半導体発光素子
【課題】 半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、十分な透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜との間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗を最小限に留め、良好なオーミック接続を得ることができる電極及びこの電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】 半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有する半導体発光素子。
【解決手段】 半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有する半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明な導電性酸化物膜を電極として有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体発光素子として、基板上にｐ型半導体層およびｎ型半導体が積層され、ｐ型およびｎ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造が知られている。また、ｐ型の半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上全面に透光性材料による電極を形成し、その上に金属電極を形成する構造が知られている。
このような構成の半導体発光素子では、光の取り出し効率を向上させるため、ｐ型半導体層上の全面電極として、透明な金属薄膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等の導電性酸化物膜が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ自体は、ｎ型の半導体特性を示すことから、必ずしも半導体層とオーミック性が良好ではなく、半導体層の種類、導電型、成膜方法等の種々の要因から、ショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗を増大させることがある。従って、半導体層と導電性酸化物膜との成膜条件や、種類、不純物濃度、導電型等が制限され、あるいは導電性酸化物膜の半導体層へのオーミック性の悪化により電力効率が低下し、光の取り出し効率が低下するという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、十分な透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜との間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗を最小限に留め、良好なオーミック接続を得ることができる電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有することを特徴とする。
【０００７】
この半導体発光素子は、導電性酸化物膜が、表面側よりも半導体層側において密度が低いか、表面側において空隙を有しないか、表面側が平坦な膜であることが好ましい。
また、本発明の別の半導体発光素子は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層側の表面に凹凸を有し、凸部において半導体層と接し、凹部において空隙を有し、前記半導体層側と反対の表面が平坦な膜であることを特徴とする。
【０００８】
上述した半導体発光素子は、導電性酸化物膜が、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜であることが好ましい。
また、微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素とすることができる。
さらに、酸化物膜は、酸素以外の構成元素の２０％以下で微量元素を含むか、半導体層との界面近傍における微量元素が、界面に対向する表面近傍の微量元素よりも濃度が高いか、微量元素の濃度が半導体層側表面から反対の表面にかけて単調減少してなることが好ましい。
特に、導電性酸化物膜がＩＴＯ膜であることが好ましい。
また、導電性酸化物膜は、４００〜６００ｎｍにおいて光の透過率が８０％以上で、比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下、膜厚が１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
さらに、複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在することが好ましい。
また、半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなり、特に、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層であることが好ましい。
【００１０】
さらに、半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、第１導電型半導体層がｎ型の窒化物半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型の窒化物半導体層であり、さらに導電性酸化物膜に接するｐ型の窒化物半導体層が、ｐ型コンタクト層として膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上でＭｇを含有することが好ましい。
【００１１】
また、ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さであることが好ましい。
さらに、導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなることが好ましい。
また、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉの単層膜又は積層膜又は合金により形成されてなることが好ましい。
さらに、半導体層が窒化物半導体層であることが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、（１）半導体層側から表面にかけて空隙を有する導電性酸化物膜を形成する第１の工程と、得られた導電性酸化物膜の上に、前記第１の工程の空隙より少ないか、または空隙を有しない導電性酸化物を形成する第２の工程とを備えるか、（２）導電性酸化物膜を形成する第１工程と、前記導電性酸化物膜を加熱して、導電性酸化物膜の半導体層側及びその近傍に空隙を存在させ、表面側を平坦化する第２工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この半導体発光素子の製造方法では、導電性酸化物膜の加熱により、該導電性酸化物膜の結晶化を促進させることが好ましい。
また、導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜であるか、ＩＴＯ膜であることが好ましい。
さらに、微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素であることが好ましい。
また、空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在することが好ましい。
さらに、半導体層が、窒化物半導体、特に、ｐ型の窒化物半導体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体発光素子によれば、導電性酸化物膜が、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有する、つまり、表面側よりも半導体層側において密度が低いため、導電性酸化物膜と半導体層との接触面積が減少するが、導電性酸化物膜自体の結晶性は良好であるために、ショットキー障壁を低減させ、オーミック性を向上させることができる。従って、電力効率を向上させることができる。しかも、特に、導電性酸化物膜の表面側においては、空隙がなく、密度の高い結晶性の良好な領域が存在するために、横方向に電流を均一に広げることができるとともに、光の散乱を防止し、可視光に対する透過率を良好とすることができ、透明電極としての機能を十分に発揮させることができる。
【００１５】
また、導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である場合には、上述した効果をより確実に発揮させることができる。
さらに、導電性酸化物膜の４００〜６００ｎｍにおける光の透過率が８０％以上である場合には、半導体発光素子から発生した所望の光を効率よく取り出すことができ、有利である。
また、導電性酸化物膜の比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下である場合には、導電性酸化物膜に投入された電流を効率よく半導体層に拡散させることができ、より電力効率が向上するとともに、これに伴って、光の取り出し効率も良好となる。
複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する場合には、表面側における導電性酸化物膜を通る電流を妨げることなく、より抵抗を低減することができる。
【００１６】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなる場合には、オーミック性に優れた電極を得ることができるため、電力効率の低下を防止することができ、低消費電力で明るい発光素子を提供することが可能となる。しかも、オーミック性を確保しながら、透光性を良好に維持することができるため、光の取り出し効率を良好にすることができ、高品質、高性能の発光素子を得ることができる。
【００１７】
導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成され、特に金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成される場合には、導電性酸化物膜と金属膜との間に形成されるショットキー障壁を低減させることができるとともに、半田による接着、ワイヤボンディング等が施されるなど、金属膜の形態にかかわらず、金属膜と良好な接着性を確保することができる。なかでもＷ、Ｒｈ、Ｐｔを金属膜として用いる場合には、導電性酸化物膜、特にＩＴＯ膜との密着性がきわめて良好となり、電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、導電性酸化物膜の組成が傾斜していることにより、半導体層との接触抵抗を小さくすることができる。
さらに、ｐ型コンタクト層が、膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上に設定されてなることにより、正電極に対してオーミック性に優れ、接触抵抗を低く抑えることができるコンタクト層を備えた半導体発光素子を得ることができる。また、コンタクト層の成膜時間、熱処理時間等を短縮させることができ、製造工程が簡略化し、プロセスの再現性を向上させ、安価で高品質の半導体発光素子を得ることができる。
【００１９】
特に、ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さに設定されている場合には、正電極との密着性を向上させることがで、ｐ型コンタクト層と正電極とのさらなるオーミック性の向上、接触抵抗の低減を図ることができる。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法では、導電性酸化物膜内において、確実に空隙を導入することができ、簡便な製造方法によって、上記の効果を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における実施例１の半導体発光素子の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明における実施例１の半導体発光素子における導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図３】実施例１に対する比較例を示す導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図４】本発明における実施例８の半導体発光素子を用いた発光装置を示す正面図である。
【図５】本発明における実施例８の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図６】本発明における実施例８の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図７】本発明における実施例８の半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図８】本発明における実施例８の半導体発光素子の別の電極形状を説明するための平面図である。
【図９】本発明における実施例１１の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１０】図９の半導体発光素子の部分断面図である。
【図１１】本発明における実施例１２の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１２】本発明における実施例１３の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１３】図１２の半導体発光素子のＸ−Ｘ’線断面図である。
【図１４】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。
【図１５】本発明における実施例１４の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１６】本発明における実施例１５の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１７】本発明における実施例１６の半導体発光素子を用いた発光装置を示す断面図である。
【図１８】本発明における実施例１７の半導体発光素子を用いた発光装置を示す断面斜視図である。
【図１９】本発明における実施例１８の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図である。
【図２０】本発明における実施例１９の半導体発光素子を用いたさらに別の発光装置を示す断面図である。
【図２１】本発明における実施例２０の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図及び部分拡大図である。
【図２２】図２１の発光装置に用いたセラミックパッケージの平面図である。
【図２３】本発明における実施例２１の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図及び部分拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体発光素子は、上述したように、半導体層上に導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される。
【００２２】
半導体層上に形成される導電性酸化物膜は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む膜である。具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯが挙げられる。なかでも、ＩＴＯ膜が好ましい。
この導電性酸化物膜は、この膜を構成する酸素以外の元素（元素Ｃ）のほかに、この構成元素（元素Ｃ）とは異なる元素(元素Ｄ)が、微量で含有されていてもよい。ここで微量元素Ｄとは、例えば、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択することができ、１種でもよいし、２種以上でもよい。微量元素Ｄは、導電性酸化物膜の酸素以外の構成元素（元素Ｃ）に対して２０％以下であることが好ましい。また、この微量元素Ｄは、半導体層側とその表面側とで濃度が異なっていることが好ましく、半導体層側のほうが表面側に比較して濃度が高いことがより好ましい。さらに、導電性酸化物膜において、微量元素Ｄの濃度が半導体層側から表面にかけて単調減少していることが好ましい。これにより、半導体層とのオーミック性をより向上させることができるとともに、結晶性にも優れた導電性酸化物膜となる。また、構成元素は、基本的に酸化物を構成する元素、特に、酸素以外の元素を意味し、微量元素を含む場合、酸素以外の元素のおよそ８０％以上１００％より少ない元素のことをいう。
【００２３】
この導電性酸化物膜は、例えば、図２に示すように、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有している。言い換えると、半導体層との界面近傍においてのみ、多孔質の状態となっており、導電性酸化物膜の表面側に比較して密度が低い。空隙は、例えば、直径２０〜２００ｎｍ程度が挙げられる。また、密度としては、導電性酸化物膜の表面側の９０〜３０％程度が挙げられる。このような導電性酸化物膜の状態は、例えば、断面を透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により観察する方法、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により観察する方法、電子回折パターンを測定する方法、超薄膜評価装置で観察する方法等によって測定することができる。
【００２４】
なお、導電性酸化物膜の表面側は結晶性が良好で、透明な膜として形成されている。特に表面側は平坦な膜であることが好ましく、図３に示すような全体に空隙を有する導電性酸化物膜に対し、図２に示すような表面側が平坦な導電性酸化物膜の方が、導電性酸化物膜全体に見て、導電性がよく、透光性にも優れている。また、導電性酸化物膜の半導体側の空隙を有する領域においては、部分的にアモルファスな領域を有していてもよいが、アモルファスな状態ではなく、透明な膜又は略透明な膜として形成されていることが好ましい。
【００２５】
この半導体層との界面近傍における空隙を有する領域は、半導体層との界面から、導電性酸化物膜の全膜厚の１０〜５０％の範囲に存在することが適当である。このように半導体層側にのみ空隙が存在することにより、半導体層とのオーミック性を確保しながら、透光性を良好にすることができる。なお、導電性酸化物膜の全膜厚は、特に限定されるものではないが、半導体層側界面近傍での適当な空隙の生成と、比較的低い抵抗と、導電性酸化物膜での光吸収ロス、さらに光取り出し効率を考慮して、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度が挙げられる。また、空隙を有する領域の膜厚は、１０〜５００ｎｍ程度が挙げられる。特に、熱処理する場合には、導電性酸化物膜の膜厚が、１００ｎｍより小さいと、半導体層側界面近傍の空隙が得られない傾向にある。また導電性酸化物膜を低抵抗な膜として機能するには、１０００ｎｍ程度あれば十分であり、１０００ｎｍより大きいと、導電性酸化物膜での光吸収ロスが大きくなり、光取り出し効率が低下してしまうので、１０００ｎｍ以下とする。
【００２６】
また、導電性酸化物膜は、可視光のみならず、例えば、上述した窒化ガリウム系化合物半導体による活性層から発生する光、つまり波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍ、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を吸収することなく、効率よく、例えば、透過率が９０％以上、あるいは８５％以上、８０％以上で透過させることができるものであることが好ましい。これにより、意図する波長の半導体発光素子の電極として利用することができる。さらに、導電性酸化物膜は、例えば、比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０-4〜１×１０-6Ωｃｍ程度であることが好ましい。これにより、電極として有効に利用することができる。
【００２７】
導電性酸化物膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。
【００２８】
具体的には、スパッタ法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、ＩＴＯ成膜用のターゲットのほかに、Ｉｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットを用い、途中でＩｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットに切り替える方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇または低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜途中から照射する方法等が挙げられる。
【００２９】
さらに、イオンプレーティング法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜途中から、酸素ガスをプラズマ化させてこの酸素プラズマをＩＴＯ膜中に取り込ませて成膜する方法、ＩＴＯの微粒子を溶媒に溶解又は分散、懸濁させてスプレー法、スピンコート法、ディップ法により成膜する際に、ＩＴＯを含有する溶液等のＩｎ含有量又は酸素含有量を変化させた複数種類の溶液等を用いるか、乾燥又は焼成時の雰囲気、温度等を制御する方法、ＣＶＤ法によりＩＴＯ膜を形成する際に、酸素ガス又は原料酸素含有ガスの流量を制御する方法が挙げられる。
【００３０】
加えて、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を形成した後、例えば、還元性ガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、導電性酸化物膜の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法等が挙げられる。
さらに、導電性酸化物膜を空隙を有した（密度が低い）状態で成膜し、その上に、その膜よりも空隙が少ない又は空隙がない状態（密度が高い）で導電性酸化物膜を成膜／積層する方法でもよい。
また、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を途中まで形成した後、熱処理し、引き続き成膜し、熱処理するなどの多段階での熱処理を利用してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。またＩＴＯ膜を成膜後の処理としては電子線照射やレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。
【００３１】
このような熱処理を行うことにより、膜厚方向の全てにわたって空隙を有するか、空隙を有さないか、あるいは半導体層側において空隙を有し、表面側には空隙を有さず、平坦化された膜とするがその程度が十分でない膜を形成した場合であっても、確実に半導体側において空隙を存在させ、表面側を平坦化することができる。しかも、膜全体の結晶化を促進させて、透明性、導電性を向上させることができる。た、微量元素Ｄを有する導電性酸化物膜では、特にアニール処理をすることにより、空隙が形成されると共に、空隙を有する半導体層側が、空隙を有しない表面側と比べて微量元素Ｄが多くなる傾向にある。これはアニール処理により、微量元素Ｄが移動しているものと考えられ、空隙を有する半導体層側に微量元素Ｄが多く存在すると、オーミック性が良好になり、またＶｆも低下するので好都合である。
【００３２】
なお、上述した導電性酸化物膜は、半導体発光素子において、少なくともｐ型半導体層上に略全面を覆う全面電極として形成されていることが好ましい。通常、ｐ型半導体層上へ導電性酸化物膜はオーミック性を得にくいが、上述したような導電性酸化物膜とすることにより、良好なオーミック性を得ることができる。また、導電性酸化物膜は、ｎ型半導体層に形成されていてもよく、さらにｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されていてもよい。
【００３３】
導電性酸化物膜上に形成される金属膜は、その種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ等の単層膜又は積層膜又は合金が挙げられる。さらに、導電性酸化物膜、特に、ＩＴＯ膜との密着性が良好なもの、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ｐｔの単層膜又は積層膜が好ましい。また、この金属膜は、半田により接着され又はワイヤボンディングされたパッド電極等として機能し得るものであることが好ましい。
【００３４】
なお、導電性酸化物膜が、後述するようなｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されている場合の金属膜は、その種類、積層構造、膜厚等が異なっていてもよいし、同じでもよい。双方とも同じ金属膜が形成されていれば、製造工程が簡略化され、結果的に安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００３５】
金属膜は、例えば、半導体層側から、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）；Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＰｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／７００ｎｍ）等が挙げられる。金属膜の最上層をＡｕとすることによって、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤ等と良好な接続を確保することができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、Ａｕ又はＲｈの拡散を防止することができ、電極として信頼性の高い電気的な接続を得ることができる。また、Ｒｈは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。なかでも、Ｐｔ／Ａｕ（フェイスアップの場合）、Ｒｈ／Ａｕ（フェイスダウンの場合）の積層膜が好ましい。
【００３６】
本発明の半導体発光素子における半導体層は、特に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、III−Ｖ族、II-VI族、VI-VI族等の化合物半導体等が挙げられる。特に、窒化物半導体、なかでも、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。半導体層は、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされていてもよい。この半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
【００３７】
通常、このような半導体層により、半導体発光素子、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオード等の当該分野で公知の素子が構成されている。具体的には、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成される。なお、第１導電型とはｎ型又はｐ型、第２導電型とはｐ型又はｎ型を意味する。
【００３８】
この種の半導体発光素子を形成する基板としては、サファイア等の絶縁性基板、窒化物半導体等の導電性基板を用いることができる。なかでも、絶縁性基板が好ましい。なお、絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになり、フェイスアップ実装（すなわち半導体層側を主光取出し面とする）、フリップチップ実装（フェイスダウン実装：半導体素子とサブマウント部材のような支持基板とを電気的および機械的に接続する実装方法であって、同一面側に正負両電極が設けられている半導体発光素子の電極形成面を支持基板の導電パターンに対向させ、導電性部材を介して接合する実装方法、すなわち基板側を主光取出し面）のいずれでもよい。この場合、ｐ電極及びｎ電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）がそれぞれ形成され、このメタライズ層がサブマウント上に設けられた正負一対の外部電極とそれぞれ接続され、さらにサブマウントに対してワイアなどが配線される。また、最終的に基板を除去して、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装のいずれに用いてもよい。なお、基板としては、サファイアに限定されず、例えば、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の基板を用いることができる。また、基板としてＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることによりｐ電極及びｎ電極を対向して配置してもよい。
【００３９】
なお、本発明の半導体発光素子を構成する半導体層としては、次の（１）〜（５）に示すような積層構造が挙げられる。
【００４０】
（１）膜厚が２００ÅのＧａＮよりなるバッファ層、膜厚が４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、膜厚が３０ÅのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の発光層、膜厚が０．２μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚が０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層。
【００４１】
（２）膜厚が約１００ÅのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚：３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層とが繰り返し交互に６層ずつ積層され、さらに膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁が形成された多重量子井戸構造の発光層（総膜厚：１９３０Å）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されて、さらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００４２】
（３）膜厚が約１００オングストロームのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚）６４０Å）、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）（繰り返し交互に積層する層は３層〜６層の範囲が好ましい）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００４３】
さらに、ｎ側に設ける３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層を、下から１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第1の層と１００ÅのＳｉを５×１０17／ｃｍ3含むＧａＮからなる第２の層と１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第３の層とからなる３層構造の下層にすることで、発光素子の駆動時間経過に伴うＶfの変動を抑えることが可能となる。
【００４４】
（４）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚：１０００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを５．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。このように３０〜１００Å、好ましい膜厚として５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。
【００４５】
（５）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０19／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚：８００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを２．５×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。このように３０〜１００Å、好ましい膜厚として５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。
【００４６】
特に、導電性酸化物膜に接する窒化物半導体層は、ｐ側コンタクト層として、窒化物半導体層と電気的に接続される正電極とのコンタクトを良好とするために用いられる。この層は、通常、例えば、ｐ型の窒化物半導体層として、ｐ型コンタクト層とすることが好ましく、ｐ型半導体層で例示した材料の中から適宜選択して、ｐ型半導体層よりも低い抵抗の層とすることが好ましい。なお、ｐ側コンタクト層は、クラッド層やその他の層としての機能を有していてもよい。ｐ側コンタクト層には、ｐ型の不純物がドーピングされていることが好ましい。ドーパントとしては、特に限定されるものではなく、ｐ型コンタクト層の材料によって、ｐ型の導電性を示す元素を用いることが適当である。例えば、ｐ側コンタクト層が窒化物半導体、つまり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ又はこれらの混晶（例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）等である場合には、ｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ等が挙げられ、なかでも、Ｍｇが好ましい。ドーピング濃度は、例えば、１．５×１０20ｃｍ-3程度以上であり、好ましくは、１．５×１０20〜１×１０22ｃｍ-3程度が挙げられる。不純物のドーピングは、成膜と同時に行ってもよいし、成膜後、気相拡散、固相拡散、イオン注入等によって行ってもよい。
【００４７】
ｐ型コンタクト層の膜厚は、２５０Å以下であり、好ましくは、５０〜２５０Å程度が挙げられる。また、ｐ型コンタクト層は、その表面の面粗さがＲＭＳ（root mean squre;自乗平均粗さ）値３ｎｍ程度以下、さらに２ｎｍ程度以下に設定されていることが好ましい。ｐ型コンタクト層の表面粗さを調整する方法としては、ｐ型コンタクト層の表面を研磨する方法、ＲＩＥ法によりエッチングする方法などが挙げられる。なお、ＲＭＳは、例えば、原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製：SPI3800N及びSPA300）を用いて測定することができる。
【００４８】
また、本発明の半導体発光素子は、発光素子から光の一部をそれとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有していてもよい。これにより、発光素子の光を変換した発光装置を得ることができ、発光素子の発光と変換光との混色光などにより、白色系、電球色などの発光装置を得ることができる。本発明の導電性酸化物膜と光変換部材とを備えた半導体発光素子または発光装置とすることで、導電性酸化物膜の空隙により光が散乱される傾向にあることから、光変換部材の量を従来に比べて減らしても、白色や電球色など所望の発光を得ることが可能となる。
【００４９】
光変換部材としては、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体等が挙げられる。これにより、発光素子を高出力で高発熱での使用においても、温度特性に優れ、耐久性にも優れた発光装置を得ることができる。
また、光変換部材は、（Ｒｅ1-xＲx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）で表される蛍光体であってもよい。これにより上記と同様に、高出力の発光素子において、温度特性、耐久性に優れた素子とでき、特に、活性層がＩｎＧａＮである場合に、温度特性において黒体放射に沿った変化となり、白色系発光において有利となる。
【００５０】
さらに、光変換部材は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で賦活された窒化物系蛍光体であってもよい。具体的には、一般式ＬXＳｉYＮ(2/3X+4/3Y)：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮ(2/3X+4/3Y-2/3Z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又は、Ｓｒ及びＣａのいずれか。）が挙げられる。これにより上記蛍光体と同様に、高出力の発光素子において、優れた温度特性、耐久性を得ることができる。なかでも、酸化窒化珪素化合物が好ましい。また、上述したアルミニウム・ガーネット系蛍光体と組み合わせることで、両者の温度特性が相互に作用して、混合色の温度変化が小さい発光装置とできる。
【００５１】
また、本発明の半導体発光素子においては、金属膜はパッド電極として用いるだけでなく、さらにパッド電極から突出する補助電極を設けることが好ましい。これにより、活性層全体を効率よく発光させることができ、特に本発明の半導体発光素子をフェイスアップ実装で設けるときに効果的である。なお、このパッド電極の構成については、以下の実施例において詳細に説明する。
【００５２】
さらに、本発明の半導体発光素子においては、導電性酸化物膜及び／又は金属膜は、種々の形状、例えば、円形；四角形等の多角形；くし型；ストライプ型等の形状で形成してもよい。特に、導電性酸化物膜及び／又は金属膜が半導体層の全面にわたって形成されている場合には、半導体層、特に発光層の面積が比較的大きな半導体発光素子を得ることができ、発光素子全面にわたって均一な発光を得ることができる。導電性酸化物膜及び／又は金属膜の形状は、以下の実施例においてその詳細を説明する。
【００５３】
また、本発明の半導体発光素子は、上述したように、フェイスアップ実装、フェイスダウン実装等を実現する種々のパッケージを適用することができる。つまり、半導体層と反対側の表面に空隙がなく、結晶性がよい導電性酸化物膜を利用することにより、ワイヤボンディングのための半田（フェイスアップ）やバンプ（フェイスダウン）による電気的な接続の際に、導電性酸化物膜及び／又は金属膜にダメージを低減させ、密着性も良好であることから、半導体発光装置としての寿命を向上させることができる。つまり、半導体層と反対側の表面が、複数の空隙を有する半導体層側の導電性酸化物膜に対して、密度の高い導電性酸化物膜であることで、半導体発光装置としての寿命を向上させることができる。その結果、オーミック性の良好な本発明の導電性酸化物膜において、導電性酸化物膜と半導体層とのオーミック性を良好な状態で実装することができ、さらに導電性酸化物膜の良好な透光性によって光取り出し効率を向上させた半導体発光素子を実装した発光装置を得ることができる。導電性酸化物膜及び／又は金属膜の形状は、以下の実施例においてその詳細を説明する。
【００５４】
以下に、本発明の半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施の形態の半導体発光素子を図１に示す。
この半導体発光素子１０は、サファイア基板１の上に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とが交互に３〜６回積層された多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
【００５５】
ｎ型半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型半導体層４が除去され、さらにｎ型半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層２上にｎ電極７が形成されている。
【００５６】
ｐ型半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物膜５が形成されており、この導電性酸化物膜５の一部上にパッド電極６が形成されている。なお、導電性酸化物膜５は、半導体層側において、膜中に複数の空隙が形成されている。
【００５７】
このような半導体発光素子は、以下の製造方法により形成することができる。
＜半導体層の形成＞
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層５を６４０Å、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製した。
【００５８】
＜エッチング＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させた。
【００５９】
＜ＩＴＯ膜の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素との混合ガス（２０：１）で、例えば、ＲＦパワー１０Ｗ／ｃｍ2で２０分間スパッタリングし、引き続き、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2に変更して２０分間スパッタリングすることにより、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜５を５０００Åの膜厚で形成した。
得られた導電性酸化物膜５は良好な透光性を有し、サファイア基板１まで透けて観測できた。
【００６０】
＜パッド電極の形成＞
導電性酸化物膜５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＷ層、Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層し、リフトオフ法により、ボンディング用のパッド電極６を総膜厚１μｍで形成した。
【００６１】
その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極７を７０００Åの膜厚で形成した。
次いで、アニール装置にて４００〜６００℃程度で熱処理を施した。
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１０を得た。
【００６２】
以上のようにして形成した半導体発光素子の断面をＳＴＥＭ（日本電子製：ＪＥＭ―２０１０Ｆ）により観察した。その際の断面の状態を図２に示す。
図２から、ＩＴＯ膜は、半導体層側の界面近傍においてのみ、２０〜２００ｎｍ程度の複数の空隙が形成されており、表面側では、密に良好な結晶状態であることが確認された。また、空隙が形成された領域は、ＩＴＯ膜の全膜厚の５０％程度であった。さらに、ＩＴＯ膜自体は、透明であり、結晶性が良好であることが確認された。
また、ＩＴＯ膜におけるＳｎ濃度をオージェ電子分光分析装置（日本電子株式会社：JEOL Ltd.のＪＡＭＰ−７５００Ｆ）を用いて測定したところ、半導体層との界面近傍のほうが、表面側に対して高濃度で分布しているとともに、半導体層側から表面側かけて、徐々に濃度分布が低くなる傾向を示していることが観察された。なお、Ｓｎ濃度は、ＩＴＯ膜の表面側からＡｒ+を、スパッタレート３０ｎｍ／分、加速エネルギーが３ｋｅＶで照射し、デプスプロファイルを測定した後、そのピーク強度を、インジウム、スズ等の各元素が有する相対感度係数（装置固有の値）で除算することにより、定量的に求められた値である。
【００６３】
比較例Ａとして、ＩＴＯ膜の成膜工程において、室温にて、ＲＦパワーをＩＴＯ膜の成膜中１０Ｗ／ｃｍ2と一定として２０分間スパッタリング（膜厚４０００Å）し、熱処理を行わなかった以外、実施例１と同様の方法によりＩＴＯ膜を形成した。
この半導体発光素子をＳＴＥＭ（日本電子製：ＪＥＭ―２０１０Ｆ）により同様に観察した。その断面の状態を図３に示す。
図３から、ＩＴＯ膜は、膜厚方向の全体にわたって小さな穴が存在し、膜厚方向全体において結晶性が悪く、透過率が低かった。
【００６４】
また、比較例Ｂとして、成膜温度３００℃で、その他は比較例Ａと同様に２０分間スパッタリングし、膜厚４０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。得られた膜は、空隙を有しておらず、膜方向の全てにおいて密であった。
なお、比較例Ａで得られた図３のＩＴＯ膜について、実施例１と同じ条件で熱処理を施したところ、図２に示すＩＴＯ膜とほぼ同様に、半導体層側の界面近傍においてのみ、２０〜２００ｎｍ程度の複数の空隙が形成され、表面側では、密に良好な結晶状態である膜が形成されたことが確認された。
また、比較例Ｂで得られたＩＴＯ膜については、熱処理によっては、その構造に変化は見られなかった。
【００６５】
このようなことから、本発明の導電性酸化物膜の構成により、ＩＴＯ膜と半導体層との間の電流密度を増加させることにより、ショットキー障壁を小さくし、ＩＴＯ膜と半導体層とのコンタクト抵抗を低減させることができる。また、ＩＴＯ膜内において、電流を面内方向へ均一に広げることができ、さらに、ＩＴＯ膜から半導体層全体へ電流を均一に広げることができ、活性層を効率的に発光させることが可能となる。
しかも、ＩＴＯ膜は、表面側において、密で結晶性が良好となり、光の散乱を防止しながら、透光性を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
得られた半導体発光素子の特性について評価したところ、本願発明の発光素子では、２０ｍＡのときのＶｆが３．５Ｖになることが確認された。また、比較例Ｂとして、ＩＴＯ膜の半導体層側の界面近傍において、空隙がなく、ＩＴＯ膜の全体において密に良好な結晶状態のＩＴＯ膜が形成された発光素子では２０ｍＡのときのＶｆが３．６Ｖであった。
また、比較例ＢにおけるＩＴＯ膜では、半導体層とのオーミック性が不良であり、Ｖｆも安定せず、比較的大きな値であった。
【００６６】
実施例２
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜初期は、スパッタガスとして、アルゴンガスを用い、その後、スパッタガスをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
なお、成膜時のスパッタガスの圧力を０．０１〜０．５Ｐａ程度とした場合に、成膜途中以降の酸素ガスの分圧は、１×１０-4〜１×１０-2Ｐａ程度とする。また、アルゴンガスで２０分間程度成膜し、その後、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた成膜時間は５分間程度とする。
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００６７】
実施例３
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程においてＩＴＯ膜を成膜した後、あるいは、実施例１における製造工程において、室温にてＲＦパワーを一定に保ちながら５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、還元ガス雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）にて、例えば、５００〜６００℃でランプアニールによって処理することにより、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得る。
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００６８】
実施例４
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、真空蒸着法を利用する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
ｎ型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、真空蒸着装置に入れ、ウェハ温度を１００℃に維持しながら、ＳｎＯ2が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて、ＩＴＯ膜を成膜する。成膜中、ウェハ温度を３００℃まで、１０秒間で急激に上昇させて、膜厚が５０００ÅのＩＴＯ膜を形成する。
【００６９】
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００７０】
実施例５
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、イオン銃を利用して、成膜初期にのみ、ウェハ表面（ｐ型半導体層）に酸素イオンを１０12個／ｃｍ2程度で照射する以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７１】
実施例６
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を室温に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒、さらに、５Å／秒に減少させ、その後、ＩＴＯ膜を加熱して透明化させる以外は、実質的に実施例５と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７２】
実施例７
この実施例の半導体発光素子は、実施例５における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒とし、その後、５Å／秒に減少させる以外は、実質的に実施例５と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７３】
実施例８
図４は、本実施例の表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００を発光観測面側（即ち、パッケージ１０６の主面方向）から見た模式的な正面図を示す。図４に示すような表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００は、ＬＥＤチップ１０７と、このＬＥＤチップ１０７を収納する開口部を備え、ＬＥＤチップ１０７が載置されるリード電極１０５の主面の一部が開口部の底面から露出されてなるパッケージ１０６とを備える発光装置である。さらに、開口部は突出部１１１を有し、開口部の内壁面は、パッケージ１０６の主面の長軸方向に延伸する内壁面１０１ａと、短軸方向に延伸し互いに対向する一対の内壁面１０２と、長軸方向に延伸する内壁面１０１ａに対向する内壁面１０１ｂと、内壁面１０１ａに対向し、突出部１１１に設けられる内壁面１０１ｃと、この内壁面１０１ｂから内壁面１０１ｃにかけて所定の角度を付けて連続して設けられる内壁面１０４とを有する。
【００７４】
パッケージ１０６主面の開口部は、発光装置１００と導電性パターンを施した外部の支持基板との実装面にほぼ垂直に設けられ、発光装置は実装面にほぼ平行な方向に発光素子からの光を出光する。さらにパッケージ１０６は、開口部の一部が実装面方向に突き出た突出部１１１を有し、この突出部に含まれる内壁面は、対向する一対の内壁面１０４と内壁面１０１ｃである。ここで、突出部１１１は、図４において、開口部の一部に網掛け領域として示される。この突出部１１１の底面にはリード電極１０５主面が延伸し、ＬＥＤチップ１０７の一部分が載置されている。
また、パッケージ１０６の外壁面から突出しているリード電極１０３の実装面側の面は、上記突出部１１１を形成する内壁面１０１ｃに対向する外壁面とほぼ同一平面上となるように、パッケージの主面方向に折り曲げられている。さらに、リード電極１０３の端部は、実装面と反対方向へパッケージの外壁面に沿って折り曲げられている。このようにリード電極１０３を配置することによって、従来と比較して小型化が可能な発光装置とし、外部の基板に対して安定に実装することができる。
【００７５】
本実施例にかかるＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的に説明すると、ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００７６】
ＬＥＤチップの素子構造としてはサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、次に発光層（バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとし、これを５セット積層させた多重量子井戸構造）が形成されている。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層が順次積層されている（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層としてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある）。
【００７７】
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。
ｎ型コンタクト層は、１つの辺の中央部において、ｐ型半導体層５２及び活性層の一部をエッチングにより除去してｎ型コンタクト層５１が露出した切り欠き部５１ａを設けることにより露出され、その切り欠き部５１ａに、ｎ電極５３として、スパッタリング法を用いてＷ／Ｐｔ／Ａｕを含む負極パッド電極を形成する。
ｐ型コンタクト層上全面にはＩＴＯによる透光性電極を形成した後に、この透光性電極の一部上にパッド電極を形成する。このＩＴＯ膜は実施例１と同様の方法により形成しており、半導体層側の界面近傍においてのみ、複数の空隙が形成され、表面側では密に良好な結晶状態となっている。
【００７８】
ｐ側パッド電極５５は、透明電極５４上におけるｎ電極が近接する辺に対向する辺に隣接する位置に形成される。また、ｐ側パッド電極５５には２つの線上の補助電極５６が接続され、その補助電極５６はｐ側パッド電極５５の両側のｐ側パッド電極５５が隣接する辺に沿って伸びている。これにより、ｐ側パッド電極５５とｎ電極５３間に位置する活性層を効率よく発光させることができる。さらにｐ側パッド電極５５に接続された補助電極５６を透明電極５４上に電気的に導通するように形成することにより、効果的にｐ層全体に電流を拡散させ、発光層全体を効率よく発光させることができる。しかも、ｐ側パッド電極５５及び補助電極５６の周辺部において輝度の高い発光が得られる。したがって、本発明では、補助電極５６の周辺部における輝度の高い発光を効果的に利用することがさらに好ましい。
【００７９】
例えば、図５及び図６に示すように、ｎ電極６３がＬＥＤチップの１つの隅部に２つの辺に近接するように設けられ、ｐ側のパッド電極がｎ電極６３が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられる場合には、補助電極６６はそれぞれ、円弧状に形成されていることが好ましく、これによってより高輝度でかつより均一な発光が得られる。また、図７に示すように、ｎ電極５３がＬＥＤチップの少なくとも１つの辺に近接するように形成されている場合には、補助電極５６は、ｎ電極５３から等距離になるように円弧状に形成されていることが好ましい。これにより図８に示すように、補助電極５６が直線状に設けられた場合に比較して、より均一な発光分布が得られる。
【００８０】
なお、図５〜８に示す補助電極５６、６６と発光層の縁との間隔は、補助電極５６、６６と、補助電極５６、６６と補助電極５６、６６が沿って形成される発光層及びｐ層の縁との間に上述の輝度の高い発光が得られる周辺部が確保されるように、その縁と補助電極５６、６６との間に間隔を空けることが好ましい。ｎ型コンタクト層のシート抵抗ＲｎΩ／□と、透光性ｐ電極のシート抵抗ＲｐΩ／□とが、Ｒｐ≧Ｒｎの関係を満たしている場合、補助電極５６、６６と発光層の縁との間隔は、輝度の高い発光が得られる周辺部領域を十分確保し（輝度の高い発光が得られるべき領域が外側にはみ出さない）、隣接辺に沿って発光輝度の低い部分が形成されず、全体としての輝度の向上をもたらす観点から、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００８１】
このような補助電極は、半導体発光素子に投入された電流を透光性電極全体に拡散させる。得られた半導体ウェハにスクライブラインを引いた後、外力により分割させ半導体発光素子であるＬＥＤチップ（光屈折率２．１）を形成させる。
【００８２】
次に、正及び負からなる一対のリード電極がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージの主面に対向する下面側にあたるゲートから溶融されたポリフタルアミド樹脂を流し込み、硬化して、図４に示すパッケージを形成する。パッケージは、発光素子を収納可能な開口部を有し、開口部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。また、開口部内壁面には、内壁面１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、内壁面１０２および内壁面１０４が形成されている。さらに、パッケージの外壁面の一部には、段差を有している。また、パッケージ側面から露出された正及び負のリード電極の各アウタリード部は、発光面と反対側の面の両端部で内側に折り曲げられている。
【００８３】
このように形成された開口部の底面に対し、ＬＥＤチップの一部分が突出部１１１にはみ出すように、エポキシ樹脂にてＬＥＤチップをダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。
次に、ダイボンドされたＬＥＤチップの各電極と、パッケージ開口部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕワイヤにて電気的導通を取る。
次いで、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。
【００８４】
こうして得られた硬化性組成物をパッケージ開口部内に、開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。
【００８５】
硬化性組成物の硬化物からなる封止部材は、拡散剤の含有量の多い第一の層と、第一の層より拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第二の層との２層に分離しており、ＬＥＤチップの表面は第一の層にて被覆されている。これにより、ＬＥＤチップから発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に良好な光の均一性が得られる。第一の層は、前記開口部の底面から前記ＬＥＤチップの表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。
本実施例の発光装置は、パッケージの開口部に内壁面１０４を有することにより、発光素子からの出光を無駄なく開口部内から発光観測面方向に出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
【００８６】
実施例９
上述した実施例において、蛍光物質を含有する封止部材とする以外は、同様にして発光装置を形成する。蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ0.995Ｇｄ0.005）2.750Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.250蛍光物質を形成する。蛍光体を含有させることにより、発光素子からの光と、該発光素子の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光装置とすることができる。
本発明により得られた白色発光を示し、得られた発光装置の特性について評価したところ、光度が１０１２ｍｃｄである。
なお、比較例として、ＩＴＯ膜の半導体層側の界面近傍において、空隙がなく、ＩＴＯ膜の全体において密に良好な結晶状態のＩＴＯ膜が形成された発光素子を実装したほかは同様にして形成した発光装置では、９７０ｍｃｄである。
【００８７】
実施例１０
上記実施例９により得られる発光装置と、導光板とを組み合わせて面状発光装置を形成する。発光装置と導光板とは、直接接着させる。
この実施例の面状光源は、発光装置と容易に位置決めして得ることができ、従来と比較して薄型化された面状光源とすることができる。また、導光板の光入射面に光を散乱させる切り欠き部分を設けるなどして、発光位置によって発光ムラの生じない面状光源とすることができる。
【００８８】
実施例１１
この実施例の半導体発光素子を、電極形成面側からみた平面図である図９及び図９におけるＸ−Ｘ線の断面図である図１０に示す。なお、図１０は、ｐ側電極２０のパッド部２０ｂ（以下、「ｐ側パッド部」ともいう）近傍の断面図であり、ｐ側電極２０が設けられた第１の領域の半導体積層構造と、第２の領域に設けられた凸部２９との位置関係を示している。
この半導体発光素子は、ｐ側電極２０及びｎ側電極１９が同一面側に設けられており、観測面側を電極形成面側とした電極形成面側から光を取り出す構成である。
半導体発光素子を構成する半導体積層構造は、上述した半導体積層構造の（２）と同様であり、サファイア基板１１上にＧａＮバッファ層１２、ノンドープＧａＮ層１３、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層１４、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層１５、活性層となるＩｎＧａＮ層１６、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層１８が、順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層１８、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ＩｎＧａＮ層１６、ＳｉドープＧａＮ層１５、ＳｉドープＧａＮ層１４が部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層１４の露出面にｎ側電極１９が形成され、ＭｇドープＧａＮ層１８にはｐ側電極２０が設けられている。
【００８９】
ｎ側電極１９は、ｎ型コンタクト層側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。
ｐ側電極２０の電流拡散部２０ａ（以下、「ｐ側電流拡散部」ともいう）はｐ型コンタクト層のほぼ全面に形成されており、ｐ型コンタクト層に接して実施例１と同様のＩＴＯ膜によって形成されている。パッド部２０ｂはｎ側電極と同様にＷ、Ｐｔ、Ａｕが順に積層されてなる。
このように、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９とを同一の構成とすることにより、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９の形成工程を１つにすることができる。また、ｎ側パッド電極をｐ側電流拡散部と同様にＩＴＯを用いてもよい。
【００９０】
この実施例では、発光領域（第１の領域）を確保するために、ｐ側電流拡散部２０ａはｎ側電極１９を部分的に囲んでいる。
この半導体発光素子は、複数の凹凸を形成する各凸部２９が第１の領域の周囲を囲んでいる。すなわち、この半導体発光素子は、駆動時に発光する第１の領域の周囲を凸部で囲むことにより、半導体発光素子の電極形成面側表面領域を有効に利用して光取り出し効率及び光指向性の制御を行うことができる。
一般に、半導体発光素子はサファイア等の基板上に各種の半導体層を積層した後に、所定の領域を薄膜化し、その薄膜領域にて個々の半導体発光素子に分割する。この実施例では、凸部を形成するための特別な領域を設けてもよいが、例えば、ウエハーを分割する薄膜領域、又はｎ電極周辺に凸部を複数形成することにより、工程の増加を抑えることができる。すなわち、本来、単に、電極形成面側に設けられるｎ型コンタクト層平面の所望の領域に、本実施の形態の凸部を形成することが好ましい。
【００９１】
ここで、ｎ型コンタクト層は、電極形成面側からみて、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、第１の領域と異なる第２の領域から構成され、第２の領域にはｎ電極１９および複数の凸部２９が設けられている。図１０に示すように、第２の領域に設けられた各凸部の頂部は、半導体発光素子断面において、活性層よりもｐ型コンタクト層側、好ましくはｐ型コンタクト層と実質的に同じ高さとなるように構成される。すなわち、凸部の頂部が活性層よりも高くなるように形成されている。また、凹凸底部は活性層よりも低くなるように形成されている。この半導体発光素子はＤＨ構造（ダブルへテロ構造）であるので、凹凸の頂部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より高ければよいが、活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より高いことがより好ましい。また、凹凸の底部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より低ければよいが、活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より低いことがより好ましい。
【００９２】
このように構成することにより、観測面側への光の取り出し効率を例えば１０〜２０パーセント向上させることができる。その理由は明らかではないが、以下の理由１〜３ように考えられる。
すなわち、１．ｎ型コンタクト層内を導波する光がｎ型コンタクト層から凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から光が観測面側に取り出される。
２．活性層端面から側面外部に出射された光が複数の凸部により反射散乱され観測面側へ光が取り出される。
３．ｎ型コンタクト層内を導波する光が凸部の根本（ｎ型コンタクト層と凸部の接続部分）にて乱反射され、観測面側へ光が取り出される。
また、凸部を複数設けることにより、観測面側の全域に渡って均一な光取り出しが可能となる。
【００９３】
さらに、凸部をｐ型コンタクト層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域に遮られることなく、凸部頂部から観測面側に効果的に光を取り出すことができる。
また、凸部をｐ型コンタクト層、好ましくはｐ型電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。
【００９４】
さらに、上記効果は、凸部断面において、半導体積層方向つまりｎ型コンタクト層側からｐ型コンタクト層側に向かって、凸部が徐々に細くなるように傾斜させることで、より大きなものとなる。すなわち、凸部に故意に角度を付けることにより、活性層からの光を凸部表面にて全反射させて、或いは、ｎ型コンタクト層を導波した光を散乱させ、結果として観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。凸部の傾斜角は、３０°〜８０°が好ましく、４０°〜７０°がより好ましい。
【００９５】
凸部断面の形状は円錐、半円等、種々の形状が可能であるが、好ましくは台形、すなわち凸部自体が円錐台形状であることが好ましい。このように構成することにより、光の指向性制御がより容易になると共に、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。ｐ型コンタクト層側から光を取り出し、ｐ側コンタクト層を観測面とする場合に、凸部の観測面側が頂点を含まずに平面を含むことにより、この効果が得られるものと考えられる。
また、凸部断面の形状が台形である場合、台形の上辺（ｐ側）において、さらに凹部を備えることもできる。これにより、ｎ型コンタクト層内を導波してきた光が凸部内部に侵入した際に、凸部の頂部に形成された凹部により、観測面側に光が出射されやすくなるので好ましい。
【００９６】
さらに、この半導体発光素子は、ｎ型コンタクト層の第１の領域に形成された半導体積層構造の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上の凸部が少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、第１の領域からの光が高確率で凸部を介することになるので、上記効果をより容易に得ることができる。
この凸部は、ｎ側電極を形成するために、ｎ型コンタクト層を露出する際に、同時に形成することが好ましい。すなわち、本実施の形態の半導体発光素子は、同一面側に、ｐ側電極及びｎ側電極を備える構造であるため、基板上にｐ型コンタクト層までを積層した後に、半導体積層構造のｐ側から少なくともｎ側電極に対応する領域をｎ型コンタクト層が露出するように除去することが必要となる。例えば、ｐ型コンタクト層を積層した後に、レジスト膜を塗布して所望のパターンに露光し、残存するレジスト膜をマスクとして用い、後にｐ側電極を設ける部位（第１の領域）、および凸部を形成すべき部位（第２の領域の一部分）以外をｎ型コンタクト層が露出するまでエッチング等により除去する。これにより、ｎ側電極を形成する露出面を形成すると共に凸部を同時に形成することができるので、工程を簡略化することが可能となる。なお、ここではマスクとしてレジスト膜を用いたが、ＳｉＯ2等の絶縁膜をマスクとしてもよい。
【００９７】
このように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造を備える。しかし、第１の領域に含まれる活性層は発光層として機能するが、第２の領域の凸部に含まれる活性層は発光層として機能しない。これは、第１の領域がｐ側電極を有するのに対して、第２の領域（凸部）にはｐ側電極が形成されていないことによる。すなわち、第１の領域の活性層は通電によりキャリア（正孔及び電子）が供給され得るのに対し、第２の領域に設けられた凸部の活性層には通電によりキャリアは供給されない。このように、この凸部はそれ自体で発光しうるものではない。
また、第１の領域の内部に周囲が完全に第１の領域で囲まれた開口部を設け、各開口部内に発光し得ない複数の凸部を設けることもできるが、この場合、開口部が電流経路を阻害する場合があり素子抵抗が上がるばかりでなく、均一な発光が得られない傾向があるので好ましくない。したがって、本来発光すべき領域（第１の領域）では、発光に必要な少なくともｎ型コンタクト層、活性層、ｐ型コンタクト層が一様に積層され、一様に発光することが好ましく、本来発光しない領域（第２の領域）のみに複数の凸部を設けることが好ましい。いずれにしても、本来発光し得ない領域に複数の凸部を設け、本来発光し得ない領域を有効に利用することにより、上記したような効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記のように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造となっており、言い換えれば、凸部が材料の異なる複数層からなっている。材料が異なれば、必然的に、各層の屈折率も異なるので、凸部に取り込まれた光が各界面で反射し易くなり、結果として、観測面側への光取り出し向上に寄与しているものと考えられる。
さらに、本件発明における凸部の数、密度等は特に限定されないが、第２の領域において少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、第２の領域における凸部が占める面積の割合（詳細には、第２の領域における、凸部と第２の領域の界面の面積の占める割合）は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。なお上限は特に限定されないが８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの凸部と第２の領域の界面の面積は、３〜３００μｍ2、好ましくは６〜８０μｍ2、さらに好ましくは１２〜５０μｍ2とすることができる。
【００９９】
このように、この実施例の半導体発光素子は、横方向（半導体発光素子の側面方向）に出射する光を減少させ、上方向（観測面側）へ選択的に出射させるものである。特に、活性層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造（所謂ダブルヘテロ構造）を有する半導体発光素子においては、該屈折率の低い層間で光が閉じ込められてしまい、どうしても側面方向の光が主となってしまう。本件発明はこのような素子に対して特に効果的である。
【０１００】
さらに、半導体発光素子は実際に使用する際は、一般に、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの有機樹脂からなる封止樹脂でその周囲を封止して使用され、光による樹脂劣化を大幅に軽減することができる。これは、活性層側面からの光が、活性層側面に位置する封止樹脂に集中せずに、複数の凸部により光が分散されることによるものと考えられる。特にエポキシ樹脂は光に対して弱いので、エポキシ樹脂を封止樹脂とした半導体発光素子に特に効果的である。同様に、有機樹脂（例えばナイロン系樹脂）からなる支持体に半導体発光素子を配置した際においても、その支持体自体の寿命を長くすることができる。すなわち、このような半導体発光素子を用いることにより、半導体発光素子側面から出射される光により支持体が劣化するのを大幅に軽減することができる。このような効果は、当然、支持体の表面が半導体発光素子に近いものほどより顕著なものとなる。
なお、この半導体発光素子は、実施例８と同様にして、図８に示す表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置とすることができる。
【０１０１】
実施例１２
この実施例の半導体発光素子は、図１１に示すように、第１の領域における半導体積層構造の形状と、それに伴うｐ側電流拡散部３０ａの形状と、凸部２９の形成領域が異なる他は、実施例１１の半導体発光素子と同様の構成である。
すなわち、この半導体発光素子は、電極配置面側からみて、ｎ側電極１９とｐ側電極３０との間に位置する第１の領域がくびれ部分を有しており、さらにそのくびれ部分に複数の凸部が形成されている。すなわち、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線に垂直をなす方向において、第１の領域の両側がくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凸部を備える。これにより、発光および観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。
【０１０２】
具体的には、この半導体発光素子は、ｐ側電極のパッド部３０ｂとｎ側電極１９が直線Ｘ−Ｘ上に配置されている。そして、図１１に示すように、電極形成面側からみて、ｐ側電流拡散部３０ａが直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状をしており、それに伴い半導体発光素子自体の形状も直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状としている。また、ｐ側電極のパッド部３０ｂからｎ側電極１９に流れる電流は、その経路が最短になるように主に直線Ｘ−Ｘに流れる。しかし、ｐ側電極のパッド部３０ｂとｎ側電極１９の間のｐ側電流拡散部３０ａのうち、直線Ｘ−Ｘ、ｐ側電極のパッド部３０ｂ、ｎ側電極１９の３箇所から離れた領域には、電流が供給されにくく、その結果、他の領域に比較して発光が弱い。
【０１０３】
この半導体発光素子は、上記事情を考慮して、ｎ側電極１９とｐ側電極のパッド部３０ｂとの間に位置する第１の領域にくびれ部分を設け、本来発光すべき、くびれ部分に対応する領域の半導体積層構造を除去し、さらにそのくびれ部分に複数の凸部を形成することにより、結果として良好な光取り出しが実現可能となる。これは、くびれ部分に相当する発光の弱い領域を除去し、その除去した領域に凸部を設けることにより、強い発光がそのまま側面外部に放出され、その放出された強い発光が凸部を介して観測面側に方向転換するために、光の取り出し、光の指向制御性が向上するものと考えられる。
【０１０４】
また、この半導体発光素子では、ｎ側電極１９と第１の領域との間に凸部２９を形成している。ｎ側電極１９周辺部は比較的発光が強いので、ｎ側電極１９とｐ側電流拡散部３０ａとの間に凸部２９を設けることにより、実施例１１の効果をさらに向上させることができる。
さらに、例えば、ｎ電極及び第１の領域近傍の比較的発光の強い領域に複数の凸部を高密度に設け、それと異なる領域の比較的発光の弱い領域に複数の凸部を低密度に設けてもよい。発光領域の強い領域、弱い領域は半導体発光素子の構造によって異なるが、いずれにしても、発光領域の強度を考慮して、複数の凸部の密度を変化させることにより、より効果的な光取り出し及び指向性制御が可能となる。
なお、この半導体発光素子は、実施例８と同様にして、図８に示す表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置とすることができる。
【０１０５】
実施例１３
この実施例の半導体発光素子は、電極側の平面図である図１２及び図１２のＸ−Ｘ‘線の断面図である図１３に示したように、サファイア基板４０上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型層４１、活性層４２及びｐ型層４３がこの順に積層されて構成されている。
ｎ型層４１は、その表面の一部に露出部を有しており、この露出部に、互いに分離された複数のｎライン電極３１が形成されている。
【０１０６】
つまり、ｎ型層４１、活性層４２及びｐ型層４３からなる積層体において、ｐ型層４３及び活性層４２の一部がライン状に除去されることにより複数のスリットＳＬが形成されて、ｎ型層がライン状に露出され、そのスリットＳＬにより露出されたｎ型層上にそれぞれｎライン電極３１が形成される。また、スリットに平行な１つの辺（発光素子の１つの辺：以下第１の辺という。）に沿って、所定の幅にｎ型層が露出され、そこにも１つのｎライン電極３１が形成される。なお、第１の辺に沿って、所定の幅にｎ型層が露出されたｎライン電極が形成されるｎ型層表面を第１領域といい、この第１領域に形成されたｎライン電極を第１ｎライン電極という。また、第１の辺に対向する辺は、第２の辺という。
【０１０７】
この半導体発光素子では、第１領域と複数のスリットＳＬは互いに平行でかつ第１領域とスリットＳＬとの間隔及び隣接するスリットＳＬ間の間隔は互いに等しくなるように形成される。
各ｎライン電極３１はライン状オーミック電極３１ａとそのライン状オーミック電極３１ａの一端に設けられたｎパッド電極３１ｂとによって構成される。各ライン状オーミック電極の一端に設けられたｎパッド電極３１ｂは、第１の辺に直角の１つの辺（第３の辺）に沿って形成される。
【０１０８】
また、ライン状オーミック電極３１ａは、その一端部がｎパッド電極３１ｂを形成するために広く形成され、その上にｎパッド電極３１ｂが形成される。
ｐ側電極は、ｐ型層のほぼ全面に形成された透光性を有するｐオーミック電極３２と、そのｐオーミック電極３２の上に形成された複数の電流拡散電極３３とによって構成される。なお、ｐオーミック電極３２は、透光性電極層として、実施例１と同様のＩＴＯにより形成されている。この電流拡散電極３３はライン状オーミック電極３１ａと平行に形成された複数の拡散ライン電極３３ａとその拡散ライン電極３３ａの一端に設けられたｐパッド電極３３ｂとによって構成される。拡散ライン電極３３ａと隣接するｎライン電極３１との間隔は、互いに等しくなるように形成され、複数の拡散ライン電極３３ａのうちの１つは第２の辺に沿って形成され、他の拡散ライン電極３３ａはｎライン電極３１の間に形成される。すなわち、対向する２つの辺のうちの一方の辺（第１の辺）に沿ってｎライン電極を形成した場合、その一方の辺に対向する他方の辺に沿って電流拡散電極３３を形成するように構成している。また、各拡散ライン電極３３ａの一端に設けられたｐパッド電極３３ｂはいずれも、ｎパッド電極３１ｂが形成されている第３の辺に対向する第４の辺に沿って形成される。
【０１０９】
このような半導体発光素子は、以下のような理由により、発光領域全体に電流が注入されるようにして発光効率を向上させるとともに、比較的大面積（例えば、１０００μｍ×１０００μｍ）の窒化物半導体発光素子においても、発光面全体にわたって均一な発光が可能になるようにしている。
第１に、各ｎライン電極３１の一端にそれぞれｎパッド電極３１ｂを形成し、各拡散ライン電極３３ａの一端にそれぞれｐパッド電極３３ｂを形成するようにしている。これにより、発光領域全体に電流がほぼ均一に注入されるようにできる。
【０１１０】
なお、この半導体発光素子においては、異なるｎライン電極３１間において、ｎパッド電極３１ｂからライン状オーミック電極１ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、異なる電流拡散電極３３間において、ｐパッド電極３３ｂと拡散ライン電極３３ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにできる。
ここで、上述の距離が実質的に等しいとは、完全に一致していることを意味しているのではなく、距離の違いにより電流の不均一が生じない程度のものは実質的に等しい範囲に含まれるものとする。
【０１１１】
第２に、隣接するｎライン電極３１とｐ側の電流拡散電極３３の間隔が等しくなるようにして、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにしている。
つまり、ライン状オーミック電極３１ａ及び拡散ライン電極３３ａは、途中に、角部及び曲線部が形成されないように直線的に形成して、角部及び曲線部における電界の集中や電界の不均一を防止し、それに伴う電流の不均一を防止している。
【０１１２】
また、拡散ライン電極３３ａの他端（ｐパッド電極３３ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｎパッド電極３１ｂ（ｎパッド電極３１ｂが形成されたｎライン電極３１の一端部）との距離を、拡散ライン電極３３ａとｎライン電極３１の間隔にほぼ等しく設定している。
さらに、ｎライン電極３１の他端（ｎパッド電極３１ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｐパッド電極３３ｂ（ｐパッド電極３ｂが形成された拡散ライン電極３３ａの一端部）との距離を、拡散ライン電極３３ａとｎライン電極３１の間隔にほぼ等しく設定している。
【０１１３】
これにより、どの部分においても電流拡散電極３３とｎライン電極３１との間の距離を実質的に等しくできるので、発光領域全体にほぼ均一に電流を注入でき、均一な発光が可能となる。
基板４０側を光り取り出し面とする場合には、ｐオーミック電極３２の上に反射膜を設けたり、ｐオーミック電極３２の上に反射性電極層を設けた電極構造とすることができる。光取り出し面を基板４０側、ｐ型層４３とする場合のいずれでも、ｐオーミック電極３２をＩＴＯからなる単層構造又はこれを含む多層構造とすることが好ましい。また、ライン状オーミック電極３１ａを、ｐオーミック電極３２を構成するＩＴＯからなる単層構造又はこれを含む多層構造としてもよい。
【０１１４】
なお、この実施例の半導体発光素子の変形として、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板５０と素子構造部５０１の第１導電型層５２０との界面に凹凸部５５０が設けられ、さらに発光構造部５１０外部の第１導電型層５２０に、側面５４０が傾斜面として設けられて基板５０が露出された露出部５６０がさらにその外部に設けられた構造としてもよい。これにより、凹凸部５５０により基板５０界面で光が乱反射されて取り出し効率が向上し、さらに傾斜した側面５４０により、第１導電型層５２０内を主に横方向に伝搬する光を反射させて、基板５０側からの光取り出しに寄与して、出力が向上する。
【０１１５】
実施例１４
この実施例の半導体発光素子６０は、電極形成面側の平面図である図１５に示したように、ｐ型半導体層の間にｎ型半導体層がエッチングによりストライプ状に露出されている。露出されたｎ型半導体層は、素子の内側において細くなる形状を有しており、この露出されたｎ型半導体層上に、ｎ電極６２が形成されている。なお、ｐ側の拡散電極６１は、ストライプ形状であり、発光素子中央部分において、露出されたｎ型半導体層の幅より広い形状を有している。なお、ｐ側の拡散電極６１は、実施例１と同様のＩＴＯ膜により形成されている。ｐ側の拡散電極６１のストライプ列数は、ｎ型半導体層上のｎ電極６２の列数より多い。
【０１１６】
このように、ｎ電極６２がくびれた形状を有することによりｐ側の拡散電極６１の領域面積を大きくすることができ、単位時間あたりに発光素子に投入される電流量を増大させることができる。さらに、発光面において、発光素子の発光に寄与しないｎ型半導体層の面積を減らし、ｐ型半導体層の面積を相対的に増やすことで発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。したがって、この発光素子では、高輝度を実現することができる。また、拡散電極６１を設けることにより、発光素子に投入される電流を均一に発光素子全面に拡散させることができため、発光素子の発光面からの発光を均一とすることができる。
なお、ｐ側の拡散電極上に形成される金属膜およびｎ電極は、バンプに含有される材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。例えば、バンプがＡｕを材料とするときは、ｐ側の金属膜およびｎ電極の材料、特にバンプと直接に接する接合面の材料は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とすることが好ましい。また、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒの単層又は多層膜でもよい。
【０１１７】
さらに、この発光素子をフリップチップ実装する場合には、発光素子の電極と対向されるサブマウントや支持基板の電極材料は、反射率の高い銀白色の材料、例えば、銀、アルミニウムあるいはそれらと他の金属を少なくとも一種以上含む合金とすることが好ましい。
ｐ側の拡散電極とｎ電極とを同じ材料により形成する場合には、同時に形成することが可能となり、製造工程が簡略化されて好ましい。
【０１１８】
実施例１５
この半導体発光素子においては、図１６に示すように、ｎ電極７１は、発光素子の１つの角部を含む外周に沿って配置される第１延伸部７１ａと、第１延伸部７１ａの端部及び角部から発光素子の内側に向かって伸びる第２延伸部７１ｂとから構成される。なお、ｎ型半導体層は、ｎ電極７１の形状と略同じ形状にその表面を露出しており、その表面にｎ電極７１が形成されている。
また、ｎ型半導体層が露出した領域以外の半導体発光素子の表面にｐ型半導体層が配置しており、その表面のほぼ全面に実施例１と同様のＩＴＯ膜からなる透明電極８２が形成されている。また、透明電極８２上であって、ｎ電極７１が形成された角部に対向する角部を含む外周に沿って配置される金属膜からなる周縁電極８１ａと、この周縁電極８１ａの途中から発光素子の内側に向かって伸びる延伸部８２ｂとからなるパッド電極が形成されており、このパッド電極と透明電極８２とでｐ電極８１を構成する。
【０１１９】
すなわち、ｎ電極７１を構成する第２延伸部７１ｂの間に、ｐ電極８１を構成する延伸部８１ｂが、略平行に配置することにより、これら第２延伸部７１ｂと延伸部８１ｂとにはさまれるように、発光部９０ａ〜９０ｄが配置されている。また、これら発光部９０ａ〜９０ｄのほかに、ｎ電極７１及びｐ電極８１が形成されていない角部であって、周縁電極８１ａの先端と第２延伸部７１ｂとに囲まれる領域においても、発光部９０ｅ、９０ｆがそれぞれ形成されている。
このような電極の形状により、発光素子に投入される電流を均一に発光素子全面に拡散させることができため、発光素子の発光面からの発光を均一とすることができる。
【０１２０】
実施例１６
この実施例では、図１７に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、実装基体２０１に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成する。
この発光装置は、リード２０３が固定された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、接着層２０４を介してサブマウント基板２０５に載置されたＬＥＤチップ２００が実装されて構成されている。凹部２０２の側面は反射部２０６として機能し、実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。また、実装基体２０１には、凹部２０２の外部にテラス部２０７が形成されており、ここに、保護素子（図示せず）が実装されている。実装基体２０１の凹部２０２の上方には、光取り出し部２０８として開口部が形成されており、この開口部に、透光性の封止部材２０９が埋設されて封止されている。
【０１２１】
実施例１７
この実施例では、図１８に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、実装基体２０１に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
この発光装置は、リード２０３と絶縁分離された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、ＬＥＤチップ２００が接着層２０４を介して固定されている。この凹部２０２は、その側面が反射部２０６として機能し、開口方向に向かって広くなる形状（テーパー形状）であることが好ましい。このような形状により、ＬＥＤチップ２００から出た光が凹部２０２の側面に反射してパッケージ正面に向かうため、光取り出し効率を向上させることができる。実装基体２０１は、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等によって形成することができる。また、接着層２０４は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。このように、実装基体２０１とリード２０３とを分離するとともに、放熱を確保することができる構成により、熱設計に優れた発光装置を得ることができる。
【０１２２】
また、実装基体２０１の凹部２０２内及びその上方は、光透過性の封止部材２０９が埋設され、さらに光学レンズ形状に成形されている。光学系（レンズ）を設けることにより、所望の指向性の発光を得ることができる。
さらに、ＬＥＤチップ２００の電極は、それぞれワイヤ２１０によってリード２０３と電気的に接続され、パッケージ外部におよんでいる。
なお、実装基体２０１の凹部２０２内表面２１１は、エンボス加工やプラズマ処理により、封止部材２０９との接着面積を増やすなどにより密着性を向上させることができる。
【０１２３】
パッケージ２１２は、外部電極と一体的に形成していてもよく、さらに、複数の部品に分割され、はめ込みなどにより組み合わせて用いることもできる。外部電極は、例えば、銅、リン青銅板等の表面に銀、銅、パラジウム、金、タングステンなどの金属メッキ、半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。このようなパッケージ２１２は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミック、金属などを用いることができる。特に金属の場合には、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用しても、紫外線によって劣化、黄変等して、発光効率低下、機械的強度の低下を招くことがなく、発光装置の寿命を向上させることができる。また、パッケージを暗色系に着色させる着色剤として、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、カーボンブラック等の種々の染料、顔料を用いることができる。
【０１２４】
なお、ワイヤ２１０は、特に限定されるものではないが、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用い、１０〜７０μｍ程度の直径であることが好ましい。
また、封止部材２０９は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ２００、ワイヤ２１０、任意に、蛍光体が含有されたコーティング層などを外部から保護するため、あるいは光取り出し効率を向上させるために設けられる。封止部材２０９は、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ２００からの指向性を緩和させ、視野角を増やすこともできる。なお、金属パッケージを使用して、窒素ガスなどと共にＬＥＤチップ２００を気密封止する場合は、モールド部材は必須の構成部材ではない。
【０１２５】
なお、上述した実装形態、パッケージ材料などは、本発明のいずれの実施例に適用してもよく、さらに、金属製の基体に凹部を設けて、発光素子を実装し、基体と絶縁分離されたリードに電気的に接続させて気密封止したもの、ＣＯＢのように金属基板上の凹部に直接ＬＥＤチップを実装してもよい。また、１つの実装基体に又は１つの凹部内に、複数の素子を集積実装したもの、発光素子を実装した基体を複数設けて１つの装置基体で成形したもの等であってもよい。
【０１２６】
実施例１８
この実施例では、図１９に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、ステム１２０の凹部１２０ａ内に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
ステム１２０は、ＣｕにＡｇメッキを施したヒートシンク１２４、第１のリード１２１及び第２のリード１２２を、ポリフタルアミドである熱可塑性樹脂を用いて一体成型されている。ヒートシンク１２４は、上面に凹部２４ａを有し、開口部上方が広口の略円錐台の形状を有している。これにより、ＬＥＤチップ２００からの光を効率よく反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
ＬＥＤチップ２００は、ヒートシンク１２４の凹部１２４ａの略中央に、エポキシ樹脂からなる接着層によりダイボンドされている。また、ＬＥＤチップ２００の上面に存在する正負電極が、第１のリード１２１及び第２のリード１２２にそれぞれＡｕワイヤ１２５によりボンディングされている。
【０１２７】
このＬＥＤチップ２００が載置されたステムの凹部１２０ａ内に、第１のシリコーン樹脂１３０（例えば、粘度１．９３Ｐａ・ｓ（２３℃）、信越化学工業株式会社製）が、その上面からやや盛り上がるように、気体が入らないように注入されている。また、第１のシリコーン樹脂１３０の上に、第２のシリコーン樹脂（例えば、粘度５．２Ｐａ・ｓ（２３℃）、信越化学工業株式会社製）１４０が、第１のシリコーン樹脂１３０とステム１２０の外側の一部を覆うように注入されている。なお、第１のシリコーン樹脂１３０と第２のシリコーン樹脂１４０との界面１３１ａは、組成傾斜しており、第１のシリコーン樹脂の未反応成分と、第２のシリコーン樹脂の硬化成分とが反応している。
このような発光装置は、外的障害物から発光素子を保護しつつ、光取り出し効率の向上を図ることができる。
【０１２８】
実施例１９
この実施例では、図２０に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、サブマウント部材１６０を介してステム１２０の凹部１２０ａ内に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成する。
ステム１２０は、第１のリード１２１及び第２のリード１２２とが樹脂によって一体成型されており、第１のリード１２１及び第２のリード１２２の端部の一部が、ステムの凹部１２０ａ内で露出している。露出している第２のリード１２２の上に、サブマウント部材１６０が載置されている。このサブマウント部材１６０上であって、凹部１２０ａの略中央に、ＬＥＤチップ２００が載置されている。サブマウント部材１６０に設けられた電極１６１は、ワイヤを介して第１のリード１２１と電気的に接続され、また、電極６２は、ワイヤを介して第２のリード２２と電気的に接続されている。
【０１２９】
ステムの凹部１２０ａ内には、蛍光体１５０を含む封止部材１３１が埋設されており、さらにその上に、封止部材１４１が封止部材１３１及びステム１２０の一部を被覆している。
なお、この発光装置においては、サブマウント部材を介さず、ＬＥＤチップ２００を直接リードにマウントし、超音波振動装置を用いて鉛フリーの半田バンプを介してボンディングして電気的に接続してもよい。
【０１３０】
実施例２０
この実施例では、図２１に示したように、実施例１６に示した半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、セラミックパッケージ内に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
セラミックパッケージは、基板となるセラミック素地３０２と、内壁面の形状が開口方向に向かって広くなる貫通孔を有するセラミック素地３０４とを少なくとも有する。基板となるセラミック素地３０２には、ＬＥＤチップ２００に電力を供給するための導体配線３０５がパッケージの凹部底面からセラミック素地３０２、２０４の間を通って発光装置の外壁面に延在している。
【０１３１】
開口方向に向かって広くなる形状となっているセラミック素地の内壁面は、パッケージの凹部を形成し、この凹部の内壁面に対して光反射部３０３が設けられており、凹部内に封止部材３０７が埋設されている。
つまり、図２２に示すように、セラミックパッケージは、ＬＥＤチップを載置するための凹部を有する。凹部の底面には、正負一対の導体配線３０５ａ、３０５ｂが施され、セラミック素地３１６が露出されて正負一対の導体配線を絶縁分離している。ＬＥＤチップは、セラミックが露出された凹部底面の中央に載置され、導体配線３０５ａの一部は、ＬＥＤチップを包囲するようなパターンとされている。ここで、サファイア基板のような透光性基板の上に半導体が積層されてなるＬＥＤチップの透光性基板側を凹部底面に対向させて固定する構成とする際には、透光性基板を、Ａｌ、Ａｇおよびそれらの合金のような光反射率の高い金属で被覆することが好ましい。このように構成することにより、セラミックを透過していた光を発光観測面方向に反射させ、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。保護素子のような別の半導体素子を、導体配線上に載置することもできる。また、セラミックパッケージの側面端部には、正負一対の導体配線３０５ａ、３０５ｂと接続する正負一対の導体配線３１７ａ、３１７ｂが露出されている。
【０１３２】
なお、セラミックパッケージの発光観測面側主面は、カソードの位置を示す一対のマーク３１８が発光観測面側主面の隅部に印刷されている。カソードの位置を示す一対のマーク３１８は、タングステンを含む樹脂ペーストをセラミックグリーンシートに印刷して焼成することにより形成することができる。
このようにＬＥＤチップをセラミックパッケージに実装することで、電力効率が向上するのみならず、プラスチックを材料とするパッケージと比較して放熱性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤチップを搭載して長時間、高輝度に発光可能な発光装置とすることができる。
導体配線３０５および光反射部３０３は、焼成されたタングステン（平均粒径約１μｍ）含有の樹脂ペースト（粘度約３００００ｐｓ）がＡｇにより被覆されて構成されている。
【０１３３】
ＬＥＤチップ２００は、パッケージの凹部底面に設けられる導体配線３０５の表面に絶縁性接着剤を介して固着されている。
このような発光装置は、以下のように形成することができる。
まず、アルミナを主成分としたグリーンシートを所定のサイズで切り出し、セラミック素地２０２の部分を形成する。さらに、タングステン含有の樹脂ペーストを導体配線３０５のパターンに従ってスクリーン印刷する。
また、ＬＥＤチップを収めることが可能な大きさの貫通孔を有するグリーンシートおよび一方の開口方向に内径が広くなる貫通孔を有するグリーンシートを形成する。さらに、形成されたグリーンシートは、タングステン含有の樹脂ペーストが光反射部３０３のパターンに従ってスクリーン印刷されセラミック素地３０４となる。
【０１３４】
このように形成された複数枚のグリーンシートを、貫通孔の中心を揃えた状態で重ね合わせ、真空中で加熱プレスしパッケージの凹部を仮形成する。
パンチングマシーンを使用して通常の方法で０．３ｍφのスルーホールを形成する。ここで、スルーホールは少なくとも正負一対形成され、正負それぞれ二つのスルーホールが対応するように形成される。次に、スクリーン印刷によりタングステン含有樹脂ペーストでスルーホールの孔を埋め、セラミックパッケージの外壁面に露出された導体配線３０６となる部分の印刷を行う。
【０１３５】
積層されたグリーンシートの一方の主面に所定のパターンに従って溝を形成する。ここで、溝は、スルーホールの中心を結ぶ線に沿って、セラミック基板の長手方向の溝と短手方向の溝との間に凹部が含まれるように、マトリックス状に形成される。溝形成後、焼結させることによってセラミックス基板を構成する。このとき、タングステン含有の樹脂ペーストを配した部分は第一の金属層となる。次に、第一の金属層の露出表面に対し、第二の金属層としてそれぞれＮｉ／Ａｇ多層膜を電気メッキする。これにより、光反射部３０３および導体配線３０５が形成され、開口部径２．０ｍｍφ、開口部深さ０．８ｍｍ、のセラミック基板が得られる。
【０１３６】
一方、ＬＥＤチップ２００は、実施例１６に表された電極が形成され、主発光ピークが４５０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体層からなる。つまり、このＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成する。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しＰＮ接合を形成する。（なお、Ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
【０１３７】
エッチングによりＰＮ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法により、図１６で示されるパターンの各電極をそれぞれ形成する。こうして得られた半導体ウエハーに対してスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子としてＬＥＤチップとする。この青色系が発光可能なＬＥＤチップをエポキシ樹脂でセラミックパッケージ凹部内の所定底辺にダイボンディング後、熱硬化により固定させる。その後、金線を導電性ワイヤとして用い、ＬＥＤチップの各電極と、導体配線とにワイヤ−ボンディングさせることにより電気的接続をとる。封止部材の形成材料としてシリコーン樹脂をＬＥＤチップが配置されたセラミック基板の凹部内に注入する。ここで、シリコーン樹脂は、凹部を形成するセラミックパッケージの凹部側壁の上面付近まで注入され硬化される。また、シリコーン樹脂の一部は、硬化される際にセラミックの側壁内部に含浸するか、あるいは上面へ這い上がった状態で硬化される。例えば、発光観測面方向から見て凹部の全周囲にわたって、図２１に示されるようにシリコーン樹脂の一部が凹部側壁上面のセラミックの部分に延在している。その延在している部分は、シリコーン樹脂の粘度やセラミックの焼結の程度により態様が異なるが、例えば、図２１の拡大断面図において延在部分Ｙとして示されるように、凹部からこの凹部を形成する側壁の発光観測面側上面にかけて這い上がっている。また、シリコーン樹脂の一部は、側壁を形成する多孔質なセラミック中に含浸している。その含浸している部分は、シリコーン樹脂の粘度やセラミックの焼結の程度により態様が異なるが、例えば、図２１の拡大断面図において含浸部分Ｘとして示される。
【０１３８】
シリコーン樹脂は、セラミックパッケージの発光観測面側主面をなすセラミック素地３０６に含浸、あるいは凹部から延在している。本実施例で得られる発光装置は、さらにリフローと呼ばれる工程を経て、導電性パターンを施した基板に対して半田を介して実装されるが、ここで、シリコーン樹脂が延在部分Ｙに形成されていること、またセラミック素地に含浸していることで、リフロー時に実装面側に配置される半田は、発光観測面側主面
のシリコーン樹脂にて発光面方向への這い上がりが抑制され、半田同士が接触したり、半田がセラミックパッケージ凹部の開口部を被覆することがない。従って、信頼性が高く外部の実装基板に接続することができる発光装置である。
【０１３９】
実施例２１
この発光装置は、図２３に示すように、封止部材３０７が、光反射部３０３を被覆することなく、ＬＥＤチップ２００を少なくとも被覆するように形成する以外の構成が、実質的に実施例２０の発光装置と同様である。
この場合も、図２３の拡大断面図にＹとして示されるように、セラミックパッケージの凹部側壁上面をシリコーン樹脂が被覆して形成され、さらにこのシリコーン樹脂の一部は、凹部側壁上面を形成するセラミック素地３０４内に含浸し、含浸部分Ｘを形成している。
【０１４０】
なお、この発光装置においては、封止部材中に蛍光物質を含有させてもよい。
蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ0.995Ｇｄ0.005）2.750Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.250蛍光物質を形成する。
【０１４１】
シリコーン樹脂組成物（屈折率１．５３）に、上記蛍光物質（屈折率１．８４）５．５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。こうして得られた硬化性組成物をセラミックパッケージの凹部内に充填させる。最後に、７０℃×２時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、発光素子からの発光と、該発光を吸収し異なる波長を有する光を出光する蛍光物質による蛍光との混色光が発光可能な発光装置とすることができる。特に、図２３における封止部材３０７に蛍光体を含有させることにより、光反射部３０３は、混色光を効率よく発光観測面方向に反射させることができる。
【０１４２】
実施例２２
ｐ型半導体層の上に、９００℃で、水素雰囲気下、ＴＭＧを４ｃｃ、アンモニア３．０リットル、キャリアガスとして水素ガスを２．５リットル導入し、ｐ型クラッド層の上にＭｇを１．５×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を２５０Åの膜厚で成長させ、コンタクト層の表面を、例えば研磨して、表面の面粗さをＲＭＳ値３ｎｍ程度に調整する以外は、実施例１と、実質的に同様の発光装置を作製した。
これにより、実施例１の発光装置と同様の効果のほか、より一層Ｖｆが低下し、面内分布が安定していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明の半導体発光素子は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子に好適に利用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明な導電性酸化物膜を電極として有する半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体発光素子として、基板上にｐ型半導体層およびｎ型半導体が積層され、ｐ型およびｎ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造が知られている。また、ｐ型の半導体層と電気的に接続する電極として、ｐ型半導体層上全面に透光性材料による電極を形成し、その上に金属電極を形成する構造が知られている。
このような構成の半導体発光素子では、光の取り出し効率を向上させるため、ｐ型半導体層上の全面電極として、透明な金属薄膜や、ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等の導電性酸化物膜が用いられている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
しかし、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ自体は、ｎ型の半導体特性を示すことから、必ずしも半導体層とオーミック性が良好ではなく、半導体層の種類、導電型、成膜方法等の種々の要因から、ショットキー障壁が形成され、コンタクト抵抗を増大させることがある。従って、半導体層と導電性酸化物膜との成膜条件や、種類、不純物濃度、導電型等が制限され、あるいは導電性酸化物膜の半導体層へのオーミック性の悪化により電力効率が低下し、光の取り出し効率が低下するという問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、半導体層上に透明な導電性酸化物膜を有する半導体発光素子において、十分な透明性を維持し、光の取り出し効率を向上させながら、半導体層と導電性酸化物膜との間のショットキー障壁を低減し、コンタクト抵抗を最小限に留め、良好なオーミック接続を得ることができる電極を備えた半導体発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体発光素子は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有することを特徴とする。
【０００７】
この半導体発光素子は、導電性酸化物膜が、表面側よりも半導体層側において密度が低いか、表面側において空隙を有しないか、表面側が平坦な膜であることが好ましい。
また、本発明の別の半導体発光素子は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、前記導電性酸化物膜が、前記半導体層側の表面に凹凸を有し、凸部において半導体層と接し、凹部において空隙を有し、前記半導体層側と反対の表面が平坦な膜であることを特徴とする。
【０００８】
上述した半導体発光素子は、導電性酸化物膜が、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜であることが好ましい。
また、微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素とすることができる。
さらに、酸化物膜は、酸素以外の構成元素の２０％以下で微量元素を含むか、半導体層との界面近傍における微量元素が、界面に対向する表面近傍の微量元素よりも濃度が高いか、微量元素の濃度が半導体層側表面から反対の表面にかけて単調減少してなることが好ましい。
特に、導電性酸化物膜がＩＴＯ膜であることが好ましい。
また、導電性酸化物膜は、４００〜６００ｎｍにおいて光の透過率が８０％以上で、比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下、膜厚が１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【０００９】
さらに、複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在することが好ましい。
また、半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなり、特に、第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層であることが好ましい。
【００１０】
さらに、半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、第１導電型半導体層がｎ型の窒化物半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型の窒化物半導体層であり、さらに導電性酸化物膜に接するｐ型の窒化物半導体層が、ｐ型コンタクト層として膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上でＭｇを含有することが好ましい。
【００１１】
また、ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さであることが好ましい。
さらに、導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなることが好ましい。
また、金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉの単層膜又は積層膜又は合金により形成されてなることが好ましい。
さらに、半導体層が窒化物半導体層であることが好ましい。
【００１２】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、（１）半導体層側から表面にかけて空隙を有する導電性酸化物膜を形成する第１の工程と、得られた導電性酸化物膜の上に、前記第１の工程の空隙より少ないか、または空隙を有しない導電性酸化物を形成する第２の工程とを備えるか、（２）導電性酸化物膜を形成する第１工程と、前記導電性酸化物膜を加熱して、導電性酸化物膜の半導体層側及びその近傍に空隙を存在させ、表面側を平坦化する第２工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この半導体発光素子の製造方法では、導電性酸化物膜の加熱により、該導電性酸化物膜の結晶化を促進させることが好ましい。
また、導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜であるか、ＩＴＯ膜であることが好ましい。
さらに、微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素であることが好ましい。
また、空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在することが好ましい。
さらに、半導体層が、窒化物半導体、特に、ｐ型の窒化物半導体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体発光素子によれば、導電性酸化物膜が、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有する、つまり、表面側よりも半導体層側において密度が低いため、導電性酸化物膜と半導体層との接触面積が減少するが、導電性酸化物膜自体の結晶性は良好であるために、ショットキー障壁を低減させ、オーミック性を向上させることができる。従って、電力効率を向上させることができる。しかも、特に、導電性酸化物膜の表面側においては、空隙がなく、密度の高い結晶性の良好な領域が存在するために、横方向に電流を均一に広げることができるとともに、光の散乱を防止し、可視光に対する透過率を良好とすることができ、透明電極としての機能を十分に発揮させることができる。
【００１５】
また、導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である場合には、上述した効果をより確実に発揮させることができる。
さらに、導電性酸化物膜の４００〜６００ｎｍにおける光の透過率が８０％以上である場合には、半導体発光素子から発生した所望の光を効率よく取り出すことができ、有利である。
また、導電性酸化物膜の比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下である場合には、導電性酸化物膜に投入された電流を効率よく半導体層に拡散させることができ、より電力効率が向上するとともに、これに伴って、光の取り出し効率も良好となる。
複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する場合には、表面側における導電性酸化物膜を通る電流を妨げることなく、より抵抗を低減することができる。
【００１６】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなる場合には、オーミック性に優れた電極を得ることができるため、電力効率の低下を防止することができ、低消費電力で明るい発光素子を提供することが可能となる。しかも、オーミック性を確保しながら、透光性を良好に維持することができるため、光の取り出し効率を良好にすることができ、高品質、高性能の発光素子を得ることができる。
【００１７】
導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成され、特に金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌの単層膜又は積層膜により形成される場合には、導電性酸化物膜と金属膜との間に形成されるショットキー障壁を低減させることができるとともに、半田による接着、ワイヤボンディング等が施されるなど、金属膜の形態にかかわらず、金属膜と良好な接着性を確保することができる。なかでもＷ、Ｒｈ、Ｐｔを金属膜として用いる場合には、導電性酸化物膜、特にＩＴＯ膜との密着性がきわめて良好となり、電気的な接続の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、導電性酸化物膜の組成が傾斜していることにより、半導体層との接触抵抗を小さくすることができる。
さらに、ｐ型コンタクト層が、膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上に設定されてなることにより、正電極に対してオーミック性に優れ、接触抵抗を低く抑えることができるコンタクト層を備えた半導体発光素子を得ることができる。また、コンタクト層の成膜時間、熱処理時間等を短縮させることができ、製造工程が簡略化し、プロセスの再現性を向上させ、安価で高品質の半導体発光素子を得ることができる。
【００１９】
特に、ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さに設定されている場合には、正電極との密着性を向上させることがで、ｐ型コンタクト層と正電極とのさらなるオーミック性の向上、接触抵抗の低減を図ることができる。
また、本発明の半導体発光素子の製造方法では、導電性酸化物膜内において、確実に空隙を導入することができ、簡便な製造方法によって、上記の効果を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明における実施例１の半導体発光素子の実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明における実施例１の半導体発光素子における導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図３】実施例１に対する比較例を示す導電性酸化物膜の断面を示す図である。
【図４】本発明における実施例８の半導体発光素子を用いた発光装置を示す正面図である。
【図５】本発明における実施例８の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図６】本発明における実施例８の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図７】本発明における実施例８の半導体発光素子の電極形状を説明するための平面図である。
【図８】本発明における実施例８の半導体発光素子の別の電極形状を説明するための平面図である。
【図９】本発明における実施例１１の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１０】図９の半導体発光素子の部分断面図である。
【図１１】本発明における実施例１２の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１２】本発明における実施例１３の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１３】図１２の半導体発光素子のＸ−Ｘ’線断面図である。
【図１４】本発明における半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。
【図１５】本発明における実施例１４の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１６】本発明における実施例１５の半導体発光素子のさらに別の電極形状を説明するための平面図である。
【図１７】本発明における実施例１６の半導体発光素子を用いた発光装置を示す断面図である。
【図１８】本発明における実施例１７の半導体発光素子を用いた発光装置を示す断面斜視図である。
【図１９】本発明における実施例１８の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図である。
【図２０】本発明における実施例１９の半導体発光素子を用いたさらに別の発光装置を示す断面図である。
【図２１】本発明における実施例２０の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図及び部分拡大図である。
【図２２】図２１の発光装置に用いたセラミックパッケージの平面図である。
【図２３】本発明における実施例２１の半導体発光素子を用いた別の発光装置を示す断面図及び部分拡大図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の半導体発光素子は、上述したように、半導体層上に導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される。
【００２２】
半導体層上に形成される導電性酸化物膜は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む膜である。具体的にはＺｎＯ、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯが挙げられる。なかでも、ＩＴＯ膜が好ましい。
この導電性酸化物膜は、この膜を構成する酸素以外の元素（元素Ｃ）のほかに、この構成元素（元素Ｃ）とは異なる元素(元素Ｄ)が、微量で含有されていてもよい。ここで微量元素Ｄとは、例えば、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択することができ、１種でもよいし、２種以上でもよい。微量元素Ｄは、導電性酸化物膜の酸素以外の構成元素（元素Ｃ）に対して２０％以下であることが好ましい。また、この微量元素Ｄは、半導体層側とその表面側とで濃度が異なっていることが好ましく、半導体層側のほうが表面側に比較して濃度が高いことがより好ましい。さらに、導電性酸化物膜において、微量元素Ｄの濃度が半導体層側から表面にかけて単調減少していることが好ましい。これにより、半導体層とのオーミック性をより向上させることができるとともに、結晶性にも優れた導電性酸化物膜となる。また、構成元素は、基本的に酸化物を構成する元素、特に、酸素以外の元素を意味し、微量元素を含む場合、酸素以外の元素のおよそ８０％以上１００％より少ない元素のことをいう。
【００２３】
この導電性酸化物膜は、例えば、図２に示すように、半導体層との界面近傍において複数の空隙を有している。言い換えると、半導体層との界面近傍においてのみ、多孔質の状態となっており、導電性酸化物膜の表面側に比較して密度が低い。空隙は、例えば、直径２０〜２００ｎｍ程度が挙げられる。また、密度としては、導電性酸化物膜の表面側の９０〜３０％程度が挙げられる。このような導電性酸化物膜の状態は、例えば、断面を透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）により観察する方法、走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）により観察する方法、電子回折パターンを測定する方法、超薄膜評価装置で観察する方法等によって測定することができる。
【００２４】
なお、導電性酸化物膜の表面側は結晶性が良好で、透明な膜として形成されている。特に表面側は平坦な膜であることが好ましく、図３に示すような全体に空隙を有する導電性酸化物膜に対し、図２に示すような表面側が平坦な導電性酸化物膜の方が、導電性酸化物膜全体に見て、導電性がよく、透光性にも優れている。また、導電性酸化物膜の半導体側の空隙を有する領域においては、部分的にアモルファスな領域を有していてもよいが、アモルファスな状態ではなく、透明な膜又は略透明な膜として形成されていることが好ましい。
【００２５】
この半導体層との界面近傍における空隙を有する領域は、半導体層との界面から、導電性酸化物膜の全膜厚の１０〜５０％の範囲に存在することが適当である。このように半導体層側にのみ空隙が存在することにより、半導体層とのオーミック性を確保しながら、透光性を良好にすることができる。なお、導電性酸化物膜の全膜厚は、特に限定されるものではないが、半導体層側界面近傍での適当な空隙の生成と、比較的低い抵抗と、導電性酸化物膜での光吸収ロス、さらに光取り出し効率を考慮して、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度が挙げられる。また、空隙を有する領域の膜厚は、１０〜５００ｎｍ程度が挙げられる。特に、熱処理する場合には、導電性酸化物膜の膜厚が、１００ｎｍより小さいと、半導体層側界面近傍の空隙が得られない傾向にある。また導電性酸化物膜を低抵抗な膜として機能するには、１０００ｎｍ程度あれば十分であり、１０００ｎｍより大きいと、導電性酸化物膜での光吸収ロスが大きくなり、光取り出し効率が低下してしまうので、１０００ｎｍ以下とする。
【００２６】
また、導電性酸化物膜は、可視光のみならず、例えば、上述した窒化ガリウム系化合物半導体による活性層から発生する光、つまり波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜５６０ｎｍ、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長の光を吸収することなく、効率よく、例えば、透過率が９０％以上、あるいは８５％以上、８０％以上で透過させることができるものであることが好ましい。これにより、意図する波長の半導体発光素子の電極として利用することができる。さらに、導電性酸化物膜は、例えば、比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０-4〜１×１０-6Ωｃｍ程度であることが好ましい。これにより、電極として有効に利用することができる。
【００２７】
導電性酸化物膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。
【００２８】
具体的には、スパッタ法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、ＩＴＯ成膜用のターゲットのほかに、Ｉｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットを用い、途中でＩｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットに切り替える方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇または低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜途中から照射する方法等が挙げられる。
【００２９】
さらに、イオンプレーティング法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜途中から、酸素ガスをプラズマ化させてこの酸素プラズマをＩＴＯ膜中に取り込ませて成膜する方法、ＩＴＯの微粒子を溶媒に溶解又は分散、懸濁させてスプレー法、スピンコート法、ディップ法により成膜する際に、ＩＴＯを含有する溶液等のＩｎ含有量又は酸素含有量を変化させた複数種類の溶液等を用いるか、乾燥又は焼成時の雰囲気、温度等を制御する方法、ＣＶＤ法によりＩＴＯ膜を形成する際に、酸素ガス又は原料酸素含有ガスの流量を制御する方法が挙げられる。
【００３０】
加えて、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を形成した後、例えば、還元性ガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、導電性酸化物膜の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法等が挙げられる。
さらに、導電性酸化物膜を空隙を有した（密度が低い）状態で成膜し、その上に、その膜よりも空隙が少ない又は空隙がない状態（密度が高い）で導電性酸化物膜を成膜／積層する方法でもよい。
また、導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を途中まで形成した後、熱処理し、引き続き成膜し、熱処理するなどの多段階での熱処理を利用してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。またＩＴＯ膜を成膜後の処理としては電子線照射やレーザアブレーションを利用してもよい。さらに、これらの方法を任意に組み合わせてもよい。
【００３１】
このような熱処理を行うことにより、膜厚方向の全てにわたって空隙を有するか、空隙を有さないか、あるいは半導体層側において空隙を有し、表面側には空隙を有さず、平坦化された膜とするがその程度が十分でない膜を形成した場合であっても、確実に半導体側において空隙を存在させ、表面側を平坦化することができる。しかも、膜全体の結晶化を促進させて、透明性、導電性を向上させることができる。た、微量元素Ｄを有する導電性酸化物膜では、特にアニール処理をすることにより、空隙が形成されると共に、空隙を有する半導体層側が、空隙を有しない表面側と比べて微量元素Ｄが多くなる傾向にある。これはアニール処理により、微量元素Ｄが移動しているものと考えられ、空隙を有する半導体層側に微量元素Ｄが多く存在すると、オーミック性が良好になり、またＶｆも低下するので好都合である。
【００３２】
なお、上述した導電性酸化物膜は、半導体発光素子において、少なくともｐ型半導体層上に略全面を覆う全面電極として形成されていることが好ましい。通常、ｐ型半導体層上へ導電性酸化物膜はオーミック性を得にくいが、上述したような導電性酸化物膜とすることにより、良好なオーミック性を得ることができる。また、導電性酸化物膜は、ｎ型半導体層に形成されていてもよく、さらにｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されていてもよい。
【００３３】
導電性酸化物膜上に形成される金属膜は、その種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉ等の単層膜又は積層膜又は合金が挙げられる。さらに、導電性酸化物膜、特に、ＩＴＯ膜との密着性が良好なもの、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ｐｔの単層膜又は積層膜が好ましい。また、この金属膜は、半田により接着され又はワイヤボンディングされたパッド電極等として機能し得るものであることが好ましい。
【００３４】
なお、導電性酸化物膜が、後述するようなｐ型半導体層及びｎ型半導体層の双方上に形成されている場合の金属膜は、その種類、積層構造、膜厚等が異なっていてもよいし、同じでもよい。双方とも同じ金属膜が形成されていれば、製造工程が簡略化され、結果的に安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００３５】
金属膜は、例えば、半導体層側から、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ１００ｎｍ／２００ｎｍ／５００ｎｍ）；Ｐｔ、Ａｕのそれぞれをスパッタリングにより順に積層させたＰｔ／Ａｕ電極（その膜厚として、例えばそれぞれ２０ｎｍ／７００ｎｍ）等が挙げられる。金属膜の最上層をＡｕとすることによって、Ａｕを主成分とする導電性ワイヤ等と良好な接続を確保することができる。また、ＲｈとＡｕの間にＰｔを積層させることによって、Ａｕ又はＲｈの拡散を防止することができ、電極として信頼性の高い電気的な接続を得ることができる。また、Ｒｈは、光反射性およびバリア性に優れ、光取り出し効率が向上するため好適に用いることができる。なかでも、Ｐｔ／Ａｕ（フェイスアップの場合）、Ｒｈ／Ａｕ（フェイスダウンの場合）の積層膜が好ましい。
【００３６】
本発明の半導体発光素子における半導体層は、特に限定されるものではなく、シリコン、ゲルマニウム等の元素半導体、III−Ｖ族、II-VI族、VI-VI族等の化合物半導体等が挙げられる。特に、窒化物半導体、なかでも、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。半導体層は、単層構造でもよいが、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造であってもよく、超格子構造や、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造であってもよい。また、ｎ型、ｐ型のいずれかの不純物がドーピングされていてもよい。この半導体層は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。
【００３７】
通常、このような半導体層により、半導体発光素子、例えば、ＬＥＤ、レーザーダイオード等の当該分野で公知の素子が構成されている。具体的には、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成される。なお、第１導電型とはｎ型又はｐ型、第２導電型とはｐ型又はｎ型を意味する。
【００３８】
この種の半導体発光素子を形成する基板としては、サファイア等の絶縁性基板、窒化物半導体等の導電性基板を用いることができる。なかでも、絶縁性基板が好ましい。なお、絶縁性基板を最終的に取り除かない場合、通常、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成されることになり、フェイスアップ実装（すなわち半導体層側を主光取出し面とする）、フリップチップ実装（フェイスダウン実装：半導体素子とサブマウント部材のような支持基板とを電気的および機械的に接続する実装方法であって、同一面側に正負両電極が設けられている半導体発光素子の電極形成面を支持基板の導電パターンに対向させ、導電性部材を介して接合する実装方法、すなわち基板側を主光取出し面）のいずれでもよい。この場合、ｐ電極及びｎ電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）がそれぞれ形成され、このメタライズ層がサブマウント上に設けられた正負一対の外部電極とそれぞれ接続され、さらにサブマウントに対してワイアなどが配線される。また、最終的に基板を除去して、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装のいずれに用いてもよい。なお、基板としては、サファイアに限定されず、例えば、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の基板を用いることができる。また、基板としてＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることによりｐ電極及びｎ電極を対向して配置してもよい。
【００３９】
なお、本発明の半導体発光素子を構成する半導体層としては、次の（１）〜（５）に示すような積層構造が挙げられる。
【００４０】
（１）膜厚が２００ÅのＧａＮよりなるバッファ層、膜厚が４μｍのＳｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、膜厚が３０ÅのアンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる単一量子井戸構造の発光層、膜厚が０．２μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型クラッド層、膜厚が０．５μｍのＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層。
【００４１】
（２）膜厚が約１００ÅのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚：３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚：６４０Å）、膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層とが繰り返し交互に６層ずつ積層され、さらに膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁が形成された多重量子井戸構造の発光層（総膜厚：１９３０Å）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されて、さらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚：３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００４２】
（３）膜厚が約１００オングストロームのＡｌＧａＮからなるバッファ層、膜厚１μｍのアンドープＧａＮ層、膜厚５μｍのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層と、３００ÅのＳｉを４．５×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなる中間層と、５０ÅのアンドープＧａＮからなる上層との３層からなるｎ側第１多層膜層（総膜厚３３５０Å）、アンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０ÅとアンドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる窒化物半導体層を２０Åとが繰り返し交互に１０層ずつ積層されてさらにアンドープＧａＮからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｎ側第２多層膜層（総膜厚）６４０Å）、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層（総膜厚１９３０Å）（繰り返し交互に積層する層は３層〜６層の範囲が好ましい）、Ｍｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０ÅとＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる窒化物半導体層を２５Åとが繰り返し５層ずつ交互に積層されてさらにＭｇを５×１０19／ｃｍ3含むＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる窒化物半導体層を４０Åの膜厚で形成された超格子構造のｐ側多層膜層（総膜厚３６５Å）、膜厚が１２００ÅのＭｇを１×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ側コンタクト層。
【００４３】
さらに、ｎ側に設ける３０００ÅのアンドープＧａＮからなる下層を、下から１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第1の層と１００ÅのＳｉを５×１０17／ｃｍ3含むＧａＮからなる第２の層と１５００ÅのアンドープＧａＮからなる第３の層とからなる３層構造の下層にすることで、発光素子の駆動時間経過に伴うＶfの変動を抑えることが可能となる。
【００４４】
（４）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを６．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを２．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し５層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚：１０００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを５．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。このように３０〜１００Å、好ましい膜厚として５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。
【００４５】
（５）バッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉを１．３×１０19／ｃｍ3含むＧａＮからなるｎ側コンタクト層、アンドープＧａＮ層（以上が総膜厚６ｎｍのｎ型窒化物半導体層）、Ｓｉを３．０×１０18／ｃｍ3含むＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とを繰り返し７層ずつ交互に積層された多重量子井戸の活性層（総膜厚：８００Å）、膜厚が１３００ÅのＭｇを２．５×１０20／ｃｍ3含むＧａＮからなるｐ型窒化物半導体層、さらに透光性導電層とｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ層を５０Åの膜厚で有してもよい。このように３０〜１００Å、好ましい膜厚として５０ÅのＩｎＧａＮ層を設ける場合、この層が正電極と接することとなり、ｐ側コンタクト層となりうる。
【００４６】
特に、導電性酸化物膜に接する窒化物半導体層は、ｐ側コンタクト層として、窒化物半導体層と電気的に接続される正電極とのコンタクトを良好とするために用いられる。この層は、通常、例えば、ｐ型の窒化物半導体層として、ｐ型コンタクト層とすることが好ましく、ｐ型半導体層で例示した材料の中から適宜選択して、ｐ型半導体層よりも低い抵抗の層とすることが好ましい。なお、ｐ側コンタクト層は、クラッド層やその他の層としての機能を有していてもよい。ｐ側コンタクト層には、ｐ型の不純物がドーピングされていることが好ましい。ドーパントとしては、特に限定されるものではなく、ｐ型コンタクト層の材料によって、ｐ型の導電性を示す元素を用いることが適当である。例えば、ｐ側コンタクト層が窒化物半導体、つまり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ又はこれらの混晶（例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）等である場合には、ｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ等が挙げられ、なかでも、Ｍｇが好ましい。ドーピング濃度は、例えば、１．５×１０20ｃｍ-3程度以上であり、好ましくは、１．５×１０20〜１×１０22ｃｍ-3程度が挙げられる。不純物のドーピングは、成膜と同時に行ってもよいし、成膜後、気相拡散、固相拡散、イオン注入等によって行ってもよい。
【００４７】
ｐ型コンタクト層の膜厚は、２５０Å以下であり、好ましくは、５０〜２５０Å程度が挙げられる。また、ｐ型コンタクト層は、その表面の面粗さがＲＭＳ（root mean squre;自乗平均粗さ）値３ｎｍ程度以下、さらに２ｎｍ程度以下に設定されていることが好ましい。ｐ型コンタクト層の表面粗さを調整する方法としては、ｐ型コンタクト層の表面を研磨する方法、ＲＩＥ法によりエッチングする方法などが挙げられる。なお、ＲＭＳは、例えば、原子間力顕微鏡（セイコーインスツルメンツ社製：SPI3800N及びSPA300）を用いて測定することができる。
【００４８】
また、本発明の半導体発光素子は、発光素子から光の一部をそれとは異なる波長の光に変換する光変換部材を有していてもよい。これにより、発光素子の光を変換した発光装置を得ることができ、発光素子の発光と変換光との混色光などにより、白色系、電球色などの発光装置を得ることができる。本発明の導電性酸化物膜と光変換部材とを備えた半導体発光素子または発光装置とすることで、導電性酸化物膜の空隙により光が散乱される傾向にあることから、光変換部材の量を従来に比べて減らしても、白色や電球色など所望の発光を得ることが可能となる。
【００４９】
光変換部材としては、Ａｌを含み、かつＹ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含むアルミニウム・ガーネット系蛍光体、さらに希土類元素から選択された少なくとも一つの元素を含有するアルミニウム・ガーネット系蛍光体等が挙げられる。これにより、発光素子を高出力で高発熱での使用においても、温度特性に優れ、耐久性にも優れた発光装置を得ることができる。
また、光変換部材は、（Ｒｅ1-xＲx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12（０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｓｍからなる群より選択される少なくとも一種の元素であり、ＲはＣｅ又はＣｅとＰｒである）で表される蛍光体であってもよい。これにより上記と同様に、高出力の発光素子において、温度特性、耐久性に優れた素子とでき、特に、活性層がＩｎＧａＮである場合に、温度特性において黒体放射に沿った変化となり、白色系発光において有利となる。
【００５０】
さらに、光変換部材は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で賦活された窒化物系蛍光体であってもよい。具体的には、一般式ＬXＳｉYＮ(2/3X+4/3Y)：Ｅｕ若しくはＬXＳｉYＯZＮ(2/3X+4/3Y-2/3Z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ若しくはＣａ、又は、Ｓｒ及びＣａのいずれか。）が挙げられる。これにより上記蛍光体と同様に、高出力の発光素子において、優れた温度特性、耐久性を得ることができる。なかでも、酸化窒化珪素化合物が好ましい。また、上述したアルミニウム・ガーネット系蛍光体と組み合わせることで、両者の温度特性が相互に作用して、混合色の温度変化が小さい発光装置とできる。
【００５１】
また、本発明の半導体発光素子においては、金属膜はパッド電極として用いるだけでなく、さらにパッド電極から突出する補助電極を設けることが好ましい。これにより、活性層全体を効率よく発光させることができ、特に本発明の半導体発光素子をフェイスアップ実装で設けるときに効果的である。なお、このパッド電極の構成については、以下の実施例において詳細に説明する。
【００５２】
さらに、本発明の半導体発光素子においては、導電性酸化物膜及び／又は金属膜は、種々の形状、例えば、円形；四角形等の多角形；くし型；ストライプ型等の形状で形成してもよい。特に、導電性酸化物膜及び／又は金属膜が半導体層の全面にわたって形成されている場合には、半導体層、特に発光層の面積が比較的大きな半導体発光素子を得ることができ、発光素子全面にわたって均一な発光を得ることができる。導電性酸化物膜及び／又は金属膜の形状は、以下の実施例においてその詳細を説明する。
【００５３】
また、本発明の半導体発光素子は、上述したように、フェイスアップ実装、フェイスダウン実装等を実現する種々のパッケージを適用することができる。つまり、半導体層と反対側の表面に空隙がなく、結晶性がよい導電性酸化物膜を利用することにより、ワイヤボンディングのための半田（フェイスアップ）やバンプ（フェイスダウン）による電気的な接続の際に、導電性酸化物膜及び／又は金属膜にダメージを低減させ、密着性も良好であることから、半導体発光装置としての寿命を向上させることができる。つまり、半導体層と反対側の表面が、複数の空隙を有する半導体層側の導電性酸化物膜に対して、密度の高い導電性酸化物膜であることで、半導体発光装置としての寿命を向上させることができる。その結果、オーミック性の良好な本発明の導電性酸化物膜において、導電性酸化物膜と半導体層とのオーミック性を良好な状態で実装することができ、さらに導電性酸化物膜の良好な透光性によって光取り出し効率を向上させた半導体発光素子を実装した発光装置を得ることができる。導電性酸化物膜及び／又は金属膜の形状は、以下の実施例においてその詳細を説明する。
【００５４】
以下に、本発明の半導体発光素子を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施の形態の半導体発光素子を図１に示す。
この半導体発光素子１０は、サファイア基板１の上に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とが交互に３〜６回積層された多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。
【００５５】
ｎ型半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型半導体層４が除去され、さらにｎ型半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層２上にｎ電極７が形成されている。
【００５６】
ｐ型半導体層３上には、ほぼ全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物膜５が形成されており、この導電性酸化物膜５の一部上にパッド電極６が形成されている。なお、導電性酸化物膜５は、半導体層側において、膜中に複数の空隙が形成されている。
【００５７】
このような半導体発光素子は、以下の製造方法により形成することができる。
＜半導体層の形成＞
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層５を６４０Å、ＧａＮ層（２５０Å）とＩｎＧａＮ層（３０Å）とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製した。
【００５８】
＜エッチング＞
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化した。
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させた。
【００５９】
＜ＩＴＯ膜の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ2Ｏ3とＳｎＯ2との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、酸素ガス雰囲気中、スパッタガスとしてアルゴンガスと酸素との混合ガス（２０：１）で、例えば、ＲＦパワー１０Ｗ／ｃｍ2で２０分間スパッタリングし、引き続き、ＲＦパワーを２Ｗ／ｃｍ2に変更して２０分間スパッタリングすることにより、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ＩＴＯよりなる導電性酸化物膜５を５０００Åの膜厚で形成した。
得られた導電性酸化物膜５は良好な透光性を有し、サファイア基板１まで透けて観測できた。
【００６０】
＜パッド電極の形成＞
導電性酸化物膜５上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上にＷ層、Ｐｔ層およびＡｕ層をこの順に積層し、リフトオフ法により、ボンディング用のパッド電極６を総膜厚１μｍで形成した。
【００６１】
その後、ｎ型コンタクト層の上に、Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ電極７を７０００Åの膜厚で形成した。
次いで、アニール装置にて４００〜６００℃程度で熱処理を施した。
得られたウェハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１０を得た。
【００６２】
以上のようにして形成した半導体発光素子の断面をＳＴＥＭ（日本電子製：ＪＥＭ―２０１０Ｆ）により観察した。その際の断面の状態を図２に示す。
図２から、ＩＴＯ膜は、半導体層側の界面近傍においてのみ、２０〜２００ｎｍ程度の複数の空隙が形成されており、表面側では、密に良好な結晶状態であることが確認された。また、空隙が形成された領域は、ＩＴＯ膜の全膜厚の５０％程度であった。さらに、ＩＴＯ膜自体は、透明であり、結晶性が良好であることが確認された。
また、ＩＴＯ膜におけるＳｎ濃度をオージェ電子分光分析装置（日本電子株式会社：JEOL Ltd.のＪＡＭＰ−７５００Ｆ）を用いて測定したところ、半導体層との界面近傍のほうが、表面側に対して高濃度で分布しているとともに、半導体層側から表面側かけて、徐々に濃度分布が低くなる傾向を示していることが観察された。なお、Ｓｎ濃度は、ＩＴＯ膜の表面側からＡｒ+を、スパッタレート３０ｎｍ／分、加速エネルギーが３ｋｅＶで照射し、デプスプロファイルを測定した後、そのピーク強度を、インジウム、スズ等の各元素が有する相対感度係数（装置固有の値）で除算することにより、定量的に求められた値である。
【００６３】
比較例Ａとして、ＩＴＯ膜の成膜工程において、室温にて、ＲＦパワーをＩＴＯ膜の成膜中１０Ｗ／ｃｍ2と一定として２０分間スパッタリング（膜厚４０００Å）し、熱処理を行わなかった以外、実施例１と同様の方法によりＩＴＯ膜を形成した。
この半導体発光素子をＳＴＥＭ（日本電子製：ＪＥＭ―２０１０Ｆ）により同様に観察した。その断面の状態を図３に示す。
図３から、ＩＴＯ膜は、膜厚方向の全体にわたって小さな穴が存在し、膜厚方向全体において結晶性が悪く、透過率が低かった。
【００６４】
また、比較例Ｂとして、成膜温度３００℃で、その他は比較例Ａと同様に２０分間スパッタリングし、膜厚４０００ÅのＩＴＯ膜を形成した。得られた膜は、空隙を有しておらず、膜方向の全てにおいて密であった。
なお、比較例Ａで得られた図３のＩＴＯ膜について、実施例１と同じ条件で熱処理を施したところ、図２に示すＩＴＯ膜とほぼ同様に、半導体層側の界面近傍においてのみ、２０〜２００ｎｍ程度の複数の空隙が形成され、表面側では、密に良好な結晶状態である膜が形成されたことが確認された。
また、比較例Ｂで得られたＩＴＯ膜については、熱処理によっては、その構造に変化は見られなかった。
【００６５】
このようなことから、本発明の導電性酸化物膜の構成により、ＩＴＯ膜と半導体層との間の電流密度を増加させることにより、ショットキー障壁を小さくし、ＩＴＯ膜と半導体層とのコンタクト抵抗を低減させることができる。また、ＩＴＯ膜内において、電流を面内方向へ均一に広げることができ、さらに、ＩＴＯ膜から半導体層全体へ電流を均一に広げることができ、活性層を効率的に発光させることが可能となる。
しかも、ＩＴＯ膜は、表面側において、密で結晶性が良好となり、光の散乱を防止しながら、透光性を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
得られた半導体発光素子の特性について評価したところ、本願発明の発光素子では、２０ｍＡのときのＶｆが３．５Ｖになることが確認された。また、比較例Ｂとして、ＩＴＯ膜の半導体層側の界面近傍において、空隙がなく、ＩＴＯ膜の全体において密に良好な結晶状態のＩＴＯ膜が形成された発光素子では２０ｍＡのときのＶｆが３．６Ｖであった。
また、比較例ＢにおけるＩＴＯ膜では、半導体層とのオーミック性が不良であり、Ｖｆも安定せず、比較的大きな値であった。
【００６６】
実施例２
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、成膜初期は、スパッタガスとして、アルゴンガスを用い、その後、スパッタガスをアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスに変更する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
なお、成膜時のスパッタガスの圧力を０．０１〜０．５Ｐａ程度とした場合に、成膜途中以降の酸素ガスの分圧は、１×１０-4〜１×１０-2Ｐａ程度とする。また、アルゴンガスで２０分間程度成膜し、その後、アルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスを用いた成膜時間は５分間程度とする。
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００６７】
実施例３
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程においてＩＴＯ膜を成膜した後、あるいは、実施例１における製造工程において、室温にてＲＦパワーを一定に保ちながら５０００ÅのＩＴＯ膜を形成した後、還元ガス雰囲気下（例えば、水素ガス雰囲気下）にて、例えば、５００〜６００℃でランプアニールによって処理することにより、実施例１と実質的に同様の構成の半導体発光素子を得る。
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００６８】
実施例４
この実施例の半導体発光素子は、実施例１における製造工程において、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタ法に代えて、真空蒸着法を利用する以外は、実質的に実施例１と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
ｎ型コンタクト層の一部を露出させたウェハを、真空蒸着装置に入れ、ウェハ温度を１００℃に維持しながら、ＳｎＯ2が１０％のＩＴＯを電子銃で加熱、蒸発させて、ＩＴＯ膜を成膜する。成膜中、ウェハ温度を３００℃まで、１０秒間で急激に上昇させて、膜厚が５０００ÅのＩＴＯ膜を形成する。
【００６９】
得られた半導体発光素子においても、実施例１と同様に、オーミック性が良好で、透光性がよく、光の取り出し効率を向上させることができ、この電極側を発光観測面とすることができる。
【００７０】
実施例５
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、イオン銃を利用して、成膜初期にのみ、ウェハ表面（ｐ型半導体層）に酸素イオンを１０12個／ｃｍ2程度で照射する以外は、実質的に実施例４と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７１】
実施例６
この実施例の半導体発光素子は、実施例４における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を室温に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒、さらに、５Å／秒に減少させ、その後、ＩＴＯ膜を加熱して透明化させる以外は、実質的に実施例５と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７２】
実施例７
この実施例の半導体発光素子は、実施例５における製造工程において、真空蒸着法によりＩＴＯ膜を形成する際に、ウェハ温度を３００℃に維持しながら、成膜初期の成膜レートを５０Å／秒とし、その後、５Å／秒に減少させる以外は、実質的に実施例５と同様の方法により、同様の構成の半導体発光素子を得る。
【００７３】
実施例８
図４は、本実施例の表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００を発光観測面側（即ち、パッケージ１０６の主面方向）から見た模式的な正面図を示す。図４に示すような表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置１００は、ＬＥＤチップ１０７と、このＬＥＤチップ１０７を収納する開口部を備え、ＬＥＤチップ１０７が載置されるリード電極１０５の主面の一部が開口部の底面から露出されてなるパッケージ１０６とを備える発光装置である。さらに、開口部は突出部１１１を有し、開口部の内壁面は、パッケージ１０６の主面の長軸方向に延伸する内壁面１０１ａと、短軸方向に延伸し互いに対向する一対の内壁面１０２と、長軸方向に延伸する内壁面１０１ａに対向する内壁面１０１ｂと、内壁面１０１ａに対向し、突出部１１１に設けられる内壁面１０１ｃと、この内壁面１０１ｂから内壁面１０１ｃにかけて所定の角度を付けて連続して設けられる内壁面１０４とを有する。
【００７４】
パッケージ１０６主面の開口部は、発光装置１００と導電性パターンを施した外部の支持基板との実装面にほぼ垂直に設けられ、発光装置は実装面にほぼ平行な方向に発光素子からの光を出光する。さらにパッケージ１０６は、開口部の一部が実装面方向に突き出た突出部１１１を有し、この突出部に含まれる内壁面は、対向する一対の内壁面１０４と内壁面１０１ｃである。ここで、突出部１１１は、図４において、開口部の一部に網掛け領域として示される。この突出部１１１の底面にはリード電極１０５主面が延伸し、ＬＥＤチップ１０７の一部分が載置されている。
また、パッケージ１０６の外壁面から突出しているリード電極１０３の実装面側の面は、上記突出部１１１を形成する内壁面１０１ｃに対向する外壁面とほぼ同一平面上となるように、パッケージの主面方向に折り曲げられている。さらに、リード電極１０３の端部は、実装面と反対方向へパッケージの外壁面に沿って折り曲げられている。このようにリード電極１０３を配置することによって、従来と比較して小型化が可能な発光装置とし、外部の基板に対して安定に実装することができる。
【００７５】
本実施例にかかるＬＥＤチップは、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的に説明すると、ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００７６】
ＬＥＤチップの素子構造としてはサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、次に発光層（バリア層となるＧａＮ層、井戸層となるＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとし、これを５セット積層させた多重量子井戸構造）が形成されている。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層が順次積層されている（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層としてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある）。
【００７７】
エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。
ｎ型コンタクト層は、１つの辺の中央部において、ｐ型半導体層５２及び活性層の一部をエッチングにより除去してｎ型コンタクト層５１が露出した切り欠き部５１ａを設けることにより露出され、その切り欠き部５１ａに、ｎ電極５３として、スパッタリング法を用いてＷ／Ｐｔ／Ａｕを含む負極パッド電極を形成する。
ｐ型コンタクト層上全面にはＩＴＯによる透光性電極を形成した後に、この透光性電極の一部上にパッド電極を形成する。このＩＴＯ膜は実施例１と同様の方法により形成しており、半導体層側の界面近傍においてのみ、複数の空隙が形成され、表面側では密に良好な結晶状態となっている。
【００７８】
ｐ側パッド電極５５は、透明電極５４上におけるｎ電極が近接する辺に対向する辺に隣接する位置に形成される。また、ｐ側パッド電極５５には２つの線上の補助電極５６が接続され、その補助電極５６はｐ側パッド電極５５の両側のｐ側パッド電極５５が隣接する辺に沿って伸びている。これにより、ｐ側パッド電極５５とｎ電極５３間に位置する活性層を効率よく発光させることができる。さらにｐ側パッド電極５５に接続された補助電極５６を透明電極５４上に電気的に導通するように形成することにより、効果的にｐ層全体に電流を拡散させ、発光層全体を効率よく発光させることができる。しかも、ｐ側パッド電極５５及び補助電極５６の周辺部において輝度の高い発光が得られる。したがって、本発明では、補助電極５６の周辺部における輝度の高い発光を効果的に利用することがさらに好ましい。
【００７９】
例えば、図５及び図６に示すように、ｎ電極６３がＬＥＤチップの１つの隅部に２つの辺に近接するように設けられ、ｐ側のパッド電極がｎ電極６３が近接する隅部と対角をなす他の隅部に設けられる場合には、補助電極６６はそれぞれ、円弧状に形成されていることが好ましく、これによってより高輝度でかつより均一な発光が得られる。また、図７に示すように、ｎ電極５３がＬＥＤチップの少なくとも１つの辺に近接するように形成されている場合には、補助電極５６は、ｎ電極５３から等距離になるように円弧状に形成されていることが好ましい。これにより図８に示すように、補助電極５６が直線状に設けられた場合に比較して、より均一な発光分布が得られる。
【００８０】
なお、図５〜８に示す補助電極５６、６６と発光層の縁との間隔は、補助電極５６、６６と、補助電極５６、６６と補助電極５６、６６が沿って形成される発光層及びｐ層の縁との間に上述の輝度の高い発光が得られる周辺部が確保されるように、その縁と補助電極５６、６６との間に間隔を空けることが好ましい。ｎ型コンタクト層のシート抵抗ＲｎΩ／□と、透光性ｐ電極のシート抵抗ＲｐΩ／□とが、Ｒｐ≧Ｒｎの関係を満たしている場合、補助電極５６、６６と発光層の縁との間隔は、輝度の高い発光が得られる周辺部領域を十分確保し（輝度の高い発光が得られるべき領域が外側にはみ出さない）、隣接辺に沿って発光輝度の低い部分が形成されず、全体としての輝度の向上をもたらす観点から、２０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００８１】
このような補助電極は、半導体発光素子に投入された電流を透光性電極全体に拡散させる。得られた半導体ウェハにスクライブラインを引いた後、外力により分割させ半導体発光素子であるＬＥＤチップ（光屈折率２．１）を形成させる。
【００８２】
次に、正及び負からなる一対のリード電極がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージの主面に対向する下面側にあたるゲートから溶融されたポリフタルアミド樹脂を流し込み、硬化して、図４に示すパッケージを形成する。パッケージは、発光素子を収納可能な開口部を有し、開口部底面から正及び負のリード電極が一方の主面が露出されるように一体成形されている。また、開口部内壁面には、内壁面１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、内壁面１０２および内壁面１０４が形成されている。さらに、パッケージの外壁面の一部には、段差を有している。また、パッケージ側面から露出された正及び負のリード電極の各アウタリード部は、発光面と反対側の面の両端部で内側に折り曲げられている。
【００８３】
このように形成された開口部の底面に対し、ＬＥＤチップの一部分が突出部１１１にはみ出すように、エポキシ樹脂にてＬＥＤチップをダイボンドする。ここでダイボンドに用いられる接合部材は特に限定されず、Ａｕ−Ｓｎ合金や導電性材料が含有された樹脂やガラス等を用いることができる。含有される導電性材料はＡｇが好ましく、含有量が８０％〜９０％であるＡｇペーストを用いると放熱性に優れて且つ接合後の応力が小さい発光装置が得られる。
次に、ダイボンドされたＬＥＤチップの各電極と、パッケージ開口部底面から露出された各リード電極とをそれぞれＡｕワイヤにて電気的導通を取る。
次いで、フェニルメチル系シリコーン樹脂組成物１００ｗｔ％（屈折率１．５３）に対して、拡散剤として平均粒径１．０μｍ、吸油量７０ｍｌ／１００ｇである軽質炭酸カルシウム（屈折率１．６２）を３ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。
【００８４】
こうして得られた硬化性組成物をパッケージ開口部内に、開口部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、７０℃×３時間及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、開口部の両端部上面から中央部にかけてほぼ左右対称の放物線状に凹みを有する発光面が得られる。
【００８５】
硬化性組成物の硬化物からなる封止部材は、拡散剤の含有量の多い第一の層と、第一の層より拡散剤の含有量の少ないもしくは含有していない第二の層との２層に分離しており、ＬＥＤチップの表面は第一の層にて被覆されている。これにより、ＬＥＤチップから発光される光を効率良く外部へ取り出すことができると共に良好な光の均一性が得られる。第一の層は、前記開口部の底面から前記ＬＥＤチップの表面にかけて連続して形成されていることが好ましく、これにより、発光面の形状を滑らかな開口部とすることができる。
本実施例の発光装置は、パッケージの開口部に内壁面１０４を有することにより、発光素子からの出光を無駄なく開口部内から発光観測面方向に出光させることができ、従来と比較して薄型化しつつ導光板の光入射面に対して広範囲に光を入射させることができる。
【００８６】
実施例９
上述した実施例において、蛍光物質を含有する封止部材とする以外は、同様にして発光装置を形成する。蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ0.995Ｇｄ0.005）2.750Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.250蛍光物質を形成する。蛍光体を含有させることにより、発光素子からの光と、該発光素子の光の一部が蛍光体により波長変換された光との混色光が得られる発光装置とすることができる。
本発明により得られた白色発光を示し、得られた発光装置の特性について評価したところ、光度が１０１２ｍｃｄである。
なお、比較例として、ＩＴＯ膜の半導体層側の界面近傍において、空隙がなく、ＩＴＯ膜の全体において密に良好な結晶状態のＩＴＯ膜が形成された発光素子を実装したほかは同様にして形成した発光装置では、９７０ｍｃｄである。
【００８７】
実施例１０
上記実施例９により得られる発光装置と、導光板とを組み合わせて面状発光装置を形成する。発光装置と導光板とは、直接接着させる。
この実施例の面状光源は、発光装置と容易に位置決めして得ることができ、従来と比較して薄型化された面状光源とすることができる。また、導光板の光入射面に光を散乱させる切り欠き部分を設けるなどして、発光位置によって発光ムラの生じない面状光源とすることができる。
【００８８】
実施例１１
この実施例の半導体発光素子を、電極形成面側からみた平面図である図９及び図９におけるＸ−Ｘ線の断面図である図１０に示す。なお、図１０は、ｐ側電極２０のパッド部２０ｂ（以下、「ｐ側パッド部」ともいう）近傍の断面図であり、ｐ側電極２０が設けられた第１の領域の半導体積層構造と、第２の領域に設けられた凸部２９との位置関係を示している。
この半導体発光素子は、ｐ側電極２０及びｎ側電極１９が同一面側に設けられており、観測面側を電極形成面側とした電極形成面側から光を取り出す構成である。
半導体発光素子を構成する半導体積層構造は、上述した半導体積層構造の（２）と同様であり、サファイア基板１１上にＧａＮバッファ層１２、ノンドープＧａＮ層１３、ｎ型コンタクト層となるＳｉドープＧａＮ層１４、ｎ型クラッド層となるＳｉドープＧａＮ層１５、活性層となるＩｎＧａＮ層１６、ｐ型クラッド層となるＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ｐ型コンタクト層となるＭｇドープＧａＮ層１８が、順次積層された層構造を有する。さらに、ＭｇドープＧａＮ層１８、ＭｇドープＡｌＧａＮ層１７、ＩｎＧａＮ層１６、ＳｉドープＧａＮ層１５、ＳｉドープＧａＮ層１４が部分的にエッチング等により除去され、ＳｉドープＧａＮ層１４の露出面にｎ側電極１９が形成され、ＭｇドープＧａＮ層１８にはｐ側電極２０が設けられている。
【００８９】
ｎ側電極１９は、ｎ型コンタクト層側から順にＷ、Ｐｔ、Ａｕが積層されてなる。
ｐ側電極２０の電流拡散部２０ａ（以下、「ｐ側電流拡散部」ともいう）はｐ型コンタクト層のほぼ全面に形成されており、ｐ型コンタクト層に接して実施例１と同様のＩＴＯ膜によって形成されている。パッド部２０ｂはｎ側電極と同様にＷ、Ｐｔ、Ａｕが順に積層されてなる。
このように、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９とを同一の構成とすることにより、ｐ側パッド部２０ｂとｎ側電極１９の形成工程を１つにすることができる。また、ｎ側パッド電極をｐ側電流拡散部と同様にＩＴＯを用いてもよい。
【００９０】
この実施例では、発光領域（第１の領域）を確保するために、ｐ側電流拡散部２０ａはｎ側電極１９を部分的に囲んでいる。
この半導体発光素子は、複数の凹凸を形成する各凸部２９が第１の領域の周囲を囲んでいる。すなわち、この半導体発光素子は、駆動時に発光する第１の領域の周囲を凸部で囲むことにより、半導体発光素子の電極形成面側表面領域を有効に利用して光取り出し効率及び光指向性の制御を行うことができる。
一般に、半導体発光素子はサファイア等の基板上に各種の半導体層を積層した後に、所定の領域を薄膜化し、その薄膜領域にて個々の半導体発光素子に分割する。この実施例では、凸部を形成するための特別な領域を設けてもよいが、例えば、ウエハーを分割する薄膜領域、又はｎ電極周辺に凸部を複数形成することにより、工程の増加を抑えることができる。すなわち、本来、単に、電極形成面側に設けられるｎ型コンタクト層平面の所望の領域に、本実施の形態の凸部を形成することが好ましい。
【００９１】
ここで、ｎ型コンタクト層は、電極形成面側からみて、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域と、第１の領域と異なる第２の領域から構成され、第２の領域にはｎ電極１９および複数の凸部２９が設けられている。図１０に示すように、第２の領域に設けられた各凸部の頂部は、半導体発光素子断面において、活性層よりもｐ型コンタクト層側、好ましくはｐ型コンタクト層と実質的に同じ高さとなるように構成される。すなわち、凸部の頂部が活性層よりも高くなるように形成されている。また、凹凸底部は活性層よりも低くなるように形成されている。この半導体発光素子はＤＨ構造（ダブルへテロ構造）であるので、凹凸の頂部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より高ければよいが、活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より高いことがより好ましい。また、凹凸の底部は、少なくとも活性層とそれに隣接するｐ側層との界面より低ければよいが、活性層とそれに隣接するｎ側層との界面より低いことがより好ましい。
【００９２】
このように構成することにより、観測面側への光の取り出し効率を例えば１０〜２０パーセント向上させることができる。その理由は明らかではないが、以下の理由１〜３ように考えられる。
すなわち、１．ｎ型コンタクト層内を導波する光がｎ型コンタクト層から凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から光が観測面側に取り出される。
２．活性層端面から側面外部に出射された光が複数の凸部により反射散乱され観測面側へ光が取り出される。
３．ｎ型コンタクト層内を導波する光が凸部の根本（ｎ型コンタクト層と凸部の接続部分）にて乱反射され、観測面側へ光が取り出される。
また、凸部を複数設けることにより、観測面側の全域に渡って均一な光取り出しが可能となる。
【００９３】
さらに、凸部をｐ型コンタクト層を含むように構成することにより、それらの頂部が略同じ高さとなるので、ｐ側電極を有する半導体積層構造が設けられた第１の領域に遮られることなく、凸部頂部から観測面側に効果的に光を取り出すことができる。
また、凸部をｐ型コンタクト層、好ましくはｐ型電極よりも高くなるように構成することにより、より効果的に光を取り出すことができる。
【００９４】
さらに、上記効果は、凸部断面において、半導体積層方向つまりｎ型コンタクト層側からｐ型コンタクト層側に向かって、凸部が徐々に細くなるように傾斜させることで、より大きなものとなる。すなわち、凸部に故意に角度を付けることにより、活性層からの光を凸部表面にて全反射させて、或いは、ｎ型コンタクト層を導波した光を散乱させ、結果として観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。凸部の傾斜角は、３０°〜８０°が好ましく、４０°〜７０°がより好ましい。
【００９５】
凸部断面の形状は円錐、半円等、種々の形状が可能であるが、好ましくは台形、すなわち凸部自体が円錐台形状であることが好ましい。このように構成することにより、光の指向性制御がより容易になると共に、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。ｐ型コンタクト層側から光を取り出し、ｐ側コンタクト層を観測面とする場合に、凸部の観測面側が頂点を含まずに平面を含むことにより、この効果が得られるものと考えられる。
また、凸部断面の形状が台形である場合、台形の上辺（ｐ側）において、さらに凹部を備えることもできる。これにより、ｎ型コンタクト層内を導波してきた光が凸部内部に侵入した際に、凸部の頂部に形成された凹部により、観測面側に光が出射されやすくなるので好ましい。
【００９６】
さらに、この半導体発光素子は、ｎ型コンタクト層の第１の領域に形成された半導体積層構造の出射端面とほぼ垂直をなす方向において、２以上、好ましくは３以上の凸部が少なくとも部分的に重複して配置されていることが好ましい。これにより、第１の領域からの光が高確率で凸部を介することになるので、上記効果をより容易に得ることができる。
この凸部は、ｎ側電極を形成するために、ｎ型コンタクト層を露出する際に、同時に形成することが好ましい。すなわち、本実施の形態の半導体発光素子は、同一面側に、ｐ側電極及びｎ側電極を備える構造であるため、基板上にｐ型コンタクト層までを積層した後に、半導体積層構造のｐ側から少なくともｎ側電極に対応する領域をｎ型コンタクト層が露出するように除去することが必要となる。例えば、ｐ型コンタクト層を積層した後に、レジスト膜を塗布して所望のパターンに露光し、残存するレジスト膜をマスクとして用い、後にｐ側電極を設ける部位（第１の領域）、および凸部を形成すべき部位（第２の領域の一部分）以外をｎ型コンタクト層が露出するまでエッチング等により除去する。これにより、ｎ側電極を形成する露出面を形成すると共に凸部を同時に形成することができるので、工程を簡略化することが可能となる。なお、ここではマスクとしてレジスト膜を用いたが、ＳｉＯ2等の絶縁膜をマスクとしてもよい。
【００９７】
このように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造を備える。しかし、第１の領域に含まれる活性層は発光層として機能するが、第２の領域の凸部に含まれる活性層は発光層として機能しない。これは、第１の領域がｐ側電極を有するのに対して、第２の領域（凸部）にはｐ側電極が形成されていないことによる。すなわち、第１の領域の活性層は通電によりキャリア（正孔及び電子）が供給され得るのに対し、第２の領域に設けられた凸部の活性層には通電によりキャリアは供給されない。このように、この凸部はそれ自体で発光しうるものではない。
また、第１の領域の内部に周囲が完全に第１の領域で囲まれた開口部を設け、各開口部内に発光し得ない複数の凸部を設けることもできるが、この場合、開口部が電流経路を阻害する場合があり素子抵抗が上がるばかりでなく、均一な発光が得られない傾向があるので好ましくない。したがって、本来発光すべき領域（第１の領域）では、発光に必要な少なくともｎ型コンタクト層、活性層、ｐ型コンタクト層が一様に積層され、一様に発光することが好ましく、本来発光しない領域（第２の領域）のみに複数の凸部を設けることが好ましい。いずれにしても、本来発光し得ない領域に複数の凸部を設け、本来発光し得ない領域を有効に利用することにより、上記したような効果を得ることができる。
【００９８】
また、上記のように形成された凸部は、第１の領域における半導体積層構造と同じ積層構造となっており、言い換えれば、凸部が材料の異なる複数層からなっている。材料が異なれば、必然的に、各層の屈折率も異なるので、凸部に取り込まれた光が各界面で反射し易くなり、結果として、観測面側への光取り出し向上に寄与しているものと考えられる。
さらに、本件発明における凸部の数、密度等は特に限定されないが、第２の領域において少なくとも１００個以上、好ましくは２００個以上、さらに好ましくは３００個以上、より好ましくは５００個以上とすることができる。これにより、上記効果をより向上させることができる。なお、電極形成面側から見て、第２の領域における凸部が占める面積の割合（詳細には、第２の領域における、凸部と第２の領域の界面の面積の占める割合）は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。なお上限は特に限定されないが８０パーセント以下とすることが好ましい。また、１つの凸部と第２の領域の界面の面積は、３〜３００μｍ2、好ましくは６〜８０μｍ2、さらに好ましくは１２〜５０μｍ2とすることができる。
【００９９】
このように、この実施例の半導体発光素子は、横方向（半導体発光素子の側面方向）に出射する光を減少させ、上方向（観測面側）へ選択的に出射させるものである。特に、活性層をそれよりも屈折率の低い層で挟んだ構造（所謂ダブルヘテロ構造）を有する半導体発光素子においては、該屈折率の低い層間で光が閉じ込められてしまい、どうしても側面方向の光が主となってしまう。本件発明はこのような素子に対して特に効果的である。
【０１００】
さらに、半導体発光素子は実際に使用する際は、一般に、例えば、エポキシ樹脂、シリコン樹脂などの有機樹脂からなる封止樹脂でその周囲を封止して使用され、光による樹脂劣化を大幅に軽減することができる。これは、活性層側面からの光が、活性層側面に位置する封止樹脂に集中せずに、複数の凸部により光が分散されることによるものと考えられる。特にエポキシ樹脂は光に対して弱いので、エポキシ樹脂を封止樹脂とした半導体発光素子に特に効果的である。同様に、有機樹脂（例えばナイロン系樹脂）からなる支持体に半導体発光素子を配置した際においても、その支持体自体の寿命を長くすることができる。すなわち、このような半導体発光素子を用いることにより、半導体発光素子側面から出射される光により支持体が劣化するのを大幅に軽減することができる。このような効果は、当然、支持体の表面が半導体発光素子に近いものほどより顕著なものとなる。
なお、この半導体発光素子は、実施例８と同様にして、図８に示す表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置とすることができる。
【０１０１】
実施例１２
この実施例の半導体発光素子は、図１１に示すように、第１の領域における半導体積層構造の形状と、それに伴うｐ側電流拡散部３０ａの形状と、凸部２９の形成領域が異なる他は、実施例１１の半導体発光素子と同様の構成である。
すなわち、この半導体発光素子は、電極配置面側からみて、ｎ側電極１９とｐ側電極３０との間に位置する第１の領域がくびれ部分を有しており、さらにそのくびれ部分に複数の凸部が形成されている。すなわち、電極配置面側からみて、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部との間に位置する第１の領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極のパッド部を結ぶ直線に垂直をなす方向において、第１の領域の両側がくびれ部分を有すると共に、くびれ部分に複数の凸部を備える。これにより、発光および観測面側への光取り出しを効果的に行うことができる。
【０１０２】
具体的には、この半導体発光素子は、ｐ側電極のパッド部３０ｂとｎ側電極１９が直線Ｘ−Ｘ上に配置されている。そして、図１１に示すように、電極形成面側からみて、ｐ側電流拡散部３０ａが直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状をしており、それに伴い半導体発光素子自体の形状も直線Ｘ−Ｘに沿った長手形状としている。また、ｐ側電極のパッド部３０ｂからｎ側電極１９に流れる電流は、その経路が最短になるように主に直線Ｘ−Ｘに流れる。しかし、ｐ側電極のパッド部３０ｂとｎ側電極１９の間のｐ側電流拡散部３０ａのうち、直線Ｘ−Ｘ、ｐ側電極のパッド部３０ｂ、ｎ側電極１９の３箇所から離れた領域には、電流が供給されにくく、その結果、他の領域に比較して発光が弱い。
【０１０３】
この半導体発光素子は、上記事情を考慮して、ｎ側電極１９とｐ側電極のパッド部３０ｂとの間に位置する第１の領域にくびれ部分を設け、本来発光すべき、くびれ部分に対応する領域の半導体積層構造を除去し、さらにそのくびれ部分に複数の凸部を形成することにより、結果として良好な光取り出しが実現可能となる。これは、くびれ部分に相当する発光の弱い領域を除去し、その除去した領域に凸部を設けることにより、強い発光がそのまま側面外部に放出され、その放出された強い発光が凸部を介して観測面側に方向転換するために、光の取り出し、光の指向制御性が向上するものと考えられる。
【０１０４】
また、この半導体発光素子では、ｎ側電極１９と第１の領域との間に凸部２９を形成している。ｎ側電極１９周辺部は比較的発光が強いので、ｎ側電極１９とｐ側電流拡散部３０ａとの間に凸部２９を設けることにより、実施例１１の効果をさらに向上させることができる。
さらに、例えば、ｎ電極及び第１の領域近傍の比較的発光の強い領域に複数の凸部を高密度に設け、それと異なる領域の比較的発光の弱い領域に複数の凸部を低密度に設けてもよい。発光領域の強い領域、弱い領域は半導体発光素子の構造によって異なるが、いずれにしても、発光領域の強度を考慮して、複数の凸部の密度を変化させることにより、より効果的な光取り出し及び指向性制御が可能となる。
なお、この半導体発光素子は、実施例８と同様にして、図８に示す表面実装（ＳＭＤ）型の発光装置とすることができる。
【０１０５】
実施例１３
この実施例の半導体発光素子は、電極側の平面図である図１２及び図１２のＸ−Ｘ‘線の断面図である図１３に示したように、サファイア基板４０上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型層４１、活性層４２及びｐ型層４３がこの順に積層されて構成されている。
ｎ型層４１は、その表面の一部に露出部を有しており、この露出部に、互いに分離された複数のｎライン電極３１が形成されている。
【０１０６】
つまり、ｎ型層４１、活性層４２及びｐ型層４３からなる積層体において、ｐ型層４３及び活性層４２の一部がライン状に除去されることにより複数のスリットＳＬが形成されて、ｎ型層がライン状に露出され、そのスリットＳＬにより露出されたｎ型層上にそれぞれｎライン電極３１が形成される。また、スリットに平行な１つの辺（発光素子の１つの辺：以下第１の辺という。）に沿って、所定の幅にｎ型層が露出され、そこにも１つのｎライン電極３１が形成される。なお、第１の辺に沿って、所定の幅にｎ型層が露出されたｎライン電極が形成されるｎ型層表面を第１領域といい、この第１領域に形成されたｎライン電極を第１ｎライン電極という。また、第１の辺に対向する辺は、第２の辺という。
【０１０７】
この半導体発光素子では、第１領域と複数のスリットＳＬは互いに平行でかつ第１領域とスリットＳＬとの間隔及び隣接するスリットＳＬ間の間隔は互いに等しくなるように形成される。
各ｎライン電極３１はライン状オーミック電極３１ａとそのライン状オーミック電極３１ａの一端に設けられたｎパッド電極３１ｂとによって構成される。各ライン状オーミック電極の一端に設けられたｎパッド電極３１ｂは、第１の辺に直角の１つの辺（第３の辺）に沿って形成される。
【０１０８】
また、ライン状オーミック電極３１ａは、その一端部がｎパッド電極３１ｂを形成するために広く形成され、その上にｎパッド電極３１ｂが形成される。
ｐ側電極は、ｐ型層のほぼ全面に形成された透光性を有するｐオーミック電極３２と、そのｐオーミック電極３２の上に形成された複数の電流拡散電極３３とによって構成される。なお、ｐオーミック電極３２は、透光性電極層として、実施例１と同様のＩＴＯにより形成されている。この電流拡散電極３３はライン状オーミック電極３１ａと平行に形成された複数の拡散ライン電極３３ａとその拡散ライン電極３３ａの一端に設けられたｐパッド電極３３ｂとによって構成される。拡散ライン電極３３ａと隣接するｎライン電極３１との間隔は、互いに等しくなるように形成され、複数の拡散ライン電極３３ａのうちの１つは第２の辺に沿って形成され、他の拡散ライン電極３３ａはｎライン電極３１の間に形成される。すなわち、対向する２つの辺のうちの一方の辺（第１の辺）に沿ってｎライン電極を形成した場合、その一方の辺に対向する他方の辺に沿って電流拡散電極３３を形成するように構成している。また、各拡散ライン電極３３ａの一端に設けられたｐパッド電極３３ｂはいずれも、ｎパッド電極３１ｂが形成されている第３の辺に対向する第４の辺に沿って形成される。
【０１０９】
このような半導体発光素子は、以下のような理由により、発光領域全体に電流が注入されるようにして発光効率を向上させるとともに、比較的大面積（例えば、１０００μｍ×１０００μｍ）の窒化物半導体発光素子においても、発光面全体にわたって均一な発光が可能になるようにしている。
第１に、各ｎライン電極３１の一端にそれぞれｎパッド電極３１ｂを形成し、各拡散ライン電極３３ａの一端にそれぞれｐパッド電極３３ｂを形成するようにしている。これにより、発光領域全体に電流がほぼ均一に注入されるようにできる。
【０１１０】
なお、この半導体発光素子においては、異なるｎライン電極３１間において、ｎパッド電極３１ｂからライン状オーミック電極１ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、異なる電流拡散電極３３間において、ｐパッド電極３３ｂと拡散ライン電極３３ａの他端までの距離を実質的に等しくでき、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにできる。
ここで、上述の距離が実質的に等しいとは、完全に一致していることを意味しているのではなく、距離の違いにより電流の不均一が生じない程度のものは実質的に等しい範囲に含まれるものとする。
【０１１１】
第２に、隣接するｎライン電極３１とｐ側の電流拡散電極３３の間隔が等しくなるようにして、発光領域全体に電流が均一に注入されるようにしている。
つまり、ライン状オーミック電極３１ａ及び拡散ライン電極３３ａは、途中に、角部及び曲線部が形成されないように直線的に形成して、角部及び曲線部における電界の集中や電界の不均一を防止し、それに伴う電流の不均一を防止している。
【０１１２】
また、拡散ライン電極３３ａの他端（ｐパッド電極３３ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｎパッド電極３１ｂ（ｎパッド電極３１ｂが形成されたｎライン電極３１の一端部）との距離を、拡散ライン電極３３ａとｎライン電極３１の間隔にほぼ等しく設定している。
さらに、ｎライン電極３１の他端（ｎパッド電極３１ｂが形成された一端の反対側に位置する端）と、ｐパッド電極３３ｂ（ｐパッド電極３ｂが形成された拡散ライン電極３３ａの一端部）との距離を、拡散ライン電極３３ａとｎライン電極３１の間隔にほぼ等しく設定している。
【０１１３】
これにより、どの部分においても電流拡散電極３３とｎライン電極３１との間の距離を実質的に等しくできるので、発光領域全体にほぼ均一に電流を注入でき、均一な発光が可能となる。
基板４０側を光り取り出し面とする場合には、ｐオーミック電極３２の上に反射膜を設けたり、ｐオーミック電極３２の上に反射性電極層を設けた電極構造とすることができる。光取り出し面を基板４０側、ｐ型層４３とする場合のいずれでも、ｐオーミック電極３２をＩＴＯからなる単層構造又はこれを含む多層構造とすることが好ましい。また、ライン状オーミック電極３１ａを、ｐオーミック電極３２を構成するＩＴＯからなる単層構造又はこれを含む多層構造としてもよい。
【０１１４】
なお、この実施例の半導体発光素子の変形として、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板５０と素子構造部５０１の第１導電型層５２０との界面に凹凸部５５０が設けられ、さらに発光構造部５１０外部の第１導電型層５２０に、側面５４０が傾斜面として設けられて基板５０が露出された露出部５６０がさらにその外部に設けられた構造としてもよい。これにより、凹凸部５５０により基板５０界面で光が乱反射されて取り出し効率が向上し、さらに傾斜した側面５４０により、第１導電型層５２０内を主に横方向に伝搬する光を反射させて、基板５０側からの光取り出しに寄与して、出力が向上する。
【０１１５】
実施例１４
この実施例の半導体発光素子６０は、電極形成面側の平面図である図１５に示したように、ｐ型半導体層の間にｎ型半導体層がエッチングによりストライプ状に露出されている。露出されたｎ型半導体層は、素子の内側において細くなる形状を有しており、この露出されたｎ型半導体層上に、ｎ電極６２が形成されている。なお、ｐ側の拡散電極６１は、ストライプ形状であり、発光素子中央部分において、露出されたｎ型半導体層の幅より広い形状を有している。なお、ｐ側の拡散電極６１は、実施例１と同様のＩＴＯ膜により形成されている。ｐ側の拡散電極６１のストライプ列数は、ｎ型半導体層上のｎ電極６２の列数より多い。
【０１１６】
このように、ｎ電極６２がくびれた形状を有することによりｐ側の拡散電極６１の領域面積を大きくすることができ、単位時間あたりに発光素子に投入される電流量を増大させることができる。さらに、発光面において、発光素子の発光に寄与しないｎ型半導体層の面積を減らし、ｐ型半導体層の面積を相対的に増やすことで発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。したがって、この発光素子では、高輝度を実現することができる。また、拡散電極６１を設けることにより、発光素子に投入される電流を均一に発光素子全面に拡散させることができため、発光素子の発光面からの発光を均一とすることができる。
なお、ｐ側の拡散電極上に形成される金属膜およびｎ電極は、バンプに含有される材料の少なくとも一種を含有することが好ましい。例えば、バンプがＡｕを材料とするときは、ｐ側の金属膜およびｎ電極の材料、特にバンプと直接に接する接合面の材料は、ＡｕまたはＡｕを含む合金とすることが好ましい。また、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈ、Ｒｈ／Ｉｒの単層又は多層膜でもよい。
【０１１７】
さらに、この発光素子をフリップチップ実装する場合には、発光素子の電極と対向されるサブマウントや支持基板の電極材料は、反射率の高い銀白色の材料、例えば、銀、アルミニウムあるいはそれらと他の金属を少なくとも一種以上含む合金とすることが好ましい。
ｐ側の拡散電極とｎ電極とを同じ材料により形成する場合には、同時に形成することが可能となり、製造工程が簡略化されて好ましい。
【０１１８】
実施例１５
この半導体発光素子においては、図１６に示すように、ｎ電極７１は、発光素子の１つの角部を含む外周に沿って配置される第１延伸部７１ａと、第１延伸部７１ａの端部及び角部から発光素子の内側に向かって伸びる第２延伸部７１ｂとから構成される。なお、ｎ型半導体層は、ｎ電極７１の形状と略同じ形状にその表面を露出しており、その表面にｎ電極７１が形成されている。
また、ｎ型半導体層が露出した領域以外の半導体発光素子の表面にｐ型半導体層が配置しており、その表面のほぼ全面に実施例１と同様のＩＴＯ膜からなる透明電極８２が形成されている。また、透明電極８２上であって、ｎ電極７１が形成された角部に対向する角部を含む外周に沿って配置される金属膜からなる周縁電極８１ａと、この周縁電極８１ａの途中から発光素子の内側に向かって伸びる延伸部８２ｂとからなるパッド電極が形成されており、このパッド電極と透明電極８２とでｐ電極８１を構成する。
【０１１９】
すなわち、ｎ電極７１を構成する第２延伸部７１ｂの間に、ｐ電極８１を構成する延伸部８１ｂが、略平行に配置することにより、これら第２延伸部７１ｂと延伸部８１ｂとにはさまれるように、発光部９０ａ〜９０ｄが配置されている。また、これら発光部９０ａ〜９０ｄのほかに、ｎ電極７１及びｐ電極８１が形成されていない角部であって、周縁電極８１ａの先端と第２延伸部７１ｂとに囲まれる領域においても、発光部９０ｅ、９０ｆがそれぞれ形成されている。
このような電極の形状により、発光素子に投入される電流を均一に発光素子全面に拡散させることができため、発光素子の発光面からの発光を均一とすることができる。
【０１２０】
実施例１６
この実施例では、図１７に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、実装基体２０１に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成する。
この発光装置は、リード２０３が固定された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、接着層２０４を介してサブマウント基板２０５に載置されたＬＥＤチップ２００が実装されて構成されている。凹部２０２の側面は反射部２０６として機能し、実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。また、実装基体２０１には、凹部２０２の外部にテラス部２０７が形成されており、ここに、保護素子（図示せず）が実装されている。実装基体２０１の凹部２０２の上方には、光取り出し部２０８として開口部が形成されており、この開口部に、透光性の封止部材２０９が埋設されて封止されている。
【０１２１】
実施例１７
この実施例では、図１８に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、実装基体２０１に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
この発光装置は、リード２０３と絶縁分離された実装基体２０１を含むパッケージ２１２の凹部２０２に、ＬＥＤチップ２００が接着層２０４を介して固定されている。この凹部２０２は、その側面が反射部２０６として機能し、開口方向に向かって広くなる形状（テーパー形状）であることが好ましい。このような形状により、ＬＥＤチップ２００から出た光が凹部２０２の側面に反射してパッケージ正面に向かうため、光取り出し効率を向上させることができる。実装基体２０１は、ガラスエポキシ樹脂、セラミック等によって形成することができる。また、接着層２０４は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。実装基体２０１は放熱部として機能し、外部放熱器（図示せず）に接続されている。このように、実装基体２０１とリード２０３とを分離するとともに、放熱を確保することができる構成により、熱設計に優れた発光装置を得ることができる。
【０１２２】
また、実装基体２０１の凹部２０２内及びその上方は、光透過性の封止部材２０９が埋設され、さらに光学レンズ形状に成形されている。光学系（レンズ）を設けることにより、所望の指向性の発光を得ることができる。
さらに、ＬＥＤチップ２００の電極は、それぞれワイヤ２１０によってリード２０３と電気的に接続され、パッケージ外部におよんでいる。
なお、実装基体２０１の凹部２０２内表面２１１は、エンボス加工やプラズマ処理により、封止部材２０９との接着面積を増やすなどにより密着性を向上させることができる。
【０１２３】
パッケージ２１２は、外部電極と一体的に形成していてもよく、さらに、複数の部品に分割され、はめ込みなどにより組み合わせて用いることもできる。外部電極は、例えば、銅、リン青銅板等の表面に銀、銅、パラジウム、金、タングステンなどの金属メッキ、半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。このようなパッケージ２１２は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミック、金属などを用いることができる。特に金属の場合には、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用しても、紫外線によって劣化、黄変等して、発光効率低下、機械的強度の低下を招くことがなく、発光装置の寿命を向上させることができる。また、パッケージを暗色系に着色させる着色剤として、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、カーボンブラック等の種々の染料、顔料を用いることができる。
【０１２４】
なお、ワイヤ２１０は、特に限定されるものではないが、例えば、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用い、１０〜７０μｍ程度の直径であることが好ましい。
また、封止部材２０９は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ２００、ワイヤ２１０、任意に、蛍光体が含有されたコーティング層などを外部から保護するため、あるいは光取り出し効率を向上させるために設けられる。封止部材２０９は、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ２００からの指向性を緩和させ、視野角を増やすこともできる。なお、金属パッケージを使用して、窒素ガスなどと共にＬＥＤチップ２００を気密封止する場合は、モールド部材は必須の構成部材ではない。
【０１２５】
なお、上述した実装形態、パッケージ材料などは、本発明のいずれの実施例に適用してもよく、さらに、金属製の基体に凹部を設けて、発光素子を実装し、基体と絶縁分離されたリードに電気的に接続させて気密封止したもの、ＣＯＢのように金属基板上の凹部に直接ＬＥＤチップを実装してもよい。また、１つの実装基体に又は１つの凹部内に、複数の素子を集積実装したもの、発光素子を実装した基体を複数設けて１つの装置基体で成形したもの等であってもよい。
【０１２６】
実施例１８
この実施例では、図１９に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、ステム１２０の凹部１２０ａ内に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
ステム１２０は、ＣｕにＡｇメッキを施したヒートシンク１２４、第１のリード１２１及び第２のリード１２２を、ポリフタルアミドである熱可塑性樹脂を用いて一体成型されている。ヒートシンク１２４は、上面に凹部２４ａを有し、開口部上方が広口の略円錐台の形状を有している。これにより、ＬＥＤチップ２００からの光を効率よく反射させることができ、光取り出し効率を向上させることができる。
ＬＥＤチップ２００は、ヒートシンク１２４の凹部１２４ａの略中央に、エポキシ樹脂からなる接着層によりダイボンドされている。また、ＬＥＤチップ２００の上面に存在する正負電極が、第１のリード１２１及び第２のリード１２２にそれぞれＡｕワイヤ１２５によりボンディングされている。
【０１２７】
このＬＥＤチップ２００が載置されたステムの凹部１２０ａ内に、第１のシリコーン樹脂１３０（例えば、粘度１．９３Ｐａ・ｓ（２３℃）、信越化学工業株式会社製）が、その上面からやや盛り上がるように、気体が入らないように注入されている。また、第１のシリコーン樹脂１３０の上に、第２のシリコーン樹脂（例えば、粘度５．２Ｐａ・ｓ（２３℃）、信越化学工業株式会社製）１４０が、第１のシリコーン樹脂１３０とステム１２０の外側の一部を覆うように注入されている。なお、第１のシリコーン樹脂１３０と第２のシリコーン樹脂１４０との界面１３１ａは、組成傾斜しており、第１のシリコーン樹脂の未反応成分と、第２のシリコーン樹脂の硬化成分とが反応している。
このような発光装置は、外的障害物から発光素子を保護しつつ、光取り出し効率の向上を図ることができる。
【０１２８】
実施例１９
この実施例では、図２０に示したように、実施例１３に示した拡散ライン電極とｎライン電極を有する半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、サブマウント部材１６０を介してステム１２０の凹部１２０ａ内に、フリップチップ実装することにより発光装置を形成する。
ステム１２０は、第１のリード１２１及び第２のリード１２２とが樹脂によって一体成型されており、第１のリード１２１及び第２のリード１２２の端部の一部が、ステムの凹部１２０ａ内で露出している。露出している第２のリード１２２の上に、サブマウント部材１６０が載置されている。このサブマウント部材１６０上であって、凹部１２０ａの略中央に、ＬＥＤチップ２００が載置されている。サブマウント部材１６０に設けられた電極１６１は、ワイヤを介して第１のリード１２１と電気的に接続され、また、電極６２は、ワイヤを介して第２のリード２２と電気的に接続されている。
【０１２９】
ステムの凹部１２０ａ内には、蛍光体１５０を含む封止部材１３１が埋設されており、さらにその上に、封止部材１４１が封止部材１３１及びステム１２０の一部を被覆している。
なお、この発光装置においては、サブマウント部材を介さず、ＬＥＤチップ２００を直接リードにマウントし、超音波振動装置を用いて鉛フリーの半田バンプを介してボンディングして電気的に接続してもよい。
【０１３０】
実施例２０
この実施例では、図２１に示したように、実施例１６に示した半導体発光素子であるＬＥＤチップ２００を、セラミックパッケージ内に、フェイスアップ実装することにより発光装置を形成する。
セラミックパッケージは、基板となるセラミック素地３０２と、内壁面の形状が開口方向に向かって広くなる貫通孔を有するセラミック素地３０４とを少なくとも有する。基板となるセラミック素地３０２には、ＬＥＤチップ２００に電力を供給するための導体配線３０５がパッケージの凹部底面からセラミック素地３０２、２０４の間を通って発光装置の外壁面に延在している。
【０１３１】
開口方向に向かって広くなる形状となっているセラミック素地の内壁面は、パッケージの凹部を形成し、この凹部の内壁面に対して光反射部３０３が設けられており、凹部内に封止部材３０７が埋設されている。
つまり、図２２に示すように、セラミックパッケージは、ＬＥＤチップを載置するための凹部を有する。凹部の底面には、正負一対の導体配線３０５ａ、３０５ｂが施され、セラミック素地３１６が露出されて正負一対の導体配線を絶縁分離している。ＬＥＤチップは、セラミックが露出された凹部底面の中央に載置され、導体配線３０５ａの一部は、ＬＥＤチップを包囲するようなパターンとされている。ここで、サファイア基板のような透光性基板の上に半導体が積層されてなるＬＥＤチップの透光性基板側を凹部底面に対向させて固定する構成とする際には、透光性基板を、Ａｌ、Ａｇおよびそれらの合金のような光反射率の高い金属で被覆することが好ましい。このように構成することにより、セラミックを透過していた光を発光観測面方向に反射させ、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。保護素子のような別の半導体素子を、導体配線上に載置することもできる。また、セラミックパッケージの側面端部には、正負一対の導体配線３０５ａ、３０５ｂと接続する正負一対の導体配線３１７ａ、３１７ｂが露出されている。
【０１３２】
なお、セラミックパッケージの発光観測面側主面は、カソードの位置を示す一対のマーク３１８が発光観測面側主面の隅部に印刷されている。カソードの位置を示す一対のマーク３１８は、タングステンを含む樹脂ペーストをセラミックグリーンシートに印刷して焼成することにより形成することができる。
このようにＬＥＤチップをセラミックパッケージに実装することで、電力効率が向上するのみならず、プラスチックを材料とするパッケージと比較して放熱性及び耐熱性に優れ、ＬＥＤチップを搭載して長時間、高輝度に発光可能な発光装置とすることができる。
導体配線３０５および光反射部３０３は、焼成されたタングステン（平均粒径約１μｍ）含有の樹脂ペースト（粘度約３００００ｐｓ）がＡｇにより被覆されて構成されている。
【０１３３】
ＬＥＤチップ２００は、パッケージの凹部底面に設けられる導体配線３０５の表面に絶縁性接着剤を介して固着されている。
このような発光装置は、以下のように形成することができる。
まず、アルミナを主成分としたグリーンシートを所定のサイズで切り出し、セラミック素地２０２の部分を形成する。さらに、タングステン含有の樹脂ペーストを導体配線３０５のパターンに従ってスクリーン印刷する。
また、ＬＥＤチップを収めることが可能な大きさの貫通孔を有するグリーンシートおよび一方の開口方向に内径が広くなる貫通孔を有するグリーンシートを形成する。さらに、形成されたグリーンシートは、タングステン含有の樹脂ペーストが光反射部３０３のパターンに従ってスクリーン印刷されセラミック素地３０４となる。
【０１３４】
このように形成された複数枚のグリーンシートを、貫通孔の中心を揃えた状態で重ね合わせ、真空中で加熱プレスしパッケージの凹部を仮形成する。
パンチングマシーンを使用して通常の方法で０．３ｍφのスルーホールを形成する。ここで、スルーホールは少なくとも正負一対形成され、正負それぞれ二つのスルーホールが対応するように形成される。次に、スクリーン印刷によりタングステン含有樹脂ペーストでスルーホールの孔を埋め、セラミックパッケージの外壁面に露出された導体配線３０６となる部分の印刷を行う。
【０１３５】
積層されたグリーンシートの一方の主面に所定のパターンに従って溝を形成する。ここで、溝は、スルーホールの中心を結ぶ線に沿って、セラミック基板の長手方向の溝と短手方向の溝との間に凹部が含まれるように、マトリックス状に形成される。溝形成後、焼結させることによってセラミックス基板を構成する。このとき、タングステン含有の樹脂ペーストを配した部分は第一の金属層となる。次に、第一の金属層の露出表面に対し、第二の金属層としてそれぞれＮｉ／Ａｇ多層膜を電気メッキする。これにより、光反射部３０３および導体配線３０５が形成され、開口部径２．０ｍｍφ、開口部深さ０．８ｍｍ、のセラミック基板が得られる。
【０１３６】
一方、ＬＥＤチップ２００は、実施例１６に表された電極が形成され、主発光ピークが４５０ｎｍのＩｎＧａＮ半導体層からなる。つまり、このＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成する。ドーパントガスとしてＳｉＨ4とＣｐ2Ｍｇと、を切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しＰＮ接合を形成する。（なお、Ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
【０１３７】
エッチングによりＰＮ各半導体表面を露出させた後、スパッタリング法により、図１６で示されるパターンの各電極をそれぞれ形成する。こうして得られた半導体ウエハーに対してスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子としてＬＥＤチップとする。この青色系が発光可能なＬＥＤチップをエポキシ樹脂でセラミックパッケージ凹部内の所定底辺にダイボンディング後、熱硬化により固定させる。その後、金線を導電性ワイヤとして用い、ＬＥＤチップの各電極と、導体配線とにワイヤ−ボンディングさせることにより電気的接続をとる。封止部材の形成材料としてシリコーン樹脂をＬＥＤチップが配置されたセラミック基板の凹部内に注入する。ここで、シリコーン樹脂は、凹部を形成するセラミックパッケージの凹部側壁の上面付近まで注入され硬化される。また、シリコーン樹脂の一部は、硬化される際にセラミックの側壁内部に含浸するか、あるいは上面へ這い上がった状態で硬化される。例えば、発光観測面方向から見て凹部の全周囲にわたって、図２１に示されるようにシリコーン樹脂の一部が凹部側壁上面のセラミックの部分に延在している。その延在している部分は、シリコーン樹脂の粘度やセラミックの焼結の程度により態様が異なるが、例えば、図２１の拡大断面図において延在部分Ｙとして示されるように、凹部からこの凹部を形成する側壁の発光観測面側上面にかけて這い上がっている。また、シリコーン樹脂の一部は、側壁を形成する多孔質なセラミック中に含浸している。その含浸している部分は、シリコーン樹脂の粘度やセラミックの焼結の程度により態様が異なるが、例えば、図２１の拡大断面図において含浸部分Ｘとして示される。
【０１３８】
シリコーン樹脂は、セラミックパッケージの発光観測面側主面をなすセラミック素地３０６に含浸、あるいは凹部から延在している。本実施例で得られる発光装置は、さらにリフローと呼ばれる工程を経て、導電性パターンを施した基板に対して半田を介して実装されるが、ここで、シリコーン樹脂が延在部分Ｙに形成されていること、またセラミック素地に含浸していることで、リフロー時に実装面側に配置される半田は、発光観測面側主面
のシリコーン樹脂にて発光面方向への這い上がりが抑制され、半田同士が接触したり、半田がセラミックパッケージ凹部の開口部を被覆することがない。従って、信頼性が高く外部の実装基板に接続することができる発光装置である。
【０１３９】
実施例２１
この発光装置は、図２３に示すように、封止部材３０７が、光反射部３０３を被覆することなく、ＬＥＤチップ２００を少なくとも被覆するように形成する以外の構成が、実質的に実施例２０の発光装置と同様である。
この場合も、図２３の拡大断面図にＹとして示されるように、セラミックパッケージの凹部側壁上面をシリコーン樹脂が被覆して形成され、さらにこのシリコーン樹脂の一部は、凹部側壁上面を形成するセラミック素地３０４内に含浸し、含浸部分Ｘを形成している。
【０１４０】
なお、この発光装置においては、封止部材中に蛍光物質を含有させてもよい。
蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈させ、これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。さらにフラックスとしてフッ化バリウムを混合した後坩堝に詰め、空気中１４００℃の温度で３時間焼成することにより焼成品が得られる。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ0.995Ｇｄ0.005）2.750Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ0.250蛍光物質を形成する。
【０１４１】
シリコーン樹脂組成物（屈折率１．５３）に、上記蛍光物質（屈折率１．８４）５．５ｗｔ％含有させ、自転公転ミキサーにて５分間攪拌を行う。こうして得られた硬化性組成物をセラミックパッケージの凹部内に充填させる。最後に、７０℃×２時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施す。これにより、発光素子からの発光と、該発光を吸収し異なる波長を有する光を出光する蛍光物質による蛍光との混色光が発光可能な発光装置とすることができる。特に、図２３における封止部材３０７に蛍光体を含有させることにより、光反射部３０３は、混色光を効率よく発光観測面方向に反射させることができる。
【０１４２】
実施例２２
ｐ型半導体層の上に、９００℃で、水素雰囲気下、ＴＭＧを４ｃｃ、アンモニア３．０リットル、キャリアガスとして水素ガスを２．５リットル導入し、ｐ型クラッド層の上にＭｇを１．５×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を２５０Åの膜厚で成長させ、コンタクト層の表面を、例えば研磨して、表面の面粗さをＲＭＳ値３ｎｍ程度に調整する以外は、実施例１と、実質的に同様の発光装置を作製した。
これにより、実施例１の発光装置と同様の効果のほか、より一層Ｖｆが低下し、面内分布が安定していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明の半導体発光素子は、バックライト光源、ディスプレイ、照明、車両用ランプ等の各種光源を構成する半導体発光素子に好適に利用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、
前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
導電性酸化物膜が、表面側よりも半導体層側において密度が低い請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記導電性酸化物膜は、表面側において空隙を有しない請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記導電性酸化物膜は、表面側が平坦な膜である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって
前記導電性酸化物膜が、前記半導体層側の表面に凹凸を有し、凸部において半導体層と接し、凹部において空隙を有し、前記半導体層側と反対の表面が平坦な膜であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素である請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
酸化物膜は、酸素以外の構成元素の２０％以下で微量元素を含む請求項６又は７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
酸化物膜は、半導体層との界面近傍における微量元素が、界面に対向する表面近傍の微量元素よりも濃度が高い請求項７又は８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
酸化物膜は、微量元素の濃度が半導体層側表面から反対の表面にかけて単調減少してなる請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
４００〜６００ｎｍにおける導電性酸化物膜の光の透過率が８０％以上である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
導電性酸化物膜の比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
導電性酸化物膜の膜厚が１００ｎｍ以上である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する請求項１〜１４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなる請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
第１導電型半導体層がｎ型の窒化物半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型の窒化物半導体層であり、さらに導電性酸化物膜に接するｐ型の窒化物半導体層が、ｐ型コンタクト層として膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上でＭｇを含有する請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さである請求項１８に記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなる請求項１〜１９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉの単層膜又は積層膜又は合金により形成されてなる請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
半導体層が窒化物半導体層である請求項１〜２１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、
半導体層側から表面にかけて空隙を有する導電性酸化物膜を形成する第１の工程と、
得られた導電性酸化物膜の上に、前記第１の工程の空隙より少ないか、または空隙を有しない導電性酸化物を形成する第２の工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、
導電性酸化物膜を形成する第１工程と、
前記導電性酸化物膜を加熱して、導電性酸化物膜の半導体層側及びその近傍に空隙を存在させ、表面側を平坦化する第２工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
導電性酸化物膜の加熱により、該導電性酸化物膜の結晶化を促進させる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜である請求項２３〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である請求項２３〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する請求項２３〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体層が、窒化物半導体である請求項２３〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
半導体層が、ｐ型の窒化物半導体である請求項２３〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって、
前記導電性酸化物膜が、前記半導体層との界面近傍において複数の空隙を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
導電性酸化物膜が、表面側よりも半導体層側において密度が低い請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記導電性酸化物膜は、表面側において空隙を有しない請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記導電性酸化物膜は、表面側が平坦な膜である請求項１〜３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を構成元素として含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子であって
前記導電性酸化物膜が、前記半導体層側の表面に凹凸を有し、凸部において半導体層と接し、凹部において空隙を有し、前記半導体層側と反対の表面が平坦な膜であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜である請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素である請求項６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
酸化物膜は、酸素以外の構成元素の２０％以下で微量元素を含む請求項６又は７に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
酸化物膜は、半導体層との界面近傍における微量元素が、界面に対向する表面近傍の微量元素よりも濃度が高い請求項７又は８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
酸化物膜は、微量元素の濃度が半導体層側表面から反対の表面にかけて単調減少してなる請求項７〜９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である請求項１〜１０のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
４００〜６００ｎｍにおける導電性酸化物膜の光の透過率が８０％以上である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
導電性酸化物膜の比抵抗が１×１０-4Ωｃｍ以下である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
導電性酸化物膜の膜厚が１００ｎｍ以上である請求項１〜１３のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
複数の空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する請求項１〜１４のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
導電性酸化物膜が少なくとも第２導電型半導体層上に形成されてなる請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
第１導電型半導体層がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型半導体層である請求項１６に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
半導体発光素子が、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、前記第１導電型及び第２導電型半導体層にそれぞれ電極が接続されて構成されてなり、
第１導電型半導体層がｎ型の窒化物半導体層であり、第２導電型半導体層がｐ型の窒化物半導体層であり、さらに導電性酸化物膜に接するｐ型の窒化物半導体層が、ｐ型コンタクト層として膜厚２５０Å以下の膜厚で、Ｍｇ濃度１．５×１０20／ｃｍ3以上でＭｇを含有する請求項１〜１５のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１９】
ｐ型コンタクト層は、表面がＲＭＳ値３ｎｍ以下の面粗さである請求項１８に記載の半導体発光素子。
【請求項２０】
導電性酸化物膜の上に、さらに金属膜が形成されてなる請求項１〜１９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
金属膜が、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｔｉの単層膜又は積層膜又は合金により形成されてなる請求項２０に記載の半導体発光素子。
【請求項２２】
半導体層が窒化物半導体層である請求項１〜２１のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項２３】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、
半導体層側から表面にかけて空隙を有する導電性酸化物膜を形成する第１の工程と、
得られた導電性酸化物膜の上に、前記第１の工程の空隙より少ないか、または空隙を有しない導電性酸化物を形成する第２の工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２４】
半導体層上に、亜鉛、インジウム、スズ及びマグネシウムからなる群から選択される少なくとも１種の元素を含む導電性酸化物膜が電気的に接続されて構成される半導体発光素子の製造方法であって、
導電性酸化物膜を形成する第１工程と、
前記導電性酸化物膜を加熱して、導電性酸化物膜の半導体層側及びその近傍に空隙を存在させ、表面側を平坦化する第２工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２５】
導電性酸化物膜の加熱により、該導電性酸化物膜の結晶化を促進させる請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
導電性酸化物膜は、構成元素とは異なる微量元素をさらに含む酸化物膜である請求項２３〜２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
微量元素は、スズ、亜鉛、ガリウム、アルミニウムから選択される少なくとも１種の元素である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
導電性酸化物膜がＩＴＯ膜である請求項２３〜２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】
空隙が、半導体層側から導電性酸化物膜の全膜厚に対して１０〜５０％の範囲に存在する請求項２３〜２８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体層が、窒化物半導体である請求項２３〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３１】
半導体層が、ｐ型の窒化物半導体である請求項２３〜３０のいずれか１つに記載の方法。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０６９３８８
【国際公開日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【発行日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７１０７（Ｐ２００５−５１７１０７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０００５７８
【国際出願日】平成１７年１月１９日（２００５．１．１９）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【発行日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０００５７８
【国際出願日】平成１７年１月１９日（２００５．１．１９）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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