JP4453515B2 - 半導体発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。特に、透光性基板側から光を放射するフリップチップ型の発光素子において、外部量子効率を向上させたもの、及びその経年劣化を防止したものに関する。

従来、下記特許文献１に示すように、III 族窒化物半導体のダブルヘテロ接合構造を用いたフリップチップ型の半導体発光素子が知られている。その発光素子では、透光性基板としてサファイア基板を用いており、最上層のｐ型コンタクト層の上に反射層及び電流供給電極として機能するロジウム（Ｒｈ）から成る電極層を有している。そして、この電極層で発光層で発光した光のうち基板と反対側に向かう光を基板側に反射して、外部に光を有効に出力するようにしている。ロジウムは、青色の光に対して反射率６０％と比較的高い値を示しているが、十分ではない。一方、銀、アルミニウム、又は銀合金は、反射率が６０％以上であり反射層として用いるには有益である。しかしながら、銀やアルミニウムはｐ型コンタクト層に対してアロイなどの熱処理をした場合に、変色、変質して反射率が低下してしまう。また、特に、銀を用いた場合には、ｐ型コンタクト層から容易に剥離されてしまうという問題があり、また、イオンマイグレーションやエレクトロマイグレーションが顕著であるため、電気的にも信頼性にも課題がある。

これらのことは、下記特許文献２に示されているように、ＧａＡｓ半導体に於いても見られ、これを解決するために、コンタクト層上に透明のインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を形成して、その上に、Ａｕ又はＡｕ／Ｃｕから成る反射層を形成して、金属が直接、半導体層と反応しないようにしている。

また、下記特許文献３には、フリップチップ型の発光素子の外部量子効率を向上させるために、ＩＴＯ膜をＧａＮベースの半導体層の上に形成し、その上に、銀、アルミニウムなどの反射層を形成することが開示されている。
特開２０００−３６６１９ 特開平１０−４２０８ 実登３０６８９１４

しかしながら、ＩＴＯ膜の上に、銀やアルミニウムから成る反射層を形成した場合には、その界面反応によって、ＩＴＯ、銀、アルミニウムのいずれもが変質、変色してしまい、金属反射層へ入射する光量が低下し、基板側へ反射して外部へ取り出される光が減少する。また、外部量子効率を向上させるためには、反射率もさらに向上させる必要がある。

本発明は、これらの課題を解決するために成されたものであり、その目的は、金属反射膜と透明導電膜の界面反応を抑制すると共に、透光性基板側への反射率を向上させ、半導体発光素子の外部量子効率を向上させることである。

上記課題を解決するための発明の構成は以下の通りである。
請求項１の発明は、透光性基板と、この透光性基板の上に積層された半導体層とを有し、ｎ電極とｐ電極とが前記透光性基板に対して前記半導体層側に形成され、発光した光を前記透光性基板側から放射するフリップチップ型の半導体発光素子において、半導体層の最上層であるコンタクト層と、該コンタクト層上に形成された光に対して透明なインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る透明導電膜と、透明導電膜上に形成された、屈折率の異なる誘電体から成る層が周期的に積層された多重反射膜と、多重反射膜上に形成された、光に対して高反射率を有するアルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金のうち少なくとも１つの金属から成る反射膜と、透明導電膜の一部と接合するように形成されたｎ電極とｐ電極のうちの一方の第１電極となる電極層とを有し、透明導電膜は一部に多重反射膜が形成されていない第２露出部を有し、その第２露出部に電極層が接合していることを特徴とする半導体発光素子である。

ここで、発光素子は、基板を上にして半導体層側をリードフレームに接合するいわゆるフェースダウンで用いるフリップチップ型の半導体発光素子である。半導体の材料としては任意であるが、本発明は、特に、III 族窒化物半導体発光素子に用いる場合に有効である。透明導電膜が形成されるコンタクト層としては、ｐ型半導体でもｎ型半導体でもいずれでも良い。透光性基板から最も離れた最上層は、III 族窒化物半導体の場合には、ｐ型化処理の関係で、通常、ｐ型半導体となるが、製造技術の進化により最上層がｎ型半導体になる場合もあるので、透明導電膜が形成されるコンタクト層は、いずれの伝導型であっても本発明は適用可能である。

透光性基板としては、発光層で発光した光に対して透過率が高いものであれば、何でもも良い。たとえば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、炭化硅素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリムウ（ＧａＰ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、一般式Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎで表される４元、３元、２元の半導体を用いることができる。要は、発光した光に対して透過率が高いものであれば良い。

透明導電膜としては、金属酸化物が挙げられるが、代表的には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いるのが良い。
誘電体から成る多重反射膜は、金属酸化物や金属窒化物やガラスが挙げられるが、代表的には、酸化硅素（ＳｉＯ、ＳｉＯ₂ 、Ｓｉ_x Ｏ_y など）、窒化硅素（ＳｉＮ、Ｓｉ₂ Ｎ₃ 、Ｓｉ_x Ｎ_y など）、酸化チタン（ＴｉＯ、ＴｉＯ₂ 、Ｔｉ_x Ｏ_y など）、窒化チタン（ＴｉＮ、ＴｉＮ₂ 、Ｔｉ_x Ｎ_y など）、酸化タンタル（ＴａＯ、ＴａＯ₂ 、Ｔａ_x Ｏ_y ）、窒化タンタル（ＴａＮ、ＴａＮ₂ 、Ｔａ_x Ｎ_y ）、酸化アルミニウ（Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ａｌ_x Ｏ_y ）（以上、ｘ、ｙは任意整数）または、これらを複合させた組成物から選択された複数種類の物質を周期的に積層した膜である。望ましくは、屈折率差が大きい２種類の物質を交互に積層した膜である。各膜の厚さは、反射させるべき光の誘電体内波長の１／４の整数倍に設定される。この多重反射膜はＤＢＲ(distributed bragg reflector) でもある。
反射膜は、発光した光に対する反射率が高い金属であれば任意である。望ましくは、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀合金、アルミニウム合金、銀とアルミニウムを主成分に含む合金などである。
電極層の材料は任意ではあるが、金、金とチタンの多層膜、又は、金とチタンの合金も用いることができる。
また、反射膜は、側面と上面とを絶縁性保護膜で覆っても良い。この絶縁性保護膜は、任意の絶縁性誘電体を用いることができる。上記した多重反射膜を構成する物質の単層膜を用いることも可能である。この構成を採用すると、反射膜は多重反射膜と絶縁性保護膜とで、完全に覆われることになる。したがって、反射膜と透明導電膜との界面、反射膜と電極層との界面での反応を完全に抑制することができる。また、反射膜を銀で構成した場合のように、エレクトロマイグレーションが顕著な場合に、これを完全に抑制し、反射率の低下を防止することができる。なお、反射膜の側面には形成せずに、その上面にのみ絶縁性保護膜を形成するものであっても良い。

露出部は、透明導電膜とその上に形成される多重反射膜との関係で形成されるものである。透明導電膜の周縁部の全周に渡って露出部が設けられていても、周囲の一部や、周囲の複数の領域に露出部が形成されていても良い。そして、この露出部に電極層が接合することになるので、電極層は透明導電膜とこの露出部で電気的に接触することになり、この部分から電流が供給される。透明導電膜の周辺の一部に露出部を設ける場合には、他の電極に対して対角配置、直線的に対向する位置に設けるのが望ましい。電極層は透明導電膜の少なくとも露出部と接触して設けられておれば十分であり、金属から成る反射膜の上にも電極層が設けられていても、金属から成る反射膜の上に絶縁性保護膜を設ける場合には、その上に電極層を設けても良い。

したがって、請求項２の発明のように、反射膜の側面と上面を覆う絶縁膜を有し、反射膜は多重反射膜と絶縁膜とにより、その周囲が完全に覆われるようにしても良い。また、請求項３の発明のように、第２露出部は、透明電極の周辺部において環状に形成されていても良い。また、請求項４の発明のように、コンタクト層は、その周辺部において、透明導電膜が形成されていない環状の第１露出部を有し、その第１露出部に、電極層が接続されていても良い。また、請求項５の発明のように、第２露出部は、透明電極の周辺部であって、第１電極とは異なる他方の第２電極に対して、対角位置にＬ字形状に形成されていても良い。

請求項６の発明は、多重反射膜は、二酸化硅素（ＳｉＯ₂ ）から成る膜と、窒化硅素（ＳｉＮ）又は酸化チタン（ＴｉＯ _x ）から成る膜とが、交互に繰り返して積層された膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子である。この構成の時に、プラズマＣＶＤで形成でき、発光した光の反射率を大きくすることができる。
また、請求項７の発明は、多重反射膜は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）から成る膜と、酸化チタン（ＴｉＯ_x ）から成る膜とが、交互に繰り返して積層された膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子である。
多重反射膜をこれらの構成とする時、発光した光に対する多重反射膜での反射率を大きくすることができる。

誘電体から成る多重反射膜と金属から成る反射膜との積層構造により、多重反射膜の光の入射面での反射率を向上させることができ、透光性基板から取り出される光量を増加させることができる。したがって、本発明の構造により、発光素子の外部量子効率を向上させることができる。
また、多重反射膜により、反射膜と透明導電膜との界面反応が抑制される。このため、透明導電膜の透過率および反射膜の反射率の低下を防止することができる。したがって、透光性基板を通して外部に出力される光の取出し効率が向上する。

また、通電する場合に、誘電体から成る多重反射膜の存在により、電極層と透明導電膜との接触部からのみ電流が透明導電膜に流れ込む。このため、反射膜のエレクトロマイグレーション発生の可能性を大幅に低減することができる。反射膜の上面や側面も絶縁性保護膜で覆った場合には、反射膜のエレクトロマイグレーション発生をより防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。
半導体発光素子の具体的な層構成については後の実施例で詳しく説明するが、本発明は図１に示すような、フリップチップ型の半導体発光素子１である。透光性基板１０１の側から光が外部に出力される。透光性基板１０１の上には、III 族窒化物半導体から成る半導体層が積層されており、最上層がコンタクト層１０８である。このコンタクト層１０８の上に、順次、透明導電膜１０、誘電体から成る多重反射膜２０、金属から成る反射膜３０が形成されている。そして、ｎ電極１４０と対角の位置にある透明導電膜１０上の位置には、多重反射膜２０と反射膜３０とが形成されていない露出部１１が設けられており、この露出部１１上にｐ電極である電極層４１が形成されている。

図２の平面図に示すように、発光面に垂直な方向から見れば、露出部１１は、透明導電膜１０に対して、右辺Ａと下辺Ｂの端に形成されている。そして、多重反射膜２０と反射膜３０とは同一形状に形成している。この構成の時に、電極層４１は透明導電膜１０と図２の右端Ａ及び下端Ｂの交差部分に位置する正方形状の露出部１１で面接触することになり、電流はこの露出部１１上に形成された電極層４１から透明導電膜１０に供給され、透明導電膜１０において横方向に広がりながら下方のコンタクト層１０８に対して垂直方向の向に流れる。このように透明導電膜１０を広くすることで、発光部を広くすることができ、多重反射膜２０と反射膜３０の面積を広くすることで、基板１０１へ向けての反射面積を広くとることができる。発光層１０６で発光した光で、透明導電膜１０側に向かって進行した光は、透明導電膜１０を通過して、多重反射膜２０で透光性基板１０１側に反射し、多重反射膜２０を透過した光は金属から成る反射膜３０で透光性基板１０１側に反射する。したがって、多重反射膜２０と反射膜３０との積層構造により、多重反射膜２０と透明導電膜１０との界面位置における多重反射を考慮した反射率が大きくなる。

また、図３、図４に示すように構成することも可能である。コンタクト層１０８は、周辺部において、その上に、透明導電膜１０が形成されていない環状の第１露出部５を有している。また、透明導電膜１０は、周辺部において、その上面に誘電体から成る多重反射膜２０が形成されていない環状の第２露出部１１を有している。さらに、多重反射膜２０は、周辺部において、その上に、反射膜３０が形成されていない環状の第３露出部２１を有している。電極層４０は、金属から成る反射膜３０の上面、多重反射膜２０の第３露出部２１、透明導電膜１０の第２露出部１１、コンタクト層１０８の第１露出部５と接合するように、連続して形成されている。図４の平面図に示すように、発光面に垂直な方向から見れば、第１露出部５、第２露出部１１、第３露出部２１は、コンタクト層１０８の周辺部において、環状で階段状に形成されている。電極層４０は、図４において、ハッチングで示された領域に形成されている。

このように、多重反射膜２０と反射膜３０とを積層したので、多重反射膜２０と透明導電膜１０との境界における多重反射を考慮した反射率が向上し、透光性基板１０１から放出される光量を増大させることができる。
また、反射膜３０と透明導電膜１０との間には、誘電体から成る多重反射膜２０が介在しているので、反射膜３０と透明導電膜１０の界面反応が防止される。したがって、透明導電膜１０は透明度が低下することがなく、反射膜３０の反射率が低下することがない。よって、透光性基板１０１側に反射される光を増大させることができる。

さらに、電極層４０が、他の電極１４０に対して正電位となるように、電極層４０に電圧を印加する場合を例にとると、電流が反射層３０から基板１０１に垂直な方向に流れることが、多重反射膜２０によって阻止される。すなわち、電流は、大部分が、電極層４０の周辺部から環状の第２露出部１１を介して透明導電膜１０に供給される。また、電流の一部は、電極層４０の周辺部から、透明導電膜１０の側壁を介して透明導電膜１０に流れ、環状の第１露出部５を介してコンタクト層１０８に供給される。この結果、反射膜３０の面に垂直な方向に、反射膜３０に流れる電流は存在しないので、銀などを反射膜に用いた場合に、反射膜３０の金属原子のエレクトロマイグレーションが発生することはない。

コンタクト層１０８に、同量の電流が供給されるのであれば、外部量子効率を向上させるためには、透明導電膜１０と反射膜３０の面積は成るべく広い方が良い。また、他の電極１４０に近い側で発光が強くなる関係上、この部分には、第１露出部５や第２露出部１１を形成しない方が良い。このことを考慮すると、図５のように構成することも望ましい。すなわち、透明導電膜１０はコンタクト層１０８と同一形状に形成し、第１露出部５を設けない。そして、図５の図面上において、多重反射膜２０の外周が、右辺Ａと下辺Ｂのみにおいては、透明導電膜１０に対して内側に位置するように、多重反射膜２０を形成して、第２露出部（露出部）１１をＬ字形状に形成する。そして、多重反射膜２０と反射膜３０とは同一形状に形成し、第３露出部２１は設けない。そして、電極層４０をコンタクト層１０８と同一平面形状に形成する。この時、電極層４０は透明導電膜１０と図５の右端Ａ及び下端Ｂに位置するＬ字形状の第２露出部１１で面接触することになり、電流はこの第２露出部１１から透明導電膜１０に供給され、透明導電膜１０において横方向に広がりながら下方のコンタクト層１０８に垂直方向の向に流れる。このように透明導電膜１０の面積を広くすることで、発光部を広くすることができ、多重反射膜２０と反射膜３０を広くすることで、基板１０１へ向けての反射面積を広くとることができる。

さらに、図６に示すように、第２露出部１１を図５の右辺Ａ及び下辺Ｂの全長に渡って形成するのではなく、頂点Ｄから各辺Ａ、Ｂの１／２〜１／３の長さだけに止めるようにしても良い。この場合に、第２露出部１１を形成しない領域には、透明導電膜１０、多重反射膜２０、反射膜３０が形成されることになる。このように構成しても、電流は電極層４０からＬ字形状の第２露出部１１を介して、透明導電膜１０に十分に供給されることになり、他の部分を発光領域及び反射領域として使用することができるので、外部量子効率を向上させることができる。

その他、第１露出部５、第２露出部１１は、環状に形成しない場合には、それらの形成位置を同一にしても、同一にしなくとも良い。第２露出部１１を全く形成しないとすれば、透明導電膜１０には、その側面から電流が供給されることになる。このようにしても発光は可能であるが、第２露出部１１を設けると、電極層４０と透明導電膜１０との接触面積を大きくできるので、第２露出部１１は設けることが望ましい。第１露出部５を設けると、透明導電膜１０の側壁から電流を供給することが可能となるため、第１露出部５は、第２露出部１１を設けた上で同一位置に設けることが望ましいと言える。

さらに、図７に示すように、金属から成る反射膜３０の側面と上面を絶縁膜５０で覆うことで、多重反射膜２０と絶縁膜５０とで反射膜３０の周囲を完全に覆うようにしても良い。このようにすれば、電極層４０から電流が反射膜３０に流れ込むことが防止されるので、電流による反射膜３０の金属原子のエレクトロマイグレーションを完全に防止することができる。よって、素子の信頼性を向上させることができる。

透明導電膜１０の形成方法は、スパッタ、真空蒸着などを用いることができ、特に限定されないが、電子線による真空蒸着で形成するのが望ましい。多重反射膜２０の形成方法は、スパッタ、真空蒸着などを用いることができ、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法で形成するのが望ましい。反射膜３０と電極層４０の形成方法は、スパッタ、真空蒸着を用いることが望ましい。

なお、発光層を構成する単一量子井戸構造や多重量子井戸構造は、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含むIII族窒化物系化合物半導体Ａｌ_y Ｇａ_1-y-z Ｉｎ_z Ｎ（０≦ｙ＜１，０＜ｚ≦１）から成る井戸層を含むものが望ましい。発光層の構成は、例えばドープされた、又はアンドープのＧａ_1-zＩｎ_zＮ（０＜ｚ≦１）から成る井戸層と、当該井戸層よりもバンドギャップが大きい任意の組成のIII族窒化物系化合物半導体ＡｌＧａＩｎＮから成る障壁層が挙げられる。好ましい例としてはアンドープのＧａ_1-zＩｎ_zＮ（０＜ｚ≦１）の井戸層とアンドープのＧａＮから成る障壁層である。ここでドープは、ドーパントを意図的に原料ガスに含ませて目的とする層に添加していることを意味し、アンドープは、原料ガスにドーパントを含ませないで、意図的にドーパントを添加しないものを意味する。したがって、アンドープは、近接の層から拡散して自然にドーピングされている場合をも含む。

III−Ｖ族窒化物系化合物半導体層を結晶成長させる方法としては、分子線気相成長法（ＭＢＥ）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、液相成長法等が有効である。

半導体素子を構成する各層のIII−Ｖ族窒化物半導体は、少なくともＡｌ_xＧａ_yＩｎＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）にて表される２元系、３元系若しくは４元系の半導体から成るIII−Ｖ族窒化物系化合物半導体で形成することができる。また、これらのIII族元素の一部は、ボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）で置き換えても良く、また、窒素（Ｎ）の一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）で置き換えても良い。

更に、これらの半導体を用いてｎ型の層を形成する場合には、ｎ型不純物として、ＳｉＧｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を添加し、ｐ型の層を形成する場合には、ｐ型不純物としては、、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を添加することができる。

図１は、本実施例１の半導体発光素子１を示す断面図であり、図２はその平面図である。厚さ１００μｍの透光性基板としてのサファイヤ基板１０１の上には窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から成る膜厚約２０ｎｍのバッファ層１０２が設けられ、その上にシリコン（Ｓｉ）ドープのＧａＮから成る膜厚約８．０μｍの高キャリア濃度ｎ⁺層であるｎ型コンタクト層１０４が形成されている。このｎ型コンタクト層１０４の電子濃度は５×１０¹⁸／ｃｍ³である。この層の電子濃度は、高い程、望ましいが、２×１０¹⁹／ｃｍ³まで、増加可能である。そして、層１０４の上にＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなる歪み緩和層１０５が２００ｎｍの厚さに形成されている。そして、その歪み緩和層１０５の上に、膜厚２０ｎｍのノンドープのＧａＮと膜厚３ｎｍのノンドープのＧａ_0.8Ｉｎ_0.2Ｎからなる３周期分積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の発光層１０６が形成されている。発光層１０６の上にはマグネシウム（Ｍｇ）ドープのＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから成る膜厚約６０ｎｍのクラッド層に相当するｐ型層１０７が形成されている。さらに、ｐ型層１０７の上にはマグネシウム（Ｍｇ）ドープのＧａＮから成る膜厚約１３０ｎｍのｐ型コンタクト層１０８が形成されている。

また、ｐ型コンタクト層１０８の上には真空蒸着法により形成されたＩＴＯから成る透明導電膜１０が形成されている。ｐ型コンタクト層１０８の平面上周辺部には、環状に第１露出部５が形成されている。その透明導電膜１０の上には、第２露出部１１が形成されるように、ＳｉＯ₂ 膜とＳｉＮ膜との多重膜から成る多重反射膜２０が形成されている。第２露出部１１が請求項の露出部に該当する。また、多重反射膜２０の上には、多重反射膜２０と同一大きさにて、銀（Ａｇ）から成る反射膜３０が形成されている。さらに、第２露出部１１上に、金（Ａｕ）から成る電極層４１が形成されている。透明導電膜１０の厚さは、０．５μｍである。多重反射膜２０については、ＳｉＯ₂ 膜が８０ｎｍ、ＳｉＮ膜が６０ｎｍで、１２周期積層させてた総合厚さは１．６８μｍである。各膜の厚さは、発光波長４６５ｎｍ（真空中）の媒体内波長（ＳｉＯ₂ の屈折率は１．４６でその媒体内波長は３２０ｎｍ、ＳｉＮの屈折率は１．９４でその媒体内波長は２４０ｎｍ）の１／４に設定されている。また、反射膜３０は厚さ、０．５ μｍ、電極層４１は厚さ、１．２μｍである。

多重反射膜２０の積層数は、８対以上２０対以下が望ましい。８対よりも少ないと、多重反射の効果が小さくしたがって反射率が小さくなるので望ましくない。２０対以上となっても、多重反射の効果が２０対の反射膜以上には大きくならず多重反射膜２０の全体の膜厚が厚くなるので望ましくない。反射膜３０の厚さは、光の反射の観点から０．０１〜５μｍの範囲が望ましく、さらに、望ましくは０．０２〜２μｍであり、最も望ましくは、０．０５〜１μｍである。透明導電膜１０の厚さは、ｐ型コンタクト層１０８との電気的接触の関係から０．０５〜１μｍが望ましく、さらに望ましくは、０．２〜０．５μｍである。
なお、電極層４１は、厚さ０．０１μｍのチタン（Ｔｉ）と、厚さ０．５μｍの金（Ａｕ）との２重構造か、それらの合金であっても良い。または、チタン、金の順に形成して、その上を、パンプの形成部を除いて酸化珪素などの保護膜で覆っても良い。

一方、ｐ型コンタクト層１０８からエッチングして、露出したｎ型コンタク層１０４上には、ｎ電極１４０が形成されている。ｎ電極１４０は２重構造をしており、膜厚約１８ｎｍのバナジウム（Ｖ）層１４１と、膜厚約１．８μｍのアルミニウム（Ａｌ）層１４２とをｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分に、順次積層させることにより構成されている。

このように形成された電極層４１はｎ電極１４０に対して、図２に示す位置関係で形成されており、電極層４１の上面の露出部と、ｎ電極１４０の上面の露出部がバンプと接続される。

このように製造した発光素子１は、多重反射膜２０を用いずに、透明導電膜１０の上に銀から成る反射膜３０を形成した発光素子に比べて、外部量子効率は、約１５％向上した。また、１０００時間のエージングの後においても、外部量子効率の低下は見られなかった。

透光性基板１０１からｐ型コンタクト層１０８までの構造は、実施例１と同一である。ｐ型コンタクト層１０８から上に形成される層が、実施例１と異なるので、その部分についてのみ説明する。また、同一機能を果たす部材については同一符号で示されている。図３、図４に示すように、ｐ型コンタクト層１０８の上には真空蒸着法により形成されたＩＴＯから成る透明導電膜１０が形成されている。ｐ型コンタクト層１０８の平面上周辺部には、環状に第１露出部５が形成されている。その透明導電膜１０の上には、その周辺部に第２露出部１１が形成されるように、ＳｉＯ₂ 膜とＳｉＮ膜を繰り返して積層した多重反射膜２０が形成されている。第２露出部１１が請求項の露出部に該当する。また、多重反射膜２０の上には、周辺部において、環状の第３露出部２１が形成されるように、銀（Ａｇ）から成る反射膜３０が形成されている。さらに、第１露出部５、第２露出部１１、第３露出部２１、反射膜３０を完全に覆うように金（Ａｕ）から成る電極層４０が形成されている。透明導電膜１０、多重反射膜２０、反射膜３０の厚さや、その望ましい厚さの範囲は、実施例１と同一である。さらに、電極層４０は厚さ、１．２μｍである。

なお、電極層４０は、実施例１と同様に、厚さ０．０１μｍのチタン（Ｔｉ）と、厚さ０．５μｍの金（Ａｕ）との２重構造か、それらの合金であっても良い。または、チタン、金の順に形成して、その上を、パンプの形成部を除いて酸化珪素などの保護膜で覆っても良い。

一方、ｐ型コンタクト層１０８からエッチングして、露出したｎ型コンタク層１０４上には、ｎ電極１４０が形成されている。ｎ電極１４０は２重構造をしており、膜厚約１８ｎｍのバナジウム（Ｖ）層１４１と、膜厚約１．８μｍのアルミニウム（Ａｌ）層１４２とをｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分に、順次積層させることにより構成されている。

このように形成された電極層４０は、図４に示すように、ｐ型コンタクト層１０８の上面の略３／４の領域に一様に形成されている。電極層４０の露出部と、ｎ電極１４０の露出部がバンプと接続される。

このように製造した発光素子１は、多重反射膜を用いずに、透明導電膜の上に銀から成る反射膜を形成し、その上に金から成る電極層を形成した発光素子に比べて、外部量子効率は、約２０％向上した。また、１０００時間のエージングの後においても、外部量子効率の低下は見られなかった。

望ましい実施の形態で説明した図５、図６、図７に示す構造の半導体発光素子を製造したが、実施例１、２と同様な効果が得られた。図５、図６、図７において、図１〜図４と同一符号で示された部材は、実施例１、実施例２及び望ましい実施の形態で説明した構成要素と同一である。

すなわち、図５は、第１露出部と第３露出部を形成しないで、第２露出部１１のみを右辺Ａ、下辺ＢにＬ字形状に形成した素子である。そして、ＩＴＯから成る透明導電膜１０はｐ型コンタクト層１０８と同一平面形状に形成し、ＳｉＯ₂ 膜とＳｉＮ膜とを繰り返して積層した多重反射膜２０とＡｇから成る反射膜３０とを、同一平面形状に形成した。また、反射膜３０の全上面と第２露出部１１に接合するようにＡｕから成る電極層４０を構成した。電流は電極層４０から第２露出部１１を介して、透明導電膜１０の上面から透明導電膜１０に供給される。第２露出部１１が請求項の露出部に該当する。

また、図６の例は、第２露出部１１を右辺Ａ、下辺Ｂの１／３〜１／２程度の範囲のＬ字状に形成し、その他の構成を図５の例と同一に構成した例である。また、図７の例は、各膜の平面形状を図３、図４に示す実施例２の構成と同一として、Ａｇから成る反射膜３０がＳｉＯ₂ とＳｉＮ膜を交互に繰り返して積層した多重反射膜２０により完全に覆われた構成とした例である。

上記の実施例１、実施例２、実施例３の構成の発光素子において、発明の実施の形態で説明した各膜、各層の材料は、任意に組み合わせて選択できることは当然である。
（実験例）

サファイア基板上に、多重反射膜２０の上にアルミニウムから成る反射膜３０を形成した試料１、サファイア基板上にアルミニウムから成る反射膜３０だけを形成した試料２、サファイア基板上に多重反射膜２０のみを形成した試料３を準備した。多重反射膜の各膜の厚さ、材料、繰り返し積層回数、反射膜３０の厚さは、実施例１と同一である。この試料において、サファイア基板側から光を入射させて、各試料の反射率と透過率の波長特性を測定した。その結果を図８に示す。多重反射膜２０の設計波長４６５ｎｍにおいて、試料１は、試料２、３に対して、それぞれ、１６．１％、３％だけ反射率が向上していることが理解される。したがって、本発明の誘電体から成る多重反射膜と金属から成る反射膜との積層構造により、透光性基板からの光の出力効率が向上することが理解される。

本発明は、発光素子、発光素子チップ、ＬＥＤランプ、ディスプレイなどの発光装置に用いることができる。発光装置の外部量子効率の向上に極めて有効であり、同一入力電力で比較すれば、発光出力を大きくすることができる。

本発明の具体的な実施例にかかる発光素子の断面図。 同実施例の発光素子の平面図。 本発明の他の具体的な実施例にかかる発光素子の平面図。 同実施例の発光素子の平面図。 本発明の他の具体的な実施例にかかる発光素子の平面図。 本発明の他の具体的な実施例にかかる発光素子の平面図。 本発明の他の具体的な実施例にかかる発光素子の平面図。 反射率と透過率の波長特性の測定図。

１…発光素子
５…第１露出部
１０…透明導電膜
１１…第２露出部
２０…多重反射膜
２１…第３露出部
３０…反射膜
４０…電極層
４１…電極層
５０…絶縁膜
１０１…サファイア基板
１０２…バッファ層
１０４…ｎ型コンタクト層
１０５…歪み緩和層
１０６…発光層
１０７…ｐ型クラッド層
１０８…ｐ型コンタクト層
１４０…ｎ電極
１５０…ｐ電極

Claims (8)

1. 透光性基板と、この透光性基板の上に積層された半導体層とを有し、ｎ電極とｐ電極とが前記透光性基板に対して前記半導体層側に形成され、発光した光を前記透光性基板側から放射するフリップチップ型の半導体発光素子において、
   前記半導体層の最上層であるコンタクト層と、
   該コンタクト層上に形成された前記光に対して透明なインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）から成る透明導電膜と、
   該透明導電膜上に形成された、屈折率の異なる誘電体から成る層が周期的に積層された多重反射膜と、
   前記多重反射膜上に形成された、前記光に対して高反射率を有するアルミニウム、銀、アルミニウム合金、又は銀合金のうち少なくとも１つの金属から成る反射膜と、
   前記透明導電膜の一部と接合するように形成された前記ｎ電極と前記ｐ電極のうちの一方の第１電極となる電極層とを有し、
   前記透明導電膜は一部に前記多重反射膜が形成されていない第２露出部を有し、その第２露出部に前記電極層が接合している
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記反射膜の側面と上面を覆う絶縁膜を有し、前記反射膜は前記多重反射膜と前記絶縁膜とにより、その周囲が完全に覆われていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第２露出部は、前記透明電極の周辺部において環状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
4. 前記コンタクト層は、その周辺部において、前記透明導電膜が形成されていない環状の第１露出部を有し、その第１露出部に、前記電極層が接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の半導体発光素子。
5. 前記第２露出部は、前記透明電極の周辺部であって、前記第１電極とは異なる他方の第２電極に対して、対角位置にＬ字形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体発光素子。
6. 前記多重反射膜は、二酸化硅素（ＳｉＯ₂ ）から成る膜と、窒化硅素（ＳｉＮ）又は酸化チタン（ＴｉＯ _x ）から成る膜とが、交互に繰り返して積層された膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子。
7. 前記多重反射膜は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃ ）から成る膜と、酸化チタン（ＴｉＯ_x ）から成る膜とが、交互に繰り返して積層された膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の半導体発光素子。
8. 前記電極層は、金、金とチタンの多層膜、又は、金とチタンの合金から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の半導体発光素子。