(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、
前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、
前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、前記第２半導体層に積層される第１透明導電層と、
前記発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに前記第１透明導電層に積層される透明絶縁層と、
前記第１半導体層と電気的に接続される第１電極と、
前記第１透明導電層と同一の材料で構成され、前記透明絶縁層および前記貫通孔を介して露出する当該第１透明導電層を覆うように積層される第２透明導電層と、前記発光層から出射される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、当該第２透明導電層に積層される金属反射層とを有する第２電極と
を含むことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層の厚さは、前記透明絶縁層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１透明導電層および前記第２透明導電層は、金属酸化物から構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記金属酸化物は、インジウムを含む金属酸化物であることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記インジウムを含む金属酸化物は、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）であることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１透明導電層は、結晶化したＩＺＯから構成され、
前記第２透明導電層は、結晶化していないＩＺＯから構成され、
前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層の厚さは、当該第１透明導電層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層と、当該第１透明導電層に積層される当該第２透明導電層に積層される前記金属反射層とを合わせた厚さが、前記透明絶縁層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層と、当該第１透明導電層に積層される当該第２透明導電層に積層される前記金属反射層とを合わせた厚さが、前記透明絶縁層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１透明導電層および前記第２透明導電層は、金属酸化物から構成されることを特徴とする請求項８記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記金属酸化物は、インジウムを含む金属酸化物であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記インジウムを含む金属酸化物は、ＩＺＯであることを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記第１透明導電層および前記第２透明導電層は、金属酸化物から構成されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記金属酸化物は、インジウムを含む金属酸化物であることを特徴とする請求項１２記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記インジウムを含む金属酸化物は、ＩＺＯであることを特徴とする請求項１３記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記第１透明導電層は、結晶化したＩＺＯから構成され、
前記第２透明導電層は、結晶化していないＩＺＯから構成され、
前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層の厚さは、当該第１透明導電層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項１４記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記透明絶縁層は、前記第１透明導電層および前記第２透明導電層よりも低い屈折率を有する材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
前記第１透明導電層は、第１屈折率を有する材料で構成され、
前記透明絶縁層は、前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、
前記透明絶縁層の膜厚Ｈは、前記第２屈折率をｎ、前記発光層から出射される光の波長λとし、Ｂを３以上の奇数としたとき、
（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．５）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．５）
の関係を有していることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記金属反射層は、銀あるいは銀の合金からなることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
前記透明絶縁層は、二酸化ケイ素からなることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、通常、サファイア等の基板上に、発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層を形成して構成される。そして、このような半導体発光素子では、配線基板に対して半導体発光素子をフリップチップにて実装することで、発光層から出力される光を、基板を介して外部に出射するようにしたものが存在する。【０００３】
公報記載の従来技術として、ＩＩＩ族窒化物半導体層の基板との接触面と反対側となる面側に、銀等からなる金属製の反射膜を形成することで、発光層から基板とは反対側に出力される光を、基板側に向けて反射するようにしたものが存在する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような半導体発光装置では、半導体発光素子から出力される光をより多く外部に取り出せるようにすること、すなわち、半導体発光装置における光取り出し効率を向上させることが要請されており、半導体発光素子の各層を様々な物質等で構成することが試みられている。一方で、半導体発光素子の各層間の密着性を向上させることも要請されている。
本発明は、フェースアップやフリップチップにて実装される半導体発光素子の各層間の密着性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明の半導体発光素子は、第１導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１半導体層と、前記第１半導体層の一方の面に当該一方の面の一部を露出させるように積層され、通電により発光する発光層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２半導体層と、前記発光層から出射される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、前記第２半導体層に積層される第１透明導電層と、前記発光層から出射される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに前記第１透明導電層に積層される透明絶縁層と、前記第１半導体層と電気的に接続される第１電極と、前記第１透明導電層と同一の材料で構成され、前記透明絶縁層および前記貫通孔を介して露出する当該第１透明導電層を覆うように積層される第２透明導電層と、前記発光層から出射される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、当該第２透明導電層に積層される金属反射層とを有する第２電極とを含むことを特徴とする。【０００７】
また、前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層の厚さは、前記透明絶縁層の厚さよりも小さいことを特徴とする。【０００８】
さらにまた、前記第１透明導電層および前記第２透明導電層は、金属酸化物から構成されることを特徴とする。
さらにまた、前記金属酸化物は、インジウムを含む金属酸化物であることを特徴とする。
さらにまた、前記インジウムを含む酸化物が、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）であることを特徴とする。
さらにまた、前記第１透明導電層は、結晶化したＩＺＯから構成され、前記第２透明導電層は、結晶化していないＩＺＯから構成され、前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層の厚さは、当該第１透明導電層の厚さよりも小さいことを特徴とする。【０００９】
さらにまた、前記貫通孔を介して露出する前記第１透明導電層に積層される前記第２透明導電層と、当該第１透明導電層に積層される当該第２透明導電層に積層される前記金属反射層とを合わせた厚さが、前記透明絶縁層の厚さよりも小さいことを特徴とする。
さらにまた、前記透明絶縁層は、前記第１透明導電層および前記第２透明導電層よりも低い屈折率を有する材料で構成されることを特徴とする。
さらにまた、前記第１透明導電層は、第１屈折率を有する材料で構成され、前記透明絶縁層は、前記第１屈折率よりも低い第２屈折率を有する材料で構成され、前記透明絶縁層の膜厚Ｈは、前記第２屈折率をｎ、前記発光層から出射される光の波長λとし、Ｂを３以上の奇数としたとき、（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．５）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．５）の関係を有していることを特徴とする。【００１０】
さらにまた、前記金属反射層は、銀あるいは銀の合金からなることを特徴とする。
さらにまた、前記透明絶縁層は、二酸化ケイ素からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フェースアップや特にフリップチップにて実装される半導体発光素子の各層間の密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体発光素子の平面模式図の一例である。
【図２】図１におけるII-IIの断面図である。
【図３】半導体発光素子を配線基板にフリップチップ実装した発光装置の一例を示す図である。
【図４】ｐ接続導体の断面模式図である。
【図５】ｎ接続導体の断面模式図である。
【図６】図１に示す半導体発光素子を備えた発光装置（ランプ）の一例を示す図である。
【図７】反射膜の密着性を評価した結果をそれぞれ示す図である。
【図８】図１に示す半導体発光素子を用いた光の出力の測定結果をそれぞれ示す図である。
【図９】ｐ電極の第２金属反射層として銀を用いた場合の反射率のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】ｎ電極の第１拡散防止層としてアルミニウムを用いた場合の反射率のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の平面模式図の一例を示しており、図２は図１に示す半導体発光素子１のII-IIの断面図を示している。なお、図１においては、便宜上、後述する保護層３２０を取り除いた半導体発光素子１の上面図を示している。
【００１５】
図１および図２に示される半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０の上に積層される中間層１２０と、中間層１２０の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１は、下地層１３０の上に積層される第１半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０と、発光層１５０の上に積層される第２半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらのｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０をまとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
また、半導体発光素子１においては、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０および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の上面１４０ｃが形成される。
さらに、ｐ型半導体層１６０の上には、導電性および発光層１５０から出力される光に対する透過性を有する透明導電層１７０が積層されている。
【００１６】
半導体発光素子１は、積層半導体層１００及び透明導電層１７０を保護する薄膜をさらに備える。そして、この薄膜は、本実施の形態においては、積層半導体層１００等を保護する機能に加えて、発光層１５０から出力される光を反射する機能（詳細は後述）をさらに有する。この薄膜を反射膜１８０と呼ぶ。この反射膜１８０は、絶縁性および発光層１５０から出力される光に対する透過性を有する材料で構成されている。さらに反射膜１８０は、透明導電層１７０の屈折率よりも低い屈折率を有する材質で構成されている。
この反射膜１８０は、透明導電層１７０、透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０、及び発光層１５０が積層されていないｎ型半導体層１４０の上に積層されて形成される。また、反射膜１８０は発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の側面、すなわちｐ型半導体層１６０とｎ型半導体層１４０とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに、反射膜１８０は透明導電層１７０の側面も覆う。
そして、反射膜１８０は複数の貫通穴が形成される。反射膜１８０に設けられる複数の貫通穴の一部は、透明導電層１７０の上部であって、透明導電層１７０の面に対して垂直方向に形成されており、各貫通穴は略格子状に配置されている。また、反射膜１８０に設けられる複数の貫通穴の残りの一部は、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上部であって、上面１４０ｃに対し垂直方向に形成されており、図１に示すように平面視したときに、各貫通穴は略格子状に配置されている。
貫通穴の直径は、導体部が形成される大きさであればよく、例えば、直径が１μｍ〜１００μｍの範囲の貫通穴が用いられる。
【００１７】
また、半導体発光素子１は、反射膜１８０に設けられた複数の貫通穴のうち、透明導電層１７０の上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成されるｐ導体部２００を備える。このｐ導体部２００は、透明導電層１７０の上部に設けられた貫通穴と同じ数のｐ接続導体２０２によって構成されており、図１に示すように平面視したときに、各ｐ接続導体２０２は透明導電層１７０上に略格子状に配置されている。
さらに、半導体発光素子１は、反射膜１８０を挟んで透明導電層１７０と対向する位置において、反射膜１８０に積層されたｐ電極３００を備えている。そして、ｐ導体部２００を構成する複数のｐ接続導体２０２のそれぞれの一端は透明導電層１７０に接続され、それぞれの他端はｐ電極３００に接続される。
【００１８】
また、半導体発光素子１は、反射膜１８０に設けられた複数の貫通穴のうち、上面１４０ｃの上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成されるｎ導体部４００を備える。このｎ導体部４００は、上面１４０ｃの上部に設けられた貫通穴と同じ数のｎ接続導体４０２によって構成されており、各ｎ接続導体４０２は上面１４０ｃ上に略格子状に配置される。
さらに、半導体発光素子１は、反射膜１８０を挟んで上面１４０ｃと対向する位置において、反射膜１８０に積層されたｎ電極３１０を備えている。そして、ｎ導体部４００を構成する複数のｎ接続導体４０２のそれぞれの一端は上面１４０ｃに接続され、それぞれの他端はｎ電極３１０に接続される。
【００１９】
さらにまた、半導体発光素子１は、保護層３２０を備える。保護層３２０は、ｎ電極３１０およびｐ電極３００、反射膜１８０、および反射膜１８０が積層されていない積層半導体層１００の上に積層されている。
【００２０】
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、積層半導体層１００から見て基板１１０とは反対側となる一方の面側に、ｐ電極３００およびｎ電極３１０が形成された構造を有している。
【００２１】
この半導体発光素子１においては、ｐ電極３００を正極、ｎ電極３１０を負極とし、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】
以下、半導体発光素子１の各構成を説明する。
【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。なお、本発明において、基板１１０は必須の構成ではない。
本実施の形態の半導体発光素子１は、後述するように、好ましくは基板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。したがって、発光層１５０から出射される光に対して光透過性を有していることが光取出し効率を高めるために好ましく、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光取出し効率を高めるために好ましい。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】
＜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く、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ１０〜５００ｎｍのものとすることができる。なお、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の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明において、中間層１２０は必須の構成ではない。
【００２５】
＜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、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１０μｍ以下が好ましい。なお、本発明において、下地層１３０は必須の構成ではない。
【００２６】
＜積層半導体層＞
ＩＩＩ族窒化物半導体を含んで構成される積層半導体層１００は、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、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。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１導電型にて電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２導電型にて電気伝導を行うものである。
【００２７】
＜ｎ型半導体層＞
第１導電型を有する第１半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層とｎクラッド層とから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層はｎクラッド層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コンタクト層は、ｎ電極３１０を設けるための層である。ｎコンタクト層としては、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。
【００２８】
ｎコンタクト層と発光層１５０との間には、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。なお、本明細書では、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。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。
【００２９】
なお、ｎクラッド層を、超格子構造を含む層とする場合には、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。
【００３０】
＜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。
量子井戸構造の井戸層としては、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。井戸層の膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍ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を井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００３１】
＜ｐ型半導体層＞
第２導電型を有する第２半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、例えば正孔をキャリアとする。通常、ｐクラッド層およびｐコンタクト層から構成される。また、ｐコンタクト層が、ｐクラッド層を兼ねることも可能である。
ｐクラッド層は、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。
ｐクラッド層が、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クラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
また、ｐクラッド層は、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。
【００３２】
ｐコンタクト層は、ｐ電極３００を設けるための層である。ｐコンタクト層は、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透明導電層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コンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層の膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００３３】
＜透明導電層＞
図２に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には、第１透明導電層の一例としての透明導電層１７０が積層されている。
透明導電層１７０は、図１に示すように平面視したときに、ｎ電極３１０を形成するために、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を覆うように形成されている。
【００３４】
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を、反射膜１８０などを介して基板１１０側に取り出すことから、透明導電層１７０は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透明導電層１７０は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
なお、透明導電層１７０の厚さは２ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、透明導電層１７０の厚さが２ｎｍよりも薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくい場合があり、また、透明導電層１７０の厚さが５００ｎｍよりも厚いと、発光層１５０からの発光及び反射膜１８０などからの反射光の光透過性の点で好ましくない場合がある。
【００３５】
透明導電層１７０の一例としては、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に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Ｉｎ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ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））、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。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。また、例えばＩｎを含まない酸化物、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てもよい。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段によって設けることで、透明導電層１７０を形成できる。透明導電層１７０を形成した後に、熱アニールをすることにより、透明導電層１７０の透過率が上がり、シート抵抗が下がり、オーミックコンタクトが取れるようになる。
【００３６】
本実施の形態において、透明導電層１７０は、結晶化された構造のものを使用してよく、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、ＩＺＯやＩＴＯ等）を好ましく使用することができる。
また、透明導電層１７０に用いる膜としては、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１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましく、１０質量％であると特に好ましい。
【００３７】
＜反射膜＞
図２に示すように、透明絶縁層の一例である反射膜１８０は、透明導電層１７０、透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０、および発光層１５０が積層されていないｎ型半導体層１４０をそれぞれ覆うように積層されている。また、反射膜１８０は、各層の面方向の表面を覆うだけでなく、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の側面、すなわちｐ型半導体層１６０とｎ型半導体層１４０とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに、反射膜１８０は透明導電層１７０の側面も覆う。
図２に示される反射膜１８０は、積層半導体層１００の面方向で連続する一体の構成である。
【００３８】
そして、反射膜１８０は、上述のように、発光層１５０から出力される光に対する透過性、透明導電層１７０の屈折率よりも低い屈折率、及び絶縁性を有する材質から構成される。具体的には、反射膜１８０としては、例えばＳｉＯ２（酸化珪素）や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）を使用することができる。なお、この例では、反射膜１８０としてＳｉＯ２（酸化珪素）を用いるようにした。
【００３９】
また、反射膜１８０は、発光層１５０から出力される光を反射する機能を有しており、この反射膜１８０の膜厚Ｈは、反射膜１８０の屈折率をｎ、発光層１５０の発光波長をλ（ｎｍ）とし、Ｑを、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）を反射膜１８０の屈折率ｎの４倍で除したものとしたとき（Ｑ＝λ／４ｎ）、以下に示す式（１）の関係で設定される。但しＡは整数である。
【００４０】
【数１】
0005637210.tif 000002
【００４１】
また、反射膜１８０の膜厚Ｈは、以下の式（２）に基づいて設定されていることがさらに好ましい。つまり、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。また、生産コストの制約から膜厚Ｈは２０Ｑ以下であることが望ましい。
【００４２】
【数２】
0005637210.tif 000003
【００４３】
また、本実施の形態において、反射膜１８０の膜厚Ｈは、以下に示す式（３）の範囲で設定されることが好ましい。ただし、Ｂは３以上の奇数である。
（Ｂ−０．５）×Ｑ  ≦  Ｈ  ≦  （Ｂ＋０．５）×Ｑ      …（３）
【００４４】
さらに、反射膜１８０の膜厚Ｈは、（Ｂ−０．４）×Ｑ  ≦  Ｈ  ≦（Ｂ＋０．４）×  Ｑの関係を有していることが好ましく、（Ｂ−０．３）×Ｑ  ≦  Ｈ  ≦（Ｂ＋０．３）×Ｑの関係を有していることがより好ましい。
また、Ｂは５以上の奇数であることがより好ましく、生産コストの制約から、Ｂは１９以下の奇数であることが望ましい。
【００４５】
＜導体部＞
図１および図２に示されるように、導体部の一例であるｐ導体部２００と他の導体部の一例であるｎ導体部４００はそれぞれ反射膜１８０を貫通して設けられる。
また、導体部の一例であるｐ導体部２００は、ｐ電極３００側の複数の接続導体であるｐ接続導体２０２からなる。ｐ接続導体２０２は、基板１１０側の端部が透明導電層１７０の上面１７０ｃと接続され、もう一方の端部がｐ電極３００と接続されている。
ｎ導体部４００は、ｎ電極３１０側の複数の接続導体であるｎ接続導体４０２からなる。ｎ接続導体４０２は、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃと接続され、もう一方の端部がｎ電極３１０と接続されている。
なお、明確化のために、図２におけるｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２の縮尺は変更されており、本実施の形態におけるｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２の寸法とは大きく異なる。
本実施の形態においては、ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２は、好ましくは直径１０μｍ〜８０μｍの範囲がよく、長さ（深さ）は、反射膜１８０の膜厚Ｈとなる範囲がよく、例えばｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２は直径１０μｍ、長さ（深さ）５００ｎｍである。
【００４６】
ｐ接続導体２０２は、図１に示すようにｐ電極３００全体に複数形成されている。各ｐ接続導体２０２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。
本実施の形態においては、単数ではなく複数のｐ接続導体２０２とすることで、上面１６０ｃの面上において、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って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。
【００４７】
また、ｎ接続導体４０２も、図１に示すようにｎ電極３１０全体に分布して、複数形成されている。複数のｎ接続導体４０２とすることにより、ｎ型半導体層１４０に十分な量の電流が供給される。このことは、発光層１５０における発光むらを改善して発光させることを可能とする。
【００４８】
ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２は、ドライエッチあるいはリフトオフなどを用いて形成された貫通穴の壁面及び底面に施したものである。あるいは、反射膜１８０の貫通穴に金属を充填したものとして形成されてもよい。金属メッキあるいは充填用金属の材質としては、一例としてＩＺＯ／銀合金／Ｔａあるいは図４または図５に例示した構成などが挙げられる。
【００４９】
＜電極＞
次に第１および第２電極の構成について説明する。
＜第１電極＞
本実施の形態における第１電極の一例であるｎ電極３１０の構成について説明する。
ｎ電極３１０は、他の絶縁膜の一例である反射膜１８０上に積層され、複数の層により形成される。ｎ電極３１０は、ｎ金属反射層３１１と、図２においてｎ金属反射層３１１から上に向かって順に、他の金属層の一例である第１拡散防止層３１２、第２拡散防止層３１３、第３拡散防止層３１４、第４拡散防止層３１５、第１ボンディング層３１６と積層され、第１ボンディング層３１６の露出部位を除いて第１ボンディング層３１６を覆うように積層される保護密着層３１７とを有している。ｎ金属反射層３１１乃至保護密着層３１７の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、ｎ金属反射層３１１がＡｌ（アルミニウム）あるいはＡｌ合金からなる金属反射層として構成される。
＜第２電極＞
本実施の形態における第２電極の一例であるｐ電極３００の構成について説明する。
ｐ電極３００は、反射膜１８０上に積層されるｐ密着層３０１と、図２においてｐ密着層３０１から上に向かって順に、ｐ金属反射層３０２、第１拡散防止層３０３、第２拡散防止層３０４、第３拡散防止層３０５、第４拡散防止層３０６、第２ボンディング層３０７と積層され、第２ボンディング層３０７の露出部位を除いて第２ボンディング層３０７を覆うように積層される保護密着層３０８とを有している。
ｐ金属反射層３０２乃至保護密着層３０８の少なくともいずれか一層が金属反射層であると、後述するように光取出し効率を向上させることができるため好ましい。例えば、ｐ金属反射層３０２がＡｇ（銀）あるいはＡｇ合金からなる金属反射層として構成される。
【００５０】
＜保護層＞
図２に示すように、保護密着層３０８、保護密着層３１７、反射膜１８０、および透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０の上には保護層３２０が積層されている。保護層３２０は、好ましくはＳｉＯ２（酸化珪素）などから形成される。外部の空気や水分が半導体発光素子１の発光層１５０まで浸入するおそれを低減して、半導体発光素子１のｐ電極３００やｎ電極３１０の剥がれを防止することができる。保護層３２０の膜厚は、通常５０ｎｍ〜１μｍの範囲内で設けられる。保護層３２０の膜厚が５０ｎｍ未満である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してしまう危険がある。また、保護層３２０の膜厚が１μｍを超えると光吸収により発光出力等に影響を与えてしまう恐れがある。
【００５１】
図３は、図２に示す半導体発光素子１を配線基板１０に実装した発光装置の構成の一例を示す図である。
配線基板１０の一方の面には、正電極１１と負電極１２とが形成されている。そして、配線基板１０に対し、図２に示す半導体発光素子１の上下を反転させた状態で、正電極１１にはｐ電極３００を、また、負電極１２にはｎ電極３１０を、それぞれはんだ２０を用いて電気的に接続すると共に機械的に固定している。このような配線基板１０に対する半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。フリップチップ接続においては、配線基板１０からみて、半導体発光素子１の基板１１０が発光層１５０よりも遠い位置に置かれる。
【００５２】
次に、図４および図５に示されるようなｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２を形成する構成を説明する。
すなわち、ｐ電極３００を構成する各層を貫通穴内に積層することによってｐ接続導体２０２を形成し、ｎ電極３１０を構成する各層を貫通穴内に積層することによってｎ接続導体４０２を形成する構成である。
【００５３】
まず、ｐ接続導体２０２について説明すると、図４に示すように、ｐ電極３００を形成する各層である、外周層の一例であるｐ密着層３０１、内周層の一例であるｐ金属反射層３０２、第１拡散防止層３０３、第２拡散防止層３０４、第３拡散防止層３０５、第４拡散防止層３０６、第２ボンディング層３０７の各層をこの順番で、貫通穴に積層することによってｐ接続導体２０２を形成する。
なお、図４に示すように、ｐ電極３００およびｐ接続導体２０２を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
【００５４】
一方、ｎ接続導体４０２について説明すると、図５に示すように、ｎ電極３１０を形成する各層である、ｎ金属反射層３１１、第１拡散防止層３１２、第２拡散防止層３１３、第３拡散防止層３１４、第４拡散防止層３１５、第１ボンディング層３１６の各層をこの順番で積層することによって、ｎ接続導体４０２を形成する。第１〜第４の拡散防止層（３１２〜３１５）は、材料構成により、少なくとも１層でもよい。ｎ金属反射層３１１を形成する前に前述のようにｎ密着層を形成してもよい。
なお、図５に示すように、ｎ電極３１０およびｎ接続導体４０２を、面方向に連続する複数の層から形成すると、光取出し効率が向上する。
【００５５】
図４および図５に示すように、ｐ電極３００を構成する各層を貫通穴内に積層することによってｐ接続導体２０２を形成し、ｎ電極３１０を構成する各層を貫通穴内に積層することによってｎ接続導体４０２を形成する場合、例えば次に示すような各層の構成をとることが考えられる。
なお、以下の構成では、ｐ電極３００およびｐ接続導体２０２の各層はそれぞれ対応することから、以下ではｐ電極３００およびｐ接続導体２０２をあわせて説明する。同様の理由により、以下ではｎ電極３１０およびｎ接続導体４０２をあわせて説明する。
＜ｐ接続導体＞
ｐ接続導体２０２およびｐ電極３００は、ｐ密着層３０１と、このｐ密着層３０１上に積層されるｐ金属反射層３０２と、このｐ金属反射層３０２上に積層される第１拡散防止層３０３、第２拡散防止層３０４、第３拡散防止層３０５、第４拡散防止層３０６と、第２ボンディング層３０７とを有している。
【００５６】
＜密着層＞
ｐ接続導体２０２において、図４に示すように、第２透明導電層の一例としてのｐ密着層３０１は透明導電層１７０の上に積層される。したがって、透明導電層１７０との密着性の良い材質が好ましい。なお、ｐ密着層３０１を備えることなく、反射膜１８０の上に直接ｐ金属反射層３０２（たとえば銀）を積層した場合、ｐ密着層３０１を備えた場合と比較して、密着性は大きく低下する。
一方で、ｐ電極３００全体で見ると、ｐ密着層３０１は、ｎ電極３１０を形成するために、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に直接積層されるものではないが、図１に示すように平面視したときには、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの周縁部を除くほぼ全面をｐ密着層３０１が覆うような位置に、ｐ密着層３０１は形成されている。そして、ｐ密着層３０１は、反射膜１８０の上に積層されることから、反射膜１８０との密着性が良いものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、反射膜１８０を透過してきた発光層１５０からの光を、ｐ金属反射層３０２などを介して基板１１０側に取り出すことから、ｐ密着層３０１は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、ｐ密着層３０１は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
【００５７】
これらの点から、ｐ密着層３０１の一例としては透明導電層が挙げられる。例えば、本実施の形態では、ｐ密着層３０１として、金属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に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、Ｉｎを含む金属酸化物は、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を含む導電性の金属酸化物としては、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。特に好ましくはＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））が挙げられる。ただし、ｐ密着層３０１を構成するＩＺＯには熱処理を行わず、アモルファス状態のままとしている。
このｐ密着層３０１の膜厚は、上述の理由により、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が１ｎｍ未満の場合には、透明導電層１７０との密着性が悪くなり、接触抵抗が高くなる恐れがある。膜厚が５０ｎｍを越える場合には、光透過性が低下するとともに、直列抵抗が高くなるため発光素子の順方向電圧Ｖｆの増加を招く。例えば、ｐ密着層３０１の膜厚は２ｎｍとなる。
【００５８】
＜金属反射層＞
ｐ密着層３０１の上には、金属反射層の一例としてのｐ金属反射層３０２が積層されている。
ｐ電極３００においては、図２に示すように平面視したときに、ｐ金属反射層３０２はｐ密着層３０１の全域を覆うように形成されている。そして、ｐ金属反射層３０２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、ｐ金属反射層３０２の端部側は膜厚が漸次薄くなることで反射膜１８０のｐ電極側の上面１８０ｃに対し傾斜して形成されている。またｐ金属反射層３０２は、ｐ密着層３０１上に形成され、反射膜１８０上には形成されないようになっている。すなわち、反射膜１８０とｐ金属反射層３０２とが直接接触しないように構成されている。また、後述するように、ｐ金属反射層３０２は、ｐ密着層３０１などを介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有している。したがって抵抗値は低く、しかもｐ密着層３０１との接触抵抗を低く抑える必要がある。
【００５９】
本実施の形態のｐ金属反射層３０２は、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）などの金属および少なくともこれらの１つを含む合金で構成されている。特に、ｐ金属反射層３０２として銀または銀合金を用いた場合は、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いるため好ましい。
ここで、ｐ金属反射層３０２として銀を用いた場合、使用環境によっては耐熱性、耐高温高湿性が十分でない場合もあり、銀合金が好ましく使用される。
そこで、ｐ金属反射層３０２として銀を用いた場合、ｐ密着層３０１の材質としては、ＩＺＯ等の透明導電性材料を用いることが好ましい。ここで、ｐ密着層３０１を備えることなく、反射膜１８０の上に直接ｐ金属反射層３０２（たとえば銀）を積層した場合、ｐ密着層３０１を備えた場合と比較して、密着性は大きく低下する。また、ＩＺＯ等の透明導電性材料は、大気開放した透明導電層１７０と密着性も良い。
このｐ金属反射層３０２の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層３０２による反射率が低下する。また膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなり好ましくない。
【００６０】
＜拡散防止層＞
図２に示すように、ｐ金属反射層３０２の上には第１拡散防止層３０３が積層されている。そして、第１拡散防止層３０３の上には第２拡散防止層３０４が、第２拡散防止層３０４の上には第３拡散防止層３０５が、第３拡散防止層３０５の上には第４拡散防止層３０６が、それぞれ積層されている。
この第１拡散防止層３０３、第２拡散防止層３０４、第３拡散防止層３０５は、接触状態にあるｐ金属反射層３０２を構成する金属（この例ではＡｇ（銀））、および第４拡散防止層３０６を構成する金属（この例ではＰｔ（プラチナ））の拡散を抑制する。
また、第４拡散防止層３０６は、接触状態にある第３拡散防止層３０５を構成する金属（この例ではＴａ（タンタル））と第２ボンディング層３０７を構成する金属（この例ではＡｕ（金））の拡散を抑制する。
ｐ電極３００においては、図２に示すように平面視したときに、第１拡散防止層３０３、第２拡散防止層３０４、第３拡散防止層３０５、第４拡散防止層３０６は、ｐ金属反射層３０２の全域を覆うように形成されている。そして、各拡散防止層３０３〜３０６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、それぞれの端部側は膜厚が漸次薄くなることで反射膜１８０のｐ電極側の上面１８０ｃに対し傾斜して形成されている。また、各拡散防止層３０３〜３０６は、ｐ金属反射層３０２上に形成され、反射膜１８０上には形成されないようになっている。すなわち、反射膜１８０と各拡散防止層３０３〜３０６とが直接接触しないように構成されている。
【００６１】
各拡散防止層３０３〜３０６は、それぞれの層が接触する層とのオーミックコンタクトがとれ、かつ、接触する層との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。ただし、各拡散防止層３０３〜３０６は発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上記ｐ密着層３０１とは異なり、光透過性を有している必要はない。また、各拡散防止層３０３〜３０６は、ｐ金属反射層３０２およびｐ密着層３０１を介してｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有していることから、優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
【００６２】
本実施の形態では、第１拡散防止層３０３としてＴａ（タンタル）、第２拡散防止層３０４としてＴａＮ（窒化タンタル）、第３拡散防止層３０５としてＴａ（タンタル）、第４拡散防止層３０６としてＰｔ（プラチナ）が用いられている。なお、第３拡散防止層３０５は、Ｔｉ（チタン）あるいはＮｉ（ニッケル）であってもよい。
第１拡散防止層３０３の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層３０２（この例ではＡｇ（銀）合金）と第４拡散防止層３０６（この例ではＰｔ（プラチナ））の拡散抑制へのバリヤー性が不十分となり、この例ではＡｇとＰｔが反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
第２拡散防止層３０４の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が１ｎｍ未満の場合には、その両側の拡散防止層との密着性が低下する。また、膜厚が５０ｎｍを越える場合には、直列抵抗が高くなるため発光素子の順方向電圧Ｖｆの増加を招く。なお、第２拡散防止層３０４は、必須の構成ではない。
第３拡散防止層３０５の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、第２拡散防止層３０４と第４拡散防止層３０６との密着性が悪くなる。さらに、ｐ金属反射層３０２（この例ではＡｇ（銀））と第４拡散防止層３０６（この例ではＰｔ（プラチナ））の拡散抑制へのバリヤー性が不十分となり、この例ではＡｇとＰｔが反応する恐れがある。また、膜厚が５００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
第４拡散防止層３０６の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、第３拡散防止層３０５（例えば、Ｔａ）と第２ボンディング層３０７（例えば、Ａｕ）とが反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
【００６３】
＜第２ボンディング層＞
第４拡散防止層３０６の上面には、第４拡散防止層３０６を覆うように第２ボンディング層３０７が積層されている。
ｐ電極３００においては、図１に示すように平面視したときに、第２ボンディング層３０７は、第４拡散防止層３０６の全域を覆うように形成されている。そして、第２ボンディング層３０７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ボンディング層３０７の端部側は膜厚が漸次薄くなることで反射膜１８０のｐ電極側の上面１８０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００６４】
例えば、第２ボンディング層３０７が多層構造である場合は、最も内側すなわち第４拡散防止層３０６等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には一般にＡｕ（金）が用いられる。本実施の形態では、第２ボンディング層３０７としてＡｕ（金）の単層膜を用いている。
第２ボンディング層３０７の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が１００ｎｍ未満の場合には第２ボンディング層３０７としての抵抗が高くなる。また、膜厚が２μｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなる。
【００６５】
＜保護密着層＞
第２ボンディング層３０７の上面および側面には、第２ボンディング層３０７の一部を除いて覆うように保護密着層３０８が積層されている。
ｐ電極３００においては、平面視したときに、保護密着層３０８は第２ボンディング層３０７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、保護密着層３０８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、保護密着層３０８の端部側は反射膜１８０のｐ電極側の上面１８０ｃに対し傾斜して形成されている。この保護密着層３０８の側面側の端部は、反射膜１８０のｐ電極側の上面１８０ｃと接するように設けられている。
【００６６】
保護密着層３０８は、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層３０７と保護層３２０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、保護密着層３０８は、Ｔａ（タンタル）で形成されている。なお、保護密着層３０８は、Ｔｉ（チタン）で形成されてもよい。
保護密着層３０８の膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５ｎｍ未満の場合には、第２ボンディング層３０７と保護層３２０との密着性が悪くなる。また、膜厚が２０ｎｍを越える場合には、エッチング工程における作業時間が長くなり、半導体発光素子１の製造コストが高くなってしまう。
【００６７】
＜ｎ電極＞
次に、ｎ電極３１０の構成について説明する。
ｎ電極３１０は、ｎ金属反射層３１１と、ｎ金属反射層３１１上に積層される第１拡散防止層３１２と、第２拡散防止層３１３と、第３拡散防止層３１４と、および第４拡散防止層３１５と、第１ボンディング層３１６と、上述した第１ボンディング層３１６の露出部位を除いて第１ボンディング層３１６に積層される保護密着層３１７とを有している。第１拡散防止層３１２〜第４拡散防止層３１５は、材料構成によりいずれかの層を省略してもよい。
【００６８】
＜金属反射層＞
ｎ接続導体４０２において、図５に示すようにｎ金属反射層３１１はｎ型半導体層１４０の上に積層される。したがって、ｎ型半導体層１４０との密着性の良い材質が好ましい。
一方で、ｎ電極３１０全体で見ると、図１に示すようにｎ金属反射層３１１は、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃのほぼ全域を覆っている反射膜１８０上に形成されている。そして、ｎ金属反射層３１１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、ｎ金属反射層３１１の端部側は膜厚が漸次薄くなることで反射膜１８０のｎ電極側の上面１８０ｄに対し傾斜して形成されている。そして、ｎ金属反射層３１１は、反射膜１８０の上に積層されることから、反射膜１８０との密着性が良いものを用いることが好ましい。ｎ金属反射層３１１として好ましく用いられるＡｌまたはＡｌ合金は、反射膜１８０と好ましく用いられるＳｉＯ２と密着性が良い。
【００６９】
さらに、ｎ金属反射層３１１を形成する前に、図２及び図５では省略するが、密着層を形成してもよい。この密着層としては、ｐ密着層３０１と同等な材料を使用することができる。
【００７０】
また、ｎ金属反射層３１１は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｄ（ネオジム）、Ａｇ（銀）などの金属および少なくともこれらの１つを含む合金で構成されてもよい。なお、後述するように、ｎ金属反射層３１１は、ｎ型半導体層１４０に給電を行う機能も有していることから、その抵抗値は低いことが好ましい。
ｎ金属反射層３１１の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、反射層としての反射率が下がってしまう。また、膜厚が２００ｎｍを超える場合には、半導体発光素子１の製造コストが高くなってしまう。
【００７１】
＜拡散防止層等＞
本実施の形態において、ｎ電極３１０の各拡散防止層３１２〜３１５、第１ボンディング層３１６、保護密着層３１７の構成は、ｐ電極３００の各拡散防止層３０３〜３０６、第２ボンディング層３０７、保護密着層３０８におけるそれぞれの構成と同一であることから、各構成に関する記載は上記ｎ電極３１０における記載を参照されたい。なお、後述する本実施例では、第２拡散防止層３１３の形成を省略している。
以上、このような構成を有する本発明の半導体発光素子１は、次の方法で製造することができる。例えば、図１に示す半導体発光素子１では、基板１１０上に積層半導体層１００を形成する半導体層形成工程と、積層半導体層１００上に導電性および発光層１５０から出力される光に対する透過性を有する透明導電層１７０を形成する透明導電層形成工程と、透明導電層１７０、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０および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の上面１４０ｃを形成するｎ型半導体層露出工程と、透明導電層１７０、透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０、及び発光層１５０が積層されていない露出したｎ型半導体層１４０の上に反射膜１８０を積層する反射膜形成工程と、反射膜１８０に複数の貫通穴を形成する貫通穴形成工程と反射膜１８０に設けられた複数の貫通穴のうち、透明導電層１７０の上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成されるｐ導体部２００を形成する工程と反射膜１８０に設けられた複数の貫通穴のうち、上面１４０ｃの上部に設けられた複数の貫通穴を貫通して形成されるｎ導体部４００を形成する工程と、を備えた製造方法を提供する。
また、本発明の製造方法では、ｐ導体部２００を形成する工程やｎ導体部４００をそれぞれ形成する工程において、第２電極（ｐ電極３００）や第１電極（ｎ電極３１０）が形成される工程を有する。
さらに、本発明においては、第１ボンディング層３１６の露出部位を除いて第１ボンディング層３１６を覆うように積層される保護密着層３１７の形成工程を有する。また、第２ボンディング層３０７の露出部位を除いて第２ボンディング層３０７を覆うように積層される保護密着層３０８の形成工程を有する。
さらに、前記保護密着層３０８、３１７の形成工程の後に、保護密着層３０８、保護密着層３１７、反射膜１８０、および透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０を保護するための保護層３２０を積層する工程を有する。
【００７２】
次に、図３に示す発光装置を用いて発光動作について説明する。
配線基板１０の正電極１１および負電極１２を介して、半導体発光素子１に正電極１１から負電極１２に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、ｐ電極３００からｐ導体部２００、透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、およびｎ導体部４００を介してｎ電極３１０に向かう電流が流れる。その結果、発光層１５０は四方に向けて光を出力する。図３には、ｐ電極３００側に向かう矢印Ａ方向の光、基板１１０側に向かう矢印Ｂ方向の光、および側方に向かう矢印Ｃ方向の光を例示している。
なお、半導体発光素子１は、絶縁性を有する反射膜１８０を、ｐ電極３００あるいはｎ電極３１０と積層半導体層１００との間に設けているが、反射膜１８０を貫通してｐ導体部２００およびｎ導体部４００を設けることにより、発光層１５０の発光に必要な電流を流すことが可能となる。また、このとき、ｐ電極３００では、第２ボンディング層３０７、第４拡散防止層３０６、第３拡散防止層３０５、第２拡散防止層３０４、第１拡散防止層３０３、ｐ金属反射層３０２、およびｐ密着層３０１を介して電流が流れ、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上においてむらが抑制された状態の電流が供給される。
【００７３】
まず、発光層１５０から出射される光のうち反射膜１８０側に向かう矢印Ａ方向の光は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を介して反射膜１８０に到達し、反射膜１８０で反射される。そして、反射膜１８０で反射した光は、透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、主として、図３に示す矢印Ｄ方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。
【００７４】
次に、発光層１５０から出力される光のうち基板１１０側に向かう矢印Ｂ方向の光は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、主として、図３に示す矢印Ｄ方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。しかしながら、発光層１５０から直接、基板１１０に向かう光の一部は、半導体発光素子１内へと戻ってくる。これは、例えば、中間層１２０と基板１１０との屈折率の違いにより、両者の界面において発光層１５０から基板１１０側に向かう光が反射しやすくなっているためである。
半導体発光素子１内に戻ってきた光は、ｎ型半導体層１４０を介して、あるいはｎ型半導体層１４０、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を介して、反射膜１８０に到達し、反射膜１８０で反射される。そして、半導体発光素子１内を進行し再び基板１１０側へと向かい、結果として図３に示す矢印Ｄ方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。
ここで、反射膜１８０で反射される光とは、より詳細には透明導電層１７０及び反射膜１８０の界面で反射する光と、反射膜１８０及びｐ密着層３０１との界面で反射する光とからなる。そして、後述するように透明導電層１７０及び反射膜１８０の界面で反射する光と、反射膜１８０及びｐ密着層３０１との界面で反射する光とが強めあう状態とすることにより半導体発光素子１の外部に出射される光を増加させることができ、結果として半導体発光素子１の光取出し効率がより向上すると考えられる。
【００７５】
発光層１５０から出射される光のうち側方に向かう矢印Ｃ方向の光は、例えば発光層１５０を介して反射膜１８０に到達し、反射膜１８０で反射される。そして、反射膜１８０で反射した光は、半導体発光素子１内を進行し、図３に示す矢印Ｄ方向すなわち半導体発光素子１の外部に出射される。
【００７６】
ここで、上述のように半導体発光素子１内へと戻ってくる光は、ｐ電極３００側に向かうのみでなく、ｎ電極３１０の方向にも向かう。本実施の形態では、反射膜１８０をｎ電極３１０側にも設けており、半導体発光素子１内に戻ってくる光をｎ電極３１０側でも反射させることが可能となる。
【００７７】
さらに、ｐ電極３００およびｎ電極３１０が、それぞれの一層として金属反射層を備える場合、反射膜１８０ですべての光を反射できなかった場合であっても、金属反射層で反射させることにより、半導体発光素子１の外部に出射させることが可能となる。その結果として半導体発光素子１からの光の取出し効率をさらに高めることが可能となる。
【００７８】
このように、本実施の形態では、半導体発光素子１に反射膜１８０を設け、発光層１５０から基板１１０とは反対側に出射された光、あるいはさまざまな界面で反射することなどにより半導体発光素子１の外部ではない方向に向かった光を、反射膜１８０によって反射させる。さらに、ｐ電極３００およびｎ電極３１０が金属反射層を有する場合は、この金属反射層によっても反射される。そして反射させた光を半導体発光素子１の外部に出射させることによって、半導体発光素子１からの光の取り出し効率を高めている。
【００７９】
なお、上記の形態では、貫通穴を形成することによってｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２を備えさせることを記載したが、それに限定するものとして解釈されるべきではない。例えば、反射膜１８０を積層する前に円柱状のｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２が形成されていても、あるいは反射膜１８０を積層した後に銅などの金属部材を埋め込むことによって、ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２を形成してもよい。
また、ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２は、同一の構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。また、ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２の形状は、円柱に限定されるものではなく、三角形を含む多角形柱などでもよい。
【００８０】
図６（ａ）、（ｂ）は、図１に示す半導体発光素子１を備えた発光装置３０（発光チップ３０又はランプ３０とも言う）の構成の一例を示す図である。ここで、図６（ａ）は発光チップ３０の上面図を、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ断面図を、それぞれ示している。
【００８１】
この発光チップ３０は、一方の側に凹部３１ａが形成された筐体３１と、筐体３１に形成されたリードフレームからなる第１リード部３２および第２リード部３３と、凹部３１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部３１ａを覆うように設けられた封止部３４とを備えている。なお、図６（ａ）においては、封止部３４の記載を省略している。
【００８２】
基部の一例としての筐体３１は、第１リード部３２および第２リード部３３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
【００８３】
第１リード部３２および第２リード部３３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、第１リード部３２および第２リード部３３の一部が、凹部３１ａの底面に露出するようになっている。また、第１リード部３２および第２リード部３３の一端部側は筐体３１の外側に露出し、且つ、筐体３１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。なお、本実施の形態では、第１リード部３２が第１の配線として、第２リード部３３が第２の配線として、それぞれ機能している。
【００８４】
また、半導体発光素子１は、凹部３１ａに、第１リード部３２と第２リード部３３とに跨って取り付けられている。
【００８５】
そして、封止部３４は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。封止部３４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部３４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
【００８６】
なお、本実施の形態の発光チップ３０を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光チップ３０の構成は、図６（ａ）、（ｂ）に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
【実施例】
【００８７】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
（実施例１）
まず、本発明者は、反射膜１８０としてＳｉＯ２（酸化珪素）を用いて、さらにｐ金属反射層３０２としてＡｇ−Ｐｄ−ＣｕからなるＡｇ（銀）の合金を用いた場合の、密着性を評価する実験を行った。その実験結果を、図７（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
ここで、図７（ａ）及び（ｂ）は、反射膜１８０とｐ金属反射層３０２との密着性を評価した結果を示し、（ａ）はｐ密着層３０１としてＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））を用いて密着性を評価した試料の上面図であり、（ｂ）は対照実験としてｐ密着層３０１を設けることなく密着性を評価した試料の上面図を示す。【００８８】
まず、実験に用いた試料について説明する。上述のように図７（ａ）及び（ｂ）では、２つの異なる試料を用いたが、各試料は、共通の層構成を有する部分を備える。その共通部分の層構成とは、次のようにして形成される。すなわち、サファイア基板上にｐ型半導体層１６０としてＧａＮからなる層、透明導電層１７０としてＩＺＯからなる層をこの順で積層し、熱処理を行ってＩＺＯを結晶化させた。そして、このＩＺＯからなる層に反射膜１８０としてＳｉＯ２（膜厚：６Ｑ）を成膜した後、大気暴露した。ここで、Ｑは、上述のように発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）を反射膜１８０の屈折率ｎの４倍で除したものを示す。
そして、図７（ａ）に示す試料については、ＳｉＯ２上に、ｐ密着層３０１としてＩＺＯ（膜厚：２ｎｍ、アモルファス）、ｐ金属反射層３０２としてＡｇ（銀）合金（膜厚：１００ｎｍ）、第１拡散防止層３０３としてＴａ（タンタル）（膜厚：５０ｎｍ）をこの順で成膜した。
一方、図７（ｂ）に示す試料については、ＳｉＯ２上に、Ａｇ（銀）合金（膜厚：１００ｎｍ）/Ｔａ（タンタル）（５０ｎｍ）を成膜した。
各試料の密着性の評価は、長方形の粘着性のテープを試料表面の一部に張り付け、このテープを剥がした後の試料の状態を、テープを張り付けていない部分の試料と対比しながら観察することにより行った。【００８９】
図７（ａ）及び（ｂ）に示す、密着性を評価した試料を説明する。
まず、図７（ａ）に示す試料では、テープを張り付けたのちに剥がした部分と、テープを張り付けていない部分との差は目視されなかった。図７（ａ）に示すように、試料の上面に色の変化は確認されない。つまり、Ａｇ（銀）合金とＳｉＯ２との間に剥がれは確認されなかった。
一方、図７（ｂ）に示す試料では、テープを張り付けたのちに剥がした部分と、テープを張り付けていない部分との差が目視された。図７（ｂ）に示すように、試料の上面の一部が薄い色となっている。この薄い色となっている部分は、テープを張り付けた部分である。つまり、Ａｇ（銀）合金とＳｉＯ２との間に剥がれが確認された。
ｐ密着層３０１を設けなかった場合は、密着性が劣ることが確認できた。
したがって、図７（ｂ）に示す試料、すなわちｐ密着層３０１であるＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）を用いなかった試料と比較して、図７（ａ）に示す試料、すなわち、ｐ密着層３０１であるＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）を成膜した試料は、密着性が優れていることが確認できた。【００９０】
次に、本発明者は、図１及び図２に示す半導体発光素子１を製造し、反射膜１８０の膜厚を変更しつつ半導体発光素子１の出力を測定した。その結果を図８（ａ）、（ｂ）に示す。なお、図１及び図２に示す半導体発光素子１は、以下の方法で製造した。
サファイアからなる基板１１０上に、スパッタ法でＡｌＮ（窒化アルミニウム）からなる中間層１２０（バッファ層）を形成し、次いで厚さ５μｍのアンドープＧａＮ（窒化ガリウム）からなる下地層１３０をＭＯＣＶＤ法により成長させた。次に、厚さ２μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層と厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層からなるｎ型半導体層１４０層を形成した後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層と厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ井戸層とからなる発光層１５０を形成した。さらに、厚さ１０ｎｍのＭｇ（マグネシウム）ドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層と厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層とからなるｐ型半導体層１６０を順次に形成した。
続いて、ｐ型半導体層１６０上に、所定の膜厚（２５０ｎｍ、１５０ｎｍ及び５０ｎｍの３水準）を有するＩＺＯからなる透明電極スパッタ法及び熱処理等により形成し、次いでマスク形成とドライエッチングを行い、所望の領域にｎ型コンタクト層を露出させた。次に、反射膜１８０としてＳｉＯ２（酸化珪素）からなる反射膜をスパッタ法にて所望の膜厚（例えば、膜厚は前述のＱの整数倍、λ＝４５０ｎｍ）で形成した。そして、反射膜１８０の所望の位置に直径１０μｍの貫通穴を複数形成し、ｐ接続導体２０２およびｎ接続導体４０２形成用の貫通穴とした。
さらに、公知なマスク形成工程を用い、図２で例示したように、ｐ電極３００を形成する領域に膜厚２ｎｍのＩＺＯからなるｐ密着層３０１と、このｐ密着層３０１の上に膜厚１５０ｎｍの銀合金からなるｐ金属反射層３０２と、その上に順次、膜厚５０ｎｍのＴａからなる第１拡散防止層３０３、膜厚３００ｎｍのＴｉからなる第３拡散防止層３０５、膜厚１００ｎｍのＰｔからなる第４拡散防止層３０６、膜厚５５０ｎｍのＡｕからなる第２ボンディング層３０７とを積層した。なお、本実施例では、図２で例示した第２拡散防止層３０４は、形成しなかった。また、ＩＺＯからなるｐ密着層３０１は、アニール処理しないアモルファスＩＺＯで形成した。
また、公知なマスク形成工程を用い、図２で例示したように、ｎ電極３１０を形成する領域に膜厚１５０ｎｍのＡｌ−Ｎｄ合金からなるｎ金属反射層３１１と、このｎ金属反射層３１１の上に膜厚５０ｎｍのＴａからなる第１拡散防止層３１２と、その上に順次、膜厚３００ｎｍのＴｉからなる第３拡散防止層３１４、膜厚１００ｎｍのＰｔからなる第４拡散防止層３１５、膜厚５５０ｎｍのＡｕからなる第１ボンディング層３１６とを積層した。
次に、第２ボンディング層３０７の露出部位を除いて第２ボンディング層３０７を覆うように、１５ｎｍのＴａからなる保護密着層３０８を形成し、また第１ボンディング層３１６の露出部位を除いて第１ボンディング層３１６を覆うように１５ｎｍのＴａからなる保護密着層３１７を形成した。
最後に、第１ボンディング層３１６の露出部位及び第２ボンディング層３０７の露出部位を除いて、保護密着層３１７を覆うように３００ｎｍのＳｉＯ２からなる保護層３２０を形成した。ｎ電極３１０及びｐ電極３００の特徴を表１及び表２にまとめた。【００９１】
【表１】
0005637210.tif 000004
【００９２】
【表２】
0005637210.tif 000005
【００９３】
ここで、図８（ａ）は、２０ｍＡの電流を供給した際の光の出力を示し、図８（ｂ）は、８０ｍＡの電流を供給した際の光の出力を示す。そして、それぞれ図８（ａ）および（ｂ）は、縦軸は出力Ｐｏ（ｍＷ）を示し、横軸は、反射膜１８０の膜厚Ｈを上述のＱ単位で示す。
図８（ａ）及び（ｂ）においては、反射膜１８０としてＳｉＯ２（酸化珪素）を用いている。また、透明導電層１７０としてＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））を用いており、その厚みは、５０ｎｍ、１５０ｎｍ及び２５０ｎｍである。さらに、発光層１５０の発光波長は４５０ｎｍである。そして、この例では、ｐ電極３００は反射膜１８０の上にＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ））からなるｐ密着層３０１を備え、さらにｐ密着層３０１の上にＡｇ（銀）合金（厚み１００ｎｍ）からなるｐ金属反射層３０２を備える構成である。
なお、それぞれの層の屈折率の関係は、反射膜１８０（ＳｉＯ２：ｎ＝１．４５）＜透明導電層１７０（ＩＺＯ：ｎ＝２．１）、反射膜１８０（ＳｉＯ２）＜ｐ密着層３０１（ＩＺＯ）である。さらに、反射膜１８０（ＳｉＯ２）＞ｐ金属反射層３０２（Ａｇ合金）である。【００９４】
図８（ａ）及び（ｂ）に示されるように、反射膜１８０を備えることで出力Ｐｏが増加する傾向が確認できる。このことは、以下の理由によるものとも考えられる。すなわち、透明導電層１７０に絶縁性を有する反射膜１８０を設けて電流の流れを制限した上で、一部（ｐ接続導体２０２）でのみ電流を流すことが、ｐ電極３００の全面に渡って均一に電流を拡散させることに貢献する。その結果として、透明導電層１７０にｐ金属反射層３０２ｐ密着層３０１を直接積層する（図８（ａ）及び（ｂ）で横軸がゼロの状態）構成よりも、反射膜１８０を設ける構成の方が、出力Ｐｏは増加するとも考えられる。
また、図８（ａ）及び（ｂ）に示されるように、半導体発光素子１の出力が、反射膜１８０の膜厚Ｈに依存することが確認された。より具体的には、反射膜１８０の膜厚Ｈが増加するに従い、半導体発光素子１の出力が増加することがわかる。
このことから、反射膜１８０の厚みが増すことによって、ｐ型半導体層１６０と透明導電層１７０との間、透明導電層１７０と反射膜１８０との間、及びｐ密着層３０１とｐ金属反射層３０２との間でそれぞれ反射する光の位相が合い、増反射されることから、結果として半導体発光素子１の出力を増加させるとも考えられる。【００９５】
さらにまた、図８（ａ）及び（ｂ）から、反射膜１８０の膜厚Ｈが増加するに従い、膜厚Ｈが３Ｑまでは、出力Ｐｏは大きく上昇し、さらに膜厚Ｈが５Ｑを超えると、出力Ｐｏは緩やかに上昇することが分かる。別の観点からみると、膜厚Ｈが５Ｑを超えると、いずれの条件であっても、出力Ｐｏが安定することが分かる。つまり、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１を安定して得るためには、反射層１８０の膜厚Ｈは、３Ｑ以上であることが好ましく、さらに５Ｑ以上であることがより好ましいことが確認された。【００９６】
次に、本発明者は、ｐ電極３００に用いるｐ金属反射層３０２としてＡｇ（銀）を用いた場合における、反射膜１８０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。その実験結果を、図９を参照しながら説明する。
ここで、図９は、ｐ電極３００のｐ金属反射層３０２としてＡｇ（銀）を用いた場合の反射率のシミュレーション結果を示す図である。【００９７】
まず、シミュレーションの条件を説明すると、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１７０としてＩＺＯを５０ｎｍの膜厚で成膜する。そして、さらに透明導電層１７０上に反射膜１８０としてＳｉＯ２（膜厚：０〜７Ｑ）を成膜する。そして、反射膜１８０の上にｐ金属反射層３０２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、および反射膜１８０の屈折率は、それぞれ２．４４、２．１３、および１．４８である。【００９８】
そして、シミュレーション結果としては、図９に示されるように、反射膜１８０を備えることで反射率が増加する傾向が確認できる。このことは、図８（ａ）、（ｂ）において、反射膜１８０を備えることで出力Ｐｏが増加した結果と同一の傾向を示すものである。
また、図９に示されるように、反射膜１８０の膜厚が３Ｑ付近から、反射率が大きく上昇していることが分かる。したがって、本条件においては、反射膜１８０の膜厚を３Ｑ以上とすることで、半導体発光素子１の出力Ｐｏも増加するものと考えられる。
さらに、図９に示されるように、反射膜１８０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１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、図８に示す結果と同一の傾向が確認された。【００９９】
さらにまた、図９に示されるように、反射膜１８０の膜厚ＨがＱの３以上の奇数倍である場合（Ｈ＝３Ｑ、５Ｑ、７Ｑ…）に、反射膜１８０の膜厚ＨがＱの偶数倍である場合（Ｈ＝２Ｑ、４Ｑ、６Ｑ…）と比較して、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏが上昇していることが分かる。
したがって、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１を得るためには、反射膜１８０の膜厚Ｈが、Ｑの３以上の奇数倍に設定されることが良く、さらに、Ｑの５以上の奇数倍に設定されることがより好ましいことが確認された。【０１００】
ここで、反射膜１８０の膜厚Ｈが、Ｑの３以上の奇数倍である範囲とは、図９において半導体発光素子１の出力Ｐｏが増加している膜厚Ｈの範囲、すなわち、図９においてグラフが上に凸になっている膜厚Ｈの範囲をいう。したがって、膜厚ＨがＱの３以上の奇数倍である範囲とは、膜厚Ｈが上記式（３）の範囲内にあることをいう。
さらに、図９の結果から、半導体発光素子１の光の出力Ｐｏがより増加している点で、Ｂを３以上の奇数としたとき、反射膜１８０の膜厚Ｈが前述の式（３）の範囲において、（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．４）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．４）の関係を有していることが好ましく、（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．３）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．３）の関係を有していることがより好ましいことが確認された。
さらにまた、図９の結果から、式（３）において、Ｂは５以上の奇数であることがより好ましいことが確認された。【０１０１】
次に、本発明者は、ｎ電極３１０に用いるｎ金属反射層３１１としてＡｌ（アルミニウム）を用いた場合における、反射膜１８０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。その実験結果を、図１０を参照しながら説明する。
ここで、図１０は、ｎ電極３１０のｎ金属反射層３１１としてＡｌ（アルミニウム）を用いた場合の反射率のシミュレーション結果を示す図である。【０１０２】
まず、シミュレーションの条件を説明すると、ｎ型半導体層１４０としてＧａＮを用い、ｎ型半導体層１４０上に反射膜１８０としてＳｉＯ２（膜厚：０〜７Ｑ）を成膜する。そして、反射膜１８０の上にｎ金属反射層３１１としてＡｌ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、ｎ型半導体層１４０および反射膜１８０の屈折率は、それぞれ２．４４および１．４８である。【０１０３】
そして、シミュレーション結果としては、図１０に示されるように、反射膜１８０を備えることで反射率が増加する傾向が確認できる。このことは、図９と同一の傾向を示すものであり、さらに図８（ａ）、（ｂ）において、反射膜１８０を備えることで出力Ｐｏが増加した結果とも同一の傾向を示すものである。
また、図１０に示されるように、反射膜１８０の膜厚が１Ｑ，３Ｑ、５Ｑ、７Ｑ付近において反射率が大きく上昇していることが分かる。この点も、図８（ａ）、（ｂ）に示す実験結果と同一の傾向を示すものである。したがって、本条件においては、反射膜１８０の膜厚を１Ｑ，３Ｑ、５Ｑ、７Ｑとすることで、半導体発光素子１の出力Ｐｏも増加するものと考えられる。
さらに、図１０に示されるように、反射膜１８０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１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る。【０１０４】
以上より、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１を得るためには、反射膜１８０の反射率を向上させる点で、反射膜１８０の膜厚Ｈが、Ｑの奇数倍に設定されることが良く、さらに、３以上の奇数倍に設定されることが好ましく、Ｑの５以上の奇数倍に設定されることがより好ましいこと確認された。
なお、膜厚ＨがＱの３以上の奇数倍である範囲とは、Ｂを３以上の奇数としたとき、膜厚Ｈが上記式（３）の範囲内にあることをいう。さらに、生産コストの点から、式（３）において、Ｂは１９以下の奇数であることが望ましい。
さらに、図１０のシミュレーション結果から、反射膜１８０の膜厚Ｈは、前述の式（３）の範囲において、（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．４）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．４）の関係を有する範囲で設けるのが好ましく、（λ／４ｎ）×（Ｂ−０．３）≦  Ｈ  ≦（λ／４ｎ）×（Ｂ＋０．３）の範囲で設けることがより好ましいことが確認された。【０１０５】
（実施例２）
次に、実施例１で作製した半導体発光素子１とは、透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を構成する材料を異ならせて、半導体発光素子１の製造を行った。
実施例２においては、実施例１で作製した半導体発光素子１ではＩＺＯからなる透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2））にて形成した。透明導電層１７０を構成するＩＴＯは、実施例１において透明導電層１７０を構成するＩＺＯと同様にアニール化処理して結晶化した。また、透明導電層１７０の膜厚は、実施例１で用いた所定の３水準（２５０ｎｍ、１５０ｎｍ及び５０ｎｍ）の膜厚から５０ｎｍを適用した。
また、本実施例２では、ｎ電極３１０を形成する際に、ｎ型半導体層１４０上に、２ｎｍのＴｉ層を形成した後、当該Ｔｉ層上にｎ金属反射層３１１としてＡｌ−Ｎｄ合金を積層した。
なお、実施例２における半導体発光素子１の構成は、透明導電層１７０、ｐ密着層３０１および上記ｎ電極３１０の構成以外は、実施例１における半導体発光素子１と同様である。【０１０６】
実施例２において、透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を構成するＩＴＯは、公知な方法（例えば特開２００９−２６０２３７号公報に記載のスパッタ方法等）を用いて作製した。なお、ＩＴＯの屈折率ｎは、ｎ＝２．１〜２．２であり、実施例１で透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＺＯと同程度である。【０１０７】
続いて、実施例２において作製した半導体発光素子１についての評価を行う。
実施例２において作製した半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係は、図を省略するが、図８（ａ）及び（ｂ）に示した実施例１の半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係と同等な挙動を示した。
即ち、反射膜１８０の膜厚Ｈが増加するに従い、膜厚Ｈが３Ｑまでは、出力Ｐｏは大きく上昇し、さらに膜厚Ｈが５Ｑを超えると、出力Ｐｏは緩やかに上昇した。別の観点からみると、膜厚Ｈが５Ｑを超えると、いずれの条件であっても、出力Ｐｏが安定した。つまり、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１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好ましいことが確認された。
なお、実施例２において透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＴＯは、実施例１において透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＺＯと電導度が同等であり、実施例２の半導体発光素子１の出力Ｐｏは、実施例１の半導体発光素子１の出力Ｐｏと同等なレベルであった。【０１０８】
（実施例３）
さらに、実施例１および実施例２で作製した半導体発光素子１とは、透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を構成する材料を異ならせて、半導体発光素子１の製造を行った。
実施例３においては、実施例１で作製した半導体発光素子１ではＩＺＯからなる透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ2Ｏ3−Ｇａ2Ｏ3））にて形成した。透明導電層１７０を構成するＩＴＯは、実施例１において透明導電層１７０を構成するＩＺＯと同様にアニール化処理して結晶化した。また、透明導電層１７０の膜厚は、実施例１で用いた所定の３水準（２５０ｎｍ、１５０ｎｍ及び５０ｎｍ）の膜厚から５０ｎｍを適用した。
なお、実施例３における半導体発光素子１の構成は、透明導電層１７０およびｐ密着層３０１の構成以外は、実施例１における半導体発光素子１と同様である。【０１０９】
実施例３において、透明導電層１７０およびｐ密着層３０１を構成するＩＧＯは、公知な方法（例えば特開２００９−２６０２３７号公報に記載のスパッタ方法等）を用いて作製した。なお、ＩＧＯの屈折率ｎは、ｎ＝２．０である。【０１１０】
続いて、実施例３において作製した半導体発光素子１についての評価を行う。
実施例３において作製した半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係は、図を省略するが、図８（ａ）及び（ｂ）に示した実施例１の半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係と同等な挙動を示した。
即ち、反射膜１８０の膜厚Ｈが増加するに従い、膜厚Ｈが３Ｑまでは、出力Ｐｏは大きく上昇し、さらに膜厚Ｈが５Ｑを超えると、出力Ｐｏは緩やかに上昇した。別の観点からみると、膜厚Ｈが５Ｑを超えると、いずれの条件であっても、出力Ｐｏが安定した。つまり、出力Ｐｏを向上させた半導体発光素子１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好ましいことが確認された。
なお、実施例３において透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＧＯは、実施例１において透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＺＯおよび実施例１において透明導電層１７０およびｐ密着層３０１として用いたＩＴＯと比較して電導度が低い。また、ＩＧＯの薄膜では、ＩＺＯおよびＩＴＯと比較して表面抵抗が高い。したがって、実施例３における半導体発光素子１の出力Ｐｏは、実施例１及び実施例２における半導体発光素子１の出力Ｐｏと比べて５％程度低くなった。【０１１１】
（比較例１）
次に、実施例１で作製した半導体発光素子１とは、ｐ密着層３０１を構成する材料を異ならせて、半導体発光素子１の製造を行った。
比較例１においては、実施例１で作製した半導体発光素子１ではＩＺＯからなるｐ密着層３０１を、ＩＧＯにて形成した。ｐ密着層３０１を構成するＩＧＯは、公知な方法（例えば特開２００９−２６０２３７号公報に記載のスパッタ方法等）を用いて作製した。
なお、比較例１における半導体発光素子１の構成は、透明導電層１７０、ｐ密着層３０１および上記ｎ電極３１０の構成以外は、実施例１における半導体発光素子１と同様である。したがって、比較例１において透明導電層１７０は、実施例１と同様にＩＺＯにて形成した。また、透明導電層１７０の膜厚は、実施例１で用いた所定の３水準（２５０ｎｍ、１５０ｎｍ及び５０ｎｍ）の膜厚から５０ｎｍを適用した。【０１１２】
続いて、比較例１において作製した半導体発光素子１についての評価を行う。
比較例１において作製した半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係は、図を省略するが、図８（ａ）及び（ｂ）に示した実施例１の半導体発光素子１における出力Ｐｏと反射膜１８０の膜厚との関係と同等な挙動を示した。しかしその一方で、比較例１における半導体発光素子１の出力Ｐｏは、実施例１及び実施例２における半導体発光素子１の出力Ｐｏと比べて５％程度低かった。
また、当該半導体発光素子１の順方向電圧Ｖｆは、実施例１における半導体発光素子１の順方向電圧Ｖｆと比べて増加した。
比較例１においては、透明導電層１７０とｐ密着層３０１とが異なる材料で形成され、透明導電層１７０とｐ密着層３０１との間における導電性の低下が見られたため、実施例１および実施例２と比較して半導体発光素子１の出力Ｐｏが低下し、また順方向電圧Ｖｆが増加したものと考えられる。
また、他のスパッタ成膜実験から、ＩＺＯ上にＩＧＯを形成すると、ＩＺＯとＩＧＯとの界面で結晶性が低下することが確認された。これにより、透明導電層１７０としてＩＺＯを用い、ｐ密着層３０１としてＩＺＯとは異なるＩＧＯを用いた場合に、ｐ導体部２００において透明導電層１７０とｐ密着層３０１との間の密着性が低下することが確認された。
さらに、実施例１と同様に、ＩＺＯからなる透明導電層１７０上に、反射膜１８０としてＳｉＯ２を成膜し、ＳｉＯ２上にｐ密着層３０１としてＩＧＯ、ｐ金属反射層３０２としてＡｇ（銀）合金、第１拡散防止層３０３としてＴａ（タンタル）をこの順で成膜した試料について、テープ試験を行ったところ、実施例１と比較して透明導電層１７０と反射層１８０との間の密着性が低下することが確認された。
【符号の説明】
【０１１３】
１…半導体発光素子、１００…積層半導体層、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ｃ…上面、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明導電層、１７０ｃ…上面、１８０…反射膜、１８０ｃ…ｐ電極側の上面、１８０ｄ…ｎ電極側の上面、２００…ｐ導体部、２０２…ｐ接続導体、３００…ｐ電極、３１０…ｎ電極、４００…ｎ導体部、４０２…ｎ接続導体
【図１】
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【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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