(57)【要約】【課題】より一層光取り出し効率の向上を実現した半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】表面に複数の凸部を有する基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成された半導体発光素子であって、前記ｎ型窒化物半導体層は、少なくとも一部領域において、一方向に延長する露出領域を有しており、前記凸部は、その底面形状が複数の頂点を有しており、前記凸部のうち、隣接する２つの頂点が、前記露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離となるように配置された凸部が全体の半分以上を占める半導体発光素子。【選択図】図１Ａ
2014027236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の凸部を有する基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成された半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層は、少なくとも一部領域において、一方向に延長する露出領域を有しており、
前記凸部は、その底面形状が複数の頂点を有しており、
前記凸部のうち、隣接する２つの頂点が、前記露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離となるように配置された凸部が全体の半分以上を占めることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記凸部は、底面形状が３つの頂点を有する形状である請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記凸部は、錐台状又は錐体状である請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記複数の凸部は、前記延長線に対して平行な複数の列を構成し、該複数の列のうち隣接する２つの列の凸部は、互いに１／２ピッチずれて配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記複数の凸部は、前記延長線に対して垂直な複数の行を構成し、該複数の行のうち隣接する２つの行の凸部は、互いに１／２ピッチずれて配置されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体発光素子は、平面形状が長方形であり、前記一方向が該長方形の長辺に平行又は略平行な方向である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層の露出領域上の一部には、ｎ側パッド電極が配置されており、該ｎ側パッド電極は、前記一方向に直交する方向の中央領域に配置されたｎ側パッド部と、該ｎ側パッド部から延長し、前記一方向に延伸するｎ側延伸部とを含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記露出領域を含んで延びる一方向への延長線が、前記一方向に延伸するｎ側延伸部を含んで延びる延長線と一致し、
前記凸部のうち、隣接する２つの頂点が、前記ｎ側延伸部を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離となるように配置された凸部が全体の半分以上を占める請求項７に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】
近年、半導体発光素子は、ディスプレイ、バックライト及び照明等の様々な分野のデバイスにおいて光源として広く利用されている。
このように広く利用されている半導体発光素子においては、その光取り出し効率をより向上させるために、電極材料の選択、電極の配置、半導体発光素子底面における反射膜の配置など、素子自体に発光効率を向上させる工夫がなされている。
その一例として、例えば、発光効率を向上させるために、基板表面に所定形状の凸部を設けることが提案されている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７７５６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、さらなる発光効率の向上を実現することが求められているのが現状である。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、より一層光取り出し効率の向上を実現した半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願は以下の発明を含む。
（１）表面に複数の凸部を有する基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成された半導体発光素子であって、
前記ｎ型窒化物半導体層は、少なくとも一部領域において、一方向に延長する露出領域を有しており、
前記凸部は、その底面形状が複数の頂点を有しており、
前記凸部のうち、隣接する２つの頂点が、前記露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離となるように配置された凸部が全体の半分以上を占めることを特徴とする半導体発光素子。
（２）前記凸部は、底面形状が３つの頂点を有する形状である上記に記載の半導体発光素子。
（３）前記凸部は、錐台状又は錐体状である上記いずれかに記載の半導体発光素子。
（４）前記複数の凸部は、前記延長線に対して平行な複数の列を構成し、該複数の列のうち隣接する２つの列の凸部は、互いに１／２ピッチずれて配置されている上記いずれかに記載の半導体発光素子。
（５）前記複数の凸部は、前記延長線に対して垂直な複数の行を構成し、該複数の行のうち隣接する２つの行の凸部は、互いに１／２ピッチずれて配置されている上記いずれかに記載の半導体発光素子。
（６）前記半導体発光素子は、平面形状が長方形であり、前記一方向が該長方形の長辺に平行又は略平行な方向である上記いずれかに記載の半導体発光素子。
（７）前記ｎ型窒化物半導体層の露出領域上の一部には、ｎ側パッド電極が配置されており、該ｎ側パッド電極は、前記一方向に直交する方向の中央領域に配置されたｎ側パッド部と、該ｎ側パッド部から延長し、前記一方向に延伸するｎ側延伸部とを含む上記いずれに記載の半導体発光素子。
（８）前記露出領域を含んで延びる一方向への延長線が、前記一方向に延伸するｎ側延伸部を含んで延びる延長線と一致し、
前記凸部のうち、隣接する２つの頂点が、前記ｎ側延伸部を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離となるように配置された凸部が全体の半分以上を占める上記いずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の半導体発光素子によれば、より一層光取り出し効率の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１の半導体発光素子を電極配置面側から見た平面図である。
【図１Ｂ】図１のＩ−Ｉ’線断面図である。
【図１Ｃ】図１のＩＩ−ＩＩ’線断面図である。
【図１Ｄ】図１の領域Ｙにおける１つの凸部の向きを示す拡大平面図である。
【図１Ｅ】図１の領域Ｙにおける凸部の一配列を示す平面図である。
【図１Ｆ】図１の領域Ｙにおける凸部の別の配列を示す平面図である。
【図１Ｇ】図１の半導体発光素子の指向特性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態２の半導体発光素子を電極配置面側から見た平面図である。
【図３】半導体発光素子における１つの凸部の別の向きを示す拡大平面図である。
【図４Ａ】半導体発光素子における１つの凸部のさらに別の向きを示す拡大平面図である。
【図４Ｂ】半導体発光素子における１つの凸部のさらに別の向きを示す拡大平面図である。
【図５】本発明の別の形態の半導体発光素子を電極配置面側から見た平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、主として、表面に複数の凸部を有する基板上に、ｎ型窒化物半導体層、発光層及びｐ型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成される。この半導体発光素子は、通常、ｎ型窒化物半導体層及びｐ型窒化物半導体層に、それぞれｎ側電極及びｐ側電極を備える。
【０００９】
（基板）
基板は、特に限定されるものではなく、窒化物半導体をエピタキシャル成長させることができる基板であればよい。基板は、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）、ＡｌＮのような絶縁性基板、炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド並びに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等が挙げられる。なかでも、サファイア基板が好ましく、凸部が形成される前の基板として、Ｃ面を一面とするサファイア基板が好ましい。基板は、その表面及び／又は裏面にオフアングルを有していてもよい。このオフアングルは、例えば、０〜１０°程度が挙げられ、０〜±５°程度、０〜±２°程度、０〜±１°程度、０〜±０．５°程度、０〜±０．２５°程度が好ましい。
基板の厚みは特に限定されないが、凸部の形成及び半導体層の積層等における強度を考慮すると、５０μｍ〜２ｍｍ程度であることが適している。
【００１０】
（凸部）
基板の表面に存在する凸部は、その底面形状が複数の頂点を有する形状であればよい。つまり、円又は楕円等のような形状ではなく、底面を形作る線が急激にその方向を変える点（つまり、頂点）が複数存在し、このような複数の線と頂点とによって形作られた形状を意味する。ここでの線は、必ずしも直線のみを意味するのではなく、弧のように湾曲した線であってもよい。具体的には、三角形、五角形、六角形等の多角形又はこれに近似した形状、好ましくは、これらの正多角形又は正多角形に近似した形状、より好ましくは、三角形又は正三角形に近似した形状が挙げられる。ここで、近似した形状とは、上述したように、隣接する頂点同士を結ぶ線が必ずしも直線でなく、湾曲した線によって形作られる形状を意味する（例えば、図１Ｄの線Ｄ、Ｅ、Ｆ参照）。
【００１１】
凸部の底面のサイズ、例えば、隣接する頂点を結ぶ線の距離又は任意の頂点間の最長距離は、０．１μｍ〜５μｍ程度が挙げられる。また、凸部同士の間隔、つまり、隣接する凸部同士の最小の距離は、０．５〜５０μｍ程度、１〜２０μｍ程度が挙げられる。
【００１２】
凸部の形状は、錐体状、錐台状等が挙げられる。錐体状又は錐台状である場合には、その凸部の底面と側面とのなす角は、３０〜８０°程度が挙げられ、４０〜７０°程度が好ましい。
凸部の高さは、例えば、０．２μｍ程度以上、基板上に積層する半導体層の総厚さ以下であることが適している。発光波長をλとしたとき、高さがλ／４以上であることが好ましい。光を十分に散乱又は回折することができるとともに、積層された半導体層の横方向における電流の流れを良好に維持し、発光効率を確保することができる。
【００１３】
複数の凸部のうち、特定の凸部は、１つの半導体素子を構成する基板上の凸部数の半分以上を占める（例えばこれを「優勢」ということがある）。この場合、１つの半導体発光素子において配置する複数の凸部の大きさ（底面積）は同じであることが好ましい。
【００１４】
例えば、図１Ａに示すように、ｎ型窒化物半導体の露出領域２ａが発光素子の２つの辺に沿って端部に設けられる場合には、基板表面の全面において、凸部が、図１Ｄに示す方向で配置していても、ｎ型窒化物半導体の露出領域の大きさにもよるが、略８５％程度以上、好ましくは９０％以上において、特定の凸部が優勢に配置された状態とすることができる。
また、図２に示すように、ｎ型窒化物半導体の露出領域７２ａが発光素子の中央付近に設けられる場合には、基板表面の全面において、図１Ｄに示す方向に配置すれば、略５０％程度において、特定の凸部が優勢に配置された状態とすることができる。さらに、図２に示すように、露出領域が中央付近に設けられる場合、例えば、その中央線Ｗ（厳密には、ｎ側延伸部の中央線）に対して、Ｗｒ側は図１Ｄに示す方向に配置し、Ｗｌ側はその逆、つまり図３に示す方向に配置することにより、略１００％において、特定の凸部を優勢に配置させた状態とすることができる。
【００１５】
特定の凸部とは、隣接する２つの頂点が一方向に延長する線に対して等距離となるように配置された凸部を意味する。さらに、凸部における２つの頂点が一方向に延長する線に対して最短かつ等距離となるように配置されていることが好ましい。ここで、一方向に延長する線とは、例えば、後述するｎ型窒化物半導体層の露出領域が延びる一方向の延長線（この延長線は、露出領域内に及ぶ線も含む）、好ましくは、露出領域の延長方向に延びる露出領域の中央線及びその延長線、露出領域上に形成されているｎ側電極のｎ側延伸部の中央線及びその延長線のいずれかを意味する。言い換えると、この特定の凸部は、例えば、隣接する頂点を結ぶ線が、上述した一方向に延長する線に対して平行又は略平行であり、かつ、凸部内で一方向に延長する線に近い側に配置されていることを意味する。ここで、平行又は略平行又は略平行とは、±１０°程度、好ましくは±５°程度の傾斜を許容することを意味する。
【００１６】
このような特定の凸部は、上述したように配置されていればよく、基板全面においてランダムに配置されていてもよいし、規則的に配置されていてもよい（図１Ｅ及び１Ｆ参照）。
規則的な配置としては、例えば、複数の凸部は、上述した延長線に対して平行な複数の列を構成し、複数の列のうち隣接する２つの列の凸部が、互いに１／２ピッチずれた配置（図１Ｅ）、複数の凸部は、延長線に対して垂直な複数の行を構成し、複数の行のうち隣接する２つの行の凸部が、互いに１／２ピッチずれた配置（図１Ｆ）、言い換えると、複数の凸部は、それぞれ、露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して等距離となる２頂点を結ぶ線が、延長線に対して平行に、かつ（１）複数列を構成するように配置されており、この隣接する列の凸部は、１／２ピッチ列方向にシフトした配置であるか、（２）複数行を構成するように配置されており、この隣接する行の凸部は、１／２ピッチ行方向にシフトした配置等が挙げられる。
【００１７】
基板表面に凸部を形成する方法は、例えば、特開２００６−３１０８９３号公報、特開２００８−１７７５２８号公報、ＷＯ２００９／０２００３３号公報、特開２０１１−７７５６２等に記載されている、当該分野で公知の方法が挙げられる。
具体的には、適当な形状のマスクパターンを用いて、後述するようなドライエッチング又はウェットエッチング等のエッチングを行う方法が挙げられる。なかでも、ウェットエッチングが好ましい。この場合のエッチャントは、例えば、硫酸とリン酸との混酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、リン酸、ピロ硫酸カリウム等が挙げられる。また、マスクパターンを用いてエッチングした後、マスクパターンを除去して、さらに全面エッチングしてもよい。
【００１８】
凸部の底面形状は、例えば、用いるマスクパターンの形状、エッチング方法及び条件を適宜調整して制御することができる。この際のマスクパターンの材料及び形状は、例えば、絶縁膜（レジスト、ＳｉＯ２等）が挙げられる。その形状は、円形、楕円形、三角形又は四角形等の多角形形状の繰り返しパターン等が挙げられる。このようなマスクパターンの形成は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法により実現することができる。
【００１９】
このように、基板表面に凸部が形成されている場合には、活性層から、ｎ型窒化物半導体層内を導波してきた光が直接凸部表面に照射され、一部は電極配置面側に進行方向を変化させ、他の一部は、ｎ側の露出面の側面方向に反射させることができるため、光の取り出し効率が効果的なものとなる。
【００２０】
（半導体層）
半導体発光素子を構成する各半導体層は、種々の窒化物半導体を用いることができる。具体的には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などにより、基板上にＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の半導体を複数積層したものが用いられる。その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又は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。各半導体層は、超格子構造、活性層を量子効果が生ずる程度の薄膜に形成した単一量子井戸構造及び多重量子井戸構造としてもよい。
【００２１】
具体的には、半導体発光素子は、例えば、複数の凸部を有するサファイア基板１上に、ＧａＮバッファ層、ノンドープＧａＮ層、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層、活性層となるＩｎＧａＮ層、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層が、この順に積層された層構造によって構成することができる。
【００２２】
このような窒化物半導体層の積層構造は、その一部領域において、ｎ型窒化物半導体層が露出する露出領域が形成されている。通常、露出領域は、半導体発光素子の外縁を取り囲む領域と、後述するようなｎ側電極を形成する領域とを含むが、本発明における露出領域とは、後者を意味する。ｎ側電極を形成するための露出領域は、一方向（例えば、図１Ａにおいて矢印Ｚ方向）に延長している。露出領域の長さ、幅及び形状は特に限定されるものではなく、半導体発光素子の大きさ、形状等によって適宜調整することができる。また、このｎ側電極を形成するための露出領域は、半導体発光素子の外縁を取り囲む露出領域と連結されていてもよいし、この外縁を取り囲む露出領域とは分離して配置されていてもよい。
この露出領域は、窒化物半導体層の積層構造を形成した際、その上に存在するｐ型窒化物半導体層と発光層、任意にｎ型窒化物半導体層の深さ方向の一部が除去されることにより形成されている。
【００２３】
上述した例においては、例えば、ＭｇドープＧａＮ層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層、ＩｎＧａＮ層、ＳｉドープＧａＮ層、ＳｉドープＧａＮ層は、部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層が露出する露出領域を有することができる。
【００２４】
半導体発光素子は、電極配置面側から見て、長方形形状であることが好ましい。長方形形状としては、例えば、２対の辺が１：１．５〜８程度の比となるものが挙げられ、好ましくは１：２〜５程度であり、より好ましくは１：２．５〜４程度である。具体的には、１５０μｍ〜２５０μｍ×６００μｍ〜９００μｍ程度が挙げられる。特に、長手方向に細長い形状とすることにより、半導体発光素子を、例えばサイドビュー型にパッケージングする場合に、高さ方向に非常に小さい発光装置を得ることができる。
【００２５】
（電極）
ｎ側電極は、任意にｎ型窒化物半導体層の略全表面に接続された透光性導電膜と、その上に接続されるｎ側パッド電極とを備える。ｐ型電極は、ｐ型窒化物半導体層の略全表面に接続された透光性導電膜と、その上に接続されるｐ側パッド電極とを備える。なお、これらｎ側の透光性導電膜、ｎ側パッド電極、ｐ側透光性導電膜、ｐ側パッド電極は、上述したｎ型窒化物半導体層の露出領域の位置に応じて、半導体発光素子の外周に沿って又は内側のいずれに配置されていてもよい。
これらのｎ側及びｐ側パッド電極は、通常、上述した透光性導電膜に対して、全域で導通するように配置されている。つまり、パッド電極は、その全面において、透光性導電膜に接触するように配置されている。これによって、ｎ側及びｐ側パッド電極は、ｎ型半導体層及びｐ型半導体層に、それぞれ、全域で導通するように配置されることとなる。
【００２６】
特に、ｐ型電極では、透光性導電膜を介して、ｐ側パッド電極の直下及びその外周を取り囲む領域であって、ｐ側窒化物半導体層上に、絶縁膜が配置されていることが好ましい（図１Ｂ及び図１Ｃの絶縁膜５参照）。ここでの絶縁膜は、当該分野で通常用いられるもの、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ等の酸化物又は窒化物等の単層又は積層膜が挙げられる。なかでも、二酸化シリコンが好ましい。絶縁膜の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜２μｍ程度とすることが好ましい。これにより、電流が直接印加されるｐ側パッド電極から、その直下のｐ型窒化物半導体層への直接的な電流の供給を緩和させて、半導体発光素子の全面に渡ってより均一に電流を分布させることが可能となる。
【００２７】
ｎ側及びｐ側の透光性導電膜は、公知の材料、例えば、ＩＴＯ等の透明導電性酸化物によって形成することができる。また、後述するパッド電極を構成することができる各種金属又は合金の単層又は積層膜で形成してもよい。
ｎ側及びｐ側のパッド電極は、公知の材料、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属又は合金の単層又は積層膜で形成することができる。例えば、ｎ型窒化物半導体層側から、Ａｌ、Ｗ、Ｐｔ及びＡｕを積層した積層膜、ｐ型窒化物半導体層側から、Ｎｉ、Ａｕ及びＡｕを積層した積層膜等が挙げられる。
これらの電極は、ｎ側とｐ側とで、それぞれ異なる材料及び／又は積層構造で形成されていてもよいし、製造方法の簡略化を考慮して、それぞれ同一材料の同一積層構造又は一部同一材料の積層構造で形成されていてもよい。
【００２８】
ｎ側パッド電極は、ｎ側パッド部と、このｎ側パッド部から延長するｎ側延伸部を備える。ｐ側のパッド電極は、ｐ側パッド部と、このｐ側パッド部から延長するｐ側延伸部を備える。
このように、パッド部から、延伸部を延長させることにより、パッド部に供給された電流を、半導体発光素子の全面に渡って拡散することができる。
【００２９】
ｎ側パッド部及びｐ側パッド部は、ワイヤボンディング等のボンディングを実現できる程度の面積を有していればよく、上述したｎ型窒化物半導体の露出領域が延長する一方向に直交する方向（例えば、短手方向）の中央領域に、互いに向かい合って配置されていることが好ましい。ここでの中央領域に配置されているとは、ｎ側パッド部及びｐ側パッド部のそれぞれ一部が、半導体発光素子の、いわゆる短手方向の中央（例えば、図１中、Ｘ）に跨って配置していることを意味する。なかでも、ｎ側パッド部及びｐ側パッド部のそれぞれの重心が中央に配置されていることが好ましい。また、ｎ側パッド部及びｐ側パッド部は、いわゆる短手方向において、同じ位置に配置されていることが好ましい。
これらのパッド部を、いわゆる短手方向の中央領域に配置することにより、パッケージング等する場合に、半導体発光素子の収容空間が非常に狭い場合であっても、実装性を良好に確保することが可能となる。
【００３０】
ｎ側パッド部は、一方向（例えば、長手方向）においては、ｎ型窒化物半導体層から、半導体発光素子の中心側に偏って配置されていてもよいし（図２中、２１ａ参照）、ｎ型窒化物半導体層の端部にほぼ隣接して配置されていてもよい（図１Ａ中、１１ａ参照）。
ｐ側パッド部は、いわゆる長手方向においては、ｐ型窒化物半導体層の端部にほぼ隣接して配置されていてもよいし（図２中、２２ａ参照）、ｐ型窒化物半導体層から、半導体発光素子の中心側に偏って配置されていてもよい（図１Ａ中、１２ａ参照）。言い換えると、ｐ型半導体の短辺から離間して配置されていてもよい。
なかでも、ｎ側パッド部がｎ型窒化物半導体層の端部に隣接して配置され、ｐ側パッド部が半導体発光素子の中心側に偏って配置されていることが好ましい。このような配置によって、ｐ側パッド電極の全周辺において、より均一に電流を拡散させることができ、半導体発光素子の全面に渡る均一な電流の拡散を実現することができる。また、ｎ側パッド部との距離を最適化することができるため、Ｖｆを低減させることができる。
中心側に偏って配置される程度は、例えば、後述するパッド部の直径又は長さの１〜３倍程度、好ましくは１〜２倍程度が挙げられる。
ｎ側パッド部とｐ側パッド部との距離は、例えば、半導体発光素子の長手方向の長さの５０〜８５％程度、好ましくは６０〜８０％の長さが例示され、具体的には、５００μｍ〜７００μｍ程度が挙げられる。
ｎ側パッド部及びｐ側パッド部は、必ずしも同じ形状及び大きさでなくてもよいが、例えば、半導体発光素子の短辺の長さの１／６〜１／２程度、好ましくは１／５〜１／３程度の直径を有する円に近い形状又は一辺がこの程度の長さの四角形に近い形状であるものが挙げられ、具体的には、直径又は一辺の長さが４０〜８０μｍ程度が挙げられる。
【００３１】
ｎ側延伸部及びｐ側延伸部は、同じ太さであってもよいし、異なる太さであってもよいし、部分的に異なる太さであってもよいし、一部のみ幅広となる太さであってもよい。これら延伸部は、同じ長さであってもよいし、異なる長さであってもよい。例えば、これら延伸部は、ｎ側パッド部及びｐ側パッド部の１／２０〜１／５程度の幅を有するものが挙げられる。具体的には、３μｍ〜１２μｍ程度、好ましくは５μｍ〜８μｍ程度が挙げられる。
ｎ側延伸部及びｐ側延伸部は、それらの一部同士が、通常、図１Ａにおける矢印Ｚ方向（いわゆる長手方向）の一部において、オーバーラップするように配置されている。このようなオーバーラップの部位においては、ｎ側延伸部に隣接するｐ側半導体層の端部とｐ側延伸部との距離α（最短距離、例えば、図１参照）は、ｐ側延伸部とｎ側延伸部とは反対側に位置するｐ型半導体層の端部）との距離β（最短距離、例えば、図１参照）よりも長いことが好ましい。この距離αと距離βの長さの違いは、例えば、α：β＝１．５〜３：１程度が挙げられる。具体的には、αは１００〜１５０μｍ程度の範囲であり、βは６０〜８５μｍ程度の範囲であり、（α−β）は３０〜５０μｍ程度が好ましい。
ここで、一方向においてオーバーラップするとは、半導体層の積層方向に重なっていることを意味するものではなく、電極配置面側から見て、一方向に直交する線に平行な線を一方向に移動させた場合に、この平行な線がいずれかの位置で、ｎ側延伸部及びｐ側延伸部の双方に交差することを意味する。例えば、図１Ａにおいては、矢印Ｍの領域が長手方向においてオーバーラップする領域を指す。
上述したオーバーラップの部位においては、特に電流が集中しやすくなるが、上述した距離αを距離βよりも長くすることにより、電流集中を効果的に緩和させることができる。
【００３２】
ただし、ｎ側延伸部の先端は、一方向において、ｐ側パッド部とオーバーラップしないことが好ましい。また、ｐ側延伸部の先端が、一方向において、ｎ側パッド部とオーバーラップしないことが好ましい。これにより、パッド部と延伸部との間で発生する電流集中を効果的に緩和することができる。
【００３３】
ｎ側延伸部は、ｎ側パッド部から延長する限り、どのように伸びていてもよい。例えば、必ずしも全部が辺に沿わずに、一部のみ辺に向かって伸びていてもよい（例えば、図１Ａ等参照）し、半導体発光素子の短手方向の中央線に沿って伸びていてもよい（例えば、図２参照）。
なお、ｎ側延伸部は、上述したように、ｎ型窒化物半導体層の露出領域上に形成されるため、その形状は、露出領域の形状に対応するため、露出領域を含んで延びる一方向への延長線は、一方向に延伸するｎ側延伸部を含んで延びる延長線と一致する。
【００３４】
ｐ側延伸部は、ｐ側パッド部から延伸する限り、さらに、ｎ側パッド部側に延伸する限り、どのように伸びていてもよい。ｐ側延伸部は、少なくとも一部が、半導体発光素子の中央領域から該中央領域に対してｎ側延伸部が配置された領域とは反対側の領域に及ぶ領域上において、延伸していることが好ましい。例えば、ｐ側パッド部の端部から直線状に伸びるか（例えば、図１Ａ参照）又は屈曲部分を有して直線状に伸びていてもよい（例えば、図２参照）。ｐ側パッド部の端部から伸びる場合、その方向は、半導体発光素子の長辺に沿って、つまり、長辺に平行な方向に伸びることが好ましい。
ｐ側延伸部がｐ側パッド部の中央から延長する場合には、電流分布の均一性を向上させながら、さらにＶｆを改善することができる。この場合、特に、ｐ側延伸部がｎ側延伸部と近づくと、電流集中が生じやすくなるが、オーバーラップ部分以外のところで、ｐ側延伸部をよりｎ側延伸部に近づけることで、電流集中を軽減したまま、さらにＶｆ改善することができる。
【００３５】
（保護膜）
本発明の半導体発光素子は、通常、その上面が保護膜によって形成されており、ｎ側パッド部及びｐ側パッド部へのワイヤボンディングを確保するために、これらｎ側パッド部及びｐ側パッド部の直上に開口（図１等の保護膜６参照）を有している。ここでの保護膜としては、上述した絶縁膜と同様のものが挙げられる。
【００３６】
本発明においては、基板表面の凸部の形状及び配置によって、半導体層内、特に、ｎ型窒化物半導体層内を導波する光を、基板とｎ側窒化物半導体層との界面で、凸部の側面によって、露出領域を規定する半導体層の側面に向けて効率的に反射させることができる。これによって、露出領域を規定する半導体層の側面に向けて効率的に反射させた光を、光取り出し面に向けることができるため、より効率的に光取り出しを向上させることができる。また、半導体発光素子におけるｎ側パッド電極及びｐ側パッド電極の配置及び形状によって、発光強度分布を均一化し、順方向降下電圧（Ｖｆ）を低減させて発光特性とともに、実装性にも優れた半導体発光素子を実現することができる。特に、基板表面の凸部の形状及び配置と、ｎ側パッド電極及びｐ側パッド電極の配置及び形状との双方を組み合わせることにより、より一層の光取り出し効率の向上を実現することができる。
以下に本発明の半導体発光素子の実施形態を具体的に説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
この実施の形態の半導体発光素子１０は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、複数の凸部１ａを備えた基板１上に、ｎ型窒化物半導体層２、発光層３、ｐ型窒化物半導体層４がこの順に積層されて、平面形状が長方形に形成されている。この半導体発光素子１０は、電極配置面側から見て、例えば、２４０μｍ×８００μｍの長方形形状である。
半導体発光素子１０の一部領域においては、ｐ型窒化物半導体層４及び発光層３とともに、ｎ型窒化物半導体層２が深さ方向に若干除去されて、ｎ型窒化物半導体層２が露出した露出領域２ａを備える。この露出領域２ａは、一方向、例えば、図１Ａにおける矢印Ｚ方向（いわゆる長手方向）に、延長した領域を有するとともに、一方向に直交する方向、つまり、半導体発光素子の短手方向の中央領域（中央線Ｘを跨ぐ領域）に配置され、半導体発光素子１０の短辺に略隣接して配置された領域と、半導体発光素子１０の一コーナー部位を含み、一方向に延長した領域につながる領域とを有している。
【００３８】
基板１の表面の複数の凸部１ａは、図１ＡのＹ領域において拡大して模式的に示すとともに、図１Ｄに示したような形状及び向きで、基板１上の全面にわたって配置されている。
つまり、凸部１ａは、底面形状が複数の頂点、例えば、３つの頂点Ａ、Ｂ及びＣを有しており、隣接する２つの頂点Ａ及びＢが、露出領域２ａから一方向へ延びる延長線Ｑに対して、最短かつ等距離となるように配置されている。言い換えると、隣接する頂点Ａ及びＢを結ぶ線Ｇが、一方向に延長した延長線Ｑに実質的に平行であり、かつ、凸部１ａ内で一方向に延長する延長線Ｑに近い側、つまり、図１Ａにおいては、左側に配置されている。
これにより、基板１とｎ型窒化物半導体層２との界面で効果的に光を乱反射させることができ、特に、凸部１ａの側面ｄに照射された光は、ｎ型窒化物半導体層の露出領域２ａの側面に反射され、これに起因して、光取り出し側への反射をより一層確実にすることができる。
【００３９】
ただし、凸部１ａの形状及び配置は、図１Ｄに示されたように基板１上全面にわたって配置されているため、露出領域２ａ直下の基板１表面では、上述した頂点Ａ及びＢの延長線Ｑに対する最短かつ等距離という関係は、必ずしも該当しないこととなる。
【００４０】
この半導体発光素子１０では、凸部１ａは、その底面の形状が、頂点Ａ、Ｂ及びＣを結んだ線によって、一辺が２．５μｍ程度の正三角形を構成し、テーパー角が６０°程度の錐台形状である。頂点Ａ及びＢ、頂点Ｂ及びＣ、頂点Ａ及びＣの間に配置する側面ｄ、ｅ、ｆは、それぞれ、外側に向かって凸の湾曲を有しており、凸部１ａの上面ｊは、正三角形をベースとして円形に近い形状となっている。言い換えると、正三角形の頂点が丸みを帯び、また、各辺が外側に膨らみ丸みを帯びているものである。凸部１ａの高さは、例えば、１μｍ程度である。隣接する頂点Ａ同士の距離（ピッチ）は３．５μｍ程度である。
【００４１】
凸部１ａは、基板１の表面において、上述したように図１Ｄの形状及び配置とし、かつ図１Ｅに示すように、各凸部１ａの２つの頂点を結ぶ線が、斜め方向に隣接する凸部１ａにおいて、直線を構成するように配置されている。言い換えると、凸部１ａの配置を向かって右から第１列、第２列、第３列とすると、第２列は第１列から凸部１ａの半分のピッチだけ列方向（縦方向）にシフトしており、第３列は第２列からさらに凸部１ａの半分のピッチだけ列方向にシフトしている。したがって第３列の各凸部１ａは、第１列の凸部１ａと行方向（横方向）では位置が重なっている。このような配置によれば、凸部１ａにより、横方向における光を効果的に凸部１ａの側面に照射させ、光取り出し方向への反射を確実にすることができ、光取り出し効果を向上させることができる。
【００４２】
また、凸部１ａの分布を、図１Ｆに示すように、凸部１ａの行ごとに、凸部１ａの半分の幅ずつシフトするように配置することが好ましい。すなわち、図１Ｆにおいて凸部１ａの配置を上から第１行、第２行、第３行とすると、第２行は第１行から凸部１ａの半分のピッチだけ行方向（横方向）にシフトしており、第３行は第２行からさらに凸部１ａの半分のピッチだけ行方向にシフトしている。したがって第３行の各凸部１ａは、第１行の凸部１ａと列方向（縦方向）では位置が重なっている。このような配置によれば、図１Ｅの示す分布において、横方向における光の抜け道Ｌをより塞ぐことができるために（図１Ｆ矢印Ｌ参照）、光の凸部１ａの側面への照射及び光取り出し方向への反射をより確実にすることができ、光取り出し効果をさらに向上させることができる。
【００４３】
ｎ側電極は、ｎ型窒化物半導体層の露出領域２ａ表面の大部分に形成されたｎ側透光性導電膜１１ｎとその上に積層されたｎ側パッド電極１１とによって形成されている。ｐ側電極は、ｐ型窒化物半導体層の表面の略全面に形成されたｐ側透光性導電膜１２ｐとその上に積層されたｐ側パッド電極１２とによって形成されている。
【００４４】
ｎ側パッド電極１１は、ｎ側パッド部１１ａと、ｎ側延伸部１１ｂを有する。ｎ側パッド部１１ａは、短手方向の中央領域（中央線Ｘを跨ぐ領域）に配置され、半導体発光素子１０の短辺に略隣接して配置されている。ｎ側延伸部１１ｂは、ｎ側パッド部１１ａから、短辺に沿わずに、短辺から離れ、かつ長辺に向かって伸びるように、半導体発光素子１０のコーナー部で丸みを帯びた形状で配置されている。ｎ側延伸部１１ｂは、ｎ側延伸部１１ｂからｎ側パッド部１１ａに向かって若干幅広となる部分を有する。
【００４５】
ｐ側パッド電極１２は、ｐ側パッド部１２ａと、ｐ側延伸部１２ｂとを有する。ｐ側パッド部１２ａは、短手方向の中央領域（Ｘを跨ぐ領域）に配置され、半導体発光素子１０のｎ側パッド部１１ａが配置された短辺とは異なる短辺から、半導体発光素１０子の中心側に偏って配置されている。ｐ側延伸部１２ｂは、ｐ側パッド部１２ａの端部、つまり、ｎ側延伸部１１ｂが配置する側とは異なる側の、短手方向の端部から、半導体発光素子１０長辺に平行な方向に、ｎ側パッド部１１ａに近づく方向に延伸している。言い換えると、ｐ側延伸部１２ｂは、半導体発光素子１０の中央領域に対して、ｎ側延伸部１１ｂが配置された領域とは反対側の領域において延伸している。
【００４６】
半導体発光素子１０の短辺から中心側に偏って配置されたｐ側パッド部１２ａは、例えば、半導体発光素子１０の長辺長さの１８％程度内側に配置されている。具体的には、半導体発光素子１０の端部からｐ側パッド部１２ａの中心までの距離は１５０μｍ程度が挙げられる。
このように、ｐ側パッド部１２ａが中心側に偏って配置されているために、ｐ側パッド部１２ａの全周において発光できる領域を確保することができ、発光強度分布をより均一にすることが可能となる。
【００４７】
ｎ側延伸部１１ｂの先端は、長手方向において、ｐ側パッド部１２ａとオーバーラップしておらず、ｐ側延伸部１２ｂの先端は、長手方向において、ｎ側パッド部１１ａとオーバーラップしていない。
これによって、ｎ側延伸部１１ｂの先端とｐ側パッド部１２ａとの間、ｐ側延伸部１２ｂの先端とｎ側パッド部１１ａとの間で、電流の集中が発生することなく、半導体発光素子の全体にわたって均一な光強度分布をより図ることができる。
【００４８】
また、この半導体発光素子は、図１Ａ〜図１Ｃに示したように、ｐ側透光性導電膜１２ｐを介して、ｐ側パッド電極１２の直下及びその外周を取り囲むように、ｐ型窒化物半導体層４上に、ＳｉＯ２からなる絶縁膜５（膜厚：３００ｎｍ）が配置されている。これにより、電流が直接印加されるｐ側パッド電極１２から、その直下のｐ型窒化物半導体層４への直接的な電流の供給を緩和させて、半導体発光素子の全面に渡ってより均一に電流を分布させることが可能となる。
【００４９】
このように基板１の表面に凸部１ａが、特定の形状及び配置で形成されている場合の半導体発光素子の指向特性を、配光測定器を用いて測定した。半導体発光素子１０長手方向の中央部を、図１Ａの線II−II’とし、露出領域２ａ側（図１Ａの左側）側面の法線方向を0°、半導体発光素子１０上面の法線方向（図１Ａの紙面手前方向）を90°、露出領域２ａと反対側（図１Ａの右側）側面の法線方向を180°として測定した光強度のプロットを図１Ｇに示す。
図１Ｇに丸で示すように、凸部１ａの頂点Ａ及びＢの間に配置する側面ｄが、図１Ａにおける矢印Ｚ方向（長手方向）に延長した露出領域２ａに面することにより、凸部１ａの側面dが存在する側に強く光を出射することができる。
【００５０】
また、上述した半導体発光素子１０をダイボンド樹脂によって反射板（例えば、銀）上に搭載し、その全体をエポキシ樹脂で封止したサンプルを想定し、光取り出し効率をシュミレーションした。
比較例として、半導体発光素子１０において、凸部１ａの形状は同一であるが、その配置を図４Ａのようにしたもの、つまり、隣接する２つの頂点ＡｂとＢｂ、ＢｂとＣｂ及びＣｂとＡｂのいずれもが、露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離とならないように配置したもの（比較例１）、図４Ｂのようにしたもの、つまり、隣接する２つの頂点ＡｄとＢｄ、ＢｄとＣｄ及びＣｄとＡｄのいずれもが、露出領域を含んで延びる一方向への延長線に対して、最短かつ等距離とならないように配置したもの（比較例２）以外、同様の構成を有する半導体発光素子を作製し、上記と同様にサンプルを想定して光取り出し効率をシュミレーションした。
その結果、半導体発光素子１０では、比較例１及び２に対して、光取り出し効率が６〜７％程度向上した。具体的には、半導体発光素子１０の光取り出し効率を１００％とすると、比較例１及び２では、いずれも９３〜９４％程度の光取り出し効率しかシュミレーションされなかった。
これにより、本実施形態の半導体発光素子１０では、比較例に対して、約６〜７％程度光取り出し効率が向上することが確認された。
【００５１】
また、この半導体発光素子では、ｎ側パッド部１１ａ及びｐ側パッド部１２ａが、短手方向の中央領域に配置されているために、導電性ワイヤをパッド電極に接合する際に、導電性ワイヤが周辺部材等に干渉することなく、適所において接合することができるために、ワイヤの断線などの不具合を招くことがなくなり、実装性を確保することができる。
【００５２】
（実施の形態２）
この実施の形態の半導体発光素子２０では、図２に示すように、ｎ型窒化物半導体層の露出領域７２ａが、半導体発光素子２０の内側に形成され、それに伴って、ｐ側電極及びｎ側電極の配置が実施の形態１と異なっている。
つまり、この半導体発光素子２０では、露出領域７２ａは、短手方向の中央領域（Ｘを跨ぐ領域）に配置され、半導体発光素子２０の内側に偏って配置された円形に近い領域と、その円形に近い領域から、半導体発光素子２０の中央領域上に延長する領域とを備えている。
ｎ側電極は、この露出領域７２ａの略全面に、透光性導電膜２１が形成されており、その上にｎ側パッド電極２１ｎが形成されている。ｎ側パッド電極２１ｎは、円形に近い領域上に配置されたｎ側パッド部２１ａと、その領域から半導体発光素子２０の中央領域上に延長するｎ側延伸部２１ｂを有する。
【００５３】
ｐ側電極は、短手方向の中央領域（中央線Ｘを跨ぐ領域）であって、半導体発光素子２０の短辺に略隣接した領域及びその両側から、短辺に沿わずに、短辺から離れ、かつ長辺に向かってそれぞれ伸び、半導体発光素子２０のコーナー部で丸みを帯びた形状の領域の上に配置された透光性導電膜２２と、短手方向の中央領域上に配置されたｐ側パッド部２２ａと、その両側から延びるｐ側延伸部２２ｂとを有する。
【００５４】
このようなｎ型窒化物半導体層の露出領域７２ａの配置に伴って、露出領域７２ａを含んで延びる一方向への延長線（図２中、Ｗ）、つまり、半導体発光素子２０の短手方向の中央線を境として、基板１上に形成される凸部を、その底面の２つの隣接する頂点が、延長線Ｗに対して最短かつ等距離という関係にするために、図２に対して延長線Ｗに対する右側（図２中、矢印Ｗｒの領域）においては、領域Ｙにおいて、拡大して模式的に表したように、図１Ｄに示す形状及び向きとし、延長線Ｗに対する左側（図２中、矢印Ｗｌの領域）においては、領域Ｙにおいて、拡大して模式的に表したように、図３に示す形状及び向き配置とした。
つまり、図２中、矢印Ｗｒの領域では、図１Ｄに示したように、隣接する頂点Ａ及びＢを結ぶ線Ｇが、一方向に延長した延長線Ｗに実質的に平行であり、かつ、凸部１ａａ内で延長線Ｗに近い側、左側に配置され、矢印Ｗｌの領域では、図３に示したように、隣接する頂点Ａｃ及びＢｃを結ぶ線Ｇｃが、延長線Ｗに実質的に平行であり、かつ、凸部１ａｂ内で延長線Ｗに近い側、右側に配置されている。
【００５５】
なお、基板の凸部１ａ及びｎ型窒化物半導体層の露出部の位置及び形状、ｎ側電極、ｐ側電極が異なる以外は、実質的に半導体発光素子１０と同様の構成を有する。
この半導体発光素子２０においても、実質的に半導体発光素子１０と同様の光取り出し効率を含む同様の効果が得られる。
【００５６】
（別の形態）
この形態の半導体発光素子１０ａは、図５に示すように、基板１の表面に形成される凸部１ａが、半導体発光素子１０とは水平方向に逆向きに配置されている以外、実質的に半導体発光素子１０と同様の構成を有することもできる。
つまり、この凸部１ａはすべて、図３に示したように、隣接する頂点Ａｃ及びＢｃを結ぶ線Ｇｃが、延長線Ｑに対して等距離（つまり、実質的に平行）であり、凸部１ａ内で延長線Ｑに遠い側、右側に配置されている。
【００５７】
この半導体発光素子１０ａを用いて、実施の形態１と同様に、ダイボンド樹脂によって反射板（例えば、銀）上に搭載し、その全体をエポキシ樹脂で封止したサンプルを想定し、光取り出し効率をシュミレーションした。
その結果、半導体発光素子１０ａでは、実施の形態１における半導体発光素子１０の光取り出し効率を１００％とした場合、略これに匹敵する値、９９．５％の光取り出し効率がシュミレーションされた。
これにより、本形態の半導体発光素子１０ａでは、比較例に対して、約５．５〜６％程度光取り出し効率が向上することが確認された。
【００５８】
（実施の形態３）
この実施の形態の半導体発光素子は、半導体発光素子２０のうち、基板１の表面に形成される凸部１ａを、全面にわたって、図１Ｄに示す凸部の形状及び向きで配置した以外、実質的に半導体発光素子２０と同様である。
この半導体発光素子においても、実質的に半導体発光素子２０と同様の光取り出し効率を含む同様の効果が得られる。
【００５９】
（実施の形態４）
この実施の形態の半導体発光素子は、半導体発光素子２０のうち、基板１の表面に形成される凸部１ａを、全面にわたって、図３に示す凸部の形状及び向きで配置した以外、実質的に半導体発光素子２０と同様である。
この半導体発光素子においても、実質的に半導体発光素子２０と同様の光取り出し効率を含む同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の半導体発光素子は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等に広範に利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
１ａ、１ａａ、１ａｂ  凸部
２  ｎ型窒化物半導体層
２ａ、７２ａ  露出領域
３  活性層
４  ｐ型窒化物半導体層
５  絶縁膜
６  保護膜
１０、１０ａ、２０  半導体発光素子
１１ｎ、２１ｎ  ｎ側透光性導電膜
１１、２１  ｎ側パッド電極
１１ａ、２１ａ  ｎ側パッド部
１１ｂ、２１ｂ  ｎ側延伸部
１２ｐ、２２ｐ  ｐ側透光性導電膜
１２、２２  ｐ側パッド電極
１２ａ、２２ａ  ｐ側パッド部
１２ｂ、２２ｂ  ｐ側延伸部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａｂ、Ｂｂ、Ｃｂ、Ａｃ、Ｂｃ、Ｃｃ、Ａｄ、Ｂｄ、Ｃｄ  頂点
Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｄｃ、Ｅｃ、Ｆｃ  凸部底面を形作る線
Ｇ、Ｈ、Ｋ、Ｇｃ、Ｈｃ、Ｋｃ  ２つの頂点を結ぶ線
ｄ、ｅ、ｆ、ｄｃ、ｅｃ、ｆｃ  凸部の側面
ｊ、ｊｃ  凸部の上面
【図１Ａ】
2014027236.tif 000003
【図１Ｂ】
2014027236.tif 000004
【図１Ｃ】
2014027236.tif 000005
【図１Ｄ】
2014027236.tif 000006
【図１Ｅ】
2014027236.tif 000007
【図１Ｆ】
2014027236.tif 000008
【図１Ｇ】
2014027236.tif 000009
【図２】
2014027236.tif 000010
【図３】
2014027236.tif 000011
【図４Ａ】
2014027236.tif 000012
【図４Ｂ】
2014027236.tif 000013
【図５】
2014027236.tif 000014