(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極と、該電極の少なくとも一部を被覆する絶縁膜とを含んで構成される半導体素子であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む第１金属膜と、該第１金属膜を完全に被覆する第２金属膜とから構成され、かつ、
前記第１金属膜は、銀又は銀合金からなる膜と、該銀又は銀合金からなる膜の上面及び側面に接触して被覆し、銀との反応を抑制する、ニッケルからなる金属膜とを含む多層膜により形成され、
前記ニッケルからなる金属膜は、前記銀又は銀合金からなる膜の上面に配置する部分の厚さより、該銀又は銀合金からなる膜の側面に配置する部分の厚さが薄く、
前記第２金属膜は、前記第１金属膜の上方に配置する部分の厚さより、該第１金属膜の側面に配置する部分の厚さが厚く、
前記絶縁膜は、窒化物膜からなることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記第２金属膜は、前記銀又は銀合金からなる膜中の銀が、前記窒化物半導体層の表面を移動することを防止する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記窒化物膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンのいずれかにより形成されてなる請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記第１金属膜のうち、前記銀又は銀合金からなる膜と前記窒化物半導体層との間の一部にニッケル膜が配置されてなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項５】
前記第１金属膜は、少なくとも前記窒化物半導体層との界面において、単結晶である請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第１金属膜のうち、前記銀との反応を抑制する金属膜の側面が傾斜した形状である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項７】
前記第２金属膜は少なくとも前記第１金属膜と接触する領域において銀との反応を抑制する金属からなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項８】
前記第２金属膜は、少なくとも前記第１金属膜と接触する領域において、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）からなる群から選ばれる金属が配置されてなる請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項９】
前記第２金属膜の少なくとも前記第１金属膜と接触する領域がニッケルによって形成されてなる請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記第２金属膜は、前記第１金属膜の側面における銀又は銀合金からなる膜以外の前記第１金属膜の厚みより厚く形成されてなる請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項１１】
前記窒化物半導体層は、第１導電型窒化物半導体層、発光層、前記第１導電型窒化物半導体層と異なる導電型の第２導電型窒化物半導体層を順に有して構成され、前記窒化物半導体層に接続された電極は、第２導電型半導体層に接続された第２電極である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記第１導電型窒化物半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型窒化物半導体層がｐ型半導体層である請求項１１に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体からなる半導体素子に関し、より詳細には、半導体素子における電極の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フリップチップタイプの窒化物半導体発光素子において、ｐ電極として、銀又は銀合金からなる電極が形成された構成が利用されている。銀は、発光素子における発光層で生じた光を高効率に反射させることから、高輝度の発光素子を実現することができる。
しかし、ｐ側の電極材料として銀を用いた場合には、外部等との接続のために銀電極表面の一部を露出させることが必要であり、これが一因となって銀のイオンマイグレーションが発生、促進され、窒化物半導体層との界面における銀が変化してしまい、発光層で生じた光に対して電極の反射効率が低下することによる発光強度の低下、また他方の電極へ銀が移動して短絡を引き起こすことによる寿命の低下等を招くという問題があった。【０００３】
そのため、銀電極表面の露出を防止するために、銀を含まない電極材料によって銀電極を完全に被覆し、その上に保護膜を形成するという対策が採られている。しかし、電極形成後の熱処理により又はその熱処理条件等により、銀が、銀を含まない電極材料に拡散することを十分に抑えることはできず、銀のマイグレーションを防止することができないという問題がある。【０００４】
これに対して、銀電極と銀を含まない電極材料との間に、複数の貫通孔を有するＳｉＯ2膜を配置し、この貫通孔を通じて銀電極と銀を含まない電極材料との電気的接続を行い、銀のマイグレーションを防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、ｐ型窒化物半導体層上に、銀層上に金属層を形成し、銀層の表面の一部に誘電体層が形成されたLED（例えば、特許文献２）、ｐ電極を、コンタクト層と、その上に配置された銀白色系金属による反射層との積層体で形成した半導体発光素子（例えば、特許文献３）、ｐ型半導体側のコンタクト層に接続する第１の金属層と、この第１の金属層の少なくとも側面及びこの第１の金属層に覆われていないコンタクト層の表面を覆う第２の金属層とにより形成された電極を有し、第１の金属層が銀（Ag）、第２の金属層がバナジウム（Ｖ）とアルミニウム（Ａｌ）又はチタン（Ｔｉ）と金（Ａｕ）により形成されている半導体素子（例えば、特許文献４）、ｐ型窒化物半導体層と正電極との間に、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）またはこれらの合金からなる第１薄膜金属層を備えた発光素子（例えば、特許文献５）等がそれぞれ提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１６８８２３号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６５９９号公報
【特許文献３】特開平１１−１９１６４１号公報
【特許文献４】特開平１１−２２０１７１号公報
【特許文献５】特開２０００−３６６１９号公報
【０００５】
しかし、特許文献１では、銀電極と銀を含まない電極材料との間にＳｉＯ2膜を配置するため、貫通孔により電気的な接続を確保しているとはいえ、両者の接触抵抗が上昇するという問題を招く。
また、ＳｉＯ2膜による物理的な遮断によって、銀を含まない電極材料への銀のマイグレーションが抑えられるとしても、窒化物半導体層への銀のマイグレーションを有効に防止するまでには至っておらず、依然として銀のマイグレーションに起因する発光強度の低下、発光素子の寿命の低下を抑制することができないのが現状である。
さらに、いずれの文献においても、銀のマイグレーションの抑制が十分なものとはいえず、さらなるマイグレーションの防止、ひいては発光素子の信頼性、歩留まりの向上を実現した光取り出し効率の高い発光素子の実現が望まれている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、窒化物半導体層上に高反射効率を有する銀又は銀を主体とする電極が接触して形成されている場合において、銀の窒化物半導体へのマイグレーションを有効に防止することにより、信頼性の高い、高品質の半導体素子を得ることを目的とする。
言い換えると、銀又は銀合金からなる電極における銀のマイグレーションは、他の電極材料や半導体と接触すること、接触状態で熱処理すること又は接触状態で通電することなどにより生じるのみならず、わずかな水分（湿度）が銀に対して作用することにより生じやすいため、銀又は銀合金からなる電極を、水分及び湿度から隔離することにより、銀のマイグレーションを有効に防止することにより、高品質の半導体素子を得ることを目的とする。
【０００７】
本発明の発明者は、銀又は銀合金からなる電極の銀のマイグレーションについて鋭意研究を行った結果、以下の構成の半導体素子とすることにより、劇的に銀のマイグレーションを回避することができることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００８】
すなわち、本発明の半導体素子は、
窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に接続された電極と、該電極の少なくとも一部を被覆する絶縁膜とを含んで構成される半導体素子であって、
前記電極は、前記窒化物半導体層に接触する銀又は銀合金を含む第１金属膜と、該第１金属膜を完全に被覆する第２金属膜とから構成され、かつ、
前記第１金属膜は、銀又は銀合金からなる膜と、該銀又は銀合金からなる膜の上面及び側面に接触して被覆する銀との反応を抑制する金属膜とを含む多層膜により形成され、
前記絶縁膜は、窒化物膜からなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体素子によれば、銀又は銀合金からなる第１金属膜が、第２金属膜によって完全に被覆され、露出されていないために、銀又は銀合金からなる第１金属膜と水分との接触を阻止することができる。銀が窒化物半導体層表面で移動しても、第２金属膜によってその移動を食い止めることができ、加えて、窒化物半導体と電極との界面に垂直な方向への銀の移動を第２金属膜又は絶縁膜によって防止することができる。しかも、この第１及び第２金属膜を被覆する絶縁膜が、窒化物によって形成されることにより、半導体素子の電極において、電極に作用し得る水分又は湿気を、その近傍に配置する絶縁膜における窒素原子が確実に捕らえると考えられる。これにより、銀又は銀合金からなる第１金属膜を含む電極を熱処理及び通電しても、銀のマイグレーションを有効に防止することができ、発光強度の向上及び寿命の増大を図り、信頼性の高い、高品質の半導体素子を得ることができる。
【００１０】
なお、第２金属膜を銀が窒化物半導体層の表面を移動することを防止できるように形成されているとは、少なくとも窒化物半導体層の表面において、第１金属膜に接して、第１金属膜の周囲が全て第２金属膜で覆われていることであり、さらに好ましくは窒化物半導体層から離れた第１金属膜の表面が第２金属膜で覆われていることである。第２金属膜が、窒化物半導体層の表面において、第１金属膜の周囲を全て覆うように形成されていることにより、銀のマイグレーションが最も起こりやすい原因、つまり、銀が窒化物半導体層表面を他方の電極に向かって移動する現象を防止することができる。加えて、窒化物半導体層から離れた第１金属膜の表面を覆うように形成することにより、マイグレーションしやすい銀の移動を完全に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における半導体素子の実施の形態を示す断面図である。
【図２】本発明における半導体素子の別の実施の形態を示す上面図（ａ）及び部分断面図（ｂ）である。
【図３】本発明における半導体素子を実装した発光装置を示す断面図である。
【図４】本発明における半導体素子を実装した別の発光装置を示す断面図である。
【図５】本発明における半導体素子における電極の配置を示す上面図（ａ）及びパッド電極の配置を示す上面図（ｂ）である。
【図６】本発明における半導体素子を実装するための支持基板の上面図（ａ）、実装した発光装置の回路図（ｂ）及び発光装置を示す断面図（ｃ）である。
【図７】本発明における半導体素子を実装するための支持基板の上面図（ａ）、実装した発光素子の上面図（ｂ）及び実装した発光装置の回路図（ｃ）である。
【図８】本発明における別の半導体素子におけるパッド電極の配置を示す上面図である。
【図９】本発明における半導体素子を実装するための支持基板の上面図（ａ）及び実装した発光素子の上面図（ｂ）である。
【図１０】本発明における半導体素子を実装した発光装置を示す断面図である。
【図１１】本発明における半導体素子を実装した別の発光装置を示す断面図である。
【図１２】本発明における半導体素子のさらに別の実施の形態（ａ）〜（ｄ）を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１、３０、７０  半導体素子
２、１１  サファイア基板
３  ｎ型半導体層
４  発光層
５  ｐ型半導体層
６、６５、６６、６７  第１金属膜
７、２１、３４  第２金属膜
８  ｐ電極（電極）
９、１９、３５  ｎ電極
１０  絶縁膜
１２  バッファ層
１３  ノンドープＧａＮ層
１４  ｎ型コンタクト層
１５  ｎ型クラッド層
１６  活性層
１７  ｐ型クラッド層
１８  ｐ型コンタクト層
２０  凸部
２２  Ａｇ膜
３１  端部
３２  括れ部
３３  延伸部
３６、３７  パッド電極
３８  ｐパッド電極
３９、３９ａ、３９ｂ  樹脂層
４０、４１、５０、５１、５３ａ〜５３ｃ、６０、６１  導体配線
４２  支持基板
４３、４５、４６  発光装置
４４  バンプ電極
４７  波長変換部材
６５ａ、６６ａ、６７ａ  Ag膜
６５ｂ、６５ｄ、６６ｂ、６７ｂ  Ni膜
６５ｃ、６６ｃ、６７ｃ  Pt膜
６６ｂ  Ｔｉ／Ｎｉ積層膜
１２０  ステム
１２０ａ  凹部
１２１  第１のリード
１２２  第２のリード
１３１、１４１  封止部材
１５０  蛍光体
１６０  サブマウント部材
１６１、１６２  電極
２００  ＬＥＤチップ
２０１  実装基体
２０２  凹部
２０３  リード
２０４  接着層
２０５  サブマウント基板
２０６  反射部
２０７  テラス部
２０８  光取り出し部
２０９  封止部材
２１２  パッケージ
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体素子は、上述したように、窒化物半導体層上に形成された電極と、この電極を被覆する絶縁膜とを含んで構成される。
窒化物半導体層上に形成される電極は、窒化物半導体層上に直接接触しており、オーミック接続されていることが好ましい。ここでオーミック接続とは、当該分野で通常用いられている意味であり、例えば、その電流−電圧特性が直線又は略直線となる接合を指す。また、デバイス動作時の接合部での電圧降下及び電力損失が無視できるほど小さいことを意味する。【００１４】
この電極は、少なくとも、銀又は銀合金を含む第１金属膜と、第２金属膜とから構成される。
第１金属膜は、銀の単層膜であってもよいし、銀合金の単層膜であってもよいし、銀又は銀合金を最下層に配置する多層膜であってもよい。多層膜の場合には、最下層以外の膜は、銀又は銀合金であってもよいし、銀又は銀合金を含まない電極材料により形成されていてもよい。さらに、第1金属膜は、銀又は銀合金からなる膜と、窒化物半導体層との間の一部に配置されたニッケル膜とを含んで構成されていてもよい。【００１５】
また、第１金属膜は、窒化物半導体層側から第２金属膜側にかけて、その組成に傾斜があってもよい。例えば、窒化物半導体側においては銀膜又は銀と１％程度までの銀以外の元素とを含む合金等の膜であってもよく、第２金属膜側においては銀と５％程度までの銀以外の元素とを含む合金等の膜であってもよい。銀に対する銀以外の元素の割合が、窒化物半導体側から離れるにつれて大きくなることで、高い光反射特性と、第２金属側での銀との反応の抑制の両方の特性を得ることができる。【００１６】
銀合金としては、銀と、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｉｒ、Ｇａ、Ｎｄ及びＲｅからなる群から選択される１種又は２種以上の電極材料との合金が挙げられる。なお、Ｎｉは銀とは合金化されにくい、つまり、銀との反応が抑制されやすいが、銀膜中にＮｉ元素を含むものであってもよい。【００１７】
最下層以外の膜は、これら電極材料及びＮｉを含む群から選択される１種又は２種以上の金属又は合金の単層膜又は２層以上の多層膜が挙げられる。
なかでも、第１金属膜としては、銀の単層膜が好ましく、銀と実質的に反応しない金属、言い換えると銀との反応が抑制される金属（上）／銀又は銀合金（下）の２層構造、貴金属（上）／銀又は銀合金（下）の２層構造、貴金属（上）／銀と実質的に反応しない金属（中）／銀又は銀合金（下）の３層構造（例えば、図１２（ｂ）参照）、貴金属２層（上）／銀と実質的に反応しない金属（中）／銀又は銀合金（下）の４層構造、貴金属（上）／２層以上の銀と実質的に反応しない金属（中）／銀又は銀合金（下）の４層以上の構造がより好ましい。【００１８】
特に、第１金属膜が、少なくとも、銀又は銀合金からなる膜と、この膜上に配置された銀との反応を抑制する金属膜との多層膜により形成されていている場合、例えば、銀又は銀合金に接してＮｉが配置され、その上に貴金属が形成されている場合には、銀又は銀合金からなる膜において、窒化物半導体と接する面と対向する面での銀の移動を劇的に防止することができ、マイグレーションをさらに防止できる。加えて、発光層で生じた光に対して電極の反射効率が低下することを防ぎ、発光効率の高い半導体素子を得ることができる。さらに、Ｎｉと貴金属との間に、ＴｉやＴａなどを形成する場合には、窒化物半導体層と接する銀の窒化物半導体層表面での移動を防止し、マイグレーション防止としての信頼性がさらに向上する。【００１９】
ここでの貴金属は白金族系金属又は金等が挙げられ、なかでもＰｔ、金が好ましい。
銀と実質的に反応しない金属、つまり銀との反応が抑制される金属としては、１０００℃以下の温度で銀と実質的に反応しないか、銀との反応が抑制される金属、具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。なかでも、Ｎｉが好ましい。【００２０】
銀と実質的に反応しない又は銀との反応が抑制される金属とは、具体的には銀と混合して固溶体とならない、あるいはなり難い金属のことをいい、銀の中に混ざる割合が５ｗｔパーセントより小さければこれに含まれるものとする。
第１金属膜の膜厚は特に限定されないが、例えば、銀又は銀合金単層の場合は発光層からの光を有効に反射させることができる膜厚、具体的には、２００Å〜１μｍ程度、５００Å〜３０００Å程度、好ましくは１０００Å程度が挙げられる。積層構造の場合は、総膜厚が、５００Å〜５μｍ程度、５００Å〜１μｍ程度が挙げられ、この程度の範囲内で、それに含まれる銀又は銀合金膜を適宜調整することができる。また、積層構造の場合は、銀又は銀合金膜とその上に積層される膜とは、同一工程でパターニングすることによって同一の形状であってもよいが、最下層の銀又は銀合金膜をその上に積層される膜（好ましくは、銀と反応しない金属膜）で被覆することが好ましい。これにより、銀と反応しない金属膜の上に、第１金属膜の一部としてどのような電極材料が形成されても、銀又は銀合金膜とは直接接触しないために、銀との反応を阻止することができる。【００２１】
また、上述したように、第１金属膜は、銀又は銀合金膜と、窒化物半導体層との間の一部に配置されたニッケル膜とを含むことが好ましい。窒化物半導体層−ニッケル−銀又は銀合金膜の接合部を有することで、窒化物半導体層と第１金属膜との密着性が向上する。このニッケルは、銀又は銀合金膜と窒化物半導体層との間で、層として存在してもよいが、島状に形成されていることが好ましい（図１２（ａ）の６５ａ、参照）。窒化物半導体層−ニッケル−銀又は銀合金膜の接合部と、窒化物半導体層−銀又は銀合金膜の接合部とが共存することで、反射効率を低下させることなく、窒化物半導体層と電極との間で密着力の高い発光素子を得ることができる。ニッケル膜は、３０オングストローム以下、さらに１０オングストローム以下の厚みで存在していることが好ましい。この場合、銀又は銀合金膜は５００Å以上、５μｍ以下の膜厚であれば、高い反射特性を得ることができる。【００２２】
第１金属膜の形成後又は第１金属膜と第２金属膜との形成後、３００℃以上、６００℃以下の温度でアニールすることにより、さらに窒化物半導体層−ニッケル−銀又は銀合金膜の接合部の密着性を向上させることができる。【００２３】
第１金属膜が多層膜である場合、各膜は同じ形状及び大きさでもよいが（図１２（ｂ）、６５ａ、６５ｂ及び６５ｃ、参照）、下層の銀又は銀合金膜は、その上に積層される膜によって上面のみならず側面まで被覆されていることが好ましい（図１２（ｃ）及び（ｄ））。その銀又は銀合金の上に積層される膜は、銀又は銀合金膜の表面におけるマイグレーションの防止を目的とする。このため、その膜（又は各膜）は、銀又は銀合金膜の上方に配置する部分の厚さより、側面に配置する部分の厚さ（銀又は銀合金膜から離れる方向への厚さ、以下同じ）を薄く形成することが好ましい（図１２（ｃ）中、ｐ＞ｓ、ｑ＞ｒ）。
また、この場合、銀又は銀合金膜は、半導体層表面から離れるにしたがってそのサイズが小さくなるように、つまり、側面が傾斜した形状とすることが好ましい（図１２（ｄ）の６７ａ、参照）。この膜の表面及び側面とで、銀のマイクレーションに対してバランスのとれた安定な状態を確保するためである。【００２４】
第１金属膜は、第１金属膜の積層状態によって、例えば、銀の単層膜の直上にニッケル膜が配置する場合などにおいて、少なくとも窒化物半導体層との界面において結晶化されてなる、つまり、結晶状態であることが好ましい。第１金属膜の結晶化によって、窒化物半導体層とのより良好なオーミック性を確保することができ、さらに有効にAgのマイクレーションを防止することができる。ここでの結晶化は、多結晶化又は単結晶化のいずれであってもよいが、単結晶が優勢である状態となることが好ましい。結晶化した状態とは、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、結晶粒の界面が視認できることを意味する。この場合の結晶粒は、例えば、１０〜１μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の径（長さ、高さ又は幅）を有しているものとして視認し得ることが好ましい。例えば、ＴＥＭで窒化物半導体層の表面において第１金属膜を観察したとき、断面視で幅が１．５μｍの範囲において、１０ｎｍ〜１μｍの結晶粒が５割以上を占めていることが好ましい。【００２５】
第１金属膜を、窒化物半導体層との界面において結晶化させる方法、あるいは、第１金属膜の一部を結晶状態で形成する方法は、所定の温度で、蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法等の方法により第１金属膜を形成する方法、あるいは蒸着法、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法などの方法で第１金属膜を形成した後、大気雰囲気下又は窒素雰囲気下で、１０〜３０分間程度、３００〜６００℃程度の温度範囲で熱処理する方法などが挙げられる。【００２６】
第２金属膜は、特に限定されるものではなく、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）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、合金、ＩＴＯ、ＺｎＯ2、ＳｎＯ等の導電性酸化物膜の単層膜又は多層膜等が挙げられる。【００２７】
例えば、Ｐｔ単層膜、Au単層膜、Ａｕ（上）／Ｐｔ（下）の２層構造膜、Ｐｔ（上）／Ａｕ（中）／Ｐｔ（下）の３層構造膜等が好ましい。
第１金属膜が銀又は銀合金の単層膜の場合には、上述したように、銀と実質的に反応しない金属を、第２金属膜の少なくとも第１金属膜と接触する領域に配置することが好ましい。【００２８】
特に、第１金属膜が、最上層に銀又は銀合金を含まない多層膜として形成されている場合には、第２金属膜にはチタンを含むことが好ましく、第２金属膜の最下層にチタン膜を配置することが好ましい。
また、これら電極の上にワイヤボンディングなど、他の端子との接続のために通常用いられる導電性材料、例えば、金、白金等を第２金属膜の上面（接続領域）に配置させることが好ましい。さらに、後述する絶縁膜との密着性の良好な材料を第２金属膜の上面に配置させることが好ましい。【００２９】
第２金属膜の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、その上にＡｕバンプを形成する場合には第２金属膜を比較的厚めに、共晶（Ａｕ−Ｓｎ等）バンプを形成する場合には第２金属膜を比較的薄めに設定するなど、具体的には、総膜厚が１００〜１０００ｎｍ程度となる範囲で適宜調整することが好ましい。
第２金属膜は、第１金属膜を完全に被覆している、つまり、第１金属膜の上面のすべて及び側面の全面を実質的に被覆していることが好ましいが、第２金属膜に対して、積極的に第１金属膜を露出させるような加工を施さない程度で、若干被覆状態を脱していてもよい。なお、「第２金属膜が第１金属膜を被覆する」とは、別の膜を介して第２金属膜が第１金属膜を被覆した状態でもよいが、第２金属膜が第１金属膜に密着又は接した状態で被覆していることが好ましい。【００３０】
特に、第１金属膜が多層膜である場合、第２金属膜は、第１金属膜の側面における銀又は銀合金膜以外の第１金属膜の厚みより厚いことが好ましい（図１２（ｄ）中、ｙ＜ｚ）。また、第２金属膜は、第１金属膜の上方に配置する部分の厚さより、側面に配置する部分の厚さが厚いことが好ましい（図１２（ｃ）及び（ｄ）中、ｘ＜ｚ）。これらにより、半導体表面での銀の移動を効果的に防止することができる。【００３１】
このように、特に、第１金属膜は銀又は銀合金からなり、第２金属膜が、少なくとも第１金属膜と接触する領域において、銀と実質的に反応しない金属（銀との反応が抑制される金属、例えば、ニッケル）によって形成されている場合には、窒化物半導体との界面近傍において、銀の存在率を減少させることがない。つまり、第１金属膜中の銀が、第２金属膜との反応によって第２金属膜側に拡散、移動等、さらに合金化をすることを防止することができ、発光層から照射された光を、窒化物半導体の表面付近において、高効率で反射させることができ、より発光効率を高めることが可能となる。【００３２】
絶縁膜は、上述した電極を被覆するものであればよく、例えば、窒化物膜であることが好ましい。窒化物膜としては、代表的には、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＳｉＯxＮy等の単層膜又は多層膜が挙げられる。なかでも、Ｓｉを主成分とする窒化膜が好ましく、さらにはＳｉＮの単層膜等が好ましい。このように、電極を被覆する絶縁膜に、ＳｉＯ2のような比較的水分の多い膜を用いず、窒素を含有する膜を用いることにより、通常の製造プロセスを行うのみで簡便に絶縁膜を形成することができることに加え、窒素原子が水分又は湿気を捉え、銀及び銀合金からなる電極への水分又は湿気を有効に防止すると考えられ、銀のマイグレーションを防止することができる。【００３３】
なお、絶縁膜は、電極を完全に被覆している必要はなく、電極が他の端子との接続のために必要な領域を除いて被覆されていることが好ましい。絶縁膜の膜厚は、例えば、４００〜１０００ｎｍ程度が適当である。
ただし、絶縁膜は、電極とともに、半導体層（例えば、ｐ層）表面の全面を覆うことが好ましい。これにより、ｐ層表面での銀のマイグレーションの発生を予め防止できる。【００３４】
本発明の半導体素子において、上述した窒化物半導体層は、例えば、基板上に第１導電型窒化物半導体層、発光層、第２導電型窒化物半導体層がこの順に積層されて構成されたものが挙げられる。第１導電型とは、ｐ型又はｎ型を指し、第２導電型とは、第１導電型とは異なる導電型、つまりｎ型又はｐ型を示す。好ましくは、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。このような構成により、電子の拡散が起こりにくいｐ型窒化物半導体層において、良好なオーミックコンタクトを確保して、電流拡散をより向上させながら、発光層からの光の反射効率を最大限に発揮させることができる。したがって、光の取り出し効率を向上させることができ、高品質、高性能の発光素子を得ることができる。【００３５】
基板としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板及び導電性基板を用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。
絶縁性基板は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性基板を取り除く場合、ｐ電極及びｎ電極は、同一面側に形成されていてもよいし、異なる面に形成されていてもよい。絶縁性基板を取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも窒化物半導体層上の同一面側に形成されることになる。【００３６】
なお、基板としては、その表面が平坦であるもののみならず、発光層で発生した光を乱反射することができる程度の凹凸等が規則的又は不規則的に形成されていてもよい。
窒化物半導体層としては、特に限定されるものではないが、例えば、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。窒化物半導体層は、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等の積層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。この窒化物半導体層は、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）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の公知の技術により形成することができる。窒化物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。【００３７】
窒化物半導体層の積層構造としては、例えば、次の（１）〜（５）に示すものが挙げられる。
（１）ＧａＮよりなるバッファ層（膜厚：２００Å）、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層（４μｍ）、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の発光層（３０Å）、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層（０．２μｍ）、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層（０．５μｍ）。【００３８】
（２）ＡｌＧａＮからなるバッファ層（膜厚：約１００Å）、アンドープＧａＮ層（１μｍ）、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層（５μｍ）、アンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）と、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層（３００Å）と、アンドープＧａＮからなる上層（５０Å）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（４０Å）とアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ（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（４０Å）が積層された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、アンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）とＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層（３０Å）とが繰り返し交互に６層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）が積層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（４０Å）とＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ（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（４０Å）が積層された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層（１２００Å）。【００３９】
（３）ＡｌＧａＮからなるバッファ層（膜厚：約１００Å）アンドープＧａＮ層（１μｍ）、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層（５μｍ）、アンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）と、Ｓｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層（３００Å）と、アンドープＧａＮからなる上層（５０Å）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（４０Å）とアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ（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（４０Å）が積層された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、アンドープＧａＮからなる障壁層（２５０Å）とＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層（３０Å）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１の障壁層（１００Å）とアンドープＧａＮからなる第２の障壁層（１５０Å）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（４０Å）とＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ（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（４０Å）が積層された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層（１２００Å）。【００４０】
なお、このうち、ｎ側に設けるアンドープＧａＮからなる下層（３０００Å）を、下からアンドープＧａＮからなる第1の層（１５００Å）、Ｓｉを５×１０17／ｃｍ3含むＧａＮからなる第２の層（１００Å）及びアンドープＧａＮからなる第３の層（１５００Å）からなる３層構造の下層とすることで、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。【００４１】
さらに、ｐ側多層膜層とｐ側コンタクト層との間に、ＧａＮ又はＡｌＧａＮ（２０００Å）を形成してもよい。この層は、アンドープで形成され、隣接する層からのＭｇの拡散によりｐ型を示す。この層を設けることで、発光素子の静電耐圧が向上する。この層は、静電保護機能を別途設けた発光装置に用いる場合にはなくてもよいが、発光素子外部に静電保護素子など、静電保護手段を設けない場合には、静電耐圧を向上させることができるので、設けることが好ましい。【００４２】
（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（総膜厚：１０００Å）、Ｍｇを５．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層（膜厚：１３００Å）。
さらに、ｐ型窒化物半導体層の上にＩｎＧａＮ層（３０〜１００Å、好ましくは５０Å）を有してもよい。これにより、このＩｎＧａＮ層が電極と接するｐ側コンタクト層となる。【００４３】
（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）、Ｍｇを２．５×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層。このｐ型窒化物半導体層の上には、ｐ側コンタクト層として、ＩｎＧａＮ層（３０〜１００Å、好ましくは５０Å）を形成してもよい。【００４４】
これらの半導体層によって構成される半導体素子は、平面視において、通常、四角形又は略これに近い形状であり、第１半導体層は、１つの半導体素子の一部の領域において、第２半導体層及び発光層、任意に第１半導体層の深さ方向の一部が除去されて、その表面が露出する露出領域を有している。そして、この露出した第１半導体層の表面には、第１電極が形成されている。【００４５】
本発明の半導体素子は、少なくとも、露出領域であって第１電極が形成されていない領域（半導体素子の外縁部も含む）に、複数の凹凸が形成されていることが好ましい。つまり、後述するように、発光層が存在しているとしても、正孔及び電子が供給されないために、発光層として機能せず、それ自体発光しない領域に、複数の凹凸が形成されていることが好ましい。【００４６】
このように、凹凸が形成されていることにより、（１）第１半導体層内を導波する光が、凸部内部に取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から取り出され、（２）第１半導体層内を導波する光が、凸部の根本にて乱反射し、取り出され、（３）発光層端面から側方に出射した光が、複数の凸部により反射散乱され、取り出されると考えられ、つまり、横方向（半導体素子の側面方向）に出射する光を凹凸によって第２半導体層側及び基板側（半導体素子の上下方向）に選択的に出射させることができ、これにより、光取り出し効率を、例えば、１０〜２０％程度向上させることができるとともに、光指向性の制御を行うことができる。特に、発光層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造（所謂、ダブルヘテロ構造）の半導体素子においては、これら屈折率の低い層間で光が閉じ込められてしまうために、側面方向への光が主となってしまうが、このような構造の発光素子に対して、特に効果的である。さらに、凹凸を複数設けることにより、第２半導体層側及び基板側の全領域に渡って均一な光取り出しが可能となる。【００４７】
凹凸は、露出した第１半導体層上に、半導体層を成長させるなどして、凸部を形成するための特別な工程を行ってもよいが、第１半導体層を露出させる際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際などに、同時に形成することが好ましい。これにより、製造工程の増加を抑えることができる。このように、凹凸は、半導体素子の半導体積層構造と同じ積層構造、つまり、異なる材料の複数層から構成されているために、各層の屈折率の差異により、凸部に取り込まれた光が、各層の界面で反射し易くなり、結果として、第２半導体層側及び基板側への光取り出し向上に寄与しているものと考えられる。【００４８】
凹凸における凸部は、半導体素子断面において、少なくとも発光層とそれに隣接する第１半導体層との界面より高ければよいが、発光層よりも第２半導体層側にその頂部が位置することが好ましく、さらに、第２半導体層と実質的に同じ高さであることがより好ましい。つまり、凸部の頂部が発光層よりも高くなるように形成されていることが好ましい。凸部を、第２半導体層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、後述する第２電極などに遮られることなく、凸部の頂部から第２半導体層側（及び基板側）に効果的に光を取り出すことができる。凸部を第２半導体層、好ましくは第２電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。また、凸部間の凹部は、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。【００４９】
凹凸の密度は特に限定されるものではなく、１つの半導体素子において、少なくとも１００個以上、好ましくは２００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。これにより、上記効果をより向上させることができる。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、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。上限は特に限定されないが、８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの凸部の面積は、凸部の根本で、３〜３００μｍ2、好ましくは６〜８０μｍ2、さらに好ましくは１２〜５０μｍ2とすることができる。【００５０】
凸部は、その縦断面形状が、四角形、台形、半円等どのような形状であってもよいが、台形、つまり、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、３０°〜８０°が挙げられ、４０°〜７０°が好ましい。つまり、凸部が先端に向かって徐々に細くなるように傾斜させることにより、発光層からの光を凸部表面にて全反射させて、あるいは、第１半導体層を導波した光を散乱させ、結果として第２半導体層側（及び基板側）への光取り出しを効果的に行うことができる。加えて、光の指向性制御がより容易になるとともに、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。【００５１】
なお、凸部は、円錐台形状である場合、台形の上辺（第２半導体層側）において、さらに凹部が形成されていてもよい。これにより、第１半導体層内を導波してきた光が凸部内部に侵入した際に、凸部の頂部に形成された凹部により、第２半導体層側（及び基板側）に光が出射されやすくなる。
さらに、凸部は、半導体積層構造の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上、少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、発光層からの光が、高確率で凸部に作用させることとなるので、上記効果をより容易に得ることができる。【００５２】
本発明の半導体素子は、通常、フリップチップ実装（フェイスダウン実装）により、支持基板に実装され、半導体発光装置を構成する。
支持基板は、少なくとも発光素子の電極に対向する面に配線が施され、任意に保護素子等が形成されていてもよく、フリップチップ実装された発光素子を固定・支持する。支持基板は、発光素子と熱膨張係数がほぼ等しい材料、例えば、窒化物半導体素子に対して窒化アルミニウムが好ましい。これにより、支持基板と発光素子との間に発生する熱応力の影響を緩和することができる。また、静電保護素子等の機能を付加することができ、安価であるシリコンを用いてもよい。配線のパターンは、特に限定されるものではないが、例えば、正負一対の配線パターンが絶縁分離されて互いに一方を包囲するように形成されることが好ましい。【００５３】
支持基板をリード電極に接続する際には、発光素子に対向する面からリード電極に対向する面にかけて導電部材により配線が施されていてもよい。
保護素子の機能を備える支持基板としては、例えば、Ｓｉダイオード素子のｎ型シリコン基板を利用することができる。このｎ型シリコン基板内に選択的に不純物イオンの注入を行うことにより１以上のｐ型半導体領域を形成し、逆方向ブレークダウン電圧を所定の電圧に設定する。そして、このシリコン基板のｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域（ｎ型シリコン基板自体）の上に、ｐ電極及びｎ電極を形成する。これらのｐ電極及びｎ電極の一部は、それぞれボンディングパッドとすることができる。あるいは、ｎ型シリコン基板の下面にＡｕ等からなるｎ電極を形成し、ボンディングパッドとしてもよい。なお、半導体領域には、ｐ電極及び／又はｎ電極として、銀白色の金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ）からなる反射膜の機能を備える電極が形成されていてもよい。【００５４】
半導体素子を支持基板に実装する場合には、例えば、支持基板にＡｕ等からなるバンプを載置するか、上述した保護素子におけるｐ電極及び／又はｎ電極をバンプとして用いて、半導体素子のｐ電極及びｎ電極を、支持基板に形成されたバンプ又は電極に対向させ、電気的および機械的に接続する。接続は、例えば、Ａｕ、共晶材（Ａｕ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｓｎ）、ハンダ（Ｐｂ−Ｓｎ）、鉛フリーハンダ等の接合部材によって、超音波接合及び／又は熱処理によって行うことができる。配線とリード電極とを直接接続する場合、例えば、Ａｕペースト、Ａｇペースト等の接合部材によって接続することができる。Ａｕをバンプとして用いる場合には、超音波と熱とをかけて接続を得るために、発光素子における半導体層にダメージを与える恐れがある。したがって、半導体素子の第２金属膜として、最上層に、Au膜、Ａｕ（上）／Ｐｔ（下）膜、Au(上）／Pt(中）／Rh(下）膜、Au（上）／Pt(中）／Rh(中）／Au(下）膜のいずれかを形成することが好ましい。共晶材をバンプとして用いる場合には、熱をかけるのみであるため、第２金属膜としてＡｕ膜を形成するのみでもよいし、第１金属膜はＡｇの単層膜としてもよい。バンプを用いる場合には、バンプの面積が大きく、数が多いことが好ましい。これにより、発光素子からの放熱性を向上させることができるとともに、発光素子の支持基板への接合強度を高めることができる。【００５５】
なお、保護素子（例えば、ダイオード）が支持基板に形成されている場合には、半導体素子と保護素子とは、２つのダイオードの直列接続による双方向ダイオードと、半導体素子との並列接続とすることが好ましい。これにより、半導体素子は、順方向・逆方向の過電圧から保護され、信頼性の高い半導体装置とすることができる。【００５６】
本発明の半導体素子は、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。光変換部材は、通常、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光光を発する蛍光物質と、結着材とを含んで構成される。これにより、発光素子の光を変換させ、発光素子からの光と、変換光や蛍光光との混色により、白色系、電球色などに発光する発光装置を提供することができる。光変換部材は、通常、光取出面し側に設けられており、基板側、つまり電極形成面側とは反対側に配置することが好ましい。また、複数の半導体素子を１つの支持基板に搭載する場合には、発光素子間の隙間にこの部材が形成されていてもよい。【００５７】
光変換部材は、後述する、発光素子を被覆する封止部材、発光素子がフリップチップ実装されたサブマウントを他の支持体に固着させるダイボンド材、発光素子と支持基板の周囲に設けられる樹脂層、サブマウントおよびパッケージのような支持基体などの各構成部材中および／または各構成部材の周辺において、無機蛍光体や有機蛍光体のような種々の蛍光物質を配置または結着材中に含有させて構成することができる。【００５８】
特に、封止部材と組み合わされる蛍光物質は、封止部材の発光観測面側表面を被覆するようにシート状に設けられる他、封止部材の発光観測面側表面および発光素子から離間させた位置に、蛍光体を含む層、シート、キャップあるいはフィルターとして封止部材の内部に設けることもできる。また、フリップチップ実装された発光素子を被覆するように形成される波長変換部材は、蛍光体を含む結着材を材料として、メタルマスクやスクリーン版によるスクリーン印刷や孔版印刷により形成されることが好ましい。このように形成することにより、発光素子の周囲に均一な膜厚を有する波長変換部材を形成することが容易にできる。【００５９】
結着剤としては、例えば、エポキシ樹脂のような透光性樹脂、耐光性の高いシリコーン樹脂、金属アルコキシドを出発原料としてゾルゲル法により生成される透光性無機材料等を挙げることができる。
発光素子からの光と、蛍光体が発光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混色させることで白色系の混色光を発光することができる。具体的には、発光素子からの光と、それによって励起され発光する蛍光体の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色系、青色系）に相当する場合や発光素子が発光した青色系の光と、それによって励起され発光する蛍光体の黄色系の光が挙げられる。【００６０】
発光装置の発光色は、蛍光体と、蛍光体の結着剤として働く各種樹脂、ガラス等の無機部材との比率、蛍光体の比重、蛍光体の量および形状などを種々調整すること、及び発光素子の発光波長を選択することにより、混色光の色温度を変化させ、電球色領域の光など任意の白色系の色調を提供することができる。発光装置の外部には、発光素子からの光と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過することが好ましい。【００６１】
このような蛍光体は、気相や液相中で自重によって沈降するため、気相や液相中に分散させ均一に放出させ、特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い蛍光体を有する層を形成させることができる。さらに、所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の蛍光体量を設定することができる。
以上のようにして形成される蛍光体は、発光装置の表面上において一層からなる波長変換部材中に二種類以上含有させてもよいし、二層以上からなる波長変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上含有させてもよい。これにより、異なる種類の蛍光体からの光の混色による白色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。【００６２】
蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。【００６３】
蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体に代表されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物系蛍光体とを組み合わせたものを使用することもできる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合して波長変換部材中に含有させてもよいし、複数の層から構成される波長変換部材中に別々に含有させてもよい。【００６４】
（アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、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蛍光体であり、ＬＥＤチップから発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。【００６５】
例えば、ＹＡｌＯ3：Ｃｅ、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｙ4Ａｌ2Ｏ9：Ｃｅ、（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｙ3（Ａｌ0.8Ｇａ0.2）5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ2.95Ｃｅ0.05Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.90Ｃｅ0.05Ｔｂ0.05Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.94Ｃｅ0.05Ｐｒ0.01Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2.90Ｃｅ0.05Ｐｒ0.05Ａｌ5Ｏ12等が挙げられる。特にＹを含み、かつＣｅあるいはＰｒで賦活され組成の異なる二種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。））が利用される。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。【００６６】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルをもたせることができる。【００６７】
蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、上述したＹＡＧ系蛍光体について言えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整して所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。【００６８】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系の光と、赤色系の光とを混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。このような混色光を発光させるために、蛍光体の粉体又はバルクを、エポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂；酸化珪素、酸化アルミニウムなどの透光性無機物中に含有させることもできる。このように蛍光体が含有されたものは、発光素子からの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のもの、層状ものなど、用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と透光性無機物との比率や塗布、充填量を調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより、白色を含め電球色など任意の色調が得られる。【００６９】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光させることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり、長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長があり、より長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。【００７０】
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ-2以上、１０００Ｗ・ｃｍ-2以下の発光素子と接する又は近接して配置された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発光装置とすることができる。【００７１】
セリウムで賦活された緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり、７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを有する。一方、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを有する。【００７２】
ガーネット構造のＹＡＧ系蛍光体の組成において、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなり、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。【００７３】
また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造のＹＡＧ系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。【００７４】
アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、以下のような方法で製造することができる。
まず、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂ及びＧａの原料として酸化物又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。あるいは、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｐｒ、Ｔｂ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したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。【００７５】
これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、この焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥し、最後に篩を通すことによって、蛍光体を得ることができる。【００７６】
また、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中で焼成する第一焼成工程と、還元雰囲気中にて焼成する第二焼成工程とからなる、二段階焼成を行うことにより、蛍光体を製造することができる。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで焼成することにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。【００７７】
このように形成された蛍光体を用いて、発光装置を形成する場合には、所望の色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率を向上させることができる。
組成の異なる２種類以上のセリウムで賦活されたアルミニウム・ガーネット系蛍光体は、混合して用いても良いし、それぞれ独立して配置してもよい。蛍光体をそれぞれ独立して配置する場合、発光素子から光をより短波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置することが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。【００７８】
（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、一般式（Ｌｕ1-a-bＲaＭb）3（Ａｌ1-cＧａc）5Ｏ12（但し、ＲはＣｅを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素である。ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄから選択される少なくとも１種の元素であり、０．０００１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．５、０．０００１≦ａ＋ｂ＜１、０≦ｃ≦０．８である。）で表される蛍光体である。例えば、組成式が（Ｌｕ0.99Ｃｅ0.01）3Ａｌ5Ｏ12、（Ｌｕ
0.90Ｃｅ0.10）3Ａｌ5Ｏ12、（Ｌｕ0.99Ｃｅ0.01）3（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）5Ｏ12で表される。【００７９】
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＬＡＧ系蛍光体」と呼ぶことがある。）は、次のようにして得られる。
蛍光体原料として、ルテチウム化合物、希土類元素Ｒの化合物、希土類元素Ｍの化合物、アルミニウム化合物及びガリウム化合物を用い、各化合物について上記一般式の割合になるように秤取し、混合するか、又はこれら蛍光体原料にフラックスを加えて混合し、原料混合物を得る。【００８０】
この原料混合物をルツボに充填した後、還元性雰囲気中、１２００〜１６００℃で焼成し、冷却後、分散処理することにより、上記一般式で表される蛍光体が得られる。
蛍光体原料として、酸化物又は熱分解により酸化物となる炭酸塩、水酸化物等の化合物が好ましく用いられる。また、蛍光体原料として、蛍光体を構成する各金属元素を全部又は一部含む共沈物を用いることもできる。例えば、これらの元素を含む水溶液にアルカリ、炭酸塩等の水溶液を加えると共沈物が得られ、これを乾燥又は熱分解して用いることができる。また、フラックスとしてはフッ化物、ホウ酸塩等が好ましく、蛍光体原料１００重量部に対し０．０１〜１．０重量部の範囲で添加する。焼成雰囲気は、賦活剤のセリウムが酸化されない還元性雰囲気が好ましい。水素濃度が３．０体積％以下の水素・窒素の混合ガス雰囲気がより好ましい。焼成温度は１２００〜１６００℃が好ましく、目的の中心粒径の蛍光体を得ることができる。より好ましくは１３００〜１５００℃である。【００８１】
上記一般式において、Ｒは賦活剤であり、Ｃｅを必須とする少なくとも１種以上の希土類元素であって、具体的には、Ｃｅ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｒである。ＲはＣｅのみでもよいが、ＣｅとＣｅ以外の希土類元素から選ばれる少なくとも１種以上の元素とを含んでいてもよい。Ｃｅ以外の希土類元素は、共賦活剤として作用するためである。ここで、ＣｅがＲ全量に対し７０ｍｏｌ％以上含有されていることが好ましい。ａ値（Ｒ量）は、発光輝度の低下を考慮して、０．０００１≦ａ≦０．５が好ましく、０．００１≦ａ≦０．４がより好ましく、０．００５≦ａ≦０．２がさらに好ましい。ｂ値（Ｍ量）は、０≦ｂ≦０．５が好ましく、より好ましくは０≦ｂ≦０．４であり、さらに好ましくは０≦ｂ≦０．３である。例えば、ＭがＹの場合、ｂ値が０．５を越えると長波長紫外線〜短波長可視光、特に３６０〜４１０ｎｍ励起による発光輝度が非常に低下してしまう。ｃ値（Ｇａ量）は、発光波長が短波長にシフトして発光輝度が低下することを防止するために、０≦ｃ≦０．８が好ましく、より好ましくは０≦ｃ≦０．５である。【００８２】
ＬＡＧ系蛍光体の中心粒径は１〜１００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは５〜５０μｍの範囲であり、さらに好ましくは５〜１５μｍの範囲である。１μｍより小さい蛍光体は、凝集体を形成しやすい傾向にある。これに対し、５〜５０μｍの粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高く、光変換部材も形成しやすい。このように、光学的に優れた特徴を有する粒径の大きな蛍光体を含有させることにより、発光装置の量産性も向上する。また、上記中心粒径値を有する蛍光体が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され良好な色調を有する発光装置が得られる。【００８３】
ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は３００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長域の紫外線又は可視光により効率よく励起され発光することから、光変換部材に含有される蛍光体として有効に利用することができる。さらに、組成式の異なる複数種のＬＡＧ系蛍光体又はＬＡＧ系蛍光体を他の蛍光体とともに用いることにより、発光色を種々変化させることができる。半導体素子からの青色系の発光と、この発光を吸収し黄色系の発光する蛍光体からの発光との混色により、白色系の混色光を発光する従来の発光装置は、発光素子からの光の一部を透過させて利用するため、構造自体を簡略化できると共に出力向上を行いやすいという利点がある。その一方、上記発光装置は、２色の混色による発光であるため、演色性が十分でなく、改良が求められている。そこで、ＬＡＧ系蛍光体を利用して白色系の混色光を発する発光装置は、従来の発光装置と比較してその演色性を向上させることができる。また、ＬＡＧ系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体と比較して温度特性に優れるため、劣化、色ずれの少ない発光装置を得ることができる。【００８４】
（窒化物系蛍光体）
この蛍光体は、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も利用することができる。また、窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップから発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。【００８５】
例えば、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ2Ｇｅ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ1.8Ｃａ0.2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｇｅ7Ｎ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｓｒ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ0.8Ｃａ0.2Ｓｉ6ＧｅＮ10：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｐｒ、Ｂａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｐｒ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｔｂ、ＢａＧｅ7Ｎ10：Ｃｅなどが挙げられるがこれに限定されない。【００８６】
窒化物蛍光体に含有される希土類元素は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕのうち少なくとも１種以上が含有されていることが好ましいが、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂが含有されていてもよい。これらの希土類元素は、単体の他、酸化物、イミド、アミド等の状態で原料中に混合する。希土類元素は、主に安定な３価の電子配置を有するが、Ｙｂ、Ｓｍ等は２価、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｂ等は４価の電子配置を有する。酸化物の希土類元素を用いた場合、酸素の関与が蛍光体の発光特性に影響を及ぼす。つまり酸素を含有することにより発光輝度の低下を生じる場合もある。その反面、残光を短くするなどの利点もある。【００８７】
Ｍｎを用いると、粒径を大きくすることができ、発光輝度の向上を図ることができる。また、Ｌａを共賦活剤として使用する場合、酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）は白色の結晶で、空気中に放置すると速やかに炭酸塩に代わるため、不活性ガス雰囲気中で保存することが好ましい。Ｐｒを共賦活剤として使用する場合、酸化プラセオジム（Ｐｒ6Ｏ11）は、通常の希土類酸化物Ｚ2Ｏ3と異なり、非化学量論的酸化物で、プラセオジムのシュウ酸塩、水酸化物、炭酸塩などを空気中で８００℃に加熱するとＰｒ6Ｏ11の組成をもつ黒色の粉体として得られる。Ｐｒ6Ｏ11はプラセオジム化合物合成の出発物質となり、高純度のものが市販されている。【００８８】
特に、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコーンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬXＳｉYＮ(2/3X+4/3Y)：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮ(2/3X+4/3Y-2/3Z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒXＣａ1-X）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、Ｓｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒXＣａ1-XＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、ＳｒＳｉ7Ｎ10：Ｅｕ、ＣａＳｉ7Ｎ10：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体が得られる。【００８９】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。すなわち、本蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ2+を賦活剤として用いる。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
添加物であるＭｎは、Ｅｕ2+の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。【００９０】
蛍光体は、基本構成元素中に又は基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｆｅ，Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができる。【００９１】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に使用して、発光素子により発光された光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色系の混色光を発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、発光素子光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。【００９２】
ここで、発光素子により発光された光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により白色系の混色光を発する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色系の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色系発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。【００９３】
次に、蛍光体（（ＳｒXＣａ1-X）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
まず、原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＭｎＯ、Ｍｎ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましい。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。【００９４】
原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ（ＮＨ2）2、Ｍｇ2Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ2Ｏ3、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ3Ｂ、Ｎｉ3Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ3ＢＯ3、Ｂ2Ｏ3、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。【００９５】
次に、Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。また、原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化して、窒化ケイ素を得る。
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。【００９６】
同様に、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ2Ｏ3を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。【００９７】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ3ＢＯ3、Ｃｕ2Ｏ3、ＭｇＣｌ2、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ2Ｏ3、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ3Ｂ2、ＡｌＢ2、ＭｎＢ）、Ｂ2Ｏ3、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＯなどがある。【００９８】
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ2Ｏ3を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ2Ｏ3の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒXＣａ1-X）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。【００９９】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）材質のるつぼを使用することもできる。【０１００】
赤みを帯びた光を発光する蛍光体として、窒化物系蛍光体を使用することができるが、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを組み合わせて用いてもよい。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。【０１０１】
以上のようにして形成されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の周辺において一層からなる波長変換部材中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる波長変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子に近い位置に配置されるように波長変換部材を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、混色光の演色性を向上させることができる。【０１０２】
（アルカリ土類金属珪酸塩）
発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで賦活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。アルカリ土類金属珪酸塩は、青色領域の光を励起光とし、暖色系の混色光を発光する発光装置とすることができる。このアルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。【０１０３】
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ2・ａＰ2Ｏ5ｂＡｌ2Ｏ3ｃＢ2Ｏ3ｄＧｅＯ2：ｙＥｕ2+（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ2・ａＰ2Ｏ5ｂＡｌ2Ｏ3ｃＢ2Ｏ3ｄＧｅＯ2：ｙＥｕ2+（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
ここで、好ましくは、ａ、ｂ、ｃおよびｄの値のうち、少なくとも一つが０．０１より大きい。【０１０４】
アルカリ土類金属塩からなる蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで賦活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ4：Ｅｕ、または次式で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を有することもできる。
Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ2Ｏ3：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）
次に、アルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。【０１０５】
アルカリ土類金属珪酸塩の製造のために、選択した組成に応じて出発物質アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムの化学量論的量を密に混合し、かつ、蛍光体の製造に常用の固体反応で、還元性雰囲気のもと、温度１１００℃および１４００℃で所望の蛍光体に変換する。この際、０．２モル未満の塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加することが好ましい。また、必要に応じて珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもできるし、ユウロピウムの一部をマンガンで置換することもできる。【０１０６】
上述したような蛍光体、即ち、ユウロピウムおよび／またはマンガンで賦活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ4：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+の一つまたはこれらの蛍光体を組み合わせることによって、以下の表に示されるように、所望の色温度を有する発光色および高い色再現性を得ることができる。【０１０７】
【表１】
0004973189.tif 000002
【０１０８】
（その他の蛍光体）
蛍光体として紫外から可視領域の光により励起されて発光する蛍光体も用いることができ、具体例として、以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで賦活されたアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体；例えば、Ｍ5（ＰＯ4）3（Ｃｌ、Ｂｒ）：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）、Ｃａ10（ＰＯ4）6ＣｌＢｒ：Ｍｎ，Ｅｕなどの蛍光体。
（２）Ｅｕ、ＭｎまたはＥｕとＭｎで賦活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体；例えば、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ、ＳｒＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＣａＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ，Ｍｎなどの蛍光体。
（３）Ｅｕで賦活された希土類酸硫化物蛍光体；例えば、Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕなどの蛍光体。
（４）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｚｎ2ＧｅＯ4：Ｍｎ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ2・ＧｅＯ2：Ｍｎ、Ｍｇ6Ａｓ2Ｏ11：Ｍｎ、（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｇａ2Ｓ4：Ｅｕ、Ｃａ10（ＰＯ4）6ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ、や（５）Ｅｕで賦活された有機錯体蛍光体。【０１０９】
また、これらの蛍光体は、一層からなる波長変換部材中に単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。さらに、二層以上が積層されてなる波長変換部材中にそれぞれ単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。【０１１０】
本発明の半導体素子は、封止部材により封止されていることが好ましい。これにより、半導体素子などを外部環境からの外力、塵芥や水分などから保護することができる。また、その形状を適宜調整することによって、発光素子から放出される光の指向特性、例えば、レンズ効果を付与し、制御することができる。封止部材の形状は、例えば、凸レンズ形状又はドーム型、凹レンズ形状など、発光観測面側から見て楕円状、立方体、三角柱など種々の形状とすることができる。封止部材としては、耐光性、透光性に優れたエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂などの有機物質や硝子など無機物質を用いることができる。また、封止部材に発光素子からの光を拡散させる目的で酸化アルミニウム、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化珪素などを含有させることもできる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、発光素子からの発光波長によって励起され蛍光を発する蛍光物質を含有させる。また、封止樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。【０１１１】
なお、窒化物半導体層に接続された電極とは、第２導電型半導体層に接続された第２電極及び第１導電型半導体層に接続された第１電極の何れであってもよい。なかでも、半導体素子の全面又は全面に近い面積で形成されるｐ電極であることが好ましい。これにより、発光層で発生した光を、上述した銀を含む電極によってより効率よく反射することができ、反射光を有効に利用することができる。【０１１２】
ただし、窒化物半導体層に接続された電極は、必ずしもいずれか一方の電極のみならず、ｐ電極及びｎ電極の双方において、上述した材料を適宜選択して、あるいは、全く同じ積層構造で形成してもよい。このように、双方の電極において、銀又は銀合金を第１金属膜として形成することにより、ｎ電極が形成された領域下においても、つまり、半導体素子の略全面で、光を反射させることができ、光取り出し効率をより向上させることができる。また、ｎ電極において、第１金属膜上に第２金属膜を形成することにより、熱処理を行った後においても、ショットキー接続となることを防止し、信頼性の高いｎ電極を得ることが可能となる。【０１１３】
以下に、本発明の半導体素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の半導体素子を図１に示す。
この半導体素子１は、サファイア基板２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３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発光層４、ｐ型半導体層５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。【０１１４】
ｎ型半導体層３の一部の領域においては、その上に積層された発光層４及びｐ型半導体層５が除去され、さらにｎ型半導体層３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３上にｎ電極９が形成されている。
ｐ型半導体層５上には、ほぼ全面に、膜厚１０００ÅのＡｇ膜からなる第１金属膜６と、これを完全に被覆する膜厚１０００ÅのＰｔ膜からなる第２金属膜７とからなるｐ電極８が形成されている。電極が形成されていない半導体層の上面及び側面から、ｐ電極８及びｎ電極９の一部上にわたって、膜厚６０００ÅのＳｉＮ膜からなる絶縁膜１０が形成されている。【０１１５】
このような半導体素子は、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２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３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発光層４、ｐ型半導体層５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。【０１１６】
＜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。
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。【０１１７】
＜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、Ａｇ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、スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、ウェハのｐ型コンタクト層のほぼ全面に、Ａｇ膜を１０００Åの膜厚で形成した。
得られたＡｇ膜を、レジストを用いて所定の形状にパターニングし、さらに、その上に、Ｐｔターゲットを用いて、Ａｇ膜を被覆するように、Ｐｔ膜を１０００Åの膜厚で形成し、ｐ電極８を形成した。
また、露出したｎ型コンタクト層上に、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極９を７０００Åの膜厚で形成した。
次いで、アニール装置にて、ｐ型コンタクト層等の半導体層の素子特性に影響を与えず、ＡｇとＰｔとが混ざらない温度以下の温度で熱処理を施した。【０１１８】
＜絶縁膜の形成＞
ｎ電極９及びｐ電極８を含むｐ型コンタクト層及びｎ型コンタクト層上に、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ＳｉＮ膜を６０００Åで形成し、リフトオフ法により、ｎ電極９及びｐ電極８の一部を被覆する絶縁膜１０を形成した。【０１１９】
＜パッド電極の形成＞
絶縁膜１０、ｎ電極９及びｐ電極８の上に、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（図示せず）を総膜厚１μｍで形成した。
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体素子１を得た。【０１２０】
以上のようにして形成した半導体素子について、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中、Ｉｆ＝２０ｍＡの条件で通電したところ、７０００時間連続通電した後においても、その断面におけるＳＥＭ観察ではＡｇのマイグレーションが認められず、さらに、リーク電流の発生は認められなかった。
比較のために、ＳｉＮ膜に代えてＳｉＯ2膜を形成するか、さらにＳｉＮ膜等の絶縁膜を形成しなかった以外、上述した半導体素子と同様の発光素子を、それぞれ形成した。【０１２１】
これらの半導体素子では、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中、Ｉｆ＝２０ｍＡの条件で通電したところ、リーク電流が断続的に発生し、これらの素子の寿命は、いずれも１０００時間以下であった。
また、その断面におけるＳＥＭ観察ではＡｇがｎ型コンタクト層側に析出されていることが確認された。【０１２２】
実施例２
この実施例の半導体素子は、実施例１における銀電極に代えて、Ｐｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）の多層膜を１０００Å／１０００Å／１０００Åで形成し、ｐ電極８及びｎ電極９形成後のアニール温度を６００℃程度まで上昇させた以外、実施例１の半導体素子と同様の構成の半導体素子を得た。【０１２３】
得られた半導体素子では、実施例１と同様の条件で通電したところ、１００００時間連続通電した後においても、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、高品質で信頼性の高い半導体素子を得ることができた。
さらに、通電する前後において、Ａｇ電極は、ｐ型コンタクト層との界面付近において、１．５μｍの範囲で１００ｎｍ程度の結晶粒が５割程度観察され、オーミック特性も変化なく、良好であった。
加えて、Ａｇ電極の上面が、Ａｇと反応しないＮｉで覆われているため、ＡｇとＮｉとの合金化を回避することができ、窒化物半導体層の直上にＡｇを高密度で配置することができるために、反射効率が良好であり、一層、光の取り出し効率が向上した。【０１２４】
実施例３
この実施例の半導体素子は、実施例２における絶縁膜１０をＳｉＮに代えてＳｉＯＮとした以外、実施例１と実質的に同様の構成の半導体素子を、それぞれ得た。
得られた半導体素子は、動作環境にもよるが、例えば、湿度が比較的低い場合においては、いずれも、実施例２と同様に、オーミック性が良好で、マイグレーションが発生せず、反射効率が高く、高品質で信頼性の高い半導体素子を得ることができた。【０１２５】
実施例４
この実施例の半導体素子２２は、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、実施例１と同様に、サファイア基板１１の上に、バッファ層１２、ノンドープＧａＮ層１３、ｎ型コンタクト層１４、ｎ型クラッド層１５、多重量子井戸構造の活性層１６、ｐ型クラッド層１７、ｐ型コンタクト層１８がこの順に積層されて構成され、ｐ型コンタクト層１８上に、ほぼ全面に、Ａｇ膜２２が形成されており、さらにその上に、第２金属膜２１としてＰｔ（上）／Ｎｉ（下）膜が積層されてｐ電極が形成されている。また、露出領域上には、ｎ電極１９が形成されている。【０１２６】
さらにこの半導体素子２２では、ｐ型半導体層及び活性層１６が除去され、ｎ型コンタクト層１８が露出した露出領域であって、ｎ電極１９形成されていない半導体素子２２の外縁領域に、活性層１６及びｐ型半導体層とほぼ同じ高さの円錐台形状の凸部２０が複数個形成されている。
この凸部２０の大きさは、その付け根付近で２０μｍ2程度であり、この凸部の総数は６００程度、１つの発光素子における凸部２０の占有面積は約２０％である。
このような凸部を形成したことにより、凸部が形成されていない素子に比較して、Φｖは約１０％程度向上することがわかった。【０１２７】
実施例５
この実施例では、図３に示したように、実施例１に示した半導体素子１を、実装基体２０１に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成した。【０１２８】
この発光装置は、リード２０３が固定された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、接着層２０４を介してサブマウント基板２０５に載置されたＬＥＤチップ１が実装されて構成されている。凹部２０２の側面は反射部２０６として機能し、実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。また、実装基体２０１には、凹部２０２の外部にテラス部２０７が形成されており、ここに、保護素子（図示せず）が実装されている。実装基体２０１の凹部２０２の上方には、光取り出し部２０８として開口部が形成されており、この開口部に、透光性の封止部材２０９が埋設されて封止されている。
このような構成により、ｐ電極のＡｇ膜により高効率で光を反射させることができ、半導体素子の基板側からの光の取り出し効率を一層向上させることができる。【０１２９】
実施例６
この実施例では、図４に示したように、実施例１に示した半導体素子１を、サブマウント部材１６０を介してステム１２０の凹部１２０ａ内に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成した。
ステム１２０は、第１のリード１２１と第２のリード１２２とが樹脂によって一体成型されており、第１のリード１２１及び第２のリード１２２の端部の一部が、ステムの凹部１２０ａ内で露出している。露出している第２のリード１２２の上に、サブマウント部材１６０が載置されている。このサブマウント部材１６０上であって、凹部１２０ａの略中央に、ＬＥＤチップ２００が載置されている。サブマウント部材１６０に設けられた電極１６１は、ワイヤを介して第１のリード１２１と電気的に接続され、また、電極１６２は、ワイヤを介して第２のリード１２２と電気的に接続されている。【０１３０】
ステムの凹部１２０ａ内には、蛍光体１５０を含む封止部材１３１が埋設されており、さらにその上に、封止部材１４１が封止部材１３１及びステム１２０の一部を被覆している。
なお、この発光装置においては、サブマウント部材を介さず、半導体素子１を直接リードにマウントし、超音波振動装置を用いて鉛フリーの半田バンプを介してボンディングして電気的に接続してもよい。
このような構成により、ｐ電極のＡｇ膜により高効率で光を反射させることができ、半導体素子の基板側からの光の取り出し効率を一層向上させることができる。【０１３１】
実施例７
この実施例の半導体素子３０は、図５（ａ）に示したように、エッチングにより、ｎ型半導体層は、ｎパッド電極が形成される端部３１から発光素子の中央方向に向かって細くなった括れ部３２を有し、互いに対向する一対の括れ部３２を結ぶように延伸部３３を有した形状で、露出している。また、延伸部３３を挟む領域に、ｐ型半導体層が形成されている。【０１３２】
これらの構成以外は、実施例２と実質的に同様の積層構造を有する。
なお、図５（ｂ）に示したように、延伸部３３を挟む領域に形成されたｐ型半導体層の上には、Ｐｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）の多層膜と、第２金属膜３４としてＰｔ（上）／Ａｕ（下）膜が形成されており、さらに、ｎ型半導体層上であって、端部３１から括れ部３２及び延伸部３３の上には、ｎ電極３５が形成されている。また、これら第２金属膜３４及びｎ電極３５の上には、パッド電極３６、３７がそれぞれ形成されている。パッド電極３６、３７は、同じ材料で同時に形成することができ、これにより、電極を形成するための製造工程数を減らすことができる。【０１３３】
このように構成される半導体素子３０は、図５（ｂ）におけるＸ−Ｘ断面図である図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、窒化アルミニウム板に、例えば、めっきにより形成されたＡｕからなる導体配線４０、４１が形成された支持基板４２に、ｐ及びｎパッド電極、バンプ電極を介して２つ並列接続でフリップチップ・ボンディングされて、発光装置４３を構成する（図６（ｃ））。【０１３４】
導体配線４０、４１は、正負一対の電極として、互いに絶縁分離され、かつ互いに一部を包囲するように櫛状に形成されている。
支持基板４２に配置される正（＋）極側の導体配線４０、外部電極（図示せず）の正極側に接続される領域から、一方の発光素子のｐパッド電極に対向する位置を経由して他方の発光素子のｐパッド電極に対向する位置まで延伸している。同様に、支持基板４２に配置される負（−）極側の導体配線４１は、一方の発光素子及び他方の発光素子の一方のｎパッド電極に対向する領域から、外部電極（図示せず）の負極側に接続される領域、および他方の発光素子の他方のｎパッド電極に対向する領域を経由して、一方の発光素子の他方のｎパッド電極に対向する領域まで延伸している。また、支持基板４２に垂直な方向から見て、負極側の導体配線４１の外縁は、正極側の導体配線４０の方向に凸な多数の円弧状の形状を有し、一方、正極側の導体配線４０の外縁部は、負極側の凸状の外縁に対応するような凹形状を有している。なお、発光素子３０のｐパッド電極３６に対向する領域の面積は、ｎパッド電極３７に対向する領域の面積より大きく、ｐパッド電極３６がｎパッド電極３７の数よりも多く設定されている。【０１３５】
このような支持基板４２に半導体素子３０を２つ並列接続で実装することにより、直列接続とした場合と比較して、導体配線が簡略化される。しかも、導体配線４０、４１が櫛状で形成されることと相まって、フリップチップ実装された半導体素子３０からの放熱性をより向上させることができる。
また、半導体素子３０と支持基板４２とが、バンプ電極４４でボンディングされている領域以外の領域においては、半導体素子３０と支持基板４２との間にシリコーン樹脂によって樹脂層３９が配置されている。シリコーン樹脂は、支持基板４２表面に対するスクリーン印刷によって形成することができる。そして、シリコーン樹脂による樹脂層３９のバンプ電極４４形成領域には貫通孔が設けられ、導体配線４０、４１の表面が露出している。なお、樹脂層３９における貫通孔の内壁は、テーパー形状である。このような形状とすることによりバンプ電極４４での接続を容易に行うことができる。【０１３６】
バンプ電極４４は、Ａｕからなり、ｐパッド電極３６を接合するバンプを２４個、ｎパッド電極３７を接合するバンプを１２個とし、１×２ｍｍの大きさの発光素子に対して最大径が約１０５μｍ、最大高さが約４０μｍの大きさに設定されボンディングされている。
バンプによるボンディングは、発光素子の正負両電極が、バンプの直上にてそれぞれ対向するように、発光素子を、樹脂層の上面に載せて接触させ、発光素子の基板側から加圧しながら超音波を当てることにより、バンプを介して発光素子の正負両電極と導体配線とを接合する。このとき、シリコーン樹脂は、柔らかく弾力性に富むため、圧力によって収縮し、ＬＥＤチップの電極面の隙間にもよく入り込む。また、貫通孔内のバンプ数は、ダイボンドにより押し縮められたシリコーン樹脂の弾性力よりも発光素子の電極と、導体配線との接合力のほうが十分大きくなるように、ダイボンド前に予め調節しておく。このようにすると、発光素子が、シリコーン樹脂の弾性力によって支持基板とは逆の方向へ押し戻されることがなく、発光素子の電極と導体配線との接合の強度が一定に保たれ、発光素子の電極と導体配線との導通が断たれることはないため、信頼性の高い発光装置とすることができる。【０１３７】
支持基板は、所望の数、図６においては、２つの発光素子が含まれるように、カットされ、パッケージに搭載され、導電性ワイヤを介して外部電極と接続され、発光装置となる、なお、カット後の支持基板の形状は、矩形の他、どのような形状でもよい。
このような構成とすることにより、熱が籠もりやすい発光素子において、内側の熱を、載置されるバンプの数が相対的に多く、広い導体配線にて放熱させることができ、発光素子の放熱性が向上し、高輝度発光が可能かつ信頼性の高い発光装置とすることができる。
また、樹脂層の存在により、半導体素子と支持基板との間の隙間をほぼなくすことができ、隙間に存在する空気に起因する複雑な光の屈折を防止して光の取り出し効率を向上させることができるとともに、樹脂層により熱伝導を促進することが可能となり、放熱効果の向上を図ることができる。
しかも、このような構成により、発光素子からの光がｐ電極を構成する最下層のＡｇ膜によって、高効率で反射させることができ、フリップチップ実装された発光素子におけるサファイア基板側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。【０１３８】
実施例８
この実施例の半導体素子は、図１２（ａ）に示したように、ｐ型半導体層の上に、もっとも厚い領域が５Å程度のＮｉ膜６５ｄを島状に形成し、その上に、第１金属膜６５として、Ｐｔ膜６５ｃ（上）／Ｎｉ膜６５ｂ（中）／Ａｇ膜６５ａ（下）の多層膜を形成する以外、実施例７と同様に半導体素子を形成する。
Ni膜は、スパッタリングにより、Ｎｉが５Å成長するような成長速度と成長時間で形成することにより、ｐ型半導体層上に島状に形成される。
この結果、実施例７とほぼ同等の光取り出し効率が得られるとともに、ｐ型半導体層と多層膜との界面での剥がれが少なくなり、歩留まりのよい発光素子を得られることができる。【０１３９】
実施例９
この実施例の半導体素子は、実施例８のＰｔ（上）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）を、Ｐｔ（上）／Ｔｉ（中）／Ｎｉ（中）／Ａｇ（下）とし、中間のＮｉ上にＴｉをさらに１０００Åの膜厚で形成した以外、実施例８と同様にして半導体素子を得る。
この半導体素子は、実施例８の素子よりもさらにＡｇのマイグレーションを抑制することができ、例えば、長時間の発光や、高電力投入条件での発光においても、マイグレーションを抑制して、発光効率の高い発光素子を得ることができる。【０１４０】
実施例１０
この実施例の半導体素子は、図１２（ｃ）に示したように、第１金属膜６６として、Ａｇ膜６６ａ、Ｔｉ（上）／Ｎｉ（下）積層膜６６ｂ、Ｐｔ膜６６ｃの多層膜とする以外、実施例８と同様に半導体素子を形成する。
Ｔｉ（上）／Ｎｉ（下）積層膜６６ｂ、Ｐｔ膜６６ｃは、Ａｇ膜の側面に各層が５００Å程度の厚み（１２（ｃ）中、ｓ及びｒ）となるように、膜を形成する際に用いるマスクの開口部を徐々に広げて形成する。つまり、Ａｇ膜の表面方向への各層の厚み（図１２（ｃ）中、ｐ及びｑ）がそれぞれ１０００Åに対して、側面方向に１０００Å以下の厚みの膜を設ける。また、第２金属膜７は、第１金属膜６６の表面方向の厚み（図１２（ｃ）中、ｘ）を０．５μｍ、側面方向の厚み（図１２（ｃ）中、ｚ）を５μｍとする。
このような構成により、実施例９に対して、さらに長時間発光、高電力投入条件での発光においても、マイグレーションを抑制して、発光効率の高い発光素子を得ることができる。【０１４１】
実施例１１
第１金属膜６７を構成するＡｇ膜６７ａを、スパッタリングの条件を変更して、Ag膜６７ａがｐ型半導体層５と接する面からはなれるに従って、そのサイズが小さくなるように（断面視で幅が細くなるように）形成した以外は、実施例９と同様にして半導体素子を得る。
この半導体素子は、実施例１０の素子に対して、さらに長時間の発光、高電力投入条件での発光においても、マイグレーションを抑制して、発光効率の高い発光素子を得ることができる。【０１４２】
実施例１２
この実施例における発光装置は、図７（ａ）〜（ｃ）に示したように、実施例７における１単位の配列を４セット直列接続となるように、支持基板５２上に導体配線５０、５１、５３ａ〜５３ｃを形成し、その上に、発光素子３０をボンディングした以外は、実施例７と実質的に同様である。
つまり、導体配線５０は、外部の正電極（図示せず）および端部に実装される発光素子の正電極と接続する正極側の導体配線（「第１導体配線」と記す）５０と、外部の負電極（図示せず）および端部に実装される発光素子の負電極と接続する負極側の導体配線（「第２導体配線」と記す）５１と、発光素子の正電極と負電極とを電気的に接続させ、各セットを直列接続とさせる第３導体配線５３ａ〜５３ｃとを有する。導体配線５０、５１、５３ａ〜５３ｃは、互いに正極側の導体配線が負極側の胴体配線の一部を包囲するように櫛状（鍵状）に配されている。したがって、発光素子が多数実装されたときにも放熱性を向上させ、高輝度な発光装置とすることができる。【０１４３】
実施例１３
この実施例における発光装置は、フィラーとして酸化アルミニウムを含むシリコーン樹脂を用い、バンプの高さ以上までスキージングし、スクリーン印刷を行って、樹脂層を形成する以外、実質的に実施例７と同様である。
これにより、より放熱効果を高めた、光取り出し効率の高い発光装置を得ることができる。【０１４４】
実施例１４
この実施例における半導体素子７０は、図８に示したように、ｐパッド電極３８が楕円形状で形成されている以外は、実施例７における半導体素子３０と実質的に同様である。
このような半導体素子７０は、図９（ａ）及び（ｂ）に示したように、表面に導体配線６０、６１が形成された六角形状の支持基板６２に、２×２のマトリクス状にフリップチップ実装されて、発光装置を構成している。
このように構成される発光装置においても、実施例７と同様の効果を有する。【０１４５】
実施例１５
この実施例の発光装置４５は、図１０に示したように、フリップチップ実装された発光素子３０と発光素子３０との間に生じた間隙に、透光性の樹脂層３９ａが埋め込まれており、さらに、それらの発光素子３０の光出射面側および樹脂層３９ａの上面に、面一に、発光素子３０からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発する蛍光体を含有する波長変換部材４７が形成されている以外、実質的に実施例７の発光装置と同様である。【０１４６】
なお、蛍光体は、波長変換部材４７中のみならず、樹脂層３９、３９ａの双方に含有されていてもよいし、樹脂層３９、３９ａのいずれか一方又は双方にのみ含有されていてもよい。
このように、樹脂層３９ａが発光素子の少なくとも側面を被覆することにより、波長変換部材４７が、その形成工程において発光素子３０の側面側に入り込むことを防ぐことができる。【０１４７】
実施例１６
この実施例の発光装置４６は、図１１に示したように、フリップチップ実装された発光素子３０と発光素子３０との間に生じた間隙から、発光素子３０の基板上に渡って、均一な厚みで、透光性の樹脂層３９ｂが形成されており、樹脂層３９ｂ上面に、面一に、波長変換部材４７が形成されている以外、実質的に実施例１１の発光装置と同様である。【０１４８】
なお、蛍光体は、波長変換部材４７中のみならず、樹脂層３９、３９ｂの双方に含有されていてもよいし、樹脂層３９、３９ｂのいずれか一方又は双方にのみ含有されていてもよい。また、この場合には、波長変換部材４７が形成されていなくてもよい。
このように、発光観測方位によって色度が均一な光学特性に優れた発光装置とすることができる。また、発光素子と蛍光体とを樹脂層を介して離間させることにより、発熱による蛍光体の劣化およびその発光輝度低下を抑制し、発光効率の高い発光装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４９】
本発明の半導体素子は、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、さらには半導体受光素子など、その他の半導体デバイスに好適に利用することができる。
【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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