JP6654219B2 - 発光素子および発光素子パッケージ - Google Patents

Description

この発明は、発光素子および発光素子をパッケージで覆った発光素子パッケージに関する。

下記特許文献１に開示された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、発光層、ｐ−ＧａＮ層、透明電極、絶縁層、バリア層、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。ＡｕＳｎ層は、配線基板に接合される。透明電極とバリア層とは、絶縁層の側方に配置されたｐ電極によって直接接続されている。絶縁層中には、Ａｌからなる金属反射層が埋設されていて、金属反射層は、ＩＴＯからなる透明電極との間で、絶縁層（透明電極側の絶縁層）を挟んでいる。

発光層が発光すると、大部分の光は、サファイア基板から取り出されるが、一部の光は、サファイア基板でなく、透明電極側へ向かう。透明電極側へ向かった光は、透明電極を透過した後に、金属反射層と絶縁層との界面で反射し、透明電極を経て、サファイア基板から取り出される。

特開２００８−２６３１３０号公報

本発明の目的は、輝度の向上を図ることができる発光素子および発光素子をパッケージで覆った発光素子パッケージを提供する。

本発明は、発光層の発光波長に対して透明な基板と、前記基板上に積層された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層上に積層された前記発光層と、前記発光層上に積層された第２導電型半導体層と、前記基板に対して対向配置されたＩＴＯ層と、前記ＩＴＯ層に対して前記基板とは反対側に積層された反射層と、屈折率差を有する２種類以上の膜を交互に積層した多層反射鏡であって、前記反射層に対して前記基板とは反対側に積層された多層反射鏡と、前記多層反射鏡に対して前記基板とは反対側に積層され、前記発光層の発光のために電圧が印加される外部接続部とを含む発光素子であって、前記多層反射鏡は、前記基板の厚さ方向から見た平面視において前記反射層および前記外部接続部に重ならない領域を有する、発光素子である。ここで、「ＩＴＯ層が基板に対して対向配置されている」ということは、ＩＴＯ層が基板に接触している場合だけでなく、ＩＴＯ層と基板とが非接触であって、これらの間に別の層が介在されている場合も含む。前記多層反射鏡は、前記反射層の側面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記ＩＴＯ層の側面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記第２導電型半導体層の側面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記発光層の側面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記反射層において前記外部接続部側の面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記ＩＴＯ層において前記外部接続部側の面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記第２導電型半導体層において前記外部接続部側の面に接していてもよい。前記多層反射鏡は、前記第２導電型半導体層から前記反射層へ向かうにつれて前記平面視においてずれていてもよい。前記多層反射鏡は、前記第２導電型半導体層から前記反射層へ向かうにつれて階段状に延びていてもよい。前記多層反射鏡は、前記第１導電型半導体層において前記外部接続部側の面に接していてもよい。前記発光素子と、前記基板の光取出し面側が露出されるように前記発光素子を覆う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。

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５は、反射層の第１層の厚さを変化させた場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。 図６は、反射層の第１層の厚さと反射率との関係を示すグラフである。 図７は、反射層の第１層が１ｎｍの厚さのＴｉＮからなる場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。 図８は、反射層の第１層が２ｎｍの厚さのＴｉＮからなる場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。 図９Ａ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９Ｂは、図９Ａの次の工程を示す図解的な断面図である。 図９Ｃは、図９Ｂの次の工程を示す図解的な断面図である。 図９Ｄは、図９Ｃの次の工程を示す図解的な断面図である。 図９Ｅは、図９Ｄの次の工程を示す図解的な断面図である。 図９Ｆは、図９Ｅの次の工程を示す図解的な断面図である。 図９Ｇは、図９Ｆの次の工程を示す図解的な断面図である。 図１０は、サブマウントの構造を図解的に示す断面図である。 図１１は、サブマウントの模式的な平面図である。 図１２Ａは、発光装置の構造を図解的に示す断面図である。 図１２Ｂは、発光装置の構成例を示す図解的な斜視図である。 図１３は、発光素子パッケージの模式的な斜視図である。 図１４は、本発明の別の実施形態に係る発光装置の模式的な断面図である。 図１５は、本発明のさらに別の実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。 図１６は、本発明において絶縁層に多層反射鏡を適用した場合の実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。 図１７は、絶縁層に多層反射鏡を適用した場合および適用しない場合のそれぞれにおける電流と輝度との関係を示すグラフである。 図１８は、本発明において絶縁層に多層反射鏡を適用した場合の別の実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。

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。
図２を参照して、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、ＩＴＯ層６と、反射層７と、絶縁層８と、絶縁管層９と、第１外部接続部１０と、第１コンタクト１１と、第２外部接続部１２と、第２コンタクト１３と、バリア層１５と、接合層１６とを含んでいる。

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、ＩＴＯ層６、反射層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。「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。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、光取出し面となる表面２Ａであり、図２における上面が、表面２Ａとは反対側の反対面となる裏面２Ｂ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、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、４００ｎｍ以上であり、４３０ｎｍ〜５３０ｎｍが好ましい。本実施例における発光層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、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。

ＩＴＯ層６は、第２導電型半導体層５とほぼ同一のパターンで第２導電型半導体層５上に積層されている。第２導電型半導体層５とその下の第１導電型半導体層３および発光層４が基板２に対して裏面２Ｂ側に配置されていることから、ＩＴＯ層６も基板２に対して裏面２Ｂ側に配置されていて、基板２に対して厚さ方向から対向配置されている。ＩＴＯ層６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。平面視において、ＩＴＯ層６は、第２導電型半導体層５における外側の輪郭と内側の輪郭との間（つまり、第２導電型半導体層５の領域の内側）に位置している。そのため、第２導電型半導体層５には、平面視においてＩＴＯ層６の輪郭よりもはみ出した段付き部分５Ａが存在する。ＩＴＯ層６は、第２導電型半導体層５にオーミック接触し、反射層７を第２導電型半導体層５に接着させる機能を有する。

反射層７は、ＩＴＯ層６とほぼ同一パターンでＩＴＯ層６上に積層されている。つまり、反射層７は、ＩＴＯ層６に対して基板２とは反対側に積層されている。反射層７は、ＩＴＯ層６を介することによって第２導電型半導体層５にオーミック接触することができる。反射層７は、ＩＴＯ層６に接触するようにＩＴＯ層６に積層された第１層７１と、第１層７１に対してＩＴＯ層６とは反対側に積層された第２層７２とを含む。

第１層７１は、Ｔｉを含む材料（たとえば、ＴｉＮ）からなる。第１層７１は、Ｔｉ単体で構成されていてもよい。
次に、図５〜図８のグラフを参照しながら、第１層７１の最適な厚さについて説明する。図５は、第１層７１の厚さを変化させた場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。図６は、第１層７１の厚さと反射率との関係を示すグラフである。図７は、第１層７１が１ｎｍの厚さのＴｉＮからなる場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。図８は、第１層７１が２ｎｍの厚さのＴｉＮからなる場合における波長と反射率との関係を示すグラフである。

まず、両面研磨が施されたＡｌ_２Ｏ_３層の上に、ＩＴＯ層６、第１層７１および第２層７２を、この順番で積層することで構成されたサンプルを複数種類準備した。第１層７１は、ＴｉＮからなり、第２層７２は、Ａｌからなる。各サンプルでは、Ａｌ_２Ｏ_３層、ＩＴＯ層６（厚さ１００ｎｍ）および第２層７２（厚さ１０００ｎｍ）の構成は同一であるが、第１層７１の厚さが、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍと異なる。図５では、各サンプルに波長の異なる光を当てた場合における、波長と、各サンプルでの反射率との関係を示している。各サンプルの特性カーブに付された引き出し線には、各サンプルの構成を示す説明（Ａｌ_２Ｏ_３／ＩＴＯ／ＴｉＮ（１、２、５、１０、１５）／Ａｌ）が示されているが、当該説明における括弧書きの数字が、前述した第１層７１の厚さ（１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍ）を示している。また、これらのサンプルと比較するために、Ａｌ_２Ｏ_３層の上に、ＩＴＯ層６（厚さ１００ｎｍ）、Ｃｒ層（厚さ３０ｎｍ）およびＡｕ層（厚さ２０００ｎｍ）を、この順番で積層することで構成された従来型のサンプル（引き出し線の説明：Ａｌ_２Ｏ_３／ＩＴＯ／Ｃｒ／Ａｕ）の特性カーブも図５に示している。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３層の上にＩＴＯ層６を積層しただけのサンプル（引き出し線の説明：Ａｌ_２Ｏ_３／ＩＴＯ）の特性カーブも図５に示している。図５を参照すると、ＩＴＯ層６と（Ａｌからなる）第２層７２との間に（ＴｉＮからなる）第１層７１が存在する方が、広い波長域において高い反射率を得られることが分かる。

第１層７１が存在する各サンプルについて、図５における４５０ｎｍの波長での反射率と、第１層７１の厚さ（ＴｉＮ膜厚）との関係は、図６のグラフで表される。なお、図６では、参考のため、ＴｉＮ膜厚が５０ｎｍである場合における反射率も示している。図６より、高反射率（前述した従来型より高い反射率）を得るためには、第１層７１の厚さは、１０ｎｍ以下であり、５ｎｍ以下であることが好ましい。

図５を参照して、特に、発光波長が４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の場合、第１層７１の厚さは２ｎｍ以下であることが好ましい。また、発光波長が４５０ｎｍ以上の場合、第１層７１の厚さは５ｎｍ以下であることが好ましい。
次に、第１層７１の厚さが１ｎｍであるサンプルについて、異なる加熱温度（２００℃、２５０℃、３００℃、３３０℃）による加熱処理を３時間加えた４種類のサンプルを新たに準備した。そして、図７は、当該４種類のサンプルと、加熱処理を加えていない基本サンプルとについて、波長の異なる光を当てた場合における、波長と、各サンプルでの反射率との関係を示している。第１層７１の厚さが１ｎｍであるサンプルでは、加熱温度が２００℃〜３００℃である場合には、基本サンプルとほぼ一致する特性カーブを描くが、加熱温度が３３０℃まで上昇すると反射率が全体的に低下することが分かった。第１層７１の厚さが１ｎｍである（薄い）サンプルの場合、加熱温度が３３０℃まで上昇すると、ガルバニック腐食の影響により、反射率が低下するものと思われる。

一方で、第１層７１の厚さが２ｎｍであるサンプルについて、３３０℃の加熱温度による加熱処理を異なる時間（２時間または３時間）加えた２種類のサンプルを新たに準備した。そして、図８は、当該２種類のサンプルと、加熱処理を加えていない基本サンプルとについて、波長の異なる光を当てた場合における、波長と、各サンプルでの反射率との関係を示している。第１層７１の厚さが２ｎｍであるサンプルでは、加熱温度が３３０℃であって加熱時間に違いがあっても、基本サンプルとほぼ一致する特性カーブを描くことが分かった。つまり、第１層７１の厚さが２ｎｍであるサンプルの場合には、加熱温度が３３０℃まで上昇しても、反射率は低下せずに高い値で安定している。

第１層７１が薄すぎると、第２層７２がＩＴＯ層６に（ガルバニック腐食による）影響を与えるため、第１層７１の厚さは１ｎｍ以上であることが好ましい。ただし、第１層７１（ＴｉＮ）がない場合には反射率が低下し、第１層７１の厚さが１ｎｍである場合には、高温状況下で反射率が多少低下するが（図７参照）、第１層７１の厚さが２ｎｍである場合には、高温状況下でも反射率の低下はほとんどない（図８参照）。よって、第１層７１の厚さが２ｎｍより大きい場合には反射率の低下はないと考えられる。

図２に戻り、第２層７２は、Ａｌを含む材料（Ａｌ単体でもよい）からなる。第２層７２は、第１層７１と同一パターンで第１層７１上に積層されている。そのため、平面視において、第１層７１の輪郭（領域）と第２層７２の輪郭（領域）とは一致している。また、ＩＴＯ層６に積層された第１層７１上に第２層７２が積層されていることから、第２層７２とＩＴＯ層６との間には、第１層７１だけが存在する。

そして、反射層７全体は、平面視において、ＩＴＯ層６における外側の輪郭と内側の輪郭との間（つまり、ＩＴＯ層６の領域の内側）に位置している。そのため、ＩＴＯ層６には、平面視において反射層７の輪郭よりもはみ出した段付き部分６Ａが存在する。
絶縁層８は、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）、ＳｉＯＮ（窒化酸化シリコン）およびＳｉＮ（窒化シリコン）のうちの一種以上を含む絶縁性材料で形成されている。絶縁層８は、反射層７上に積層されている。絶縁層８は、反射層７の表面７Ａ（第２層７２の上面）の全域を覆う被覆部８Ａと、平面視における被覆部８Ａの端部から基板２側へ延びる延設部８Ｂとを一体的に有している。延設部８Ｂは、平面視における発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれの外側端面（第２導電型半導体層５の段付き部分５ＡおよびＩＴＯ層６の段付き部分６Ａも含む）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。

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の被覆部８Ａ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り、絶縁層８の一部とみなすことができる。この実施形態では、絶縁管層９は、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１μｍ〜３μｍ程度である。絶縁管層９は、反射層７、ＩＴＯ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の外側の直径は、第２導電型半導体層５の段付き部分５ＡとＩＴＯ層６の段付き部分６Ａとに応じて、基板２側へ向けて階段状に変化している。

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。
複数の絶縁管層９は、図１に示すように、平面視において交差する２方向（基板２の長手方向および短手方向）に沿って行列状に規則配列されていてもよいし、平面視で千鳥状に配列されていてもよい。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、行方向が基板２の短手方向に一致し、列方向が基板２の長手方向に一致している。

図２を参照して、第１外部接続部１０は、絶縁層８の被覆部８Ａ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外部接続部１０は、絶縁層８から露出している。第１外部接続部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（被覆部８Ａ）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外部接続部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外部接続部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外部接続部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外部接続部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外部接続部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外部接続部１０の長手縁１０Ａおよび短手縁１０Ｂに沿って配置された縁側絶縁管層９Ａを含んでいる。図１では、１２個の縁側絶縁管層９Ａが、全体で矩形の額縁状をなしていて、第１外部接続部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外部接続部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外部接続部１０と同じ材料で形成されている場合、第１外部接続部１０と一体化していてもよく、第１外部接続部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外部接続部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。

図２を参照して、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（被覆部８Ａ）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、反射層７、ＩＴＯ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。つまり、絶縁層８（絶縁管層９を含む）は、ＩＴＯ層６および反射層７を保護しつつ、第１導電型半導体層３と、第２導電型半導体層５とを互いに絶縁している。

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。

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、行列状をなすように、均等に分散配置されている。

図２を参照して、第２外部接続部１２は、この実施形態では、第１外部接続部１０と同じ材料からなり、絶縁層８（被覆部８Ａ）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外部接続部１２は、平面視において、第１外部接続部１０よりも小さいが、たとえば、第１外部接続部１０と同じ厚さを有している。第２外部接続部１２は、第１外部接続部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外部接続部１０と、右側に偏って形成された第２外部接続部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。

第２コンタクト１３は、導電性材料（ここでは、第２外部接続部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外部接続部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外部接続部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、反射層７の第２層７２に接続されている。

バリア層１５は、第１外部接続部１０上に、第１外部接続部１０と同一パターンで積層されているとともに、第２外部接続部１２上に、第２外部接続部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外部接続部１０および第２外部接続部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外部接続部１０上のバリア層１５上に、第１外部接続部１０と同一パターンで積層されているとともに、第２外部接続部１２上のバリア層１５上に、第２外部接続部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外部接続部１０および第２外部接続部１２へのＳｎ（錫）の拡散が抑えられている。

第１外部接続部１０および第１コンタクト１１と、第１外部接続部１０上のバリア層１５および接合層１６は、第１電極４１を構成している。第２外部接続部１２および第２コンタクト１３と、第２外部接続部１２上のバリア層１５および接合層１６は、第２電極４２を構成している。
接合層１６において、第１外部接続部１０上および第２外部接続部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外部接続部１０側の接合層１６の接合面１６Ａと、第２外部接続部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外部接続部１０と第２外部接続部１２とが分離絶縁されているので、第１外部接続部１０側の接合層１６と、第２外部接続部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、ＩＴＯ層６と、反射層７とは、平面視においてほぼ一致していて、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、ＩＴＯ層６および反射層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外部接続部１０、第２外部接続部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、ＩＴＯ層６、反射層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外部接続部１０と第２外部接続部１２との間に順方向電圧を印加すると、第２外部接続部１２から第１外部接続部１０へ向かって電流が流れる。電流は、第２外部接続部１２から第１外部接続部１０へ向かって、第２コンタクト１３および反射層７を、この順番で流れる。反射層７は、導電性が良好なので、電流は、反射層７において平面視における全域に広がり、その後、ＩＴＯ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１１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から外部に取り出される。

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ＩＴＯ層６をこの順で透過する。そして、この光は、ＩＴＯ層６と反射層７との界面や、反射層７内における第１層７１と第２層７２との界面で反射される。
以上のように反射した光は、ＩＴＯ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外部接続部１０および第２外部接続部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、ＩＴＯ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層７のほかに、第２の反射電極層としての第１外部接続部１０および第２外部接続部１２を備えている。第１および第２外部接続部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外部接続部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。また、各凸部１７は、第１導電型半導体層３内で乱反射することでとどまっている光を基板２側へ導くこともできる。よって、光の取り出し効率が向上する。

以上のように、発光素子１では、発光層４からの光は、直ちに基板２の表面２Ａから放出されたり、一旦基板２の裏面２Ｂ側へ向かってＩＴＯ層６を透過して反射層７で反射した後に基板２の表面２Ａから放出されたりする。
ＩＴＯ層６に積層された反射層７では、Ａｌを含む第２層７２とＩＴＯ層６との間に、Ｔｉを含む第１層７１が介在されている。そのため、第２層７２とＩＴＯ層６との接触が回避され、第１層７１が第２層７２からＩＴＯ層６を保護しているので、ＩＴＯ層６がガルバニック腐食することを防止できる。ＩＴＯ層６の腐食を防止できることによって、発光素子１における電気特性を向上させることができる。一方で、Ｔｉを含む第１層７１は、第２層７２の反射率に影響を与えることなくＩＴＯ層６を保護できるため、第１層７１が無い場合に比べて、反射層７における反射率の向上を図ることができる。

つまり、ＩＴＯ層６の腐食を防止しつつ、反射層７における反射率の向上を図ることができる。換言すれば、このような第１層７１および第２層７２を有する２層構造の反射層７を採用することによって、発光素子１の信頼性を向上させることができる。
また、第１層７１の厚さと反射層７における反射率との間には、前述した相関関係（図５〜図８参照）があり、第１層７１の厚さが、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であると、反射層７における反射率の更なる向上を図ることができる。

そして、第２層７２とＩＴＯ層６との間には、第１層７１だけが存在するので、第１層７１以外に他の層も存在する場合に比べて、反射層７における反射率の更なる向上を図ることができる。
図９Ａ〜図９Ｇは、図２に示す発光素子１の製造方法を示す図解的な断面図である。
まず、図９Ａ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９Ｂに示すように、たとえばリフトオフ法を用いて、ＩＴＯ層６をパターン形成する。なお、エッチングによってＩＴＯ層６を形成してもよい。ＩＴＯ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、ＩＴＯ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、ＩＴＯ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、反射層７を形成する。
この実施形態の場合、具体的には、まず、Ｔｉを含む材料（この実施形態では、ＴｉＮ）からなる層（第１層）を、ＩＴＯ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形成する。次いで、当該第１層の上の全域に亘って、Ａｌを含む材料（この実施形態では、Ａｌ単体）からなる層（第２層）を形成する。第１層および第２層は、スパッタリングによって形成することができる。

そして、これらの第１層および第２層に対して、ＩＴＯ層６とほぼ同一のパターンのレジストパターン（図示せず）をマスクとするドライエッチングを施す。これにより、第１層および第２層の各層が選択的に一括除去される。
図９Ｃを参照して、除去後に残った第１層が、第１層７１となって、ＩＴＯ層６上に、ＩＴＯ層６とほぼ同一のパターンで形成される。また、除去後に残った第２層が、第２層７２となって、第１層７１と同一パターンで形成される。以上により、第１層７１および第２層７２を有する反射層７が形成される。なお、ここでのエッチングに用いたレジストパターンは、前述した貫通穴１９より少し大きい貫通穴を有している。そのため、反射層７には、平面視でＩＴＯ層６の各貫通穴１９と一致する位置に、貫通穴１９より少し大きい貫通穴２１が形成されている。よって、反射層７が形成された後のＩＴＯ層６には、前述した段付き部分６Ａが存在する。このように段付き部分６Ａを設定することによって、反射層７の大きさに多少の誤差があっても、反射層７を、確実に、ＩＴＯ層６上からはみ出さないように形成することができる。

次いで、図９Ｄに示すように、先ほどのレジストパターン（図示せず）を除去してから、別のレジストパターン２２を反射層７上に形成する。レジストパターン２２には、平面視でＩＴＯ層６の各貫通穴１９と一致する位置に、貫通穴１９より少し小さい開口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、レジストパターン２２は、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれの側面部分を覆っている。一方、レジストパターン２２は、平面視において、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、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。各トレンチ２４の直径は、開口２３の直径と同じであって、ＩＴＯ層６の貫通穴１９より少し小さいので、トレンチ２４が形成された後の第２導電型半導体層５には、前述した段付き部分５Ａが存在する。

そして、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の厚さ方向に円筒状である。各トレンチ２５の直径は、第２導電型半導体層５の段付き部分５ＡとＩＴＯ層６の段付き部分６Ａとに応じて、基板２側へ向けて階段状に変化している。各トレンチ２５は、反射層７、ＩＴＯ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、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９Ｃ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９Ｅに示すように、反射層７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、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれの外側端面（第２導電型半導体層５および段付き部分５ＡおよびＩＴＯ層６の段付き部分６Ａも含む）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、反射層７上にある部分は、絶縁層８の被覆部８Ａとなり、平面視における発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層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８Ｂ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９Ｆ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および反射層７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。また、各開口２９におけるエッチングは、反射層７の手前でストップする。

ドライエッチングの結果、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。

また、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と一致する位置には、絶縁層８を貫通して反射層７まで延びたトレンチ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９Ｆ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９Ｇ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９Ｇ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外部接続部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外部接続部１２となる。第１外部接続部１０および第２外部接続部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。

また、図９ＧのＡｌ層３２、バリア層１５および接合層１６は、レジストパターンを用いたリフトオフ法で形成してもよい。リフトオフ法で形成する場合は、レジストパターンを形成した後に蒸着法、スパッタ法でＡｌ層３２、バリア層１５および接合層１６を順に形成し、レジストパターンを剥離することで図９Ｇの構造を形成する。
以上の結果、発光素子１が完成する。

発光素子１は、たとえば、基板２の元基板としての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、レーザスクライバ等を用いてダイシングすると、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９Ｇ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外部接続部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外部接続部１２上の接合層１６の接合面１６Ａはほとんど平坦になる。

図１０は、サブマウント５０の構造を図解的に示す断面図である。
図１０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１およびサブマウント５０は、発光素子ユニット６４を構成する。
サブマウント５０は、サブマウント基板５１と、絶縁層５２と、電極層５３と、接合層５４とを備えている。

サブマウント基板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、サブマウント基板５１の主面５１Ａ（図１０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１０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１０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１０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外部接続部１０および第２外部接続部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、サブマウント基板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１０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１１は、サブマウント５０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外部接続部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外部接続部１２上の接合層１６と同じ大きさである（図１参照）。

図１２Ａは、発光装置６０の構造を図解的に示す断面図である。
図１２Ａを参照して、発光装置６０は、発光素子ユニット６４（発光素子１およびサブマウント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。

発光素子ユニット６４の組立に際しては、たとえば、サブマウント５０を、図１２Ａ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１２Ａ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１２Ａ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外部接続部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外部接続部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外部接続部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外部接続部１２と第２マウント電極層５３Ｂとが接合層１６，５４を介して接合される。接合層１６と接合層５４とが融解・固着して互いに接合すると、発光素子１が、電極層５３および接合層５４を介してサブマウント５０のサブマウント基板５１に接合され、サブマウント５０にフリップチップ接続される。フリップチップ接続の結果、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外部接続部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外部接続部１０と第２外部接続部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外部接続部１０が第２マウント電極層５３Ｂに接続されたり、第２外部接続部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。

サブマウント５０のサブマウント基板５１を絶縁基板６２の一表面に対向させることで、発光素子ユニット６４は、当該絶縁基板６２に接合される。そして、第１外部接続部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外部接続部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１２Ｂ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１２Ｂ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１３は、発光素子ユニット６４を用いた発光素子パッケージ７０の模式的な斜視図である。
発光素子パッケージ７０は、図１２Ａに示した構造の発光装置６０とパッケージ９１と封止樹脂９２とを含んでいる。
パッケージ９１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（発光素子１）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。この状態で、発光素子ユニット６４の発光素子１では、基板２において光取出し面となる表面２Ａ側が露出されている。パッケージ９１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９１ａを形成している。この実施形態では、反射面９１ａ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の表面２Ａ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９２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、白色発光が得られる。
図１３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９２によって共通に封止されていてもよい。

図１４は、本発明の別の実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
前述した発光素子１は、いわゆるフリップタイプの発光素子であるが、図１４に示す発光素子７４は、いわゆる２ワイヤータイプの発光素子である。
発光素子７４は、基板７５と、第１導電型半導体層７６と、発光層７７と、第２導電型半導体層７８と、第１電極７９と、第２電極８０と、前述したＩＴＯ層６および反射層７とを含んでいる。

基板７５は、たとえばサファイアからなり、所定の厚さを有している。基板７５は、その厚さ方向から見た平面視において、図１４における左右方向に長手方向を有し、図１４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。基板７５では、図１４における上面が、光取出し面となる表面７５Ａであり、図１４における下面が、光取出し面とは反対側の反対面となる裏面７５Ｂである。表面７５Ａは、基板７５における第１導電型半導体層７６との接合面であり、裏面７５Ｂは、基板７５におけるＩＴＯ層６との接合面である。基板７５の表面７５Ａには、前述した凸部１７が複数形成されている。基板７５は、発光層７７の発光波長に対して透明である。

第１導電型半導体層７６は、基板７５上に積層されている。第１導電型半導体層７６は、基板７５の表面７５Ａの全域を覆っている。第１導電型半導体層７６は、ｎ型の窒化物半導体（たとえば、ＧａＮ）からなる。第１導電型半導体層７６について、図１４において基板７５の表面７５Ａを覆う下面を裏面７６Ａといい、裏面７６Ａとは反対側の上面を表面７６Ｂということにする。表面７６Ｂにおいて、図１４における右寄りの第１領域７６Ｃは、左寄りの第２領域７６Ｄよりも裏面７６Ａ側へ一段低くなっている。

発光層７７は、第１導電型半導体層７６上に積層されている。発光層７７は、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂにおける第２領域７６Ｄの全域を覆っている。発光層７７は、この実施形態では、Ｉｎを含む窒化物半導体（たとえばＩｎＧａＮ）からなる。
第２導電型半導体層７８は、発光層７７と同一パターンで発光層７７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７８の領域は、発光層７７の領域と一致している。第２導電型半導体層７８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７７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７６とｐ型半導体層である第２導電型半導体層７８とで発光層７７を挟んだ発光ダイオード構造が形成されている。

第１電極７９は、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂにおける第１領域７６Ｃ上に積層されている。第１電極７９は、表面７６Ｂ側からＴｉおよびＡｌを積層することによって構成されている。第２電極８０は、第１電極７９と同じ構成であり、第２導電型半導体層７８上に積層されている。
ＩＴＯ層６は、前述した実施形態（図２参照）と同様に、基板７５に対して裏面７５Ｂ側に配置されて対向配置されていて、裏面７５Ｂの全域を覆っている。

反射層７は、前述した実施形態（図２参照）と同様に、ＩＴＯ層６に対して基板７５とは反対側に積層されている。また、反射層７は、前述した第１層７１および第２層７２を含んでいる。第１層７１は、ＩＴＯ層６に接触するようにＩＴＯ層６に積層され、第２層７２は、第１層７１に対してＩＴＯ層６とは反対側に積層されている。そのため、第２層７２とＩＴＯ層６との間には、第１層７１だけが存在する。第１層７１および第２層７２のそれぞれの寸法（厚さ）や材料は、前述した実施形態（図２参照）と同様である。

このような発光素子７４において、第１電極７９と第２電極８０との間に順方向電圧を印加すると、第２電極８０から第１電極７９へ向かって電流が流れる。電流は、第２電極８０から、第２導電型半導体層７８、発光層７７、第１導電型半導体層７６および第１電極７９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７６から発光層７７に電子が注入され、第２導電型半導体層７８から発光層７７に正孔が注入され、これらの正孔および電子が発光層７７で再結合することにより、光が発生する。

発光層７７からの光は、第２導電型半導体層７８の表面７８Ａから放出される。
一方、発光層７７から第１導電型半導体層７６側に向かう光も存在し、この光は、第１導電型半導体層７６、基板７５およびＩＴＯ層６をこの順で透過して、ＩＴＯ層６と反射層７との界面や、反射層７における第１層７１と第２層７２との界面で反射される。反射した光は、ＩＴＯ層６および基板７５をこの順で透過して第２導電型半導体層７８の表面７８Ａから取り出される。

この発光素子７４でも、前述した発光素子１と同様の作用効果を奏することができる。
この発光素子７４を作成する場合、まず、基板７５の表面７５Ａに第１導電型半導体層７６を形成し、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂの全域に発光層７７および第２導電型半導体層７８をこの順番で形成する。次いで、エッチングまたはリフトオフによって、第１導電型半導体層７６、発光層７７および第２導電型半導体層７８のそれぞれをパターニングして、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂの第１領域７６Ｃを露出させる。次いで、第１領域７６Ｃに第１電極７９を形成し、第２導電型半導体層７８に第２電極８０を形成する。その後、基板７５の裏面７５Ｂに、ＩＴＯ層６ならびに反射層７の第１層７１および第２層７２をこの順番で形成する。そして、基板７５の元基板となる１枚のウエハを、レーザスクライバ等を用いてダイシングすると、発光素子７４が個別に切り出される。

また、この発光素子７４は、Ａｇや半田等のペーストからなる接合層８５を介して、前述したサブマウント基板５１の主面５１Ａに接合される。図１４に示すサブマウント基板５１の主面５１Ａにおいて接合層８５を避けた位置には、前述した一対のリード６３が設けられている。発光素子７４の第１電極７９および第２電極８０は、最寄のリード６３に対してボンディングワイヤ６５を介して電気的に接続されている。発光素子７４およびサブマウント基板５１によって、発光素子ユニット６４（発光装置６０）が構成されている。もちろん、発光素子１の場合と同様に、発光素子７４と、基板７５の表面７５Ａ側が露出されるように発光素子７４を覆うパッケージ９１とによって、発光素子パッケージ７０（図１３参照）を構成してもよい。

図１５は、発光素子７４の変形例を示している。そのため、図１４で説明した部分と対応する部分には、同一の参照符号を付し、当該部分についての詳しい説明を省略する。図１４の発光素子７４と図１５の発光素子７４との違いは、ＩＴＯ層６および反射層７の位置だけであり、その他の構成はほとんど同じである。
図１５に示す発光素子７４では、ＩＴＯ層６が、第２導電型半導体層７８の表面７８Ａと、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂにおける第１領域７６Ｃとのそれぞれに、積層されている。第１導電型半導体層７６側のＩＴＯ層６と、第２導電型半導体層７８側のＩＴＯ層６とは、つながっておらず、分離絶縁されている。そして、第１導電型半導体層７６側のＩＴＯ層６上には、反射層７を介して第１電極７９が積層されている。第２導電型半導体層７８側のＩＴＯ層６上には、反射層７を介して第２電極８０が積層されている。この場合も、各ＩＴＯ層６は、前述した実施形態（図２および図１４参照）と同様に、基板７５に対して対向配置されていて、反射層７は、対応するＩＴＯ層６に対して基板７５とは反対側に積層されている。また、各ＩＴＯ層６上の反射層７は、前述した第１層７１および第２層７２を含んでいる。第１層７１は、ＩＴＯ層６に接触するようにＩＴＯ層６に積層され、第２層７２は、第１層７１に対してＩＴＯ層６とは反対側に積層されている。そのため、第２層７２とＩＴＯ層６との間には、第１層７１だけが存在する。第１層７１および第２層７２のそれぞれの寸法（厚さ）や材料は、前述した実施形態（図２および図１４参照）と同様である。

図１５に示す発光素子７４では、発光層７７からの光は、第２導電型半導体層７８上のＩＴＯ層６から放出される。その際、発光層７７から第１電極７９や第２電極８０に向かう光が存在するのだが、この光は、反射層７によって反射されてから放出されるので、当該光が第１電極７９や第２電極８０で吸収されることを抑制できる。
この発光素子７４でも、前述した発光素子１および７４（図２および図１４参照）と同様の作用効果を奏することができる。特に、第１電極７９および第２電極８０での光の反射率を上げることによって、発光素子７４における光の取り出し効率を上げることができる。なお、前述した絶縁層８が、第１電極７９および第２電極８０のそれぞれの表面だけを露出させるように、第１導電型半導体層７６の表面７６Ｂ、第２導電型半導体層７８の表面７８Ａ、ＩＴＯ層６および反射層７を覆っていてもよい。

もちろん、ＩＴＯ層６および反射層７を、第１電極７９および第２電極８０側だけでなく、基板７５に対して裏面７５Ｂ側にも設けた構成（図１４および図１５の構成を合体させた構成）の発光素子７４もあり得る。
また、図１５は、２ワイヤタイプの例だが、たとえば図２のようなフリップチップタイプにおいて電極（第１電極７９および第２電極８０に相当する部分）を除く表面を絶縁膜で覆う構成も考えられる。

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、第１導電型半導体層および第２導電型半導体層を構成する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。

また、前述した絶縁層８に、以下に述べる多層反射鏡９５を用いてもよい。つまり、絶縁層８は、多層反射鏡９５を含んでもよい。
図１６は、本発明において絶縁層８に多層反射鏡９５を適用した場合の実施形態に係る発光素子１の模式的な断面図である。図１６に示す発光素子１と図１２Ａに示す発光素子１との違いは、絶縁層８に多層反射鏡９５を適用するか否かだけであり、その他の構成は、ほとんど同じである。よって、図１６において、図１２Ａで説明した部分と対応する部分には、同一の参照符号を付し、当該部分についての詳しい説明を省略する。なお、図１６では、発光素子１がフリップチップ接続されるサブマウント５０（サブマウント基板５１）および支持基板６１等を、図１２Ａよりも簡略化して示している（後述する図１８でも同様）。

多層反射鏡９５は、いわゆるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）である。絶縁層８は、多層反射鏡９５が適用された絶縁性のＤＢＲ反射層である。
多層反射鏡９５は、屈折率差を有する２種類以上の膜（詳しくは、発光波長に対して透明な透明膜）を交互に積層することで構成される。ここでの「交互に積層する」とは、同じ種類の膜同士が重なって積層されないように複数類の膜を積層するということである。多層反射鏡９５に用いられる膜の種類として、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２およびＡｌＮ等が挙げられるが、以下の説明では、ＳｉＯ_２およびＳｉＮの２種類を用いて多層反射鏡９５を構成することにする。

この実施形態の多層反射鏡９５は、複数ペア（たとえば１５ペア）のＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７を交互に積層することによって構成されている。図１６では、説明の便宜上、ＳｉＯ_２膜９６が白抜きの帯状に図示され、ＳｉＮ膜９７が黒い太線状に図示されている。なお、図１６では、多層反射鏡９５を模式的に図示しているので、ＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７の枚数は、実際の枚数と一致していない。これらのことは、後述する図１８においても当てはまる。

ＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７のそれぞれは、前述した被覆部８Ａに相当する領域では、反射層７の表面７Ａに平行になるように、基板２の厚さ方向において交互に積層されている。しかし、ＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７のそれぞれは、前述した延設部８Ｂおよび各絶縁管層９に相当する領域では、トレンチ２５において基板２の厚さ方向に延びる内周面や、発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれの外側端面と平行になるように、基板２の厚さ方向と直交する方向において交互に積層されている。なお、説明の便器上、トレンチ２５において基板２の厚さ方向に延びる内周面には、前述した段付き部分５Ａおよび６Ａ（図１２Ａ参照）が形成されておらず、当該内周面は、基板２の厚さ方向においては平坦である。また、発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれの外側端面は、基板２の厚さ方向に沿って面一になっている。

多層反射鏡９５では、ＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７の各光路長（＝ＳｉＯ_２またはＳｉＮの屈折率×各膜の膜厚Ｔ）が、多層反射鏡９５で反射させたい光の波長の４分の１に一致している。そのため、多層反射鏡において、ＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７の各膜厚Ｔは、多層反射鏡９５で反射させたい光の波長の４分の１をＳｉＯ_２またはＳｉＮの屈折率（ＳｉＯ_２：１．４６、ＳｉＮ：１．９）で割ることで得られる。多層反射鏡９５で反射させたい光の波長が４５０ｎｍである場合、ＳｉＯ_２膜９６の１枚の膜厚Ｔは、約７７ｎｍ（＝４５０／（４×１．４６））であり、ＳｉＮ膜９７の１枚の膜厚Ｔは、約５９ｎｍ（＝４５０／（４×１．９））である。

ただし、各膜の膜厚Ｔは、前述したように屈折率と波長を用いた式によって厳密に算出されなくてもよく、膜厚Ｔが不規則になった複数種類の膜を積層する多層反射鏡９５を構成してもよい。
このような多層反射鏡９５の製造方法としては、図９Ｄに示すようにトレンチ２５および第１導電型半導体層３の段付部分３Ｃが形成された後に、レジストパターン２２を除去してから、反射層７上に、前述した複数ペアのＳｉＯ_２膜９６およびＳｉＮ膜９７を交互に積層する。すると、図９Ｅに示すように、前述したＳｉＮ層２６の代わりに、多層反射鏡９５が各トレンチ２５の内部空間を埋め尽くすとともに、発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層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。絶縁層８に多層反射鏡９５を適用した発光素子１（改良品という）の製造工程は、多層反射鏡９５の製造工程以外においては、絶縁層８に多層反射鏡９５を適用していない発光素子１（通常品といい、図２および図１２Ａ等を参照）の製造工程と同じである。

図１２Ａに示す通常品の発光素子１と、図１６に示す改良品の発光素子１との間で性能を比較した。図１７は、通常品および改良品のそれぞれにおける電流と輝度との関係を示すグラフである。通常品についての特性カーブは、破線で示されていて、改良品についての特性カーブは、実線で示されている。
図１２Ａに示す通常品では、前述したように反射層７で反射されずに絶縁管層９内を進む光の一部が、単一の絶縁性材料（ＳｉＯ_２等）で構成された絶縁管層９および絶縁層８を透過する。当該一部の光のほとんどは、第１および第２外部接続部１０，１２で反射される。しかし、当該一部の光には、平面視の発光素子１において反射層７ならびに第１および第２外部接続部１０，１２と重なっていない領域からサブマウント５０側（パッケージ側）へ漏れてしまう光が存在し得る。一方、図１６に示す改良品では、当該領域が、多層反射鏡９５を適用した絶縁層８によって覆われているので、反射層７で反射されなかった光は、第１および第２外部接続部１０，１２よりも前に多層反射鏡９５によって基板２側へ反射され、基板２の表面２Ａ（光取出し面）から放出される。そのため、改良品では、ＩＴＯ６層および反射層７に到達した光が基板２の表面２Ａとは反対側へ漏れることを多層反射鏡９５によって抑制し、反射層７で反射されなかった光を９９％という非常に高い反射率で反射させることができるので、図１７に示すように、通常品に比べて輝度の向上を図ることができる。

図１６に示すように第１コンタクト１１が複数設けられて立体的に離散配置される構成（図１も参照）とは異なり、図１８に示すように簡略化した構成でも、絶縁層８に多層反射鏡９５を適用することができる。図１８に示す改良品の発光素子１（簡略化版）では、第１導電型半導体層３の裏面３Ｂにおいて、長手方向における一方領域３Ｄに、発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層７が偏って積層されていて、長手方向における他方領域３Ｅは、一方領域３Ｄよりも表面３Ａ側へ一段窪んだ状態で露出されている。他方領域３Ｅに第１コンタクト１１が接続されている。

第１コンタクト１１および第１外部接続部１０と、発光層４、第２導電型半導体層５、ＩＴＯ層６および反射層７のそれぞれとの間は、絶縁層８の多層反射鏡９５によって絶縁されている。また、発光素子１においてサブマウント５０側の領域では、多層反射鏡９５は、平面視で反射層７ならびに第１および第２外部接続部１０，１２と重なっていない領域を少なくとも覆っている。そのため、簡略化した構成の改良品でも、輝度の向上を図ることができる。

なお、前述した実施形態では、絶縁層８を、１種類の多層反射鏡９５で構成したが、複数種類の多層反射鏡９５を組み合わせて積層することによって構成してもよい。この場合、多層反射鏡９５を構成する前述した膜の種類や膜厚Ｔが多層反射鏡９５毎に異なっていてもよい。

１ 発光素子
２ 基板
２Ａ 表面
３ 第１導電型半導体層
４ 発光層
５ 第２導電型半導体層
６ ＩＴＯ層
７ 反射層
８ 絶縁層
７０ 発光素子パッケージ
７１ 第１層
７２ 第２層
７４ 発光素子
７５ 基板
７５Ａ 表面
７６ 第１導電型半導体層
７７ 発光層
７８ 第２導電型半導体層
９１ パッケージ
９５ 多層反射鏡

Claims (11)

1. 発光層の発光波長に対して透明な基板と、
   前記基板上に積層された第１導電型半導体層と、
   前記第１導電型半導体層上に積層された前記発光層と、
   前記発光層上に積層された第２導電型半導体層と、
   前記基板に対して対向配置され、前記第２導電型半導体層上に積層されたＩＴＯ層と、
   前記ＩＴＯ層に対して前記基板とは反対側に積層された反射層と、
   屈折率差を有する２種類以上の膜を交互に積層した多層反射鏡であって、前記反射層に対して前記基板とは反対側に積層された多層反射鏡と、
   前記多層反射鏡に対して前記基板とは反対側に積層され、前記発光層の発光のために電圧が印加される外部接続部とを含む発光素子であって、
   前記多層反射鏡は、前記基板の厚さ方向から見た平面視において前記反射層および前記外部接続部に重ならない領域を有し、
   前記平面視における前記第２導電型半導体層は、外側の輪郭と、この外側の輪郭によって囲まれた領域に形成された貫通穴の周縁部をなす内側の輪郭とを有し、
   前記平面視における前記ＩＴＯ層は、外側の輪郭と、この外側の輪郭によって囲まれた領域に形成された貫通穴の周縁部をなす内側の輪郭とを有し、
   前記平面視において、前記ＩＴＯ層は、前記第２導電型半導体層における外側の輪郭と内側の輪郭との間に位置していて、前記反射層は、前記ＩＴＯ層における外側の輪郭と内側の輪郭との間に位置していて、
   前記多層反射鏡は、前記反射層、前記ＩＴＯ層、前記第２導電型半導体層および前記発光層のそれぞれの側面に接していて、
   前記平面視において、前記第２導電型半導体層の領域は、前記発光層の領域と一致している、発光素子。
2. 前記反射層は、
   Ｔｉを含む材料からなり、前記ＩＴＯ層に接触するように前記ＩＴＯ層に積層された第１層と、
   Ａｌを含む材料からなり、前記第１層に対して前記ＩＴＯ層とは反対側に積層された第２層とを含む、請求項１に記載の発光素子。
3. 前記平面視において、前記第１層の領域と前記第２層の領域とが一致している、請求項２に記載の発光素子。
4. 前記多層反射鏡は、前記反射層において前記外部接続部側の面に接している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
5. 前記多層反射鏡は、前記ＩＴＯ層において前記外部接続部側の面に接している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
6. 前記多層反射鏡は、前記第２導電型半導体層において前記外部接続部側の面に接している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光素子。
7. 前記平面視における前記第１導電型半導体層の端部には、前記基板側へ凹んだ段付部分が形成され、
   前記多層反射鏡は、前記段付部分を覆っている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
8. 前記平面視における前記多層反射鏡の外側面は、前記厚さ方向に沿って直線状に延びていて、前記平面視における前記第１導電型半導体層の外側面と面一になっている、請求項７に記載の発光素子。
9. 前記多層反射鏡において前記反射層、前記ＩＴＯ層、前記第２導電型半導体層および前記発光層のそれぞれの側面に接する内側面は、前記第２導電型半導体層から前記反射層へ向かうにつれて階段状に延びている、請求項８に記載の発光素子。
10. 前記多層反射鏡は、前記第１導電型半導体層において前記外部接続部側の面に接している、請求項７〜９のいずれか一項に記載の発光素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子と、
    前記基板の光取出し面側が露出されるように前記発光素子を覆うパッケージとを含む、発光素子パッケージ。

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