JP2007311764A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光反射率でエレクトロマイグレーションの大きい材料、特にＡｌを電極に用いる課題に対し、それを改善し得る優れた発光素子が得られるものである。
【解決手段】第１及び第２導電型半導体層１１，１３上にそれぞれ第１及び第２電極２０，３０を同一面側に配置された半導体発光素子であって、前記電極形成面内において、前記第１電極は、第１基点部２３と該第１基点部から延びる第１延伸部２４とを備え、前記第１延伸部の延伸方向側に、第２電極３０の互いに分離された複数の外部接続部３１が、該延伸方向に並置されている
【選択図】 図２Ａ

Description

本発明は、半導体発光素子に関し、より詳細には、一対の電極が、半導体発光素子の同一面側に形成される半導体発光素子に係り、特に電極形成面側を実装側とするフェイスダウン構造の半導体発光素子に関する。

従来から、半導体層の積層構造体からなる発光素子において、大面積化を実現するために、種々の研究開発が行われている。
例えば、サファイア基板などの絶縁性基板上に窒化物半導体層を積層した素子１では、このｐ型半導体層４及び活性層の一部が深さに除去されてｎ型半導体層５が露出しており、これらの半導体層表面、つまり窒化物半導体層の同一面側に、ｎ電極２及びｐ電極３の一対の電極が設けられる。これらのｎ電極２及びｐ電極３は、それぞれ、台座部２ｄ、３ｄと、そこから延伸させた延伸部２ｅ、３ｅと、によって構成されており、電流を所定の領域に過度に集中させず、広い領域に拡散させることを意図している（例えば、特許文献１〜５参照）。

特開２００１−３４５４８０号公報 特開２０００−１６４９３０号公報 特開２００４―０５６１０９号公報 特開２００２−３１９７０５号公報 特開２００５−０１９６４６号公報

図１Ａに示す電極構造では、ｎ電極が、パッド部からそれよりも細い延伸電極部が設けられ、その延伸部に並設して、ｐ電極側の外部接続部が略平行に配列されている。この時、ｎ電極（延伸部）にエレクトロマイグレーションし易い、例えばＡｌなどが用いられる。この時、大電流注入などにより高出力動作させると、図１Ｂに示すようにマイグレーション集中部が形成され、それ以外の領域で、電極構成部材が一部若しくは全部消失し、断線、電極剥がれなどが発生する。また、幅広のパッド部から延伸部で狭窄路となり、該領域で電極一部が変質したり、損壊したり、する。
本発明は、上記事情に鑑み、高い光反射率でエレクトロマイグレーションの大きい材料、特にＡｌを電極に用いる課題に対し、それを改善し得る優れた発光素子が得られるものである。

本発明の発光素子は、以下の構成がある。
第１の態様に係る発明は、
（１）第１及び第２導電型半導体層１１，１２上にそれぞれ第１及び第２電極２０，３０を同一面側に配置された半導体発光素子１００であって、前記電極形成面内において、前記第１電極２０は、第１基点部２３と該第１基点部から延びる第１延伸部２４とを備え、前記第１延伸部の延伸方向側に、第２電極３０の互いに分離された複数の外部接続部３１が、該延伸方向に並置されている。
上記態様に係る他の態様は、（ａ）前記複数の外部接続部３１が、前記第１延伸部の延伸方向に互いに対向する第１電極２０の第１基点部２３及び／又は第１延伸部２４の間に設けられている。（ｂ）前記第２電極３０の外部接続部３１の一つの少なくとも一部が、前記延伸方向において、前記延伸部２４に重なり合う。
本発明の第２の態様に係る発明は、
（２）第１及び第２導電型半導体層１１，１２上にそれぞれ第１及び第２電極を同一面側に配置された半導体発光素子１００であって、前記電極形成面内において、前記第１電極２０は、第１基点部２３と該第１基点部から延びる第１延伸部２４とを備えた複数の電極を有し、該電極若しくは基点部間領域に、該電極若しくは基点部間を横架するように並設された複数の第２電極３０の外部接続部３１を有し、前記延伸部２４の延伸方向に、第２電極３０の互いに分離された複数の外部接続部３１が並置され、前記電極領域の複数の第２電極の外部接続部３１が、両端部の外部接続部３１ａ，ｃと、その間に設けられた中間外部接続部３１ｂと、を有すると共に、該中間外部接続部３１ｂが、前記延伸部２４の延伸側端部間の領域に設けられ、両端部の外部接続部３１ａ，ｃの少なくとも一方においてその一部が前記延伸部２４に重なり合うように設けられている。
第３の態様に係る発明は、
（３）第１及び第２導電型半導体層１１，１２上にそれぞれ第１及び第２電極２０，３０を同一面側に配置された半導体発光素子１００であって、前記電極形成面内において、前記第１電極２０は、複数の電極に分離され、該電極間領域に、該電極間を横架するように並設された複数の第２電極３０の外部接続部３１を有し、前記延伸部２４の延伸方向に、第２電極３０の互いに分離された複数の外部接続部３１が並置されると共に、前記外部接続部が、短周期若しくは短距離内で配置された群領域３２を形成し、該群領域内の外部接続部の配列方向に、該群領域内の外部接続部間距離より長距離で各群領域が配置され、若しくは、各群領域が長周期構造として配置され、前記群領域３２間に、第１電極２０若しくは第１電極の少なくとも一部が介設されている。
以上の各態様において、その他の態様として、
（ａ）前記第２電極３０の第１延伸部２４と重なり合う外部接続部３１とは異なる外部接続部が、前記延伸方向において、前記延伸部２４の延伸側端部より離間されて配置されている、
（ｂ）前記第１電極が、前記第１導電型半導体層との接触側に第１層、その上に第２層を有し、第１層にＡｌ合金を有する、
（ｄ）前記Ａｌ合金が、ＡｌにＣｕ、又はＳｉ及びＣｕを含有する、
（ｅ）前記第１電極の基点部２３が外部接続部２５であり、前記延伸部２４より幅広である、
（ｆ）前記延伸方向と異なる方向において、前記第１電極が複数設けられ、該基点部間の領域から離間して前記第２電極３０の外部接続部３４を有する、
（ｇ）前記第２電極３０の外部接続部３１の配列方向と、前記延伸部２４の延伸方向が略平行であり、互いに離間して並設されている、
（ｈ）前記第２電極３０が、前記第２導電型半導体層１２側の第１層と、その上の第２層と、を少なくとも有し、前記第１層が第２層より前記発光素子の光の反射率が高く、前記第２電極の外部接続部３１が、前記第２電極の第２層上に設けられている、
などがある。
本発明の第４の態様に係る発明は、
（４）第１及び第２導電型半導体層１１，１２上にそれぞれ第１及び第２電極２０，３０を同一面側に配置された半導体発光素子１００であって、前記電極形成面内において、前記第１電極は、第１基点部と該第１基点部から延びる第１延伸部とを備え、該基点部が延伸部より幅広であり、該幅方向に複数の該第１電極が設けられ、前記延伸部の延伸方向に、第２電極の互いに分離された複数の外部接続部が並置され、 前記幅方向において、前記第２電極の外部接続部が、第１電極の基点部間領域から離間し、該外部接続部の一部が前記延伸部間領域に設けられると共に、該外部接続部間が該延伸部間領域から離間して設けられている。
上記態様に係るその他の態様は、
（ａ）前記外部接続部は、互いに略等間隔に配列方向に配列されている、
（ｂ）前記第２電極の外部接続部の配列方向、及び／又は、第１電極対向方向、とは異なる方向に、第１，２電極が配置されている、
（ｃ）前記第１電極の対向方向と略同一方向を前記延伸部の延伸方向とする、
などがある。

発光素子の光に対し、高い反射率の電極材料を用いて、その材料によるマイグレーションを防止でき、信頼性に優れ、光反射率、光取り出し効率、ひいては光出力に優れた発光素子が得られる。特に、大面積、大電流駆動の発光素子において、優れた発光特性、素子信頼性の発光素子が得られる。また、エレクトロマイグレーションの小さい材料であっても、電流集中等による変質、焼き付きなどがあり、それを改善し得る発光素子が得られる。
また、第２電極の反射電極に高反射率のＡｇを用いる場合にも、本発明の構造により、そのマイグレーションをも好適に抑制できる。これは、図１などに示すように、１つの発光構造部１２２及びそれに設けられた１つの第２電極と、それに対して、複数の、特に３つ以上の、第１電極が設けられる構造の素子、更にはその構造が複数設けられる素子で、第２電極内でその外部接続部から複数の第１電極に好適な電流広がりを実現できる。

以下に、本発明の半導体発光素子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
本発明で用いられる半導体発光素子１００は、図２Ｂに示すように、通常、基板１０上に、第１導電型半導体層１１、発光層１２及び第２導電型半導体層１３がこの順に積層されており、第２導電型半導体層１３上に第２電極３０が形成されている。また、この半導体発光素子では、第２導電型半導体層１３は、１つの半導体発光素子の一部の領域において、第２導電型半導体層１３及び発光層１２、任意に第１導電型半導体層１１の深さ方向の一部が除去されて、表面が露出しており、この露出表面上、その一部領域に第１電極２０が形成された電極形成部１２２が設けられ、残し領域に発光構造部１２１が設けられている。従って、第１電極２０及び第２電極３０は、半導体層の同一面側に配置されて構成されている。また、図２に示すように、第１電極２０は、第２電極３０に対向して、言い換えると、第１電極間に第２電極が配置されている。

第１電極は、第１基点部２３と、基点から延設された少なくとも１つの第１延伸部２４とから構成されている。例えば、図２に示すように、第１電極２０は、一部が外部接続部２５となる第１基点部２３と第１延伸部２４とを備えている。このような構成により、第１導電型半導体層１１を広く、主に延伸方向に、電流拡散して、素子内部に広がって電流が注入される。この時、第１導電型層１１は電流拡散導体としても機能し、互いに分離された各第１電極２０、その配列領域２３Ａ−１及び２３Ａ−２間の領域で電流拡散を担う。また、第２電極３０の外部接続部３１は、第２導電型層上のほぼ全面に設けられた第２電極３０を覆う絶縁膜４０の開口部として設けられている。また、第２電極３０の外部接続部３１ａ〜ｃは、並んで設けられ、その配列方向（図２Ａ中の横向き矢印方向）に一次元配列された外部接続部３１ａ〜ｃ、その群３２が、その配列方向に略垂直な方向（図２Ａ中の縦向き矢印方向）に、該列状の外部接続部３１ａ〜ｃ、その群３２が配置された二次元配列構造となっている。この外部接続部の一次配列方向は、二次配列方向とは異なり、（二次方向に比較して）互いに近距離で、第１電極若しくは第１導電型半導体層を跨がず、挟まずに配置される。この時、一次元配列方向は、第１電極２０の延伸部２４の延伸方向と略平行となる。他方、第１電極は、同様に、互いに近距離に配される方向、一次配列方向は、第２電極外部接続部の二次配列方向に略平行となり、その一次配列方向に略垂直に延伸部の延伸方向をとり、この延伸方向にその一次配列第１電極が、二次配列された二次元配列構造となっている。その二次配列方向の第１電極間で、第１電極が互いに対向し、各延伸部が対向方向、その電極間で内向き、に延伸している。なお、基点部、延伸部は、１つでもよいし、２以上形成されていてもよい。

前述したように、後述の比較例１及び図１（図１Ｂ）に示すように、一次配列の外部接続部２５（第２電極）において、中間に配置された外部接続部２４、若しくはその近傍、例えば隣接する外部接続部との間及び隣接外部接続部における中間外部接続部側の領域、の方が、両端側など、端部側に配置された外部接続部に比して、第２導電型側（第２電極内）において電流が集中する傾向が観られる。この電流集中及び延伸部のように細長い形状の電極が、その外部接続部に並設されることで、エレクトロマイグレーションを引き起こす。実施の形態１のように、この第２導電型側電流集中部から離間して、第１電極２０を設けること、配列領域２３Ａ，２４Ａとすることで、第１電極のＡｌのマイグレーション、第１電極の変質、焼き付きなどが無く、高信頼性の発光素子とできる。

（実施例１）
図２に示すように、基板１０上に、窒化物半導体の下地層（図示せず）、ＧａＮ、を介して、ｎ型窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ型窒化物半導体層１３をこの順に積層（半導体構造１０１）し、ｎ電極（第１電極）を形成する領域として、一部をエッチングにより除去してｎ型層を露出させる。ｐ型層上にｐ電極、Ｎｉ／Ａｇ、ｎ型層上にｎ電極、Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕのＡｌ合金の第１層の上に、第２層としてＷ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に積層する。図２に示す、１ｍｍ角の発光素子チップを得る。

（比較例）
図１に示すように、実施例１において、延伸部２４を基点部２３間で架橋するように形成する。

（電極構造）
図２の実施例１の電極構造を例に挙げて説明し、本発明の電極構造を説明する。
上記の通り、ｐ電極３０とｎ電極に各々反射電極を形成しており、ｐ電極３０の詳細は図２Ｂ中の囲み円の部分拡大図に示すとおり、Ｎｉ／Ａｇ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ（０．６ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ／１００ｎｍ）をこの順に積層した層状の第１層３０ａと、それを覆う膜状のＡｕ（５００ｎｍ）からなる第２層３０ｂと、更に第２層を覆う膜状で、Ａｕ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ（１００ｎｍ／４００ｎｍ／１００ｎｍ／６００ｎｍ）をこの順位積層した第３層３０ｃと、の三層構造で形成している。他方、ｎ電極は、第１層のＡｌ合金（５００ｎｍ）の上に、第２層のＷ／Ｐｔ／Ａｕ（２００ｎｍ／１００ｎｍ／５００ｎｍ）をこの順に積層した構造を形成している。このように、ｐ，ｎ電極の反射電極構造、その第１層（最下層部）としており、第１層若しくはその最下層部、具体的にはｎ電極の第１層のＡｌ合金とｐ電極の第１層の最下層部のＮｉ／Ａｇ、でオーミック接触と光反射機能を供している。このように、半導体層側の最下層部では、光反射膜として、可視光域及び近紫外域において、Ａｇ，Ａｌ，Ｒｈ、及びその合金が高い反射率のため、好適に用いられる。この実施例１のように、発光構造部１２１に設けられる電極と、電極形成部１２２などの非発光部に設けられる電極を、更には大面積の電極と小面積の電極を、それぞれＡｇ合金、Ａｌ合金として、高反射膜、低反射膜で形成することが、主発光部の発光構造部を好適に反射でき好ましい。この例（発光波長４５０ｎｍ）では、ｐ電極の第１層の最下層部Ｎｉ−Ａｇの反射率は約９２％、ｎ電極の第１層のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金の反射率は約８１％となる。

非発光部に設けられる電極、例えば上記ｎ電極、について、上述したＡｌマイグレーションとその材料との関係について、以下説明する。
比較例１における素子のｎ電極を種々の材料、構造とした下記各実施例及び比較例２を用意する。
（比較例２）上記実施例１のｎ電極の第１層を省略して、第２層からなるｎ電極として、その他は比較例１の素子と同様の素子を作製する。
（実施例２〜６）上記実施例１のｎ電極の第１層（Ａｌと２ｗｔ％のＣｕと１ｗｔ％のＳｉ）を、［実施例２］Ａｌと１ｗｔ％のＣｕ、［実施例３］Ａｌと２ｗｔ％のＣｕ、［実施例４］Ａｌと３ｗｔ％のＣｕ、の計３種類のＡｌ−Ｃｕ合金と、上記実施例１と同じＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ［実施例５］、その膜厚２００ｎｍのもの［実施例６］の計２種類のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金と、してその他は比較例１の素子と同様の素子を作製する。

実施例４，５は、比較例２に比して光出力が、実施例４で約１１４％、実施例５で約１１０％、と約１０〜１５％向上する傾向にあり、Ａｌ単膜の約１１５％と同程度のものが得られる。各実施例と比較例２の１００ｍＡ駆動時のＶｆは、実施例５〜６のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕと実施例２〜４のＡｌ−Ｃｕ合金３種は、比較例２に比して、同程度若しくは０．１〜０．３Ｖ低くなる傾向にあり、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ（実施例５）とＡｌ−Ｃｕ（実施例２〜４）比較では同程度、Ａｌ−Ｃｕ合金ではＣｕの含有率が高くなる程、Ｖｆが高くなる傾向が観られる。また、光出力については、Ａｌ−Ｃｕ合金（実施例２〜４）ではＣｕの含有率が高くなる程、出力が高くなる傾向にあり、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ（実施例５）とＡｌ−Ｃｕ（実施例２〜４）比較では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕの膜厚の比較（実施例５，６）では実施例６の方が高くなる傾向が観られる。

光反射率は、Ａｌ単膜の場合が約８４％、実施例５が約８１％、実施例４が約８２％である。更に実施例２〜５について３００時間、１Ａ駆動させ、図１Ｂに示すような外部接続部２５における変質不良５１を評価すると、実施例２〜４ではＣｕ含有率が高いほど不良５１の発生数及び発生率が低くなり、実施例４と５は同程度の傾向が観られる。この変質不良５１は、幅広の基点部２３（外部接続部２５）内、特にそれと幅狭の延伸部２４との境界近傍の狭窄路となる領域で、それが観察される。更に駆動条件を、３５０ｍＡと７００ｍＡとして評価すると、Ａｌ単膜の例が３５０ｍＡで不良５１が観られるが、実施例４，５では７００ｍＡでも観られない傾向となる。
以上のことから、電極形成部１２２などの非発光部の第１電極、具体的にはｎ型窒化物半導体層のｎ電極、における最下層部分（第１層）の光反射膜としては、Ａｌに少なくともＣｕを含有したＡｌ合金、若しくはＡｌにＣｕとＳｉを含有したＡｌ合金であることが好ましく、加えてそのＣｕ含有率が２ｗｔ％以上、更には３ｗｔ％以上であることが好ましい。Ｃｕ，Ｓｉの含有率の上限としては、特に限定されないが、例えば１０ｗｔ％以下程度、更には５ｗｔ％以下とする。また、その第１電極が、幅広の基点部２３（外部接続部２５）と幅狭の延伸部２４を有する構造であることが、上記Ａｌ合金と好適に組み合わせて用いることができ、光出力、信頼性に優れた素子が得られる。

（実施の形態２）
図３に示すように、実施の形態１に比して、第２電極の一次配列方向（図３中の横向き矢印方向）において、長周期構造とし、図中縦向き矢印方向で素子外側に配列された第１電極、その領域２３Ａ−１，２（２４Ａ）に対する二次配列方向（延伸部の延伸方向）において、その長距離電極間に、異なる形状、具体的には基点部２３−３とその両側の延伸部２４−３ａ，ｂを備える構造、の第１電極の２、その領域２３Ａ−３（２４Ａ―３）、を設けている。また、第２電極は、図３Ａの３１ｂに相当する中間外部接続部が無くなり、２つの外部接続部３１ａ−１，３１ｃ−２で構成される群領域３２が、一次配列方向に、上記第１電極の２を介して、群３２領域内の外部接続部間距離（３１ａ−１，３１ｃ−２間距離）より長距離（の３１ａ−１，３１ｃ−２間距離）に群３２、例えば３２Ａ−１と３２Ａ−２が、配置されている。

本実施の形態では、実施の形態１と異なり、群領域内に中間外部接続部が設けられていないため、実施の形態１に係る電流集中領域は、２つの外部接続部（３１ａ−１，３１ｃ−２）間及びその近傍、各外部接続部の隣接外部接続部側、に設けられる。このように群領域３２を、二次配列方向に郡内の外部接続部間距離より長距離で、長距離周期配列することで、群領域内、特にその内側領域、実施の形態１にあっては中間外部接続部３１ｂ、に、第２導電型側の電流集中部を配置し、他の領域に第１電極（その配列領域）として、効果的に、高信頼特性の発光素子構造としている。

（実施の形態３）
図４に示す実施の形態３に係る発光素子は、実施の形態１と異なり、一部の群領域３２が、４つの外部接続部３１ａ〜ｃを有し、一次配列（図中横向き矢印方向）の外部接続部３１ａ，ｂ（３１ｃ，ｄ）が２列で設けられた構造となっている。第２導電型側の電流集中部は、該群領域の内側、４つの外部接続部の中心近傍、に形成される。その集中部に離間して、第１電極が設けられる。

（実施の形態４：実装形態）
図５，６に示す実施の形態４に係る発光素子の積層体１０３は、上記各実施の形態に示すような発光素子１００の電極形成面で、発光素子１００の支持基体となる積層基体１０４に接合した素子積層体１０３である。ここで、図５は実施の形態１（図２）の延伸部領域２３Ａ−１の第２電極外部接続部３１を切断する二次配列方向の断面に観るような素子積層体１０３の断面構造を示し、図６はその断面に垂直な素子積層体の側面の構造を、各配列ｎ電極の領域２３Ａ（２４Ａ）を重ねて（ａ）に示している。図５，６に示すように、発光素子１００を素子積層体１０３として、素子側で分離された第１電極２０（基点・外部接続部部）を、基体１０４側電極１１２で互いに接続し、分離された第２電極（外部接続部３１）も同様に基体１０４側で互いに電気的に接続されて、実装、接合されている。基体１０４側電極１１２は、発光素子１００側電極２０，３０に対応して、互いに絶縁膜１１１などで絶縁分離されて設けられ、外部接続用の電極１１３（１１３ａ，ｂ）が設けられている。基体１０４に素子部１１５を設けても良く、ここでは、図６（ａ）素子積層体１０３の等価回路（ｂ）に示すように、電流保護素子（素子構造部１１５）として、ｐ型層（第１導電型層）１１５ａ、ｎ型層（第２導電型層）１１５ｂを設けている。ここでは、素子部１１５を基体１０４に１つだけ設けているが、２つ以上設けて外部（素子１００、実装基体２０１）の電極、基体１０４側配線などで接続される形態などでも良く、また、保護素子は、基体１０４上、発光装置２００内（載置部２２２）に実装して、発光素子にワイヤー接続、配線接続されても良い。
発光素子１００側電極２０，３０と、基体１０４の電極１１２とは接合層１１４を介して接合しているが、素子１００側電極の一部と、若しくは基体１０４側電極１１２の一部と、を接合層の一部としても良く、パッド部２５，３１に代えて接合層を形成しても良い。

また、基体１０４は、素子構造１１５を有しない通常のサブマウントでも良い。基体１０４と外部とは、接続用の電極１１３でワイヤー接続されても良く、基体１０４の素子構造部の電極、若しくは内部、外部を導通する電極層を、実装面側に形成して、電極１１３、接合層１１４として設けても良い。

（接合層１１４、接着部材２０４）
素子構造１０１（素子１００）と積層基体１０４との接着、発光素子１００、支持基板、積層基体１０４と発光装置２００の実装基体２０１（収納部２０２）との接着、接合において、接合層１１４、接着部材を用いることができる。その材料、構造としては、Ａｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペーストのような混合、複合組成物（有機物）、半田材料の他、発光素子１００からの放熱性を考慮して、耐熱性に優れた材料、構造として、Ａｕ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｉｎ等の金属若しくはその積層体並びに合金などが、本発明の大面積、大電流駆動で高発熱性の素子に効果的である。第１及び第２の共晶形成層の組合せは、Ａｕ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｄ、又はＩｎ−Ｐｄが好ましい。さらに好ましくは、第１の共晶形成層にＳｎを、そして第２の共晶形成層にＡｕを用いる組合せである。そのほかに、金属バンプ、Ａｕ−Ａｕ接合などの金属金属接合なども用いることができる。

またこのような接合層は、下地側（基板１０、素子構造１０１表面、支持基板、実装基体２０１、積層基体１０４）に、密着性の良い層のメタライジング層などを介したり、上記発光素子の光反射のために反射層などを介したりして、共晶膜、共晶多層膜、合金膜などの接着膜（接合層）を形成したり、その表面側に酸化防止の表面保護膜を設けても良く、また、接着側の実装側にもメタライジング層（密着性の層）、表面保護層、接着膜（接合層）を形成して、両者が接着・接合されても良い。

（素子積層体１０３）
本発明において、上記発光素子を発光装置２００に実装する場合に、図５，６，７に示すように、ヒートシンク、サブマウントなどの積層基体１０４に、発光素子１００を実装して、素子の実装用積層体として、素子積層体１０３を形成しても良い。このとき、発光素子１００を積層実装する基体１０４の材料としては、上記支持基板と同様であり、その目的、例えば、放熱性、光取り出し構造、を考慮して選択される。また、このような素子積層体１０３は、発光素子１００との接合面に対向する面側を実装側として、発光装置２００の実装部２０２に接合される。

本発明の積層基体１０４には、発光素子１００の電極形成面側に対向して接合する場合には、発光素子１００側の電極２０，３０に対応して、基体１０４側に電極構造１１２ａ，ｂが設けられ、発光素子１００の電極形成面と対向する面側、例えば基板１０側を、基体１０４に接合する場合には、基体１０４側電極は不要であり、接合用の接着層などが設けられるが、発光素子１００とワイヤー接続用の電極を設けても良い。基体１０４側電極１１２は、図に示すように、発光素子１００との接合面側にのみ設けられていても良く、接合面に対向する実装面側にまで回り込む実装側電極、実装面側に設けられた基体素子１０４の電極１１４、基体１０４に貫通孔、ビアホールを設けて発光素子１００の接合面側から実装面側に連通、連結若しくは電気的に接合させた実装面側電極が設けられても良い。

また、図では１つの発光素子１０１を１つの積層基体１０４に実装しているが、発光素子１０１を複数集積して１つの積層基体１０４に、基体１０４側配線電極により並列、直列、両者混合で回路接続させ、実装した積層体１０３としても良く、１つの発光素子１０１に対し複数の積層基体１０４を、例えば異なる機能の素子を基体としても良く、またこれらの組合せでも良く、さらに、発光素子１０１、積層基体（素子）１０３を縦方向に、いずれかを複数積層した素子積層体１０３を形成しても良い。

発光素子１００は、図７に示すように、被覆膜１０５で覆われていても良く、その組成物としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭＳｉＯ_３（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、などが挙げられる。）などの透光性無機部材、透光性有機材料であり、蛍光体（光変換部材１０６）を含有させたものも好適に用いられる。これらの透光性無機部材により蛍光体同士が結着され、さらに蛍光体は層状にＬＥＤ１００や支持体１０４上に堆積され結着される。このほかに被覆層としては、素子構造１００を被覆する絶縁保護膜の他、反射膜（Ａｌ、Ａｇなど）を設けても良く、ＤＢＲなどを形成しても良い。

（光変換部材１０６、被覆膜１０５）
光変換部材１０６、若しくは発光装置２００内の光変換層は、発光素子１００の光を一部吸収して、異なる波長の光を発光するものであり、蛍光体を含有したものを用いることができる。このような光変換部材１０６、光変換層は、上記のように発光素子１００一部若しくは全体、又はそれに加えて積層基体１０４の一部に被覆して、被覆膜１０５として形成されてもよい。蛍光体のバインダーとしては、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物及び水酸化物は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む有機金属化合物（好ましくはさらに酸素を含む）により生成される。ここで、有機金属化合物には、アルキル基，アリール基を含む化合物等が含まれる。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。

本発明の光変換部材に用いられる蛍光体は、発光素子から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのものであり、素子構造１０１の半導体発光層から発光された光で励起されて発光する蛍光体などで、蛍光体として紫外光、可視光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体も用いることができる。

具体的な蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。この蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。本発明において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色系の混色光などを得ることができる。また、上記ＹＡＧ系蛍光体などのアルミン酸塩蛍光体、特に下記組成式で表されるようなガーネット構造のＣｅ付活希土類アルミン酸塩蛍光体が好適に用いられる他、近紫外〜可視光を黄色〜赤色域に変換する窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、珪酸塩蛍光体、例えば、L₂SiO₄:Eu（Lは下記アルカリ土類金属）、特に(Sr_xM^ae _1-x)₂SiO₄:Eu(M^aeはCa,Baなどのアルカリ土類金属)、などが挙げられる。窒化物蛍光体、オキシナイトライド（酸窒化物）蛍光体としては、Sr-Ca-Si-N:Eu、Ca-Si-N:Eu、Sr-Si-N:Eu、Sr-Ca-Si-O-N:Eu、Ca-Si-O-N:Eu、Sr-Si-O-N:Euなどがあり、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体としては、一般式ＬＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ、一般式L_XSi_YN_(2/3X+4/3Y):Eu若しくはL_XSi_YO_ZN_{(2/3X+4/3Y-2/3Z)}:Eu（Lは、Sr,Ca,SrとCaのいずれか）で表されるものがある。

（発光装置２００）
図７は、本発明において、発光素子１００及びその積層体１０３を実装基体２０１に実装した発光装置２００であり、本発明の一実施形態に係る。発光装置２００の一例に係る図７の例では、装置基体２２０により、リード部２１０が固定され、リード部の一方をマウント・リード２１０として、実装基体２０１として機能し、その収納部（凹部）２０２内に発光素子１００（積層体１０４）が接合層１１４（接着層２０４）を介して実装され、凹部側面を反射部２０３とし、且つ、基体２０１は、放熱部２０５として機能させて外部放熱器に接続しても良い。また、装置基体２０２０には、光取り出し部２２３に開口して、テラス部２２２が基体２０１外部に設けられ、保護素子などの他の素子を実装しても良く、凹部２０２、基体２２０開口部には、透光性の封止部材２３０で封止され、また凹部２０２外部にも反射部２０３が設けられている。また、リード電極２１０は、基体２２０内部の内部リード２１１と、それを基体２２０外部に延在させた外部リード２１２により、外部と接続される。発光素子１００（積層体１０３）は、各リード２１０に、ワイヤー２５０接続、電気的接合２０４により電気的に接続される。

（第１，２電極）
第１及び第２電極は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。なお、電極を構成する台座部及び延伸部は必ずしも一体的に、同一材料によって、同時に形成されていなくてもよく、異なる材料及び／又は膜厚を有していてもよい。なお、外部接続部は、通常、外部電極との接続のために有効に機能するのに必要な膜厚及び面積を有していることが好ましい。また、上記透明導電膜などの透光性材料を用いる場合には、例えば上記実施例において、第１層を、Ａｌ，Ａｇの反射層と半導体との間に介在する介在層を有する構造として、用いることができる。

（基板１０、半導体構造１０１）
本発明の半導体発光素子を構成する第１及び第２導電型半導体層１１，１２を形成するための基板１０は、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。基板上には、第１及び第２導電型半導体層以外に、結晶核形成層若しくは低温成長バッファ層、高温成長層、中間層等などが下地層が形成されていてもよい。

第１及び第２導電型半導体層において、第１導電型とは、ｐ型又はｎ型を指し、第２導電型とは、第１導電型とは異なる導電型、つまりｎ型又はｐ型を示す。好ましくは、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である。
半導体層は、特に限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、これらの混晶、ＧａＮ系等の窒化物半導体のいずれでもよい。窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））が挙げられる。さらに、III族元素として一部又は全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶であったり、してもよい。これらの半導体層は、通常、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされている。

半導体発光素子構造は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等の積層構造であってもよい。半導体結晶は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
本発明の発光素子は、第１，２電極形成面側を光反射側として、それに対向する半導体構造１０１の面側、例えば基板１０側、を光取り出し側とした構造を好適に用いることができ、その素子積層体、及び発光素子若しくは素子積層体を搭載した発光装置に適用できる。

本発明は、自動車のヘッドライトなどの投光器の光源、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等に利用することができる。

本発明の比較例に係る発光素子の概略平面図である。 図１Ａの点線囲み部を一部拡大して示す平面図（上図）、とそのＡＡ切断面の概略断面図（下図）。 本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す概略平面図である。 図２ＡのＢＢ切断線の概略断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す概略平面図である。 本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態の発光素子を、積層基体に実装した積層体を示す概略側面図（ａ）とその等価回路図（ｂ）である。 本発明の一実施形態の発光装置を説明する概略断面図である。

符号の説明

１０：基板、１１：第１導電型層、１２：発光層、１３：第２導電型層、１０１：素子積層構造、１２１：発光構造部、１２２：第１電極形成部（延伸部）、１２７：素子構造領域
２０：第１電極、２１：第１層、２２：第２層、２３：基点部、２４：延伸部、２５：外部接続部、２０Ａ，２３Ａ，２４Ａ：二次列方向の第１電極・基点部・延伸部、
３０：第２電極、３１：外部接続部（３１ｘ：パッド電極部）、３２：群領域、３２Ａ：二次列方向の群領域
４０：絶縁膜、５０：マイグレーション集中部、５１：狭窄路近傍の変質部

Claims (16)

1. 第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を同一面側に配置された半導体発光素子であって、
   前記電極形成面内において、
   前記第１電極は、第１基点部と該第１基点部から延びる第１延伸部とを備え、
   前記第１延伸部の延伸方向側に、第２電極の互いに分離された複数の外部接続部が、該延伸方向に並置されている半導体発光素子。
2. 前記複数の外部接続部が、前記第１延伸部の延伸方向に互いに対向する第１電極の第１基点部及び／又は第１延伸部の間に設けられている請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記第２電極の外部接続部の一つの少なくとも一部が、前記延伸方向において、前記延伸部に重なり合う請求項１又は２記載の半導体発光素子。
4. 第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を同一面側に配置された半導体発光素子であって、
   前記電極形成面内において、
   前記第１電極は、第１基点部と該第１基点部から延びる第１延伸部とを備えた複数の電極を有し、該電極若しくは基点部間領域に、該電極若しくは基点部間を横架するように並設された複数の第２電極の外部接続部を有し、
   前記延伸部の延伸方向に、第２電極の互いに分離された複数の外部接続部が並置され、
   前記電極領域の複数の第２電極の外部接続部が、両端部の外部接続部と、その間に設けられた中間外部接続部と、を有すると共に、
   該中間外部接続部が、前記延伸部の延伸側端部間の領域に設けられ、両端部の外部接続部の少なくとも一方においてその一部が前記延伸部に重なり合うように設けられている半導体発光素子。
5. 第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を同一面側に配置された半導体発光素子であって、
   前記電極形成面内において、
   前記第１電極は、複数の電極に分離され、該電極間領域に、該電極間を横架するように並設された複数の第２電極の外部接続部を有し、
   前記延伸部の延伸方向に、第２電極の互いに分離された複数の外部接続部が並置されると共に、
   前記外部接続部が、短周期若しくは短距離内で配置された群領域を形成し、
   該群領域内の外部接続部の配列方向に、該群領域内の外部接続部間距離より長距離で各群領域が配置され、若しくは、各群領域が長周期構造として配置され、
   前記群領域間に、第１電極若しくは第１電極の少なくとも一部が介設されている半導体発光素子。
6. 前記第２電極の第１延伸部と重なり合う外部接続部とは異なる外部接続部が、前記延伸方向において、前記延伸部の延伸側端部より離間されて配置されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記第１電極が、前記第１導電型半導体層との接触側に第１層、その上に第２層を有し、該第１層にＡｌ合金を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
8. 前記Ａｌ合金が、ＡｌにＣｕ、又はＳｉ及びＣｕを含有する請求項７記載の半導体発光素子。
9. 前記第１電極の基点部が外部接続部であり、前記延伸部より幅広である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
10. 前記延伸方向と異なる方向において、前記第１電極が複数設けられ、該基点部間の領域から離間して前記第２電極の外部接続部を有する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
11. 前記第２電極の外部接続部の配列方向と、前記延伸部の延伸方向が略平行であり、互いに離間して並設されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
12. 前記第２電極が、前記第２導電型半導体層側の第１層と、その上の第２層と、を少なくとも有し、前記第１層が第２層より前記発光素子の光の反射率が高く、
    前記第２電極の外部接続部が、前記第２電極の第２層上に設けられている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
13. 第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を同一面側に配置された半導体発光素子であって、
    前記電極形成面内において、
    前記第１電極は、第１基点部と該第１基点部から延びる第１延伸部とを備え、該基点部が延伸部より幅広であり、該幅方向に複数の該第１電極が設けられ、
    前記延伸部の延伸方向に、第２電極の互いに分離された複数の外部接続部が並置され、
    前記幅方向において、前記第２電極の外部接続部が、第１電極の基点部間領域から離間し、該外部接続部の一部が前記延伸部間領域に設けられると共に、該外部接続部間が該延伸部間領域から離間して設けられている半導体発光素子。
14. 前記外部接続部は、互いに略等間隔に配列方向に配列されている請求項１３記載の半導体発光素子。
15. 前記第２電極の外部接続部の配列方向、及び／又は、第１電極対向方向、とは異なる方向に、第１，２電極が配置されている請求項１３又は１４に記載の半導体発光素子。
16. 前記第１電極の対向方向と略同一方向を前記延伸部の延伸方向とする請求項１５記載の半導体発光素子。

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