(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光層を有する半導体構造と、
前記半導体構造の一方の主面側に設けられた光取り出し面と、
前記半導体構造の他方の主面側に備えられ、前記半導体構造に電気的に接続される電極と、
を有する発光素子と、
前記発光素子の周囲を被覆するように配置された、該発光素子からの出射光の波長を変換可能な波長変換部材と、
を有する発光装置であって、
前記半導体構造と前記電極との間に反射構造が形成されており、
前記反射構造は、前記発光層からの光の波長に対応する中心波長を反射する第１反射層と、該第１反射層と前記電極との間に積層される、前記波長変換部材により波長変換された光の波長に対応する、前記第一反射層の中心波長よりも長い中心波長を反射する第２反射層とから構成され、
前記第１反射層と第２反射層の少なくとも一方の中心波長が、可視光域であり、
前記第１反射層及び第２反射層の中心波長は、互いに色相が異なり、補色の関係にあり、
前記反射構造は、２種以上からなる材料膜を積層させた誘電体多層膜であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
前記第１反射層の中心波長が前記発光層からの光の波長より短波長であり、
前記第２反射層の中心波長が前記発光層からの光の波長より長波長であることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の発光装置において、
前記第１反射層の反射光の中心波長が、前記発光層からの光の波長に対して０．８倍以上１．０倍未満であり、
前記第２反射層の反射光の中心波長が、前記発光層からの光の波長に対して、１．１５倍以上１．４０倍以下であることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一に記載の発光装置において、
前記発光層が発する光の波長が３６０ｎｍ乃至６５０ｎｍにあることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一に記載の発光装置において、
前記反射構造は、さらに第３反射層を有しており、
該第３反射層の反射光の中心波長が、前記第１反射層と第２反射層の中心波長との間の波長域内にあることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一に記載の発光装置において、
複数の前記反射構造を所定の間隔を経て水平方向に配列した反射構造群が、複数段にわたって略平行に離間されて積層されており、
各段の反射構造群は、下段に位置される反射構造の水平方向における離間領域の開口の少なくとも一部を覆うように、上段の反射構造が形成されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一に記載の発光装置において、
前記反射構造は、前記半導体構造上の少なくとも側面に絶縁性膜を介して形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載の発光装置において、
前記半導体構造の主面に透光性導電層が被覆され、さらに、該透光性導電層上の少なくとも一部には前記反射構造が形成されており、
前記電極は、前記反射構造及び前記透光性導電層とに接する金属電極層を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の発光装置において、
前記波長変換部材が、前記発光素子の光取り出し面に接して、または近接して配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一に記載の発光装置において、
前記発光素子は、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有するＬＥＤであり、
前記波長変換部材は、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＹＡＧ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕよりなる群から選択される蛍光体の少なくとも１種を含むことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射構造を有する発光素子を備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子より放出される光源光と、これに励起されて光源光と異なる色相の光を放出できる波長変換部材とを組み合わせることで、光の混色の原理により、多様な色彩の光を出射可能な発光装置が開発されている。特に近年では、より低消費電力で長寿命の次世代照明として注目を集めており、更なる発光出力の向上及び耐候性に優れた質の高い発光装置が求められている。
【０００３】
上記の発光装置において、出力に関する改善方法の一例として、光源からの一次光や、波長変換後の二次光が、発光装置を構成する部材に進向した際に、光の一部が吸収されて光損失を招くのを抑止する策が講じられている。一案として、発光素子の電極の表面に、高反射率を示すＡｇ層を被覆する発光装置が開発されている（特許文献１）。例えば、図１３に示す発光素子１００は、配線基板等に実装された際に、電極形成面側（図１３における下側）と対向する基板１０１側（上側）を主発光面とするフェイスダウン型の素子であり、これを示すために上下逆に図示されている。すなわち、発光素子１００は、基板１０１上に、ｎ型半導体層１０２、活性層１０３、ｐ型半導体層１０４を順に積層してなり、ｎ型半導体層１０２の露出領域にはｎ側電極１０６を、またｐ型半導体層１０４上にはｐ側電極１０５をそれぞれ備える。さらに、ｐ型電極１０５は、高反射率を示すＡｇ層からなる第１の金属層１０５ａと、この表面を被覆する第２の金属層１０５ｂから構成される。
【０００４】
この構造であれば、発光装置内の光源からの一次光、二次光が電極１０５側へと進向する際、高反射率を示すＡｇ層によって光を反射させ、主発光面である基板１００側へと導光できるため、金属電極への光吸収を抑制し、光取り出し効率を向上させることができる。
【０００５】
しかしながらＡｇは高温度、高湿度下、電界下における腐食やイオンマイグレーションを起こしやすい虞がある。マイグレーションが起これば、電極層が乱れ、発光強度の低下や短絡による寿命の短縮という問題が生じる。したがって、これを抑制するために、例えば図１３の発光素子１００では、Ａｇ層である第１反射層を、Ｖ、Ｔｉ等のＡｇ以外の金属元素からなる第２の金属層１０５ｂでもって被覆している。その他、Ａｇを含む合金層でもって電極を構成するなど、何らかのマイグレーション対策を図る必要があり、このため製造工数や部品数が増加しコスト高につながるという問題があった。
【０００６】
さらには、Ａｇ等の金属製の反射膜に代用できる、非金属製の反射膜を用いた反射構造が提案されている（特許文献２）。すなわち、発光素子の半導体層表面に、透光性電極を介して、開口部・分離部を有した透光性絶縁性膜と、その開口部・分離部を通じて、透光性電極に導通するパッド電極を設け、さらに、その透光性絶縁膜に誘電体多層膜反射膜を設ける。これにより外部量子効率が向上し、光源からの出射光の光取り出し効率が改善される。
【０００７】
一方で、反射層に、反射対応領域を広域化した誘電体多層膜を備えることで、発光素子からの出射光が、角度をもって反射膜へと入射した際も反射でき、すなわち、垂直方向のみならず斜め入射の光をも好適に反射する機能を付与した反射構造が提案されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開平１１−２２０１７１号公報
【特許文献２】特開２００５−１９７２８９号公報
【特許文献３】特開平７−２２６５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の反射構造を有する発光素子を発光装置の光源として採用した場合、素子からの出射光単独での出力は向上するものの、この出力を高めた素子を、波長変換部材を有する発光装置の励起光源として適用したところ、予期したほどの混合色光における出力を得られなかった。
【０００９】
本発明は、従来のこのような問題点を解消するためになされたものである。本発明の目的は、高出力で所望の色彩を有する発光波長を放出可能な、耐候性に優れた発光を実現できる発光素子を備える発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発光装置は、発光層を有する半導体構造と、半導体構造の一方の主面側に設けられた光取り出し面と、半導体構造の他方の主面側に備えられ、半導体構造に電気的に接続される電極と、を有する発光素子と、前記発光素子の周囲を被覆するように配置された、該発光素子からの出射光の波長を変換可能な波長変換部材と、を有する発光装置であって、前記半導体構造と前記電極との間に反射構造が形成されており、前記反射構造は、前記発光層からの光の波長に対応する中心波長を反射する第１反射層と、該第１反射層と前記電極との間に積層される、前記波長変換部材により波長変換された光の波長に対応する、前記第一反射層の中心波長よりも長い中心波長を反射する第２反射層とから構成され、前記第１反射層と第２反射層の少なくとも一方の中心波長が、可視光域であり、前記第１反射層及び第２反射層の中心波長は、互いに色相が異なり、補色の関係にあり、前記反射構造は、２種以上からなる材料膜を積層させた誘電体多層膜であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の発光装置は、第１反射層４ａの中心波長が発光層からの光の波長より短波長であり、第２反射層４ｂの中心波長が発光層からの光の波長より長波長であることを特徴とする。
【００１２】
【００１３】
また、本発明の第３の発光装置は、第１反射層４ａの反射光の中心波長が、発光層８からの光の波長に対して０．８倍以上１．０倍未満であり、第２反射層４ｂの反射光の中心波長が、発光層８からの光の波長に対して、１．１５倍以上１．４０倍以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第４の発光装置は、発光層８が発する光の波長が３６０ｎｍ乃至６５０ｎｍにあることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第５の発光装置は、反射構造４は、さらに第３反射層を有しており、第３反射層の反射光の中心波長が、第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂの中心波長との間の波長域内にあることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第６の発光装置は、反射構造４は、２種以上からなる材料膜を積層させた誘電体多層膜であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第７の発光装置は、複数の反射構造４を所定の間隔を経て水平方向に配列した反射構造群３４が、複数段にわたって略平行に離間されて積層されており、各段の反射構造群３４は、下段に位置される反射構造４の水平方向における離間領域の開口の少なくとも一部を覆うように、上段の反射構造４が形成されてなることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第７の発光装置は、反射構造が、半導体構造上の少なくとも側面に絶縁性膜を介して形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第９の発光装置は、半導体構造１１の主面に透光性導電層１３が被覆され、さらに、透光性導電層１３上の少なくとも一部には反射構造４が形成されており、電極３は、反射構造４及び透光性導電層１３とに接する金属電極層２３を備えることを特徴とする。
【００２０】
【００２１】
また、本発明の第１０の発光装置は、波長変換部材１２が、発光素子１０の光取り出し面１８に接して、または近接して配置されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第１１の発光装置は、発光素子は、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有するＬＥＤであり、波長変換部材１２は、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＹＡＧ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕよりなる群から選択される蛍光体の少なくとも１種を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の発光装置によれば、光取り出し面と対向する面側に形成された電極へと進行した光を、反射構造でもって光取り出し面側へと反射できる。これにより電極での吸収による光損失を低減し、外部量子効率を高めることができる。
【００２４】
また、本発明の発光装置であれば、特に、発光素子からの出射光の波長を変換可能な波長変換部材を有する発光装置の出力光を改善できる。なぜなら、活性層からの出力光のみならず、二次光、すなわち波長変換部材でもって波長変換された光をも高効率に反射できるため、混合色を構成する成分光の出力を増加でき、ひいては装置全体としての出射光の出力を向上できるからである。また、各々の成分光は、素子内の同一の反射構造でもって反射されるため、一次光及び二次光の集光性、指向性に優れた発光装置とできる。さらに、波長選択性を有する反射構造を使用することにより、反射される一次光及び二次光の色相の差を修正できるため、発光装置間における、混合色の色ムラを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための、発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、本明細書において、層上などでいう「上」とは、必ずしも上面に接触して形成される場合に限られず、離間して上方に形成される場合も含んでおり、層と層の間に介在層が存在する場合も包含する意味で使用する。
【００２７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光装置１を図１の断面図に示す。この図の発光装置１に搭載される発光素子１０は、窒化物半導体素子の一例であるＬＥＤチップを採用しており、このＬＥＤチップを配線基板９の一であるサブマウント上にフリップチップ実装している。フリップチップ実装とは、電極形成面と対向する成長基板５側を主光取出し面とする実装方式であり、フェイスダウン実装とも呼ばれる。図１の発光素子１０は、フリップチップ実装であることを示すため、上下逆に表示している。
【００２８】
また、図１の発光装置１において、フリップチップ実装された発光素子１０の近傍には、波長変換部材１２が配置されており、この波長変換部材１２でもって、活性層８より放出される光の波長を変換する。これにより、活性層８からの出射光と、波長変換部材でもって波長変換された光との加色混合により、所望の光を発光可能な発光装置とできる。
【００２９】
また、発光素子１０は、発光層８を有する半導体構造１１を備える。図１の発光素子１０では、対向する一対の主面を有する成長基板５の一方の主面上に、半導体構造１１としての窒化物半導体層を積層して形成されている。具体的に、図１の発光素子１０では、成長基板５の下面側に、第１の窒化物半導体層６、活性層８、第２の窒化物半導体層７とを順に備える窒化物半導体層１１が積層されている。また、第１の窒化物半導体層６及び第２の窒化物半導体層７には、電気的に接続される第１の電極３Ａ及び第２の電極３Ｂを各々備える。発光素子１０は、第１の電極３Ａ及び第２の電極３Ｂを介して、外部より電力が供給されると、活性層８から光を放出し、図１における成長基板５の上面側から、主に光が取り出される。すなわち図１の発光素子１０では、成長基板５において、電極３Ａ、３Ｂの装着面側（図１の下側）と対向する他方の主面側（図１の上側）を主な光取り出し面１８とする。
【００３０】
さらに、第１の電極３Ａ、第２の電極３Ｂからなる一組の電極３は、反射構造４をそれぞれ有する。反射構造４としては、例えば多層構造からなる誘電体多層膜４が挙げられる。図１の例における誘電体多層膜４は、屈折率の異なる２種以上の材料膜を交互に積層させた多層構造であり、半導体構造１１と電極３との間の少なくとも一部に設けられて、所望の波長光を選択的に反射できる。また、図２は、図１の発光装置における第２の電極３Ｂ近傍の拡大図である。誘電体多層膜４の詳細な構造については後述するが、図２の例では、第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂから構成される誘電体多層膜４が、互いに離間されて水平に形成されている。また、第１反射層４ａは、発光層８からの光を中心波長とする反射域を有しており、一方、第２反射層４ｂは、発光層８からの光の中心波長とは異なる波長を中心波長とする反射域を有する。さらに、第１反射層４ａと第２反射層４ｂの少なくとも一方の中心波長は可視光域にある。また、誘電体多層膜４は、第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂに加えて、これらの反射層の中心波長とは異なる反射特性を備えた第３反射層を有してもよい。第３反射層の中心波長は、第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂの中心波長との間の波長域内にあることが好ましい。これにより、誘電体多層膜４の干渉作用による透過率の谷の発生を抑制でき、所定の波長範囲において、連続的に高効率な反射効果を実現できるからである。また、誘電体多層膜４における反射層の積層順は特に限定されない。以下に発光装置１の各部材の詳細な説明を記す。
【００３１】
（発光素子）
図３は、図１の発光素子１０であって、フリップチップ実装する前の状態、すなわち成長基板５を最下層にして、その上方に半導体構造１１を積層した状態を示す概略断面図である。実際の発光装置の製造工程では、成長基板５の上面に各層が積層された窒化物半導体素子を上下逆にして図１のように実装する。また、図４は発光素子１０の平面図であって、反射構造が形成される製造工程を説明する説明図、図５、図６は一製造工程における発光素子の平面図をそれぞれ示す。なお、同様の構成要素については同符号を付して、その詳細な説明を省略している。以下に半導体素子の製造方法を、図１〜図６を使用して説明する。
【００３２】
発光素子１０として、例えば図３に示すＬＥＤのような窒化物半導体素子では、成長基板５であるサファイヤ基板の上に、第１の窒化物半導体層６であるｎ型半導体層、活性層８である発光層、第２の窒化物半導体層７であるｐ型半導体層を順にエピタキシャル成長させた窒化物半導体層１１と、さらに窒化物半導体層１１の上に形成された透光性導電層１３とを有する。結晶成長方法としては、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：metal-organic chemical vapor deposition）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、ハイドライドＣＶＤ法、ＭＢＥ（molecularbeam epitaxy）などの方法が利用できる。
【００３３】
続いて、発光層８およびｐ型半導体層７の一部を選択的にエッチング除去して、ｎ型半導体層６の一部を露出させ、さらに、第１の電極３Ａであるｎ型パッド電極を形成している。またｎ型電極３Ａと同一面側であって、透光性導電層１３上には、第２の電極３Ｂであるｐ型パッド電極が形成される。さらに、ｎ型パッド電極３Ａ及びｐ型パッド電極３Ｂの所定の表面のみを露出し、他の部分は絶縁性の保護膜で被覆できる。なお、ｎ型パッド電極は、ｎ型半導体層６の露出領域に、透光性導電層１３を介して形成してもよい。以下に半導体発光素子１の各構成要素に関して、具体的に説明する。
【００３４】
（成長基板）
成長基板５は、半導体層１１をエピタキシャル成長させることができる基板で、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。窒化物半導体における基板としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板、ＧａＮやＡｌＮ等の窒化物半導体基板があり、そのオフアングルした基板（例えば、サファイアＣ面で０．０１°〜３．０°）も用いることができる。また、成長基板５を半導体層１１形成後に除去した基板の無い半導体素子構造、その取り出した半導体層を支持基板、例えば導電性基板に接着、フリップチップ実装した構造等とすること、また別の透光性部材・透光性基板を半導体層に接着した構造とするもできる。具体的には、半導体層の光取り出し側の主面に成長基板、接着した部材・基板を有する場合は透光性とし、不透光性、遮光性、光吸収性の成長基板の場合は除去し、そのような基板に半導体層を接着する場合は、半導体層主面の光反射側に設ける構造とする。光取り出し側の透光性基板・部材から半導体層に電荷を供給する場合は、導電性のものを用いると良い。その他、ガラス、樹脂などの透光性部材により半導体層が接着・被覆されて、支持された構造の素子でも良い。成長用基板の除去は、例えば装置又はサブマウントのチップ載置部に保持して、研磨、ＬＬＯ（Laser Lift Off）で実施できる。また、透光性の異種基板であっても、基板除去することで、光取り出し効率、出力を向上させることができ、好ましい。
【００３５】
（半導体層）
半導体層１１としては、実施例及び以下で説明する窒化物半導体が、可視光域の短波長域、近紫外域、若しくはそれより短波長域である点、その点と光変換部材（蛍光体）とを組み合わせた発光装置において好適に用いられる。また、それに限定されずに、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＰ系などの半導体でも良い。
【００３６】
（発光素子構造）
半導体層による発光素子構造は、後述する第１導電型（ｎ型）、第２導電型（ｐ型）層との間に活性層を有する構造が出力、効率上好ましいが、それに限定されず後述する構造など、その他の発光構造でも良い。各導電型層に、絶縁、半絶縁性、逆導電型構造が一部に設けられても良く、またそれらが第１、２導電型層に対し付加的に設けられた構造でも良く、別の回路構造、例えば保護素子構造、を付加的に有しても良く、また上記基板が発光素子の導電型の一部を担う構造でも良い。
【００３７】
半導体層に設けられる電極は、実施例及び以下で説明する一方の主面側に第１導電型（ｎ型）、第２導電型（ｐ型）層の電極が設けられる構造が好ましいが、それに限定されず半導体層の各主面に対向して各々電極が設けられる構造、例えば上記基板除去構造において除去側に電極を設ける構造でも良い。
【００３８】
（窒化物半導体層）
窒化物半導体としては、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）であって、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。また、ｎ型半導体層６、ｐ型半導体層７は、単層、多層を特に限定しない。窒化物半導体層１１には活性層である発光層８を有し、この活性層は単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）とする。以下に窒化物半導体層１１の詳細を示す。
【００３９】
成長基板上に、バッファ層などの窒化物半導体の下地層、例えば低温成長薄膜ＧａＮとＧａＮ層を介して、ｎ型窒化物半導体層、例えばＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層とＧａＮ／ＩｎＧａＮのｎ型多層膜層、ｐ型窒化物半導体層、例えばＭｇドープのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのｐ型多層膜層とＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層を有し、さらにそのｐ型、ｎ型層の間に活性層を有する構造を用いる。
【００４０】
また、窒化物半導体の発光層８（活性層）は、例えば、ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、ａ＋ｂ≦１）からなる井戸層と、ＡｌcＩｎdＧａ1-c-dＮ（０≦ｃ≦１、０≦ｄ≦１、ｃ＋ｄ≦１）からなる障壁層とを含む量子井戸構造を有する。活性層に用いられる窒化物半導体は、ノンドープ、ｎ型不純物ドープ、ｐ型不純物ドープのいずれでもよいが、好ましくはノンドープ又はｎ型不純物ドープの窒化物半導体を用いることにより発光素子を高出力化することができる。障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体が用いられる。井戸層にＡｌを含ませることで、ＧａＮのバンドギャップエネルギーである波長３６５ｎｍより短い波長を得ることができる。活性層から放出する光の波長は、発光素子の目的、用途等に応じて３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長とする。
【００４１】
井戸層の組成はＩｎＧａＮが、可視光・近紫外域に好適に用いられ、その時の障壁層の組成は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮが良い。井戸層の膜厚は、好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、１つの井戸層の単一量子井戸、障壁層などを介した複数の井戸層の多重量子井戸構造とできる。
【００４２】
また、窒化物半導体層１１の積層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。また、各層を超格子構造としたり、活性層である発光層８を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【００４３】
次に、ｐ型半導体層７の表面に所定の形状をなすマスクを形成し、ｐ型半導体層７及び活性層である発光層８をエッチングする。これにより図４（ａ）に示すように、所定の位置のｎ型半導体層６を構成するｎ型コンタクト層６ａが露出される。
【００４４】
（光反射構造）
本発明の発光素子の基本的な構造について具体的には、半導体層の互いに対向する２つの主面は、一方を光取り出し側、他方を光反射側とする。この光反射側には、光反射構造が設けられ、特に活性層などの発光構造を有する領域に設けられる。
【００４５】
光反射構造は、電極構造の一部、電極構造との重畳構造、電極構造との面内分離構造、などとして設けられ、好適には発光構造に対応して発光面積を大きく、電荷注入効率を高めるように重畳構造とする。具体的には、半導体層接触側の電極である透光性導電層と、素子外部と接続する外部接続用（パッド）電極との間に、反射構造が設けられる。この電極間の反射構造は、電極間を導通するような構造になる。具体的には、以下に示す導通経路と反射領域とが面内に分離して配置された構造とすることが好ましいが、これに限らず導電性の反射構造としても良い。この面内分離の反射構造は、分離領域に導通構造を有しているため、絶縁性で構成することができる。尚、光取り出し側に電極を設ける場合は、部分電極、光透過性電極、透光性電極、それらを組み合わせた構造を用いることができる。
【００４６】
本発明の反射構造には、発光波長に反射率が依存する反射部を有し、具体的には、以下の誘電体多層膜、ＤＢＲなどを用いる。この波長依存性反射部の他に、半導体層、透光性部材（波長依存性反射部、電極）との屈折率差により反射させる透光性膜、金属反射膜を付加的に有していても良く、その場合、これら透光性の部材は半導体層側に、遮光性の金属反射膜はその外側にそれぞれ配置される。また、波長依存性膜、透光性膜の配置は、特に限定されないが、好適には半導体層側から順に透光性膜、波長依存性膜を設けると、透光性膜による屈折率差の反射機能と、波長依存成膜による波長、方向依存の反射とを機能分離して各機能を高めることでき好ましい。
【００４７】
また、これら反射構造は、各々１つ設けた構造だけでなく、後述するように多重構造、例えば各膜・部材を備えた反射構造を繰り返した重畳構造、反射構造の各膜・部材を複数備えた、若しくは多重化した構造、とすることができる。具体的には、前者の反射構造の重畳化は、後述する図１０のような構造であり、後者の構成膜・部材の多重化は、多種の波長依存性膜、例えば中心波長の異なる誘電体多層膜を積層するような構造、とする。尚、反射構造を構成する各膜・部材は、一体的に形成する例を以下に示すが、これに限らず、各膜・部材を互いに異なる形状、パターンとすることもできる。
【００４８】
以上では、発光構造に対応して設けられる反射構造について述べたが、これに限らず、後述のｎ電極領域のような非発光領域、半導体層の側面若しくは発光構造の側面、又は素子表面の領域に、反射構造を設けること、例えば後述の保護膜に対応して重畳的に設けることができる。
【００４９】
以下、反射構造における透光性導電層（電極）、誘電体多層膜、絶縁性膜（透光性膜）、電極、並びに保護膜を順に説明する。
【００５０】
（透光性導電層）
さらに、ｐ型半導体層７上に、透光性導電層１３を形成する。図４（ｂ）に示すように、ｐ型半導体層７及び露出したｎ型半導体層６のほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をｐ型半導体層７全体に均一に広げ、透光性を備えることで、その上に反射構造を設けることができる。
【００５１】
また、透光性導電層１３の被覆領域は、ｎ型半導体層６及びｐ型半導体層７の双方の半導体層のみならず、どちらか一方の半導体層のみに限定することもできる。図４（ｂ’）の例では、透光性導電層１３をｎ型半導体層６上に形成せず、ｐ型半導体層７のみに被覆している。
【００５２】
透光性導電層１３は、透明電極など数々の種類があるが、好ましくはＺｎ、Ｉｎ、Ｓｎよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物を含む透光性導電層１３を形成することが望ましく、好ましくはＩＴＯを使用する。あるいはＮｉ等の金属を３０Å等の薄膜の金属膜、その他の金属の酸化物、窒化物、それらの化合物、窓部の開口部を有する金属膜のような光透過構造、以上の複合物でもよい。このように、露出したｐ型半導体層７のほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をｐ型半導体層７全体に均一に広げることができる。
【００５３】
また、透光性導電層１３の厚さは、その層の光吸収性と電気抵抗・シート抵抗、すなわち、光の反射構造と電流広がりを考慮した厚さとし、例えば１μｍ以下、具体的には１０ｎｍから５００ｎｍとする。また、活性層８から放出される光の波長λに対してλ／４のおよそ整数倍とすることが光取り出し効率が上がるので好ましい。
【００５４】
（誘電体多層膜）
具体的に、図２、図３、図４（ｃ）に示す誘電体多層膜４は、窒化物半導体層１１と電極３との界面１９の少なくとも一部に形成され、好ましくは所定のパターンで半導体層、透光性導電層の略全体を覆うように形成される。また、誘電体多層膜４の面内配置の個数は特に限定されないが、複数の多層膜を形成する場合は、互いに離間されることが好ましい。特に、図３に示すように、絶縁性膜１６を介して反射構造が形成される場合、透光性導電層１３との界面１９上の少なくとも一部を開口するよう、所定の間隔をもって離間しつつ水平に配置することが好ましい。これにより、電極より供給される電力の導通経路３２（図２の矢印参照）を封鎖することなく、外部電極側から窒化物半導体層１１側へと給電できる。
【００５５】
実施の形態１に係る誘電体多層膜４は、屈折率の異なる２種以上からなる材料膜を交互に積層させた多層構造である。誘電体多層膜４は、所定の波長を高効率に反射できる。これは、誘電体多層膜４が、屈折率の異なる膜を１／４波長の厚みで交互に積層した多層膜である。また、誘電体多層膜４の例は、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物または窒化物から選択された少なくとも２つを繰り返し積層した誘電体多層膜が好ましい。さらに好ましくは非金属元素からなる材質、あるいは酸化物の積層構造とし、例えば（ＳｉＯ2／ＴｉＯ2）n（ただしｎは自然数）の積層構造等で構成される。
【００５６】
図３に示す誘電体多層膜４は、活性層８からの光を中心波長とする第１反射層４ａと、この中心波長とは異なる波長を中心波長とする第２反射層４ｂとが積層された構造を備える。また、第２反射層４ｂは、第１反射層４ａよりも、長波長な中心波長かつ広範囲な反射帯域を有することができる。具体的に、第２反射層４ｂは、発光層８からの光の波長に対して１．１５倍〜１．４０倍、好ましくは１．２０倍〜１．３５倍の波長域に相当する反射特性を有する。また、第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂの少なくとも一の反射層は、その中心波長が可視光域であり、双方の反射層は互いに色相が異なることが好ましい。
【００５７】
第２反射層４ｂは、好ましくは中心波長が一定で一対、さらに好ましくは複数対の層で構成され、また、別の形態として好ましくはその一定の中心波長の層を複数組、例えば２組、例えば後述の実施例の第２、３反射層、若しくはそれ以上有しても良く、好適には１組か２組とする。また、上記の波長域に対応できるよう、所定の等差級数或いは等比級数を満たす連続的に変化した膜厚でもって、多層膜中の層ごとに厚み、或いは、上記の波長域内であって中心波長を徐々にずらした複数の層ペアを有して広帯域化させることができる。
【００５８】
図３の例の反射構造４では、狭い波長域に相当する第１反射層４ａと、広い波長域に対応する第２反射層４ｂを有する。これにより、エネルギー変換量の誤差により生じるストークスシフトのバラツキによって、二次光における波長のバラツキを、広帯域な第２反射層４ｂでもってカバーできる。すなわち、各々の反射構造を、混色光の成分光の発光特性にそれぞれ対応させることにより、成分光の出力を高められるため、結果、高出力な混合色とできる。また、反射の波長域を選択することで、演色性の向上した出射光とできる他、一方で、所望としない色相を有する二次光の出力が強調されるのを低減させるフィルターの役割も担うことができる。
【００５９】
特に可視光である青色系の励起光源に黄色系の蛍光体を組み合わせた発光装置の場合、単一の蛍光体のみで白色ＬＥＤを構成できるため、光学特性の調整が容易で、かつ高い変換効率を得られる。また、紫外光からの色変換に比べて、ストークスシフトが小さく本質的なエネルギー変換を改善できる。さらに青色ＬＥＤの透過光を利用できるため発光効率が高い。したがって、上記の色相の組み合わせによる光源光と蛍光とを有する発光装置に、該色相に応じた反射構造をそれぞれ搭載することにより、光損失を低減でき一層の高出力となる。
【００６０】
また、発光装置より放出される混色光の成分光における波長に対応した反射構造とすることで、成分光の色相を略統一できるため、発光素子または発光装置間での発光色のバラツキを低減できる。さらに、誘電体多層膜において、反射の中心波長を、光源光、および励起後の波長変換部材の発光波長に限定することで、広範囲な波長をグレーティングさせたものと比較して薄型とでき、製造工程の簡略化が実現する。加えて、光源である一次光が角度をもって誘電体多層膜へと入射した場合の、長波長側へと遷移した傾斜光をも第２反射層４ｂでもって反射可能であり、素子の光取り出し効率を向上できる。
【００６１】
（誘電体多層膜の形成パターン）
誘電体多層膜４を形成するパターンは、任意のパターンを使用できる。これらのパターンは、レジストパターンの上からＲｌＥ（reactive ion etching）やイオンミリング（ion milling）、リフトオフ等の方法により形成する。好ましい開口部形状としては、図５に示すストライプ状、図６に示すドット状、またはブロック状とする。図４（ｃ）の例では、誘電体多層膜４の開口部３５がドット状にパターニングされている。また、誘電体多層膜４は、図３に示すように、少なくとも開口部３５を備えることで、透光性導電層１３の露出領域を有する。このように部分的にＩＴＯが表出してパッド電極と接触するような構造とすることで、図２に示すようにこの領域が導通経路３２となり、接触抵抗を実質的に低減して順方向電圧を低下させることができる。なお、誘電体多層膜４の形成パターンは上記の例に限られず、例えばドットの形状を円形、楕円形、矩形状、多角形状などとしたり、またブロック状のパターンの縦横幅を適宜変更したり、そのブロック状の形状を三角形状や円形、半円形、多角形状としたり、これらの配置を千鳥状としたり、種々の形成部・開口部の形状、配置としても良い。また全体に均一に配置する例に限られず、領域ごとに大きさや密度を適宜変更したり、上記のパターンを組み合わせたり、もできる。
【００６２】
尚、図４（ｃ）の平面図において、反射構造はｐ型半導体層７上のみに形成されているが、図３に示すように、ｎ型半導体層６にも設けることができる。反射構造が、第１及び第２電極３Ａ、３Ｂの双方に形成されれば、両領域に進行した光を選択的に反射して、所定の波長を有する光の損失を効率的に低減できる。また、実施の形態１の発光装置では、両電極が同一面側に配置されているため、双方の電極に反射構造を形成すれば、発光素子の主面のほぼ全体に反射構造領域を備えることとなり、光取り出し効率を高めることができる。
【００６３】
また、図３の発光素子１０において、双方の電極３に形成される誘電体多層膜４、さらに好ましくは反射構造の光学的特性は略同じとする。これにより、誘電体多層膜４が両電極で略同じであると、発光装置１の光源による色ムラを低減できる他、両方を同時形成することにより製造工程の簡略化が図れる。一方、各電極３Ａ、３Ｂに装着される各々の誘電体多層膜４は、その光学的特性に差を設けても良い。例えば、電極の部位による光の入射角度や、波長変換部材との離間距離などを考慮して、反射層の膜厚を決定することができる。
【００６４】
（絶縁性膜）
また、図２の窒化物半導体素子１０では、半導体構造１１上に適宜形成される透光性導電層１３と誘電体多層膜４との間に、透光性の絶縁性膜１６を介することができ、好ましくは反射構造内に設けられる。この透光性の絶縁性膜１６は、発光素子１０からの光を効率よく反射させ、一部を多層膜４に透過させるように高い透光性を有する。そのため絶縁性膜１６は、好ましくは酸化物とし、さらに好ましくはＳｉ、Ａｌよりなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物とする。具体的には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等とし、好ましくはＳｉＯ2を使用する。
【００６５】
絶縁性膜１６の厚さは特に限定するものではなく、１０ｎｍ〜２μｍ程度の厚さで形成可能である。特に、絶縁性膜１６の上面に形成される金属電極層と共に設けられる場合の絶縁性膜１６の膜厚は、１０ｎｍから５００ｎｍとすることが好ましい。
【００６６】
（電極）
透光性導電層１３上に誘電体多層膜４を含む反射構造が形成された後、図３、図４（ｄ）に示すように、金属電極層２３が形成され、透光性導電層に電気的に接続される。金属電極層２３は、ｐ型半導体層７及びｎ型半導体層６側に適宜設けられた透光性導電層１３、及び反射構造である誘電体多層膜４に接して、第１の電極３Ａと第２の電極３Ｂ側にそれぞれ形成される。
【００６７】
金属電極層は、発光素子と外部電極とを電気的に接続させ、パッド電極として機能する。例えば、金属電極層表面にＡｕバンプのような導電部材２４を配置し、導電部材を介して、発光素子の電極と、これに対向された外部電極との電気的接続させる。また、金属電極層は透光性導電層１３と一部が電気的に直接接続される。パッド電極には既存の構成が適宜採用できる。例えばＡｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉのいずれかの金属またはこれらの合金やそれらの組み合わせから成る。金属電極層の一例として、下面からＷ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、Ｐｔ／ＡｕもしくはＴｉ／Ｒｈの積層構造が採用できる。
【００６８】
本実施の形態において、金属電極層は、透光性導電層１３の少なくとも一部に接して形成される。また本発明に係る他の実施の形態における金属電極層の一部は、透光性導電層１３に設けた貫通孔内に延在させて、あるいは透光性導電層１３より外側にて、窒化物半導体層に直接接触する接触部として、設けてもよい。このように、金属電極層一部の接触部によって密着性を高めることができる。
【００６９】
また、ｐ型窒化物半導体層７側およびｎ型窒化物半導体層６側に形成される金属電極層は、用いる金属の種類や膜厚を同じ構成とすることが好ましく、なぜなら同時に形成することで、別々に形成する場合と比較して、金属電極層の形成の工程を簡略化することができる。別々に設ける場合のｎ型窒化物半導体層側の電極は、例えば、ｎ型窒化物半導体層６側から順に積層させたＷ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）や、さらにＮｉを積層させたＷ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｎｉ、あるいはＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極等が利用できる。
【００７０】
（保護膜）
金属電極層２３を形成した後、外部領域との接続領域を除いて半導体発光素子１０のほぼ全面に絶縁性の保護膜１４を形成できる。図４（ｅ）の例では、ｎ型電極３Ａ部分及びｐ型電極３Ｂ部分に被覆される保護膜１４に、開口部２１、２２がそれぞれ形成される。保護膜１４にはＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ポリイミド等が利用できる。尚、実施例で示すように、絶縁性膜１６と保護膜１４とを同一部材で併用させてもよく、すなわち保護膜１４と絶縁膜１６とを同一工程、同一膜として形成することで工程簡略化でき好ましい。
【００７１】
なお、以上の例ではｐ電極およびｎ電極が同一面側に存在する発光素子をフリップチップ実装する例を説明したが、本発明を、発光素子が有する一対の電極が、発光層を上下に挟み込む、いわゆる縦型の発光素子にも採用できる。縦型の発光素子の電極では、少なくとも、発光素子を載置する配線基板側の電極に、反射層を設けることで、該反射層へと進行した光を、対向する光取り出し表面側へ反射できる。これに加えて、光取り出し表面側に形成された電極にも反射構造を形成して、電極への光吸収を抑制し、これにより外部量子効率を高めることができる。
【００７２】
（発光装置）
上記の方法で得られた発光素子を配線基板上にフリップチップ実装して発光装置を得る。一例として図１に示される発光装置１の製造方法を図７を用いて説明する。まず図７（ａ）に示すように、サブマウント基板９となるウェハ２５上に、発光素子１０をフリップチップ実装するパターンに従い、バンプ２４を形成する。次に図７（ｂ）に示すように、このバンプ２４を介して発光素子１０をフリップチップ実装する。この例では一のサブマウント基板９を形成する領域に、各々２個のＬＥＤチップを並べて実装している。さらに図７（ｃ）で、スクリーン印刷を行う。スクリーン印刷は、メタルマスクをウェハ２５上に配置して、被覆層２６を構成する樹脂を塗布し、スキージで押し広げる。そして樹脂２６を硬化後、メタルマスクを外して図７（ｄ）に示すようにダイシングを行い、サブマウント基板サイズに切り出す。切り出されたサブマウント基板９は各々、図７（ｅ）に示すように支持体２７上に共晶ダイボンディングにより共晶層２８を介して固定される。ここでは共晶ハンダとして、Ａｕ−Ｓｎを使用し、約２９０℃で共晶を行った。その後、図７（ｅ）に示すようにサブマウント基板９の電極と支持体２７の電極２９とをワイヤボンディング３１で配線する。さらに図７（ｇ）に示すように、ＬＥＤチップの外周を覆うように樹脂製のレンズ３６を接着材等により固定して、発光装置を得る。
【００７３】
ただ、発光素子１０の周囲を被覆する樹脂２６の配置方法は特に限定されない。例えば樹脂２６が配置される領域の界面を構成したパッケージを形成し、この内部に樹脂２６を充填することもできる。また、発光素子は発光装置の所定の載置部に直接実装される形態、すなわちサブマウントを備えなくても良い。また、上記個々に切り出されたサブマウント基板、若しくは、それにレンズ等を接着、封止されたものを、発光装置とすることもできる。
【００７４】
（波長変換部材）
また、図１に示すように、封止部材としての樹脂２６には、発光素子１０の光で励起されて蛍光を発する蛍光物質等の波長変換部材１２が混入される。つまり、光源からの光の一部が、波長変換部材としての蛍光体を励起することで、主光源の波長とは異なった波長を持つ光が得られ、この結果、混色による所望の色相を有する出射光を実現できる。この波長変換部材１２としては蛍光体が好適に利用できる。なぜなら蛍光体は光散乱性及び光反射性の機能をも備えているため、波長変換機能に加えて光散乱部材としての役割を果たし、光の拡散効果を得ることができるからである。蛍光体は、樹脂２６中に、ほぼ均一の割合で混合することも、部分的に偏在するように配合することもできる。例えば、発光素子に近接すると上記反射構造に到達する蛍光体の光が多くなり、発光出力、効率の高い発光装置とできる。また、発光素子１０から所定の距離だけ離間させることにより、発光素子１０で発生した熱が蛍光物質に伝達し難くして蛍光物質の劣化を抑制できる。また、蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる発光層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる発光層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。これにより所望の波長を有する発光装置を実現できる。尚、樹脂以外にガラスなどの透光性部材、並びに蛍光体粒子の凝集体、その結晶体の部材を用いることもできる。
【００７５】
代表的な蛍光体１２としては、銅で付括された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付括されたＹＡＧ系蛍光体及びＬＡＧ系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。
【００７６】
実施の形態１の波長変換部材１２としては、ＹＡＧ蛍光体を使用して、光源からの出射光と、その一部が該蛍光体１２により励起されて出射光とは異なる波長を有する光との混色により、例えば白色を得ることができる。また、蛍光体としては、ガラスや樹脂に蛍光体を混合した蛍光体ガラスや蛍光体含有樹脂を用いてもよい。また、光源から発する熱に耐性のあるもの、使用環境に左右されない耐候性のあるものがより望ましい。
【００７７】
発光装置１において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Ｒａの高い照明や電球色ＬＥＤ等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてＣＩＥの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。その他に、近紫外〜可視光を黄色〜赤色域に変換する窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、珪酸塩蛍光体、Ｌ2ＳｉＯ4：Ｅｕ（Ｌはアルカリ土類金属）、特に（ＳｒxＭａｅ1-x）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＭａｅはＣａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属）などが挙げられる。窒化物系蛍光体、オキシナイトライド（酸窒化物）蛍光体としては、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕなどがあり、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体としては、一般式ＬＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、一般式ＬxＳｉyＮ(2/3x+4/3y)：Ｅｕ若しくはＬxＳｉyＯzＮ(2/3x+4/3y-2/3z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか）で表される。
【００７８】
具体的に、実施の形態１に係る蛍光体１２では、図１に示されているように半導体発光素子１近傍に偏在して分布されている。これにより半導体発光素子１からの出射光を反射あるいは散乱させる効果が高まり、発光装置より放出される光の出射角を広範囲とできるため四方に拡散された光を得ることができる。さらに、波長変換部材を、発光素子の周囲近傍に均一に被覆することで、発光装置の部位による波長変換量をほぼ一定とでき、これにより発光装置毎の光ムラを低減でき、光損失が低減できる。また、発光素子からの出射光が波長変換部材に進行するまでの距離を略一定とできるため、波長変換量、及び拡散量が安定する。すなわち、一次光と二次光との混合比を略一定とでき、色ムラ及び光ムラの低減された出射光を得ることができる。
【００７９】
また、封止部材である樹脂２６の材料は透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた封止部材も利用できる。さらに、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。さらにまた、封止部材の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができ、発光素子チップからの発光を集束させることができる。実施の形態１では封止部材としてシリコーン樹脂を使用した。
【００８０】
（添加部材）
また、封止部材は、波長変換部材の他、粘度増量剤、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができ、これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。
【００８１】
ここで本明細書において拡散剤とは、例えば中心粒径が１ｎｍ以上５μｍ未満のものは、発光素子１０及び蛍光物質からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光物質を用いることによって生じやすい色ムラを抑制することができ、また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散剤は、発光素子１０からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。
【００８２】
（フィラー）
さらに、封止部材中に蛍光物質の他にフィラーを含有させてもよい。具体的な材料としては、拡散剤と同様のものが使用できる。ただ、拡散剤とフィラーとは中心粒径が異なり、本明細書においてはフィラーの中心粒径は５μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。このような粒径のフィラーを封止部材中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、封止部材の耐熱衝撃性を高めることができる。
【００８３】
また、発光装置に搭載される発光素子の発光層から出力される出射光の発光ピーク波長は特に限定されないが、例えば近紫外線から可視光の短波長領域である２４０ｎｍ〜５００ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ若しくは４５０ｎｍ〜４７０ｎｍに発光スペクトルを有する半導体発光素子を用いることができる。実施の形態１においては、上記製造方法にて得られた発光素子１０を使用した。
【００８４】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る発光素子の概略断面図を図８に示す。なお、実施の形態２に係る発光装置は、実施の形態１に係る発光装置と比較して、搭載される発光素子の反射構造のみが相違しており、他の構造は実質的に同じである。したがって、実施の形態２に係る発光素子２０において、実施の形態１に係る発光素子１０と同様の構成要素については同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００８５】
図８に示される発光素子２０は、実施の形態１と同様の反射構造４が複数積層された反射構造群３４を有する。誘電体多層膜４は、互いに離間されて並列されており、平面状に配置された複数の誘電体多層膜４を、便宜上、第１段目の反射構造群３４Ａと称する。
【００８６】
この第１段目の反射構造群３４Ａに加えて、積層方向側（上方）に、第２段目の反射構造群３４Ｂが形成される。また、第１段目の反射構造群３４Ａ及び第２段目の反射構造群３４Ｂは、積層方向からの平面視において、少なくとも第１段目の反射構造群３４Ａの開口部領域の一部を覆うように配置される。これにより、電極３の表面側からの平面視において、反射構造の形成領域が増大するため、光取り出し効率を向上させることができる。
【００８７】
具体的に、図８に示すように、第１段目の反射構造群３４Ａの上面に、ＩＴＯ等の透光性導電層１３を介して、第２段目の反射構造群３４Ｂが積層される。さらに、第１段目の反射構造群３４Ａ及び第２段目の反射構造群３４Ｂは当接されず離間しており、これにより、反射構造群３４の上側に形成される金属電極層２３側から活性層８への導通経路３２（図２参照）が設けられ、半導体構造１１へ給電される。
【００８８】
また、図８の例では誘電体多層膜群を２段に積層したが、積層の階数は２段に限定されず３段以上とでき、２段同様に下層の誘電体多層膜群の開口部領域の上方に、透光性導電層を介して、上層の誘電体多層膜群が形成される。これにより、導通経路を備えて、光取り出し面１８からの平面視において、反射構造の形成領域を増加させられる。また、上記の反射構造群３４の、最上面側に金属電極層２３が設けられるのは実施の形態１と同様である。
【００８９】
（実施の形態３）
さらに、反射構造における他の実施の形態を図９に示す。実施の形態３に係る発光素子は、実施の形態２に係る発光素子と比較して、反射構造のみが相違であり、他の構造は実質的に同じである。したがって、実施の形態３に係る発光素子３０において、実施の形態２に係る発光素子２０と同様の構成要素については同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９０】
図９の例では、第１反射層４ａと第２反射層４ｂの双方が、積層方向（図９における上下方向）に連結されず、それぞれが分離されて、水平方向に交互に並列されている。ただ、双方の反射層の並列順序は交互に限定されず、混合色を構成する成分光の配分比率に相当するよう、各反射層の形成領域を決定することができ、好ましくは、各反射層が一定の間隔で離間され、双方の反射層が均等に混合した配置に形成され、部位による色ムラが低減された混合色とできる。また、双方の反射層を縦型に積層せずに、分離して水平に並列させるため、反射構造を薄型とできる。ひいては、発光素子、発光装置の薄型化が実現できる。
【００９１】
（実施の形態４）
さらに、反射構造における他の実施の形態を図１０に示す。実施の形態４に係る発光素子は、実施の形態２に係る発光素子と比較して、反射構造のみが相違であり、他の構造は実質的に同じである。したがって、実施の形態４に係る発光素子４０において、実施の形態２に係る発光素子２０と同様の構成要素については同符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００９２】
図１０の例では、相互に分離した第１反射層４ａ及び第２反射層４ｂが、水平方向において変位して、上下に積層された反射構造群３４を有する。つまり、反射構造群３４は、同一の中心波長を有する第１反射層４ａが水平に形成された第１段目の反射構造群３４Ａと、この上方であって、さらに第１反射層４ａの開口部領域を中心に、第２反射層４ｂが水平に形成された第２段目の反射構造群３４Ｂとから構成され、実施の形態３同様に透光性導電層１３を介して積層される。すなわち、電極３の表面側からの平面視において、第１反射層４ａ同士の離間領域を埋めるように、第２反射層４ｂが配置される。この構造により、反射構造を平面的及び立体的に配置して、所望の特性の素子を得ることができる。
【００９３】
また、図１０の例では、各段に水平に配列される反射層の中心波長を同一としたが、図９に示すように、隣接する反射層の中心波長を相違としてもよく、すなわち数種類の反射層からなる反射層群が、複数段にわたって形成されてもよい。
【実施例】
【００９４】
（比較例１、実施例１〜５）
上記の手順によって、反射構造がそれぞれ相違する発光素子とする。比較例１、実施例１〜５の発光素子は、□１ｍｍのＬＥＤであって、反射構造に誘電体多層膜を備える。また、電極構造は、各導電型の半導体層上に透光性導電層（ＩＴＯ）を設けて、絶縁性膜（ＳｉＯ2）／誘電体多層膜の順に積層されてなる反射構造を有する。比較例１、実施例１〜５の各発光素子は、誘電体多層膜４の構成が相違しており、他の構造については上記の発光素子と実質的に同一であるため、詳細な説明を省略する。
【００９５】
反射構造は、図６に示すように、一辺を１０μｍとする正方形状のドット状の開口部を有し、これを格子状の格子点に配置されてなる。隣接するドット間の距離は３０μｍとする。また、誘電体多層膜は、窒化物半導体層上に形成された６０ｎｍ程度の透光性導電層（ＩＴＯ）に、さらに０．５μｍ程度の絶縁性膜（ＳｉＯ2）を介して形成され、それらが反射構造を構成する。さらに、誘電体多層膜４の表面側には、外部電極の接続領域として、Ｔｉ−Ｒｈからなる金属電極層が積層されて電極が構成され、一部に設けられた反射構造の開口部３５で透光性導電層に導通する。また、図３の断面図に示すように、絶縁性膜１６は、半導体構造１１の露出部表面に形成されており、保護膜と併用される。すなわち、保護膜と絶縁性膜とを別個の工程で設けずして、双方は同一工程、同一材料で形成される。さらにこの実施例では、反射構造が、外部電極２３との導通部となる開口部を透光性導電層上に設けて、半導体層の露出部の略全面に設けられる。
【００９６】
比較例１の反射構造では、光源の発光ピークスペクトルに相当した反射特性を有する第１反射層４ａのみから構成される。具体的に、第１反射層４ａは、Ｎｂ2Ｏ3とＳｉＯ2とからなる２層膜を４ペア積層し、それぞれの反射の中心波長を４６０ｎｍとする。
【００９７】
また、実施例１に係る誘電体多層膜は、ＬＥＤの発光ピーク波長である第１反射層の中心波長（４６０ｎｍ）に加えて、さらに該ピーク波長よりも長波長側に反射特性を有する第２反射層から成る。第２反射層の中心波長は、光源により励起されて波長変換された波長域内にある。ただし、長波長側の変換光の発光ピーク（波長約５６０ｎｍ）における半値幅は、それよりも短波長側のＬＥＤ光の発光ピークにおける半値幅よりも広くなる。このため、第２反射層の中心波長をそれよりも長波長側とする。実施例１では、第２反射層の中心波長を５７５ｎｍとし、すなわち第１反射層の中心波長の１．２５倍に相当する。また、実施例１に係るＬＥＤ光とその変換光のピーク波長と同様に、各反射層の中心波長に相当する色相は互いに相違しており、かつ両者は補色の関係にある。
【００９８】
また、実施例２に係る誘電体多層膜は、光源波長（４６０ｎｍ）の０．８倍に相当する３６８ｎｍを反射特性とする第１反射層と、光源波長（４６０ｎｍ）の１．２倍に相当する５５２ｎｍを反射特性とする第２反射層とで構成される。
【００９９】
さらに、実施例３〜５の誘電体多層膜は、３種の中心波長を有する反射層より構成される。光源波長（４６０ｎｍ）を基準とした際の各反射層における具体的な各中心波長、及び積層ペア数は以下の通りである。
実施例３：第１反射層（３６８ｎｍ（０．８倍））２ペア／第３反射層（４６０ｎｍ（１．０倍））２ペア／第２反射層（５５２ｎｍ（１．２倍））２ペア
実施例４：第１反射層（４３１ｎｍ（０．９３７５倍））３ペア／第３反射層（５１８ｎｍ（１．１２５倍））３ペア／第２反射層（６２１ｎｍ（１．３５倍））３ペア
実施例５：第１反射層（４３７ｎｍ（０．９５倍））３ペア／第３反射層（５２９ｎｍ（１．１５倍））３ペア／第２反射層（６２１ｎｍ（１．３５倍））３ペア
尚、実施例１〜５の各誘電体多層膜は、比較例１と同様の材質からなる２層膜の膜厚を変化させることで、各中心波長とする。
【０１００】
ここで、実施例３〜５は、上記第２反射層に加えて、変換光のピーク波長より短波長、すなわちＬＥＤ光と変換光の各ピーク波長間に中心波長の第３反射層を有する。またその第２反射層は、第３反射層より、更には変換光のピーク波長より、長波長側の中心波長を有している。また、実施例２〜５は第１反射層をLED光のピーク波長より短波長側を中心波長としている。
【０１０１】
また、比較例１及び実施例１〜５の発光素子を、波長変換部材である蛍光体の有無の点で相違する発光装置に搭載して得られる発光特性、駆動電圧、発光出力φe、外部量子効率ηex、中心波長λd、光束φv、電力効率ＷＰＥ（Watt Per Energy）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、を表１に示す。表１における出力比及び光束比は、比較例１の値との比率、［各実施例］／［比較例１］、で示す。また、図１１に、比較例１及び実施例１〜５に係る発光素子の反射構造の反射率のグラフを示す。図１２には、実施例１、２と比較例１の発光装置における発光スペクトルを示す。尚、表中、「装置Ｂ」と表記している発光装置は、図１に示すような発光装置で、そのサブマウントに、各実施・比較例の発光素子を２個、直列に配線接続して、波長変換部材を樹脂と共に被覆され、白色発光するものである。また、表中「装置Ａ」とは、２本一組の各極性用のリード（計４本）の内、一方の組のマウント用リードのカップ内に、発光素子１個を搭載し、樹脂レンズ一体で封止して得られる青色発光の装置である。また、表２についても同様である。
【０１０２】
【表１】
0005634003.tif 000002
【０１０３】
表１に示すように、いずれの実施例の発光素子においても波長変換部材を含有する発光装置において、その比較例１に比し発光特性が向上し、その比較例との光束比も向上する。換言すると、単一の色相のみを出射する発光装置において、発光特性の向上は、反射層における中心波長の数量に依存しないが、複数の色相に相当する波長を出射可能な発光装置においては、各色相に対応する反射層を有することで、発光特性が５〜１０％程度向上する（表１の波長変換部材あり参照）。実施例１と２の比較により、光源に対応する第１反射層の中心波長を短波長側へシフトさせ、第２反射層の中心波長との波長域を拡大した場合においても、発光特性の改善がなされる。具体的には、第１反射層の中心波長を、光源の波長に対して０．８倍以上１．０倍未満とし、又は／かつ、第２反射層の中心波長を１．２０倍以上１．３５倍以下とし、各反射層の中心波長の波長差を離間させることで、上記の効果が顕著に得られる。従って、ＬＥＤ光と変換光のピーク間波長域より、第１、２反射層の中心波長間を大きくして、好ましくは、短波長側の第１反射層の中心波長をＬＥＤ光のピーク波長より短波長とし、長波長側の第２反射層の中心波長を変換光のピーク波長と同程度かそれより長波長とすること、例えば変換光ピークの半値となる波長よりピーク側（ピーク値の半値以上の波長域）、具体的にはピーク波長に±２０nmの範囲に含まれることが好ましい。さらに好ましくは第１、２反射層の中心波長間に、ＬＥＤ光ピーク波長と変換光ピーク波長若しくはピーク値の半値以上の波長域の一部が包含され、具体的には波長域の１／４以上が包含される。このように、従来における多層膜反射層の中心波長を、入射角が高角度の成分に対応させるように、すなわちＬＥＤ光の波長より長波長のものを追加、若しくは長波長側に広帯域化、させる構造に比して、本発明では短波長側の中心波長（第１反射層）を有する点、また、その反射層の中心波長の間をＬＥＤ−変換光ピーク間、若しくはＬＥＤピーク波長−変換光の短波長側の半値の波長間より広く離間させている点で相違し、これにより発光素子、発光装置の特性を向上させている。具体的には、ＬＥＤ−変換光ピーク間（約１００nm）に比して、各実施例の第１、２反射層の中心波長間は、実施例１で１１５nm、実施例２、３、５で１８４nm、実施例４で１９０nm、またその比、［第１、２反射層の中心波長間］／［ＬＥＤ−変換光ピーク間］、は、１．１５、１．８４、１．９０である。このことから、ＬＥＤ−変換光ピーク間と第１、２反射層の中心波長間の比を、１．１〜３倍程度、好ましくは１．３〜２．５倍程度とすると良いことがわかる。
【０１０４】
また、実施例３〜５は、第１、２反射層に加えて、第３反射層を波長域両端の第１、２反射層の中心波長の間に中心波長を有している。実施例３は実施例２にＬＥＤ光ピーク波長に相当する第３反射層を有し、実施例４は実施例２同様にＬＥＤ光ピーク波長の短波長側、変換光ピーク波長の長波長側に対応する第１、２反射層に加えて、変換光ピーク波長に略相当する第３反射層を有し、実施例５は実施例２に比して第１、２反射層の中心波長間を同一として、その中心波長の両端をより長波長側に設定している。実施例２に比して、実施例３、４は光束及びその比が低下する傾向にあるが、実施例３は特に低下が大きい。このことから、第３反射層はＬＥＤ−変換光ピーク間の領域に設けられることが好ましく、そのＬＥＤ−変換光ピーク間中心（４９０nm）より長波長側、第１、２反射層の中心波長間の中心（実施例５では５２９ｎｍ）より長波長側が好ましい。
【０１０５】
（比較例２〜３、実施例６〜７）
さらに、比較例２〜３、実施例６〜７の反射構造では、上記の実施例１と比して、膜厚が５０ｎｍ程度の透光性導電層（ＩＴＯ）と誘電体多層膜層との間における、絶縁性膜（ＳｉＯ2）の介在の有無の点で相違する。反射構造である誘電体多層膜の開口部パターンは、実施例１と同様のドット状とする。
【０１０６】
具体的に、比較例２及び実施例６の反射構造は、上記比較例１と同様、すなわち反射の中心波長を４６０ｎｍとする第１反射層のみから構成される。ただし、比較例２は絶縁性膜を備えておらず、一方、実施例６の発光素子は絶縁性膜を備える。また、比較例３及び実施例７の反射構造は、光源（４６０ｎｍ）を基準とする０．７倍以上１．２倍以下であって、公差０．１毎に相当する中心波長の層を１ペアずつ、計６ペア積層したものである。すなわち、複数の反射層を有する。ただし、比較例３は絶縁性膜を備えず、一方、実施例７の発光素子は絶縁性膜を有する。該各発光素子を、波長変換部材を含有する発光装置に搭載して得られる発光特性を表２に示す。表２より、絶縁性膜を有する電極構造では、反射構造に依らず、発光特性が向上する。
【０１０７】
【表２】
0005634003.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の発光装置は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】実施の形態１に係る発光装置の概略断面図である。
【図２】実施の形態１に係る発光装置の一部拡大断面図である。
【図３】実施の形態１に係る発光素子の断面図である。
【図４】実施の形態１に係る発光素子の、反射構造が形成される製造工程を説明する説明図である。
【図５】透光性導電層の上面に誘電体多層膜を設けた例を示す略平面図である。
【図６】透光性導電層の上面に誘電体多層膜を設けた他の例を示す略平面図である。
【図７】実施の形態１に係る発光装置の製造方法を示す模式図である。
【図８】実施の形態２に係る発光素子の断面図である。
【図９】実施の形態３に係る発光素子の断面図である。
【図１０】実施の形態４に係る発光素子の断面図である。
【図１１】比較例１実施例１〜５の反射構造における反射率を示すグラフである。
【図１２】実施例と比較例に係る発光装置の発光スペクトル図である。
【図１３】従来の発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１…発光装置
３…電極
３Ａ…第１の電極（ｎ型パッド電極）
３Ｂ…第２の電極（ｐ型パッド電極）
４…反射構造（誘電体多層膜）
４ａ…第１反射層
４ｂ…第２反射層
５…成長基板（サファイヤ基板）
６…第１の窒化物半導体層（ｎ型半導体層）
６ａ…ｎ型コンタクト層
７…第２の窒化物半導体層（ｐ型半導体層）
８…発光層（活性層）
９…配線基板（サブマウント基板）
１０、２０、３０、４０…発光素子（窒化物半導体素子）
１１…半導体構造（窒化物半導体層）
１２…波長変換部材（蛍光体）
１３…透光性導電層（透光性電極、ＩＴＯ）
１４…保護膜
１６…絶縁性膜（保護膜）
１８…光取り出し面
１９…界面
２１、２２…保護膜の開口部
２３…金属電極層
２４…導電部材（バンプ）
２５…ウェハ
２６…被覆層（樹脂）
２７…支持体
２８…共晶層
２９…支持体の電極
３１…ワイヤボンディング
３２…導通経路
３４…反射構造群
３４Ａ…第１段目の反射構造群
３４Ｂ…第２段目の反射構造群
３５…開口部
３６…レンズ
１００…発光装置
１０１…基板
１０２…ｎ型半導体層
１０３…発光層
１０４…ｐ型半導体層
１０５…ｐ側電極
１０５ａ…Ａｇ層
１０５ｂ…金属層
１０６…ｎ側電極
【図１】
0005634003.tif 000004
【図２】
0005634003.tif 000005
【図３】
0005634003.tif 000006
【図４】
0005634003.tif 000007
【図５】
0005634003.tif 000008
【図６】
0005634003.tif 000009
【図７】
0005634003.tif 000010
【図８】
0005634003.tif 000011
【図９】
0005634003.tif 000012
【図１０】
0005634003.tif 000013
【図１１】
0005634003.tif 000014
【図１２】
0005634003.tif 000015
【図１３】
0005634003.tif 000016