JP2011258856A

JP2011258856A - 発光素子および発光装置

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Publication number: JP2011258856A
Application number: JP2010133705A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ohashi; 健一大橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-06-11
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】発光素子の耐久性および発光効率を向上させ、小型化を図る。
【解決手段】発光素子は、基板と、第１の半導体層、前記第１の半導体層上に設けられた発光層、および前記発光層の上に設けられた第２の半導体層を有し、前記基板の第１の主面側に設けられた半導体多層構造体と、前記半導体多層構造体の前記第２の半導体層上に設けられた電極と、前記基板を貫通して前記第１の半導体層に接続し、前記基板の第２の主面側に設けられた第１のビア電極と、前記基板および前記半導体多層構造体を貫通して前記電極に接続し、前記基板の前記第２の主面側に設けられた第２のビア電極と、を備え、前記第１のビア電極および前記第２のビア電極の少なくともいずれかのビア電極であって、前記第２の主面側の一部に、凹みが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発光素子および発光装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を搭載した発光装置は、フルカラーディスプレイ、交通・信号機器、車載用途などに幅広く用いられている。このため、発光強度が高く、耐久性の高い発光装置が要求される。
ＬＥＤ等の発光素子においては、例えば、発光層がクラッド層で挟まれ、ｎ側電極側から発光層に電子、ｐ側電極側から発光層に正孔が注入され、発光層内に形成されたｐｎ接合界面での電子と正孔との再結合により発光が生じる。発光素子は、一般的には、パッケージ部材の底面に設けられたリードフレームの上に搭載されて、封止用樹脂により封止される。

しかし、発光素子とリードフレームとは、例えば、ハンダ等の接着層によって接合されているに過ぎず、封止用樹脂がパッケージ部材内に圧入されたり、封止用樹脂が熱硬化されるとき、あるいは、発光装置を点灯・消灯するときに生じる温度サイクルによって発光素子がリードフレームから剥離したり、発光素子の位置ずれが生じたりする場合がある。

また、発光層から発せられる光を効率よく取り出すために、発光素子の光取り出し側の電極として光透過性電極が用いられている。例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極がその例である。この光透過性電極には外部配線を直接ボンディングすることは困難であるため、ボンディング用の電極パッドを光透過性電極の上に形成するのが一般的である。

しかしながら、ボンディング用の電極パッドは、ある程度の厚みと面積を有するため、発光層から発せられる光の一部が電極パッドによって遮られてしまう。これにより、発光素子の発光効率が向上しないという問題があった。これを回避するために、ボンディング用の電極パッドを設けず、光透過性電極を発光素子の横方向に引き出す方策があるが、このような構造では、配線を横方向に引き出すスペースが必然になり、発光装置の小型化が図れないという問題があった。

特開２００９−０９９７１６号公報

本発明の実施形態は、耐久性および発光効率が向上し、小型化が実現する発光素子および発光装置を提供する。

本実施形態の発光素子は、基板と、第１の半導体層、前記第１の半導体層上に設けられた発光層、および前記発光層の上に設けられた第２の半導体層を有し、前記基板の第１の主面側に設けられた半導体多層構造体と、前記半導体多層構造体の前記第２の半導体層上に設けられた電極と、前記基板を貫通して前記第１の半導体層に接続し、前記基板の第２の主面側に設けられた第１のビア電極と、前記基板および前記半導体多層構造体を貫通して前記電極に接続し、前記基板の前記第２の主面側に設けられた第２のビア電極と、を備え、前記第１のビア電極および前記第２のビア電極の少なくともいずれかのビア電極であって、前記第２の主面側の一部に、凹みが設けられている。

また、本実施形態の発光装置は、筐体と、前記筐体内に設けられた、上記発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられた樹脂と、前記発光素子の前記第１のビア電極に電気的に接続された第１のリードフレームと、前記第１のビア電極と、前記第１のリードフレームとの間に設けられ、前記第１のビア電極に設けられた凹みに入り込んだ第１接着部材と、前記発光素子の前記第２のビア電極に電気的に接続された第２のリードフレームと、前記第２のビア電極と、前記第２のリードフレームとの間に設けられ、前記第２のビア電極に設けられた凹みに入り込んだ第２接着部材と、を備える。

第１の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、発光素子の上面模式図、（ｂ）は、（ａ）および（ｃ）のＸ−Ｙ断面図、（ｃ）は、発光素子の下面模式図である。第１の実施の形態に係る発光装置の要部断面模式図である。第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、半導体多層構造体および電極の形成工程図、（ｃ）は、基板の研磨工程図である。第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、第２のビア電極形成のためのコンタクトホールの形成工程図、（ｂ）は、第１のビア電極形成のためのコンタクトホールの形成工程図、（ｃ）は、第１および第２のビア電極形成工程図である。第１の実施の形態に係る発光装置の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、発光素子とリードフレームとの位置あわせ工程図、（ｂ）は、発光素子とリードフレームとの接合工程図である。第２の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、第２の実施の形態の第１の実施例の下面模式図、（ｂ）は、第２の実施の形態の第２の実施例の下面模式図、（ｃ）は、第２の実施の形態の第３の実施例の下面模式図である。第３の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、第３の実施の形態の第１の実施例の下面模式図、（ｂ）は、第３の実施の形態の第２の実施例の下面模式図、（ｃ）は、第３の実施の形態の第３の実施例の下面模式図、（ｄ）は、第３の実施の形態の第４の実施例の下面模式図である。第４の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。第５の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。第６の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、発光素子の上面模式図、（ｂ）は、（ａ）および（ｃ）のＸ−Ｙ断面図、（ｃ）は、発光素子の下面模式図である。

発光素子１は、ＬＥＤ素子であり、基板１０と、基板１０の第１の主面側（表面側）に設けられた絶縁層２０と、絶縁層２０の上（上側）に設けられた半導体多層構造体３３と、を有する。半導体多層構造体３３は、第１の半導体層３０と、第２の半導体層３１とが発光層３２を挟む構造を有する。すなわち、絶縁層２０の上に設けられた第１の半導体層３０と、第１の半導体層３０の上に設けられた発光層３２と、発光層３２の上に設けられた第２の半導体層３１と、を含む半導体多層構造体３３が基板１０の上に設けられている。絶縁層２０は、基板１０と、半導体多層構造体３３との間に設けられている。

発光素子１は、半導体多層構造体３３の第２の半導体層３１に接続された電極４０を有する。電極４０は、平面状の透光性電極であり、第２の半導体層３１の上に設けられている。

絶縁層２０については、基板１０の上に設けられていない形態も、本実施の形態に含まれる。以下の説明では、基板１０と、半導体多層構造体３３との間に設けられた絶縁層２０が存在する形態について説明する。

発光素子１は、第１のビア電極５０と、第２のビア電極６０と、を有する。ビア電極５０は、基板１０の第２の主面側（裏面側）に少なくとも１つ設けられ、基板１０および絶縁層２０を貫通して、第１の半導体層３０に接続されている。例えば、複数のビア電極５０が基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、格子状に配置されている。このような配置であれば、発光素子を動作させたときに発光層３２内に流れる電流は、発光素子１の主面において均等に分散され易くなる。その結果、発光素子１の発光分布が向上する。それぞれのビア電極５０は、基板１０の裏面側において互いに導通させてもよい。図１（ｂ）、（ｃ）には、それぞれのビア電極５０を基板１０の裏面側において互いに導通させた状態が例示されている。ビア電極６０は、基板１０の第２の主面側に少なくとも１つ設けられ、基板１０、絶縁層２０、および半導体多層構造体３３を貫通して、電極４０に接続されている。すなわち、ビア電極５０およびビア電極６０は、ともに基板１０の第２の主面側に設けられている。

ビア電極５０と、基板１０および絶縁層２０との間には、絶縁膜７０が設けられている。ビア電極６０と、基板１０、絶縁層２０、および半導体多層構造体３３との間には、絶縁膜７１が設けられている。絶縁膜７０については、必要に応じて取り除いてもよい。この絶縁膜７０を取り除いた場合、基板１０が半導体材であると、基板１０とビア電極５０とが導通する。しかし、絶縁膜７１の存在により、ビア電極５０とビア電極６０とが短絡することはない。

ビア電極５０が基板１０および絶縁層２０を貫通して半導体多層構造体３３の第２の半導体層３１にまで延在する部分においては、基板１０の第２の主面から第１の主面に向かって凹み（凹部）５０ｈが形成されている。すなわち、ビア電極５０の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み５０ｈが設けられている。

ビア電極６０が基板１０、絶縁層２０、および半導体多層構造体３３を貫通して電極４０にまで延在する部分においては、基板１０の第２の主面から第１の主面に向かって凹み（凹部）６０ｈが形成されている。すなわち、ビア電極６０の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み６０ｈが設けられている。

このように、ビア電極５０およびビア電極６０の少なくともいずれかのビア電極であって、基板１０の第２の主面側に表出された面の一部に、凹みが設けられている。これらの凹み５０ｈ、６０ｈについては、凹み５０ｈおよび凹み６０ｈを基板１０の第２の主面側に設けてもよく、凹み５０ｈまたは凹み６０ｈのいずれか一方を基板１０の第２の主面側に設けてもよい。

基板１０の材質は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体である。絶縁層２０の材質は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物である。半導体層３０の材質は、例えば、ＧａＮバッファ層／ｎ形ＧａＮ層／ｎ形ＧａＮガイド層の積層体である。半導体層３１の材質は、例えば、ｐ形ＧａＮガイド層／ｐ形ＧａＮ層の積層体である。発光層３２は、例えば、Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ／Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８ＮのＭＱＷ（Multi-Quantum Well）構造の層である。発光層３２からは、例えば、青色光、紫色光等が放射される。

電極４０の材質は、例えば、ＩＴＯ、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、極薄の金属（Ａｕ、Ｐｔ）等である。ビア電極５０、６０の材質は、例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等である。ビア電極５０の材質としては、ＡｕＧｅ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層膜であってもよい。電極６０の材質としては、ＡｕＺｎ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の積層膜であってもよい。絶縁膜７０、７１の材質は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。

図２は、第１の実施の形態に係る発光装置の要部断面模式図である。
発光装置１００は、パッケージ部材である筐体１０１と、筐体１０１内に設けられた発光素子１と、発光素子１を覆うように設けられた封止用樹脂１０２と、発光素子１のビア電極５０に電気的に接続された第１のリードフレーム１１０と、発光素子１のビア電極６０に電気的に接続された第２のリードフレーム１２０と、を備える。

発光素子１のビア電極５０と、リードフレーム１１０とは、例えば、第１接着部材である接着部材１１１によって接合されている。ビア電極５０には、凹み５０ｈが設けられているので、接着部材１１１は、ビア電極５０とリードフレーム１１０とが対向する間隙のほか、ビア電極５０の凹み５０ｈにまで入り込んでいる。このように、接着部材１１１は、ビア電極５０と、リードフレーム１１０との間に設けられ、ビア電極５０に設けられた凹み５０ｈに入り込んでいる。発光素子１のビア電極６０と、リードフレーム１２０とは、例えば、第２接着部材である接着部材１２１によって接合されている。ビア電極６０には、凹み６０ｈが設けられているので、接着部材１２１は、ビア電極６０とリードフレーム１２０とが対向する間隙のほか、ビア電極６０の凹み６０ｈにまで入り込んでいる。このように、接着部材１２１は、ビア電極６０と、リードフレーム１２０との間に設けられ、ビア電極６０に設けられた凹み６０ｈに入り込んでいる。

筐体１０１の材質は、例えば、樹脂、シリコン、セラミック材等である。封止用樹脂１０２の材質は、例えば、熱硬化性のシリコーン等である。封止用樹脂１０２の中には、必要に応じて蛍光体を混在させてもよい。リードフレーム１１０、１２０の材質は、例えば、銅（Ｃｕ）である。接着部材１１１、１２１の材質は、例えば、ハンダ等の導電性の接着材である。ハンダとしては、例えば、錫（Ｓｎ）−銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）、錫（Ｓｎ）−亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）−銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）等の鉛フリーハンダが用いられる。

次に、発光素子１および発光装置１００の製造過程について説明する。
図３は、第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、絶縁膜の形成工程図、（ｂ）は、半導体多層構造体および電極の形成工程図、（ｃ）は、基板の研磨工程図である。

まず、図３（ａ）に示すように、基板１０の第１の主面側に絶縁層２０を形成する。この段階での基板１０は、個片化前の状態にあり、例えば、シリコンウェーハである。

絶縁層２０については、塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリイソブチルアルミニウム（ＴＩＢＡ）等のアルミニウム含有ガスと、酸素（Ｏ_２）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）等の酸素含有ガスと、を混合させてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で成長する。このＣＶＤでは、キャリアガスとしてヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等を用いてもよい。絶縁層２０の材質は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であるが、ＧａＮ系半導体を絶縁層２０の上に形成する場合は、サファイアであることが望ましい。絶縁層２０には、加熱処理を施して結晶相を制御してもよい。絶縁層２０については、基板１０の上に形成しない実施の形態も、本実施の形態に含まれる。以下に例示する製造過程の説明では、絶縁層２０を基板１０の上に形成する例を説明する。

次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁層２０の上に、エピタキシャル成長法（ＭＯＣＶＤ法）によって、半導体層３０、発光層３２、半導体層３１を、この順に積層する。これにより、絶縁層２０の上に半導体多層構造体３３が形成される。さらに、半導体多層構造体３３の上に電極４０を形成する。電極４０は、スパッタリング法、真空蒸着法等によって形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、基板１０の厚みが所望の厚みになるように、基板１０の第２の主面側を研磨する。さらに、ダイシングライン９０付近の絶縁層２０、半導体多層構造体３３、および電極４０をエッチングによって選択的に除去する。

図４は、第１の実施の形態に係る発光素子の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、第２のビア電極形成のためのコンタクトホールの形成工程図、（ｂ）は、第１のビア電極形成のためのコンタクトホールの形成工程図、（ｃ）は、第１および第２のビア電極形成工程図である。

第１のビア電極５０が基板１０および絶縁層１０に貫通する深さと、第２のビア電極６０が基板１０、絶縁層２０、および半導体多層構造体３３を貫通する深さが異なるために、本実施の形態では、第２のビア電極６０を形成するためのコンタクトホール８１と、第１のビア電極５０を形成するためのコンタクトホール８０とを形成する製造過程を分けている。

例えば、図４（ａ）に示すように、第２のビア電極６０を形成するためのコンタクトホール８１をフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより少なくとも１つ形成する。基板１０の裏面側からドライエッチングにより、基板１０、絶縁層２０、半導体多層構造体３３のそれぞれの一部を除去する都合上、コンタクトホール８１の断面形状は、図４（ａ）においては逆Ｖ字型になる。コンタクトホール８１の断面形状については、ドライエッチング条件を調整することにより、ストレート型に形成してもよい。このコンタクトホール８１の形成によって、半導体多層構造体３３の上に設けられた電極４０の一部が基板１０の裏面側に露出する。

続いて、コンタクトホール８１の内壁、およびコンタクトホール８１の入り口近傍の基板１０の上に、絶縁膜７１を形成する。基板１０の裏面側からコンタクトホール８１の内部をみた場合、コンタクトホール８１の底から基板１０の一部が露出するように、コンタクトホール８１および絶縁膜７１を形成する。

次に、コンタクトホール８１および絶縁膜７１を形成した後、図４（ｂ）に示すように、第１のビア電極５０を形成するためのコンタクトホール８０をフォトリソグラフィおよびドライエッチングにより少なくとも１つ形成する。基板１０の裏面側からドライエッチングにより、基板１０、絶縁層２０、半導体多層構造体３３のそれぞれの一部を除去する都合上、コンタクトホール８０の断面形状は、図４（ａ）においては逆Ｖ字型になる。コンタクトホール８０の断面形状については、ドライエッチング条件を調整することにより、ストレート型に形成してもよい。このコンタクトホール８０の形成によって、電極４０の裏面側の一部が基板１０の裏面側に露出する。

続いて、コンタクトホール８０の内壁、およびコンタクトホール８０の入り口近傍の基板１０の上に、絶縁膜７０を形成する。基板１０の裏面側からコンタクトホール８０の内部をみた場合、コンタクトホール８０の底から基板１０の一部が露出するように、コンタクトホール８０および絶縁膜７０を形成する。なお、絶縁膜７０を形成しない製造過程も本実施の形態に含まれる。

次に、図４（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングされたレジスト層８５を形成した後、コンタクトホール８０の内部に絶縁膜７０を貫通するようにビア電極５０を形成する。それぞれのビア電極５０については基板１０の裏面側において連通させてもよい。さらに、コンタクトホール８１の内部およびコンタクトホール８１の入り口近傍の基板１０の上に絶縁膜７１を貫通するようにビア電極６０を形成する。これにより、半導体多層構造体３３の半導体層３０に接続されたビア電極５０が形成される。また、電極４０に接続されたビア電極６０が形成される。

ここで、ビア電極５０については、コンタクトホール８０の内部に完全に埋設しない。これにより、コンタクトホール８０の内部に形成されたビア電極５０に凹み５０ｈが形成される。同様に、ビア電極６０については、コンタクトホール８１の内部に完全に埋設しない。これにより、コンタクトホール８１の内部に形成されたビア電極６０に凹み６０ｈが形成される。本実施の形態では、凹み５０ｈおよび凹み６０ｈを形成する製造過程、凹み５０ｈまたは凹み６０ｈを形成する製造過程を含む。

凹み５０ｈ、６０ｈは、例えば、ビア電極５０およびビア電極６０の厚みを制御することによって形成される。凹み５０ｈ、６０ｈは、ともに基板１０の第２の主面側に形成される。ビア電極５０およびビア電極６０は、例えば、めっき法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により形成する。
レジスト層８５を除去した後においては、ダイシングライン９０に沿って基板１０を切断する。これにより、個片化された発光素子１が形成される。

図５は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造過程を説明する要部断面模式図であり、（ａ）は、発光素子とリードフレームとの位置あわせ工程図、（ｂ）は、発光素子とリードフレームとの接合工程図である。

次に、図５（ａ）に示すように、個片化された発光素子１と、筐体１０１に配置されたリードフレーム１１０、１２０との位置あわせを行う。リードフレーム１１０、１２０の上には、それぞれ接着部材１１１、１２１が載置されている。例えば、ビア電極５０とリードフレーム１１０とを接着部材１１１を介して対向させ、ビア電極６０とリードフレーム１２０とを接着部材１２１を介して対向させる。そして、フェイスダウンにより矢印の方向に発光素子１を降下させて、発光素子１をリードフレーム１１０、１２０の上に載置する。ビア電極５０、６０およびリードフレーム１１０、１２０には、予めフラックス剤を塗布してもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、発光素子１、筐体１０１、およびリードフレーム１１０、１２０を加熱して、接着部材１１１、１２１を溶融させる。この際、溶融した接着部材１１１、１２１は、例えば、表面張力によって発光素子１の凹み５０ｈ、６０ｈの内部にめり込む。そして、発光素子１、筐体１０１、およびリードフレーム１１０、１２０を接着部材１１１、１２１の融点より低くなるまで冷却する。これにより、発光素子１のビア電極５０がリードフレーム１１０と接合し、発光素子１のビア電極６０がリードフレーム１２０に接合する。接合後、接着部材１１１、１２１は、発光素子１の凹み５０ｈ、６０ｈにめり込んだ状態を維持する。すなわち、接着部材１１１、１２１は、接着力のほか、アンカー効果が生じて、発光素子１のビア電極５０、６０と、リードフレーム１１０、１２０とが強固に接合する。

接着部材１１１、１２１の凹み５０ｈ、６０ｈへのめり込みを促進させるために、接着部材１１１、１２１を減圧下で溶融させてもよい。あるいは、接着部材１１１、１２１が溶融しているときに、ハンドラ等で発光素子１を接着部材１１１、１２１に押しつけてもよい。そして、この後においては、図２に示すように、封止用樹脂１０２によって、発光素子１を封止する。封止用樹脂１０２として、熱硬化性のシリコーン樹脂を用い、熱硬化によって封止用樹脂１０２を形成する。封止用樹脂１０２には、必要に応じて蛍光体を混入してもよい。このような製造過程により、発光装置１００が形成される。

発光装置１００（または、発光素子１）においては、ビア電極５０をｎ側電極とし、ビア電極６０をｐ側電極とすることにより、ビア電極５０とビア電極６０との間に所定の電圧を印加することにより、発光層３２から所定の波長域の光が放出される。

ところで、ビア電極５０、６０に凹み５０ｈ、６０ｈを設けない構造では、接着部材１１１、１２１によるアンカー効果が生じ難い。このような構造では、封止用樹脂１０２を筐体１０１内に圧入したり、封止用樹脂１０２を熱硬化すると、発光素子１とリードフレーム１１０、１２０との相対位置がずれたり、ビア電極５０、６０がリードフレーム１１０、１２０から剥離する場合がある。さらに、発光素子を組み込んだ発光装置を長時間にわたり使用すると、発光装置の点灯および消灯が繰り返され、発光素子１とリードフレーム１１０、１２０との相対位置がずれたり、ビア電極５０、６０がリードフレーム１１０、１２０から剥離したりする場合がある。これらの要因は、主に、発光素子１の線膨張係数と、リードフレーム１１０、１２０の線膨張係数とに差異があるためである。

これに対し、本実施の形態に係る発光装置１００においては、接着部材１１１、１２１が発光素子１の凹み５０ｈ、６０ｈに入り込むので、接着部材１１１、１２１によるアンカー効果が生じる。これにより、発光素子１のビア電極５０、６０と、リードフレーム１１０、１２０とが強固に接合する。従って、上述したような相対的な位置ずれ、剥離は生じ難くなる。これにより、発光装置１００の耐久性は向上する。

また、発光装置１００（または、発光素子１）では、電極４０に接続されたビア電極６０を基板１０の裏面側（第２の主面側）に引き出している。従って、電極４０の上に、外部配線との電気的な接続を図るための電極パッド（ボンディング用の電極パッド）、この電極パッドに接続されるボンディングワイヤを配置する必要がない。

ボンディング用の電極パッドは、外部配線とのハンダ付けや超音波接合等を行う都合上、一般的には、ある程度の面積、厚みを有する。また、ボンディングワイヤは、所定の電流を流す都合上、所定の太さになる。このため、ボンディング用の電極パッド、ボンディングワイヤを電極４０の上に配置すると、発光層３２から発せられる光の一部がこれらの電極パッド、ボンディングワイヤによって遮られてしまう。その結果、発光装置の発光効率が低下する。ここで、発光効率とは、発光装置に投入する電力Ｐに対する、発光装置から放出される光の強度Ｉの割合（Ｉ／Ｐ）で定義される。

これに対し、発光装置１００（発光素子１）では、ボンディング用の電極パッド、ボンディングワイヤを設ける必要がないので、遮光が弱まり、発光装置１００（発光素子１）の発光効率がより向上する。

また、発光装置１００（または、発光素子１）では、電極４０との電気的な接続を、基板１０の裏面側に引き出したビア電極６０によって遂行している。このため、電極４０に導通する別の電極（配線）を発光素子１の外周から外側（例えば、発光素子１の横方向）に配置する必要がなくなる。すなわち、電極４０は、発光素子１の主面内に収められている。また、半導体層３０に電気的に接続されたビア電極５０、および半導体層３１に電気的に接続されたビア電極６０は、ともに発光素子１の下（下側）に配置されている。これにより、発光装置１００（または、発光素子１）は、より小型になるとともに薄型になる。

また、発光素子１の凹み５０ｈ、６０ｈは、ビア電極５０、６０を形成する工程において、ビア電極５０、６０の厚みを制御することによって形成し得る。従って、凹み５０ｈ、６０ｈを形成するための特別なフォトリソグラフィ工程を要しない。このため、発光素子１を製造するときの製造コストは増加することなく、凹み５０ｈ、６０ｈを形成することができる。

また、発光素子１では、高価なサファイア結晶基板の上に半導体多層構造体３３を形成するのではなく、より安価なシリコンウェーハの上に絶縁層２０を介して半導体多層構造体３３を形成する。また、サファイア結晶基板の上に半導体多層構造体３３を形成する必要がないため、サファイア結晶基板から半導体多層構造体３３を剥離させる工程が不要になる。このため、発光素子１の製造コストは、より低減する。

また、基板１０の材質は、サファイア結晶、樹脂といった熱伝導率の低い材質ではなく、例えば、シリコン材なので、発光素子１から発せられる熱を基板１０から効率よく放出させることができる。

また、個片化前の基板１０として、高硬度のサファイア結晶を用いず、例えば、シリコンウェーハを用いるので、基板１０のダイシング処理を容易に遂行することができる。

次に、実施の形態の変形例について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、既に説明した部材の説明については適宜省略する。
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、第２の実施の形態の第１の実施例の下面模式図、（ｂ）は、第２の実施の形態の第２の実施例の下面模式図、（ｃ）は、第２の実施の形態の第３の実施例の下面模式図である。図６には、ｎ側電極であるビア電極が例示されている。図６には、ｐ側電極であるビア電極は、表示されていない。

図６（ａ）に示すように、発光素子２Ａのビア電極５０は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、ハニカム状に配置されている。このような配置であれば、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子２Ａの主面において均等に分散され易くなる。その結果、発光素子２Ａの発光分布が向上する。ハニカム状に配置したビア電極５０のそれぞれについては、図示するごとく、基板１０の裏面側において互いに導通させてもよい。

図６（ｂ）に示すように、発光素子２Ｂのビア電極５１は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子２Ｂの中央に配置されている。ビア電極５１の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み５１ｈが設けられている。基板１０の第２の主面に略垂直な方向からみた場合のビア電極５１の面積は、ビア電極５０よりも大きい。ビア電極５１の平面形状は、矩形状である。このような広い面積のビア電極５１を設ければ、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子２Ｂの主面において均等に分散され易くなる。その結果、発光素子２Ｂの発光分布が向上する。

図６（ｃ）に示すように、発光素子２Ｃのビア電極５２は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子２Ｃの中央に配置されている。ビア電極５２の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み５２ｈが設けられている。基板１０の第２の主面に略垂直な方向からみた場合のビア電極５２の面積は、ビア電極５０よりも大きい。ビア電極５２の平面形状は、円形状である。このような広い面積のビア電極５２を設ければ、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子２Ｃの主面において均等に分散され易くなる。その結果、発光素子２Ｃの発光分布が向上する。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態に係る発光素子の要部模式図であり、（ａ）は、第３の実施の形態の第１の実施例の下面模式図、（ｂ）は、第３の実施の形態の第２の実施例の下面模式図、（ｃ）は、第３の実施の形態の第３の実施例の下面模式図、（ｄ）は、第３の実施の形態の第４の実施例の下面模式図である。図７には、ｐ側電極であるビア電極が例示されている。図７には、ｎ側電極であるビア電極は、表示されていない。

図７（ａ）に示すように、発光素子３Ａのビア電極６１は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子３Ａの外周の隅に配置されている。ビア電極６１の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み６１ｈが設けられている。このようなビア電極６１も、本実施の形態に含まれる。

図７（ｂ）に示すように、発光素子３Ｂのビア電極６２は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子３Ｂの外周の一辺においてライン状に配置されている。ビア電極６２の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み６２ｈが設けられている。このような広い面積のビア電極６２を設ければ、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子３Ｂの主面においてより均等に分散され易くなる。その結果、発光素子３Ｂの発光分布が向上する。

図７（ｃ）に示すように、発光素子３Ｃのビア電極６３は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子３Ｃの外周においてＬ字状に配置されている。ビア電極６３の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み６３ｈが設けられている。このような広い面積のビア電極６３を設ければ、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子３Ｃの主面においてより均等に分散され易くなる。その結果、発光素子３Ｃの発光分布が向上する。

図７（ｄ）に示すように、発光素子３Ｄのビア電極６４は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、発光素子３Ｄの外周に沿って配置されている。ビア電極６４の基板１０の第２の主面側に表出された面の一部には、凹み６４ｈが設けられている。このような広い面積のビア電極６４を設ければ、発光素子を動作させたときに発光層３２内を流れる電流は、発光素子３Ｄの主面においてより均等に分散され易くなる。その結果、発光素子３Ｄの発光分布が向上する。

このように、ビア電極６１〜６４は、基板１０の第２の主面に対して垂直な方向からみて、第２の主面の外周の少なくとも一部に沿って設けられている。このような形態も本実施の形態に含まれる。

（第４の実施の形態）
図８は、第４の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図８に示す発光素子４には、電極４０の上に凸状のレンズ９１が設けられている。レンズ９１の材質は、例えば、ガラス、石英、樹脂等である。レンズ９１の材質が樹脂である場合、例えば、光硬化型の透明接着剤がその材として用いられる。このようなレンズ９１を設けることにより、発光層３２から発せられる光の配向性が緩和される。すなわち、発光層３２から発せられる光の方向がレンズ９１によって分散され、輝度斑の少ない発光素子が実現する。

レンズ９１の上には、蛍光体層９２が設けられている。蛍光体層９２の主成分は、例えば、透明な樹脂である。蛍光体層９２には、発光素子４の発光層３２が発する波長域の光を吸収して、発光層３２が発する波長域の光とは異なる波長域の光を発する蛍光体が含まれている。

蛍光体としては、発光層３２が発する波長域の光が短波長（例えば、青色）である場合、青色光を発光する蛍光体、緑色光を発光する蛍光体、赤色光を発光する蛍光体、黄色光を発光する蛍光体が挙げられる。蛍光体層９２には、青色光を発光する蛍光体、緑色光を発光する蛍光体、および赤色光を発光する蛍光体の少なくとも１つが含まれている。さらに、これらの蛍光体層９２に黄色光を発光する蛍光体を混ぜてもよい。

青色光を発光する蛍光体としては、例えば以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ
Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ_４・Ｃｌ_２
ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２５：Ｅｕ
緑色光を発光する蛍光体としては，例えば、以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｔｂ
Ｙ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｔｂ
Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｔｂ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
ＺｎＳ：Ｃｕ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｚｎ，Ｍｎ）_２ＳｉＯ_４
ＢａＡｌ_１２Ｏ_１９：Ｍｎ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ_２Ｏ_３：Ｍｎ
ＬａＰＯ_４：Ｃｅ，Ｔｂ
Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ_２Ｏ_３
Ｌａ_２Ｏ_３・０．２ＳｉＯ_２・０．９Ｐ_２Ｏ_５：Ｃｅ，Ｔｂ
ＣｅＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｔｂ
赤色光を発光する蛍光体としては、例えば、次のものを挙げることができる。
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ
Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ_２Ｏ_３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ_３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）_２Ｏ_３
ＹＶＯ_４：Ｅｕ
Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ
このような発光素子４であれば、蛍光体層９２が発光層３２の発する波長域の光とは異なる波長域の光を発することができるので、発光層３２が発する波長域の光のほか、発光層３２が発する波長域以外の光を放出させることができる。例えば、発光素子４は、白色光を発することができる。

（第５の実施の形態）
図９は、第６の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図９に示す発光素子５においては、電極４０の上に凸状のレンズ９１が設けられている。レンズ９１の上には、蛍光体層９２が設けられている。さらに、絶縁層２０と、基板１０との間に、光反射層２５が設けられている。

光反射層２５は、発光層３２が発する光を反射する機能を有する。一例として、発光層３２が発する波長域の光に対する光反射層２５の光透過率は、その波長域とは異なる波長域の光に対する光反射層２５の光透過率よりも低くなるように設計されている。例えば、光反射層２５の例として、誘電体の多層構造で構成されたダイクロイックミラーが該当する。このような構造であれば、発光層３２が基板１０側に発した光は、光反射層２５によって電極４０側に反射される。従って、発光効率がより向上する。ただし、光反射層２５の構成は、この構造に特に限定されない。

（第６の実施の形態）
図１０は、第６の実施の形態に係る発光素子の要部断面模式図である。
図１０に示す発光素子６は、半導体多層構造体３３が基板１１の内部に埋め込まれた構造を有する。半導体多層構造体３３と基板１１との間には、絶縁層２１が介在している。
電極４０の上に凸状のレンズ９１が設けられている。レンズ９１の上には、蛍光体層９２が設けられている。レンズ９１および蛍光体層９２の両側の基板１１、絶縁層２１の上は、パシベーション膜９３によって被覆されている。

基板１１の材質は、例えば、シリコン（Ｓｉ）等の半導体である。絶縁層２１の材質は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の金属酸化物である。パシベーション膜９３の材質は、例えば、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）、ポリイミド等である。

絶縁層２１については、必要に応じて取り除いた構造も本実施の形態に含まれる。また、レンズ９１、蛍光体層９２が例示されているが、レンズ９１、蛍光体層９２を必要に応じて取り除いた構造も本実施の形態に含まれる。このような構造であれば、発光素子がより薄型になる。

以上、具体例を参照しつつ本実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本実施の形態の特徴を備えている限り、本実施の形態の範囲に包含される。さらに、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することもできる。

１、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、４、５、６発光素子
１０、１１基板
２０、２１絶縁層
２５光反射層
３０、３１半導体層
３２発光層
３３半導体多層構造体
４０電極
５０、５１、５２、６０、６１、６２、６３、６４ビア電極
５０ｈ、５１ｈ、５２ｈ、６０ｈ、６１ｈ、６２ｈ、６３ｈ、６４ｈ凹み
７０、７１絶縁膜
９１レンズ
９２蛍光体層
１００発光装置
１０１筐体
１０２封止用樹脂
１１０、１２０リードフレーム
１１１接着部材（第１接着部材）
１２１接着部材（第２接着部材）

Claims

基板と、
第１の半導体層、前記第１の半導体層上に設けられた発光層、および前記発光層上に設けられた第２の半導体層を有し、前記基板の第１の主面側に設けられた半導体多層構造体と、
前記半導体多層構造体の前記第２の半導体層上に設けられた電極と、
前記基板を貫通して前記第１の半導体層に接続し、前記基板の第２の主面側に設けられた第１のビア電極と、
前記基板および前記半導体多層構造体を貫通して前記電極に接続し、前記基板の前記第２の主面側に設けられた第２のビア電極と、
を備え、
前記第１のビア電極および前記第２のビア電極の少なくともいずれかのビア電極であって、前記第２の主面側の一部に、凹みが設けられていることを特徴とする発光素子。
前記第１のビア電極は、前記基板の前記第２の主面に対して垂直な方向からみて、格子状またはハニカム状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
前記第２のビア電極は、前記基板の前記第２の主面に対して垂直な方向からみて、前記基板の前記第２の主面の外周の少なくとも一部に沿って設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子。
前記電極上に、レンズがさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光素子。
前記電極上に、前記発光層が発する波長域の光を吸収して、前記発光層が発する波長域の光とは異なる波長域の光を発する蛍光体層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光素子。
前記基板と、前記半導体多層構造体との間に、前記発光層が発する光を反射する光反射層がさらに設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光素子。
筐体と、
前記筐体内に設けられた、請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光素子と、
前記発光素子を覆うように設けられた樹脂と、
前記発光素子の前記第１のビア電極に電気的に接続された第１のリードフレームと、
前記第１のビア電極と、前記第１のリードフレームとの間に設けられ、前記第１のビア電極に設けられた凹みに入り込んだ第１接着部材と、
前記発光素子の前記第２のビア電極に電気的に接続された第２のリードフレームと、
前記第２のビア電極と、前記第２のリードフレームとの間に設けられ、前記第２のビア電極に設けられた凹みに入り込んだ第２接着部材と、
を備えたことを特徴とする発光装置。