良好な第１電極及び第２電極の配置を実現しており、それに伴って、発光素子全体に占める延伸部の面積が縮小したことが一因であると考えられる。

本発明の発光素子は、各種発光装置、特に、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ、動画照明補助光源、その他の一般的な民生品用光源等に好適に利用することができる。

１００、１０１、１０２、２００、２１０、３００、４００、５００、６００、７００、８００Ａ、８００Ｂ 発光素子
２ 基板
３ 半導体層
３ａ 第１導電型半導体層
３ｂ 第２導電型半導体層
３ｃ 活性層
４ 導電層
５ 保護膜
１０、１０ａ、３０、４０、５０、９０ 第１電極
１１、３１、４１、５１、９１ 第１接続部
１１ａ、１１ｂ 端部
１２、３２、４２、５２、９２ 第１延伸部
２０、２３、６０、７０ 第２電極
２１、２４ 第２接続部
２２、２５、６２、７２ 第２延伸部
２２ａ、２２ｂ、２５ａ、２５ｂ 先端部
２２ｃ、２５ｃ 第１部位
２２ｄ、２５ｄ 第２部位
１２ａ、３３、４３、５３ 第１補助延伸部
６３、７３ 第２補助延伸部

Claims (11)

1. 第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上の一部の領域に設けられた第１電極と、前記第１導電型半導体層上の他の領域において前記第１電極を囲むように設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に設けられた第２電極と、を備える発光素子であって、
   平面視において、
   前記第２導電型半導体層の外周の形状は、第１対角線及び第２対角線を含む正方形であり、
   前記第１電極は、前記第１対角線上に配置された第１接続部と、前記第１接続部から前記第１対角線上で延伸する第１延伸部と、を有し、
   前記第２電極は、前記第１対角線上において前記第１接続部と前記第１延伸部を介して対向するように配置された第２接続部と、前記第２接続部から前記第１対角線の両側に延伸する第１部位及び前記第１部位から前記第１延伸部を挟んで直線状に延伸する第２部位を含む２つの第２延伸部と、を有し、
   前記第１接続部は、前記第２接続部に近い側の端部が前記２つの第２延伸部の先端を結ぶ直線よりも前記第２接続部に近い側に配置され、且つ、その中心部が前記第２対角線よりも前記第２接続部から遠い側に配置されていることを特徴とする発光素子。
2. 第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上の一部の領域に設けられた第１電極と、前記第１導電型半導体層上の他の領域において前記第１電極を囲むように設けられた第２導電型半導体層と、前記第２導電型半導体層上に設けられた第２電極と、を備える発光素子であって、
   平面視において、
   前記第２導電型半導体層の外周の形状は、第１対角線及び第２対角線を含む正方形であり、
   前記第１電極は、前記第１対角線上に配置された第１接続部と、前記第１接続部から前記第１対角線上で延伸する第１延伸部と、を有し、
   前記第２電極は、前記第１対角線上において前記第１接続部と対向するように配置された第２接続部と、前記第２接続部から前記第１対角線の両側に延伸する第１部位及び前記第１部位から前記第１延伸部を挟んで、前記第１延伸部に平行に延伸する第２部位を含む２つの第２延伸部と、を有し、
   前記第１接続部は、前記第２接続部に近い側の端部が前記２つの第２延伸部の先端を結ぶ直線よりも前記第２接続部に近い側に配置されていることを特徴とする発光素子。
3. 前記第２電極の２つの第２延伸部は、それぞれ、前記第２接続部から曲線状に延伸する第１部位と該第１部位から前記第１延伸部と対向するように直線状に延伸する第２部位を含み、
   前記第１延伸部と前記第２接続部との最短距離は、前記第１延伸部と前記第２延伸部の第２部位との最短距離以上の長さである請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記第１延伸部と前記２つの第２延伸部とのそれぞれの最短距離が同じである請求項１に記載の発光素子。
5. 前記第２接続部の２つの第１部位が、半円状に配置されている請求項３に記載の発光素子。
6. 前記第２電極の２つの第２延伸部は、それぞれ、前記第２接続部から曲線状に延伸する第１部位と該第１部位から前記第１延伸部と対向するように直線状に延伸する第２部位とを含み、
   前記第１延伸部と前記第１部位との最短距離は、前記第１延伸部と前記第２延伸部の第２部位との最短距離よりも短い請求項１から４のいずれか１つに記載の発光素子。
7. 前記第１電極は、さらに、前記第１接続部から第１対角線上で、前記第２接続部と反対側に向かって延伸する第１補助延伸部を有する請求項１から６のいずれか１つに記載の発光素子。
8. 前記第１接続部は、前記第２接続部に近い側の端部が前記第２対角線よりも前記第２接続部から遠い側に配置されている請求項１から７のいずれか１つに記載の発光素子。
9. 前記第２延伸部は、第１部位からそれぞれ分岐する２つの第２補助延伸部を有する請求項１から８のいずれか１つに記載の発光素子。
10. 前記第２電極と前記第２導電型半導体層との間に透光性の導電層を有しており、
    前記第１電極及び前記第２電極の外縁を矩形で囲んだ面積が、前記導電層の面積の６０〜９０％である請求項１から９のいずれか１つに記載の発光素子。
11. 前記第１接続部の中心部は、前記第２対角線上にある請求項２に記載の発光素子。

Images