特許 6354799 発光素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6354799

(24)【登録日】2018年6月22日

(45)【発行日】2018年7月11日

(54)【発明の名称】発光素子

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/38 20100101AFI20180702BHJP

   H01L 33/46 20100101ALI20180702BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20180702BHJP

   H01L 33/48 20100101ALI20180702BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/38

   H01L33/46

   H01L33/08

   H01L33/48

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-131024(P2016-131024)

(22)【出願日】2016年6月30日

(65)【公開番号】特開2017-120874(P2017-120874A)

(43)【公開日】2017年7月6日

【審査請求日】2017年3月6日

(31)【優先権主張番号】特願2015-254098(P2015-254098)

(32)【優先日】2015年12月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】榎村 恵滋

(72)【発明者】

【氏名】井上 芳樹

(72)【発明者】

【氏名】寸田 高政

【審査官】 小濱 健太

(56)【参考文献】

【文献】 韓国公開特許第１０−２００８−０００２１６１（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０４３７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３３／００−３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板の上面側に設けられ、互いに電気的に独立した複数の半導体発光セルと、
前記複数の半導体発光セルそれぞれの上面に設けられた光反射性電極と、
前記半導体発光セルの側面及びその間と、前記光反射性電極の側面及び上面の一部と、を連続して被覆する第１絶縁層と、
前記複数の半導体発光セルを電気的に直列接続し、前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆する配線電極と、
隣り合う二つの前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆し、前記半導体発光セルと電気的に接続されていない光反射性金属層と、
前記配線電極、前記光反射性金属層及び前記第１絶縁層を被覆する第２絶縁層と、
前記第２絶縁層上に設けられ、前記配線電極と電気的に接続される金属層と、を備え、
前記光反射性金属層の一部は、前記隣り合う二つの半導体発光セルの上面に設けられたそれぞれの光反射性電極の上面の一部を前記第１絶縁層を介して被覆しており、
前記配線電極と電気的に接続される金属層は、上面視において、前記光反射性電極、前記配線電極及び前記光反射性金属層が設けられていない領域を少なくとも被覆している発光素子。

【請求項2】

基板と、
前記基板の上面側に設けられ、互いに電気的に独立した複数の半導体発光セルと、
前記複数の半導体発光セルそれぞれの上面に設けられた光反射性電極と、
前記半導体発光セルの側面及びその間と、前記光反射性電極の側面及び上面の一部と、を連続して被覆する第１絶縁層と、
前記複数の半導体発光セルを電気的に直列接続し、前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆する配線電極と、
隣り合う二つの前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆し、前記半導体発光セルと電気的に接続されていない光反射性金属層と、を備え、
前記光反射性金属層の一部は、前記隣り合う二つの半導体発光セルの上面に設けられたそれぞれの光反射性電極の上面の一部を前記第１絶縁層を介して被覆しており、
前記光反射性金属層は、上面視において前記配線電極と重なり合っていない発光素子。

【請求項3】

前記半導体発光セルは、前記基板の上面側に２行以上２列以上で配置され、
前記配線電極は、各列において２以上の前記半導体発光セルを電気的に接続するとともに、隣り合う２列の同じ側の端部に配置された２つの前記半導体発光セルを電気的に接続し、
前記光反射性金属層は、隣り合う２行に配置された４つの前記半導体発光セルの側面を連続して被覆している請求項１又は請求項２に記載の発光素子。

【請求項4】

前記光反射性電極は、Ａｇ又はＡｇ合金からなる金属層を有する請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の発光素子。

【請求項5】

前記配線電極及び前記光反射性金属層は、Ａｌ又はＡｌ合金からなる金属層を有する請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の発光素子。

【請求項6】

前記基板の下面から光が取り出される請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の発光素子。

【請求項7】

前記配線電極と電気的に接続される金属層は、前記第２絶縁層と接触して設けられるＡｌ、Ａｇ、Ａｌ合金又はＡｇ合金からなる金属層を有する請求項１に記載の発光素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光素子に関する。

【背景技術】

【0002】

１枚の基板上に積層された半導体積層体に溝を設けることで複数の発光セルに区画し、複数の発光セル間を配線したモノリシック構造の発光素子が提案されている。特許文献１には、１枚の基板上に複数の発光セルが形成され、サブマウント基板にフリップチップ型で実装される発光素子が記載されている（図６参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−６２５９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された発光素子は、各発光セルの側面から出射する光が、金属バンプに吸収されたり、隣接する他の発光セルに入射したりするため、高い光取り出し効率を得ることは難しい。また、これらの発光素子において、複数の発光セルを直列接続して用いる場合は、発光セル間で電位差を生じる。そのため、電極に用いられるＡｇなどの金属材料がマイグレーションを起こし易くなる。

【0005】

本発明は、電極に用いられる金属材料のマイグレーションを抑制しつつ、光取り出し効率が向上する発光素子を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る発光素子は、基板と、前記基板の上面側に設けられ、互いに電気的に独立した複数の半導体発光セルと、前記複数の半導体発光セルそれぞれの上面に設けられた光反射性電極と、前記半導体発光セルの側面及びその間と、前記光反射性電極の側面及び上面の一部と、を連続して被覆する第１絶縁層と、前記複数の半導体発光セルを電気的に直列接続し、前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆する配線電極と、隣り合う二つの前記半導体発光セルの側面及びその間を前記第１絶縁層を介して被覆し、前記半導体発光セルと電気的に接続されていない光反射性金属層と、を備え、前記光反射性金属層の一部は、前記隣り合う二つの半導体発光セルの上面に設けられたそれぞれの光反射性電極の上面の一部を前記第１絶縁層を介して被覆している。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る発光素子によれば、電極に用いられる金属材料のマイグレーションを抑制しつつ、光取り出し効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】第１実施形態に係る発光素子の構成を示す平面図である。

【図1B】第１実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図であり、図１ＡのＩＢ−ＩＢ線における断面を示す。

【図1C】第１実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図であり、図１ＡのＩＣ−ＩＣ線における断面を示す。

【図2】第１実施形態に係る発光素子の等価回路を示す回路図である。

【図3A】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、ｎ側半導体層及びｐ側半導体層の配置領域を示す。

【図3B】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、光反射性電極の配置領域を示す。

【図3C】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、第１絶縁層の配置領域を示す。

【図3D】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、配線電極及び光反射性金属層の配置領域を示す。

【図3E】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、第２絶縁層の配置領域を示す。

【図3F】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、金属バンプ及び支持部材の配置領域を示す。

【図3G】第１実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、外部接続用電極の配置領域を示す。

【図4A】第２実施形態に係る発光素子の構成を示す平面図である。

【図4B】第２実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図であり、図４ＡのＩＶＢ−ＩＶＢ線における断面を示す。

【図4C】第２実施形態に係る発光素子の構成を示す断面図であり、図４ＡのＩＶＣ−ＩＶＣ線における断面を示す。

【図5】第２実施形態に係る発光素子の等価回路を示す回路図である。

【図6A】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、ｎ側半導体層及びｐ側半導体層の配置領域を示す。

【図6B】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、光反射性電極の配置領域を示す。

【図6C】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、第１絶縁層の配置領域を示す。

【図6D】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、配線電極及び光反射性金属層の配置領域を示す。

【図6E】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、第２絶縁層の配置領域を示す。

【図6F】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、金属バンプのシード層の配置領域を示す。

【図6G】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、金属バンプのメッキ層及び支持部材の配置領域を示す。

【図6H】第２実施形態に係る発光素子の積層構造を説明するための平面図であり、外部接続用電極の配置領域を示す。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態に係る発光素子について説明する。
なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、各部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、平面図とその断面図において、各部材のスケールや間隔が一致しない場合もある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一又は同質の部材を示しており、詳細な説明を適宜省略することとする。
また、本明細書において、「上」、「下」などは構成要素間の相対的な位置を示すものであって、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

【0010】

＜第１実施形態＞
［発光素子の構成］
図１Ａ〜図３Ｇを参照して、第１実施形態に係る発光素子の構成について説明する。
なお、図１Ｂに示す断面図は、図１Ａにおいて、折れ線であるＩＢ−ＩＢ線に沿った断面を示している。また、図３Ａ〜図３Ｇは、発光素子の積層構造を説明するために、下層側から順次に積層した状態を示している。図３Ａ〜図３Ｇは平面図であるが、便宜的に各図における最上層にハッチングを施している。

【0011】

発光素子１は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、上面視で略正方形に形成され、基板１１と、基板の上面側に設けられ、互いに電気的に独立した複数の半導体発光セル１０１〜１０８と、複数の半導体発光セル１０１〜１０８それぞれの上面に設けられた光反射性電極１３と、半導体発光セル１０１〜１０８の側面及びその間と、光反射性電極１３の側面及び上面の一部と、を連続して被覆する第１絶縁層１６と、複数の半導体発光セル１０１〜１０８を電気的に直列接続し、半導体発光セル１０１〜１０８の側面及びその間を第１絶縁層１６を介して被覆する配線電極１４１〜１４９と、隣り合う二つの半導体発光セル１０１〜１０８の側面及びその間を第１絶縁層１６を介して被覆し、半導体発光セル１０１〜１０８と電気的に接続されていない光反射性金属層１５１〜１５３と、を備えている。光反射性金属層１５１〜１５３の一部は、隣り合う二つの半導体発光セル１０１〜１０８の上面に設けられたそれぞれの光反射性電極１３の上面の一部を第１絶縁層１６を介して被覆して構成されている。更に、本実施形態に係る発光素子１は、第２絶縁層１７と、金属バンプ１８ｎ，１８ｐと、支持部材１９と、外部接続用電極２０ｎ，２０ｐと、を備えて構成されている。

【0012】

半導体積層体１２は、溝部１２ｄによって２行４列の８つの領域に分割されており、分割された各領域の半導体積層体１２が、それぞれ半導体発光セル１０１〜１０８（以下、「発光セル」と呼ぶ）を構成している。各発光セル１０１〜１０８は、ＬＥＤ構造を有している。また、図２に示した等価回路のように、発光セル１０１〜１０８は、光反射性電極１３及び配線電極１４２〜１４８を介して、直列に接続されている。
なお、図２では省略したが、例えば、発光セル１０１のｐ側半導体層１２ｐと配線電極１４１との間には、導電性の光反射性電極１３が介在している。

【0013】

直列接続の一方の端部である発光セル１０１は、光反射性電極１３、配線電極１４１及び金属バンプ１８ｐを介して外部接続用電極２０ｐと接続されている。また、直列接続の他方の端部である発光セル１０８は、配線電極１４９及び金属バンプ１８ｎを介して外部接続用電極２０ｎと接続されている。

【0014】

発光素子１のアノード電極である外部接続用電極２０ｐとカソード電極である外部接続用電極２０ｎとに電源を接続することで、発光セル１０１〜１０８が発光するように構成されている。また、半導体積層体１２の上面側に、光反射性電極１３、光反射性を有する配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３が設けられており、発光素子１の下面側が光取り出し面である。また、発光素子１は、外部接続用電極２０ｎ，２０ｐが上面側に設けられており、フェイスダウン型の実装に適した構造を有している。
以下、各部材について、順次に詳細に説明する。

【0015】

（基板）
基板１１は、半導体積層体１２を支持するものである。また、基板１１は、半導体積層体１２をエピタキシャル成長させるための成長基板であってもよい。基板１１としては、例えば、半導体積層体１２に窒化物半導体を用いる場合、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）基板を用いることができる。

【0016】

（半導体積層体）
半導体積層体１２は、基板１１の一方の主面である上面側から順に、ｎ側半導体層１２ｎ及びｐ側半導体層１２ｐが積層されてなり、配線電極１４１及び配線電極１４９に外部電源を接続することにより発光するようになっている。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、ｎ側半導体層１２ｎとｐ側半導体層１２ｐとの間に活性層１２ａを備えることが好ましい。

【0017】

図１Ａ〜図１Ｃ及び図３Ａに示すように、半導体積層体１２は、縦方向に延在して互いに平行な３本の溝と、これら３本の溝と垂直をなして横方向に延在する１本の溝と、が重なったような形状である溝部１２ｄによって８つの領域に分割されている。溝部１２ｄの底部には、基板１１の上面が半導体積層体１２から露出している。８つの分割領域は、それぞれ発光セル１０１〜１０８の何れかに対応している。つまり、発光セル１０１〜１０８は、配線電極１４２〜１４８を介して接続されることを除き、半導体積層体１２としては互いに電気的に独立している。

【0018】

半導体積層体１２には、発光セル１０１〜１０８ごとに、ｐ側半導体層１２ｐ及び活性層１２ａが部分的に存在しない領域、すなわちｐ側半導体層１２ｐの表面から凹んでｎ側半導体層１２ｎが露出した領域（この領域を「第１露出部１２ｂ」と呼ぶ）が形成されている。図３Ａにおいて右上がりの斜線のハッチングを施した領域が、ｐ側半導体層１２ｐ及び活性層１２ａが配置された領域であり、左上がりの斜線のハッチングを施した領域が、第１露出部１２ｂ及び後記する第２露出部１２ｃである。また、図３Ａにおいてハッチングを施していない領域は、溝部１２ｄの底面である。半導体積層体１２は、発光セル１０１〜１０８ごとに、上面視で略円形状をした２個の第１露出部１２ｂが設けられている。

【0019】

また、半導体積層体１２は、各発光セル１０１〜１０８の外周に沿って、ｐ側半導体層１２ｐ及び活性層１２ａが存在せず、ｎ側半導体層１２ｎが露出した領域である第２露出部１２ｃが設けられている。

【0020】

ｎ側半導体層１２ｎ、活性層１２ａ及びｐ側半導体層１２ｐは、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）などの窒化物半導体が用いられる。

【0021】

（光反射性電極）
光反射性電極１３は、ｐ側半導体層１２ｐの広い領域に電流を流すために配線電極１４１〜１４９から供給された電流を拡散させる電流拡散層として機能するとともに、光反射層としても機能する。光反射性電極１３は、図３Ｂにおいて左上がりの斜線のハッチングを施して示すように、ｐ側半導体層１２ｐの上面の略全領域に設けられている。
光反射性電極１３は、良好な導電性と光反射性とを有する金属材料からなる金属層を有することが好ましい。このような金属材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｌ又はこれらの何れかの金属を主成分とする合金を用いることができ、特に半導体積層体１２から発せられる可視光に対して高い光反射性を有するＡｇ又はその合金がより好ましい。また、光反射性電極１３は、積層構造としてもよい。例えば、下層側にＡｇ又はその合金などの光反射性の良好な材料を用いた光反射層を設け、上層側に光反射層に用いた金属材料のマイグレーションを抑制するためのバリア層を設けるようにしてもよい。バリア層としては、例えば、ＳｉＮを用いることができる。

【0022】

（第１絶縁層）
第１絶縁層１６は、図３Ｃにおいてドットのハッチングを施して示す領域に配置されている。第１絶縁層１６は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、各発光セル１０１〜１０８の半導体積層体１２の側面並びにその間である第１露出部１２ｂ、第２露出部１２ｃ及び溝部１２ｄと、光反射性電極１３の側面及び上面とを連続して被覆している。なお、光反射性電極１３は、上下方向における一断面視において、その端部が曲面となることがある。その場合は、ｐ側半導体層１２ｐの上面と実施的に平行をなす面が上面であり、端部における曲面が側面となる。
第１絶縁層１６は、発光セル１０１〜１０８ごとに、第１露出部１２ｂが設けられた領域に略円形状の開口部１６ｎを有し、光反射性電極１３が配置された領域に略矩形状の開口部１６ｐを有している。
第１絶縁層１６は、半導体積層体１２及び光反射性電極１３を保護するとともに、上層側に配置される配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３と、半導体積層体１２と、を絶縁するためのものである。

【0023】

第１絶縁層１６は、例えば、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆからなる群より選択された少なくとも一種を含有する酸化物又は窒化物を用いることができる。
これらの中で、可視光に対する透光性が高く、屈折率の低いＳｉＯ_２を用いることが好ましい。半導体積層体１２や基板１１よりも屈折率が低く、かつ、半導体積層体１２や基板１１との屈折率差が大きな材料を用いることで、これらの部材と第１絶縁層１６との界面で、効率的に光を反射させることができる。界面での光反射率を高めることで、発光素子１の上面側からの漏れ光を低減することができる。

【0024】

（配線電極）
配線電極１４１〜１４９は、図３Ｄにおいて左上がりの斜線のハッチングを施して示す領域に配置されており、各発光セル１０１〜１０８のｎ側半導体層１２ｎとｐ側半導体層１２ｐとを電気的に接続するための配線である。配線電極１４２〜１４９は、各発光セル１０１〜１０８の第１露出部１２ｂに設けられた第１絶縁層１６の開口部１６ｎにおいて、ｎ側半導体層１２ｎと電気的に接続されている。また、配線電極１４１〜１４８は、光反射性電極１３の上面に設けられた開口部１６ｐにおいて、光反射性電極１３を介してｐ側半導体層１２ｐと電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、配線電極１４１〜１４９が、各発光セル１０１〜１０８のパッド電極と、各発光セル１０１〜１０８同士を電気的に接続する配線とを兼ねているが、各発光セル１０１〜１０８にパッド電極を設け、配線電極１４１〜１４９をパッド電極に接続するようにしてもよい。

【0025】

配線電極１４１〜１４９は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、第１露出部１２ｂ、第２露出部１２ｃ及び溝部１２ｄにおいて、第１絶縁層１６を介して、発光セル１０１〜１０９の側面及びその間を被覆している。配線電極１４１〜１４９は、特に活性層１２ａが設けられている領域を含む側面を被覆するように設けることが好ましい。各発光セル１０１〜１０８の側面の少なくとも一部を被覆するように配線電極１４１〜１４９を設けることにより、発光セル１０１~０８の側面からの漏れ光を低減することができる。

【0026】

本実施形態のように、発光セル１０１〜１０８が、２行４列、すなわち、２行以上、かつ、２列以上に配置される場合は、配線電極１４２〜１４８が、発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域を効率的に被覆するように設けることが好ましい。
各列において２以上の発光セル、例えば、発光セル１０１と発光セル１０２とを電気的に接続する配線電極１４２は、発光セル１０１，１０２の上面、側面及びその間の領域を連続して被覆するように設けられている。
また、隣り合う２列の同じ側の端部に配置された２つの発光セル、例えば、１列目の上端部に配置された発光セル１０２と、２列目の上端部に配置された発光セル１０３とを電気的に接続する配線電極１４３は、発光セル１０２，１０３の上面、側面及びその間の領域を連続して被覆するように設けられている。

【0027】

配線電極１４１〜１４９は、導電性及び光反射性が良好な金属材料からなる金属層を有することが好ましい。このような金属材料としては、Ａｇ、Ａｌ又はこれらの金属の合金を用いることができる。Ａｌ又はＡｌ合金は、光反射性が高く、Ａｇに比べてマイグレーションが起こり難いため、配線電極１４１〜１４９として好適である。

【0028】

（光反射性金属層）
光反射性金属層１５１〜１５３は、図３Ｄにおいて右上がりの斜線のハッチングを施して示す領域に配置されており、発光セル１０１〜１０８の側面、並びにその間の領域である第２露出部１２ｃ及び溝部１２ｄを、第１絶縁層１６を介して連続して被覆する光反射膜である。発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域の内で、配線電極１４２〜１４８が設けられている領域は、当該配線電極１４２〜１４８が光反射膜として機能する。光反射性金属層１５１〜１５３は、発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域の内で、配線電極１４２〜１４８が設けられていない領域において、光反射膜として設けられるものである。配線電極１４２〜１４８と光反射性金属層１５１〜１５３とによって、発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域を被覆することで、発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域からの漏れ光を低減することができる。

【0029】

光反射性金属層１５１〜１５３は、上面視において、端部が光反射性電極１３が設けられた領域と重なるように、ｐ側半導体層１２ｐの上面側に延在して設けられている。つまり、光反射性金属層１５１〜１５３の一部は、隣り合う二つの発光セル１０１〜１０８の上面に設けられたそれぞれの光反射性電極１３の上面の一部を第１絶縁層１６を介して被覆している。これによって、光反射性金属層１５１〜１５３と光反射性電極１３との間から、光反射性金属層１５１〜１５３や光反射性電極１３などにより光取り出し面側に反射できずに発光セル１０１〜１０８の上面側から漏れる光を低減することができる。

【0030】

光反射性金属層１５１〜１５３は、隣り合う２行に配置された４つの発光セル１０１〜１０８の側面を連続して被覆していることが好ましい。つまり、光反射性金属層１５１〜１５３は、４つの発光セル１０１〜１０８の側面と、その間の溝部１２ｄ及び溝部１２ｄの交点とを連続して被覆していることが好ましい。溝部１２ｄの交点近傍の領域には、活性層１２ａからの光が集中しやすく、この領域に光反射性金属層１５１〜１５３が配置し活性層１２ａからの光を反射させることで、光取り出し効率を向上させることができる。なお、光反射性金属層１５１〜１５３が連続して被覆する発光セル１０１〜１０８の数は４つに限らず、例えば、発光セルが隣り合う３行に配置されている場合、６つの発光セルの側面を連続して被覆してもよい。

【0031】

光反射性金属層１５１〜１５３は、前記した配線電極１４１〜１４９と同様の材料を用いることができる。

【0032】

光反射性金属層１５１〜１５３は、何れの配線電極１４１〜１４９とも電気的に接続されていない。ここで、光反射性金属層１５１〜１５３を配線電極１４１〜１４９と電気的に接続しない理由について説明する。
発光セル１０１〜１０８の側面及びその間の領域からの漏れ光を低減するためには、配線電極１４１〜１４９の配置範囲を拡張することも考えられる。しかしながら、発光素子１を駆動する際には、配線電極１４１〜１４９の間に電位差が生じるため、配線電極１４１〜１４９同士を近接し過ぎると、大きな電界が生じることになる。特に直列接続が含まれると、配線電極１４１〜１４９の間の電位差が、並列接続のみの場合よりも大きくなる。そして、大きな電界が生じると、光反射性電極１３に用いられているＡｇなどの金属材料のマイグレーションが生じ易くなる。
特に、発光セルを、２行以上、かつ、２列以上に配置して、発光セル同士を直列接続した場合に、電位差の大きな配線電極が互いに隣接して配置される場合が多くなる。

【0033】

本実施形態において、８個の発光セル１０１〜１０８は、図２に示したように直列接続されている。このため、この直列回路における配線位置が互いに離れるほど、配線電極１４１〜１４９間の電位差が大きくなる。例えば、発光セル１０１〜１０８に印加される電圧を２４Ｖとすると、配線電極１４１と配線電極１４２との電位差は３Ｖであるが、配線電極１４１と配線電極１４５との電位差は１２Ｖである。
図３Ｄに示すように、発光セル１０１〜１０８は、２行４列に配置されており、大きな電位差がある配線電極１４１と配線電極１４５とが、隣接して配置されている。このため、配線電極１４１と配線電極１４５との距離を小さくすると、光反射性電極１３のマイグレーションを引き起こす大きな電界が生じやすくなる。

【0034】

そこで、発光素子１において、配線電極１４１〜１４９同士、特に電位差の大きな配線電極１４１〜１４９同士が近接し過ぎないように配置している。そして、配線電極１４１〜１４９が設けられていない領域に、配線電極１４１〜１４９の何れとも電気的に接続されていない光反射性金属層１５１〜１５３を設けている。配線電極１４１〜１４９の配置領域を狭める代わりに、配線電極１４１〜１４９と電気的に接続されていない光反射性金属層１５１〜１５３を設けることで、大きな電界が生じさせることなく光の取り出し効率を向上させることができる。その結果、Ａｇなどの金属材料のマイグレーションを抑制することができる。

【0035】

（第２絶縁層）
第２絶縁層１７は、図３Ｅにおいてドットのハッチングを施して示すように、下層側に設けられている配線電極１４１〜１４９、光反射性金属層１５１〜１５３及び第１絶縁層１６の表面の略全領域を連続して被覆している。また、第２絶縁層１７は、配線電極１４１の上面の一部に略矩形の開口部１７ｐを有し、配線電極１４９の上面の一部に円形及び半円形の開口部１７ｎを有している。
なお、開口部１７ｐは１箇所に設けられ、開口部１７ｎは４箇所に設けられているが、開口部１７ｐ，１７ｎの配置数や形状は特に限定されるものではない。

【0036】

第２絶縁層１７は、配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３を保護する保護膜である。
第２絶縁層１７は、前記した第１絶縁層１６と同様の材料を用いることが好ましい。なお、第１絶縁層１６と第２絶縁層１７とは、異なる材料を用いてもよい。

【0037】

（金属バンプ）
金属バンプ１８ｐ，１８ｎは、配線電極１４１，１４９と、外部接続用電極２０ｐ，２０ｎとを電気的に接続するための配線である。金属バンプ１８ｐ，１８ｎは、図１Ｂに示すように、支持部材１９を厚み方向に貫通する開口部１９ｐ，１９ｎ内に設けられている。
図３Ｆにおいて斜線のハッチングを施して示すように、金属バンプ１８ｐは、第２絶縁層１７の開口部１７ｐにおいて、配線電極１４１の上面と接続され、開口部１７ｐと略同じ上面視形状で形成されている。また、金属バンプ１８ｐは、上面が外部接続用電極２０ｐの下面と接続されている。
金属バンプ１８ｎは、第２絶縁層１７の４つの開口部１７ｎのそれぞれにおいて、配線電極１４９の上面と接続され、開口部１７ｎと略同じ上面視形状で設けられている。また、金属バンプ１８ｎは、上面が外部接続用電極２０ｎの下面と接続されている。
金属バンプ１８ｐ，１８ｎとしては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属を用いることができる。また、金属バンプ１８ｐ，１８ｎを複数種類の金属を用いた積層構造としてもよい。

【0038】

本実施形態における金属バンプ１８ｐ，１８ｎは、メッキ法で形成する際のシード層１８ａと、シード層１８ａの上面に積層形成されたメッキ層１８ｂとから構成されている。シード層１８ａは、メッキ層１８ｂを電解メッキ法で形成する際の電流経路となる金属層であり、スパッタリング法や蒸着法などによって形成することができる。

【0039】

なお、本実施形態では、上面視において、金属バンプ１８ｐ，１８ｎは、それぞれ発光セル１０１，１０８のｐ側半導体層１２ｐが設けられている領域内に配置されているが、第２絶縁層１７上の広い範囲に延在するように設けてもよい。このとき、第２絶縁層１７上に設けられ、配線電極１４１，１４９と電気的に接続される金属層として、シード層１８ａのみを広い範囲に延在して配置し、メッキ層１８ｂを、シード層１８ａの一部の領域上に設けるようにしてもよい。

【0040】

また、シード層１８ａを広い範囲に延在して配置する際に、上面視において、光反射性電極１３、配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３の何れもが設けられていない領域の、少なくとも一部を被覆するように設けることが好ましい。本実施形態では、光反射性電極１３及び配線電極１４１〜１４９と、光反射性金属層１５１〜１５３と、が電気的に接続されないように設けられるため、これらの部材で発光セル１０１〜１０８や溝部１２ｄなどを全て被覆するように設けることが難しい場合がある。本実施形態では、特に溝部１２ｄ及びその近傍において光反射性電極１３、配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３の何れもが設けられていない領域がある。

【0041】

そこで、シード層１８ａを広い範囲に配置して、発光素子１からの光をシード層１８ａにより反射することで、漏れ光を更に低減することができる。
具体的には、例えば、上面視において、金属バンプ１８ｐのシード層１８ａ及び金属バンプ１８ｎのシード層１８ａを、それぞれ対応する極性の外部接続用電極２０ｐ，２０ｎが設けられている領域と略同じ範囲に延在するように設けるようにする。このような範囲にシード層１８ａを配置することで、光反射性電極１３、配線電極１４１〜１４９及び光反射性金属層１５１〜１５３の何れもが設けられていない領域の多くを被覆することができる。
また、シード層１８ａを広範囲に設けることで、発光素子１が発する熱を効率よく放熱することができる。

【0042】

シード層１８ａには、導電性及び光反射性が良好な金属材料からなる金属層を有することが好ましい。このような金属材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｌ合金及びＡｇ合金を挙げることができる。更に、シード層１８ａは、当該Ａｌ、Ａｇ、Ａｌ合金又はＡｇ合金からなる金属層が、第２絶縁層１７と接触するように設けられることが好ましい。これによって、発光セル１０１〜１０８から第２絶縁層１７側に向かう光を効率よく反射することができる。

【0043】

（支持部材）
支持部材１９は、半導体積層体１２の上面側に第２絶縁層１７などを介して設けられ、金属バンプ１８ｎ，１８ｐ及び外部接続用電極２０ｎ，２０ｐを支持する部材である。支持部材１９は、図３Ｆにおいてドットのハッチングを施して示すように、上面視において発光素子１の外形と同じ略正方形の形状を有しており、配線電極１４１の上面の一部に略矩形の開口部１９ｐを有し、配線電極１４９の上面の一部に円形及び半円形の合計４つの開口部１９ｎを有している。
開口部１９ｐ内には金属バンプ１８ｐが設けられ、開口部１９ｎ内には金属バンプ１８ｎが設けられている。また、支持部材１９の上面には、外部接続用電極２０ｎ，２０ｐが設けられており、支持部材１９の上面が実装面となっている。

【0044】

支持部材１９は、例えば、樹脂材料を用いて形成することができる。樹脂材料としては、当分野で公知の材料を用いることができ、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。
また、前記した樹脂材料に、例えば、ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，ＭｇＯなどの光反射性物質を含有させて光反射性を付与してもよく、カーボンブラックなどを含有させて熱伝導性を高めるようにしてもよい。

【0045】

（外部接続用電極）
外部接続用電極２０ｎ，２０ｐは、図３Ｇにおいて斜線のハッチングを施して示すように、支持部材１９の上面に、それぞれ略長方形に設けられており、発光素子１に外部電源を接続するための端子である。外部接続用電極２０ｎ，２０ｐは、それぞれ金属バンプ１８ｎ，１８ｐの上面と接触して電気的に接続されている。
外部接続用電極２０ｎ，２０ｐとしては、Ｃｕ、Ａｕ、Ｎｉなどの金属を用いることができる。また、外部接続用電極２０ｎ，２０ｐを複数種類の金属を用いた積層構造としてもよい。外部接続用電極２０ｎ，２０ｐは、腐食防止及びＡｕ−Ｓｎ共晶半田などのＡｕ合金系の接着部材を用いた実装基板との接合性を高めるために、少なくとも最上層をＡｕで形成することが好ましい。

【0046】

（変形例）
発光セル１０の形状は、長方形に限定されず、正方形や六角形などの多角形、円形、楕円形などであってもよい。また、発光セル１０の個数は８個に限定されず、２個以上であればよい。また、発光セル１０は、全てが直列に接続されるものに限定されず、２個以上の直列接続が１つ以上あればよく、並列接続が含まれていてもよい。

【0047】

＜第２実施形態＞
［発光装置の構成］
次に、図４Ａ〜図６Ｈを参照して、第２実施形態に係る発光素子の構成について説明する。
なお、図６Ａ〜図６Ｈは、第１実施形態の説明で用いた図３Ａ〜図３Ｇに相当し、発光素子の積層構造を説明するために、下層側から順次に積層した状態を示している。図６Ａ〜図６Ｈは平面図であるが、便宜的に各図における最上層にハッチングを施しており、第１実施形態と同種の部材には、同種のハッチングを施している。

【0048】

第２実施形態に係る発光素子１Ａは、上面視において、８つの横長の発光セル１０１〜１０８を有している。８つの発光セル１０１〜１０８は、図５に等価回路を示したように、光反射性電極１３及び配線電極１４２〜１４８を介して、電気的に直列に接続されている。

【0049】

図６Ａに示すように、発光素子１Ａは、第１実施形態に係る発光素子１とは、発光セル１０１〜１０８が区画される向きが異なり、それぞれが横長に区画されている。また、発光素子１Ａは、発光素子１とは、ｎ側半導体層１２ｎとコンタクトするための第１露出部１２ｂの配置箇所が異なっている。
また、図６Ｂに示すように、光反射性電極１３が、各発光セル１０１〜１０８のｐ側半導体層１２ｐの上面の略全領域に設けられている。

【0050】

図６Ｃに示すように、本実施形態では、第１絶縁層１６は、配線電極１４１〜１４９と接続するための開口部１６ｎ，１６ｐが、前記した直列接続に適した位置に設けられている。具体的には、左列に配置されている発光セル１０１〜１０４において、開口部１６ｎが設けられている第１露出部１２ｂの配置位置に対して、その下方に開口部１６ｐが設けられている。また、右列に配置されている発光セル１０５〜１０８において、開口部１６ｎが設けられている第１露出部１２ｂの配置位置に対して、その上方に開口部１６ｐが設けられている。

【0051】

図６Ｄに示すように、配線電極１４１は、発光セル１０１のｐ側半導体層１２ｐと電気的に接続され、配線電極１４９は、発光セル１０８のｎ側半導体層１２ｎと電気的に接続され、それぞれが直列回路の端部となっている。また、左列に配列される発光セル１０１〜１０４は、配線電極１４２〜１４４によって、下から上に向かって順次に接続されている。更に左列上端の発光セル１０４と右列上端の発光セル１０５とは、配線電極１４５によって接続され、右列に配列される発光セル１０５〜１０８は、配線電極１４６〜１４８によって上から下に向かって順次に接続されている。

【0052】

本実施形態では、配線電極１４２〜１４８は、溝部１２ｄを跨ぐように設けられているが、縦方向に延伸する溝部１２ｄと、横方向に延伸する溝部１２ｄとが交差する部位である発光セル１０１〜１０８の角部を跨ぐようには設けられていない。
また、光反射性金属層１５１は、上面視において、縦方向に延伸する溝部１２ｄに沿って、当該溝部１２ｄ及びその近傍を被覆するように設けられている。

【0053】

図６Ｅ及び図４Ｃに示すように、第２絶縁層１７は、配線電極１４１上に開口部１７ｐを有し、配線電極１４９上に開口部１７ｎを有し、配線電極１４１〜１４９、光反射性金属層１５１及び第１絶縁層１６を被覆するように設けられている。

【0054】

図６Ｆにおいて、右上がりの斜線のハッチングを施して示すように、金属バンプ１８ｐの下層部であるシード層１８ａは、第２絶縁層１７の開口部１７ｐにおいて配線電極１４１と電気的に接続されているとともに、第２絶縁層１７の上面の広い範囲に延在するように設けられている。また、金属バンプ１８ｎの下層部であるシード層１８ａは、第２絶縁層１７の開口部１７ｎにおいて配線電極１４９と電気的に接続されているとともに、第２絶縁層１７の上面の広い範囲に延在するように設けられている。金属バンプ１８ｐ，１８ｎのシード層１８ａは、溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部上を避けて、それぞれ発光素子１Ａの左半分及び右半分の広い領域を被覆するように、互いに離間して設けられている。
このように、シード層１８ａを広い範囲に延在するように設けることで、発光素子１Ａが発する熱の放熱性を向上することができる。また、シード層１８ａを広範囲に設けることで、発光素子１Ａの上面側からの漏れ光を、更に低減することができる。

【0055】

図６Ｇに示すように、支持部材１９が、ｐ側のシード層１８ａ上の一部の領域に開口部１９ｐを有し、ｎ側のシード層１８ａ上の一部の領域に開口部１９ｎを有し、シード層１８ａの他の領域及び第２絶縁層１７を被覆するように設けられている。また、開口部１９ｐ，１９ｎには、それぞれの極性に対応する金属バンプ１８ｐ，１８ｎの上層部であるメッキ層１８ｂが設けられている。
なお、本実施形態では、メッキ層１８ｂが設けられる開口部１９ｐ，１９ｎは、上面視において、第２絶縁層１７の開口部１７ｐ，１７ｎの内側の領域に設けられている。また、メッキ層１８ｂは、開口部１７ｐ，１７ｎと略同じ領域、又は開口部１７ｐ，１７ｎよりも広い領域に設けるようにしてもよい。

【0056】

図６Ｈに示すように、外部接続用電極２０ｐ，２０ｎは、支持部材１９上において、左右の領域に、互いに離間して設けられている。外部接続用電極２０ｐは、金属バンプ１８ｐを介して配線電極１４１と電気的に接続され、外部接続用電極２０ｎは、金属バンプ１８ｎを介して配線電極１４９と電気的に接続されている。

【0057】

本実施形態では、上面視において、シード層１８ａが設けられる領域に、溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部が配置されていない。
ここで、シード層１８ａを、配線電極１４１〜１４９の端部の内で、特に溝部１２ｄ上に設けられた配線電極１４１〜１４９の端部が配置されている領域を避けて配置することが好ましい理由について説明する。
配線電極１４１〜１４９の端部、特に溝部１２ｄ上に設けられた配線電極１４１〜１４９の端部にバリ状の突起が形成され易い傾向があることが分かっている。段差がある表面にフォトリソグラフィ法により金属膜を形成する際に、露光時の焦点深度や斜面での光の反射などの影響ある。このため、平坦面上に形成する場合と比較して、段差の角及び溝部１２ｄの底面に形成する場合には所望の形状が得られ難く、バリ状の突起が形成される。このようにして形成されるバリ状の突起は、配線電極１４１〜１４９の上面側に設けられる第２絶縁層１７により被覆できず、バリ状の突起が第２絶縁層１７を貫通した状態になるおそれがある。

【0058】

なお、配線電極１４１〜１４９と同様の方法で形成される光反射性金属層１５１においても、バリ状の突起の発生のし易さは同じであるため、シード層１８ａを溝部１２ｄ上に設けられる光反射性金属層１５１の端部上を避けて設けることが好ましい。

【0059】

一方、発光素子１Ａの積層構造として、配線電極１４１〜１４９の上層には、第２絶縁層１７を介して、金属バンプ１８ｐ，１８ｎが設けられる。更に、本実施形態では、金属バンプ１８ｐ，１８ｎの下層部であるシード層１８ａが、第２絶縁層１７の上面の広い範囲に延在するように設けられる。
従って、特に溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部を被覆するようにシード層１８ａを設けると、バリ状の突起が第２絶縁層１７を貫通した状態となり易いため、配線電極１４１〜１４９とシード層１８ａとが短絡するおそれがある。

【0060】

本実施形態では、シード層１８ａを、溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部上を避けて配置しているため、シード層１８ａと配線電極１４１〜１４９との短絡が発生するおそれが抑制されている。
また、本実施形態では、上面視において、シード層１８ａが溝部１２ｄ上に設けられる光反射性金属層１５１の端部が配置される領域と重ならない領域に配置されている。このため、ｐ側及びｎ側のシード層１８ａ同士が、光反射性金属層１５１を介して、短絡することも防止されている。

【0061】

なお、第１実施形態に係る発光素子１では、発光セル１０１〜１０８を上下に２列に配置して配線電極１４１〜１４９でジグザグに接続しているのに対して、第２実施形態に係る発光素子１Ａでは、発光セル１０１〜１０８を左右に２列に配置して配線電極１４１〜１４９によって直線的に接続している。このため、発光素子１Ａの方が、発光素子１よりも、配線電極１４１〜１４９のなかで、互いに近傍に配置されている配線電極間において電位差の高い組み合わせが生じている。例えば、発光素子１において、配線電極１４１と配線電極１４５との間の電位差、及び、配線電極１４５と配線電極１４９との間の電位差が最大である。発光セル１個当たりの電位差を、例えば３Ｖとすると、この最大電位差は１２Ｖである。これに対して、発光素子１Ａにおいて、配線電極１４１と配線電極１４９とが互いに最近傍に配置されており、これらの電極間の電位差は２４Ｖである。従って、配線電極１４１〜１４９の配置は、電極材料のマイグレーション防止の観点からは、発光素子１の方が好ましい。

【0062】

ここで、放熱性を高めるために、シード層１８ａを広い範囲に延在して配置する場合について考える。発光素子１Ａと同様に、発光素子１において、外部接続用電極２０ｐ，２０ｎと略同じ範囲にシード層１８ａを配置すると、溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部上にシード層１８ａが配置される。このため、溝部１２ｄ上に設けられる配線電極１４１〜１４９の端部及び溝部１２ｄ上に設けられる光反射性金属層１５１，１５３の端部にバリ状の突起が形成され、当該バリ状の突起が、第２絶縁層１７を貫通してシード層１８ａと短絡するおそれが高くなる。つまり、放熱性の向上や漏れ光の低減のために、シード層１８ａを広い範囲に配置する場合には、配線電極１４１〜１４９の配置は、発光素子１Ａの方が好ましい。

【0063】

以上より、電極材料のマイグレーション防止、放熱性の向上や漏れ光の低減、及び各導電性部材間の短絡の起こり難さ、などの度合を勘案して、発光セル、配線電極、光反射性金属層、及びシード層の配置を定めることが好ましい。

【0064】

以上、本発明に係る発光素子について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変などしたものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明の実施形態に係る発光素子は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイなど、種々の光源に利用することができる。

【符号の説明】

【0066】

１，１Ａ 発光素子
１０１〜１０８ 発光セル（半導体発光セル）
１１ 基板
１２ 半導体積層体
１２ｎ ｎ側半導体層
１２ａ 活性層
１２ｐ ｐ側半導体層
１２ｂ 第１露出部
１２ｃ 第２露出部
１２ｄ 溝部
１３ 光反射性電極
１４１〜１４９ 配線電極
１５１〜１５３ 光反射性金属層
１６ 第１絶縁層
１６ｎ，１６ｐ 開口部
１７ 第２絶縁層
１７ｎ，１７ｐ 開口部
１８ｎ，１８ｐ 金属バンプ
１８ａ シード層（配線電極と電気的に接続される金属層）
１８ｂ メッキ層
１９ 支持部材
１９ｎ，１９ｐ 開口部
２０ｎ，２０ｐ 外部接続用電極

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図3E】

【図3F】

【図3G】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図6G】

【図6H】