(57)【要約】      （修正有）【課題】光取り出し効率を向上させることができる半導体発光素子を提供することを目的とする。【解決手段】ｎ型半導体層２、発光層３、ｐ型半導体層３がこの順に積層され、ｎ型半導体層２及びｐ型半導体層３にそれぞれ電極が接続されて構成され、ｐ型半導体層３に接続された電極が、下層ＩＴＯ膜５と、この上に、下層ＩＴＯ膜５の表面一部が露出するように形成された上層ＩＴＯ膜６と、この上にのみ配置する金属膜７とからなり、ｎ型半導体層２上に接続された電極が、ＩＴＯ膜８と、該ＩＴＯ膜８上に配置する金属膜９とから構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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半導体発光素子であって、
前記第２導電型半導体層に接続された電極が、下層導電性酸化物膜と、該下層導電性酸化物膜上に、該下層導電性酸化物膜の表面の一部が露出する領域を有するように形成された上層導電性酸化物膜と、該上層導電性酸化物膜上にのみ配置する金属膜とからなり、
前記第１導電性半導体層に接続された電極が、導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜上に配置する金属膜とからなり、かつ
前記上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜が、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一種の元素を含む酸化物からなることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
下層導電性酸化物膜が、式（１）
Ａ・λ／４ｎ1±Ｘ          （１）
（式中、Ａは奇数、λは発光層から生じる光の波長（Å）、ｎ1は下層導電性酸化物膜の屈折率、Ｘは光学薄膜（λ／４ｎ）の０〜２０％の膜厚（Å）である。）
の膜厚で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】
上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、同じ種類及び膜厚の膜によって同じ工程で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４】
上層導電性酸化物膜及び／又は導電性酸化物膜が、式（２）
Ｂ・λ／４ｎ2＋α／２          （２）
（式中、Ｂは偶数、ｎ2は上層導電性酸化物膜の屈折率、αは位相ずれの距離（Å）、λは上記と同義である。）
の膜厚で形成されてなる請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
下層導電性酸化物膜が、第２導電型半導体層との界面近傍において表面側よりも密度が低い膜からなる請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、第２導電型半導体層との界面近傍における下層導電性酸化膜の密度よりも高い膜からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜が、ＩＴＯである請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなる請求項１〜７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１〜８のいずれか1つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
第１及び第２導電型半導体層が窒化物半導体からなる請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
第１導電型半導体層が基板上に形成されており、
該基板と第１導電型半導体層との界面の少なくとも一部に凹凸を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
凹凸は、少なくとも上層導電性酸化物膜上に形成された金属膜下方の基板表面に形成されてなる請求項１１に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
第１導電型半導体層に接続された電極及び第２導電型半導体層に接続された電極が、同一面側に形成され、
前記第１導電型半導体層は、電極形成面側から見て、上下層導電性酸化物膜を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、該第１の領域と異なる第２の領域からなり、
該第２の領域に、複数の凹凸が設けられてなる請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
第２の領域に設けられた凹凸の凸部が、第１の領域の半導体層と同じ材料の層からなり、前記凸部の頂部が、下層導電性酸化物膜と同じ材料の膜からなる請求項１３に記載の半導体発光素子。
【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、より詳細には、導電性酸化物からなる電極を有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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型半導体層が積層され、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、ｐ型半導体層上の全面電極として、Ｎｉ／Ａｕ電極等の透明な金属薄膜や、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及び２）。
しかし、金属薄膜は光の透過率が悪いため、光の取り出し効率を向上させるには限界がある。
【０００３】
また、導電性酸化物、例えば、ＩＴＯは、透光性を有しているために、一般に光の取り出し効率が良好であるが、その膜厚や膜質によっては十分な光取り出し効率を得ることができないという問題がある。
通常、導電性酸化物からなる電極の上には、ワイヤ等、外部との接続を図るために金属からなるパッド電極が形成される。
しかし、パッド電極は比較的厚膜であり、光を透過しないために、パッド電極が形成された領域において発光した光が取り出せないのみならず、パッド電極の存在によって光が吸収されることとなり、光の取り出し損失が大きくなるという問題もある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６４９２２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１０８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、透明な導電性酸化物膜を利用することにより、発光層からの光の取り出し効率を向上させながら、さらに、通常パッド電極として用いられる金属膜による発光層から放出された光の吸収を最小限にとどめることができるとともに、金属膜による光の反射を最大限に発揮させることにより、発光層全面からの光取り出し効率をより一層向上させることができる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】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、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、前記第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半導体発光素子であって、前記第２導電型半導体層に接続された電極が、下層導電性酸化物膜と、該下層導電性酸化物膜上に、該下層導電性酸化物膜の表面の一部が露出する領域を有するように形成された上層導電性酸化物膜と、該上層導電性酸化物膜上にのみ配置する金属膜とからなり、前記第１導電性半導体層に接続された電極が、導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜上に配置する金属膜とからなり、かつ前記上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜が、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一種の元素を含む酸化物からなることを特徴とする。
【０００７】
この半導体発光素子は、下層導電性酸化物膜が、式（１）
Ａ・λ／４ｎ1±Ｘ          （１）
（式中、Ａは奇数、λは発光層から生じる光の波長（Å）、ｎ1は下層導電性酸化物膜の屈折率、Ｘは光学薄膜（λ／４ｎ）の０〜２０％の膜厚（Å）である。）
の膜厚で形成されてなる。
また、上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、同じ種類及び膜厚の膜によって同じ工程で形成されてなる。
【０００８】
さらに、上層導電性酸化物膜及び／又は導電性酸化物膜が、式（２）
Ｂ・λ／４ｎ2＋α／２          （２）
（式中、Ｂは偶数、ｎ2は上層導電性酸化物膜の屈折率、αは位相ずれの距離（Å）、λは上記と同義である。）
の膜厚で形成されてなる。
【０００９】
また、下層導電性酸化物膜が、第２導電型半導体層との界面近傍において表面側よりも密度が低い膜からなる。
さらに、上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、第２導電型半導体層との界面近傍における下層導電性酸化膜の密度よりも高い膜からなる。
また、上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜がＩＴＯである。
さらに、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなる。
また、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。
さらに、第１導電型及び第２導電型半導体層が窒化物半導体からなる。
【００１０】
また、第１導電型半導体層が基板上に形成されており、該基板と第１導電型半導体層との界面の少なくとも一部に凹凸を有し、特に、凹凸は、少なくとも上層導電性酸化物膜上に形成された金属膜下方の基板表面に形成されてなることが好ましい。
さらに、第１導電型半導体層に接続された電極及び第２導電型半導体層に接続された電極が、同一面側に形成され、前記第１導電型半導体層は、電極形成面側から見て、上下層導電性酸化物膜を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、該第１の領域と異なる第２の領域からなり、該第２の領域に、複数の凹凸が設けられてなり、特に、第２の領域に設けられた凹凸の凸部が、第１の領域の半導体層と同じ材料の層からなり、前記凸部の頂部が、下層導電性酸化物膜と同じ材料の膜からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体発光素子は、特定の導電性酸化物膜を電極に備えており、さらに、第２導電型半導体層に接続された電極が、下層導電性酸化物膜と、下層導電性酸化物膜上に、該下層導電性酸化物膜の表面の一部が露出する領域を有するように形成された上層導電性酸化物膜と、上層導電性酸化物膜上にのみ配置する金属膜とからなり、第１導電性半導体層に接続された電極が、導電性酸化物膜と、導電性酸化物膜上に配置する金属膜とからなるため、第２導電型半導体層上であって、下層導電性酸化物膜が形成され、金属膜が配置していない領域において、発光層から照射された光を効率よく取り出すことができる。また、金属膜が配置した領域においては、金属膜と上層導電性酸化物膜との界面での反射を向上させ、より一層光の取り出し効率を向上させることができる。しかも、上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜が亜鉛（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一種の元素を含む酸化物からなるために、導電性を確保しながら、透光性を向上させることができるため、上記効果がより顕著となる。
【００１２】
特に、下層導電性酸化物膜が、式（１）で表される特定の膜厚で形成されている場合には、下層導電性酸化物膜が、金属膜が配置していない領域において、発光波長の光に対して無反射膜として機能するために、光を効率よく透過させることができ、上述した光の取り出し効率をより向上させることができる。
また、上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、同じ種類及び膜厚の膜によって同じ工程で形成されている場合には、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。
【００１３】
さらに、上層導電性酸化物膜及び／又は導電性酸化物膜が、式（２）で表される特定の膜厚で形成されている場合には、上層導電性酸化物膜が、金属膜が配置している領域において、発光波長の光に対して高い反射率の反射膜として機能するために、金属膜と上層導電性酸化物膜との界面で光を効率よく反射させることができ、上述した光の取り出し効率をより一層向上させることができる。
【００１４】
また、下層導電性酸化物膜が、第２導電型半導体層との界面近傍において表面側よりも密度が低い膜からなる場合、さらに、上層導電性酸化物膜と導電性酸化物膜とが、第２導電型半導体層との界面近傍における下層導電性酸化膜の密度よりも高い膜からなる場合には、第２導電型半導体層と下層導電性酸化物膜との間の電流密度を増加させることができ、ショットキー障壁を低減させて、オーミック性をより一層向上させることができる。しかも、下層導電性酸化物膜の表面側では、密度が界面近傍よりも高く、結晶性の良好な領域として存在するために、横方向に電流を均一に広げることができるとともに、光の散乱を防止し、可視光に対する透過率を良好にすることができ、透明電極としての機能を十分に発揮させることが可能となる。
【００１５】
さらに、上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜がＩＴＯである場合には、第２導電型半導体層との密着性を確保しながら、導電性及び透光性を向上させることができるため、光の取り出し効率をより向上させることができる。
また、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成されてなる場合には、上層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜との密着性が良好であるために半導体層への電流の供給を十分に確保することができるとともに、反射率が高いために発光層からの光の取り出し効率をより向上させることができる。
【００１６】
また、第１導電型半導体層が基板上に形成されており、基板と第１導電型半導体層との界面の少なくとも一部に凹凸を有する場合には、半導体層内において横方向に進む光がこの凹凸で散乱又は回折されて上下方向に進むので、光取り出し効率をより向上させることができる。
特に、凹凸が、上層導電性酸化物膜上に形成された金属膜の下方の基板表面に形成されてなる場合には、横方向に進む光をこの凹凸で散乱又は回折させて上下方向に変えることにより、金属膜と上層導電性酸化物膜との界面に入射する光をより増大させることができるため、さらに光取り出し効率を向上させることができる。
【００１７】
さらに、第１導電型半導体層に接続される電極が、第２導電型半導体層に接続された電極と同一面側に形成され、第１導電型半導体層上の第２の領域に、複数の凹凸が設けられることにより、第１導電型半導体層の内部を横方向に進む光、つまり全反射を繰り返しながら進む光が、この凸部の内部に取り込まれ、凸部の頂部又は側面から、その光を上下方向、特に発光観測面側に効率よく取り出すことができる。
また、第２の領域に設けられた凹凸の凸部が、第１の領域の半導体層と同じ材料の層からなるか、凸部の頂部が、下層導電性酸化物膜と同じ材料からなる場合には、凸部内部に取り込まれた光をより効率よく取り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の半導体発光素子は、通常、基板上に、任意にバッファ層、介在層等の１層又は複数層を介して、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。半導体発光素子としては、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挙げられる。ここでの第１導電型半導体層はｎ型又はｐ型を意味し、第２導電型半導体層は、第１導電型半導体層とは異なる導電型を意味する。なお、この明細書においては、第１導電型半導体層をｎ型、第２導電型半導体層をｐ型と記載することがある。
【００１９】
第１及び第２導電型半導体層及び発光層における半導体層としては、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。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。
これらの半導体層及び発光層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。また、通常、このような半導体層及び発光層は、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として構成されてもよい。半導体層及び発光層は、例えば、ＭＯＶＰＥ、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。また、半導体層及び発光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。
【００２０】
本発明の半導体発光素子を形成する基板としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ等）、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。なかでも、絶縁性基板が好ましい。
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る。この場合、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）、フリップチップ実装（フェイスダウン実装、すなわち電極の反対側の基板側を主光取出し面）のいずれに用いてもよいが、フェイスアップ実装とすることが適当である。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接続され、さらにサブマウントに対してワイヤなどが配線される。
また、最終的に絶縁性基板を除去する場合又は導電性基板を用いる場合、上述したように、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してもよいし、異なる面にそれぞれ形成してもよい。
【００２１】
本発明の第２導電型半導体層上に形成された電極は、例えば、第２導電型半導体層の上にコンタクト層を介して形成されており、オーミック電極として下層導電性酸化物膜と、例えば、パッド電極として上層導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されて構成される。
【００２２】
コンタクト層は、第２導電型半導体層と電気的に接続される電極とのコンタクトを良好とするために用いられるものであり、通常、第２導電型半導体層よりも低い抵抗の層により形成される。コンタクト層は、上述したように、例えば、第２導電型半導体層で例示した材料の中から適宜選択して形成される。コンタクト層は、クラッド層やその他の層としての機能を有していてもよい。コンタクト層には、通常、抵抗を低くするために第２導電型、例えば、ｐ型のドーパントが拡散されていてもよい。ドーパントとしては、特に限定されるものではなく、コンタクト層の材料によって、ｐ型の導電性を示す元素を用いることが適当である。例えば、コンタクト層が窒化物半導体、つまり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ又はこれらの混晶（例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）等である場合には、ｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ等が挙げられ、なかでも、Ｍｇが好ましい。ドーピング濃度は、例えば、１×１０18ｃｍ-3程度以上、好ましくは、１．５×１０20〜１×１０22ｃｍ-3程度が挙げられる。なお、不純物のドーピングは、成膜と同時に行ってもよいし、成膜後、気相拡散、固相拡散、イオン注入等によって行ってもよいし、隣接するｐ型半導体層から拡散されたものでもよい。
【００２３】
上下層導電性酸化物膜は、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種の元素を含む酸化物からなる。具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯ膜が好ましい。なお、上下層導電性酸化物膜は、異なる材料による膜でもよいが、同じ材料による膜であることが好ましい。
【００２４】
下層導電性酸化物膜の膜厚は、透明性を確保する限り特に限定されるものではないが、例えば、式（１）
Ａ・λ／４ｎ1±Ｘ          （１）
（式中、Ａは奇数、λは発光層から生じる光の波長（Å）、ｎ1は下層導電性酸化物膜の屈折率、Ｘは光学薄膜（λ／４ｎ）の０〜２０％の膜厚（Å）である。）
で表されるものが好ましい。これにより、下層導電性酸化物膜が、発光層からの光に対して、下層導電性酸化物膜の表面（導電性酸化物膜と空気との界面）における反射を最小限にとどめ、透過率を最大限に発揮させることができる。その結果、光取り出し効率を向上させることができる。
【００２５】
下層導電性酸化物膜は、発光層からの光を最大限に透過させるものであるため、λ／４ｎで表される光学薄膜の奇数倍程度の膜厚であることが好ましい。つまり、Ｘがゼロとなる程度の膜厚が好ましい。ただし、発光層から下層導電性酸化物膜への光の進入は、１８０°の方向からランダムになされるため、それらを考慮して、±Ｘ程度の膜厚の変動が許容される。この膜厚の変動、つまりばらつきとして、Ｘは、例えば、λ／４ｎ1の０
〜２０％程度が挙げられる。
【００２６】
上層導電性酸化物膜の膜厚は、例えば、式（２）
Ｂ・λ／４ｎ2＋α／２          （２）
（式中、Ｂは偶数、ｎ2は上層導電性酸化物膜の屈折率、αは位相ずれの距離（Å）、λは上記と同義である。）
で表されるものが好ましい。これにより、上層導電性酸化物膜が、発光層からの光に対して、上下層導電性酸化物膜の透過を最大限にするとともに、さらに上層導電性酸化物膜と金属膜との界面における反射を最大限に発揮させ、光取り出し効率を向上させることができる。なお、式（２）において、αは、ゼロ又はゼロから位相ずれの距離までの値のいずれでもよいが、略位相ずれの距離の値に等しいことが好ましい。また、位相ずれの距離は、通常、上層導電性酸化物膜と金属膜との界面で反射する光の位相が、この界面に入射する光の位相に対して遅れる。よって、αは、通常、ゼロ以下の値となる。これにより、上層導電性酸化物膜と金属膜との界面における反射を最も大きくすることができる。
【００２７】
ここで、位相ずれの距離αは、以下の式（３）によって算出される。
α＝λ・θ／２π          （３）
（式中、λは発光層から生じる光の波長（Å）、θは位相ずれの角度（rad）である。）
なお、位相ずれは、光の金属膜での反射（往復）を考慮して、その位相ずれの距離の１／２を、上層導電性酸化物膜の膜厚から増減させている。
また、位相ずれの角度θは、通常、導電性酸化物膜の屈折率と金属膜の複素屈折率とによって決定される。例えば、「光と磁気  改訂版」の３．５節  反射と光学定数（佐藤勝昭、朝倉書店発行）に従って、以下の式（４）によって算出される。
【００２８】
【数１】
2005317931.tif 000003
（式中、ｎ0は酸化物膜の屈折率、ｎは金属膜の屈折率、ｋは金属膜の減衰係数である。）
【００２９】
具体的には、上層導電性酸化物膜の上に形成される金属膜の種類によって異なるが、金属膜が白金の場合には、屈折率ｎが１．８７、減衰係数ｋが３．２０であることから位相差は−０．９５（rad）となり、位相ずれの距離（光路差）が−３３６Å、よって、α／２は−１６８Å程度と算出される。同様に、Ｒｈの場合には、屈折率ｎ＝１．７３、減衰係数ｋ＝４．５０、位相差は−０．７７（rad）、位相ずれの距離が−２７５Å、よって、α／２は−１３７Å程度となり、Ｗの場合には、屈折率ｎ＝３．３１、減衰係数ｋ＝２．５５、位相差は−０．６７（rad）、位相ずれの距離が−２３９Å、よって、α／２は−１１９Å程度となり、Ａｇの場合には、屈折率ｎ＝０．１４、減衰係数ｋ＝２．５６、位相差は−１．３５（rad）、位相ずれの距離が−４８１Å、よって、α／２は−２４０Å程度となる。
【００３０】
このように、上層導電性酸化物膜の膜厚において位相ずれの距離を考慮することにより、上層導電性酸化物膜と金属膜との界面で生じる反射を高い状態に設定することができる。しかも、光の波における極大点又はその近傍に、上層導電性酸化物膜と金属膜との界面を設定することにより、発光層からの光の反射による位相ずれのばらつきを最小限にとどめることができ、より一層、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３１】
電極を構成する上下層導電性酸化物膜は、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発光層から発生する光、つまり波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍあるいは４００ｎｍ〜６００ｎｍ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、上下層導電性酸化物膜は、例えば、比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下、さらに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。
【００３２】
上下層導電性酸化物膜は、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。
上下層導電性酸化物膜のうち、下層導電性酸化物膜は、例えば、ｐ側コンタクト層との界面において、表面側、さらに上層導電性酸化物膜よりも密度が低いことが好ましい。言い換えると、第２導電型半導体層との界面近傍において、多孔質の状態となっていることが好ましい。多孔質の状態としては、例えば、直径２０〜２００ｎｍ程度の複数の孔が均一又は不均一に存在する状態が挙げられる。密度としては、表面側及び／又は上層導電性酸化物膜の９０〜３０％程度が挙げられる。このような下層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。
【００３３】
この場合、下層導電性酸化物膜の表面側及び上層導電性酸化物膜は、結晶性が良好で透明な膜である。一方、下層導電性酸化物膜の第２導電性半導体層側においては、部分的にアモルファスな領域を有していてもよいが、完全に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。
【００３４】
この下層導電性酸化物膜における密度が低い領域は、例えば、ｐ側コンタクト層との界面から、下層導電性酸化物膜の全膜厚の１０〜１００％、好ましくは１０〜５０％で存在することが適当である。このように下層導電性酸化物膜の第２導電性半導体層との界面側の密度が、その表面側及び上層導電性酸化物膜よりも低いことにより、ｐ側コンタクト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。
【００３５】
密度が変化する下層導電性酸化物膜又は密度が異なる上下層導電性酸化物膜を形成する方法としては、例えば、スパッタ法により下層導電性酸化物膜を又は上下層導電性酸化物膜、例えば、２層の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、真空蒸着により上下層導電性酸化物膜を成膜する際に、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。
【００３６】
さらに、イオンプレーティング法により下層導電性酸化物膜を又は上下層導電性酸化物膜を成膜する際に、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２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。
【００３７】
加えて、下層導電性酸化物膜を又は上層導電性酸化物膜を形成した後、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、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、下層導電性酸化物膜を途中まで形成した後、熱処理し、引き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。
【００３８】
上述した下層導電性酸化物膜は、通常、第２導電型半導体層上の略全面を覆う全面電極として形成されているが、ｐ型半導体層からなるｐ側コンタクト層上においてオーミック性を得にくい場合がある。しかし、上述したように、半導体層側において密度が低い導電性酸化物膜とすることにより、ｐ型半導体層及び／又はｐ側コンタクト層と良好なオーミック性を得ることができる。下層導電性酸化物膜は、第２導電型半導体層上の略全面に一様に形成されていることが好ましいが、例えば、ドット状又は縞状等の開口を有していてもよい。これらの開口は、規則的に分布していてもよいし、ランダムに分布していてもよい。
【００３９】
上層導電性酸化物膜は、下層導電性酸化物膜上に形成されている。上層導電性酸化物膜の一部のみが下層導電性酸化物膜上に配置し、一部が直接ｐ型半導体層上に配置していてもよいが、その全体が下層導電性酸化物膜上に載置されており、直接第２導電型半導体層と接触しないように形成されていることが適当である。また、上層導電性酸化物膜が下層導電性酸化物膜のほぼ全てを覆うように形成されていてもよいが、下層導電性酸化物膜の表面の一部が露出するように配置されることが好ましい。つまり、上層導電性酸化物膜は、下層導電性酸化物膜上において、後述する金属膜が配置される領域にのみ配置されていることが好ましい。上層導電性酸化物膜の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円形、三角形、四角形等の多角形又は不定形とすることができる。大きさは特に限定されるものではなく、後述する金属膜が上層導電性酸化膜又はこれを介して下層導電性酸化膜に良好に接続できるような大きさであることが適当である。なかでも、後述する金属膜と同じ形状、大きさであることが好ましい。
【００４０】
第２導電型半導体層に接続された電極を構成する金属膜は、半田により接着され又はワイヤボンディング等される電極として機能し得る。金属膜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）、金（Ａｕ）、イットリウム（Ｙ）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、上層導電性酸化物膜、例えば、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、反射特性が良好であるもの、具体的には、Ａｇ、Ｒｈの単層膜又は積層膜が好ましい。
【００４１】
金属膜としては、例えば、半導体層側から、Ｒｈ又はＡｌ、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（又はＡｌ）／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。さらに、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）の積層膜が好ましい。
【００４２】
金属膜は、上層導電性酸化物膜上にのみ形成されている。つまり、金属膜は、その全体が上層導電性酸化物膜上に載置されており、直接下層導電性酸化物膜と接触しないように形成されている。金属膜の形状は特に限定されるものではなく、上層導電性酸化物膜の形状に対応して、例えば、円形、三角形、四角形等の多角形又は不定形とすることができる。大きさは特に限定されるものではないが、上下層導電性酸化物膜、ひいては第２導電性半導体層に効率的に電流を与えることができる程度の大きさであることが必要であるとともに、発光層から発せられた光の吸収を最小限にとどめ、効率よく取り出すことができる程度の大きさであることが必要である。具体的には、発光面の面積に対して３０〜７０％程度の面積を有する大きさであることが適当である。
【００４３】
金属膜は、例えば、図２〜図４に示したような、延長導電部を有する形状とすることができる。これにより、発光層全体に効率よく電流を注入することができ、効率よく発光させることができる。特に本発明の半導体発光素子をフェイスアップ実装とする場合に効果的である。
【００４４】
具体的には、図２に示すように、ｐ型半導体層５２に接続されるｐ電極は、ｐ側コンタクト層５２のほぼ全面に形成される下層導電性酸化物膜５４と、ｎ電極５３が近接する辺に対向する辺に隣接する位置に形成された上層導電性酸化物膜（図示せず）と、これと略同じ形状に形成された金属膜５５とから構成される。上層導電性酸化物膜と金属膜５５は、２つの線状の延長導電部５６として、上層導電性酸化物膜及び金属膜５５の両側から外側に向かって延びている。これにより、金属膜５５とｎ電極５３との間に位置する発光層を効率よく発光させることができる。さらに、金属膜５５から延びる延長導電部５６が、下層導電性酸化物膜５４上に電気的に良好に接続されることにより、効果的にｐ型半導体層全体に電流が拡散し、発光層全体を効率よく発光させることができる。加えて、金属膜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。
【００４５】
延長導電部５６は、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、ｐ層の縁との間に間隔を有していることが好ましい。ｎ側コンタクト層５１のシート抵抗ＲｎΩ／□と、下層導電性酸化物膜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ｐ層の縁との間隔は、２０〜５０μｍ程度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。
【００４６】
なお、２つの延長導電部５６は、直線状に形成してもよいし、図２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してもよい。なかでも、円弧状に形成した場合には、より均一な発光分布が得られるため、好ましい。
また、後述するｎ型半導体層に接続される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型半導体層及び発光層の一部をエッチングにより除去してｎ側コンタクト層５１が露出した切り欠き部５１ａを設け、その切り欠き部５１ａに形成される。なお、このｎ電極５３は、導電性酸化物膜（図示せず）の上に、これと同じ形状の金属膜が形成されて構成される。
【００４７】
さらに、図３及び図４に示すように、後述するｎ電極６３は、半導体発光素子の１つの隅部に、２辺に近接するように設けられ、ｐ電極を構成する上層導電性酸化物膜（図示せず）と金属膜６５とは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好ましい。
また、金属膜６５から延びる２つの延長導電部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い。これにより、より高輝度でかつ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ｐ層の縁との間隔は、２０〜５０μｍ程度が好ましい。
【００４８】
本発明の半導体発光素子においては、通常、半導体発光素子の一部の領域において、第２導電型半導体層及び発光層、任意に第１導電型半導体層の深さ方向の一部が除去されて、第１導電型半導体層の表面が露出されている。そして、その露出した第１導電型半導体層の表面（以下「第２の領域」と記す）に電極が形成されている。この電極は、例えば、第１導電型半導体層の上に、第１導電型コンタクト層を介して形成されており、導電性酸化物膜と金属膜とがこの順に積層されて構成される。
また、第１導電型半導体層に接続される電極は、第１導電型半導体層の裏面側に、第１導電型コンタクト層等を介して形成されていてもよい。特に、半導体発光素子が導電性基板上に形成されている場合には、通常、導電性基板と第１導電型半導体層とは電気的に接続されているため、導電性酸化物膜と金属膜とが、導電性基板等を介して第１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。
【００４９】
なお、第１導電型半導体層及び第１導電型コンタクト層等は、導電型が異なる以外、第２導電型半導体層等として例示したものを適用することができる。
ここで、第２の領域とは、１つの半導体発光素子を構成する第１及び第２導電型半導体層の積層構造のうち、上下層導電性酸化物膜及び金属膜が形成される、第２導電型半導体層の表面領域（第１の領域）以外の領域を意味する。
【００５０】
本発明においては、発光層から伝播する光が直接当たりやすい領域に導電性酸化物膜を設けることが必要であるため、少なくとも第２導電型半導体層上に上下層導電性酸化物膜が形成されていれば、必ずしも、第１導電型半導体層上に導電性酸化物膜は設けられておらず、金属膜のみが形成されている形態でも許容されるが、第１導電型半導体層に接続される電極は、導電性酸化物膜と金属膜とから構成されることが好ましい。
【００５１】
導電性酸化物膜は、上述した上下層導電性酸化物膜と同様のものが挙げられる。この導電性酸化物膜は、単層でもよいし、２層以上の積層膜でもよい。ただし、必ずしも、下層導電性酸化物膜と、上層導電性酸化物膜と又は上下層導電性酸化物膜と同じものでなくてもよい。この導電性酸化物膜が第１導電型半導体層上に形成されることにより、第１導電性半導体層と導電性酸化物膜との間の密着性をより良好とし、オーミックコンタクトを得ることができる。特に、この電極が、下層導電性酸化物膜及び上層導電性酸化物膜及び金属膜からなる場合は、光の透過率が良くなるとともに、上層導電性酸化物膜と金属膜との界面における反射の効率も良くなる。
また、金属膜は、上述した金属膜と同様のものが挙げられる。第１導電型半導体層上に形成される金属膜は、第２導電型半導体膜上に形成される金属膜と必ずしも同一でなくてもよい。
【００５２】
第１導電型半導体層の上に形成されている導電性酸化物膜及び／又は金属膜は、第２導電型半導体層の上に形成されている上層酸化物膜及び／又は金属膜と同じ種類、同じ膜厚であることが好ましい。さらに、これらが同じ工程で形成されていることが好ましい。同じ積層構造により形成されていれば、同じ製造工程で形成することができるため、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。
【００５３】
本発明の半導体発光素子においては、上述したように、第１導電型半導体層の露出した表面である第２の領域の表面の一部に、複数の凹凸が形成されていてもよい（例えば、図５参照）。凹凸は、電極の直下に形成されていてもよいが、第２の領域であって電極が配置する領域以外の領域に形成されていることが適当である。
具体的には、発光素子の外周領域（第１の領域の周辺領域）及び／又は電極の周辺領域に形成されていることが好ましい。特に、図５に示したように、ｎ電極１９周辺部は比較的発光が強いので、ｎ電極１９と下層導電性酸化物層５との間に凸部を設けることにより、光取り出しの効果をさらに向上させることができる。また、例えば、ｎ電極及び第１の領域近傍等の比較的発光の強い領域に複数の凸部を高密度に設け、それと異なる領域の比較的発光の弱い領域に複数の凸部を低密度に設けてもよい。発光領域の強度を考慮して、複数の凸部の密度を変化させることにより、より効果的な光取り出し及び指向性制御が可能となる。
【００５４】
凹凸の凸部頂部の高さは、少なくとも電極を形成する面よりも突出する程度であればよい。これにより、光取り出し効果が向上する。
例えば、凸部頂部が、発光層とそれに隣接するｎ型半導体層との界面より高ければよく、発光層よりも第２導電型半導体層側にその頂部が位置すること、あるいはｐ型半導体層と実質的に同じ高さ（図６参照）であることがより好ましい。これにより、凸部側面の表面積が増えるので、ｎ型半導体層を導波してきた光が、凸部側面に当たりやすくなり、凸部内部で全反射する光が少なくなる。また、発光層から側面方向に出射された光は、直接凸部により反射して発光観測面側に進行方向を変えるので、発光観測面側への光の取り出し効率を、例えば、１０〜２０パーセント向上させることができる。その理由は明らかではないが、（１）ｎ型半導体層（例えば、ｎ側コンタクト層）内を導波する光がｎ側コンタクト層から凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から光が観測面側に取り出され、（２）発光層端面から側面外部に出射された光が複数の凸部により反射散乱され観測面側へ光が取り出され、（３）ｎ側コンタクト層内を導波する光が凸部の根本（ｎ側コンタクト層と凸部の接続部分）にて乱反射され、観測面側へ光が取り出されるからである。
【００５５】
あるいは、凸部は、下層導電性酸化物膜と実質的に同じ高さであることがより好ましい（図７参照）。この場合、通常、凸部頂部は下層導電性酸化物膜から構成される。このように、凸部頂部が、光が透過しやすい膜厚の下層導電性酸化物膜により形成されることにより凸部内部に取り込まれた光を凸部頂部から外部へ取り出しやすくなる。
また、凸部は、上層導電性酸化物膜と実質的に同じ高さであってもよい。
【００５６】
なお、凸部頂部の下層導電性酸化物膜が、ｐ型半導体層との界面近傍において、複数の空隙を有するか又は下層導電性酸化物膜の表面側よりも密度が低いことが好ましい。これにより、凸部内部において頂部に向かって進む光を散乱させることができる。
あるいは、凸部は、金属膜と実質的に同じ高さであってもよい（図８参照）。凸部頂部が金属膜により形成されるので、ｎ型半導体層から凸部内部に取り込まれた光は、凸部頂部の金属膜と半導体層との界面で反射されて基板側へ進むので、例えば、基板側を主光取出し面とする場合に好ましい。
凸部間の凹部の底部は、少なくとも発光層とそれに隣接する第２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。
【００５７】
凹凸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、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。なお、電極形成面側から見て、凹凸が形成される領域が占める面積の割合は、１０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上とすることができる。また、１つの凸部の面積は、凸部の根本で、３〜３００μｍ2とすることができる。
【００５８】
凸部は、その縦断面形状が、三角形、四角形、台形、半円形等、どのような形状であってもよく、平面形状は、円形、菱形、三角形、六角形等、どのような形状であってもよい。特に、凸部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。この場合の凸部の傾斜角は、例えば、図６のように、３０°〜８０°が挙げられ、４０°〜７０°が好ましい。これにより、光の指向性制御がより容易になり、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。また、凸部の表面積が増えるので、光取り出し効率が向上すると考えられる。さらに、凸部が徐々に細くなることで、凸部の上辺、すなわち頂部の表面積が狭くなるので、凸部頂部で全反射される光が少なくなることも光取り出しの向上に寄与していると考えられる。
【００５９】
凹凸は、露出したｎ型半導体層上に、半導体層を成長させるなどして、凹凸を形成するための特別な工程を行ってもよいが、ｎ型半導体層を露出させる工程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工程を利用して形成することが好ましい。
具体的には、露出したｎ型半導体層の表面に、円形、三角形、四角形など所定の形状の開口を有するマスクを形成し、このマスクを利用して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）することにより凹部を形成することができる。また、所定形状を覆うマスクを形成し、このマスクを利用して凸部を形成してもよい。
また、凸部は、ｐ型半導体層を積層した後、発光素子として機能する発光層が残存する部位、ｎ型半導体層表面の電極が配置される部位及び凸部を配置する部位を被覆するマスクを利用してエッチングすることにより、形成することができる。これにより、工程を簡略化することが可能となる。
【００６０】
本発明の半導体発光素子においては、基板と半導体層との少なくとも一部の界面に凹凸を設けてもよい。これにより、半導体層内において横方向に進む光を、この凹凸部で散乱又は回折させて上下方向に進行方向を変えることができるので、下層導電性酸化物膜の表面及び金属膜と上層導電性酸化物膜との界面で全反射される光を減らすことができる。ここで、基板と半導体層との界面の凹凸とは、絶縁性又は導電性基板自体の表面、これら基板の上にバッファ層や介在層等を形成する場合にはこれらバッファ層や介在層等の表面に凹凸が形成されて、この凹凸に起因する凹凸を意味する。
【００６１】
平坦な基板を有する半導体発光素子の場合、図９（ａ）に示したように、発光領域３からの光がｐ型半導体層４と電極との界面又は基板１表面に臨界角以上で入射すると、導波路内に捕捉されて横方向に伝搬する。これに対し、図９（ｂ）に示したように、基板に凹凸を有する場合には、ｐ型半導体層４と電極との界面又は基板１表面に対して臨界角以上の光は、凸部１２２によって散乱又は回折され、臨界角よりも小さな角度でｐ型半導体層４と電極との界面又は基板１表面に対して入射する。
【００６２】
この凹凸は、例えば、図１０に示したように、基板としてＡ面（１１−２０）にオリフラのあるＣ面（０００１）サファイア基板が用いられ、このサファイア基板の表面部分に、繰り返しパターンで形成された凸部１２２（又は凹部）とすることができる。また、この凹部１２３又は凸部１２２は、ドット状（図１１（ａ）参照）、格子状、ストライプ状、ハニカム状、ハニカム又は格子等の変形形状（図１１（ｂ）参照）等、種々の形状とすることができる。
【００６３】
また、凹凸は、  図１２（ａ）に示したように、凸部１２２の側面が傾斜していてもよいし、図１２（ｂ）に示すように、半球状でもよい。さらに、図１２（ｃ）に示したように、ｎ型半導体層２、発光領域３及びｐ型半導体層４が凸部１２２の影響を受けて凹凸状になっていてもよい。これにより、図９（ｃ）及び（ｄ）に示したように、光を効率よく取り出すことができる。
【００６４】
特に、図１２（ａ）のように、半導体層の成長安定面に対してほぼ平行な面と交叉する直線を境界として凸部の表面及び凹部の表面とに連続している面（＝凹部又は凸部の側面）を半導体の積層方向に対して傾斜して形成することで、光の散乱又は回折の効果は顕著に増し、光の取り出し効率は格段に向上する。この１つの要因としては、凹部の表面及び凸部の表面とに連続している面（＝凹部又は凸部の側面）の表面積が増えることで、光の散乱又は回折の起こる回数が増えるからと考えられる。換言すれば、凹凸の断面形状は、図１２（ａ）に示すように、凸部であれば台形、凹部であれば逆台形であることが好ましい。このような断面形状とすることにより、伝播する光が散乱及び回折を起こす確率が高まり、光の伝播時の吸収ロスを低減することができる。
【００６５】
このような凹凸は、金属膜７の下方、つまり、図１４に示すように、電極形成面側から見て、少なくとも金属膜７及び上層導電性酸化物膜６が配置されている領域と対向する基板と半導体層との界面に形成することにより、あるいは、図１５に示すように、基板全面に形成することにより、横方向に進む光を凹凸部で散乱又は回折させて上下方向に変えることができるので、金属膜７と上層ＩＴＯ膜６との界面に入射する光を増大させることができ、光取り出し効率が向上する。
【００６６】
この凹部の深さ又は凸部の段差は、十分な光を散乱又は回折を得、電流の積層構造内の横方向への流れに影響を与えず、発光効率を向上させる観点から、５０オングストローム以上であって、基板上に成長される半導体層の厚さ以下であることが好ましい。凹部の深さ又は凸部の段差は、十分に光を散乱又は回折させるためにはλ／４以上の深さ又は段差であることが好ましいが（λ=発光波長、例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光層の場合、２０６ｎｍ〜６３２ｎｍ）、λ／４ｎ（ｎは半導体層の屈折率）以上の深さ又は段差であれば散乱又は回折の効果を得ることができる。
【００６７】
また、凹部及び／又は凸部の大きさ（すなわち、凹部及び／又は凸部の構成辺となる一辺の長さ）及び相互の間隔は、半導体層における発光波長をλ（３８０ｎｍ〜４６０ｎｍ）としたとき、少なくともλ／４以上の大きさであることが好ましい。これにより、十分に光を散乱又は回折させることができる。ただし、λ／４ｎ（ｎは半導体層の屈折率）以上の大きさ及び相互の間隔があれば散乱又は回折の効果を得ることができる。
なお、本発明の半導体発光素子は、第２の領域に形成する複数の凹凸と、基板と半導体層との界面に形成する凹凸との両方を組み合わせることにより、一層効果的に光を取り出すことができる。
【００６８】
また、本発明の半導体発光素子においては、半導体発光素子の表面の少なくとも第２導電型半導体層上に設けられた下層導電性酸化物膜の露出している表面に樹脂が被覆されてもよい。例えば、導電性酸化物膜がＩＴＯである場合、ＩＴＯの屈折率はおよそ２．０であるのに対して、空気の屈折率は１．０であることから、その２層の屈折率の間の屈折率を有するシリコン等の樹脂（屈折率１．４〜１．６）を少なくとも下層導電性酸化物膜の露出している表面上に設けることにより、樹脂が緩衝材となり、導電性酸化物膜と空気との界面で反射される光が少なくなるので、光をさらに効率良く外部へ取り出すことができる。半導体発光素子は実際に使用する際は、一般に、例えば、半導体発光素子を外部から保護するために、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂からなる封止樹脂でその周囲を封止して使用される。また、樹脂に光変換部材を含有させて、光変換層としてもよい。
【００６９】
なお、本発明の半導体発光素子では、図１６及び１７に示したように、上層導電性酸化物膜及びその上の金属膜からなるｐ側パッド電極１５５ｂが、ｎ電極と、所定の方向に枝状に延設され、それぞれが対向するように配置されていてもよい（図１６及び図１７中、１５３ａ及び１５５ａ参照）。以下、ｐ側パッド電極１５５ｂを電流拡散電極、ｎ電極をｎライン電極ということがある。
【００７０】
図１６及び図１７に示した半導体発光素子は、基板１上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４がこの順に積層されて構成されている。ｎ型半導体層２は、その表面の一部に露出部を有しており、この露出部に、互いに分離された複数のｎライン電極１５３が形成されている。
つまり、ｎ型半導体層２、発光層３及びｐ型半導体層４からなる積層体において、ｐ型半導体層４及び発光層３の一部がライン状に除去されることにより複数のスリットＳＬが形成されて、ｎ型半導体層がライン状に露出され、そのスリットＳＬにより露出されたｎ型半導体層上にそれぞれｎライン電極１５３が形成される。また、スリットに平行な１つの辺（発光素子の１つの辺：以下、第１の辺という。）に沿って、所定の幅にｎ型半導体層が露出され、そこにも１つのｎライン電極１５３が形成される。なお、第１の辺に対向する辺は、第２の辺という。
【００７１】
この半導体発光素子では、ｎ型半導体層が露出された表面のｎライン電極形成領域と複数のスリットＳＬは互いに平行でかつｎライン電極形成領域とスリットＳＬとの間隔及び隣接するスリットＳＬ間の間隔は互いに等しくなるように形成される。
各ｎライン電極１５３は、導電性酸化物膜及び／又は金属膜から構成される延長導電部（以下、ｎ側延長導電部という）１５３ａと、そのｎ側延長導電部１５３ａの一端に設けられ、導電性酸化物膜及び／又は金属膜から構成されるｎ側パッド電極１５３ｂとによって構成される。各ｎ側延長導電部の一端に設けられたｎ側パッド電極１５３ｂは、第１の辺に直角の１つの辺（第３の辺）に沿って形成される。
また、ｎ側延長導電部１５３ａは、その一端部がｎ側パッド電極１５３ｂを形成するために広く形成され、その上にｎ側パッド電極１５３ｂが形成される。
【００７２】
ｐ電極は、ｐ型半導体層のほぼ全面に形成された透光性を有する下層導電性酸化物膜５と、その下層導電性酸化物膜５の上に形成された複数の電流拡散電極１５５とによって構成される。この電流拡散電極１５５はｎ側延長導電部１５３ａと平行に形成された複数の延長導電部（以下、ｐ側延長導電部）１５５ａとそのｐ側延長導電部１５５ａの一端に設けられたｐ側パッド電極１５５ｂとによって構成される。ｐ側延長導電部１５５ａ及びｐ側パッド電極１５５ｂは上層導電性酸化物膜と、これと略同じ形状に形成された金属膜とから構成される。ｐ側延長導電部１５５ａと隣接するｎライン電極１５３との間隔は、互いに等しくなるように形成され、複数のｐ側延長導電部１５５ａのうちの１つは第２の辺に沿って形成され、他のｐ側延長導電部１５５ａはｎライン電極１５３の間に形成される。すなわち、対向する２つの辺のうちの一方の辺（第１の辺）に沿ってｎライン電極を形成した場合、その一方の辺に対向する他方の辺に沿って電流拡散電極１５５を形成するように構成している。また、各ｐ側延長導電部１５５ａの一端に設けられたｐ側パッド電極１５３ｂはいずれも、ｎ電極のｎパッド電極１５３ｂが形成されている第３の辺に対向する第４の辺に沿って形成される。
【００７３】
このような半導体発光素子は、次のような理由により、発光領域全体に電流が注入されるようにして発光効率を向上させるとともに、比較的大面積（例えば、１０００μｍ×１０００μｍ）の窒化物半導体発光素子においても、発光面全体にわたって均一な発光が可能になる。
【００７４】
第１に、各ｎライン電極１５３の一端にそれぞれ金属膜１５３ｂを形成し、各ｐ側延長導電部１５５ａの一端にそれぞれ金属膜１５５ｂを形成するようにしている。これにより、発光領域全体に電流がほぼ均一に注入されるようにできる。
なお、この半導体発光素子においては、異なるｎライン電極１５３間において、金属膜１５３ｂからｎ側延長導電部１５３ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、異なる電流拡散電極１５５間において、金属膜１５５ｂとｐ側延長導電部１５５ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにできる。
ここで、上述の距離が実質的に等しいとは、完全に一致していることを意味しているのではなく、距離の違いにより電流の不均一が生じない程度のものは実質的に等しい範囲に含まれるものとする。
【００７５】
第２に、隣接するｎライン電極１５３とｐ側の電流拡散電極１５５の間隔が等しくなるようにして、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにしている。
つまり、ｎ側延長導電部１５３ａ及びｐ側延長導電部１５５ａは、途中に、角部及び曲線部が形成されないように直線的に形成して、角部及び曲線部における電界の集中や電界の不均一を防止し、それに伴う電流の不均一を防止している。
【００７６】
また、ｐ側延長導電部１５５ａの他端（ｐ側パッド電極１５５ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｎ側パッド電極１５３ｂ（ｎ側パッド電極１５３ｂが形成されたｎライン電極１５３の一端部）との距離を、ｐ側延長導電部１５５ａとｎライン電極１５３の間隔にほぼ等しく設定している。
さらに、ｎライン電極１５３の他端（ｎ側パッド電極１５３ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｐ側パッド電極１５５ｂ（ｐ側パッド電極１５５ｂが形成されたｐ側延長導電部１５５ａの一端部）との距離を、ｐ側延長導電部１５５ａとｎライン電極１５３の間隔にほぼ等しく設定している。
これにより、どの部分においても電流拡散電極１５５とｎライン電極１５３との間の距離を実質的に等しくできるので、発光領域全体にほぼ均一に電流を注入でき、均一な発光が可能となる。
【００７７】
また、この半導体発光素子では、上述したように、第２の領域に、第１の領域上の下層導電性酸化物膜の表面と同じ高さとなる凸部が形成されることにより、ｎ側コンタクト層内から凸部内部へ取り込まれた光を凸部頂部から取り出しやすくなり、電極配置面側からの光取り出し効率をより向上させることができる。
【００７８】
さらに、本発明の半導体発光素子は、図１８に示したように、ｐ型半導体層が、露出したｎ型半導体層によって分割されるように形成されていてもよい。
この半導体発光素子１０ｃでは、露出されたｎ型半導体層上に、ｎ電極７３が形成されており、ｐ型半導体層上には、下層導電性酸化物膜５及びｐ側パッド電極２１が形成されている。下層導電性酸化物膜５は、ストライプ形状であり、半導体発光素子中央部分において、露出されたｎ型半導体層の幅より広い形状を有している。下層導電性酸化物膜５のストライプ列数は、ｎ型半導体層上のｎ電極７３の列数より多い。
【００７９】
このように、ｎ電極７３がくびれた形状を有することにより下層導電性酸化物膜５の領域面積を大きくすることができ、単位時間あたりに半導体発光素子に投入される電流量を増大させることができる。さらに、発光面において、半導体発光素子の発光に寄与しないｎ型半導体層の面積を減らし、ｐ型半導体層の面積を相対的に増やすことで半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。したがって、この半導体発光素子では、高輝度を実現することができる。また、上記のような下層導電性酸化物膜５を設けることにより、半導体発光素子に投入される電流を均一に半導体発光素子全面に拡散させることができため、半導体発光素子の発光面からの発光を均一とすることができる。
【００８０】
この下層導電性酸化物膜の上に、上層導電性酸化物膜及び金属膜が形成される。このような半導体発光素子をフリップチップ実装すると、下層導電性酸化物膜の上に形成する上層導電性酸化物膜及び金属膜が、発光層からｐ電極側へ向かう光を基板側へ反射させることができ、基板側からの光取り出し量を多くすることができる。
【００８１】
また、図１８ような半導体発光素子において、ｎ電極が形成されるｎ側コンタクト層の表面に、ｎ側コンタクト層から金属膜までを含むような凸部形成すると、ｎ側コンタクト層内から凸部に取り込んだ光を基板側へ反射させることができるので、基板側からの光取り出し効果をより向上させることができる。さらに、凸部の下層及び上層導電性酸化物膜の膜厚が、発光する領域上の下層及び上層導電性酸化物膜と同じ膜厚となるように形成すると、上記光取り出し効果がより向上する。
【００８２】
なお、本発明の半導体発光素子を構成する第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層の積層構造としては、具体的には、次の（１）〜（５）に示すようなものが挙げられる。
【００８３】
（１）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側コンタクト層、膜厚が３０ÅのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の発光層、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側コンタクト層。
【００８４】
（２）膜厚が約１００Å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、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発光層（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。
【００８５】
（３）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）、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の発光層（総膜厚１９３０Å）（繰り返し交互に積層する層は３層〜６層の範囲が好ましい）、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。さらに、ｎ側に設ける３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層を、下から１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第1の層と１００ÅのＳｉを５×１０17／ｃｍ3含むＧａＮからなる第2の層と１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第3の層とからなる3層構造の下層にすることで、発光素子の駆動時間経過に伴うＶfの変動を抑えることが可能となる。
【００８６】
（４）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発光層、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、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。５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。このようにＭｇがドープされていない層であっても、隣接するｐ型半導体層よりも相対的に膜厚が薄ければ、ｐ電極を形成するｐ型半導体層として機能する。
【００８７】
（５）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発光層（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、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。５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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、発光層が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。
【００９１】
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又は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することができる。
【００９２】
以下に、本発明の半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実験例
サファイア基板上に、ＧａＮ層を５．５μｍ形成し、その上全面に、下層導電性酸化物膜としてＩＴＯ膜を形成し、さらにその上に上層導電性酸化物膜としてＩＴＯ膜及びＰｔ膜を、表１に示した膜厚でそれぞれ形成し、サンプルａ〜ｄを得た。
得られた各サンプルについて、サファイア基板側から垂直に波長４６０ｎｍの光を入射させ、反射した光を検出して反射率を測定した。反射率の測定は、島津製作所製の分光光度計（ＵＶ−２４００ＰＣ）にて行った。その結果を表１に併せて示す。
【００９３】
なお、光の波長を４６０ｎｍ、Ａを奇数である３とし、ＩＴＯ膜の屈折率である２．０６の各値を上述した式（１）に代入して、下層のＩＴＯ膜の膜厚を約１６７０Åに設定した。つまり、下層ＩＴＯ膜の膜厚を３λ／４ｎとした。なお、位相ずれの距離は考慮しなかった。
また、上層のＩＴＯ膜は、サンプルａでは、９４８Åとした。つまり、上層ＩＴＯ膜の膜厚を２λ／４ｎ＋α／２とし、白金の屈折率ｎである１．８７、白金の減衰係数ｋである３．２０及び上述した波長、ＩＴＯの屈折率を式（３）及び（４）に代入して、上層のＩＴＯ膜の膜厚がλ／４ｎの奇数倍（１１１６Å）から位相ずれの距離（α／２＝３３６Å）に対応する膜厚分を引いた値となるように設定し、総膜厚がλ／４ｎの奇数倍となるようにした。
【００９４】
サンプルｂでは、上層ＩＴＯ膜を設けないこととして、比較対照とした。
サンプルｃでは、３９０Åとした。つまり、上層ＩＴＯ膜の膜厚を１λ／４ｎ＋α／２とし、総膜厚がλ／４ｎの偶数倍（５５８Å）から位相ずれが生じる膜厚分を引いた値となるように設定した。
サンプルｄでは、５５８Åとした。つまり、上層ＩＴＯ膜の膜厚を１λ／４ｎとし、総膜厚がλ／４ｎの偶数倍となるように設定した。
【００９５】
【表１】
2005317931.tif 000004
【００９６】
表１の結果から、サンプルａ及びｂに示したように、上下層導電性酸化物膜としてＩＴＯ膜、金属膜としてＰｔを用い、さらに、ＩＴＯ膜の総膜厚をλ／４ｎの奇数倍となるように設定した場合には、反射率を向上させることができることが確認された。
特に、サンプルａに示したように、反射率を最大限に発揮させることができるＩＴＯ膜の膜厚において、金属膜の複素屈折率とＩＴＯ膜の屈折率によって左右される位相ずれを相殺することにより、さらにＩＴＯ膜と白金膜との間に生じる反射率をより高めることができ、より一層の光の取り出し効率を向上させることができることが確認された。
【００９７】
実施例１
この実施例の半導体発光素子を図１に示す。
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側コンタクト層、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側コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
【００９８】
ｐ型半導体層４上には、ほぼ全面に、下層ＩＴＯ膜５（膜厚：１６７０Å）、下層ＩＴＯ膜５上の一部の領域にのみ上層ＩＴＯ膜６（膜厚：９４８Å）が形成されており、さらに、上層ＩＴＯ膜６とほぼ同じ大きさのＰｔからなる金属膜７（膜厚：２０００Å）が積層されて、ｐ電極が形成されている。なお、下層ＩＴＯ膜５とｐ型半導体層との界面は、下層ＩＴＯ膜５の表面側及び上層ＩＴＯ膜６よりも密度が低い、又は該界面近傍において複数の空隙が形成されていることが好ましい。このように下層ＩＴＯ膜５を形成することで、ｐ型半導体層と下層ＩＴＯ膜５との間の電流密度を増加させることができ、ショットキー障壁を低減させて、オーミック性を向上させることができる。
また、下層ＩＴＯ膜５の表面側及び上層ＩＴＯ膜６は、空隙がなく、下層ＩＴＯ膜５とｐ型半導体層との界面近傍よりも密度が高いことが好ましい。このように下層ＩＴＯ膜５の表面側及び上層ＩＴＯ膜６を形成することで、下層ＩＴＯ膜５の表面側及び上層ＩＴＯ膜６において、可視光に対する透過率を良好にすることができるので、金属膜で効率良く光を反射させることができる。
【００９９】
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発光層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電極として、膜厚３９０ÅのＩＴＯ膜８と膜厚２０００ÅのＰｔからなる金属膜９とが形成されている。
【０１００】
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＞
まず、直径２インチ、Ｃ面を主面とするサファイア基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Åの膜厚で成長させる。
バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。
【０１０１】
次に、下地層の上に、ｎ型半導体層２として、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉを１×１０18／ｃｍ3ドープさせたＧａＮからなるｎ側コンタクト層を２．１６５μｍの膜厚で成長させる。
その上に、温度を８００℃にして、原料ガスにトリメチルインジウムを断続的に流しながら、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の膜厚で成長させ、さらに、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発光層３を成長させる。
【０１０２】
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成長させる。
最後に、９００℃で、水素雰囲気下、ＴＭＧを４ｃｃ、アンモニア３．０リットル、キャリアガスとして水素ガスを２．５リットル導入し、ｐ型クラッド層の上にＭｇを１．５×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層を０．５μｍの膜厚で成長させる。
その後、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側コンタクト層をさらに低抵抗化する。
【０１０３】
＜エッチング＞
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側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側コンタクト層の一部を露出させる。
【０１０４】
＜ｐ電極及びｎ電極の形成＞
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する。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、ウェハを３００℃に維持し、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、下層ＩＴＯ膜５を、膜厚１６７０Åで形成する。
【０１０５】
次いで、下層ＩＴＯ膜５上を含むｐ側コンタクト層上及びｎ側コンタクト層上に、レジストからなる所望の形状を有するマスクを形成し、その上に、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との焼結体からなる酸化物ターゲットを用いて、酸素ガス雰囲気中、ウェハを３００℃に維持し、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、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2に変更して２０分間スパッタリングし、リフトオフ法によりマスクとその上に形成されたＩＴＯとを除去する。これにより、下層ＩＴＯ膜５上の一部の領域上と、ｎ側コンタクト層上に、上層ＩＴＯ膜６とＩＴＯ膜８とを、それぞれ膜厚９４８Åで形成する。
【０１０６】
さらに、上記と同様のリフトオフ法を利用して、上層ＩＴＯ膜６及びＩＴＯ膜８の上に、Ｐｔターゲットを用いて金属膜７及び金属膜９を、膜厚２０００Åで形成する。
次いで、ランプアニール装置にて４００〜６００℃程度で熱処理を施す。
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を得る。
【０１０７】
以上のようにして形成した半導体発光素子の断面をＳＴＥＭにより観察すると、下層導電性酸化物膜である下層ＩＴＯ膜５の内部に、２０〜２００ｎｍ程度の複数の孔が観察され、密度が低いことが確認できる。また、上層導電性酸化物膜である上層ＩＴＯ膜６及び導電性酸化物膜であるＩＴＯ膜８は密度が高い、良好な結晶状態である。なお、ｐ電極自体は、透明である。
また、本発明の半導体発光素子の構成により、ｐ電極とｐ側コンタクトの間の密着性とともに、ｎ電極とｎ側コンタクト層と間の密着性との双方を強固にすることができ、特に、下層導電性酸化物膜である下層ＩＴＯ膜とｐ側コンタクト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、下層ＩＴＯ膜とｐ側コンタクト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、比較例として、上層導電性酸化膜である上層ＩＴＯ膜６と、ＩＴＯ膜８とを形成しない半導体発光素子を作製し、上述した半導体発光素子と、比較例の半導体発光素子との光の取り出し効率を測定すると、上述した半導体発光素子のほうが、光の取り出し効率が高いことが確認できる。
【０１０８】
実施例２
この実施例の半導体発光素子は、ｐ電極における金属膜とｎ電極における金属膜とを以下のように別々に形成する以外は、実施例１と同様の半導体発光素子を形成する。
つまり、上層ＩＴＯ膜６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Ｒｈ（１０００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（５０００Å）からなる金属膜７を形成する。
その後、ｎ側コンタクト層の上に形成されたＩＴＯ膜８上に、Ｗ層２００Å、Ｐｔ層２０００ÅおよびＡｕ層５０００Åをこの順に積層し、金属膜９を形成する。
得られる半導体発光素子は、実施例１と同様の効果が得られる。
【０１０９】
このように、本発明の半導体発光素子の構成により、正電極とｐ側コンタクトの間の密着性を強固にすることができ、特に、第１の半導体膜である下層ＩＴＯ膜とｐ側コンタクト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、下層ＩＴＯ膜とｐ側コンタクト層とのコンタクト抵抗を低減させることができる。また、金属膜に起因してシート抵抗が低く、正電極内において、電流を面内方向へ均一に広げることができ、さらに、正電極から半導体層全体へ電流を均一に広げることができ、発光層を効率的に発光させることが可能となる。しかも、光の取り出し効率を向上させることもできる。
【０１１０】
実施例３
この実施例の半導体発光素子は、図５に示すように、ｐ電極２０及びｎ電極１９が同一面側に設けられており、観測面側を電極形成面側とする電極形成面側から光を取り出す構成である。半導体発光素子を構成する半導体積層構造は、サファイア基板１１上にＧａＮバッファ層１２、ノンドープＧａＮ層１３、ｎ側コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層１４、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層１５、発光層となるＩｎＧａＮ層１６、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ｐ側コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層１８が、順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層１８、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ＩｎＧａＮ層１６、ＳｉドープＧａＮ層１５、ＳｉドープＧａＮ層１４が部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層１４の露出面にｎ電極１９が形成され、ＭｇドープＧａＮ層１８にはｐ電極２０が設けられている。
【０１１１】
ｎ電極１９は、実施例１のようにｎ側コンタクト層側からＩＴＯ膜、金属膜の順に積層される。ｎ電極１９の金属膜は、ｎ側コンタクト層側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。ｐ電極２０は、ｐ側コンタクト層のほぼ全面に形成される下層導電性酸化物膜５と、ｐ側パッド電極２１となる上層導電性酸化物膜６及び金属膜７とからなる。さらに、ｐ電極の金属膜７はｎ電極と同様にＷ、Ｐｔ、Ａｕが順に積層されてなる。また、この実施例では、発光領域（第１の領域）を広く確保するために、ｐ電極の下層導電性酸化物膜５はｎ電極１９を部分的に囲んでいる。
【０１１２】
ｎ側コンタクト層は、電極形成面側からみて、ｐ電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、前記第１の領域と異なる第２の領域から構成され、第２の領域にはｎ電極１９および複数の凸部２９が設けられている。また、各凸部２９は、第１の領域の周囲を囲んでいる。この半導体発光素子は、駆動時に発光する第１の領域の周囲を凸部で囲むことにより、半導体発光素子の電極形成面側表面領域を有効に利用して光取り出し効率及び光指向性の制御を行うことができる。
【０１１３】
第２の領域に設けられた各凸部２９の頂部は、図７に示すように、下層導電性酸化物膜が設けられ、断面において、凸部頂部は、発光する第１の領域上の下層導電性酸化物膜５と実質的に同じ膜厚の下層導電性酸化物膜からなるように形成されている。このように凸部頂部が、光を透過しやすい膜厚の下層導電性酸化物膜を有するように凸部を形成すると、ｎ側コンタクト層内から凸部内部へ取り込まれた光を凸部頂部から外部へ取り出しやすくなるので、実施例１の半導体発光素子よりもさらに光取り出し効率が向上する。
【０１１４】
また、本実施例の半導体発光素子は、図５に示すように、半導体発光素子は、電極配置面側からみて、ｎ電極とｐ電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ電極とｐ電極のパッド部を結ぶＶ−Ｖ’の延長線上において、ｎ電極側からくびれ部分を有するとともに、くびれ部分に複数の凸部を備えることが好ましい。これにより、光の取り出し、光の指向制御性をより向上させることができる。電流はＶ−Ｖ’の延長線に主に流れるが、第１の領域のＶ−Ｖ’の延長線上の一部をあえて除去し、その除去領域に複数の凸部を設けることにより、結果的に、光の取り出し効率、光の指向性制御を効果的に向上させることができる。これにより、電流を半導体積層構造のより広い領域に広げることが可能となるとともに、Ｖ−Ｖ’の延長線上から除去した領域における発光層を含む半導体積層構造端面から出射される比較的強い光を、効果的に観測面側に取り出すことができるためと考えられる。
【０１１５】
さらに、第２の領域に凸部を複数設けることにより、順方向と逆方向の双方の静電耐圧が向上する傾向が得られる。この理由は明らかではないが、おそらく、凸部を複数設け表面積が増加したことに関係するものと考えられる。
本実施例においては、電極形成面側から見て、長方形の外形であり、さらにその長手方向の両端の略中央にｎ電極及びｐ側パッド電極がそれぞれ配置された構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、四角形の対角線上に、ｎ電極及びｐ側パッド電極がそれぞれ配置された構成とすることもできる。
【０１１６】
実施例４
この実施例の半導体発光素子１０ｂは、図１５に示したように、基板１ｂとｎ型半導体２との界面に凹凸を有する以外は、実施例１に準じた構成である。なお、この実施例では、基板としてＡ面（１１−２０）にオリフラのあるＣ面（０００１）を主面とするサファイア基板を用いる。
【０１１７】
この半導体発光素子は、以下の方法によって形成することができる。
まず、サファイア基板１上にエッチングマスクとなるＳｉＯ2膜を成膜する。
次に、円形であって、直径φ＝５μｍのフォトマスクを使用し、ＳｉＯ2膜とサファイア基板１をＲＩＥで１μｍエッチングする。その後、ＳｉＯ2膜を除去する。これにより、サファイア基板１ｂの表面部分に、図１１(ａ）に示すような、平面形状が円形の凸部１２２、凹部１２３の繰り返しパターンを形成する。凸部の頂部を直径ａ＝５μｍ、凸部と凸部の間隔ｂ＝２μｍとした。また、凸部側面の傾斜角θｂは１２０°である。
また、凸部１２２の繰り返しパターンを、２段階の傾斜面で形成してもよい（図１３参照）。この場合は、例えば、ＳｉＯ2膜を除去した後、さらに、サファイア基板１ｂの表面をエッチングすることで、凸部の最上面が直径ａ＝３μｍ、凸部と凸部の間隔ｂ＝１．５μｍ、凸部側面の角θ1が７０°、角θ2が２０°とすることができる。このように凸部１２２を２段階の傾斜面で形成すると、後述する光取り出しの効果のみならず、凸部を有する基板上に成長させる半導体素子構造、特にその中の半導体層の結晶性を向上させて、内部量子効率を高めることができる。
【０１１８】
次いで、得られたサファイア基板１の上に、ｎ型半導体層２としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）の低温成長バッファ層を１００Å、アンドープのＧａＮを３μｍ、ＳｉドープのＧａＮを４μｍ、アンドープのＧａＮを３０００Å積層し、続いて発光領域となる多重量子井戸の発光層３として、（井戸層、障壁層）＝（アンドープのＩｎＧａＮ、ＳｉドープのＧａＮ）をそれぞれの膜厚を（６０Å、２５０Å）として井戸層が６層、障壁層が７層となるように交互に積層する。この場合、最後に積層する障壁層はアンドープのＧａＮとしてもよい。なお、低温成長バッファ層の上に形成する第１層をアンドープのＧａＮとすることにより、より均一に凸部１２２を埋めることができる。
【０１１９】
その後、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープのＡｌＧａＮを２００Å、アンドープのＧａＮを１０００Å、ＭｇドープのＧａＮを２００Å積層する。ｐ型半導体層４として形成するアンドープのＧａＮ層は、隣接する層からのＭｇの拡散によりｐ型を示す。
次に、ＭｇドープのＧａＮからｐ型半導体層４と発光層３及びｎ型半導体層２の一部までをエッチングし、ＳｉドープのＧａＮ層を露出させる。
続いて、下層ＩＴＯ膜５と上層ＩＴＯ膜６と金属膜７とからなるｐ電極及びＩＴＯ膜８と金属膜９からなるｎ電極を、実施例１と同様に形成する。
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を得る。
【０１２０】
このようにして得られる半導体発光素子は、金属膜と上層ＩＴＯ膜との界面又は基板表面に対して臨界角以上の角度で進む光が、基板と半導体層との界面に設けた凹凸によって散乱又は回折され、臨界角よりも小さな角度でもって金属膜と上層ＩＴＯ膜との界面又は基板表面に対して入射させることができるので、実施例１の半導体発光素子よりもさらに光取り出し効率を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
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】
【０１２２】
【図１】本発明における半導体発光素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】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３】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４】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５】本発明における半導体発光素子の別の実施形態を示す平面図である。
【図６】図５のＶ−Ｖ’線における部分的な断面図である。
【図７】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す部分的な断面図である。
【図８】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す部分的な断面図である。
【図９】本発明の半導体発光素子における光の進路を説明するための部分的な断面図である。
【図１０】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す部分的な断面図である。
【図１１】図１０における凸部のパターン例を示す図である。
【図１２】本発明における半導体発光素子のさらに他の実施形態を示す部分的な断面図である。
【図１３】凹凸の形状の例を示す断面図である。
【図１４】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明における実施例４の半導体発光素子における断面図である。
【図１６】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す平面図である。
【図１７】図１６のXVI−XVI’線断面図である。
【図１８】本発明における半導体発光素子のさらに別の実施形態を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１ａ、１ｂ  基板
２  ｎ型半導体層
３  発光層
４  ｐ型半導体層
５  下層ＩＴＯ膜（下層導電性酸化物層）
６  上層ＩＴＯ膜（上層導電性酸化物層）
７  金属膜
８  ＩＴＯ膜（導電性酸化物層）
９  金属膜
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  半導体発光素子
１１  サファイア基板
１２  ＧａＮバッファ層
１３  ノンドープＧａＮ層
１４、１５  ＳｉドープＧａＮ層
１６  ＩｎＧａＮ層
１７  ＭｇドープＡｌＧａＮ層
１８  ＭｇドープＧａＮ層
１９  ｎ電極
２０  ｐ電極
２１  ｐ側パッド電極
２９、２９ａ、２９ｂ  凸部
５１  ｎ側コンタクト層
５１ａ  切り欠き部
５２  ｐ型半導体層
５３、６３  ｎ電極
５４、６４  透明電極
５５、６５  ｐ側パッド電極
５６、６６  延長導電部
７３  ｎ電極
１２２  凸部
１２３  凹部
１５３  ｎライン電極
１５３ａ  ｎ側延長導電部
１５３ｂ  ｎ側パッド電極
１５５  電流拡散電極
１５５ａ  ｐ側延長導電部
１５５ｂ  ｐ側パッド電極
【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】
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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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【図１４】
2005317931.tif 000018
【図１５】
2005317931.tif 000019
【図１６】
2005317931.tif 000020
【図１７】
2005317931.tif 000021
【図１８】
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