JP2011119491A - 半導体発光素子、電子機器および発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体発光素子の発光層から出力される光量のむらを抑制し、且つ、半導体発光素子における発光層の面積の減少を抑制する。
【解決手段】半導体発光素子１は、それぞれがｐ型半導体層１６０および発光層１５０を貫通して設けられ、それぞれがｎ型半導体層１４０と電気的に接続される複数のｎ側柱状導体部１８３と、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側で発光層１５０の面と対向して配置され、複数のｎ側柱状導体１８３と電気的に接続されるｎ側層状導体部１８４と、それぞれがｐ型半導体層１６０と電気的に接続される複数のｐ側柱状導体部１７３と、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側で発光層１５０と対向して配置され、複数のｐ側柱状導体部１７３と電気的に接続されるｐ側層状導体部１７４とを含んでいる。
【選択図】図１
【解決手段】半導体発光素子１は、それぞれがｐ型半導体層１６０および発光層１５０を貫通して設けられ、それぞれがｎ型半導体層１４０と電気的に接続される複数のｎ側柱状導体部１８３と、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側で発光層１５０の面と対向して配置され、複数のｎ側柱状導体１８３と電気的に接続されるｎ側層状導体部１８４と、それぞれがｐ型半導体層１６０と電気的に接続される複数のｐ側柱状導体部１７３と、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側で発光層１５０と対向して配置され、複数のｐ側柱状導体部１７３と電気的に接続されるｐ側層状導体部１７４とを含んでいる。
【選択図】図１
Description
本発明は、通電により発光する半導体発光素子、電子機器および発光装置に関する。
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、通常、サファイア等の基板上に、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層を含むＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を順次積層して構成される。
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、薄膜の面内方向への電流拡散が小さいという特性があることが知られている。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、電極に近い場所に比べて電極から遠い場所での電流量が小さくなりやすく、結果として発光層から出力される光量にむらが生じやすい。
ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜は、薄膜の面内方向への電流拡散が小さいという特性があることが知られている。このため、ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、電極に近い場所に比べて電極から遠い場所での電流量が小さくなりやすく、結果として発光層から出力される光量にむらが生じやすい。
公報記載の従来技術として、実質的に四角形状を有する半導体発光素子において、半導体発光素子の四辺に沿ってｐ型半導体層および発光層を除去することで露出したｎ型半導体層の上に延長電極を形成するとともに、半導体発光素子の対角線方向にｐ型半導体層および発光層を除去することで露出したｎ型層の上に延長電極と接続される電極指を形成することで、ｐ型半導体層から発光層を介してｎ型半導体層に流れる電流を拡散させるようにしたものが知られている（特許文献１参照）。また、特許文献１には、ｐ型半導体層上に、複数のｐボンディングパッド電極を設けることも記載されている。
しかしながら、電流を拡散させるためにｎ型半導体層の上に線状に電極を形成した場合には、電極の形成部位では発光層を取り除かなければならなくなるため、その分、発光層の面積が減ってしまう。また、ｐボンディングパッド電極を複数設けた場合には、半導体発光素子を配線基板等に実装するのが困難となってしまう。
本発明は、半導体発光素子の発光層から出力される光量のむらを抑制し、且つ、半導体発光素子における発光層の面積の減少を抑制することを目的とする。
本発明が適用される半導体発光素子は、第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２の半導体層と、それぞれが前記第２の半導体層および前記発光層を貫通して設けられ、それぞれが当該第２の半導体層および当該発光層と電気的に絶縁され且つ前記第１の半導体層と電気的に接続される複数の第１の導体部と、前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層の面と対向するように設けられ、複数の前記第１の導体部と電気的に接続される第１の接続導体部と、それぞれが前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ前記第２の半導体層と電気的に接続される複数の第２の導体部と、前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層と対向するように設けられ、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ複数の前記第２の導体部と電気的に接続される第２の接続導体部とを含んでいる。
このような半導体発光素子では、前記発光層の面上において、前記第１の接続導体部と前記第２の接続導体部とが重なるように配置されることを特徴とすることができる。
また、前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部の間に１つの前記第２の導体部が配置され、あるいは、複数の前記第２の導体部の間に１つの前記第１の導体部が配置されることを特徴とすることができる。
さらに、前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部と複数の前記第２の導体部とが互い違いに配置されることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第２の半導体層に積層され、複数の前記第２の導体部と電気的に接続され、複数の当該第２の導体部を介して供給される電流を拡散させるための拡散層をさらに含み、前記拡散層が、前記発光層から出射される光に対する反射性を有する金属層を含むことを特徴とすることができる。
そして、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と、前記第２の導体部および前記第２の接続導体部とを電気的に絶縁する絶縁部をさらに含み、前記絶縁部が、第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と当該第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、当該発光層から出射される光を反射する多層反射膜にて構成されることを特徴とすることができる。
また、前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部の間に１つの前記第２の導体部が配置され、あるいは、複数の前記第２の導体部の間に１つの前記第１の導体部が配置されることを特徴とすることができる。
さらに、前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部と複数の前記第２の導体部とが互い違いに配置されることを特徴とすることができる。
さらにまた、前記第２の半導体層に積層され、複数の前記第２の導体部と電気的に接続され、複数の当該第２の導体部を介して供給される電流を拡散させるための拡散層をさらに含み、前記拡散層が、前記発光層から出射される光に対する反射性を有する金属層を含むことを特徴とすることができる。
そして、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と、前記第２の導体部および前記第２の接続導体部とを電気的に絶縁する絶縁部をさらに含み、前記絶縁部が、第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と当該第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、当該発光層から出射される光を反射する多層反射膜にて構成されることを特徴とすることができる。
また、本発明が適用される電子機器は、前述の半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とすることができる。
さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される発光装置は、第１の配線および第２の配線が形成された基部と、当該基部に対しフリップチップ接続される半導体発光素子とを含み、前記半導体発光素子は、第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２の半導体層と、それぞれが前記第２の半導体層および前記発光層を貫通して設けられ、それぞれが当該第２の半導体層および当該発光層と電気的に絶縁され且つ前記第１の半導体層と電気的に接続される複数の第１の導体部と、前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層の面と対向するように設けられ、複数の前記第１の導体部および前記基部に設けられた前記第１の配線と電気的に接続される第１の接続導体部と、それぞれが前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ前記第２の半導体層と電気的に接続される複数の第２の導体部と、前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層と対向するように設けられ、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され、複数の前記第２の導体部および前記基部に設けられた前記第２の配線と電気的に接続される第２の接続導体部とを備えることを特徴している。
本発明によれば、半導体発光素子の発光層から出力される光量のむらを抑制し、且つ、半導体発光素子における発光層の面積の減少を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子１の構成の一例を説明するための図である。ここで、図１（ａ）は半導体発光素子１の上面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ断面図を、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩＣ−ＩＣ断面図を、それぞれ示している。
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子１の構成の一例を説明するための図である。ここで、図１（ａ）は半導体発光素子１の上面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩＢ−ＩＢ断面図を、図１（ｃ）は図１（ａ）のＩＣ−ＩＣ断面図を、それぞれ示している。
（半導体発光素子）
本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０の上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０と、発光層１５０の上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０の上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０と、発光層１５０の上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０と電気的に接続されるｐ側給電部１７０と、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の露出面と電気的に接続されるｎ側給電部１８０とを備えている。
これらのうち、ｐ側給電部１７０は、ｐ型半導体層１６０に積層される給電反射層１７１と、ｐ型半導体層１６０との間に給電反射層１７１を挟むように給電反射層１７１に積層されるオーバーコート層１７２とを有している。また、給電反射層１７１は、ｐ型半導体層１６０の上に形成される透明導電層（図示せず）と、この透明導電層の上に形成される金属層（図示せず）とによって構成されている。なお、給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２には、後述するように、ｎ型半導体層１４０に到達する９個の穴が、マトリクス状に貫通形成されている。
また、ｐ側給電部１７０は、オーバーコート層１７２上にマトリクス状に設けられ、それぞれがオーバーコート層１７２と電気的に接続される複数（この例では１６個）のｐ側柱状導体部１７３と、１６個のｐ側柱状導体部１７３の上部において各ｐ側柱状導体部１７３と電気的に接続されるｐ側層状導体部１７４とをさらに備えている。なお、本実施の形態では、ｐ側柱状導体部１７３が第１の導体部として、ｐ側層状導体部１７４が第１の接続導体部として、それぞれ機能している。
また、ｐ側給電部１７０は、オーバーコート層１７２上にマトリクス状に設けられ、それぞれがオーバーコート層１７２と電気的に接続される複数（この例では１６個）のｐ側柱状導体部１７３と、１６個のｐ側柱状導体部１７３の上部において各ｐ側柱状導体部１７３と電気的に接続されるｐ側層状導体部１７４とをさらに備えている。なお、本実施の形態では、ｐ側柱状導体部１７３が第１の導体部として、ｐ側層状導体部１７４が第１の接続導体部として、それぞれ機能している。
一方、ｎ側給電部１８０は、上述したｐ型給電部１７０において給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２を貫通するように設けられた１６個の穴にそれぞれ設けられ、それぞれが底部に露出するｎ型半導体層１４０と電気的に接続される複数（この例では９個）のｎ側柱状導体部１８３と、９個のｎ側柱状導体部１８３の上部において各ｎ側柱状導体部１８３を電気的に接続するｎ側層状導体部１８４とを備えている。なお、本実施の形態では、ｎ側柱状導体部１８３が第２の導体部として、ｎ側層状導体部１８４が第２の接続導体部として、それぞれ機能している。
さらにまた、半導体発光素子１は、外部から進入しようとする水分から発光層１５０等を保護する保護層１９０をさらに備えている。ここで、保護層１９０は、ｎ型半導体層１４０および発光層１５０とｐ側給電部１７０とを電気的に絶縁し、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０とｎ側給電部１８０とを電気的に絶縁し、且つ、ｐ側給電部１７０とｎ側給電部１８０とを電気的に絶縁する機能も有している。
そして、半導体発光素子１において、ｐ側層状導体部１７４の一部は保護層１９０によって覆われずに露出しており、この部位が外部との電気的な接続に用いられるｐ側給電電極１７４ａとなっている。また、半導体発光素子１において、ｎ側層状導体部１８４の一部は保護層１９０によって覆われずに露出しており、この部位が外部との電気的な接続に用いられるｎ側給電電極１８４ａとなっている。
このように、本実施の形態に係る半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側にｐ側給電電極１７４ａおよびｎ側給電電極１８４ａが形成された構造を有している。また、この半導体発光素子１においては、ｐ側給電電極１７４ａを正極、ｎ側給電電極１８４ａを負極として積層半導体層１００（より具体的にはｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０）に電流を流すことで、発光層１５０が発光するようになっている。そして、この半導体発光素子１は、発光層１５０から出射された光をｎ型半導体層１４０側から取り出すように、所謂フリップチップ接続で実装され、使用される。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１において、基板１１０は必須ではない。
図２は、絶縁部の一例としての保護層１９０の断面模式図の一例を示している。
保護層１９０は、屈折率が異なる第１の屈折率層の一例としての低屈折率層１９０ａと第２の屈折率層の一例としての高屈折率層１９０ｂとを、交互に積層した多層反射膜として構成されている。特に、本実施の形態では、２つの低屈折率層１９０ａによって１つの高屈折率層１９０ｂを挟み込む構成を採用しており、この例では、６層の低屈折率層１９０ａの間に５層の高屈折率層１９０ｂを挟み込むことにより、合計１１層の積層構造を有している。
保護層１９０は、屈折率が異なる第１の屈折率層の一例としての低屈折率層１９０ａと第２の屈折率層の一例としての高屈折率層１９０ｂとを、交互に積層した多層反射膜として構成されている。特に、本実施の形態では、２つの低屈折率層１９０ａによって１つの高屈折率層１９０ｂを挟み込む構成を採用しており、この例では、６層の低屈折率層１９０ａの間に５層の高屈折率層１９０ｂを挟み込むことにより、合計１１層の積層構造を有している。
低屈折率層１９０ａおよび高屈折率層１９０ｂには、発光層１５０から出力される光に対する光透過性能が高いものが用いられる。ここで、低屈折率層１９０ａとしては、例えばＳｉＯ２（酸化珪素）やＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）を使用することができ、また、高屈折率層１９０ｂとしては、ＴｉＯ２（酸化チタン）、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）を使用することができる。ただし、高屈折率層１９０ｂとの間の屈折率の関係が満たされるのであれば、これらＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５を低屈折率層１９０ａに用いてもかまわない。
本実施の形態では、低屈折率層１９０ａとしてＳｉＯ２（酸化珪素、波長４５５ｎｍの光ならば、屈折率ｎＬ＝１．４８７９）を用い、高屈折率層１９０ｂとしてＴｉＯ２（酸化チタン、波長４５５ｎｍの光ならば、屈折率ｎＨ＝２．５２７６）を用いるようにした。これらは、発光層１５０の発光波長λ（＝４００ｎｍ〜４６０ｎｍ）の光に対して高い光透過性を有している。なお、発光層１５０の発光波長λがさらに短く、近紫外領域の光を発する場合は、近紫外領域の光を吸収してしまうＴｉＯ２（酸化チタン）に代えて、Ｔａ２Ｏ５（酸化タンタル）、Ｎｂ２Ｏ５（酸化ニオブ）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＨｆＯ２（酸化ハフニウム）など、光学バンドギャップがＴｉＯ２（酸化チタン）より大きいものを高屈折率層１９０ｂとして使用することが望ましい。ただし、発光層１５０が紫外領域の光を発する場合であっても、低屈折率層１９０ａにはＳｉＯ２（酸化珪素）を用いることができる。
また、各低屈折率層１９０ａの層厚さｄLおよび高屈折率層１９０ｂの層厚さｄHは、発光層１５０の発光波長をλ（ｎｍ）、発光波長λにおける低屈折率層１９０ａの屈折率をｎL、発光波長λにおける高屈折率層１９０ｂの屈折率をｎHとしたとき、以下に示す式に基づいて設定されている。
では続いて、図１に示す半導体発光素子１における各部の詳細な構成を、半導体発光素子１の製造方法とともに説明する。図１に示す半導体発光素子１は、基板１１０上に積層半導体層１００を形成する半導体層形成工程と、基板１１０上の積層半導体層１００上に給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２を含む導電層を形成する導電層形成工程と、給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２の形成後に保護層１９０の一部の層（第１保護層と称する）を形成する第１保護層形成工程と、第１保護層の形成後にｎ側給電部１８０を形成するｎ側給電部形成工程と、ｎ側給電部１８０の形成後に保護層１９０の一部の層（第２保護層と称する）を形成する第２保護層形成工程と、第２保護層の形成後にｐ側給電部１７０のうちのｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４を形成するｐ側給電部形成工程と、ｐ側給電部１７０の形成後に保護層１９０の残りの一部の層（第３保護層と称する）を形成する第３保護層形成工程とを経て得られる。
まず、本実施の形態で用いる基板１１０について説明する。
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、上述したように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に格子定数を整合させるための中間層（バッファ層）を形成した後に、積層半導体層１００を形成するとよい。
基板１１０としては、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶が表面にエピタキシャル成長される基板であれば、特に限定されず、各種の基板を選択して用いることができる。ただし、本実施の形態の半導体発光素子１は、上述したように、基板１１０側から光を取り出すようにフリップチップ実装されることから、発光層１５０から出射される光に対する光透過性を有していることが好ましい。したがって、例えば、サファイア、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウムアルミニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン等からなる基板１１０を用いることができる。
また、上記材料の中でも、特に、Ｃ面を主面とするサファイアを基板１１０として用いることが好ましい。サファイアを基板１１０として用いる場合は、サファイアのＣ面上に格子定数を整合させるための中間層（バッファ層）を形成した後に、積層半導体層１００を形成するとよい。
以下、各工程について具体的に説明を行う。なお、以下の説明では、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。
＜半導体層形成工程＞
図３は、半導体層形成工程を説明するための図である。ここで、図３（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図３（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図を、図３（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図３（ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
図３は、半導体層形成工程を説明するための図である。ここで、図３（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図３（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図を、図３（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図３（ａ）のＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
半導体層形成工程では、まず、基板１１０あるいは基板１１０の一方の面に積層された中間層（図示せず）の上に、積層半導体層１００すなわちｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、この順に積層する。なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成することが可能である。
そして、半導体層形成工程では、基板１１０上に積層半導体層１００（ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０）を積層した後、その周縁部と図１に示すｎ側柱状導体部１８３の形成予定部位に対しドライエッチングを行い、この部位にｎ型半導体層１４０を露出させる。なお、ドライエッチングにおいては、ｎ型半導体層１４０の一部までを掘り込むようにしてもよい。これにより、積層半導体層１００には、マトリクス状に合計９個（３×３）の円形状の穴が形成されることになる。
ｎ側柱状導体部１８３は、直径として好ましくは１０μｍ〜５０μｍの範囲がよく、長さ（深さ）としては、８００ｎｍ〜５μｍの範囲がよく、例えば直径１０μｍ、長さ（深さ）７００ｎｍが適用される。ここで、穴の直径が１０μｍより小さい場合は、スパッタ時の材料の積層が困難に（埋め込みが困難に）、またｎ型半導体層１４０との界面の接触抵抗が大きくなり、電流拡散の効率が悪くなる。一方、穴の直径が５０μｍより大きい場合は、発光面積が小さくなることから発光素子として好ましくない。
ここで、第１の半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、例えば電子をキャリアとする第１の導電型で電気伝導を行うものである。また、ｎ型半導体層１４０は、基板１１０側に積層されるｎコンタクト層と、ｎコンタクト層の上に積層されるｎクラッド層とによって構成することが好ましい。ここで、ｎコンタクト層は、例えば図１に示す複数のｎ側柱状導体部１８３と電気的に接続するための層である。また、ｎコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）に、ｎ型不純物としてＳｉ、ＧｅおよびＳｎ等からなるＩＶ族の元素を添加したもので構成することが望ましい。一方、ｎクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行うための層である。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等に、上述したｎ型不純物を添加したもので構成することが可能である。
また、発光層１５０は、通電に伴って発光する層であり、単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造などを採用することができる。
単一量子井戸構造の井戸層としては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ1-yＩｎyＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。この場合において、井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
なお、本実施の形態では、発光層１５０が、井戸層のＩｎ組成を調整することによって、紫外領域から緑色領域（発光波長λ＝３６５ｎｍ〜５４０ｎｍ程度）の光を出力することができる。
単一量子井戸構造の井戸層としては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ1-yＩｎyＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。この場合において、井戸層および障壁層には、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
なお、本実施の形態では、発光層１５０が、井戸層のＩｎ組成を調整することによって、紫外領域から緑色領域（発光波長λ＝３６５ｎｍ〜５４０ｎｍ程度）の光を出力することができる。
さらに、第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、例えば正孔をキャリアとする第２の導電型で電気伝導を行うものである。また、ｐ型半導体層１６０は、発光層１５０側に積層されるｐクラッド層と、ｐクラッド層の上に積層されるｐコンタクト層とによって構成することが好ましい。ここで、ｐクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行うための層である。ｐクラッド層としては、発光層１５０のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）に、ｐ型不純物としてＭｇ等を添加したもので構成することが望ましい。一方、ｐコンタクト層は、例えば図１に示す複数のｐ側柱状導体部１７３と電気的に接続するための層である。また、ｐコンタクト層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）に、上述したｐ型不純物を添加したもので構成することが可能である。
＜導電層形成工程＞
図４は、導電層形成工程を説明するための図である。ここで、図４（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図４（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図を、図４（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図４（ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ断面図を、それぞれ示している。
図４は、導電層形成工程を説明するための図である。ここで、図４（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図４（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図４（ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ断面図を、図４（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図４（ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ断面図を、それぞれ示している。
導電層形成工程では、ｎ型半導体層１４０の露出部位との境界部側を除くｐ型半導体層１６０上に給電反射層１７１を積層し、次いで、ｐ型半導体層１６０との間に給電反射層１７１を挟み込んで覆うようにオーバーコート層１７２を積層する。本実施の形態では、これら給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２が、拡散層として機能している。なお、給電反射層１７１およびオーバーコート層１７２は、例えばスパッタ法で作成することができる。また、導電層形成工程が完了した状態において、半導体層形成工程で露出させたｎ型半導体層１４０は、露出した状態をそのまま維持している。
ここで、給電反射層１７１は、ｐ型半導体層１６０上に積層される透明導電層と、この透明導電層の上に積層される金属層の一例としての金属反射層とによって構成することが好ましい。これらのうち、透明導電層は、各種材料より適宜選択して差し支えないが、例えばＩｎを含む酸化物、より好ましくはＩＺＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＺｎＯ）を用いることができる。
透明導電層の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、抵抗が悪くなり電流拡散層としての機能が低下し、発光出力低下を招いてしまう。膜厚が５００ｎｍを越える場合には、透明導電層としての透明性が悪くなり、発光出力低下を招いてしまう。
また、金属反射層は、発光層１５０の発光波長λにおいて反射率の高い材料を使用することが好ましく、例えばＡｇあるいはＡｇを含む合金を用いることが好ましい。
金属反射層の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、金属反射層による反射率が下がってしまうために好ましくない。また膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
透明導電層の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、抵抗が悪くなり電流拡散層としての機能が低下し、発光出力低下を招いてしまう。膜厚が５００ｎｍを越える場合には、透明導電層としての透明性が悪くなり、発光出力低下を招いてしまう。
また、金属反射層は、発光層１５０の発光波長λにおいて反射率の高い材料を使用することが好ましく、例えばＡｇあるいはＡｇを含む合金を用いることが好ましい。
金属反射層の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、金属反射層による反射率が下がってしまうために好ましくない。また膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
一方、オーバーコート層１７２は、金属反射層をＡｇで構成した場合に、Ａｇのマイグレーションを抑制するものであり、例えばＴａやＴａＮを用いることができる。
オーバーコート層１７２の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、金属反射層（この例ではＡｇ）のマイグレーションを抑制することができなくなる。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
オーバーコート層１７２の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、金属反射層（この例ではＡｇ）のマイグレーションを抑制することができなくなる。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
＜第１保護層形成工程＞
図５は、第１保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図５（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図５（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図を、図５（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図５（ａ）のＶＣ−ＶＣ断面図を、それぞれ示している。
図５は、第１保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図５（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図５（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図５（ａ）のＶＢ−ＶＢ断面図を、図５（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図５（ａ）のＶＣ−ＶＣ断面図を、それぞれ示している。
第１保護層形成工程では、まず、上面全面に対して第１保護層１９１の積層を行う。ここで、第１保護層１９１は、保護層１９０のうちの４層分であり、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａ、ＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂ、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａ、ＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂを、この順に順次積層して構成されている。このとき、第１保護層１９１は、上部に露出していたオーバーコート層１７２およびｎ型半導体層１４０を覆うとともに、周縁部の壁面やマトリクス状に形成された９個の穴の壁面も覆う。なお、第１保護層１９１は、例えばスパッタ法によって作成することができる。
そして、第１保護層形成工程では、第１保護層１９１を形成した後、９個の穴の底面の中央部に対しドライエッチングを行い、この部位にｎ型半導体層１４０を露出させる。ただし、ドライエッチングにおいては、９個の穴の壁面からは第１保護層１９１の除去を行わないようにする。これにより、図５（ｂ）に例示したように、ｎ型半導体層１４０を露出させるようにマトリクス状に９個の穴が形成される。
＜ｎ側給電部形成工程＞
図６は、ｎ側給電部形成工程を説明するための図である。ここで、図６（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図６（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ断面図を、図６（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図６（ａ）のＶＩＣ−ＶＩＣ断面図を、それぞれ示している。
図６は、ｎ側給電部形成工程を説明するための図である。ここで、図６（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図６（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ断面図を、図６（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図６（ａ）のＶＩＣ−ＶＩＣ断面図を、それぞれ示している。
ｎ側給電部形成工程では、まず、上面全面に対して金属膜の積層を行う。これにより、第１保護層１９１の上面には金属膜からなるｎ側層状導体部１８４が形成され、９個の穴の内側には金属が充填されることによりそれぞれにｎ側柱状導体部１８３が形成される。ここで、各ｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４は、当然のことながら一体化している。なお、この金属膜は例えばスパッタ法によって作成することができる。
そして、ｎ側給電部形成工程では、金属膜の形成を行った後、ｎ側層状導体部１８４によって各ｎ側柱状導体部１８３が接続された状態を維持し、且つ、「Ｅ」字状の形状となるように、ｎ側層状導体部１８４に対しウェットエッチングを行う。なお、このとき、図１に示すｎ側給電電極１８４ａの形成予定部位については、ｎ側層状導体部１８４の一部を半円状に残しておく。これにより、ｎ側層状導体部１８４は、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側であって、発光層１５０の面と対向するように設けられることになる。
ここで、図１０（ａ）は、本実施の形態における複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４の構成の一例を示す断面図である。
本実施の形態において、複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４は、例えば、Ａｌからなるｎ側第１層１８６と、Ｔａからなるｎ側第２層１８７と、Ｐｔからなるｎ側第３層１８８と、Ａｕからなるｎ側第４層１８９とを、この順に積層することによって構成されている。
ｎ側第１層１８６の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｎ側第１層１８６による反射率が下がってしまうために好ましくない。また膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第２層１８７の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、両側層へのバリヤー性が悪くなる恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第３層１８８の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｎ側第２層１８７（例えば、Ｔａ）とｎ側第４層１８９（例えば、Ａｕ）と反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第４層１８９の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が１００ｎｍ未満の場合にはｎ側第４層１８９としての抵抗が高くなる。また、膜厚が２μｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
本実施の形態において、複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４は、例えば、Ａｌからなるｎ側第１層１８６と、Ｔａからなるｎ側第２層１８７と、Ｐｔからなるｎ側第３層１８８と、Ａｕからなるｎ側第４層１８９とを、この順に積層することによって構成されている。
ｎ側第１層１８６の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｎ側第１層１８６による反射率が下がってしまうために好ましくない。また膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第２層１８７の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、両側層へのバリヤー性が悪くなる恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第３層１８８の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｎ側第２層１８７（例えば、Ｔａ）とｎ側第４層１８９（例えば、Ａｕ）と反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｎ側第４層１８９の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が１００ｎｍ未満の場合にはｎ側第４層１８９としての抵抗が高くなる。また、膜厚が２μｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
＜第２保護層形成工程＞
図７は、第２保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図７（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図７（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面図を、図７（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
図７は、第２保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図７（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図７（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図７（ａ）のＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面図を、図７（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図７（ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
第２保護層形成工程では、まず、上面全面に対して第２保護層１９２の積層を行う。ここで、第２保護層１９２は、保護層１９０のうちの４層分であり、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａ、ＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂ、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａ、ＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂを、この順に順次積層して構成されている。上述したように、第１保護層１９１の最上層はＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂであることから、その上に、第２保護層１９２を構成する低屈折率側１９０ａが積層されることになる。このとき、第２保護層１９２は、上部に露出していた第１保護層１９１およびｎ側層状導体部１８４を覆う。なお、第２保護層１９２は、例えばスパッタ法によって作成することができる。
そして、第２保護層形成工程では、第２保護層１９２を形成した後、図１に示すｐ側柱状導体部１７３の形成予定部位に対しドライエッチングを行い、この部位にオーバーコート層１７２を露出させる。これにより、第１保護層１９１および第２保護層１９２には、マトリクス状に合計１６個（４×４）の円形状の穴が形成されることになる。なお、図７（ｃ）に例示したように、これら１６個の穴は、発光層１５０の面上であって、ｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４の形成位置からずらされた位置に形成されることになる。
＜ｐ側給電部形成工程＞
図８は、ｐ側給電部形成工程を説明するための図である。ここで、図８（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図８（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図８（ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ断面図を、図８（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図８（ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
図８は、ｐ側給電部形成工程を説明するための図である。ここで、図８（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図８（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図８（ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ断面図を、図８（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図８（ａ）のＶＩＩＩＣ−ＶＩＩＩＣ断面図を、それぞれ示している。
ｐ側給電部形成工程では、まず、上面全面に対して金属膜の積層を行う。これにより、第２保護層１９２の上面には金属膜からなるｐ側層状導体部１７４が形成され、１６個の穴の内側には金属が充填されることによりそれぞれにｐ側柱状導体部１７３が形成される。ここで、各ｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４は、当然のことながら一体化している。なお、この金属膜は例えばスパッタ法によって作成することができる。
そして、ｐ側給電部形成工程では、金属膜の形成を行った後、ｐ側層状導体部１７４によって各ｐ側柱状導体部１７３が接続された状態を維持し、且つ、周縁部および図１に示すｎ側給電電極１８４ａの形成予定部位とその周辺とが除去されるように、ｐ側層状導体部１７４に対しウェットエッチングを行う。これにより、ｐ側層状導体部１７４は、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側であって、発光層１５０の面と対向するように設けられることになる。また、発光層１５０の面上において、ｐ側層状導体部１７４とｎ側層状導体部１８４とが重なるように配置されることにもなる。さらに、発光層１５０の面に対し、４個のｐ側柱状導体部１７３の間に１個のｎ側柱状導体部１８３が配置され、あるいは、４個のｎ側柱状導体部１８３の間に１個のｐ側柱状導体部１７３が配置されることになる。さらにまた、発光層１５０の面に対し、各ｐ側柱状導体部１７３と各ｎ側柱状導体部１８３とが、互い違いに配置されることになる。
ここで、図１０（ｂ）は、本実施の形態における複数のｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４の構成の一例を示す断面図である。ｐ側柱状導体部１７３は、穴の直径として好ましくは１０μｍ〜５０μｍの範囲がよく、長さ（深さ）としては、保護層１９０等の厚みにより依存するものの、３００ｎｍ〜５μｍの範囲がよく、例えば直径１０μｍ、長さ（深さ）８５０ｎｍ程度が適用される。ここで、穴の直径が１０μｍより小さい場合は、スパッタ時の材料の積層が困難に（埋め込みが困難に）、またｎ型半導体層１４０との界面の接触抵抗が大きくなり、電流拡散の効率が悪くなる。一方、穴の直径が５０μｍより大きい場合は、発光面積が小さくなり発光素子として好ましくない。
本実施の形態において、複数のｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４は、例えば、ＴｉあるいはＴａからなるｐ側第１層１７６と、Ｐｔからなるｐ側第２層１７７と、Ａｕからなるｐ側第３層１７８とを、この順に積層することによって構成されている。
ｐ側第１層１７６の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、両側層へのバリヤー性が悪くなる恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｐ側第２層１７７の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｐ側第１層１７６（ＴｉあるいはＴａ）とｐ側第３層１７８（例えば、Ａｕ）と反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｐ側第３層１７８の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が１００ｎｍ未満の場合にはｐ側第３層１７８としての抵抗が高くなる。また、膜厚が２μｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
本実施の形態において、複数のｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４は、例えば、ＴｉあるいはＴａからなるｐ側第１層１７６と、Ｐｔからなるｐ側第２層１７７と、Ａｕからなるｐ側第３層１７８とを、この順に積層することによって構成されている。
ｐ側第１層１７６の膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、両側層へのバリヤー性が悪くなる恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｐ側第２層１７７の膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で用いられる。膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｐ側第１層１７６（ＴｉあるいはＴａ）とｐ側第３層１７８（例えば、Ａｕ）と反応する恐れがある。また、膜厚が２００ｎｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
ｐ側第３層１７８の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲で用いられる。膜厚が１００ｎｍ未満の場合にはｐ側第３層１７８としての抵抗が高くなる。また、膜厚が２μｍを越える場合には、発光素子の製造コストが高くなってしまうために好ましくない。
＜第３保護層形成工程＞
図９は、第３保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図９（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図９（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図９（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ断面図を、図９（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図９（ａ）のＩＸＣ−ＩＸＣ断面図を、それぞれ示している。
図９は、第３保護層形成工程を説明するための図である。ここで、図９（ａ）は図１（ａ）に対応する上面図を、図９（ｂ）は図１（ｂ）に対応する図９（ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ断面図を、図９（ｃ）は図１（ｃ）に対応する図９（ａ）のＩＸＣ−ＩＸＣ断面図を、それぞれ示している。
第３保護層形成工程では、まず、上面全面に対して第３保護層１９３の積層を行う。ここで、第３保護層１９３は、保護層１９０のうちの３層分であり、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａ、ＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂ、ＳｉＯ2からなる低屈折率層１９０ａを、この順に順次積層して構成されている。上述したように、第２保護層１９２の最上層はＴｉＯ2からなる高屈折率層１９０ｂであることから、その上に、第３保護層１９３を構成する低屈折率側１９０ａが積層されることになる。このとき、第３保護層１９３は、上部に露出していた第２保護層１９２およびｐ側層状導体部１７４を覆う。なお、第３保護層１９３は、例えばスパッタ法によって作成することができる。
そして、第３保護層形成工程では、第３保護層１９３を形成した後、図１に示すｐ側給電電極１７４ａの形成予定部位およびｎ側給電電極１８４ａの形成予定部位に対しドライエッチングを行い、ｐ側層状導体部１７４の一部を露出させることによってｐ側給電電極１７４ａを形成し、且つ、ｎ側層状導体部１８４の一部を露出させることによってｎ側給電電極１８４ａを形成する。また、第１保護層１９１、第２保護層１９２および第３保護層１９３が、絶縁層および反射層を兼ねる保護層１９０となる。
以上により、図１に示す半導体発光素子１が得られる。
以上により、図１に示す半導体発光素子１が得られる。
図１１は、図１に示す半導体発光素子１を備えた発光装置の一例としての発光チップ１０の構成の一例を示す図である。ここで、図１１(ａ)は発光チップ１０の上面図を、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ断面図を、それぞれ示している。
この発光チップ１０は、一方の側に凹部１１ａが形成された筐体１１と、筐体１１に形成されたリードフレームからなる第１リード部１２および第２リード部１３と、凹部１１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部１１ａを覆うように設けられた封止部１４とを備えている。なお、図１１（ａ）においては、封止部１４の記載を省略している。
基部の一例としての筐体１１は、第１リード部１２および第２リード部１３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
第１リード部１２および第２リード部１３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、第１リード部１２および第２リード部１３の一部が、凹部１１ａの底面に露出するようになっている。また、第１リード部１２および第２リード部１３の一端部側は筐体１１の外側に露出し、且つ、筐体１１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。なお、本実施の形態では、第１リード部１２が第１の配線として、第２リード部１３が第２の配線として、それぞれ機能している。
また、半導体発光素子１は、凹部１１ａに、第１リード部１２と第２リード部１３とに跨って取り付けられている。
そして、封止部１４は、可視領域の波長において光透過率が高く、また屈折率が高い透明樹脂にて構成される。封止部１４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部１４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。
本実施の形態では、発光チップ１０の凹部１１ａに対し、図１に示す半導体発光素子１の上下を反転させた状態で、正電極の一例としての第１リード部１２にはｐ側給電電極１７４ａを、負電極の一例としての第２リード部１３にはｎ側給電電極１８４ａを、それぞれはんだを用いて電気的に接続するとともに機械的に固定している。このような半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれるものである。
なお、本実施の形態の発光チップ１０を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光チップ１０の構成は、図１１に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。
では、図１１に示す発光チップ１０および発光チップ１０に組み込まれた半導体発光素子１の発光動作について説明する。
発光チップ１０において、半導体発光素子１に対し、第１リード部１２から第２リード部１３に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、ｐ側給電部１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側給電部１８０に向かう電流が流れる。このとき、ｐ側給電部１７０では、ｐ側給電電極１７４ａからｐ側層状導体部１７４を介して各ｐ側柱状導体部１７３に電流が供給され、各ｐ側柱状導体部１７３からオーバーコート層１７２および給電反射層１７１を介してｐ型半導体層１６０に電流が流れる。一方、ｎ側給電部１８０では、ｎ型半導体層１４０から複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４を介してｎ側給電電極１８４ａに電流が流れる。これに伴い、発光層１５０は、ｎ型半導体層１４０側に向かう光とｐ型半導体層１６０側に向かう光と主とし、その組成に応じた光（例えば青色光）を出力する。
発光チップ１０において、半導体発光素子１に対し、第１リード部１２から第２リード部１３に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、ｐ側給電部１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介してｎ側給電部１８０に向かう電流が流れる。このとき、ｐ側給電部１７０では、ｐ側給電電極１７４ａからｐ側層状導体部１７４を介して各ｐ側柱状導体部１７３に電流が供給され、各ｐ側柱状導体部１７３からオーバーコート層１７２および給電反射層１７１を介してｐ型半導体層１６０に電流が流れる。一方、ｎ側給電部１８０では、ｎ型半導体層１４０から複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４を介してｎ側給電電極１８４ａに電流が流れる。これに伴い、発光層１５０は、ｎ型半導体層１４０側に向かう光とｐ型半導体層１６０側に向かう光と主とし、その組成に応じた光（例えば青色光）を出力する。
発光層１５０から出力される光のうちｎ型半導体層１４０側に向かう光は、ｎ型半導体層１４０から基板１１０を透過し、半導体発光素子１の外部すなわち図１１（ａ）における上方に向けて出射される。
また、発光層１５０から出射される光のうちｐ型半導体層１６０側に向かう光の一部は、ｐ型半導体層１６０を介して給電反射層１７１に到達し、給電反射層１７１に設けられた金属反射層（図示せず）にて反射される。そして、金属反射層で反射した光は、給電反射層１７１を介してオーバーコート層１７２に到達し、オーバーコート層１７２で反射される。そして、オーバーコート層１７２で反射した光は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０および基板１１０を透過し、半導体発光素子１の外部に出射される。
一方、発光層１５０から出射される光のうち側方に向かう光は保護層１９０（より具体的には第１保護層１９１で反射される。そして、保護層１９０で反射した光は、半導体発光素子１内を進行し、その後、半導体発光素子１の外部に出射される。
また、発光層１５０から直接基板１１０に向かう光の一部、発光層１５０からオーバーコート層１７２を介して基板１１０に向かう光の一部、そして、発光層１５０から保護層１９０を介して基板に１１０に向かう光の一部は、例えば基板１１０と外部との境界において反射され、半導体発光素子１内へと戻ってくる。このようにして半導体発光素子１内に戻ってきた光は、ｐ側給電部１７０の給電反射層１７１に設けられた金属反射層（図示せず）や保護層１９０によって反射され、再び基板１１０側へと向かい、その後半導体発光素子１の外部に出射される。
ここで、本実施の形態では、各ｎ側柱状導体部１８３を電気的に接続するｎ側層状導体１８４を、発光層１５０からみてｐ型半導体層１６０の背面側に設けているので、これらを接続するために発光層１５０を削り取る必要がなくなる。したがって、同じ面積の半導体発光素子１における発光層１５０の面積の減少を抑制することが可能になり、結果として、出力される光量の低下を抑制することができるようになる。
また、本実施の形態では、ｐ型半導体層１６０側に複数のｐ側柱状導体部１７３を接続するとともに、ｎ型半導体層１４０側に複数のｎ側柱状導体部１８３を接続することにより、ｐ型半導体層１６０とｎ型半導体層１４０との間に設けられる発光層１５０に流れる電流を分散させやすくしている。特に、本実施の形態では、複数（この例では４個）のｐ側柱状導体部１７３の間に１個のｎ側柱状導体部１８３を配置し、また、複数（この例では４個）のｎ側柱状導体部１８３の間に１個のｐ側柱状導体部１７３を配置しているので、ｐ型半導体層１６０から発光層１５０を介してｎ型半導体層１４０へと向かう電流が面方向に分散されやすい。その結果、発光層１５０を通過する電流の面内むらが抑制されることとなり、発光層１５０は、発光むらが抑制された状態で光を出力することが可能になる。
さらに、本実施の形態では、複数のｐ側柱状導体部１７３を電気的に接続するｐ側層状導体部１７４と、複数のｎ側柱状導体部１８３を電気的に接続するｎ側層状導体部１８４とを、発光層１５０の面上に、重ねて立体的に配置するようにした。これにより、配線を平面的に配置する場合と比較して、半導体発光素子１の面積の増加を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、複数のｐ側柱状導体部１７３およびｐ側層状導体部１７４を一体的に形成していたが、これに限られるものではなく、それぞれ別個に形成してもかまわない。また、本実施の形態では、複数のｎ側柱状導体部１８３およびｎ側層状導体部１８４を一体的に形成していたが、これに限られるものではなく、それぞれ別個に形成してもかまわない。
また、本実施の形態では、ｐ側柱状導体部１７３の数を１６個とし、ｎ側柱状導体部１８３の数を９個としていたが、ｐ側柱状導体部１７３およびｎ側柱状導体部１８３の数については、それぞれ変更して差し支えない。
１…半導体発光素子、１０…発光チップ、１１…筐体、１２…第１リード部、１３…第２リード部、１４…封止部、１１０…基板、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…ｐ側給電部、１７１…給電反射層、１７２…オーバーコート層、１７３…ｐ側柱状導体部、１７４…ｐ側層状導体部、１７４ａ…ｐ側給電電極、１８０…ｎ側給電部、１８３…ｎ側柱状導体部、１８４…ｎ側層状導体部、１８４ａ…ｎ側給電電極、１９０…保護層、１９０ａ…低屈折率層、１９０ｂ…高屈折率層
Claims (8)
- 第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２の半導体層と、
それぞれが前記第２の半導体層および前記発光層を貫通して設けられ、それぞれが当該第２の半導体層および当該発光層と電気的に絶縁され且つ前記第１の半導体層と電気的に接続される複数の第１の導体部と、
前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層の面と対向するように設けられ、複数の前記第１の導体部と電気的に接続される第１の接続導体部と、
それぞれが前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ前記第２の半導体層と電気的に接続される複数の第２の導体部と、
前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層と対向するように設けられ、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ複数の前記第２の導体部と電気的に接続される第２の接続導体部と
を含む半導体発光素子。 - 前記発光層の面上において、前記第１の接続導体部と前記第２の接続導体部とが重なるように配置されることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部の間に１つの前記第２の導体部が配置され、あるいは、複数の前記第２の導体部の間に１つの前記第１の導体部が配置されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
- 前記発光層の面に対し、複数の前記第１の導体部と複数の前記第２の導体部とが互い違いに配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
- 前記第２の半導体層に積層され、複数の前記第２の導体部と電気的に接続され、複数の当該第２の導体部を介して供給される電流を拡散させるための拡散層をさらに含み、
前記拡散層が、前記発光層から出射される光に対する反射性を有する金属層を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。 - 前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と、前記第２の導体部および前記第２の接続導体部とを電気的に絶縁する絶縁部をさらに含み、
前記絶縁部が、第１の屈折率を有し前記発光層から出射される光に対する透過性を有する第１の屈折率層と当該第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有し当該発光層から出射される光に対する透過性を有する第２の屈折率層とを交互に積層して構成され、当該発光層から出射される光を反射する多層反射膜にて構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体発光素子。 - 請求項１乃至６のいずれか１項記載の半導体発光素子が組み込まれていることを特徴とする電子機器。
- 第１の配線および第２の配線が形成された基部と、当該基部に対しフリップチップ接続される半導体発光素子とを含み、
前記半導体発光素子は、
第１の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成される第１の半導体層と、
ＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記第１の半導体層に積層され、通電により発光する発光層と、
前記第１の導電型とは異なる第２の導電型を有するＩＩＩ族窒化物半導体で構成され、前記発光層に積層される第２の半導体層と、
それぞれが前記第２の半導体層および前記発光層を貫通して設けられ、それぞれが当該第２の半導体層および当該発光層と電気的に絶縁され且つ前記第１の半導体層と電気的に接続される複数の第１の導体部と、
前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層の面と対向するように設けられ、複数の前記第１の導体部および前記基部に設けられた前記第１の配線と電気的に接続される第１の接続導体部と、
それぞれが前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され且つ前記第２の半導体層と電気的に接続される複数の第２の導体部と、
前記発光層からみて前記第２の半導体層の背面側であって当該発光層と対向するように設けられ、前記第１の導体部および前記第１の接続導体部と電気的に絶縁され、複数の前記第２の導体部および前記基部に設けられた前記第２の配線と電気的に接続される第２の接続導体部と
を備えることを特徴とする発光装置。
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