JP2010087282A

JP2010087282A - 半導体発光素子

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Publication number: JP2010087282A
Application number: JP2008255434A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Iwahashi; 友也岩橋; Akihiko Murai; 章彦村井; Hiroshi Fukushima; 博司福島; Masaharu Yasuda; 正治安田; Kazuyuki Yamae; 和幸山江
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-09-30
Also published as: JP5091823B2

Abstract

【課題】光取り出し効率の向上を図りつつ信頼性を向上できる半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ｐ形窒化物半導体層６とアノード電極７との間に、ｐ形窒化物半導体層６における窒化物発光層５側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さなＧＺＯ膜からなる透明導電膜９と、透明導電膜９におけるｐ形窒化物半導体層６側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層５から放射された光を反射するＡｇ膜からなる反射導電膜１２とを備え、透明導電膜９と反射導電膜１２との間に、透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜１０と、透明導電膜９において低屈折率透明膜１０が積層された表面側に形成され窒化物発光層５から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜９側への反射導電膜１２の接着力を高める接着導電膜１１とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光層が窒化物半導体材料により形成された半導体発光素子に関するものである。

従来から、発光層がＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半導体材料により形成されるとともに厚み方向の一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成され、実装基板に対してフリップチップ実装して用いることが可能な半導体発光素子において、光取り出し効率を向上するためにアノード電極およびカソード電極での光吸収を抑制するようにした構造が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１）。

ここにおいて、上記特許文献１に開示された半導体発光素子は、図５に示すように、サファイア基板からなる透光性基板１’の一表面側に形成されたＧａＮ層からなるバッファ層２’と、バッファ層２’上に形成されたノンドープＧａＮ層からなるノンドープ窒化物半導体層３’と、ノンドープ窒化物半導体層３’上に形成されたｎ形ＧａＮ層からなるｎ形窒化物半導体層４’と、ｎ形窒化物半導体層４’上に形成され量子井戸構造を有する窒化物発光層５’と、窒化物発光層５’上に形成されたｐ形ＧａＮ層からなるｐ形窒化物半導体層６’と、ｐ形窒化物半導体層６’の表面側に形成されたアノード電極７’と、ｎ形窒化物半導体層４’における透光性基板１’側とは反対の表面側に形成されたカソード電極８’とを備え、ｐ形窒化物半導体層６’とアノード電極７’との間に、ｐ形窒化物半導体層６’における窒化物発光層５’側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さなＺｎＯ膜からなる透明導電膜９’と、透明導電膜９’におけるｐ形窒化物半導体層６’側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層５’から放射された光を反射するＡｇ膜からなる反射導電膜１２’とを備えている。

図５に示した構成の半導体発光素子では、アノード電極７’とカソード電極８’との間に順方向バイアス電圧を印加することにより窒化物発光層５’に注入された電子とホールとが再結合することで発光する。ここで、図５に示した構成の半導体発光素子は、実装基板にフリップチップ実装し透光性基板１’の他表面を光取り出し面として用いられるものであり、窒化物発光層５’からｎ形窒化物半導体層４’側へ放射された光が透光性基板１’を通して光取り出し面から出射されるとともに、ｐ形窒化物半導体層６’側へ放射された光の一部がｐ形窒化物半導体層６’と透明導電膜９’との界面で両者の屈折率差に起因してフレネル反射されて光取り出し面から出射され、透明導電膜９’を透過した光が反射導電膜１２’で反射されて光取り出し面から出射されることとなるので、光取り出し効率を高めることができる。
特開２００５−４５０３８号公報

しかしながら、図５に示した構成の半導体発光素子では、透明導電膜９’と反射導電膜１２’との密着性が低いので、実装基板にフリップチップ実装する際や当該フリップチップ実装後に透明導電膜９’から反射導電膜１２’が剥離してしまい、光出力特性が低下してしまうという問題があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光取り出し効率の向上を図りつつ信頼性の向上を図れる半導体発光素子を提供することにある。

請求項１の発明は、ｎ形窒化物半導体層と窒化物発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造を有し、ｐ形窒化物半導体層における窒化物発光層側とは反対側にアノード電極が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層における窒化物発光層の積層側にカソード電極が形成された半導体発光素子であって、ｐ形窒化物半導体層とアノード電極との間に、ｐ形窒化物半導体層における窒化物発光層側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜におけるｐ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜とを備え、透明導電膜と反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ｐ形窒化物半導体層における窒化物発光層側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜におけるｐ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えているので、光取り出し効率の向上を図りつつ、透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高めることができて信頼性を向上できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記低屈折率透明膜は、前記透明導電膜よりも屈折率の小さな材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記低屈折率透明膜が前記透明導電膜よりも屈折率の大きな材料により形成されている場合に比べて、反射率を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記低屈折率透明膜は、ＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層との積層膜であってＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層とを少なくとも１層ずつ備えた積層膜からなることを特徴とする。

この発明によれば、ＳｉＯ_２層、ＺｒＯ_２層それぞれの膜厚を適宜設定することにより、反射率を高めることができるとともに、前記低屈折率透明膜の内部応力を緩和できて前記透明導電膜との密着性を向上できる。

請求項４の発明は、請求項１２の発明において、前記低屈折率透明膜の厚さは、前記窒化物発光層の発光波長の光学波長の４分の５倍以上の値であることを特徴とする。

この発明によれば、エバネッセント光に起因して特定の入射角における反射率が低下するのを防止することができ、光取り出し効率を向上できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至４の発明において、前記低屈折率透明膜は、前記透明導電膜上に複数形成されてなり、それぞれの平面視形状が円形状であることを特徴とする。

この発明によれば、前記各低屈折率透明膜の中心から外周線の各位置までの距離が略等しくなり、前記接着導電膜において前記低屈折率透明膜を全周に亘って囲んでいる部分の電流密度の均一性を高めることができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明において、前記ｎ形窒化物半導体層と前記カソード電極との間に、前記ｎ形窒化物半導体層における前記窒化物発光層の積層側に形成され前記ｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜における前記ｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに前記窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜とを備え、透明導電膜と反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記ｎ形窒化物半導体層における前記窒化物発光層の積層側に形成され前記ｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜における前記ｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに前記窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えているので、光取り出し効率の向上を図りつつ、透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高めることができて信頼性を向上できる。

請求項１の発明では、光取り出し効率の向上を図りつつ信頼性を向上できるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の半導体発光素子は、図１に示すように、ＧａＮ基板からなる透光性基板１の一表面側（図１における下面側）にｎ形ＧａＮ層からなるｎ形窒化物半導体層４が形成され、ｎ形窒化物半導体層４上に量子井戸構造を有する窒化物発光層５が形成され、窒化物発光層５上にｐ形ＧａＮ層からなるｐ形窒化物半導体層６が形成されている。要するに、本実施形態の半導体発光素子は、透光性基板１の上記一表面側にｎ形窒化物半導体層４と窒化物発光層５とｐ形窒化物半導体層６との積層構造を有している。なお、ｎ形窒化物半導体層４、窒化物発光層５、およびｐ形窒化物半導体層６は、透光性基板１の上記一表面側にＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術を利用して成膜するので、透光性基板１とｎ形窒化物半導体層４との間にバッファ層を適宜設けてもよい。また、ｎ形窒化物半導体層４、窒化物発光層５、およびｐ形窒化物半導体層６の結晶成長方法は、ＭＯＶＰＥ法に限定するものではなく、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを採用してもよい。また、透光性基板１は、窒化物発光層５から放射される光に対して透明であればよく、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板などを採用してもよい。

また、本実施形態の半導体発光素子は、ｐ形窒化物半導体層６における窒化物発光層５側とは反対側にアノード電極７が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層４における窒化物発光層５の積層側にカソード電極８が形成されている。ここで、カソード電極８は、透光性基板１の上記一表面側へｎ形窒化物半導体層４、窒化物発光層５、ｐ形窒化物半導体層６を順次成長させた後で、ｎ形窒化物半導体層４と窒化物発光層５とｐ形窒化物半導体層５との積層膜の所定領域をｐ形窒化物半導体層６の表面側からｎ形窒化物半導体層４の途中までエッチングすることにより露出させたｎ形窒化物半導体層４の表面に形成されている。

ここにおいて、本実施形態の半導体発光素子では、アノード電極７とカソード電極８との間に順方向バイアス電圧を印加することにより、アノード電極７からｐ形窒化物半導体層６へホールが注入されるとともに、カソード電極８からｎ形窒化物半導体層４へ電子が注入され、窒化物発光層５に注入された電子とホールとが再結合することで発光する。

上述のｎ形窒化物半導体層４は、透光性基板１上に形成されたｎ形ＧａＮ層で構成してあるが、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、透光性基板１がサファイア基板の場合には、透光性基板１の上記一表面側にＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層などからなるバッファ層を介して形成されたｎ形ＡｌＧａＮ層と、当該ｎ形ＡｌＧａＮ層上のｎ形ＧａＮ層とで構成してもよい。

また、窒化物発光層５は、ＧａＮ層からなる障壁層によりＩｎＧａＮ層からなる井戸層が挟まれた量子井戸構造を有しており、当該窒化物発光層５の発光ピーク波長が４５０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層の組成を設定してあるが、発光波長（発光ピーク波長）は特に限定するものではない。なお、窒化物発光層５の量子井戸構造は単一量子井戸構造に限らず、多重量子井戸構造でもよい。また、窒化物発光層５は、必ずしも量子井戸構造を有している必要はなく、単層構造でもよい。また、窒化物発光層５の材料も窒化物半導体材料であればよく、所望の発光波長に応じて、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮなどを適宜採用してもよい。

また、ｐ形窒化物半導体層６は、窒化物発光層５上に形成されたｐ形ＧａＮ層で構成してあるが、単層構造に限らず、多層構造でもよく、例えば、ｐ形ＡｌＧａＮ層からなる第１のｐ形半導体層と、第１のｐ形半導体層上に形成されたｐ形ＧａＮ層からなる第２のｐ形半導体層とで構成してもよい。

また、アノード電極７は、後述の反射導電膜１２上のＡｕ層と当該Ａｕ層上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有しており、最表面側のＡｕ層がｐパッド層を構成している。

また、カソード電極８は、ｎ形窒化物半導体層４上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有しており、Ａｕ層がｎパッド層を構成している。ここで、ｎ形窒化物半導体層４上のＴｉ層は、ｎ形窒化物半導体層４に対するオーミックコンタクト層として設けてあるが、オーミックコンタクト層の材料は、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ａｌやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などを採用すればよい。

ところで、本実施形態の半導体発光素子は、ｐ形窒化物半導体層６とアノード電極７との間に、ｐ形窒化物半導体層６における窒化物発光層５側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さなＧＺＯ（ＧａをドープしたＺｎＯ）膜からなる透明導電膜９と、透明導電膜９におけるｐ形窒化物半導体層６側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層５から放射された光を反射するＡｇ膜からなる反射導電膜１２とを備え、透明導電膜９と反射導電膜１２との間に、透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さな複数の低屈折率透明膜１０と、透明導電膜９において低屈折率透明膜１０が積層された表面側に形成され窒化物発光層５から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜９側への反射導電膜１２の接着力を高めるＰｔ膜からなる接着導電膜１１とを備えている。なお、低屈折率透明膜１０の数は複数に限らず、形状によっては１つでもよい。

本実施形態では、透明導電膜９を構成するＧＺＯ膜の膜厚を１０ｎｍに設定してあるが、この膜厚に限定するものではない。また、本実施形態では、透明導電膜９の材料としてＧＺＯを採用しているが、透明導電膜９の材料は、例えば、ＧＺＯ、ＡＺＯ（ＡｌをドーピングしたＺｎＯ）、ＩＴＯの群から選択される材料であればよく、当該群から選択される材料を採用することにより、当該透明導電膜９とｐ形窒化物半導体層６との接触をオーミック接触とすることができる。ここにおいて、透明導電膜９をＧＺＯ膜、ＡＺＯ膜、ＩＴＯ膜などにより構成する場合、当該透明導電膜９の形成にあたっては、Ｏ_２ガスアシストの電子ビーム蒸着法により成膜した後、Ｎ_２ガスとＯ_２ガスとの混合ガス中でアニールするようにすればよく、このような形成方法を採用することにより、透明導電膜９の消衰係数を０．００１程度とすることができる。ここで、透明導電膜９をＧＺＯ膜により構成する場合のアニール条件の一例として、例えば、Ｎ_２ガスとＯ_２ガスとの体積比を９５：５、アニール温度を５００℃、アニール時間を５分とすればよい。なお、透明導電膜９の形成方法および形成条件は上述の例に限らないが、消衰係数ｋが０．００３以下となるように形成方法および形成条件を設定することが好ましい。

また、本実施形態では、反射導電膜１２を構成するＡｇ膜の膜厚を１００ｎｍに設定してあるが、この膜厚は特に限定するものではなく、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲で適宜設定すればよい。また、反射導電膜１２の材料は、Ａｇに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。ただし、反射導電膜１２は、当該反射導電膜１２の材料としてＡｇを採用した方がＡｌを採用する場合に比べて、窒化物発光層５から放射される光（紫外光〜可視光）に対する反射率を高めることができる。

また、低屈折率透明膜１０は、ＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層との積層膜であってＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層とを１層ずつ備えた積層膜により構成してある。ここにおいて、低屈折率透明膜１０は、透明導電膜９上のＳｉＯ_２層と、当該ＳｉＯ_２層上のＺｒＯ_２層とで構成されている。低屈折率透明膜１０は、ＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層とを少なくとも一層ずつ備えていればよく、例えば、ＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層とＳｉＯ_２層との積層膜で構成してもよい。また、低屈折率透明膜１０は、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３の群から選択される１つの材料により形成された単層膜により構成してもよく、上述の積層膜、単層膜のいずれの場合にも、低屈折率透明膜１０の消衰係数が略０となるので、低屈折率透明膜１０での光の吸収損失の発生を抑制できる。なお、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２それぞれの屈折率は、１．４６、１．９７であり、Ａｌ_２Ｏ_３の屈折率は、１．７〜１．９程度、Ｙ_２Ｏ_３の屈折率は１．８〜２．０程度である。また、低屈折率透明膜１０は、透明導電膜９よりも屈折率が小さな材料に限らず、透明導電膜９よりも屈折率が大きな材料でもよく、例えば、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５などを採用してもよい。ただし、低屈折率透明膜１０の材料として、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３などの透明導電膜９よりも屈折率が小さな材料を採用したほうが、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５などの透明導電膜９よりも屈折率の大きな材料により形成されている場合に比べて、反射率を高めることができる。

ここで、低屈折率透明膜１０の材料をＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５のいずれか１つとし、低屈折率透明膜１０の屈折率をｎ、窒化物発光層５の発光波長をλ（ｎｍ）として、低屈折率透明膜１０の厚さをλ／４ｎの整数倍の値で種々変化させて低屈折率透明膜１０の反射率の入射角依存性についてシミュレーションした結果、低屈折率透明膜１０の厚さを窒化物発光層５の発光波長の光学波長（λ／ｎ）の４分の５倍以上の値に設定することにより、エバネッセント光に起因して特定の入射角における反射率が低下するのを防止でき、光取り出し効率を向上できることが確認された。また、低屈折率透明膜１０を上述のようにＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層との積層膜により構成する場合には、ＳｉＯ_２層の厚さをｔ_１、屈折率をｎ_１とし、ＺｒＯ_２層の厚さをｔ_２、屈折率をｎ_２として、（ｔ_１・λ／４ｎ_１＋ｔ_２・λ／４ｎ_２）≧（５／４）・λの条件を満たすように、ｔ_１，ｔ_２を設定すればよく、本実施形態では、低屈折率透明膜１０の内部応力が０となるようにｔ_１＝３１．１ｎｍ、ｔ_２＝１５９．１ｎｍとしてある。要するに、低屈折率透明膜１０を上述の積層膜により構成する場合には、ＳｉＯ_２層、ＺｒＯ_２層それぞれの膜厚を適宜設定することにより、反射率を高めることができるとともに、低屈折率透明膜１０の内部応力を緩和できて低屈折率透明膜１０と透明導電膜９との密着性を向上できる。

ところで、本実施形態の半導体発光素子は、透光性基板１の平面視形状が矩形状（ここでは、正方形状）であり、アノード電極７の平面視形状を透光性基板１よりもやや小さな矩形（ここでは、正方形）の４つの角部のうちの１つの角部に４分の１円状の切欠部７ａを設けた形状にするとともに、カソード電極８の平面視形状がアノード電極７の切欠部７ａに収まる４分の１円状の形状にし、アノード電極７の平面積をカソード電極８の平面積よりも大きくしてある。なお、アノード電極７およびカソード電極８それぞれの形状は特に限定するものではない。

また、本実施形態の半導体発光素子では、低屈折率透明膜１０が透明導電膜９上に複数形成されており、それぞれの平面視形状が円形状であるので、各低屈折率透明膜１０それぞれについて、低屈折率透明膜１０の中心から外周線の各位置までの距離が略等しくなり、接着導電膜１１において低屈折率透明膜１０を全周に亘って囲んでいる部分の電流密度の均一性を高めることができる。なお、低屈折率透明膜１０の平面視形状は、円形状が好ましいが、角が６つ以上の正多角形状の平面視形状でもよく、角の数が多く円形に近い方がより望ましい。

また、本実施形態の半導体発光素子は、複数の低屈折率透明膜１０が透明導電膜９上で２次元アレイ状に配列されているが、低屈折率透明膜１０を設けたことによる動作電圧（順方向電圧）の上昇を抑制しつつ光取り出し効率を向上させるために、低屈折率透明膜１０の平面積を透明導電膜９の平面積の７０％以下とすることが好ましい。

次に、Ｐｔ膜からなる接着導電膜１１の膜厚と当該接着導電膜１１の波長４５０ｎｍの光に対する光透過率との関係についてシミュレーションした結果を図２に示す。図２から分かるように、接着導電膜１１の膜厚が小さいほど当該接着導電膜１１の光透過率が高くなり、接着導電膜１１をＰｔ膜により構成する場合、接着導電膜１１の膜厚が０．６ｎｍになると、光透過率が９５％程度まで低下してしまい、Ａｇ膜からなる反射導電膜１２の光反射率と同程度の値となってしまうので、接着導電膜１１の膜厚は０．５ｎｍ以下に設定することが好ましい。また、接着導電膜１１の材料は、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３の群から選択される材料であればよい。なお、本実施形態では、接着導電膜１１が透明導電膜９および低屈折率透明膜１０を覆うように形成してあるが、透明導電膜９のみを覆うように形成して、低屈折率透明膜１０が反射導電膜１２に接するようにしてもよい。

また、本実施形態では、透明導電膜９を構成するＧＺＯ膜の膜厚を１０ｎｍに設定してあるが、この膜厚に限定するものではない。ここで、Ｐｔ膜からなる接着導電膜１０の膜厚を０．１ｎｍ、Ａｇ膜からなる反射導電膜１１の膜厚を１５０ｎｍとして、下記表１のようにＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層との各膜厚を変化させて、透明導電膜９の膜厚とｐ形窒化物半導体層６におけるアノード電極７側の積層構造の４５０ｎｍの光に対する光反射率との関係についてシミュレーションした結果を図３に示す。ここで、図３において、「イ」はＳｉＯ_２層の膜厚が３１．１ｎｍ、ＺｒＯ_２層の膜厚が１５９．１ｎｍの場合、「ロ」はＳｉＯ_２層の膜厚が８０．０ｎｍ、ＺｒＯ_２層の膜厚が１００．０ｎｍの場合、「ハ」は低屈折率透明膜１０を設けていない場合、をそれぞれ示している。

図３から分かるように、低屈折率透明膜１０を設けた場合「イ」、「ロ」では、低屈折率透明膜１０を設けていない場合「ハ」に比べて、反射率を向上できることが分かる。なお、透明導電膜９の膜厚を１０ｎｍ〜１６０ｎｍの範囲で変化させても、透明導電膜９を設けずにｐ形ＧａＮ層からなるｐ形窒化物半導体層６とＡｇ膜からなる反射導電膜１２との間にオーミックコンタクト層としてＰｔ膜（オーミック接触を得るために膜厚を０．３ｎｍとしてある）を設けた場合のシミュレーション結果（図示せず）に比べて反射率を高めることができることを確認している。

ところで、上述のｎ形窒化物半導体層４をｎ形ＧａＮ層、窒化物発光層５をＧａＮ層からなる障壁層とＩｎＧａＮ層からなる井戸層とを有する量子井戸構造、ｐ形窒化物半導体層６をｐ形ＧａＮ層として、ｐ形窒化物半導体層６におけるアノード電極７側の積層構造を上記表１のように設定した実施例、透明導電膜９と反射導電膜１２との間に接着導電膜１０を介在させていない比較例、それぞれについて、反射導電膜１２の透明導電膜９側への接着力を評価するために引張接着強度およびシェア強度を測定したところ、実施例では比較例に比べて接着力が大幅に向上していることが確認された。

以上説明した本実施形態の半導体発光素子では、ｐ形窒化物半導体層６における窒化物発光層５側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さな透明導電膜９と、透明導電膜９におけるｐ形窒化物半導体層６側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層５から放射された光を反射する反射導電膜１２とを備え、透明導電膜９と反射導電膜１２との間に、透明導電膜９上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層６よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜１０と、透明導電膜９において低屈折率透明膜１０が積層された表面側に形成され窒化物発光層５から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜９側への反射導電膜１２の接着力を高めるＰｔ膜からなる接着導電膜１１とを備えているので、光取り出し効率の向上を図りつつ透明導電膜９側への反射導電膜１２の接着力を高めることができ、信頼性を向上できる。

しかして、本実施形態の半導体発光素子を実装基板にフリップチップ実装する際や当該フリップチップ実装後に透明導電膜９と反射導電膜１２との間で剥離が生じるのを防止することができ、光出力特性が低下するのを防止することができる。

（実施形態２）
本実施形態の半導体発光素子の基本構成は、実施形態１と略同じであり、図４に示すように、ｎ形窒化物半導体層４とカソード電極８との間に、ｎ形窒化物半導体層４における窒化物発光層５の積層側に形成されｎ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな透明導電膜１９と、透明導電膜１９におけるｎ形窒化物半導体層４側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層５から放射された光を反射する反射導電膜２２とを備え、透明導電膜１９と反射導電膜２２との間に、透明導電膜１９上に部分的に積層されｎ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜２０と、透明導電膜１９において低屈折率透明膜２０が積層された表面側に形成され窒化物発光層５から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜１９側への反射導電膜２２の接着力を高める接着導電膜２１とを備えている点、カソード電極８が、反射導電膜２２上のＡｕ層と当該Ａｕ層上のＴｉ層と当該Ｔｉ層上のＡｕ層との積層構造を有しており、最表面側のＡｕ層がｎパッド層を構成している点が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ところで、本実施形態では、透明導電膜１９、反射導電膜２２、低屈折率透明膜２０、接着導電膜２１の材料および膜厚を、実施形態１に説明した透明導電膜９、反射導電膜１２、低屈折率透明膜１０、接着導電膜１１それぞれと同じに設定してあり、カソード電極８の材料および膜厚をアノード電極７と同じに設定してあるので、ｎ形窒化物半導体層４とカソード電極８との間の層構造をｐ形窒化物半導体層６とアノード電極７との間の層構造を同じにすることができ、製造プロセスを増加させることなく製造することが可能となる。

また、本実施形態の半導体発光素子では、ｎ形窒化物半導体層４とカソード電極８との間に、上述の透明導電膜１９と反射導電膜２２とを備え、透明導電膜１９と反射導電膜２２との間に、透明導電膜１９上に部分的に積層されｎ形窒化物半導体層４よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜２０と、透明導電膜１９において低屈折率透明膜２０が積層された表面側に形成され窒化物発光層５から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜１９側への反射導電膜２２の接着力を高める接着導電膜２１とを備えているので、光取り出し効率の向上を図りつつ、透明導電膜１９側への反射導電膜２２の接着力を高めることができて信頼性を向上できる。ここで、低屈折率透明膜２０は、透明導電膜１９よりも屈折率が小さな材料でも大きな材料でもよいが、反射率を大きくする観点から屈折率が小さな材料のほうが好ましい。

なお、本実施形態では、接着導電膜２１が透明導電膜１９および低屈折率透明膜２０を覆うように形成してあるが、透明導電膜１９のみを覆うように形成して、低屈折率透明膜２０が反射導電膜２２に接するようにしてもよい。

ところで、上記各実施形態では、透光性基板１の上記一表面側にｎ形窒化物半導体層４を形成しているが、透光性基板１の導電形がｎ形の場合（例えば、透光性基板１がｎ形ＧａＮ基板の場合）には、透光性基板１がｎ形窒化物半導体層４を兼ねる構成を採用してもよい。

実施形態１の半導体発光素子を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。同上の半導体発光素子の特性説明図である。同上の半導体発光素子の特性説明図である。実施形態２の半導体発光素子を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。従来例を示す半導体発光素子の概略断面図である。

符号の説明

１透光性基板
４ｎ形窒化物半導体層
５発光層
６ｐ形窒化物半導体層
７アノード電極
８カソード電極
９透明導電膜
１０低屈折率透明膜
１１接着導電膜
１２反射導電膜

Claims

ｎ形窒化物半導体層と窒化物発光層とｐ形窒化物半導体層との積層構造を有し、ｐ形窒化物半導体層における窒化物発光層側とは反対側にアノード電極が形成されるとともに、ｎ形窒化物半導体層における窒化物発光層の積層側にカソード電極が形成された半導体発光素子であって、ｐ形窒化物半導体層とアノード電極との間に、ｐ形窒化物半導体層における窒化物発光層側とは反対側に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜におけるｐ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜とを備え、透明導電膜と反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｐ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えることを特徴とする半導体発光素子。
前記低屈折率透明膜は、前記透明導電膜よりも屈折率の小さな材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
前記低屈折率透明膜は、ＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層との積層膜であってＳｉＯ_２層とＺｒＯ_２層とを少なくとも１層ずつ備えた積層膜からなることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
前記低屈折率透明膜の厚さは、前記窒化物発光層の発光波長の光学波長の４分の５倍以上の値であることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。
前記低屈折率透明膜は、前記透明導電膜上に複数形成されてなり、それぞれの平面視形状が円形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
前記ｎ形窒化物半導体層と前記カソード電極との間に、前記ｎ形窒化物半導体層における前記窒化物発光層の積層側に形成され前記ｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな透明導電膜と、透明導電膜における前記ｎ形窒化物半導体層側とは反対側に形成され導電性を有するとともに前記窒化物発光層から放射された光を反射する反射導電膜とを備え、透明導電膜と反射導電膜との間に、透明導電膜上に部分的に積層されｎ形窒化物半導体層よりも屈折率が小さな低屈折率透明膜と、透明導電膜において低屈折率透明膜が積層された表面側に形成され窒化物発光層から放射される光に対して透明であるとともに導電性を有し且つ透明導電膜側への反射導電膜の接着力を高める接着導電膜とを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。