JP5381853B2

JP5381853B2 - 半導体発光素子

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Publication number: JP5381853B2
Application number: JP2010071823A
Authority: JP
Inventors: 将士出口; 真央神谷
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-03-26
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Description

本発明は、同一面側に、ｎ電極とｐ電極とを有し、基板側から光を出力するフリップチップ型のIII 族窒化物半導体発光素子に関する。

例えば、III 族窒化物半導体発光素子においては、ｐ型層は低抵抗化処理を行ってもｎ型層より抵抗率が高いためにｐ型層内での横方向への電流の広がりが殆どなく電極直下で発光するだけであるのでｐ型層の上面の広範囲に電極層を形成する必要がある。また、基板としてサファイア等の絶縁物を用いていることから、下層のｎ型層に対する電極を素子上面に形成する必要がある。そのためには、ｎ電極形成領域の上方に存在するｐ型層や発光層等をエッチングにより除去し、その露出したｎ型層の上面に、給電のためのｎパッド電極を形成し、次に、ｐ電極を形成して、そのｐ電極の上の一部に給電のためのｐパッド電極を形成していた。

しかし、特に、ｐ電極として透明導電膜を用い、その膜の上部に反射膜を設けたフリップチップ型のIII 族窒化物半導体発光素子においては、一つのｎパッド電極と一つのｐパッド電極とを設けた場合に、電流が透明導電膜中を、面方向に一様に拡散することが困難であり、ｐ型層の面上において一様な電流密度が得られないという問題がある。このことは、発光が面上一様でなく、不均一となるという課題が存在することを意味する。そこで、ｐパッド電極から供給された電流が、透明導電膜を面上、水平方向に一様に流れるようにするため、下記特許文献１に記載の技術が知られている。

下記特許文献１に開示の技術によると、透明導電膜を、複数の短冊を配列した櫛歯状に形成し、各短冊に対して複数の箇所で接続する複数の中間電極を設けて、この複数の中間電極と給電のための幾つかのｐバンプ電極とを接続するようにしている。このようにすることで、ｐ型層に対して、面上一様な電流密度の電流が流れるようにしている。

特開２０１０−２７８２４

ところが、特許文献１の構造の場合には、２つのｎ中間電極と、透明導電膜の上に形成されたそれぞれのｐ中間電極との間隔は等しくなく、これらの電極間の電位分布を考えると、必ずしも、均一密度の電気力線が形成されるものではない。したがって、ｐ層に対して均一電流密度の電流を供給し、均一発光を実現するには、特許文献１の構造においても、限界がある。

また、透明導電膜を一様な厚さで、厚く形成する程、シート抵抗がより低下して、透明導電膜を面上、水平方向に流れる電流は拡散し、均一化される傾向は大きくなる。しかし、透明導電膜を厚く形成する程、その膜による光の吸収量も、より増加し、光の取り出し効率が低下するという問題がある。

そこで、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、透明導電膜を電極とする発光素子において、光の取り出し効率の向上、駆動電圧の低下、発光の均一化を達成することである。

第１の発明は、平面形状が第１辺とこれに直交する第２辺とを有する矩形の透光性基板と、この透光性基板の上に積層されたｎ型のIII 族窒化物半導体から成る第１半導体層と、p 型のIII 族窒化物半導体から成る第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の上部に形成された反射膜と、透明導電膜の一部の箇所において接続された第２中間電極と、第２半導体層側からエッチングされて露出した第１半導体層の電極形成部に形成された第１中間電極とを有し、透光性基板の側から光を出力するようにしたフリップチップ型の半導体発光素子において、第１中間電極は、第１半導体層の面上において、透光性基板の第１辺に平行な第１線上の複数の箇所に形成された複数の電極形成部のそれぞれに接続する複数の電極であり、第２中間電極は、第１辺に平行で、第２辺の方向に第１線と間隔を隔てた第２線上において透明導電膜の複数の箇所にそれぞれ接続する複数の電極であり、複数の第１中間電極のそれぞれは、複数の第２中間電極のそれぞれと、第１辺の方向において同一位置に設けられて各対を構成しており、複数の第１中間電極を接続する第１電極と、複数の第２中間電極を接続する第２電極とを有し、透明導電膜は、各対を構成する第１中間電極と第２中間電極との間であって距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。
また、第２の発明は、平面形状が第１辺とこれに直交する第２辺とを有する矩形の透光性基板と、この透光性基板の上に積層されたｎ型のIII 族窒化物半導体から成る第１半導体層と、p 型のIII 族窒化物半導体から成る第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の上部に形成された反射膜と、透明導電膜の一部の箇所において接続された第２中間電極と、第２半導体層側からエッチングされて露出した第１半導体層の電極形成部に形成された第１中間電極とを有し、透光性基板の側から光を出力するようにしたフリップチップ型の半導体発光素子において、第１中間電極は、第１半導体層の面上において、透光性基板の第１辺に平行な複数の線上及び第２辺に平行な複数の線上の複数の箇所に形成された複数の電極形成部のそれぞれに接続する複数の電極であり、第２中間電極は、複数の線の透明導電膜の面上の正射影線上であって、第１中間電極に対して、第１辺に平行な方向及び第２辺な平行な方向に、交互に配設されて、透明導電膜の複数の箇所にそれぞれ接続する複数の電極であり、複数の第１中間電極を接続する第１電極と、複数の第２中間電極を接続する第２電極とを有し、透明導電膜は、第１辺に平行な方向及び第２辺に平行な方向であって、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子である。

この発明では、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域の透明導電膜が、平均的に、他の部分よりも薄く形成されていれば良い。したがって、本発明において、透明導電膜は、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて、均一、一様に薄く形成されていても良い。
また、本発明において、透明導電膜は、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、厚さの薄い複数の凹部が散在された膜であっても良い。
また、本発明において、透明導電膜は、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、厚さが他の領域よりも薄く、この領域において、厚さの厚い複数の凸部が散在された膜であっても良い。

ここで、発光素子は、透光性基板を用いて、透光性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リップチップ接合で用いる。反射膜は、透明導電膜の上に直接形成されていても、又は、絶縁膜を介在させて反射膜が形成されていても良い。反射膜は金属であっても、誘電体多層膜から成る多重反射膜であっても良い。
また、第１中間電極と第２中間電極との距離が最も短くなる領域とは、一つの第１中間電極に対して、全ての第２中間電極に対して、対を構成した場合に、最も近くなる２つの電極間に存在する領域である。例えば、それらの２つの電極を含まない、電極間を長軸とする楕円、電極間を長辺とする長方形、電極間を長辺とし、電極間を結ぶ線分に対して対象とする多角形などの領域である。この組合せを、第１中間電極を、順次、変更した場合に、その各第１中間電極に対して、第２中間電極との距離が最も短くなる各領域が、上記のように定義される。この領域の全体が、他の領域よりも一様に薄く形成されていたり、この領域に厚さを薄くする複数の柱状の凹部が散在している。要するに、この領域が、他の領域に比べて、平均的に、薄く形成されていれば良い。

III 族窒化物半導体とは、一般式Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１）で表される半導体であり、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの一部を他の第３Ｂ族元素（第１３族元素）であるＢやＴｌで置換したもの、Ｎの一部を他の第５Ｂ族元素（第１５族元素）であるＰ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。より一般的には、Ｇａを少なくとも含むＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮを示す。ｎ型不純物としてはＳｉ、ｐ型不純物としてはＭｇが通常用いられる。一般的には、第１半導体層は、Ｓｉドープのｎ型のＧａＮ、第２半導体層は、Ｍｇドープのｐ型のＧａＮが用いられる。しかし、これらは、一例であり、Ｉｎが添加されていたり、上記の任意の組成比の化合物半導体が用いられる。半導体発光素子の層構成は任意であり、また、各層の組成比も任意である。

第２半導体層上に形成する透明導電膜は、ある任意の一つの第１中間電極に注目した時に、その第１中間電極と、全ての第２中間電極との対において、両電極間の距離が最も短くなる各領域において、その他の領域に比べて薄く形成されている。このことから、第１中間電極と第２中間電極を最短経路の抵抗が大きくなり、最短距離で流れる電流密度を減少させることができる。すなわち、透明導電膜を面上の水平方向に流れる電流を拡散させて、水平方向に流れる電流の電流密度の面上分布を一様にすることができる。この結果として、発光輝度を面上、一様とすることができる。

本発明の具体的な実施例にかかる半導体発光素子の断面図。同実施例の半導体発光素子の平面図。実施例の半導体発光素子に用いられる透明導電膜の様々な構成を示した断面図。他の実施例に係る半導体発光素子の構成を示した平面図。他の実施例に係る半導体発光素子の構成を示した平面図。

本発明を実施するための形態について説明する。
基板としては、透光性基板であれば、材料は任意である。たとえば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）などである。

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。その他、ＺｎＯにＡｌ₂Ｏ₃やＧａ₂Ｏ₃など３価のイオンとなる元素を数％添加した材料（ＡＺＯ、ＧＺＯ）、フッ素ドープが酸化亜鉛（ＦＴＯ）、酸化インジウムと酸化亜鉛の複合体、ニオブ添加二酸化チタンＴｉ_1-xＮｂ_XＯ₂（ＴＮＯ）、その他、酸化亜鉛系、酸化インジウム系、酸化スズ系、カドミウム系（ＣＴＯ）などの透明導電膜を用いることができる。第１電極、第２電極の材料は任意ではあるが、金、金とチタンの多層膜、又は、金錫（ＡｕＳｎ）などの共晶合金を用いることができる。

透明導電膜の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法などを用いることができる。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_yＧａ_1-y-zＩｎ_zＮ（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 族窒化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。半導体発光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、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。半導体発光素子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）である。この半導体発光素子１は、順電圧が３．２Ｖで、順電流が３５０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５０ｎｍの光を発する。また、半導体発光素子１は上面視にて長方形状に形成されている。発光素子１の平面寸法は、１辺が略１０００μｍ、他辺が略５００μｍである。厚さ１００μｍのサファイア基板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が形成されており、その層１０２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（第１半導体層）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、ｎ型コンタクト層１０４の上に静電耐圧改善層（ＥＳＤ層）１０５が形成されている。ＥＳＤ層１０５２は、ｎ型コンタクト層１０４側から第１ＥＳＤ層、第２ＥＳＤ層、第３ＥＳＤ層の３層構造である。第１ＥＳＤ層は、Ｓｉ濃度が１×１０¹⁶〜５×１０¹⁷／ｃｍ³のｎ−ＧａＮである。第１ＥＳＤ層１１０の厚さは２００〜１０００ｎｍである。また、第１ＥＳＤ層の表面には、貫通転位に起因して少数のピットが生じているが、そのピット密度は、１×１０⁸／ｃｍ²以下である。第２ＥＳＤ層は、ノンドープのＧａＮである。第２ＥＳＤ層１１１の厚さは５０〜２００ｎｍである。第２ＥＳＤ層の表面にもピットが生じており、そのピット密度は２×１０⁸／ｃｍ²以上である。第２ＥＳＤ層はノンドープであるが、残留キャリアによりキャリア濃度が１×１０¹⁶〜１×１０¹⁷／ｃｍ³となっている。なお、第２ＥＳＤ層１１１には、キャリア濃度が５×１０¹⁷／ｃｍ³以下となる範囲でＳｉがドープされていてもよい。第３ＥＳＤ層は、ＳｉがドープされたＧａＮであり、Ｓｉ濃度（／ｃｍ³）と膜厚（ｎｍ）の積で定義される特性値が０．９×１０²⁰〜３．６×１０²⁰（ｎｍ／ｃｍ³）である。たとえば、第３ＥＳＤ層の厚さを３０ｎｍとする場合にはＳｉ濃度は３．０×１０¹⁸〜１．２×１０¹⁹／ｃｍ³である。

ＥＳＤ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（第２半導体層）が形成されている。

また、ｐ型コンタクト層１０８の上にはスパッタリング法又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。その透明導電膜１０の上には、ＳｉＯ₂から成る第１絶縁性保護膜２０が形成されている。透明導電膜１０の厚さは厚いところが、０．３μｍ、薄いところが、０．１μｍである。第１絶縁性保護膜２０は、厚さ、０．３μｍである。第１絶縁性保護膜２０の上には、Ａｌから成る反射膜５０が厚さ０．１μｍに形成されている。その上に、第２絶縁性保護膜２１が厚さ０．３μｍに形成されている。したがって、反射膜５０は、第１絶縁性保護膜２０と第２絶縁性保護膜２１とが一体となった絶縁性保護膜の中に埋設されていることになる。また、複数の箇所で、第１絶縁性保護膜２０と第２絶縁性保護膜２１と反射膜５０を貫通して開けられた複数の窓には、透明導電膜１０に接合するそれぞれの第２中間電極４０が形成されている。第２中間電極４０は、厚さ０．０１μｍのチタン（Ｔｉ）と、厚さ０．５μｍの金（Ａｕ）との２重構造で構成されている。また、第２中間電極４０は、ＴｉとＡｕの合金で構成されていても良い。

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型コンタクト層１０４上には、第１中間電極３０が形成されている。第１中間電極３０は、２重構造をしており、膜厚約１８ｎｍのバナジウム（Ｖ）層３１と、膜厚約１．８μｍのアルミニウム（Ａｌ）層３２とをｎ型コンタクト層１０４の一部露出された部分である電極形成部１６に、順次積層させることにより構成されている。そして、複数の第２中間電極４０を接続するように、矩形形状の第２電極７０と、複数の第１中間電極３０を接続するように、矩形形状の第１電極６０とが、第２絶縁性保護膜２１の上に配設されている。これらの第２電極７０と第１電極６０とは、リードフレームに接続されるバンプとなる。

この半導体発光素子１の透明導電膜１０の位置で水平に切断したときの平面形状は、図２に示すものであり、ｙ軸方向に長い長方形状をしている。透明導電膜１０の平面上、複数の位置において、長辺に沿って、第２中間電極４０が複数配置されている。また、ｎ型コンタクト層１０４の平面上、複数の位置において、第１中間電極３０が複数配置されている。全ての複数の第２中間電極４０は、短辺方向（ｘ軸方向）の位置が等しく、全ての複数の第１中間電極３０の位置は、短辺方向の位置が等しい。また、これらの各第２中間電極４０と各第１中間電極３０とは、長辺方向（ｙ軸方向）の位置が同一の対を構成している。

任意の一つの第１中間電極３０に対して、全ての第２中間電極４０との対を考えるとき、両電極間で最も距離の近い第２中間電極４０を決定することができる。そして、第１中間電極３０を一つずつ変更して、同様に両電極対を考えると、各第１中間電極３０に対して、最も距離の近い第２中間電極４０を、それぞれ、決定することができる。したがって、第１中間電極３０と第２中間電極４０との全ての組合せにおいて、最も距離が近い電極対（ｎ１、ｐ１）、（ｎ２、ｐ２）、（ｎ３、ｐ３）、（ｎ４、ｐ４）、…、が第１中間電極３０の数だけ存在することになる。図２には、４対の電極が図示されている。このような、第１中間電極３０と第２中間電極４０とを含まない楕円形状の最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０は、厚さ０．１μｍに薄く形成され、他の領域は、厚さ０．３μｍに厚く形成されている。最近接領域Ａ１〜Ａ４は、透明導電膜１０が薄いのでシート抵抗が他の領域に比べて大きいために、面上を水平方向に流れる電流密度が、他の領域に比べて小さくなる。したがって、第２中間電極４０と第１中間電極３０の対電極間における透明導電膜１０の面上を水平方向に流れる電流密度が均一、一様化される。この結果、発光層１０７を垂直方向に流れる電流密度の面上分布は一様となり、発光分布も一様となる。

このように、透明導電膜１０を薄くしない場合には、透明導電膜１０の最近接領域Ａ１〜Ａ４に、電流が集中するが、最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０を薄くすることにより、最近接領域Ａ１〜Ａ４における電流の集中が緩和されて、面上、一様な電流分布が得られる。また、これらの最近接領域Ａ１〜Ａ４は、半導体発光素子の発光面の中央部に位置しているので、透明導電膜１０による中央部での光損失を低減させることができる。さらに、最近接領域Ａ１〜Ａ４以外の領域の透明導電膜は厚く形成しているので、半導体発光素子の駆動電圧を増加させることがない。

次に、本半導体発光素子の製造方法について説明する。まず、サファイア基板１０１上に、ＭＯＣＶＤ法により、４００℃において、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の低温成長によるバッファ層１０２が形成される。次に、各III 族窒化物半導体のエピタキシャル成長の、それぞれ、最適温度に調整しつつ、ＭＯＣＶＤ法によってIII 族窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層１０４、ＳＥＤ層１０５、発光層１０６、ｐ型層１０７、ｐ型コンタクト層１０８を順に積層させた。ＭＯＣＶＤ法において用いる原料ガスは、窒素源として、アンモニア（ＮＨ₃）、Ｇａ源として、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ₃）₃）、Ｉｎ源として、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ₃）₃）、Ａｌ源として、トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ₃）₃）、ｎ型ドーピングガスとして、シラン（ＳｉＨ₄）、ｐ型ドーピングガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂）、キャリアガスとしてＨ₂またはＮ₂である。

以上の半導体層のエピタキシャル成長については、良く知られた方法である。各層をサファイア基板１０１上にエピタキシャル成長させた。次に、ｐ型コンタクト層１０８の上の全面に、ＩＴＯを、厚さ０．３μｍで、一様に堆積させて透明導電膜１０を形成した。次に、その透明導電膜１０の上の全面に、フォトレジストを塗布して、図１のｎ型コンタクト層１０４の電極形成部１６に該当する部分を露光して、現像することにより、その部分に窓を形成した。そして、残された透明導電膜１０とフォトレジストをマスクとして、ドライエッチングして、ｎ型コンタクト層１０４を露出させて電極形成部１６を形成した。次に、フォトレジストを除去した後、この素子の上面の全体に、フォトレジストを塗布し、図２の最近接領域Ａ１〜Ａ４の部分を露光して、現像することにより、その部分に窓を形成した。そして、透明導電膜１０を０．２μｍだけウェットエッチングして、最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０を厚さ０．１μｍに薄くした。

以後の工程は、良く知られたように、フォトリソグラフィを用いて、形成される。第１中間電極３０と第２中間電極４０を形成する領域を除いて、第１絶縁性保護膜２０、反射膜５０、第２絶縁性保護膜２１を順次、堆積させた。次に、同様にフォトリソグラフィを用いて、ｎ型コンタクト層１０４に接合する第１中間電極３０と、透明導電膜１０に接合する第２中間電極４０を堆積させた。次に、複数の第１中間電極３０を接続するように第１電極６０と、複数の第２中間電極４０を接続するように第２電極７０とを堆積させて、半導体発光素子を完成させた。

最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０を薄く形成する方法は、次の方法を用いても良い。ｐ型コンタクト層１０８上に、ＩＴＯの透明導電膜１０を厚さ、０．２μｍに一様に形成する。次に、その透明導電膜１０の上の全面に、フォトレジストを塗布して、図２の最近接領域Ａ１〜Ａ４の部分を露光して、現像することにより、その部分に窓を形成した。そして、残されたフォトレジストをマスクとして、窓部の透明導電膜１０を全て除去した。次に、フォトレジストを除去した後、一様に、厚さ０．１μｍのＩＴＯを堆積させて透明導電膜１０を形成した。これにより、最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０の厚さは０．１μｍ、他の部分は、０．３μｍとすることができる。

また、最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０を薄く形成する方法は、次の方法を用いても良い。ｐ型コンタクト層１０８上に、ＩＴＯの透明導電膜１０を厚さ、０．１μｍに一様に形成する。次に、その透明導電膜１０の上の全面に、フォトレジストを塗布して、図２の最近接領域Ａ１〜Ａ４の部分以外を露光して、現像することにより、最近接領域Ａ１〜Ａ４のみにフォトレジストを残した。そして、この状態で、ＩＴＯを、さらに、０．２μｍの厚さに堆積させた。その後、フォトレジストをリフトオフした。これにより、最近接領域Ａ１〜Ａ４の透明導電膜１０の厚さは０．１μｍ、他の部分は、０．３μｍとすることができる。

上記実施例では、透明導電膜１０の最近接領域Ａ１〜Ａ４における構造は、図３（ａ）のように、均一、一様に、他の部分に比べて薄くしている。しかし、図３（ｂ）に示す断面図、図４示す平面図のように、多数の円柱形の凹部８０を散在させても良い。凹部の直径は、５μｍ、凹部間の周期は、２０μｍである。このようにして、最近接領域Ａ１〜Ａ４の厚さを、平均的に薄くしても良い。この場合には、凹凸により、光の乱反射を促進して、光の取り出し効率を向上させることができる。凹部の直径は、０．５μｍ以上、２０μｍ以下、周期は、０．５μｍ以上、１００μｍ以下で用いることができる。

最近接領域Ａ１〜Ａ４と、第１中間電極３０と第２中間電極４０との関係は、図５のようにしても良い。図５の場合には、第１中間電極３０１〜３０５は、５個、第２中間電極４０１〜４０４は、４個設けられている。同一ｙ座標で最下段の位置に、ｘ座標が増加する方向に、第１中間電極３０１、第２中間電極４０１、第１中間電極３０２と、交互に配設されている。また、同一ｙ座標で中断の位置に、ｘ座標が増加する方向に、第２中間電極４０２、第１中間電極３０３、第２中間電極４０３と、交互に配設されている。また、同一ｙ座標で最上段の位置に、ｘ座標が増加する方向に、第１中間電極３０４、第２中間電極４０４、第１中間電極３０５と、交互に配設されている。そして、各第１中間電極と各第２中間電極との対にうちで、例えば、第１中間電極３０１と第２中間電極４０１との間、第１中間電極３０１と第２中間電極４０２との間などの、距離が最も短くなる最近接領域Ｂ１〜Ｂ８において、円柱状の凹部８０が散在して設けられている。これらの８個の最近接領域Ｂにおける凹部８０の散在パターンは同一である。また、透明導電膜１０の中央に位置する第１中間電極３０３と最下段の第２中間電極４０１の間、第１中間電極３０３と中段の第２中間電極４０２の間、第１中間電極３０３と中段の第２中間電極４０３の間、第１中間電極３０３と上段の第２中間電極４０４の間の電極間の距離が最も短くなる最近接領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の４個の領域において、円柱状の凹部８０が散在して設けられている。これらの４個の最近接領域Ｃにおける凹部８０の散在パターンは同一であるが、最近接領域Ｂにおける凹部８０の散在パターンと異なり、凹部８０の密度は少なくなっている。このようにしても、透明導電膜１０を面上、水平方向に流れる電流密度分布を均一とすることができる。

上記実施例において、第１絶縁性保護膜２０と第２絶縁性保護膜２１とは、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）で形成したが、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。また、反射膜５０は、Ａｌを用いたが、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。その他、反射膜５０は、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、または、これらの金属を少なくとも１種類以上含んだ合金より形成しても良い。また、反射膜５０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膜（DBR ）であってもよい。

第２中間電極４０は、透明導電膜１０に接合するＮｉ層と、Ａｕ層、Ａｌ層の３層で構成しても良い。表面がＡｕから成り、ＡｕＳｎ共晶合金から成るバンプ電極としての第１電極６０及び第２電極７０は、Ｔｉから成る第１層、Ｎｉから成る第２層、Ｔｉから成る第３層、Ｎｉから成る第４層を介して、それぞれ、第１中間電極３０と第２中間電極４０とに接合されている。それぞれの第１層のＴｉは、第１中間電極３０と第２中間電極４０の接合強度を増加させるものである。第２層から第４層は、はんだのＳｎの拡散を防止するための層である。また、第１中間電極３０としては、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｖ、Ｉｒ、及びＲｈの金属よりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を用いることができる。第１電極６０と第２電極７０とは、めっき法、スクリーン印刷法、スパッタリング法、真空蒸着法等により形成することができる。透明導電膜１０は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等により形成することもできる。

本発明は、発光輝度を面上において均一化する発光層に用いることができる。

１…半導体発光素子
１０…透明導電膜
２０…第１絶縁性保護膜
２１…第２絶縁性保護膜
５０…反射膜
６０…第１電極
７０…第２電極
３０…第１中間電極
４０…第２中間電極
１０１…サファイア基板
１０２…バッファ層
１０４…ｎ型コンタクト層
１０５…ＥＳＤ層
１０６…発光層
１０７…ｐ型クラッド層
１０８…ｐ型コンタクト層

Claims

平面形状が第１辺とこれに直交する第２辺とを有する矩形の透光性基板と、この透光性基板の上に積層されたｎ型のIII 族窒化物半導体から成る第１半導体層と、p 型のIII 族窒化物半導体から成る第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の上部に形成された反射膜と、前記透明導電膜の一部の箇所において接続された第２中間電極と、前記第２半導体層側からエッチングされて露出した前記第１半導体層の電極形成部に形成された第１中間電極とを有し、前記透光性基板の側から光を出力するようにしたフリップチップ型の半導体発光素子において、
前記第１中間電極は、前記第１半導体層の面上において、前記透光性基板の前記第１辺に平行な第１線上の複数の箇所に形成された複数の電極形成部のそれぞれに接続する複数の電極であり、
前記第２中間電極は、前記第１辺に平行で、前記第２辺の方向に前記第１線と間隔を隔てた第２線上において前記透明導電膜の複数の箇所にそれぞれ接続する複数の電極であり、
複数の前記第１中間電極のそれぞれは、複数の前記第２中間電極のそれぞれと、前記第１辺の方向において同一位置に設けられて各対を構成しており、
複数の前記第１中間電極を接続する第１電極と、
複数の前記第２中間電極を接続する第２電極とを有し、
前記透明導電膜は、前記各対を構成する前記第１中間電極と前記第２中間電極との間であって距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
平面形状が第１辺とこれに直交する第２辺とを有する矩形の透光性基板と、この透光性基板の上に積層されたｎ型のIII 族窒化物半導体から成る第１半導体層と、p 型のIII 族窒化物半導体から成る第２半導体層と、第２半導体層の上に形成された透明導電膜と、この透明導電膜の上部に形成された反射膜と、前記透明導電膜の一部の箇所において接続された第２中間電極と、前記第２半導体層側からエッチングされて露出した前記第１半導体層の電極形成部に形成された第１中間電極とを有し、前記透光性基板の側から光を出力するようにしたフリップチップ型の半導体発光素子において、
前記第１中間電極は、前記第１半導体層の面上において、前記透光性基板の前記第１辺に平行な複数の線上及び前記第２辺に平行な複数の線上の複数の箇所に形成された複数の電極形成部のそれぞれに接続する複数の電極であり、
前記第２中間電極は、前記複数の線の前記透明導電膜の面上の正射影線上であって、前記第１中間電極に対して、前記第１辺に平行な方向及び前記第２辺な平行な方向に、交互に配設されて、前記透明導電膜の複数の箇所にそれぞれ接続する複数の電極であり、
複数の前記第１中間電極を接続する第１電極と、
複数の前記第２中間電極を接続する第２電極とを有し、
前記透明導電膜は、前記第１辺に平行な方向及び前記第２辺に平行な方向であって、前記第１中間電極と前記第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて薄く形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
前記透明導電膜は、前記第１中間電極と前記第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、その他の領域に比べて一様に薄く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。
前記透明導電膜は、前記第１中間電極と前記第２中間電極との距離が最も短くなる領域において、厚さの薄い複数の凹部が散在された膜であ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。