半導体発光素子及び半導体発光装置
【課題】光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子及び半導体発光装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第１半導体層と、第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、第１半導体層に接続された第１電極と、第２半導体層に接続された第２電極であって、第２電極は、第２半導体層の上に設けられ、第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、第２半導体層の上において第１膜の周縁に設けられ、第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、を有する第２電極と、第２膜の一部と第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、を備え、第２膜の外側の縁端から第１膜までの距離は、第１主面の周辺部よりも中心部において小さいことを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、第１半導体層と、第２半導体層と、第１半導体層と第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、第１半導体層に接続された第１電極と、第２半導体層に接続された第２電極であって、第２電極は、第２半導体層の上に設けられ、第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、第２半導体層の上において第１膜の周縁に設けられ、第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、を有する第２電極と、第２膜の一部と第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、を備え、第２膜の外側の縁端から第１膜までの距離は、第１主面の周辺部よりも中心部において小さいことを特徴とする半導体発光素子を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子において、高い放熱性と高い光取り出し効率が期待される構造として、ウェーハの発光層側をヒートシンク側に接触させ、発光した光を直接又は反射膜で反射させて基板側から取り出すフリップチップ型の半導体発光素子が開発されている。
【０００３】
フリップチップ型の半導体発光素子においては、高効率反射膜の形成技術が必須であり、発光層で生じた光、特に紫外帯域の光を高効率に反射させる銀とアルミニウムが高輝度の発光素子を実現する反射膜候補として注目されている。
【０００４】
特に銀は、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触が取れることから、ｐ側電極兼反射膜としてフリップチップ型半導体発光素子に利用されている。しかしながら、反射特性の高い銀などは、オーミック性を呈しないので電気特性が犠牲になる。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、コンタクト層の上に、細分化されたオーミック電極を設けその間に反射層を形成する構造により、電気特性と反射特性を両立しようと試みている。
【０００６】
一般に、フリップチップ型半導体発光素子内で発光した光を外に取り出す場合、半導体発光素子内における発光領域は中心部に近いほど光取り出し効率が良い。また、中心部に近いほど、素子端面の影響を受け難いので光出力の再現性が良くなる。一方、光取り出し効率を高めるには、電極形成面の反射領域を広く設計する方が有利であり、中心部以外の領域にも設けることが望ましい。すなわち、発光領域を素子の中心部設けることと、反射領域をできるだけ広くすることと、にトレードオフがあり、両方を高めることに限界があった。
【０００７】
特許文献１などの従来技術においては、オーミック電極と反射層の平面形状は充分検討されておらず、光取り出し効率や、光出力の再現性の点で改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子及び半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面上に設けられ前記第１半導体層に接続された第１電極と、前記積層構造体の前記第１主面上に設けられ前記第２半導体層に接続された第２電極であって、前記第２電極は、前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、前記第２半導体層の上において前記第１膜の周縁に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、を有する第２電極と、前記第２膜の一部と前記第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、を備え、前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において小さく、前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１電極と前記第２電極とが対向する部分よりも、前記第１電極と前記第２電極とが対向する前記部分以外の部分において大きいことを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の別の一態様によれば、上記の半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子及び半導体発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第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２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
【図３】第１の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
【図４】第２の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
【図５】本発明の第２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的断面図である。
【図６】本発明の第３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的断面図である。
【図７】本発明の第４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的断面図である。
【図８】本発明の第５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的断面図である。
【図９】本発明の第６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的断面図である。
【図１０】本発明の第７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１１】本発明の第８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１２】本発明の第９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１３】本発明の第１０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１４】本発明の第１１の実施形態に係る半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の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係数などは、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係数が異なって表される場合もある。
また、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。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１０１は、ｎ型半導体層（第１半導体層）１と、ｐ型半導体層（第２半導体層）２と、ｎ型半導体層１とｐ型半導体層２との間に設けられた発光層３と、を有する積層構造体１ｓと、積層構造体１ｓのｐ型半導体層２の側の第１主面１ａ上に設けられｎ型半導体層１に接続されたｎ側電極（第１電極）７と、積層構造体１ｓの第１主面１ａ上に設けられｐ型半導体層２に接続されたｐ側電極（第２電極）４と、を備える。
【００１６】
そして、ｐ側電極４は、ｐ型半導体層２の上に設けられ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗が低く、且つオーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、ｐ型半導体層２の上において第１膜４ａの周縁に設けられ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗が高く、且つオーミック接続特性が低いあるいは非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、を有している。
【００１７】
そして、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記第１主面１ａの周辺部よりも中心部において小さい。
【００１８】
本具体例においては、半導体発光素子１０１の平面形状は略矩形である。
そして、半導体発光素子１０１の周辺部においては、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、矩形の対角線上の幅ａの他、矩形の縦方向における幅ａ１及び矩形の横方向における幅ａ２を含むことができる。
【００１９】
そして、本具体例においては、半導体発光素子１０１の中心部は、半導体発光素子１０１の矩形の外周部から離れた、ｐ側電極４とｎ側電極７とが対向する部分である。すなわち、半導体発光素子１０１の中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、幅ｂである。
【００２０】
そして、周辺部における幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２よりも、中心部における幅ｂは、狭い。
【００２１】
このように、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離（幅ｂ）を、半導体発光素子１０１の周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離（幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２）よりも狭くすることで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。これにより、半導体発光素子１０１内における発光領域を中心部に配置できる。
【００２２】
そして、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａの縁部の周りに、反射特性を有する第２膜４ｂを配置することで、第１膜４ａ及び第２膜４ｂとで反射領域を形成することができ、反射領域全体の面積を拡大することができる。
【００２３】
すなわち、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域の全体の面積を拡大する。
【００２４】
なお、本具体例では、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分において、すなわち、例えば、半導体発光素子１０１の周辺部において、大きい。
【００２５】
また、本具体例では、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０１の周辺部よりも中心部の方が狭い。すなわち、半導体発光素子１０１の中心部における第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ｂは、半導体発光素子１０１の周辺部における第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ａよりも狭い。
【００２６】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１のように、フリップチップ型の半導体発光素子内で発光した光を外に取り出す場合、半導体発光素子内における発光領域は中心部に近いほど光取り出し効率が良い。
【００２７】
また、例えば、サファイア基板または窒化ガリウム基板上に作製した半導体発光素子を正方形または長方形に素子化する場合、２辺または４辺全てが劈開面ではないため、ブレーキングによって素子化されることにより素子端面形状の再現性が悪くなる。
【００２８】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａをできるだけ中心部に配置できるので、光取り出し効率が向上する。そして、発光領域が半導体発光素子１０１の中心部にできるだけ近づけることができるので、素子端面の影響を抑制でき、光出力の再現性が向上する。
【００２９】
そして、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、で反射領域を形成することができ、反射領域は広い。
【００３０】
このように、半導体発光素子１０１によれば、半導体発光素子１０１内における発光領域を光取り出し効率の高い中心部に配置するように制御しつつ、より広い範囲に反射領域を形成することができるため、光取り出し効率や光出力の再現性が改善される。
【００３１】
半導体発光素子１０１において、第２膜４ｂは、銀または銀合金を含むことができる。これにより、第２膜４ｂは、ｐ型半導体層２に対するオーミック接続特性が良好となり、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗も低くすることができる。
【００３２】
また、第１膜４ａは、ＡｌまたはＡｌ合金を含むことができる。これにより、第１膜４ａは、ｐ型半導体層２に対する非オーミック接続特性有することができ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗も相対的に高くすることができる。
【００３３】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、例えば、サファイアからなる基板１０の上に形成された窒化物半導体から構成される。
【００３４】
すなわち、例えば、有機金属気相成長法を用いて、表面がサファイアｃ面からなる基板１０の上に、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層(炭素濃度３×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３）を３ｎｍ〜２０ｎｍ、高純度第２ＡｌＮバッファ層(炭素濃度１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３)を２μｍ、ノンドープＧａＮバッファ層を３μｍ、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層(Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３)を４μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）を０．０２μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度１．１〜２．０×１０１９ｃｍ−３）とＧａＩｎＮ発光層（波長３８０ｎｍ）とが交互に３周期積層されてなる多重量子井戸構造の発光層を０．０７５μｍ、多重量子井戸の第１最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度１．１〜２．０×１０１９ｃｍ−３）を０．０１μｍ、多重量子井戸の第２最終Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度０．８〜１．０×１０１９ｃｍ−３）を０．０１μｍ、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層を０．０２μｍ、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層(Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３)を０．０２μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３)を０．１μｍ、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ−３)を０．０２μｍの厚みで、それぞれ順次積層した構造を採用することができる。
【００３５】
ここで、図１（ａ）に例示したｎ型半導体層１は、上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層に対応する。なお、ｎ型半導体層１は、上記の高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層、高純度第２ＡｌＮバッファ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、及び、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層を、さらに含むことができる。
【００３６】
また、図１（ａ）に例示した発光層３は、上記のＳｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層）とＧａＩｎＮ発光層（波長３８０ｎｍ）とが交互に３周期積層されてなる多重量子井戸構造の発光層を含むことができる。また、発光層３は、さらに、第１最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層、及び、第２最終Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層を含むことができる。
【００３７】
そして、図１（ａ）に例示したｐ型半導体層２は、上記のＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層に対応する。なお、ｐ型半導体層２は、上記のＭｇドープｐ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７ａＮクラッド層、及び、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を、さらに含むことができる。
【００３８】
また、積層構造体１ｓは、第１主面１ａに対向する第２主面１ｂの側にサファイアからなる基板１０を有している。
【００３９】
次に、半導体層上の電極の形成について説明する。
図１に表したように、これらの半導体層の一部の領域において、ｎ型コンタクト層が表面に露出するまで、マスクを用いたドライエッチングによって、ｐ型半導体層２及び発光層３を取り除く。露出したｎ型半導体層１を含む半導体層全体に、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、図示しないＳｉＯ２膜を４００ｎｍの厚さで形成する。
【００４０】
そして、ｐ側電極４を形成するために、まず、図示しないレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。そして、ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、例えば真空蒸着装置を用いて、第１膜４ａとなるＡｇ膜を２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間のシンター処理を行う。
【００４１】
同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇ膜が形成された領域の端と、Ａｇ膜が形成されていないｐ型コンタクト層の上が開口するように形成し、ｐ型コンタクト層の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えば、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を３００ｎｍの膜厚で形成する。Ａｌは、高効率反射膜として機能する。Ａｕは、高効率反射膜が自然酸化や薬品処理などによって劣化しないように保護する役割を果たしている。ＡｌとＡｕとの密着性改善や合金化防止のため、間にＮｉを挟んでいる。
【００４２】
そして、ｎ側電極７を形成するために、図示しないレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、露出したｎ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極７を５００ｎｍの膜厚で形成する。
【００４３】
次いで、裏面研磨を行い、劈開若しくはダイアモンドブレード等により切断し、例えば、幅４００μｍ、厚さ１００μｍの個別のＬＥＤ素子が作製され、本実施形態に係る半導体発光素子１０１が作製される。
【００４４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子の素子幅と電流注入領域幅との比と、光取り出し効率の関係を光線追跡によりシミュレーションした結果を例示している。
そして、同図（ａ）は、光線追跡シミュレーションに使用した半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。同図（ｂ）は、シミュレーション結果を例示しており、横軸は、半導体発光素子の素子幅Ｗ１に対する電流注入領域幅Ｗｘとの比Ｒ（すなわち、Ｗｘ／Ｗ１）を表し、縦軸は光取り出し効率Ｅを表している。なお、同図（ａ）では、半導体層は、発光層３を含む半導体層３ａとして省略されて描かれている。
図２（ａ）に表したように、本シミュレーションでは半導体発光素子１０１の構造が左右対称であることから、上記の素子幅Ｗ１と電流注入領域幅Ｗｘとは、それぞれ実際の幅の１／２とされている。また、基板１０にはサファイアが用いられ、電流注入領域（第１膜４ａ）にはＡｇ膜が用いられているとされた。
【００４５】
なお、本光線追跡シミュレーションでは、半導体発光素子の幅Ｗ１は４００μｍで、厚さＤ１は１００μｍとされている。そして、電流注入領域として第１膜４ａの幅Ｗｘを変えて半導体発光素子の光取り出し効率をシミュレーションした。
【００４６】
この時、電流注入領域（第１膜４ａ）の中心は、常に半導体発光素子の中心にあるものとし、電流注入領域（第１膜４ａ）の直下にある半導体層３ａの発光層から発光するとした。
また、反射されずに半導体発光素子の外側へ取り出された光のみを、光取り出し効率として換算している。
【００４７】
図２（ｂ）に表したように、素子幅Ｗ１に対する電流注入領域幅Ｗｘの比Ｒが小さくなるほど、すなわち、第１膜４ａの幅が素子幅Ｗ１に対して相対的に小さくなるほど、光取り出し効率が増加する。反射を考慮した場合も同様な傾向が見られる。
【００４８】
ここで、素子幅Ｗ１と厚さＤ１とのアスペクト比が４である２次元の半導体発光素子のモデルにおいて、基板１０の表面では全反射され、基板１０の側面では透過するような角度を持つ発光光の光線経路を考える。
【００４９】
半導体発光素子の中心で発光した光は、発光層から基板表面へ向かい、基板表面で全反射された後、ほとんど吸収されることなく基板側面に到達する。
【００５０】
それに対して、半導体発光素子の側面付近で発光した光の場合、すぐ近くの基板側面へ入射する成分はほとんど吸収されることなく基板側面に到達するが、逆方向へ行く成分は基板表面や電極形成面で反射を繰り返した後、基板側面に到達する。後者の場合、全反射と比較して反射率の低い反射電極で反射されたり、吸収体となる欠陥を持つ半導体層内を何度も通過したりすることにより光出力が減衰するため、前者と比較して光取り出し効率は低くなる。さらに、一般的に金属の反射率が低くなる紫外光の場合は、より顕著に差が現れる。
【００５１】
以上のように、発光領域が素子の中心部に近い方が、すなわち、素子の中心付近で発光する方が、光取り出し効率は高くなる。
【００５２】
ただし、第１膜４ａの面積を減らすと、ｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗が高くなり、動作電圧が上昇する。
【００５３】
これらの効果を考えて、第１膜４ａの面積と、素子内における配置と、を適切に決めることができる。
【００５４】
例えば、図１に例示した本具体例の半導体発光素子１０１において、第１膜４ａを設計する場合、半導体発光素子１０１の中心部では、すなわち、第１膜４ａとｎ側電極７とが対向する領域では、露光精度などのプロセス条件や第２膜４ｂの設計を考慮して、ｐ型コンタクト層のなるべく端の近くまで第１膜４ａが形成されている方が良い。
【００５５】
そして、半導体発光素子１０１の周辺部では、すなわち、ｎ側電極７と対向していない３つの辺では、上記トレードオフを考慮して、第１膜４ａは、ｐ型コンタクト層の端からある程度離れた領域まで形成されている方が良い。
【００５６】
すなわち、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）と接触している第２膜４ｂの幅は、周辺部よりも中心部の方が狭いことが望ましい。
【００５７】
このように、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離を、半導体発光素子１０１の周辺部（幅ａ、幅ａ１、幅ａ２）よりも中心部（幅ｂ）の方が短く設定することで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。
そして、中心部において第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ｂを、半導体発光素子１０１の周辺部において第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ａ（幅ａ１及び幅ａ２も含め）よりも狭くすることで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。
これにより、半導体発光素子１０１内における発光領域を中心部に配置できる。
【００５８】
すなわち、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域を拡大する。
【００５９】
この時、例えば、ｎ型コンタクト層を表面に露出させるためのドライエッチングによって、発光層３を挟んだ段差付近の半導体層はダメージを受けている可能性がある。ダメージを受けた発光層に電流を注入しても、高い効率は望めないばかりか、素子の信頼性にも影響を与える。
【００６０】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、発光層を挟んだ段差付近から電流注入領域（第１膜４ａ）を遠ざけることができるため、ダメージを受けていない発光層３にだけ効率良く電流を注入することができ、光出力及び信頼性を向上させることができる。
【００６１】
半導体発光ダイオードの特性を表す効率の一つに、半導体発光ダイオードの発光層に注入する電子数に対して、半導体発光ダイオード外部に放射される光子数を割合で示した外部量子効率があり、ＬＥＤチップの内部量子効率と光取り出し効率の積で表される。
本実施形態は、この光取り出し効率を高める技術である。
【００６２】
動作電流が２０ｍＡ程度で使用される４００μｍ四方の半導体発光ダイオードにおける外部量子効率の電流依存性は、青色発光の半導体発光ダイオードの場合は、通常１０ｍＡ程度の低電流値で最大値を示し、それよりも高い電流値では電流値の増大と伴に急速に減少していく。それに対して、４００ｎｍ以下の紫外発光の半導体発光ダイオードの場合は、動作電流値以上の領域に外部量子効率の最大値があり、その後の減少も緩やかである。
【００６３】
本実施形態のように、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａの面積を減らすと、外部量子効率の最大値を示す電流は低下する。この時、青色発光素子の場合はこの影響が甚大であり、本実施形態の構造で改善した光取り出し効率以上に外部量子効率が減少すると考えられる。ところが、紫外発光素子の場合は、むしろ外部量子効率が高まる結果となり、本実施形態における光取り出し効率改善と合わせて、外部量子効率は大幅に改善される。
【００６４】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０１によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００６５】
（第１の比較例）
図３は、第１の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図３に表したように、比較例の半導体発光素子９０においては、ｐ側電極４は、全てｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層２）に対してオーミック接続特性が良好な、Ａｇからなる反射電極で構成されている。
【００６６】
なお、このような構成の比較例の半導体発光素子９０は、以下のようにして作製される。
ｐ側電極４を形成するため、パターニングされたリフトオフ用レジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて反射電極としてＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、リフトオフ後に３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【００６７】
ｎ側電極７を形成するため、パターニングされたリフトオフ用レジストを半導体層上に形成し、ｎ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、ｎ電極となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。
【００６８】
この比較例の場合、反射領域の確保と光取り出し効率や光出力の再現性に最適な発光領域とのトレードオフが生じている。このため、光出力特性に対して必ずしも最適な電極設計とはならず、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が悪い。すなわち、反射領域が全てｐ型コンタクト層に対してオーミック接続特性が良好な反射電極で構成されているので、最適な電極設計とはなっていない。
このため、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が低い。
【００６９】
（第２の比較例）
図４は、第２の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図４に表したように、第２の比較例の半導体発光素子９１においては、本実施形態に係る半導体発光素子１０１と同様に、ｐ側電極４は、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、第１膜４ａの縁部に接触しつつ、ｐ型半導体層２の上に設けられた非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、を有している。ただし、第２の比較例の半導体発光素子９１の場合は、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、半導体発光素子９１の周辺部と中心部とで同じである。
【００７０】
すなわち、第２の比較例の半導体発光素子９１の場合は、半導体発光素子９１の周辺部における、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離、すなわち、対角線上の幅ａと、半導体発光素子９１の中心部における、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離、すなわち、幅ｂとが同じである。なお、この場合は、幅ａ１及び幅ａ２よりも幅ｂは大きくなっている。
【００７１】
このため、第２の比較例の半導体発光素子９１においては、オーミック特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子９１の素子の中心部の最適部分に配置されない。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１０１よりも第１膜４ａが、素子の外側に配置されている。このため、発光領域が素子の中心部からずれ、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が低い。
【００７２】
これに対し、既に説明したように、本実施形態にかかる半導体発光素子１０１においては、ｐ側電極４を、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、で構成する。そして、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離を、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短く設定することで、すなわち、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅を、半導体発光素子１０１の周辺部よりも中心部の方が狭くすることで、第１膜４ａを素子の中心部に配置する。これにより、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域の全体の面積を拡大することができる。これにより、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００７３】
なお、図１に例示した本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、周辺部における幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２よりも中心部における幅ｂが狭いが、本発明はこれに限らない。すなわち、中心部における幅ｂが、周辺部における幅ａよりも狭く、周辺部における幅ａ１及び幅ａ２以上であっても良い。この場合も、第１膜４ａを半導体発光素子１０１の素子の中心付近に配置することができ、これにより、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００７４】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、第１膜４ａとしてＡｇを用い、第２膜４ｂとしてＡｌを用いた場合、第１膜４ａに電流を狭窄し、高効率反射領域が増えるだけではなく、貴金属よりも密着性が良好でＡｇと線膨張係数の近いＡｌで第１膜４ａを覆うため、第２膜４ｂが、第１膜４ａに対する良好なパッシベーション膜として機能する他、動作時に第１膜４ａへかかる熱応力を緩和することができる。
【００７５】
また、Ａｇからなる第１膜４ａの端にＡｌが若干拡散することで、その領域のコンタクト抵抗を上げることができ、Ａｇからなる第１膜４ａの端における電流集中を緩和させることができる。
【００７６】
また、Ａｌとｐ型ＧａＮコンタクト層との界面では、非オーミック接続特性を示すことから、第１膜４ａから第２膜４ｂにかけて、電流密度が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電流集中を緩和することができる。
【００７７】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を、１×１０２０ｃｍ−３台と高めに設定することで、ｐ側電極４とのオーミック接続性が向上する。ただし、半導体発光ダイオードの場合、半導体レーザダイオードとは異なり、前記コンタクト層と発光層３との距離が短いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、ｐ側電極４と前記コンタクト層の接触面積が広く、動作時の電流密度が低いことを利用して、電気特性を大きく損ねることなく前記Ｍｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３台に抑えることで、Ｍｇの拡散を防ぐことができ、発光特性を改善させることができる。
【００７８】
高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層は基板との結晶型の差異を緩和する働きをし、特に螺旋転位を低減する。
また、高純度第２ＡｌＮバッファ層は、表面が原子レベルで平坦化する。そのため、この上に成長するノンドープＧａＮバッファ層の欠陥が低減されるが、そのためには高純度第２ＡｌＮバッファ層の膜厚は、１μｍよりも厚いことが好ましい。また、歪みによるそり防止のためには、高純度第２ＡｌＮバッファ層の厚みは４μｍ以下であることが望ましい。高純度第２ＡｌＮバッファ層は、ＡｌＮに限定されず、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でも良く、ウェーハのそりを補償することができる。
【００７９】
ノンドープＧａＮバッファ層は、高純度第２ＡｌＮバッファ層上で３次元島状成長をすることにより欠陥低減の役割を果たす。成長表面が平坦化するには、ノンドープＧａＮバッファ層の平均膜厚は、２μｍ以上であることが必要である。再現性とそり低減の観点からノンドープＧａＮバッファ層の総膜厚は、４〜１０μｍが適切である。
【００８０】
これらのバッファ層を採用することで、従来の低温成長ＡｌＮバッファ層と比較して欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層への高濃度Ｓｉドーピングや、紫外帯域発光でありながらも高効率な半導体発光素子を作ることができる。
【００８１】
多重量子井戸のバリア層に高濃度Ｓｉドーピングすることで発光層の発光効率は改善されるが、バリア層の結晶品質が劣化する。この結晶品質の劣化によって、欠陥に敏感なホールは発光層にたどり着く前に不活性化され、発光層に対するホールの注入効率が低下し、結果として半導体発光素子としての発光効率が低下する。また、Ｓｉが限界までドーピングされたバリア層は、Ｍｇが拡散してくると急速に劣化し、Ｍｇの拡散をさらに促す。
【００８２】
動作中にｐ型半導体層２から注入された最終バリア層中のホール濃度は、発光層側よりもｐ型半導体層２の側の方が高濃度であるため、ホールの注入効率を高めるにはｐ型半導体層２の側の品質向上が鍵となる。
【００８３】
本具体例のように、多重量子井戸の最終バリア層を、量子井戸中のバリア層と同じく高濃度Ｓｉドーピングされた第１最終バリア層と、第１最終バリア層よりも低濃度Ｓｉドーピングされた第２最終バリア層の２層構造とし、井戸層側を高濃度に設定し、ｐ型半導体層２の側を低濃度にすることで、ホールの注入効率を保ちつつ、発光層３の発光効率を改善させることができ、結果として半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００８４】
さらに、前記のバッファ層を用いることで、高品質ＧａＮをサファイア基板上に形成可能であり、通常異常成長のため採用困難な高い成長温度と高い５族／３族比での結晶成長が可能となる。このため点欠陥の発生が抑制され、バリア層に対してより高いＳｉドーピングが可能となるため、半導体発光素子の発光効率をより向上させることができる。
【００８５】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、少なくとも、ｎ型の半導体層とｐ型の半導体層、及びそれらに挟まれた発光層を含む半導体層からなり、半導体層の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。これらの半導体層の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の技術を用いることができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、基板材料は、特に限定されるものではないが、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの一般的な基板を用いることができる。基板は最終的に取り除いても良い。
【００８７】
なお、サファイア基板を用いた半導体発光素子の場合、基板と半導体層の屈折率差が大きいため、発光した光の大部分はその界面で反射されて、半導体層内部に閉じ込められ易い。一般的なサファイア基板上の窒化物半導体層の場合、半導体層内に数多く存在する欠陥や、アモルファス状または多結晶となっている低温成長バッファ層などが吸収体となり、半導体層内部で反射を繰り返すことなく吸収されてしまうため、高効率反射領域を増やす効果は比較的限定される。
【００８８】
これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで、バッファ層で吸収が起きにくくなるだけでなく、半導体層内の欠陥が劇的に減少し、半導体層内で光吸収が起きる要因を極力減らすことができ、発光した光は半導体層内で何度も反射を繰り返すため、高効率反射領域を増やす効果はより高い。
【００８９】
第１膜４ａは、ｐ型コンタクト層に対向する側は少なくとも銀または銀合金を含む金属膜で構成される。第１膜４ａに用いられる金属膜の材料は、銀単層でも良いし、銀以外の金属を含む合金層であっても良い。
通常の金属単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、銀は３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、且つ第１膜４ａに用いられる金属膜が銀合金の場合、ｐ型コンタクト層に対向する側の金属膜は銀の成分比が大きい方が望ましい。
【００９０】
また、第１膜４ａの膜厚は、光に対する反射効率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９１】
一方、第２膜４ｂは、ｐ型コンタクト層に対向する側は少なくともアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む金属膜で構成され、第１膜４ａと電気的に接触している。
【００９２】
通常の金属単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、アルミニウムは３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、且つ、第２膜４ｂに用いられる金属膜がアルミニウム合金の場合、ｐ型コンタクト層に対向する側の金属膜はアルミニウムの成分比が大きい方が望ましい。
【００９３】
また、第２膜４ｂを形成した後に熱処理を行っても良い。熱処理によって、アルミニウムの密着性が向上し、放熱性や信頼性が向上する。また、これにより、半導体層と合金を作りやすくなるため、第２膜４ｂとｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗が増加し、より第１膜４ａの領域のみに電流を流すことができるようになる。なお、第２膜４ｂの熱処理温度は、第１膜４ａ及びｎ側電極７の熱処理温度よりも低い方が好ましい。
【００９４】
第２膜４ｂの膜厚は、光に対する反射効率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９５】
アルミニウムは仕事関数が低く、窒化物半導体と反応（合金化）が生じやすいため、ｐ型コンタクト層に対して非オーミック接続特性を示す。そのため、電流注入時は第１膜４ａに電流が狭窄され、設計どおりの発光領域を実現することができる。
【００９６】
発明者は、第１膜４ａに使用される銀は、密着性が悪いと同時に、その上に形成した金属をｐ型コンタクト層まで拡散させ易い特性を持っていることを、数多くの実験結果から見出した。
【００９７】
この特性を利用して、第１膜４ａの端にアルミニウムを若干拡散させることで、その領域のコンタクト抵抗を若干上げることができ、第１膜４ａの端における電流集中を緩和させることができる。
【００９８】
また、アルミニウムとｐ型コンタクト層とが、非オーミック接続特性を示すことから、第１膜４ａから第２膜４ｂにかけて、電流密度が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電流集中を緩和することができる。
【００９９】
また、剥がれ防止や拡散防止のため、貴金属や高融点金属で第２膜４ｂを覆うこともできる。これによれば、第１膜４ａの端を、貴金属や高融点金属よりも密着性が良好なアルミニウムで覆うことで、より良好な剥がれ防止構造として機能する。
【０１００】
また、アルミニウムの線膨張整数は銀と近いため、動作時に第１膜４ａへかかる熱応力を緩和することができる。
【０１０１】
これらの効果により、高い光出力、高歩留り、高い信頼性を実現することができる。銀または銀合金からなる第１膜４ａのすぐ隣に第２膜４ｂを形成することで、第１膜４ａは誘電体膜と接触しなくなり、誘電体膜に含まれるイオン不純物や水分に晒されにくくなるため、銀のマイグレーションを抑えることができ、信頼性が向上する。
【０１０２】
ワイヤボンディングのボンダビリティ向上、ボールボンダによる金バンプ形成時のダイシェア強度向上、フリップチップマウント等のために、ｐ側電極４にパッドを別途設けても良い。パッドの膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１０３】
一方、ｎ側電極７の材料は、特に限定されるものではなく、ｎ型半導体層１のオーミック電極として用いられる導電性の単層膜または多層膜で構成される。形成方法も特に限定されるものではなく、例えば電子ビーム蒸着法にて多層構造を形成後にシンター処理を行っても良い。シンター処理をする場合は、ボンダビリティ向上のため、ｎ側電極７にパッドを別途設けることが好ましい。
【０１０４】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、各種の変形が可能である。
（第１の変形例）
半導体発光素子１０１においては、第１膜４ａとして厚さ２００ｎｍのＡｇ膜が用いられていたが、第１の変形例では、第１膜４ａとして、厚さ２００ｎｍのＡｇ／Ｐｔからなる積層膜が用いられる。
【０１０５】
第１膜４を、Ａｇ／Ｐｔ積層膜で形成し、その後シンター処理を行うことで、ｐ−ＧａＮコンタクト層とＡｇとの界面に、ごくわずかなＰｔを拡散させることができる。これにより、Ａｇの密着性が向上するほか、Ａｇ特有の高効率反射特性を損なうことなく、コンタクト抵抗を下げることができるため、ｐ側電極４に要求される高効率反射特性と低動作電圧特性とを高度に両立させることができる。
【０１０６】
具体的には、第１膜４ａにＡｇ単層膜を採用した場合と比較して、Ａｇ／Ｐｔ積層膜を採用した場合には、光出力はほぼ同じ値を示しつつ、２０ｍＡ時の動作電圧を０．３Ｖ減少させることができた。
【０１０７】
ＡｇとＰｔは固溶関係にあるため、ＰｔがＡｇと混ざることにより、Ａｇのマイグレーションを抑えることができる。その結果、高電流注入時においても高い信頼性を得ることができる。
【０１０８】
また、オーミック接触特性が良好な電極（すなわち、第１膜４ａ）の反射率が低い場合、発光した光が反射電極自身で吸収されてしまうことを防ぐため、ｐ側電極４（第１膜４ａ及び第２膜４ｂ）の端から第１膜４ａの端をなるべく遠ざけて、第２膜４ｂの面積を増やそうとする。この時、第１膜４ａがオーミック接触特性と高効率反射特性とを高度に両立させている場合は、第１膜４ａにおける光吸収を少なくすることができるため、第１膜４ａの面積を大きくすることができる。これにより、第１膜４ａをｎ側電極７に近づけることができ、素子の中心により近い領域で発光させることができる。
【０１０９】
（第２の変形例）
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１の第２の変形例では、素子化工程においてレーザスクライバ装置を用いて、素子化される。
【０１１０】
レーザスクライバ装置は簡便でスループットが高く、再現性の良い素子化方法であり、量産性の向上が見込めるが、素子端面に形成されるレーザスクライブ痕が発光光に対して吸収領域となるため、素子端面における光吸収が無視できなくなり、光取り出し効率が低下する。
【０１１１】
本実施形態に係る半導体発光素子の変形例では、第１膜４ａ、すなわち発光領域を、素子の端から遠ざけることで、素子端面の影響を受けにくくなる。
【０１１２】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子と、レーザスクライバ装置を用いた素子化方法とを組み合わせることで、量産性を向上させつつ、素子端面における光吸収のロスを最小化することができ、さらに光取り出し効率を向上させることができる。
【０１１３】
（第３の変形例）
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１の第３の変形例では、ｎ側電極７として、厚さ２００ｎｍのＡｇ／Ｐｔ膜が採用される。
【０１１４】
第３の変形例の半導体発光素子の電極は以下のようにして作製される。
まず、第１膜４ａとｎ側電極７とを形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上及びｎ型コンタクト層の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いてＡｇ／Ｐｔを２００ｎｍの膜厚で形成し、６５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１１５】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇ／Ｐｔが形成された領域の端と、Ａｇ／Ｐｔが形成されていないｐ型コンタクト層上が開口するように形成し、p型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕを３００ｎｍの膜厚で形成する。
【０１１６】
単結晶ＡｌＮバッファ上の結晶を用いれば、ｎ型ＧａＮコンタクト層に高濃度Ｓｉドーピングが可能となり、ｎ側電極７とのコンタクト抵抗を大幅に減らすことができるため、従来はオーミック特性が悪く、コンタクト抵抗が高かった高効率反射膜である銀（Ａｇ／Ｐｔ）を、ｎ側電極７として採用することが可能となる。
【０１１７】
ｎ側電極７を高効率反射膜で構成することにより、電極を形成した積層構造体１ｓの第１主面１ａの大半を反射構造にすることができ、半導体層内で反射を繰り返している発光光のほとんどを、基板側へ反射させることができるため、光取り出し効率のさらなる向上が見込まれる。
【０１１８】
ｎ側電極７における光吸収を考慮して、発光領域（オーミック領域）とｎ側電極７とを遠ざける場合がある。この時、ｎ側電極７を高効率反射構造とすることで、ｎ側電極７における光吸収の影響を考慮する必要がなくなり、発光領域（すなわち、第１膜４ａに対応する領域）とｎ側電極７とを近づけることができる。これらの効果により、本実施形態に係る半導体発光素子の構造における光取り出し効率向上の効果を、最大限に発揮することができる。
【０１１９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２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的断面図である。
図５に表したように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２においては、ｐ側電極４は、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａの少なくとも一部と、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を覆うように設けられた第３膜４ｃをさらに有する。第３膜４ｃは、例えば金属からなる。それ以外は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１０１と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１２０】
なお、この場合も、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０２の周辺部、の方が長い。
そして、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０２の周辺部よりも中心部の方が狭い。
【０１２１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０２においては、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を第３膜４ｃで覆うことにより、第１膜４ａに用いられる例えば銀が、大気に暴露されること防止することができる。
【０１２２】
また、第１膜４ａの大半の領域を、第３膜４ｃと接触させることによって、第２膜４ｂを通る電流経路を極力減らし、第２膜４ｂに用いられる例えばアルミニウムのエレクトロマイグレーションによる劣化を防止することができる。これらの効果により、高い信頼性を実現することができる。
【０１２３】
この第３膜４ｃは、第１膜４ａと第２膜４ｂとを形成した後に、例えば、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを形成し、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａ（例えば銀）と、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）の少なくとも一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕ膜を厚さ５００ｎｍで形成し、レジストを剥離することによって形成することができる。
【０１２４】
上記の第３膜４ｃには、銀を含まない金属を用いることができる。なお、第３膜４ｃは、第１膜４ａ及び第２膜４ｂと電気的に接触している。
【０１２５】
第３膜４ｃに用いる材料は、特に限定されるものではなく、金属の単層膜や多層膜、金属の合金層、導電性酸化物膜の単層膜や多層膜、これらの組み合わせであっても良い。
【０１２６】
第３膜４ｃの膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１２７】
このように、少なくとも、第２膜４ｂで覆われていない第１膜４ａの領域を第３膜４ｃで覆うことで、第１膜４ａ（例えばＡｇ）の大気中への暴露を防ぎ、第１膜４ａ（例えばＡｇ）の劣化を防止することができると共に、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）にほとんど電流が流れないようにすることで、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）のエレクトロマイグレーションを防止することができる。
【０１２８】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０２によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、高信頼性の半導体発光素子を提供することができる。
【０１２９】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３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的断面図である。
図６に表したように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子１０３においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０３の周辺部、の方が長い。
そして、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０３の周辺部よりも中心部の方が狭い。
【０１３０】
そして、半導体発光素子１０３では、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を覆うように設けられた第３膜４ｃが設けられている。
【０１３１】
そして、第２電極４は、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、に設けられた第４膜４ｄをさらに有する。第４膜４ｄには、第３膜４ｃ及び第２膜４ｂの少なくともいずれかに含まれる材料が第１膜４ａに拡散することを抑制する材料を用いることができる。それ以外は、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１３２】
なお、図６に例示した具体例では、第４膜４ｄは、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、の両方に設けられているが、本発明はこれには限らない。すなわち、第２電極４は、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、の少なくともいずれかに設けられた第４膜４ｄを有することができる。
【０１３３】
第４膜４ｄは、第２膜４ｂや第３膜４ｃに含まれる材料が、第１膜４ａへ拡散すること、または、第２膜４ｂや第３膜４ｃに含まれる材料と、第１膜４ａに含まれる材料と、が反応すること、を防ぐ機能を有する。
【０１３４】
第４膜４ｄは、銀と反応しない、または銀に積極的に拡散しない材料を用いることができる。なお、第４膜４ｄは、第１膜４ａ、第２膜４ｂ及び第３膜４ｃと電気的に接触している。
【０１３５】
第４膜４ｄの材料としては、拡散防止層として使用可能な高融点金属、例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）などの単層膜または積層膜が挙げられる。
【０１３６】
さらに好ましくは、第１膜４ａに多少拡散しても問題がないように仕事関数が高く、ｐ型コンタクト層とオーミック接続特性が得られ易い金属として、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）が挙げられる。
【０１３７】
第４膜４ｄの膜厚は、単層膜の場合は膜状態を保てる５ｎｍから２００ｎｍの範囲であることが好ましい。積層膜の場合は、特に限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍから１００００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１３８】
このような構成を有する本実施形態に係る半導体発光素子１０３は、以下のようにして作製することができる。
すなわち、第１膜４ａを形成した後に、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第１膜４ａが形成された領域に形成する。その後、第４膜４ｄとして、例えばＷ／Ｐｔ積層膜を６層分だけ積層する。（Ｗ／Ｐｔ）を６層積層した全体の厚さは、例えば９００ｎｍとされる。
【０１３９】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第１膜４ａが形成された領域の端と、第１膜４ａが形成されていないｐ型コンタクト層上が開口するように形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を３００ｎｍの膜厚で形成する。その際、第２膜４ｂは、第４膜４ｄに乗り上げても良いし、第４膜４ｄと接触しないように形成しても良い。
【０１４０】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第２膜４ｂで覆われていない第１膜４ａが形成された領域全体と、第４膜４ｄの表面全体と、第２膜４ｂの一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２、第３及び第４膜４ａ〜４ｄを有するｐ側電極４が形成される。
【０１４１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０３においては、さらにサブマウントに固定する際、３００℃以上の比較的高温な熱処理が必要となるＡｕＳｎハンダなどを用いても、第４膜４ｄであるＷ／Ｐｔ積層膜がバリア層として機能するため、第３膜４ｃが第１膜４ａのＡｇに拡散することがない。
【０１４２】
このように、線膨張係数の異なる高融点金属を薄い膜厚で積層することで、歪みを緩和しつつ、拡散防止層として厚い膜厚を確保することができる。
【０１４３】
なお、ｐ側電極４を形成した後に、ｐ側電極４全体の密着性を上げるため、第１膜４ａのシンター温度以下の温度で熱処理をすることもできる。
【０１４４】
本具体例では、第３膜４ｃとしてＰｔ／Ａｕを用いたが、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いて、例えば、ｎ側電極７と同時形成しても良い。ただし、チタン（Ｔｉ）は仕事関数が小さいため、もしｐ型コンタクト層まで拡散すると第１膜４ａのオーミック特性が悪くなり、動作電圧が上昇する可能性がある。この時、本具体例では、Ｗ／Ｐｔ積層膜がバリア層として機能するため、Ｔｉが第１膜４ａのＡｇに拡散することがない。これにより、第３膜４ｃとして密着性の良好なＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造を採用することで、ｐ側電極４の剥離性が改善されて信頼性や歩留りが向上する他、ｎ側電極７と同時形成が可能になるため、製造コストを下げることができる。
【０１４５】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０３によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、高信頼性で製造コストの低い半導体発光素子を提供することができる。
【０１４６】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４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的断面図である。
図７に表したように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０４の周辺部、の方が長い。
【０１４７】
そして、半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂと、を覆うように設けられた第３膜４ｃが設けられている。また、第２膜４ｂ及び第３膜４ｃと、ｐ型半導体層２と、の間に、誘電体膜１１ａが設けられている。この誘電体膜１１ａには、絶縁性の例えばＳｉＯ２膜が用いられている。それ例外は、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１４８】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂの全体が第３膜４ｃで覆われており、第２膜４ｂの大気暴露による劣化を防止することができる。
【０１４９】
このような構成を有する本実施形態に係る半導体発光素子１０４は、以下のようにして作製することができる。
すなわち、ｐ側電極４を形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜（誘電体膜）１１ａをフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて第１膜４ａとなるＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１５０】
そして、同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジスト用いて、Ａｇが形成された領域の端と、Ａｇのすぐ横にある表面に露出されたｐ型コンタクト層の領域全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように形成し、第２膜４ｂとして、例えばＡｌを３００ｎｍの膜厚で形成する。
【０１５１】
そして、同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジスト用いて、第２膜４ｂで覆われていないＡｇが形成された領域全体と、第２膜４ｂの表面全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２及び第３膜４ａ〜４ｃを有するｐ側電極４が形成される。
【０１５２】
本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂの全体を第３膜４ｃで覆うことで、アルミニウムの自然酸化やマイグレーションを防ぐことができ、リーク電流低減、絶縁性向上、耐圧性向上、信頼性の向上を実現することができる。また、第２膜４ｂ全体を第３膜で覆うため、第２膜４ｂ自体はアルミニウム単層で形成することができ、製造コストを下げることができる。
【０１５３】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、ｐ型コンタクト層と第２膜４ｂで挟まれた領域ができるため、ＳｉＯ２膜を挟んでp型コンタクト層と第２膜４ｂとの間に弱い電界がかかる。その結果、第１膜４ａからＳｉＯ２膜にかけて、電界が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電界集中を緩和することができる。これにより、寿命の増大を実現することができる。
【０１５４】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０４によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、長寿命の半導体発光素子を提供することができる。
【０１５５】
（第５の実施の形態）
図８は、本発明の第５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的断面図である。
図８に表したように、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５においては、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４において、発光層３を挟む半導体層断面がテーパを有し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとが、このテーパ部分を斜めに被覆している。それ以外は、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１５６】
なお、半導体発光素子１０５においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０５の周辺部、の方が長い。
【０１５７】
窒化物半導体層とサファイア基板の屈折率差は大きく、発光した光の一部はその界面で反射されて半導体層に戻される。この反射された光は、第１膜４ａや第２膜４ｂと前記界面の間で反射を繰り返し、半導体層内に閉じ込められる。
【０１５８】
この時、本具体例のように、半導体層にテーパを設けることにより、光学的な全反射または金属反射膜による反射により、光の反射角を変えることができるため、光を基板側へ取り出せる確率を上げることができ、光取り出し効率が改善される。
【０１５９】
また、第２膜４ｂの面積を増やすことができるため、前記効果と合わせて光取り出し効率がさらに改善される。
【０１６０】
単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで、バッファ層で吸収が起きにくくなるだけでなく、半導体層内の欠陥が劇的に減少し、半導体層内で光吸収が起きる要因を極力減らすことができ、発光した光は半導体層内で何度も反射を繰り返すため、テーパにより反射角を変化させる領域を設ける効果や、高効率反射領域を増やす効果はさらに高くなる。
【０１６１】
また、テーパを設けることにより、段差による膜切れを抑制することが可能となる。
【０１６２】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０５によれば、さらに光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子を提供することができる。
【０１６３】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明の第６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的断面図である。
図９に表したように、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子１０６においては、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４において、第２膜４ｂに覆われる領域の誘電体膜１１ａの膜厚が、第２膜４ｂから露出している領域の誘電体膜１１ａの膜厚よりも薄いことが異なっている。それ以外は、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１６４】
なお、半導体発光素子１０６においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０６の周辺部、の方が長い。
【０１６５】
本実施形態に係る半導体発光素子１０６における半導体層上の電極の形成について説明する。
ｐ側電極４を形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上の、誘電体膜１１ａとなるＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて第１膜４ａＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１６６】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇが形成された領域の端と、Ａｇのすぐ横にある表面に露出されたp型コンタクト層の領域全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように、形成する。金属膜蒸着の前処理として、フッ化アンモン処理を行い、誘電体膜１１ａの端部をエッチングする。その際、レジストから露出されたＳｉＯ２膜からなる誘電体膜１１ａの端部がなくならないよう、フッ化アンモンの処理時間を調整する。具体的には、エッチングレート４００ｎｍ／ｍｉｎの場合、１分以内となる。これにより、４００ｎｍのＳｉＯ２膜が削られ、その端部が約２００ｎｍの厚さとなる。その後、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを３００ｎｍの膜厚で形成して第２膜４ｂとする。
【０１６７】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第２膜４ｂで覆われていないＡｇが形成された領域全体と、第２膜４ｂの全体と、誘電体膜１１ａの一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２及び第３膜４ａ〜４ｃを有するｐ側電極４が形成される。 そして、既に説明した方法と同様の方法でｎ側電極７を形成する。
【０１６８】
本実施形態に係る半導体発光素子１０６では、第２膜４ｂとｐ型コンタクト層とで挟まれる誘電体膜１１ａの膜厚を薄くすることで、第２膜４ｂで反射される発光光が誘電体膜１１ａで吸収される割合を減らすことができる。その結果として、半導体発光素子１０６内における吸収体を減らすことができ、光取り出し効率がさらに改善される。
【０１６９】
ｐ型コンタクト層と第２膜４ｂとで挟まれる誘電体膜１１ａ（ＳｉＯ２膜）の膜厚を調整することで、誘電体膜１１ａにかかる電界の強さを調整することができる。その結果として、半導体発光素子１０６の動作電流、形状、サイズ、配置関係に合わせて、第１膜４ａの周辺にかかる電界分布を調整することができ、電気特性に優れまた信頼性の高い半導体発光素子を提供できる。
【０１７０】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０６によれば、さらに光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い、電気的特性に優れ高信頼性の半導体発光素子を提供することができる。
【０１７１】
（第７の実施の形態）
図１０は、本発明の第７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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、同図（ｂ）においては、第３膜４ｃは省略されている。
図１０に表したように、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子１０７においては、第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５と比べて、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）の面積を相対的に小さくしたものである。それ以外は、第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１７２】
なお、半導体発光素子１０７においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０７の周辺部、の方が長い。
【０１７３】
本実施形態に係る半導体発光素子１０７においては、ｎ型コンタクト層を露出させるエッチング工程で、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）の面積が、第１膜４ａに対応して小さくなるように形成している点が、既に説明した半導体発光素子１０５と異なる。
【０１７４】
発光に寄与しない発光層３の面積を減らすことで、半導体層内部で反射を繰り返す発光光が活性化されていない発光層で吸収されるのを防ぐことができるため、光出力が向上する。
【０１７５】
（第８の実施の形態）
図１１は、本発明の第８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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１１に表したように、本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子１０８においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられている。また、半導体発光素子１０８の素子の大きさは１０００μｍ四方であり、素子の厚さは１００μｍである。
【０１７６】
なお、半導体発光素子１０８においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
【０１７７】
すなわち、半導体発光素子１０８においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、半導体発光素子１０８のコーナー部で他の配線との接続を容易とするために、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、ｎ側電極７がコーナー部で面積が大きくなったことに伴い、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１０８の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１０８の中心部側に位置している。
【０１７８】
このような構成を有する半導体発光素子１０８においては、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１７９】
本実施形態に係る半導体発光素子１０８によれば、光取り出し効率の高い電流注入構造を実現しつつ、ｎ側電極７に必要な最小限の領域を除いた領域に、第２膜４ｂを形成することで、反射領域を最大限広げることができる。
【０１８０】
なお、半導体発光素子１０８において、第５の実施形態で説明したように、発光層３挟む半導体層断面がテーパを有し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとがテーパ部分を斜めに被覆するように構成することもできる。
【０１８１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０８のように、素子の幅と厚さの比が大きい場合、素子内でより多く多重反射を繰り返すことになるため、テーパを設けて光の反射角を変えることによって、光取り出し効率が改善される効果はより高くなる。
【０１８２】
（第９の実施の形態）
図１２は、本発明の第９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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１２に表したように、本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子１０９においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、さらに、ｎ側電極７が半導体発光素子１０９の中央部にも設けられている。
【０１８３】
このように、ｎ側電極７を、素子の周辺部の他に中央部にも形成することで、p側電極４からｎ側電極７への距離を実効的に短くすることができるため、電気特性が改善される他、電気特性に大きな影響を与えずにｎ型コンタクト層を薄く設計することができ、結晶成長時間やコストを改善することができる。また、高電流注入時におけるｐ側電極４の電流集中の緩和やそれによるｐ側電極４の発光領域の拡大により、光出力や信頼性を改善することができる。
【０１８４】
素子の中央部におけるｐ側電極４において、第２膜４ｂを設けないことで、その領域におけるｎ側電極７に対向した第１膜４ａを、露光精度などのプロセス条件が許す限り、ｐ型コンタクト層の端まで形成することができる。これにより、素子の中心付近領域での発光領域が増えることによって光出力特性が改善でき、また、オーミック面積が増えることによって電気特性が改善できる。
【０１８５】
なお、半導体発光素子１０９においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
【０１８６】
すなわち、半導体発光素子１０９においても、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１０９の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１０９の中心部側に位置している。
そして、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１８７】
（第１０の実施の形態）
図１３は、本発明の第１０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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１３に表したように、本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、さらに、ｎ側電極７が半導体発光素子１１０の中央部にも設けられている。そして、半導体発光素子１１０の中央部に形成したｎ側電極７の周辺の領域にも、第２膜４ｂが設けられている。
【０１８８】
半導体発光素子１１０においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
すなわち、半導体発光素子１１０においても、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１１０の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１１０の中心部側に位置している。
そして、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１８９】
さらに、素子の中心付近における発光領域が広いと、光取り出し効率が高くなる。このため、第１膜４ａの面積を増やすために、素子の中央部に形成された第２膜４ｂの幅ｃは、素子の外周付近に形成された第２膜４ｂの幅ａよりも狭い方が好ましい。
【０１９０】
すなわち、半導体発光素子１１０においては、ｐ側電極４は、半導体発光素子１１０の中央部を除いた領域に設けられ、ｎ側電極７は、ｐ側電極４を取り囲みつつ、ｐ側電極４が設けられていない、半導体発光素子１１０の前記中央部に設けられ、第２膜４ｂの外側の縁端から前記第１膜４ａまでの距離は、半導体発光素子１１０の周辺部（例えば幅ａ）よりも、前記中央部（例えば幅ｃ）の方が短い。
なお、本具体例では、中央部に設けられたｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分の幅ｃは、中心部の幅ｂよりも小さいが、幅ｃは、少なくとも周辺部の幅ａよりも小さければ良い。
【０１９１】
これにより、光取り出し効率の高い電流注入構造を実現しつつ、ｎ側電極７に必要な最小限の領域を除いた領域に、第２膜４ｂを形成することで、反射領域を最大限広げることができる。
【０１９２】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０においても、第５の実施形態で説明したように、発光層３を挟む半導体層断面をテーパ形状に加工し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとがテーパ部分を斜めに被覆するように構成することもできる。
【０１９３】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０のように、素子の幅と厚さのアスペクト比が大きい場合、半導体層内で反射される発光光の反射回数も多くなり、反射角度を変えるテーパ部分の効果は大きくなるため、素子の中央部に第２膜４ｂとテーパを形成することにより、光取り出し効率は大きく向上する。
【０１９４】
（第１１の実施の形態）
図１４は、本発明の第１１の実施形態に係る半導体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、本発明の第１１の実施形態に係る半導体発光装置２０１は、上記の実施形態に係る半導体発光素子１０１〜１１０のいずれかと、蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤである。すなわち、本実施形態に係る半導体発光装置２０１は、上記のいずれかの半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備える。
なお、以下では、上記の半導体発光素子１０１と、蛍光体と、を組み合わせた場合として説明する。
【０１９５】
図１４に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置２０１においては、セラミック等からなる容器２２の内面に反射膜２３が設けられており、反射膜２３は容器２２の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜２３は、例えばアルミニウム等からなるものである。このうち容器２２の底部に設けられた反射膜２３の上に、半導体発光素子１０１がサブマウント２４を介して設置されている。
【０１９６】
半導体発光素子１０１には、例えばボールボンダによって金バンプ２５が形成され、サブマウント２４に固定されている。なお、金バンプを用いずに、直接サブマウントへ固定しても良い。
【０１９７】
これら半導体発光素子１０１、サブマウント２４及び反射膜２３の固定には、接着剤による接着やハンダ等を用いることが可能である。
【０１９８】
サブマウント２４の半導体発光素子側の表面には、半導体発光素子１０１のｐ側電極４とｎ側電極７とが絶縁されるようにパターニングされた電極が形成されており、それぞれ容器２２側に設けられた図示しない電極に対してボンディングワイヤ２６により接続されている。この接続は、内側面の反射膜２３と、底面の反射膜２３と、の間の部分において行われている。
【０１９９】
また、半導体発光素子１０１やボンディングワイヤ２６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層２１１が設けられており、この第１蛍光体層２１１の上には青色、緑色或いは黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層２１２が形成されている。この蛍光体層の上にはシリコン樹脂からなる蓋部２７が設けられている。
【０２００】
第１蛍光体層２１１は、樹脂及びこの樹脂中に分散された赤色蛍光体を含む。
赤色蛍光体としては、例えばＹ2Ｏ3、ＹＶＯ4、Ｙ2（Ｐ,Ｖ）Ｏ4等を母材として用いることができ、これに３価のＥｕ（Ｅｕ3+）を付活物質として含ませる。すなわち、Ｙ2Ｏ3:Ｅｕ3+、ＹＶＯ4:Ｅｕ3+等を赤色蛍光体として用いることができる。Ｅｕ3+の濃度は、モル濃度で１％〜１０％とすることができる。赤色蛍光体の母材としては、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4の他に、ＬａＯＳやＹ2（Ｐ, Ｖ）Ｏ4等を用いることができる。また、Ｅｕ3+の他にＭｎ4+等を利用することもできる。特に、ＹＶＯ4母体に、３価のＥｕと共に少量のＢｉを添加することにより、３８０ｎｍの吸収が増大するので、さらに発光効率を高くすることができる。また、樹脂としては、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
【０２０１】
また、第２蛍光体層２１２は、樹脂、並びに、この樹脂中に分散された青色、緑色及び黄色の少なくともいずれかの蛍光体、を含む。例えば、青色蛍光体と緑色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良く、また、青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせた蛍光体を用いても良く、青色蛍光体、緑色蛍光体及び黄色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良い。
【０２０２】
青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+やＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27:Ｅｕ2+等を用いることができる。
緑色蛍光体としては、例えば３価のＴｂを発光中心とするＹ2ＳｉＯ5:Ｃｅ3+，Ｔｂ3+を用いることができる。この場合、ＣｅイオンからＴｂイオンへエネルギーが伝達されることにより励起効率が向上する。緑色蛍光体としては、例えば、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25:Ｅｕ2+等を用いることができる。
黄色蛍光体としては、例えばＹ3Ａｌ5:Ｃｅ3+等を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
特に、３価のＴｂは、視感度が最大となる５５０ｎｍ付近に鋭い発光を示すので、３価のＥｕの鋭い赤色発光と組み合わせると発光効率が著しく向上する。
【０２０３】
本実施形態に係る半導体発光装置２０１によれば、半導体発光素子１０１から発生した３８０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１０１の基板１０側に放出され、反射膜２３における反射をも利用することにより、各蛍光体層に含まれる上記蛍光体を効率良く励起することができる。
【０２０４】
例えば、第１蛍光体層２１１に含まれる３価のＥｕ等を発光中心とする上記蛍光体は、６２０ｎｍ付近の波長分布の狭い光に変換され、赤色可視光を効率良く得ることが可能である。
また、第２蛍光体層２１２に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が、効率良く励起され、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。
これらの混色として、白色光やその他様々な色の光を、高効率でかつ演色性良く得ることが可能である。
【０２０５】
次に、本実施形態に係る半導体発光装置２０１の製造方法について説明する。
なお、半導体発光素子１０１を作製する工程は、既に説明した方法を用いることができるので、以下では、半導体発光素子１０１が出来上がった後の工程について説明する。
【０２０６】
まず、容器２２の内面に反射膜２３となる金属膜を、例えばスパッタリング法により形成し、この金属膜をパターニングして容器２２の内側面と底面にそれぞれ反射膜２３を残す。
【０２０７】
次に、半導体発光素子１０１にボールボンダによって金バンプ２５を形成し、ｐ側電極４用とｎ側電極７用にパターニングされた電極を持つサブマウント２４の上に固定し、このサブマウント２４を容器２２の底面の反射膜２３上に設置して固定する。これらの固定には接着剤による接着やハンダ等を用いることが可能である。また、ボールボンダによる金バンプ２５を用いずに半導体発光素子１０１をサブマウント２４上に直接固定することもできる。
【０２０８】
次に、サブマウント２４上の図示しないｎ側電極及びｐ側電極をそれぞれ容器２２側に設けられた図示しない電極に対してボンディングワイヤ２６により接続する。
【０２０９】
さらに、半導体発光素子１０１やボンディングワイヤ２６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層２１１を形成し、この第１蛍光体層２１１上に青色、緑色或いは黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層２１２を形成する。
【０２１０】
蛍光体層のそれぞれの形成方法は、各蛍光体を樹脂原料混合液に分散させたものを滴下し、さらに熱処理を行うことにより熱重合させて樹脂を硬化させる。なお、各蛍光体を含有する樹脂原料混合液を滴下してしばらく放置した後に硬化させることにより、各蛍光体の微粒子が沈降し、第１、第２蛍光体層２１１、２１２の下層に各蛍光体の微粒子を偏在させることができ、各蛍光体の発光効率を適宜制御することが可能である。その後、蛍光体層上に蓋部２７を設け、本実施形態に係る半導体発光装置２０１、すなわち、白色ＬＥＤが作製される。
【０２１１】
なお、既に説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置２０１において、上記の実施形態に係る半導体発光素子１０１〜１１０のいずれかを用いることができる。
【０２１２】
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や、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれか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。
【０２１３】
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、半導体発光素子を構成する半導体多層膜、金属膜、誘電体膜など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また製造方法に関しては、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。
【０２１４】
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半導体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半導体発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２１５】
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】
【０２１６】
１ ｎ型半導体層（第１半導体層）
１ａ 第１主面
１ｂ 第２主面
１ｓ 積層構造体
２ ｐ型半導体層（第２半導体層）
３ 発光層
３ａ 半導体層
４ ｐ側電極（第２電極）
４ａ 第１膜
４ｂ 第２膜
４ｃ 第３膜
４ｄ 第４膜
７ ｎ側電極（第１電極）
１０ 基板
１１ａ 誘電体膜
２２ 容器
２３ 反射膜
２４ サブマウント
２５ 金バンプ
２６ ボンディングワイヤ
２７ 蓋部
９０、９１、１０１〜１１０ 半導体発光素子
２０１ 半導体発光装置
２１１、２１２ 蛍光体層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及び半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子において、高い放熱性と高い光取り出し効率が期待される構造として、ウェーハの発光層側をヒートシンク側に接触させ、発光した光を直接又は反射膜で反射させて基板側から取り出すフリップチップ型の半導体発光素子が開発されている。
【０００３】
フリップチップ型の半導体発光素子においては、高効率反射膜の形成技術が必須であり、発光層で生じた光、特に紫外帯域の光を高効率に反射させる銀とアルミニウムが高輝度の発光素子を実現する反射膜候補として注目されている。
【０００４】
特に銀は、ｐ型窒化物半導体層とオーミック接触が取れることから、ｐ側電極兼反射膜としてフリップチップ型半導体発光素子に利用されている。しかしながら、反射特性の高い銀などは、オーミック性を呈しないので電気特性が犠牲になる。
【０００５】
これに対し、特許文献１には、コンタクト層の上に、細分化されたオーミック電極を設けその間に反射層を形成する構造により、電気特性と反射特性を両立しようと試みている。
【０００６】
一般に、フリップチップ型半導体発光素子内で発光した光を外に取り出す場合、半導体発光素子内における発光領域は中心部に近いほど光取り出し効率が良い。また、中心部に近いほど、素子端面の影響を受け難いので光出力の再現性が良くなる。一方、光取り出し効率を高めるには、電極形成面の反射領域を広く設計する方が有利であり、中心部以外の領域にも設けることが望ましい。すなわち、発光領域を素子の中心部設けることと、反射領域をできるだけ広くすることと、にトレードオフがあり、両方を高めることに限界があった。
【０００７】
特許文献１などの従来技術においては、オーミック電極と反射層の平面形状は充分検討されておらず、光取り出し効率や、光出力の再現性の点で改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１１６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子及び半導体発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面上に設けられ前記第１半導体層に接続された第１電極と、前記積層構造体の前記第１主面上に設けられ前記第２半導体層に接続された第２電極であって、前記第２電極は、前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、前記第２半導体層の上において前記第１膜の周縁に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、を有する第２電極と、前記第２膜の一部と前記第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、を備え、前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において小さく、前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１電極と前記第２電極とが対向する部分よりも、前記第１電極と前記第２電極とが対向する前記部分以外の部分において大きいことを特徴とする半導体発光素子が提供される。
【００１１】
本発明の別の一態様によれば、上記の半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備えたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子及び半導体発光装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第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２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
【図３】第１の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
【図４】第２の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
【図５】本発明の第２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的断面図である。
【図６】本発明の第３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的断面図である。
【図７】本発明の第４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的断面図である。
【図８】本発明の第５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的断面図である。
【図９】本発明の第６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的断面図である。
【図１０】本発明の第７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１１】本発明の第８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１２】本発明の第９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１３】本発明の第１０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１４】本発明の第１１の実施形態に係る半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の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係数などは、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係数が異なって表される場合もある。
また、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。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１に表したように、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子１０１は、ｎ型半導体層（第１半導体層）１と、ｐ型半導体層（第２半導体層）２と、ｎ型半導体層１とｐ型半導体層２との間に設けられた発光層３と、を有する積層構造体１ｓと、積層構造体１ｓのｐ型半導体層２の側の第１主面１ａ上に設けられｎ型半導体層１に接続されたｎ側電極（第１電極）７と、積層構造体１ｓの第１主面１ａ上に設けられｐ型半導体層２に接続されたｐ側電極（第２電極）４と、を備える。
【００１６】
そして、ｐ側電極４は、ｐ型半導体層２の上に設けられ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗が低く、且つオーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、ｐ型半導体層２の上において第１膜４ａの周縁に設けられ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗が高く、且つオーミック接続特性が低いあるいは非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、を有している。
【００１７】
そして、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記第１主面１ａの周辺部よりも中心部において小さい。
【００１８】
本具体例においては、半導体発光素子１０１の平面形状は略矩形である。
そして、半導体発光素子１０１の周辺部においては、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、矩形の対角線上の幅ａの他、矩形の縦方向における幅ａ１及び矩形の横方向における幅ａ２を含むことができる。
【００１９】
そして、本具体例においては、半導体発光素子１０１の中心部は、半導体発光素子１０１の矩形の外周部から離れた、ｐ側電極４とｎ側電極７とが対向する部分である。すなわち、半導体発光素子１０１の中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、幅ｂである。
【００２０】
そして、周辺部における幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２よりも、中心部における幅ｂは、狭い。
【００２１】
このように、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離（幅ｂ）を、半導体発光素子１０１の周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離（幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２）よりも狭くすることで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。これにより、半導体発光素子１０１内における発光領域を中心部に配置できる。
【００２２】
そして、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａの縁部の周りに、反射特性を有する第２膜４ｂを配置することで、第１膜４ａ及び第２膜４ｂとで反射領域を形成することができ、反射領域全体の面積を拡大することができる。
【００２３】
すなわち、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域の全体の面積を拡大する。
【００２４】
なお、本具体例では、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分において、すなわち、例えば、半導体発光素子１０１の周辺部において、大きい。
【００２５】
また、本具体例では、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０１の周辺部よりも中心部の方が狭い。すなわち、半導体発光素子１０１の中心部における第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ｂは、半導体発光素子１０１の周辺部における第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ａよりも狭い。
【００２６】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１のように、フリップチップ型の半導体発光素子内で発光した光を外に取り出す場合、半導体発光素子内における発光領域は中心部に近いほど光取り出し効率が良い。
【００２７】
また、例えば、サファイア基板または窒化ガリウム基板上に作製した半導体発光素子を正方形または長方形に素子化する場合、２辺または４辺全てが劈開面ではないため、ブレーキングによって素子化されることにより素子端面形状の再現性が悪くなる。
【００２８】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａをできるだけ中心部に配置できるので、光取り出し効率が向上する。そして、発光領域が半導体発光素子１０１の中心部にできるだけ近づけることができるので、素子端面の影響を抑制でき、光出力の再現性が向上する。
【００２９】
そして、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、で反射領域を形成することができ、反射領域は広い。
【００３０】
このように、半導体発光素子１０１によれば、半導体発光素子１０１内における発光領域を光取り出し効率の高い中心部に配置するように制御しつつ、より広い範囲に反射領域を形成することができるため、光取り出し効率や光出力の再現性が改善される。
【００３１】
半導体発光素子１０１において、第２膜４ｂは、銀または銀合金を含むことができる。これにより、第２膜４ｂは、ｐ型半導体層２に対するオーミック接続特性が良好となり、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗も低くすることができる。
【００３２】
また、第１膜４ａは、ＡｌまたはＡｌ合金を含むことができる。これにより、第１膜４ａは、ｐ型半導体層２に対する非オーミック接続特性有することができ、ｐ型半導体層２に対する接触抵抗も相対的に高くすることができる。
【００３３】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、例えば、サファイアからなる基板１０の上に形成された窒化物半導体から構成される。
【００３４】
すなわち、例えば、有機金属気相成長法を用いて、表面がサファイアｃ面からなる基板１０の上に、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層(炭素濃度３×１０１８ｃｍ−３〜５×１０２０ｃｍ−３）を３ｎｍ〜２０ｎｍ、高純度第２ＡｌＮバッファ層(炭素濃度１×１０１６ｃｍ−３〜３×１０１８ｃｍ−３)を２μｍ、ノンドープＧａＮバッファ層を３μｍ、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層(Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３〜５×１０１８ｃｍ−３)を４μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３）を０．０２μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度１．１〜２．０×１０１９ｃｍ−３）とＧａＩｎＮ発光層（波長３８０ｎｍ）とが交互に３周期積層されてなる多重量子井戸構造の発光層を０．０７５μｍ、多重量子井戸の第１最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度１．１〜２．０×１０１９ｃｍ−３）を０．０１μｍ、多重量子井戸の第２最終Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層（Ｓｉ濃度０．８〜１．０×１０１９ｃｍ−３）を０．０１μｍ、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層を０．０２μｍ、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層(Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３)を０．０２μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３)を０．１μｍ、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層(Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ−３)を０．０２μｍの厚みで、それぞれ順次積層した構造を採用することができる。
【００３５】
ここで、図１（ａ）に例示したｎ型半導体層１は、上記のＳｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層に対応する。なお、ｎ型半導体層１は、上記の高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層、高純度第２ＡｌＮバッファ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、及び、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層を、さらに含むことができる。
【００３６】
また、図１（ａ）に例示した発光層３は、上記のＳｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層）とＧａＩｎＮ発光層（波長３８０ｎｍ）とが交互に３周期積層されてなる多重量子井戸構造の発光層を含むことができる。また、発光層３は、さらに、第１最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層、及び、第２最終Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層を含むことができる。
【００３７】
そして、図１（ａ）に例示したｐ型半導体層２は、上記のＭｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層に対応する。なお、ｐ型半導体層２は、上記のＭｇドープｐ型Ａｌ０．２８Ｇａ０．７ａＮクラッド層、及び、高濃度Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層を、さらに含むことができる。
【００３８】
また、積層構造体１ｓは、第１主面１ａに対向する第２主面１ｂの側にサファイアからなる基板１０を有している。
【００３９】
次に、半導体層上の電極の形成について説明する。
図１に表したように、これらの半導体層の一部の領域において、ｎ型コンタクト層が表面に露出するまで、マスクを用いたドライエッチングによって、ｐ型半導体層２及び発光層３を取り除く。露出したｎ型半導体層１を含む半導体層全体に、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、図示しないＳｉＯ２膜を４００ｎｍの厚さで形成する。
【００４０】
そして、ｐ側電極４を形成するために、まず、図示しないレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。そして、ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、例えば真空蒸着装置を用いて、第１膜４ａとなるＡｇ膜を２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間のシンター処理を行う。
【００４１】
同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇ膜が形成された領域の端と、Ａｇ膜が形成されていないｐ型コンタクト層の上が開口するように形成し、ｐ型コンタクト層の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えば、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を３００ｎｍの膜厚で形成する。Ａｌは、高効率反射膜として機能する。Ａｕは、高効率反射膜が自然酸化や薬品処理などによって劣化しないように保護する役割を果たしている。ＡｌとＡｕとの密着性改善や合金化防止のため、間にＮｉを挟んでいる。
【００４２】
そして、ｎ側電極７を形成するために、図示しないレジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、露出したｎ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極７を５００ｎｍの膜厚で形成する。
【００４３】
次いで、裏面研磨を行い、劈開若しくはダイアモンドブレード等により切断し、例えば、幅４００μｍ、厚さ１００μｍの個別のＬＥＤ素子が作製され、本実施形態に係る半導体発光素子１０１が作製される。
【００４４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の特性を例示する模式図である。
すなわち、同図は、半導体発光素子の素子幅と電流注入領域幅との比と、光取り出し効率の関係を光線追跡によりシミュレーションした結果を例示している。
そして、同図（ａ）は、光線追跡シミュレーションに使用した半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。同図（ｂ）は、シミュレーション結果を例示しており、横軸は、半導体発光素子の素子幅Ｗ１に対する電流注入領域幅Ｗｘとの比Ｒ（すなわち、Ｗｘ／Ｗ１）を表し、縦軸は光取り出し効率Ｅを表している。なお、同図（ａ）では、半導体層は、発光層３を含む半導体層３ａとして省略されて描かれている。
図２（ａ）に表したように、本シミュレーションでは半導体発光素子１０１の構造が左右対称であることから、上記の素子幅Ｗ１と電流注入領域幅Ｗｘとは、それぞれ実際の幅の１／２とされている。また、基板１０にはサファイアが用いられ、電流注入領域（第１膜４ａ）にはＡｇ膜が用いられているとされた。
【００４５】
なお、本光線追跡シミュレーションでは、半導体発光素子の幅Ｗ１は４００μｍで、厚さＤ１は１００μｍとされている。そして、電流注入領域として第１膜４ａの幅Ｗｘを変えて半導体発光素子の光取り出し効率をシミュレーションした。
【００４６】
この時、電流注入領域（第１膜４ａ）の中心は、常に半導体発光素子の中心にあるものとし、電流注入領域（第１膜４ａ）の直下にある半導体層３ａの発光層から発光するとした。
また、反射されずに半導体発光素子の外側へ取り出された光のみを、光取り出し効率として換算している。
【００４７】
図２（ｂ）に表したように、素子幅Ｗ１に対する電流注入領域幅Ｗｘの比Ｒが小さくなるほど、すなわち、第１膜４ａの幅が素子幅Ｗ１に対して相対的に小さくなるほど、光取り出し効率が増加する。反射を考慮した場合も同様な傾向が見られる。
【００４８】
ここで、素子幅Ｗ１と厚さＤ１とのアスペクト比が４である２次元の半導体発光素子のモデルにおいて、基板１０の表面では全反射され、基板１０の側面では透過するような角度を持つ発光光の光線経路を考える。
【００４９】
半導体発光素子の中心で発光した光は、発光層から基板表面へ向かい、基板表面で全反射された後、ほとんど吸収されることなく基板側面に到達する。
【００５０】
それに対して、半導体発光素子の側面付近で発光した光の場合、すぐ近くの基板側面へ入射する成分はほとんど吸収されることなく基板側面に到達するが、逆方向へ行く成分は基板表面や電極形成面で反射を繰り返した後、基板側面に到達する。後者の場合、全反射と比較して反射率の低い反射電極で反射されたり、吸収体となる欠陥を持つ半導体層内を何度も通過したりすることにより光出力が減衰するため、前者と比較して光取り出し効率は低くなる。さらに、一般的に金属の反射率が低くなる紫外光の場合は、より顕著に差が現れる。
【００５１】
以上のように、発光領域が素子の中心部に近い方が、すなわち、素子の中心付近で発光する方が、光取り出し効率は高くなる。
【００５２】
ただし、第１膜４ａの面積を減らすと、ｐ型コンタクト層とのコンタクト抵抗が高くなり、動作電圧が上昇する。
【００５３】
これらの効果を考えて、第１膜４ａの面積と、素子内における配置と、を適切に決めることができる。
【００５４】
例えば、図１に例示した本具体例の半導体発光素子１０１において、第１膜４ａを設計する場合、半導体発光素子１０１の中心部では、すなわち、第１膜４ａとｎ側電極７とが対向する領域では、露光精度などのプロセス条件や第２膜４ｂの設計を考慮して、ｐ型コンタクト層のなるべく端の近くまで第１膜４ａが形成されている方が良い。
【００５５】
そして、半導体発光素子１０１の周辺部では、すなわち、ｎ側電極７と対向していない３つの辺では、上記トレードオフを考慮して、第１膜４ａは、ｐ型コンタクト層の端からある程度離れた領域まで形成されている方が良い。
【００５６】
すなわち、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）と接触している第２膜４ｂの幅は、周辺部よりも中心部の方が狭いことが望ましい。
【００５７】
このように、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離を、半導体発光素子１０１の周辺部（幅ａ、幅ａ１、幅ａ２）よりも中心部（幅ｂ）の方が短く設定することで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。
そして、中心部において第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ｂを、半導体発光素子１０１の周辺部において第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅ａ（幅ａ１及び幅ａ２も含め）よりも狭くすることで、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子１０１の中心部に配置することができる。
これにより、半導体発光素子１０１内における発光領域を中心部に配置できる。
【００５８】
すなわち、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域を拡大する。
【００５９】
この時、例えば、ｎ型コンタクト層を表面に露出させるためのドライエッチングによって、発光層３を挟んだ段差付近の半導体層はダメージを受けている可能性がある。ダメージを受けた発光層に電流を注入しても、高い効率は望めないばかりか、素子の信頼性にも影響を与える。
【００６０】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、発光層を挟んだ段差付近から電流注入領域（第１膜４ａ）を遠ざけることができるため、ダメージを受けていない発光層３にだけ効率良く電流を注入することができ、光出力及び信頼性を向上させることができる。
【００６１】
半導体発光ダイオードの特性を表す効率の一つに、半導体発光ダイオードの発光層に注入する電子数に対して、半導体発光ダイオード外部に放射される光子数を割合で示した外部量子効率があり、ＬＥＤチップの内部量子効率と光取り出し効率の積で表される。
本実施形態は、この光取り出し効率を高める技術である。
【００６２】
動作電流が２０ｍＡ程度で使用される４００μｍ四方の半導体発光ダイオードにおける外部量子効率の電流依存性は、青色発光の半導体発光ダイオードの場合は、通常１０ｍＡ程度の低電流値で最大値を示し、それよりも高い電流値では電流値の増大と伴に急速に減少していく。それに対して、４００ｎｍ以下の紫外発光の半導体発光ダイオードの場合は、動作電流値以上の領域に外部量子効率の最大値があり、その後の減少も緩やかである。
【００６３】
本実施形態のように、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａの面積を減らすと、外部量子効率の最大値を示す電流は低下する。この時、青色発光素子の場合はこの影響が甚大であり、本実施形態の構造で改善した光取り出し効率以上に外部量子効率が減少すると考えられる。ところが、紫外発光素子の場合は、むしろ外部量子効率が高まる結果となり、本実施形態における光取り出し効率改善と合わせて、外部量子効率は大幅に改善される。
【００６４】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０１によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００６５】
（第１の比較例）
図３は、第１の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図３に表したように、比較例の半導体発光素子９０においては、ｐ側電極４は、全てｐ型コンタクト層（ｐ型半導体層２）に対してオーミック接続特性が良好な、Ａｇからなる反射電極で構成されている。
【００６６】
なお、このような構成の比較例の半導体発光素子９０は、以下のようにして作製される。
ｐ側電極４を形成するため、パターニングされたリフトオフ用レジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて反射電極としてＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、リフトオフ後に３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【００６７】
ｎ側電極７を形成するため、パターニングされたリフトオフ用レジストを半導体層上に形成し、ｎ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、ｎ電極となるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。
【００６８】
この比較例の場合、反射領域の確保と光取り出し効率や光出力の再現性に最適な発光領域とのトレードオフが生じている。このため、光出力特性に対して必ずしも最適な電極設計とはならず、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が悪い。すなわち、反射領域が全てｐ型コンタクト層に対してオーミック接続特性が良好な反射電極で構成されているので、最適な電極設計とはなっていない。
このため、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が低い。
【００６９】
（第２の比較例）
図４は、第２の比較例の半導体発光素子の構成を例示する模式図である。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図４に表したように、第２の比較例の半導体発光素子９１においては、本実施形態に係る半導体発光素子１０１と同様に、ｐ側電極４は、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、第１膜４ａの縁部に接触しつつ、ｐ型半導体層２の上に設けられた非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、を有している。ただし、第２の比較例の半導体発光素子９１の場合は、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、半導体発光素子９１の周辺部と中心部とで同じである。
【００７０】
すなわち、第２の比較例の半導体発光素子９１の場合は、半導体発光素子９１の周辺部における、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離、すなわち、対角線上の幅ａと、半導体発光素子９１の中心部における、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離、すなわち、幅ｂとが同じである。なお、この場合は、幅ａ１及び幅ａ２よりも幅ｂは大きくなっている。
【００７１】
このため、第２の比較例の半導体発光素子９１においては、オーミック特性が良好な第１膜４ａを半導体発光素子９１の素子の中心部の最適部分に配置されない。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子１０１よりも第１膜４ａが、素子の外側に配置されている。このため、発光領域が素子の中心部からずれ、光取り出し効率が低く、また、光出力の再現性が低い。
【００７２】
これに対し、既に説明したように、本実施形態にかかる半導体発光素子１０１においては、ｐ側電極４を、オーミック接続特性が良好な第１膜４ａと、非オーミック接続特性を有する第２膜４ｂと、で構成する。そして、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離を、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短く設定することで、すなわち、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅を、半導体発光素子１０１の周辺部よりも中心部の方が狭くすることで、第１膜４ａを素子の中心部に配置する。これにより、第１膜４ａの部分に電流を狭窄し、発光領域を中心部に配置しつつ、反射領域の全体の面積を拡大することができる。これにより、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００７３】
なお、図１に例示した本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、周辺部における幅ａ、幅ａ１及び幅ａ２よりも中心部における幅ｂが狭いが、本発明はこれに限らない。すなわち、中心部における幅ｂが、周辺部における幅ａよりも狭く、周辺部における幅ａ１及び幅ａ２以上であっても良い。この場合も、第１膜４ａを半導体発光素子１０１の素子の中心付近に配置することができ、これにより、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子が提供される。
【００７４】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、第１膜４ａとしてＡｇを用い、第２膜４ｂとしてＡｌを用いた場合、第１膜４ａに電流を狭窄し、高効率反射領域が増えるだけではなく、貴金属よりも密着性が良好でＡｇと線膨張係数の近いＡｌで第１膜４ａを覆うため、第２膜４ｂが、第１膜４ａに対する良好なパッシベーション膜として機能する他、動作時に第１膜４ａへかかる熱応力を緩和することができる。
【００７５】
また、Ａｇからなる第１膜４ａの端にＡｌが若干拡散することで、その領域のコンタクト抵抗を上げることができ、Ａｇからなる第１膜４ａの端における電流集中を緩和させることができる。
【００７６】
また、Ａｌとｐ型ＧａＮコンタクト層との界面では、非オーミック接続特性を示すことから、第１膜４ａから第２膜４ｂにかけて、電流密度が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電流集中を緩和することができる。
【００７７】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を、１×１０２０ｃｍ−３台と高めに設定することで、ｐ側電極４とのオーミック接続性が向上する。ただし、半導体発光ダイオードの場合、半導体レーザダイオードとは異なり、前記コンタクト層と発光層３との距離が短いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、ｐ側電極４と前記コンタクト層の接触面積が広く、動作時の電流密度が低いことを利用して、電気特性を大きく損ねることなく前記Ｍｇ濃度を１×１０１９ｃｍ−３台に抑えることで、Ｍｇの拡散を防ぐことができ、発光特性を改善させることができる。
【００７８】
高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層は基板との結晶型の差異を緩和する働きをし、特に螺旋転位を低減する。
また、高純度第２ＡｌＮバッファ層は、表面が原子レベルで平坦化する。そのため、この上に成長するノンドープＧａＮバッファ層の欠陥が低減されるが、そのためには高純度第２ＡｌＮバッファ層の膜厚は、１μｍよりも厚いことが好ましい。また、歪みによるそり防止のためには、高純度第２ＡｌＮバッファ層の厚みは４μｍ以下であることが望ましい。高純度第２ＡｌＮバッファ層は、ＡｌＮに限定されず、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でも良く、ウェーハのそりを補償することができる。
【００７９】
ノンドープＧａＮバッファ層は、高純度第２ＡｌＮバッファ層上で３次元島状成長をすることにより欠陥低減の役割を果たす。成長表面が平坦化するには、ノンドープＧａＮバッファ層の平均膜厚は、２μｍ以上であることが必要である。再現性とそり低減の観点からノンドープＧａＮバッファ層の総膜厚は、４〜１０μｍが適切である。
【００８０】
これらのバッファ層を採用することで、従来の低温成長ＡｌＮバッファ層と比較して欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層への高濃度Ｓｉドーピングや、紫外帯域発光でありながらも高効率な半導体発光素子を作ることができる。
【００８１】
多重量子井戸のバリア層に高濃度Ｓｉドーピングすることで発光層の発光効率は改善されるが、バリア層の結晶品質が劣化する。この結晶品質の劣化によって、欠陥に敏感なホールは発光層にたどり着く前に不活性化され、発光層に対するホールの注入効率が低下し、結果として半導体発光素子としての発光効率が低下する。また、Ｓｉが限界までドーピングされたバリア層は、Ｍｇが拡散してくると急速に劣化し、Ｍｇの拡散をさらに促す。
【００８２】
動作中にｐ型半導体層２から注入された最終バリア層中のホール濃度は、発光層側よりもｐ型半導体層２の側の方が高濃度であるため、ホールの注入効率を高めるにはｐ型半導体層２の側の品質向上が鍵となる。
【００８３】
本具体例のように、多重量子井戸の最終バリア層を、量子井戸中のバリア層と同じく高濃度Ｓｉドーピングされた第１最終バリア層と、第１最終バリア層よりも低濃度Ｓｉドーピングされた第２最終バリア層の２層構造とし、井戸層側を高濃度に設定し、ｐ型半導体層２の側を低濃度にすることで、ホールの注入効率を保ちつつ、発光層３の発光効率を改善させることができ、結果として半導体発光素子の発光効率を向上させることができる。
【００８４】
さらに、前記のバッファ層を用いることで、高品質ＧａＮをサファイア基板上に形成可能であり、通常異常成長のため採用困難な高い成長温度と高い５族／３族比での結晶成長が可能となる。このため点欠陥の発生が抑制され、バリア層に対してより高いＳｉドーピングが可能となるため、半導体発光素子の発光効率をより向上させることができる。
【００８５】
本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、少なくとも、ｎ型の半導体層とｐ型の半導体層、及びそれらに挟まれた発光層を含む半導体層からなり、半導体層の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＩｎｙＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が用いられる。これらの半導体層の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、有機金属気相成長法、分子線エピタキシャル成長法等の技術を用いることができる。
【００８６】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１において、基板材料は、特に限定されるものではないが、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの一般的な基板を用いることができる。基板は最終的に取り除いても良い。
【００８７】
なお、サファイア基板を用いた半導体発光素子の場合、基板と半導体層の屈折率差が大きいため、発光した光の大部分はその界面で反射されて、半導体層内部に閉じ込められ易い。一般的なサファイア基板上の窒化物半導体層の場合、半導体層内に数多く存在する欠陥や、アモルファス状または多結晶となっている低温成長バッファ層などが吸収体となり、半導体層内部で反射を繰り返すことなく吸収されてしまうため、高効率反射領域を増やす効果は比較的限定される。
【００８８】
これに対し、本実施形態に係る半導体発光素子１０１においては、単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで、バッファ層で吸収が起きにくくなるだけでなく、半導体層内の欠陥が劇的に減少し、半導体層内で光吸収が起きる要因を極力減らすことができ、発光した光は半導体層内で何度も反射を繰り返すため、高効率反射領域を増やす効果はより高い。
【００８９】
第１膜４ａは、ｐ型コンタクト層に対向する側は少なくとも銀または銀合金を含む金属膜で構成される。第１膜４ａに用いられる金属膜の材料は、銀単層でも良いし、銀以外の金属を含む合金層であっても良い。
通常の金属単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、銀は３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、且つ第１膜４ａに用いられる金属膜が銀合金の場合、ｐ型コンタクト層に対向する側の金属膜は銀の成分比が大きい方が望ましい。
【００９０】
また、第１膜４ａの膜厚は、光に対する反射効率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９１】
一方、第２膜４ｂは、ｐ型コンタクト層に対向する側は少なくともアルミニウムまたはアルミニウム合金を含む金属膜で構成され、第１膜４ａと電気的に接触している。
【００９２】
通常の金属単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、４００ｎｍ以下の紫外域では波長が短くなるほど低下する傾向にあるが、アルミニウムは３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。そのため、紫外発光の半導体発光素子で、且つ、第２膜４ｂに用いられる金属膜がアルミニウム合金の場合、ｐ型コンタクト層に対向する側の金属膜はアルミニウムの成分比が大きい方が望ましい。
【００９３】
また、第２膜４ｂを形成した後に熱処理を行っても良い。熱処理によって、アルミニウムの密着性が向上し、放熱性や信頼性が向上する。また、これにより、半導体層と合金を作りやすくなるため、第２膜４ｂとｐ型コンタクト層のコンタクト抵抗が増加し、より第１膜４ａの領域のみに電流を流すことができるようになる。なお、第２膜４ｂの熱処理温度は、第１膜４ａ及びｎ側電極７の熱処理温度よりも低い方が好ましい。
【００９４】
第２膜４ｂの膜厚は、光に対する反射効率を確保するため、１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００９５】
アルミニウムは仕事関数が低く、窒化物半導体と反応（合金化）が生じやすいため、ｐ型コンタクト層に対して非オーミック接続特性を示す。そのため、電流注入時は第１膜４ａに電流が狭窄され、設計どおりの発光領域を実現することができる。
【００９６】
発明者は、第１膜４ａに使用される銀は、密着性が悪いと同時に、その上に形成した金属をｐ型コンタクト層まで拡散させ易い特性を持っていることを、数多くの実験結果から見出した。
【００９７】
この特性を利用して、第１膜４ａの端にアルミニウムを若干拡散させることで、その領域のコンタクト抵抗を若干上げることができ、第１膜４ａの端における電流集中を緩和させることができる。
【００９８】
また、アルミニウムとｐ型コンタクト層とが、非オーミック接続特性を示すことから、第１膜４ａから第２膜４ｂにかけて、電流密度が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電流集中を緩和することができる。
【００９９】
また、剥がれ防止や拡散防止のため、貴金属や高融点金属で第２膜４ｂを覆うこともできる。これによれば、第１膜４ａの端を、貴金属や高融点金属よりも密着性が良好なアルミニウムで覆うことで、より良好な剥がれ防止構造として機能する。
【０１００】
また、アルミニウムの線膨張整数は銀と近いため、動作時に第１膜４ａへかかる熱応力を緩和することができる。
【０１０１】
これらの効果により、高い光出力、高歩留り、高い信頼性を実現することができる。銀または銀合金からなる第１膜４ａのすぐ隣に第２膜４ｂを形成することで、第１膜４ａは誘電体膜と接触しなくなり、誘電体膜に含まれるイオン不純物や水分に晒されにくくなるため、銀のマイグレーションを抑えることができ、信頼性が向上する。
【０１０２】
ワイヤボンディングのボンダビリティ向上、ボールボンダによる金バンプ形成時のダイシェア強度向上、フリップチップマウント等のために、ｐ側電極４にパッドを別途設けても良い。パッドの膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１０３】
一方、ｎ側電極７の材料は、特に限定されるものではなく、ｎ型半導体層１のオーミック電極として用いられる導電性の単層膜または多層膜で構成される。形成方法も特に限定されるものではなく、例えば電子ビーム蒸着法にて多層構造を形成後にシンター処理を行っても良い。シンター処理をする場合は、ボンダビリティ向上のため、ｎ側電極７にパッドを別途設けることが好ましい。
【０１０４】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子１０１は、各種の変形が可能である。
（第１の変形例）
半導体発光素子１０１においては、第１膜４ａとして厚さ２００ｎｍのＡｇ膜が用いられていたが、第１の変形例では、第１膜４ａとして、厚さ２００ｎｍのＡｇ／Ｐｔからなる積層膜が用いられる。
【０１０５】
第１膜４を、Ａｇ／Ｐｔ積層膜で形成し、その後シンター処理を行うことで、ｐ−ＧａＮコンタクト層とＡｇとの界面に、ごくわずかなＰｔを拡散させることができる。これにより、Ａｇの密着性が向上するほか、Ａｇ特有の高効率反射特性を損なうことなく、コンタクト抵抗を下げることができるため、ｐ側電極４に要求される高効率反射特性と低動作電圧特性とを高度に両立させることができる。
【０１０６】
具体的には、第１膜４ａにＡｇ単層膜を採用した場合と比較して、Ａｇ／Ｐｔ積層膜を採用した場合には、光出力はほぼ同じ値を示しつつ、２０ｍＡ時の動作電圧を０．３Ｖ減少させることができた。
【０１０７】
ＡｇとＰｔは固溶関係にあるため、ＰｔがＡｇと混ざることにより、Ａｇのマイグレーションを抑えることができる。その結果、高電流注入時においても高い信頼性を得ることができる。
【０１０８】
また、オーミック接触特性が良好な電極（すなわち、第１膜４ａ）の反射率が低い場合、発光した光が反射電極自身で吸収されてしまうことを防ぐため、ｐ側電極４（第１膜４ａ及び第２膜４ｂ）の端から第１膜４ａの端をなるべく遠ざけて、第２膜４ｂの面積を増やそうとする。この時、第１膜４ａがオーミック接触特性と高効率反射特性とを高度に両立させている場合は、第１膜４ａにおける光吸収を少なくすることができるため、第１膜４ａの面積を大きくすることができる。これにより、第１膜４ａをｎ側電極７に近づけることができ、素子の中心により近い領域で発光させることができる。
【０１０９】
（第２の変形例）
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１の第２の変形例では、素子化工程においてレーザスクライバ装置を用いて、素子化される。
【０１１０】
レーザスクライバ装置は簡便でスループットが高く、再現性の良い素子化方法であり、量産性の向上が見込めるが、素子端面に形成されるレーザスクライブ痕が発光光に対して吸収領域となるため、素子端面における光吸収が無視できなくなり、光取り出し効率が低下する。
【０１１１】
本実施形態に係る半導体発光素子の変形例では、第１膜４ａ、すなわち発光領域を、素子の端から遠ざけることで、素子端面の影響を受けにくくなる。
【０１１２】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子と、レーザスクライバ装置を用いた素子化方法とを組み合わせることで、量産性を向上させつつ、素子端面における光吸収のロスを最小化することができ、さらに光取り出し効率を向上させることができる。
【０１１３】
（第３の変形例）
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０１の第３の変形例では、ｎ側電極７として、厚さ２００ｎｍのＡｇ／Ｐｔ膜が採用される。
【０１１４】
第３の変形例の半導体発光素子の電極は以下のようにして作製される。
まず、第１膜４ａとｎ側電極７とを形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上及びｎ型コンタクト層の上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いてＡｇ／Ｐｔを２００ｎｍの膜厚で形成し、６５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１１５】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇ／Ｐｔが形成された領域の端と、Ａｇ／Ｐｔが形成されていないｐ型コンタクト層上が開口するように形成し、p型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕを３００ｎｍの膜厚で形成する。
【０１１６】
単結晶ＡｌＮバッファ上の結晶を用いれば、ｎ型ＧａＮコンタクト層に高濃度Ｓｉドーピングが可能となり、ｎ側電極７とのコンタクト抵抗を大幅に減らすことができるため、従来はオーミック特性が悪く、コンタクト抵抗が高かった高効率反射膜である銀（Ａｇ／Ｐｔ）を、ｎ側電極７として採用することが可能となる。
【０１１７】
ｎ側電極７を高効率反射膜で構成することにより、電極を形成した積層構造体１ｓの第１主面１ａの大半を反射構造にすることができ、半導体層内で反射を繰り返している発光光のほとんどを、基板側へ反射させることができるため、光取り出し効率のさらなる向上が見込まれる。
【０１１８】
ｎ側電極７における光吸収を考慮して、発光領域（オーミック領域）とｎ側電極７とを遠ざける場合がある。この時、ｎ側電極７を高効率反射構造とすることで、ｎ側電極７における光吸収の影響を考慮する必要がなくなり、発光領域（すなわち、第１膜４ａに対応する領域）とｎ側電極７とを近づけることができる。これらの効果により、本実施形態に係る半導体発光素子の構造における光取り出し効率向上の効果を、最大限に発揮することができる。
【０１１９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２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的断面図である。
図５に表したように、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２においては、ｐ側電極４は、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａの少なくとも一部と、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を覆うように設けられた第３膜４ｃをさらに有する。第３膜４ｃは、例えば金属からなる。それ以外は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１０１と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１２０】
なお、この場合も、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０２の周辺部、の方が長い。
そして、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０２の周辺部よりも中心部の方が狭い。
【０１２１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０２においては、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を第３膜４ｃで覆うことにより、第１膜４ａに用いられる例えば銀が、大気に暴露されること防止することができる。
【０１２２】
また、第１膜４ａの大半の領域を、第３膜４ｃと接触させることによって、第２膜４ｂを通る電流経路を極力減らし、第２膜４ｂに用いられる例えばアルミニウムのエレクトロマイグレーションによる劣化を防止することができる。これらの効果により、高い信頼性を実現することができる。
【０１２３】
この第３膜４ｃは、第１膜４ａと第２膜４ｂとを形成した後に、例えば、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを形成し、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａ（例えば銀）と、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）の少なくとも一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕ膜を厚さ５００ｎｍで形成し、レジストを剥離することによって形成することができる。
【０１２４】
上記の第３膜４ｃには、銀を含まない金属を用いることができる。なお、第３膜４ｃは、第１膜４ａ及び第２膜４ｂと電気的に接触している。
【０１２５】
第３膜４ｃに用いる材料は、特に限定されるものではなく、金属の単層膜や多層膜、金属の合金層、導電性酸化物膜の単層膜や多層膜、これらの組み合わせであっても良い。
【０１２６】
第３膜４ｃの膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１２７】
このように、少なくとも、第２膜４ｂで覆われていない第１膜４ａの領域を第３膜４ｃで覆うことで、第１膜４ａ（例えばＡｇ）の大気中への暴露を防ぎ、第１膜４ａ（例えばＡｇ）の劣化を防止することができると共に、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）にほとんど電流が流れないようにすることで、第２膜４ｂ（例えばＡｌ）のエレクトロマイグレーションを防止することができる。
【０１２８】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０２によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、高信頼性の半導体発光素子を提供することができる。
【０１２９】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明の第３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的断面図である。
図６に表したように、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子１０３においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０３の周辺部、の方が長い。
そして、第２膜４ｂがｐ型半導体層２と接触している領域の幅は、半導体発光素子１０３の周辺部よりも中心部の方が狭い。
【０１３０】
そして、半導体発光素子１０３では、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂの少なくとも一部と、を覆うように設けられた第３膜４ｃが設けられている。
【０１３１】
そして、第２電極４は、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、に設けられた第４膜４ｄをさらに有する。第４膜４ｄには、第３膜４ｃ及び第２膜４ｂの少なくともいずれかに含まれる材料が第１膜４ａに拡散することを抑制する材料を用いることができる。それ以外は、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１３２】
なお、図６に例示した具体例では、第４膜４ｄは、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、の両方に設けられているが、本発明はこれには限らない。すなわち、第２電極４は、第３膜４ｃと第１膜４ａとの間、及び、第２膜４ｂと第１膜４ａとの間、の少なくともいずれかに設けられた第４膜４ｄを有することができる。
【０１３３】
第４膜４ｄは、第２膜４ｂや第３膜４ｃに含まれる材料が、第１膜４ａへ拡散すること、または、第２膜４ｂや第３膜４ｃに含まれる材料と、第１膜４ａに含まれる材料と、が反応すること、を防ぐ機能を有する。
【０１３４】
第４膜４ｄは、銀と反応しない、または銀に積極的に拡散しない材料を用いることができる。なお、第４膜４ｄは、第１膜４ａ、第２膜４ｂ及び第３膜４ｃと電気的に接触している。
【０１３５】
第４膜４ｄの材料としては、拡散防止層として使用可能な高融点金属、例えば、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）などの単層膜または積層膜が挙げられる。
【０１３６】
さらに好ましくは、第１膜４ａに多少拡散しても問題がないように仕事関数が高く、ｐ型コンタクト層とオーミック接続特性が得られ易い金属として、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）が挙げられる。
【０１３７】
第４膜４ｄの膜厚は、単層膜の場合は膜状態を保てる５ｎｍから２００ｎｍの範囲であることが好ましい。積層膜の場合は、特に限定されるものではなく、例えば、１０ｎｍから１００００ｎｍの間で選ぶことができる。
【０１３８】
このような構成を有する本実施形態に係る半導体発光素子１０３は、以下のようにして作製することができる。
すなわち、第１膜４ａを形成した後に、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第１膜４ａが形成された領域に形成する。その後、第４膜４ｄとして、例えばＷ／Ｐｔ積層膜を６層分だけ積層する。（Ｗ／Ｐｔ）を６層積層した全体の厚さは、例えば９００ｎｍとされる。
【０１３９】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第１膜４ａが形成された領域の端と、第１膜４ａが形成されていないｐ型コンタクト層上が開口するように形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除き、第２膜４ｂとして、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を３００ｎｍの膜厚で形成する。その際、第２膜４ｂは、第４膜４ｄに乗り上げても良いし、第４膜４ｄと接触しないように形成しても良い。
【０１４０】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第２膜４ｂで覆われていない第１膜４ａが形成された領域全体と、第４膜４ｄの表面全体と、第２膜４ｂの一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２、第３及び第４膜４ａ〜４ｄを有するｐ側電極４が形成される。
【０１４１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０３においては、さらにサブマウントに固定する際、３００℃以上の比較的高温な熱処理が必要となるＡｕＳｎハンダなどを用いても、第４膜４ｄであるＷ／Ｐｔ積層膜がバリア層として機能するため、第３膜４ｃが第１膜４ａのＡｇに拡散することがない。
【０１４２】
このように、線膨張係数の異なる高融点金属を薄い膜厚で積層することで、歪みを緩和しつつ、拡散防止層として厚い膜厚を確保することができる。
【０１４３】
なお、ｐ側電極４を形成した後に、ｐ側電極４全体の密着性を上げるため、第１膜４ａのシンター温度以下の温度で熱処理をすることもできる。
【０１４４】
本具体例では、第３膜４ｃとしてＰｔ／Ａｕを用いたが、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを用いて、例えば、ｎ側電極７と同時形成しても良い。ただし、チタン（Ｔｉ）は仕事関数が小さいため、もしｐ型コンタクト層まで拡散すると第１膜４ａのオーミック特性が悪くなり、動作電圧が上昇する可能性がある。この時、本具体例では、Ｗ／Ｐｔ積層膜がバリア層として機能するため、Ｔｉが第１膜４ａのＡｇに拡散することがない。これにより、第３膜４ｃとして密着性の良好なＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ構造を採用することで、ｐ側電極４の剥離性が改善されて信頼性や歩留りが向上する他、ｎ側電極７と同時形成が可能になるため、製造コストを下げることができる。
【０１４５】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０３によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、高信頼性で製造コストの低い半導体発光素子を提供することができる。
【０１４６】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４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的断面図である。
図７に表したように、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０４の周辺部、の方が長い。
【０１４７】
そして、半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂから露出した第１膜４ａと、第２膜４ｂと、を覆うように設けられた第３膜４ｃが設けられている。また、第２膜４ｂ及び第３膜４ｃと、ｐ型半導体層２と、の間に、誘電体膜１１ａが設けられている。この誘電体膜１１ａには、絶縁性の例えばＳｉＯ２膜が用いられている。それ例外は、第２の実施形態に係る半導体発光素子１０２と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１４８】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂの全体が第３膜４ｃで覆われており、第２膜４ｂの大気暴露による劣化を防止することができる。
【０１４９】
このような構成を有する本実施形態に係る半導体発光素子１０４は、以下のようにして作製することができる。
すなわち、ｐ側電極４を形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上のＳｉＯ２膜（誘電体膜）１１ａをフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて第１膜４ａとなるＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１５０】
そして、同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジスト用いて、Ａｇが形成された領域の端と、Ａｇのすぐ横にある表面に露出されたｐ型コンタクト層の領域全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように形成し、第２膜４ｂとして、例えばＡｌを３００ｎｍの膜厚で形成する。
【０１５１】
そして、同じくレジストリフトオフ用のパターニングされたレジスト用いて、第２膜４ｂで覆われていないＡｇが形成された領域全体と、第２膜４ｂの表面全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２及び第３膜４ａ〜４ｃを有するｐ側電極４が形成される。
【０１５２】
本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、第２膜４ｂの全体を第３膜４ｃで覆うことで、アルミニウムの自然酸化やマイグレーションを防ぐことができ、リーク電流低減、絶縁性向上、耐圧性向上、信頼性の向上を実現することができる。また、第２膜４ｂ全体を第３膜で覆うため、第２膜４ｂ自体はアルミニウム単層で形成することができ、製造コストを下げることができる。
【０１５３】
また、本実施形態に係る半導体発光素子１０４においては、ｐ型コンタクト層と第２膜４ｂで挟まれた領域ができるため、ＳｉＯ２膜を挟んでp型コンタクト層と第２膜４ｂとの間に弱い電界がかかる。その結果、第１膜４ａからＳｉＯ２膜にかけて、電界が徐々に弱くなる構造を作ることができるため、この領域における電界集中を緩和することができる。これにより、寿命の増大を実現することができる。
【０１５４】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０４によれば、光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高く、さらに、長寿命の半導体発光素子を提供することができる。
【０１５５】
（第５の実施の形態）
図８は、本発明の第５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的断面図である。
図８に表したように、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５においては、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４において、発光層３を挟む半導体層断面がテーパを有し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとが、このテーパ部分を斜めに被覆している。それ以外は、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１５６】
なお、半導体発光素子１０５においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０５の周辺部、の方が長い。
【０１５７】
窒化物半導体層とサファイア基板の屈折率差は大きく、発光した光の一部はその界面で反射されて半導体層に戻される。この反射された光は、第１膜４ａや第２膜４ｂと前記界面の間で反射を繰り返し、半導体層内に閉じ込められる。
【０１５８】
この時、本具体例のように、半導体層にテーパを設けることにより、光学的な全反射または金属反射膜による反射により、光の反射角を変えることができるため、光を基板側へ取り出せる確率を上げることができ、光取り出し効率が改善される。
【０１５９】
また、第２膜４ｂの面積を増やすことができるため、前記効果と合わせて光取り出し効率がさらに改善される。
【０１６０】
単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで、バッファ層で吸収が起きにくくなるだけでなく、半導体層内の欠陥が劇的に減少し、半導体層内で光吸収が起きる要因を極力減らすことができ、発光した光は半導体層内で何度も反射を繰り返すため、テーパにより反射角を変化させる領域を設ける効果や、高効率反射領域を増やす効果はさらに高くなる。
【０１６１】
また、テーパを設けることにより、段差による膜切れを抑制することが可能となる。
【０１６２】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０５によれば、さらに光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い半導体発光素子を提供することができる。
【０１６３】
（第６の実施の形態）
図９は、本発明の第６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的断面図である。
図９に表したように、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子１０６においては、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４において、第２膜４ｂに覆われる領域の誘電体膜１１ａの膜厚が、第２膜４ｂから露出している領域の誘電体膜１１ａの膜厚よりも薄いことが異なっている。それ以外は、第４の実施形態に係る半導体発光素子１０４と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１６４】
なお、半導体発光素子１０６においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０６の周辺部、の方が長い。
【０１６５】
本実施形態に係る半導体発光素子１０６における半導体層上の電極の形成について説明する。
ｐ側電極４を形成するため、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを半導体層上に形成し、ｐ型コンタクト層上の、誘電体膜１１ａとなるＳｉＯ２膜をフッ化アンモン処理で取り除く。ＳｉＯ２膜が取り除かれた領域に、真空蒸着装置を用いて第１膜４ａＡｇを２００ｎｍの膜厚で形成し、３５０℃の窒素雰囲気で１分間シンター処理を行う。
【０１６６】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、Ａｇが形成された領域の端と、Ａｇのすぐ横にある表面に露出されたp型コンタクト層の領域全体と、ＳｉＯ２膜の一部を被覆するように、形成する。金属膜蒸着の前処理として、フッ化アンモン処理を行い、誘電体膜１１ａの端部をエッチングする。その際、レジストから露出されたＳｉＯ２膜からなる誘電体膜１１ａの端部がなくならないよう、フッ化アンモンの処理時間を調整する。具体的には、エッチングレート４００ｎｍ／ｍｉｎの場合、１分以内となる。これにより、４００ｎｍのＳｉＯ２膜が削られ、その端部が約２００ｎｍの厚さとなる。その後、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕを３００ｎｍの膜厚で形成して第２膜４ｂとする。
【０１６７】
そして、同じく、レジストリフトオフ用のパターニングされたレジストを、第２膜４ｂで覆われていないＡｇが形成された領域全体と、第２膜４ｂの全体と、誘電体膜１１ａの一部を被覆するように、第３膜４ｃとして、例えばＰｔ／Ａｕを５００ｎｍの膜厚で形成する。これにより、第１、第２及び第３膜４ａ〜４ｃを有するｐ側電極４が形成される。 そして、既に説明した方法と同様の方法でｎ側電極７を形成する。
【０１６８】
本実施形態に係る半導体発光素子１０６では、第２膜４ｂとｐ型コンタクト層とで挟まれる誘電体膜１１ａの膜厚を薄くすることで、第２膜４ｂで反射される発光光が誘電体膜１１ａで吸収される割合を減らすことができる。その結果として、半導体発光素子１０６内における吸収体を減らすことができ、光取り出し効率がさらに改善される。
【０１６９】
ｐ型コンタクト層と第２膜４ｂとで挟まれる誘電体膜１１ａ（ＳｉＯ２膜）の膜厚を調整することで、誘電体膜１１ａにかかる電界の強さを調整することができる。その結果として、半導体発光素子１０６の動作電流、形状、サイズ、配置関係に合わせて、第１膜４ａの周辺にかかる電界分布を調整することができ、電気特性に優れまた信頼性の高い半導体発光素子を提供できる。
【０１７０】
このように、本実施形態に係る半導体発光素子１０６によれば、さらに光取り出し効率が高く、光出力の再現性が高い、電気的特性に優れ高信頼性の半導体発光素子を提供することができる。
【０１７１】
（第７の実施の形態）
図１０は、本発明の第７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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。なお、同図（ｂ）においては、第３膜４ｃは省略されている。
図１０に表したように、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子１０７においては、第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５と比べて、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）の面積を相対的に小さくしたものである。それ以外は、第５の実施形態に係る半導体発光素子１０５と同等とすることができるので説明を省略する。
【０１７２】
なお、半導体発光素子１０７においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
また、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分よりも、ｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分以外の部分、すなわち、例えば、半導体発光素子１０７の周辺部、の方が長い。
【０１７３】
本実施形態に係る半導体発光素子１０７においては、ｎ型コンタクト層を露出させるエッチング工程で、ｐ型コンタクト層（すなわち、ｐ型半導体層２）の面積が、第１膜４ａに対応して小さくなるように形成している点が、既に説明した半導体発光素子１０５と異なる。
【０１７４】
発光に寄与しない発光層３の面積を減らすことで、半導体層内部で反射を繰り返す発光光が活性化されていない発光層で吸収されるのを防ぐことができるため、光出力が向上する。
【０１７５】
（第８の実施の形態）
図１１は、本発明の第８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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１１に表したように、本発明の第８の実施形態に係る半導体発光素子１０８においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられている。また、半導体発光素子１０８の素子の大きさは１０００μｍ四方であり、素子の厚さは１００μｍである。
【０１７６】
なお、半導体発光素子１０８においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
【０１７７】
すなわち、半導体発光素子１０８においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、半導体発光素子１０８のコーナー部で他の配線との接続を容易とするために、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、ｎ側電極７がコーナー部で面積が大きくなったことに伴い、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１０８の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１０８の中心部側に位置している。
【０１７８】
このような構成を有する半導体発光素子１０８においては、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１７９】
本実施形態に係る半導体発光素子１０８によれば、光取り出し効率の高い電流注入構造を実現しつつ、ｎ側電極７に必要な最小限の領域を除いた領域に、第２膜４ｂを形成することで、反射領域を最大限広げることができる。
【０１８０】
なお、半導体発光素子１０８において、第５の実施形態で説明したように、発光層３挟む半導体層断面がテーパを有し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとがテーパ部分を斜めに被覆するように構成することもできる。
【０１８１】
本実施形態に係る半導体発光素子１０８のように、素子の幅と厚さの比が大きい場合、素子内でより多く多重反射を繰り返すことになるため、テーパを設けて光の反射角を変えることによって、光取り出し効率が改善される効果はより高くなる。
【０１８２】
（第９の実施の形態）
図１２は、本発明の第９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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１２に表したように、本発明の第９の実施形態に係る半導体発光素子１０９においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、さらに、ｎ側電極７が半導体発光素子１０９の中央部にも設けられている。
【０１８３】
このように、ｎ側電極７を、素子の周辺部の他に中央部にも形成することで、p側電極４からｎ側電極７への距離を実効的に短くすることができるため、電気特性が改善される他、電気特性に大きな影響を与えずにｎ型コンタクト層を薄く設計することができ、結晶成長時間やコストを改善することができる。また、高電流注入時におけるｐ側電極４の電流集中の緩和やそれによるｐ側電極４の発光領域の拡大により、光出力や信頼性を改善することができる。
【０１８４】
素子の中央部におけるｐ側電極４において、第２膜４ｂを設けないことで、その領域におけるｎ側電極７に対向した第１膜４ａを、露光精度などのプロセス条件が許す限り、ｐ型コンタクト層の端まで形成することができる。これにより、素子の中心付近領域での発光領域が増えることによって光出力特性が改善でき、また、オーミック面積が増えることによって電気特性が改善できる。
【０１８５】
なお、半導体発光素子１０９においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
【０１８６】
すなわち、半導体発光素子１０９においても、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１０９の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１０９の中心部側に位置している。
そして、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１８７】
（第１０の実施の形態）
図１３は、本発明の第１０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。
すなわち、同図（ｂ）は平面図であり、同図（ａ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図である。
図１３に表したように、本発明の第１０の実施形態に係る半導体発光素子１１０においては、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、さらに、ｎ側電極７が半導体発光素子１１０の中央部にも設けられている。そして、半導体発光素子１１０の中央部に形成したｎ側電極７の周辺の領域にも、第２膜４ｂが設けられている。
【０１８８】
半導体発光素子１１０においても、第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、前記半導体発光素子の周辺部よりも中心部の方が短い。
すなわち、半導体発光素子１１０においても、ｎ側電極７がｐ側電極４を取り囲むように設けられ、そしてｎ側電極７は、コーナー部では、辺部に比べて幅が広くなっている。そして、第２膜４ｂの縁端は、半導体発光素子１１０の辺部よりも、コーナー部において、半導体発光素子１１０の中心部側に位置している。
そして、周辺部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、辺部における幅ａであり、中心部における第２膜４ｂの外側の縁端から第１膜４ａまでの距離は、コーナー部における幅ｂである。そして、幅ｂは、幅ａよりも狭くなっている。
【０１８９】
さらに、素子の中心付近における発光領域が広いと、光取り出し効率が高くなる。このため、第１膜４ａの面積を増やすために、素子の中央部に形成された第２膜４ｂの幅ｃは、素子の外周付近に形成された第２膜４ｂの幅ａよりも狭い方が好ましい。
【０１９０】
すなわち、半導体発光素子１１０においては、ｐ側電極４は、半導体発光素子１１０の中央部を除いた領域に設けられ、ｎ側電極７は、ｐ側電極４を取り囲みつつ、ｐ側電極４が設けられていない、半導体発光素子１１０の前記中央部に設けられ、第２膜４ｂの外側の縁端から前記第１膜４ａまでの距離は、半導体発光素子１１０の周辺部（例えば幅ａ）よりも、前記中央部（例えば幅ｃ）の方が短い。
なお、本具体例では、中央部に設けられたｎ側電極７とｐ側電極４とが対向する部分の幅ｃは、中心部の幅ｂよりも小さいが、幅ｃは、少なくとも周辺部の幅ａよりも小さければ良い。
【０１９１】
これにより、光取り出し効率の高い電流注入構造を実現しつつ、ｎ側電極７に必要な最小限の領域を除いた領域に、第２膜４ｂを形成することで、反射領域を最大限広げることができる。
【０１９２】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０においても、第５の実施形態で説明したように、発光層３を挟む半導体層断面をテーパ形状に加工し、誘電体膜１１ａと第２膜４ｂとがテーパ部分を斜めに被覆するように構成することもできる。
【０１９３】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０のように、素子の幅と厚さのアスペクト比が大きい場合、半導体層内で反射される発光光の反射回数も多くなり、反射角度を変えるテーパ部分の効果は大きくなるため、素子の中央部に第２膜４ｂとテーパを形成することにより、光取り出し効率は大きく向上する。
【０１９４】
（第１１の実施の形態）
図１４は、本発明の第１１の実施形態に係る半導体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、本発明の第１１の実施形態に係る半導体発光装置２０１は、上記の実施形態に係る半導体発光素子１０１〜１１０のいずれかと、蛍光体と、を組み合わせた白色ＬＥＤである。すなわち、本実施形態に係る半導体発光装置２０１は、上記のいずれかの半導体発光素子と、前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、を備える。
なお、以下では、上記の半導体発光素子１０１と、蛍光体と、を組み合わせた場合として説明する。
【０１９５】
図１４に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置２０１においては、セラミック等からなる容器２２の内面に反射膜２３が設けられており、反射膜２３は容器２２の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜２３は、例えばアルミニウム等からなるものである。このうち容器２２の底部に設けられた反射膜２３の上に、半導体発光素子１０１がサブマウント２４を介して設置されている。
【０１９６】
半導体発光素子１０１には、例えばボールボンダによって金バンプ２５が形成され、サブマウント２４に固定されている。なお、金バンプを用いずに、直接サブマウントへ固定しても良い。
【０１９７】
これら半導体発光素子１０１、サブマウント２４及び反射膜２３の固定には、接着剤による接着やハンダ等を用いることが可能である。
【０１９８】
サブマウント２４の半導体発光素子側の表面には、半導体発光素子１０１のｐ側電極４とｎ側電極７とが絶縁されるようにパターニングされた電極が形成されており、それぞれ容器２２側に設けられた図示しない電極に対してボンディングワイヤ２６により接続されている。この接続は、内側面の反射膜２３と、底面の反射膜２３と、の間の部分において行われている。
【０１９９】
また、半導体発光素子１０１やボンディングワイヤ２６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層２１１が設けられており、この第１蛍光体層２１１の上には青色、緑色或いは黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層２１２が形成されている。この蛍光体層の上にはシリコン樹脂からなる蓋部２７が設けられている。
【０２００】
第１蛍光体層２１１は、樹脂及びこの樹脂中に分散された赤色蛍光体を含む。
赤色蛍光体としては、例えばＹ2Ｏ3、ＹＶＯ4、Ｙ2（Ｐ,Ｖ）Ｏ4等を母材として用いることができ、これに３価のＥｕ（Ｅｕ3+）を付活物質として含ませる。すなわち、Ｙ2Ｏ3:Ｅｕ3+、ＹＶＯ4:Ｅｕ3+等を赤色蛍光体として用いることができる。Ｅｕ3+の濃度は、モル濃度で１％〜１０％とすることができる。赤色蛍光体の母材としては、Ｙ2Ｏ3、ＹＶＯ4の他に、ＬａＯＳやＹ2（Ｐ, Ｖ）Ｏ4等を用いることができる。また、Ｅｕ3+の他にＭｎ4+等を利用することもできる。特に、ＹＶＯ4母体に、３価のＥｕと共に少量のＢｉを添加することにより、３８０ｎｍの吸収が増大するので、さらに発光効率を高くすることができる。また、樹脂としては、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
【０２０１】
また、第２蛍光体層２１２は、樹脂、並びに、この樹脂中に分散された青色、緑色及び黄色の少なくともいずれかの蛍光体、を含む。例えば、青色蛍光体と緑色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良く、また、青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせた蛍光体を用いても良く、青色蛍光体、緑色蛍光体及び黄色蛍光体を組み合わせた蛍光体を用いても良い。
【０２０２】
青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+やＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27:Ｅｕ2+等を用いることができる。
緑色蛍光体としては、例えば３価のＴｂを発光中心とするＹ2ＳｉＯ5:Ｃｅ3+，Ｔｂ3+を用いることができる。この場合、ＣｅイオンからＴｂイオンへエネルギーが伝達されることにより励起効率が向上する。緑色蛍光体としては、例えば、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25:Ｅｕ2+等を用いることができる。
黄色蛍光体としては、例えばＹ3Ａｌ5:Ｃｅ3+等を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコン樹脂等を用いることができる。
特に、３価のＴｂは、視感度が最大となる５５０ｎｍ付近に鋭い発光を示すので、３価のＥｕの鋭い赤色発光と組み合わせると発光効率が著しく向上する。
【０２０３】
本実施形態に係る半導体発光装置２０１によれば、半導体発光素子１０１から発生した３８０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１０１の基板１０側に放出され、反射膜２３における反射をも利用することにより、各蛍光体層に含まれる上記蛍光体を効率良く励起することができる。
【０２０４】
例えば、第１蛍光体層２１１に含まれる３価のＥｕ等を発光中心とする上記蛍光体は、６２０ｎｍ付近の波長分布の狭い光に変換され、赤色可視光を効率良く得ることが可能である。
また、第２蛍光体層２１２に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が、効率良く励起され、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。
これらの混色として、白色光やその他様々な色の光を、高効率でかつ演色性良く得ることが可能である。
【０２０５】
次に、本実施形態に係る半導体発光装置２０１の製造方法について説明する。
なお、半導体発光素子１０１を作製する工程は、既に説明した方法を用いることができるので、以下では、半導体発光素子１０１が出来上がった後の工程について説明する。
【０２０６】
まず、容器２２の内面に反射膜２３となる金属膜を、例えばスパッタリング法により形成し、この金属膜をパターニングして容器２２の内側面と底面にそれぞれ反射膜２３を残す。
【０２０７】
次に、半導体発光素子１０１にボールボンダによって金バンプ２５を形成し、ｐ側電極４用とｎ側電極７用にパターニングされた電極を持つサブマウント２４の上に固定し、このサブマウント２４を容器２２の底面の反射膜２３上に設置して固定する。これらの固定には接着剤による接着やハンダ等を用いることが可能である。また、ボールボンダによる金バンプ２５を用いずに半導体発光素子１０１をサブマウント２４上に直接固定することもできる。
【０２０８】
次に、サブマウント２４上の図示しないｎ側電極及びｐ側電極をそれぞれ容器２２側に設けられた図示しない電極に対してボンディングワイヤ２６により接続する。
【０２０９】
さらに、半導体発光素子１０１やボンディングワイヤ２６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層２１１を形成し、この第１蛍光体層２１１上に青色、緑色或いは黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層２１２を形成する。
【０２１０】
蛍光体層のそれぞれの形成方法は、各蛍光体を樹脂原料混合液に分散させたものを滴下し、さらに熱処理を行うことにより熱重合させて樹脂を硬化させる。なお、各蛍光体を含有する樹脂原料混合液を滴下してしばらく放置した後に硬化させることにより、各蛍光体の微粒子が沈降し、第１、第２蛍光体層２１１、２１２の下層に各蛍光体の微粒子を偏在させることができ、各蛍光体の発光効率を適宜制御することが可能である。その後、蛍光体層上に蓋部２７を設け、本実施形態に係る半導体発光装置２０１、すなわち、白色ＬＥＤが作製される。
【０２１１】
なお、既に説明したように、本実施形態に係る半導体発光装置２０１において、上記の実施形態に係る半導体発光素子１０１〜１１０のいずれかを用いることができる。
【０２１２】
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や、導電型などを制御するために添加される各種のドーパントのいずれか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。
【０２１３】
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、半導体発光素子を構成する半導体多層膜、金属膜、誘電体膜など各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、また製造方法に関しては、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。
【０２１４】
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半導体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半導体発光装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２１５】
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】
【０２１６】
１ ｎ型半導体層（第１半導体層）
１ａ 第１主面
１ｂ 第２主面
１ｓ 積層構造体
２ ｐ型半導体層（第２半導体層）
３ 発光層
３ａ 半導体層
４ ｐ側電極（第２電極）
４ａ 第１膜
４ｂ 第２膜
４ｃ 第３膜
４ｄ 第４膜
７ ｎ側電極（第１電極）
１０ 基板
１１ａ 誘電体膜
２２ 容器
２３ 反射膜
２４ サブマウント
２５ 金バンプ
２６ ボンディングワイヤ
２７ 蓋部
９０、９１、１０１〜１１０ 半導体発光素子
２０１ 半導体発光装置
２１１、２１２ 蛍光体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面上に設けられ前記第１半導体層に接続された第１電極と、
前記積層構造体の前記第１主面上に設けられ前記第２半導体層に接続された第２電極であって、
前記第２電極は、
前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、
前記第２半導体層の上において前記第１膜の周縁に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、
を有する第２電極と、
前記第２膜の一部と前記第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、
を備え、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において小さく、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１電極と前記第２電極とが対向する部分よりも、前記第１電極と前記第２電極とが対向する前記部分以外の部分において大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２膜が前記第２半導体層と接触している領域の幅は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において狭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】
前記第２電極は、前記第１主面の中央部を除いた領域に設けられ、
前記第１電極は、前記第２電極を取り囲みつつ、前記第２側電極が設けられていない前記中央部に設けられ、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも、前記中央部の方が短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】
前記第１膜は、前記第２半導体層に対してオーミック性を示し、前記第２膜は、前記第２半導体層に対して非オーミック性を示す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】
前記第１膜は、銀または銀合金を含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】
前記第２膜は、ＡｌまたはＡｌ合金を含むことを特徴とする特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２電極は、前記第１膜の少なくとも一部と、前記第２膜の少なくとも一部と、を覆うように設けられ、前記第１膜の大気中への暴露、及び、前記第２膜のエレクトロマイグレーションの少なくともいずれかを防止する第３膜をさらに有する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３膜は、前記第１膜及び前記第２膜の全てを覆うことを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第３膜は、前記第２半導体層と直接接触していないことを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第３膜は、銀を含まないことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第２電極は、前記第３膜と前記第１膜との間、及び、前記第２膜と前記第１膜との間、の少なくともいずれかに設けられ、前記第２膜及び前記第３膜の少なくともいずれかに含まれる材料が前記第１膜へ拡散すること、及び、前記第２膜及び前記第３膜の少なくともいずれかに含まれる材料と、前記第１膜に含まれる材料と、が反応すること、を防ぐ第４膜を有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１】
第１半導体層と、第２半導体層と、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられた発光層と、を有する積層構造体と、
前記積層構造体の前記第２半導体層の側の第１主面上に設けられ前記第１半導体層に接続された第１電極と、
前記積層構造体の前記第１主面上に設けられ前記第２半導体層に接続された第２電極であって、
前記第２電極は、
前記第２半導体層の上に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に低い第１膜と、
前記第２半導体層の上において前記第１膜の周縁に設けられ、前記第２半導体層に対する接触抵抗が相対的に高く反射特性を有する第２膜と、
を有する第２電極と、
前記第２膜の一部と前記第２半導体層との間の部分を有する誘電体膜と、
を備え、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において小さく、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１電極と前記第２電極とが対向する部分よりも、前記第１電極と前記第２電極とが対向する前記部分以外の部分において大きいことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２膜が前記第２半導体層と接触している領域の幅は、前記第１主面の周辺部よりも中心部において狭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】
前記第２電極は、前記第１主面の中央部を除いた領域に設けられ、
前記第１電極は、前記第２電極を取り囲みつつ、前記第２側電極が設けられていない前記中央部に設けられ、
前記第２膜の外側の縁端から前記第１膜までの距離は、前記第１主面の周辺部よりも、前記中央部の方が短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】
前記第１膜は、前記第２半導体層に対してオーミック性を示し、前記第２膜は、前記第２半導体層に対して非オーミック性を示す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】
前記第１膜は、銀または銀合金を含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】
前記第２膜は、ＡｌまたはＡｌ合金を含むことを特徴とする特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記第２電極は、前記第１膜の少なくとも一部と、前記第２膜の少なくとも一部と、を覆うように設けられ、前記第１膜の大気中への暴露、及び、前記第２膜のエレクトロマイグレーションの少なくともいずれかを防止する第３膜をさらに有する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３膜は、前記第１膜及び前記第２膜の全てを覆うことを特徴とする請求項７記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第３膜は、前記第２半導体層と直接接触していないことを特徴とする請求項６または７に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第３膜は、銀を含まないことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記第２電極は、前記第３膜と前記第１膜との間、及び、前記第２膜と前記第１膜との間、の少なくともいずれかに設けられ、前記第２膜及び前記第３膜の少なくともいずれかに含まれる材料が前記第１膜へ拡散すること、及び、前記第２膜及び前記第３膜の少なくともいずれかに含まれる材料と、前記第１膜に含まれる材料と、が反応すること、を防ぐ第４膜を有することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から放出された光を吸収し、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体と、
を備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２３５１５２（Ｐ２０１２−２３５１５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１５７７６２（Ｐ２０１２−１５７７６２）
【出願日】平成２４年７月１３日（２０１２．７．１３）
【分割の表示】特願２００８−２２０１４５（Ｐ２００８−２２０１４５）の分割
【原出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１３日（２０１２．７．１３）
【分割の表示】特願２００８−２２０１４５（Ｐ２００８−２２０１４５）の分割
【原出願日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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