半導体発光素子
【課題】放熱性を高めて光取り出し効率を改善することができる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、誘電体部と、を備える。積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、第１半導体層の前記一部と第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含む。積層構造体は、第１半導体層側の第１主面と、第２半導体層側の第２主面と、を有する。第１電極は、第２主面の側で第１半導体層と接する接触部を有する。第２電極は、第２主面で第２半導体層と接する第１部分と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層から第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する。誘電体部は、接触部と、第２部分と、のあいだに設けられる。
【解決手段】実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、誘電体部と、を備える。積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、第１半導体層の前記一部と第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含む。積層構造体は、第１半導体層側の第１主面と、第２半導体層側の第２主面と、を有する。第１電極は、第２主面の側で第１半導体層と接する接触部を有する。第２電極は、第２主面で第２半導体層と接する第１部分と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層から第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する。誘電体部は、接触部と、第２部分と、のあいだに設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子として、例えばサファイア基板上に形成した結晶層を導電性基板に接合し、サファイア基板を除去する構造がある。この構造では、光取り出し効率を高めるため、サファイア基板を除去することで露出した結晶層の表面に、凹凸加工を施している。また、光取り出し面となる結晶層の表面には電極を形成せず、サファイア基板を除去した面とは逆側の結晶面にｐ側電極及びｎ側電極を形成する構造もある。このような半導体発光素子においては、放熱性を高め、さらなる光取り出し効率の改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A. Laubsch, M. Sabathil, J. Baur, M. Peter, and B. Hahn, IEEE Transactions on electron devices, vol. 57, no. 1, p79-87 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、放熱性を高めて光取り出し効率を改善することができる半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、誘電体部と、を備える。
積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、第１半導体層の前記一部と第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含む。積層構造体は、第１半導体層側の第１主面と、第２半導体層側の第２主面と、を有する。
第１電極は、第２主面の側で第１半導体層と接する接触部を有する。
第２電極は、第２主面で第２半導体層と接する第１部分と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層から第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する。
誘電体部は、接触部と、第２部分と、のあいだに設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図３】凹凸部を示す部分拡大図である。
【図４】参考例の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図５】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図６】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図７】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図８】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図９】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１０】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１１】半導体発光装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
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。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
ここで、図１は、図２のＡ−Ａ’線における模式的断面図を示している。
【０００９】
図１に表したように、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体１００と、第１電極５０と、第２電極６０と、第１誘電体部４０と、を備える。
【００１０】
積層構造体１００は、第１導電形の第１半導体層１０と、第１半導体層１０の一部と対向する第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０の一部と第２半導体層２０とのあいだに設けられた発光層３０と、を有する。
【００１１】
第１導電形は、例えばｎ形である。第２導電形は、例えばｐ形である。なお、第１導電形はｐ形、第２導電形はｎ形であってもよい。本実施形態では、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形である場合を例として説明する。
【００１２】
積層構造体１００は、第１半導体層１０側の第１主面１００ａと、第２半導体層２０側の第２主面１００ｂと、有する。また、第１半導体層１０の一部は、第２主面１００ｂ側に露出している。この一部は第１半導体層１０の露出部分１０ｅである。
【００１３】
第１電極５０は、露出部分１０ｅで第１半導体層１０と接する接触部５１を有する。第２電極６０は、第２主面１００ｂで第２半導体層２０と接する。
【００１４】
第２電極６０は、第２主面１００ｂで第２半導体層２０と接する第１部分６１と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層１０から第２半導体層２０へ向かう積層方向にみたときに、接触部５１と重なる部分を有する第２部分６２と、を有する。
ここで、本実施形態では、第１半導体層１０と第２半導体層２０とをむすぶ方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向と直交する方向のうち１つをＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向ということにする。積層方向は、Ｚ軸方向である。
【００１５】
第１誘電体部４０は、接触部５１と、第２部分６２と、のあいだに設けられる。
すなわち、第２電極６０は、第１電極５０と第１誘電体部４０を介して電気的に絶縁されている。実施形態において、第１誘電体部４０は、第１電極５０の接触部５１の周囲のみに設けられている。このため、積層構造体１００の第２主面１００ｂ側において、第２電極６０の第１部分６１は、第１誘電体部４０が設けられていない比較的大きな面積で第２半導体層２０と接触することになる。したがって、積層構造体１００で発生した熱は、第２電極６０から外部へ効率良く放出されることになる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１１０の具体例について説明する。
【００１７】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０において、積層構造体１００に含まれる第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０は、例えば窒化物半導体である。第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０は、サファイア等の成長用基板の上に、例えば有機金属気相成長法を用いて積層される。
【００１８】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００１９】
積層構造体１００には、第２主面１００ｂから第１半導体層１０に達する凹部１００ｔが設けられている。この凹部１００ｔの底面には、第１半導体層１０の露出部分１０ｅが含まれる。第１電極５０の接触部５１は、露出部分１０ｅにおいて第１半導体層１０と接触して、第１半導体層１０との導通を得ている。
【００２０】
接触部５１には、第１半導体層１０との良好なコンタクトを得ることができる材料が用いられる。接触部５１としては、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。積層膜は、接触面５０ｃ側からＡｌ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層され、例えば３００ナノメートル（ｎｍ）の厚さで形成される。
【００２１】
また、第１電極５０は、積層構造体１００の外側に引き出された引き出し部５３を含む。引き出し部５３は接触部５１と導通しており、接触部５１からＸ−Ｙ平面に沿って積層構造体１００の外側まで延出するように設けられる。引き出し部５３は、接触部５１と一体で形成されていてもよい。
【００２２】
積層構造体１００の側面は、第２誘電体部４５で覆われている。積層構造体１００の外側において、第２誘電体部４５の開口部から引き出し部５３の一部が露出している。この露出している部分にパッド電極５５が設けられている。
【００２３】
パッド電極５５には、図示しないボンディングワイヤ等の配線部材が接続され、外部と第１半導体層１０と、を電気的に導通させることができる。
【００２４】
第２電極６０の第１部分６１は、第２主面１００ｂに沿って第２半導体層２０と接するように設けられている。第１部分６１には、発光層３０から放射された発光光を効率良く反射することができる材料が用いられる。第１部分６１としては、例えばＡｇ／Ｐｔの積層膜が用いられる。積層膜は、第２主面１００ｂ側からＡｇ／Ｐｔの順に積層され、例えば２００ｎｍの厚さで形成される。
【００２５】
実施形態に係る半導体発光素子１１０において、第２電極６０の第２部分６１と導通する支持基板７０を備えている。第２電極６０の第２部分６１は、例えば接合用金属部を含む。なお、第２部分６１の全体が接合用金属部であってもよい。
【００２６】
接合用金属部には、後述する支持基板７０と良好な接続を得ることができる材料が用いられる。接合用金属部としては、例えばＴｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。積層膜は、第２主面１００ｂ側からＴｉ／Ａｕの順に積層され、例えば８００ｎｍの厚さで形成される。
【００２７】
支持基板７０は、この接合用金属部と接合されている。支持基板７０は、少なくとも導電性のある材料からなる。支持基板７０の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅなどの半導体基板、ＣｕＷ、Ｃｕなどの金属板や厚膜メッキ層が用いられる。また、基板全体で導電性を有する必要はなく、金属配線がなされている樹脂などでもよい。
【００２８】
実施形態では、支持基板７０の一例としてＧｅを用いる。支持基板７０は、例えばＡｕＳｕ合金によるはんだ（図示せず）を介して接合用金属部と接合される。
支持基板７０には裏面電極８５が設けられている。つまり、第２半導体層２０は、第２電極６０、支持基板７０及び裏面電極８５と導通する。これにより、半導体発光素子１１０を図示しない実装用基板等に実装することで、実装用基板等に設けられた導通部分と、第２半導体層２０と、の導通を得ることができる。
【００２９】
支持基板７０は、Ｚ軸方向にみて積層構造体１００の外側の縁部７０ａを有する。第１電極５０の引き出し部５３は、接触部５１から縁部７０ａまで引き出されている。
【００３０】
半導体発光素子１１０において、第２電極６０は、ｐ側電極である。したがって、第２電極６０と導通する支持基板７０及び裏面電極８５によって、ｐ側電極（第２電極６０）と外部との電気的な導通を得る。
【００３１】
また、半導体発光素子１１０において、第１電極５０は、ｎ側電極である。したがって、パッド電極５５にボンディングワイヤ等の配線部材を接続することにより、ｎ側電極（第１電極５０）と外部との電気的な導通を得る。
【００３２】
半導体発光素子１１０において、積層構造体１００の第１主面１００ａ（第１半導体層１０の表面）には、凹凸部１２ｐが設けられていても良い。凹凸部１２ｐは、第１主面１００ａの面内に設けられた複数の突起によって構成される。
【００３３】
図３は、凹凸部を示す部分拡大図である。
図３（ａ）は、凹凸部の模式的断面図である。図３（ｂ）は、１つの凸部の模式的平面図である。
図３（ａ）に表したように、凹凸部１２ｐには、複数の突起が設けられている。突起のＸ軸方向に沿った最大幅ΔＷは、発光層３０から放射される発光光の第１半導体層１０中のピーク波長よりも長い。
【００３４】
これにより、第１半導体層１０と外界との界面における発光光の反射はランバート反射と見なすことができ、光取り出し効率の向上効果がより高くなる。ここで、ピーク波長とは、発光層３０から放射される発光光のうち、最も強度の高い光の波長である。ピーク波長は、発光光のスペクトル分布のピーク値に対応する波長である。ノイズレベルではない極大値が２つ以上あるスペクトルの場合、そのどちらのピーク値の波長を選んでも良い。
【００３５】
図３（ｂ）に表したように、例えば、第１半導体層１０として窒化物半導体を用いた場合、Ｚ軸方向にみたときの突起の平面形状が略六角形となるときは、最大幅ΔＷは、六角形の対角する頂点間の幅となる。
【００３６】
一例として、第1半導体層１０が窒化ガリウム、発光層３０の発光光のピーク波長が３９０ｎｍの場合、第１半導体層１０内での発光光のピーク波長は１５５ｎｍとなる。この場合、凹凸部１２ｐの最大幅ΔＷが１５５ｎｍを超えて、３マイクロメートル（μｍ）程度に達するまで光取り出し効率の向上効果を得ることができる。このことから、凹凸部１２ｐの最大幅ΔＷは、好ましくは発光光のピーク波長の２倍以上、さらに好ましくは１０倍以上であるとよい。
【００３７】
このような半導体発光素子１１０において、発光層３０から放出された光は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側よりも第１主面１００ａの側から多く外部へ放出される。つまり、第１主面１００ａが光取り出し面になる。
【００３８】
半導体発光素子１１０では、積層構造体１００の第１主面１００ａ側にｎ側電極（第１電極５０）及びｐ側電極（第２電極６０）のいずれも配置されない。したがって、第１主面１００ａ側に電極が配置された場合に比べて、第１主面１００ａ側での光取り出し効率が向上する。さらに、主な発熱源である発光層３０の直下のｐ側電極（第２電極６０）が、熱伝導率の高い金属層や支持基板７０に接続される。支持基板７０に例えばヒートシンクを接続すると、熱抵抗を低くすることができ、良好な放熱性を得られる。これに加えて、半導体発光素子１１０のｐ側電極（第２電極６０）の第２部分６２は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側に延在して設けられている。これにより、熱の広がりが良好になって、半導体発光素子１１０全体の熱抵抗をより低くすることができる。
【００３９】
図４は、参考例に係る半導体発光素子の構造を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、参考例に係る半導体発光素子１９０において、第１電極５０は、接触部５１と、第３部分５４と、を含んでいる。第３部分５４は、接触部５１と導通しており、第２主面１００ｂに沿って設けられている。また、Ｚ軸方向に沿って、第３部分と、第２電極６０の第１部分６１と、のあいだには、第３誘電体部４１が設けられている。
【００４０】
第２電極６０は、第１部分６１と、引き出し部６３と、を含む。引き出し部６３は、第１部分６１と導通し、第１部分６１から積層構造体１００の外側まで引き出されている。積層構造体１００の外側において、第２誘電体部４５の開口部から引き出し部６３の一部が露出している。この露出している部分にパッド電極６５が設けられている。
【００４１】
このような半導体発光素子１９０において、第３誘電体部４１は、第２電極６０の第１部分６１と、第１電極５０の第３部分５４と、のあいだに設けられている。すなわち、第３誘電体部４１は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側において、第１電極５０の接触部５１以外の全体を覆うように形成されている。したがって、主な発熱源である発光層３０の直下が第３誘電体部４１で覆われていることになる。半導体発光素子１９０は、金属に比べて熱伝導率の低い第３誘電体部４１を介してヒートシンク等へ接続されることから、熱抵抗が高くなり、十分な放熱性を得られない。さらに、第３誘電体部４１は絶縁性を高めるため、厚く形成する必要があり、絶縁性と放熱性とがトレードオフの関係になっている。
【００４２】
一方、本実施形態に係る半導体発光素子１１０では、発光層３０の直下には誘電体が設けられていない。発光層３０の直下は、第２電極６０であり、発光層３０で発生した熱は、第２電極６０から支持基板７０側へ拡がって容易に外部へ放出されることになる。したがって、絶縁性を高めるために第１誘電体部４０を厚く形成しても、放熱性を損なうことはない。半導体発光素子１１０では、絶縁性と放熱性との両立を図ることができる。
【００４３】
次に、半導体発光素子１１０の製造方法の一例について説明する。
図５〜図７は、半導体発光素子の製造方法の一例を順に説明する模式的断面図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、サファイア等の成長用基板８０の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を順に結晶成長させる。これにより、成長用基板８０の上に、積層構造体１００を形成する。
【００４４】
積層構造体１００は、例えば有機金属気相成長法を用いて形成される。なお、積層構造体１００の形成方法は、有機金属気相成長法のほか、分子線エピタキシャル成長法等の公知の技術を用いることができる。
【００４５】
一例として、積層構造体１００は、次のように形成される。
先ず、表面がサファイアｃ面からなる成長用基板８０の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下で、例えば、厚さが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下）、高純度の第２ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が１×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下で、厚さが２μｍ）、及びノンドープＧａＮバッファ層（例えば、厚さが２μｍ）が、この順に形成される。上記の第１ＡｌＮバッファ層、及び、第２ＡｌＮバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。第１及び第２ＡｌＮバッファ層として単結晶の窒化アルミニウム層を用いることで、後述する結晶成長において高品質な半導体層を形成することができ、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。
【００４６】
次に、その上に、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下で、厚さが６μｍ）、及びＳｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３で、厚さが０．０２μｍ）が、この順番で順次形成される。Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層、及びＳｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層は、第１半導体層１０である。なお、便宜上、上記ＧａＮバッファ層の全部または一部を第１半導体層１０に含めてもよい。
【００４７】
ここで、成長用基板８０上に形成されるバッファ層としては、上記ＡｌＮに限定されない。例えば、バッファ層に低温成長のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）薄膜を用いても良い。
【００４８】
次に、その上に、発光層３０として、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層と、ＧａＩｎＮ井戸層と、が交互に３周期積層され、さらに、多重量子井戸の最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層がさらに積層される。Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下とされる。最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば厚さが０．０１μｍとされる。このような多重量子井戸構造の厚さは、例えば０．０７５μｍとされる。この後、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ層（例えば、Ｓｉ濃度が０．８×１０１９ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば、厚さがを０．０１μｍ）を形成する。なお、発光層３０における発光光の波長は、例えば３７０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下、または３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
【００４９】
さらに、第２半導体層２０として、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層（例えば厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、厚さが０．４μｍ）、及び、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が５×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）が、この順で順次形成される。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。
【００５０】
なお、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を約１×１０２０ｃｍ−３と高めに設定することで、第２電極６０とのオーミック特性を向上させることができる。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、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層３０との距離が近いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、第２電極６０と高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層との接触面積が広く、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高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を約１×１０１９ｃｍ−３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。
【００５１】
また、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層は成長用基板８０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バッファ層の表面は、原子レベルで平坦化される。そのため、この上に成長するノンドープＧａＮバッファ層の結晶欠陥が低減される。なお、結晶欠陥を十分に低減するには、第２ＡｌＮバッファ層の膜厚を、１μｍよりも厚くすることが好ましい。また、歪みによる反りを防止のためには、膜厚を、４μｍ以下にすることが望ましい。高純度第２ＡｌＮバッファ層は、ＡｌＮに限定されず、ＡｌxＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でもよく、成長用基板８０の反りを補償することができる。
【００５２】
また、ノンドープＧａＮバッファ層は、高純度第２ＡｌＮバッファ層の上で、３次元島状に成長する。これにより、ノンドープＧａＮバッファ層は、結晶欠陥低減の役割を果たす。成長表面の平坦化のためには、ノンドープＧａＮバッファ層の平均膜厚を２μｍ以上にすることが望ましい。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、２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。
これらのバッファ層を採用することで、低温成長ＡｌＮバッファ層を採用する場合と比較して、結晶欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ形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が製造される。また、ノンドープＧａＮバッファ層における結晶欠陥を低減することにより、ノンドープＧａＮバッファ層での光の吸収も抑制される。
【００５３】
なお、量子井戸層の発光波長は、特に限定されるものではないが、例えば、ＧａＩｎＮの窒化ガリウム系化合物半導体を用いる場合は３７５ｎｍから７００ｎｍの発光が得られる。
また、サファイア基板上のバッファ層は、特に限定されるものではなく、低温成長のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）薄膜を用いても良い。
【００５４】
次に、図５（ｂ）に表したように、積層構造体１００の一部に凹部１００ｔを形成する。凹部１００ｔは、積層構造体１００の第２主面１００ｂから第１半導体層１０にまで達する。これにより、凹部１００ｔの底部に第１半導体層１０が露出する（露出部分１０ｅ）。
【００５５】
凹部１００ｔを形成するには、積層構造体１００の第２主面１００ｂ上に図示しないマスクを形成し、例えばドライエッチングを行う。すなわち、マスクには、凹部１００ｔを形成する部分に開口が設けられていて、エッチングによって積層構造体１００が第２主面１００ｂから第１半導体層１０まで除去される。これにより、凹部１００ｔが形成される。凹部１００ｔの内側面の角度は、特に限定されるものではないが、発光層３０からの発光光が最大強度を持つ３０度の光を進行方向とは逆方向に反射させる角度として、６０度以上が好ましい。凹部１００ｔの深さは、特に限定されるものではないが、深いほど、積層構造体１００内を横方向に伝播する発光光の進行方向を変えることで光取り出し効率を高めやすい。一方、深すぎると、後の工程で支持基板７０を接合する際に、凹部１００ｔをはんだで埋めにくくなる。また、凹部１００ｔをノンドープＧａＮバッファ層に到達するまで深くすると、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層に第１電極５０を形成することができなくなる。したがって、凹部１００ｔの深さは、例えば０．６μｍ以上、６．６μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上、３．０μｍ以下である。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に表したように、第１半導体層１０と接する第１電極５０を形成する。第１電極５０としては、先ず、凹部１００ｔから露出した第１半導体層１０の露出面１００ｅに、オーミック電極となるＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜を、例えば３００ｎｍの膜厚で形成し、窒素雰囲気中で６００℃、５分でシンター処理を行う。
【００５７】
次に、オーミック電極の上に、電流拡散用及びパッド電極５５までの引き出し部５３のための接合金属用、並びに絶縁層への接着金属として、例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの積層膜を、例えば１２００ｎｍの膜厚で形成する。
【００５８】
なお、第１電極５０の材料は上記に限定されない。例えば、Ａｌを第１層とすることで、ｎ形コンタクト層と良好なオーミック特性および低コンタクト特性を得られつつ、反射電極にもなるため、光取り出し効率や第１電極５０の設計自由度が向上する。Ａｌは耐環境性が低いため、例えばＳｉをわずかに入れたＡｌ合金を採用することで、信頼性や密着性を向上させることができる。
【００５９】
次に、第１電極５０及び凹部１００ｔを覆うように、第１誘電体部４０を形成する。第１誘電体部４０として、例えばＳｉＯ２を８００ｎｍの膜厚で形成する。
ここで、第１誘電体部４０を成膜する際、高温成長による成膜を適用することができる。すなわち、先に形成した第１電極５０は６００℃程度でシンター処理を行っているため、同程度の熱処理条件まで耐熱性を備えている。したがって、第１誘電体部４０の成膜は十分に高温で行うことができる。このため、第１誘電体部４０は、絶縁性、カバレッジ、信頼性等に優れた高品質な膜になる。
【００６０】
次に、図５（ｃ）に表したように、オーミック特性を有する第２電極６０を形成するため、第２半導体層２０の上にある第１誘電体部４０を除去する。そして、第１誘電体部４０を除去して露出した第２半導体層２０の表面に、オーミック電極となるＡｇ／Ｐｔの積層膜を、例えば２００ｎｍの膜厚で形成する。そして、酸素雰囲気中で約４００℃、１分でシンター処理を行い、第２電極６０の第１部分６１を形成する。
【００６１】
なお、第２電極６０は、少なくとも銀またはその合金を含む。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、かつ第２電極６０が銀合金の場合、半導体界面側の第２電極６０は銀の成分比が大きいほうが望ましい。第２電極６０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。
【００６２】
次に、図６（ａ）に表したように、第１部分６１及び第１誘電体部４０が露出した面全体に、接合用金属となる第２部分６２として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を、例えば８００ｎｍの膜厚で形成する。
【００６３】
次に、例えばＧｅからなる支持基板７０を用意する。支持基板７０の主面には、例えば膜厚３μｍのＡｕＳｎ合金によるはんだ（図示せず）が設けられている。そして、第２部分６２と、はんだと、を対向させて、はんだの共晶点以上の温度、例えば３００℃に加熱する。これにより、支持基板７０を積層構造体１００の第２主面１００ｂの側に接合する。
【００６４】
そして、図６（ｂ）に表したように、積層構造体１００に対して成長用基板８０の側から、例えばＹＶＯ４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）のレーザ光ＬＳＲを照射する。レーザ光ＬＳＲは、ＧａＮバッファ層（例えば、上記のノンドープＧａＮバッファ層）のＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有する。すなわち、レーザ光ＬＳＲは、ＧａＮの禁制帯幅よりも高いエネルギーを有する。
【００６５】
このレーザ光ＬＳＲは、ＧａＮバッファ層（ノンドープＧａＮバッファ層）のうち、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第２ＡｌＮバッファ層）の側の領域において効率的に吸収される。これにより、ＧａＮバッファ層のうち単結晶ＡｌＮバッファ層の側のＧａＮは、発熱により分解する。
【００６６】
ここで、成長用基板８０であるサファイア基板上の結晶層と支持基板７０とを接着させる時や、レーザ光ＬＳＲでＧａＮを分解して成長用基板８０であるサファイア基板を剥離する時は、支持基板７０とサファイアまたはＧａＮとの熱膨張係数差、局所的に加熱されることによる熱、ＧａＮが分解することにより発生する生成物、などにより、結晶に結晶欠陥やダメージが入り易い。結晶欠陥やダメージが入ると、そこから第２電極６０のＡｇが拡散し、結晶内部でのリークや結晶欠陥の加速度的な増加を招く。
本実施形態によれば、単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで高品質な半導体層を形成することができるため、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、ＧａＮをレーザ光ＬＳＲで分解する際、ＧａＮのすぐそばにある高熱伝導特性を示すＡｌＮバッファ層に熱が拡散するため、局所的な加熱による熱ダメージを受けにくい。
【００６７】
そして、塩酸処理などによって、分解されたＧａＮを除去し、成長用基板８０を積層構造体１００から剥離する。これにより、成長用基板８０と、積層構造体１００と、が分離する。
【００６８】
次に、露出した積層構造体１００の第１主面１００ａへの凹凸の形成およびパッド電極５５の形成を行う。
先ず、図７（ａ）に表したように、積層構造体１００の一部をドライエッチングで除去し、第１電極５０の一部（引き出し部５３）を露出させる。次に、積層構造体１００の第１主面１００ａの全面に第２誘電体部４５を形成し、一部に開口を設ける。第２誘電体部４５としては、例えばＳｉＯ２が用いられる。第２誘電体部４５の膜厚は、例えば８００ｎｍである。第２誘電体部４５の開口からは、例えばノンドープＧａＮバッファ層の表面が露出する。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に表したように、開口が設けられた第２誘電体部４５をマスクとして、ノンドープＧａＮバッファ層の表面を、例えばＫＯＨ溶液によるアルカリエッチングにより加工して、凹凸部１２ｐを形成する。エッチング条件としては、例えば１モル（ｍｏｌ）／リットル（Ｌ）のＫＯＨ溶液を８０℃に加熱して、２０分間のエッチングを行う。
【００７０】
なお、凹凸部１２ｐはｎ形コンタクト層に形成しても構わない。ただし、ｎ形コンタクト層は、ｎ側電極（第１電極５０）との低抵抗のオーミックコンタクトを形成するために、キャリア濃度（例えば不純物濃度）は高く設定される。このｎ形コンタクト層に凹凸や平坦部を形成する場合、表面荒れや不純物析出が生じ、その結果として、光取り出し効率を低下させる要因となる場合がある。一方、ＧａＮバッファ層の不純物濃度はｎ形コンタクト層に比べて低いため、表面荒れや不純物析出が生じることが少ない点において有利である。
【００７１】
ここで、凹凸部１２ｐの形成方法は、上記のようなウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。ＫＯＨ溶液などによるアルカリエッチングでは、ＧａＮ結晶の面方位（主に｛１０−１−１｝）に沿って異方性エッチングされ、その結果として六角錐の構造が形成される。また、エッチング温度、エッチング時間、別の物質を添加することで調整される水素イオン指数（ｐＨ）、濃度、紫外線（ＵＶ）光及びＵＶレーザ照射の有無などで、エッチングレート、六角錐の大きさ及び密度が大きく変化する。
【００７２】
一般的に、エッチング量（エッチング前の表面から、エッチング後にできた凹凸部１２ｐの最も深い所までの深さ）が大きいほど、凹凸部１２ｐは大きく、かつ、密に形成される。ＧａＮをドライエッチングで加工する場合、Ｎ面は、Ｇａ面とは異なり、結晶方位や転移の影響を受けやすく、異方性エッチングされやすい。ｃ面サファイア基板上に成長させたＧａＮの表面は、通常Ｇａ面であり、本実施形態のようにサファイア基板を除去することで露出したＧａＮの表面はＮ面となっている。したがって、ドライエッチングによる異方性エッチングによって凹凸部１２ｐを形成することは容易である。また、マスクを用いたドライエッチングにより凹凸部１２ｐを形成してもよい。これにより、設計どおりの凹凸部１２ｐを形成できるため、光取り出し効率を高めやすい。
【００７３】
凹凸部１２ｐは、例えば入射した発光光を有効に取り出すため、または入射角度を変えるために設けられる。このため、その大きさは結晶層内における発光光の波長以上であることが好ましい。凹凸部１２ｐが発光光の波長よりも小さいと、凹凸部１２ｐに入射した発光光は凹凸部１２ｐの界面で散乱や回折等の波動光学で説明される挙動を示す。これにより、本来透過していた発光光も一部取り出されなくなる。また、凹凸部１２ｐが発光光の波長よりも十分小さいと、凹凸部１２ｐは連続的に屈折率が変化する層として見なされる。このため、凹凸のない平坦な面と同様になり、光取り出し効率は改善されない。
【００７４】
本実施形態で作製した発光光の波長３９０ｎｍの半導体発光素子（結晶層内の発光波長は約１５５ｎｍ）を用いた実験結果では、凹凸部１２ｐの大きさが大きくなるほど光出力が増加する傾向を示した。この増加傾向は、凹凸部１２ｐの大きさが３μｍ程度になるまで緩やかに続いた。このことから、凹凸部１２ｐの大きさは、好ましくは結晶層内の発光波長の２倍以上、さらに好ましくは１０倍以上であるほうがよいことが分かった。
【００７５】
次に、引き出し部５３を被覆している第２誘電体部４５の一部を除去し、その露出した引き出し部５３の一部にパッド電極５５を形成する。パッド電極５５としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜が用いられる。パッド電極５５の膜厚は、例えば８００ｎｍである。このパッド電極５５にはボンディングワイヤが接続される。
【００７６】
そして、支持基板７０を研削などによって１００μｍ程度の厚さまで削り、削った面に裏面電極８５として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を例えば８００ｎｍの膜厚で形成する。この裏面電極８５は、ヒートシンクやパッケージに接続される。
その後、必要に応じて劈開またはダイヤモンドブレード等により、支持基板７０を切断する。これにより、半導体発光素子１１０が完成する。
【００７７】
なお、上記の製造方法では、成長用基板８０としてサファイア基板を用いる例を示したが、Ｓｉ基板を成長用基板８０として用いてもよい。また、Ｓｉ基板を成長用基板８０として用いた場合、成長用基板８０を除去する処理は、レーザ光ＬＳＲの照射ではなく、ある程度の厚さまで研削したのち、残りのＳｉ基板をエッチングによって除去すればよい。
【００７８】
（第２の実施形態）
図８は、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９は、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表面側の模式的平面図である。
図１０は、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裏面側の模式的平面図である。
ここで、図８は、図９のＢ−Ｂ’線における模式的断面図を示している。
【００７９】
図８に表したように、第２の実施形態に係る半導体発光素子１２０は、積層構造体１００と、第１電極５０と、第２電極６０と、第１誘電体部４０と、を備える。また、半導体発光素子１２０は、第１電極５０と導通するパッド電極５７を有する。パッド電極５７は、第２電極６０の第２部分６２と並置される。
【００８０】
パッド電極５７と、第１電極５０の接触部５１と、のあいだには、ビア部５６が設けられている。ビア部５６は、Ｚ軸方向に沿って延在する。例えば、ビア部５６は、第２電極６０の第２部分６２をＺ軸方向に貫通するホールＨの内側に設けられる。ホールＨ内において、ビア部５６は、埋め込み絶縁体部４３を介して設けられている。埋め込み絶縁体部４３には、例えば誘電体（ＳｉＯ２等）が用いられる。埋め込み絶縁体部４３には、樹脂を用いてもよい。このビア部５６によって、パッド電極５７は、接触部５１と電気的に接続される。ビア部５６は、第１電極５０に含まれていてもよい。
【００８１】
半導体発光素子１２０において、第２電極６０の第２部分６２は、例えばめっき金属によって形成される。すなわち、第２部分６２をめっきによって形成する。めっき金属には、例えばＣｕが用いられる。めっきによって第２部分６２を例えば２００μｍ程度の厚さに形成する。これにより、第２部分６２に十分な強度を持たせて、支持基板７０（図１参照）として利用することができるようになる。
なお、第２電極６０は、第１部分６１及び第２部分６２をめっきによって形成してもよい。
【００８２】
このように、半導体発光素子１２０では、パッド電極５７が、第２電極６０の第２部分６２と並置されている。すなわち、半導体発光素子１２０では、第１電極５０及び第２電極６０の両方が、積層構造体１００の光取り出し面（第１主面１００ａ）とは反対側（第２主面１００ｂ側）に配置されている。光取り出し面には第１電極５０及び第２電極６０は配置されていない（図８及び図９参照）。したがって、光取り出し面の側に電極が配置される発光素子に比べて、光取り出し面の面積を拡げることができる。これにより、実効的な電流密度が下がり、発光効率が向上する。
【００８３】
また、パッド電極５７は、ビア部５６を介して接触部５１と導通しているため、半導体発光素子１２０の裏面側（第２主面１００ｂ側）において、パッド電極５７を自由にレイアウトすることができる。図１０に表したように、パッド電極５７は、裏面側の面内における複数箇所に設けてもよい。また、パッド電極５７を裏面側の隅部（少なくとも１つの隅部）に設けてもよい。また、パッド電極５７を裏面側の中央部に設けてもよい。半導体発光素子１２０では、第１電極５０及び第２電極６０のあいだの電流の流れ方を考慮して、パッド電極５７のレイアウトを容易に設定することができる。
【００８４】
図１１は、実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
本具体例では、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０が用いられているが、半導体発光装置には他の実施形態に係る半導体発光素子１２０を用いることもできる。
半導体発光装置５００は、半導体発光素子１１０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５００は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０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。
【００８５】
図１１に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置５００では、セラミック等からなる容器７２の内面に反射膜７３が設けられている。反射膜７３は、容器７２の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜７３は、例えばアルミニウムからなるものである。このうち容器７２の底部に設けられた反射膜７３の上に、半導体発光素子１１０がサブマウント７４を介して設置されている。
【００８６】
半導体発光素子１１０は、第１主面１００ａ側を上に向け、例えば、低温はんだを用いて、サブマウント７４に支持基板７０の裏面が固定されている。これら半導体発光素子１１０、サブマウント７４及び反射膜７３の固定には、接着剤による接着を用いることも可能である。
【００８７】
サブマウント７４の半導体発光素子１１０側の表面には電極７５が設けられている。半導体発光素子１１０の支持基板７０は、裏面電極８５を介して電極７５の上にマウントされる。これにより、電極７５は、裏面電極８５及び支持基板７０を介して第２電極６０と導通する。パッド電極５５は、容器７２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７６により接続されている。これらの接続は、内側面の反射膜７３と、底面の反射膜７３と、の間の部分において行われている。
【００８８】
また、半導体発光素子１１０及びボンディングワイヤ７６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層８１が設けられている。また、この第１蛍光体層８１の上には青色、緑色または黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層８２が形成されている。この蛍光体層の上にはシリコーン樹脂等の蓋部７７が設けられている。
【００８９】
第１蛍光体層８１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。
【００９０】
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、３９０ｎｍ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、シリコーン樹脂を用いることができる。
【００９１】
また、第２蛍光体層８２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。
【００９２】
青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋やＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋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＋を用いることができる。
【００９３】
黄色蛍光体としては、例えばＹ３Ａｌ５：Ｃｅ３＋を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂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。
【００９４】
本実施形態に係る半導体発光装置５００によれば、半導体発光素子１１０から発生した例えば波長３９０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１１０の上方および側方に放出される。さらに、反射膜７３で反射した紫外光によって、各蛍光体層に含まれる上記蛍光体は効率良く励起される。例えば、第１蛍光体層８１に含まれる３価のＥｕ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る。これにより、赤色可視光を効率良く得ることが可能である。
【００９５】
また、第２蛍光体層８２に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が励起されることによって、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。さらに、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。
半導体発光装置５００によれば、高効率で所望を色の光を得ることができる。
【００９６】
以上説明したように、実施形態に係る半導体発光素子によれば、放熱性を高めて光取り出し効率を改善することができる。
【００９７】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものもや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…第１半導体層、１２ｐ…凹凸部、２０…第２半導体層、３０…発光層、４０…第１誘電体部、４３…埋め込み絶縁体部、４５…第２誘電体部、５０…第１電極、５１…接触部、５３…引き出し部、５５…パッド電極、６０…第２電極、６１…第１部分、６２…第２部分、６３…引き出し部、６５…パッド電極、７０…支持基板、７０ａ…縁部、８０…成長用基板、８５…裏面電極、１００…積層構造体、１００ａ…第１主面、１００ｂ…第２主面、１００ｔ…凹部、１１０，１２０，１９０…半導体発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子として、例えばサファイア基板上に形成した結晶層を導電性基板に接合し、サファイア基板を除去する構造がある。この構造では、光取り出し効率を高めるため、サファイア基板を除去することで露出した結晶層の表面に、凹凸加工を施している。また、光取り出し面となる結晶層の表面には電極を形成せず、サファイア基板を除去した面とは逆側の結晶面にｐ側電極及びｎ側電極を形成する構造もある。このような半導体発光素子においては、放熱性を高め、さらなる光取り出し効率の改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】A. Laubsch, M. Sabathil, J. Baur, M. Peter, and B. Hahn, IEEE Transactions on electron devices, vol. 57, no. 1, p79-87 (2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、放熱性を高めて光取り出し効率を改善することができる半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体発光素子は、積層構造体と、第１電極と、第２電極と、誘電体部と、を備える。
積層構造体は、第１導電形の第１半導体層と、第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、第１半導体層の前記一部と第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含む。積層構造体は、第１半導体層側の第１主面と、第２半導体層側の第２主面と、を有する。
第１電極は、第２主面の側で第１半導体層と接する接触部を有する。
第２電極は、第２主面で第２半導体層と接する第１部分と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層から第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する。
誘電体部は、接触部と、第２部分と、のあいだに設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図２】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図３】凹凸部を示す部分拡大図である。
【図４】参考例の半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図５】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図６】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図７】半導体発光素子の製造方法を示す模式的断面図である。
【図８】半導体発光素子を示す模式的断面図である。
【図９】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１０】半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図１１】半導体発光装置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
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。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。
ここで、図１は、図２のＡ−Ａ’線における模式的断面図を示している。
【０００９】
図１に表したように、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０は、積層構造体１００と、第１電極５０と、第２電極６０と、第１誘電体部４０と、を備える。
【００１０】
積層構造体１００は、第１導電形の第１半導体層１０と、第１半導体層１０の一部と対向する第２導電形の第２半導体層２０と、第１半導体層１０の一部と第２半導体層２０とのあいだに設けられた発光層３０と、を有する。
【００１１】
第１導電形は、例えばｎ形である。第２導電形は、例えばｐ形である。なお、第１導電形はｐ形、第２導電形はｎ形であってもよい。本実施形態では、第１導電形がｎ形、第２導電形がｐ形である場合を例として説明する。
【００１２】
積層構造体１００は、第１半導体層１０側の第１主面１００ａと、第２半導体層２０側の第２主面１００ｂと、有する。また、第１半導体層１０の一部は、第２主面１００ｂ側に露出している。この一部は第１半導体層１０の露出部分１０ｅである。
【００１３】
第１電極５０は、露出部分１０ｅで第１半導体層１０と接する接触部５１を有する。第２電極６０は、第２主面１００ｂで第２半導体層２０と接する。
【００１４】
第２電極６０は、第２主面１００ｂで第２半導体層２０と接する第１部分６１と、第１部分と電気的に接続され、第１半導体層１０から第２半導体層２０へ向かう積層方向にみたときに、接触部５１と重なる部分を有する第２部分６２と、を有する。
ここで、本実施形態では、第１半導体層１０と第２半導体層２０とをむすぶ方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向と直交する方向のうち１つをＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向ということにする。積層方向は、Ｚ軸方向である。
【００１５】
第１誘電体部４０は、接触部５１と、第２部分６２と、のあいだに設けられる。
すなわち、第２電極６０は、第１電極５０と第１誘電体部４０を介して電気的に絶縁されている。実施形態において、第１誘電体部４０は、第１電極５０の接触部５１の周囲のみに設けられている。このため、積層構造体１００の第２主面１００ｂ側において、第２電極６０の第１部分６１は、第１誘電体部４０が設けられていない比較的大きな面積で第２半導体層２０と接触することになる。したがって、積層構造体１００で発生した熱は、第２電極６０から外部へ効率良く放出されることになる。
【００１６】
次に、本実施形態に係る半導体発光素子１１０の具体例について説明する。
【００１７】
本実施形態に係る半導体発光素子１１０において、積層構造体１００に含まれる第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０は、例えば窒化物半導体である。第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０は、サファイア等の成長用基板の上に、例えば有機金属気相成長法を用いて積層される。
【００１８】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【００１９】
積層構造体１００には、第２主面１００ｂから第１半導体層１０に達する凹部１００ｔが設けられている。この凹部１００ｔの底面には、第１半導体層１０の露出部分１０ｅが含まれる。第１電極５０の接触部５１は、露出部分１０ｅにおいて第１半導体層１０と接触して、第１半導体層１０との導通を得ている。
【００２０】
接触部５１には、第１半導体層１０との良好なコンタクトを得ることができる材料が用いられる。接触部５１としては、例えばＡｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。積層膜は、接触面５０ｃ側からＡｌ／Ｎｉ／Ａｕの順に積層され、例えば３００ナノメートル（ｎｍ）の厚さで形成される。
【００２１】
また、第１電極５０は、積層構造体１００の外側に引き出された引き出し部５３を含む。引き出し部５３は接触部５１と導通しており、接触部５１からＸ−Ｙ平面に沿って積層構造体１００の外側まで延出するように設けられる。引き出し部５３は、接触部５１と一体で形成されていてもよい。
【００２２】
積層構造体１００の側面は、第２誘電体部４５で覆われている。積層構造体１００の外側において、第２誘電体部４５の開口部から引き出し部５３の一部が露出している。この露出している部分にパッド電極５５が設けられている。
【００２３】
パッド電極５５には、図示しないボンディングワイヤ等の配線部材が接続され、外部と第１半導体層１０と、を電気的に導通させることができる。
【００２４】
第２電極６０の第１部分６１は、第２主面１００ｂに沿って第２半導体層２０と接するように設けられている。第１部分６１には、発光層３０から放射された発光光を効率良く反射することができる材料が用いられる。第１部分６１としては、例えばＡｇ／Ｐｔの積層膜が用いられる。積層膜は、第２主面１００ｂ側からＡｇ／Ｐｔの順に積層され、例えば２００ｎｍの厚さで形成される。
【００２５】
実施形態に係る半導体発光素子１１０において、第２電極６０の第２部分６１と導通する支持基板７０を備えている。第２電極６０の第２部分６１は、例えば接合用金属部を含む。なお、第２部分６１の全体が接合用金属部であってもよい。
【００２６】
接合用金属部には、後述する支持基板７０と良好な接続を得ることができる材料が用いられる。接合用金属部としては、例えばＴｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。積層膜は、第２主面１００ｂ側からＴｉ／Ａｕの順に積層され、例えば８００ｎｍの厚さで形成される。
【００２７】
支持基板７０は、この接合用金属部と接合されている。支持基板７０は、少なくとも導電性のある材料からなる。支持基板７０の材料は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅなどの半導体基板、ＣｕＷ、Ｃｕなどの金属板や厚膜メッキ層が用いられる。また、基板全体で導電性を有する必要はなく、金属配線がなされている樹脂などでもよい。
【００２８】
実施形態では、支持基板７０の一例としてＧｅを用いる。支持基板７０は、例えばＡｕＳｕ合金によるはんだ（図示せず）を介して接合用金属部と接合される。
支持基板７０には裏面電極８５が設けられている。つまり、第２半導体層２０は、第２電極６０、支持基板７０及び裏面電極８５と導通する。これにより、半導体発光素子１１０を図示しない実装用基板等に実装することで、実装用基板等に設けられた導通部分と、第２半導体層２０と、の導通を得ることができる。
【００２９】
支持基板７０は、Ｚ軸方向にみて積層構造体１００の外側の縁部７０ａを有する。第１電極５０の引き出し部５３は、接触部５１から縁部７０ａまで引き出されている。
【００３０】
半導体発光素子１１０において、第２電極６０は、ｐ側電極である。したがって、第２電極６０と導通する支持基板７０及び裏面電極８５によって、ｐ側電極（第２電極６０）と外部との電気的な導通を得る。
【００３１】
また、半導体発光素子１１０において、第１電極５０は、ｎ側電極である。したがって、パッド電極５５にボンディングワイヤ等の配線部材を接続することにより、ｎ側電極（第１電極５０）と外部との電気的な導通を得る。
【００３２】
半導体発光素子１１０において、積層構造体１００の第１主面１００ａ（第１半導体層１０の表面）には、凹凸部１２ｐが設けられていても良い。凹凸部１２ｐは、第１主面１００ａの面内に設けられた複数の突起によって構成される。
【００３３】
図３は、凹凸部を示す部分拡大図である。
図３（ａ）は、凹凸部の模式的断面図である。図３（ｂ）は、１つの凸部の模式的平面図である。
図３（ａ）に表したように、凹凸部１２ｐには、複数の突起が設けられている。突起のＸ軸方向に沿った最大幅ΔＷは、発光層３０から放射される発光光の第１半導体層１０中のピーク波長よりも長い。
【００３４】
これにより、第１半導体層１０と外界との界面における発光光の反射はランバート反射と見なすことができ、光取り出し効率の向上効果がより高くなる。ここで、ピーク波長とは、発光層３０から放射される発光光のうち、最も強度の高い光の波長である。ピーク波長は、発光光のスペクトル分布のピーク値に対応する波長である。ノイズレベルではない極大値が２つ以上あるスペクトルの場合、そのどちらのピーク値の波長を選んでも良い。
【００３５】
図３（ｂ）に表したように、例えば、第１半導体層１０として窒化物半導体を用いた場合、Ｚ軸方向にみたときの突起の平面形状が略六角形となるときは、最大幅ΔＷは、六角形の対角する頂点間の幅となる。
【００３６】
一例として、第1半導体層１０が窒化ガリウム、発光層３０の発光光のピーク波長が３９０ｎｍの場合、第１半導体層１０内での発光光のピーク波長は１５５ｎｍとなる。この場合、凹凸部１２ｐの最大幅ΔＷが１５５ｎｍを超えて、３マイクロメートル（μｍ）程度に達するまで光取り出し効率の向上効果を得ることができる。このことから、凹凸部１２ｐの最大幅ΔＷは、好ましくは発光光のピーク波長の２倍以上、さらに好ましくは１０倍以上であるとよい。
【００３７】
このような半導体発光素子１１０において、発光層３０から放出された光は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側よりも第１主面１００ａの側から多く外部へ放出される。つまり、第１主面１００ａが光取り出し面になる。
【００３８】
半導体発光素子１１０では、積層構造体１００の第１主面１００ａ側にｎ側電極（第１電極５０）及びｐ側電極（第２電極６０）のいずれも配置されない。したがって、第１主面１００ａ側に電極が配置された場合に比べて、第１主面１００ａ側での光取り出し効率が向上する。さらに、主な発熱源である発光層３０の直下のｐ側電極（第２電極６０）が、熱伝導率の高い金属層や支持基板７０に接続される。支持基板７０に例えばヒートシンクを接続すると、熱抵抗を低くすることができ、良好な放熱性を得られる。これに加えて、半導体発光素子１１０のｐ側電極（第２電極６０）の第２部分６２は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側に延在して設けられている。これにより、熱の広がりが良好になって、半導体発光素子１１０全体の熱抵抗をより低くすることができる。
【００３９】
図４は、参考例に係る半導体発光素子の構造を例示する模式的断面図である。
図４に表したように、参考例に係る半導体発光素子１９０において、第１電極５０は、接触部５１と、第３部分５４と、を含んでいる。第３部分５４は、接触部５１と導通しており、第２主面１００ｂに沿って設けられている。また、Ｚ軸方向に沿って、第３部分と、第２電極６０の第１部分６１と、のあいだには、第３誘電体部４１が設けられている。
【００４０】
第２電極６０は、第１部分６１と、引き出し部６３と、を含む。引き出し部６３は、第１部分６１と導通し、第１部分６１から積層構造体１００の外側まで引き出されている。積層構造体１００の外側において、第２誘電体部４５の開口部から引き出し部６３の一部が露出している。この露出している部分にパッド電極６５が設けられている。
【００４１】
このような半導体発光素子１９０において、第３誘電体部４１は、第２電極６０の第１部分６１と、第１電極５０の第３部分５４と、のあいだに設けられている。すなわち、第３誘電体部４１は、積層構造体１００の第２主面１００ｂの側において、第１電極５０の接触部５１以外の全体を覆うように形成されている。したがって、主な発熱源である発光層３０の直下が第３誘電体部４１で覆われていることになる。半導体発光素子１９０は、金属に比べて熱伝導率の低い第３誘電体部４１を介してヒートシンク等へ接続されることから、熱抵抗が高くなり、十分な放熱性を得られない。さらに、第３誘電体部４１は絶縁性を高めるため、厚く形成する必要があり、絶縁性と放熱性とがトレードオフの関係になっている。
【００４２】
一方、本実施形態に係る半導体発光素子１１０では、発光層３０の直下には誘電体が設けられていない。発光層３０の直下は、第２電極６０であり、発光層３０で発生した熱は、第２電極６０から支持基板７０側へ拡がって容易に外部へ放出されることになる。したがって、絶縁性を高めるために第１誘電体部４０を厚く形成しても、放熱性を損なうことはない。半導体発光素子１１０では、絶縁性と放熱性との両立を図ることができる。
【００４３】
次に、半導体発光素子１１０の製造方法の一例について説明する。
図５〜図７は、半導体発光素子の製造方法の一例を順に説明する模式的断面図である。
先ず、図５（ａ）に表したように、サファイア等の成長用基板８０の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を順に結晶成長させる。これにより、成長用基板８０の上に、積層構造体１００を形成する。
【００４４】
積層構造体１００は、例えば有機金属気相成長法を用いて形成される。なお、積層構造体１００の形成方法は、有機金属気相成長法のほか、分子線エピタキシャル成長法等の公知の技術を用いることができる。
【００４５】
一例として、積層構造体１００は、次のように形成される。
先ず、表面がサファイアｃ面からなる成長用基板８０の上に、バッファ層として、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が３×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０２０ｃｍ−３以下で、例えば、厚さが３ｎｍ以上、２０ｎｍ以下）、高純度の第２ＡｌＮバッファ層（例えば、炭素濃度が１×１０１６ｃｍ−３以上３×１０１８ｃｍ−３以下で、厚さが２μｍ）、及びノンドープＧａＮバッファ層（例えば、厚さが２μｍ）が、この順に形成される。上記の第１ＡｌＮバッファ層、及び、第２ＡｌＮバッファ層は、単結晶の窒化アルミニウム層である。第１及び第２ＡｌＮバッファ層として単結晶の窒化アルミニウム層を用いることで、後述する結晶成長において高品質な半導体層を形成することができ、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。
【００４６】
次に、その上に、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下で、厚さが６μｍ）、及びＳｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層（例えば、Ｓｉ濃度が１×１０１８ｃｍ−３で、厚さが０．０２μｍ）が、この順番で順次形成される。Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層、及びＳｉドープｎ形Ａｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎクラッド層は、第１半導体層１０である。なお、便宜上、上記ＧａＮバッファ層の全部または一部を第１半導体層１０に含めてもよい。
【００４７】
ここで、成長用基板８０上に形成されるバッファ層としては、上記ＡｌＮに限定されない。例えば、バッファ層に低温成長のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）薄膜を用いても良い。
【００４８】
次に、その上に、発光層３０として、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層と、ＧａＩｎＮ井戸層と、が交互に３周期積層され、さらに、多重量子井戸の最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層がさらに積層される。Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下とされる。最終Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎバリア層においては、例えばＳｉ濃度が１．１×１０１９ｃｍ−３以上１．５×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば厚さが０．０１μｍとされる。このような多重量子井戸構造の厚さは、例えば０．０７５μｍとされる。この後、Ｓｉドープｎ形Ａｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎ層（例えば、Ｓｉ濃度が０．８×１０１９ｃｍ−３以上１．０×１０１９ｃｍ−３以下で、例えば、厚さがを０．０１μｍ）を形成する。なお、発光層３０における発光光の波長は、例えば３７０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下、または３７０ｎｍ以上、４００ｎｍ以下である。
【００４９】
さらに、第２半導体層２０として、ノンドープＡｌ０．１１Ｇａ０．８９Ｎスペーサ層（例えば厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形Ａｌ０．２８Ｇａ０．７２Ｎクラッド層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）、Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が１×１０１９ｃｍ−３で、厚さが０．４μｍ）、及び、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層（例えば、Ｍｇ濃度が５×１０１９ｃｍ−３で、例えば、厚さが０．０２μｍ）が、この順で順次形成される。
なお、上記の組成、組成比、不純物の種類、不純物濃度及び厚さは一例であり、種々の変形が可能である。
【００５０】
なお、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を約１×１０２０ｃｍ−３と高めに設定することで、第２電極６０とのオーミック特性を向上させることができる。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、高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層と発光層３０との距離が近いため、Ｍｇ拡散による特性の劣化が懸念される。そこで、第２電極６０と高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層との接触面積が広く、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高濃度Ｍｇドープｐ形ＧａＮコンタクト層のＭｇ濃度を約１×１０１９ｃｍ−３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。
【００５１】
また、高炭素濃度の第１ＡｌＮバッファ層は成長用基板８０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バッファ層の表面は、原子レベルで平坦化される。そのため、この上に成長するノンドープＧａＮバッファ層の結晶欠陥が低減される。なお、結晶欠陥を十分に低減するには、第２ＡｌＮバッファ層の膜厚を、１μｍよりも厚くすることが好ましい。また、歪みによる反りを防止のためには、膜厚を、４μｍ以下にすることが望ましい。高純度第２ＡｌＮバッファ層は、ＡｌＮに限定されず、ＡｌxＧａ１−ｘＮ(０．８≦ｘ≦１）でもよく、成長用基板８０の反りを補償することができる。
【００５２】
また、ノンドープＧａＮバッファ層は、高純度第２ＡｌＮバッファ層の上で、３次元島状に成長する。これにより、ノンドープＧａＮバッファ層は、結晶欠陥低減の役割を果たす。成長表面の平坦化のためには、ノンドープＧａＮバッファ層の平均膜厚を２μｍ以上にすることが望ましい。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、２μｍ以上、１０μｍ以下が好ましい。
これらのバッファ層を採用することで、低温成長ＡｌＮバッファ層を採用する場合と比較して、結晶欠陥を約１／１０に低減することができる。この技術によって、ｎ形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が製造される。また、ノンドープＧａＮバッファ層における結晶欠陥を低減することにより、ノンドープＧａＮバッファ層での光の吸収も抑制される。
【００５３】
なお、量子井戸層の発光波長は、特に限定されるものではないが、例えば、ＧａＩｎＮの窒化ガリウム系化合物半導体を用いる場合は３７５ｎｍから７００ｎｍの発光が得られる。
また、サファイア基板上のバッファ層は、特に限定されるものではなく、低温成長のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）薄膜を用いても良い。
【００５４】
次に、図５（ｂ）に表したように、積層構造体１００の一部に凹部１００ｔを形成する。凹部１００ｔは、積層構造体１００の第２主面１００ｂから第１半導体層１０にまで達する。これにより、凹部１００ｔの底部に第１半導体層１０が露出する（露出部分１０ｅ）。
【００５５】
凹部１００ｔを形成するには、積層構造体１００の第２主面１００ｂ上に図示しないマスクを形成し、例えばドライエッチングを行う。すなわち、マスクには、凹部１００ｔを形成する部分に開口が設けられていて、エッチングによって積層構造体１００が第２主面１００ｂから第１半導体層１０まで除去される。これにより、凹部１００ｔが形成される。凹部１００ｔの内側面の角度は、特に限定されるものではないが、発光層３０からの発光光が最大強度を持つ３０度の光を進行方向とは逆方向に反射させる角度として、６０度以上が好ましい。凹部１００ｔの深さは、特に限定されるものではないが、深いほど、積層構造体１００内を横方向に伝播する発光光の進行方向を変えることで光取り出し効率を高めやすい。一方、深すぎると、後の工程で支持基板７０を接合する際に、凹部１００ｔをはんだで埋めにくくなる。また、凹部１００ｔをノンドープＧａＮバッファ層に到達するまで深くすると、Ｓｉドープｎ形ＧａＮコンタクト層に第１電極５０を形成することができなくなる。したがって、凹部１００ｔの深さは、例えば０．６μｍ以上、６．６μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以上、３．０μｍ以下である。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に表したように、第１半導体層１０と接する第１電極５０を形成する。第１電極５０としては、先ず、凹部１００ｔから露出した第１半導体層１０の露出面１００ｅに、オーミック電極となるＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜を、例えば３００ｎｍの膜厚で形成し、窒素雰囲気中で６００℃、５分でシンター処理を行う。
【００５７】
次に、オーミック電極の上に、電流拡散用及びパッド電極５５までの引き出し部５３のための接合金属用、並びに絶縁層への接着金属として、例えば、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉの積層膜を、例えば１２００ｎｍの膜厚で形成する。
【００５８】
なお、第１電極５０の材料は上記に限定されない。例えば、Ａｌを第１層とすることで、ｎ形コンタクト層と良好なオーミック特性および低コンタクト特性を得られつつ、反射電極にもなるため、光取り出し効率や第１電極５０の設計自由度が向上する。Ａｌは耐環境性が低いため、例えばＳｉをわずかに入れたＡｌ合金を採用することで、信頼性や密着性を向上させることができる。
【００５９】
次に、第１電極５０及び凹部１００ｔを覆うように、第１誘電体部４０を形成する。第１誘電体部４０として、例えばＳｉＯ２を８００ｎｍの膜厚で形成する。
ここで、第１誘電体部４０を成膜する際、高温成長による成膜を適用することができる。すなわち、先に形成した第１電極５０は６００℃程度でシンター処理を行っているため、同程度の熱処理条件まで耐熱性を備えている。したがって、第１誘電体部４０の成膜は十分に高温で行うことができる。このため、第１誘電体部４０は、絶縁性、カバレッジ、信頼性等に優れた高品質な膜になる。
【００６０】
次に、図５（ｃ）に表したように、オーミック特性を有する第２電極６０を形成するため、第２半導体層２０の上にある第１誘電体部４０を除去する。そして、第１誘電体部４０を除去して露出した第２半導体層２０の表面に、オーミック電極となるＡｇ／Ｐｔの積層膜を、例えば２００ｎｍの膜厚で形成する。そして、酸素雰囲気中で約４００℃、１分でシンター処理を行い、第２電極６０の第１部分６１を形成する。
【００６１】
なお、第２電極６０は、少なくとも銀またはその合金を含む。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、かつ第２電極６０が銀合金の場合、半導体界面側の第２電極６０は銀の成分比が大きいほうが望ましい。第２電極６０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。
【００６２】
次に、図６（ａ）に表したように、第１部分６１及び第１誘電体部４０が露出した面全体に、接合用金属となる第２部分６２として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を、例えば８００ｎｍの膜厚で形成する。
【００６３】
次に、例えばＧｅからなる支持基板７０を用意する。支持基板７０の主面には、例えば膜厚３μｍのＡｕＳｎ合金によるはんだ（図示せず）が設けられている。そして、第２部分６２と、はんだと、を対向させて、はんだの共晶点以上の温度、例えば３００℃に加熱する。これにより、支持基板７０を積層構造体１００の第２主面１００ｂの側に接合する。
【００６４】
そして、図６（ｂ）に表したように、積層構造体１００に対して成長用基板８０の側から、例えばＹＶＯ４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）のレーザ光ＬＳＲを照射する。レーザ光ＬＳＲは、ＧａＮバッファ層（例えば、上記のノンドープＧａＮバッファ層）のＧａＮの禁制帯幅に基づく禁制帯幅波長よりも短い波長を有する。すなわち、レーザ光ＬＳＲは、ＧａＮの禁制帯幅よりも高いエネルギーを有する。
【００６５】
このレーザ光ＬＳＲは、ＧａＮバッファ層（ノンドープＧａＮバッファ層）のうち、単結晶ＡｌＮバッファ層（この例では第２ＡｌＮバッファ層）の側の領域において効率的に吸収される。これにより、ＧａＮバッファ層のうち単結晶ＡｌＮバッファ層の側のＧａＮは、発熱により分解する。
【００６６】
ここで、成長用基板８０であるサファイア基板上の結晶層と支持基板７０とを接着させる時や、レーザ光ＬＳＲでＧａＮを分解して成長用基板８０であるサファイア基板を剥離する時は、支持基板７０とサファイアまたはＧａＮとの熱膨張係数差、局所的に加熱されることによる熱、ＧａＮが分解することにより発生する生成物、などにより、結晶に結晶欠陥やダメージが入り易い。結晶欠陥やダメージが入ると、そこから第２電極６０のＡｇが拡散し、結晶内部でのリークや結晶欠陥の加速度的な増加を招く。
本実施形態によれば、単結晶ＡｌＮバッファ層を用いることで高品質な半導体層を形成することができるため、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、ＧａＮをレーザ光ＬＳＲで分解する際、ＧａＮのすぐそばにある高熱伝導特性を示すＡｌＮバッファ層に熱が拡散するため、局所的な加熱による熱ダメージを受けにくい。
【００６７】
そして、塩酸処理などによって、分解されたＧａＮを除去し、成長用基板８０を積層構造体１００から剥離する。これにより、成長用基板８０と、積層構造体１００と、が分離する。
【００６８】
次に、露出した積層構造体１００の第１主面１００ａへの凹凸の形成およびパッド電極５５の形成を行う。
先ず、図７（ａ）に表したように、積層構造体１００の一部をドライエッチングで除去し、第１電極５０の一部（引き出し部５３）を露出させる。次に、積層構造体１００の第１主面１００ａの全面に第２誘電体部４５を形成し、一部に開口を設ける。第２誘電体部４５としては、例えばＳｉＯ２が用いられる。第２誘電体部４５の膜厚は、例えば８００ｎｍである。第２誘電体部４５の開口からは、例えばノンドープＧａＮバッファ層の表面が露出する。
【００６９】
次に、図７（ｂ）に表したように、開口が設けられた第２誘電体部４５をマスクとして、ノンドープＧａＮバッファ層の表面を、例えばＫＯＨ溶液によるアルカリエッチングにより加工して、凹凸部１２ｐを形成する。エッチング条件としては、例えば１モル（ｍｏｌ）／リットル（Ｌ）のＫＯＨ溶液を８０℃に加熱して、２０分間のエッチングを行う。
【００７０】
なお、凹凸部１２ｐはｎ形コンタクト層に形成しても構わない。ただし、ｎ形コンタクト層は、ｎ側電極（第１電極５０）との低抵抗のオーミックコンタクトを形成するために、キャリア濃度（例えば不純物濃度）は高く設定される。このｎ形コンタクト層に凹凸や平坦部を形成する場合、表面荒れや不純物析出が生じ、その結果として、光取り出し効率を低下させる要因となる場合がある。一方、ＧａＮバッファ層の不純物濃度はｎ形コンタクト層に比べて低いため、表面荒れや不純物析出が生じることが少ない点において有利である。
【００７１】
ここで、凹凸部１２ｐの形成方法は、上記のようなウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。ＫＯＨ溶液などによるアルカリエッチングでは、ＧａＮ結晶の面方位（主に｛１０−１−１｝）に沿って異方性エッチングされ、その結果として六角錐の構造が形成される。また、エッチング温度、エッチング時間、別の物質を添加することで調整される水素イオン指数（ｐＨ）、濃度、紫外線（ＵＶ）光及びＵＶレーザ照射の有無などで、エッチングレート、六角錐の大きさ及び密度が大きく変化する。
【００７２】
一般的に、エッチング量（エッチング前の表面から、エッチング後にできた凹凸部１２ｐの最も深い所までの深さ）が大きいほど、凹凸部１２ｐは大きく、かつ、密に形成される。ＧａＮをドライエッチングで加工する場合、Ｎ面は、Ｇａ面とは異なり、結晶方位や転移の影響を受けやすく、異方性エッチングされやすい。ｃ面サファイア基板上に成長させたＧａＮの表面は、通常Ｇａ面であり、本実施形態のようにサファイア基板を除去することで露出したＧａＮの表面はＮ面となっている。したがって、ドライエッチングによる異方性エッチングによって凹凸部１２ｐを形成することは容易である。また、マスクを用いたドライエッチングにより凹凸部１２ｐを形成してもよい。これにより、設計どおりの凹凸部１２ｐを形成できるため、光取り出し効率を高めやすい。
【００７３】
凹凸部１２ｐは、例えば入射した発光光を有効に取り出すため、または入射角度を変えるために設けられる。このため、その大きさは結晶層内における発光光の波長以上であることが好ましい。凹凸部１２ｐが発光光の波長よりも小さいと、凹凸部１２ｐに入射した発光光は凹凸部１２ｐの界面で散乱や回折等の波動光学で説明される挙動を示す。これにより、本来透過していた発光光も一部取り出されなくなる。また、凹凸部１２ｐが発光光の波長よりも十分小さいと、凹凸部１２ｐは連続的に屈折率が変化する層として見なされる。このため、凹凸のない平坦な面と同様になり、光取り出し効率は改善されない。
【００７４】
本実施形態で作製した発光光の波長３９０ｎｍの半導体発光素子（結晶層内の発光波長は約１５５ｎｍ）を用いた実験結果では、凹凸部１２ｐの大きさが大きくなるほど光出力が増加する傾向を示した。この増加傾向は、凹凸部１２ｐの大きさが３μｍ程度になるまで緩やかに続いた。このことから、凹凸部１２ｐの大きさは、好ましくは結晶層内の発光波長の２倍以上、さらに好ましくは１０倍以上であるほうがよいことが分かった。
【００７５】
次に、引き出し部５３を被覆している第２誘電体部４５の一部を除去し、その露出した引き出し部５３の一部にパッド電極５５を形成する。パッド電極５５としては、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜が用いられる。パッド電極５５の膜厚は、例えば８００ｎｍである。このパッド電極５５にはボンディングワイヤが接続される。
【００７６】
そして、支持基板７０を研削などによって１００μｍ程度の厚さまで削り、削った面に裏面電極８５として、例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜を例えば８００ｎｍの膜厚で形成する。この裏面電極８５は、ヒートシンクやパッケージに接続される。
その後、必要に応じて劈開またはダイヤモンドブレード等により、支持基板７０を切断する。これにより、半導体発光素子１１０が完成する。
【００７７】
なお、上記の製造方法では、成長用基板８０としてサファイア基板を用いる例を示したが、Ｓｉ基板を成長用基板８０として用いてもよい。また、Ｓｉ基板を成長用基板８０として用いた場合、成長用基板８０を除去する処理は、レーザ光ＬＳＲの照射ではなく、ある程度の厚さまで研削したのち、残りのＳｉ基板をエッチングによって除去すればよい。
【００７８】
（第２の実施形態）
図８は、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９は、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表面側の模式的平面図である。
図１０は、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裏面側の模式的平面図である。
ここで、図８は、図９のＢ−Ｂ’線における模式的断面図を示している。
【００７９】
図８に表したように、第２の実施形態に係る半導体発光素子１２０は、積層構造体１００と、第１電極５０と、第２電極６０と、第１誘電体部４０と、を備える。また、半導体発光素子１２０は、第１電極５０と導通するパッド電極５７を有する。パッド電極５７は、第２電極６０の第２部分６２と並置される。
【００８０】
パッド電極５７と、第１電極５０の接触部５１と、のあいだには、ビア部５６が設けられている。ビア部５６は、Ｚ軸方向に沿って延在する。例えば、ビア部５６は、第２電極６０の第２部分６２をＺ軸方向に貫通するホールＨの内側に設けられる。ホールＨ内において、ビア部５６は、埋め込み絶縁体部４３を介して設けられている。埋め込み絶縁体部４３には、例えば誘電体（ＳｉＯ２等）が用いられる。埋め込み絶縁体部４３には、樹脂を用いてもよい。このビア部５６によって、パッド電極５７は、接触部５１と電気的に接続される。ビア部５６は、第１電極５０に含まれていてもよい。
【００８１】
半導体発光素子１２０において、第２電極６０の第２部分６２は、例えばめっき金属によって形成される。すなわち、第２部分６２をめっきによって形成する。めっき金属には、例えばＣｕが用いられる。めっきによって第２部分６２を例えば２００μｍ程度の厚さに形成する。これにより、第２部分６２に十分な強度を持たせて、支持基板７０（図１参照）として利用することができるようになる。
なお、第２電極６０は、第１部分６１及び第２部分６２をめっきによって形成してもよい。
【００８２】
このように、半導体発光素子１２０では、パッド電極５７が、第２電極６０の第２部分６２と並置されている。すなわち、半導体発光素子１２０では、第１電極５０及び第２電極６０の両方が、積層構造体１００の光取り出し面（第１主面１００ａ）とは反対側（第２主面１００ｂ側）に配置されている。光取り出し面には第１電極５０及び第２電極６０は配置されていない（図８及び図９参照）。したがって、光取り出し面の側に電極が配置される発光素子に比べて、光取り出し面の面積を拡げることができる。これにより、実効的な電流密度が下がり、発光効率が向上する。
【００８３】
また、パッド電極５７は、ビア部５６を介して接触部５１と導通しているため、半導体発光素子１２０の裏面側（第２主面１００ｂ側）において、パッド電極５７を自由にレイアウトすることができる。図１０に表したように、パッド電極５７は、裏面側の面内における複数箇所に設けてもよい。また、パッド電極５７を裏面側の隅部（少なくとも１つの隅部）に設けてもよい。また、パッド電極５７を裏面側の中央部に設けてもよい。半導体発光素子１２０では、第１電極５０及び第２電極６０のあいだの電流の流れ方を考慮して、パッド電極５７のレイアウトを容易に設定することができる。
【００８４】
図１１は、実施形態に係る半導体発光素子を用いた半導体発光装置の構成を例示する模式的断面図である。
本具体例では、第１の実施形態に係る半導体発光素子１１０が用いられているが、半導体発光装置には他の実施形態に係る半導体発光素子１２０を用いることもできる。
半導体発光装置５００は、半導体発光素子１１０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５００は、半導体発光素子１１０と、半導体発光素子１１０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。
【００８５】
図１１に表したように、本実施形態に係る半導体発光装置５００では、セラミック等からなる容器７２の内面に反射膜７３が設けられている。反射膜７３は、容器７２の内側面と底面に分離して設けられている。反射膜７３は、例えばアルミニウムからなるものである。このうち容器７２の底部に設けられた反射膜７３の上に、半導体発光素子１１０がサブマウント７４を介して設置されている。
【００８６】
半導体発光素子１１０は、第１主面１００ａ側を上に向け、例えば、低温はんだを用いて、サブマウント７４に支持基板７０の裏面が固定されている。これら半導体発光素子１１０、サブマウント７４及び反射膜７３の固定には、接着剤による接着を用いることも可能である。
【００８７】
サブマウント７４の半導体発光素子１１０側の表面には電極７５が設けられている。半導体発光素子１１０の支持基板７０は、裏面電極８５を介して電極７５の上にマウントされる。これにより、電極７５は、裏面電極８５及び支持基板７０を介して第２電極６０と導通する。パッド電極５５は、容器７２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７６により接続されている。これらの接続は、内側面の反射膜７３と、底面の反射膜７３と、の間の部分において行われている。
【００８８】
また、半導体発光素子１１０及びボンディングワイヤ７６を覆うように赤色蛍光体を含む第１蛍光体層８１が設けられている。また、この第１蛍光体層８１の上には青色、緑色または黄色の蛍光体を含む第２蛍光体層８２が形成されている。この蛍光体層の上にはシリコーン樹脂等の蓋部７７が設けられている。
【００８９】
第１蛍光体層８１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。
【００９０】
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、３９０ｎｍ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、シリコーン樹脂を用いることができる。
【００９１】
また、第２蛍光体層８２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。
【００９２】
青色蛍光体としては、例えば（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋やＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ２＋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＋を用いることができる。
【００９３】
黄色蛍光体としては、例えばＹ３Ａｌ５：Ｃｅ３＋を用いることができる。
また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂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。
【００９４】
本実施形態に係る半導体発光装置５００によれば、半導体発光素子１１０から発生した例えば波長３９０ｎｍの紫外光は、半導体発光素子１１０の上方および側方に放出される。さらに、反射膜７３で反射した紫外光によって、各蛍光体層に含まれる上記蛍光体は効率良く励起される。例えば、第１蛍光体層８１に含まれる３価のＥｕ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る。これにより、赤色可視光を効率良く得ることが可能である。
【００９５】
また、第２蛍光体層８２に含まれる青色、緑色、黄色の蛍光体が励起されることによって、青色、緑色、黄色の可視光を効率良く得ることができる。さらに、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。
半導体発光装置５００によれば、高効率で所望を色の光を得ることができる。
【００９６】
以上説明したように、実施形態に係る半導体発光素子によれば、放熱性を高めて光取り出し効率を改善することができる。
【００９７】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものもや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９９】
１０…第１半導体層、１２ｐ…凹凸部、２０…第２半導体層、３０…発光層、４０…第１誘電体部、４３…埋め込み絶縁体部、４５…第２誘電体部、５０…第１電極、５１…接触部、５３…引き出し部、５５…パッド電極、６０…第２電極、６１…第１部分、６２…第２部分、６３…引き出し部、６５…パッド電極、７０…支持基板、７０ａ…縁部、８０…成長用基板、８５…裏面電極、１００…積層構造体、１００ａ…第１主面、１００ｂ…第２主面、１００ｔ…凹部、１１０，１２０，１９０…半導体発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層の前記一部と前記第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含み、前記第１半導体層側の第１主面と、前記第２半導体層側の第２主面と、を有する積層構造体と、
前記第２主面の側で前記第１半導体層と接する接触部を有する第１電極と、
前記第２主面で前記第２半導体層と接する第１部分と、前記第１部分と電気的に接続され、前記第１半導体層から前記第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、前記接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する第２電極と、
前記接触部と、前記第２部分と、のあいだに設けられた誘電体部と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２部分と導通し、前記積層構造体の前記第２主面の側に設けられた支持基板をさらに備えた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】
前記支持基板は、前記積層方向にみて前記積層構造体の外側の縁部を有し、
前記第１電極は、前記接触部から前記縁部まで引き出された引き出し部を含み、
前記引き出し部に設けられたパッド電極をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２電極は、接合用金属部を含み、
前記支持基板は、前記接合用金属部と接合されたことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１電極と導通し、前記第２部分と並置された部分を含むパッド電極をさらに備えた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６】
前記第２電極は、めっき金属を含むことを特徴とする請求項１、２、５のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記発光層から放出された光は、前記積層構造体の前記第２主面の側よりも前記第１主面の側から多く外部へ放出され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１半導体層、前記発光層及び前記第２半導体層は、窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１半導体層は、前記第１主面に設けられた凹凸部を含み、
前記凹凸部は、前記発光層から放射される発光光のピーク波長よりも長いピッチの凹凸を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記発光光のピーク波長は、３７０ナノメートル以上、４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【請求項１】
第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層の一部に対向する第２導電形の第２半導体層と、前記第１半導体層の前記一部と前記第２半導体層とのあいだに設けられた発光層と、を含み、前記第１半導体層側の第１主面と、前記第２半導体層側の第２主面と、を有する積層構造体と、
前記第２主面の側で前記第１半導体層と接する接触部を有する第１電極と、
前記第２主面で前記第２半導体層と接する第１部分と、前記第１部分と電気的に接続され、前記第１半導体層から前記第２半導体層へ向かう積層方向にみたときに、前記接触部と重なる部分を有する第２部分と、を有する第２電極と、
前記接触部と、前記第２部分と、のあいだに設けられた誘電体部と、
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第２部分と導通し、前記積層構造体の前記第２主面の側に設けられた支持基板をさらに備えた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】
前記支持基板は、前記積層方向にみて前記積層構造体の外側の縁部を有し、
前記第１電極は、前記接触部から前記縁部まで引き出された引き出し部を含み、
前記引き出し部に設けられたパッド電極をさらに備えたことを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２電極は、接合用金属部を含み、
前記支持基板は、前記接合用金属部と接合されたことを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第１電極と導通し、前記第２部分と並置された部分を含むパッド電極をさらに備えた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６】
前記第２電極は、めっき金属を含むことを特徴とする請求項１、２、５のうちいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記発光層から放出された光は、前記積層構造体の前記第２主面の側よりも前記第１主面の側から多く外部へ放出され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１半導体層、前記発光層及び前記第２半導体層は、窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記第１半導体層は、前記第１主面に設けられた凹凸部を含み、
前記凹凸部は、前記発光層から放射される発光光のピーク波長よりも長いピッチの凹凸を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記発光光のピーク波長は、３７０ナノメートル以上、４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４３８２５（Ｐ２０１２−２４３８２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９９２１（Ｐ２０１１−１０９９２１）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【特許番号】特許第４９８９７７３号（Ｐ４９８９７７３）
【特許公報発行日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【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１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【特許番号】特許第４９８９７７３号（Ｐ４９８９７７３）
【特許公報発行日】平成２４年８月１日（２０１２．８．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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