JP2012064759A - 半導体発光装置、半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させた半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体発光装置１は、光を発生する半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０に電力を供給する配線として働くとともに、半導体発光素子１０が発光した光の波長を反射する反射層２１、２４が設けられたサブマウント１５とを備えている。半導体発光素子１０は、透光性基板１１０上に、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００、透光性電極１７０が順に積層されている。半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４とは、距離が隔てられて対向しているので、半導体発光素子１０が発生し透光性電極１７０に向かう光が効率よく反射され、半導体発光素子１０から取り出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法に関する。

近年、短波長光発光素子用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。

ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、基板上にｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に透光性の電極（透光性電極）を形成し、この透光性電極を介して発光を取り出していた。
そして、透光性電極上には、Ａｕ（金）のボンディングワイヤと接続する部分にＡｕまたはＡｕを含む合金からなるボンディングパッドを形成していた。これらのボンディングパッドは発光層からの光を遮光するため、透光性電極上のボンディングパッドが形成された部分から、発光層からの発光を取り出せなかった。

また、半導体発光素子では、発光層において、透光性電極側に向かう光と、基板側へ向かう光とが発生する。このうち、基板側へ向かう光は、基板および半導体発光素子が搭載されるパッケージや半導体発光素子をパッケージに接着する接着剤などで吸収され、外部に取り出すことが難しかった。

特許文献１には、発光層で発生した光を外部に取り出す効率を向上させるため、半導体発光素子を裏返して回路基板（サブマウント）またはパッケージに搭載する（フリップチップボンディング）技術が記載されている。半導体発光素子を裏返して、電極が形成されていない基板側から光を取り出すことにより、電極による遮光を回避して、光取り出し効率を向上させている。また、半導体発光素子の基板側とは反対側の表面（半導体発光素子の表面）に反射層を設け、発光層からの光を反射させて基板側（光の出射側）に導くことで、さらに光取り出し効率を向上させている。

特開平１１−１６８２３５号公報

ところで、半導体発光素子の表面に反射層を設けた構成では、発光層で発生した光のうち、反射層に向かった光は、反射層で反射され、再び半導体発光素子内に向かう。すると、この光の一部は、半導体発光素子を透過する際に半導体発光素子を構成する各層によって吸収される。このため、半導体発光素子の表面に反射層を設けても、必ずしも、反射層が反射した光が効率よく外部に取り出されるわけではなかった。
本発明は、半導体発光素子の表面に透光性電極を設け、半導体発光素子の表面に反射層を設けない構成において、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させた半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明が適用される半導体発光装置は、予め設定された光を発光する発光層を含む積層半導体層と、積層半導体層の一方の面側に設けられ、この光を透過する透光性基板と、積層半導体層の他方の面側に設けられ、同じくこの光を透過する透光性電極とを含む半導体発光素子と、同じくこの光を反射する反射層を含み、反射層と半導体発光素子の透光性電極とが対向するように配置される反射板とを備え、半導体発光素子の透光性電極と反射板の反射層とは、少なくとも１μｍの空気層を隔てて対向していることを特徴とする。
また、反射板に設けられた反射層は、半導体発光素子に電力を供給する一対の配線であることを特徴とすることができる。
さらに、反射板の反射層は、ＡｇまたはＡｇを含む合金であることを特徴とすることができる。
そして、反射板の反射層は、反射層上に反射層の酸化または腐食を抑制する保護膜をさらに備え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半導体発光装置は、半導体発光素子の透光性基板とは反対側に設けられた正負一対の接続電極と、反射板の一対の配線とは、反射板上に設けられたバンプによってそれぞれが接続されていることを特徴とすることができる。
そしてまた、半導体発光素子の透光性基板は、積層半導体層側の面に複数の凹部が設けられていることを特徴とすることができる。
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される半導体発光装置の製造方法は、予め定められた光を発光する発光層を含む積層半導体層と、積層半導体層の一方の面側に設けられ、この光を透過する透光性基板と、積層半導体層の他方の面側に設けられ、この光を透過する透光性電極とを含む半導体発光素子の積層半導体層の他方の面側に設けられた正負一対の接続電極を、この光を反射し、透光性電極と対向する反射層を含む反射板の配線として働く反射層上に設けられたバンプに対応させる工程と、半導体発光素子を反射板に加熱して押圧する工程とを含んでいる。

本発明によれば、半導体発光素子の表面に反射層を設けない構成において、フリップチップボンディングされる配線基板（サブマウント）に反射層を設け、半導体発光素子の透光性電極とサブマウント上の反射層との間を少なくとも１μｍの空気層を隔てて対向させ、透光性電極とこの反射層との間に挟まれた空気層の厚みによる増反射機能を利用することで、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。

第１の実施の形態が適用される半導体発光装置の断面模式図の一例を示す図である。 半導体発光装置の平面模式図の一例を示す図である。 半導体発光素子の詳細な断面模式図の一例を示す図である。 半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。 基板の凹部が形成された面を斜め上方から鳥瞰した図である。 基板に設けられた凹部の配置の一例を示す図である。 積層半導体層の断面模式図の一例を示す図である。 第２の実施の形態が適用される半導体発光装置の一例を示す図である。 第３の実施の形態が適用される半導体発光装置の一例を示す図である。 実施例および比較例の半導体発光装置における順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）、発光ピーク波長λｄ（ｎｍ）、発光エネルギＰｏ（ｍＷ）を示す図である。 比較例の半導体発光装置の断面模式図を示す図である。 透光性電極と反射層との間の空気層の厚さＨと反射率との関係を示す図である。

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。
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態が適用される半導体発光装置１の断面模式図の一例を示す図である。図２は、図１に示す半導体発光装置１の平面模式図の一例を示す図である。
半導体発光装置１は、光を発生する半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０に電力を供給する配線として働くとともに、半導体発光素子１０が発生する光の波長を反射する反射層２１、２４が設けられた反射板の一例としてのサブマウント１５とを備えている。
また、サブマウント１５は、半導体発光素子１０における第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０のそれぞれと、反射層２１、２４とを電気的に接続するバンプ（接続子）３１、３４を備えている。

半導体発光素子１０は、透光性基板１１０（基板１１０とも表記する。）上に、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００、透光性電極１７０が順に積層されている。第１のボンディングパッド電極２１０は、半導体発光素子１０における透光性電極１７０上に設けられている。第２のボンディングパッド電極２４０は、積層半導体層１００の一部を切り欠いた部分に設けられている。そして、バンプ３１、３４が設けられる部分を除いた第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０の表面と、積層半導体層１００とを保護層１８０が覆っている。なお、半導体発光素子１０の詳細については後述する。
ところで、半導体発光素子１０は、裏返してサブマウント１５に搭載されている。このため、図１では、透光性基板１１０が上側に位置している。よって、各層の積層順は、図１において上側から下側へとなっている。サブマウント１５に対して、半導体発光素子１０を裏返してバンプ３１、３４を介して実装することをフリップチップ（ＦＣ）ボンディングと呼ぶ。また、半導体発光素子１０が裏返して実装されることから、この実装形式をフェイスダウン（ＦＤ）実装とも呼ぶ。
半導体発光素子１０の積層半導体層１００から発生する光は、透光性基板１１０側から外部に取りだされる。

半導体発光素子１０の透光性電極１７０は、サブマウント１５の反射層２１、２４と対向して設けられている。そして、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４と間の距離は１μｍ以上に設定されている。半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４と間は空気層で隔てられている。なお、図１に示すように、透光性電極１７０上には保護層１８０が設けられている。しかし、保護層１８０の屈折率は透光性電極１７０の屈折率に比べて小さいので、ここでは保護層１８０は空気層に含まれるとして説明する。

半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４と間の距離は、好ましくは３μｍ以上、さらに好ましくは５μｍ以上に設定されるのがよい。また、この距離は５０μｍ以下がよい。半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との距離が１μｍ未満であると、半導体発光素子１０の透光性基板１１０側からの光取出し効率が低下し、好ましくない。一方、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との距離が５０μｍを超えると、半導体発光素子１０の透光性基板１１０側からの光取出し効率が高く維持できるが、サブマウント１５上に半導体発光素子１０を高く設定するためのコストが高くなって好ましくない。

このように、本実施の形態では、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との間の距離は空気層の厚さＨに相当し、ここに屈折率の小さい空気層を有することで半導体発光素子１０の発光層１５０（後述する図３参照）から発生する光を反射する機能を有している。この空気層の厚さＨは、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）を空気層の屈折率ｎの４倍で除した値の整数倍（Ｈ＝Ａ・λ／（４・ｎ）、但しＡは整数）に設定されるのが好ましい。さらに、後述するように、空気層の厚さＨが、Ｈ＞３・λ／（４・ｎ）の関係を満足するとき、発光層１５０から発生する光の反射が増加し、空気層は反射層として機能することをシミュレーションにより見出した。
その結果、発光波長λがほぼ４５０ｎｍ付近にある青色発光の半導体発光素子１０では、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との距離（空気層の厚さＨに相当）を、少なくとも１μｍとすることにより、半導体発光素子１０の透光性基板１１０側からの光取出し効率を格段と高めうる。

図１２は、透光性電極１７０（例えば、屈折率は２．１〜２．２のＩＴＯ）と反射層２１、２４（例えば、Ａｇ）との間の空気層の厚さＨと反射率との関係を示す図である。なお、発光波長λは４５０ｎｍである。
このシミュレーションでは、半導体発光素子１０の発光層１５０から発生した光は、平面波として３６０°の方向に等方的に放射されていると仮定した。そして、光は、透光性電極１７０を透過して、反射層２１、２４に対して０〜９０°の入射角で進むとした。そして、図１２に示す反射率は、それぞれの空気層の厚さＨに対して、入射角度毎に求めた反射率を０〜９０°の入射角の範囲において積分して求めた。

図１２に示すように、空気層の厚さＨが少なくとも１μｍ以上では、反射率は、空気層の厚さＨが増加するとともに、増減を繰り返しながら増加し、飽和する挙動が見られる。一例として、例えば半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との距離（空気層の厚さＨ）を約４μｍとすると、９９％以上の反射率が得られる。

以上の説明では、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との間には、空気層があるとした。しかし、空気層の替わりに、透光性電極１７０（例えば、屈折率は２．１〜２．２のＩＴＯ）よりも屈折率の低い透明な材料（半導体発光素子１０の出射する光に対して透明な材料）を用いてもよい。すなわち、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４とが、空気層又は屈折率の低い透明な材料を介して（距離を有して）対向していればよい。屈折率の低い透明な材料としては、ガラス（屈折率１．５〜１．６程度）、ＳｉＯ_２（屈折率１．５）、ＣａＦ_２（屈折率１．４）、Ａｌ_２Ｏ_３（屈折率１．７）、ＭｇＦ_２（屈折率１．４）、低誘電材料（ＵＬＴＲＡ Ｌｏｗ−ｋ材料：屈折率１．８〜２．８）等が使用できる。

本実施の形態における光の取り出しについて説明する。半導体発光素子１０の積層半導体層１００（具体的には後述する図３における発光層１５０）において発生した光のうち、透光性基板１１０側に向かう光は、そのまま外部（図１の上側方向）に取り出される。一方、積層半導体層１００において発生した光のうち、透光性電極１７０側に向かう光は、透光性電極１７０と、サブマウント１５に設けられた反射層２１、２４と、それらの間の空気層とが構成する構造によって反射され、外部に取り出される。
すなわち、本実施の形態では、半導体発光素子１０において透光性電極１７０を用いていることにより、半導体発光素子１０から取り出される光は、透光性基板１１０側に向かってそのまま外部に取り出される光と、透光性電極１７０側に向かって進み、半導体発光素子１０において透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、それらの間の空気層とで構成される構造により反射され外部に取り出される光とからなる。
特に、本実施の形態では、半導体発光素子１０の透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４とが空気層または屈折率の低い透明な材料を介して（距離を有して）対向させているので、半導体発光素子１０において透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、それらの間の空気層とで構成される構造により効率よく反射され、外部に取り出される。

以下、サブマウント１５、半導体発光素子１０の順に詳細な構成を説明する。
（サブマウント）
図２は、半導体発光素子１０側（図１の上側）からサブマウント１５を見た図である。サブマウント１５は、サブマウント基板２０と、そのサブマウント基板２０上に、半導体発光素子１０に対向して設けられた反射層２１、２４とを備える。反射層２１と反射層２４とは、電気的に絶縁するための間隙を介して配置されている。

サブマウント基板２０としては、特に限定されず、絶縁性または導電性の各種の基板、例えば、セラミック基板、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板、Ａｌ（アルミニウム）基板、Ｃｕ（銅）基板、ガラスエポキシ基板などを選択して用いることができる。
なお、Ａｌ基板等の導電性の基板を用いるときには、配線として働く反射層２１、２４を相互に電気的に絶縁するため、反射層２１、２４の少なくとも一方は絶縁層を介して設けられる。

サブマウント１５上の反射層２１、２４としては、電気伝導性に優れたＡｇ（銀）、Ａｌ、Ａｕ（金）またはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金を用いうる。また、Ａｕ系（Ａｕを主体にした合金）のバンプと圧着性に優れるＴｉ（チタン）／Ｐｔ（白金）／Ａｕの積層体を用いてもよい。なお、ここでは可視光から紫外光に対して高い反射率を有するＡｇ（銀）が好ましい。
なお、図２において、反射層２１、２４は、サブマウント基板２０の半導体発光素子１０を搭載する側の面（表面）上にのみ形成されているが、サブマウント基板２０の側面から、半導体発光素子１０を搭載する面（表面）の逆側の面（裏面）まで延びて形成されてもよい。さらに、反射層２１、２４の形状（パタン）についても、図２に例示したパタンに限られない。すなわち、半導体発光素子１０を使用する形態に応じて、反射層２１、２４の形状を定めればよい。
また、腐食性や酸化性の雰囲気等による反射層２１、２４の腐食や酸化を防止するため、バンプ３１、３４（図１参照）が形成される部分を除いて、反射層２１、２４を覆うように保護膜を設けてもよい。保護膜としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、低融点ガラスなどの無機材料や、シリコーン樹脂などの有機材料が用いうる。

半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０とサブマウント基板２０とを接続するバンプ３１、３４としては、例えば、Ｓｎ（錫）を添加したＡｕ合金（Ａｕ−Ｓｎ合金）バンプやハンダボールが用いうる。特に、接続（圧着）時の加熱温度が約３００℃のＡｕ−Ｓｎ合金が好ましい。

（半導体発光素子）
図３は、半導体発光素子１０の断面模式図の一例を示す図である。図１では、半導体発光素子１０は、裏返してサブマウント１５に搭載されていた。ここでは、理解を容易にするため、半導体発光素子１０を裏返さない状態で説明する。すなわち、図３では、透光性基板１１０は下側に位置している。
図４は、図３に示す半導体発光素子１０の平面模式図の一例を示す図である。

図３に示すように、半導体発光素子１０は、透光性基板１１０と、透光性基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０上に積層される下地層１３０と、下地層１３０上に積層される積層半導体層１００とを備える。そして、積層半導体層１００は、ｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。さらに、半導体発光素子１０は、ｐ型半導体層１６０上に積層され、発光層１５０から発生する光を透過する透光性電極１７０を備える。そして、半導体発光素子１０は、透光性電極１７０のｐ型半導体層１６０に接する面とは反対側の面１７０ｃ上に積層される第１のボンディングパッド電極２１０を備える。さらにまた、半導体発光素子１０は、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の半導体層露出面１４０ｃ上の一部に積層される第２のボンディングパッド電極２４０を備える。そしてまた、半導体発光素子１０は、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０の部分を除いて、積層半導体層１００、透光性電極１７０を覆うように設けられた保護層１８０を備える。
この半導体発光素子１０においては、第１のボンディングパッド電極２１０を正極、第２のボンディングパッド電極２４０を負極とし、両者を介して積層半導体層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、透光性基板１１０の中間層１２０が積層される面１１０ｃには、一例として複数の凹部（ホール）１１０ａが形成されている。

では次に、半導体発光素子１０の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜基板＞
透光性基板１１０（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って、発光層１５０で発生した光を透過するものであれば、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。例えば、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、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、酸化ハフニウム、酸化タングステン、酸化モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、サファイア、炭化ケイ素（シリコンカーバイド：ＳｉＣ）が好ましい。
また、上記基板の中でも、特に、（０００１）面（ｃ面）を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのｃ面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。

図４の平面模式図は、図３に示す半導体発光素子１０を透光性電極１７０側より見た図である。透光性基板１１０には、前述したように、複数の凹部１１０ａが設けられている。
図５は、透光性基板１１０の凹部１１０ａが形成された面１１０ｃを斜め上方から鳥瞰した図である。透光性基板１１０の中間層１２０が積層される面１１０ｃには、一例として面１１０ｃの表面から深さｄの円筒状の凹部１１０ａが複数設けられている。
凹部１１０ａを設けるのは、光取り出し効率を向上させるためである。すなわち、凹部１１０ａを設けない場合には、発光層１５０で発生し透光性基板１１０側に向かって進む光のうち、透光性基板１１０と中間層１２０との界面に、この界面の全反射角より大きい角度で入射する光は、この界面で全反射され、透光性基板１１０の外部（図３では下側）に取り出すことができない。そこで、透光性基板１１０に凹部１１０ａを設けることにより、全反射を低減し、透光性基板１１０の外に取り出せるようにしている。

図６は、透光性基板１１０に設けられた凹部１１０ａの配置の一例を示す図である。凹部１１０ａは、一辺ａの正三角形の頂点に位置するように配列されている。そして、凹部１１０ａの表面形状は直径ａ／２の円である。すなわち、凹部１１０ａは、ピッチａで稠密に配列された直径がピッチａの１／２である孔である。
凹部１１０ａの深さｄ（図５参照）は、例えば０．７μｍである。そして、凹部１１０ａのピッチａは、例えば２μｍで、このとき直径は１μｍである。なお、凹部１１０ａのピッチａ、平面形状および配列は、図６に示すものに限られず、光取り出し効率を向上させることができるものであればよい。例えば、透光性基板１１０に、ＷＯ／２００９／１５４２１５号公報に記載の凸部を基板１１０に形成してもよく、凸部形状の一例として、半球状で基部幅１．０μｍ、高さ１．０μｍ、隣接する凸部間の間隔を１．８μｍとすることもできる。また、透光性基板１１０は、特開２００９−１２７７１７号公報に記載の形状を採用してもよい。

＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ１０ｎｍ〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが１０ｎｍ未満であると、中間層１２０により透光性基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するおそれがある。
中間層１２０は、透光性基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、透光性基板１１０のサファイアの（０００１）面（ｃ面）上にＣ軸配向した単結晶層の形成を容易にする働きがある。したがって、中間層１２０の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。なお、本発明においては、中間層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。

また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、透光性基板１１０に対して上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０とすることができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を透光性基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０の緩衝（バッファ）機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性及び結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。

＜下地層＞
下地層１３０としては、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドーピングしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、ｐ型不純物あるいはｎ型不純物を添加することができる。

＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図３に示すように、透光性基板１１０上に、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の各層がこの順で積層されて構成されている。
また、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０及びｐ型半導体層１６０の各層は、それぞれ、複数の半導体層から構成してもよい。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする電気伝導を行い、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする電気伝導を行う。
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できる。以下、順次説明する。

＜ｎ型半導体層＞
図７は、積層半導体層１００の断面模式図の一例を示す図である。ｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂを兼ねることも可能である。また、前述の下地層１３０をｎ型半導体層１４０に含めてもよい。
ｎコンタクト層１４０ａは、第２のボンディングパッド電極２４０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ層（０≦ｘ＜１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ^３、好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３の濃度で含有すると、第２のボンディングパッド電極２４０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。

ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂ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なう層である。ｎクラッド層１４０ｂはＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ｎクラッド層１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、発光層１５０のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましい。なお、本明細書中では、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮと記述する場合がある。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは５ｎｍ〜０．５μｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型不純物濃度は１×１０^１７〜１×１０^２０／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは１×１０^１８〜１×１０^１９／ｃｍ^３である。不純物濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。

なお、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、１０ｎｍ以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第１層と、ｎ側第１層と組成が異なるとともに１０ｎｍ以下の膜厚を有したＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ側第２層とが積層された構造を含むものであっても良い。
また、ｎクラッド層１４０ｂは、ｎ側第１層とｎ側第２層とが交互に繰返し積層された構造を含んだものであってもよく、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。

＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０としては、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。
図７に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ_１−ｙＩｎ_ｙＮ（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。井戸層１５０ｂの膜厚としては、量子効果の得られる程度の膜厚、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２ｎｍ〜６ｎｍとすると発光出力の点で好ましい。
また、多重量子井戸構造の発光層１５０の場合は、上記Ｇａ_１−ｙＩｎ_ｙＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギが大きいＡｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。

＜ｐ型半導体層＞
図７に示すように、ｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａは、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めとキャリアの注入とを行なう層である。ｐクラッド層１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギ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、好ましくは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａが、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層１５０へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層１６０ａの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型不純物濃度は、１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３が好ましく、より好ましくは１×１０^１９〜１×１０^２０／ｃｍ^３である。不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。

ｐコンタクト層１６０ｂは、透光性電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１のボンディングパッド電極２１０との良好なオーミック接触の維持が可能となる点で好ましい。
ｐ型不純物を１×１０^１８〜１×１０^２１／ｃｍ^３の濃度、好ましくは５×１０^１９〜５×１０^２０／ｃｍ^３の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。

＜透光性電極＞
図３に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透光性電極１７０が積層されている。
図４に示すように、平面視したときに、透光性電極１７０（図３参照）は、第２のボンディングパッド電極２４０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃのほぼ全面を覆うように形成されている。しかし、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。

透光性電極１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものが好ましい。また、本実施の形態における半導体発光素子１０では、発光層１５０で発生して、透光性電極１７０側に向かう光を、一旦半導体発光素子１０から取り出す。このため、透光性電極１７０は光透過性に優れたものが好ましい。さらにまた、ｐ型半導体層１６０の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、透光性電極１７０は優れた導電性を有していることが好ましい。

本実施の形態では、透光性電極１７０として、Ｉｎを含む酸化物の導電性材料が用いられる。Ｉｎを含む酸化物の一部は、他の透明導電膜と比較して光透過性および導電性の両者がともに優れている点で好ましい。Ｉｎを含む導電性の酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＣｅＯ_２））等が挙げられる。なお、これらの中に、例えばフッ素などのドーパントが添加されていてもかまわない。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることによって、透光性電極１７０を形成できる。また、透光性電極１７０を形成した後に、透光性電極１７０の透明化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
特に、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、第１のボンディングパッド電極２１０や後述する接合層、ｐ型半導体層１６０との密着性が良いため、本発明の実施形態において有効である。

＜第１のボンディングパッド電極＞
次に、正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０の構成の一例について詳細に説明する。
ＩＺＯ膜からなる透光性電極１７０の上には、サブマウント１５に設けられた反射層２１とバンプ３１を介して電気的に接続するための第１のボンディングパッド電極２１０が設けられている。第１のボンディングパッド電極２１０は、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の材料を用いた各種構造が知られている。中でも、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはバンプとして使用されることが多いＡｕ合金との密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、バンプ３１との密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕまたはＡｕの合金である。また、第１のボンディングパッド電極２１０の厚さは、５０〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。更に望ましくは３００ｎｍ以上且つ１５００ｎｍ以下である。
第１のボンディングパッド電極２１０が薄すぎるとバンプ３１との密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。また、ボンディングパッドの特性上、厚いほどバンプ３１との密着性が高くなって好ましい。このため、第１のボンディングパッド電極２１０の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、第１のボンディングパッド電極２１０と透光性電極１７０との接合強度を高めるために、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａなどの接合層を透光性電極１７０上に設けてもよい。

発光層１５０で発生した光のうち、第１のボンディングパッド電極２１０に向かった光は、第１のボンディングパッド電極２１０を透過することができない。このため、この光は、第１のボンディングパッド電極２１０の最下面（透光性電極１７０側の面）で反射され、一部は第１のボンディングパッド電極２１０の直下に進み、一部は散乱されて横方向あるいは斜め方向に進む。第１のボンディングパッド電極２１０の直下の方向に透光性基板１１０側に進んだ光は、半導体発光素子１０内において吸収、散乱あるいは反射されつつ、透光性基板１１０を透過して外部に取り出される。一方、散乱されて横方向あるいは斜め方向に進んだ光は、半導体発光素子１０の側面や透光性電極１７０（第１のボンディングパッド電極２１０が存在しない部分）を通じて外部へ取り出される。

第１のボンディングパッド電極２１０は、透光性電極１７０の上であれば、どこへでも形成することができる。
このため、第１のボンディングパッド電極２１０は、例えば第２のボンディングパッド電極２４０から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１０の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにも第２のボンディングパッド電極２４０に近接した位置に形成すると、バンプ３１、３４間でショートを生じてしまうため好ましくない。
また、第１のボンディングパッド電極２１０の電極面積としては、できるだけ大きいほうがフリップチップボンディング作業はしやすいものの、半導体発光素子１０からの発光を、透光性電極１７０を通して、一旦半導体発光素子１０から取り出す妨げになる。
具体的には、バンプ３１の直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。

＜第２のボンディングパッド電極＞
続いて、負極として働く第２のボンディングパッド電極２４０の構成の一例について詳細に説明する。
第２のボンディングパッド電極２４０は、図３に示すように、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃに形成されている。このように、第２のボンディングパッド電極２４０を形成する際には、エッチング等の手段によって発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の一部を切り欠き除去してｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａ（図７参照）を露出させ、得られた半導体層露出面１４０ｃ上に第２のボンディングパッド電極２４０を形成する。
図４に示すように、平面視したときに、第２のボンディングパッド電極２４０は円形状とされているが、このような形状に限定されるわけでなく、多角形状など任意の形状とすることができる。

第２のボンディングパッド電極２４０は、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはバンプとして使用されることが多い金バンプとの密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、バンプ３４との密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕである。
また、第２のボンディングパッド電極２４０の厚みは、５０〜２００００ｎｍの範囲であることが好ましく、更に望ましくは３００〜１５０００ｎｍである。
第２のボンディングパッド電極２４０が薄すぎるとバンプ３４との密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。

第２のボンディングパッド電極２４０は、ｎコンタクト層１４０ａの半導体層露出面１４０ｃの上であれば、どこへでも形成することができる。ただし、フリップチップボンディング作業のしやすさという観点からは、バンプ３４の直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。

なお、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａに形成される半導体層露出面１４０ｃに対する第２のボンディングパッド電極２４０の接合強度を高めるために、ｎコンタクト層１４０ａと第２のボンディングパッド電極２４０との間に、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａからなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含む接合層を設けてもよい。

なお、本実施の形態では、後述するように、第１のボンディングパッド電極２１０と第２のボンディングパッド電極２４０とは同一のプロセスにおいて形成され、同じ構成を有している。

次に、図１に示す半導体発光装置１の製造方法の一例について説明する。
（半導体発光素子の製造方法）
まず、本実施の形態における半導体発光素子１０の製造方法を説明する。
半導体発光素子１０は、透光性基板１１０に凹部１１０ａを形成する凹部形成工程と、透光性基板１１０上に、中間層１２０を形成する中間層形成工程と、下地層１３０を形成する下地層形成工程と、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する工程と、積層半導体層１００上に透光性電極１７０を形成する工程と、積層半導体層１００の一部を切り欠き除去して半導体層露出面１４０ｃを形成する工程と、透光性電極１７０の上面１７０ｃに第１のボンディングパッド電極２１０を形成し且つ半導体層露出面１４０ｃに第２のボンディングパッド電極２４０を形成する電極形成工程とを有している。なお、凹部１１０ａの替わりに凸部を形成してもよく、この場合、半導体発光素子１０の製造方法として凹部形成工程の替わりに、透光性基板１１０に凸部を形成する凸部形成工程を有することになる。

ここで、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する工程は、ｎ型半導体層１４０を形成するｎ型半導体層形成工程、発光層１５０を形成する発光層形成工程、ｐ型半導体層１６０を形成するｐ型半導体層形成工程を有している。

本実施の形態が適用される半導体発光素子１０の製造方法は、必要に応じて、電極形成工程の後、得られた半導体発光素子１０に熱処理を施すアニール工程をさらに有している場合がある。

以下、各工程について、順番に説明する。
＜凹部形成工程＞
先ず、サファイア基板等の透光性基板１１０を用意し、凹部１１０ａを形成する面に、例えば、フォトリソグラフィ法等によりエッチング阻止膜としてのレジストパタン形成を形成する。この後、プラズマエッチング法等により、透光性基板１１０に円筒状の凹部１１０ａを形成する。
＜中間層形成工程＞
次に、透光性基板１１０に中間層１２０を形成するために前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に透光性基板１１０を配置し、中間層１２０を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、透光性基板１１０をＡｒやＮ_２のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ＡｒガスやＮ_２ガスなどのプラズマを透光性基板１１０に作用させることで、透光性基板１１０の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。

次に、透光性基板１１０の上面に、スパッタ法によって、中間層１２０を積層する。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が５０〜１００％、望ましくは７５％となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶（多結晶）を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が１〜５０％、望ましくは２５％となるようにすることが望ましい。なお、中間層１２０は、上述したスパッタ法だけでなく、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。
＜下地層形成工程＞
次に、中間層１２０を形成した後、中間層１２０が形成された透光性基板１１０の上面に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。

＜積層半導体層形成工程＞
積層半導体層形成工程は、ｎ型半導体層形成工程と、発光層形成工程と、ｐ型半導体層形成工程とからなる。
＜ｎ型半導体層形成工程＞
下地層１３０の形成後、ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂを積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎコンタクト層１４０ａ及びｎクラッド層１４０ｂは、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。

＜発光層形成工程＞
発光層１５０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法が好ましい。具体的には、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側及びｐ型半導体層１６０側に障壁層１５０ａが配される順で積層すればよい。

＜ｐ型半導体層形成工程＞
また、ｐ型半導体層１６０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよい。具体的には、ｐクラッド層１６０ａと、ｐコンタクト層１６０ｂとを順次積層すればよい。
＜半導体層露出面形成工程＞
透光性電極１７０の形成に先立ち、フォトリソグラフィ等によりエッチング阻止膜としてのレジストパタン形成とそれに引き続くエッチングによる手法によって、積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎコンタクト層１４０ａの一部を露出させ、半導体層露出面１４０ｃを形成する。

＜透光性電極形成工程＞
マスクで半導体層露出面１４０ｃをカバーして、エッチング除去せずに残したｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透光性電極１７０を形成する。
なお、ｐ型半導体層１６０上に先に透光性電極１７０を形成した後、透光性電極１７０を形成した状態で、積層半導体層１００の一部をエッチングすることで半導体層露出面１４０ｃを形成するようにしてもよい。

そして、透光性電極１７０および半導体層露出面１４０ｃの上面にＳｉＯ_２からなる保護層１８０を形成した後、保護層１８０上に図示しないレジストを塗布する。
そして、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０をそれぞれ形成する部分に対応する部位のレジストを公知の手法によって除去することで、ｐ型半導体層１６０上に形成された保護層１８０の一部および半導体層露出面１４０ｃ上に形成された保護層１８０の一部をそれぞれ外側に露出させる。
そして、透光性電極１７０の上面に垂直な方向よりＳｉＯ_２からなる保護層１８０のＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行い、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０を形成する部分に対応する部位の保護層１８０を除去して、透光性電極１７０の一部およびｎコンタクト層１４０ａの一部の上面を露出させる。

＜電極形成工程＞
次に、スパッタ法により、透光性電極１７０の露出面上に第１のボンディングパッド電極２１０と第２のボンディングパッド電極２４０とを形成する。このとき、スパッタ条件を制御することにより、スパッタ材料によらず、カバレッジ性を高くして、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０を成膜することができる。なお、このとき、透光性電極１７０上および半導体層露出面１４０ｃ上に残存する硬化したレジスト上にも第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０と同じ材料が堆積される。

最後に、レジスト剥離液に浸漬することにより、硬化したレジストとともに、その上に堆積した第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０と同じ材料を剥離、除去する。これにより、透光性電極１７０上には第１のボンディングパッド電極２１０が形成され、ｎコンタクト層１４０ａ上には第２のボンディングパッド電極２４０が形成される。

＜アニール工程＞
そして、このようにして得られた半導体発光素子１０を、例えば窒素などの還元雰囲気下において、１５０〜６００℃、より好ましくは２００〜５００℃でアニール処理する。このアニール工程は、透光性電極１７０と第１のボンディングパッド電極２１０との密着性、および、半導体層露出面１４０ｃと第２のボンディングパッド電極２４０との密着性を高めるために行われる。なお、アニール処理は必ずしも行う必要はないが、密着性を高めるためには行う方がより好ましい。

本実施の形態では、透光性電極１７０上に形成される第１のボンディングパッド電極２１０およびｎコンタクト層１４０ａ（図７参照）上に形成される第２のボンディングパッド電極２４０を、同じ構成とすることで、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０を同時に形成することが可能となり、半導体発光素子１０の生産性を向上させることができる。

（サブマウントの製造方法）
次に、サブマウント１５の製造方法を説明する。
セラミック等のサブマウント基板２０を用意し、リフトオフ法などによりＡｇの反射層２１、２４を形成する。そして、半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０と接続する部分、すなわちバンプ３１、３４等を形成する部分を除いて、リフトオフ法などによりＳｉＯ_２からなる保護膜で覆おう。最後に、Ａｕ−Ｓｎ合金からなるバンプ３１、３４を、同じくリフトオフ法等により形成する。

（半導体発光装置の製造方法）
最後に、半導体発光装置１の製造方法を説明する。
サブマウント１５上に半導体発光素子１０を裏返して設置し、予め定められた接続関係に基づいて、サブマウント１５上のバンプ３１、３４が、それぞれ半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０と接続されるように半導体発光素子１０の位置をサブマウント１５と対応させる（対応させる工程）。
その後、例えば、３００℃に加熱しつつ、半導体発光素子１０をサブマウント１５に押圧（圧着）する（加熱して押圧する工程）。これにより、バンプ３１、３４と第１のボンディングパッド電極２１０と第２のボンディングパッド電極２４０とがそれぞれ電気的に接続される。
このようにして、半導体発光装置１が完成する。

［第２の実施の形態］
図８は、第２の実施の形態が適用される半導体発光装置１の一例を示す図である。
第１の実施の形態の半導体発光装置１では、図２に示したように、半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０が、半導体発光素子１０の対向する辺に対して中央部分に設けられていた。一方、第２の実施の形態では、図８に示すように、半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０は、半導体発光素子１０の表面の対向する角の部分に設けられている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
第２の実施の形態においても、半導体発光素子１０の発光層１５０で発生した光のうち、透光性電極１７０に向かう光は、透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、それらの間の空気層とで構成される構造により反射されるため、光の取り出し効率が向上する。

［第３の実施の形態］
図９は、第３の実施の形態が適用される半導体発光装置１の一例を示す図である。
第１の実施の形態の半導体発光装置１では、図１に示したように、半導体発光素子１０の第２のボンディングパッド電極２４０は１カ所に設けられていた。一方、第３の実施の形態では、図９に示すように、半導体発光素子１０の第２のボンディングパッド電極２４０は、２カ所に設けられている。これは、半導体発光素子１０のｎコンタクト層１４０ａとサブマウント１５の反射層２４との接続をより確かにするためである。その他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、詳細な説明を省略する。
第３の実施の形態においても、半導体発光素子１０の発光層１５０で発生した光のうち、透光性電極１７０に向かう光は、透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、それらの間の空気層とで構成される構造により反射されるため、光の取り出し効率が向上する。

では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
図１０は、実施例（実施例１、２、３、４）および比較例（比較例１、２）の半導体発光装置１における順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）、発光ピーク波長λｄ（ｎｍ）、発光エネルギＰｏ（ｍＷ）を示す図である。
まず、実施例および比較例に用いた半導体発光素子１０について説明する。

＜半導体発光素子＞
実施例および比較例に用いた半導体発光素子１０は、図３と同じ構造を有している。
すなわち、透光性基板１１０はＣ軸配向したサファイア基板である。
そして、実施例１、２および比較例１では、透光性基板１１０に、図６に示すような一辺（ピッチａ）が２μｍの正三角形の頂点の位置に蜂の巣状に配列され、径が１μｍで深さｄが０．７μｍの円筒状の凹部１１０ａが形成されている。
一方、実施例３、４および比較例２では、透光性基板１１０に、図６に示すような一辺（ピッチａ）が４μｍの正三角形の頂点の位置に蜂の巣状に配列され、径が２μｍで深さｄが１μｍの円筒状の凹部１１０ａが形成されている。
なお、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０の配列は図４に示した第１の実施の形態と同じである。

（実施例１〜４）
実施例１〜４は、図１０に示すように、図１に示したフェイスダウン実装（フリップチップボンディング）である。そして、実施例１および３では、反射層２１、２４がＡｇ（Ａｇ電極サブマウント）で構成されている。一方、実施例２および４では、反射層２１、２４がＡｕ（Ａｕ電極サブマウント）で構成されている。
そして、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との間の空気層の厚さＨは１０μｍとした。

（比較例１、２）
図１１は、比較例１、２の半導体発光装置１の断面模式図を示す図である。
比較例１、２は、パッケージ基板３０上にパッド３５、３６を備えたパッケージ１６と、パッケージ１６に搭載された半導体発光素子１０と、パッド３５、３６と半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０とをそれぞれ接続するボンディングワイヤ３１０、３４０とを備える。すなわち、比較例１、２の半導体発光装置１は、ワイヤボンディングで実装されている。そして、半導体発光素子１０は、透光性基板１１０側が銀（Ａｇ）ペースト（図示せず）でパッケージ１６に固定される。半導体発光素子１０の透光性電極１７０が設けられた側（表面側）が上となって実装されているので、フェイスアップ実装である。半導体発光素子１０の構成は、実施例１〜４と同じであるので、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
フェイスアップ実装では、ボンディングワイヤ３１０、３４０により、半導体発光素子１０の第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０とパッケージ基板３０上のパッド３５、３６とを接続している。このため、発光層１５０で発生した光のうち、透光性電極１７０へ向かう光は、透光性電極１７０を通して外部に取り出される。しかし、第１のボンディングパッド電極２１０に覆われた透光性電極１７０の部分からは光を取り出すことができない。

次に、評価方法および結果について説明する。
図１０に示す、半導体発光素子１０の順方向電圧Ｖｆは、電流−電圧特性から求めた。また、発光エネルギＰｏは、分光光度計により発光波長λに対して発光強度を求め、発光波長帯域にわたって発光強度を積分することから求めた。また、発光強度がピークとなる発光波長λを発光ピーク波長λｄとした。

まず、凹部１１０ａのピッチａが２μｍである実施例１、２および比較例１の半導体発光装置１について説明する。
これらの半導体発光装置１の半導体発光素子１０の順方向電圧Ｖｆは３．１４〜３．１５Ｖ、発光ピーク波長λｄは４０２ｎｍであり、ほぼ同じである。しかし、発光エネルギＰｏは、実施例１（フェイスダウン実装であって、反射層２１、２４がＡｇ）では２８．５６ｍＷ、実施例２（フェイスダウン実装であって、反射層２１、２４がＡｕ）では１８．７８ｍＷである。一方、フェイスアップ実装の比較例１では１６．３ｍＷである。
順方向電圧Ｖｆおよび発光ピーク波長λｄがほぼ同じであることから、それぞれの半導体発光素子１０の特性は同じと考えられる。したがって、発光エネルギＰｏの差は、実装形式およびサブマウントの反射層２１、２４の材質によると考えられる。

まず、フェイスダウン実装である実施例１と実施例２とを比較する。実施例１および２では、半導体発光素子１０の表面を透光性電極１７０としたことで、発光層１５０で発生した光のうち、半導体発光素子１０の発光層１５０から透光性電極１７０側に向かって進む光は、半導体発光素子１０の透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、それらの間の空気層とが構成する構造により反射され、取り出すことができる。
ここで、実施例１と実施例２とを比較すると、反射層２１、２４としてＡｇを用いた実施例１では、反射層２１、２４としてＡｕを用いた実施例２の１．５２倍の発光エネルギＰｏが得られている。実施例１の発光エネルギＰｏが実施例２に比べ大きいのは、実施例１の反射層２１、２４の材料によると考えられる。
発光ピーク波長λｄである４０２ｎｍ付近におけるＡｇの反射率は９４．８％であり、Ａｕの３８．７％に比べ極めて大きい。そして、反射層２１、２４としてＡｇを想定して行ったシミュレーション（図１２参照）では、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との間を４μｍ以上の空気層とすることで９９％を超える高い反射率が得られている。
すなわち、実施例１の発光エネルギＰｏが大きいのは、図１２に示したシミュレーションの結果のように、半導体発光素子１０の透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、これらの間の空気層とで構成される構造が高い反射率を示すことによって、発光層１５０で発生した光のうち、透光性電極１７０側に向かう光が、効率よく反射され取り出すことができることによると考えられる。

次に、実施例１と比較例１とを比較すると、実施例１では、比較例１の１．８倍の発光エネルギＰｏが得られている。
フェイスアップ実装である比較例１では、発光層１５０で発生した光のうち、透光性電極１７０へ向かう光の一部は、第１のボンディングパッド電極２１０で遮光され取り出すことができない。また、半導体発光素子１０の発光層１５０で発生した光のうち、透光性基板１１０側へ向かう光は、透光性基板１１０、接着剤である銀ペースト、サブマウント基板３０の表面やそれらが接する界面などで一部反射され、透光性電極１７０側に向かう光となるが、実施例１における空気層を設けた場合と異なって、効率よく取り出すことができていないと考えられる。

次に、凹部１１０ａのピッチａが４μｍの実施例３、４および比較例２の半導体発光装置１について説明する。これらについても、前述した実施例１、２および比較例１でと同様の傾向が得られた。
すなわち、これらの半導体発光装置１の半導体発光素子１０の順方向電圧Ｖｆは３．１５Ｖ、発光ピーク波長λｄは４０１〜４０２ｎｍである。しかし、発光エネルギＰｏは、実施例３（フェイスダウン実装であって、反射層２１、２４がＡｇ）では２７．９１ｍＷ、実施例４（フェイスダウン実装であって、反射層２１、２４がＡｕ）では１７．９５ｍＷである。一方、フェイスアップ実装の比較例２では、発光エネルギＰｏは１６．６ｍＷである。
そして、Ａｇの反射層２１、２４を用いた実施例３では、比較例２の１．６８倍の発光エネルギＰｏが得られている。
このように、透光性基板１１０における凹部１１０ａのピッチａおよび半径が異なっても、同様の結果が得られる。

さて、前述したように、第１の実施の形態が適用された半導体発光装置１において、光取り出し効率が大きく改善されるのは、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４とが低屈折率の空気層を介して（距離を有して）対向していることにより、透光性電極１７０側に向かった光が効率よく反射されて透光性基板１１０側から取りだされるためと考えられる。さらに、発光層１５０から透光性電極１７０へ向かう光が、透光性電極１７０を透過して、サブマウント１５の反射層２１、２４で反射されて、半導体発光素子１０の周囲から外部に取り出される光も利用できている。
なお、第２の実施の形態および第３の実施の形態の半導体発光装置１においても、同様な結果が得られる。

また、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態では、フェイスアップ実装で使用される半導体発光素子１０の構成を変更することなく、フリップチップボンディングによるフェイスダウン実装で使用することができる効果がある。

なお、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態では、発光ピーク波長λｄが４００ｎｍ近傍の半導体発光素子１０を用いた半導体発光装置１について説明したが、本発明の適用対象はこれに限られない。
例えば、Ｇａ_１−ｘＡｌ_ｘＡｓ（０＜ｘ＜１）、ＧａＡｓ_１−ｘＰ_ｘ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ_１−ｘＧａ_ｘＰ（０＜ｘ＜１）などの化合物半導体を発光層１５０とする赤外から赤を発光する半導体発光素子１０、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＰなどを発光層１５０に用いた橙から緑を発光する半導体発光素子１０を用いた半導体発光装置１にも適用できることは明らかである。
この場合、前述したことから分かるように、反射層２１、２４の材料は、発光層１５０の発生する光の波長に対して反射率の高い材料を選択すればよく、ＡｇやＡｕの他に、Ａｌ、Ｃｕなどが用いうる。また、屈折率の異なる誘電体層を交互に積層した誘電体ミラーを用いてもよい。

さらに、半導体発光素子１０の透光性電極１７０とサブマウント１５の反射層２１、２４との間は空気層であるとして説明したが、発光波長に対して透光性の樹脂などの低屈折率の材料で封止されていてもよい。半導体発光素子１０の発光層１５０で発生し、透光性電極１７０側に向かう光が、半導体発光素子１０の透光性電極１７０と、サブマウント１５の反射層２１、２４と、これらの間を封止した透光性の樹脂などの層とが構成する構造により効率よく反射され外部に取り出すことができればよい。

また、本発明が適用され得る対象として、例えば液晶ディスプレイのバックライトやＬＥＤディスプレイ、さらには照明装置が挙げられる。

１…半導体発光装置、１０…半導体発光素子、１５…サブマウント、２０…サブマウント基板、２１、２４…反射層、３１、３４…バンプ、１００…積層半導体層、１１０…透光性基板、１１０ａ…凹部、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透光性電極、１８０…保護層、２１０…第１のボンディングパッド電極、２４０…第２のボンディングパッド電極

Claims (7)

1. 予め設定された光を発光する発光層を含む積層半導体層と、当該積層半導体層の一方の面側に設けられ、当該光を透過する透光性基板と、当該積層半導体層の他方の面側に設けられ、当該光を透過する透光性電極とを含む半導体発光素子と、
   前記光を反射する反射層を含み、当該反射層と前記半導体発光素子の前記透光性電極とが対向するように配置される反射板とを備え、
   前記半導体発光素子の前記透光性電極と前記反射板の前記反射層とは、少なくとも１μｍの空気層を隔てて対向している
   ことを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記反射板に設けられた反射層は、前記半導体発光素子に電力を供給する一対の配線であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記反射板の前記反射層は、ＡｇまたはＡｇを含む合金であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光装置。
4. 前記反射板の前記反射層は、当該反射層上に当該反射層の酸化または腐食を抑制する保護膜をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
5. 前記半導体発光素子の前記透光性基板とは反対側に設けられた正負一対の接続電極と、前記反射板の前記一対の配線とは、当該反射板上に設けられたバンプによってそれぞれが接続されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
6. 前記半導体発光素子の前記透光性基板は、前記積層半導体層側の面に複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
7. 予め定められた光を発光する発光層を含む積層半導体層と、当該積層半導体層の一方の面側に設けられ、当該光を透過する透光性基板と、当該積層半導体層の他方の面側に設けられ、当該光を透過する透光性電極とを含む半導体発光素子の当該積層半導体層の他方の面側に設けられた正負一対の接続電極を、前記光を反射し、前記透光性電極と対向する反射層を含む反射板の配線として働く反射層上に設けられたバンプに対応させる工程と、
   前記半導体発光素子を前記反射板に加熱して押圧する工程と
   を含むことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。

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