(57)【要約】【課題】フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させる。【解決手段】半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０およびｐ型半導体層１６０と、ｐ型半導体層１６０上に形成される第１電極１７０と、エッチング等によって露出したｎ型半導体層１４０上に形成される第２電極１８０と、第１電極１７０の一部および第２電極１８０の一部を除いて、これら第１電極１７０および第２電極１８０を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を覆うように積層される保護層１９０とを備える。第１電極１７０には銀または銀を含む合金で構成された金属反射層１７２が設けられ、保護層１９０は低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層された多層反射膜で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する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の半導体層と、
銀または銀を含む合金で構成され、前記発光層とは逆側の前記第２の半導体層に積層され、前記発光層から出射される光を反射する第１の反射層と、
第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と当該第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、少なくとも前記発光層のうち前記第１の半導体層と前記第２の半導体層とに接触しない部位を覆うように設けられ、当該発光層から出射される光を反射する第２の反射層と
を含む半導体発光素子。
【請求項２】
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金属酸化物で構成され、前記第２の半導体層と前記第１の反射層との間に設けられる透明導電層と、
導電性を有し、前記透明導電層とは逆側の前記第１の反射層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続層と
をさらに含む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２の反射層が前記接続層の少なくとも一部を覆うように設けられ、
前記接続層と前記第２の反射層との間には、当該接続層と当該第２の反射層とを密着させるための密着層がさらに形成されてい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】
前記第１の屈折率層が酸化珪素で構成されるとともに、前記第２の屈折率層が酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれた１種で構成され、
前記発光層に接触する部位と外部に露出する部位とが、前記第１の屈折率層で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項５】
通電により発光する発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層と、
銀または銀を含む合金で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層に積層され、前記発光層に給電を行うとともに前記発光層から出射される光を反射する電極反射層と、
第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と当該第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、前記電極反射層と少なくとも前記発光層を含む前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の一部とを覆うように設けられ、当該発光層を保護するとともに当該発光層から出射される光を反射する保護反射層と
を含む半導体発光素子。
【請求項６】
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金属酸化物で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物半導体層と前記電極反射層との間に設けられる透明導電層と、
導電性を有し、前記透明導電層とは逆側の前記電極反射層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続層と
をさらに含む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】
前記保護反射層が前記接続層の少なくとも一部を覆うように設けられ、
前記接続層と前記保護反射層との間には、当該接続層と当該保護反射層とを密着させるための密着層がさらに形成されている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】
前記第１の屈折率層が酸化珪素で構成されるとともに、前記第２の屈折率層が酸化チタンで構成され、
前記発光層に接触する部位と外部に露出する部位とが、前記第１の屈折率層で構成されることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項記載の半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
【請求項１０】
請求項９記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
請求項１０記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電により発光する半導体発光素子、ランプ、電子機器および機械装置に関する。
【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）。
また、他の公報記載の技術として、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、誘電体からなる多重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２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３０３４３０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発光層からは、基板側および基板と反対側以外の方向にも光が出力されており、このような光については、取り出しに関する配慮が行われていなかった。
本発明は、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率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】
本発明が適用される半導体発光素子は、第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、発光層に積層される第２の半導体層と、銀または銀を含む合金で構成され、発光層とは逆側の第２の半導体層に積層され、発光層から出射される光を反射する第１の反射層と、第１の屈折率を有し発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、少なくとも発光層のうち第１の半導体層と第２の半導体層とに接触しない部位を覆うように設けられ、発光層から出射される光を反射する第２の反射層とを含んでいる。
【０００７】
このような半導体発光素子において、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金属酸化物で構成され、第２の半導体層と第１の反射層との間に設けられる透明導電層と、導電性を有し、透明導電層とは逆側の第１の反射層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続層とをさらに含むことを特徴とすることができる。
また、第２の反射層が接続層の少なくとも一部を覆うように設けられ、接続層と第２の反射層との間には、接続層と第２の反射層とを密着させるための密着層がさらに形成されていることを特徴とすることができる。
さらに、第１の屈折率層が酸化珪素で構成されるとともに、第２の屈折率層が酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルからなる群から選ばれた１種で構成され、発光層に接触する部位と外部に露出する部位とが、第１の屈折率層で構成されることを特徴とすることができる。
【０００８】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される半導体発光素子は、通電により発光する発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層と、銀または銀を含む合金で構成され、ＩＩＩ族窒化物半導体層に積層され、発光層に給電を行うとともに発光層から出射される光を反射する電極反射層と、第１の屈折率を有し発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、電極反射層と少なくとも発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層の一部とを覆うように設けられ、発光層を保護するとともに発光層から出射される光を反射する保護反射層とを含んでいる。
【０００９】
このような半導体発光素子において、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金属酸化物で構成され、ＩＩＩ族窒化物半導体層と電極反射層との間に設けられる透明導電層と、導電性を有し、透明導電層とは逆側の電極反射層に積層されて外部との電気的な接続に用いられる接続層とをさらに含むことを特徴とすることができる。
また、保護反射層が接続層の少なくとも一部を覆うように設けられ、接続層と保護反射層との間には、接続層と保護反射層とを密着させるための密着層がさらに形成されていることを特徴とすることができる。
さらに、第１の屈折率層が酸化珪素で構成されるとともに、第２の屈折率層が酸化チタンで構成され、発光層に接触する部位と外部に露出する部位とが、第１の屈折率層で構成されることを特徴とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明は、上述した半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ、このランプが組み込まれた電子機器、この電子機器が組み込まれた機械装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フリップチップにて実装される半導体発光素子における光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体発光素子の断面模式図の一例である。
【図２】半導体発光素子の平面模式図の一例である。
【図３】半導体発光素子を構成する積層半導体層の断面模式図の一例である。
【図４】半導体発光素子を構成する保護反射層の断面模式図の一例である。
【図５】半導体発光素子を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６】実施例および比較例を説明するための図である。
【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。
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の断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を図１に示すＩＩ方向からみた平面模式図の一例を示しており、図３は半導体発光素子１を構成する積層半導体層の断面模式図の一例を示している。
【００１４】
（半導体発光素子）
図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０とを備える。また、半導体発光素子１は、下地層１３０上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層される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ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
【００１５】
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される第１電極１７０と、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の半導体層露出面１４０ｃに形成される第２電極１８０とを備える。ここで、半導体層露出面１４０ｃは、ｎ型半導体層１４０の周縁を、一周にわたって露出させるように形成されている。その結果、この半導体発光素子１では、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも下地層１３０側）の側壁面に対し、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面が、より内側に位置するようになっている。
【００１６】
さらにまた、半導体発光素子１は、第１電極１７０および第２電極１８０と、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）に積層される保護層１９０をさらに備える。ただし、保護層１９０は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面の全域を覆うように形成される一方、第１電極１７０および第２電極１８０のそれぞれに対しては、図１において上方側となる面の一部を露出させるように形成されている。
このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１電極１７０および第２電極１８０が形成された構造を有している。
【００１７】
なお、図２では、保護層１９０の背面側に存在する第１電極１７０および第２電極１８０を、破線で囲って示している。また、図２には、第１電極１７０のうち保護層１９０によって覆われずに外部に露出する第１ボンディング層１７４（詳細は後述する）、および、第２電極１８０のうち保護層１９０によって覆われずに外部に露出する第２ボンディング層１８３（詳細は後述する）も示している。
【００１８】
この半導体発光素子１においては、第１電極１７０を正極、第２電極１８０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。
【００１９】
では次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、後述するように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
【００２０】
＜積層半導体層＞
ＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１に示すように、基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層が、この順で積層されて構成されている。
また、図３に示すように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。さらにまた、積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行うものである。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
【００２１】
＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下する虞がある。
中間層１２０は、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０の（０００１）面（Ｃ面）上にｃ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層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、本発明においては、中間層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。
【００２２】
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
【００２３】
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌxＧａ1-xＮ層が得られやすい。また、下地層１３０の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
【００２４】
＜ｎ型半導体層＞
図３に示すように、例えば電子をキャリアとする第１の導電型を有する第１の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１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、第２電極１８０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２５】
ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂは、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込め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１４０ｂ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１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００２６】
なお、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１００オングストローム以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、ｎクラッド層１４０ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００２７】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
図３に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば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１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
なお、本実施の形態では、発光層１５０が、井戸層１５０ｂのＩｎ組成を調整することによって、紫外光から緑色光（発光波長λ＝３６５ｎｍ〜５４０ｎｍ程度）を出力することができる。
【００２８】
＜ｐ型半導体層＞
図３に示すように、例えば正孔をキャリアとする第２の導電型を有する第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００２９】
ｐコンタクト層１６０ｂは、第１電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１電極１７０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００３０】
＜第１電極＞
次に、第１電極１７０の構成について詳細に説明する。
第１電極１７０は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層される第１導電層１７１と、この第１導電層１７１上に積層される金属反射層１７２と、この金属反射層１７２上に積層される第１拡散防止層１７３と、第１拡散防止層１７３上に積層される第１ボンディング層１７４と、上述した第１ボンディング層１７４の露出部位を除いて第１ボンディング層１７４を覆うように設けられ、第１ボンディング層１７４と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１７５とを有している。
【００３１】
＜第１導電層＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には第１導電層１７１が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第１導電層１７１（図１参照）は、第２電極１８０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。そして、第１導電層１７１の中央部は一定の膜厚を有し上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１７１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１７１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよい。なお、図２において、第１導電層１７１は、第１ボンディング層１７４の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。
【００３２】
第１導電層１７１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、金属反射層１７２を介して基板１１０側に取り出すことから、第１導電層１７１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、第１導電層１７１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、第１導電層１７１の厚さは２ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第１導電層１７１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、第１導電層１７１の厚さが５００ｎｍよりも厚いと、発光層１５０からの発光及び金属反射層１７２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。
【００３３】
第１導電層１７１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、第１導電層１７１として、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。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で設けることによって、第１導電層１７１を形成できる。また、第１導電層１７１を形成した後に、第１導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００３４】
本実施の形態において、第１導電層１７１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、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
【００３５】
また、第１導電層１７１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。
【００３６】
第１導電層１７１に用いるＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ2を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ2を含まない雰囲気としては、Ｎ2雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ2などの不活性ガスとＨ2との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。なお、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない恐れが生じ、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させる恐れもある。
【００３７】
アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、他の層との接着性の点において、第１導電層１７１は材料に限定されないが結晶性の材料の方が好ましく、特に結晶性ＩＺＯの場合にはビックスバイト結晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯがよい。
特に、前述のように、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において大変有効である。また、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、抵抗値が低下することから、半導体発光素子１を構成した際に、順方向電圧ＶFを低減できる点でも好ましい。
【００３８】
＜金属反射層＞
図１に示すように、第１導電層１７１の上には金属反射層１７２が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、金属反射層１７２（図１参照）は、第１導電層１７１の全域を覆うように形成されている。そして、金属反射層１７２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、金属反射層１７２は、第１導電層１７１上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と金属反射層１７２とが直接接触しないように構成されている。なお、図２において、金属反射層１７２は、上述した第１導電層１７１と同様、第１ボンディング層１７４の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。
【００３９】
第１の反射層あるいは電極反射層の一例としての金属反射層１７２はＡｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）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、金属反射層１７２として銀を用いた場合は、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。また、後述するように、金属反射層１７２は、第１導電層１７１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、その抵抗値が低く、しかも第１導電層１７１との接触抵抗を低く抑える必要があるためである。そして、本実施の形態では、金属反射層１７２の厚さが１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。この金属反射層１７２の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上の範囲より選択することができる。ここで、金属反射層１７２の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、発光層１５０からの光の反射性能が低下する点で好ましくない場合がある。
【００４０】
＜第１拡散防止層＞
図１に示すように、金属反射層１７２の上には第１拡散防止層１７３が積層されている。この第１拡散防止層１７３は、接触状態にある金属反射層１７２を構成する金属（この例ではＡｇ（銀））の拡散を抑制するために設けられている。
図２に示すように平面視したときに、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２の全域を覆うように形成されている。そして、第１拡散防止層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１拡散防止層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。また、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２上に形成され、ｐ型半導体層１６０上には形成されないようになっている。すなわち、ｐ型半導体層１６０と第１拡散防止層１７３とが直接接触しないように構成されている。
【００４１】
第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２とオーミックコンタクトがとれ、しかも、金属反射層１７２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、後述するように、第１拡散防止層１７３は発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に要しないので、上記第１導電層１７１とは異なり、光透過性を有している必要はない。また、後述するように、第１拡散防止層１７３は、金属反射層１７２および第１導電層１７１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。
【００４２】
そして、本実施の形態では、第１拡散防止層１７３の厚さが、５０ｎｍ（５００Å）に設定されている。本実施の形態においては、第１拡散防止層１７３の厚さが５０ｎｍ以上であれば、金属反射層１７２を構成するＡｇ（銀）のマイグレーションが抑制されやすくなる点で好ましい。これに対し、第１拡散防止層１７３の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、第１拡散防止層１７３上に形成する第１ボンディング層１７４へのＡｇ（銀）のマイグレーション防止の点で好ましくない。また、第１拡散防止層１７３の厚さが５０００ｎｍよりも厚いと、材料のコストアップの点で好ましくない。なお、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが第１拡散防止層１７３の厚さよりも薄くなるように、それぞれの厚さが設定されている。
【００４３】
本実施の形態では、第１拡散防止層１７３として、第１導電層１７１と同様にＩＺＯが用いられている。ただし、第１拡散防止層１７３を構成するＩＺＯには熱処理が行われないことから、アモルファス状態のままとなっている。
【００４４】
なお、第１拡散防止層１７３としては、ＩＺＯの他、ＩＴＯ、ＩＧＯ、ＩＣＯ等を用いることができる。また、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。さらに、Ｎｉ（ニッケル）やＴｉ（チタン）などの金属材料を用いるようにしても差し支えない。
【００４５】
＜第１ボンディング層＞
図１に示すように、第１拡散防止層１７３の上面および側面には、第１拡散防止層１７３を覆うように第１ボンディング層１７４が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第１ボンディング層１７４は、第１拡散防止層１７３の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１７４の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００４６】
接続層の一例としての第１ボンディング層１７４は、最も内側すなわち第１拡散防止層１７３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１ボンディング層１７４としてＡｕ（金）の単層膜を用いているが、例えば第１拡散防止層１７３に接して形成される第１層としてのＮｉ（ニッケル）層と、このＮｉ層の外側に形成される第２層としてのＰｔ（白金）層と、このＰｔ層の外側であって最も外側に形成される第３層としてのＡｕ（金）層とを有する構造を採用するようにしてもよい。そして、第１ボンディング層１７４の全体の厚さは、フリップチップ実装する際のパッド電極としての機能を有する厚さがあれば、厚さに制限なく使用することができるが、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８００００Å）に設定されている。
【００４７】
なお、第１ボンディング層１７４を複数の金属層で構成する場合において、第１拡散防止層１７３と接する第１層を構成する材料としては、上述したＮｉ（ニッケル）の他、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＮｉＴｉ（ニッケルチタン）合金、およびこれらの窒化物を使用することができる。
【００４８】
＜第１密着層＞
図１に示すように、第１ボンディング層１７４の上面および側面には、第１ボンディング層１７４を覆うように第１密着層１７５が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第１密着層１７５は第１ボンディング層１７４の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１７５の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１７５の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第１密着層１７５の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
【００４９】
密着層の一例としての第１密着層１７５は、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１７４と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第１密着層１７５は、Ｔａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１密着層１７５として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｗ（タングステン）を用いることも可能である。そして、第１密着層１７５の厚さは、２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定されている。
ここで、第１密着層１７５の厚さが２ｎｍよりも薄い場合は、Ａｕと保護膜との密着性が十分とれなくなり望ましくない。また、第１密着層１７５の厚さが５０ｎｍ以上になると、第１ボンディング層１７４を構成するＡｕを露出させるために、保護層１９０および第１密着層１７５を除去する工程での負担が大きくなるので望ましくない。
さらに、第１密着層１７５を構成する材料に要求される特性としては、耐水性も兼ね備えていること（弁金属など）、および、ドライエッチングのエッチングガスやエッチャントに対するエッチング特性がよいことの両者を満たすことが挙げられる。
【００５０】
＜第２電極＞
続いて、第２電極１８０の構成について詳細に説明する。
第２電極１８０は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第２導電層１８１と、この第２導電層１８１上に積層される第２ボンディング層１８３と、上述した第２ボンディング層１８３の露出部位を除いて第２ボンディング層１８３を覆うように設けられ、第２ボンディング層１８３と反対側の面には保護層１９０が積層される第２密着層１８４とを有している。
【００５１】
＜第２導電層＞
図１に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第２導電層１８１が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第２導電層１８１（図１参照）は、円形状の外形を有している。そして、第２導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、第２導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。ただし、第２導電層１８１は、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよく、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。なお、図２において、第２導電層１８１は、第２ボンディング層１８３の背面側に形成されているため、その背後に隠れている。
【００５２】
第２導電層１８１は、ｎ型半導体層１４０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、第２導電層１８１として、Ａｌ（アルミニウム）を用いている。第２導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、上述した第１電極１７０の金属反射層１７２を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。また、本実施の形態では、第２導電層１８１の厚さは１００ｎｍ（１０００Å）に設定されている。なお、第２導電層１８１の厚さは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、第２導電層１８１の厚さが５０ｎｍよりも薄いと、ｎ型半導体層１４０から出る光を透過させやすくなることから、光取り出し効率が低下する場合があり、また、第２導電層１８１の厚さが５００ｎｍよりも厚いと第２ボンディング層１８３で覆えなくなる部位が生ずるおそれがあり、Ａｌなど耐水性の低い金属が外部に露出する可能性がある点で好ましくない場合がある。
【００５３】
＜第２ボンディング層＞
図１に示すように、第２導電層１８１の上には第２ボンディング層１８３が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第２ボンディング層１８３は、第２導電層１８１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１８３の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第２ボンディング層１８３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。
【００５４】
第２ボンディング層１８３は、上述した第１電極１７０の第１ボンディング層１７４と同様、最も内側すなわち第２導電層１８１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１８３が第１ボンディング層１７４と同じＡｕ（金）の単層膜で構成されている。また、第２ボンディング層１８３の全体の厚さも、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８００００Å）に設定されている。なお、第１ボンディング層１７４のところで説明したように、第２ボンディング層１８３を複数の金属層の積層構造とすることもできる。
【００５５】
＜第２密着層＞
図１に示すように、第２ボンディング層１８３の上には第２密着層１８４が積層されている。
図２に示すように平面視したときに、第２密着層１８４は第２ボンディング層１８３の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１８４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１８４の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１８４の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃと接するように設けられている。
【００５６】
第２密着層１８４は、上述した第１電極１７０の第１密着層１７５と同様に、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層１８３と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第２密着層１８４は、第１密着層１７５と同じくＴａ（タンタル）で形成されている。ただし、第２密着層１８４として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）、Ｎｂ(ニオブ)、Ｗ（タングステン）を用いることも可能である。そして、第２密着層１８４の厚さは、２ｎｍ〜５０ｎｍの範囲に設定されている。ここで、第２密着層１８４の厚さが２ｎｍよりも薄い場合は、Ａｕと保護膜との密着性が十分とれなくなり望ましくない。また、第２密着層１８４の厚さが５０ｎｍ以上になると、第２ボンディング層１８３を構成するＡｕを露出させるために、保護層１９０および第２密着層１８４を除去する工程での負担が大きくなるので望ましくない。
さらに、第２密着層１８４を構成する材料に要求される特性としては、耐水性も兼備えていること（弁金属など）、および、ドライエッチングのエッチングガスやエッチャントに対するエッチング特性がよいことの両者を満たすことが挙げられる。
【００５７】
＜保護層＞
図１に示すように、保護層１９０は、第１電極１７０の一部および第２電極１８０の一部を除いて、これら第１電極１７０および第２電極１８０を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第１電極１７０および第２電極１８０に浸入するのを抑制する保護層としての機能と、発光層１５０から出射された光のうち、直接基板１１０側に向かわず、しかも、第１電極１７０の金属反射層１７２や第２電極１８０の第２導電層１８１で反射されなかった光を基板１１０側に向けて反射する補助反射層としての機能とを有している。
【００５８】
図４は、第２の反射層あるいは保護反射層の一例としての保護層１９０の断面模式図の一例を示している。
保護層１９０は、屈折率が異なる第１の屈折率層の一例としての低屈折率層１９０ａと第２の屈折率層の一例としての高屈折率層１９０ｂとを、交互に積層して構成されている。特に、本実施の形態では、２つの低屈折率層１９０ａによって１つの高屈折率層１９０ｂを挟み込む構成を採用しており、この例では、６層の低屈折率層１９０ａの間に５層の高屈折率層１９０ｂを挟み込むことにより、合計１１層の積層構造を有している。なお、図４は、第１電極１７０の第１密着層１７５上に形成される保護層１９０を例示しているが、例えば第２電極１８０側などの他の部位に対しても、同様の順番で低屈折率層１９０ａおよび高屈折率層１９０ｂが積層されることで保護層１９０が形成されている。なお、保護層１９０のうち外部に露出する最上層については、低屈折率層１９０ａで構成してもよいし、高屈折率層１９０ｂで構成してもよい。
【００５９】
低屈折率層１９０ａおよび高屈折率層１９０ｂには、発光層１５０から出力される光に対する光透過性能が高いものが用いられる。ここで、低屈折率層１９０ａとしては、例えばＳｉＯ２（酸化珪素）やＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を使用することができ、また、高屈折率層１９０ｂとしては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）を使用することができる。ただし、高屈折率層１９０ｂとの間の屈折率の関係が満たされるのであれば、これらＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を低屈折率層１９０ａに用いてもかまわない。
【００６０】
ここで、本実施の形態では、低屈折率層１９０ａとしてＳｉＯ２（酸化珪素）を用い、高屈折率層１９０ｂとしてＴｉＯ２（酸化チタン）を用いるようにした。これらは、発光層１５０の発光波長λ（＝４００ｎｍ〜４５０ｎｍ）の光に対して高い光透過性を有している。なお、発光層１５０の発光波長λがさらに短く、近紫外領域の光を発する場合は、近紫外領域の光を吸収してしまうＴｉＯ２（酸化チタン）に代えて、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）など、光学バンドギャップがＴｉＯ２（酸化チタン）より大きいものを高屈折率層１９０ｂとして使用することが望ましい。ただし、発光層１５０が紫外領域の光を発する場合であっても、低屈折率層１９０ａにはＳｉＯ２（酸化珪素）を用いることができる。
【００６１】
また、各低屈折率層１９０ａの層厚さｄＬおよび高屈折率層１９０ｂの層厚さｄＨは、発光層１５０の発光波長をλ（ｎｍ）、発光波長λにおける低屈折率層１９０ａの屈折率をｎＬ、発光波長λにおける高屈折率層１９０ｂの屈折率をｎＨとしたとき、以下に示す式に基づいて設定されている。
【００６２】
【数１】
2011035324.tif 000003
【００６３】
したがって、上記（１）式および（２）式から明らかなように、低屈折率層１９０ａの層厚さｄＬは、高屈折率層１９０ｂの層厚さｄＨよりも必ず厚くなる。
【００６４】
本実施の形態では、上述したように、保護層１９０において、第１密着層１７５などの積層対象と接する側および外部に露出する側の両方に、ＳｉＯ２（酸化珪素）からなる低屈折率層１９０ａを配置している。これは、低屈折率層１９０ａとして用いられるＳｉＯ２（酸化珪素）が、高屈折率層１９０ｂとして用いられるＴｉＯ２（酸化チタン）に比べて耐腐食性の点で優れているためである。また、保護層１９０の積層対象となる積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）が、屈折率の高いＧａＮ（窒化ガリウム）系の材料（ＧａＮの屈折率は２．４程度である）で構成されているためでもある。
【００６５】
次に、図１に示す半導体発光素子１の使用方法について説明する。
図５は、図１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１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には第１電極１７０（具体的には第１ボンディング層１７４）を、また、負電極１２には第２電極１８０（具体的には第２ボンディング層１８３）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。
【００６６】
では、図５に示す発光装置の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、第１電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第２電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０は四方に向けて青色光を出力する。ここで、図５には、基板１１０側に向かう矢印Ａ方向の光、第１電極１７０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、このとき、第１電極１７０では、第１ボンディング層１７４、第１拡散防止層１７３、金属反射層１７２および第１導電層１７１を介して電流が流れ、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上において均一化された状態の電流が供給される。
【００６７】
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Ａ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、図５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。
【００６８】
また、発光層１５０から出射される光のうち第１電極１７０側に向かう矢印Ｂ方向の光は、ｐ型半導体層１６０および第１導電層１７１を介して金属反射層１７２に到達し、金属反射層１７２で反射される。そして、金属反射層１７２で反射した光は、第１導電層１７１、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、図５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。
【００６９】
一方、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を介して保護層１９０に到達し、保護層１９０で反射される。そして、保護層１９０で反射した光は、半導体発光素子１内を進行し、直接あるいは金属反射層１７２や保護層１９０等で反射した後、図５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。
【００７０】
ここで、発光層１５０から直接基板１１０に向かう光の一部、発光層１５０から金属反射層１７２を介して基板１１０に向かう光の一部、そして、発光層１５０から保護層１９０を介して基板に１１０に向かう光の一部は、例えば基板１１０と外部との境界において反射され、半導体発光素子１内へと戻ってくる。このようにして半導体発光素子１内に戻ってきた光は、第１電極１７０に設けられた金属反射層１７２、第２電極１８０に設けられた第２導電層１８１、そして保護層１９０によって反射され、再び基板１１０側へと向かう。このように、本実施の形態では、半導体発光素子１に金属反射層１７２および保護層１９０を設け、発光層１５０から基板１１０とは反対側に出射された光をこれら金属反射層１７２および保護層１９０によって反射させることで、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。
【００７１】
ここで、発光層１５０から基板１１０側に向かう光は、中間層１２０と基板１１０との屈折率の違いにより、これら両者の界面において反射しやすくなっている。そして、このようにして反射した光は、第１電極１７０や第２電極１８０が存在していない積層半導体層１００の外周部から漏れやすくなっている。これに対し、本実施の形態では、積層半導体層１００の外周部を覆う保護層１９０が所謂光学多層膜で構成されていることから、積層半導体層１００の外周部から抜け出ようとする光を反射させることが可能となる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、保護層１９０を１１層構成としたが、これに限られるものではなく、保護層１９０に少なくとも低屈折率層１９０ａおよび高屈折率層１９０ｂが一組存在していればよい。また、保護層１９０を１２層以上の層構成としてもかまわない。
【００７３】
また、本実施の形態では、基板１１０を装着した状態で半導体発光素子１を構成していたが、これに限られるものではなく、例えば図１に示す半導体発光素子１の製造を行った後、基板１１０を取り外すようにしてもかまわない。
【００７４】
＜ランプ＞
本実施形態のランプは、本発明の半導体発光素子を備えるものであり、上記の半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものである。本実施形態のランプは、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。また、従来より、半導体発光素子１と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変える技術が知られており、本実施形態のランプにおいてもこのような技術を何ら制限されることなく採用することが可能である。
【００７５】
本発明の半導体発光素子１を備えるランプの一例として、砲弾型と呼ばれる形状のランプ（パッケージ）を組み立てることができ、半導体発光素子１の第１電極１７０がＡｕバンプで２本のフレームの一方に接着され、半導体発光素子１の第２電極１８０のｎ型ボンディングパッド電極がＡｕバンプで他方のフレームに接合されることにより、半導体発光素子１が実装される。また、本発明の半導体発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールドで封止されている。
【００７６】
本実施形態のランプは、本発明の半導体発光素子１が用いられてなるものであるので、高い出力が得られ、優れた発光特性を備えたものとなる。
【００７７】
また、本実施形態のランプ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。
【実施例】
【００７８】
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。
本発明者は、発光層１５０の発光波長λおよび保護層１９０の構成を異ならせて得られた半導体発光素子１を用い、半導体発光素子１から出力される光量に関する評価を行った。
【００７９】
図６（ａ）は、実施例１、２および比較例１、２における半導体発光素子１の発光波長λ、順方向電圧Ｖｆ、保護層１９０の構成、および得られた出力光量Ｐｏの関係を示している。
実施例１では、発光波長λが４０３ｎｍの発光層１５０を用いた。なお、実施例１における順方向電圧Ｖｆは３．５Ｖであった。また、実施例１における保護層１９０は、図６（ｂ）に示す多層膜構成（構成１）を用いた。
また、実施例２では、発光波長λが４５３ｎｍの発光層１５０を用いた。なお、実施例２における順方向電圧Ｖｆは３．２Ｖであった。また、実施例２における保護層１９０は、図６（ｃ）に示す多層膜構成（構成２）を用いた。
一方、比較例１では、発光波長λが４０４ｎｍの発光層１５０を用いた。なお、比較例１における順方向電圧Ｖｆは３．５Ｖであった。また、比較例１における保護層１９０は、ＳｉＯ２（酸化珪素）の単層膜構成とした。ここで、比較例１における保護層１９０の層厚さは２５０ｎｍとした。
さらに、比較例２では、発光波長λが４５３ｎｍの発光層１５０を用いた。なお、比較例２における順方向電圧Ｖｆは、３．２Ｖであった。また、比較例２における保護層１９０は、比較例１と同様、ＳｉＯ２（酸化珪素）の単層膜構成とした。ここで、比較例２における保護層１９０の層厚さは２５０ｎｍとした。
【００８０】
次に、実施例１における保護層１９０の構成について、図６（ｂ）を参照しながら説明する。
実施例１における保護層１９０は、１１層の積層構成とした。そして、奇数番目となる第１層、第３層、第５層、第７層、第９層および第１１層を、ＳｉＯ２（酸化珪素）からなる低屈折率層１９０ａとし、偶数番目となる第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層を、ＴｉＯ２（酸化チタン）からなる高屈折率層１９０ｂとした。実施例１では、発光層１５０の発光波長λが４０３ｎｍであることから、奇数番目の層すなわち低屈折率層１９０ａの層厚さを、上述した（１）式に基づいて６７ｎｍとし、また、偶数番目の層すなわち高屈折率層１９０ｂの層厚さを、上述した（２）式に基づいて３７ｎｍとした。
【００８１】
さらに、実施例２における保護層１９０の構成について、図６（ｃ）を参照しながら説明する。
実施例２における保護層１９０は、実施例１と同様、１１層の積層構成とした。また、実施例１と同様、奇数番目となる第１層、第３層、第５層、第７層、第９層および第１１層を、ＳｉＯ２（酸化珪素）からなる低屈折率層１９０ａとし、偶数番目となる第２層、第４層、第６層、第８層および第１０層を、ＴｉＯ２（酸化チタン）からなる高屈折率層１９０ｂとした。実施例２では、発光層１５０の発光波長λが４５３ｎｍであることから、奇数番目の層すなわち低屈折率層１９０ａの層厚さを、上述した（１）式に基づいて７６ｎｍとし、また、偶数番目の層すなわち高屈折率層１９０ｂの層厚さを、上述した（２）式に基づいて４５ｎｍとした。
【００８２】
最初に、発光層１５０の発光波長λがほぼ同じで、保護層１９０の構成が異なる実施例１と比較例１とを比較する。実施例１では、保護層１９０として所謂多層反射膜を用いているため、保護層１９０として単層膜を用いる比較例１よりも、出力光量Ｐｏが増加していることがわかる。この例では、保護層１９０の構成に工夫を施すことで、出力光量Ｐｏが約４．７％増加している。
【００８３】
次に、発光層１５０の発光波長λが同じで、保護層１９０の構成が異なる実施例２と比較例２とを比較する。実施例２では、保護層１９０として所謂多層反射膜を用いているため、保護層１９０として単層膜を用いる比較例２よりも、出力光量Ｐｏが増加していることがわかる。この例では、保護層１９０の構成に工夫を施すことで、出力光量Ｐｏが約５．０％増加している。
【００８４】
このように、第１電極１７０に設けられる金属反射層１７２に加え、反射膜として機能する保護層１９０を設けることで、出力光量Ｐｏが増大すること、すなわち半導体発光素子１からの光の取り出し効率が向上することが理解される。
【符号の説明】
【００８５】
１…半導体発光素子、１０…配線基板、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…半導体層露出面、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１６０ｃ…上面、１７０…第１電極、１７１…第１導電層、１７２…金属反射層、１７３…第１拡散防止層、１７４…第１ボンディング層、１７５…第１密着層、１８０…第２電極、１８１…第２導電層、１８２…第２拡散防止層、１８３…第２ボンディング層、１８４…第２密着層、１９０…保護層、１９０ａ…低屈折率層、１９０ｂ…高屈折率層
【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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