(57)【要約】【課題】  半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、十分な透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜との間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗を最小限に留め、良好なオーミック接続を得ることができる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されてなる半導体発光素子であって、前記半導体層表面は、第１の導電性酸化物膜と接する第１の領域と、第２の導電性酸化物膜と接する第２の領域とを有し、さらに前記第２の領域の方が第１の領域より半導体層と導電性酸化物膜との間の電位障壁が小さい半導体発光素子とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されてなる半導体発光素子であって、
前記半導体層表面は、第１の導電性酸化物膜と接する第１の領域と、第２の導電性酸化物膜と接する第２の領域とを有し、
さらに前記第２の領域の方が第１の領域より半導体層と導電性酸化物膜との間の電位障壁が小さいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１の導電性酸化物膜上には前記第２の導電性酸化物膜を有する請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１の導電性酸化物膜の方が第２の導電性酸化物膜よりも半導体層との屈折率差が大きい請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２の導電性酸化物膜は、前記第１の領域の直上に凸部があるレンズ状に形成されてなる請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２の導電性酸化物膜は、前記半導体層との界面近傍において、複数の空隙を有する請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第２の導電性酸化物膜は、表面側よりも半導体層側において密度が低い請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、結晶性が異なる請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１の導電型酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、同一の材料からなる請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記半導体層表面において、複数の前記第１の領域が規則的に配列されてなる請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
前記第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とが少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなる請求項１乃至１０のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ａｕの単層膜又は積層膜により形成されてなる請求項１乃至１１のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記第１導電性半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記半導体層が窒化物半導体層である請求項１乃至１３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来から、半導体発光素子として、基板上にｐ型半導体層およびｎ型半導体が積層され、ｐ型およびｎ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造が知られている。また、ｐ型の半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上全面に透光性材料による電極を形成し、その上に金属電極を形成する構造が知られている。
このような構成の半導体発光素子では、光の取り出し効率を向上させるため、ｐ型半導体層上の全面電極として、透明な金属薄膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２等の導電性酸化物膜が用いられている（例えば、特許文献１）。
しかし、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ自体は、ｎ型の半導体特性を示すことから、必ずしも半導体層とオーミック性が良好ではなく、半導体層の種類、導電型、成膜方法等の種々の要因から、ショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗を増大させることがある。従って、半導体層と導電性酸化物膜との成膜条件や、種類、不純物濃度、導電型等が制限され、あるいは導電性酸化物膜の半導体層へのオーミック性の悪化により電力効率が低下し、光の取り出し効率が低下するという問題があった。
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−１９６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、十分な透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜との間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗を最小限に留め、良好なオーミック接続を得ることができる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子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】
【０００４】
本発明の半導体発光素子は、次の（１）〜（１４）により、その課題を解決することができる。
【０００５】
（１）  本発明の半導体発光素子は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されてなる半導体発光素子であって、
前記半導体層表面は、第１の導電性酸化物膜と接する第１の領域と、第２の導電性酸化物膜と接する第２の領域とを有し、
さらに前記第２の領域の方が第１の領域より半導体層と導電性酸化物膜との間の電位障壁が小さいことを特徴とする。
【０００６】
（２）  前記（１）であって、前記第１の導電性酸化物膜上には前記第２の導電性酸化物膜を有する。
【０００７】
（３）  前記（１）または（２）であって、第１の導電性酸化物膜の方が第２の導電性酸化物膜よりも半導体層との屈折率差が大きい。
【０００８】
（４）  前記（１）〜（３）であって、第２の導電性酸化物膜は、第１の領域の直上に凸部があるレンズ状に形成されてなる。
【０００９】
（５）  前記（１）〜（４）であって、第２の導電性酸化物膜は、半導体層との界面近傍において、複数の空隙を有する。
【００１０】
（６）  前記（１）〜（５）であって、第２の導電性酸化物膜は、表面側よりも半導体層側において密度が低い。
【００１１】
（７）  前記（１）〜（６）であって、第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、結晶性が異なる。
【００１２】
（８）  前記（１）〜（７）であって、第１の導電型酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、同一の材料からなる。
【００１３】
（９）  前記（１）〜（８）であって、半導体層表面において、複数の第１の領域が規則的に配列されてなる。
【００１４】
（１０）  前記（１）〜（９）であって、半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とが少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなる。
【００１５】
（１１）  前記（１）〜（１０）であって、導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなることが好ましい。
【００１６】
（１２）  前記（１）〜（１１）であって、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ａｕの単層膜又は積層膜により形成されてなることが好ましい。
【００１７】
（１３）  前記（１）〜（１２）であって、第１導電性半導体層が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。
【００１８】
（１４）  前記（１）〜（１３）であって、半導体層が窒化物半導体層である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体発光素子によれば、電極として、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が、半導体層表面に第１の導電性酸化物膜と接する第１の領域と、第２の導電性酸化物膜と接する第２の領域とを有し、さらに第１の導電性酸化物膜上には第２の導電性酸化物膜を有することで、光取り出しおよびオーミック特性に優れた半導体発光素子を得ることが可能となる。
【００２０】
また本発明の半導体発光素子は、第２の領域の方が第１の領域より半導体層と導電性酸化物膜との間の電位障壁が小さいことで、第２の領域で半導体層との間で良好なオーミック特性を得ることができ、また第１の導電性酸化物膜の方が第２の導電性酸化物膜よりも半導体層との屈折率差が小さいことで、第１の領域で半導体層から電極に好適に光が出されることで、高い光取り出し効率を得ることが可能となる。界面においてオーミック性に優れているかどうかを、２つの界面を比較する場合、電位障壁が小さい方がショットキー障壁が小さく、オーミック性に優れており、電位障壁が大きい方が、オーミック性は悪いといえる。
【００２１】
さらに第２の導電性酸化物膜は、第１の領域の直上に凸部があるレンズ状に形成されてなることで、第１の導電性酸化物膜を通過した光が第２の導電性酸化物膜を通過し、半導体発光素子から外部に集光性、または指向性を有する半導体発光素子を得ることができる。本発明で設ける第２の導電性酸化物膜は、半導体層表面の上部の一部に少なくとも形成されていればよく、例えば光が表面から取り出しにくい領域にのみ設けてもよいし、全面に設けてもよい。また少なくとも１つのレンズが形成されていればよく、複数のレンズからなる半導体発光素子であってもよい。
さらに第２の導電性酸化物膜は、半導体層との界面近傍において、複数の空隙を有する、つまり表面側よりも半導体層側において密度が低いため、導電性酸化物膜と半導体層との接触面積が減少するが、導電性酸化物膜自体の結晶性は良好であるために、ショットキー障壁（電位障壁）を低減させ、オーミック性をさらに向上させることができる。したがって、電極効率を向上させることができる。しかも特に、導電性酸化物膜の表面側においては、空隙がなく、密度の高い結晶性の良好な領域が存在するために、表面劣化が起こりにくく歩留まりの高い半導体発光素子を得ることができる。また、加えて第２の導電性酸化物膜は第１の導電性酸化物膜との界面近傍においては、酸化物膜として同じであるので、同時に成膜したとしても半導体層界面近傍よりも空隙は少なく形成できる。つまり、第１の導電性酸化物膜から第２の導電性酸化物膜へ好適に光は取り出しやすい形状となる。
また第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、結晶性が異なることで、ショットキー障壁（電位障壁）が小さくオーミック性が良好でかつ、光取り出し効率にも優れた半導体発光素子を得ることができる。
またさらに第１の導電型酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とは、同一の材料からなることで、第１の導電型酸化物膜と第２の導電型酸化物膜との界面において、屈折率が変わることなく、第１の導電型酸化物膜を通過した光を効率よく外部に取り出すことが可能となる。
【００２２】
また半導体層表面において、第１の領域が規則的に配列されてなることで、光取り出し効率をさらに高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の半導体発光素子における半導体層は、特に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、III−Ｖ族、II-VI族、VI-VI族等の化合物半導体等が挙げられる。特に、窒化物半導体、なかでも、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。半導体層は、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であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされていてもよい。この半導体層は、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。
【００２４】
通常、このような半導体層により、半導体発光素子、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオード等の当該分野で公知の素子が構成されている。具体的には、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成される。なお、第１導電型とはｎ型又はｐ型、第２導電型とはｐ型又はｎ型を意味する。
【００２５】
この種の半導体発光素子は、基板上に複数の半導体層を成長させて形成されるが、基板としてサファイア等の絶縁性基板を用いることが好ましい。なお、絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになり、フェイスアップ実装、すなわち半導体層側を主光取出し面とすることができる。また、フリップチップ実装、すなわち絶縁性基板側を主光取出し面としてもよい。この場合、ｐ電極及びｎ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：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）がそれぞれ形成され、このメタライズ層がサブマウント上に設けられた正負一対の外部電極と、それぞれ形成され、さらにサブマウントに対してワイアなどが配線される。また、最終的に基板を除去して、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装のいずれに用いてもよい。なお、基板としては、サファイアに限定されず、例えば、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の基板を用いることができる。また、基板として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してもよい。
【００２６】
半導体層上に形成される第１と第２の導電性酸化物膜はいずれも、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む膜である。具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯが挙げられる。特にＩＴＯが好ましい。また本発明でいう導電性酸化物膜としては、特に第１もしくは第２の導電性酸化物膜と限定しない限り、両方の導電性酸化物膜をさすものとする。
なかでも、第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜が同一の材料からなるとき、第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜との界面における光の屈折がほとんど起こることなく、第１の導電性酸化物膜を通過した光が第２の導電性酸化物膜に良好に入射し、第２の導電性酸化物膜表面から光が取り出されることになる。
【００２７】
また第２の導電性酸化物膜は、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有している。言い換えると、半導体層との界面近傍においてのみ、多孔質の状態となっており、導電性酸化物膜の表面側に比較して密度が低い。空隙は、例えば、直径２０〜２００ｎｍ程度が挙げられる。また、密度としては、導電性酸化物膜の表面側の９０〜３０％程度が挙げられる。このような導電性酸化物膜の状態は、例えば、断面を透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により観察する方法、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により観察する方法、電子回折パターンを測定する方法、超薄膜評価装置で観察する方法等によって測定することができる。また、第１の導電性酸化物膜においても、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有していてもよいが、少なくとも第２の導電性酸化物膜よりも密度が高く、さらに好ましくは、空隙を有していないことが好ましい。
【００２８】
なお、第２の導電性酸化物膜の表面側は結晶性が良好で、透明な膜として形成されている。また、導電性酸化物膜の半導体側の空隙を有する領域においては、部分的にアモルファスな領域を有していてもよいが、アモルファスな状態ではなく、透明な膜又は略透明な膜として形成されていることが好ましい。
【００２９】
この半導体層との界面近傍における空隙を有する領域は、半導体層との界面から、導電性酸化物膜の全膜厚の１０〜５０％の範囲に存在することが適当である。このように半導体層側にのみ空隙が存在することにより、半導体層とのオーミック性を確保しながら、透光性を良好にすることができる。この空隙が存在することが、良好なオーミック性が得られる１つの要因と考えられる。なお、導電性酸化物膜の全膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度が挙げられる。また、空隙を有する領域の膜厚は、１０〜５００ｎｍ程度が挙げられる。
【００３０】
さらに第２の導電性酸化物膜は、第１の領域の直上に凸部があるレンズ状に形成されてなることが好ましく、これにより第１の導電性酸化物膜を通過した光が第２の導電性酸化物膜を通過し、半導体発光素子から外部に集光性、または指向性を有する半導体発光素子を得ることができる。本発明の半導体発光素子は、少なくとも第２の導電性酸化物膜の表面が、半導体発光素子の発光面に対して平行となる面を有しないように、発光面に対して傾斜した面となるように、好ましい例としては、第２の導電性酸化物膜の表面を曲面と、することで、光取り出し効率を向上することができる。
【００３１】
さらに第２の導電性酸化物膜は、第１の導電性酸化物膜と結晶性が異なることが好ましい。結晶性が異なることで、良好なオーミック特性を得るための導電性酸化物膜と、良好な光取出しを生み出すための導電性酸化物膜とに、それぞれの酸化物膜を機能的にわけることができる。特に、第２の導電性酸化物膜の結晶性が第１の導電性酸化物膜の結晶性よりも悪いことが好ましく、つまり第１の導電性酸化物膜の方が結晶性がよいことで、半導体層からの光は好適に第１の導電性酸化物膜に入射され、光取り出し効率のよい半導体発光素子となる。このような２つの導電性酸化物膜の結晶性がことなることは、ＸＲＤ（X-Ray Diffraction：X線回折）測定により確認することができる。それぞれの導電性酸化物膜をXRDで測定し、それぞれの主回折ピークの半値幅が小さい方が、膜が密に形成され、結晶性が良好であるといえる。この半値幅が大きいほど結晶性が悪い。つまり第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とをＸＲＤ測定して比較すると、第１の導電性酸化物膜の方が半値幅が小さく、第２の導電性酸化物膜の方が半値幅が大きいことが好ましい。
さらに第１の導電性酸化物膜の方が、第２の導電性酸化物膜よりも半導体層との屈折率差が大きいことが好ましく、これにより半導体層からの光は第２の導電性酸化物膜に入射する光の割合よりも第１の導電性酸化物膜に入射する光の割合が大きくなる。これにより、オーミック性と光取り出し効率との両面において優れた半導体発光素子を実現することができる。このように屈折率差が半導体層に対して異なる導電性酸化物膜を設ける場合であって、とくに第１と第２の導電性酸化物膜が同一の材料からなる場合、両者の光吸収端を変えることで屈折率差を設けることができる。例えばＩＴＯの場合、酸素欠損量またはスズのドープ量を変えることで、光吸収端、つまりバンドギャップを変えることができる。またその他の不純物をドープする際にそのドープ量を異ならせることでも実現できる。
【００３２】
また半導体層表面において、複数の第１の領域が規則的に配列されてなることで、第１の導電性酸化物膜とその表面の第２の導電性酸化物膜とからなる組が複数有することとなり、光取り出し効率をさらに高めることが可能となる。また発光面において均一な発光が得られる。これに加えて、第１の領域の直上に第２の導電性酸化物膜の凸部を有することで、半導体発光素子の光取り出し効率をさらに向上することが可能となる。第１の領域を規則的に配列する場合、好ましくは、第１の領域に設ける第１の導電性酸化物膜上に設けられる第２の導電性酸化物膜がレンズ状になるように、第１の領域と第２の領域とを決めることが好ましい。本発明の半導体発光素子を製造するとき、第１の領域に第１の導電性酸化物膜を形成し、次に半導体層上の第１の導電性酸化物膜非形成領域となる第２の領域に第２の導電性酸化物膜を、第１の導電性酸化物膜をすべて覆うように形成する。つまり第２の導電性酸化物膜は、第２の領域に形成する際に、第１の導電性酸化物膜上にも形成されるようになる。このとき、第１の導電性酸化物膜を、あらかじめ第２の導電性酸化物膜がレンズ状となるような形状にすることで、容易にレンズ状の半導体発光素子を得ることが可能となる。図１は、第２の導電性酸化物膜３０をレンズ状３１に形成したときの半導体発光素子断面図を模式的に示したものである。具体的には第１の導電性酸化物膜２０の半導体１１と接する領域の形状（例えば円形に設ける場合は、その直径）と第１の導電性酸化物膜の膜厚に依存する。これらを適宜調整することで、良好なレンズを形成することができる。この図１において第２の導電性酸化物膜と半導体層との界面４０を観察すると、図１０のように、第２の導電性酸化物膜には、半導体層側に複数の空隙の存在が確認される。
【００３３】
また第１の導電性酸化物膜２０が形成される第１の領域が規則的に配列され、第２の領域に第２の導電性酸化物膜３０が複数のレンズ状３１からなる場合、隣接するレンズとの間において、第２の導電性酸化物膜３０は半導体層表面と平行な面を有さないことが好ましい。つまり半導体発光素子を図２（本発明の一実施の形態を示す半導体発光素子の模式的断面図）のように断面視したとき、１つのレンズの弧と隣接するレンズの弧とが接合するように形成する。これらの弧の間に半導体層表面に平行な面を有すると、その面において、半導体から出された光は一定の角度において反射してしまう。これら隣接する弧と弧が接合していることで、この反射をなくし、第２の導電型酸化物膜の表面の全面において、有効に外部に光が取り出されるようになる。また、別の実施の形態として、本発明の半導体発光素子は、少なくとも第２の導電性酸化物膜の表面が、半導体発光素子の発光面に対して平行となる面を有しないように、好ましい例としては、第２の導電性酸化物膜の表面を曲面とすることで、光取り出し効率を向上することができるので、たとえば第２の領域の直上に凹部を有するようなレンズ状曲面を形成してもよい。
【００３４】
図３は、本発明の半導体発光素子を作製する際の第１の導電性酸化物膜２０を形成した時の図であり、第１の導電性酸化物膜形成後、さらに第２の導電性酸化物膜３０を形成したときの図４の一実施例を示すための模式的斜視図である。図３のように複数の第１の導電性酸化物膜２０を半導体積層構造４０の半導体層上に形成し、次に第２の導電性酸化物膜３０を形成することで図４のような半導体積層構造４０上に複数のレンズ状３１の第２の導電性酸化物膜を有する半導体発光素子を得ることができる。
【００３５】
第１の領域を複数有する半導体発光素子とする場合、第１の導電性酸化物膜２０は、複数に分かれて設けられるが、第２の領域上また第１の導電性酸化物膜２０の表面全面に設けられる第２の導電性酸化物膜３０は連続した膜とすることが好ましい。これにより、導電性酸化物膜において、電流が横方向（半導体発光素子の発光層と平行となる方向）に広がることとなり、電極となる導電性酸化物膜から半導体層に流れる電流は平均的に見て均一に流れるようになり、発光層で均一な発光がみられ、輝度ムラのない半導体発光素子を得ることができる。
【００３６】
また図３、図４に見られるように、第１の導電性酸化物膜２０は断面視で半導体層側が底辺となり、また底辺に対抗する辺が上辺となる台形に形成されることが好ましい。つまり複数の直円錐台の第１の導電性酸化物膜２０を形成することが好ましい。このように第１の導電性酸化物膜２０を形成することで、半導体積層構造４０からの光は好適に半導体発光素子の表面から外部に取り出されるようになる、またこのように形成することで第２の導電性酸化物膜３０をレンズ状３１に容易に形成できるので好ましい。
【００３７】
また、導電性酸化物膜は、可視光のみならず、例えば、上述した窒化ガリウム系化合物半導体による活性層から発生する光、つまり波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍの波長の光を吸収することなく、効率よく、例えば、透過率が９０％以上、あるいは８５％以上、８０％以上で透過させることができるものであることが好ましい。これにより、意図する波長の半導体発光素子の電極として利用することができる。さらに、導電性酸化物膜は、例えば、比抵抗が１×１０−４Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０−４〜１×１０−６Ωｃｍ程度であることが好ましい。これにより、電極として有効に利用することができる。
【００３８】
導電性酸化物膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。
【００３９】
具体的には、スパッタ法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、ＩＴＯ成膜用のターゲットのほかに、Ｉｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットを用い、途中でＩｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットに切り替える方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇または低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜途中から照射する方法等が挙げられる。
【００４０】
さらに、イオンプレーティング法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜途中から、酸素ガスをプラズマ化させてこの酸素プラズマをＩＴＯ膜中に取り込ませて成膜する方法、ＩＴＯの微粒子を溶媒に溶解又は分散、懸濁させてスプレー法、スピンコート法、ディップ法により成膜する際に、ＩＴＯを含有する溶液等のＩｎ含有量又は酸素含有量を変化させた複数種類の溶液等を用いるか、乾燥又は焼成時の雰囲気、温度等を制御する方法、ＣＶＤ法によりＩＴＯ膜を形成する際に、酸素ガス又は原料酸素含有ガスの流量を制御する方法が挙げられる。
【００４１】
加えて、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を形成した後、例えば、還元性ガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、導電性酸化物膜の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法等が挙げられる。また、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を途中まで形成した後、熱処理し、引く続き成膜して熱処理するなどの多段階での熱処理を利用してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。またＩＴＯ膜を成膜後の処理としては電子線照射やレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。
【００４２】
なお、上述した導電性酸化物膜は、半導体発光素子において、少なくともｐ型半導体層上に略全面を覆う全面電極として形成されていることが好ましい。通常、ｐ型半導体層上へ導電性酸化物膜はオーミック性を得にくいが、上述したような導電性酸化物膜とすることにより、良好なオーミック性を得ることができる。また、導電性酸化物膜は、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されていてもよい。
【００４３】
導電性酸化物膜上に形成される金属膜は、その種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、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）、金（Ａｕ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ等の単層膜又は積層膜が挙げられる。さらに、導電性酸化物膜、特に、ＩＴＯ膜との密着性が良好なもの、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ｐｔの単層膜又は積層膜が好ましい。また、この金属膜は、半田により接着され又はワイヤボンディングされたパッド電極等として機能し得るものであることが好ましい。
【００４４】
なお、導電性酸化物膜が、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されている場合の金属膜は、その種類、積層構造、膜厚等が異なっていてもよいし、同じでもよい。双方とも同じ金属膜が形成されていれば、製造工程が簡略化され、結果的に安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００４５】
金属膜は、例えば、半導体層側から、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）；Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＰｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／７００ｎｍ）等が挙げられる。金属膜の最上層をＡｕとすることによって、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤ等と良好な接続を確保することができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、Ａｕ又はＲｈの拡散を防止することができ、電極として信頼性の高い電気的な接続を得ることができる。また、Ｒｈは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。なかでも、Ｐｔ／Ａｕ（フェイスアップの場合）、Ｒｈ／Ａｕ（フェイスダウンの場合）の積層膜が好ましい。
【００４６】
なお、本発明の半導体発光素子を構成する半導体層としては、次の第１〜第４に示すような積層構造が挙げられる。
第１の積層構造としては、膜厚が２００ÅのＧａＮよりなるバッファ層、膜厚が４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、膜厚が３０ÅのノンドープＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎよりなる単一量子井戸構造の活性層、膜厚が０．２μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚が０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層、が挙げられる。
第２の積層構造としては、膜厚が約１００オングストロームのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚）６４０Å）、膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と膜厚が３０ÅのＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎからなる井戸層とが繰り返し交互に６層ずつ積層されてさらに膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁が形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）、Ｍｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＩｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０１９／ｃｍ３含むＡｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０２０／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層、が挙げられる。
第３の積層構造としては、バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層、膜厚が１３００ÅのＭｇを５．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、が挙げられ、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。
第４の積層構造としては、バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０１９／ｃｍ３含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０１８／ｃｍ３含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚８００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを２．５×１０２０／ｃｍ３含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、が挙げられ、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。  また、本発明の半導体発光素子は、発光素子から光の一部をそれとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有していてもよい。これにより、発光素子の光を変換した発光装置を得ることができ、発光素子の発光と変換光との混色光などにより、白色系、電球色などの発光装置を得ることができる。
【００４７】
光変換部材としては、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体等が挙げられる。これにより、発光素子を高出力で高発熱での使用においても、温度特性に優れ、耐久性にも優れた発光装置を得ることができる。
【００４８】
また、光変換部材は、（Ｒｅ1-xＲx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）で表される蛍光体であってもよい。これにより上記と同様に、高出力の発光素子において、温度特性、耐久性に優れた素子とでき、特に、活性層がＩｎＧａＮである場合に、温度特性において黒体放射に沿った変化となり、白色系発光において有利となる。
【００４９】
さらに、光変換部材は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で賦活された窒化物系蛍光体であってもよい。具体的には、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又は、Ｓｒ及びＣａのいずれか。）が挙げられる。これにより上記蛍光体と同様に、高出力の発光素子において、優れた温度特性、耐久性を得ることができる。なかでも、酸化窒化珪素化合物が好ましい。また、上述したアルミニウム・ガーネット系蛍光体と組み合わせることで、両者の温度特性が相互に作用して、混合色の温度変化が小さい発光装置とできる。
【００５０】
また、本発明の半導体発光素子においては、金属膜はパッド電極として用いるだけでなく、さらに延長導電部を設けることが好ましい。これにより、活性層全体を効率よく発光させることができ、特に本発明の半導体発光素子をフェイスアップ実装で設けるときに効果的である。
【００５１】
延長導電部が設けられたパッド電極としては、例えば、図５〜図８に示したような構成が挙げられる。
【００５２】
図５及び図６に示すように、ｎ電極５３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、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５１が露出した切り欠き部５１ａを設け、その切り欠き部５１ａにｎ電極５３を形成する。
【００５３】
ｐ側パッド電極５５は、透明電極５４上におけるｎ電極が近接する辺に対向する辺に隣接する位置に形成される。また、ｐ側パッド電極５５には２つの線上の延長導電部５６が接続され、その延長導電部５６はｐ側パッド電極５５の両側のｐ側パッド電極５５が隣接する辺に沿って伸びている。これにより、ｐ側パッド電極５５とｎ電極５３間に位置する活性層を効率よく発光させることができ、さらにｐ側パッド電極５５に接続された延長導電部５６を透明電極５４上に電気的に導通するように形成することにより、効果的にｐ層全体に電流を拡散させ、発光層全体を効率よく発光させることができる。さらに、ｐ側パッド電極５５及び延長導電部５６の周辺部において輝度の高い発光が得られる。したがって、本発明では、延長導電部５６の周辺部における輝度の高い発光を効果的に利用することがさらに好ましい。
【００５４】
具体的には、延長導電部５６と、延長導電部５６と延長導電部５６が沿って形成される発光層及びｐ層の縁との間に上述の輝度の高い発光が得られる周辺部が確保されるように、その縁と延長導電部５６との間に間隔を空けることが好ましい。なお、ｎ型コンタクト層５１のシート抵抗ＲｎΩ／□と、透光性ｐ電極５４のシート抵抗ＲｐΩ／□とが、Ｒｐ≧Ｒｎの関係を満たしている場合、延長導電部５６と発光層の縁との間隔は、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。その間隔が２０μｍより小さいと輝度の高い発光が得られる周辺部領域が十分確保できない（輝度の高い発光が得られるべき領域が外側にはみ出す）からであり、その間隔が５０μｍを超えると、隣接辺に沿って発光輝度の低い部分が形成され、全体としての輝度の低下をもたらすからである。
【００５５】
また、延長導電部５６はそれぞれ、図５に示すように、ｎ電極５３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、これにより図６のように直線状に設けた場合に比較して、より均一な発光分布が得られる。
【００５６】
さらに、図７及び図８に示すように、ｎ電極６３が半導体発光素子の１つの隅部に２つの辺に近接するように設けられ、パッド電極はｎ電極６３が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられることがさらに好ましい。
【００５７】
また、ｎ電極６３とｐ側パッド電極６５とを対角配置した場合においても、図７及び図８に示すように、延長導電部６６はそれぞれ、ｎ電極６３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、これによってより高輝度でかつより均一な発光が得られる。なお、この場合においても、延長導電部６６と発光層の縁との間隔は、上述したように輝度の高い発光が得られる領域を十分確保するために、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００５８】
この延長導電部は、第２の導電性酸化物膜がレンズ状に形成されている場合、延長導電部形成部は導電性酸化物膜がＲＩＥなどにより除去されて、半導体層表面とほぼ平行な面が露出され、その露出面に形成されていてもよいし、レンズ状に直接ｐ側パッド電極と延長導電部が形成されていてもよい。
【００５９】
また本発明の半導体発光素子は、さらに光取り出し効率を向上させるために、導電性酸化物膜の表面に無反射コートを形成してもよい。
【００６０】
実施例．
以下に、本発明の電極及び半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施の形態の半導体発光素子を図９に示す。
【００６１】
この半導体発光素子１０は、サファイア基板１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、ｎ型半導体層２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活性層３、ｐ型半導体層４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る。
【００６２】
ｎ型半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型半導体層４が除去され、さらにｎ型半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層２上にｎ電極７が形成されている。
【００６３】
ｐ型半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物膜５が形成されており、この導電性酸化物膜５の一部上にパッド電極６が形成されている。なお、導電性酸化物膜５は、半導体層側において、第１の領域には第１の導電性酸化物膜が、第２の領域には第２の導電性酸化物膜が形成されて、第２の領域において膜中に複数の空隙が形成されている。
【００６４】
このような半導体発光素子は、以下の製造方法により形成することができる。
＜半導体層の形成＞
２インチΦのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、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５を６４０Å、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製した。
＜エッチング＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
【００６５】
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させた。
＜ＩＴＯ膜の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素との混合ガス（２０：１）で、例えば、ＲＦパワー１０Ｗ／ｃｍ２で２０分間スパッタリングし、引き続き、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ２に変更して２０分間スパッタリングすることにより、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜５を５０００Åの膜厚で形成した。次に第１の領域にのみＩＴＯが形成されるようなマスクを用いてパターニングを行いＲＩＥ（反応性エッチング）によりＩＴＯを一部除去し、半導体層を露出して第２の導電性酸化物膜を形成する第２の領域を形成した。本実施例では、ｐ型コンタクト層表面において、中央に１つの第１の領域を、その周りに第２の領域を形成した。
【００６６】
つづいて露出された半導体層表面（第２の領域）と第１の導電性酸化物膜上に第２の導電性酸化物膜としてＩＴＯを形成した。第２の導電性酸化物膜は、半導体層表面において、空隙を有するように形成した。
＜パッド電極の形成＞
第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とからなる導電性酸化物膜５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＷ層、Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層し、リフトオフ法により、ボンディング用のパッド電極６を総膜厚１μｍで形成した。
【００６７】
その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極７を７０００Åの膜厚で形成した。
【００６８】
次いで、アニール装置にて４００〜６００℃程度で熱処理を施した。
【００６９】
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１０を得た。
【００７０】
以上のようにして形成した半導体発光素子について、第２の領域の断面をＳＥＭにより観察した。その際の断面の状態を図１０に示す。この断面は図１における４１の領域についてみたものである。
【００７１】
図１０から、第２の導電性酸化物膜として形成されたＩＴＯ膜は、半導体層側の界面近傍においてのみ、２０〜２００ｎｍ程度の複数の空隙が形成されており、表面側では、密に良好な結晶状態であることが確認された。また、空隙が形成された領域は、ＩＴＯ膜の全膜厚の５０％程度であった。さらに、ＩＴＯ膜自体は、透明であり、結晶性が良好であることが確認された。また第１の領域および第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜との界面においては、第１の導電性酸化物膜および第２の導電性酸化物膜ともに、図１０よりも密に良好な結晶状態であることが確認された。
【００７２】
また、比較のために、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜の成膜工程において、室温にて、ＲＦパワーをＩＴＯ膜の成膜中１０Ｗと一定として２０分間スパッタリングした以外、実施例１と同様の方法によりＩＴＯ膜を形成した。
【００７３】
この半導体発光素子をＳＴＥＭにより同様に観察した。その断面の状態を図１１に示す。
【００７４】
図１１から、ＩＴＯ膜は、膜厚方向の全体にわたって小さな穴が存在し、膜厚方向全体において結晶性が悪く、透過率が低かった。
このようなことから、本発明の導電性酸化物膜の構成により、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜と半導体層との間の電流密度を増加させることにより、ショットキー障壁を小さくし、ＩＴＯ膜と半導体層とのコンタクト抵抗を低減させることができる。さらに第１の領域に形成された第１の導電性酸化物膜が密に形成されたことで、光取り出し効率の高い半導体発光素子が得られる。
【００７５】
実施例２
本実施例では、実施例１と同様に第１の領域と第２の領域を形成し、第１の領域に形成する第１の導電性酸化物膜を直円錐台に形成する。このとき、直円錐台は、次に形成する第２の導電性酸化物膜がレンズ状となるように形成する。次に第２の領域と第１の導電性酸化物膜上に第２の導電性酸化物膜としてのレンズ状となるＩＴＯ膜を形成する。その他は実施例１と同様にして半導体発光素子を得る。
得られた半導体発光素子は、実施例１と同様の効果が得られ、また集光性また指向性をもった発光が得られる。集光性や指向性については、レンズ形状を適宜変更すればよい。
【００７６】
実施例３
本実施例では、ｐ型コンタクト層表面において、図３に示すように複数の第１の領域を設けた上に第１の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を形成し、その他を第２の領域として第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を形成した（図４）。
【００７７】
つづいて露出された半導体層表面（第２の領域）と第１の導電性酸化物膜上に第２の導電性酸化物膜としてＩＴＯを形成した。第２の導電性酸化物膜は、半導体層表面において、空隙を有するように形成した。その他は実施例１と同様にして半導体発光素子を得る。
このように規則的に配列した第１の領域を設け、上記のように第１の導電性酸化物膜と第２の導電性酸化物膜とを形成することで、実施例１と同様の効果が得られる。またさらに、導電性酸化物膜から半導体層全体へ電流を平均的に均一に広げることができ、活性層を効率的に発光させることが可能となる。
【００７８】
実施例４
本実施例では、実施例３と同様に第１の領域と第２の領域を形成し、第１の領域に形成する第１の導電性酸化物膜を直円錐台形に複数形成する。このとき、直円錐台は、次に形成する第２の導電性酸化物膜がレンズ状となるように形成する。次に第２の領域と第１の導電性酸化物膜上に第２の導電性酸化物膜としてのレンズ状となるＩＴＯ膜を形成する。その他は実施例３と同様にして半導体発光素子を得る。
得られた半導体発光素子は、実施例１および実施例３と同様の効果が得られ、また集光性また指向性をもった発光が得られる。集光性や指向性については、レンズ形状を適宜変更すればよい。
【００７９】
変形例１
実施例３と同様に第１の領域と第２の領域を形成し、第１の領域に形成する第１の導電性酸化物膜を、次に形成する第２の導電性酸化物膜が、第２の領域の直上で凹部を有するように形成する。次に第２の導電性酸化物膜を形成して、凹部を有する、つまり第２の導電性酸化物膜が半導体層側に凸となるような、レンズ状となるＩＴＯ膜を形成する。その他は実施例４と同様にして半導体素子を得る。
【００８０】
得られた半導体発光素子は、本発明の導電性酸化物膜の構成により、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜と半導体層との間の電流密度を増加させることにより、ショットキー障壁を小さくし、ＩＴＯ膜と半導体層とのコンタクト抵抗を低減させることができる。さらに第１の領域に形成された第１の導電性酸化物膜が密に形成されたことで、光取り出し効率の高い半導体発光素子が得られる。また上記に示す集光性とは異なり、拡散した発光をする半導体発光素子が得られる。また、フェイスダウン実装にすることで、集光性に優れた半導体発光素子とすることができる。
【００８１】
実施例５
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜初期は、スパッタガスとして、アルゴンガスを用い、その後、スパッタガスをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
なお、成膜時のスパッタガスの圧力を０．０１〜０．５Ｐａ程度とした場合に、成膜途中以降の酸素ガスの分圧は、１×１０−４〜１×１０−２Ｐａ程度とした。また、アルゴンガスで２０分間程度成膜し、その後、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた成膜時間は５分間程度とした。
得られた半導体発光素子においても、実施例４と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率も優れた半導体発光素子が得られる。
【００８２】
実施例６
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、真空蒸着法を利用する以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。つまり第１の導電性酸化物膜としてのＩＴＯをスパッタ法で、第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯを以下に示す条件で真空蒸着法で作製した。
【００８３】
ｎ型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、真空蒸着装置に入れ、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、ＳｎＯ２が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて、ＩＴＯ膜を成膜した。成膜中、ウェハ温度を１００℃まで、１０秒間で急激に低下させて、膜厚が５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。
得られた半導体発光素子においても、実施例４と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率も優れた半導体発光素子が得られる。
【００８４】
実施例７
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法により第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、イオン銃を利用して、成膜初期にのみ、ウェハ表面（ｐ型半導体層）に酸素イオンを１０１２個／ｃｍ２程度で照射する以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【００８５】
実施例８
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法により第２の導電性酸化物膜としてのＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を室温に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒、さらに、５Å／秒に減少させ、その後、ＩＴＯ膜を加熱して透明化させる以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【００８６】
実施例９
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒とし、その後、５Å／秒に減少させる以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得た。
【００８７】
実施例１０
図１２は、本実施例にかかる表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００を発光観測面側（即ち、パッケージ１０６の主面方向）から見た模式的な正面図を示す。図１２に示すような表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００は、ＬＥＤチップ１０７と、該ＬＥＤチップ１０７を収納する開口部を備えＬＥＤチップ１０７が載置されるリード電極１０５の主面の一部が開口部の底面から露出されてなるパッケージ１０６とを備える発光装置である。さらに、開口部は突出部（１１１）を有し、開口部の内壁面は、パッケージ１０６の主面の長軸方向に延伸する内壁面（１０１ａ）と、短軸方向に延伸し互いに対向する一対の内壁面（１０２）と、長軸方向に延伸する内壁面（１０１ａ）に対向する内壁面（１０１ｂ）と、内壁面（１０１ａ）に対向し突出部（１１１）に設けられる内壁面（１０１ｃ）と、該内壁面（１０１ｂ）から内壁面（１０１ｃ）にかけて所定の角度を付けて連続して設けられる内壁面（１０４）とを有する。
【００８８】
より詳細には、上記パッケージ１０６主面の開口部は、発光装置１００と導電性パターンを施した外部の支持基板との実装面にほぼ垂直に設けられ、発光装置は実装面にほぼ平行な方向に発光素子からの光を出光する。さらにパッケージ１０６は、開口部の一部が実装面方向に突き出た突出部（１１１）を有し、該突出部に含まれる内壁面は、対向する一対の内壁面１０４と内壁面１０１ｃである。ここで、突出部（１１１）は、図１２において、開口部の一部に網掛け領域として示される。該突出部（１１１）の底面にはリード電極１０５主面が延伸し、ＬＥＤチップ１０７の一部分が載置されている。
【００８９】
また、パッケージ１０６の外壁面から突出しているリード電極１０３の実装面側の面は、上記突出部（１１１）を形成する内壁面１０１ｃに対向する外壁面とほぼ同一平面上となるように、パッケージの主面方向に折り曲げられている。さらに、リード電極１０３の端部は、実装面と反対方向へパッケージの外壁面に沿って折り曲げられている。このようにリード電極１０３を配置することによって、従来と比較して小型化が可能な発光装置とし、外部の基板に対して安定に実装することができる。
【００９０】
本実施例にかかるＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的に説明すると、ＬＥＤチップは、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。
【００９１】
ＬＥＤチップの素子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、次に発光層を構成するバリア層となるＧａＮ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ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してある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
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。ｐ型コンタクト層上全面にはＩＴＯによる透光性電極を形成した後に、この透光性電極の一部上に台座電極を形成した。このＩＴＯ膜は実施例１と同様の方法により形成しており、半導体層側の界面近傍においてのみ、複数の空隙が形成され、表面側では密に良好な結晶状態となっている。また、ｎ型コンタクト層上に、スパッタリング法を用いてＷ／Ｐｔ／Ａｕを含む負極台座電極を形成した。ｐ側の台座電極は、導電性ワイヤやバンプを配置する位置からＬＥＤチップの隣接した外縁へ向かって円弧状に延伸する補助電極を有する。このような補助電極は、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る。出来上がった半導体ウェハにスクライブラインを引いた後、外力により分割させ半導体発光素子であるＬＥＤチップ（光屈折率２．１）を形成させる。
【００９２】
次に、正及び負からなる一対のリード電極がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージの主面に対向する下面側にあたるゲートから溶融されたポリフタルアミド樹脂を流し込み硬化して、図１２に示すパッケージを形成する。パッケージは、発光素子を収納可能な開口部を有し、該開口部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。また、開口部内壁面には、内壁面１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、内壁面１０２および内壁面１０４が形成されている。さらに、パッケージの外壁面の一部には、段差を有している。また、パッケージ側面から露出された正及び負のリード電極の各アウタリード部は、発光面と反対側の面の両端部で内側に折り曲げられている。
【００９３】
このように形成された開口部の底面に対し、ＬＥＤチップの一部分が突出部１１１にはみ出すように、エポキシ樹脂にてＬＥＤチップをダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。次に、ダイボンドされたＬＥＤチップの各電極と、パッケージ開口部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕワイヤにて電気的導通を取る。
【００９４】
次に、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。
【００９５】
こうして得られた硬化性組成物をパッケージ開口部内に、該開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。また、硬化性組成物の硬化物からなる封止部材は、拡散剤の含有量の多い第一の層と、第一の層より拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第二の層との２層に分離しており、ＬＥＤチップの表面は第一の層にて被覆されている。これにより、ＬＥＤチップから発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に良好な光の均一性が得られる。第一の層は、前記開口部の底面から前記ＬＥＤチップの表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。
本実施例にかかる発光装置は、パッケージの開口部に内壁面１０４を有することにより、発光素子からの出光を無駄なく開口部内から発光観測面方向に出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
【００９６】
実施例１１
上述した実施例において、蛍光物質を含有する封止部材とする以外は、同様にして発光装置を形成する。蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．９９５Ｇｄ０．００５）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。蛍光体を含有させることにより、発光素子からの光と、該発光素子の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光装置とすることができる。
本発明により得られた半導体発光素子は、光度の高い白色発光を示した。
【００９７】
実施例１２
上記実施例１１により得られる発光装置と、導光板とを組み合わせて面状発光装置を形成する。発光装置と導光板とは、直接接着させる。
【００９８】
この実施例の面状光源は、発光装置と容易に位置決めして得ることができ、従来と比較して薄型化された面状光源とすることができる。また、導光板の光入射面に光を散乱させる切り欠き部分を設けるなどして、発光位置によって発光ムラの生じない面状光源とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の半導体発光素子は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明における一実施の形態の半導体発光素子の一部の断面図を模式的に示したものである。
【図２】本発明における一実施の形態の半導体発光素子の一部の断面図を模式的に示したものである。
【図３】本発明における一実施の形態の半導体発光素子を説明するための模式的斜視図である。
【図４】本発明における一実施の形態の半導体発光素子を説明するための模式的斜視図である。
【図５】本発明における半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図６】本発明における半導体発光素子の別の電極形状を説明するための平面図である。
【図７】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図８】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図９】本発明における実施の形態１の半導体発光素子の実施形態を示す断面図である。
【図１０】本発明における実施例１の半導体発光素子における導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図１１】実施例１に対する比較例を示す導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図１２】本発明の半導体発光素子を用いた発光装置を示す正面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  基板
２  ｎ型半導体層
３  活性層
４  ｐ型半導体層
５  導電性酸化物膜
６  パッド電極
７  ｎ電極
１０  半導体発光素子
１１  半導体層
２０  第１の導電性酸化物膜
３０  第２の導電性酸化物膜
１００  発光装置
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ  内壁面
１０２、１０４  内壁面
１０３、１０５  リード電極
１０６  パッケージ
１０７  ＬＥＤチップ
１１１  突出部。
【図１】
2005217331.tif 000003
【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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