(57)【要約】【課題】半導体層の組成、膜厚、形状、導電型、抵抗値等にかかわらず、半導体層及び電極に電流が集中する領域を招くことなく、均一で効率的で、大電流を流す場合にも、高出力及び高輝度の双方を実現しながら、半導体層及び電極の破壊を回避して高寿命の半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を備え、第１及び第２電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、前記第１電極は、前記第２電極に対向して、第１パッド部と該第１パッド部を基点として延びる第１拡散部とを備え、該第１拡散部は、前記対向する第２電極における前記第１パッド部から最も遠い端部を越えて素子外周方向に延設されてなる半導体発光素子。【選択図】図１
2008159957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を備え、第１及び第２電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、
前記第２電極は、前記第２導電型半導体層の一隅部に配置された第２パッド部と、該第２パッド部から前記第２導電型半導体層の外周に沿って環状に延びた第２拡散部とからなり、
前記第１導電型半導体層は、前記第２導電型半導体層に囲まれた内部露出領域と、前記第２導電型半導体層を囲む外部露出領域とを有し、
前記第１電極は、前記内部露出領域上に形成され、かつ前記第２導電型半導体層の重心に対して、前記第２パッド部の重心から遠ざかる方向に重心が変位してなる第１パッド部と、該第１パッド部の重心を基点として、前記第２パッド部の重心に近づく方向に延長した第１拡散部とを備えてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型半導体層の内部露出領域内及び／又は外部露出領域内に、複数の突部が形成されてなる請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
内部露出領域内の突部は、第１電極を囲むように配置されてなる請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
外部露出領域内の突部は、第２導電型半導体層を囲むように配置されてなる請求項２又は３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
第１拡散部は、第１パッド部から２方向に延長してなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を備え、第１及び第２電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、
該半導体発光素子の内側に形成された第１の光取り出し領域と、
該第１の光取り出し領域を取り囲む第２の光取り出し領域と、
該第２の光取り出し領域を取り囲む第３の光取り出し領域とを有し、かつ
前記第１電極が、第１の光取り出し領域の内側に配置する第１導電型半導体層上に形成されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
第１の光取り出し領域及び第３の光取り出し領域は、複数の突部が形成されてなる請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
第２電極が、第２の光取り出し領域を構成する第２導電型半導体層上であって、その外周領域に環状に形成されてなる請求項６〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
第１導電型半導体層がｎ型窒化物半導体層、第２導電型半導体層がｐ型窒化物半導体層である請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子が、レンズを備えた封止体に封止されてな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、半導体発光素子に関し、より詳細には、一対の電極が、半導体発光素子の同一面側に形成されて構成される半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体層の積層構造体からなる発光素子において、配光特性に優れた発光素子を得るために、種々の研究開発が行われている。
例えば、基板の表面上にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層が形成され、これらのｐ型半導体層及び活性層の一部が切り欠かれてｎ型半導体層を露出させ、この露出したｎ型半導体層とｐ型半導体層の表面上に一対の電極が形成された発光素子において、基板の裏面側に反射膜を形成することにより裏面での反射率を高め、基板表面側からの光取り出しを指向性の良好なものとする発光素子が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、上述したように、基板の表面側にｎ及びｐ電極が配置された発光素子において、例えば、図９に示したように、ｎ電極２及びｐ電極３は、それぞれ、パッド部２ｄ、３ｄと、そこから延伸させた拡散部２ｅ、３ｅとから構成されており、電流を所定の領域に過度に集中させず、広い領域に拡散させることを意図した発光素子１が提案されている（例えば、特許文献２又は３等参照）。
【０００４】
さらに、ｎ電極が発光素子の内側、つまり、ｐ型半導体層に取り囲まれるように配置されているもの等も提案されている（例えば、特許文献４及び５）。
また、発光素子の外周部分に微細な突起を設けて、外周部分の発光強度を向上させるもの等も提案されている（例えば、特許文献６）。
【特許文献１】特開２００５−２７６９００号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５４８０号公報
【特許文献３】特開２０００−１６４９３０号公報
【特許文献４】特開２００１−３０８３８０号公報
【特許文献５】特開２００５−１８３９１０号公報
【特許文献６】特開２００４−２２１５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、各電極においてパッド部と拡散部とを設けても、その形状、配置等によって、発光領域を広く均一に利用することは困難である。特に、各電極において、パッド部及び／又は拡散部とを線対称又は発光素子の重心に対して点対称等に配置しても、発光領域の全面にわたって均一に電流を供給して均一に発光させることは実現されていない。
発光素子を発光装置に組み込む場合においては、素子単位での配光特性がレンズ設計等に大きく影響を及ぼし、発光装置の設計を制約することとなるため、配光特性の良好な発光素子が望まれている。
【０００６】
また、均一で効率的な発光特性を得るために、パッド部と拡散部との形状及び配置について検討し、電流の集中を緩和したとしても、そのような発光素子に、大電流を流すと、長時間駆動させるにつれて、やはり部分的に熱を発生し、発光素子自体が破壊されることがあるという新たな問題を招く。
さらに、発光素子の外周部分に突起を設けても、各電極の形状及び配置等によって、強度が左右非対称となったり、依然として外周の発光強度が極端に低くなることを解消するに至っていない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層及び電極に電流が集中する領域を招くことなく、均一で効率的で、大電流を流す場合にも、高出力及び高輝度の双方を実現しながら、良好な配光特性を示す半導体発光素子及び発光装置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】
【０００８】
本発明の半導体発光素子は、第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を備え、第１及び第２電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、
前記第２電極は、前記第２導電型半導体層の一隅部に配置された第２パッド部と、該第２パッド部から前記第２導電型半導体層の外周に沿って環状に延びた第２拡散部とからなり、
前記第１導電型半導体層は、前記第２導電型半導体層に囲まれた内部露出領域と、前記第２導電型半導体層を囲む外部露出領域とを有し、
前記第１電極は、前記内部露出領域上に形成され、かつ前記第２導電型半導体層の重心に対して、前記第２パッド部の重心から遠ざかる方向に重心が変位してなる第１パッド部と、該第１パッド部の重心を基点として、前記第２パッド部の重心に近づく方向に延長した第１拡散部とを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
このような半導体発光素子においては、第１導電型半導体層の内部露出領域内及び／又は外部露出領域内に、複数の突部が形成されてなることが好ましく、内部露出領域内の突部は、第１電極を囲むように配置されるか、外部露出領域内の突部は、第２導電型半導体層を囲むように配置されてなることがより好ましい。
また、第１拡散部は、第１パッド部から２方向に延長していてもよい。
【００１０】
さらに、本発明の別の半導体発光素子は、第１及び第２導電型半導体層上にそれぞれ第１及び第２電極を備え、第１及び第２電極が同一面側に配置されてなる半導体発光素子であって、
該半導体発光素子の内側に形成された第１の光取り出し領域と、
該第１の光取り出し領域を取り囲む第２の光取り出し領域と、
該第２の光取り出し領域を取り囲む第３の光取り出し領域とを有してなることを特徴とする。
【００１１】
このような半導体発光素子では、第１の光取り出し領域及び第２の光取り出し領域は、複数の突部が形成されてなることが好ましい。
また、第１電極は、第１の光取り出し領域の内側に配置する第１導電型半導体層上に形成されてなるか、第２電極が、第２の光取り出し領域を構成する第２導電型半導体層上であって、その外周領域に環状に形成されてなることが好ましい。
さらに、上述した半導体発光素子は、第１導電型半導体層がｎ型窒化物半導体層、第２導電型半導体層がｐ型窒化物半導体層であることが好ましい。
本発明の半導体発光装置は、上述した半導体発光素子が、レンズを備えた封止体に封止されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体層及び電極に電流が集中する領域を招くことなく、均一で効率的で、大電流を流す場合にも、高出力及び高輝度の双方を実現しながら、配光特性に優れた半導体発光素子及び発光装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
本発明の半導体発光素子は、図１及び図２（ａ）（ｂ）に示すように、通常、基板１０上に、第１導電型半導体層１１、発光層１２及び第２導電型半導体層１３がこの順に積層されており、第２導電型半導体層１３上に第２電極１６が形成されている。また、第１導電型半導体層１１は、１つの半導体発光素子の一部の領域において、第２導電型半導体層１３及び発光層１２、任意に第１導電型半導体層１１が、深さ方向に除去されて、表面が露出しており、この露出表面上に第１電極１４が形成されている。従って、第１電極１６及び第２電極１４は、半導体層の同一面側に配置されて構成されている。
【００１４】
本発明の半導体発光素子を構成する第１及び第２導電型半導体層を形成するための基板は、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、窒化物半導体、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。基板上には、第１及び第２導電型半導体層以外に、結晶核形成層、低温成長バッファ層、高温成長層、マスク層、中間層等などが下地層として形成されていてもよい。
【００１５】
この基板は、表面に多数の凹凸を有していてもよい。特に凹凸を有する基板が、半導体層と異なる材料又は異なる屈折率を有する場合、基板上の第１導電型半導体層との界面が粗面化され、配光特性に優れ、さらに高出力で高輝度を実現した半導体発光素子及び発光装置を得ることができる。
【００１６】
具体的には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、基板１０と第１導電型半導体層１１との界面に、凹凸部１０ｃを設ける。この凹凸部１０ｃにおいて、凸部又は凹部の平面形状は、高密度な配置、量産性を考慮して、例えば、楕円形状、四角・矩形状、多角形状又はそれらの複合的な形状とすることができる。凸部又は凹部の平面配置は、平面形状に応じて、四角・矩形状、平行四辺形状、三角形状、六角形状（蜂の巣状）等が適宜選択され、高密度に配置されることが好ましい。凸部又は凹部（突起部又は溝部）の平面の大きさは、λ／４ｎより大きく、さらにλ／２ｎより大きいことが好ましい。量産性をも考慮した具体的な寸法としては、幅が０．５〜５μｍ、さらに１〜３μｍが好ましい。凸部又は凹部の断面形状は、四角・矩形状、台形状、円弧・半円等の円形状等が挙げられ、断面の大きさは平面形状と同様なものとできる。
【００１７】
図４（ａ）（ｂ）の基板の凹凸１０ｃは、第１導電型半導体層１１側に設けられることから、少なくとも第１導電型半導体層を挟んで第１電極又は第２電極と対向する。第１電極又は第２電極と対向する基板表面に凹凸があると、従来はそれらの電極上での光取出しが低下し、全体として光取出しが不均一となる。特に、第１導電型半導体層上に設けられる第１電極が第１導電型半導体層が露出する内部露出領域にある場合、その低下は顕著になる。しかし、本発明では、特に第１導電型半導体層の内部露出領域内に、第１電極を囲むように複数の突部が形成されている場合に、全体としての光取り出しの低下を防ぐことができる。また、第２光取出し領域に囲まれた第１光取出し領域に複数の突部が形成され、第１電極がこの第１光取出し領域の内側に配置される場合、全体としての光取り出しを向上させることができる。
【００１８】
さらに、本発明の半導体発光素子が、第２電極が第２パッド部から第２導電型半導体層の外周に沿って延長した第２拡散部を有しているため、第１電極の外周の全体に亘って均一に光が取り出され、全体として均一な光取出しも実現する。
【００１９】
第１及び第２導電型半導体層において、通常、第１導電型とはｎ型又はｐ型を指し、第２導電型とは第１導電型とは異なる導電型、つまりｐ型又はｎ型を示す。好ましくは、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である。
【００２０】
第１及び第２導電型半導体層は、特に限定されるものではなく、ＩｎＡｌＧａＰ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、これらの混晶、ＧａＮ系等の窒化物半導体のいずれでもよい。窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮもしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１））が挙げられる。さらに、III族元素として一部又は全部にＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓ、Ｓｂで置換した混晶であってもよい。
【００２１】
第１及び第２導電型半導体層は、それぞれ、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等の積層構造であってもよい。
【００２２】
第１及び第２導電型半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
【００２３】
第１及び第２導電型半導体層は、通常、発光層を挟んで積層され、ｎ型及び／又はｐ型の不純物がドーピングされて、第１導電型又は第２導電型のいずれかを示すが、積層構造の場合、発光層を挟んで、第１及び第２導電型半導体層が形成された各層の側に、不純物がドーピングされていない層が存在していてもよいし、双方又はいずれかの不純物を含むがいずれの導電型をも示さない層、逆の導電型を示す層等が存在していてもよい。
【００２４】
第１導電型半導体層は、不純物を含有し、電極形成面内及び発光層へのキャリアの供給、拡散を実現するような層構造であることが適している。特に、電極から発光層に向かってキャリアを面内拡散して供給するためには、比較的高濃度ドープされたコンタクト層を有していることが好ましい。さらに、積層方向において発光層へ電荷を移動・供給させる介在層、第１導電型のキャリアを発光層に閉じこめるクラッド層等を有していることが好ましい。発光層とコンタクト層との間に設ける層は、比較的低濃度ドープ量又はアンドープ層及び／又は多層膜層を設けることが好ましい。これにより、その上に成長させるクラッド層及び／又は発光層等の結晶性を良好にし、駆動時には電流の面内拡散を促進させるとともに、耐圧性も向上させることができる。多層膜層は、少なくとも２種の層を交互に積層させたような周期構造、超格子構造で形成することが好ましい。
【００２５】
発光層としては、特に、窒化物半導体においてはＩｎを含む窒化物半導体を発光層に用いたものが、紫外域から可視光（赤色光）の領域において好適な発光効率が得られ好ましい。また、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造等の量子井戸構造であることが好ましい。
【００２６】
第２導電型半導体層としては、キャリアを発光層に閉じこめるクラッド層、電極が形成されるコンタクト層等を有していてもよい。窒化物半導体においては、クラッド層としてＡｌを含む窒化物半導体であることが好ましい。また、コンタクト層とクラッド層との間にそれらの層より低不純物濃度の層を介在させてもよい。これにより、静電耐圧の高い素子を構成することができ、コンタクト層を高濃度にドープしても結晶性を改善することができる。
【００２７】
具体的には、例えば、図６に示すように、サファイア基板１０上に、ＧａＮバッファ層１０ａ、ノンドープＧａＮ層１０ｂが積層され、第１導電型半導体層１１として、コンタクト層１１ａとなるＳｉドープＧａＮ層、ｎ型クラッド層１１ｂとなるＳｉドープＧａＮ層；発光層１２としてＩｎＧａＮ層；第２導電型半導体層１３として、ｐ型クラッド層１３ａとなるＭｇドープＡｌＧａＮ層、コンタクト層１３ｂとなるＭｇドープＧａＮ層が、順次積層された層構造を有する。
【００２８】
第１導電型半導体層は、上述したように、第２導電型半導体層及び発光層、任意に第１導電型半導体層の一部が深さ方向に除去されて露出しており、この第１導電型半導体層が、例えば、図１に示すように、第２導電型半導体層１３に囲まれた内部露出領域１１ｂｂと、第２導電型半導体層１３を囲む外部露出領域１１ａａとを有している。つまり、内部露出領域及び外部露出領域には発光層が存在しない。
【００２９】
内部露出領域は、第１台座領域と第１延長領域とからなることが好ましい。第１台座領域は、第２導電型半導体層１３の重心に対して（重心を基準に）、後述する第２電極の第２パッド部の重心から遠ざかる方向に重心が変位して配置されていることが好ましい（図１の１１ｘ、図５（ａ）の２１ｘ及び図５（ｂ）の３１ｘ参照）。言い換えると、発光素子の重心を通る線によって、発光素子を、後述する第２パッド部側と、その反対側に分割した場合に、第１台座領域は、その反対側に偏って配置されている。
【００３０】
なお、内部露出領域は、光取り出し領域の一つとして機能する。つまり、発光層が形成されていないため、その領域自体は発光しないが、発光層が発光した際に、横方向の光の一部がこの内部露出領域内に集まるとともに、内部露出領域に存在する第１導電型半導体層により反射されるなどして、光の取り出し面、例えば、第２導電型半導体層が形成された側の面から、光を取り出すことができる。
【００３１】
第１延長領域は、第１台座領域の重心から第２パッド部の重心に近づく方向に延長していることが好ましい。ここで、第２パッド部の重心に近づく方向とは、第１台座領域から、第２パッド部の最短距離で重心に近づく方向のみならず、第１延長領域の第１台座領域における基点から、第２パッド部の重心までの距離が短くなる方向であればよい（図１、図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。第１延長領域は、第１台座領域から１方向に、直線状に又は曲線状に、延長していてもよいし（図５（ｂ）参照）、複数方向、例えば、２方向に延長していてもよい（図１及び図５（ａ）参照）。後者の場合、各方向に延長する第１延長領域は、その長さが同じであることが好ましい（図１）が、異なっていてもよい（図５（ａ））。別の観点から、第１台座領域と第１延長領域とからなる内部露出領域は、点対称に配置されていないことが好ましい。さらに、１本の対称線に対して対称に配置されていてもよいが、２本以上の対称線に対して対称に配置されていないことがより好ましい。また、別の観点から、発光素子を通過する任意の直線に対して、その直線が発光素子を線対称とする直線が少なくとも１つ存在すること（例えば、図１参照）が好ましい。これにより、より良好な配向特性を得ることができる。
【００３２】
なお、内部露出領域は、その平面形状が上記に限らず、どのような形状でもよいが、後述する第１電極の形状に対応した形状、第１の電極とほぼ相似となる形状であることが好ましい。これにより、発光領域を最大限に確保することができる。
【００３３】
外部露出領域は、光取り出し領域の一つとして機能する。つまり、内部露出領域と同様に、発光層が形成されていないため、その領域自体は発光しないが、発光層が発光した際に、横方向の光の一部がこの外部露出領域内に集まるとともに、外部露出領域に存在する第１導電型半導体層により反射されるなどして、光の取り出し面から、光を取り出すことができる。
【００３４】
第１電極は、半導体発光素子の内部に、言い換えると、内部露出領域上において形成されている。つまり、第１電極が、素子端部に配置せず、その全外周が第２導電型半導体層に取り囲まれるように配置されている。これにより、第２電極からの面方向への電流の広がりを、第１電極の全周囲からより効率的に抽出することができる。
【００３５】
また、第１電極は、第１パッド部と第１拡散部とにより形成されている。第１パッド部は、第２導電型半導体層の重心に対して、第２パッド部の重心から遠ざかる方向に重心が変位して配置されている。第１拡散部は、この第１パッド部の重心を基点として、第２パッド部の重心に近づく方向に延長するように配置されている。別の観点から、第１電極は、内部露出領域の第１台座領域から第１延長領域上にわたって、第１パッド部と第１パッド部を基点として延びる第１拡散部とを備えて形成されている。このような形状とすることにより、電流が均等に広がりやすくなり、部分的な発熱を回避することができる。
【００３６】
第１パッド部は、上述した第１台座領域内に、その形状に対応して配置されていることが好ましい。第１パッド部の大きさは特に限定されることはなく、半導体発光素子のサイズ等によって適宜調整することができる。例えば、半導体発光素子の７〜１０％程度の占有面積で形成されていることが例示される。具体的には、９０００〜１４０００μｍ2程度が挙げられる。
【００３７】
第１拡散部は、第１パッド部から１方向にのみ、直線状に又は曲線状に、延長していてもよいし、複数方向、例えば、２方向に延長していてもよい。また、第１拡散部は、後述する第２パッド部に向かって延長していることが好ましい。これにより、第２電極との間隔を近くすることができるために、電流の流れを発光面内で調整することができる。つまり、第１拡散部は、第１延長領域内に、その形状に対応して配置されていることが好ましい。さらに、第１拡散部は、その全てにおいて均一の幅で形成されていてもよいし、部分的に又は複数方向に形成されている場合にはその方向ごとに、幅が異なっていてもよい。特に、複数方向に延長する第１拡散部が形成される場合には、その長さによって、幅を異ならせてもよい。これにより、第１拡散部の長さにかかわらず、第１拡散部に流れる電流を均一にすることができる。なお、第１拡散部の幅は、その長さ、半導体発光素子のサイズ等によって適宜調整することができ、例えば、全第１拡散部の面積が、半導体発光素子の０．５〜１．５％程度の占有面積で形成されていることが例示される。別の観点から、第１パッド部の幅（最大長さ）の５〜１５％程度の幅に設定することが例示される。具体的には、５〜１５μｍ程度が挙げられる。
【００３８】
第２電極は、第２導電型半導体層の一隅部に配置された第２パッド部と、この第２パッド部から第２導電型半導体層の外周に沿って延長した第２拡散部とからなる。この場合の外周とは、全外周であることが好ましい。このような構成により、第２導電型半導体層の全面に渡って、均一に電流を投入することができる。
【００３９】
第２パッド部は、１つの隅部に形成されていることが好ましいが、２以上の隅部に形成されていてもよい。第２パッド部の大きさは特に限定されることはなく、半導体発光素子のサイズ等によって適宜調整することができる。例えば、半導体発光素子の７〜１５％程度の占有面積で形成されていることが例示される。別の観点から、第１パッド部の５０〜２００％程度の大きさで形成することが例示される。具体的には、５０００〜２５０００μｍ2程度が挙げられる。
【００４０】
第２拡散部は、その全てにおいて均一の幅で形成されていることが好ましいが、部分的に幅が異なっていてもよい。第２拡散部の幅は、半導体発光素子のサイズ等によって適宜調整することができ、例えば、全第２拡散部の面積が、半導体発光素子の５〜１５％程度の占有面積で形成されていることが例示される。別の観点から、第２パッド部の幅（最大長さ）の５〜１５％程度の幅に設定することが例示される。さらに別の観点から、第１拡散部の５０〜２００％程度の幅で形成することが例示される。具体的には、５から１５μｍ程度が挙げられる。
【００４１】
なお、第２電極は、第２導電型半導体層上にほぼ全面に形成された透光性電極を介して第２導電型半導体層と電気的に接続されていることが好ましい。これにより、より効率的に第２導電型半導体層全面に、電流を供給することができ、均一な発光を得ることができる。
【００４２】
第１及び第２電極、任意に透光性電極は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）、これらの酸化物又は窒化物、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3等の透明導電性酸化物からなる群から選択された少なくとも一種を含む金属、合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。膜厚は特に限定されることなく、得ようとする特性を考慮して適宜調整することができる。なお、電極を構成するパッド部及び拡散部は必ずしも一体的に、同一材料によって、同時に形成されていなくてもよく、異なる材料及び／又は膜厚を有していてもよい。また、パッド部は、通常、外部電極との接続のために有効に機能するのに必要な膜厚及び面積を有していることが好ましい。
【００４３】
なお、第２導電型半導体層が配置された領域は、光取り出し領域の一つとして機能する。つまり、その下方に発光層が形成されているため、発光層が発光した際に、第２導電型半導体層側に光が射出され、光の取り出し面から光を取り出すことができる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の半導体発光素子は、図３に示したように、第１導電型半導体層１１の内部露出領域１１ｂ内及び外部露出領域１１ａ内のいずれか又は双方において、ほぼ全面又は一部の領域に、複数の突部２９が形成されている。
特に、内部露出領域内の突部は、第１電極を囲むように配置されていることが好ましく、外部露出領域内の突部は、第２導電型半導体層を囲むように配置されていることが好ましい。これにより、半導体積層構造の端面から出射した光を、効率よく上面に取り出すことができる。
【００４５】
突部は、その断面形状が、四角形、台形、半円等どのような形状であってもよいが、図６に示すように、台形、つまり、突部２９自体が徐々に細くなる円錐台形状であることが好ましい。この場合の突部の傾斜角は、例えば、３０°〜８０°が挙げられ、４０°〜７０°が好ましい。つまり、突部が先端に向かって徐々に細くなるように傾斜させることにより、発光層からの光を突部表面にて全反射させて、あるいは、第１導電型半導体層１１を導波した光を散乱させ、結果として第２導電型半導体層１３側への光取り出しを効果的に行うことができる。加えて、光の指向性制御がより容易になるとともに、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。
【００４６】
突部は、円錐台形状である場合、台形の上辺（第１半導体層側）において、さらに凹部が形成されていてもよい。これにより、第２半導体層内を導波してきた光が突部内部に侵入した際に、突部の頂部に形成された凹部により、第１半導体層側に光が出射されやすくなる。
【００４７】
突部は、半導体層の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上、少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、発光層からの光が、高確率で突部に作用させることができるため、上記効果をより容易に得ることができる。
【００４８】
突部の密度は特に限定されるものではなく、１つの半導体発光素子において、少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、第１導電型半導体層の露出領域において突部が形成される領域が占める面積の割合は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。上限は特に限定されないが、８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの突部の面積は、突部の根本で、３〜３００μｍ2、好ましくは６〜８０μｍ2、さらに好ましくは１２〜５０μｍ2である。
【００４９】
このように、突部が形成されていることにより、（１）第１導電型半導体層内を導波する光が、突部内部に取り込まれ、突部の頂部又はその途中部分から取り出され、（２）第１導電型半導体層内を導波する光が、突部の根本にて乱反射し、取り出され、（３）発光層端面から側方に出射した光が、複数の突部により反射散乱され、取り出されると考えられ、つまり、横方向（半導体発光素子の側面方向）に出射する光を凹凸によって第２導電型半導体層側に選択的に出射させることができ、これにより、光取り出し効率を、例えば、１０〜２０％程度向上させることができるとともに、光指向性の制御を行うことができる。特に、発光層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造（所謂、ダブルヘテロ構造）の半導体発光素子においては、これら屈折率の低い層間で光が閉じ込められているために、側面方向への光が主となってしまうが、このような構造の発光素子に対して特に効果的である。さらに、凹凸を複数設けることにより、第２導電型半導体層側の全領域に渡って均一な光取り出しが可能となる。
【００５０】
突部は、露出した第１導電型半導体層上に、半導体層を成長させるなどして、突部を形成するための特別な工程を行ってもよいが、第１導電型半導体層を露出させる際又は各チップに分割するために所定の領域を薄膜化する際などに、その工程を利用して同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程の増加を抑えることができる。このように、突部は、半導体発光素子の半導体積層構造と同じ積層構造、つまり、異なる材料の複数層から構成されているために、各層の屈折率の差異により、突部に取り込まれた光が、各層の界面で反射し易くなり、結果として、第２導電型半導体層側への光取り出し向上に寄与することができると考えられる。
【００５１】
突部は、図６に示すように、半導体発光素子断面において、少なくとも発光層１２とそれに隣接する第２導電型半導体層１１との界面より高ければよいが、発光層１２よりも第１導電型半導体層１３側にその頂部が位置することが好ましく、さらに、第１導電型半導体層１３と実質的に同じ高さであることがより好ましい。つまり、突部２９の頂部が発光層１２よりも高くなるように形成されていることが好ましい。突部を、第２導電型半導体層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、後述する第１電極などに遮られることなく、突部の頂部から第２導電型半導体層側に効果的に光を取り出すことができる。突部を第２導電型半導体層、好ましくは第２電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。また、突部間の凹部は、少なくとも発光層とそれに隣接する第２導電型半導体層との界面より低ければよく、発光層よりも低くなるように形成されていることが好ましい。
【００５２】
（実験例１）
サファイアからなる基板１０の上に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、第１導電型半導体層１１として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とが交互に３〜６回積層された多重量子井戸構造の発光層１２、第２導電型半導体層１３として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成された、図１に示した半導体発光素子（４５０μｍ□、青色）を形成した。
【００５３】
この半導体発光素子では、第１導電型半導体層１１は、第２導電型半導体層１３及び発光層１２、第１導電型半導体層１１の一部が深さ方向に除去されて、第２導電型半導体層１３に囲まれた内部露出領域１１ｂｂと、第２導電型半導体層１３を囲む外部露出領域１１ａａとを有している。
内部露出領域１１ｂｂは、第１台座領域１１ｘと第１延長領域１１ｙとからなる。
【００５４】
第１台座領域１１ｘは、第２導電型半導体層１３の重心を基準に、後述する第２電極の第２パッド部１６ａの重心から遠ざかる方向に重心が変位して配置されている。
第１延長領域１１ｙは、第１台座領域１１ｘの重心から第２パッド部１６ａの重心に近づく２方向に延長している。
【００５５】
内部露出領域１１ｂｂ上には、それぞれ第１台座領域１１ｘと第１延長領域１１ｙとに対応して、第１パッド部１４ａと第１パッド部１４ａから延びる２本の第１拡散部１４ｂとを備えた第１電極１４（Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ：７０００Å）が形成されている。
【００５６】
第１パッド部１４ａの大きさは、例えば、半導体発光素子の８％程度の占有面積、つまり１２０００μｍ2程度である。
第１拡散部１４ｂは、例えば、第１パッド部１４ａの最大幅の１０％程度の幅、具体的には、１０μｍ程度の幅で形成されている。
【００５７】
第２電極は、第２導電型半導体層の一隅部に配置された第２パッド部１６ａと、この第２パッド部１６ａから第２導電型半導体層１３の外周に沿って延長した第２拡散部１６ｂとからなる。
第２パッド部１６ａは、例えば、半導体発光素子の１５％程度の占有面積で形成されている。具体的には、２３０００μｍ2程度である。
第２拡散部は、例えば、第２パッド部１６ａの最大幅の１０％程度の幅に設定されており、具体的には、１０μｍ程度の幅で形成されている。
【００５８】
なお、第２電極１６は、第２導電型半導体層１３上にほぼ全面に形成されたＩＴＯからなる透光性電極１５（５０００Å）を介して第２導電型半導体層１３と電気的に接続されている。第２電極１６は、Ｗ層、Ｐｔ層およびＡｕ層（総膜厚１μｍ）がこの順に積層されている。
【００５９】
このような半導体発光素子について、以下の測定環境により、配光特性を測定した。
測定器：ＳＴＭ配光測定器
駆動モード：パルス駆動（パルス幅＝５００μｓ、パルス周期＝１ｍｓ、露光時間＝１９ｍｓ、利得＝２倍）
印加条件：１００ｍＡ
【００６０】
また、比較のために、図７（ａ）及び（ｂ）に示したように、第１電極４４、５４（ｎ電極）及び第２電極４６、５６（ｐ電極）の平面形状ならびにそれらに対応する第１導電型半導体層（特に内部露出領域）及び第２導電型半導体層の平面形状（図示せず）が異なる以外、同様の発光素子を形成し、同様の測定環境によって、同様に配光特性を測定した。その結果を、図８に示す。なお、図７（ａ）及び（ｂ）に対応する測定結果は、比較例Ａおよび比較例Ｂとしてそれぞれ表した。各発光素子はｎ＝３個とした。
【００６１】
図８の結果から、本発明の発光素子は、φ＝０°（図１において、発光素子の重心を通るＸ方向の軸）及び９０°（図１において、発光素子の重心を通るＹ方向の軸）のいずれの方向においても、平坦で非常に良好な配光特性を示すことが確認された。一方、比較例Ａ及び比較例Ｂにおいては、いずれも、φ＝０°及び９０°のいずれの方向においても発光素子の中央部分で発光強度が小さくなっており、ダブルピークを有する配光特性を示すにとどまった。
【００６２】
（実験例２）
この実験例の半導体素子は、図３に示したように、第１導電型半導体層の内部露出領域１１ｂｂ及び外部露出領域１１ａａに、突部２９が複数個形成されている以外、実験例１の発光素子と実質的に同様の構成である。
この突部２９の大きさは、その付け根付近で２０μｍ2程度であり、この凸部の総数は１０００程度、１つの発光素子における突部の占有面積は約１５％である。
このような突部を形成することにより、発光強度自体は約１０％程度向上しながら、実験例１と同様に、平坦で非常に良好な配光特性を示すことが確認された。
【００６３】
（実験例３）
この実験例の半導体素子は、図４（ａ）（ｂ）に示したように、基板１０表面に、凹凸部１０ｃを設けたこと以外、実験例１の発光素子と実質的に同様の構成である。
この凹凸部１０ｃは、例えば、高さが０．８μｍ、平面形状が円形に近い形状で、ドット状に、また、断面形状が台形状に近い形状（平行でない向かい合う辺同士が外側に湾曲した形状）の凸部によって形成されている。その凸部は、凸部下部の直径が２μｍ、凸部と隣接する凸部との間隔（凹部の最短距離）が１μｍである。
このような凹凸部１０ｃを形成することにより、発光強度自体は約１０％程度向上しながら、実験例１と同様に、平坦で非常に良好な配光特性を示すことが確認された。
【００６４】
（実験例４）
比較例として、図１０（ａ）〜（ｆ）に示した従来公知の種々の第１導電型半導体層、第２導電型半導体層、各電極（ｎ：ｎ電極、ｐ：ｐ電極）の形状及び配置のものについて、上記と同様にして、配光特性を確認したところ、図１０（ａ）〜（ｃ）では、上述した比較例Ａ及びＢと同様に、発光素子の中央部分で発光強度が小さくなっており、ダブルピークを有する配光特性を示すにとどまった。また、図１０（ｂ）〜（ｆ）では、各電極に位置の偏りに起因して、左右非対称の配向特性しか得られなかった。さらに、図１０（ａ）〜（ｆ）の全てにおいて、外周部分の発光強度が極端に小さくなっていた。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、携帯電話機等のバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、車載用ストップランプ、各種センサおよび各種インジケータ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の半導体発光素子の構造を説明するための概略平面図である。
【図２】図１の半導体発光素子の（ａ）Ａ−Ａ’及び（ｂ）Ｂ−Ｂ’線概略断面図である。
【図３】本発明の半導体発光素子の別の構造を説明するための概略平面図である。
【図４】本発明の半導体発光素子のさらに別の構造を説明するための（ａ）Ａ−Ａ’及び（ｂ）Ｂ−Ｂ’線概略断面図である。
【図５】本発明の半導体発光素子のさらに別の構造を説明するための概略平面図である。
【図６】図３の半導体発光素子のＢ−Ｂ’線概略断面図である。
【図７】比較のための半導体発光素子の構造を示すが概略平面図である。
【図８】本発明の半導体発光素子の配光特性を示すグラフである。
【図９】従来の半導体発光素子の構造を説明するための概略平面図である。
【図１０】従来の半導体発光素子のさらに別の構造を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  基板
１０ａ  ＧａＮバッファ層
１０ｂ  ノンドープＧａＮ層
１０ｃ  凹凸部
１１  第２導電型半導体層
１１ａ  ｎ型コンタクト層
１１ｂ  ｎ型クラッド層
１１ａａ  外部露出領域
１１ｂｂ、２１ｂ、３１ｂ  内部露出領域
１１ｘ、２１ｘ、３１ｘ  第１台座領域
１１ｙ、２１ｙ、３１ｙ  第１延長領域
１２  発光層
１３  第１導電型半導体層
１３ａ  ｐ型クラッド層
１３ｂ  ｐ型コンタクト層
１４、２４、３４  第１電極
１４ａ、２４ａ、３４ａ  第１パッド部
１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ  第１拡散部
１５  透光性電極
１６  第２電極
１６ａ  第２パッド部
１６ｂ  第２拡散部
２９  突部
【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】
2008159957.tif 000009
【図８】
2008159957.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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