(57)【要約】【課題】高効率で光り取り出し効率の高い半導体発光素子を提供する。【解決手段】透光性絶縁層１８と第２導電型半導体層との界面に介在される介在領域と、第２導電型半導体層上の、透光性絶縁層１８を設けた部分を除く領域を覆う被覆領域Ａとを有する透光性導電層２０を備え、介在領域の層厚が、被覆領域Ａの層厚よりも薄く構成できる。これにより、透光性導電層２０の被覆領域Ａにおける抵抗率を介在領域よりも低くすることができ、第２導電型パッド電極の周囲の発光を増やすことができる上、電流を均一に分散して光の取り出し効率を改善できる。【選択図】図１
2008135554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、
前記第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、
前記透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極と、
を備える半導体発光素子であって、さらに、
前記透光性絶縁層と第２導電型半導体層との界面に介在される介在領域と、
前記第２導電型半導体層上の、前記透光性絶縁層を設けた部分を除く領域を覆う被覆領域と、
を有する透光性導電層を備え、
前記介在領域の層厚が、被覆領域の層厚よりも薄く構成されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、
前記第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、
前記透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極と、
前記第２導電型半導体層上のほぼ全面を覆う被覆領域と、一部が被覆領域と連続して前記第２導電型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域と、前記透光性絶縁層の周囲から上面を被覆して前記第２導電型パッド電極との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層と、
を備え、
前記第１介在領域の層厚が、被覆領域の層厚よりも薄く構成されてなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
第１導電型の半導体層と、
前記第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、
前記第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、
前記透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極と、
前記第２導電型半導体層上のほぼ全面を覆い、一部が前記第２導電型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域を含む第１の透光性導電層と、
前記第１の透光性導電層上の、透光性絶縁層を除く領域を被覆する第２被覆領域と、第２被覆領域と連続して前記透光性絶縁層の周囲から上面を被覆して前記第２導電型パッド電極との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層と、
を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記透光性絶縁層の屈折率を前記第２導電型半導体層よりも低く、かつ
前記第２導電型半導体層と前記透光性絶縁層との間に介在する透光性導電層の層厚が、該発光素子の光の波長λ、前記第１の透光性導電層の屈折率ｎに対し、略（λ／４ｎ）以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体発光素子であって、
前記第２導電型半導体層上で前記透光性絶縁層を除く領域を被覆する被覆領域における透光性導電層の層厚が、該発光素子の光の波長λ、前記第１の透光性導電層の屈折率ｎに対し、（λ／４ｎ）より大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記透光性絶縁層下面の透光性導電層を電流注入領域とすることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗は、前記透光性絶縁層が形成された領域より、前記第２導電型半導体層表面を被覆する領域が低いことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
請求項３に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の透光性導電層と第２の透光性導電層を合わせた層厚が、１００ｎｍ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第２導電型層が窒化物半導体層であり、
前記透光性絶縁層の屈折率が、２．４６以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１０】
請求項８に記載の半導体発光素子であって、
前記第１の透光性導電層と第２の透光性導電層は、Ｉｎ、Ｓｎを含む酸化物材料からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の半導体発光素子であって、
前記第２導電型パッド電極は、上面から見て透光性絶縁層の内部に入っていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１２】
基板と、
前記基板の上に形成され、一部が露出するように形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に形成された透光性絶縁層と、
前記透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成されたｐ側パッド電極と、
前記ｐ型半導体層上のほぼ全面を覆い、一部が前記ｐ型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域を含む第１の透光性導電層と、
前記第１の透光性導電層上の、透光性絶縁層を除く領域を被覆する第２被覆領域と、第２被覆領域と連続して前記透光性絶縁層の周囲から上面を被覆して前記ｐ型半導体層との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層と、
を備えることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１３】
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が発する光を波長変換する波長変換部材と、
を備える発光装置であって、
前記半導体発光素子が請求項１から１２のいずれか一に記載の半導体発光素子であることを特徴とする発光装置。
【請求項１４】
基板と、
前記基板の上に形成され、一部が露出するように形成されたｎ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、
前記発光層の上に形成されたｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層上に形成された透光性絶縁層と、
前記透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成されたｐ側パッド電極と、
を有する半導体発光素子の製造方法であって、
基板上に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層を順次積層する工程と、
前記ｎ型半導体層が部分的に露出するようエッチングする工程と、
前記ｐ型半導体層上に接して、略全面に第１の透光性導電層を形成する工程と、
前記第１透光性導電層上の、ｐ側パッド電極を形成する位置に、透光性絶縁層を形成する工程と、
前記第１透光性導電層及び透光性絶縁層の上面に、第２の透光性導電層を形成し、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程と、
前記透光性絶縁層上の第２透光性導電層の上面に、略等しい面積のｐ側パッド電極を形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法であって、さらに、
前記第１透光性導電層の形成後に、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程を備え、該熱処理工程により、前記ｐ側パッド電極形成領域において、第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗を下げ、電流注入領域とすることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１６】
請求項１４に記載の半導体発光素子の製造方法であって、さらに、
前記第１透光性導電層上の透光性絶縁層形成後に、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程を備え、該熱処理工程により、前記第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗を、前記透光性絶縁層が形成された領域より、前記ｐ側パッド電極以外の第２導電型半導体層表面を被覆する領域で低くすることを特徴とする半導体発光素子。
【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、特にパッド電極を有する半導体発光素子、発光装置及び半導体発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体発光素子は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子である発光素子は球切れ等の心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、レーザーダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子は、各種の光源として利用されている。特に近年は、蛍光灯に代わる照明用の光源として、より低消費電力で長寿命の次世代照明として注目を集めており、更なる発光出力の向上及び発光効率の改善が求められている。
【０００３】
半導体発光素子は、ワイヤボンディング用のワイヤやフリップチップ用のバンプ等、外部電極と電気的に接続するためのパッド電極を有する。このようなパッド電極を有する従来のＧａＮ系化合物半導体発光素子の一例を図１１の断面図に示す。この図に示すＧａＮ系化合物半導体素子７０は、サファイア基板７１上に成長されたｎ型半導体層７２と、発光層７３と、ｐ型半導体層７４と、透明電極７５と、ｐ側パッド電極７６と、ｎ側パッド電極７７とを有する。ｎ側パッド電極７７はｐｎ接合の下側と接続するため、発光面の一部を切り欠き、ｎ型半導体層７２を露出させて形成される。また表面には保護膜７８が被覆される。さらにパッド電極７６、７７の上に、ボンディングワイヤ（図示せず）を接続させる。
【０００４】
このＧａＮ系化合物半導体素子７０では、その構造上ｐ側パッド電極７６の直下に電流がよく流れるため、この部分から電流が発光層７３側に注入され、本来は最も良く発光する部分となる。しかしながら、ｐ側パッド電極７６の直下に位置する透明電極７５を構成する金属によって下面、すなわち発光層７３からの発光が吸収されてしまうという問題があった。このため、ｐ側パッド電極７６の下面に注入される電流は寧ろ発光に寄与せず、発光効率の面からは逆にｐ側パッド電極７６下への電流注入を抑制し、発光を抑える構成が採用されている。
【０００５】
例えば、図１２及び図１３に示すＧａＮ系化合物半導体素子８０では、ｐ側パッド電極８１下にＳｉＯ２からなる絶縁膜８２を設けて、この部分での通電を阻止し、非発光面としている（特許文献１参照）。この構成により、ｐ側パッド電極８１の電流が電極直下でなく電極外側に流れるように回り込ませ、ｐ側パッド電極８１から直下に流れる電流をなくしてこの領域を非発光とし、透明電極８３による光の吸収をなくして全体としての光取り出し効率を向上させている。
【特許文献１】特開平８−２５０７６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４５１７号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記構成では、電流をｐ側パッド電極の周囲に偏在させるように通電するため、局所的な劣化が生じ、ひいては素子の寿命に悪影響を及ぼすという問題があった。また一方で、照明用光源としての更なる光取り出し効率の改善や高出力化、高効率化が求められている。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みなされたものである。本発明の一の目的は、半導体層と透光性導電層やパッド電極との界面で吸収されていた光を効果的に外部に取り出すことにより、高効率で光り取り出し効率の高い半導体発光素子、発光装置及び半導体発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
以上の目的を達成するために第１の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と、第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極とを備える半導体発光素子であって、さらに、透光性絶縁層と第２導電型半導体層との界面に介在される介在領域と、第２導電型半導体層上の、透光性絶縁層を設けた部分を除く領域を覆う被覆領域とを有する透光性導電層を備え、介在領域の層厚が、被覆領域の層厚よりも薄く構成できる。これにより、透光性導電層の被覆領域における断面積を介在領域よりも大きくすることで、シート抵抗を低減でき、第２導電型パッド電極の周囲の発光を増やすこと、パッド電極直下の発光を減らすことができる上、介在領域により被覆領域間が分断されずに連絡されるため、電流を均一に分散して光の取り出し効率を改善できる。
【０００９】
第２の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と、第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極と、第２導電型半導体層上のほぼ全面を覆う被覆領域と、一部が被覆領域と連続して第２導電型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域と、透光性絶縁層の周囲から上面を被覆して第２導電型パッド電極との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層とを備え、第１介在領域の層厚が、被覆領域の層厚よりも薄く構成できる。これにより、透光性絶縁層の直下の透光性導電層の層厚よりも、透光性絶縁層以外の領域における透光性電極の層厚を厚くして抵抗率を相対的に低下させ、電流を透光性絶縁層の周囲に効率よく流して発光効率を改善できる。
【００１０】
第３の半導体発光素子は、第１導電型の半導体層と、第１導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、発光層の上に形成された第２導電型の半導体層と、第２導電型半導体層上の少なくとも一部に形成された透光性絶縁層と、透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成された第２導電型パッド電極と、第２導電型半導体層上のほぼ全面を覆い、一部が第２導電型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域を含む第１の透光性導電層と、第１の透光性導電層上の、透光性絶縁層を除く領域を被覆する第２被覆領域と、第２被覆領域と連続して透光性絶縁層の周囲から上面を被覆して第２導電型パッド電極との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層とを備えることができる。これにより、透光性絶縁層の直下の透光性導電層の層厚よりも、透光性絶縁層以外の領域における透光性電極の層厚を厚くして抵抗率を相対的に低下させ、電流を透光性絶縁層の周囲に効率よく流して発光効率を改善できる。
【００１１】
第４の半導体発光素子は、透光性絶縁層の屈折率を第２導電型半導体層よりも低く、かつ第２導電型半導体層と透光性絶縁層との間に介在する透光性導電層の層厚が、該発光素子の光の波長λ、第１の透光性導電層の屈折率ｎに対し、略（λ／４ｎ）以下とできる。これにより、第１介在領域の層厚を光が感じない程度の層厚として、第１介在領域と第２導電型半導体層との界面を、実質的に透光性絶縁層と第２導電型半導体層との界面として屈折率差による全反射角をより広くし、全反射を生じやすくして上方に位置するｐ側パッド電極による光の吸収を低減し、光の取り出し効率を改善できる。他方、透光性絶縁層を除く領域では、介在領域より厚膜で透光性導電層が形成され、この領域では好適な光取り出しとできる。
【００１２】
第５の半導体発光素子は、第２導電型半導体層上で透光性絶縁層を除く領域を被覆する被覆領域における透光性導電層の層厚が、該発光素子の光の波長λ、第１の透光性導電層の屈折率ｎに対し、（λ／４ｎ）より大きくできる。これにより、パッド以外の領域では、素子の発光を効率的に外部に取り出すことができる。特に第１の透光性導電層の屈折率ｎをｎ2とし、第２導電型半導体層の屈折率をｎ1、透光性絶縁層の屈折率をｎ3とした場合、ｎ2≧ｎ1、若しくは｜ｎ1−ｎ2｜＜｜ｎ1−ｎ3｜の場合に、効果的である。また、第２導電型半導体層から、パッドとの介在領域では低屈折率の透光性絶縁層を近くに、パッド以外の領域では、低屈折率の封止部材、大気を遠くに、配して、パッド領域では絶縁層と半導体層界面反射、パッド以外の領域では素子外部への光取り出しを効率的に実現できる。
【００１３】
第６の半導体発光素子は、透光性絶縁層下面の透光性導電層を電流注入領域とすることができる。これにより、従来は非発光としていた第２導電型パッド電極の下面にも電流を注入することで電流を均一に流し、電流の局所的な集中を回避して劣化を低減して信頼性を向上できる。また発光量を増加させ、全体としての発光出力向上及び取り出し効率の向上に寄与できる。また、第２導電型電極を反射性、半導体層側を光取り出し側とした素子構造では、パッド電極下の領域を発光領域であることで出力を向上できる。
【００１４】
第７の半導体発光素子は、第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗は、透光性絶縁層が形成された領域より、第２導電型半導体層表面を被覆する領域を低くできる。これにより、この界面での電流注入を阻害して、第２導電型パッド電極からの電流を透光性絶縁層の周囲に効率よく流して全体としての発光効率を改善できる。
【００１５】
第８の半導体発光素子は、第１の透光性導電層と第２の透光性導電層を合わせた層厚が、１００ｎｍ以下とできる。これにより透光性導電層を伝播する光の損失を低減して、光取り出し効率を高くできる。
【００１６】
第９の半導体発光素子は、第２導電型層が窒化物半導体層であり、透光性絶縁層の屈折率を、２．４６以下とできる。これにより窒化物半導体層と透光性絶縁層との間で、好適な光反射界面を形成できる。
【００１７】
第１０の半導体発光素子は、第１の透光性導電層と第２の透光性導電層を、Ｉｎ、Ｓｎを含む酸化物材料で構成できる。これにより、窒化物半導体層と屈折率差の小さい透光性導電層と半導体層の界面を形成でき、パッド電極以外の領域での光取り出し向上の効果が得られる。
【００１８】
第１１の半導体発光素子は、第２導電型パッド電極が、上面から見て透光性絶縁層の内部に入るよう構成できる。これによって、電極形成面内で透光性絶縁層より外側にパッド電極が延設されていないため、延設部による電極と半導体界面での光吸収が無く、光損失を抑えることができる。
【００１９】
第１２の半導体発光素子は、基板と、基板の上に形成され、一部が露出するように形成されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、発光層の上に形成されたｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に形成された透光性絶縁層と、透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成されたｐ側パッド電極と、ｐ型半導体層上のほぼ全面を覆い、一部がｐ型半導体層と透光性絶縁層との間に介在される第１介在領域を含む第１の透光性導電層と、第１の透光性導電層上の、透光性絶縁層を除く領域を被覆する第２被覆領域と、第２被覆領域と連続して透光性絶縁層の周囲から上面を被覆してｐ型半導体層との界面に介在する第２介在領域とを有する第２の透光性導電層とを備えることができる。これにより、透光性絶縁層の直下の透光性導電層の層厚よりも、透光性絶縁層以外の領域における透光性電極の層厚を厚くして抵抗率を相対的に低下させ、電流を透光性絶縁層の周囲に効率よく流してp側パッド電極直下の発光を抑え、全体としての発光効率を改善できる。
【００２０】
第１３の発光装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子が発する光を波長変換する波長変換部材とを備える発光装置であって、半導体発光素子を上記のように構成できる。
【００２１】
第１４の半導体発光素子の製造方法は、基板と、基板の上に形成され、一部が露出するように形成されたｎ型半導体層と、ｎ型半導体層上の少なくとも一部に形成された発光層と、発光層の上に形成されたｐ型半導体層と、ｐ型半導体層上に形成された透光性絶縁層と、透光性絶縁層上の少なくとも一部に形成されたｐ側パッド電極とを有する半導体発光素子の製造方法であって、基板上に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層を順次積層する工程と、ｎ型半導体層が部分的に露出するようエッチングする工程と、ｐ型半導体層上に接して、略全面に第１の透光性導電層を形成する工程と、第１透光性導電層上の、ｐ側パッド電極を形成する位置に、透光性絶縁層を形成する工程と、第１透光性導電層及び透光性絶縁層の上面に、第２の透光性導電層を形成し、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程と、透光性絶縁層上の第２透光性導電層の上面に、略等しい面積のｐ側パッド電極を形成する工程とを含むことができる。これにより、比較的容易な製造プロセスにて透光性絶縁層の下面よりも層厚の厚い透光性導電層を、ｐ側パッド電極以外の部分に形成でき、電流を分散してｐ型半導体層に注入でき、均一な発光を得ることができる。
【００２２】
第１５の半導体発光素子は、さらに、第１透光性導電層の形成後に、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程を備え、熱処理工程により、ｐ側パッド電極形成領域において、第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗を下げて、その領域を電流注入領域とすることができる。これにより、ｐ側パッド電極の直下でもオーミック接触を取り、発光させることができ、さらに発光出力及び光取り出し効率を高めることができる。特に、透光性導電層の層厚をｐ側パッド電極の下面と周囲の領域で変化させることにより、下面においては発光層の発光を全反射させて横方向に光を伝播させつつ、周囲においては厚い層厚としてシート抵抗を低減させて発光量を増し、さらにこの領域から外部に光を取り出すことが可能となる。
【００２３】
第１６の半導体発光素子は、さらに、第１透光性導電層上の透光性絶縁層形成後に、オーミック接触を得るための熱処理を行う工程を備え、熱処理工程により、第２導電型半導体層と透光性導電層との界面の接触抵抗を、透光性絶縁層が形成された領域より、第２導電型半導体層表面を被覆する領域で低くすることができる。これにより、パッド領域外で、優先的、選択的に電流注入され、パッド領域より高出力の発光領域とでき、好適な発光構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光素子、発光装置及び半導体発光素子の製造方法を例示するものであって、本発明は半導体発光素子、発光装置及び半導体発光素子の製造方法を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、特許請求の範囲、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施の形態１）
【００２５】
図１に、本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子として、ＬＥＤ１００を示す。この図に示すＬＥＤ１００は、成長基板１０と、成長基板１０の上に形成される第１導電型の半導体層であるｎ型半導体層１２と、ｎ型半導体層１２上の一部に形成された発光層１４と、発光層１４の上に形成された第２導電型の半導体層であるｐ型半導体層１６と、ｐ型半導体層１６上に形成された第１の透光性導電層２０ａと、第１透光性導電層２０ａ上の一部に形成された透光性絶縁層１８と、第１透光性導電層２０ａと連続して透光性絶縁層１８の周囲及び上面を被覆するよう形成された第２の透光性導電層２０ｂと、第２透光性導電層２０ｂの上面に形成された第２導電型パッド電極であるｐ側パッド電極３０と、一方でｎ型半導体層１２の一部を露出させ、この部分に形成された第１導電型パッド電極であるｎ側パッド電極３２とを備える。さらに、ｎ側パッド電極３２及びｐ側パッド電極３０の表面のみを露出させ、他の部分を被覆するよう保護膜３４で覆う。
（半導体層）
【００２６】
ＬＥＤは、成長基板１０であるサファイア基板上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型半導体層１２、活性層である発光層１４及びｐ型半導体層１６の順に積層されてなる半導体層を有している。互いに分離されてライン上に露出されたｎ型半導体層１２上にはｎ側パッド電極３２が形成され、一方ｐ型半導体層１６にはコンタクト層であるｐ側オーミック電極（図示せず）を介してｐ側パッド電極３０が形成されている。
【００２７】
発光素子は具体的には、成長基板１０上に半導体層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子が好適に利用できる。成長基板１０としてはサファイアが挙げられるが、これに限定されず例えばスピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。また、サファイアのような絶縁性基板でなく、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることにより、ｐ電極及びｎ電極を対向して配置させることもできる。なお成長基板１０は、半導体層の積層後に除去することもできる。さらに成長基板として表面に多数の凹凸を設けた基板を使用することもできる。これにより、半導体層と基板界面が粗面化され、散乱、回折作用により、光取り出し効率向上等の効果が得られる。
【００２８】
具体的には、図７及び図８の変形例（図７は変形例に係るＬＥＤチップの平面図、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面図）に示すように、凹凸部１０Ｃとして示すように、基板１０と半導体層との界面など、異種材料、屈折率が相違する材料間に、凹凸構造を設けて、その材料界面間で凹凸界面で、上記光取り出し効率向上を図ることができる。このような凹凸部、突起部、凸部若しくは凹部の平面形状としては、高密度な配置、量産性を考慮して所望の形状とされ、具体的な形状としては、楕円形状、四角・矩形状、多角形状、それらの複合的な形状であっても良い。また、その平面配置は、これら形状に応じて、四角・矩形状，平行四辺形状，三角形状，六角形状（蜂の巣状）、などが適宜選択され、高密度な配置がなされる。これら構造物（突起・凹・溝の各部）の平面の大きさとしては、λ／４ｎより大きく、好ましくはλ／２ｎ超、量産性を考慮した具体的な寸法としては、幅０．５〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍであると、好適に製造できる。断面形状も、同様に、四角、矩形状、台形状、円弧、半円などの円形状、などを用いることができ、寸法も平面形状と同様なものとできる。
【００２９】
図示する基板の凹凸は、半導体層を挟んで、上記透光性電極構造に対向した面側に設けられることから、第１，２の透光性導電層、特にパッド領域Ａを発光領域、非発光領域に依存して、その効果が変わる傾向がある。具体的には、領域Ａを非発光領域とする方が、発光領域、すなわち介在領域Ｂ１を電流注入部とするより、光取り出し効率の向上効果、引いては発光出力、電力効率向上効果が高くなる傾向がある。このため、領域Ａを非発光領域、被覆領域Ｂに比して弱発光領域、として、凹凸構造１０Ｃを設けることが好ましい。
【００３０】
上記材料間界面などに設けられる凹凸構造としては、半導体層に設けられた複数の孔構造、発光層上の凹凸構造、半導体層に設けられた分離溝により、ｎ電極形成面上に設けられた突起構造など、半導体層に、光学的な構造物を設けることもできる。また、半導体層を被覆する透光性膜、例えば、透光性導電層２０、保護膜３４に、凹凸構造を設けることもでき、これら半導体層、被覆膜、電極などを組み合わせて、凹凸構造、光学的機能の構造部を設けることができる。以上の構造物は、半導体、その他各材料の加工技術、エッチング、レーザ加工、型押し加工などを用いて作製できる。
【００３１】
発光素子は、ＢＮ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅやＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＡｌＧａＮ、ＢＩｎＡｌＧａＮ等種々の材料を有する。同様に、これらの元素に不純物元素としてＳｉやＺｎ等を含有させ発光中心とすることもできる。発光層１４の材料として、窒化物半導体（例えば、ＡｌやＧａを含む窒化物半導体、ＩｎやＧａを含む窒化物半導体としてＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、Ｘ＋Ｙ≦１）等が利用できる。また、半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合等を有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが好適に挙げられる。また、半導体層の材料やその混晶比によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることで、より出力を向上させることもできる。さらに、発光素子は、紫外線領域から可視光領域までの光を発することができる。特に３５０ｎｍ〜５５０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有する発光素子を使用し、蛍光物質を効率よく励起可能な発光波長を有する光を発光できる発光層１４を有することが好ましい。ここでは発光素子として窒化物半導体発光素子、特に青色発光（波長４５５ｎｍ）を例にとって説明するが、これに限定されるものではない。
（ｎ側パッド電極３２）
【００３２】
ｎ側パッド電極３２は、半導体発光素子の少なくとも１つの辺に近接するように形成される。例えば図示しないが、１つの辺の中央部において、ｐ型半導体層及び活性層の一部をエッチングにより除去してｎ型コンタクト層が露出した切り欠き部を設け、その切り欠き部にｎ側パッド電極を形成する。ｎ側パッド電極３２の材料としてはＴｉ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属あるいはこれらの合金が利用できる。本実施の形態ではＴｉ／Ｒｈ／Ａｕとしている。
（ｐ側パッド電極３０）
【００３３】
ｐ側パッド電極３０は、突起状に延伸した幅細の延伸導電部３１を有する。図２に、ＬＥＤチップの平面図の例を示す。この図の例ではｎ側パッド電極３２はＬＥＤチップ１００Ｂの１つの隅部に２つの辺に近接するように設けられ、ｐ側パッド電極３０はｎ側パッド電極３２が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられる。またｐ側パッド電極３０のパターンは、好適には図２に示すように円状のｐ側パッド電極３０から延伸させた補助電極として延伸導電部３１を１又は複数設ける。延伸導電部３１はそれぞれ、ｎ側パッド電極３２から等距離になるように円弧状に形成されていることが好ましく、これによってより半導体発光素子に投入された電流を透光性電極全体に拡散させ、高輝度でかつより均一な発光が得られる。延伸導電部３１の材料としては、例えばＲｈ／Ｐｔ／Ａｕをそれぞれの層厚を１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍとして形成できる。なお延伸導電部３１は３本以上とすることもでき、例えば図３の変形例に係るＬＥＤチップ１００Ｃでは、９本の延伸導電部３１を設けている。
【００３４】
延伸導電部は、無くすこともでき、また、発光素子の構造、面積によりｎ側電極に、両電極に設けられた構造でも良く、また、パッド電極、透光性導電層上の金属層と異なる構造、工程で形成されても良く、好ましくはパッド電極と一体で形成される。
（保護膜３４）
【００３５】
パッド電極３０、３２を形成した後、ワイヤボンディングを行う領域を除いて半導体発光素子のほぼ前面に絶縁性の保護膜３４が形成される。保護膜３４にはＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ポリイミド等が利用できる。
（透光性絶縁層１８）
透光性絶縁層１８は高抵抗あるいは絶縁性を備える層であり、これによってｐ側パッド電極形成領域において、透光性導電層２０を、その間に介在させて下層側の第１介在領域Ｂ１と、上層側の第２介在領域Ｂ２とを絶縁する。また、透光性絶縁層１８を設けない領域を導通経路として、透光性導電層２０に効率的に通電して電流拡散と低抵抗化とを図る。また透光性絶縁層１８は、半導体発光素子からの光を効率よく取り出せるように高い透光性を有する。そのため透光性絶縁層１８は、好ましくは酸素を含み、より好ましくは酸化物とし、さらに好ましくはＳｉ、Ａｌよりなる群から選択された少なくとも一種の元素の酸化物とする。具体的には、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等とし、好ましくはＳｉＯ2を使用する。透光性絶縁層１８の厚さは特に限定するものではなく、数オングストローム〜数μｍの厚さで形成可能である。特に、透光性絶縁層１８の上面に形成されるｐ側パッド電極３０の金属層と共に設けられる場合の透光性絶縁層１８の層厚は、λ／４ｎ3（λは発光波長、ｎ3は絶縁層の屈折率）より大きくし、具体例としては、７８ｎｍから１μｍとすることが好ましい。透光性絶縁層１８は、発光層の上に設けられた電極、金属層に対応して設けられ、電極の例では、パッド電極３０、電極の延伸導電部３１の少なくとも一方、好ましくは導電部・金属層に比較して大面積若しくは断面幅広のパッド電極に少なくとも設けられ、最も好ましくは両方に対応して設けられる。このような構造は、他の実施の形態、その各例にも同様に適用できる。すなわち、延伸導電部を、透光性絶縁層１８を介さずに透光性導電層上に直接設けた構造とすることもできるが、この場合、延伸導電部による光の吸収、損失が発生するため、延伸導電部の断面幅、総面積が大きくなると、その傾向が大きくとなるため、それよりも好ましくは、パッド電極及び延伸導電部を、透光性絶縁層１８を介して設ける。その具体例としては、図７の変形例に係るＬＥＤチップ１００Ｄの平面図に示すように、延伸導電部３１が、透光性絶縁層１８を介して設けられた構造となる。
（透光性導電層２０）
【００３６】
ｐ型半導体層１６上には、透光性導電層２０を形成する。露出したｐ型半導体層１６のほぼ全面に導電層が形成されることにより、電流をｐ型半導体層１６全体に均一に広げることができる。しかも透光性を備えることで、電極側を発光観測面とすることもできる。なお透光性とは、半導体発光素子の発光波長を透過できるという意味であって、必ずしも無色透明を意味するものではない。透光性導電層２０は、オーミック接触を得るために、好ましくは酸素を含むものとする。酸素を含む透光性導電層２０には数々の種類があるが、好ましくは亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）よりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物とする。具体的には、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物を含む透光性導電層２０を形成することが望ましい。中でもＩＴＯは酸化物インジウムにスズを含有する酸化物導電性材料であり、低抵抗、高透明度を備えているので、透明電極として好適である。あるいはＮｉ等の金属を３ｎｍ等の層厚でスパッタして透明にした金属層でもよい。導電性酸化物層と半導体層との界面では、良好なオーミック特性が得られるように熱処理される。ＩＴＯは窒化物半導体層とのオーミック接続にも優れているため、窒化物半導体発光素子として、ｐ型窒化物半導体層との界面での接触抵抗を小さくして順方向電圧Ｖｆが低い実用的な窒化物半導体発光素子を実現できる。
【００３７】
図１に示す透光性導電層２０は、ｐ型半導体層１６上のほぼ全面を覆う被覆領域Ａと、一部が被覆領域Ａと連続してｐ型半導体層１６と透光性絶縁層１８との間に介在される第１介在領域Ｂ１と、透光性絶縁層１８の周囲から上面を被覆してｐ側パッド電極３０との界面に介在する第２介在領域Ｂ２とを有する。ここで第１介在領域Ｂ１の層厚ｄ１を、被覆領域Ａの層厚ｄ２よりも薄く構成することにより、透光性絶縁層１８の直下の抵抗率を相対的に増加させ、被覆領域Ａの抵抗率を低下させる。この結果、ｐ側パッド電極３０からの電流を透光性絶縁層１８の周囲に効率よく流して、ｐ側パッド電極３０を設けた部分以外での発光量を増す。またｐ側パッド電極３０の下面に設けた透光性絶縁層１８の全反射を利用して、ｐ側パッド電極３０下面を導波する光を全反射で通過させ、ｐ側パッド電極を設けていない領域である被覆領域Ａや端面からの光の取り出しを図る。
【００３８】
さらに、第１介在領域Ｂ１の層厚は、光の波長λに対しほぼ（λ／４ｎ2）以下とする（ｎ2は透光性導電層の屈折率）。こうすることで、第１介在領域Ｂ１の層厚を光が感じ難くなり、第１介在領域Ｂ１とｐ型半導体層１６との界面が実質的に透光性絶縁層１８とｐ型半導体層１６との界面となる。第１介在領域Ｂ１であるＩＴＯ（屈折率２．００）とｐ型半導体層１６であるＧａＮ（屈折率２．４６）との界面では、屈折率差が小さいため、全反射角が狭くなり大部分の光が透過される結果、上方に位置するｐ側パッド電極３０の金属で光の吸収が生じ、光の取り出し効率が低下する。一方、透光性絶縁層１８であるＳｉＯ2（屈折率１．４６）とｐ型半導体層１６であるＧａＮ層との界面では屈折率差が大きいため、全反射角が大きくなる結果、全反射が生じる比率が高くなり、第１介在領域Ｂ１での光が全反射により被覆領域Ａに伝播される率が高くなり、端面から外部に放出される光となって光取り出し効率が高くなる。また被覆領域Ａにおいては層厚が相対的に厚いため、この部分での屈折率差が少なくなる結果、光が透過される比率も高くなるが、この領域には光を吸収する金属が存在しないため、そのまま外部に取り出される。このように、ｐ側パッド電極３０下方の透光性導電層２０の層厚をその周囲よりも薄くすることで、屈折率差による全反射角をより広くし、全反射を生じやすくして上方に位置するｐ側パッド電極３０による光の吸収を低減する一方、側面及び上方への光の取り出し効率を大きく改善することができる。第１介在領域Ｂ１の層厚は、この例（ＧａＮ層、ＩＴＯ、ＳｉＯ2、発光波長４５５ｎｍ）では、好ましくは５７ｎｍ以下とする。特に、透光性導電層の屈折率ｎ2が、ｎ2≧ｎ1、若しくは、｜ｎ1−ｎ2｜＜｜ｎ1−ｎ3｜（ここで、ｎ1、ｎ3は、それぞれ第２導電型半導体層、透光性絶縁層の屈折率）の場合に、さらに好ましくはその後者を満たす場合、さらに好ましくはその両方を満たす場合に、上記光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００３９】
以上の構造のＬＥＤは、第１介在領域Ｂ１と半導体層１６とを導通させて、ｐ側パッド電極３０の下面も発光させる。従来、この部分に注入する電流を抑制し、発光に寄与しない成分を低減することで相対的に発光に寄与する電流成分を多くして発光効率を上げるという考え方が一般的であった。これに対し、実施の形態１に係るＬＥＤでは、逆にｐ側パッド電極３０の下面も含めた全面を発光させ、ｐ側パッド電極３０に流れる電流を均一にすることで、電流の偏在を解消してｐ側パッド電極３０の劣化を抑制し、ひいてはＬＥＤ素子そのものの信頼性を向上させている。この構造のＬＥＤは、ｐ側パッド電極３０の下面を発光させ、ｐ側パッド電極３０の下面を導波する光は、全反射によりｐ側パッド電極３０の下面から側面の位置まで伝搬されて、外部に取り出される。
（実施の形態２）
【００４０】
上記の構成では、一の透光性導電層２０の層厚をｐ側パッド電極３０の下方と周囲で変更しているが、透光性導電層２０を多層構成として層厚を変更することもできる。このような構成に係るＬＥＤチップ２００を、実施の形態２として図４に示す。この図において図１と同じ部材については同じ符号を付し、詳細説明を省略する。図４においては、まずｐ型半導体層１６の上面のほぼ全面に均一な層厚の第１透光性導電層２０ｃを形成し、透光性絶縁層１８を形成した後、さらにその上面に均一な層厚の第２透光性導電層２０ｄを形成する。これにより、透光性絶縁層１８とｐ型半導体層１６との間の第１介在領域Ｂ１における透光性導電層の層厚ｄ１が第１透光性導電層２０ｃの層厚となり、それ以外の被覆領域Ａにおける層厚ｄ２は、第１透光性導電層２０ｃと第２透光性導電層２０ｄの層厚の和となって、これらの領域で層厚に差を設けることができる。この構成では、均一な層厚の透光性導電層を段階的に形成できるので、層厚差を形成する製造工程を簡素化できる。ここで、第１透光性導電層２０ｃと第２透光性導電層２０ｄの膜厚は、この例のように、略同一でも良く、異なっていても良く、異なる場合は、第１透光性導電層２０ｃを小さくする方が、絶縁層１８との距離ｄ１を小さくして光反射性に優れ、第２透光性導電層２０ｄのシート抵抗を小さくして電流拡散性を高めることができ好ましい。
【００４１】
上記の例では、ｐ側パッド電極３０の下面を発光させる構成を説明した。ただ、ｐ側パッド電極３０の下面を発光させない構成としてもよい。発光の有無は、ｐ側パッド電極３０下面の透光性導電層２０とｐ型半導体層１６との界面を、他の透光性導電層の被覆領域における界面の接触抵抗より大きくするか小さくすること、好ましくはオーミック接触とするか、非オーミック接触とするかで切り分けられる。具体的には、ｐ側パッド電極３０下面の透光性導電層２０に対して、パッド電極、絶縁層以外の領域と同様の熱処理を行うことでオーミック接触を得ることができ、熱処理しないこと、その上に設けられる絶縁層、電極、金属層で被覆保護して熱処理することで非オーミック接触とできる。この時、熱処理温度としては、３００〜６００℃程度とすることができる。このパッド電極３０下面を非発光とする例に係るＬＥＤを試作し、発光出力を実施の形態１に係るＬＥＤと比較したところ、ほぼ同様の出力を得ることができる。これは、ｐ側パッド電極３０以外の領域での光取り出し効率が改善されるためと思われる。
（実施の形態３）
【００４２】
また上記の例では、透光性導電層２０であるＩＴＯを２層として介在領域の層厚を被覆領域Ａの層厚よりも薄くしている。ただ、この構成に限られず、例えばＩＴＯを２層以上積層して同様の層厚差を形成することもできる。あるいはＩＴＯを１層として、エッチングなどにより層厚差を形成することもできる。さらに、透光性絶縁層１８の下面の透光性導電層２０の層厚を部分的に薄く形成することもできる。図５に実施の形態３として、１層のＩＴＯの透光性導電層２０Ｂの層厚を部分的に変化させたＬＥＤチップ３００を説明する。この図において、図１と同様の部材については同一の符号を付し、詳細説明を省略する。この例では、一旦ＩＴＯを成膜後、ＳｉＯ2を形成する領域をエッチングより除去し、膜厚を部分的に薄くしている。その後、エッチングした領域上にＳｉＯ2を形成する。さらにＳｉＯ2の周囲を覆うように、第２介在領域Ｂ２を形成する透光性導電層を、下層側の透光性導電層２０Ｂ上まで延設して導通させ、その層２０Ｂ上で部分的に形成し、その上にｐ側パッド電極３０を形成する。この構成では下層側のＩＴＯを膜厚変化させ、それをエッチング工程により、距離ｄ１を制御しているため、上記例の被覆領域を２層構造として、下層側成膜の膜厚制御よりも、精度が低くなる傾向にある。
【００４３】
また、この例において、その変形例として、上層側の透光性導電層Ｂ２を無くして、それと同様な形状でパッド電極を形成すると、上層側のＩＴＯの成膜工程を簡素化できる半面、上述したエッチング工程が必要になること、及び距離ｄ１の精度が低くなる問題がある。この変形例では、図５に示すようにＳｉＯ2の端縁でＩＴＯの膜厚が厚くなる領域にてＳｉＯ2を介在させずパッド電極がＩＴＯと接触する領域が存在させることになるため、この部分で強く発光し、またその端縁部分のパッド電極による光の吸収も有り、若干光の取り出し効率が低下する。このように、絶縁層１８より外側にパッド電極３０、金属層を延設させると、光吸収、損失があるため、絶縁層１８内部にパッド電極３０が設けられることが好ましく、他の実施の形態、その各例においても同様に適用できる。
【００４４】
以上の各実施の形態、各例では、透光性導電層２０の被覆領域Ａと、パッド電極３０領域若しくは透光性絶縁層１８領域Ｂと、が発光層上にそれぞれ配置された構造を有している。また、その被覆領域Ｂにおける透光性導電層２０の膜厚ｄ２が、パッド電極・絶縁層領域Ａの透光性導電層の膜厚ｄ１より大きい構造を有して、被覆領域Ｂでは光の取り出しを、パッド電極・絶縁層領域Ａでは光反射を効率的にでき、光取り出し効率が向上する。この時、膜厚ｄ１をλ／４ｎ2未満、膜厚ｄ２をλ／４ｎ2以上、好ましくはλ／２ｎ2以上とすることで、上記各効果を高めることができる。
【００４５】
また、上述したように、これら各実施の形態、その各例は、発光層上の電極側を出射側とする発光素子に好適に用いられ、反対側の半導体層側、基板側を実装側として、発光装置の載置部に接着されて発光装置とすることができる。一方、下記実施の形態４に示すように、電極側を反射側として、半導体層側、基板側を出射側とする発光素子とすることもできる。また、半導体層の各電極は、半導体層の同一面側に設けられた例を示したが、半導体層を挟んで対向して、各導電型半導体層の電極を各々設けた構造とすることもできる。この場合、少なくとも一方の導電型半導体層側の電極構造を上述した絶縁層を有する構造とすることであり、両方の導電型半導体層側の電極構造に適用することもできる。
（実施の形態４）
【００４６】
さらに本発明をフリップチップ型のＬＥＤに適用した実施の形態４に係る発光装置を図６の断面図に示す。この図では、窒化物半導体発光素子であるＬＥＤチップ４００を配線基板の一であるサブマウント４０上にフリップチップ実装している。フリップチップは、窒化物半導体層の電極形成面を主光取出し面とするフェイスアップ実装と異なり、電極形成面と対向する成長基板１０Ｂ側を主光取出し面とする実装方式であり、フェイスダウン実装等とも呼ばれる。
【００４７】
図６のＬＥＤチップ４００は、成長基板１０Ｂ上にバッファ層１１、ｎ型半導体層１２Ｂ、発光層１４Ｂ、ｐ型半導体層１６Ｂを順にエピタキシャル成長し、さらに透光性導電層２０と反射層４２を積層している。また図６においては詳細に図示しないが、発光層１４Ｂ及びｐ型半導体層１６Ｂの一部を選択的にエッチング除去して、ｎ型半導体層１２Ｂの一部を露出させて、ｎ側パッド電極を形成している。またｎ側電極と同一面側で、ｐ型半導体層１６Ｂにはｐ側パッド電極３０が形成される。パッド電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ４４）を形成する。メタライズ層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料から成る。これらＬＥＤチップ４００の電極形成面側をサブマウント４０上に設けられた正負一対の外部電極と対向させ、バンプ４４にて各々の電極を接合する。さらにサブマウント４０に対してワイヤ４６等が配線される。一方、フェイスダウンで実装されたＬＥＤチップ４００の成長基板１０Ｂの主面側を、主光取出し面としている。このようなフリップチップ実装においては、実装の容易さ等を考慮して複数のパッド電極を設けることもできる。この場合も、各ｐ側パッド電極３０Ｂに対しフェイスアップ実装と同様に介在領域の層厚を被覆領域の層厚よりも薄く構成することで、パッド電極の電流を均一にして素子劣化を効果的に阻止できる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、パッド電極下面の透光性導電層２０を発光させることにより、パッド電極から広い面積で電流を均一に通電して局所的な劣化を防止し、半導体発光素子の信頼性を改善することができる。また従来であれば半導体層と透光性導電層の界面や半導体層とパッド電極との界面で吸収されていた光を、効果的に外部に取り出して利用可能とでき、発光効率を改善できる。特に、従来はｐ−ＧａＮ層とパッド電極で吸収されていた光成分を、透光性導電膜の下にＧａＮ層よりも低屈折率の膜を挿入することにより、全反射させてパッド電極の外部に伝播させ、外部への取り出しを可能とできる。
（実施の形態５）
【００４９】
次に、実施の形態５に係る発光装置として、砲弾型の発光装置を図９に示す。この発光装置５００は導電性の部材からなるリードフレーム５２で成型された凹形状のカップ５４内であって、リードフレーム５２上に載置されている発光素子５００ｂと、この発光素子５００ｂから放出される光の少なくとも一部を波長変換する波長変換部材として蛍光体５６を有する。発光素子５００ｂに形成された正負の電極は、導電性のボンディングワイヤ５８を介してリードフレーム５２と電気的に接続される。さらにリードフレーム５２の一部であるリードフレーム電極５２ａが突出するように、発光素子５００ｂと、リードフレーム５２と、ボンディングワイヤ５８は、砲弾形状のモールド５９で覆われる。モールド部材等に用いられる樹脂６０は、耐光性からシリコーン樹脂組成物を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることもできる。この樹脂６０から突出しているリードフレーム電極５２ａが電源（図示せず）と電気的に接続されれば、発光素子５００ｂの層内に含有される発光層１４ｂから光が放出される。この発光層１４ｂから出力される発光ピーク波長は紫外から青色領域の５００ｎｍ以下近傍の発光スペクトルを有する。この放出された光の一部が蛍光体５６を励起し、発光層１４ｂからの主光源の波長とは異なった波長を持つ光が得られる。
【００５０】
図９の発光装置５００は、リードフレーム５２で成型された凹形状のカップ５４内に、蛍光体５６を含む樹脂６０が充填されている。モールド５９内であって、カップ５４の外部に充填されている樹脂６０ｂ内には蛍光体５６は含有されていない。蛍光体５６を含有している樹脂と、含有していない樹脂の種類は同一が好ましいが、異なっていてもかまわない。異種の樹脂であれば、各々の樹脂が硬化するのに要する温度の差を利用して、軟度を変化させることもできる。
【００５１】
このように、発光素子５００ｂの載置部周辺の一部に蛍光体を含有するモールド部材を設けても良く、また発光装置の基材、例えばモールド５９内に含有されていても良く、モールド５９の表面に蛍光体を分散させた光透過性樹脂からなるキャップを被せることにより構成させることもできる。キャップの樹脂の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂等の温度特性、耐候性に優れた透明樹脂、シリカゲル、ガラス、無機バインダー等が用いられる。
（実施の形態６）
【００５２】
さらに、実施の形態６に係る発光装置として、表面実装タイプの発光装置６００を図１０に示す。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は断面図をそれぞれ示している。発光素子６００ｂには、紫外光励起の窒化物半導体発光素子を用いることができる。また、発光素子６００ｂは、青色励起の窒化物半導体発光素子を用いても良い。ここでは、紫外光励起の発光素子６００ｂを例にとって説明する。発光素子６００ｂは、発光層として発光ピーク波長が約３７０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体層を有する窒化物半導体発光素子を用いる。発光素子６００ｂには、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とが形成されており（図示せず）、ｐ型半導体層とｎ型半導体層には、リード電極６４へ連結される導電性ワイヤ６６が形成されている。リード電極６４の外周を覆うように絶縁封止材６５が形成され、短絡を防止している。発光素子６００ｂの上方にはパッケージ６１の上部にあるコバール製リッド６３から延びる透光性の窓部６７が設けられている。透光性の窓部６７の内面には、蛍光体５６、５６ａ及びコーティング部材６８の均一混合物がほぼ全面に塗布されている。
【００５３】
ダイボンドされた発光素子６００ｂの各電極と、パッケージ凹部底面から露出された各リード電極６４とをそれぞれＡｇワイヤ等の導電性ワイヤ６６にて電気的導通を取る。パッケージの凹部内の水分を十分に排除した後、中央部にガラス窓部６７を有するコバール製リッド６３にて封止しシーム溶接を行う。ガラス窓部には、予めニトロセルロース９０ｗｔ％とγ−アルミナ１０ｗｔ％からなるスラリーに対して波長変換部材である酸窒化物系蛍光体５６、５６ａを含有させ、リッド６３の透光性窓部６７の背面に塗布し、２２０℃にて３０分間加熱硬化させることにより色変換部材を構成してある。こうして形成された発光装置６００の発光素子６００ｂから出力された光が、蛍光体５６、５６ａを励起し、所望の色を高輝度に発光可能な発光装置とすることができる。これによって色度調整が極めて簡単で量産性、信頼性に優れた発光装置とすることができる。
（半導体発光素子の製造方法）
【００５４】
次に、半導体発光素子の製造方法を説明する。この半導体層は窒化ガリウム系化合物半導体であり、活性層を含む発光層１４からの発光ピークが紫外域にある発光波長４６０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００５５】
半導体素子の構造としてはサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、ｎ型クラッド層となるＳｉが含有されたＡｌＧａＮ層、次に発光層１４として井戸層を構成するＡｌＩｎＧａＮ層、井戸層よりもＡｌ含有量が多いバリア層となるＡｌＩｎＧａＮ層を１セットとし５セット積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層１４上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、静電耐圧を高めるＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）。
【００５６】
詳細に記載すると、２インチφ、（０００１）Ｃ面を主面とするサファイア基板上に、５００℃にてＧａＮよりなるバッファ層を２０ｎｍの膜厚にて成長させた後、温度を１０５０℃にしてアンドープＧａＮ層を５μｍの膜厚にて成長させる。尚、この成長させる膜厚は、５μｍに限定されるものではなく、バッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。
（ｎ型半導体層１２）
【００５７】
次に、ｎ型コンタクト層、およびｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を形成する。まず、１０５０℃で、同じく原料ガスＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。次に、シランガスのみを止め、１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い、アンドープＧａＮ層を７．５ｎｍの膜厚で成長させ、続いて同温度にてシランガスを追加しＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮ層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。このようにして、７．５ｎｍのアンドープＧａＮからなるＡ層と、ＳｉドープＧａＮ層を有する２．５ｎｍのＢ層とからなるペアを成長させる。そしてペアを２５層積層して２５０ｎｍ厚として、超格子構造の多層膜よりなるｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させる。
（活性層）
【００５８】
次に、アンドープＧａＮよりなる障壁層を２５ｎｍの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用いアンドープＩｎ Ｇａ Ｎよりなる井戸層を３ｎｍの膜厚で成長させる。そして、障壁＋井戸＋障壁＋井戸＋……＋障壁の順で障壁層を７層、井戸層を６層、交互に積層して、総膜厚１９３ｎｍの多重量子井戸構造よりなる活性層を成長させる。
（ｐ型半導体層１６）
【００５９】
次に、ｐ側多層膜クラッド層及びｐ型コンタクト層からなるｐ型半導体層１６を形成する。まず、温度１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Mgを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第３の窒化物半導体層を４ｎｍの膜厚で成長させ、続いて温度を８００℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなる第４の窒化物半導体層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を繰り返し、第３＋第４の順で交互に５層ずつ積層し、最後に第３の窒化物半導体層を４ｎｍの膜厚で成長させた超格子構造の多層膜よりなるｐ側多層膜クラッド層を３６．５ｎｍの膜厚で成長させる。続いて１０５０℃で、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を７０ｎｍの膜厚で成長させる。反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウエハを反応容器内において、７００℃でアニールを行い、ｐ型半導体層１６をさらに低抵抗化する。
【００６０】
次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。具体的には、ウエハを反応容器から取り出し、表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応イオンエッチング）装置にてｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層側からエッチングを行い、第二角部にｎ型コンタクト層の表面を露出させた。
（第１透光性導電層２０ａ）
【００６１】
次に、ｐ型窒化物半導体層の上のマスクを除去し、スパッタ装置にウエハを設置し、スパッタリングすることにより、ウエハのｐ型コンタクト層のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる透光性電極を１０ｎｍの膜厚で形成した。得られた透光性電極は良好な透光性を有し、サファイア基板まで透けて観測できた。このように、露出したｐ型窒化物半導体層１５のほぼ全面に第１透光性導電層２０ａが形成されることにより、電流をｐ型窒化物半導体層全体に均一に広げることができる。続いて、３００℃以上の熱処理で、電極をアニーリング処理する。このように、電極のオーミック性を高める為に、電極アニーリング処理を施しても良い。なお、ｐ側パッド電極３０下方を発光させない場合は、透光性絶縁層を形成した後、及び／又はパッド電極を形成した後に、電極アニーリング処理することで、絶縁層、パッド電極が熱処理保護膜として機能し、保護膜の無い透光性導電層の被覆領域とで、異なるアニーリング条件として、それぞれの領域の接触抵抗をことならしめることが出来る。通常、電極アニーリング処理により、その絶縁層、パッド電極で被覆された領域が、半導体層との接触抵抗が透光性導電層被覆領域より高くなり、その被覆領域に優先的、選択的に電流注入されて、発光される。この時、好ましくは、少なくとも、透光性絶縁層を形成した後にアニーリング処理する工程を有することであり、更に、絶縁層、パッド電極の領域の接触抵抗が高抵抗化して、非オーミック接触となるようにして、透光性導電層の被覆領域に選択的に電流注入することが好ましい。
（透光性絶縁層１８）
【００６２】
さらに、この上にスパッタにより透光性絶縁層１８としてＳｉＯ2を１０ｎｍの膜厚で成膜する。
（第２透光性導電層２０ｂ）
【００６３】
次に、ｐ型半導体層１６のほぼ全面を覆うように、膜厚１１ｎｍの透光性のｐ側透光性導電層としてＩＴＯを形成させる。またこのとき、ｎ側透光性導電層も同時に形成させる。これにより同じ材料を用いて少ない工程で各電極を形成させることができるが、材料が異なる場合は、別工程で形成させてもよい。透光性導電層形成後、電極アニール処理として３００℃以上で熱処理する。これにより、２層目のＩＴＯと１層目をなじませ、また、ｐ型半導体層１６とオーミック接触を良好にさせる。
（ｐ側パッド電極３０、ｎ側パッド電極３２）
【００６４】
絶縁層の上にｐ側パッド電極３０（Ｔｉ／Ｒｈ／Ａｕ＝１５／２０００／６０００）を膜厚約８００ｎｍで形成させる。また、ｎ型半導体層１２からなるコンタクト層の表面のｎ側透光性導電層上にも、ｐ側パッド電極３０と同一構造からなるｎパッド電極を形成する。同一の材料を用いることで工程を少なくすることができる。しかし、異なる材料を用いても何ら問題はない。パッド電極形成後、成長基板１０を約８０μｍになるまで研磨する。このように研磨して成長基板１０を薄くしておくことで、分割しやすくなる。出来上がった半導体ウエハにスクライブラインを引いた後、外力により分割させて、半導体発光素子を得る。得られた半導体発光素子は、Ｖｆが３．１Ｖ、発光出力が３０ｍＷ、となり、電流値２０ｍＡでの電力変換効率が約４８．３％である。
【００６５】
以上の例で示す各構造の寸法の具体例としては、基板１０の厚さとしては５０〜２００μｍ程度（上記例では約８０μｍ）、半導体積層構造では、バッファ層など導電型層の下地となる下地層の厚さは１〜２μｍ程度、ｎ型半導体層１２の厚さは１〜２μｍ程度、活性層・発光層１４の厚さは５０〜１５０ｎｍ程度、ｐ型半導体層１６の厚さは、１００〜３００ｎｍ程度、ｎ型層露出表面から半導体層表面までの高さは１〜３μｍ（上記例では約１．２μｍ）程度、素子外縁のｎ型層露出幅は５〜５０μｍ、パッド電極・延伸導電部の厚さは０．３〜１．５μｍ程度、外部接続部（保護膜３４の窓部）・パッド電極の幅・径は５０〜１５０μｍ、延伸導電部側を光取り出し側とする場合の導電部の幅は３〜２０μｍ、パッド電極・延伸導電部が絶縁層１８内に設ける場合（図示する例）の導電部と絶縁層の端部間距離は３〜１０μｍ程度である。図２、３、７Ａで示す各発光素子１００Ｂ〜Ｄの例の外形寸法は、□３２０μｍ（３２０×３２０μｍ）である。これに限らず、各寸法のものに本発明は適用できる。
（実施例）
【００６６】
上記の手順により図１に示す半導体発光素子でアニーリング処理によりｐ側パッド電極３０下面を発光させたものを実施例１として作製した。また第１の透光性導電層形成後のアニーリング処理を行わなず、第２の透光性導電層形成後のアニーリング処理を施すことでｐ側パッド電極３０下面を非発光とした半導体発光素子を実施例２として作製した。これらのｐ側パッド電極３０のパターンは、図３Ａに示す９本の延伸導電部３１を有するパターンを使用した。一方、比較のためｐ側パッド電極３０の下方に透光性絶縁層１８を設け、透光性導電層２０を設けない半導体発光素子を比較例１として作製した。これらの半導体発光素子の仕様及び発光特性を、表１に示す。表１ではＩＴＯの膜厚、ｐ側パッド電極の延伸導電部の本数、順方向電圧Ｖｆ、光束としてＩｆ＝２０ｍＡでの積分球結果φｅ、主波長λｄ、ピーク波長λｐをそれぞれ示している。
【００６７】
【表１】
2008135554.tif 000003
【００６８】
このように、透光性導電層２０の層厚を変化させる本発明の構成により、高い発光出力を得られることが確認された。なお延伸導電部の本数を変化させた他の試験結果によれば、延伸導電部が４本（図３Ｂ）のとき、より高い発光出力が得られる。具体例としては、下表２に示すように、上記実施例１において、延伸導電部３１が２本（図２）、９本（図３Ａ）、４本（図７）とする他は、同様な構造にて作製し、それぞれ、実施例３〜５として、各実施例で得られる電気特性、出力特性を下表２に示す。（表中の記号は表１に同じであるが、下表２では上記電力変換効率の項目を追加している）
【００６９】
【表２】
2008135554.tif 000004
【００７０】
また、実施例３において、図８で示すような基板凸部の断面が台形状で、その平面が円形状で各凸部がハニカム状に配置して、基板凸部の高さ、各凸部の間隔を数μｍにＲＩＥエッチング加工されて、凹凸構造１０Ｃを有する基板を用い、パッド領域Ａが発光、非発光の発光素子をそれぞれ用意する。その発光特性を比較すると、非発光型の発光素子が、発光型の発光素子より出力が高く、また、非発光型は、実施例３と同様に基板が平坦なものに比較しても、出力が低下する傾向が観られる。さらに、この凹凸構造１０Ｃ基板を有する発光型、非発光型の発光素子について、パッド電極・延伸導電部の最下層の金属層に反射率の高いＡｇ層を有するものをそれぞれ用意して比較すると、非発光型の発光素子は、発光型の出力同等に回復する傾向が観られる。これらのことから、領域Ａ，Ｂを有する電極構造が設けられた面に対向する半導体層面側に、光学的構造部が設けられる場合には、当該電極構造は、発光型より非発光型が好ましいことがわかる。これは凹凸構造の散乱作用により透光性絶縁層と半導体層界面の反射が減少し、パッド電極下面での反射が増加し、発光型では非発光よりその傾向が顕著になると考えられる。
【００７１】
以上から、透光性導電層上に反射層を有し、領域Ａ，Ｂを有する電極構造の形成面側に対向する半導体層面側を出射側とする発光素子、例えば図６の発光素子４００、では、発光型の発光素子が好適に機能すると考えられる。
【００７２】
以上のように、ｐ型半導体層１６よりも屈折率の低い透光性絶縁層１８をｐ型半導体層１６の上面に配置し、かつこの間に介在させる透光性導電層２０の層厚を薄く、好ましくはλ／４ｎ以下として、実質上透光性絶縁層１８とｐ型半導体層１６との界面とすることで、半導体層とパッド電極で吸収される光を全反射させて、効果的に光を外部に取り出すことが可能となる。ここでは半導体発光素子の発光波長４６０ｎｍとし、半導体層であるＧａＮ層の屈折率ｎ＝２．４６よりも低い屈折率の透光性絶縁層１８を用いることで、ＧａＮ層と透光性絶縁層１８の間で全反射を生じさせている。透光性導電膜は、Ｉｎ、Ｏを含む材料とすることで、良好なオーミック接続と、低抵抗化が可能となる。また透光性絶縁層１８が屈折率の低いＳｉＯ2で構成することで、全反射光の比率を増し、効率よく光を外部に取り出し効率を改善できる。
【００７３】
また、絶縁層１８と半導体層との間に介在する導電層Ｂ１を有する構造であることにより、パッド電極、延伸導電部が複雑化、発光素子の大面積化によらずに、発光の均一性を保持して、光取り出し効率、電力効率を向上させることができる。また、電極構造側、その反対側を出射側とする素子の種類の違いについても、それぞれに対応した非発光、発光型の発光素子を適用することで、好適な発光特性とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の半導体発光素子、発光装置及び半導体発光素子の製造方法は、ディスプレイ、光通信やＯＡ機器の光源に最適な紫外域光から赤色光を発光する発光ダイオードやこれを用いたディスプレイ、照明等に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】ＬＥＤチップを示す平面図である。
【図３】変形例に係るＬＥＤチップの平面図である。
【図４】実施の形態２に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図５】実施の形態３に係る半導体発光素子を示す断面図である。
【図６】実施の形態４に係る窒化物半導体発光素子を実装したＬＥＤを示す概略断面図である。
【図７】変形例に係るＬＥＤチップの平面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】実施の形態５に係る砲弾型の発光装置を示す断面図である。
【図１０】（ａ）は、実施の形態６に係る表面実装型の発光装置を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の発光装置を示す断面図である。
【図１１】従来のＧａＮ系化合物半導体発光素子を示す断面図である。
【図１２】従来の他のＧａＮ系化合物半導体発光素子を示す斜視図である。
【図１３】図１２のＧａＮ系化合物半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１００…ＬＥＤ
１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、２００、３００、４００…ＬＥＤチップ
５００、６００…発光装置
５００ｂ、６００ｂ…発光素子
１０、１０Ｂ…成長基板；１０Ｃ…凹凸部
１１…バッファ層；１２、１２Ｂ…ｎ型半導体層
１４、１４Ｂ、１４ｂ…発光層
１６、１６Ｂ…ｐ型半導体層
１８…透光性絶縁層
２０、２０Ｂ…透光性導電層
２０ａ、２０ｃ…第１透光性導電層
２０ｂ、２０ｄ…第２透光性導電層
３０、３０Ｂ…ｐ側パッド電極
３１…延伸導電部
３２…ｎ側パッド電極
３４…保護層
４０…サブマウント
４２…反射層
４４…バンプ
４６…ワイヤ
５２…リードフレーム
５２ａ…リードフレーム電極
５４…カップ
５６…蛍光体
５８…ボンディングワイヤ
５９…モールド
６０、６０ｂ…樹脂
６１…パッケージ
６２…キャップ
６３…リッド
６４…リード電極
６５…絶縁封止材
６６…導電性ワイヤ
６７…窓部
６８…コーティング部材
７０…ＧａＮ系化合物半導体素子
７１…サファイア基板
７２…ｎ型半導体層
７３…発光層
７４…ｐ型半導体層
７５…透明電極
７６…ｐ側パッド電極
７７…ｎ側パッド電極
７８…保護膜
８０…ＧａＮ系化合物半導体素子
８１…ｐ側パッド電極
８２…絶縁膜
８３…透明電極
Ａ…被覆領域；Ｂ…被覆領域；Ｂ１…第１介在領域；Ｂ２…第２介在領域
【図１】
2008135554.tif 000005
【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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