(57)【要約】【課題】高効率の半導体発光素子及び発光装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、発光層と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体を含む。前記ｐ側半導体層は、窒化物半導体層を含む。前記発光層は、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられる。前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられている。【選択図】図１
2012175040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を含むｎ型半導体層と、
窒化物半導体を含むｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接するｐ側電極と、
前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接するｎ側電極と、
を備え、
前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、前記ｎ型半導体層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、前記ｎ型半導体層の厚さ、前記発光層の厚さ及び前記ｐ型半導体層の厚さの合計よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、５マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記平面視において、前記ｎ側電極は、前記ｐ側電極の外縁の全てを囲むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記平面視において、前記ｎ側電極は、前記ｐ側電極の外縁の全てを連続的に囲むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ，Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第１主面上において前記ｐ型半導体層に接し、平面視において前記ｐ側電極の外側の部分を有し、前記ｐ型半導体層との間の電気抵抗が、前記ｐ側電極と前記ｐ型半導体層との間の電気抵抗よりも高い高抵抗層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
前記第１主面に対向する実装面を有する実装基板と、
前記実装面に設けられ、前記ｐ側電極に電気的に接続された第１基板電極と、
前記実装面に設けられ、前記ｎ側電極に電気的に接続された第２基板電極と、
を含む実装部品と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆い、前記発光層から放出される第１光を吸収し前記第１光の波長とは異なる波長の第２光を放出する波長変換層をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子及び発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子において、例えばｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順で積層される。窒化物半導体層の結晶成長に用いられるサファイア基板は絶縁体であるため、ｐ側電極及びｎ側電極を半導体層の上面側に設ける構造が採用される。しかし、この構造においては、直列抵抗が高い。さらに、サファイア基板の熱伝導率が低いため、特に高出力時に放熱性が低いことが問題となる。
【０００３】
一方、サファイア基板上に成長した半導体層を、結晶成長とは別の支持基板に転写する構成（薄膜型：Thin Film型)がある。支持基板として、導電性で熱伝導率が高いＳｉ基板を用いることができるので、積層方向に電流が通電でき、低い直列抵抗と同時に高い放熱性が得られる。半導体発光素子において、さらに効率を向上することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１５８１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、高効率の半導体発光素子及び発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、発光層と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体を含む。前記ｐ側半導体層は、窒化物半導体層を含む。前記発光層は、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられる。前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式図である。
【図２】第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子のを示す模式図である。
【図４】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図５】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図６】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図７】第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程順模式的断面図である。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１参考例の半導体発光素子を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２参考例の半導体発光素子を示す模式図である。
【図１０】図１０は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１１】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第３及び第４参考例の半導体発光素子の構成及び特性を示す模式図である。
【図１３】図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１４】第２の実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。  
図１（ｂ）は模式的平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【００１０】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、ｎ型半導体層１０と、ｐ型半導体層２０と、発光層３０と、ｐ側電極４０と、ｎ側電極５０と、を備える。
【００１１】
ｎ型半導体層１０及びｐ型半導体層２０は、窒化物半導体を含む。ｎ型半導体層１０には、例えば、ｎ型ＧａＮ層が用いられる。ｐ型半導体層２０には、例えば、ｐ型ＧａＮ層が用いられる。
【００１２】
発光層３０は、ｎ型半導体層１０とｐ型半導体層２０との間に設けられる。
【００１３】
ｐ側電極４０は、ｐ型半導体層２０の発光層３０とは反対の側の第１主面Ｓ１に設けられる。ｐ側電極４０は、ｐ型半導体層２０の一部（第１主面Ｓ１の一部）に接する。
【００１４】
ｎ側電極５０は、ｎ型半導体層１０の発光層３０とは反対の側の第２主面Ｓ２に設けられる。ｎ側電極５０は、ｎ型半導体層１０の一部（第２主面Ｓ２の一部）に接する。
【００１５】
ここで、ｐ型半導体層２０からｎ型半導体層１０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸に対して垂直な１つの軸をＸ軸とする。Ｚ軸とＸ軸とに対して垂直な１つの軸をＹ軸とする。Ｚ軸方向は、ｎ型半導体層１０、発光層３０及びｐ型半導体層２０の積層方向に対応する。
【００１６】
ここで、本願明細書において、「積層」は、直接重ねられる場合の他に、間に別の要素が挿入されて重ねられる場合も含む。
【００１７】
ｎ型半導体層１０、発光層３０及びｐ型半導体層２０を含む積層体１０ｓにおいて、第１主面Ｓ１と第２主面Ｓ２とは、互いに反対側の面である。
【００１８】
図２は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の一部の構成を例示する模式的断面図である。  
図２は、発光層３０の構成の例を示している。図２におけるＺ軸方向は、図１（ａ）におけるＺ軸方向に対して反転されている。
【００１９】
図２に表したように、発光層３０は、複数の障壁層３１と、複数の障壁層３１どうしの間に設けられた井戸層３２と、を有する。複数の障壁層３１と、複数の井戸層３２と、は交互に積層されている。
【００２０】
この例では、障壁層３１と井戸層３２との間のそれぞれに中間層（ｎ側中間層３３及びｐ側中間層３４）が設けられている。
【００２１】
例えば、ｎ型半導体層１０の上に、障壁層３１が設けられる。障壁層３１の上に、ｎ側中間層３３が設けられる。ｎ側中間層３３の上に井戸層３２が設けられる。井戸層３２の上に、ｐ側中間層３４が設けられる。障壁層３１、ｎ側中間層３３、井戸層３２及びｐ側中間層３４が１つの組（周期）となる。複数の組が積層される。すなわち、発光層３０は、多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造を有することができる。
【００２２】
または、発光層３０は、単一量子井戸（ＳＱＷ：Single Quantum Well）構造を有することができる。この場合には、上記の組が１つであり、井戸層３２の数が１である。
【００２３】
ｎ側中間層３３及びｐ側中間層３４の少なくともいずれかは、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
【００２４】
障壁層３１には、例えば、Ｉｎｘ１Ａｌｙ１Ｇａ１−ｘ１−ｙ１Ｎ（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜１）が用いられる。障壁層３１には、例えば、Ｉｎ０．０２Ａｌ０．３３Ｇａ０．６５Ｎが用いられる。障壁層３１の厚さは、例えば１１．５ナノメートル（ｎｍ）である。
【００２５】
ｎ側中間層３３には、例えば、Ｉｎｘ２Ｇａ１−ｘ２Ｎ（０＜ｘ２＜１）が用いられる。ｎ側中間層３３には、例えば、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎが用いられる。ｎ側中間層３３の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。
【００２６】
井戸層３２には、Ｉｎｘ３Ｇａ１−ｘ３Ｎ（０＜ｘ３＜１）が用いられる。井戸層３２には、例えば、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎが用いられる。井戸層３２の厚さは、例えば、２．５ｎｍである。
【００２７】
ｐ側中間層３４には、Ｉｎｘ４Ｇａ１−ｘ４Ｎ（０＜ｘ４＜１）が用いられる。ｐ側中間層３４には、例えば、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎが用いられる。ｐ側中間層３４の厚さは、例えば、０．５ｎｍである。
【００２８】
実施形態において、複数の障壁層３１どうしの間で、複数の障壁層３１に用いられる材料及び厚さの少なくともいずれかが、複数の障壁層３１において互いに異なっても良い。複数の井戸層３２が設けられる場合、複数の井戸層３２に用いられる材料及び厚さの少なくともいずれかが、複数の井戸層３２において互いに異なっても良い。複数のｎ側中間層３３が設けられる場合、複数のｎ側中間層３３に用いられる材料及び厚さの少なくともいずれかが、複数のｎ側中間層３３において互いに異なっても良い。複数のｐ側中間層３４が設けられる場合、複数のｐ側中間層３４に用いられる材料及び厚さの少なくともいずれかが、複数のｐ側中間層３４において互いに異なっても良い。
【００２９】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、ｎ側電極５０は、平面視において、ｐ側電極４０よりも外側で、ｐ側電極４０の周りに設けられている。
【００３０】
平面視においては、視点と、見る対象と、を結ぶ軸が、積層方向（Ｚ軸方向）に対して平行である。すなわち、ｎ側電極５０をＸ−Ｙ平面に射影した像は、ｐ側電極４０をＸ−Ｙ平面に射影した像よりも外側で、ｐ側電極４０をＸ−Ｙ平面に射影した像の周りに設けられる。平面視において（Ｚ軸に沿ってみたときに）、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０に重ならない。
【００３１】
例えば、図１（ｂ）に表したように、平面視において、ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間には間隔が設けられる。ｎ側電極５０をＸ−Ｙ平面に射影した像と、ｐ側電極４０をＸ−Ｙ平面に射影した像と、が互いに対向する部分のＸ軸に沿った間隙ｓｘは、０よりも大きい。ｎ側電極５０をＸ−Ｙ平面に射影した像と、ｐ側電極４０をＸ−Ｙ平面に射影した像と、が互いに対向する部分のＹ軸に沿った間隙ｓｙは、０よりも大きい。間隙ｓｘと間隙ｓｙとが互いに異なっても良い。
【００３２】
半導体発光素子１１０においては、Ｚ軸に沿ってみたときに、ｎ側電極５０とｐ側電極４０とが重ならないため、電流が過度に集中することが抑制される。
【００３３】
これにより、発光分布の均一性が向上できる。さらに、ｎ側電極５０が第２主面Ｓ２の周辺部に設けられるため、光取り出し効率が向上できる。これにより、高効率の半導体発光素子が得られる。そして、高い出力が得られる。
【００３４】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。  
図３（ｂ）は模式的平面図である。図３（ａ）は、図３（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【００３５】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に表したように、実施形態に係る別の半導体発光素子１１０ａは、ｎ型半導体層１０、ｐ型半導体層２０、発光層３０、ｐ側電極４０及びｎ側電極５０に加え、第１接合層６１（高抵抗層）をさらに備える。
【００３６】
第１接合層６１は、ｐ型半導体層２０の第１主面Ｓ１上においてｐ型半導体層２０に接する。第１接合層６１は、平面視においてｐ側電極４０の外側の部分を有する。第１接合層６１とｐ型半導体層２０との間の電気抵抗は、ｐ側電極４０とｐ型半導体層２０との間の抵抗よりも高い。第１接合層６１は、平面視において、ｎ側電極５０と重なる部分を有する。
【００３７】
ｐ型半導体層２０との間の電気抵抗が高いことは、ｐ型半導体層２０との接触抵抗が高いこと、及び、電気抵抗が高いことの少なくともいずれかを含む。すなわち、例えば、第１接合層６１とｐ型半導体層２０と接触抵抗は、ｐ側電極４０とｐ型半導体層２０との接触抵抗よりも高い。例えば、第１接合層６１の電気抵抗は、ｐ側電極４０の電気抵抗よりも高い。第１接合層６１の導電性は、ｐ側電極４０の導電性よりも低い。例えば、第１接合層６１は、絶縁性でも良い。
【００３８】
第１接合層６１は、平面視においてｎ側電極５０と重なるが、第１接合層６１とｐ型半導体層２０との間の電気抵抗が、ｐ側電極４０とｐ型半導体層２０との間の電気抵抗よりも高いため、ｎ側電極５０と第１接合層６１との間に流れる電流は少なく、ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間において、電流が実質的に流れる。これにより、電流が過度に集中することが抑制される。これにより、発光分布の均一性が向上できる。そして、高い効率が得られる。
【００３９】
この例では、第１接合層６１は、導電性である。すなわち、第１接合層６１とｐ型半導体層２０と接触抵抗は、ｐ側電極４０とｐ型半導体層２０との接触抵抗よりも高い。この例では、第１接合層６１は、ｐ側電極４０を覆っている。
【００４０】
ｐ側電極４０のｐ型半導体層２０に接する部分には、例えば、Ｎｉが用いられる。第１接合層６１のｐ型半導体層２０に接する部分には、Ｔｉが用いられる。Ｔｉのｐ型ＧａＮに対する接触抵抗は、Ｎｉのｐ型ＧａＮに対する接触抵抗よりも高い。
【００４１】
半導体発光素子１１０ａは、基板６３及び第２接合層６２をさらに備える。基板６３とｐ側電極４０との間に第２接合層６２が設けられる。第２接合層６２とｐ側電極４０との間に第１接合層６１が設けられる。基板６３には、例えば、Ｓｉ基板が用いられる。第１接合層６１及び第２接合層６２には、例えば、金属（合金を含む）が用いられる。基板６３、第１接合層６１及び第２接合層６２は、導電性である。これにより、ｐ側電極４０と基板６３とが電気的に接続される。
【００４２】
さらに、積層体１０ｓの側面に保護層７０が設けられている。保護層７０は、第１接合層６１の一部の表面上に延在する。
【００４３】
以下、半導体発光素子１１０ａの製造方法の例を説明する。  
図４〜図７は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。  
図４に表したように、成長用基板５の上に、バッファ層６を形成する。成長用基板５には、例えばサファイア基板が用いられる。バッファ層６の上に、ｎ型半導体層１０、発光層３０及びｐ型半導体層２０を順次形成する。上記の各層の形成には、例えば、有機金属気層成長（ＭＯＣＶＤ）法が用いられる。
【００４４】
ｐ型半導体層２０の上に、ｐ側電極４０となる導電膜を形成する。導電膜には、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜の積層膜が用いられる。この導電膜の形成には、例えば、蒸着法が用いられる。この後、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、この導電膜を所定の形状に加工する。これにより、ｐ側電極４０が形成される。ｐ側電極４０は、第１主面Ｓ１の中央部分に設けられる。
【００４５】
図５に表したように、ｐ型半導体層２０の第１主面Ｓ１、及び、ｐ側電極４０を覆うように、第１接合層６１を形成する。例えば、第１接合層６１となる、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜及びＡｕ膜がこの順で積層して形成する。
【００４６】
一方、基板６３（例えばＳｉ基板）の主面上に、第２接合層６２が形成されている。例えば、基板６３の主面上に、第２接合層６２となる、Ａｕ−Ｓｎ膜が形成される。
【００４７】
図５に表したように、第１接合層６１と第２接合層６２とを互いに接触させて、成長用基板５と基板６３とを配置する。この状態で、高温で一定の時間、両基板に圧力を加える。この温度は、例えば約２５０℃である。これにより、第１接合層６１と第２接合層６２とが互いに接合される。
【００４８】
次に、成長用基板５を介して、例えば紫外線を上記の積層体１０ｓに照射する。紫外線には、例えば、ＫｒＦの２４８ｎｍの波長のレーザが用いられる。紫外線は、例えばパルス照射される。これにより、積層体１０ｓから成長用基板５が剥離される。すなわち、例えば、バッファ層６とｎ型半導体層１０とが離れる。
【００４９】
これにより、図６に表したように、ｎ型半導体層１０の第２主面Ｓ２が露出する。第２主面Ｓ２は、後述するように、ウエットエッチングされる表面に対応する。
【００５０】
上記の工程は、例えば、成長用基板５に複数の半導体発光素子が同時に形成されるように実施される。
【００５１】
図７に表したように、例えばリソグラフィ技術を用いて、積層体１０ｓをパターニングし、複数の半導体発光素子毎に分断する。このパターニングにおいて、積層体１０ｓの断面がテーパ形状のメサが形成される。すなわち、例えば、ｎ型半導体層１０のＸ軸に沿う幅は、ｐ型半導体層２０のＸ軸に沿う幅よりも狭い。例えば、ｎ型半導体層１０のＹ軸に沿う幅は、ｐ型半導体層２０のＹ軸に沿う幅よりも狭い。
【００５２】
このパターニングにおいて、例えば、第１接合層６１は分断しない。複数の半導体発光素子どうしの間において、第１接合層６１が露出する。
【００５３】
そして、テーパ形状の積層体１０ｓの側面、及び、露出した第１接合層６１の表面を覆うように、保護層７０となる、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する。ＳｉＯ２膜のうちで、ｎ型半導体層１０の第２主面Ｓ２を覆う部分を除去する。これにより、保護層７０が形成される。このとき、ｎ型半導体層１０の第２主面Ｓ２の外縁に沿う部分のＳｉＯ２膜は残しても良い。これにより、ｎ型半導体層１０の外縁に沿う部分が保護層７０により保護される。
【００５４】
このとき、例えば、水酸化カリウムを用いたエッチングにより、露出したｎ型半導体層１０の表面に凹凸を形成することができる。例えば、１ｍｏｌ／ｌの濃度で、７０℃の温度の水酸化カリウムを用い、１５分間のエッチングを行う。このようなウエットエッチングにより、ｎ型半導体層１０の第２主面Ｓ２が粗面化される。第２主面Ｓ２において、ｎ型半導体層１０は、１００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下程度の表面粗さを有する。
【００５５】
そして、ｎ型半導体層１０の第２主面Ｓ２の中央を除く部分にｎ側電極５０を形成する。例えば、ｎ側電極５０として、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕなどの金属膜を形成し、所定の形状に加工する。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）に例示した半導体発光素子１１０ａが形成される。
【００５６】
このように、ｎ側電極５０は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ，Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
【００５７】
以下、実施形態に係る半導体発光素子１１０ａの特性を参考例と共に説明する。  
図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第１参考例の半導体発光素子の構成を示す模式的図である。  
図８（ｂ）は、模式的断面図であり、図８（ｃ）は、図８（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。  
図８（ａ）及び図８（ｂ）に表したように、第１参考例の半導体発光素子１１９ａにおいては、ｎ側電極５０が、第２主面Ｓ２の中央部に設けられている。平面視において、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０の外縁よりも内側に設けられる。すなわち、平面視において（Ｚ軸方向に沿ってみたときに）、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０と重なる。半導体発光素子１１９ａにおいては、ｎ側電極５０とｐ側電極４０とが互いに重なる部分に電流が集中する。
【００５８】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第２参考例の半導体発光素子の構成を示す模式的図である。  
図９（ｂ）は、模式的平面図である。図９（ａ）は、図９（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。  
図９（ａ）及び図９（ｂ）に表したように、第２参考例の半導体発光素子１１９ｂにおいては、ｎ側電極５０が、第２主面Ｓ２の中央部に設けられている。そして、ｐ型半導体層２０とｐ側電極４０との間に絶縁膜４９が設けられている。絶縁膜４９は、平面視において、ｎ側電極５０と重なる。このため、半導体発光素子１１９ａにおいては、ｎ側電極５０とｐ側電極４０とが互いに重なる部分には電流は集中しない。しかし、平面視において、ｎ側電極５０の周囲の部分に電流は集中する。
【００５９】
半導体発光素子１１０ａ（１１０）、１１９ａ及び１１９ｂの発光特性をシミュレーションした。  
図１０は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図１０は、半導体発光素子１１０ａ、１１９ａ及び１１９ｂの発光特性のシミュレーション結果をそれぞれ例示する。これらの図の横軸は、Ｘ−Ｙ平面内における位置ｐｘｙである。
【００６０】
図３（ｂ）、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に表したように、位置ｐｘｙは、積層体１０ｓの平面視における対角線に沿う位置である。位置ｐ０は、積層体１０ｓの中心に対応する。位置ｐ１は、積層体１０ｓの一方の端に対応する。位置ｐ２は、積層体１０ｓの他方の端に対応する。縦軸は、発光パワー密度ＬＩ（規格化された値）を表す。
【００６１】
図１０に表したように、第１参考例の半導体発光素子１１９ａにおいては、中心部において発光パワー密度ＬＩが高いが、周辺部では発光パワー密度ＬＩが著しく低下する。このように、発光分布は非常に不均一である。これは、ｎ側電極５０とｐ側電極４０とが互いに重なる部分に電流が過度に集中することが原因である。
【００６２】
第２参考例の半導体発光素子１１９ｂにおいては、中心部で発光パワー密度ＬＩは低い。そして、中心部の周りで発光パワー密度ＬＩが高いが、周縁部分では発光パワー密度ＬＩは低い。半導体発光素子１１９ｂにおいては、ｎ側電極５０とｐ側電極４０とが互いに重なる部分には電流は流れないが中心部の周りに電流が集中する。この場合も、発光分布は不均一である。
【００６３】
これに対し、半導体発光素子１１０ａにおいては、発光パワー密度ＬＩが著しく低い部分がない。すなわち、発光パワー密度ＬＩが均一化されている。半導体発光素子１１０ａにおいては、平面視において、ｎ側電極５０がｐ側電極４０よりも外側に設けられ、ｎ側電極５０がｐ側電極４０に重ならないように配置されている。このため、電流の過度な集中が抑制され、これにより、発光パワー密度ＬＩが均一化される。
【００６４】
半導体発光素子１１９ａにおいては、中心部において高い発光パワー密度ＬＩが得られるが、遮光性のｎ側電極５０が第２主面Ｓ２の中央部分に設けられため、光取り出し効率が低い。半導体発光素子１１９ｂにおいては、ｎ側電極５０に対応する中央部に絶縁膜４９を設けることで、中央部での発光を抑制し中央部の周りでの発光が高いが、周辺部分での発光パワー密度ＬＩの低下が著しい。
【００６５】
これに対し、実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、ｎ側電極５０が第２主面Ｓ２の周辺部分に設けられるため、光取り出し効率が高い。
【００６６】
平均の効率は、半導体発光素子１１０ａでは５９．４％であり、半導体発光素子１１９ａでは５７．７％であり、半導体発光素子１１９ｂでは５８．１％であった。このように、実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、参考例よりも高い効率が得られる。実施形態においては、広い範囲で発光パワー密度ＬＩの偏りが小さく、これにより、高い効率が得られている。
【００６７】
そして、動作電圧は、順方向電流３５０ｍＡ（ミリアンペア）通電時に、半導体発光素子１１０ａでは４．２１ボルト（Ｖ）であり、半導体発光素子１１９ａでは５．３８Ｖであり、半導体発光素子１１９ｂでは５．７０Ｖであった。このように、実施形態に係る半導体発光素子１１０ａにおいては、参考例よりも動作電圧を低くできる。
【００６８】
以下、平面視におけるｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔と、特性と、の関係について説明する。  
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に例示した半導体発光素子１１０ａの構成において、平面視におけるｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔を変えたときの特性をシミュレーションした結果を示している。
【００６９】
ここで、間隔は、図３（ｂ）に例示した間隙ｓｘ及び間隙ｓｙに相当する。このシミュレーションでは、間隙ｓｙは間隙ｓｘと同じとした。間隙ｓｘが正であるときは、平面視において、ｎ側電極５０が、ｐ側電極４０よりも外側で、ｐ側電極４０と重ならない状態に対応する。間隙ｓｘが正の値であるときが実施形態に対応する。一方、間隙ｓｘが負の値であるときは、平面視において、ｎ側電極５０がｐ側電極４０と重なる状態に対応する。間隙ｓｘが負の値であるときは参考例に対応する。
【００７０】
図１１（ａ）の横軸は位置ｐｘｙであり、縦軸は発光パワー密度ＬＩである。図１１（ａ）に表したように、間隙ｓｘが小さくなると、素子の周辺部分での発光効率が低下する。間隙ｓｘが負で絶対値が大きくなると、素子の周辺部分での発光効率の低下が著しい。すなわち、平面視においてｎ側電極５０がｐ側電極４０と重なる参考例においては、素子の周辺部分で発光パワー密度ＬＩが低くなる。
【００７１】
図１１（ｂ）の横軸は間隙ｓｘであり、縦軸は光取り出し効率ＥＸＥである。図１１（ｂ）に表したように、間隙ｓｘが負の場合、光取り出し効率ＥＸＥは低い。間隙ｓｘが０よりも大きくなると、光取り出し効率ＥＸＥは、高い値で安定する。
【００７２】
このように、実施形態においては、平面視におけるｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔（間隙ｓｘ及び間隙ｓｙなど）は０よりも大きく設定される。
【００７３】
例えば、平面視において、ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔（間隙ｓｘ及び間隙ｓｙ）は、ｎ型半導体層１０の厚さ（ｎ型半導体層１０のＺ軸に沿った長さ）よりも大きいことが望ましい。これにより、光取り出し効率ＥＸＥが向上する。
【００７４】
例えば、平面視において、ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔は、ｎ型半導体層１０の厚さ、発光層３０の厚さ及びｐ型半導体層２０の厚さの合計よりも大きいことが望ましい。これにより、光取り出し効率ＥＸＥがさらに効果的に向上する。
【００７５】
例えば、平面視において、ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔は、１マイクロメートル（μｍ）以上であることが望ましい。ｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔は、さらに５μｍ以上であることがさらに望ましい。これにより、さらに高い光取り出し効率ＥＸＥが得られる。
【００７６】
実施形態において、平面視におけるｎ側電極５０とｐ側電極４０との間の間隔（間隙ｓｘ及び間隙ｓｙなど）は、１００μｍ以下に設定される。間隔が１００μｍよりも大きいと、例えば電流経路が過度に長くなり、発光効率が低下する。
【００７７】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第３及び第４参考例の半導体発光素子の構成を示す模式図である。  
図１２（ａ）に表したように、第３参考例の半導体発光素子１１９ｃにおいては、平面視において、ｎ側電極５０がｐ側電極４０の周縁に沿って設けられ、ｎ側電極５０はｐ側電極４０に重なる部分を有している。すなわち、間隙ｓｘが負である場合に相当する。半導体発光素子１１９ｃにおいては、光取り出し効率が低い。
【００７８】
図１２（ｂ）に表したように、半導体発光素子１１９ｄにおいては、ｐ型半導体層２０の第１主面Ｓ１の全面に透明電極６４が設けられている。そして、透明電極６４の周縁に沿って反射積層膜６５が設けられている。透明電極６４の中央部、及び、反射積層膜６５を覆うように、ｐ側電極４０ａが設けられている。この場合、電流は、ｎ側電極５０と透明電極６４との間に流れる。このため、平面視においてｎ側電極５０と透明電極６４が重なる分部において電流が集中する。このため、ｎ側電極５０と透明電極６４とが重なる部分において発光パワー密度ＬＩは高いが、それ以外の部分では低い。そして、この場合も、間隙ｓｘが負である場合に相当する。半導体発光素子１１９ｄにおいては、光取り出し効率が低い。
【００７９】
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、第１の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。  
図１３（ａ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１１においては、ｎ側電極５０の一部に、パッド部５０ｐが設けられている。パッド部５０ｐの上に、パッド（図示しない）が設けられる。パッド部５０ｐの幅は、ｎ側電極５０のうちの他の部分の幅よりも広い。
【００８０】
図１３（ｂ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１２においては、ｎ側電極５０の一部に間隙部５０ｇが設けられている。平面視において、間隙部５０ｇは、パッド部５０ｐが設けられる位置の対角の位置に配置される。この場合は、平面視において、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０の全てを取り囲んでいない。この場合も、平面視において、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０よりも外側でｐ側電極４０の周りに設けられている。
【００８１】
図１３（ｃ）に表したように、実施形態に係る半導体発光素子１１３においては、２つのパッド部５０ｐが設けられている。２つのパッド部５０ｐは、平面視において、積層体１０ｓの対角の位置に設けられる。そして、２つの間隙部５０ｇが設けられている。この場合も、平面視において、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０よりも外側でｐ側電極４０の周りに設けられている。
【００８２】
一方、半導体発光素子１１０及び１１０ａにおいては、平面視において、ｎ側電極５００は、ｐ側電極４０の外縁の全てを囲む。すなわち、平面視において、ｎ側電極５０は、ｐ側電極４０の外縁の全てを連続的に囲む。
【００８３】
既に説明したように、サファイア基板を分離しない参考例においては、電流が積層方向に対して垂直な方向に流れる横通電型である。この構成においては、直列抵抗が高いこと、及び、放熱性が低いことが、さらなる高効率化及び高出力化の妨げとなる。
【００８４】
これに対し、実施形態に係る半導体発光素子においては、薄膜型の上下通電型構造を採用する。このため、直列抵抗が低く、放熱性が高い。そして、発光分布が均一である。さらに、光取り出し効率が高い。すなわち、高い効率が得られる。
【００８５】
（第２の実施の形態）  
図１４は、第２の実施形態に係る発光装置の構成を例示する模式的断面図である。  
図１４に表したように、実施形態に係る発光装置２１０は、実施形態に係る半導体素子と、実装部品８０と、を備える。この例では、半導体発光素子１１０ａが用いられているが、発光装置２１０に用いられる半導体発光素子は、実施形態に係る任意の半導体発光素子（例えば半導体発光素子１１０、１１０ａ、１１１〜１１３など）を用いることができる。
【００８６】
実装部品８０は、実装基板８３と、第１基板電極８１と、第２基板電極８２と、を含む。実装基板８３は、実装面８３ａを有する。実装面８３ａは、半導体発光素子１１０ａの第１主面Ｓ１に対向する。すなわち、半導体発光素子１１０ａにおいては、第１主面Ｓ１の側の面が、実装面となる。
【００８７】
第１基板電極８１は、実装面８３ａに設けられる。第１基板電極８１は、ｐ側電極４０に電気的に接続される。第２基板電極８２は、実装面８３ａに設けられる。第２基板電極８２は、ｎ側電極５０に電気的に接続される。例えば、第２基板電極８２は、配線５０ｂにより、ｎ側電極５０に電気的に接続される。
【００８８】
発光装置２１０においては、高効率の発光装置が得られる。
【００８９】
これの例では、発光装置２１０は、波長変換層８５をさらに備える。波長変換層８５は、半導体発光素子１１０ａの少なくとも一部を覆う。波長変換層８５は、発光層３０から放出される第１光を吸収し、第１光の波長とは異なる波長の第２光を放出する。波長変換層８５には、例えば蛍光体層が用いられる。波長変換層８５は、複数の蛍光体層を含むことができる。発光装置２１０から放出される光は、任意である。発光装置２１０から放出される光は、例えば、白色光である。
【００９０】
実施形態によれば、高効率の半導体発光素子及び発光装置が提供される。
【００９１】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電型などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００９２】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。
【００９３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる電極、半導体層、基板及び接合層など、並びに、発光装置に含まれる実装基板、電極及び波長変換層などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００９４】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子及び発光装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子及び発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９５】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９６】
５…成長用基板、  ６…バッファ層、  １０…ｎ型半導体層、  １０ｓ…積層体、  ２０…ｐ型半導体層、  ３０…発光層、  ３１…障壁層、  ３２…井戸層、  ３３…ｎ側中間層、  ３４…ｐ側中間層、  ４０…ｐ側電極、  ４０ａ…ｐ側電極、  ４９…絶縁膜、  ５０…ｎ側電極、  ５０ｂ…配線、  ５０ｇ…間隙部、  ５０ｐ…パッド部、  ６１…第１接合層、  ６２…第２接合層、  ６３…基板、  ６４…透明電極、  ６５…反射積層膜、  ７０…保護層、  ８０…実装部品、  ８１…第１基板電極、  ８２…第２基板電極、  ８３…実装基板、  ８３ａ…実装面、  ８５…波長変換層、  １１０、１１０ａ、１１１〜１１３、１１９ａ〜１１９ｄ…半導体発光素子、  ２１０…発光装置、  ＥＸＥ…光取り出し効率、  ＬＩ…発光パワー密度、  Ｓ１…第１主面、  Ｓ２…第２主面、  ｐ０、ｐ１、ｐ２、ｐｘｙ…位置、  ｓｘ、ｓｙ…間隙
【図１】
2012175040.tif 000003
【図２】
2012175040.tif 000004
【図３】
2012175040.tif 000005
【図４】
2012175040.tif 000006
【図５】
2012175040.tif 000007
【図６】
2012175040.tif 000008
【図７】
2012175040.tif 000009
【図８】
2012175040.tif 000010
【図９】
2012175040.tif 000011
【図１１】
2012175040.tif 000012
【図１２】
2012175040.tif 000013
【図１３】
2012175040.tif 000014
【図１４】
2012175040.tif 000015
【図１０】
2012175040.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月20日(2011.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
窒化物半導体を含むｎ型半導体層と、
窒化物半導体を含むｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接するｐ側電極と、
前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接するｎ側電極と、
を備え、
前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられており、
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、０マイクロメートルよりも大きく、１０マイクロメートル以下であることを特徴する半導体発光素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、発光層と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体を含む。前記ｐ側半導体層は、窒化物半導体層を含む。前記発光層は、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられる。前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられている。前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、０マイクロメートルよりも大きく、１０マイクロメートル以下である。
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月6日(2012.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を含むｎ型半導体層と、
窒化物半導体を含むｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられた発光層と、
前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接するｐ側電極と、
前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接するｎ側電極と、
前記第１主面上において前記ｐ型半導体層に接し、前記ｐ側電極を覆い、平面視において前記ｐ側電極の外側であって前記ｎ側電極と重なる部分を有し、前記ｐ型半導体層との間の接触抵抗が、前記ｐ側電極と前記ｐ型半導体層との間の接触抵抗よりも高く金属の高抵抗層と、
を備え、
前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられており、
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、０マイクロメートルよりも大きく、１０マイクロメートル以下であることを特徴する半導体発光素子。
【請求項２】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、前記ｎ型半導体層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、前記ｎ型半導体層の厚さ、前記発光層の厚さ及び前記ｐ型半導体層の厚さの合計よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、５マイクロメートル以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記平面視において、前記ｎ側電極は、前記ｐ側電極の外縁の全てを囲むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記平面視において、前記ｎ側電極は、前記ｐ側電極の外縁の全てを連続的に囲むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ｎ側電極は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｒｈ，Ｉｎ、Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
前記第１主面に対向する実装面を有する実装基板と、
前記実装面に設けられ、前記ｐ側電極に電気的に接続された第１基板電極と、
前記実装面に設けられ、前記ｎ側電極に電気的に接続された第２基板電極と、
を含む実装部品と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
前記半導体発光素子の少なくとも一部を覆い、前記発光層から放出される第１光を吸収し前記第１光の波長とは異なる波長の第２光を放出する波長変換層をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の発光装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、ｎ型半導体層と、ｐ型半導体層と、発光層と、ｐ側電極と、ｎ側電極と、高抵抗層と、を備えた半導体発光素子が提供される。前記ｎ型半導体層は、窒化物半導体を含む。前記ｐ側半導体層は、窒化物半導体層を含む。前記発光層は、前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に設けられる。前記ｐ側電極は、前記ｐ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第１主面において、前記ｐ型半導体層の一部に接する。前記ｎ側電極は、前記ｎ型半導体層の前記発光層とは反対の側の第２主面において、前記ｎ型半導体層の一部に接する。前記高抵抗層は、前記第１主面上において前記ｐ型半導体層に接し、前記ｐ側電極を覆い、平面視において前記ｐ側電極の外側であって前記ｎ側電極と重なる部分を有し、前記ｐ型半導体層との間の接触抵抗が、前記ｐ側電極と前記ｐ型半導体層との間の接触抵抗よりも高く金属である。前記ｎ側電極は、平面視において、前記ｐ側電極よりも外側で前記ｐ側電極の周りに設けられている。前記平面視において、前記ｎ側電極と前記ｐ側電極との間の間隔は、０マイクロメートルよりも大きく、１０マイクロメートル以下である。