(57)【要約】【課題】半導体発光素子のＦＣ（フリップチップボンディング）実装技術における作業性と放熱効果を改良する。【解決手段】基板上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、積層半導体層の第１の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１７０ａを有する第１の電極（第１電極１７０）と、積層半導体層の一部を切り欠くことによって露出した第２の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１８０ａを有する第２の電極（第２電極１８０）と、を備え、第１の開口部１７０ａは、平面視で第１の開口部１７０ａの第２の開口部１８０ａ側に、第２の開口部１８０の外縁部から略等しい間隔を保つように形成された円弧状の部分を有することを特徴とする半導体発光素子１。【選択図】図２
2011119519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、
前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部を有する第１の電極と、
前記積層半導体層の一部を切り欠くことによって露出した前記第２の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部を有する第２の電極と、を備え、
前記第１の開口部は、平面視で当該第１の開口部の前記第２の開口部側に、当該第２の開口部の外縁部から略等しい間隔を保つように形成された円弧状の部分を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板の平面形状は長方形または正方形であり、
前記第１の開口部の前記円弧状の部分は、前記第２の開口部の外縁部から、前記基板の短辺の少なくとも１０％に相当する長さの間隔を保つように形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の開口部の面積は、前記第１の電極の表面積の少なくとも３０％を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の電極は、平面視で、前記基板の外周縁に沿うように分岐した少なくとも１つの枝部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２の電極は、前記積層半導体層の一部を、平面視で、前記基板の対角線の方向に切り欠くことによって露出した前記第２の半導体層の表面に形成された少なくとも１つの枝部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１の電極の前記第１の開口部に形成され、導電性を有し前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極の前記第２の開口部に形成され、導電性を有し前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層、当該第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層が順に積層された積層半導体層と、当該積層半導体層の当該第１の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部を有する第１の電極と、当該積層半導体層の一部を切り欠くことによって露出した当該第２の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部を有する第２の電極と、を備え、当該第１の開口部は、平面視で当該第１の開口部の当該第２の開口部側に、当該第２の開口部の外縁部から略等しい間隔を保つように円弧状に形成された部分を有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の前記第１の電極及び前記第２の電極を備える側と対向するように配置され、当該第１の電極及び当該第２の電極と接続子により接続された一対の配線を備える回路基板と、
を有することを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に透光性の電極（透明電極）を形成し、この透明電極を介して発光を取り出している。このような半導体発光素子においては、発光強度にむらが生じないように電流分布を均一にすることが必要である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、基板上面に順次形成された、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層、窒化ガリウム系化合物半導体から成る発光層及び第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層を有する直方体状の半導体層と、第１導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第１導電型電極と、第２導電型窒化ガリウム系化合物半導体層の表面に形成された第２導電型電極とを有する発光素子であって、第１導電型電極及び第２導電型電極は、平面視で一方の電極が他方の電極を取り囲む多角形の環状に形成されているとともに、多角形の環状の角部の内縁が曲線状に形成され、電流密度及び電流分布の偏りを低減した半導体発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０５４６８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体発光素子は、通常、透明電極上に、Ａｕ（金）のボンディングワイヤと接続する部分にＡｕまたはＡｕを含む合金からなるボンディングパッドを形成している。近年、発光波長に対して透明な基板上に形成された半導体発光素子を裏返して回路基板（サブマウント）またはパッケージに搭載するＦＣ（フリップチップボンディング）実装技術が開発されている。これによれば、電極が形成されていない基板側から光を取り出すことにより、電極による遮光を回避できるので、光取り出し効率が向上する。また、半導体発光素子と回路基板（サブマウント）とは、半導体発光素子の電極と、回路基板（サブマウント）の配線のパッドとを、Ａｕ等で形成されたバンプにより接続するため、ボンディングワイヤで接続する方法に比べ、半導体発光素子の実装に必要な回路基板（サブマウント）上の面積が小さくなり高密度に実装できるとともに、接続の信頼性も高い。
しかし、ボンディングパッドの面積が過度に小さいと、半導体発光素子を回路基板（サブマウント）またはパッケージに搭載する際の作業性が低下するとともに、発光層が発光することに伴う発熱を十分に放熱することが出来ないという問題がある。
本発明の目的は、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術における作業性と放熱効果を改良することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以下（１）〜（８）にかかる半導体発光素子及び半導体発光装置が提供される。
（１）基板上に、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、積層半導体層の第１の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部を有する第１の電極と、積層半導体層の一部を切り欠くことによって露出した第２の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部を有する第２の電極と、を備え、第１の開口部は、平面視で第１の開口部の第２の開口部側に、第２の開口部の外縁部から略等しい間隔を保つように形成された円弧状の部分を有することを特徴とする半導体発光素子。
（２）基板の平面形状は長方形または正方形であり、第１の開口部の円弧状の部分は、第２の開口部の外縁部から、基板の短辺の少なくとも１０％に相当する長さの間隔を保つように形成されることを特徴とする（１）に記載の半導体発光素子。
（３）第１の開口部の面積は、第１の電極の表面積の少なくとも３０％を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の半導体発光素子。
（４）第２の電極は、平面視で、基板の外周縁に沿うように分岐した少なくとも１つの枝部を有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（５）第２の電極は、積層半導体層の一部を、平面視で、基板の対角線の方向に切り欠くことによって露出した第２の半導体層の表面に形成された少なくとも１つの枝部を有することを特徴とする（１）乃至（４）いずれかに記載の半導体発光素子。
（６）積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする（１）乃至（５）いずれかに記載の半導体発光素子。
（７）第１の電極の第１の開口部に形成され、導電性を有し第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、第２の電極の第２の開口部に形成され、導電性を有し第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする（１）乃至（６）いずれかに記載の半導体発光素子。
【０００７】
（８）第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層が順に積層された積層半導体層と、積層半導体層の第１の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部を有する第１の電極と、積層半導体層の一部を切り欠くことによって露出した第２の半導体層の表面に形成され、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部を有する第２の電極と、を備え、第１の開口部は、平面視で第１の開口部の第２の開口部側に、第２の開口部の外縁部から略等しい間隔を保つように円弧状に形成された部分を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の第１の電極及び第２の電極を備える側と対向するように配置され、第１の電極及び第２の電極と接続子により接続された一対の配線を備える回路基板と、を有することを特徴とする半導体発光装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術における作業性と放熱効果を改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態が適用される半導体発光素子の断面模式図の一例を示す図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子を図１に示すＩＩ方向からみた平面模式図の一例を示す図である。
【図３】半導体発光素子を構成する積層半導体の断面模式図の一例を示す図である。
【図４】第１電極の断面模式図の一例を示す図である。
【図５】第２電極の断面模式図の一例を示す図である。
【図６】第２の実施の形態が適用される半導体発光素子の断面模式図の一例を示す図である。
【図７】図６に示した半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図９】第４の実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図１０】第５の実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図１１】第６の実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図１２】第７〜９の実施の形態が適用される半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図１３】本実施の形態が適用される半導体発光装置の断面模式図の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。
【００１１】
＜半導体発光素子＞
図１は、第１の実施の形態が適用される半導体発光素子の断面模式図の一例を示す図である。また、図２は、図１に示す半導体発光素子を図１に示すＩＩ方向からみた平面模式図の一例を示す図である。図３は、半導体発光素子を構成する積層半導体の断面模式図の一例を示す図である。
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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（半導体層露出面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（半導体層露出面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。
【００１４】
一方、第１電極１７０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、後述するように、バンプ（第１の接続子）２０により外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１７０ａが形成されている。また、同様に、第２電極１８０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、後述するように、バンプ（第２の接続子）２０により外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１８０ａが形成されている。図１に示すように、第１の開口部１７０ａは、第２の開口部１８０ａの外縁部から一定の長さの間隔Ｒを保つように形成されている。第１の開口部１７０ａ及び第２の開口部１８０ａについては後述する。
【００１５】
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。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。
【００１６】
次に、図２に示すように、平面視したとき、第１電極１７０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り一部が除去された部分を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの略全面を覆うように形成されている。第１電極１７０の上面には、第１電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１７０ａが形成されている。第１の開口部１７０ａは、第１電極１７０の図２における略右半分の部分を露出させる。そして、第１の開口部１７０ａは、第２電極１８０側が円弧状に切り取られたような平面形状を有している。
【００１７】
一方、第２電極１８０は、平面形状が正方形の基板１１０の一片に近接した部分の略中央部に形成されている。上述したように、第２電極１８０は、露出した半導体層露出面１４０ｃ上に形成され、さらに、第２電極１８０の上面には、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１８０ａが形成されている。
尚、図２では、第１電極１７０及び第２電極１８０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
【００１８】
図２に示すように、第１電極１７０を露出させる第１の開口部１７０ａと第２電極を第２の開口部１８０ａとは、第１の開口部１７０ａの第２の開口部１８０ａ側の外縁端部と第２の開口部１８０ａの第１の開口部１７０ａ側の外縁端部とが、一定の間隔Ｒを保つように配置されている。本実施の形態では、平面視で第１の開口部１７０ａの第２の開口部１８０ａ側は、半円形状に形成された第２の開口部１８０ａの第１の開口部１７０ａ側の形状に倣い、第２の開口部１８０ａの外縁部から略等しい間隔Ｒを保つように円弧状に形成されている。
【００１９】
第２の開口部１８０ａの外縁部から第１の開口部１７０ａの外縁端部迄の間隔Ｒは特に限定されないが、本実施の形態では、平面形状が正方形である基板１１０の一辺の、少なくとも１０％に相当する長さを保つように形成されている。また、間隔Ｒは平面形状が長方形である基板１１０の実施形態では、短辺の少なくとも１０％に相当する長さを保つように形成されている。第２の開口部１８０ａの外縁部から間隔Ｒを保ちつつ第１の開口部１７０ａを形成することにより、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術における作業性が改善される。本実施の形態では、間隔Ｒが過度に短いと、フリップチップの実装時にＰ極、Ｎ極が短絡しやすくなる。また、間隔Ｒが過度に大きいと、回路基板との接触面積が減少し放熱が不十分となり、特性が劣化する傾向がある。
また、本実施の形態では、平面視で第１の開口部１７０ａの表面積が第１電極１７０の表面積に対する割合は、第１の電極１７０の表面積の少なくとも２０％を有するように形成され、好ましくは、少なくとも３０％を有するように形成されている。
次に、半導体発光素子１の各層について説明する。
【００２０】
＜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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
＜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の上を介して、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１２０を形成することが好ましいが、行なわなくても良い。
【００２３】
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。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。
【００２４】
＜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、生産コストの点で好ましくは１０μｍ以下がよい。
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。
【００２５】
＜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、０．５μｍ〜５μｍに設定することが好ましく、１μｍ〜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。
【００２６】
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。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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
【００２９】
＜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。
【００３０】
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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍ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。
【００３１】
＜第１電極＞
次に、第１電極１７０の構成について説明する。図４は、第１電極１７０の断面模式図の一例を示す図である。
第１の電極としての第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、金属反射層１７２上に積層される第１ボンディング層１７３と、上述した第１ボンディング層１７３の露出部位である第１の開口部１７０ａを除いて第１ボンディング層１７３を覆うように設けられ、第１ボンディング層１７３と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１７４とを有している。
【００３２】
＜第１導電層＞
図４に示すように、第１導電層１７１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。
【００３３】
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。また、本実施の形態では、第１導電層１７１の厚さが５ｎｍ（５０Å）に設定されている。なお、第１導電層１７１の厚さは２ｎｍ〜１８ｎｍ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１８ｎｍ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
例えば、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯを第１導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
【００３６】
また、第１導電層１７１に用いるＩＺＯ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】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
＜金属反射層＞
図４に示すように、金属反射層１７２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、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。
【００４０】
金属反射層１７２はＡｇ（銀）で構成されている。金属反射層１７２として銀を用いているのは、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である。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。
なお、本実施の形態では、金属反射層１７２としてＡｇ単体を用いているが、Ａｇを含む合金を使用するようにしてもかまわない。
【００４１】
＜第１ボンディング層＞
図４に示すように、金属反射層１７２の上面および側面には、金属反射層１７２を覆うように第１ボンディング層１７３が積層されている。第１ボンディング層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ボンディング層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ボンディング層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。
【００４２】
外部との電気的な接続に用いられる接続層としての第１ボンディング層１７３は、最も内側すなわち金属反射層１７２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１７３としてＡｕ（金）の単層膜を用いているが、例えば、金属反射層１７２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１７３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）〜８，０００ｎｍ（８０，０００Å）に設定されている。
【００４３】
なお、第１ボンディング層１７３を複数の金属層で構成する場合において、金属反射層１７２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。
【００４４】
＜第１密着層＞
図４に示すように、第１ボンディング層１７３の上面および側面には、第１ボンディング層１７３を覆うように第１密着層１７４が積層されている。第１密着層１７４は第１ボンディング層１７３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密着層１７４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１７４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。
【００４５】
密着層の一例としての第１密着層１７４は、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１７３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１７４は、Ｔａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１密着層１７４として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。
【００４６】
＜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。図５は、第２電極１８０の断面模式図の一例を示す図である。
第２の電極としての第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、第２導電層１８１上に積層される第２ボンディング層１８２と、上述した第２ボンディング層１８２の露出部位である第２の開口部１８０ａを除いて第２ボンディング層１８２を覆うように設けられ、第２ボンディング層１８２と反対側の面には保護層１９０が積層される第２密着層１８３とを有している。
【００４７】
＜第２導電層＞
図５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。前述したように平面視で第２導電層１８１（図２参照）の片側は、半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（図１参照）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（図１参照）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。
【００４８】
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。
【００４９】
＜第２ボンディング層＞
図５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１８２が積層されている。第２ボンディング層１８２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１８２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１８２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（図１参照）に対し傾斜して形成されている。
【００５０】
第２ボンディング層１８２は、上述した第１電極１７０の第１ボンディング層１７３と同様、最も内側、すなわち、第２導電層１８１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１８２が第１ボンディング層１７３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１８２の全体の厚さも、好ましくは５０ｎｍ（５００Å）〜８０００ｎｍ（８０，０００Å）に設定されている。なお、第２ボンディング層１８２を複数の金属層の積層構造とすることもできる。
【００５１】
＜第２密着層＞
図５に示すように、第２ボンディング層１８２の上には第２密着層１８３が積層されている。第２密着層１８３は第２ボンディング層１８２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１８３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１８３の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図１参照）に対し傾斜して形成されている。この第２密着層１８３の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図１参照）と接するように設けられている。
【００５２】
第２密着層１８３は、上述した第１電極１７０の第１密着層１７４と同様に、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層１８２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１８３は、第１密着層１７４と同じくＴａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１密着層１７４として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えば、Ｔｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。
【００５３】
＜保護層＞
図５に示すように、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物からなる保護層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（図１参照））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。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
図６は、第２の実施の形態が適用される半導体発光素子２の断面模式図の一例を示す図である。また、図７は、図６に示した半導体発光素子２の平面模式図の一例を示す図である。図１及び図２に示した半導体発光素子１と同様な構成については同じ符号を使用し、その説明を省略する。
図６に示すように、半導体発光素子２は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０）とを備える。さらに、半導体発光素子２は、第１電極１７０、第２電極１８０を備える。また、第１電極１７０に対しては第１の開口部１７０ａ、第２電極１８０に対しては第２の開口部１８０ａが形成されている。第１の開口部１７０ａは、第２の開口部１８０ａの外縁部から一定の長さの間隔Ｒを保つように形成されている。
【００５５】
さらに、半導体発光素子２は、平面視で積層半導体層１００の周囲を所定の幅で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１４０ｄに、第２電極１８０の枝部１８０ｂが形成されている。
また、半導体発光素子２の第１電極１７０、第２電極１８０及び枝部１８０ｂ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（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）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（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面の全域は、保護層１９０により覆われている。
【００５６】
次に、図７に示すように、前述の図２に示した半導体発光素子１と同様に、第１電極１７０を露出させる第１の開口部１７０ａと第２電極を露出させる第２の開口部１８０ａは、第１の開口部１７０ａの第２の開口部１８０ａ側の外縁端部と第２の開口部１８０ａの第１の開口部１７０ａ側の外縁端部とが、一定の間隔Ｒを保つように配置されている。本実施の形態では、平面視で第１の開口部１７０ａの第２の開口部１８０ａ側は、半円形状に形成された第２の開口部１８０ａの第１の開口部１７０ａ側の形状に倣い、第２の開口部１８０ａの外縁部から略等しい間隔Ｒを保つように円弧状に形成されている。尚、図７では、第１電極１７０、第２電極１８０及び枝部１８０ｂの表面を覆う保護層１９０を省略している。
【００５７】
さらに、図７に示すように、半導体発光素子２において、平面視したとき、第２の電極１８０は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの略全面を覆うように形成されている第１電極１７０の周囲を囲むように、すなわち、平面視で、基板１１０の外周縁に沿うように分岐した枝部１８０ｂを有している。
このように、第２電極１８０の枝部１８０ｂが、第１電極１７０の周囲を囲むように形成されていることにより、半導体発光素子２の電流密度や電流分布の偏りが低減し、発光強度にむらが生じないようになる。
【００５８】
＜第３の実施の形態＞
図８は、第３の実施の形態が適用される半導体発光素子３の平面模式図の一例を示す図である。図８に示すように、半導体発光素子３では、平面視で第２電極１８０は、正方形の隅部（図８では、左下の角部）に配置されている。
一方、平面視したとき、第１電極１７０は、第２電極１８０及び第２の電極１８０から分岐した枝部１８０ｂを形成するためにエッチング等の手段により除去された正方形の隅部（図８では、左下の角部）を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ（図１参照）の略全面を覆うように形成されている。第１電極１７０の上面には、第１電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１７０ａが形成されている。第１の開口部１７０ａは、第１電極１７０の図８における略右半分及び上半分の部分を露出させる。そして、第１の開口部１７０ａは、第２電極１８０側が円弧状に切り取られたような平面形状を有している。
このように、半導体発光素子３では、平面視で第２電極１８０を、正方形の隅部に配置することにより、第１電極１７０の面積を大きくするとともに、第１の開口部１７０ａの面積も大きくすることができる。
さらに、図７に示した半導体発光素子２と同様に、平面視したとき、第２の電極１８０は、第１電極１７０の周囲を囲むように、すなわち、平面視で、基板１１０の外周縁に沿うように分岐した枝部１８０ｂを有している。
【００５９】
＜第４の実施の形態＞
図９は、第４の実施の形態が適用される半導体発光素子４の平面模式図の一例を示す図である。図９に示すように、半導体発光素子４では、図８に示した半導体発光素子３と同様に、平面視で第２電極１８０が、正方形の隅部（図８では、左下の角部）に配置されている。また、平面視したとき、第１電極１７０は、第２電極１８０及び第２の電極１８０から分岐した枝部１８０ｃを形成するために除去され部分を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ（図６参照）の略全面を覆うように形成されている。第１電極１７０の上面には、第１電極１７０を露出させた第１の開口部１７０ａが形成されている。第１の開口部１７０ａは、第１電極１７０の図９における略右半分及び上半分の部分を露出させる。そして、第１の開口部１７０ａは、第２電極１８０側が円弧状に切り取られたような平面形状を有している。
さらに、半導体発光素子４は、平面視したとき、第２の電極１８０は、略四角形の形状を有する第１電極１７０の２辺の周囲に沿うように分岐した枝部１８０ｃを有している。すなわち、分岐した枝部１８０ｃは、第１電極１７０の外周縁を囲まずに、前述した半導体発光素子３（図８参照）における第２の電極１８０から分岐した枝部１８０ｂと比較して、略半分の長さを有している。
【００６０】
＜第５の実施の形態＞
図１０は、第５の実施の形態が適用される半導体発光素子５の平面模式図の一例を示す図である。図１０に示すように、半導体発光素子４では、図８に示した半導体発光素子３と同様に、平面視で第２電極１８０が、正方形の隅部に配置され、平面視したとき第２の電極１８０は、第１電極１７０の周囲を囲むように分岐した枝部１８０ｂを有している。
さらに、第２の電極１８０は、積層半導体層１００の一部を、平面視で、正方形の基板１１０の対角線方向に切り欠くことによって露出した半導体層露出面１４０ｃの表面に形成された第２の枝部１８０ｄを有している。
また、平面視したとき、第１電極１７０は、第２電極１８０を形成するために除去された部分と、第２電極１８０の枝部１８０ｂ及び第２の枝部１８０ｄを除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ（図６参照）の略全面を覆うように形成されている。第１電極１７０の上面には、第１電極１７０を露出させた第１の開口部１７０ａが形成されている。第１の開口部１７０ａは、第１電極１７０の図１０における略右半分及び上半分の部分を露出させる。そして、第１の開口部１７０ａは、第２電極１８０側が円弧状に切り取られたような平面形状を有している。
【００６１】
＜第６の実施の形態＞
図１１は、第６の実施の形態が適用される半導体発光素子６の平面模式図の一例を示す図である。図１１に示すように、半導体発光素子４では、図１０に示した半導体発光素子５と同様に、平面視で第２電極１８０が、正方形の隅部に配置され、平面視したとき第２の電極１８０は、第１電極１７０の周囲を囲むように分岐した枝部１８０ｂを有している。そして、第２の電極１８０は、積層半導体層１００の一部を、平面視で、正方形の基板１１０の対角線方向に切り欠くことによって露出した半導体層露出面１４０ｃの表面に形成された第２の枝部１８０ｅを有している。
さらに、図１１に示すように、第２の枝部１８０ｅは、図１０に示した半導体発光素子５の場合と比較して、積層半導体層１００の一部を対角線方向にさらに長く切り欠いて形成されている。このため、第１電極１７０の第１の開口部１７０ａは、第２電極１８０側の円弧状の一部分に第２の枝部１８０ｅの先端が食い込むように、矩形状に形成された部分を有している。
【００６２】
＜半導体発光素子１の使用方法＞
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１３は、図１に示す半導体発光素子１を配線基板１０Ｂ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１０Ｂ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１０Ｂ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１７３）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１８２）を、それぞれバンプ（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１０Ｂ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１０Ｂ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。
【００６３】
次に、図１３に示す発光装置の発光動作について説明する。尚、第１電極１７０については、図４を参照する。
配線基板１０Ｂ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。このとき、第１電極１７０では、第１ボンディング層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（以上、図４参照）、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。
【００６４】
発光層１５０から出力される光のうち基板１１０側に向かう光は、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、半導体発光素子１の外部に出射される。
【００６５】
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、半導体発光素子１の外部に出射される。
【００６６】
一方、発光層１５０から出射される光のうち側方に向かう光は、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、半導体発光素子１の外部に出射される。
【００６７】
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。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６９】
＜接合部温度（ジャンクション温度）の測定＞
半導体発光素子のジャンクション温度は、サファイアで作製したサブマウント上にＦＣ素子を実装し、環境温度を変化させてＶｆ（１μＡ）を測定する。Ｖｆは環境温度上昇に伴って単調に減少する。この関係をプロットし、温度とＶｆの変化の関係が得られる。電流印加時のジャンクション温度は電流印加前のＶｆ（１μＡ）を測定し、十分電流印加を行い、素子の温度が一定になったときのＶｆ（１μＡ）を測定する。印加前後のＶｆ（１μＡ）の変化量から温度上昇の変化量をもとめる。これに環境温度を足し、ジャンクション温度を得る。
【００７０】
（実施例１〜９、比較例１）
前述した第１の実施の形態（図２参照）〜第６の実施の形態（図１１参照）で説明した６種類の半導体発光素子を、それぞれ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウント基板上に実装した。
さらに、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示すように、第３の実施の形態（図８参照）、第５の実施の形態（図１０参照）及び第６の実施の形態（図１１参照）で説明した半導体発光素子において、第２電極の枝部を有しない構造の３種類の半導体発光素子を形成した。これらをそれぞれ、第７の実施の形態（図１２（ａ）参照）、第８の実施の形態（図１２（ｂ）参照）及び第９の実施の形態（図１２（ｃ）参照）と呼ぶ。これらの３種の実施の形態の半導体発光素子を、同様に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウント基板上に実装した。尚、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す３種類の半導体発光素子は、第１の実施の形態（図２参照）と同様な構成について同じ符号を用いた。
次に、これら９種類の半導体発光素子について、表１に示す３種類の電流値（２０ｍＡ，８０ｍＡ，１５０ｍＡ）における順方向電圧（Ｖｆ：単位Ｖ）と発光量（Ｐｏ：単位ｍＷ）を測定し、各条件におけるジャンクション温度（単位：℃）を測定した。また、比較として、図１２（ｄ）に示すように、従来の半導体発光素子を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）製のサブマウント基板上に実装したものについて、同様な測定を行った。結果を表１に示す。
【００７１】
【表１】
2011119519.tif 000003
【００７２】
表１に示す結果から、９種類の実施の形態（第１の実施の形態〜第９の実施の形態）の半導体発光素子は、従来の半導体発光素子（比較例）と比べ、接合部温度（ジャンクション温度）が低いことが分かる（実施例１〜実施例９／比較例（１０５℃））。これは、従来の半導体発光素子（比較例）と比べ、第１電極１７０を露出させる第１の開口部１７０ａが大きいことにより、放熱性が高められたと考えられる。
また、９種類の実施の形態（第１の実施の形態〜第９の実施の形態）の半導体発光素子の間では、第２電極の枝部を有することにより、Ｖｆ（順方向電圧）及びジャンクション温度が低下し、電力効率が良好である傾向が見られた。
例えば、第２電極の枝部を有しない第１の実施形態（図２：ジャンクション温度９６℃（実施例１））と第２電極の枝部を有する第２の実施形態（図７：ジャンクション温度８９℃（実施例２））との比較、第２電極の枝部を有しない第７の実施形態（図１２（ａ）：ジャンクション温度９５℃（実施例７））と第２電極の枝部を有する第３の実施形態（図８：ジャンクション温度８９℃（実施例３））との比較、第２電極の枝部を有しない第８の実施形態（図１２（ｂ）：ジャンクション温度９２℃（実施例８））と第２電極の枝部を有する第５の実施形態（図１０：ジャンクション温度９１℃（実施例５））との比較等である。
【符号の説明】
【００７３】
１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０…半導体発光素子、１０Ｂ…配線基板、２０…バンプ（はんだ）、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、１７０ａ…第１の開口部、１７１…第１導電層、１７２…金属反射層、１７３…第１ボンディング層、１７４…第１密着層、１８０…第２電極、１８０ａ…第２の開口部、１８０ｂ…枝部、１８０ｃ…第２の枝部、１８１…第２導電層、１８２…第２ボンディング層、１８３…第２密着層、１９０…保護層
【図１】
2011119519.tif 000004
【図２】
2011119519.tif 000005
【図３】
2011119519.tif 000006
【図４】
2011119519.tif 000007
【図５】
2011119519.tif 000008
【図６】
2011119519.tif 000009
【図７】
2011119519.tif 000010
【図８】
2011119519.tif 000011
【図９】
2011119519.tif 000012
【図１０】
2011119519.tif 000013
【図１１】
2011119519.tif 000014
【図１２】
2011119519.tif 000015
【図１３】
2011119519.tif 000016