(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の導電型とは逆の導電性を示す第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、
前記第１の半導体層と接続する第１の電極と、
前記第２の半導体層の表面に設けた第２の電極と、を備え、
前記第２の電極は、
他の部分より膜厚が大きい複数の膜厚部を有し且つ前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す透明導電層と、
前記透明導電層上に積層され且つ、第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す第１の絶縁層と当該第１の屈折率より高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対して光透過性を示す第２の絶縁層とを交互に積層して構成された多層絶縁層と、
前記多層絶縁層上に積層され且つ導電性を有するとともに前記発光層から出射される光に対して反射性を示す金属反射層と、
前記多層絶縁層を通して設けられ、一端が前記透明導電層の前記膜厚部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含む
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記透明導電層は、前記第２の半導体層の表面を連続的に覆うように形成された基部と、前記多層絶縁層側に当該基部より膜厚が大きい凸部を有するように形成された複数の前記膜厚部とから構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】
前記透明導電層の前記凸部は、一定の間隔を設けて前記基部上に配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透明導電層の前記膜厚部は、一定の間隔を設けて前記基部上に配置された第１の凸部と、当該第１の凸部を互いに結合する直線状の第２の凸部とを有する格子状パターンを構成することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記多層絶縁層は、２つの前記第１の絶縁層によって１つの前記第２の絶縁層を挟み込む構造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】
前記多層絶縁層は、前記透明導電層側の表面と前記金属反射層側の表面とに其々前記第１の屈折率を有する前記第１の絶縁層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７】
前記導体部は、前記多層絶縁層の全体に分布するように複数形成され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】
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７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板とを備える半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、
ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された積層半導体層と、当該ｎ型半導体層と接続する負極と、当該ｐ型半導体層の表面に設けた正極と、を備え、
前記正極は、
前記積層半導体層側と反対側に複数の凸部を有し且つインジウムを含む透明導電層と、
前記透明導電層の前記凸部側に積層され且つ第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す第１の絶縁層と当該第１の屈折率より高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対して光透過性を示す第２の絶縁層とを交互に積層して構成された多層絶縁層と、
前記多層絶縁層上に積層され且つ銀を含むとともに前記発光層から出射される光に対して反射性を示す金属反射層と、
前記多層絶縁層を通して形成され一端が前記透明導電層の前記凸部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される複数の導体部と、を含み、
前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記正極と対向するように配置される
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１０】
前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記負極及び前記正極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【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】
半導体発光素子は、通常、透明電極上に、金（Ａｕ）等のボンディングワイヤと接続する部分にボンディングパッドを形成している。最近、発光波長に対して透光性の基板上に形成された半導体発光素子を裏返し、回路基板（サブマウント）またはパッケージに搭載するフリップチップボンディング（ＦＣ）実装技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、透光性基板と、ｎ型半導体層／発光層／ｐ型半導体層が積層された半導体層と、ｎ型半導体層に接合される負電極と、ｐ型半導体層に接合される正電極と、正電極及び負電極にそれぞれ接続される正電極パッド及び負電極パッドとを備えたフリップチップ型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２００７−１７３２６９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、ＦＣ実装技術によれば、正電極を構成する透明導電層の膜厚を薄くすることにより、発光層から出射される光の吸収が減少する傾向がある。一方、透明導電層の膜厚を過度に薄くするとシート抵抗が増大する傾向がある。そのため、電流の拡散が不良となり、順方向電圧（Ｖｆ）が上昇するおそれがある。
また、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、このような光は、光取り出し効率の向上に貢献し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）実装技術において、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑制し、且つ発光出力（Ｐｏ）を増大させて光取り出し効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、以下、［１］〜［１０］が提供される。
［１］請求項１に係る発明は、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の導電型とは逆の導電性を示す第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、前記第１の半導体層と接続する第１の電極と、前記第２の半導体層の表面に設けた第２の電極と、を備え、前記第２の電極は、他の部分より膜厚が大きい複数の膜厚部を有し且つ前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す透明導電層と、前記透明導電層上に積層され且つ、第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す第１の絶縁層と当該第１の屈折率より高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対して光透過性を示す第２の絶縁層とを交互に積層して構成された多層絶縁層と、前記多層絶縁層上に積層され且つ導電性を有するとともに前記発光層から出射される光に対して反射性を示す金属反射層と、前記多層絶縁層を通して設けられ、一端が前記透明導電層の前記膜厚部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される導体部と、を含むことを特徴とする半導体発光素子である。
【０００７】
［２］請求項２に係る発明は、前記透明導電層は、前記第２の半導体層の表面を連続的に覆うように形成された基部と、前記多層絶縁層側に当該基部より膜厚が大きい凸部を有するように形成された複数の前記膜厚部とから構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である。
［３］請求項３に係る発明は、前記透明導電層の前記凸部は、一定の間隔を設けて前記基部上に配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子である。
［４］請求項４に係る発明は、前記透明導電層の前記膜厚部は、一定の間隔を設けて前記基部上に配置された第１の凸部と、当該第１の凸部を互いに結合する直線状の第２の凸部とを有する格子状パターンを構成することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体発光素子である。
尚、透明導電層に形成された複数の膜厚部の配置パターンは、格子状パターンに限定されず、第２の半導体層の表面を連続的に覆う基部上に、互いに所定の間隔を設けて等間隔で又はランダムに形成されたパターン（「孤立パターン」と称する）でもよい。
［５］請求項５に係る発明は、前記多層絶縁層は、２つの前記第１の絶縁層によって１つの前記第２の絶縁層を挟み込む構造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である。
［６］請求項６に係る発明は、前記多層絶縁層は、前記透明導電層側の表面と前記金属反射層側の表面とに其々前記第１の屈折率を有する前記第１の絶縁層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である。
［７］請求項７に係る発明は、前記導体部は、前記多層絶縁層の全体に分布するように複数形成され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である。
［８］請求項８に係る発明は、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７のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【０００８】
［９］請求項９に係る発明は、半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板とを備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が積層された積層半導体層と、当該ｎ型半導体層と接続する負極と、当該ｐ型半導体層の表面に設けた正極と、を備え、前記正極は、前記積層半導体層側と反対側に複数の凸部を有し且つインジウムを含む透明導電層と、前記透明導電層の前記凸部側に積層され且つ第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対して光透過性を示す第１の絶縁層と当該第１の屈折率より高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対して光透過性を示す第２の絶縁層とを交互に積層して構成された多層絶縁層と、前記多層絶縁層上に積層され且つ銀を含むとともに前記発光層から出射される光に対して反射性を示す金属反射層と、前記多層絶縁層を通して形成され一端が前記透明導電層の前記凸部に電気的に接続され且つ他端が前記金属反射層と電気的に接続される複数の導体部と、を含み、前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記正極と対向するように配置されることを特徴とする半導体発光装置である。
［１０］請求項１０に係る発明は、前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記負極及び前記正極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の膜厚部を有しない透明導電層と屈折率が異なる複数の絶縁層からなる多層絶縁層を有しない半導体発光素子と比較して、順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を抑制しつつ、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体発光装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】半導体発光素子の一例を示す断面模式図である。
【図３】半導体発光素子の一例を示す平面模式図である。
【図４】積層半導体の一例を示す断面模式図である。
【図５】第１の電極の一例を示す断面模式図である。
【図６】第２の電極の一例を示す断面模式図である。
【図７】図６に示す第２の電極の一部の断面模式図である。
【図８】多層絶縁層の層構造の一例を示す断面模式図である。
【図９】透明導電層に設けた膜厚部の配置パターンの一例を示す図である。
【図１０】透明導電層に設けた膜厚部の格子状パターンの一例を示す図である。
【図１１】透明導電層に設けた膜厚部の孤立パターンの他の一例を示す図である。
【図１２】透明導電層に設けた膜厚部の配置パターンの他の一例を示す図である。
【図１３】半導体発光素子における発光強度の角度分布の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態（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。
【００１２】
＜半導体発光装置１＞
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光装置１の一例を示す断面模式図である。半導体発光装置１は、光を出射する半導体発光素子１０と、回路基板の一例としてのサブマウント１５とを備えている。サブマウント１５は、半導体発光素子１０を固定するとともに、半導体発光素子１０に電力を供給する配線を設けている。
【００１３】
半導体発光素子１０は、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００を備えている。また、半導体発光素子１０は、正負一対の接続電極の一例として、負極として働く第１の電極１８０と、正極として働く第２の電極１７０とを備えている。積層半導体層１００は、後述するように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０から構成されている。尚、第１の電極１８０は、積層半導体層１００の一部を切り欠いた部分に設けられている。
また、第１の電極１８０および第２の電極１７０の表面の一部を除き、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００の表面および側面を覆う保護層１９０を備えている。尚、半導体発光素子１０の詳細については後述する。
【００１４】
サブマウント１５は、サブマウント基板１０Ｂ、サブマウント基板１０Ｂ上に設けられたサブマウント配線１１、１２、半導体発光素子１０の第１の電極１８０および第２の電極１７０とサブマウント配線１１、１２とを電気的に接続する接続子の一例としてのバンプ２１，２２を備えている。
【００１５】
図１では、半導体発光素子１０は、基板１１０側が上側に位置している。すなわち、半導体発光素子１０は、裏返してサブマウント１５に実装されている。このように、サブマウント１５に対して、半導体発光素子１０を裏返して実装することをフリップチップ（ＦＣ）実装またはフリップチップ（ＦＣ）ボンディングと呼ぶ。また、半導体発光素子１０が裏返して実装されることから、この実装形式をフェイスダウン（ＦＤ）実装とも呼ぶ。
【００１６】
本実施の形態における光の取り出しについて説明する。半導体発光素子１０の積層半導体層１００（具体的には、後述する図２における発光層１５０）において出射した光のうち、基板１１０側に進む光（矢印Ｂ）は、外部に取り出される（矢印Ｄ）。一方、発光層１５０が出射する光のうち、第２の電極１７０側に進む光は（矢印Ａ）、第２の電極１７０に設けられ、発光層１５０が出射する光に対して反射性を示す反射層（後述する、図６に示す多層絶縁層１７２及び第２金属反射層１７３ａ）で反射され、基板１１０側に向かい、外部（図１の上側方向）に取り出される。また、積層半導体層１００、中間層１２０、下地層１３０の側面から外部に取り出される光もある。以下、サブマウント１５、半導体発光素子１０の順に詳細な構成を説明する。
【００１７】
（サブマウント１５）
サブマウント１５のサブマウント基板１０Ｂとしては特に限定されず、例えば、セラミック基板、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板、Ａｌ（アルミ）基板、Ｃｕ（銅）基板、ガラスエポキシ基板等の絶縁性または導電性の各種の基板を選択して用いることができる。
尚、Ａｌ基板等の導電性の基板を用いるときには、サブマウント配線１１，１２とサブマウント基板１０Ｂとを電気的に絶縁するため、サブマウント配線１１，１２の少なくとも一方は絶縁層を介して設けられている。
半導体発光素子１０の第１の電極１８０及び第２の電極１７０とサブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１，１２とを接続するバンプ２１，２２としては、例えば、Ｓｎ（錫）を添加したＡｕ（Ａｕ−Ｓｎ合金）ボールや半田ボールが用いうる。特に、接続（圧着）時の加熱温度が約３００℃のＡｕ−Ｓｎ合金が好ましい。
以下、半導体発光素子１０について詳細な構成を説明する。
【００１８】
＜半導体発光素子１０＞
図２は、半導体発光素子１０の一例を示す断面模式図である。図３は、図２においてＩＩＩ方向からみた半導体発光素子１０の一例を示す平面模式図である。図４は、半導体発光素子１０を構成する積層半導体の一例を示す断面模式図である。尚、図２は、図３に示す半導体発光素子１０のＩＩ−ＩＩ断面図である。
図２に示すように、半導体発光素子１０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１０は、下地層１３０上に積層される積層半導体層１００を備えている。積層半導体層１００は、下地層１３０側から、第１の導電型を有する第１の半導体層としての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上に積層される第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０とから構成されている。
【００１９】
半導体発光素子１０は、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０、第１の電極１８０と、第２の電極１７０とを備えている。第１の電極１８０は、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半導体層露出面１４０ｃに形成される。第２の電極１７０は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される。尚、第１の電極１８０と第２の電極１７０の詳細な構造は後述する。
【００２０】
半導体発光素子１０は、第１の電極１８０および第２の電極１７０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、基板１１０の一部の上面１１０ｃを覆うように形成される。
【００２１】
第１の電極１８０に対しては、図２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）２１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１８０ａが形成されている。同様に、第２の電極１７０に対しては、図２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）２２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１７０ａが形成されている。
【００２２】
本実施の形態の半導体発光素子１０は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１の電極１８０および第２の電極１７０が形成された構造を有している。この半導体発光素子１０においては、第１の電極１８０を負極、第２の電極１７０を正極とし、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。
【００２３】
次に、図３に示すように、平面視したとき（図２に示す半導体発光素子１０をＩＩＩ方向からみた平面模式図）、第１の電極１８０は、平面形状が正方形の基板１１０の一つの角部に近接した部分に形成されている。第１の電極１８０は、露出した半導体層露出面１４０ｃ上に形成され、さらに、第１の電極１８０の上面には、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１８０ａが形成されている。
第２の電極１７０は、第１の電極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２の電極１７０の上面には、第２の電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。また、後述するように、第２の電極１７０を構成する透明導電層１７１（図６参照）に設けた膜厚部１７１ｂと金属反射層とを電気的に接続する複数の導体部１７６が設けられている。尚、図３では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
次に、半導体発光素子１０の各層について説明する。
【００２４】
（基板１１０）
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１０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。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。
【００２５】
（積層半導体層１００）
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２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４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。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い、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。
尚、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。
【００２６】
（中間層１２０）
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、生産性が低下するおそれがある。
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、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。尚、本実施の形態においては、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。
【００２７】
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。
【００２８】
（下地層１３０）
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１５μｍ以下であり、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
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。
【００２９】
（ｎ型半導体層１４０）
図４に示すように、例えば、第１の導電型を有する第１の半導体層の一例としての、電子をキャリアとする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。尚、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１の電極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。
【００３０】
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の電極１７０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。
【００３１】
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。なお、本明細書中では、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮやＧａＩｎＮのように記載することがある。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。
【００３２】
尚、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。
【００３３】
（発光層１５０）
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４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。
尚、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。
【００３４】
（ｐ型半導体層１６０）
図４に示すように、例えば、第２の導電型を有する第２の半導体層の一例としての、正孔をキャリアとする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。
【００３５】
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。
【００３６】
ｐコンタクト層１６０ｂは、第２の電極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２の電極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。
【００３７】
（第１の電極１８０）
図５は、第１の電極１８０の一例を示す断面模式図である。
第１の電極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１金属反射層１８１と、図５において第１金属反射層１８１から上に向かって順に、第１の電極１８０における第１拡散防止層１８２ａ、第２拡散防止層１８２ｂ、第３拡散防止層１８２ｃ、第４拡散防止層１８２ｄが積層されている。第１の電極１８０における第４拡散防止層１８２ｄ上には第１ボンディング層１８２ｅが積層され、さらに、第１ボンディング層１８２ｅの露出部位を除いて第１ボンディング層１８２ｅを覆うように積層される第１保護密着層１８３と有している。第１拡散防止層１８２ａ〜第４拡散防止層１８２ｄは、材料構成によりいずれかの層を省略してもよい。
【００３８】
（第１金属反射層１８１）
図５に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第１金属反射層１８１が積層されている。したがって、ｎ型半導体層１４０との密着性の良い材質が好ましい。そして、第１金属反射層１８１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１金属反射層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の上面（半導体層露出面１４０ｃ）に対し傾斜して形成されている。第１金属反射層１８１としては、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌ合金が挙げられる。尚、第１金属反射層１８１を形成する前に、密着層を形成してもよい。また、第１金属反射層１８１は、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｄ（ネオジム）、Ａｇ（銀）等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もよい。なお、第１金属反射層１８１は、ｎ型半導体層１４０に給電を行う機能も有していることから、その抵抗値は低いことが好ましい。第１金属反射層１８１の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が過度に薄いと、反射層としての反射率が低下する傾向がある。膜厚が過度に厚いと、半導体発光素子１０の製造コストが高くなる傾向がある。
【００３９】
（第１拡散防止層１８２ａ乃至第４拡散防止層１８２ｄ）
第１の電極１８０における第１拡散防止層１８２ａ乃至第４拡散防止層１８２ｄは、接触状態にある第１金属反射層１８１を構成する金属と、第４拡散防止層１８２ｄを構成する金属の拡散を抑制する。
また、第４拡散防止層１８２ｄは、接触状態にある第３拡散防止層１８２ｃを構成する金属と第１ボンディング層１８２ｅを構成する金属の拡散を抑制する。第１の電極１８０における第１拡散防止層１８２ａ、第２拡散防止層１８２ｂ、第３拡散防止層１８２ｃは、接触状態にある第１金属反射層１８１を構成する金属（この例では、Ａｇ（銀））、および第４拡散防止層１８２ｄを構成する金属（この例では、Ｐｔ（プラチナ））の拡散を抑制する。第４拡散防止層１８２ｄは、接触状態にある第３拡散防止層１８２ｃを構成する金属（この例では、Ｔａ（タンタル））と第１ボンディング層１８２ｅを構成する金属（この例では、Ａｕ（金））の拡散を抑制する。
第１の電極１８０においては、第１拡散防止層１８２ａ、第２拡散防止層１８２ｂ、第３拡散防止層１８２ｃ、第４拡散防止層１８２ｄは、第１金属反射層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、各拡散防止層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、それぞれの端部側は膜厚が漸次薄くなることにより、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。
【００４０】
各拡散防止層（１８２ａ〜１８２ｄ）は、それぞれの層が接触する層とのオーミックコンタクトがとれ、かつ、接触する層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１拡散防止層１８２ａとしてＴａ（タンタル）、第２拡散防止層１８２ｂとしてＴａＮ（窒化タンタル）、第３拡散防止層１８２ｃとしてＴａ（タンタル）、第４拡散防止層１８２ｄとしてＰｔ（プラチナ）が用いられている。
第１拡散防止層１８２ａの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。第２拡散防止層１８２ｂの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。第３拡散防止層１８２ｃの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。第４拡散防止層１８２ｄの膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。
【００４１】
（第１ボンディング層１８２ｅ）
図５に示すように、第１拡散防止層１８２ａ乃至第４拡散防止層１８２ｄの上面には第１ボンディング層１８２ｅが積層されている。第１ボンディング層１８２ｅは、第１拡散防止層１８２ａ乃至第４拡散防止層１８２ｄ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１８２ｅの中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される。第１ボンディング層１８２ｅ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。
【００４２】
第１ボンディング層１８２ｅは、後述する第２の電極１７０の第２ボンディング層１７４（図６参照）と同様、少なくとも１層以上の金属層を備える。その場合、最も外側となる最表層の金属層には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。また、第１ボンディング層１８２ｅの全体の厚さは、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍに設定されている。膜厚が過度に薄いと抵抗が高くなる傾向がある。膜厚が過度に厚いと、発光素子の製造コストが高くなる傾向がある。
【００４３】
（第１保護密着層１８３）
図５に示すように、第１ボンディング層１８２ｅの上には第１保護密着層１８３が積層されている。第１保護密着層１８３は第１ボンディング層１８２ｅ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保護密着層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１保護密着層１８３の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに対し傾斜して形成されている。この第１保護密着層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と接するように設けられている。
【００４４】
第１保護密着層１８３は、例えば、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１８２ｅ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保護密着層１８３はＴａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１保護密着層１８３として、Ｔｉ（チタン）を用いることも可能である。第１保護密着層１８３の膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が過度に小さいと、保護層１９０や第１ボンディング層１８２ｅとの密着性が低下する傾向がある。膜厚が過度に大きいと、エッチング工程における作業時間が長くなり、半導体発光素子１０の製造コストが高くなる傾向がある。
【００４５】
（第２の電極１７０）
次に、第２の電極１７０の構成について説明する。図６は、第２の電極１７０の一例を示す断面模式図である。
図６に示すように、第２の電極１７０は、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに積層される透明導電層１７１と、この透明導電層１７１上面に積層される多層絶縁層１７２と、多層絶縁層１７２上面に積層される第２金属反射層１７３ａとが積層されている。第２金属反射層１７３ａ上面には、図６において第２金属反射層１７３ａから上に向かって順に、第２の電極１７０における第１拡散防止層１７３ｂ、第２拡散防止層１７３ｃ、第３拡散防止層１７３ｄ、第４拡散防止層１７３ｅが積層されている。さらに、第４拡散防止層１７３ｅ上面には、第２ボンディング層１７４が積層され、第２ボンディング層１７４の露出部位を除いて第２ボンディング層１７４を覆うように積層される第２保護密着層１７５を有している。
図６に示すように、透明導電層１７１は、厚さが略一定の基部１７１ａと基部１７１ａより厚さが大きい膜厚部としての凸部１７１ｂとから構成されている。さらに、多層絶縁層１７２を通して設けられ、一端が透明導電層１７１の膜厚部（＝凸部１７１ｂ）に電気的に接続され且つ他端が第２金属反射層１７３ａと電気的に接続される導体部１７６を有している。透明導電層１７１は、前述した第１の電極１８０（図５参照）を形成するために、公知な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に形成されている。透明導電層１７１、多層絶縁層１７２及び導体部１７６については後述する。
【００４６】
（透明導電層１７１）
図６に示すように、本実施の形態では、透明導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃを覆うように形成された連続的な基部１７１ａと、ｐ型半導体層１６０側と反対側の多層絶縁層１７２側に設けた膜厚部としての複数の凸部１７１ｂとから構成されている。透明導電層１７１の凸部１７１ｂを設けた部分は、他の部分より厚さが大きい膜厚部を構成している。
尚、図示しないが、本実施の形態に限定されず、膜厚部を構成するために、透明導電層１７１の凸部１７１ｂは、基部１７１ａのｐ型半導体層１６０側に設けてもよい。その場合、透明導電層１７１の多層絶縁層１７２側は平坦な形状に形成される。
【００４７】
図７は、第２の電極１７０の要部を説明する図である。
図７に示すように、透明導電層１７１の凸部１７１ｂを設けない領域の厚さ（基部１７１ａの厚さ（ｘ）という。）は、本実施の形態では、５ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲より選択することができる。また、好ましくは、本実施の形態では２０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲より選択される。例えば、参考データとして、凸部１７１ｂを有しない基部１７１ａの厚さ（ｘ）からなる透明導電層１７１のシート抵抗は、製造方法にも依存するものの、膜厚が１０ｎｍの場合は無限大（∞）であり、膜厚が２０ｎｍの場合は２５０Ω／□、膜厚が２５ｎｍの場合は１７５Ω／□、膜厚が５０ｎｍの場合は７２Ω／□、膜厚が１００ｎｍの場合は２９Ω／□、膜厚が２００ｎｍの場合は１５Ω／□である。
基部１７１ａの厚さ（ｘ）が過度に薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくく、また順方向電圧（Ｖｆ）が上昇する傾向がある。基部１７１ａの厚さ（ｘ）が過度に厚いと、発光層１５０からの発光及び第２金属反射層１７３ａからの反射光の光透過性の点で好ましくない傾向がある。
尚、本実施の形態では、基部１７１ａの中央部は一定の膜厚を有し、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、基部１７１ａ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。
【００４８】
基部１７１ａに凸部１７１ｂを設けた膜厚部の厚さ（ｙ）は、本実施の形態では、１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲より選択される。但し、ｙ＞ｘの関係を有する。また、当該膜厚部の厚さ（ｙ）は、好ましくは、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲より選択される。膜厚部の厚さ（ｙ）が過度に薄い場合又は過度に厚い場合、発光層１５０からの発光及び第２金属反射層１７３ａからの反射光の光透過性の点で好ましくない傾向がある。尚、透明導電層１７１は、ＦＣ実装技術における使用において、光吸収性があるが故に特定の膜厚以下の薄膜として使用するのが好ましい。
【００４９】
基部１７１ａに凸部１７１ｂを設けた膜厚部の幅（φ１）は、本実施の形態では、１０μｍ〜３０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、１５μｍ〜２５μｍの範囲より選択される。膜厚部の幅（φ１）が過度に大きいと、当該膜厚部による光の吸収により、反射層から光の強度に影響が出る傾向がある。膜厚部の幅（φ１）が過度に小さいと、多層絶縁層１７２中の貫通穴（導体部１７６：径φ２）とのアライメントが困難になる傾向がある。本実施の形態では、膜厚部（＝凸部１７１ｂ）の幅（φ１）を１８μｍにしている。
【００５０】
尚、平面視における凸部１７１ｂを含む膜厚部の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）、楔形等が挙げられる。また、凸部１７１ｂの縦方向の断面形状は、特に限定されず、長方形、台形、円錐、角錐、楔形等が挙げられる。また、凸部１７１ｂの膜厚部は、これらの断面形状を有する凸部１７１ｂを結合する直線状部分とから構成される格子状パターンを有してもよい（後述）。さらにまた、凸部１７１ｂの平面断面積は特に限定されず、さらに、複数の凸部１７１ｂのそれぞれの平面断面積は、同一又は異なる場合も含まれる。
【００５１】
透明導電層１７１における凸部１７１ｂを含む複数の膜厚部は、所定の間隔（ピッチｌ）で設けられる。本実施の形態では、ピッチｌは、１０μｍ〜１２０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、２０μｍ〜１００μｍの範囲より選択される。ピッチｌが過度に大きいと、凸部１７１ｂを設けた膜厚部の透明導電層１７１に占める割合（Ａ／Ｂ）が小さくなり、発明の効果が低減し、順方向電圧（Ｖｆ）が増大する傾向がある。ピッチｌが過度に小さいと、前記割合（Ａ／Ｂ）が大きくなり、発光強度が向上しない傾向がある。
【００５２】
図９〜図１２に示すように、本実施の形態では、凸部１７１ｂを有する透明導電層１７１の面積は、基部１７１ａを有する透明導電層１７１の総面積に対して５％〜６０％の面積率（％）の範囲で設けられる。なお、前記面積率（％）を凸部１７１ｂの占有面積率（％）ともいう。さらに、凸部１７１ｂを有する透明導電層１７１は、好ましくは７％〜５０％の面積率（％）の範囲、さらに好ましく８％〜４０％の面積率（％）の範囲で設けるのが良い。
【００５３】
さらに、本発明では、後述の多層絶縁層１７２の構造と凸部１７１ｂを含む複数の膜厚部を格子状パターン又は互いに所定の間隔を設けて等間隔で又はランダムに形成する配置パターン（孤立パターン）に設けることにより、フリップチップにおける半導体発光素子１０の正面光の発光強度が格段と増大する効果がある。また、凸部１７１ｂを含む複数の膜厚部を孤立パターンに設けることにより、発光層１５０からの光の反射効果も高めれ、半導体発光素子１０の発光出力が増大する。
また、当該孤立パターンを前述の占有面積率（％）で設けることにより、半導体発光素子１０の発光出力を増大すると共に、順方向電圧（Ｖｆ）を最適な範囲に低下させることができるので好ましい。
本発明が適用される半導体発光素子１０の大きさは、特に制限を受けるものではないが、例えば一辺の大きさが１ｃｍ以下の矩形チップが好ましく、また１ｍｍ以下の矩形チップや３５０μｍ角の正方形チップや長尺チップが用いられる。
【００５４】
透明導電層１７１を構成する材料は、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を、少なくとも８０％程度透過する材料が用いられる。例えば、Ｉｎ（インジウム）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。尚、これらの中に、例えば、フッ素等のドーパントが添加されていてもよい。また、例えば、Ｉｎを含まない酸化物として、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ることもできる。これらの材料を用い、当該技術分野でよく知られた慣用手段によって、透明導電層１７１を形成できる。また、透明導電層１７１を形成した後、透明導電層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。
【００５５】
本実施の形態において、透明導電層１７１の材料として、結晶構造を有するものを使用することができる。例えば、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、ＩＺＯ等）が好ましい。また、例えば、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯを用いる場合、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、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。
【００５６】
また、透明導電層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％が好ましく、５〜１５質量％の範囲が更に好ましく、１０質量％が特に好ましい。
【００５７】
透明導電層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。尚、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。
【００５８】
ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。熱処理温度が過度に低いと、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できず、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。熱処理温度が過度に高いと、ＩＺＯ膜は結晶化されているが光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。また、この場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させるおそれもある。
【００５９】
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、透明導電層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。
【００６０】
特に、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、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、仕事関数が高い。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１０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。
【００６１】
（多層絶縁層１７２）
図６に示すように、多層絶縁層１７２は、透明導電層１７１上面に透明導電層１７１の表面形状を倣うように形成されている。多層絶縁層１７２は、第１の屈折率（ｎＬ）を有し発光層１５０から出射される光に対して光透過性を示す第１の絶縁層と第１の屈折率より高い第２の屈折率（ｎＨ）（ｎＬ＜ｎＨ）を有し発光層１５０から出射される光に対して光透過性を示す第２の絶縁層とを交互に積層して構成されている。多層絶縁層１７２は、第２金属反射層１７３ａと組み合わせて、発光層１５０から出力される光を反射する反射膜としての機能を有している。本実施の形態では、後述するように、多層絶縁層１７２を貫通するように形成された導体部１７６が設けられている。
多層絶縁層１７２は、発光層１５０から出力される光に対し少なくとも９０％程度、好ましくは９５％以上の反射性を有し、透明導電層１７１と比べて低屈折率、且つ絶縁性を有する。
【００６２】
図８は、多層絶縁層１７２の層構造の一例を示す断面模式図である。
前述したように、多層絶縁層１７２は、第１の屈折率を有する第１の絶縁層１７２ａと第１の屈折率より高い第２の屈折率を有する第２の絶縁層１７２ｂ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つの第１の絶縁層１７２ａによって１つの第２の絶縁層１７２ｂを挟み込む構成を採用している。図８に示す例では、６層の第１の絶縁層１７２ａの間に５層の第２の絶縁層１７２ｂ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。
【００６３】
第１の絶縁層１７２ａおよび第２の絶縁層１７２ｂ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、第１の絶縁層１７２ａとしては、例えば、ＳｉＯ２（酸化ケイ素：屈折率１．４８（４５０ｎｍ波長））やＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を使用することができる。第２の絶縁層１７２ｂとしては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル：屈折率２．１６（５５０ｎｍ波長））、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、第２の絶縁層１７２ｂとの間の屈折率の関係が満たされるのであれば、第１の絶縁層１７２ａに、これらＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を用いてもかまわない。
【００６４】
本実施の形態では、第１の絶縁層１７２ａとしてＳｉＯ２（酸化ケイ素）を用い、第２の絶縁層１７２ｂとしてＴａ２Ｏ５（酸化タンタル）を用いている。これらは、発光層１５０の発光波長λ（＝４００ｎｍ〜４５０ｎｍ）の光に対し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、第２の絶縁層１７２ｂとして、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）等の、光学バンドギャップがＴｉＯ２（酸化チタン）より大きいものを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、第１の絶縁層１７２ａにはＳｉＯ２（酸化ケイ素）を用いることができる。
【００６５】
本実施の形態では、第１の絶縁層１７２ａの層厚さｄＬと、第２の絶縁層１７２ｂの層厚さｄＨは、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）、発光波長λにおける第１の絶縁層１７２ａの屈折率ｎＬ、発光波長λにおける第２の絶縁層１７２ｂの屈折率ｎＨとしたとき（ｎＬ＜ｎＨ）、以下に示す式（１）及び式（２）に基づいて設定されている。尚、式中、Ｒは任意の実数を表す。
【００６６】
【数１】
0005708285.tif 000002
【００６７】
（導体部１７６）
図６に示すように、複数の導体部１７６は、それぞれ多層絶縁層１７２を貫通して形成され、一端が透明導電層１７１の凸部１７１ｂに電気的に接続され且つ他端が第２金属反射層１７３ａと電気的に接続されるように設けられている。導体部１７６は、第２の電極１７０全体に複数形成され、各導体部１７６を流れる電流が発光層１５０の発光に用いられる電流となる。本実施の形態では、複数の導体部１７６を設け、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの面上において、ｐ型半導体層１６０の全面に電流を拡散させ、発光層１５０における発光むらを低減している。
【００６８】
導体部１７６のそれぞれの径（φ２）（図７参照）は、前述した透明導電層１７１の膜厚部（＝凸部１７１ｂ）の幅（φ１）、または、凸部１７１ｂが前述したように互いに所定の間隔を設けて等間隔又はランダムに形成された配置パターン（孤立パターン）で設けられた１単位である場合は、径（φ１）と同等もしくはそれよりも小さい範囲で設けられる。なお、本明細書中では、φ１を単に径（φ１）と記載する。本実施の形態では、導体部１７６の径（φ２）は透明導電層１７１の膜厚部の当該φ１より小さく形成され、５μｍ〜３０μｍの範囲より選択される。また、好ましくは、５μｍ〜２０μｍの範囲より選択される。本実施の形態では、導体部１７６の径（φ２）を８μｍに形成している。尚、平面視における導体部１７６の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）、楔形等が挙げられる。
【００６９】
導体部１７６は、例えば、予め成膜された多層絶縁層１７２に、ドライエッチングあるいはリフトオフ等を用いて形成された貫通孔に導電性材料を充填することにより形成することができる。導体部１７６は、少なくとも１種の導電性材料を用いて形成され、また複数の導電性材料を用いて形成してもよい。導体部１７６の形成に使用する導電性材料としては、例えば、アモルファスＩＺＯ／銀合金／Ｔａ等が挙げられる。本実施の形態においては、多層絶縁層１７２に複数の導体部１７６を設けることにより、第２の電極１７０の面上において、透明導電層１７１を介し、ｐ型半導体層１６０の全面に亘り均一に電流を拡散させる。このことにより、発光層１５０における発光むらを改善することを可能とする。導体部１７６は、ドライエッチあるいはリフトオフ等により形成された貫通孔の壁面及び底面に施される。あるいは、多層絶縁層１７２の貫通孔に金属を充填したものとして形成されてもよい。
【００７０】
（第２金属反射層１７３ａ）
図６に示すように、第２金属反射層１７３ａは、多層絶縁層１７２の全域を覆うように形成されている。第２金属反射層１７３ａ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金属反射層１７３ａ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。第２金属反射層１７３ａは、ｐ型半導体層１６０に給電を行う機能も有しているため、接触抵抗を低く抑える必要がある。
【００７１】
第２金属反射層１７３ａは、Ａｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｕ（銅）、Ｎｄ（ネオジム）Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）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、第２金属反射層１７３ａとして銀または銀合金を用いた場合は、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。第２金属反射層１７３ａとして銀を用いた場合、使用環境によっては耐熱性、耐高温高湿性が十分でない場合もあり、銀合金が好ましく使用される。
第２金属反射層１７３ａの膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられ
る。膜厚が過度に薄いと、反射層としての反射率が低下する傾向がある。膜厚が過度に厚いと、半導体発光素子１０の製造コストが高くなる傾向がある。
【００７２】
（第１拡散防止層１７３ｂ〜第４拡散防止層１７３ｅ）
第２の電極１７０における第１拡散防止層１７３ｂ〜第４拡散防止層１７３ｅは、接触状態にある第２金属反射層１７３ａを構成する金属と、第４拡散防止層１７３ｅを構成する金属の拡散を抑制する。
また、第４拡散防止層１７３ｅは、接触状態にある第３拡散防止層１７３ｄを構成する金属と第２ボンディング層１７４を構成する金属の拡散を抑制する。この第１拡散防止層１７３ｂ、第２拡散防止層１７３ｃ、第３拡散防止層１７３ｄは、接触状態にある第２金属反射層１７３ａを構成する金属（この例ではＡｇ（銀））、および第４拡散防止層１７３ｅを構成する金属（この例ではＰｔ（プラチナ））の拡散を抑制する。第４拡散防止層１７３ｅは、接触状態にある第３拡散防止層１７３ｄを構成する金属（この例では、Ｔａ（タンタル））と第２ボンディング層１７４を構成する金属（この例では、Ａｕ（金））の拡散を抑制する。
【００７３】
第２の電極１７０においては、第１拡散防止層１７３ｂ、第２拡散防止層１７３ｃ、第３拡散防止層１７３ｄ、第４拡散防止層１７３ｅは、第２金属反射層１７３ａの全域を覆うように形成されている。そして、第２の電極１７０においては、第１拡散防止層１７３ｂ〜第４拡散防止層１７３ｅは、第２金属反射層１７３ａの全域を覆うように形成されている。そして、各拡散防止層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、それぞれの端部側は膜厚が漸次薄くなり、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。
【００７４】
第２の電極１７０における各拡散防止層（１７３ｂ〜１７３ｅ）は、それぞれの層が接触する層とのオーミックコンタクトがとれ、かつ、接触する層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１拡散防止層１７３ｂとしてＴａ（タンタル）、第２拡散防止層１７３ｃとしてＴａＮ（窒化タンタル）、第３拡散防止層１７３ｄとしてＴａ（タンタル）、第４拡散防止層１７３ｅとしてＰｔ（プラチナ）が用いられている。
第１拡散防止層１７３ｂの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。第２拡散防止層１７３ｃの膜厚は、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。第３拡散防止層１７３ｄの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。第４拡散防止層１７３ｅの膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。
【００７５】
（第２ボンディング層１７４）
図６に示すように、第４拡散防止層１７３ｅの上面には、第２金属反射層１７３ａを覆うように第２ボンディング層１７４が積層されている。第２ボンディング層１７４は、第４拡散防止層１７３ｅの全域を覆うように形成されている。第２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。本実施の形態では、第２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。
【００７６】
外部との電気的な接続に用いられる接続層としての第２ボンディング層１７４は、最も内側の第４拡散防止層１７３ｅ等と接するように、少なくとも１層の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。さらに、本実施の形態では、第２ボンディング層１７４として、Ａｕ（金）の単層膜を用いている。第２ボンディング層１７４の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が過度に薄いと抵抗が高くなる傾向がある。膜厚が過度に厚いと、発光素子の製造コストが高くなる傾向がある。
【００７７】
（第２保護密着層１７５）
図６に示すように、第２ボンディング層１７４の上面および側面には、第２ボンディング層１７４を覆うように第２保護密着層１７５が積層されている。第２保護密着層１７５は第２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２保護密着層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２保護密着層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２保護密着層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。
【００７８】
密着層の一例としての第２保護密着層１７５は、Ａｕ（金）で構成された第２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２保護密着層１７５は、例えば、Ｔａ（タンタル）で形成されている。また、第２保護密着層１７５として、Ｔｉ（チタン）を用いることも可能である。
第２保護密着層１７５の膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が過度に薄いと、第２ボンディング層１７４と保護層１９０との密着性が低下する傾向がある。膜厚が過度に厚いと、エッチング工程における作業時間が長くなり、半導体発光素子１０の製造コストが高くなる傾向がある。
【００７９】
（保護層１９０）
図５又は図６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の電極１８０の一部および第２の電極１７０の一部を除いて、これら第１の電極１８０および第１の電極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２参照））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２の電極１７０および第１の電極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２の電極１７０の第２金属反射層１７３ａや第１の電極１８０の第１金属反射層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。保護層１９０の膜厚は、通常５０ｎｍ〜１μｍの範囲内で設けられる。保護層１９０の膜厚が過度に小さいと保護膜としての機能を損なう恐れがあり、使用環境によっては発光出力が短期間に低下する傾向がある。
【００８０】
（バンプ２１，２２）
図１に示したバンプ（接続子）２１，２２は、実装基板側に予め形成しておいたボールバンプや半田バンプに限定されず、例えば、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０の上に、予めメッキ法や蒸着を用いて突起状にバンプを形成しておいてもよい。
本実施の形態においては、この方法により半導体発光素子１０側にバンプを作製することができる。特に、フォトリソグラフィー工程によりウェハ毎にバンプを形成できるので、４インチ以上の大口径ウェハでは、実装基板毎にバンプボールを形成していくよりも、生産負荷を大幅に減らすことができる利点がある。
【００８１】
（膜厚部の平面形状）
図９は、透明導電層１７１に設けた膜厚部（凸部１７１ｂ）の配置パターンの一例を示す図である。図９には、図６に示した第２の電極１７０の断面模式図において、ＩＸ方向から見た凸部１７１ｂの平面模式図が示されている。尚、図９では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。また、導体部１７６（図６又は７参照）を凸部１７１ｂの中央部分に円形の空白部分（径φ２＝８μｍ）として表示している。
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が３５０ｍｍである半導体発光素子１０において、複数の膜厚部（凸部１７１ｂ）が互いに間隔（ピッチｌ）を設けて第２の電極１７０の全体に配置されたパターン（「孤立パターン」と称する）を示す図である。
【００８２】
前述したように、透明導電層１７１が膜厚部を有するように基部１７１ａに設けた凸部１７１ｂの形状は、例えば、平面視で所定の径（φ１＝１８μｍ）を有する円形である。複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（ピッチｌ）を隔てて設けられている。そして、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いにピッチｌの（１／２）ずつ平行方向にずれるように配置されている。
ここで、図９（ａ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは４２．４μｍである（パターン１）。図９（ｂ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは３５．４μｍである（パターン２）。図９（ｃ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは３０μｍである（パターン３）。
【００８３】
図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、透明導電層１７１に設けた膜厚部（凸部１７１ｂ）の格子状パターンの一例を示す図である。基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が３５０ｍｍである半導体発光素子１０において、透明導電層１７１の基部１７１ａと合わせて膜厚部を構成する凸部１７１ｂの形状は、平面視で所定の径（φ１＝１８μｍ）を有する複数の円形部分（第１の凸部）と、これらの円形部分を結合する直線状部分（第２の凸部）とから構成された格子状パターンを有している。尚、導体部１７６（図６又は７参照）は、円形部分の凸部１７１ｂの中央部分にのみ形成され、図９と同様に、円形の空白部分（径φ２＝８μｍ）として表示している。
直線状部分の膜厚は、前述の凸部１７１ｂ部分と同等な膜厚を有し、直線状部分の幅は、前述の凸部１７１ｂの平面長さ（凸部１７１ｂが円形の場合、直径に相当する）か、もしくはそれ以下の大きさで設けられ、通常、５μｍ〜１８μｍの範囲内で選択される。本実施の形態では８μｍである。
【００８４】
図１０（ａ）では、膜厚部のパターンは、前述した図９（ａ）（パターン１）に示したように、断面形状が円形（φ１＝１８μｍ）の複数の凸部１７１ｂがピッチｌ＝４２．４μｍを隔てて配置され、これらの凸部１７１ｂを複数の直線状部分で接続した格子状パターンが形成されている（パターン４）。パターン４では、直線状の部分は、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成されている。図１０（ｂ）では、膜厚部のパターンは、円形（φ１＝１８μｍ）の複数の凸部１７１ｂの一部を残し、他の凸部１７１ｂを、基部１７１ａの一辺に対し平行な複数の直線状部分で接続した格子状パターンが形成されている（パターン５）。図１０（ｃ）では、膜厚部のパターンは、図１０（ａ）の（パターン４）と図１０（ｂ）の（パターン５）を組み合わせた格子状パターンが形成されている（パターン６）。
【００８５】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、透明導電層１７１に設けた膜厚部（凸部１７１ｂ）の孤立パターンの他の一例を示す図である。基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が３５０ｍｍである半導体発光素子１０において、前述したように基部１７１ａに設けた凸部１７１ｂの形状は、平面視で所定の径（φ１＝１８μｍ）を有する円形である。尚、図９と同様に、導体部１７６（図６又は７参照）は中央部分の円形の空白部分（径φ２＝８μｍ）として表示した。複数の凸部１７１ｂは、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（ピッチｌ）を設けて形成されている。そして、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いにずれないように配置されている。
図１１（ａ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２７μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（１））。図１１（ｂ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２５μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（２））。図１１（ｃ）では、複数の凸部１７１ｂのピッチｌは２３μｍである（ＩＺＯＤＯＴ  ＩＩ−（３））。
【００８６】
図１２は、透明導電層１７１に設けた膜厚部（凸部１７１ｂ）の配置パターンの他の一例を示す図である。図１２（ａ）〜図１２（ｄ）では、半導体発光素子１０の第１の電極１８０がｎ型半導体層１４０の中央部に設けられ、円形の第１の開口部１８０ａが半導体発光素子１０の中央部分に形成されている。
透明導電層１７１の膜厚部は、第１の開口部１８０ａが形成された部分を除き、透明導電層１７１の基部１７１ａ上に、所定の間隔を隔てて複数の凸部１７１ｂを配置することにより構成されている。前述したように基部１７１ａに設けた凸部１７１ｂの形状は、平面視で所定の径（φ１＝１８μｍ）を有する円形である。尚、図９と同様に、導体部１７６（図６又は７参照）は中央部分の円形の空白部分（径φ２＝８μｍ）として表示した。
【００８７】
図１２（ａ）は、膜厚部（凸部１７１ｂ）の孤立パターンを示す。複数の凸部１７１ｂは、基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が５００ｍｍである半導体発光素子１０において、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（５６μｍ）を隔てて設けられ、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いにピッチｌの（１／２）ずつ平行方向にずれるように配置されている（ＩＺＯＤＯＴ−（１））。
【００８８】
図１２（ｂ）は、膜厚部の孤立パターンの他の実施形態を示す。複数の凸部１７１ｂは、基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が５００ｍｍである半導体発光素子１０において、基部１７１ａ上の全体に亘り所定の間隔（２５μｍ）を隔てて設けられ、隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いにずれないように配置されている（ＩＺＯＤＯＴ−（２））。
【００８９】
図１２（ｃ）は、基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が５００ｍｍである半導体発光素子１０において、複数の凸部１７１ｂを複数の直線状部分で接続した格子状パターンを示す。直線状の部分は、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成されている（ＩＺＯＤＯＴ−（３））。
基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が５００ｍｍである半導体発光素子１０において、基部１７１ａの一辺に対し平行に配置された複数の凸部１７１ｂの間隔（ピッチｌ）は８２μｍである。隣接する一組の列において、隣の列の凸部１７１ｂとは互いにピッチｌの（１／２（＝４１μｍ））ずつ平行方法にずれるように配置されている。直線状部分の幅は８μｍである。尚、導体部１７６（図６又は７参照）は、円形部分の凸部１７１ｂの中央部分にのみ形成され、図９と同様に、円形の空白部分（径φ２＝８μｍ）として表示している。また、第１の開口部１８０ａの周囲に設けた４個の凸部１７１ｂは、第１の開口部１８０ａの形状に倣うように形成された幅８μｍの膜厚部分によって結合されている。
【００９０】
図１２（ｄ）は、基板１１０の一辺の長さ（Ｌ）が５００ｍｍである半導体発光素子１０において、複数の凸部１７１ｂを、基部１７１ａの一辺に対し平行な複数の直線状部分で接続した格子状パターンと、図１２（ｃ）に示したように、透明導電層１７１の基部１７１ａの一辺に対し略４５度の角度で交差するように形成された格子状パターンとを組み合わせた複合パターンが形成されている（ＩＺＯＤＯＴ−（４））。
【００９１】
（サブマウントへの実装工程）
図１に示す半導体発光素子１０は、例えば、次のような操作を経てサブマウント基板１０Ｂに実装される。初めに、半導体発光素子１０のウェハ全面にＴｉＷ／Ａｕを公知のスパッタ法で成膜した後、公知のフォトリソグラフィー技術により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａを開口させたレジストを形成し、続いて公知の成膜法により第１の電極１８０と第２の電極１７０上に所定膜厚のＡｕを成長させ、バンプ２１、２２を形成する。ＡｌＮ基板を用いたサブマウント１５上に発光チップを裏返して設置し、サブマウント配線１１、１２と、半導体発光素子１０のバンプ２１、２２とがそれぞれ対応するように半導体発光素子１０とサブマウント１５とを位置合わせして電気的に接続する。ＡｕＳｎ（２０質量％〜２５質量％）を蒸着により成膜する。
【実施例】
【００９２】
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。
【００９３】
（実施例１〜２、比較例１）
図２に示すように、一辺が５００μｍ角（正方形）の大きさを有する半導体発光素子１０において、図６に示す第２の電極１７０を、ＩＺＯ製の透明導電層１７１の膜厚部のパターンが、図１２（ｃ）の格子状パターン（ＩＺＯＤＯＴ−（３））を有する形状に調製した。
ここで、透明導電層１７１は、基部１７１ａの厚さ（ｘ）が２５ｎｍと５０ｎｍの２種類を形成した。各透明導電層１７１における膜厚部の厚さ（ｙ）は、それぞれ２００ｎｍである。凸部１７１ｂの形状は、径（φ１）１８μｍの円形である。複数の凸部１７１ｂ間の間隔（ピッチｌ）は８２μｍである。また、凸部１７１ｂ間を結合する直線状部分の幅は８μｍである。また、凸部１７１ｂの占有面積率（％）は、１５％である。
【００９４】
次に、透明導電層１７１上面に、６層の第１の絶縁層１７２ａの間に５層の第２の絶縁層１７２ｂを挟み込むことにより、合計１１層の積層構造を有する多層絶縁層１７２を成膜した。第１の絶縁層１７２ａは、ＳｉＯ２（酸化ケイ素：屈折率１．４８（４５０ｎｍ波長）を用いて成膜した（膜厚７６ｎｍ）。第２の絶縁層１７２ｂは、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル：屈折率２．１６（５５０ｎｍ波長））を用いて成膜した（膜厚５４ｎｍ）。第２の電極１７０における多層絶縁層１７２の全体の厚さ（Ｈ）は７２６ｎｍである。尚、第２金属反射層１７３ａは、銀（Ａｇ）とアルミニウム（Ａｌ）を用いて各々成膜した。
また、導体部１７６（径φ２＝８μｍ）は、（アモルファスＩＺＯ／銀合金）を用いて、凸部１７１ｂの上面においてのみ導体部１７６の一端と透明導電層１７１とが電気的に接続するように形成した。このように調製した４種類の半導体発光素子１０についてＬＥＤ特性を測定した。
【００９５】
また、比較例として、一定の厚さ（２００ｎｍ）を有する透明導電層（ＩＺＯ）上面に、多層絶縁層１７２に代えて、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）を用いて、厚さ（５Ｑ＝３８０ｎｍ）の絶縁層を成膜し、それ以外は前述と同様な操作により２種類の半導体発光素子を調製した。
尚、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）を用いて成膜した絶縁層の厚さ（５Ｑ）は、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）の屈折率ｎと発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）とを用いて定義したＱ＝（λ／４ｎ）の５倍の数値（３８０ｎｍ）である。
【００９６】
次に、図１に示すように、これら６種類の半導体発光素子１０をそれぞれサブマウント１５に実装し、６個のフリップチップ型の半導体発光装置１を調製した。続いて、これらの６個の半導体発光装置１について、それぞれ、ＬＥＤ特性を測定した。結果を表１に示す。尚、表１において、Ｖｆは順方向電圧（単位：Ｖ）であり、Ｐｏは、発光出力（単位：ｍＷ）である。
【００９７】
【表１】
0005708285.tif 000003
【００９８】
表１に示す結果から、複数の膜厚部を有する透明導電層１７１と屈折率が異なる複数の層の積層体からなる多層絶縁層１７２を有する半導体発光素子１０を用いて調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置（実施例１Ａ〜２Ａ）では、Ｐｏ＠２０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、３２．９４ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び３２．８５ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ａ；厚みは５Ｑ相当）では、Ｐｏ＠２０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、３０．１６ｍＷである。
同様に、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、３１．２０ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び３１．５５ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ａ）では、Ｐｏ＠２０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、２７．２５ｍＷである。
一方、順方向電圧（Ｖｆ）は、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、２．９３Ｖ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び２．９１Ｖ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ａ）では、Ｐｏ＠２０ｍＡにおける順方向電圧（Ｖｆ）は、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、３．０７Ｖであり、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、４．３１Ｖである。
【００９９】
さらに、複数の膜厚部を有する透明導電層１７１と屈折率が異なる複数の層の積層体からなる多層絶縁層１７２を有する半導体発光素子１０を用いて調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置（実施例１Ｂ〜２Ｂ）では、Ｐｏ＠８０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、１１３．０１ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び１１３．１４ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ｂ）では、Ｐｏ＠８０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、１０３．８０ｍＷである。
同様に、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、１０７．２２ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び１０８．９６ｍＷ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ｂ）では、Ｐｏ＠８０ｍＡにおける発光出力Ｐｏは、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、９３．８２ｍＷである。
一方、順方向電圧（Ｖｆ）は、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、３．２３Ｖ（透明導電層の基部（ｘ）２５ｎｍ）及び３．１９Ｖ（透明導電層の基部（ｘ）５０ｎｍ）である。これに対し、従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子（比較例１Ｂ）では、Ｐｏ＠８０ｍＡにおける順方向電圧（Ｖｆ）は、第２金属反射層が銀（Ａｇ）の場合、３．３８Ｖであり、第２金属反射層がアルミニウム（Ａｌ）の場合、４．９４Ｖである。
【０１００】
このように、表１に示す結果から、複数の膜厚部を有する透明導電層１７１と屈折率が異なる複数の層の積層体からなる多層絶縁層１７２を有する半導体発光素子１０を用いて調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置（実施例１〜実施例２）では、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を備えた半導体発光素子と比較して、順方向電圧（Ｖｆ：Ｖ）の上昇を抑制しつつ、発光出力（Ｐｏ：ｍＷ）が増大することが分かる。
この結果から、屈折率が異なる複数の層の積層体からなる多層絶縁層１７２は、第２金属反射層１７３ａと組み合わせて、発光層１５０から出力される光を反射する反射膜としての優れた機能を有していることが分かる。また、複数の膜厚部を有する透明導電層１７１を用いることにより、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層を使用する場合と略同程度の順方向電圧（Ｖｆ：Ｖ）が保持されることが分かる。
【０１０１】
また、本実施例欄には詳細なデータの記載を省略するが、前述の透明導電層１７１に関連し、凸部１７１ｂを有する透明導電層１７１は、８％〜４０％の面積率（％）の範囲で設けるのが発光出力と順方向電圧の面で特に好ましく、最適な条件が存在することが分かった。
即ち、凸部１７１ｂの占有面積率（％）が６０％を超える面積率の条件下では、８％〜４０％の面積率（％）を有する条件下での発光出力比べて、当該発光出力は低下した。この条件域では、順方向電圧は低く推移した。一方、凸部１７１ｂの占有面積率（％）が８％未満の面積率の条件下では、８％〜４０％の面積率（％）を有する条件下での発光出力に比べて、当該発光出力は低下し、また順方向電圧（Ｖｆ：Ｖ）も高く推移した。
【０１０２】
また、本実施例欄には詳細なデータの記載を省略するが、前述の複数の凸部１７１ｂ間の間隔（ピッチｌ）は実施例１〜実施例２で用いた８２μｍ以外にも、図９〜図１２に示すようなパターン（孤立パターン）を検討し、凸部１７１ｂ間の間隔（ピッチｌ）は１０μｍ〜１２０μｍの範囲が好ましいことを確認した。
ピッチｌが過度に大きいと、凸部１７１ｂを設けた膜厚部の透明導電層１７１に占める割合（Ａ／Ｂ）が小さくなり、前述の発明の効果が低減した。特に、順方向電圧（Ｖｆ）が増大する傾向が見られた。ピッチｌが過度に小さいと、前記割合（Ａ／Ｂ）が大きくなり、発光強度が向上しない傾向が見られた。
【０１０３】
図１３は、半導体発光装置１における発光強度の角度分布の測定結果を示す図である。図１３（ａ）は、実施例１Ａ（透明導電層１７１の基部１７１ａの厚さ（ｘ）２５ｎｍ／多層絶縁層１７２）で使用した半導体発光装置１において、第２金属反射層１７３ａの金属が銀（Ａｇ）の場合（太線：多層Ａｇ増反射）とアルミニウム（Ａｌ）の場合（細線：多層Ａｌ増反射）の測定結果である。
図１３（ｂ）は、実施例２Ａ（透明導電層１７１の基部１７１ａの厚さ（ｘ）５０ｎｍ／多層絶縁層１７２）で使用した半導体発光装置１において、第２金属反射層１７３ａの金属が銀（Ａｇ）の場合（太線：多層Ａｇ増反射）とアルミニウム（Ａｌ）の場合（細線：多層Ａｌ増反射）の測定結果である。
図１３（ｃ）は、比較例１Ａ（一定の厚さ（２００ｎｍ）を有する透明導電層（ＩＺＯ）／ＳｉＯ２（酸化ケイ素）絶縁層（厚さ３８０ｎｍ））で使用した半導体発光装置において、第２金属反射層１７３ａの金属が銀（Ａｇ）の場合（太点線：単層Ａｇ増反射）とアルミニウム（Ａｌ）の場合（細点線：単層Ａｌ増反射）の測定結果である。
【０１０４】
図１３に示す結果から、複数の膜厚部を有する透明導電層１７１と屈折率が異なる複数の層の積層体からなる多層絶縁層１７２とを組み合わせた半導体発光素子１０を用いて調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置（実施例１Ａ〜２Ａ）の場合（図１３（ａ）〜（ｂ））は、角度９０度における発光強度（「正面光」と称する）が２０００（単位なし）を超えることが分かる。
これに対し、複数の膜厚部を有しない従来の透明導電層（ＩＺＯ）とＳｉＯ２（酸化ケイ素）からなる単層の絶縁層を有する半導体発光素子を用いて調製したＦＣ（フリップチップ）型半導体発光装置（比較例１Ａ）の場合（図１３（ｃ））は、角度９０度における発光強度（正面光）が１５００（単位なし）にも達しないことが分かる。
これにより、本実施の形態が適用される半導体発光装置１は、正面光が増大することが分かる。
【符号の説明】
【０１０５】
１…半導体発光装置、１０…半導体発光素子、１０Ｂ…サブマウント基板、１１、１２…サブマウント配線、１５…サブマウント、２１，２２…バンプ（接続子）、１００…積層半導体層、１１０…基板、１１０ｃ，１６０ｃ…上面、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、１７０…第２の電極、１７１…透明導電層、１７１ａ…基部、１７１ｂ…凸部、１７２…多層絶縁層、１７３ａ…第２金属反射層、１７４…第２ボンディング層、１７５…第２保護密着層、１７６…導体部、１８０…第１の電極、１８０ａ…第１の開口部、１８１…第１金属反射層、１８２ｅ…第１ボンディング層、１８３…第１保護密着層、１９０…保護層
【図１】
0005708285.tif 000004
【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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