(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、
前記第１の半導体層と接続する第１の電極と、
前記第２の半導体層の表面に設けた第２の電極と、を備え、
前記第２の電極は、
他の部分より膜厚が大きい複数の膜厚部を有し且つ前記発光層から出射する光に対して透過性の透明導電層と、
前記透明導電層上に積層され且つ当該透明導電層より低屈折率の絶縁層と、
前記絶縁層上に積層され且つ導電性の金属反射層と、
前記絶縁層を通して設けられ、一端が前記透明導電層の前記膜厚部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記膜厚部は、前記絶縁層側に凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記膜厚部は、平面視で、孤立パタ−ン又は格子状パタ−ンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記絶縁層は、二酸化ケイ素から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明導電層は、インジウム（Ｉｎ）を含む導電性の酸化物から構成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板を備える半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、
ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された積層半導体層と、当該ｎ型半導体層と接続する負極と、当該ｐ型半導体層の表面に設けた正極と、を備え、
前記正極は、
前記積層半導体層側と反対側に複数の凸部を有し且つインジウムを含む透明導電層と、当該凸部側に積層され且つ当該透明導電層より低屈折率の二酸化ケイ素からなる絶縁層と、当該絶縁層上に積層され且つ銀を含む金属反射層と、当該絶縁層を通して形成され、一端が当該透明導電層の当該凸部に電気的に接続され且つ他端が当該金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含み、
前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記正極と対向するように配置される
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記負極及び前記正極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、通常、透明電極上に、金（Ａｕ）等のボンディングワイヤと接続する部分にボンディングパッドを形成している。最近、発光波長に対して透光性の基板上に形成された半導体発光素子を裏返し、回路基板（サブマウント）またはパッケージに搭載するフリップチップボンディング（ＦＣ）実装技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、透光性基板と、ｎ型半導体層／発光層／ｐ型半導体層が積層された半導体層と、ｎ型半導体層に接合される負電極と、ｐ型半導体層に接合される正電極と、正電極及び負電極にそれぞれ接続される正電極パッド及び負電極パッドとを備えたフリップチップ型半導体発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＦＣ実装技術によれば、正電極を構成する透明導電層の膜厚を薄くすることにより、発光層から出射される光の吸収が減少する傾向がある。しかし、透明導電層の膜厚を過度に薄くするとシート抵抗が増大する傾向がある。そのため、電流の拡散が不良となり、順方向電圧（Ｖｆ）が上昇するおそれがある。
本発明の目的は、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術において、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑制し、且つ発光出力（Ｐｏ）を増大させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以下、［１］〜［１０］が提供される。
［１］第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、前記第１の半導体層と接続する第１の電極と、前記第２の半導体層の表面に設けた第２の電極と、を備え、前記第２の電極は、他の部分より膜厚が大きい複数の膜厚部を有し且つ前記発光層から出射する光に対して透過性の透明導電層と、前記透明導電層上に積層され且つ当該透明導電層より低屈折率の絶縁層と、前記絶縁層上に積層され且つ導電性の金属反射層と、前記絶縁層を通して設けられ、一端が前記透明導電層の前記膜厚部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含むことを特徴とする半導体発光素子。
［２］前記膜厚部は、前記絶縁層側に凸部を有することを特徴とする前項［１］に記載の半導体発光素子。
［３］前記膜厚部は、平面視で、孤立パタ−ン又は格子状パタ−ンを含むことを特徴とする前項［１］又は［２］に記載の半導体発光素子。
［４］前記絶縁層は、二酸化ケイ素から構成されることを特徴とする前項［１］乃至［３］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［５］前記透明導電層は、インジウム（Ｉｎ）を含む導電性の酸化物から構成されることを特徴とする前項［１］乃至［４］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［６］前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする前項［１］乃至［５］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［７］前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする前項［１］乃至［６］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［８］前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする前項［１］乃至［７］のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【０００７】
［９］半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板を備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された積層半導体層と、当該ｎ型半導体層と接続する負極と、当該ｐ型半導体層の表面に設けた正極と、を備え、前記正極は、前記積層半導体層側と反対側に複数の凸部を有し且つインジウムを含む透明導電層と、当該凸部側に積層され且つ当該透明導電層より低屈折率の二酸化ケイ素からなる絶縁層と、当該絶縁層上に積層され且つ銀を含む金属反射層と、当該絶縁層を通して形成され、一端が当該透明導電層の当該凸部に電気的に接続され且つ他端が当該金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含み、前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記正極と対向するように配置されることを特徴とする半導体発光装置。
［１０］前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記負極及び前記正極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする前項［９］に記載の半導体発光装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、第１の半導体層と接続する第１の電極と、第２の半導体層の表面に設けた第２の電極と、を備えた半導体発光素子において、第２の電極は、他の部分より膜厚が大きい複数の膜厚部を有し且つ前記発光層から出射する光に対して透過性の透明導電層と、透明導電層上に積層され且つ当該透明導電層より低屈折率の絶縁層と、絶縁層上に積層され且つ導電性の金属反射層と、絶縁層を通して設けられ、一端が前記透明導電層の前記膜厚部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含む半導体発光素子を提供することにより、半導体発光素子の発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大する。
即ち、透明導電層内に、他の部分（基部）より膜厚が大きい複数の膜厚部を形成し、他の部分（基部）は薄膜にすることにより、当該複数の膜厚部を有しない半導体発光素子と比較して、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑制しつつ、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態が適用される半導体発光装置の断面模式図の一例を示す図である。
【図２】半導体発光素子の断面模式図の一例である。
【図３】半導体発光素子の平面模式図の一例である。
【図４】積層半導体層の断面模式図の一例である。
【図５】第１の電極の断面模式図の一例である。
【図６】第２の電極の断面模式図の一例である。
【図７】透明導電層に設けた膜厚部のパターン（孤立パターン）の一例を示す図である。
【図８】透明導電層に設けた膜厚部の格子状パターンの一例を示す図である。
【図９】透明導電層に設けた膜厚部の孤立パターンの他の一例を示す図である。
【図１０】透明導電層に設けた膜厚部のパターンの他の一例を示す図である。
【図１１】絶縁層の膜厚と反射率の関係を示すシミュレーション関係結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。
【００１１】
＜半導体発光装置＞
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光装置１の断面模式図の一例である。半導体発光装置１は、光を出射する半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を固定するとともに、半導体発光素子１０に電力を供給する配線を設けた回路基板の一例としてのサブマウント１５とを備えている。
【００１２】
半導体発光素子１０は、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００を備えている。また、半導体発光素子１０は、正負一対の接続電極の一例として、負極として働く第１の電極１８０と、正極として働く第２の電極１７０とを備えている。積層半導体層１００は、後述するように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０から構成されている。尚、第１の電極１８０は、積層半導体層１００の一部を切り欠いた部分に設けられている。
また、第１の電極１８０および第２の電極１７０の表面の一部を除き、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００の表面および側面を覆う保護層１９０を備えている。尚、半導体発光素子１０の詳細については後述する。
【００１３】
サブマウント１５は、サブマウント基板１０Ｂ、サブマウント基板１０Ｂ上に設けられたサブマウント配線１１，１２、半導体発光素子１０の第１の電極１８０および第２の電極１７０とサブマウント配線１１，１２とを電気的に接続する接続子の一例としてのバンプ２１，２２を備えている。
【００１４】
図１では、半導体発光素子１０は、基板１１０側が上側に位置している。すなわち、半導体発光素子１０は、裏返してサブマウント１５に実装されている。このように、サブマウント１５に対して、半導体発光素子１０を裏返して実装することをフリップチップ（ＦＣ）実装またはフリップチップ（ＦＣ）ボンディングと呼ぶ。また、半導体発光素子１０が裏返して実装されることから、この実装形式をフェイスダウン（ＦＤ）実装とも呼ぶ。
【００１５】
本実施の形態における光の取り出しについて説明する。半導体発光素子１０の積層半導体層１００（具体的には、後述する図２における発光層１５０）において出射した光のうち、基板１１０側に進む光は、外部（図１の上側方向）に取り出される。一方、発光層１５０が出射する光のうち、第２の電極１７０側に進む光は、第２の電極１７０に設けられ、発光層１５０が出射する光に対して反射性を示す反射層（後述する、図６に示す絶縁層１７２及び金属反射層１７３）で反射され、基板１１０側に向かい、外部（図１の上側方向）に取り出される。また、積層半導体層１００、中間層１２０、下地層１３０の側面から外部に取り出される光もある。以下、サブマウント１５、半導体発光素子１０の順に詳細な構成を説明する。
【００１６】
（サブマウント）
サブマウント１５のサブマウント基板１０Ｂとしては特に限定されず、例えば、セラミック基板、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板、Ａｌ（アルミ）基板、Ｃｕ（銅）基板、ガラスエポキシ基板等の絶縁性または導電性の各種の基板を選択して用いることができる。
尚、Ａｌ基板等の導電性の基板を用いるときには、サブマウント配線１１，１２とサブマウント基板１０Ｂとを電気的に絶縁するため、サブマウント配線１１，１２の少なくとも一方は絶縁層を介して設けられている。
半導体発光素子１０の第１の電極１８０及び第２の電極１７０とサブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１，１２とを接続するバンプ２１，２２としては、例えば、Ｓｎ（錫）を添加したＡｕ（Ａｕ−Ｓｎ合金）ボールや半田ボールが用いうる。特に、接続（圧着）時の加熱温度が約３００℃のＡｕ−Ｓｎ合金が好ましい。
以下、半導体発光素子１０について詳細な構成を説明する。
【００１７】
＜半導体発光素子＞
図２は、半導体発光素子の断面模式図の一例である。図３は、図２に示すように、半導体発光素子をＩＩＩ方向からみた平面模式図の一例である。図４は、半導体発光素子を構成する積層半導体の断面模式図の一例である。
図２に示すように、半導体発光素子１０は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１０は、下地層１３０上に積層される積層半導体層１００を備えている。積層半導体層１００は、下地層１３０側から、第１の導電型を有する第１の半導体層としてのｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層される第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０とから構成されている。
【００１８】
さらに、半導体発光素子１０は、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０および第１の半導体層としてのｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに形成される第１の電極１８０と、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される第２の電極１７０とを備えている。
【００１９】
さらにまた、半導体発光素子１０は、第１の電極１８０および第２の電極１７０と、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）に積層される保護層１９０をさらに備える。ただし、保護層１９０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面の全域、基板１１０の一部の上面１１０ｃを覆うように形成される。
【００２０】
第１の電極１８０に対しては、図２において上方側となる面の一部を露出させ、後述するように、バンプ（第１の接続子）２１により外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１８０ａが形成されている。同様に、第２の電極１７０に対しては、図２において上方側となる面の一部を露出させ、後述するように、バンプ（第２の接続子）２２により外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。
【００２１】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１の電極１８０および第２の電極１７０が形成された構造を有している。この半導体発光素子１０においては、第１の電極１８０を負極、第２の電極１７０を正極とし、両者を介して積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。
【００２２】
次に、図３に示すように、平面視したとき（図２に示す半導体発光素子１０をＩＩＩ方向からみた平面模式図）、第１の電極１８０は、平面形状が正方形の基板１１０の一つの角部に近接した部分に形成されている。第１の電極１８０は、露出した半導体層露出面１４０ｃ上に形成され、さらに、第１の電極１８０の上面には、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１８０ａが形成されている。
第２の電極１７０は、第１の電極１８０を形成するためにエッチング等の手段により一部が除去された部分を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの略全面を覆うように形成されている。第２の電極１７０の上面には、第２の電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。また、後述するように、第２の電極１７０を構成する透明導電層に設けた膜厚部と金属反射層とを電気的に接続する複数の導体部１７６が設けられている。尚、図３では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
次に、半導体発光素子１０の各層について説明する。
【００２３】
（基板）
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１０は、後述するように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
【００２４】
（積層半導体層）
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。また、図４に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行い、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行う。
尚、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
【００２５】
（中間層）
中間層１２０は、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上を介して、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。尚、本発明においては、中間層１２０を形成することが好ましいが、行なわなくても良い。
【００２６】
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００２７】
（下地層）
下地層１３０としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られやすい。また、下地層１３０の膜厚は、生産コストの点で好ましくは１５μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２８】
（ｎ型半導体層）
図４に示すように、例えば、第１の導電型を有する第１の半導体層の一例としての、電子をキャリアとするｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。尚、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第１の電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
【００２９】
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、第１の電極１８０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５μｍ〜５μｍに設定することが好ましく、１μｍ〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３０】
ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂは、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めを行なう層である。ｎクラッド層１４０ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。なお、本明細書中では、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮやＧａＩｎＮのように記載することがある。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５μｍ〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５μｍ〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００３１】
尚、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。また、ｎクラッド層１４０ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００３２】
（発光層）
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図４に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ１−ｙＩｎｙＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ１−ｙＩｎｙＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
尚、本実施の形態では、発光層１５０が、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
【００３３】
（ｐ型半導体層）
図４に示すように、例えば、第２の導電型を有する第２の半導体層の一例としての、正孔をキャリアとするｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
【００３４】
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００３５】
ｐコンタクト層１６０ｂは、第２の電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第２の電極１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９／ｃｍ３〜５×１０２０／ｃｍ３の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００３６】
（第１の電極）
図５は、第１の電極１８０の断面模式図の一例を示す図である。
第１の電極１８０は、例えば、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第１導電層１８１と、第１導電層１８１上に積層される第１ボンディング層１８２と、上述した第１ボンディング層１８２の露出部位である第１の開口部１８０ａを除いて第１ボンディング層１８２を覆うように設けられ、第１ボンディング層１８２と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１８３とを有している。
【００３７】
（第１導電層）
図５に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第１導電層１８１が積層されている。前述したように平面視で第１導電層１８１（図３参照）の片側は、半円形状の外形を有している。そして、第１導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１８１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。
【００３８】
第１導電層１８１は、ｎ型半導体層１４０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、第１導電層１８１として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔａ／Ａｌ、アモルファスＩＺＯ／Ａｌ等が用いられる。第１導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、後述する第２の電極１７０の金属反射層１７３（図６参照）を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。第１導電層１８１の膜厚は、通常１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内で設けられる。
【００３９】
（第１ボンディング層）
図５に示すように、第１導電層１８１の上には第１ボンディング層１８２が積層されている。第１ボンディング層１８２は、第１導電層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１８２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１８２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。
【００４０】
第１ボンディング層１８２は、後述する第２の電極１７０の第２ボンディング層１７４と同様、第１導電層１８１と接するように少なくとも１層以上の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層（第１ボンディング層１８２）には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。また、第１ボンディング層１８２の全体の厚さは、好ましくは５０ｎｍ〜８０００ｎｍに設定されている。尚、第１ボンディング層１８２を複数の金属層の積層構造とすることもできる。
【００４１】
（第１密着層）
図５に示すように、第１ボンディング層１８２の上には第１密着層１８３が積層されている。第１密着層１８３は第１ボンディング層１８２の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１８３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１８３の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。この第１密着層１８３の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）と接するように設けられている。
【００４２】
第１密着層１８３は、例えば、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１８２と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第１密着層１８３はＴｉ（チタン）で形成されている。ただし、第１密着層１８３として、Ｔｉ以外に、例えば、Ｔａ（タンタル）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。第１密着層１８３の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が過度に小さいと、保護層１９０やボンディング層１７５，１８２との密着性が低下する傾向がある。膜厚が過度に大きいと、生産性コストにも影響し、好ましくない。
【００４３】
（第２の電極）
次に、第２の電極１７０の構成について説明する。図６（ａ）は、第２の電極１７０の断面模式図の一例である。図６（ｂ）は、第２の電極１７０の要部を説明する図である。
図６（ａ）に示すように、第２の電極１７０は、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層される透明導電層１７１と、この透明導電層１７１上に積層され且つ透明導電層１７１より低屈折率の透明な絶縁層１７２と、絶縁層１７２上に積層された反射層としての導電性の金属反射層１７３と、絶縁層１７２を通して形成され、一端が透明導電層１７１の凸部１７１ｂに電気的に接続され且つ他端が金属反射層１７３と電気的に接続される導体部１７６と、を有している。なお、金属反射層１７３と導体部１７６は、いずれも反射層としての機能を有する。さらに、金属反射層１７３上に積層される第２ボンディング層１７４と、第２ボンディング層１７４の露出部位である第２の開口部１７０ａを除き第２ボンディング層１７４を覆うように設けられた第２密着層１７５とを有している。また、第２密着層１７５の第２ボンディング層１７４側と反対側の面に保護層１９０が積層されている。
【００４４】
（透明導電層）
図６（ａ）に示すように、透明導電層１７１は、前述した第２の電極１７０を形成するために、公知なエッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの周縁部を除くほぼ全面に形成されている。
本実施の形態では、透明導電層１７１が、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な基部１７１ａと、ｐ型半導体層１６０側と反対側の絶縁層１７２側に設けた複数の凸部１７１ｂとから構成されている。透明導電層１７１の凸部１７１ｂを設けた部分は、他の部分より厚さが大きい膜厚部を構成している。
尚、図示しないが、本実施の形態に限定されず、膜厚部を構成するために、透明導電層１７１の凸部１７１ｂは、基部１７１ａのｐ型半導体層１６０側に設けてもよい。その場合、透明導電層１７１の絶縁層１７２側は平坦な形状に形成される。
【００４５】
図６（ｂ）に示すように、透明導電層１７１の凸部１７１ｂを設けない領域の厚さ（基部１７１ａの厚さ（ｘ）という。）は、本実施の形態では、２０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲より選択することができる。また、好ましくは、本実施の形態では２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲より選択される。例えば、参考データとして、凸部１７１ｂを有しない基部１７１ａの厚さ（ｘ）からなる透明導電層１７１のシート抵抗は、製造方法にも依存するものの、膜厚が１０ｎｍの時は無限大（∞）であり、膜厚が２０ｎｍの時は２５０Ω／□、膜厚が２５ｎｍの時は１７５Ω／□、膜厚が５０ｎｍの時は７２Ω／□、膜厚が１００ｎｍの時は２９Ω／□、膜厚が２００ｎｍの時は１５Ω／□である。
基部１７１ａの厚さ（ｘ）が過度に薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくく、また順方向電圧（Ｖｆ）が上昇する傾向がある。基部１７１ａの厚さ（ｘ）が過度に厚いと、発光層１５０からの発光及び金属反射層１７３からの反射光の光透過性の点で好ましくない傾向がある。
尚、本実施の形態では、基部１７１ａの中央部は一定の膜厚を有し、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、基部１７１ａの端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００４６】
基部１７１ａに凸部１７１ｂを設けた膜厚部の厚さ（ｙ）は、本実施の形態では、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲より選択される。また、好ましくは、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲より選択される。膜厚部の厚さ（ｙ）が過度に薄い場合又は過度に厚い場合、発光層１５０からの発光及び金属反射層１７３からの反射光の光透過性の点で好ましくない傾向がある。尚、透明導電層１７１は、ＦＣ実装技術における使用において、光吸収性があるが故に特定の膜厚以下の薄膜として使用するのが好ましい。
【００４７】
基部１７１ａに凸部１７１ｂを設けた膜厚部の幅（ｚ）は、本実施の形態では、１０μｍ〜３０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、１５μｍ〜２５μｍの範囲より選択される。膜厚部の幅（ｚ）が過度に大きいと、当該膜厚部による光の吸収により、反射層から光の強度に影響が出る傾向がある。膜厚部の幅（ｚ）が過度に小さいと、Ｖｆが高くなる。また、絶縁層１７２中の貫通穴とのアライメントが困難になる傾向がある。
尚、平面視における凸部１７１ｂを含む膜厚部の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）、楔形等が挙げられる。また、凸部１７１ｂの縦方向の断面形状は、特に限定されず、長方形、台形、円錐、角錐、楔形等が挙げられる。また、凸部１７１ｂの膜厚部は、これらの断面形状を有する凸部１７１ｂを結合する直線部分とから構成される格子状パターンを有してもよい（後述）。さらにまた、凸部１７１ｂの平面断面積は特に限定されず、さらに、複数の凸部１７１ｂのそれぞれの平面断面積は、同一又は異なる場合も含まれる。
【００４８】
透明導電層１７１における複数の膜厚部は、所定の間隔（ピッチｌ）で設けられる。本実施の形態では、ピッチｌは、１０μｍ〜１２０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、２０μｍ〜１００μｍの範囲より選択される。ピッチｌが過度に大きいと、凸部１７１ｂを設けた膜厚部の透明導電層１７１に占める割合（Ａ／Ｂ）が小さくなり、発明の効果が低減し、発光強度が向上しない傾向がある。ピッチｌが過度に小さいと、前記割合（Ａ／Ｂ）が大きくなり、発光強度が向上しない傾向がある。ただし、Ａは凸部１７１ｂの面積であり、Ｂは基部１７１ａの面積である。（Ａ／Ｂ）は基部１７１ａの面積（Ｂ）に対する凸部１７１ｂの面積（Ａ）の割合である。
【００４９】
透明導電層１７１を構成する材料は、酸化物の導電性材料であって、発光層１５０から出射される波長の光を、少なくとも８０％程度透過する材料が用いられる。例えば、Ｉｎ（インジウム）を含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ２Ｏ３−ＣｅＯ２））等が挙げられる。尚、これらの中に、例えば、フッ素等のドーパントが添加されていてもよい。また、例えば、Ｉｎを含まない酸化物として、例えば、キャリアをドープしたＳｎＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２等の導電性材料を用いることもできる。これらの材料を用い、当該技術分野でよく知られた慣用手段によって、透明導電層１７１を形成できる。また、透明導電層１７１を形成した後、透明導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００５０】
本実施の形態において、透明導電層１７１の材料として、結晶構造を有するものを使用することができる。例えば、特に、六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ２Ｏ３結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ等）が好ましい。また、例えば、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯを用いる場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させ、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
【００５１】
また、透明導電層１７１に用いるＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１質量％〜２０質量％が好ましく、５質量％〜１５質量％の範囲が更に好ましく、１０質量％が特に好ましい。
【００５２】
透明導電層１７１に用いるＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ２を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ２を含まない雰囲気としては、Ｎ２雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ２などの不活性ガスとＨ２との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ２雰囲気、またはＮ２とＨ２との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。尚、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ２雰囲気、またはＮ２とＨ２との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
【００５３】
ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。熱処理温度が過度に低いと、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できず、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。熱処理温度が過度に高いと、ＩＺＯ膜は結晶化されているが光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。また、この場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させるおそれもある。
【００５４】
アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、他の層との接着性の点において、透明導電層１７１は材料に限定されないが結晶性の材料の方が好ましく、特に結晶性ＩＺＯの場合にはビックスバイト結晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯがよい。
【００５５】
特に、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べ、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において有効である。また、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、抵抗値が低下することから、半導体発光素子１０を構成した際に、順方向電圧（Ｖｆ）を低減できる点でも好ましい。
【００５６】
（絶縁層）
図６（ａ）に示すように、絶縁層１７２は、透明導電層１７１上に積層され、金属反射層１７３と組み合わせて、発光層１５０から出力される光を反射する反射膜としての機能を有している。本実施の形態では、後述するように、絶縁層１７２を貫通するように形成された導体部１７６が設けられている。
絶縁層１７２は、発光層１５０から出力される光に対し少なくとも９０％程度、好ましくは９５％以上の透過性を有し、透明導電層１７１と比べて低屈折率、且つ絶縁性を有する。絶縁層１７２を構成する材料としては、例えば、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）、ＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ２（フッ化カルシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）等が挙げられる。本実施の形態では、絶縁層１７２として、屈折率ｎ１＝１．４８（４５０ｎｍ波長）のＳｉＯ２（二酸化ケイ素）を用いている。尚、透明導電層１７１を構成するＩＺＯ膜の屈折率ｎ２は２．２１（４５０ｎｍ波長）である。
【００５７】
本実施の形態では、絶縁層１７２の膜厚（Ｈ）は、絶縁層１７２の屈折率ｎと発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）とを用いて定義したＱ＝（λ／４ｎ）との関係において、以下に示す式（１）の関係で設定される。但し、式（１）においてＡは整数である。ここで、Ｑは、上述のように発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）を絶縁層１７２の屈折率ｎの４倍で除したものを示す。
Ｈ＝ＡＱ        （１）
【００５８】
また、絶縁層１７２の膜厚（Ｈ）は、以下の式（２）に基づいて設定されることが好ましい。膜厚Ｈが５λ／４ｎより大きい範囲がさらに好ましい。即ち、膜厚Ｈは５Ｑ以上がさらに好ましい。但し、生産コストの制約から膜厚（Ｈ）は２０Ｑ（＝（２０λ／４ｎ））以下であることが好ましい。
（５λ／４ｎ）＜Ｈ        （２）
【００５９】
本実施の形態では、絶縁層１７２の膜厚（Ｈ）は、（５λ／４ｎ）を超える範囲、即ち波長４５０ｎｍの青色光の場合、膜厚（Ｈ）３８０ｎｍを超える範囲に設けるのが好ましい。
発明者の実験データとシミュレーション結果から、特にＨ＝３Ｑ，５Ｑ，７Ｑ・・・奇数Ｑ単位の膜厚では発光強度が増大する結果が得られ、３Ｑ，５Ｑ，７Ｑ等の膜厚が特に好ましく、半導体発光素子１０の出力が、絶縁層１７２の膜厚に依存することが確認されている。本実施の形態では、絶縁層１７２の膜厚（Ｈ）は、特に３Ｑ，５Ｑ，７Ｑ・・・奇数Ｑ単位の膜厚であって、当該数値のプラス・マイナス０．５Ｑ単位の範囲が特に望ましい。
より具体的には、発明者の実験により、Ｑが増加する（絶縁層１７２の膜厚が増加する）に従い、半導体発光素子１０の出力が増加し、また３Ｑ，５Ｑ，７Ｑ・・・の奇数Ｑ単位の膜厚では発光強度が特に効果的に増大することが確認されている。このことから、絶縁層１７２の厚さが増加することにより、ｐ型半導体層１６０と透明導電層１７１との間、透明導電層１７１と絶縁層１７２との間、及び絶縁層１７２と金属反射層１７３との間でそれぞれ反射する光の位相が重なり増反射され、その結果として半導体発光素子１０の出力が増加すると考えられる。
【００６０】
以下、本発明者は、第２の電極１７０に用いる金属反射層１７３としてＡｇ（銀）を用いた場合における、絶縁層１７２の膜厚と反射率との関係についてシミュレーションを行った。図１１は、絶縁層１７２の膜厚と反射率の関係を示すシミュレーション関係結果の一例である。なお、図１１の横軸は、上記（１）で示すＱ単位の絶縁層１７２の膜厚を表し、縦軸が下記に説明する構成の反射率を表す。
【００６１】
まず、シミュレーションの条件を説明する。ｐ型半導体層１６０としてＧａＮを用い、ｐ型半導体層１６０上に透明導電層１７１としてＩＺＯを５０ｎｍの膜厚で成膜する。次に、さらに透明導電層１７１上に絶縁層１７２としてＳｉＯ２（膜厚：０〜７Ｑ）を成膜する。そして、絶縁層１７２の上に金属反射層１７３としてＡｇを１５０ｎｍの膜厚で成膜するものである。ここで、発光層１５０から出射される光の波長λは、４５０ｎｍであり、λ＝４５０ｎｍにおけるｐ型半導体層１６０、透明導電層１７０、および絶縁層１７２の屈折率は、それぞれ２．４４、２．１３、および１．４８である。
【００６２】
図１１に示すように、シミュレーション結果としては、絶縁層１７２を備えることにより反射率が増加する傾向が確認できる。このことは、発明者による実験データにおいて、絶縁層１７２を備えることにより出力Ｐｏが増加した結果と同一の傾向を示している。
また、図１１に示すように、絶縁層１７２の膜厚が３Ｑ付近から、反射率が高くなっていることが分かる。したがって、本条件においては、絶縁層１７２の膜厚を３Ｑ以上とすることで、半導体発光素子１０の出力Ｐｏも増加するものと考えられる。
さらに、図１１に示すように、絶縁層１７２の膜厚が５Ｑを超えた範囲では、反射率が安定していることも確認できる。したがって、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１０を安定して得るためには、膜厚は５Ｑを超えて製造することがよいと考えられ、この点においても、発明者による実験データに示す結果と同一の傾向が確認された。
【００６３】
（金属反射層）
図６（ａ）に示すように、金属反射層１７３は、絶縁層１７２の全域を覆うように形成されている。金属反射層１７３の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００６４】
金属反射層１７３を構成する材料は、例えば、Ａｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｎｄ（ネオジム）Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）等の金属および少なくともこれらの１つを含む合金が挙げられる。特に、Ａｇ（銀）または銀合金は、発光層１５０から出射される青色〜緑色の波長領域の光に対し、高い光反射性を有しているため好ましい。また、金属反射層１７３は、後述する導体部１７６及び透明導電層１７１を介しｐ型半導体層１６０への給電（ホール注入）機能も有することから、その抵抗値が低いＡｇ（銀）または銀合金は好ましい材料である。また、透明導電層１７１と金属反射層１７３の間にアモルファス状のＩＺＯ膜を挿入すると、接触抵抗を低く抑えることができる。
【００６５】
本実施の形態では、金属反射層１７３の厚さが、例えば、１００ｎｍに設定されている。この金属反射層１７３の厚さは、好ましくは９０ｎｍ以上、または、さらに好ましくは１００ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲より選択することができる。ここで、金属反射層１７３の厚さが過度に薄いと、発光層１５０からの光の反射性能が低下する傾向がある。また、金属反射層１７３の厚さが過度に厚いと、生産コスト高となり、また第２ボンディング層などによるオーバーコートされた金属反射層１７３と保護層１９０との段差が大きくなり、クラックが入り信頼性低下に繋がる。
【００６６】
（導体部）
図６（ａ）に示すように、複数の導体部１７６は、それぞれ絶縁層１７２を通して形成され、一端が透明導電層１７１の凸部１７１ｂに電気的に接続され且つ他端が金属反射層１７３と電気的に接続されるように設けられている。導体部１７６は、第２の電極１７０全体に複数形成され、各導体部１７６を流れる電流が発光層１５０の発光に用いられる電流となる。本実施の形態では、複数の導体部１７６を設け、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの面上において、ｐ型半導体層１６０の全面に電流を拡散させ、発光層１５０における発光むらを低減している。
【００６７】
導体部１７６のそれぞれの径は、前述した透明導電層１７１の膜厚部の幅（ｚ）と同等の幅もしくはそれよりも小さい範囲で設けられる。本実施の形態では、５μｍ〜３０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、５μｍ〜２０μｍの範囲より選択される。尚、平面視における導体部１７６の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）、楔形等が挙げられる。
【００６８】
導体部１７６は、例えば、予め成膜された絶縁層１７２に、ドライエッチングあるいはリフトオフ等を用いて形成された貫通孔に導電性材料を充填することにより形成することができる。導体部１７６は、少なくとも１種の導電性材料を用いて形成され、また複数の導電性材料を用いて形成してもよい。導体部１７６の形成に使用する導電性材料としては、例えば、アモルファスＩＺＯ／銀合金／Ｔａ／Ｐｔ等が挙げられる。本実施の形態においては、絶縁層１７２に複数の導体部１７６を設けることにより、第２の電極１７０の面上において、透明導電層１７１を介し、ｐ型半導体層１６０の全面に亘り均一に電流を拡散させる。このことにより、発光層１５０における発光むらを改善することを可能とする。導体部１７６は、ドライエッチあるいはリフトオフ等により形成された貫通孔の壁面及び底面に施される。あるいは、絶縁層１７２の貫通孔に金属を充填したものとして形成されてもよい。
【００６９】
（第２ボンディング層）
図６（ａ）に示すように、金属反射層１７３の上面および側面には、金属反射層１７３を覆うように第２ボンディング層１７４が積層されている。第２ボンディング層１７４は、金属反射層１７３の全域を覆うように形成されている。第２ボンディング層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。本実施の形態では、第２ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００７０】
外部との電気的な接続に用いられる接続層としての第２ボンディング層１７４は、最も内側の金属反射層１７３等と接するように、少なくとも１層の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。さらに、本実施の形態では、第２ボンディング層１７４として、例えば、金属反射層１７３に接して形成される第１層としてのＮｉ（ニッケル）層と、Ｎｉ層の外側に形成されるＡｕ層からなる２層構造（Ｎｉ／Ａｕ）で形成してもよい。また、例えば、金属反射層１７３に接して形成される第１層としてのＴａ（タンタル）層と、このＴａ層の外側に形成される第２層としてのＰｔ（白金）層と、このＰｔ層の外側であって最も外側に形成される第３層としてのＡｕ（金）層とを有する構造（Ｔａ／Ｐｔ／Ａｕ）を採用してもよい。さらにまた、同様な構成順でＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの構造を採用してもよい。例えば、Ｔａ／Ｐｔ／Ａｕの構造の場合には、Ｔａ３００ｎｍ、Ｐｔ１００ｎｍ、Ａｕ５５０ｎｍの構成で用いてもよい。
第２ボンディング層１７４の全体の厚さは、フリップチップ実装する際のパッド電極としての機能を有する厚さがあれば、厚さに制限なく、本実施の形態では、好ましくは５０ｎｍ〜８，０００ｎｍに設定されている。
【００７１】
尚、第２ボンディング層１７４を複数の金属層で構成する場合において、金属反射層１７３と接する第１層を構成する材料としては、例えば、上述したＮｉ（ニッケル）の他、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＮｉＴｉ（ニッケルチタン）合金、およびこれらの窒化物を使用することができる。
【００７２】
（第２密着層）
図６（ａ）に示すように、第２ボンディング層１７４の上面および側面には、第２ボンディング層１７４を覆うように第２密着層１７５が積層されている。第２密着層１７５は第２ボンディング層１７４の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１７５の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１７５の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１７５の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
【００７３】
密着層の一例としての第２密着層１７５は、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層１７４と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第２密着層１７５は、例えば、Ｔｉ（チタン）で形成されている。ただし、第２密着層１７５として、Ｔｉ以外に、例えばＴａ（タンタル）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。
尚、図示しないが、上述した第２の電極１７０の特徴的な構成は、前述したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に形成される第１の電極１８０についても、同様に適用することができる。
【００７４】
（保護層）
図５又は図６に示すように、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物からなる保護層１９０は、第１の電極１８０の一部および第２の電極１７０の一部を除いて、これら第１の電極１８０および第２の電極１７０を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側（図２参照））を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第２の電極１７０および第１の電極１８０に浸入するのを抑制する保護層としての機能と、発光層１５０から出射された光のうち、直接基板１１０側に向かわず、しかも、第２の電極１７０の金属反射層１７３や第１の電極１８０の第１導電層１８１で反射されなかった光を基板１１０側に向けて反射する補助反射層としての機能とを有している。保護層１９０の膜厚は、通常５０ｎｍ〜１μｍの範囲内で設けられる。保護層１９０の膜厚が過度に小さいと保護膜としての機能を損なう恐れがあり、使用環境によっては発光出力が短期間に低下する傾向がある。また、保護層１９０の膜厚が過度に大きいと、光吸収により発光出力等に影響を与える傾向がある。
【００７５】
（バンプ）
図１に示したバンプ（接続子）２１，２２は、実装基板側に予め形成しておいたボールバンプや半田バンプに限定されず、例えば、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０の上に、予めメッキ法や蒸着を用いて突起状にバンプを形成しておいてもよい。
本実施の形態においては、この方法により半導体発光素子１０側にバンプを作製することができる。特に、フォトリソグラフィー工程によりウェハ毎にバンプを形成できるので、４インチ以上の大口径ウェハでは、実装基板毎にバンプボールを形成していくよりも、生産負荷を大幅に減らすことができる利点がある。
【００７６】
（膜厚部の平面形状）
図７は、透明導電層１７１に設けた膜厚部のパターンの一例を示す図である。図７には、図６に示した第２の電極１７０の断面模式図において、ＶＩＩ方向から見た凸部１７１ｂの平面模式図が示されている。尚、図７では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、膜厚部の孤立パターンを示す図である。前述したように透明導電層１７１が膜厚部を有するように基部１７１ａに設けた凸部１７１ｂの形状は、例えば、平面視で所定の径（φ＝１８μｍ）を有する円形である。複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（ピッチｌ）を隔てて設けられている。そして、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いに重ならないように配置されている（千鳥配列になるように設けられている）。
図７（ａ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは８５μｍである（パターン１）。図７（ｂ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは７１μｍである（パターン２）。図７（ｃ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは６０μｍである（パターン３）。
【００７７】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、透明導電層１７１に設けた膜厚部の格子状パターンの一例を示す図である。透明導電層１７１の基部１７１ａと合わせて膜厚部を構成する凸部１７１ｂの形状は、平面視で所定の径（φ＝９０μｍ）を有する複数の円形部分と、これらの円形部分を結合する直線部分とから構成された格子状パターンを有している。直線部分の膜厚は、前述の凸部１７１ｂ部分と同等な膜厚を有し、直線部分の幅は、前述の凸部１７１ｂの平面長さ（凸部が円形の場合、直径に相当する）か、もしくはそれ以下の大きさで設けられる。本発明では、通常、５μｍ〜１８μｍの範囲で設けられる。
【００７８】
図８（ａ）では、膜厚部のパターンは、前述した図７（ａ）（パターン１）に示したように、断面形状が円形（φ＝１８μｍ）の複数の凸部１７１ｂがピッチｌ＝８４μｍを隔てて配置され、これらの凸部１７１ｂを複数の直線状部分で接続した格子状パターンが形成されている（パターン４）。パターン４では、直線状の部分は、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成されている。図８（ｂ）では、膜厚部のパターンは、円形（φ＝１８μｍ）の複数の凸部１７１ｂの一部を残し、他の凸部１７１ｂを、基部１７１ａの一辺に対し平行な複数の直線状部分で接続した格子状パターンが形成されている（パターン５）。図８（ｃ）では、膜厚部のパターンは、図８（ａ）の（パターン４）と図８（ｂ）の（パターン５）を組み合わせた格子状パターンが形成されている（パターン６）。
【００７９】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、透明導電層１７１に設けた膜厚部の孤立パターンの他の一例を示す図である。前述したように基部１７１ａに設けた凸部１７１ｂの形状は、平面視で所定の径（φ＝１８μｍ）を有する円形である。複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（ピッチｌ）を隔てて設けられている。そして、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂと重なるような位置に配置されている。
図９（ａ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２７μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（１））。図９（ｂ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２５μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（２））。図９（ｃ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２３μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（３））。
【００８０】
図１０は、透明導電層に設けた膜厚部のパターンの他の一例を示す図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）では、半導体発光素子１０の第１の電極１８０がｎ型半導体層１４０の中央部に形成されている。このため、透明導電層１７１の基部１７１ａの中央部分に、第１の電極１８０の第１の開口部１８０ａが形成されている。
透明導電層１７１の膜厚部は、第１の開口部１８０ａが形成された部分を除き、透明導電層１７１の基部１７１ａ上に、所定の間隔を隔てて複数の凸部１７１ｂを配置することにより構成されている。
図１０（ａ）は、膜厚部の孤立パターンを示し、複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔を隔てて設けられて、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いに重ならないように配置されている。
図１０（ｂ）は、膜厚部の孤立パターンの他の実施形態を示し、複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔を隔てて設けられ、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂと重なるような位置に配置されている。
図１０（ｃ）は、複数の凸部１７１ｂを複数の直線状部分で接続した格子状パターンが形成され、直線状の部分は、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成されている。
図１０（ｄ）は、複数の凸部１７１ｂを、基部１７１ａの一辺に対し平行な複数の直線状部分で接続した格子状パターンと、図１０（ｃ）に示したように、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成された格子状パターンとを組み合わせた複合パターンが形成されている。
【００８１】
（サブマウントへの実装工程）
図１に示す半導体発光素子１０は、例えば、次のような操作を経てサブマウント基板１０Ｂに実装される。初めに、半導体発光素子１０のウェハ全面にＴｉＷ／Ａｕを公知のスパッタ法で成膜した後、公知のフォトリソグラフィー技術により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａを開口させたレジストを形成し、続いて公知の成膜法により第１の電極１８０と第２の電極１７０上に所定膜厚のＡｕを成長させ、バンプ２１，２２を形成する。そして、バンプ２１，２２の上にＡｕＳｎ膜を形成する。ＡｌＮ基板を用いたサブマウント１５上に発光チップを裏返して設置し、サブマウント配線１１、１２と、半導体発光素子１０のバンプ２１，２２とがそれぞれ対応するように半導体発光素子１０とサブマウント１５とを位置合わせして電気的に接続する。
【実施例】
【００８２】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００８３】
（実施例１）
図２に示す半導体発光素子１０において、図６（ａ）に示す第２の電極１７０を、ＩＺＯ製の透明導電層１７１の膜厚部のパターンが、図７（ｃ）の（パターン３）及び図８（ａ）の（パターン４）を有する形状にそれぞれ調製した。ここで、透明導電層１７１は、基部１７１ａの厚さ（ｘ）が２５ｎｍと５０ｎｍの２種類を形成した。各透明導電層１７１における膜厚部の厚さ（ｙ）は、それぞれ２００ｎｍである。凸部１７１ｂの形状は、径（φ）１８μｍの円形である。複数の凸部１７１ｂ間の間隔（ピッチｌ）は８５μｍである。また、第２の電極１７０におけるＳｉＯ２製の絶縁層１７２の厚さ（Ｈ）は、３８０ｎｍ（＝５Ｑ）である。尚、金属反射層１７３及び導体部１７６は、（ＩＺＯ／銀）合金を用いて形成した。
次に、図１に示すように、これらのパターンを有する２種類の半導体発光素子１０をサブマウント１５に実装し、２個のフリップチップ型の半導体発光装置１を調製した。続いて、これらの２個の半導体発光装置１について、それぞれ、ＬＥＤ特性を測定した。結果を表１に示す。尚、表１において、Ｖｆは順方向電圧（単位：Ｖ）であり、Ｐｏは、発光出力（単位：ｍＷ）である。
【００８４】
【表１】
0005633057.tif 000002
【００８５】
表１に示す結果から、実施例１において調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置は、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層と絶縁層を備えた半導体発光素子と比較して、順方向電圧（Ｖｆ：Ｖ）の上昇を抑制しつつ、発光出力（Ｐｏ：ｍＷ）が増大することが分かる。
【００８６】
（実施例２）
実施例１で調製した半導体発光素子１０において、透明導電層１７１の膜厚部のパターンが、図７（ｃ）の（パターン３）の半導体発光素子１０を用い、透明導電層１７１を構成する基部１７１ａの面積（Ｂ）に対する凸部１７１ｂの面積（Ａ）の割合（Ａ／Ｂ）を変化させ、４個のフリップチップ型の半導体発光装置１を調製した。続いて、これらの４個の半導体発光装置１について、実施例１と同様に、それぞれＬＥＤ特性を測定した。結果を表２に示す。尚、表２において、Ｐｏは、発光出力（単位：ｍＷ）である。
【００８７】
【表２】
0005633057.tif 000003
【００８８】
（実施例３）
実施例１で調製した半導体発光素子１０において、透明導電層１７１の膜厚部のパターンが、図９（ａ）の（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（１））、図９（ｂ）の（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（２））、図９（ｃ）の（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（３））の３種類の半導体発光素子１０を用い、３個のフリップチップ型の半導体発光装置１を調製した。続いて、これらの半導体発光装置１について、実施例１と同様に、それぞれＬＥＤ特性を測定した。結果を表３に示す。尚、表３において、Ｖｆは順方向電圧（単位：Ｖ）であり、Ｐｏは、発光出力（単位：ｍＷ）である。また、絶縁層の厚さ（５Ｑ）は、絶縁層１７２の屈折率ｎと発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）とを用いて定義したＱ＝（λ／４ｎ）の５倍の数値（３８０ｎｍ）である。
【００８９】
【表３】
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【００９０】
表３に示す結果から、透明導電層１７１の膜厚部が、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すパターンを有する半導体発光素子を用いた場合も、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層と絶縁層を備えた半導体発光素子と比較して、順方向電圧（Ｖｆ：Ｖ）の上昇を抑制しつつ、発光出力（Ｐｏ：ｍＷ）が増大することが分かる。
【符号の説明】
【００９１】
１…半導体発光装置、１０…半導体発光素子、１０Ｂ…サブマウント基板、１１、１２…サブマウント配線、１５…サブマウント、２１，２２…バンプ（接続子）、１００…積層半導体層、１１０…基板、１１０ｃ，１６０ｃ…上面、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ｃ…半導体層露出面、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…第２の電極、１７１…透明導電層、１７１ａ…基部、１７１ｂ…凸部、１７２…絶縁層、１７３…金属反射層、１７４…第２ボンディング層、１７５…第２密着層、１７６…導体部、１８０…第１の電極、１８０ａ…第１の開口部、１８１…第１導電層、１８２…第１ボンディング層、１８３…第１密着層、１９０…保護層
【図１】
0005633057.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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