(57)【要約】  本発明の半導体発光素子は、光透過性を有する基板と、基板に積層されたｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を備えた半導体層と、半導体層の上に設けられた透明導電層と、透明導電層の上面を、発光層からの光を反射させるための領域である反射領域とそれ以外の導通領域とに分けて反射領域に積層された多層反射層と、導通領域および多層反射層を覆って設けられた金属反射層とを備え、多層反射層は、屈折率ｎ1の第１屈折率透明層と、屈折率がｎ1よりも小さいｎ2である第２屈折率透明層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなり、多層反射層において金属反射層側の最外層が第２屈折率透明層である。
2013011674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する基板と、
前記基板に積層されたｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を備えた半導体層と、
前記半導体層の上に設けられた透明導電層と、
前記透明導電層の上面を、前記発光層からの光を反射させるための領域である反射領域とそれ以外の導通領域とに分けて、前記反射領域に積層された多層反射層と、
前記導通領域、および前記多層反射層を覆って設けられた金属反射層とを備え、
前記多層反射層は、屈折率がｎ1である第１屈折率透明層と、屈折率がｎ1よりも小さいｎ2である第２屈折率透明層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなり、
前記多層反射層において前記金属反射層側の最外層が前記第２屈折率透明層であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１屈折率透明層の層厚みは、λ／４ｎ1であり、
前記第２屈折率透明層の層厚みは、λ／４ｎ2である、請求項１記載の半導体発光素子（但し、λは前記発光層から発せられる光の波長である）。
【請求項３】
前記多層反射層と前記透明導電層との間には、前記第２屈折率透明層より屈折率が低く、層厚がλ／４よりも厚い誘電体層が設けられている、請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記多層反射層において、前記発光層側の最外層は前記第１屈折率透明層である、請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記多層反射層において、前記発光層側の最外層は前記第２屈折率透明層である、請求項１から３のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記ｐ型半導体層の屈折率はｎ2よりも大きい、請求項１から５のいずれかの項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２屈折率透明層はＡｌ２Ｏ３からなり、
前記金属反射層はＡｇからなる、請求項１から６のいずれかの項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、基板に発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する金属反射層を備えた半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実装基板にフリップチップ実装される従来の半導体発光素子として、例えば、特許文献１および２に記載のものが知られている。【０００３】
特許文献１には、アノード電極が、ｐ形半導体層上に、第１の透明導電膜と、第２の透明導電膜と、発光層から放射された光を反射する複数の多層反射膜層と、多層反射膜層により覆われていない部位および多層反射膜層を覆うように形成され大きい反射率を有する金属反射膜と、バリアメタル膜と、金属材料からなる外部接続用金属膜とで構成された半導体発光素子が記載されている。【０００４】
また、特許文献２には、ｐ形窒化物半導体層とアノード電極との間に、ｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜上に部分的に積層され屈折率が小さな低屈折率透明膜と、光を反射するＡｇ膜からなる反射導電膜とを備えた半導体発光素子が記載されている。【０００５】
このように特許文献１および２では、透明導電膜と、金属反射膜（反射導電膜）との間に、屈折率の異なる２種類の誘電体膜により発光層からの光を反射させる多層反射膜層や低屈折率透明膜を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５８２７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８７２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１および２に記載の半導体素子を、特許文献１および２に記載された内容に沿って反射率についてシミュレーションを行った。【０００８】
特許文献１では、図１７に示すように、多層反射膜層（多層反射層）５３を形成する誘電体膜（低屈折透明層）５３ａをＳｉＯ２とし、誘電体膜（高屈折透明膜）５３ｂをＺｎＯ２としたときに、多層反射膜層５３のそれぞれの各誘電体膜５３ａ，５３ｂの層厚Ｄを、（層厚Ｄ×屈折率ｎ）／（２ｍ−１）＝λ／４（但し、ｍ＝１、２、・・・、λ＝４７０ｎｍ）の関係式から求めると、誘電体膜５３ａが８２ｎｍ、誘電体膜５３ｂが６２ｎｍとなることが記載されている。これらの条件に基づいて、多層反射膜層（多層反射層）と金属反射膜（金属反射層）との反射率のシミュレーションを行った。【０００９】
その結果、図１８に示すように、入射角によっては大きく落ち込むことがあることがわかった。特に、多層反射膜層５３の層面に垂直に入射する０°方向から１５°ずれた方向からの入射角のときに、反射率が約５５％近く低下していることがわかった。また、平均反射率は９２．８％であった。【００１０】
次に、特許文献２では、低屈折率透明膜（低屈折率透明層）をＳｉＯ２層とＺｒＯ２層との積層により構成し、（ｔ1・λ／４ｎ1＋ｔ2・λ／４ｎ2）≧（５／４）・λ（但し、ＳｉＯ２層の厚さがｔ1、屈折率がｎ1、ＺｒＯ２層の厚さがｔ2、屈折率がｎ2である。）の条件を満たすようにして、ｔ1、ｔ2を設定すると、ｔ1＝３１．１ｎｍ、ｔ2＝１５９．１ｎｍとなることが記載されている。これらの条件に基づいて、低屈折率透明膜（低屈折率透明層）と反射導電膜（金属反射層）との反射率のシミュレーションを行った。【００１１】
その結果、図１９に示すように、各層面と垂直に入射する０°方向においては反射率が大きくならず、平均反射率は９５．３％であった。低屈折率透明膜を設けない場合の平均反射率は９４．３％であったことと比較すると、低屈折率透明膜を設けたことによる改善は１％程度であった。【００１２】
このように、特許文献１については、発光層から放射された様々な角度の光の全てを、光取り出し面側に効率よく反射するには不十分である。【００１３】
また、特許文献２について、低屈折率透明膜による改善が見られるが、大きな効果が得られていない。【００１４】
そこで本発明は、発光層から放射される様々な角度の光を効率よく反射させることで、光取り出し効率の高い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】
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、光透過性を有する基板と、前記基板に積層されたｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を備えた半導体層と、前記半導体層の上に設けられた透明導電層と、前記透明導電層の上面を、前記発光層からの光を反射させるための領域である反射領域とそれ以外の導通領域とに分けて、前記反射領域に積層された多層反射層と、前記導通領域、および前記多層反射層を覆って設けられた金属反射層とを備え、前記多層反射層は、屈折率がｎ1である第１屈折率透明層と、屈折率がｎ1よりも小さいｎ2である第２屈折率透明層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなり、前記多層反射層において前記金属反射層側の最外層が前記第２屈折率透明層であることを特徴とする。ここで光透過性を有するというのは、発光層からの光を通過させることができるということである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体発光素子によれば、金属反射層と第２屈折率透明層との界面で、発光層から放射される様々な角度の光を効率よく反射させることができるので、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子を示す図
【図２】図１に示す半導体発光素子の導通領域と反射領域とを説明するための図
【図３】図１に示す半導体発光素子の多層反射層の構成を示す図
【図４】（Ａ）は図１に示す半導体発光素子の多層反射層の屈折率を示す図、（Ｂ）は比較例の半導体発光素子の多層反射層の屈折率を示す図
【図５】実施の形態１に係る半導体発光素子をシミュレーションするときの条件を示す図
【図６】図５に示す多層反射層の構成を示す図
【図７】図５に示す条件でシミュレーションした結果を示すグラフ
【図８】実施の形態２に係る半導体発光素子の多層反射層の構成を示す図
【図９】実施の形態２に係る半導体発光素子をシミュレーションするときの条件を示す図
【図１０】図８に示す条件でシミュレーションした結果を示すグラフ
【図１１】実施の形態３に係る半導体発光素子の多層反射層の構成を示す図
【図１２】実施の形態３に係る半導体発光素子をシミュレーションするときの条件を示す図
【図１３】図１１に示す条件でシミュレーションした結果を示すグラフ
【図１４】実施の形態４に係る半導体発光素子の多層反射層の構成を示す図
【図１５】実施の形態４に係る半導体発光素子をシミュレーションするときの条件を示す図
【図１６】図１４に示す条件でシミュレーションした結果を示すグラフ
【図１７】特許文献１に記載の半導体発光素子の多層反射層の図
【図１８】図１７に示す半導体発光素子をシミュレーションした結果を示すグラフ
【図１９】特許文献２に記載の半導体発光素子をシミュレーションした結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ある実施形態に係る半導体発光素子は、光透過性を有する基板と、基板に積層されたｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を備えた半導体層と、半導体層の上に設けられた透明導電層と、透明導電層の上面を、発光層からの光を反射させるための領域である反射領域とそれ以外の導通領域とに分けて、反射領域に積層された多層反射層と、導通領域、および多層反射層を覆って設けられた金属反射層とを備え、多層反射層は、屈折率がｎ1である第１屈折率透明層と、屈折率がｎ1よりも小さいｎ2である第２屈折率透明層とが交互にそれぞれ１層以上積層されてなり、多層反射層において金属反射層側の最外層が第２屈折率透明層であることを特徴としている。
【００１９】
上記の特徴のため、多層反射層の金属反射層側の最外層が、第１屈折率透明層より屈折率の低い第２屈折率透明層であるため、金属反射層との屈折率の差が、最外層を第１屈折率透明層とするより大きくすることができる。従って、金属反射層と第２屈折率透明層との界面で効率よく反射させることができるため、光取り出し効率を更に高めることができる。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、第１屈折率透明層の層厚みは、λ／４ｎ1であり、第２屈折率透明層の層厚みは、λ／４ｎ2である（但し、λは発光層から発せられる光の波長である）。このような構成であると、反射率を高めることができるとともに、第１屈折率透明層および第２屈折率透明層の内部応力が緩和できる。
【００２１】
より好ましい実施形態においては、多層反射層と透明導電層との間には、第２屈折率透明層より屈折率が低く、層厚がλ／４よりも厚い誘電体層が設けられている。このような構成であると、入射角に対する反射率のカーブにおいて、特定の入射角で反射率が落ち込むものの、誘電体層の臨界角以上の入射角領域の反射率を上げる効果を有し、平均的な反射率を更に高めることができ、光取り出し効率を高めることができる。
【００２２】
別の好ましい実施形態では、多層反射層において、発光層側の最外層は第１屈折率透明層である。このような構成であると、金属反射層側の最外層が第２屈折率透明層であるために、第１屈折率透明層と第２屈折率透明層とを１ペアとしたときに、発光層側の最外層を第１屈折率透明層とすることにより、同じペア数であれば、発光層側の最外層を第２屈折率透明層とするよりも多層反射層の層数を少なくすることができ、多層反射層の内部応力をより小さくすることができる。
【００２３】
他の好ましい実施形態では、多層反射層において、発光層側の最外層は第２屈折率透明層である。このような構成であると、入射角が０°付近の反射率を特に高くすることができ、発光層側の最外層を第１屈折率透明層とした場合よりも層数が増えるものの、平均反射率を更に高めることができる。
【００２４】
さらに別の好ましい実施形態では、第２屈折率透明層はＡｌ２Ｏ３からなり、金属反射層はＡｇからなる。このような構成であると、第２屈折率透明層に用いられるＡｌ２Ｏ３は付着力が強いために、金属反射層として反射率を高めるのに好ましいＡｇとの付着性に優れている。また熱伝導率が第２屈折率透明層として優れており、発光層で発生する熱を放熱するのに効果的である。
【００２５】
（実施の形態１）
実施の形態１に係る半導体発光素子を図面に基づいて説明する。図１に示す発光素子は、バンプを介在させて実装基板にフリップチップ実装されるＬＥＤチップである。
【００２６】
図１に示すように、半導体発光素子は、透光性基板１１に積層された半導体層１２と、半導体層１２に成膜された透明導電層１３と、透明導電層１３に積層された多層反射層１４と、多層反射層１４に成膜された金属反射層１５と、バリアメタル層１６と、カソードであるｎ電極１７と、アノードであるｐ電極１８とを備えている。
【００２７】
透光性基板１１は、発光層１２２からの光を透過させるものが使用できる。透光性基板１１としては、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板などが使用できる。また、透光性基板１１は、絶縁性であってもかまわないが、ｎ型の導電性があれば、電流をより広げることができて、より低い電圧で半導体発光素子を動作させることができる。
【００２８】
半導体層１２は、ｎ型半導体層１２１と、発光層１２２と、ｐ型半導体層１２３とが積層されたものである。
【００２９】
ｎ型半導体層１２１は、ｎ型ＧａＮ層とすることができる。また、ｎ型半導体層１２１は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、透光性基板１１がサファイア基板の場合には、ＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層などのバッファ層を介在させ、ｎ型半導体層１２１を、ｎ型ＡｌＧａＮ層と、ｎ型ＡｌＧａＮ層上にｎ型ＧａＮ層とを積層した構成としてもよい。
【００３０】
発光層１２２は、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、発光層１２２としては、１層構造とすることもできるが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多重量子井戸構造とすることができる。本実施の形態では、発光層１２２による発光ピーク波長が４５０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層の組成を設定してある。なお、発光層１２２は、単一量子井戸構造としたり、単層構造としたりすることも可能である。
【００３１】
ｐ型半導体層１２３は、ｐ型ＧａＮ層とすることができる。また、ｐ型半導体層１２３は、単層構造に限らず、多層構造とすることも可能である。その場合には、例えば、ｐ型半導体層１２３をｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを積層した多層膜とすることができる。ｐ型半導体層１２３を、ｐ型ＧａＮ層や、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを積層した多層膜としたときには、屈折率は各層の屈折率と層厚を考慮した平均値とみなしてよい。
【００３２】
半導体層１２は、透光性基板１１にＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術により成膜することができるが、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などにより積層することも可能である。
【００３３】
透明導電層１３は、ｐ型半導体層１２３よりも屈折率が低いＧＺＯ膜、例えば、ＧＺＯ（ＧａをドープしたＺｎＯ）、ＡＺＯ（ＡｌをドーピングしたＺｎＯ）、ＩＴＯの群から選択される三元系の金属酸化物の成膜材料から成膜することができる。透明導電層１３の層厚としては、１０ｎｍ以上あればよいが、本実施の形態では、透明導電層１３の層厚を１００ｎｍに設定されている。このような材料により透明導電層１３を成膜することで、透明導電層１３とｐ型半導体層１２３との接触をオーミック接触とすることができる。
【００３４】
透明導電層１３には、多層反射層１４が積層されている。多層反射層１４は、図２に示すように、透明導電層１３の周縁部Ｃ１と、円形領域を縦列および横列に配置した格子部Ｃ２とを透明導電層１３と金属反射層１５との導通を図る導通領域として除いた領域であって、透明導電層１３から透過した光を反射する反射領域Ｒ１として割り当てた領域に設けられている。
【００３５】
多層反射層１４は、図３に示すように、相対的に屈折率が大きい高屈折率透明層（第１屈折率透明層）１４１と、ｐ型半導体層１２３よりも屈折率が小さく、かつ高屈折率透明層１４１より屈折率が小さい低屈折率透明層（第２屈折率透明層）１４２との組み合わせの順に、１層以上、交互に周期的に、反射領域Ｒ１に積層されたものである。本実施の形態１では、多層反射層１４について、透明導電層１３側の最外層を高屈折率透明層１４１とし、金属反射層１５側の最外層を低屈折率透明層１４２としている。なお、１つの高屈折率透明層１４１と１つの低屈折率透明層１４２とを１ペアとした場合に、１ペア以上積層されていれば本発明の効果が得られる。しかし、高屈折率透明層１４１と低屈折率透明層１４２とのそれぞれの屈折率にもよるが３ペア以上を積層するのが望ましい。
【００３６】
高屈折率透明層１４１は、層厚がλ／４ｎ1から求められる厚みに成膜されている。また、低屈折率透明層１４２は、層厚がλ／４ｎ2から求められる厚みに成膜されている。但し、λは発光層１２２の発光波長、ｎ1は高屈折率透明層１４１の屈折率、ｎ2は低屈折率透明層１４２の屈折率である。層厚は、この層厚を算出する式から求められる数値とするのが望ましいが、成膜する際の誤差程度や、数ｎｍ程度の変動なら実質的に許容される。
【００３７】
高屈折率透明層１４１は、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２等により成膜することができる。高屈折率透明層１４１をこのような材質のものとすることで、ｐ型半導体層１２３より屈折率が小さくなる。また、低屈折率透明層１４２は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等により成膜することができる。低屈折率透明層１４２をこのような材質のものとすることで、ｐ型半導体層１２３より屈折率が小さくなる。このように、高屈折率透明層１４１と低屈折率透明層１４２とは、ｐ型半導体層１２３より屈折率が低いが、ｐ型半導体層１２３を形成するＧａＮやＡｌＧａＮは屈折率が約２．５と高いので、それより屈折率が高くて成膜できる透明層はほとんど存在しない。しかし、そのような膜が成膜できるならば、高屈折率透明層１４１の屈折率がｐ型半導体層１２３の屈折率より大きくなっても、また低屈折率透明層１４２の屈折率がｐ型半導体層１２３の屈折率より大きくなってもかまわない。
【００３８】
なお、高屈折率透明層１４１と低屈折率透明層１４２との屈折率の差が大きいほど入射光に対する反射の度合いが高くなるので、高屈折率透明層１４１と低屈折率透明層１４２との材質を検討するときは、屈折率の差が大きくなるように選択する。
【００３９】
図１に示すように、金属反射層１５は、透明導電層１３との導通を取る導通領域（周縁部Ｃ１および格子部Ｃ２）と、反射領域Ｒ１に設けられた低屈折率透明層１４２とを被覆する金属層である。本実施の形態１では、金属反射層１５を、高い反射率を有するＡｇ層としている。Ａｇ層とした金属反射層１５は、層厚を１００ｎｍとすることができる。この層厚は、例えば、５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の範囲で設定することが可能である。金属反射層１５は、Ａｇ層とする以外に、Ａｌ層とすることができる。しかし、金属反射層１５は、Ａｌ層よりＡｇ層の方が、反射率が高いので、Ａｇ層とするのが好ましい。
【００４０】
バリアメタル層１６はＴｉ、Ｍｏ、Ｐｔ等からなり、これらを金属反射層１５とｐ電極１８との間に形成することにより、両者間の金属の拡散を防止し、合金化を防ぐことができる。バリアメタル層１６は金属反射層１５を覆うように形成すると金属反射層１５のマイグレーションをよりよく抑えられる。バリアメタル層１６の厚さは１０ｎｍ〜２００ｎｍが望ましい。バリアメタル層１６が１０ｎｍ以上であれば十分なバリア性を得ることができ、２００ｎｍ以下であると層の形成に必要となる原料が少なくて済むと共に、この工程にかかる時間が短くて済むからである。好ましくは１００ｎｍ程度が良い。なお、バリアメタル層１６としてはＴｉ、Ｍｏ、Ｐｔに限られずこれらの混合であっても、その他の材料であってもよい。高融点で、かつ抵抗値があまり高くない材料が適している。
【００４１】
ｎ電極１７は、ｐ型半導体層１２３と発光層１２２とｎ型半導体層１２１の一部とをエッチングしたｎ型半導体層１２１上の領域に設けられたカソード電極である。ｎ電極１７は、矩形状に形成された透光性基板１１の対角となる位置に設けられている。ｎ電極１７の位置や形状については、図２に示すものに限定されるわけではない。例えば、４つの隅全てに設けられる場合や、円形の４分の１以外の形状であってもかまわない。ｎ電極１７は、Ａｌ層とＴｉ層とＡｕ層とが積層されて形成されている。ｎ型半導体層１２１上に積層されるｎ電極１７のＡｌ層は、ｎ型半導体層１２１に対するオーミックコンタクト層として機能する。オーミックコンタクト層の材質は、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などとすることができる。Ｔｉ層に積層されたＡｕ層はｎパッド層として機能する。
【００４２】
ｐ電極１８は、バリアメタル層１６上に積層されたアノード電極である。ｐ電極１８は、ｎ電極１７が設けられている残余の範囲に設けられている。ｐ電極１８は、バリアメタル層１６上に積層されたＴｉ層と、Ａｕ層とが積層されて形成されている。最表面のＡｕ層がｐパッド層として機能する。ｐ電極１８は、等間隔のマトリクス状に配置されたバンプを介在させて実装基板に導通搭載される。
【００４３】
このように構成された半導体発光素子によれば、金属反射層１５が非光透過性の金属層に成膜され、この金属反射層１５に最外層の低屈折率透明層１４２が接しているため（図４（Ａ）参照）、金属反射層１５に高屈折率透明層が接した比較例の場合（図４（Ｂ）参照）と比較して、界面での屈折率の差を大きくすることができる。従って、多層反射層１４を通過して金属反射層１５へ達した光をその界面で効率よく反射させることができるので、反射した光を透光性基板１１から出射させることができる。よって、本実施の形態１に係る半導体発光素子は、光取り出し効率を高めることができる。
【００４４】
また、高屈折率透明層１４１と低屈折率透明層１４２とを１ペアとしたときに、発光層１２２側の最外層が高屈折率透明層１４１であることにより、同じペア数であれば、発光層１２２側の最外層を低屈折率透明層１４２とするより、多層反射層１４の層数を少なくすることができ、多層反射層の内部応力をより小さくすることができる。
【００４５】
（実施の形態１に係る半導体発光素子のシミュレーション）
実施の形態１に係る半導体発光素子を、図５に示す条件に基づいて、シミュレーションを行った。
【００４６】
このシミュレーションでは、発光層１２２を発光波長のピークが４４２ｎｍの青色光を発光するものとし、発光層１２２、透明導電層１３、多層反射層１４（高屈折率透明層１４１、低屈折率透明層１４２）、金属反射層１５を、図５に示すような屈折率のものとした。また、層厚については、ＩＴＯ層とした透明導電層１３を１００ｎｍ、Ａｇ層とした金属反射層１５を１００ｎｍとした。また、多層反射層１４については、図６に示すような高屈折率透明層１４１、と低屈折率透明層１４２とのペアで３層とした。また、多層反射層１４の高屈折率透明層１４１の層厚については、高屈折率透明層１４１を屈折率が２．２０のＴａ２Ｏ５層としたため、４４２ｎｍ／（４×２．２０）＝５０．２３から小数点以下を四捨五入して５０ｎｍとした。また、低屈折率透明層１４２の層厚については、低屈折率透明層１４２を屈折率が１．６６のＡｌ２Ｏ３層としたため４４２ｎｍ／（４×１．６６）＝６６．５７から６７ｎｍとした。
【００４７】
上記条件にて、多層反射層１４の層面に垂直に入射する０°方向から層面と平行となる９０°方向までの入射角について、シミュレーションを行った結果、平均反射率は９７．１％であった（シミュレーション結果のグラフを図７に示す）。
【００４８】
これは、金属反射層１５がＡｇで成膜されており、複素屈折率の実数部が０．０７であるが、虚数部が２．４４と高いため、Ａｌ２Ｏ３で成膜され、屈折率が１．６６の低屈折率透明層１４２との差が大きいためである。
【００４９】
例えば、特許文献１に記載の半導体発光素子では、図１７に示す多層反射膜層５３として、誘電体膜５３ａがＳｉＯ２（屈折率１．４３）により成膜され、誘電体膜５３ｂがＺｒＯ２（屈折率１．８９）により成膜されているため、ＳｉＯ２層である誘電体膜５３ａが低屈折率透明層１４２に対応し、ＺｒＯ２層である誘電体膜５３ｂが高屈折率透明層１４１に対応する。従って、特許文献１に記載の半導体発光素子における金属反射膜と誘電体膜５３ｂとの組み合わせでは、屈折率の差を大きく確保することができない。
【００５０】
また、特許文献２に記載の半導体発光素子では、同様に、低屈折率透明膜がＳｉＯ２（屈折率１．４３）とＺｒＯ２（屈折率１．８９）とにより成膜され、この低屈折率透明膜と反射導電膜との間には、金属層による接着導電層が成膜されているため、ＳｉＯ２層が低屈折率透明層１４２に対応し、ＺｒＯ２層が高屈折率透明層１４１に対応する。従って、特許文献２に記載の半導体発光素子における反射導電膜と低屈折率透明膜との組み合わせでは、屈折率の差を大きく確保することができない。
【００５１】
このように、実施の形態１に係る半導体発光素子は、平均反射率が、特許文献１に記載の半導体発光素子より４．１％改善することができ、特許文献２に記載の半導体発光素子より１．８％改善することができたことからも分かるように、実施の形態１に係る半導体発光素子は、特許文献１、２に記載の半導体発光素子よりも高い光取り出し効率を得ることができる。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る半導体発光素子を図面に基づいて説明する。なお、図８においては、図６と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施の形態２に係る半導体発光素子では、図８に示すように、多層反射層１４ａにおいて、発光層側の最外層が低屈折率透明層１４２であることを特徴とするものである。
【００５４】
このような多層反射層１４ａとすることで、ＩＴＯ層で成膜された透明導電層１３と、ＩＴＯ層との付着力に優れているＡｌ２Ｏ３層で成膜された低屈折率透明層１４２とが接しているため、透明導電層１３に対する低屈折率透明層１４２の耐剥離強度を高めることができる。
【００５５】
（実施の形態２に係る半導体発光素子のシミュレーション）
実施の形態２に係る半導体発光素子を、図９に示す条件に基づいて、シミュレーションを行った。図９に示す条件は、透明導電層１３側に低屈折率透明層１４２が増えた以外は、図５に示す実施の形態１における条件と同じである。
【００５６】
上記条件にて、多層反射層１４ａへの入射角について、シミュレーションを行った結果、発光層１２２側の最外層を高屈折率透明層１４１とした場合よりも、同じペア数であれば、発光層１２２側の最外層が低屈折率透明層１４２であるため、層数が増えるものの、入射角が０°付近の反射率を特に高くすることができる。また、平均反射率は９７．４％であった（シミュレーション結果のグラフを図１０に示す）。この結果から、実施の形態１に係る半導体発光素子より更に平均反射率が改善されたことが分かる。
【００５７】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る半導体発光素子を図面に基づいて説明する。なお、図１１においては、図６と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態３に係る半導体発光素子では、図１１に示すように、多層反射層１４と、透明導電層１３との間に、誘電体層１９が設けられていることを特徴とするものである。
【００５９】
この誘電体層１９は、例えば、ＳｉＯ２等により成膜することができる。誘電体層１９の層厚は、発光層１２２の発光波長の４分の１より厚く成膜されているのが望ましい。
【００６０】
このような誘電体層１９を設けることで、入射角が３５〜４０°の間で反射率が落ち込む領域が出現するが、入射角が４０°以上になると誘電体層１９の全反射の効果が加味されて平均的に反射率を高めることができる。
【００６１】
（実施の形態３に係る半導体発光素子のシミュレーション）
実施の形態３に係る半導体発光素子を、図１２に示す条件に基づいて、シミュレーションを行った。図１２に示す条件は、透明導電層１３側に誘電体層１９が増えた以外は、図５に示す実施の形態１における条件と同じである。
【００６２】
上記条件にて、多層反射層１４への入射角について、シミュレーションを行った結果、平均反射率は９７．６％であった（シミュレーション結果のグラフを図１３に示す）。この結果から、実施の形態２に係る半導体発光素子より更に平均反射率が改善されたことが分かる。
【００６３】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る半導体発光素子を図面に基づいて説明する。なお、図１４においては、図１１と同じ構成のものは同符号を付して説明を省略する。
【００６４】
図１４に示す本実施の形態４に係る半導体発光素子では、実施の形態２に係る多層反射層１４ａと、実施の形態３に係る誘電体層１９とを備えたことを特徴とするものである。
【００６５】
（実施の形態４に係る半導体発光素子のシミュレーション）
実施の形態４に係る半導体発光素子を、図１５に示す条件に基づいて、シミュレーションを行った。図１５に示す条件は、透明導電層１３側に低屈折率透明層１４２が増え、透明導電層１３側に誘電体層１９が増えた以外は、図５に示す条件と同じである。
【００６６】
上記条件にて、多層反射層１４への入射角について、シミュレーションを行った結果、約４０°付近で反射率の急激な落ち込みがあるものの、平均反射率は９７．７％であった（シミュレーション結果のグラフを図１６に示す）。この結果から、実施の形態３に係る半導体発光素子より更に平均反射率が改善されたことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、発光層から放射される様々な角度の光を効率よく反射させることで、更なる光取り出し効率の向上を図ることができるので、基板に発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する金属反射層を備えた発光素子の製造方法に好適である。
【符号の説明】
【００６８】
１１          透光性基板
１２          半導体層
１３          透明導電層
１４、１４ａ  多層反射層
１５          金属反射層
１６          バリアメタル層
１７          ｎ電極
１８          ｐ電極
１９          誘電体層
１２１        ｎ型半導体層
１２２        発光層
１２３        ｐ型半導体層
１４１        高屈折率透明層（第１屈折率透明層）
１４２        低屈折率透明層（第２屈折率透明層）
Ｃ１          周縁部
Ｃ２          格子部
Ｒ１          反射領域
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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