発光素子
【課題】発光層で発光した光の取り出し効率を高めることが可能な発光素子を提供する。
【解決手段】発光素子１は、ｐ型半導体層２１、発光層２２及びｎ型半導体層２３が積層され、ｐ型半導体層及び発光層２２の一部が除去されてｎ型半導体層２１の一部が露出したＧａＮ半導体層２０と、ＧａＮ半導体層２０の上に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を備えて積層される第１反射層５０と、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通じて、ｐ型半導体層２３にキャリアを注入するためのｐ側透明配線電極層４０と、ｐ側透明配線電極層４０の上方に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５の少なくとも一部を覆うように積層され、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過した光を発光層２２側に反射する第２反射層６０とを備える。
【解決手段】発光素子１は、ｐ型半導体層２１、発光層２２及びｎ型半導体層２３が積層され、ｐ型半導体層及び発光層２２の一部が除去されてｎ型半導体層２１の一部が露出したＧａＮ半導体層２０と、ＧａＮ半導体層２０の上に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を備えて積層される第１反射層５０と、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通じて、ｐ型半導体層２３にキャリアを注入するためのｐ側透明配線電極層４０と、ｐ側透明配線電極層４０の上方に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５の少なくとも一部を覆うように積層され、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過した光を発光層２２側に反射する第２反射層６０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光光を光取り出し方向に反射する構造を有する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サファイア基板に形成された窒化物半導体の同一平面側にｐ側とｎ側の電極が設けられたフリップチップ型の発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光素子は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に発光層を有し、ｐ型半導体層の上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透光性を有する拡散電極が形成されている。この拡散電極の上には、ＮｉとＡｕを順に積層した後に加熱して合金化されたバッファ電極が設けられている。また、拡散電極の上方であってバッファ電極を除く部分には、発光層で発光して拡散電極を透過した光を反射するための金属反射膜が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発光素子では、発光層で発光して拡散電極を透過した光の一部は金属反射膜で反射するが、他の一部はバッファ電極又はｎ電極で吸収されてしまう。このため、光取り出し効率を高めるにあたっての制限が生じていた。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光層で発光した光の取り出し効率を高めることが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、第１導電型の第１の半導体層、発光層、及び前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層が積層され、前記第２の半導体層及び前記発光層の一部が除去されて前記第１の半導体層の一部が露出した半導体積層構造と、前記半導体積層構造の上に、開口部を備えて積層される第１の反射層と、前記開口部を通じて、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層にキャリアを注入するための透明配線電極と、前記透明配線電極の上方に前記開口部の少なくとも一部を覆うように積層され、前記開口部を通過した前記発光層の光を前記発光層側に反射する第２の反射層とを備える発光素子が提供される。
【０００７】
上記発光素子において、一方面側が前記透明配線電極に接触し、他方面側が前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に接触する透明導電膜からなるコンタクト電極をさらに備えてもよい。
【０００８】
また、上記発光素子において、前記コンタクト電極を、前記透明配線電極と同一の電極材料によって形成するとよい。
【０００９】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層は、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層の前記コンタクト電極上の少なくとも一部に設けるとよい。
【００１０】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間、及び前記第１の反射層と前記透明配線電極との間の少なくとも何れかには、絶縁層を形成するとよい。
【００１１】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層上であって前記開口部を除く領域に設けられ、前記透明配線電極と電気的に接続される金属配線電極をさらに有してもよい。
【００１２】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層を前記第２の半導体層のコンタクト電極としてもよい。
【００１３】
また、上記発光素子において、前記透明配線電極が前記第１の半導体層に接触してもよい。
【００１４】
前記第１の半導体層のコンタクト電極は透明導電膜であり、この透明導電膜に前記透明配線電極が接触するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光層で発光した光の取り出し効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施の形態の発光素子の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態の発光素子の図２Ａの一部拡大図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第１の実施形態の発光素子１の製造工程を説明するための概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
（発光素子１の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略平面図であり、図２Ａは図１のＡ−Ａ断面図、図２Ｂは図２Ａの一部拡大図である。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る発光素子１は、フリップチップ型であり、図１に示すように、平面視にて四角形状に形成される。また、発光素子１は、図２Ａに示すように、Ｃ面（０００１）を有するサファイア基板１０と、サファイア基板１０の上に設けられるＧａＮ半導体層２０とを備えている。ＧａＮ半導体層２０は、図示しないバッファ層と、バッファ層の上に設けられるｎ型半導体層２１と、ｎ型半導体層２１の上に設けられる発光層２２と、発光層２２の上に設けられるｐ型半導体層２３とをサファイア基板１０側からこの順で有している。
【００１９】
また、発光素子１は、ｐ型半導体層２３の上に設けられるｐ側透明コンタクト電極３０と、発光層２２の光を反射するための第１反射層５０と、ｐ型半導体層２３にキャリアを注入するためのｐ側透明配線電極層４０とを備える。図２Ａに示すように、ｐ側透明コンタクト電極３０は、一方面側がｐ側透明配線電極層４０に接触し、他方面側がｐ型半導体層２３に接触している。第１反射層５０は、ｐ側透明コンタクト電極３０上に設けられ、その一部にｐ側第１絶縁膜開口部５５が形成されている。また、第１反射層５０は、反射層５２を絶縁膜５１で覆って構成されている。ｐ側透明配線電極層４０は、第１反射層５０上に設けられ、第１反射層５０に形成されたｐ側第１絶縁膜開口部５５を通じてｐ側透明コンタクト電極３０と接触し、ｐ側透明コンタクト電極３０に電気的に接続されている。
【００２０】
発光素子１はまた、ｐ側配線電極層７０と、発光層２２の光を反射するための第２反射層６０と、ｐ側電極８０とを備える。ｐ側配線電極層７０は、ｐ側透明配線電極層４０上であってｐ側第１絶縁膜開口部５５の上方ではない領域に設けられ、ｐ側透明配線電極層４０と電気的に接続されている。第２反射層６０は、ｐ側透明配線電極層４０の上方に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５の少なくとも一部を覆うように形成された反射層６２を有し、ｐ側透明配線電極層４０及びｐ側配線電極層７０上に設けられている。反射層６２は、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過した発光層２２の光を発光層２２側に反射するように形成されている。また、第２反射層６０は、反射層６２を絶縁膜６１で覆って構成されている。ｐ側電極８０は、第２反射層６０上に設けられ、第２反射層６０に形成されたｐ側第２絶縁膜開口部６５から露出したｐ側配線電極層７０と接触し、電気的に接続されている。
【００２１】
また、発光素子１は、ｎ型半導体層２１にキャリアを注入するためのｎ側透明配線電極層４１と、ｎ側配線電極層７１と、ｎ側電極８１とを備える。ｎ側透明配線電極層４１は、ｐ型半導体層２３から少なくともｎ型半導体層２１のコンタクト層の一部までエッチングにより除去することにより露出したｎ型半導体層２１上における第１反射層５０の上側に設けられ、第１反射層５０に形成されたｎ側第１絶縁膜開口部５６を介してｎ型半導体層２１と接触し、ｎ型半導体層２１に電気的に接続されている。ｎ側配線電極層７１は、ｎ側透明配線電極層４１上であってｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方ではない領域に設けられ、ｎ側透明配線電極層４１と電気的に接続されている。また、ｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方の少なくとも一部を覆うように、第２反射層６０の反射層６２が形成されている。ｎ側電極８１は、第２反射層６０に形成されたｎ側第２絶縁膜開口部６６から露出したｎ側配線電極層７１と電気的に接続されて第２反射層６０上に設けられている。
【００２２】
本実施形態においては、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層からｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層の一部に到るまで除去することにより、ｐ型半導体層２３、発光層２２、ｎ型半導体層２１からなるメサ部が形成される。メサ部は、ｎ型半導体２１の一部を残したＧａＮ半導体層２０の除去によって形成され、サファイア基板１０に垂直な方向に対して傾斜した傾斜面を有する。傾斜面の上には、反射層５２を含む第１反射層５０が形成され、第１反射層５０の上にｎ側透明配線電極層４１が形成されている。（また、本実施形態において、反射層５２は発光素子１の外縁部にも設けられている。）
【００２３】
ｎ型半導体層２１を構成するｎ側コンタクト層及びｎ側クラッド層と、発光層２２と、ｐ型半導体層２３を構成するｐ側クラッド層及びｐ側コンタクト層とは、それぞれIII族窒化物化合物半導体からなる層である。III族窒化物化合物半導体としては、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のIII族窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００２４】
発光層２２は、複数の井戸層及び障壁層からなり、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の材料が用いられる多重量子井戸構造を有する。さらに、ｐ側クラッド層とｐ側コンタクト層とは、所定量のｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）をドーピングしたｐ−ＧａＮからそれぞれ形成される。
【００２５】
本実施の形態においては、ｐ側透明コンタクト電極３０を構成する材料とｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１を構成する材料とは同一の電極材料からなる。また、ｐ側配線電極層７０を構成する材料とｎ側配線電極層７１を構成する材料とは同一の電極材料からなる。
【００２６】
ｐ側透明コンタクト電極３０、ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１は、導電性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなる。本実施の形態では、ｐ側透明コンタクト電極３０、ｐ側透明配線電極層４０、及びｎ側透明配線電極層４１は酸化物半導体から形成され、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成される。また、絶縁膜５１，６１は、電気絶縁性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなる。この絶縁膜５１，６１は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から主として形成される。
【００２７】
また、反射層５２，６２は、それぞれ絶縁膜５１，６１の内部に設けられ、発光層２２が発する光を反射する金属材料、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ等から形成される。絶縁膜５１及び６１の厚さは、全体にわたって、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、絶縁膜５１及び６１の内部に設けられる反射層５２，６２の厚さは、反射層５２，６２に入射した光を適切に反射させることを目的として、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
【００２８】
また、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１は、例えばＮｉ又はＴｉと、Ａｕとを含む金属材料などから形成される。ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１をＮｉ又はＴｉからなる層とＡｕ層とで構成した場合、Ａｕ層の厚さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
また、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１の上にはんだ層を設けることができ、はんだ層は、共晶材料、例えば、ＡｕＳｎから形成することができる。はんだ層は、例えば、真空蒸着法（例えば、電子ビーム蒸着法、又は抵抗加熱蒸着法等）、スパッタ法、めっき法、スクリーン印刷法等により形成することができる。また、はんだ層は、ＡｕＳｎ以外の共晶材料からなる共晶はんだ又はＳｎＡｇＣｕ等の鉛フリーはんだから形成することもできる。
【００３０】
以上のように構成された発光素子１は、青色領域の波長の光を発するフリップチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、例えば、発光素子１は、順電圧が２．９Ｖで、順電流が２０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５５ｎｍの光を発する。また、発光素子１の平面寸法は、例えば、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３００μｍ及び５００μｍである。
【００３１】
なお、サファイア基板１０の上に設けられるバッファ層からｐ側コンタクト層までの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy : MBE）、ハライド気相エピタキシー法（Halide Vapor Phase Epitaxy : HVPE）等によって形成することができる。ここで、バッファ層がＡｌＮから形成されるものを例示したが、バッファ層はＧａＮから形成することもできる。また、発光層２２の量子井戸構造は、多重量子井戸構造でなく、単一量子井戸構造、歪量子井戸構造にすることもできる。
【００３２】
また、絶縁膜５１，６１は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の金属酸化物、若しくはポリイミド等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成することもできる。そして、反射層５２及び６２は、Ａｇから形成することもでき、Ａｌ又はＡｇを主成分として含む合金から形成することもできる。また、反射層５２及び６２は、屈折率の異なる２つの材料の複数の層から形成される分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector : DBR）であってもよい。
【００３３】
更に、発光素子１は、紫外領域、近紫外領域、又は緑色領域にピーク波長を有する光を発するＬＥＤであってもよいが、ＬＥＤが発する光のピーク波長の領域はこれらに限定されない。なお、他の変形例においては、発光素子１の平面寸法はこれに限られない。例えば、発光素子１の平面寸法を縦寸法及び横寸法がそれぞれ１０００μｍとなるように設計することもでき、縦寸法と横寸法とが互いに異なるようにすることもできる。
【００３４】
（発光素子１の製造工程）
次いで、発光素子１の製造工程について説明する。まず、サファイア基板１０を準備して、このサファイア基板１０の上に、ｎ型半導体層２１と、発光層２２と、ｐ型半導体層２３とを含むＧａＮ半導体層２０を形成する。具体的には、サファイア基板１０の上に、バッファ層と、ｎ側コンタクト層と、ｎ側クラッド層と、発光層２２と、ｐ側クラッド層と、ｐ側コンタクト層とをこの順にエピタキシャル成長してＧａＮ半導体層２０を形成する（半導体層形成工程）。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第１の実施形態の発光素子１の製造工程を説明するための概略平面図であり、説明のため（ａ）〜（ｉ）の各図は、各製造工程における最上面に形成される層のみを表示するものとする。
【００３６】
まず、図３（ａ）に示すように、後にｎ側第１絶縁膜開口部５６を形成する領域以外の全面にｐ側透明コンタクト電極３０を形成する。本実施形態においてｐ側透明コンタクト電極３０はＩＴＯであり、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等により形成することができる。
【００３７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、ｐ側透明コンタクト電極３０の一部をエッチングして除去するとともに、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層からｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層の一部までエッチングする。これにより、ｎ側クラッド層からｐ側コンタクト層までの複数の化合物半導体層から構成されるメサ部が形成され、ｎ側コンタクト層の一部が露出する。
【００３８】
次に、表面の全体に亘って第１反射層５０の絶縁膜５１を形成する。具体的には、ｐ側透明コンタクト電極３０、メサ部、及びｎ側コンタクト層の露出部分を覆うようにして、絶縁膜５１を形成する。絶縁膜５１は、例えばプラズマＣＶＤ法や蒸着により形成することができる（絶縁層形成工程における第１の絶縁層形成工程）。
【００３９】
そして、図３（ｃ）に示すように、絶縁膜５１の上であってｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６が形成される部分を除く領域に、蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて第１反射層５０の反射層５２を形成する（絶縁層形成工程における第１の反射層形成工程）。
【００４０】
次に、再び表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって絶縁膜５１を形成する（絶縁層形成工程における第２の絶縁層形成工程）。これにより反射層５２が絶縁膜５１により被覆される。そして、絶縁膜５１及び反射層５２を図３（ｄ）に示すようにパターンニングし、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を形成する。本実施の形態では、ｐ側第１絶縁膜開口部５５は、平面視においてＧａＮ半導体層２０の外縁側に８つ備えられている。また、ｎ側第１絶縁膜開口部５６は、平面視においてＧａＮ半導体層２０の中央部に３つ備えられている。
【００４１】
次に、図３（ｅ）に示すように、ｐ側透明配線電極層４０とｎ側透明配線電極層４１とを第１反射層５０の表面の予め定められた領域に同時に形成する。この際、ｐ側第１絶縁膜開口部５５内にｐ側透明配線電極層４０の一部が、ｎ側第１絶縁膜開口部５６内にｎ側透明配線電極層４１の一部が入り込み、ｐ側透明コンタクト電極３０又はｎ型半導体層２１とそれぞれ接触する。
【００４２】
本実施形態において、ｐ側透明配線電極層４０を構成する材料と、ｎ側透明配線電極層４１を構成する材料とは同一材料であり、ＩＴＯを用いる。ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１は、例えば、スパッタリング法を用いて形成される。なお、ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１を真空蒸着法、ＣＶＤ法、蒸着法又はゾルゲル法等により形成することもできる。
【００４３】
続いて、図３（ｆ）に示すように、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１をそれぞれｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１の表面の予め定められた一部の領域に同時に形成する。
【００４４】
次に、表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって第２反射層６０の絶縁膜６１を形成する。具体的には、ｐ側配線電極層７０、ｎ側配線電極層７１、ｐ側透明配線電極層４０、ｎ側透明配線電極層４１、（ｎ側コンタクト層の露出部）及び第１反射層５０を覆うようにして、絶縁膜６１をプラズマＣＶＤ法等により形成する（絶縁層形成工程における第３の絶縁層形成工程）。
【００４５】
そして、図３（ｇ）に示すように、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方にて、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を覆うように、蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて第２反射層６０の反射層６２を形成する（絶縁層形成工程における第２の反射層形成工程）。
【００４６】
次に、再び表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって第２反射層６０の絶縁膜６１を形成する（絶縁層形成工程における第４の絶縁層形成工程）。これにより反射層６２が絶縁膜６１により被覆される。そして、絶縁膜６１及び反射層６２を図３（ｈ）に示すようにパターンニングし、ｐ側第２絶縁膜開口部６５及びｎ側第２絶縁膜開口部６６を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｉ）に示すように、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、それぞれのｐ側第２絶縁膜開口部６５及びｎ側第２絶縁膜開口部６６を通じて、かつ、覆うように、同一材料からなるｐ側電極８０及びｎ側電極８１を同時に形成する（外部電極形成工程）。ｐ側第２絶縁膜開口部６５に形成されたｐ側電極８０はｐ側配線電極層７０に電気的に接続するとともに、ｎ側第２絶縁膜開口部６６に形成されたｎ側電極８１はｎ側配線電極層７１に電気的に接続する。以上の工程を経て、発光素子１が製造される。
【００４８】
以上の工程を経て形成された発光素子１は、導電性材料の配線パターンが予め形成されたセラミック等から構成される配線基板の所定の位置に、フリップチップボンディングにより実装される。そして、基板に実装された発光素子１を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はガラス等の封止材で一体として封止することにより、発光素子１を発光装置としてパッケージ化できる。
【００４９】
（動作）
発光素子１は、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１に電圧を加えることで、発光層２２から光を発する。光の一部は、発光層２２から光取り出し方向であるサファイア基板１０側に、一部は側方やｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられる。
【００５０】
発光層２２の発光光のうちｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられた光の一部は、第１反射層５０によって光取り出し方向に反射され、その他の一部は、ｐ側第１反射層開口部５５を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００５１】
発光光のうちサファイア基板１０側に発せられた光もＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面でｐ側透明コンタクト電極３０側に反射されることがあるが、その光についても第１反射層５０により、又はｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００５２】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層上に設けられるコンタクト電極を発光光に対して透明であるＩＴＯとし、その上に第１反射層５０を設け、ｐ側透明配線電極層４０が設けられる第１反射層５０のｐ側第１絶縁膜開口部５５の上方にさらに第２の反射層６０を設けたことで、ｐ側透明コンタクト電極３０によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を高い割合で反射する構造を形成することができる。
【００５３】
また、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１には発光光が入射せず、反射層としての役割を必要としないので、反射率が低くても光の取り出し効率に大きく影響しない。よってｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１として各種の抵抗が低い材料を選択することができる。従って、透明配線電極のシート抵抗が高い場合であっても、発光素子１のキャリア拡散性を向上させ、全体の駆動電圧を低下させることができる。
【００５４】
また、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の数を増やしても発光光の反射率が低い部分が増大せず、発光面積も減らないため、光度を維持しながらｐ側透明配線電極層４０とｐ側透明コンタクト電極３０の接点、及びｎ側透明配線電極層４１とｎ型半導体層２１との接点を多数設けることができ、駆動電圧を下げることが可能となる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る発光素子１Ａの構造を説明するための概略断面図である。
【００５６】
この発光素子１Ａは、第１の実施の形態の発光素子１のｐ側透明コンタクト電極３０を透明でないＡｇ、Ｒｈ等の高反射材料からなるｐ側コンタクト電極３２に変更し、第１の実施の形態の第１反射層５０に替えて反射層を有しない絶縁層５３を設けたものである。つまり、この発光素子１Ａでは、ｐ側コンタクト電極３２が第１の反射層となる。また、ｎ型半導体層２１の一部が露出した領域が開口部となる。
【００５７】
（動作）
発光素子１Ａは、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１に電圧を加えることで、発光層２２から光を発する。その光の一部は、発光層２２から光取り出し方向であるサファイア基板１０側に、他の一部はｐ側コンタクト電極３２側に発せられる。
【００５８】
ｐ側コンタクト電極３２側に発せられた光は、その表面でサファイア基板１０側に反射される。また、サファイア基板１０側に向かった光の一部は、ＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面でメサ部、又はｎ側コンタクト層に向かって反射し、第２反射層６０の反射層６２によって光取り出し方向に反射される。
【００５９】
（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１Ａは、ｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層上に設けられるｎ側透明配線電極層４１を発光光に対して透明であるＩＴＯとし、その上方に第２の反射層６０を設けたことで、ｎ側透明配線電極層４１によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を反射する構造を形成することができる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る発光素子１Ｂの構造を説明するための概略断面図である。
【００６１】
この発光素子１Ｂは、ｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層とｎ側透明配線電極層４１との間にｎ側コンタクト電極３１を備えた構成が上記第１の実施の形態に係る発光素子１とは異なる。ｎ側コンタクト電極３１は、導電性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなり、ｎ側透明配線電極層４１と同一の電極材料からなる。ｎ側コンタクト電極３１は、例えばＩＴＯから形成される。
【００６２】
図５に示すように、ｎ側コンタクト電極３１の一方面側はｎ側透明配線電極層４１に接触し、他方面側はｎ型半導体層２１に接触して、それぞれ電気的に接続されている。
【００６３】
（動作）
発光光のうちｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられた光の一部は、第１反射層５０によって光取り出し方向に反射され、その他の一部は、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００６４】
また、発光光のうちサファイア基板１０側に発せられた光の一部は、ＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面で反射され、さらにその一部はｎ側コンタクト電極３１を通過して、第１反射層５０又は第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００６５】
（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１Ｂは、ｐ型半導体層２３及びｎ型半導体層２１のコンタクト層上に設けられるコンタクト電極を発光光に対して透明である材料から形成し、その上に第１反射層５０を設け、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方にさらに第２の反射層６０を設けたことで、ｐ側透明コンタクト電極３０又はｎ側コンタクト電極３１によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を反射する構造を形成することができる。また、ｎ側コンタクト電極３１とｎ側透明配線電極層４１とを別に設けることにより、ｎ側コンタクト電極３１の形成後であって第１反射層５０を形成する前にｎ側コンタクト電極３１に熱を加えて高温処理することで、第１反射層５０を熱によって損傷させることなく、ｎ側コンタクト電極３１とｎ型半導体層２１との間の接触抵抗を小さくすることができる。
【００６６】
本発明は、上記各実施形態及び上記各変形例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００６７】
１ 発光素子
１Ａ 発光装置
１Ｂ 発光装置
１０ サファイア基板
２０ ＧａＮ半導体層
２１ ｎ型半導体層
２２ 発光層
２３ ｐ型半導体層
３０ ｐ側透明コンタクト電極
３１ ｎ側コンタクト電極
３２ ｐ側コンタクト電極
４０ ｐ側透明配線電極層
４１ ｎ側透明配線電極層
４２ バッファ電極
５０ 第１反射層
５１ 絶縁膜
５２ 反射層
５５ ｐ側第１絶縁膜開口部
５６ ｎ側第１絶縁膜開口部
６０ 第２反射層
６１ 絶縁膜
６２ 反射層
６５ ｐ側第２絶縁膜開口部
６６ ｎ側第２絶縁膜開口部
７０ ｐ側配線電極層
７１ ｎ側配線電極層
８０ ｐ側電極
８１ ｎ側電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光光を光取り出し方向に反射する構造を有する発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、サファイア基板に形成された窒化物半導体の同一平面側にｐ側とｎ側の電極が設けられたフリップチップ型の発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光素子は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に発光層を有し、ｐ型半導体層の上にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透光性を有する拡散電極が形成されている。この拡散電極の上には、ＮｉとＡｕを順に積層した後に加熱して合金化されたバッファ電極が設けられている。また、拡散電極の上方であってバッファ電極を除く部分には、発光層で発光して拡散電極を透過した光を反射するための金属反射膜が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２８８５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の発光素子では、発光層で発光して拡散電極を透過した光の一部は金属反射膜で反射するが、他の一部はバッファ電極又はｎ電極で吸収されてしまう。このため、光取り出し効率を高めるにあたっての制限が生じていた。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発光層で発光した光の取り出し効率を高めることが可能な発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、第１導電型の第１の半導体層、発光層、及び前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層が積層され、前記第２の半導体層及び前記発光層の一部が除去されて前記第１の半導体層の一部が露出した半導体積層構造と、前記半導体積層構造の上に、開口部を備えて積層される第１の反射層と、前記開口部を通じて、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層にキャリアを注入するための透明配線電極と、前記透明配線電極の上方に前記開口部の少なくとも一部を覆うように積層され、前記開口部を通過した前記発光層の光を前記発光層側に反射する第２の反射層とを備える発光素子が提供される。
【０００７】
上記発光素子において、一方面側が前記透明配線電極に接触し、他方面側が前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に接触する透明導電膜からなるコンタクト電極をさらに備えてもよい。
【０００８】
また、上記発光素子において、前記コンタクト電極を、前記透明配線電極と同一の電極材料によって形成するとよい。
【０００９】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層は、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層の前記コンタクト電極上の少なくとも一部に設けるとよい。
【００１０】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層と前記第２の反射層との間、及び前記第１の反射層と前記透明配線電極との間の少なくとも何れかには、絶縁層を形成するとよい。
【００１１】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層上であって前記開口部を除く領域に設けられ、前記透明配線電極と電気的に接続される金属配線電極をさらに有してもよい。
【００１２】
また、上記発光素子において、前記第１の反射層を前記第２の半導体層のコンタクト電極としてもよい。
【００１３】
また、上記発光素子において、前記透明配線電極が前記第１の半導体層に接触してもよい。
【００１４】
前記第１の半導体層のコンタクト電極は透明導電膜であり、この透明導電膜に前記透明配線電極が接触するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光層で発光した光の取り出し効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施の形態の発光素子の図１のＡ−Ａ断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態の発光素子の図２Ａの一部拡大図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第１の実施形態の発光素子１の製造工程を説明するための概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施の形態］
（発光素子１の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態の発光素子の構造を説明するための概略平面図であり、図２Ａは図１のＡ−Ａ断面図、図２Ｂは図２Ａの一部拡大図である。
【００１８】
本発明の一実施形態に係る発光素子１は、フリップチップ型であり、図１に示すように、平面視にて四角形状に形成される。また、発光素子１は、図２Ａに示すように、Ｃ面（０００１）を有するサファイア基板１０と、サファイア基板１０の上に設けられるＧａＮ半導体層２０とを備えている。ＧａＮ半導体層２０は、図示しないバッファ層と、バッファ層の上に設けられるｎ型半導体層２１と、ｎ型半導体層２１の上に設けられる発光層２２と、発光層２２の上に設けられるｐ型半導体層２３とをサファイア基板１０側からこの順で有している。
【００１９】
また、発光素子１は、ｐ型半導体層２３の上に設けられるｐ側透明コンタクト電極３０と、発光層２２の光を反射するための第１反射層５０と、ｐ型半導体層２３にキャリアを注入するためのｐ側透明配線電極層４０とを備える。図２Ａに示すように、ｐ側透明コンタクト電極３０は、一方面側がｐ側透明配線電極層４０に接触し、他方面側がｐ型半導体層２３に接触している。第１反射層５０は、ｐ側透明コンタクト電極３０上に設けられ、その一部にｐ側第１絶縁膜開口部５５が形成されている。また、第１反射層５０は、反射層５２を絶縁膜５１で覆って構成されている。ｐ側透明配線電極層４０は、第１反射層５０上に設けられ、第１反射層５０に形成されたｐ側第１絶縁膜開口部５５を通じてｐ側透明コンタクト電極３０と接触し、ｐ側透明コンタクト電極３０に電気的に接続されている。
【００２０】
発光素子１はまた、ｐ側配線電極層７０と、発光層２２の光を反射するための第２反射層６０と、ｐ側電極８０とを備える。ｐ側配線電極層７０は、ｐ側透明配線電極層４０上であってｐ側第１絶縁膜開口部５５の上方ではない領域に設けられ、ｐ側透明配線電極層４０と電気的に接続されている。第２反射層６０は、ｐ側透明配線電極層４０の上方に、ｐ側第１絶縁膜開口部５５の少なくとも一部を覆うように形成された反射層６２を有し、ｐ側透明配線電極層４０及びｐ側配線電極層７０上に設けられている。反射層６２は、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過した発光層２２の光を発光層２２側に反射するように形成されている。また、第２反射層６０は、反射層６２を絶縁膜６１で覆って構成されている。ｐ側電極８０は、第２反射層６０上に設けられ、第２反射層６０に形成されたｐ側第２絶縁膜開口部６５から露出したｐ側配線電極層７０と接触し、電気的に接続されている。
【００２１】
また、発光素子１は、ｎ型半導体層２１にキャリアを注入するためのｎ側透明配線電極層４１と、ｎ側配線電極層７１と、ｎ側電極８１とを備える。ｎ側透明配線電極層４１は、ｐ型半導体層２３から少なくともｎ型半導体層２１のコンタクト層の一部までエッチングにより除去することにより露出したｎ型半導体層２１上における第１反射層５０の上側に設けられ、第１反射層５０に形成されたｎ側第１絶縁膜開口部５６を介してｎ型半導体層２１と接触し、ｎ型半導体層２１に電気的に接続されている。ｎ側配線電極層７１は、ｎ側透明配線電極層４１上であってｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方ではない領域に設けられ、ｎ側透明配線電極層４１と電気的に接続されている。また、ｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方の少なくとも一部を覆うように、第２反射層６０の反射層６２が形成されている。ｎ側電極８１は、第２反射層６０に形成されたｎ側第２絶縁膜開口部６６から露出したｎ側配線電極層７１と電気的に接続されて第２反射層６０上に設けられている。
【００２２】
本実施形態においては、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層からｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層の一部に到るまで除去することにより、ｐ型半導体層２３、発光層２２、ｎ型半導体層２１からなるメサ部が形成される。メサ部は、ｎ型半導体２１の一部を残したＧａＮ半導体層２０の除去によって形成され、サファイア基板１０に垂直な方向に対して傾斜した傾斜面を有する。傾斜面の上には、反射層５２を含む第１反射層５０が形成され、第１反射層５０の上にｎ側透明配線電極層４１が形成されている。（また、本実施形態において、反射層５２は発光素子１の外縁部にも設けられている。）
【００２３】
ｎ型半導体層２１を構成するｎ側コンタクト層及びｎ側クラッド層と、発光層２２と、ｐ型半導体層２３を構成するｐ側クラッド層及びｐ側コンタクト層とは、それぞれIII族窒化物化合物半導体からなる層である。III族窒化物化合物半導体としては、例えば、ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のIII族窒化物化合物半導体を用いることができる。
【００２４】
発光層２２は、複数の井戸層及び障壁層からなり、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の材料が用いられる多重量子井戸構造を有する。さらに、ｐ側クラッド層とｐ側コンタクト層とは、所定量のｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）をドーピングしたｐ−ＧａＮからそれぞれ形成される。
【００２５】
本実施の形態においては、ｐ側透明コンタクト電極３０を構成する材料とｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１を構成する材料とは同一の電極材料からなる。また、ｐ側配線電極層７０を構成する材料とｎ側配線電極層７１を構成する材料とは同一の電極材料からなる。
【００２６】
ｐ側透明コンタクト電極３０、ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１は、導電性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなる。本実施の形態では、ｐ側透明コンタクト電極３０、ｐ側透明配線電極層４０、及びｎ側透明配線電極層４１は酸化物半導体から形成され、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成される。また、絶縁膜５１，６１は、電気絶縁性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなる。この絶縁膜５１，６１は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）から主として形成される。
【００２７】
また、反射層５２，６２は、それぞれ絶縁膜５１，６１の内部に設けられ、発光層２２が発する光を反射する金属材料、例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ等から形成される。絶縁膜５１及び６１の厚さは、全体にわたって、０．１μｍ以上１．０μｍ以下であり、絶縁膜５１及び６１の内部に設けられる反射層５２，６２の厚さは、反射層５２，６２に入射した光を適切に反射させることを目的として、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。
【００２８】
また、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１は、例えばＮｉ又はＴｉと、Ａｕとを含む金属材料などから形成される。ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１をＮｉ又はＴｉからなる層とＡｕ層とで構成した場合、Ａｕ層の厚さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
また、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１の上にはんだ層を設けることができ、はんだ層は、共晶材料、例えば、ＡｕＳｎから形成することができる。はんだ層は、例えば、真空蒸着法（例えば、電子ビーム蒸着法、又は抵抗加熱蒸着法等）、スパッタ法、めっき法、スクリーン印刷法等により形成することができる。また、はんだ層は、ＡｕＳｎ以外の共晶材料からなる共晶はんだ又はＳｎＡｇＣｕ等の鉛フリーはんだから形成することもできる。
【００３０】
以上のように構成された発光素子１は、青色領域の波長の光を発するフリップチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、例えば、発光素子１は、順電圧が２．９Ｖで、順電流が２０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５５ｎｍの光を発する。また、発光素子１の平面寸法は、例えば、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３００μｍ及び５００μｍである。
【００３１】
なお、サファイア基板１０の上に設けられるバッファ層からｐ側コンタクト層までの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy : MBE）、ハライド気相エピタキシー法（Halide Vapor Phase Epitaxy : HVPE）等によって形成することができる。ここで、バッファ層がＡｌＮから形成されるものを例示したが、バッファ層はＧａＮから形成することもできる。また、発光層２２の量子井戸構造は、多重量子井戸構造でなく、単一量子井戸構造、歪量子井戸構造にすることもできる。
【００３２】
また、絶縁膜５１，６１は、酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の金属酸化物、若しくはポリイミド等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成することもできる。そして、反射層５２及び６２は、Ａｇから形成することもでき、Ａｌ又はＡｇを主成分として含む合金から形成することもできる。また、反射層５２及び６２は、屈折率の異なる２つの材料の複数の層から形成される分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector : DBR）であってもよい。
【００３３】
更に、発光素子１は、紫外領域、近紫外領域、又は緑色領域にピーク波長を有する光を発するＬＥＤであってもよいが、ＬＥＤが発する光のピーク波長の領域はこれらに限定されない。なお、他の変形例においては、発光素子１の平面寸法はこれに限られない。例えば、発光素子１の平面寸法を縦寸法及び横寸法がそれぞれ１０００μｍとなるように設計することもでき、縦寸法と横寸法とが互いに異なるようにすることもできる。
【００３４】
（発光素子１の製造工程）
次いで、発光素子１の製造工程について説明する。まず、サファイア基板１０を準備して、このサファイア基板１０の上に、ｎ型半導体層２１と、発光層２２と、ｐ型半導体層２３とを含むＧａＮ半導体層２０を形成する。具体的には、サファイア基板１０の上に、バッファ層と、ｎ側コンタクト層と、ｎ側クラッド層と、発光層２２と、ｐ側クラッド層と、ｐ側コンタクト層とをこの順にエピタキシャル成長してＧａＮ半導体層２０を形成する（半導体層形成工程）。
【００３５】
図３（ａ）〜（ｉ）は、本発明の第１の実施形態の発光素子１の製造工程を説明するための概略平面図であり、説明のため（ａ）〜（ｉ）の各図は、各製造工程における最上面に形成される層のみを表示するものとする。
【００３６】
まず、図３（ａ）に示すように、後にｎ側第１絶縁膜開口部５６を形成する領域以外の全面にｐ側透明コンタクト電極３０を形成する。本実施形態においてｐ側透明コンタクト電極３０はＩＴＯであり、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法等により形成することができる。
【００３７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて、ｐ側透明コンタクト電極３０の一部をエッチングして除去するとともに、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層からｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層の一部までエッチングする。これにより、ｎ側クラッド層からｐ側コンタクト層までの複数の化合物半導体層から構成されるメサ部が形成され、ｎ側コンタクト層の一部が露出する。
【００３８】
次に、表面の全体に亘って第１反射層５０の絶縁膜５１を形成する。具体的には、ｐ側透明コンタクト電極３０、メサ部、及びｎ側コンタクト層の露出部分を覆うようにして、絶縁膜５１を形成する。絶縁膜５１は、例えばプラズマＣＶＤ法や蒸着により形成することができる（絶縁層形成工程における第１の絶縁層形成工程）。
【００３９】
そして、図３（ｃ）に示すように、絶縁膜５１の上であってｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６が形成される部分を除く領域に、蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて第１反射層５０の反射層５２を形成する（絶縁層形成工程における第１の反射層形成工程）。
【００４０】
次に、再び表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって絶縁膜５１を形成する（絶縁層形成工程における第２の絶縁層形成工程）。これにより反射層５２が絶縁膜５１により被覆される。そして、絶縁膜５１及び反射層５２を図３（ｄ）に示すようにパターンニングし、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を形成する。本実施の形態では、ｐ側第１絶縁膜開口部５５は、平面視においてＧａＮ半導体層２０の外縁側に８つ備えられている。また、ｎ側第１絶縁膜開口部５６は、平面視においてＧａＮ半導体層２０の中央部に３つ備えられている。
【００４１】
次に、図３（ｅ）に示すように、ｐ側透明配線電極層４０とｎ側透明配線電極層４１とを第１反射層５０の表面の予め定められた領域に同時に形成する。この際、ｐ側第１絶縁膜開口部５５内にｐ側透明配線電極層４０の一部が、ｎ側第１絶縁膜開口部５６内にｎ側透明配線電極層４１の一部が入り込み、ｐ側透明コンタクト電極３０又はｎ型半導体層２１とそれぞれ接触する。
【００４２】
本実施形態において、ｐ側透明配線電極層４０を構成する材料と、ｎ側透明配線電極層４１を構成する材料とは同一材料であり、ＩＴＯを用いる。ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１は、例えば、スパッタリング法を用いて形成される。なお、ｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１を真空蒸着法、ＣＶＤ法、蒸着法又はゾルゲル法等により形成することもできる。
【００４３】
続いて、図３（ｆ）に示すように、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１をそれぞれｐ側透明配線電極層４０及びｎ側透明配線電極層４１の表面の予め定められた一部の領域に同時に形成する。
【００４４】
次に、表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって第２反射層６０の絶縁膜６１を形成する。具体的には、ｐ側配線電極層７０、ｎ側配線電極層７１、ｐ側透明配線電極層４０、ｎ側透明配線電極層４１、（ｎ側コンタクト層の露出部）及び第１反射層５０を覆うようにして、絶縁膜６１をプラズマＣＶＤ法等により形成する（絶縁層形成工程における第３の絶縁層形成工程）。
【００４５】
そして、図３（ｇ）に示すように、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方にて、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を覆うように、蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて第２反射層６０の反射層６２を形成する（絶縁層形成工程における第２の反射層形成工程）。
【００４６】
次に、再び表面の全体に亘ってプラズマＣＶＤ法や蒸着等によって第２反射層６０の絶縁膜６１を形成する（絶縁層形成工程における第４の絶縁層形成工程）。これにより反射層６２が絶縁膜６１により被覆される。そして、絶縁膜６１及び反射層６２を図３（ｈ）に示すようにパターンニングし、ｐ側第２絶縁膜開口部６５及びｎ側第２絶縁膜開口部６６を形成する。
【００４７】
次に、図３（ｉ）に示すように、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、それぞれのｐ側第２絶縁膜開口部６５及びｎ側第２絶縁膜開口部６６を通じて、かつ、覆うように、同一材料からなるｐ側電極８０及びｎ側電極８１を同時に形成する（外部電極形成工程）。ｐ側第２絶縁膜開口部６５に形成されたｐ側電極８０はｐ側配線電極層７０に電気的に接続するとともに、ｎ側第２絶縁膜開口部６６に形成されたｎ側電極８１はｎ側配線電極層７１に電気的に接続する。以上の工程を経て、発光素子１が製造される。
【００４８】
以上の工程を経て形成された発光素子１は、導電性材料の配線パターンが予め形成されたセラミック等から構成される配線基板の所定の位置に、フリップチップボンディングにより実装される。そして、基板に実装された発光素子１を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はガラス等の封止材で一体として封止することにより、発光素子１を発光装置としてパッケージ化できる。
【００４９】
（動作）
発光素子１は、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１に電圧を加えることで、発光層２２から光を発する。光の一部は、発光層２２から光取り出し方向であるサファイア基板１０側に、一部は側方やｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられる。
【００５０】
発光層２２の発光光のうちｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられた光の一部は、第１反射層５０によって光取り出し方向に反射され、その他の一部は、ｐ側第１反射層開口部５５を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００５１】
発光光のうちサファイア基板１０側に発せられた光もＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面でｐ側透明コンタクト電極３０側に反射されることがあるが、その光についても第１反射層５０により、又はｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００５２】
（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、ｐ型半導体層２３のｐ側コンタクト層上に設けられるコンタクト電極を発光光に対して透明であるＩＴＯとし、その上に第１反射層５０を設け、ｐ側透明配線電極層４０が設けられる第１反射層５０のｐ側第１絶縁膜開口部５５の上方にさらに第２の反射層６０を設けたことで、ｐ側透明コンタクト電極３０によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を高い割合で反射する構造を形成することができる。
【００５３】
また、ｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１には発光光が入射せず、反射層としての役割を必要としないので、反射率が低くても光の取り出し効率に大きく影響しない。よってｐ側配線電極層７０及びｎ側配線電極層７１として各種の抵抗が低い材料を選択することができる。従って、透明配線電極のシート抵抗が高い場合であっても、発光素子１のキャリア拡散性を向上させ、全体の駆動電圧を低下させることができる。
【００５４】
また、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の数を増やしても発光光の反射率が低い部分が増大せず、発光面積も減らないため、光度を維持しながらｐ側透明配線電極層４０とｐ側透明コンタクト電極３０の接点、及びｎ側透明配線電極層４１とｎ型半導体層２１との接点を多数設けることができ、駆動電圧を下げることが可能となる。
【００５５】
［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る発光素子１Ａの構造を説明するための概略断面図である。
【００５６】
この発光素子１Ａは、第１の実施の形態の発光素子１のｐ側透明コンタクト電極３０を透明でないＡｇ、Ｒｈ等の高反射材料からなるｐ側コンタクト電極３２に変更し、第１の実施の形態の第１反射層５０に替えて反射層を有しない絶縁層５３を設けたものである。つまり、この発光素子１Ａでは、ｐ側コンタクト電極３２が第１の反射層となる。また、ｎ型半導体層２１の一部が露出した領域が開口部となる。
【００５７】
（動作）
発光素子１Ａは、ｐ側電極８０及びｎ側電極８１に電圧を加えることで、発光層２２から光を発する。その光の一部は、発光層２２から光取り出し方向であるサファイア基板１０側に、他の一部はｐ側コンタクト電極３２側に発せられる。
【００５８】
ｐ側コンタクト電極３２側に発せられた光は、その表面でサファイア基板１０側に反射される。また、サファイア基板１０側に向かった光の一部は、ＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面でメサ部、又はｎ側コンタクト層に向かって反射し、第２反射層６０の反射層６２によって光取り出し方向に反射される。
【００５９】
（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１Ａは、ｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層上に設けられるｎ側透明配線電極層４１を発光光に対して透明であるＩＴＯとし、その上方に第２の反射層６０を設けたことで、ｎ側透明配線電極層４１によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を反射する構造を形成することができる。
【００６０】
［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る発光素子１Ｂの構造を説明するための概略断面図である。
【００６１】
この発光素子１Ｂは、ｎ型半導体層２１のｎ側コンタクト層とｎ側透明配線電極層４１との間にｎ側コンタクト電極３１を備えた構成が上記第１の実施の形態に係る発光素子１とは異なる。ｎ側コンタクト電極３１は、導電性及び発光層２２で発光する光の波長に対して透光性を有する材料からなり、ｎ側透明配線電極層４１と同一の電極材料からなる。ｎ側コンタクト電極３１は、例えばＩＴＯから形成される。
【００６２】
図５に示すように、ｎ側コンタクト電極３１の一方面側はｎ側透明配線電極層４１に接触し、他方面側はｎ型半導体層２１に接触して、それぞれ電気的に接続されている。
【００６３】
（動作）
発光光のうちｐ側透明コンタクト電極３０側に発せられた光の一部は、第１反射層５０によって光取り出し方向に反射され、その他の一部は、ｐ側第１絶縁膜開口部５５を通過して第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００６４】
また、発光光のうちサファイア基板１０側に発せられた光の一部は、ＧａＮ半導体層２０とサファイア基板１０との界面で反射され、さらにその一部はｎ側コンタクト電極３１を通過して、第１反射層５０又は第２反射層６０によって光取り出し方向に反射される。
【００６５】
（第３の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１Ｂは、ｐ型半導体層２３及びｎ型半導体層２１のコンタクト層上に設けられるコンタクト電極を発光光に対して透明である材料から形成し、その上に第１反射層５０を設け、ｐ側第１絶縁膜開口部５５及びｎ側第１絶縁膜開口部５６の上方にさらに第２の反射層６０を設けたことで、ｐ側透明コンタクト電極３０又はｎ側コンタクト電極３１によって光を吸収することなく、光取り出し方向に発光光を反射する構造を形成することができる。また、ｎ側コンタクト電極３１とｎ側透明配線電極層４１とを別に設けることにより、ｎ側コンタクト電極３１の形成後であって第１反射層５０を形成する前にｎ側コンタクト電極３１に熱を加えて高温処理することで、第１反射層５０を熱によって損傷させることなく、ｎ側コンタクト電極３１とｎ型半導体層２１との間の接触抵抗を小さくすることができる。
【００６６】
本発明は、上記各実施形態及び上記各変形例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
【符号の説明】
【００６７】
１ 発光素子
１Ａ 発光装置
１Ｂ 発光装置
１０ サファイア基板
２０ ＧａＮ半導体層
２１ ｎ型半導体層
２２ 発光層
２３ ｐ型半導体層
３０ ｐ側透明コンタクト電極
３１ ｎ側コンタクト電極
３２ ｐ側コンタクト電極
４０ ｐ側透明配線電極層
４１ ｎ側透明配線電極層
４２ バッファ電極
５０ 第１反射層
５１ 絶縁膜
５２ 反射層
５５ ｐ側第１絶縁膜開口部
５６ ｎ側第１絶縁膜開口部
６０ 第２反射層
６１ 絶縁膜
６２ 反射層
６５ ｐ側第２絶縁膜開口部
６６ ｎ側第２絶縁膜開口部
７０ ｐ側配線電極層
７１ ｎ側配線電極層
８０ ｐ側電極
８１ ｎ側電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１の半導体層、発光層、及び前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層が積層され、前記第２の半導体層及び前記発光層の一部が除去されて前記第１の半導体層の一部が露出した半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上に、開口部を備えて積層される第１の反射層と、
前記開口部を通じて、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層にキャリアを注入するための透明配線電極と、
前記透明配線電極の上方に前記開口部の少なくとも一部を覆うように積層され、前記開口部を通過した前記発光層の光を前記発光層側に反射する第２の反射層とを備える発光素子。
【請求項２】
一方面側が前記透明配線電極に接触し、他方面側が前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に接触する透明導電膜からなるコンタクト電極をさらに備えた請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記コンタクト電極は、前記透明配線電極と同一の電極材料によって形成された請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の反射層は、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層の前記コンタクト電極上の少なくとも一部に設けられる請求項２又は３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の反射層と前記第２の反射層との間、及び前記第１の反射層と前記透明配線電極との間の少なくとも何れかには、絶縁層が形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の反射層上であって前記開口部を除く領域に設けられ、前記透明配線電極と電気的に接続される金属配線電極をさらに有する請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の反射層が前記第２の半導体層のコンタクト電極である請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記透明配線電極が前記第１の半導体層に接触している請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１の半導体層のコンタクト電極は透明導電膜であり、この透明導電膜に前記透明配線電極が接触している請求項７に記載の発光素子。
【請求項１】
第１導電型の第１の半導体層、発光層、及び前記第１導電型と異なる第２導電型の第２の半導体層が積層され、前記第２の半導体層及び前記発光層の一部が除去されて前記第１の半導体層の一部が露出した半導体積層構造と、
前記半導体積層構造の上に、開口部を備えて積層される第１の反射層と、
前記開口部を通じて、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層にキャリアを注入するための透明配線電極と、
前記透明配線電極の上方に前記開口部の少なくとも一部を覆うように積層され、前記開口部を通過した前記発光層の光を前記発光層側に反射する第２の反射層とを備える発光素子。
【請求項２】
一方面側が前記透明配線電極に接触し、他方面側が前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層に接触する透明導電膜からなるコンタクト電極をさらに備えた請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記コンタクト電極は、前記透明配線電極と同一の電極材料によって形成された請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の反射層は、前記第１の半導体層又は前記第２の半導体層の前記コンタクト電極上の少なくとも一部に設けられる請求項２又は３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の反射層と前記第２の反射層との間、及び前記第１の反射層と前記透明配線電極との間の少なくとも何れかには、絶縁層が形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の反射層上であって前記開口部を除く領域に設けられ、前記透明配線電極と電気的に接続される金属配線電極をさらに有する請求項１から５のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の反射層が前記第２の半導体層のコンタクト電極である請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記透明配線電極が前記第１の半導体層に接触している請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記第１の半導体層のコンタクト電極は透明導電膜であり、この透明導電膜に前記透明配線電極が接触している請求項７に記載の発光素子。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図４】
【図５】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−６９９０９（Ｐ２０１２−６９９０９Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２８３９０（Ｐ２０１１−１２８３９０）
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月８日（２０１１．６．８）
【出願人】（０００２４１４６３）豊田合成株式会社 (3,467)
【Ｆターム（参考）】
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