(57)【要約】【課題】透明電極層内における多重反射を抑えることにより、反射損失および膜内光吸収を低減し、高輝度化を図ることができる発光素子、これを含む発光素子ユニットおよび発光素子パッケージを提供すること。【解決手段】発光素子１は、基板２と、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５と、透明電極層６と、反射電極層７とを含んでおり、透明電極層６の厚さＴが下記式（１）で表される。【数１】2012146926.tif 000008（式（１）中、λは発光層４の発光波長を示し、ｎは透明電極層６の屈折率を示す。）【選択図】図１
2012146926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面および裏面を有し、前記表面を下方に向けたフェイスダウン姿勢で用いられ、前記裏面から光が取り出される発光素子であって、
前記裏面を形成し、発光層の発光波長λに対して透明な基板と、
前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型導体層上に形成された前記発光層と、
前記発光層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、前記発光層の発光波長λに対して透明な透明電極層と、
前記透明電極層上に形成され、前記透明電極層を透過した光を前記裏面側へ反射させる反射電極層とを含み、
前記透明電極層の厚さＴが、下記式（１）で表される、発光素子。
【数１】
2012146926.tif 000007
（式（１）中、λは前記発光層の発光波長を示し、ｎは前記透明電極層の屈折率を示す。）
【請求項２】
前記透明電極層は、
前記ｐ型窒化物半導体層に接触した状態で前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、第１の厚さｔ１を有する第１電極層と、
当該第１電極層上に形成され、前記第１の厚さｔ１とは異なる第２の厚さｔ２を有する第２電極層とを含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１電極層の光吸収率が、前記第２電極層の光吸収率と異なる、請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記透明電極層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項５】
前記発光波長λは、４５０ｎｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記反射電極層が、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなり、前記透明電極層に接触した状態で前記透明電極層上に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記反射電極層は、前記透明電極層と同一パターンで前記透明電極層上に形成され、前記反射電極層において前記透明電極層に対向する対向面の全域が前記透明電極層に接触している、請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記透明電極層と前記反射電極層との間に絶縁層が存在しない、請求項６または７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記白金族金属は、白金である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記白金族金属は、パラジウムである、請求項６〜８のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記基板における前記ｎ型窒化物半導体層との接合面には、複数の凸部が形成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１３】
複数の前記凸部は、離散配置されている、請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
複数の前記凸部は、行列状に配置されている、請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
複数の前記凸部は、千鳥状に配置されている、請求項１４に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光層は、Ｉｎを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１７】
銀、半田またはＡｕＳｎからなり、前記反射電極層上に形成された接合層をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の発光素子。
【請求項１８】
表面および裏面を有する配線素子と、
前記接合層を下方に向けたフェイスダウン姿勢で前記配線素子に接合された請求項１７に記載の発光素子とを含む、発光素子ユニット。
【請求項１９】
前記発光素子は、前記配線素子と前記ｎ型窒化物半導体層とをつなぐｎ型電極層を含む、請求項１８に記載の発光素子ユニット。
【請求項２０】
前記発光素子は、前記ｎ型電極層と前記反射電極層とを分離絶縁する分離絶縁層を含む、請求項１９に記載の発光素子ユニット。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の発光素子ユニットと、前記発光素子ユニットを覆う樹脂パッケージとを含む、発光素子パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、これを含む発光素子ユニット、発光素子ユニットを樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの先行技術に係る半導体発光素子は、たとえば、特許文献１に開示されている。
特許文献１の図４に開示された半導体発光素子（９０）は、フリップチップ（フェイスダウン）の形態で使用される素子であって、光が取り出されるサファイア基板（１１）と、サファイア基板（１１）上に順に形成された、ｎ−ＧａＮ層（１２）、発光層（１３）、ｐ−ＧａＮ層（１４）、透明電極（９１）、絶縁層（９４）、バリア層（２０）およびＡｕＳｎ層（１）とを備えている。透明電極（９１）とバリア層（２０）とは、絶縁層（９４）の側方に配置されたｐ電極（１７）によって直接接続されている。絶縁層（９４）中には、金属反射層（９３）が埋設されていて、金属反射層（９３）は、透明電極（９１）との間で、絶縁層（９４）（透明電極側の絶縁層）を挟んでいる。
【０００３】
発光層（１３）が発光すると、大部分の光は、サファイア基板（１１）から取り出されるが、一部の光は、サファイア基板（１１）でなく、透明電極（９１）へ向かう。透明電極（９１）へ向かった光は、透明電極（９１）を透過した後に、金属反射層（９３）と絶縁層（９４）との界面で反射し、透明電極（９１）を経て、サファイア基板（１１）から取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６３１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の半導体発光素子（９０）のように、光の一部を金属反射層（９３）に反射させて取り出すフリップチップ構造の発光素子では、以下の３つの原因により、発光層（１３）で発生した光の取り出し効率が低下し、十分な輝度を得ることが困難であるという不具合がある。
第１に、金属反射層（９３）での光の反射率が１００％ではないことが挙げられる。そのため、金属反射層（９３）に衝突した光の一部は、金属反射層（９３）に吸収される。
【０００６】
第２に、透明電極（９１）と、絶縁層（９４）およびｐ−ＧａＮ層（１４）とのそれぞれの間に界面が存在することが挙げられる。そのため、金属反射層（９３）で反射した光の一部は、透明電極（９１）を通過して取り出されずに各界面で反射し、２つの界面間を繰り返し反射（多重反射）する。
第３に、透明電極（９１）自体が、光吸収することが挙げられる。そのため、金属反射層（９３）で反射した光の一部は、透明電極（９１）を通過するまでの間に透明電極（９１）に吸収される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、透明電極層内における多重反射を抑えることにより、反射損失および膜内光吸収を低減し、高輝度化を図ることができる発光素子、これを含む発光素子ユニット、発光素子ユニットを樹脂パッケージで覆った発光素子パッケージを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発光素子は、表面および裏面を有し、前記表面を下方に向けたフェイスダウン姿勢で用いられ、前記裏面から光が取り出される発光素子であって、前記裏面を形成し、発光層の発光波長λに対して透明な基板と、前記基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型導体層上に形成された前記発光層と、前記発光層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、前記発光層の発光波長λに対して透明な透明電極層と、前記透明電極層上に形成され、前記透明電極層を透過した光を前記裏面側へ反射させる反射電極層とを含み、前記透明電極層の厚さＴが、下記式（１）で表される（請求項１）。
【０００９】
【数１】
2012146926.tif 000003
【００１０】
（式（１）中、λは前記発光層の発光波長を示し、ｎは前記透明電極層の屈折率を示す。）
なお、「発光波長λ」とは、発光層からの発光スペクトルのピーク波長のことを意味する。また、「発光波長λに対して透明」とは、たとえば、発光波長λの透過率が６０％以上の場合をいう。
【００１１】
一般的に、透明電極層の厚さがλ／４ｎ（λ：発光波長、ｎ：透明電極層の屈折率）の整数倍であれば、ｐ型窒化物半導体層との界面での反射率を低くできると考えられている。そのため、従来、透明電極層の厚さは、λ／４ｎの整数倍となるように光学的に設計されていた。この設計は、反射電極層で反射する光が透明電極層に対して垂直に入射する垂直成分だけであるという前提に基づくものである。
【００１２】
しかしながら、実際には、反射電極層で反射する光は、垂直成分だけでなく、透明電極層に対して斜めに入射することもある。そのため、透明電極層の厚さをλ／４ｎの整数倍となるように設計しても、光の斜め成分が透明電極層とｐ型窒化物半導体層との界面で反射し、その反射した光が透明電極層で多重反射する。すなわち、透明電極層の厚さをλ／４ｎの整数倍に設計するだけで光の取り出し効率を向上させるには限界がある。
【００１３】
そこで、この構成によれば、透明電極層の厚さＴが、下記式（１）で表される大きさであるため、透明電極層の厚さをλ／４ｎの整数倍に設計する場合に比べて、透明電極層とｐ型窒化物半導体層との界面での光の反射を減らすことができる。その結果、透明電極層内における光の多重反射を減らすことができるので、光の取り出し効率を向上させることができる。よって、発光素子を高輝度化することができる。
【００１４】
【数２】
2012146926.tif 000004
【００１５】
（式（１）中、λは前記発光層の発光波長を示し、ｎは前記透明電極層の屈折率を示す。）
前記透明電極層は、前記ｐ型窒化物半導体層に接触した状態で前記ｐ型窒化物半導体層上に形成され、第１の厚さｔ１を有する第１電極層と、当該第１電極層上に形成され、前記第１の厚さｔ１よりも大きい第２の厚さｔ２を有する第２電極層とを含むことが好ましい（請求項２）。
【００１６】
たとえば、透明電極層は、所定のエネルギを与えられた電極材料をｐ型窒化物半導体層に堆積させることにより形成される。そのため、エネルギが大きすぎると、ｐ型窒化物半導体層が大きなダメージを受けるので好ましくない。
そこで、ｐ型窒化物半導体層に接する第１電極層を小さなエネルギで堆積させれば、ｐ型窒化物半導体層へのダメージを低減できる。ただし、低エネルギで堆積された第１電極層のみで透明電極層を形成すると、膜内の密度が低く、好ましい膜質とはいえない。そこで、第１電極層の厚さｔ１で薄く形成した後は、高エネルギで厚さｔ２の第２電極層を堆積させて、透明電極層全体の厚さＴを調整することにより、透明電極層全体の膜質を改善することができる。
【００１７】
また、前記第１電極層の光吸収率は、前記第２電極層の光吸収率と異なっていてもよい（請求項３）。
前記透明電極層は、ＩＴＯまたはＺｎＯからなることが好ましい（請求項４）。前記発光波長λは、４５０ｎｍであることが好ましい（請求項５）。
前記反射電極層は、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなり、前記透明電極層に接触した状態で前記透明電極層上に形成されていることが好ましい（請求項６）。
【００１８】
銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる反射電極層と透明電極層との界面では、透明電極層と反射電極層との間に絶縁層を挟んだ場合における絶縁層と反射電極層との界面と同等程度に、光を良好に反射できる。
また、反射電極層が透明電極層に接触した状態で透明電極層上に積層されているから、発光層が発光することによって発生した熱を、透明電極層から反射電極層に直接伝えて、反射電極層から発光素子の外部へ効率的に放熱することができる。
【００１９】
よって、放熱効率および光の取り出し効率の向上を図ることができる。
前記反射電極層は、前記透明電極層と同一パターンで前記透明電極層上に形成され、前記反射電極層において前記透明電極層に対向する対向面の全域が前記透明電極層に接触していることが好ましい（請求項７）。
この構成によれば、反射電極層と、透明電極層と、これらの接触部分とは、積層方向（基板の厚さ方向）から見て、完全に重なっている。つまり、反射電極層および透明電極層において、互いに重なっていない部分が存在しない。そのため、反射電極層および透明電極層には、互いに重なっていない部分に起因する凹凸が存在しない。
【００２０】
これにより、発光層から透明電極層を透過した光を、透明電極層と反射電極層との界面に確実に入射させて、この界面で効率的に反射させることができる。また、積層方向から見て、反射電極層と透明電極層とが同じ大きさなので、透明電極層と反射電極層との界面（反射面）を最大限の大きさにして、透明電極層を透過した光を当該界面で効率的に反射させることができる。これらの結果、光の取り出し効率の一層の向上を図ることができる。
【００２１】
また、前述した凹凸が存在しないので、発光素子における外部の配線素子との接合面を平坦にして、発光素子と配線素子との接合面積を大きく確保できるので、発光素子から配線素子への放熱効率の一層の向上を図ることができる。
前記発光素子では、前記透明電極層と前記反射電極層との間に絶縁層が存在しないことが好ましい（請求項８）。
【００２２】
この構成によれば、絶縁層が存在しなくても、前記合金からなる反射電極層によって、反射電極層と透明電極層との界面で光を良好に反射させることができる。そして、絶縁層が存在しないことから、絶縁層に起因する放熱効率および光の取り出し効率の低下を防ぐことができる。
前記白金族金属は、白金またはパラジウムであることが好ましい（請求項９および１０）。前記基板は、サファイア、ＧａＮまたはＳｉＣからなることが好ましい（請求項１１）。
【００２３】
前記基板における前記ｎ型窒化物半導体層との接合面には、複数の凸部が形成されていることが好ましい（請求項１２）。
この構成によれば、ｎ型窒化物半導体層から基板へ向かう光が前記接合面でｎ型窒化物半導体層側へ反射することを抑制できるので、その分、光の取り出し効率の向上を図ることができる。
【００２４】
複数の前記凸部は、離散配置されていることが好ましい（請求項１３）。この場合、複数の前記凸部は、行列状に配置されていてもよく（請求項１４）、千鳥状に配置されていてもよい（請求項１５）。
前記発光層は、Ｉｎを含むことが好ましい（請求項１６）。
また、前記発光素子は、銀、半田またはＡｕＳｎからなり、前記反射電極層上に形成された接合層を含んでいることが好ましい（請求項１７）。これにより、発光素子と、前記接合層に接合された配線素子とを含む発光素子ユニットを構成し、配線素子から発光素子に電圧を印加できる（請求項１８）。
【００２５】
前記発光素子は、前記配線素子と前記ｎ型窒化物半導体層とをつなぐｎ型電極層を含んでいることが好ましい（請求項１９）。この構成によれば、ｎ型電極層と反射電極層との間に電圧が印加されることで、発光層から光が発生する。
発光素子は、前記ｎ型電極層と前記反射電極層とを分離絶縁する分離絶縁層を含んでいることが好ましい（請求項２０）。
【００２６】
そして、発光素子ユニットと、前記発光素子ユニットを覆う樹脂パッケージとを含む発光素子パッケージを構成することができる（請求項２１）。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図２】図２は、発光素子の模式的な平面図である。
【図３】図３は、発光素子の模式的な斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、基板の構造例を示す模式的な斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、基板の構造例を示す模式的な斜視図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図１に示す発光素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、図５Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、図５Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、図５Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、図５Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、図５Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図６】図６は、配線素子の模式的な断面図である。
【図７】図７は、配線素子の模式的な平面図である。
【図８】図８は、発光素子パッケージの模式的な断面図である。
【図９】図９は、配線素子の模式的な平面図であって、配線素子と発光素子との接合状態を示している。
【図１０】図１０は、発光素子パッケージの模式的な斜視図である。
【図１１】図１１は、発光素子の輝度変化率とＩＴＯ膜厚との関係を示すグラフである。
【図１２】図１２は、図１に示す発光素子の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子の模式的な断面図である。図２は、発光素子の模式的な平面図である。図３は、発光素子の模式的な斜視図である。
この発光素子１は、基板２と、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５と、透明電極層６と、反射電極層７と、ｎ型電極層８と、分離絶縁層９と、接合層１０とを備えている。
【００２９】
基板２上に、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６、反射電極層７、ｎ型電極層８、分離絶縁層９および接合層１０が形成されている。
基板２は、発光層４の発光波長λ（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえばサファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなる。基板２の厚さは、たとえば、４００μｍである。基板２では、図１における下面が裏面２Ａであり、図１における上面が表面２Ｂである。裏面２Ａは、光が取り出される光取出し面であって、発光素子１の裏面を形成している。表面２Ｂは、基板２におけるｎ型窒化物半導体層３との接合面である。
【００３０】
ｎ型窒化物半導体層３は、基板２上に積層されている。ｎ型窒化物半導体層３は、基板２の表面２Ｂの全域を覆っている。ｎ型窒化物半導体層３は、ｎ型のＧａＮからなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。ｎ型窒化物半導体層３について、図１において基板２の表面２Ｂを覆う下面を裏面３Ａといい、裏面３Ａとは反対側の上面を表面３Ｂということにする。表面３Ｂでは、図１における左側の領域が部分的に突出しており、これにより、表面３Ｂには、段差が形成されている。
【００３１】
発光層４は、ｎ型窒化物半導体層３上に積層されている。発光層４の積層構造は、ドライエッチング法によって形成される。発光層４は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて、図１における左寄りの突出した領域を部分的に覆っている。発光層４は、Ｉｎを含む窒化物半導体（たとえばＩｎＧａＮ）からなる。発光層４について、図１においてｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂの左寄りの領域を覆う下面を裏面４Ａといい、裏面４Ａとは反対側の上面を表面４Ｂということにする。
【００３２】
ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４の表面４Ｂの全域を覆っている。ｐ型窒化物半導体層５の積層構造は、発光層４の積層構造と併せて、ドライエッチング法によって形成される。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型のＧａＮからなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。ｎ型窒化物半導体層３、発光層４およびｐ型窒化物半導体層５の全体の厚さは、最大で、たとえば６．５μｍである。ｐ型窒化物半導体層５について、図１において発光層４の表面４Ｂを覆う下面を裏面５Ａといい、裏面５Ａとは反対側の上面を表面５Ｂということにする。
【００３３】
透明電極層６は、ｐ型窒化物半導体層５上に積層されている。透明電極層６は、ｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂのほぼ全域を覆っている。透明電極層６の積層構造は、たとえばリフトオフ法によって形成される。透明電極層６は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。この実施形態では、透明電極層６は、ＩＴＯからなる。透明電極層６の厚さＴは、下記式（１）で表される。
【００３４】
【数３】
2012146926.tif 000005
【００３５】
（式（１）中、λは発光層４の発光波長を示し、ｎは透明電極層６の屈折率を示す。）
たとえば、ＩＴＯの屈折率ｎが２．０であるので、発光層４の発光波長λが４５０ｎｍである場合、透明電極層６の厚さＴは、１８５０Å〜１９５０Å程度である。
透明電極層６において、図１においてｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂを覆う下面を裏面６Ａといい、裏面６Ａとは反対側の上面を表面６Ｂということにする。
【００３６】
反射電極層７は、透明電極層６と同一パターンで透明電極層６上に積層されている。反射電極層７は、図１における透明電極層６の表面６Ｂの全域を、表面６Ｂからはみ出ることなく覆っている。反射電極層７において、図１での透明電極層６の表面６Ｂを覆う下面を裏面７Ａといい、裏面７Ａとは反対側の上面を表面７Ｂということにする。反射電極層７では、裏面７Ａが透明電極層６の表面６Ｂに対向する対向面であり、裏面７Ａの全域が透明電極層６の表面６Ｂに接触（面接触）している。そのため、透明電極層６と反射電極層７との間には、他のもの（たとえば絶縁層）は存在しない。
【００３７】
反射電極層７は、この実施形態では、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる。当該白金族金属として、白金やパラジウムを用いる事ができる。各金属の配合比率は、銀が９８％程度であり、白金族金属および銅のそれぞれが１％程度である。反射電極層７の厚さは、たとえば５０ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは、３５０ｎｍである。
ｎ型電極層８は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて図１における右側領域に形成されている。ｎ型電極層８は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて、前述した段差を形成するために裏面３Ａ側へ一段低くなった部分に形成されている。ｎ型電極層８は、ＡｌやＣｒからなる。この実施形態では、Ａｌをｎ型窒化物半導体層３に接するように形成し、そのＡｌ上にＣｒを形成することでｎ型電極層８を構成している。ｎ型電極層８の厚さは、たとえば約２６０００Åである。ｎ型電極層８において、図１でのｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂと接する面を裏面８Ａといい、裏面８Ａとは反対側の面を表面８Ｂということにする。
【００３８】
ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの側面は、たとえばＳｉＯ２からなる分離絶縁層９によって覆われている。これにより、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７と、ｎ型電極層８とが分離絶縁されている。分離絶縁層９では、ＳｉＯ２の代わりに、ＳｉＮやＡｌＮやＡｌ２Ｏ３やＳｉＯＮなども代用できる。分離絶縁層９の厚みは５００Å〜５００００Åであり、たとえば１０００Åである。なお、図２および図３では、分離絶縁層９の図示が省略されている。
【００３９】
接合層１０は、反射電極層７上およびｎ型電極層８上に積層されている。接合層１０は、たとえば、Ａｇ、ＴｉもしくはＰｔまたはこれらの合金からなる。接合層１０は、半田またはＡｕＳｎからなってもよい。さらに、接合層１０からの反射電極層７やｎ型電極層８への拡散を抑えるために、接合層１０にＰｔなどを挿入してもよい。この実施形態では、接合層１０は、Ｔｉ、Ｐｔ、ＡｕＳｎを反射電極層７およびｎ型電極層８の側からこの順番で積層することによって構成されている。接合層１０において、図１で反射電極層７やｎ型電極層８と接する下面を裏面１０Ａといい、裏面１０Ａとは反対側の上面を表面１０Ｂということにする。この表面１０Ｂは、発光素子１の表面を形成している。
【００４０】
また、反射電極層７に接する接合層１０の表面１０Ｂを、ｐ型電極部１２といい、ｎ型電極層８に接する接合層１０の表面１０Ｂを、ｎ型電極部１３という。ｐ型電極部１２とｎ型電極部１３とはいずれも平坦面であり、同じ高さ位置において面一になっている（図３も参照）。前述したように分離絶縁層９によって反射電極層７とｎ型電極層８とが分離絶縁されているので、反射電極層７上の接合層１０のｐ型電極部１２と、ｎ型電極層８上の接合層１０のｐ型電極部１２とは、分離絶縁層９によって分離絶縁されている。
【００４１】
平面視において、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６、反射電極層７、および、ｐ型電極部１２における接合層１０のそれぞれは、たとえば、略Ｅ字形状であり、ｎ型電極層８、および、ｎ型電極部１３における接合層１０のそれぞれは、略Ｉ字形状である（図２参照）。また、ｎ型電極層８は、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６、反射電極層７および接合層１０（ｐ型電極部１２）のそれぞれのＥ字形状における２つの隙間に入り込む延設部８Ｃを有している（図２および図３参照）。
【００４２】
この発光素子１では、ｐ型電極部１２とｎ型電極部１３との間に順方向電圧を印加すると、発光層４から、発光波長λ４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの光が発生する。この光は、ｎ型窒化物半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の裏面２Ａから取り出される。発光層４からｐ型窒化物半導体層５側に向かった光は、ｐ型窒化物半導体層５および透明電極層６をこの順で透過して、透明電極層６と反射電極層７との界面で反射される。反射した光は、透明電極層６、ｐ型窒化物半導体層５、発光層４、ｎ型窒化物半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の裏面２Ａから取り出される。
【００４３】
基板２の表面２Ｂには、ｎ型窒化物半導体層３側へ突出する凸部１１が複数形成されている。
図４Ａおよび図４Ｂは、基板の構造例を示す模式的な斜視図である。
複数の凸部１１は、離散配置されている。具体的には、複数の凸部１１は、互いに間隔を空けて行列状に配置されていてもよいし（図４Ａ参照）、千鳥状に配置されていてもよい（図４Ｂ参照）。各凸部１１は、ＳｉＮで形成されている。
【００４４】
凸部１１が形成されるとともに、各凸部１１がＳｉＮで形成されていることによって、様々な角度から入射される光が基板２の表面２Ｂで全反射することを抑制する効果が得られる。これにより、ｎ型窒化物半導体層３から基板２へ向かう光が、ｎ型窒化物半導体層３と基板２との界面においてｎ型窒化物半導体層３側へ反射することが抑制される。すなわち、光の取り出し効率が向上する。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｈは、図１に示す発光素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
まず、図５Ａに示すように、基板２を作製する。
次いで、基板２の表面２Ｂに、ＳｉＮからなる層（ＳｉＮ層）を形成し、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、このＳｉＮ層を、図５Ｂに示すように、複数の凸部１１に分離する。
【００４６】
次いで、基板２の表面２Ｂ上に、ｎ型のＧａＮからなる層（ｎ−ＧａＮ層）を形成する。ｎ−ＧａＮ層は、ｎ型窒化物半導体層３となって基板２上に積層され、全ての凸部１１を覆う。
次いで、図５Ｃに示すように、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂ上に、Ｉｎを含む窒化物半導体層（たとえばＩｎｘＧａ１−ＸＮ層）を形成する。この層が、ｎ型窒化物半導体層３上に積層される発光層４になる。発光層４の発光波長λは、ＩｎおよびＧａの組成を調整することで、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍに制御される。
【００４７】
次いで、発光層４の表面４Ｂ上に、ｐ型窒化物半導体層５として、ｐ型のＧａＮからなる層（ｐ−ＧａＮ層）を形成する。ｐ型窒化物半導体層５を、Ａｌを混入させたｐ−ＡｌＧａＮ層や、ｐ−ＧａＮ層とｐ―ＡｌＧａＮ層との積層構造にしても構わない。
次いで、ｐ型窒化物半導体層５上に、透明電極層６を形成すべき領域に開口を有するレジストパターン（図示せず）が形成される。続いて、当該レジストパターンを介して、たとえば、スパッタ法により、ＩＴＯ材料がｐ型窒化物半導体層５上に堆積される。そして、ＩＴＯ材料の不要部分をレジストパターンとともにリフトオフする。これにより、図５Ｄに示すように、たとえば、ＩＴＯからなる層（ＩＴＯ層）をｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂ上に選択的に形成する。このＩＴＯ層が透明電極層６になる。透明電極層６を形成する際、ｐ型窒化物半導体層５と透明電極層６との電気的接合性および密着性を良好にするために熱処理を加えても良く、その場合、たとえば５００〜７００℃の温度で熱処理する。
【００４８】
次いで、透明電極層６の表面６Ｂおよびｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂの上に、全面に亘って、銀と白金族金属と銅とを含む合金の層（合金層）を形成し、この合金層に対して、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングを施すことで、図５Ｄに示すように、透明電極層６上に、透明電極層６と同一パターンで反射電極層７を形成する。
次いで、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、図５Ｅに示すように、ｐ型窒化物半導体層５、発光層４およびｎ型窒化物半導体層３のそれぞれを選択的に除去する。
【００４９】
次いで、図５Ｆに示すように、レジストパターン（図示せず）によるリフトオフ法によってｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂ上にｎ型電極層８を形成する。ｎ型電極層８としては、Ａｌや、ＴｉとＡｌとの積層構造等を用いることができる。ｎ型電極層８を形成する際、ｎ型電極層８とｎ型窒化物半導体層３との密着性や電気的接合性を向上させるために熱処理を施してもよい。
【００５０】
次いで、図５Ｇに示すように、ＳｉＯ２からなる分離絶縁層９を形成する。分離絶縁層９は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいてｐ型電極部１２（図１参照）に近い領域の一部と、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの側面と、反射電極層７の表面７Ｂの一部とを覆うように形成される。分離絶縁層９の形成方法は、レジストパターン（図示せず）によるリフトオフ法でも、エッチオフ法でもよい。分離絶縁層９としては、ＳｉＯ２以外に、ＳｉＮやＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯＮなどを用いることができる。
【００５１】
次いで、レジストパターン（図示せず）によるリフトオフ法により、接合層１０を、反射電極層７の表面７Ｂ上と、ｎ型電極層８の表面８Ｂ上とに形成する。本実施形態では、接合層１０として、ＡｕＳｎからなる層（ＡｕＳｎ層）を用いている。さらに、このＡｕＳｎ層の拡散から反射電極層７およびｎ型電極層８を保護するために、接合層１０にＰｔを挿入している。また、接合層１０では、反射電極層７およびｎ型電極層８との密着性を良くするために、Ｔｉを用いている。そのため、本実施形態の接合層１０では、Ｔｉ、ＰｔおよびＡｕＳｎが、反射電極層７およびｎ型電極層８側からこの順番で積層されている。
【００５２】
ここまでの工程により、図１の構造が形成される。
ここまででは、半導体ウエハ工程を図解説明したが、この工程以後に、研削・研磨工程によってウエハの厚みをたとえば３００μｍに調整し、素子分離工程（スクライブ・ブレーキング）によってウエハ状態からチップ状態へと加工すると、最終的に図１の発光素子１が個別に得られる。
【００５３】
図６は、配線素子の模式的な断面図である。発光素子１は、接合層１０によって配線素子２０に接合される。
図６を参照して、配線素子２０は、ベース基板２１と、絶縁層２２と、電極層２３と、接合層２４とを備えている。
ベース基板２１はたとえばＳｉからなり、その厚さは、たとえば１３０μｍである。絶縁層２２は、たとえばＳｉＯ２からなり、ベース基板２１の表面（図６における上面）の全域を覆っている。絶縁層２２の厚さは、たとえば１０００Åである。ベース基板２１の裏面（図６における下面）は、配線素子２０の裏面を形成している。
【００５４】
電極層２３は、たとえばＡｌからなり、厚さはたとえば２５０００Åである。電極層２３は、ここでは、絶縁層２２上の２箇所に設けられ、図６では、左右に隔てた状態で絶縁層２２上に２つ形成されている。
接合層２４は各電極層２３上に積層されている。接合層２４は、ベース基板２１側のＴｉ層２５と、Ｔｉ層２５上に積層されたＡｕ層２６とを含む２層構造である。Ｔｉ層２５は、Ｔｉからなり、その厚さは、たとえば１０００Åである。Ａｕ層２６は、Ａｕからなり、その厚さは、たとえば１００００Åである。接合層２４において電極層２３に接触している面とは反対側の面（図６における上面）が、表面２４Ａとされる。表面２４Ａは、平坦面であって、配線素子２０の表面を形成している。
【００５５】
図７は、配線素子の模式的な平面図である。
図７に示すように、平面視において、接合層２４全体は、ｐ型電極部１２と同形状の略Ｅ字形状と、ｎ型電極部１３と同形状の略Ｉ字形状とを合わせた形状を有している（図２も参照）。
図８は、発光素子パッケージの模式的な断面図である。図９は、配線素子の模式的な平面図であって、配線素子と発光素子との接合状態を示している。図１０は、発光素子パッケージの模式的な斜視図である。発光素子パッケージ５０は、発光素子ユニット３０と支持基板３１と樹脂パッケージ４０とを含んでいる。
【００５６】
配線素子２０を、図６に示すように、接合層２４の表面２４Ａが上を向くようなフェイスアップ姿勢にする。また、図１に示す発光素子１を、接合層１０の表面１０Ｂ（ｐ型電極部１２およびｎ型電極部１３）が下を向くようなフェイスダウン姿勢（図１とは上下が逆の姿勢）にし、図６の姿勢にある配線素子２０に対して上から対向させる。
発光素子１を配線素子２０に接近させると、図８に示すように、接合層１０の表面１０Ｂと接合層２４の表面２４Ａが面接触する。具体的には、接合層１０において、ｐ型電極部１２が、図８における左側の接合層２４の表面２４Ａに対して面接触し、ｎ型電極部１３が、図８における右側の接合層２４の表面２４Ａに対して面接触する。そして、この状態で熱処理工程を施し、接合層１０と接合層２４とを融解・固着させて接合する。その結果、発光素子１と配線素子２０とが一体化されて発光素子ユニット３０となる。
【００５７】
完成した発光素子ユニット３０では、図９においてハッチングを付して示すように、接合層１０の表面１０Ｂと接合層２４の表面２４Ａとが重なって接合されている。接合層１０の表面１０Ｂと接合層２４の表面２４Ａとは平坦かつ面一であるため、接合層１０の表面１０Ｂと接合層２４の表面２４Ａとにおいて接合されていない部分が生じることはない。よって、接合層１０の表面１０Ｂと接合層２４の表面２４Ａとは全面接合されている。この接合により、接合層１０と接合層２４とは、電気的にも接合される。
【００５８】
図８を参照して、発光素子ユニット３０は、支持基板３１に接合されている。支持基板３１は、発光素子ユニット３０を支持する絶縁基板３２と、絶縁基板３２の両端から露出するように設けられて、発光素子１と外部とを電気的に接続する金属製の一対のリード３３とを有している。
図８の姿勢を基準として、発光素子ユニット３０では、発光素子１の基板２が一番上に位置して配線素子２０のベース基板２１が一番下に位置した状態で、ベース基板２１が絶縁基板３２に上から接合されている。そして、ｐ型電極部１２に接続された接合層２４が積層された電極層２３（図８における左側の電極層２３）と、この電極層２３側のリード３３とが、ボンディングワイヤ３４によって接続されている。また、ｎ型電極部１３に接続された接合層２４が積層された電極層２３（図８における右側の電極層２３）と、この電極層２３側のリード３３とが、ボンディングワイヤ３４によって接続されている。
【００５９】
樹脂パッケージ４０は、樹脂が充填されたケースであり、その内側に発光素子ユニット３０を収容して（覆って）保護した状態で、支持基板３１に固定されている。樹脂パッケージ４０は、側方（発光素子ユニット３０に向かい合う部分）に反射部４０Ａを有し、発光素子ユニット３０の発光素子１から出射された光を反射させて外部へ取り出す。
樹脂パッケージ４０を構成する樹脂には、蛍光体や反射剤が含有されているものがある。例えば発光素子１が青色光を発光する場合、当該樹脂に黄色蛍光体を含有させることで発光素子パッケージ５０は白色光を発光することができる。発光素子パッケージ５０は、多数が集まることによって、電球などの照明機材に用いることもでき、また液晶テレビのバックライトや自動車等のヘッドランプに用いることもできる。
【００６０】
なお、発光素子パッケージの構成は、発光素子パッケージ５０の構成に限らず、たとえば、発光素子ユニット３０のｐ型電極部１２およびｎ型電極部１３にそれぞれ電気的に接続される一対のリードフレームに、発光素子ユニット３０がフリップ状に接合されてなる構成であってもよい。
以上のように、この発光素子１では、発光層４が発光すると、ほとんどの光は、ｎ型窒化物半導体層３を透過して基板２から取り出されるが、一部の光は、ｐ型窒化物半導体層５および透明電極層６を順に透過してから透明電極層６と反射電極層７との界面で反射され、その後、基板２から取り出される。
【００６１】
そして、発光素子１によれば、透明電極層６の厚さＴが、下記式（１）で表される大きさであるため、透明電極層６の厚さＴをλ／４ｎの整数倍に設計する場合に比べて、透明電極層６とｐ型窒化物半導体層５との界面、および透明電極層６と反射電極層７との界面での光の反射を減らすことができる。その結果、透明電極層６内における光の多重反射を減らすことができるので、光の取り出し効率を向上させることができる。よって、発光素子１を高輝度化することができる。具体的には、図１１によって説明される。
【００６２】
【数４】
2012146926.tif 000006
【００６３】
（式（１）中、λは発光層４の発光波長を示し、ｎは透明電極層６の屈折率を示す。）
図１１は、発光素子の輝度変化率とＩＴＯ膜厚との関係を示すグラフである。
図１に示す発光素子１と同様の構成を有する発光素子（透明電極層６にはＩＴＯ膜を使用し、窒化物半導体層にＧａＮ層を使用）を作製し、発光層を発光波長λ＝４５０ｎｍで発光させたときの輝度が、ＩＴＯ膜の厚さ（ＩＴＯ膜厚）によってどのように変化するかを調べた。
【００６４】
結果は、例として、ＩＴＯ膜厚＝２０５０Åのときの輝度を基準（１．０００，標準条件）にとり、当該標準条件に対する実験値の輝度の変化率を測定することにより評価した。たとえば、輝度変化率１．１００の実験値は、標準条件よりも１０％輝度が上昇したことを示している。
図１１に示すように、ＩＴＯ膜厚Ｔが上記式（１）を満たす実験値の輝度は、標準条件よりも２％〜１３％上昇していることがわかる。そして、このような輝度の上昇効果を達成する実験値は、図１１の破線曲線で示される近似曲線で表すことができる。
【００６５】
この近似曲線の位相は、ＩＴＯ膜に垂直に入射する成分のみを考慮したときのＩＴＯ膜の光透過率の変化量を示す曲線（図１１の実線曲線）に対して、ＩＴＯ膜厚が大きくなる側にシフトしていることがわかる。なお、実線曲線において、光透過率が高いほど、ＩＴＯ膜内での多重反射が減るので、輝度は上昇する。
すなわち、垂直成分を考慮するだけでなく、ＩＴＯ膜に斜めに入射する光の成分も考慮する場合には、ＩＴＯ膜厚の最適値（破線曲線の頂部をなす部分）が、ＩＴＯ膜厚が大きくなる側にシフトすることがわかる。
【００６６】
なお、図１１では、発光波長λが４５０ｎｍの場合のみを説明しているが、本発明の発光波長λは４５０ｎｍの場合に限らない。
また、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる反射電極層７と透明電極層６との界面では、透明電極層６と反射電極層７との間に絶縁層（図示せず）を挟んだ場合における絶縁層と反射電極層７との界面と同等程度に、光を良好に反射できる。
【００６７】
また、反射電極層７が透明電極層６に接触した状態で透明電極層６上に積層されているから、発光層４が発光することによって発生した熱を、透明電極層６から反射電極層７に直接伝えて、反射電極層７から発光素子１の外部（配線素子２０）へ効率的に放熱することができる。
よって、放熱効率および光の取り出し効率のさらなる向上を図ることができる。
【００６８】
また、反射電極層７は、透明電極層６と同一パターンで透明電極層６上に積層され、反射電極層７において透明電極層６に対向する裏面７Ａの全域が透明電極層６の表面６Ｂに接触している。そのため、反射電極層７の裏面７Ａと透明電極層６の表面６Ｂとは完全に重なっており、反射電極層７および透明電極層６には、互いに重なっていない部分に起因する凹凸が存在しない。
【００６９】
これにより、発光層４から透明電極層６を透過した光を、凹凸に邪魔されることなく、透明電極層６と反射電極層７との界面で効率的に反射させて取り出すことができる。また、積層方向から見て、反射電極層７と透明電極層６とが同一パターンであるので、透明電極層６と反射電極層７との界面の面積を最大限の大きさにして、透明電極層６を透過した光を界面で効率的に反射させることができる。これらの結果、光の取り出し効率の一層の向上を図ることができる。
【００７０】
また、前述した凹凸が存在しないので、発光素子１における外部の配線素子２０との接合面（接合層１０の表面１０Ｂ）を平坦にして、発光素子１と配線素子２０との接合面積を大きく確保できる。この接合面積とは、接合層１０の表面１０Ｂと配線素子２０側の接合層２４の表面２４Ａとの接合面積である（図９参照）。この接合面積を大きく確保できるので、発光素子１から配線素子２０への放熱効率の一層の向上を図ることができる。
【００７１】
また、透明電極層６と反射電極層７との間に絶縁層が存在しない。絶縁層が存在しなくても、前述した合金からなる反射電極層７によって、反射電極層７と透明電極層６との界面で光を良好に反射させることができる。そして、絶縁層が存在しないことから、絶縁層に起因する放熱効率および光の取り出し効率の低下を防ぐことができる。
また、基板２の表面２Ｂには、複数の凸部１１が形成されているから、ｎ型窒化物半導体層３から基板２へ向かう光が基板２の表面２Ｂでｎ型窒化物半導体層３側へ反射することを抑制できるので、その分、光の取り出し効率の向上を図ることができる。
【００７２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、透明電極層６は、図１２に示すように、ｐ型窒化物半導体層５に接触した状態でｐ型窒化物半導体層上に積層され、第１の厚さｔ１を有する第１電極層６１と、第１電極層６１上に積層され、第１の厚さｔ１よりも大きい第２の厚さｔ２を有する第２電極層６２との積層構造であってもよい。第１の厚さｔ１は、たとえば、５Å〜５００Åであり、第２の厚さｔ２は、たとえば、１４００Å〜１９００Åである。また、第１電極層６１の光吸収率（発光波長４５０ｎｍ）は、たとえば、０〜５％であり、第２電極層６２の光吸収率（発光波長４５０ｎｍ）は、たとえば、０〜２％である。
【００７３】
この図１２の構成によれば、透明電極層６を形成する際に（図５Ｄの工程）、第１電極層６１を小さなエネルギで堆積させれば、ｐ型窒化物半導体層５へのダメージを低減できる。しかも、第１電極層６１を厚さｔ１で薄く形成した後に、高いエネルギで第２電極層６２を堆積させて、透明電極層６全体の厚さＴを調整することにより、透明電極層６全体の膜質を改善することができる。
【００７４】
また、反射電極層７は、銀と白金族金属と銅とを含む合金に限らず、たとえば、銀（Ａｇ）、Ｒｈ（ロジウム）などであってもよい。
また、反射電極層７は、透明電極層６に直に接している必要はなく、たとえば、反射電極層７と透明電極層６との間に絶縁層が介在されていてもよい。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      発光素子
２      基板
２Ａ    裏面
３      ｎ型窒化物半導体層
４      発光層
５      ｐ型窒化物半導体層
６      透明電極層
７      反射電極層
７Ｂ    表面
８      ｎ型電極層
９      分離絶縁層
１０    接合層
１０Ｂ  表面
１１    凸部
２０    配線素子
２４Ａ  表面
３０    発光素子ユニット
４０    樹脂パッケージ
５０    発光素子パッケージ
６１    第１電極層
６２    第２電極層
【図１】
2012146926.tif 000009
【図２】
2012146926.tif 000010
【図３】
2012146926.tif 000011
【図４Ａ】
2012146926.tif 000012
【図４Ｂ】
2012146926.tif 000013
【図５Ａ】
2012146926.tif 000014
【図５Ｂ】
2012146926.tif 000015
【図５Ｃ】
2012146926.tif 000016
【図５Ｄ】
2012146926.tif 000017
【図５Ｅ】
2012146926.tif 000018
【図５Ｆ】
2012146926.tif 000019
【図５Ｇ】
2012146926.tif 000020
【図６】
2012146926.tif 000021
【図７】
2012146926.tif 000022
【図８】
2012146926.tif 000023
【図９】
2012146926.tif 000024
【図１０】
2012146926.tif 000025
【図１１】
2012146926.tif 000026
【図１２】
2012146926.tif 000027