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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024104058
(43)【公開日】2024-08-02
(54)【発明の名称】発光素子及び発光装置
(51)【国際特許分類】
H01L 33/38 20100101AFI20240726BHJP
H01L 33/64 20100101ALI20240726BHJP
H01L 29/41 20060101ALI20240726BHJP
H01L 23/02 20060101ALI20240726BHJP
【ＦＩ】
H01L33/38
H01L33/64
H01L29/44 L
H01L23/02 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023008072
(22)【出願日】2023-01-23
(71)【出願人】
【識別番号】000002303
【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000800
【氏名又は名称】デロイトトーマツ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】堀川 航佑
【テーマコード（参考）】
4M104
5F142
5F241
【Ｆターム（参考）】
4M104AA04
4M104AA07
4M104BB05
4M104BB14
4M104EE16
4M104FF01
4M104FF03
4M104FF13
4M104GG04
4M104HH20
5F142AA42
5F142AA51
5F142CD02
5F142CD18
5F142CD44
5F142CD47
5F142DB02
5F142DB24
5F241AA33
5F241AA43
5F241CA04
5F241CA13
5F241CA40
5F241CA85
5F241CA92
5F241CB04
5F241CB11
5F241CB23
5F241CB25
(57)【要約】 （修正有）
【課題】放熱効率を向上させ、信頼性の高い発光素子及び発光装置を提供する。
【解決手段】平板状の基板１１と、基板１１上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部１５Ａと、ｎ型半導体層が露出した複数の谷部１５Ｂとを有する半導体層１５と、ｐ型半導体層上に設けられた複数のｐ電極１７と、ｎ型半導体層上に設けられた複数のｎ電極１６と、ｎ電極１６の各々及びｐ電極１７の各々上に設けられ、ｎ電極１６及びｐ電極１７の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層１８と、絶縁層１８上に設けられたｎパッド電極１９及び複数のｐパッド電極２０と、を備え、ｎパッド電極１９及びｐパッド電極２０は、発光機能部１５Ａの延在方向に互いに離間して配置され、ｎパッド電極１９は複数のｐパッド電極２０間に配置されている。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】平板状の基板１１と、基板１１上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部１５Ａと、ｎ型半導体層が露出した複数の谷部１５Ｂとを有する半導体層１５と、ｐ型半導体層上に設けられた複数のｐ電極１７と、ｎ型半導体層上に設けられた複数のｎ電極１６と、ｎ電極１６の各々及びｐ電極１７の各々上に設けられ、ｎ電極１６及びｐ電極１７の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層１８と、絶縁層１８上に設けられたｎパッド電極１９及び複数のｐパッド電極２０と、を備え、ｎパッド電極１９及びｐパッド電極２０は、発光機能部１５Ａの延在方向に互いに離間して配置され、ｎパッド電極１９は複数のｐパッド電極２０間に配置されている。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向する２つの主面を備えた平板状の基板と、
前記基板の一方の主面上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部と、前記複数の発光機能部の間の前記ｎ型半導体層が露出した複数の谷部とを有する半導体層と、
前記発光機能部の前記ｐ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｐ電極と、
前記谷部に露出した前記ｎ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｎ電極と、
前記ｎ電極の各々及び前記ｐ電極の各々上に設けられ、それぞれ前記ｎ電極及び前記ｐ電極の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１の開口を介して前記複数のｎ電極に接続されたｎパッド電極、及び、前記第２の開口を介して前記複数のｐ電極に接続された複数のｐパッド電極と、を備え、
前記ｎパッド電極及び前記ｐパッド電極は、前記発光機能部の延在方向に互いに離間して配置され、前記ｎパッド電極は、前記複数のｐパッド電極間に配置されている半導体発光素子。
前記基板の一方の主面上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部と、前記複数の発光機能部の間の前記ｎ型半導体層が露出した複数の谷部とを有する半導体層と、
前記発光機能部の前記ｐ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｐ電極と、
前記谷部に露出した前記ｎ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｎ電極と、
前記ｎ電極の各々及び前記ｐ電極の各々上に設けられ、それぞれ前記ｎ電極及び前記ｐ電極の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１の開口を介して前記複数のｎ電極に接続されたｎパッド電極、及び、前記第２の開口を介して前記複数のｐ電極に接続された複数のｐパッド電極と、を備え、
前記ｎパッド電極及び前記ｐパッド電極は、前記発光機能部の延在方向に互いに離間して配置され、前記ｎパッド電極は、前記複数のｐパッド電極間に配置されている半導体発光素子。
【請求項2】
前記ｐパッド電極及び前記ｎパッド電極の表面は、前記発光機能部の前記延在方向に沿って延びる凸形状を有する請求項１に記載された半導体発光素子。
【請求項3】
前記ｎパッド電極は、複数の前記ｐパッド電極の中心に配置されている請求項１または請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項4】
前記発光機能部は、波長２２０ｎｍ～２８５ｎｍの光を出射する請求項１または請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項5】
前記ｎパッド電極は、前記発光機能部の前記延在方向において、複数の前記ｐパッド電極の大きさの合算値の１／１０～１／４の大きさである請求項１または請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項6】
前記第１の開口は、前記基板の前記主面に垂直な方向から見たときに前記ｎ電極の中央部に設けられている請求項１または請求項２に記載された半導体発光素子。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子と、
互いに対向する２つの主面を備えた平板状に形成され、一方の前記主面上に前記半導体発光素子が接合部材を介して接合された装置基板と、
前記装置基板の前記一方の主面上に窓接合部材を介して前記半導体発光素子を覆うように接合された窓部材と、を備え、
前記半導体発光素子は、前記装置基板と前記窓部材と前記窓接合部材とによって封止されている発光装置。
互いに対向する２つの主面を備えた平板状に形成され、一方の前記主面上に前記半導体発光素子が接合部材を介して接合された装置基板と、
前記装置基板の前記一方の主面上に窓接合部材を介して前記半導体発光素子を覆うように接合された窓部材と、を備え、
前記半導体発光素子は、前記装置基板と前記窓部材と前記窓接合部材とによって封止されている発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子及び当該半導体発光素子が実装された発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体発光素子が実装された発光装置は、殺菌、滅菌、または各種の照明などに利用されている。特に近年、半導体発光素子が実装された発光装置は、更なる長寿命化が求められている。半導体発光素子は温度が上昇すると、破損または劣化が生じることがある。特に、半導体発光素子内（発光部）の不均一な温度分布をともなう温度上昇において破損または劣化が生じやすい傾向にある。そこで長寿命化には、放熱効率の向上と半導体発光素子全体の均熱化が求められている。
【0003】
例えば、特許文献１には、活性領域を含む半導体構造と、半導体構造の上面に形成される透光性導電層と、透光性導電層の上面に形成される誘電体膜と、誘電体膜の上面に形成される金属反射層と、を備える半導体発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１４-４４９７１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、活性領域を含む半導体構造と、透光性導電層と、誘電体膜と、金属反射層とを備える半導体発光素子には、活性領域で発生した熱を効率的に放熱することができずに、半導体発光素子の破損または劣化を発生させるおそれがあるなど信頼性に問題があった。
【0006】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、放熱効率を向上させつつ発熱均熱性を向上し、信頼性の高い発光素子又は発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の１実施形態による発光素子は、
互いに対向する２つの主面を備えた平板状の基板と、
前記基板の一方の主面上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部と、前記複数の発光機能部の間の前記ｎ型半導体層が露出した複数の谷部とを有する半導体層と、
前記発光機能部の前記ｐ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｐ電極と、
前記谷部に露出した前記ｎ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｎ電極と、
前記ｎ電極の各々及び前記ｐ電極の各々上に設けられ、それぞれ前記ｎ電極及び前記ｐ電極の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１の開口を介して前記複数のｎ電極に接続されたｎパッド電極、及び、前記第２の開口を介して前記複数のｐ電極に接続された複数のｐパッド電極と、を備え、
前記ｎパッド電極及び前記ｐパッド電極は、前記発光機能部の延在方向に互いに離間して配置され、前記ｎパッド電極は、前記複数のｐパッド電極間に配置されている。
互いに対向する２つの主面を備えた平板状の基板と、
前記基板の一方の主面上に設けられ、各々がｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層を含み１の方向に沿って延在する複数の発光機能部と、前記複数の発光機能部の間の前記ｎ型半導体層が露出した複数の谷部とを有する半導体層と、
前記発光機能部の前記ｐ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｐ電極と、
前記谷部に露出した前記ｎ型半導体層上に、前記１の方向に沿って延在して設けられた複数のｎ電極と、
前記ｎ電極の各々及び前記ｐ電極の各々上に設けられ、それぞれ前記ｎ電極及び前記ｐ電極の一部が露出する第１及び第２の開口を有する絶縁層と、
前記絶縁層上に設けられ、前記第１の開口を介して前記複数のｎ電極に接続されたｎパッド電極、及び、前記第２の開口を介して前記複数のｐ電極に接続された複数のｐパッド電極と、を備え、
前記ｎパッド電極及び前記ｐパッド電極は、前記発光機能部の延在方向に互いに離間して配置され、前記ｎパッド電極は、前記複数のｐパッド電極間に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1A】本発明の発光素子を示した展開図であり、上方側から見たときの斜視図である。
【図1B】本発明の発光素子の上面を示す図であり、絶縁層及びパッド電極を透かした状態を示す図である。
【図1C】本発明の発光素子の上面を示す図である。
【図2B】本発明の発光装置を示した上面図であり、窓部材を透かした状態を示す図である。
【図2C】本発明の発光装置の下面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下においては、本発明の好適な実施形態について説明するが、適宜改変し、組み合わせてもよい。また、以下の説明及び添付図面において、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符を付して説明する。
［発光素子］
［発光素子］
【0010】
図１Ａは、本発明の発光素子１０を示した展開図であり、上方側から見たときの斜視図である。図１Ｂは、本発明の発光素子１０の上面を示す図であり、絶縁層及びパッド電極を透かした状態を示す図である。図１Ｃは本発明の発光素子１０の上面を示す図である。なお、図１Ｃでは、ｎ電極１６及びｐ電極１７とパッド電極１９、２０との配置関係の明確化のため、ｎ電極１６及びｐ電極１７を破線で示している。図１Ｄは図１Ｃに示すＡ－Ａ線に沿った断面図であり、図１Ｅは図１Ｃに示すＢ－Ｂ線に沿った断面図であり、図１Ｆは図１Ｃに示すＣ－Ｃ線に沿った断面図である。
【0011】
発光素子１０の説明においては、基板１１に対して発光機能部１５Ａが設けられている方向を上方といい、その反対方向を下方という。
【0012】
図１Ａに示すように、発光素子１０は、基板１１と、基板１１上に設けられた複数の離間した発光機能部１５Ａとを含む半導体層１５が設けられている。発光機能部１５Ａは、基板１１側からｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４がこの順で積層された積層構造を有し、所定の方向（図１Ｂに示すＹ軸方向）に延在するメサ形状を有している。また、発光機能部１５Ａを離間する間隙にはｎ型半導体層１２が露出している。
【0013】
また、露出したｎ型半導体層１２上には複数のｎ電極１６が設けられ、発光機能部１５Ａのｐ型半導体層１４上には複数のｐ電極１７が設けられている。ｎ電極１６の各々及びｐ電極１７の各々を含む半導体層１５の表面上には絶縁層１８が設けられている。絶縁層１８上にはｎパッド電極１９及び複数のｐパッド電極２０が設けられている。以後、ｎパッド電極１９とｐパッド電極２０の各々を区別しない場合には単にパッド電極１９、２０と称して説明する。
【0014】
（基板）
図１Ａ及び図１Ｄに示すように、基板１１は、互いに平行に対向する主面である上面１１Ａ及び下面（裏面）１１Ｂを備えた矩形の平板状に形成されている。基板１１の下面１１Ｂは、発光機能部１５Ａから出射された光が出射される出光面である。
図１Ａ及び図１Ｄに示すように、基板１１は、互いに平行に対向する主面である上面１１Ａ及び下面（裏面）１１Ｂを備えた矩形の平板状に形成されている。基板１１の下面１１Ｂは、発光機能部１５Ａから出射された光が出射される出光面である。
【0015】
基板１１の下面１１Ｂには、粗面処理が施されている。そのため、基板１１の下面１１Ｂに入光する光の反射を抑制することができる。なお粗面処理以外に、基板１１と外界物質（例えば空気）との界面での反射を抑える反射防止膜（ＡＲ膜：Anti-Reflection coating）等を用いることもできる。よって、光の取り出し効率を向上させることができる。なお、基板１１の下面１１Ｂは、平坦であってもよい。
【0016】
基板１１としては、窒化アルミ（ＡｌＮ）単結晶基板が用いられている。基板１１が半導体層１５より熱伝導率の高い窒化アルミ（熱伝導率：２７０Ｗ／（ｍ・Ｋ））で形成されていることにより、基板１１全体がヒートスプレッダとして機能して均熱化され、局所的に高温となることを抑制することができる。そのため、局所的に歪むことで発生する半導体層１５の損傷、電極の剥がれなどの発光素子の故障を抑制することができる。基板１１には、半導体層１５から出射する光を透光し、且つ半導体層１５より熱伝導率が高い窒化ケイ素（ＳｉＣ）結晶とすることもできる。なお、低発熱駆動をする場合にはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）結晶とすることもできる。
【0017】
（発光機能部）
発光機能部１５Ａは、図１Ｄに示すように半導体層１５上に複数形成されており、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４とがこの順番で積層された積層構造からなる。発光機能部１５Ａは、上面視において、基板１１の平行に対向した１対の辺に沿った方向（図１のＹ方向）の長辺と、当該１対の辺に直交した方向（図１のＸ方向）に平行に対向した１対の辺に沿った短辺を有する長方形をしている。また、複数の発光機能部１５Ａはメサ形状を有しており、凹部（谷部）１５Ｂにより互いに隔てられている。より詳細には、凹部１５Ｂは、図１Ｂに示すＹ軸方向に延在しており、複数の発光機能部１５Ａも同様に図１Ｂに示すＹ軸方向に互いに平行に延在している。また、凹部１５Ｂは、ｎ型半導体層１２の内部に至る深さで形成され、当該凹部１５Ｂの底面では、ｎ型半導体層１２が露出している。言い換えれば、複数の発光機能部１５Ａと凹部１５Ｂとは、交互且つ平行にＸ軸方向に整列して並んでいる。なお、複数の発光機能部１５Ａと凹部１５Ｂの整列領域の周縁（半導体層１５の周縁）には凹部１５Ｂの底面と面続きとなる周縁部を設けている。
発光機能部１５Ａは、図１Ｄに示すように半導体層１５上に複数形成されており、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４とがこの順番で積層された積層構造からなる。発光機能部１５Ａは、上面視において、基板１１の平行に対向した１対の辺に沿った方向（図１のＹ方向）の長辺と、当該１対の辺に直交した方向（図１のＸ方向）に平行に対向した１対の辺に沿った短辺を有する長方形をしている。また、複数の発光機能部１５Ａはメサ形状を有しており、凹部（谷部）１５Ｂにより互いに隔てられている。より詳細には、凹部１５Ｂは、図１Ｂに示すＹ軸方向に延在しており、複数の発光機能部１５Ａも同様に図１Ｂに示すＹ軸方向に互いに平行に延在している。また、凹部１５Ｂは、ｎ型半導体層１２の内部に至る深さで形成され、当該凹部１５Ｂの底面では、ｎ型半導体層１２が露出している。言い換えれば、複数の発光機能部１５Ａと凹部１５Ｂとは、交互且つ平行にＸ軸方向に整列して並んでいる。なお、複数の発光機能部１５Ａと凹部１５Ｂの整列領域の周縁（半導体層１５の周縁）には凹部１５Ｂの底面と面続きとなる周縁部を設けている。
【0018】
発光機能部１５Ａは、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系化合物の半導体からなり、発光波長２６５ｎｍの深紫外光を出射する。発光機能部１５ＡのＡｌＧａＮ結晶のＡｌ組成比は０．５以上と高くすることで、深紫外帯域の波長２２０ｎｍ～２８５ｎｍの光を出射することができる。このようなＡｌ組成比が高いＡｌＧａＮ結晶は、面内の均熱性を向上することによって熱劣化を抑制することができる。
【0019】
半導体層１５には、電子障壁層（ＥＢＬ層）、分布ブラッグ反射鏡層（ＤＢＲ層）、超格子構造層（ＳＬＳ層）、コンタクト層（例えば、ＭｇドープＧａＮ層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層）などを含んでもよい。
【0020】
（ｎ電極）
図１Ａに示すように、ｎ電極１６は各々が、短冊状に形成されており、発光機能部１５Ａに沿って延在している。より詳細には、ｎ電極１６は、図１Ｂに示すように、Ｙ軸方向に延在されている。また、ｎ電極１６は、凹部１５Ｂの底面及び凹部１５Ｂの底面から面続きの周縁部（図１Ａには図示せず）の辺においてｎ型半導体層１２上に設けられ、ｎ型半導体層１２と電気的に接続されている。そのため、ｎ電極１６から供給された電流は、発光機能部１５Ａの長辺方向から均一に給電される。
図１Ａに示すように、ｎ電極１６は各々が、短冊状に形成されており、発光機能部１５Ａに沿って延在している。より詳細には、ｎ電極１６は、図１Ｂに示すように、Ｙ軸方向に延在されている。また、ｎ電極１６は、凹部１５Ｂの底面及び凹部１５Ｂの底面から面続きの周縁部（図１Ａには図示せず）の辺においてｎ型半導体層１２上に設けられ、ｎ型半導体層１２と電気的に接続されている。そのため、ｎ電極１６から供給された電流は、発光機能部１５Ａの長辺方向から均一に給電される。
【0021】
ｎ電極１６は、チタン（Ｔｉ）及び金（Ａｕ）がこの順で積層して形成されている。以後、順に積層されている層についてはＴｉ／Ａｕと記載する。ｎ電極１６としては、Ｔｉ／アルミ（Ａｌ）、Ｔｉ／プラチナ（Ｐｔ）／Ａｕ、Ｔｉ／ロジウム（Ｒｈ）／Ａｕなどでもよい。なお、ｎ電極１６の最上層には、金属酸化膜との接着性を向上するＴｉを配することもできる。
【0022】
（ｐ電極）
図１Ａに示すように、ｐ電極１７は各々が、短冊状に形成されており、発光機能部１５Ａに沿って延在されている。より詳細には、ｐ電極１７は、図１Ｂに示すように、Ｙ軸方向に延在されている。ｐ電極１７は、発光機能部１５Ａの頂部においてｐ型半導体層１４上に設けられ、ｐ型半導体層１４と電気的に接続されている。そのため、ｐ電極から供給された電流は、発光機能部１５Ａの上面全体に均一に給電される。
図１Ａに示すように、ｐ電極１７は各々が、短冊状に形成されており、発光機能部１５Ａに沿って延在されている。より詳細には、ｐ電極１７は、図１Ｂに示すように、Ｙ軸方向に延在されている。ｐ電極１７は、発光機能部１５Ａの頂部においてｐ型半導体層１４上に設けられ、ｐ型半導体層１４と電気的に接続されている。そのため、ｐ電極から供給された電流は、発光機能部１５Ａの上面全体に均一に給電される。
【0023】
ｐ電極１７としては、ニッケル（Ｎｉ）／Ａｕが積層して形成されている。ｐ電極としては、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／パラジウム（Ｐｄ）／Ａｕ、Ｎｉ／銀（Ａｇ）／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕなどでもよい。なお、ｎ電極１６の最上層には、金属酸化膜との接着性を向上するＴｉを配することもできる。
【0024】
（絶縁層）
図１Ａに示すように、絶縁層１８の表面は、半導体層１５の上面形状を反映した凸形状を有するように形成されている。言い換えると、絶縁層１８の表面は、半導体層１５の発光機能部１５Ａ（凸部）の延在方向（図１Ｃに示すＹ軸方向）に沿って延びる複数の凸形状を有している。また、絶縁層１８には、絶縁層１８を上下方向に貫通する複数の第１開口１８Ａと第２開口１８Ｂが形成されている。
図１Ａに示すように、絶縁層１８の表面は、半導体層１５の上面形状を反映した凸形状を有するように形成されている。言い換えると、絶縁層１８の表面は、半導体層１５の発光機能部１５Ａ（凸部）の延在方向（図１Ｃに示すＹ軸方向）に沿って延びる複数の凸形状を有している。また、絶縁層１８には、絶縁層１８を上下方向に貫通する複数の第１開口１８Ａと第２開口１８Ｂが形成されている。
【0025】
第１開口１８Ａは、図１Ａ及び図１Ｆに示すように、ｎ電極１６の長手方向の中央の上面を覆う絶縁層１８の凹部の底面に形成されており、第１開口１８Ａからｎ電極１６の一部が露出している。第２開口１８Ｂは、図１Ａ及び図１Ｄに示すように、ｐ電極１７の長手方向の中央を除く上面を覆う絶縁層１８の凸部の頂面に形成されており、第２開口１８Ｂからｐ電極１７の一部が露出している。また、第２開口１８Ｂは、第１開口１８Ａを仮想的に繋げた領域帯の端から離間して対向するように設けられている。
【0026】
なお、本実施形態の絶縁層１８は単数だが、複数積層した構成とすることもできる。例えば、半導体層１５上に，ｎ電極１６及びｐ電極１７を形成する開口を設けた第１の絶縁層を設け、当該絶縁層上にｎ電極１６及びｐ電極１７を形成し、その上に第２の絶縁層を形成する構成とすることもできる。
【0027】
絶縁層１８としては、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が用いられている。なお、絶縁層１８としては二酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの絶縁性の金属酸化物を用いることもできる。
【0028】
（パッド電極）
本実施形態のｎパッド電極１９は、図１Ｃ及び図１Ｆに示すように、発光機能部１５Ａの延在方向（Ｙ軸方向）の中間点且つ直交した方向（Ｘ軸方向）に、第１開口１８Ａを含む長方形状に形成されている。言い換えれば、複数の発光機能部１５Ａを長辺方向において二分するように設けられている。また、ｎパッド電極１９は、第１開口１８Ａを埋設してｎ電極１６と電気的に接続している。ｐパッド電極２０は、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、発光機能部１５Ａの延在方向（Ｙ軸方向）おいてｎパッド電極１９から離間し、第２開口１８Ｂを含む矩形状に形成されている。言い換えれば、ｐパッド電極２０はｎパッド電極１９と離間スリット２１を挟んで複数の発光機能部１５Ａを覆うように２つ設けられている。つまり、ｎパッド電極１９は、２つのｐパッド電極２０の間に配置されている。また、各々のｐパッド電極２０は、ｎパッド電極１９から離間して、分割された第２開口１８Ｂを埋設してｐ電極１７と電気的に接続している。
本実施形態のｎパッド電極１９は、図１Ｃ及び図１Ｆに示すように、発光機能部１５Ａの延在方向（Ｙ軸方向）の中間点且つ直交した方向（Ｘ軸方向）に、第１開口１８Ａを含む長方形状に形成されている。言い換えれば、複数の発光機能部１５Ａを長辺方向において二分するように設けられている。また、ｎパッド電極１９は、第１開口１８Ａを埋設してｎ電極１６と電気的に接続している。ｐパッド電極２０は、図１Ｃ及び図１Ｄに示すように、発光機能部１５Ａの延在方向（Ｙ軸方向）おいてｎパッド電極１９から離間し、第２開口１８Ｂを含む矩形状に形成されている。言い換えれば、ｐパッド電極２０はｎパッド電極１９と離間スリット２１を挟んで複数の発光機能部１５Ａを覆うように２つ設けられている。つまり、ｎパッド電極１９は、２つのｐパッド電極２０の間に配置されている。また、各々のｐパッド電極２０は、ｎパッド電極１９から離間して、分割された第２開口１８Ｂを埋設してｐ電極１７と電気的に接続している。
【0029】
図１Ａに示すように、パッド電極１９、２０の表面は、発光機能部１５Ａの形状を反映した凸形状の凸形状部１９Ａ、２０Ａを有している。言い換えると、パッド電極１９、２０の表面は、発光機能部１５Ａの延在方向（図１Ｃに示すＹ軸方向）に沿って延びる凸形状部１９Ａ、２０Ａを有している。よって、ｎパッド電極１９の発光機能部１５Ａが配列された方向（図１Ｃに示すＸ方向）には規則的に凸形状部が並んでいる。また、各々のｐパッド電極２０の発光機能部１５Ａが配列された方向（図１Ｃに示すＸ方向）にも規則的に凸形状部１９Ａ、２０Ａが並んでいる。パッド電極１９、２０の凸形状部１９Ａ、２０Ａは、発光素子１０を実装基板（例えば、後述する装置基板３１）に実装する際に当接する当接部となる。
【0030】
本実施形態において、１．７ｍｍ（Ｙ方向）×１．６５ｍｍ（Ｘ方向）の基板に、ｎパッド電極１９の発光機能部１５Ａの延在方向（図１Ｃに示すＹ軸方向）のｎパッド幅は０．１９ｍｍとした。また、ｐパッド電極２０の発光機能部１５Ａの延在方向のｐパッド幅は０．６２ｍｍとした。さらに、ｎパッド電極１９とｐパッド電極２０各々との離間距離は、０．１２ｍｍとした。つまり、ｎパッド電極１９のｎパッド幅は、発光機能部１５Ａの延在方向において、２つのｐパッド電極２０のｐパッド幅の合算値の１／６程度である。ｎパッド電極１９のｎパッド幅は、２つのｐパッド電極２０のｐパッド幅の合算値の１／１０～１／４であることが好ましい。ｎパッド電極１９のｎパッド幅が狭すぎると実装基板（装置基板）との接合が不安定になる。また広すぎると、２つのｐパッド電極２０の接合によって働くｎパッド電極１９を抑え込む力が不十分になるからである。ｎ電極パッド幅は、ｐパッド電極幅の合算値の１／８～１／５が好適である。
【0031】
パッド電極１９、２０としては、Ｎｉ／Ａｕの積層体が用いられる。Ａｕの熱伝導率は３２０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））と高いので、ヒートスプレッダとして機能し、発光機能部１５Ａで発生した熱を基板１１の全面に広げることができる。
【0032】
また、ｎパッド電極１９からｎ電極１６に給電する接続部（第１開口１８Ａ）がｎ電極１６の中央にあり、接続部からｎ電極１６の端部までの距離が等しく、またｎ電極１６の片側にあるより端部までの距離が短くなるので、ｎ電極１６からｎ型半導体層１２への給電偏りを防止できる。
【0033】
上述したように本実施形態においては、長方形の発光機能部１５Ａの長辺沿った半導体層１５の凹部１５Ｂの底面にｎ電極１６が設けられ、発光機能部１５Ａの頂面１５Ｃにｐ電極１７が設けられている。すなわち、ｎ電極１６とｐ電極１７及び発光機能部１５Ａが平行に配置されている。よって、ｎ電極１６及びｐ電極１７に給電された電流は、発光機能部１５Ａの短辺方向に均一に流れるので、発光機能部１５Ａにおいて発光及び発熱が均一になる。従って、発光機能部１５Ａ内で局所的な発熱が起こらず、発光機能部１５Ａの劣化を防止できる。
【0034】
また、発光機能部１５Ａから出射される光は、基板１１を導波する過程において広がり発光素子１０の出光面１１Ｂにおいて均一化されて出光する。同様に、発光機能部１５Ａで発生する熱も、ｎ型半導体層１２及び基板１１の伝熱によって発光素子１０の面内において均熱化される。また、パッド電極１９、２０によっても均熱化される。
【0035】
また、発光素子１０を実装基板（例えば装置基板３１）に接合部材を介して接合する際に、パッド電極１９、２０の凸形状部は優先的に接合する。よって、発光機能部１５Ａで発生した熱を効率的に実装基板へ放熱できる。
【0036】
上述したように、本発明によれば、放熱効率を向上させ、発光素子の発熱均熱性を向上することができ、信頼性の高い発光素子１０を提供することができる。
【0037】
［発光装置］
発光装置３０について説明する。図２Ａは、本発明の発光装置３０を示した断面図であり、図２Ｂに示すＤ－Ｄ線に沿った断面図である。図２Ｂは、本発明の発光装置３０を示した上面図であり、窓部材４２を透かした状態を示す図である。なお、図２Ｂでは発光素子１０と第１配線電極３２Ａ、第２配線電極３２Ｂとの配置関係の明確化のため、ｐ側接合領域３２Ａ１及びｎ側接合領域３２Ｂ１を破線で示している。図２Ｃは、本発明の発光装置３０の下面を示す図である。
発光装置３０について説明する。図２Ａは、本発明の発光装置３０を示した断面図であり、図２Ｂに示すＤ－Ｄ線に沿った断面図である。図２Ｂは、本発明の発光装置３０を示した上面図であり、窓部材４２を透かした状態を示す図である。なお、図２Ｂでは発光素子１０と第１配線電極３２Ａ、第２配線電極３２Ｂとの配置関係の明確化のため、ｐ側接合領域３２Ａ１及びｎ側接合領域３２Ｂ１を破線で示している。図２Ｃは、本発明の発光装置３０の下面を示す図である。
【0038】
発光装置３０の説明においては、装置基板３１に対して発光素子１０が設けられている方向を上方といい、その反対方向を下方という。
【0039】
図２Ａに示すように、発光装置３０は、発光素子１０と、装置基板３１と、窓部材４２と、を備える。発光素子１０は、接合部材３８を介して装置基板３１上に接合されている。窓部材４２は、窓接合部材３９を介して装置基板３１上に接合されている。
【0040】
（装置基板）
図２Ａに示すように、装置基板３１は、上面３１Ａ及び下面３１Ｂを備えた矩形の平板状に形成されている。装置基板３１としては、熱伝導率１５０～２１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））窒化アルミ（ＡｌＮ）系のセラミック基板が用いられている。装置基板３１が、熱伝導率が高い窒化アルミ（ＡｌＮ）で形成されていることにより、装置基板３１全体が均熱化され、局所的に高温になることを抑制することができる。また、熱伝導率が高いことで、発光装置３０が実装される回路基板やヒートシンクへの放熱量を大きくできるので、発光装置３０及び発光素子１０の温度上昇を抑えることができる。なお、装置基板３１の基材には、熱伝導率１００～１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系のセラミック基板を用いることもできる。
図２Ａに示すように、装置基板３１は、上面３１Ａ及び下面３１Ｂを備えた矩形の平板状に形成されている。装置基板３１としては、熱伝導率１５０～２１０（Ｗ／（ｍ・Ｋ））窒化アルミ（ＡｌＮ）系のセラミック基板が用いられている。装置基板３１が、熱伝導率が高い窒化アルミ（ＡｌＮ）で形成されていることにより、装置基板３１全体が均熱化され、局所的に高温になることを抑制することができる。また、熱伝導率が高いことで、発光装置３０が実装される回路基板やヒートシンクへの放熱量を大きくできるので、発光装置３０及び発光素子１０の温度上昇を抑えることができる。なお、装置基板３１の基材には、熱伝導率１００～１８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）系のセラミック基板を用いることもできる。
【0041】
図２Ｂに示すように、装置基板３１の上面３１Ａには、第１配線電極３２Ａ、第２配線電極３２Ｂ及び窓部材載置領域３５が設けられている。第１配線電極３２Ａには、発光素子１０のｐパッド電極２０に対応した形状の２つのｐ側接合領域３２Ａ１を有している。第２配線電極３２Ｂには、発光素子１０のｎパッド電極１９に対応した形状の１つのｎ側接合領域３２Ｂ１を有している。また、装置基板３１の内部には、第１導通ビア３３Ａ及び第２導通ビア３３Ｂが設けられている。さらに、図２Ｃに示すように装置基板３１の下面３１Ｂには、回路基板（不図示）と接続する第１実装電極３４Ａ及び第２実装電極３４Ｂが設けられている。
【0042】
以後、第１配線電極３２Ａ、第２配線電極３２Ｂの各々を区別しない場合には単に配線電極３２と、第１導通ビア３３Ａ、第２導通ビア３３Ｂの各々を区別しない場合には単に導通ビア３３と、第１実装電極３４Ａ、第２実装電極３４Ｂの各々を区別しない場合には単に実装電極３４と称して説明する。
【0043】
装置基板３１の上面３１Ａの第１配線電極３２Ａと装置基板３１の下面３１Ｂの第１実装電極３４Ａは第１導通ビア３３Ａを介して電気的に接続されている。また、装置基板３１の上面３１Ａの第２配線電極３２Ｂと装置基板３１の下面３１Ｂの第２実装電極３４Ｂは第２導通ビア３３Ｂを介して電気的に接続されている。窓部材載置領域３５は、配線電極３２を包含し、装置基板３１の上面３１Ａの外周縁に沿って、一定の幅を持って形成されている。
【0044】
配線電極３２は、銅（Ｃｕ）を基材とした金属であり、表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）がこの順でメッキされている。導通ビア３３は、銅（Ｃｕ）を主体とした金属である。実装電極３４は、銅（Ｃｕ）を主体とした金属であり、表面にＮｉ、Ａｕがこの順でメッキされている。配線電極３２、導通ビア３３及び実装電極３４の主体金属は、タングステン（Ｗ）などでもよい。
【0045】
発光素子１０は、装置基板３１上の第１配線電極３２Ａのｐ側接合領域３２Ａ１とｐパッド電極２０が接合部材３８を介して接合され、第２配線電極３２Ｂのｎ側接合領域３２Ｂ１とｎパッド電極１９が接合部材３８を介して各々接合されている。第１配線電極３２Ａには接合部材を介して、保護素子３６が接合されている。また、保護素子３６の上面の電極は、導電性のワイヤ３７により、第２配線電極３２Ｂに電気的に接続されている。保護素子３６は発光素子１０と並列かつ逆極性で接続されており、静電気等による発光素子１０の破損を防止する。本実施形態の保護素子にはツェナーダイオードを用いた。なお、保護素子としてはツェナーダイオードの他にコンデンサ、バリスタ等を用いることもできる。
【0046】
接合部材３８としては、金錫（Ａｕ－２０ｗｔ％Ｓｎ）クリームはんだが用いられている。接合前の接合部材３８は、装置基板３１の配線電極３２と発光素子１０のパッド電極１９、２０の間において、加熱処理されることにより、クリームはんだに含まれるフラックスを蒸発しつつ溶融・固化して、発光素子１０を装置基板３１に接合する。保護素子３６も同様にして装置基板３１に接合する。
【0047】
（窓部材）
図２Ａに示すように、窓部材４２は、上面４０Ａ及び下面４０Ｂを備えた板状に形成された上板４０と、上板４０の下面４０Ｂの周縁から立設された枠部４１とを有している。より詳細には、窓部材４２は、発光素子１０を内部に収容する空間である凹部４２Ａを画定している。窓部材４２は、一体成型されている。なお、窓部材４２は上板４０と枠部４１を別途作成して、接着して形成することもできる。
図２Ａに示すように、窓部材４２は、上面４０Ａ及び下面４０Ｂを備えた板状に形成された上板４０と、上板４０の下面４０Ｂの周縁から立設された枠部４１とを有している。より詳細には、窓部材４２は、発光素子１０を内部に収容する空間である凹部４２Ａを画定している。窓部材４２は、一体成型されている。なお、窓部材４２は上板４０と枠部４１を別途作成して、接着して形成することもできる。
【0048】
窓部材４２としては、石英ガラス（ＳｉＯ２）が用いられている。また、枠部４１の下面４１Ｂには、クロム－タングステン（ＣｒＷ）、Ｎｉ、Ａｕがこの順でメッキされている。なお、窓部材４２の基材には、硼珪酸ガラスなどを用いてもよい。
【0049】
窓接合部材３９としては、フラックスレスの金錫（Ａｕ－２０Ｗｔ％Ｓｎ）はんだが用いられている。接合前の窓接合部材３９は、装置基板３１の窓部材載置領域３５と窓部材４２の下面端部の間において、窒素ガス環境下で加熱及び押圧処理されることにより、溶融・固化して、窓部材４２を装置基板３１に接合する。これにより、発光素子１０及び保護素子３６は、装置基板３１、窓部材４２及び窓接合部材３９により窓部材４２の凹部４２Ａ内に封止される。
【0050】
窓部材４２の凹部４２Ａ内には、窒素（Ｎ２）ガスが封入されている。発光素子１０は不活性ガスである窒素ガスにより封止されているため、Ａｌ組成比の高いＡｌＧａＮ系の発光素子１０の腐食を抑制することができる。また、窒素ガスは、発光素子１０で発生した熱を対流により、装置基板３１及び窓部材４２に伝達する熱伝達媒体として機能する。そのため、発光素子１０で発生した熱を効率的に放熱することができる。窓部材４２の凹部４２Ａ内に封入される気体としては、アルゴン（Ａｒ）またはヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを用いることもできる。
【0051】
本実施形態の発光装置３０は、パッド電極１９、２０に凸形状部を有する発光素子１０を実装している。よって、発光素子１０のパッド電極１９、２０の凸形状部（発光機能部１５Ａに対応）が装置基板３１の配線電極３２に優先的に接合されているので、発光機能部１５Ａで発生した熱を効率的に装置基板３１へ放熱できる。従って、発光素子１０の駆動時の温度上昇を抑制できる。また、発光素子１０のパッド電極１９、２０の凸形状部と装置基板３１の配線電極３２間にボイドの残留がなく局所的に放熱が損なわれて高温化することも抑制できる。
【0052】
具体的には、発光素子１０のパッド電極１９、２０の凸形状部１９Ａ、２０Ａと装置基板３１の配線電極３２間の余剰な接合部材３８が、パッド電極１９、２０の凸形状部と凸形状部の間（凹部１５Ｂの上方のパッド電極１９、２０の部分）に排出されるのでボイド生成が抑制される。また同時に、パッド電極１９、２０の凸形状部１９Ａ、２０Ａの接合部材３８の厚みムラも抑制される。加えて、接合前の接合部材３８に含まれるフラックスが接合時に気化したガスもパッド電極１９、２０の凸形状部と凸形状部の間から排出できる。また、幅の狭いｎパッド電極１９を幅の広い同形状のｐパッド電極２０で挟む構造により、ｐパッド電極２０が均等に接合する力によって、ｎパッド電極１９も安定した接合が可能になる。
【0053】
上述したように、本発明によれば、放熱効率を向上させ、信頼性の高い発光装置３０を提供することができる。
【0054】
以上、説明したように、本発明によれば、放熱効率を向上させ、発光素子１０の発熱均熱性を向上することができ、信頼性の高い発光素子１０及び発光装置３０を提供することができる。
【符号の説明】
【0055】
１０ 発光素子
１１ 基板
１２ ｎ型半導体層
１３ 発光層
１４ ｐ型半導体層
１５ 半導体層
１５Ａ 発光機能部
１６ ｎ電極
１７ ｐ電極
１８ 絶縁層
１９ ｎパッド電極
２０ ｐパッド電極
２１ 離間スリット
３０ 発光装置
３１ 装置基板
３２Ａ 第１配線電極
３２Ｂ 第２配線電極
３３Ａ 第１導通ビア
３３Ｂ 第２導通ビア
３４Ａ 第１実装電極
３４Ｂ 第２実装電極
３５ 窓部材載置領域
３６ 保護素子
３７ ワイヤ
３８ 接合部材
３９ 窓接合部材
４０ 上板
４１ 枠部
４２ 窓部材
１１ 基板
１２ ｎ型半導体層
１３ 発光層
１４ ｐ型半導体層
１５ 半導体層
１５Ａ 発光機能部
１６ ｎ電極
１７ ｐ電極
１８ 絶縁層
１９ ｎパッド電極
２０ ｐパッド電極
２１ 離間スリット
３０ 発光装置
３１ 装置基板
３２Ａ 第１配線電極
３２Ｂ 第２配線電極
３３Ａ 第１導通ビア
３３Ｂ 第２導通ビア
３４Ａ 第１実装電極
３４Ｂ 第２実装電極
３５ 窓部材載置領域
３６ 保護素子
３７ ワイヤ
３８ 接合部材
３９ 窓接合部材
４０ 上板
４１ 枠部
４２ 窓部材
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図1F】
【図2A】
【図2B】
【図2C】