JP5630276B2 - 半導体発光素子、半導体発光装置 - Google Patents
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本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法及び半導体発光装置に関する。
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、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。
半導体発光素子は、通常、透明電極上に、金（Ａｕ）等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る。最近、発光波長に対して透明な基板上に形成された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（ＦＣ）実装技術が開発されている。
半導体発光素子は、通常、透明電極上に、金（Ａｕ）等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る。最近、発光波長に対して透明な基板上に形成された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（ＦＣ）実装技術が開発されている。
例えば、特許文献１には、透光性基板と、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層が透光性基板上に順次積層されてなる半導体層と、ｎ型半導体層に接合される負電極と、ｐ型半導体層に接合される正電極と、正電極及び負電極にそれぞれ接続される正電極パッド及び負電極パッドとを具備してなるフリップチップ型半導体発光素子が記載されている。
ところで、ＦＣ実装技術によれば、従来の電極が形成されている側から光を取り出す方式（フェイスアップ型）に比べ、電極による遮光を回避できる利点がある。現在、ＧａＮ系化合物半導体を発光層とする半導体発光素子を照明用途等に適用する際、実用化のために光の取り出し効率のさらなる改良が必要とされている。
本発明の目的は、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術における光の取り出し効率を改良することを目的とする。
本発明の目的は、半導体発光素子のＦＣ（フリップチップ）実装技術における光の取り出し効率を改良することを目的とする。
本発明によれば、以下、［１］〜［１０］が提供される。
［１］第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成された第１の電極と、前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に形成された第２の電極と、を備え、前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成された、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成された、前記発光層から出力される光に対して透過性且つ導電性の透明導電層と、前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、を有し、前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成していることを特徴とする半導体発光素子。
［２］前記第２の電極の前記透明導電層は、前記第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成されることを特徴とする前項１に記載の半導体発光素子。
［３］前記透明導電層の前記凹凸形状は、平面視で、当該透明導電層の前記反射層側の表面の少なくとも１５％を占有するように、当該反射層側に凸部が形成されていることを特徴とする前項１または２に記載の半導体発光素子。
［４］前記第２の電極の前記透明導電層は、導電性の酸化物から構成されることを特徴とする前項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［５］前記第２の電極の前記透明導電層は、インジウム（Ｉｎ）を含む導電性の酸化物から構成されることを特徴とする前項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［６］前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする前項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［７］前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［８］前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする前項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［１］第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成された第１の電極と、前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に形成された第２の電極と、を備え、前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成された、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成された、前記発光層から出力される光に対して透過性且つ導電性の透明導電層と、前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、を有し、前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成していることを特徴とする半導体発光素子。
［２］前記第２の電極の前記透明導電層は、前記第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成されることを特徴とする前項１に記載の半導体発光素子。
［３］前記透明導電層の前記凹凸形状は、平面視で、当該透明導電層の前記反射層側の表面の少なくとも１５％を占有するように、当該反射層側に凸部が形成されていることを特徴とする前項１または２に記載の半導体発光素子。
［４］前記第２の電極の前記透明導電層は、導電性の酸化物から構成されることを特徴とする前項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［５］前記第２の電極の前記透明導電層は、インジウム（Ｉｎ）を含む導電性の酸化物から構成されることを特徴とする前項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［６］前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から構成されることを特徴とする前項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［７］前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする前項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［８］前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする前項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
［９］半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板を備える半導体発光装置であって、前記半導体発光素子は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成された第１の電極と、前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に形成された第２の電極と、を備え、前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、不連続な膜形状又は当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成され、前記発光層から出力される光に対して透過性且つ導電性の透明導電層と、
前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、を有し、前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成し、前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記反射層を備える側と対向するように配置されることを特徴とする半導体発光装置。
［１０］前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記第１の電極及び前記第２の電極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする前項９に記載の半導体発光装置。
前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、を有し、前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成し、前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記反射層を備える側と対向するように配置されることを特徴とする半導体発光装置。
［１０］前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記第１の電極及び前記第２の電極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする前項９に記載の半導体発光装置。
透明導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれる導電性を有し、且つｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。
本発明によれば、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクト特性の優れた透明導電層１７１を、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成された、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成された、光に対して透過性且つ導電性の透明導電層とすることで、凹凸形状を有しない従来の透明導電層を備えた半導体発光素子（比較例）と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大し、ＦＣ実装技術における光の取り出し効率を格段と改良することができる。
さらに、本発明によれば、透明導電層を、積層半導体層の第２の半導体層（例えば、ｐ型半導体層１６０）の表面を覆う連続的な膜部分（連続膜部１７１ａ）の上に凸部１７１ｂを設けた形状にすることにより、凹凸形状を有しない従来の透明導電層を設ける場合と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大し、さらに順方向電圧（Ｖｆ：単位Ｖ）を低下させることができる。
また、さらに、本発明によれば、透明導電層を、積層半導体層の第２の半導体層の表面を一部覆い、２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成することにより、凹凸形状を有しない従来の透明導電層を設ける場合と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大し、さらに順方向電圧（Ｖｆ：単位Ｖ）を低下させることができる。
また、透明導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａを形成し、または前記連続的な連続膜部１７１ａを形成しないで、金属反射層１７２側に凸部１７１ｂが形成されることにより、発光出力を増大させることができる。
特に、本発明では、平面視で、透明導電層１７１の金属反射層１７２側の表面は、第２の電極領域の少なくとも１５％が凸部１７１ｂにより占有されるのが効果的である。また、平面視で凸部１７１ｂの総面積は、第２の電極領域の面積又は透明導電層１７１の連続膜部１７１ａを形成する場合の平面視の面積に対し、少なくとも１５％占有するのが効果的である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することが出来る。また、使用する図面は、本実施の形態を説明するための一例であり、実際の大きさを表すものではない。
＜半導体発光装置＞
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である。半導体発光装置１は、光を出射する半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を固定するとともに、半導体発光素子１０に電力を供給する配線を設けた回路基板の一例としてのサブマウント１５とを備えている。
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である。半導体発光装置１は、光を出射する半導体発光素子１０と、半導体発光素子１０を固定するとともに、半導体発光素子１０に電力を供給する配線を設けた回路基板の一例としてのサブマウント１５とを備えている。
半導体発光素子１０は、基板１１０、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００を備えている。また、半導体発光素子１０は、正負一対の接続電極の一例として、負極として働く第１の電極１８０と、正極として働く第２の電極１７０とを備えている。積層半導体層１００は、後述するように、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０から構成されている。尚、第１の電極１８０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。
また、第１の電極１８０および第２の電極１７０の表面の一部を除き、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００の表面および側面を覆う保護層１９０を備えている。尚、半導体発光素子１０の詳細については後述する。
また、第１の電極１８０および第２の電極１７０の表面の一部を除き、中間層１２０、下地層１３０、積層半導体層１００の表面および側面を覆う保護層１９０を備えている。尚、半導体発光素子１０の詳細については後述する。
サブマウント１５は、サブマウント基板１０Ｂ、サブマウント基板１０Ｂ上に設けられたサブマウント配線１１、１２、半導体発光素子１０の第１の電極１８０および第２の電極１７０とサブマウント配線１１、１２とを電気的に接続する接続子の一例としてのバンプ２１，２２を備えている。
図１では、半導体発光素子１０は、基板１１０側が上側に位置している。すなわち、半導体発光素子１０は、裏返してサブマウント１５に実装されている。このように、サブマウント１５に対して、半導体発光素子１０を裏返して実装することをフリップチップ（ＦＣ）実装またはフリップチップ（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。
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２における発光層１５０）において出射した光のうち、基板１１０側に進む光は、外部（図１の上側方向）に取り出される。一方、発光層１５０が出射する光のうち、第２の電極１７０側に進む光は、第２の電極１７０に設けられ、発光層１５０が出射する光に対して反射性を示す反射層（後述する図６の金属反射層１７２）で反射され、基板１１０側に向かい、外部（図１の上側方向）に取り出される。また、積層半導体層１００、中間層１２０、下地層１３０の側面から外部に取り出される光もある。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）
サブマウント１５のサブマウント基板１０Ｂとしては特に限定されず、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）基板、Ｃｕ（銅）基板、ガラスエポキシ基板等の絶縁性または導電性の各種の基板を選択して用いることができる。
尚、Ａｌ基板等の導電性の基板を用いるときには、サブマウント配線１１，１２とサブマウント基板１０Ｂとを電気的に絶縁するため、サブマウント配線１１，１２の少なくとも一方は絶縁層を介して設けられている。
半導体発光素子１０の第１の電極１８０及び第２の電極１７０とサブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１，１２とを接続するバンプ２１，２２としては、例えば、Ｓｎ（錫）を添加したＡｕ（Ａｕ−Ｓｎ合金）ボールや半田ボールが用いうる。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。
以下、半導体発光素子１０について詳細な構成を説明する。
サブマウント１５のサブマウント基板１０Ｂとしては特に限定されず、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）基板、Ｃｕ（銅）基板、ガラスエポキシ基板等の絶縁性または導電性の各種の基板を選択して用いることができる。
尚、Ａｌ基板等の導電性の基板を用いるときには、サブマウント配線１１，１２とサブマウント基板１０Ｂとを電気的に絶縁するため、サブマウント配線１１，１２の少なくとも一方は絶縁層を介して設けられている。
半導体発光素子１０の第１の電極１８０及び第２の電極１７０とサブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１，１２とを接続するバンプ２１，２２としては、例えば、Ｓｎ（錫）を添加したＡｕ（Ａｕ−Ｓｎ合金）ボールや半田ボールが用いうる。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。
以下、半導体発光素子１０について詳細な構成を説明する。
＜半導体発光素子＞
図２は、半導体発光素子の断面模式図の一例である。図３は、図２に示すように、半導体発光素子をＩＩＩ方向からみた平面模式図の一例である。図４は、半導体発光素子を構成する積層半導体の断面模式図の一例である。
図２に示すように、半導体発光素子１０は、基板１１０と、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とを備える。また、半導体発光素子１０は、下地層１３０上に積層される積層半導体層１００を備えている。積層半導体層１００は、下地層１３０側から、第１の導電型を有する第１の半導体層としての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上に積層される第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０とから構成されている。
図２は、半導体発光素子の断面模式図の一例である。図３は、図２に示すように、半導体発光素子をＩＩＩ方向からみた平面模式図の一例である。図４は、半導体発光素子を構成する積層半導体の断面模式図の一例である。
図２に示すように、半導体発光素子１０は、基板１１０と、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とを備える。また、半導体発光素子１０は、下地層１３０上に積層される積層半導体層１００を備えている。積層半導体層１００は、下地層１３０側から、第１の導電型を有する第１の半導体層としての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上に積層される第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０とから構成されている。
さらに、半導体発光素子１０は、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０および第１の半導体層としての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に形成される第１の電極１８０と、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに形成される第２の電極１７０とを備えている。
さらにまた、半導体発光素子１０は、第１の電極１８０および第２の電極１７０と、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）に積層される保護層１９０をさらに備える。ただし、保護層１９０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（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側）の側壁面の全域、基板１１０の一部の上面１１０ｃを覆うように形成される。
第１の電極１８０に対しては、図２において上方側となる面の一部を露出させ、後述するように、バンプ（第１の接続子）２１により外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１８０ａが形成されている。同様に、第２の電極１７０に対しては、図２において上方側となる面の一部を露出させ、後述するように、バンプ（第２の接続子）２２により外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。
このように、本実施の形態の半導体発光素子１０は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に第１の電極１８０および第２の電極１７０が形成された構造を有している。この半導体発光素子１０においては、第１の電極１８０を負極、第２の電極１７０を正極とし、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。
次に、図３に示すように、平面視したとき（図２に示す半導体発光素子１０をＩＩＩ方向からみた平面模式図）、第１の電極１８０は、平面形状が正方形の基板１１０の一つの角部に近接した部分に形成されている。第１の電極１８０は、露出した半導体層露出面１４０ｃ上に形成され、さらに、第１の電極１８０の上面には、外部との電気的な接続に用いられる第１の開口部１８０ａが形成されている。
第２の電極１７０は、第１の電極１８０を形成するためにエッチング等の手段により一部が除去された部分を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの略全面を覆うように形成されている。第２の電極１７０の上面には、第２の電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。尚、図３では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
次に、半導体発光素子１０の各層について説明する。
第２の電極１７０は、第１の電極１８０を形成するためにエッチング等の手段により一部が除去された部分を除き、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃの略全面を覆うように形成されている。第２の電極１７０の上面には、第２の電極１７０を露出させ、外部との電気的な接続に用いられる第２の開口部１７０ａが形成されている。尚、図３では、第１の電極１８０及び第２の電極１７０の表面を覆う保護層１９０を省略している。
次に、半導体発光素子１０の各層について説明する。
（基板）
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１０は、後述するように、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。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面上に中間層１２０（バッファ層）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１０は、後述するように、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。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面上に中間層１２０（バッファ層）を形成するとよい。
（積層半導体層）
ＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、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、図４に示すように、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。積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行い、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行う。
尚、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。
ＩＩＩ族窒化物半導体層の一例としての積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図２に示すように、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、図４に示すように、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。積層半導体層１００は、さらに下地層１３０、中間層１２０を含めて呼んでもよい。ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行い、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行う。
尚、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。
（中間層）
中間層１２０は、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌｘＧａ１−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ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板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、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０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の上を介して、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。尚、本発明においては、中間層１２０を形成することが好ましいが、行なわなくても良い。
中間層１２０は、多結晶のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌｘＧａ１−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ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板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、基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和し、基板１１０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の上を介して、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。尚、本発明においては、中間層１２０を形成することが好ましいが、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、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を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０の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。
（下地層）
下地層１３０としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌｘＧａ１−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ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られやすい。また、下地層１３０の膜厚は、生産コストの点で好ましくは１０μｍ以下がよい。
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、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
下地層１３０としては、ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌｘＧａ１−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ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が得られやすい。また、下地層１３０の膜厚は、生産コストの点で好ましくは１０μｍ以下がよい。
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、アクセプター不純物あるいはドナー不純物を添加することができる。
（ｎ型半導体層）
図４に示すように、例えば、第１の導電型を有する第１の半導体層の一例としての、電子をキャリアとする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。尚、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１の電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌｘＧａ１−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。
図４に示すように、例えば、第１の導電型を有する第１の半導体層の一例としての、電子をキャリアとする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。尚、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１の電極１８０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌｘＧａ１−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１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、第２の電極１７０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、０．５μｍ〜５μｍに設定することが好ましく、１μｍ〜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の膜厚は、０．５μｍ〜５μｍに設定することが好ましく、１μｍ〜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。
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０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
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０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
尚、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、１００オングストローム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１００オングストローム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４に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂ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。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１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍ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Ｇａ１−ｙＩｎｙＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂ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。
尚、本実施の形態では、発光層１５０が、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
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４に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂ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。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１〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２〜６ｎｍ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Ｇａ１−ｙＩｎｙＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂ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。
尚、本実施の形態では、発光層１５０が、青色光（発光波長λ＝４００ｎｍ〜４６５ｎｍ程度）を出力するようになっている。
（ｐ型半導体層）
図４に示すように、例えば、第２の導電型を有する第２の半導体層の一例としての、正孔をキャリアとする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、好ましくは、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
図４に示すように、例えば、第２の導電型を有する第２の半導体層の一例としての、正孔をキャリアとする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、好ましくは、ＡｌｘＧａ１−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１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ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クラッド層１６０ａのｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ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、第２の電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌｘＧａ１−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２の電極１７０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（ドーパント）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜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。
ｐ型不純物（ドーパント）を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜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。
（第１の電極）
続いて、第１の電極１８０の構成について詳細に説明する。図５は、第１の電極１８０の断面模式図の一例を示す図である。
第１の電極１８０は、例えば、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第１導電層１８１と、第１導電層１８１上に積層される第１ボンディング層１８２と、上述した第１ボンディング層１８２の露出部位である第１の開口部１８０ａを除いて第１ボンディング層１８２を覆うように設けられ、第１ボンディング層１８２と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１８３とを有している。
続いて、第１の電極１８０の構成について詳細に説明する。図５は、第１の電極１８０の断面模式図の一例を示す図である。
第１の電極１８０は、例えば、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上に積層される第１導電層１８１と、第１導電層１８１上に積層される第１ボンディング層１８２と、上述した第１ボンディング層１８２の露出部位である第１の開口部１８０ａを除いて第１ボンディング層１８２を覆うように設けられ、第１ボンディング層１８２と反対側の面には保護層１９０が積層される第１密着層１８３とを有している。
（第１導電層）
図５に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第１導電層１８１が積層されている。前述したように平面視で第１導電層１８１（図３参照）の片側は、半円形状の外形を有している。そして、第１導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１８１は、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く、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。
図５に示すように、ｎ型半導体層１４０の上には第１導電層１８１が積層されている。前述したように平面視で第１導電層１８１（図３参照）の片側は、半円形状の外形を有している。そして、第１導電層１８１の中央部は一定の膜厚を有し半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対しほぼ平坦に形成される一方、第１導電層１８１の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。ただし、第１導電層１８１は、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く、また、矩形状の断面を有していてもよく、さらに円形状以外の外形を有していてもよい。
第１導電層１８１は、ｎ型半導体層１４０とオーミックコンタクトがとれ、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、第１導電層１８１として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）を用いている。第１導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、後述する第２の電極１７００の金属反射層１７２（図６参照）を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。
本実施の形態では、第１導電層１８１として、例えば、Ａｌ（アルミニウム）を用いている。第１導電層１８１を構成するＡｌ（アルミニウム）は、後述する第２の電極１７００の金属反射層１７２（図６参照）を構成するＡｇ（銀）と同様、発光層１５０から出射される青色〜緑色の領域の波長の光に対して、高い光反射性を有しており、こちらも金属反射層として機能するようになっている。
（第１ボンディング層）
図５に示すように、第１導電層１８１の上には第１ボンディング層１８２が積層されている。第１ボンディング層１８２は、第１導電層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１８２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１８２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。
図５に示すように、第１導電層１８１の上には第１ボンディング層１８２が積層されている。第１ボンディング層１８２は、第１導電層１８１の全域を覆うように形成されている。そして、第１ボンディング層１８２の中央部は一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、第１ボンディング層１８２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。
第１ボンディング層１８２は、後述する第２の電極１７０の第２ボンディング層１７３と同様、第１導電層１８１と接するように少なくとも１層以上の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層（第１ボンディング層１８２）には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。また、第１ボンディング層１８２の全体の厚さは、好ましくは５０ｎｍ〜８０００ｎｍに設定されている。尚、第１ボンディング層１８２を複数の金属層の積層構造とすることもできる。
（第１密着層）
図５に示すように、第１ボンディング層１８２の上には第１密着層１８３が積層されている。第１密着層１８３は第１ボンディング層１８２の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１８３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１８３の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。この第１密着層１８３の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）と接するように設けられている。
図５に示すように、第１ボンディング層１８２の上には第１密着層１８３が積層されている。第１密着層１８３は第１ボンディング層１８２の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第１密着層１８３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第１密着層１８３の端部側はｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）に対し傾斜して形成されている。この第１密着層１８３の側面側の端部は、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ（図２参照）と接するように設けられている。
第１密着層１８３は、例えば、Ａｕ（金）で構成された第１ボンディング層１８２と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第１密着層１８３はＴａ（タンタル）で形成されている。ただし、第１密着層１８３として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えば、Ｔｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。
（第２の電極）
次に、第２の電極１７０の構成について説明する。図６は、第２の電極１７０の断面模式図の一例である。図６（ａ）は、凹凸形状を有する透明導電層１７１を備えた第２の電極１７０の例であり、図６（ｂ）は、第２の半導体層であるｐ型半導体層１６０を覆わない不連続な部分を設けるように形成された第２の電極１７０の例である。
次に、第２の電極１７０の構成について説明する。図６は、第２の電極１７０の断面模式図の一例である。図６（ａ）は、凹凸形状を有する透明導電層１７１を備えた第２の電極１７０の例であり、図６（ｂ）は、第２の半導体層であるｐ型半導体層１６０を覆わない不連続な部分を設けるように形成された第２の電極１７０の例である。
第２の電極１７０は、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層される透明導電層１７１と、この透明導電層１７１上に積層される反射層としての金属反射層１７２と、金属反射層１７２上に積層される第２ボンディング層１７３と、第２ボンディング層１７３の露出部位である第２の開口部１７０ａを除き第２ボンディング層１７３を覆うように設けられた第２密着層１７４とを有している。また、第２密着層１７４の第２ボンディング層１７３側と反対側の面に保護層１９０が積層されている。
図６に示すように、透明導電層１７１は、前述した第１の電極１８０（図５参照）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の周縁部を除くほぼ全面に形成されている。
（透明導電層）
透明導電層の構造の一例として、図６（ａ）を示す。図６（ａ）に示す第２の電極１７０において、本実施の形態では、透明導電層１７１が、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａと、透明導電層１７１のｐ型半導体層１６０側と反対側の金属反射層１７２側の膜面が凹凸形状を有するように形成された凸部１７１ｂとから構成されている。
透明導電層の構造の一例として、図６（ａ）を示す。図６（ａ）に示す第２の電極１７０において、本実施の形態では、透明導電層１７１が、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａと、透明導電層１７１のｐ型半導体層１６０側と反対側の金属反射層１７２側の膜面が凹凸形状を有するように形成された凸部１７１ｂとから構成されている。
連続膜部１７１ａの厚さは、本実施の形態では、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。また、好ましくは、本実施の形態では５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲より選択される。尚、本実施の形態では、連続膜部１７１ａの中央部は一定の膜厚を有し、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対しほぼ平坦に形成される一方、連続膜部１７１ａの端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
凸部１７１ｂの厚さは、本実施の形態では、２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択される。また、好ましくは本実施の形態では５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲より選択される。発光素子チップあたり、平面視における凸部１７１ｂの合計面積は、チップ表面面積から第１の電極１８０の面積を除いた範囲内より選択される。平面視における凸部１７１ｂの断面形状は特に限定されず、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）、楔形等が挙げられる。また、図６（ａ）に示す凸部１７１ｂの断面形状は、特に限定されず、長方形、台形、円錐、角錐、楔形等が挙げられる。
尚、本実施の形態では、透明導電層１７１の全体の厚さ（連続膜部１７１ａ及び凸部１７１ｂの合計厚さ）が２００〜３００ｎｍに設定されている。尚、透明導電層１７１は、ＦＣ実装技術における使用において、光吸収性があるが故に特定の膜厚以下の薄膜として使用するのが良い。透明導電層１７１の全体の厚さは２５ｎｍ〜１００００ｎｍの範囲より選択される。透明導電層１７１の厚さが過度に薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくい傾向があり、また、透明導電層１７１の厚さが過度に厚いと、発光層１５０からの発光及び金属反射層１７２からの反射光の光透過性の点で好ましくない傾向がある。
次に、透明導電層の構造の他の一例として、図６（ｂ）を示す。図６（ｂ）に示す第２の電極１７０において、透明導電層（１７１）は、第２の半導体層としてのｐ型半導体層１６０の上面を覆わない連続又は不連続な部分を残しつつ、複数の透明導電部１７１ｂ０から構成されるように形成されている。この場合、図６（ａ）に示す第２の電極１７０の場合とは異なり、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な膜部分が形成されていない。また、透明導電層１７１の上面に形成される金属反射層１７２の一部は、複数の透明導電部１７１ｂ０の隙間を埋め、ｐ型半導体層１６０の上面と接している。
透明導電部１７１ｂ０の厚さは５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択される。本実施の形態では、透明導電部１７１ｂ０の厚さが、例えば、２５０ｎｍに設定されている。図６（ａ）に示す透明導電部１７１ｂ０の断面形状は特に限定されず、長方形、台形、円錐、角錐、楔形等が挙げられる。
本実施の形態では、第２の電極１７０の透明導電層１７１を、少なくともｐ型半導体層１６０側とは反対側の金属反射層１７２側に凹凸形状を有するように形成することにより、凹凸形状を有しない透明導電層を有する従来構造の半導体発光素子と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大する。
さらに、本実施の形態では、透明導電層１７１を、ｐ型半導体層１６０の表面を覆う連続的な連続膜部１７１ａの上に凸部１７１ｂを設けた形状にすることにより、従来構造の半導体発光素子と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大するとともに、さらに順方向電圧（Ｖｆ：単位Ｖ）が低下する。
さらに、本実施の形態では、透明導電層１７１を、ｐ型半導体層１６０の表面を覆う連続的な連続膜部１７１ａの上に凸部１７１ｂを設けた形状にすることにより、従来構造の半導体発光素子と比較して、発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）が増大するとともに、さらに順方向電圧（Ｖｆ：単位Ｖ）が低下する。
図７は、第２の電極１７０の凸部１７１ｂの平面模式図の一例である。図７には、図６に示した第２の電極１７０の断面模式図において、ＶＩＩ方向から見た凸部１７１ｂの平面模式図が示されている。このとき、本発明においては、図７（ａ）および図７（ｂ）のパターンは、図６（ａ）の凸部１７１ｂの平面模式図であってもよく、図６（ｂ）の凸部１７１ｂ０の平面模式図であってもよく、断面構造に制限されない。
図７（ａ）に示すように、透明導電層１７１の金属反射層１７２側に形成された凸部１７１ｂが平面視で、第１の電極１８０から放射状に伸びた複数の直線状部分１７１ｂ１と、第１の電極１８０を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分１７１ｂ２とが交差した網目構造を形成している。本発明においては、直線状部分１７１ｂ１や円弧状部分１７１ｂ２の幅に制限されない。
次に、図７（ｂ）に示すように、透明導電層１７１の凸部１７１ｂが平面視で、所定の径を有する複数の突起が、第１の電極１８０を形成するために除去された部分を除くｐ型半導体層１６０の上面全体に、所定の間隔を設けて形成されている。凸部１７１ｂを構成する突起の径は特に限定されず、本実施の形態では、例えば、１０μｍ程度である。突起間の間隔は特に限定されず、本実施の形態では、例えば、５μｍ〜１０μｍ程度である。
尚、凸部１７１ｂを構成する突起の平面形状は特に限定されず、例えば、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、台形、五角形その他の多辺形（星形を含む）が挙げられる。また、突起の平面断面積は特に限定されず、さらに、複数の突起の平面断面積は、同一又は異なる場合も含まれる。
図７（ａ）及び７（ｂ）において、透明導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａを形成し、または前記連続的な連続膜部１７１ａを形成しないで、金属反射層１７２側に凸部１７１ｂが形成されることにより、平面視で、透明導電層１７１の金属反射層１７２側の凸部１７１ｂの表面は、第２の電極領域の面積（または、連続膜部１７１ａが存在する場合は、連続膜部１７１ａの面積）の少なくとも１５％、より好ましくは２０％以上、さらに望ましくは２５％以上または８５％以下、より好ましくは６５％以下が凸部１７１ｂにより占有されている。すなわち、凸部１７１ｂの平面視の総面積は、第２の電極領域の面積又は透明導電層１７１の連続膜部１７１ａを形成する場合の平面視の面積に対し、少なくとも１５％、または８５％以下が好ましい。
本発明においては、透明導電層１７１の凸部１７１ｂを除く凹部としての連続膜部１７１ａの面積が広くなると光の吸収が減り、光取りだし効率は上がる。しかし、一方で、凸部１７１ｂでは、凸部１７１ｂ本体およびその周辺において、連続膜部１７１ａと比べて電流拡散がしやすくなり、結果的に発光素子の発光効率が上がる。
このように、連続膜部１７１ａと凸部１７１ｂを設ける利点には、トレードオフの関係があり、発光素子の発光効率を上げる為には、例えば、平面視において凹部としての連続膜部１７１ａと凸部１７１ｂの面積に好ましい割合が存在する。
このように、連続膜部１７１ａと凸部１７１ｂを設ける利点には、トレードオフの関係があり、発光素子の発光効率を上げる為には、例えば、平面視において凹部としての連続膜部１７１ａと凸部１７１ｂの面積に好ましい割合が存在する。
平面視において、凸部１７１ｂの総面積が連続膜部１７１ａを含む透明導電層１７１の表面に対する占有割合が、１５％以下の場合では、光吸収が減る一方で電流拡散が悪いために光取り出し効率が悪くなり、結果的にＶｆも高くなり、望ましくない傾向がある。また、平面視において、凸部１７１ｂの総面積が連続膜部１７１ａを含む透明導電層１７１の表面に対する占有割合が、８５％以上の場合では、電流拡散はよくなるが、凸部１７１ｂの光吸収量が大きくなり、発光素子として光取り出し効率が悪くなる可能性がある。
また、図６（ｂ）に示すように、透明導電層１７１が連続膜部１７１ａを形成しないで金属反射層１７２側に凸部１７１ｂを形成する場合でも、透明導電層１７１のオーミックコンタクト性能により、金属反射層１７２から注入されたホールが凸部１７１ｂ本体およびその周辺において効果的にｐ型半導体層１６０に注入され、結果的に発光素子の発光効率が上がる。従って、図６（ｂ）の配置の場合でも、金属反射層１７２側の凸部１７１ｂの表面は、第２の電極領域の面積（金属反射層１７２側の面積）に対し、上記範囲にするのが好ましい。
透明導電層１７１は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれる導電性を有し、且つｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものを用いることが好ましい。また、この半導体発光素子１０では、発光層１５０からの光を、金属反射層１７２を介して基板１１０側に取り出すことから、透明導電層１７１は光に対して透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらに、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、透明導電層１７１は優れた導電性を有し、且つ、抵抗分布が少ないものを用いることが好ましい。
本実施の形態では、透明導電層１７１として、酸化物の導電性材料であって、発光層１５０から出射される波長の光に対する光透過性のよいものが用いられる。特に、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（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ２Ｏ３−Ｇａ２Ｏ３））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ２Ｏ３−ＣｅＯ２））等が挙げられる。尚、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。また、例えばＩｎを含まない酸化物、例えばキャリアをドープしたＳｎＯ２、ＺｎＯ２、ＴｉＯ２等の導電性材料を用いてもよい。
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、透明導電層１７１を形成できる。また、透明導電層１７１を形成した後に、透明導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
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、透明導電層１７１を形成できる。また、透明導電層１７１を形成した後に、透明導電層１７１の透明化と更なる低抵抗化とを目的とした熱アニールを施す場合もある。
本実施の形態において、透明導電層１７１は、結晶化された構造のものを使用してよく、特に六方晶構造又はビックスバイト構造を有するＩｎ２Ｏ３結晶を含む透光性材料（例えば、ＩＴＯやＩＺＯ等）を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯを透明導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯを透明導電層１７１として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
また、透明導電層１７１に用いるＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も低くなる組成を使用することが好ましい。例えば、ＩＺＯ中のＺｎＯ濃度は１〜２０質量％であることが好ましく、５〜１５質量％の範囲であることが更に好ましく、１０質量％であると特に好ましい。
透明導電層１７１に用いるＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ２を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ２を含まない雰囲気としては、Ｎ２雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ２などの不活性ガスとＨ２との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ２雰囲気、またはＮ２とＨ２との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。尚、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ２雰囲気、またはＮ２とＨ２との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００℃〜１０００℃が好ましい。熱処理温度が過度に低いと、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できず、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。熱処理温度が過度に高いと、ＩＺＯ膜は結晶化されているが光透過率が十分に高いものとならない傾向がある。また、この場合、ＩＺＯ膜の下にある半導体層を劣化させるおそれもある。
アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、他の層との接着性の点において、透明導電層１７１は材料に限定されないが結晶性の材料の方が好ましく、特に結晶性ＩＺＯの場合にはビックスバイト結晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ２Ｏ３結晶を含むＩＺＯがよい。
特に、前述のように、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、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。また、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、抵抗値が低下することから、半導体発光素子１０を構成した際に、順方向電圧ＶＦを低減できる点でも好ましい。
（金属反射層）
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、金属反射層１７２は、透明導電層１７１の全域を覆うように形成されている。金属反射層１７２の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、金属反射層１７２は、透明導電層１７１の全域を覆うように形成されている。金属反射層１７２の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
金属反射層１７２は、例えば、Ａｇ（銀）で構成されている。Ａｇ（銀）は、発光層１５０から出射される青色〜緑色の波長領域の光に対し、高い光反射性を有しているため好ましい。また、金属反射層１７２は、透明導電層１７１を介しｐ型半導体層１６０への給電（ホール注入）機能も有することから、その抵抗値が低く、且つ透明導電層１７１との接触抵抗を低く抑えることが可能なＡｇ（銀）は好ましい材料である。
本実施の形態では、金属反射層１７２の厚さが、例えば、１００ｎｍに設定されている。この金属反射層１７２の厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上、または、さらに好ましくは１μｍ以下の範囲より選択することができる。ここで、金属反射層１７２の厚さが過度に薄いと、発光層１５０からの光の反射性能が低下する傾向がある。また、金属反射層１７２の厚さが過度に厚いと、生産コスト高となる。尚、本実施の形態では、金属反射層１７２としてＡｇ単体を用いているが、Ａｇを含む合金を使用するようにしてもかまわない。
（第２ボンディング層）
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、金属反射層１７２の上面および側面には、金属反射層１７２を覆うように第２ボンディング層１７３が積層されている。第２ボンディング層１７３は、金属反射層１７２の全域を覆うように形成されている。第２ボンディング層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。本実施の形態では、第２ボンディング層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、金属反射層１７２の上面および側面には、金属反射層１７２を覆うように第２ボンディング層１７３が積層されている。第２ボンディング層１７３は、金属反射層１７２の全域を覆うように形成されている。第２ボンディング層１７３の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される。本実施の形態では、第２ボンディング層１７３の端部側は膜厚が漸次薄くなることでｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。
外部との電気的な接続に用いられる接続層としての第２ボンディング層１７３は、最も内側の金属反射層１７２等と接するように、少なくとも１層の金属層を備える。また、最も外側となる最表層の金属層には、例えば、Ａｕ（金）が用いられる。さらに、本実施の形態では、第２ボンディング層１７３として、例えば、金属反射層１７２に接して形成される第１層としてのＮｉ（ニッケル）層と、このＮｉ層の外側に形成される第２層としてのＰｔ（白金）層と、このＰｔ層の外側であって最も外側に形成される第３層としてのＡｕ（金）層とを有する構造を採用してもよい。第２ボンディング層１７３の全体の厚さは、フリップチップ実装する際のパッド電極としての機能を有する厚さがあれば、厚さに制限なく、本実施の形態では、好ましくは５０ｎｍ〜８，０００ｎｍに設定されている。
尚、第２ボンディング層１７３を複数の金属層で構成する場合において、金属反射層１７２と接する第１層を構成する材料としては、例えば、上述したＮｉ（ニッケル）の他、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、ＮｉＴｉ（ニッケルチタン）合金、およびこれらの窒化物を使用することができる。
（第２密着層）
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２ボンディング層１７３の上面および側面には、第２ボンディング層１７３を覆うように第２密着層１７４が積層されている。第２密着層１７４は第２ボンディング層１７３の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１７４の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１７４の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、第２ボンディング層１７３の上面および側面には、第２ボンディング層１７３を覆うように第２密着層１７４が積層されている。第２密着層１７４は第２ボンディング層１７３の露出部位を除く領域を覆うように形成されている。そして、第２密着層１７４の中央部は一定の膜厚を有し且つほぼ平坦に形成される一方、第２密着層１７４の端部側はｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成されている。この第２密着層１７４の側面側の端部は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃと接するように設けられている。
密着層の一例としての第２密着層１７４は、Ａｕ（金）で構成された第２ボンディング層１７３と保護層１９０との物理的な密着性を向上させるために設けられている。本実施の形態において、第２密着層１７４は、例えば、Ｔａ（タンタル）で形成されている。ただし、第２密着層１７４として、Ｔａ（タンタル）以外に、例えばＴｉ（チタン）やＮｉ（ニッケル）を用いることも可能である。
（保護層）
図５又は図６に示すように、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物からなる保護層１９０は、第１の電極１８０の一部および第２の電極１７０の一部を除いて、これら第１の電極１８０
および第１の電極１８０を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側（図２参照））を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第２の電極１７０および第１の電極１８０に浸入するのを抑制する保護層としての機能と、発光層１５０から出射された光のうち、直接基板１１０側に向かわず、しかも、第２の電極１７０の金属反射層１７２や第１の電極１８０の第１導電層１８１で反射されなかった光を基板１１０側に向けて反射する補助反射層としての機能とを有している。
図５又は図６に示すように、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物からなる保護層１９０は、第１の電極１８０の一部および第２の電極１７０の一部を除いて、これら第１の電極１８０
および第１の電極１８０を覆い、且つ、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部（半導体層露出面１４０ｃよりも発光層１５０側（図２参照））を覆うように積層されている。保護層１９０は、外部から水等が発光層１５０、第２の電極１７０および第１の電極１８０に浸入するのを抑制する保護層としての機能と、発光層１５０から出射された光のうち、直接基板１１０側に向かわず、しかも、第２の電極１７０の金属反射層１７２や第１の電極１８０の第１導電層１８１で反射されなかった光を基板１１０側に向けて反射する補助反射層としての機能とを有している。
（バンプ）
また、図１に示すバンプ（接続子）２１，２２は、実装基板側に予め形成しておいたボールバンプや半田バンプであるだけではなく、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０の上に予めメッキ法や蒸着を用いて突起状にバンプを形成しておいてもよい。
本実施の形態においては、この方法により半導体発光素子１０側にバンプを作製することができる。特に、フォトリソグラフィー工程によりウェハ毎にバンプを形成できるので、４インチ以上の大口径ウェハでは、実装基板毎にバンプボールを形成していくよりも、生産負荷を大幅に減らすことができる利点がある。
また、図１に示すバンプ（接続子）２１，２２は、実装基板側に予め形成しておいたボールバンプや半田バンプであるだけではなく、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０の上に予めメッキ法や蒸着を用いて突起状にバンプを形成しておいてもよい。
本実施の形態においては、この方法により半導体発光素子１０側にバンプを作製することができる。特に、フォトリソグラフィー工程によりウェハ毎にバンプを形成できるので、４インチ以上の大口径ウェハでは、実装基板毎にバンプボールを形成していくよりも、生産負荷を大幅に減らすことができる利点がある。
＜半導体発光素子の製造方法＞
図１に示す半導体発光装置１に実装された半導体発光素子１０を製造する方法は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層の一部を露出する工程と前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に第１の電極を形成する工程と、前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に第２の電極を形成する工程と、を備え、さらに前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成され、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成され、光に対して透過性且つ導電性の透明導電層を形成する工程と、前記透明導電層上に光に対して反射性を有する反射層を設ける工程を有する。
さらに、本発明の半導体発光素子１０は、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０を、接続子を介して実装基板に電気的に接続する工程を経て半導体発光装置１として製造される。以下、詳細に説明する。
図１に示す半導体発光装置１に実装された半導体発光素子１０を製造する方法は、第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層の一部を露出する工程と前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に第１の電極を形成する工程と、前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に第２の電極を形成する工程と、を備え、さらに前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成され、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成され、光に対して透過性且つ導電性の透明導電層を形成する工程と、前記透明導電層上に光に対して反射性を有する反射層を設ける工程を有する。
さらに、本発明の半導体発光素子１０は、半導体発光素子１０側の第１の電極１８０と第２の電極１７０を、接続子を介して実装基板に電気的に接続する工程を経て半導体発光装置１として製造される。以下、詳細に説明する。
（積層半導体層を形成する工程）
基板１１０の一面１１０ｃに、図２および図３に示すような、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル層を形成する。例えば、基板１１０の一面１１０ｃ上に、中間層１２０と下地層１３０とｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とをこの順で積層する。ｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とを構成するＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル層の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）などの方法を適用することができる。特に、ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
基板１１０の一面１１０ｃに、図２および図３に示すような、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル層を形成する。例えば、基板１１０の一面１１０ｃ上に、中間層１２０と下地層１３０とｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とをこの順で積層する。ｎ型半導体層１４０と発光層１５０とｐ型半導体層１６０とを構成するＩＩＩ族窒化物半導体からなるエピタキシャル層の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）などの方法を適用することができる。特に、ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いる場合、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）などを用いることができ、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などを用いることができる。
また、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ系化合物半導体を形成する場合、ｎ型ドーパントとしてＳｉ原料であるモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、Ｇｅ原料であるゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物などを用いることができる。
また、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合、ｐ型ドーパントとしてＭｇ原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）やビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）などを用いることができる。
また、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合、ｐ型ドーパントとしてＭｇ原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）やビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）などを用いることができる。
また、ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としてＭＢＥ法を用いる場合、ｎ型ドーパントとして元素状のシリコンやゲルマニウムを用いることができる。
（積層半導体層の第２の半導体層の表面に第２の電極１７０を形成する工程）
次に、ｐ型半導体層１６０上に、よく知られたフォトリソグラフィー技術と公知なスパッタ法などを用いて、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａを所定の膜厚で形成後、さらにフォトリソグラフィー技術により、所定形状のパターン（例えば、後述する図８（Ａ）〜（Ｃ）、又は図７（ｂ）など）に所定膜厚を有する凸部１７１ｂを積層する。
次に、ｐ型半導体層１６０上に、よく知られたフォトリソグラフィー技術と公知なスパッタ法などを用いて、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａを所定の膜厚で形成後、さらにフォトリソグラフィー技術により、所定形状のパターン（例えば、後述する図８（Ａ）〜（Ｃ）、又は図７（ｂ）など）に所定膜厚を有する凸部１７１ｂを積層する。
また、別の実施形態として、ｐ型半導体層１６０上に、よく知られたフォトリソグラフィー技術と公知なスパッタ法などを用いて、ｐ型半導体層１６０の上面を覆う連続的な連続膜部１７１ａを所定膜厚で形成後、さらにフォトリソグラフィー技術とエッチングプロセスにより、連続膜部１７１ａを所定形状のパターン（例えば、後述する図８（Ａ）〜（Ｃ）、又は図７（ｂ）など）にエッチングして凸部１７１ｂを有するパターンを形成することができる。
即ち、本発明では、第２の電極１７０を形成する工程として、積層半導体層１００の第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成され、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成され、光に対して透過性且つ導電性の透明導電層１７１を形成する。そして、その後、透明導電層１７１上に光に対して反射性を有する金属反射層１７２を設ける工程を有する。
なお、オーミックコンタクト性能および光透過性を向上させるために、透明導電層１７１は、好ましくは、熱処理される。例えば、透明導電層１７１（連続膜部１７１ａ＋凸部１７１ｂ）の熱処理には、７００℃の温度で１分〜６０分間行うのが好ましい。
なお、オーミックコンタクト性能および光透過性を向上させるために、透明導電層１７１は、好ましくは、熱処理される。例えば、透明導電層１７１（連続膜部１７１ａ＋凸部１７１ｂ）の熱処理には、７００℃の温度で１分〜６０分間行うのが好ましい。
次に、図６に示すように、透明導電層１７１（連続膜部１７１ａ＋凸部１７１ｂ）の全域に、よく知られたフォトリソグラフィー技術と公知なスパッタ法などを用いて、金属反射層１７２を積層する。なお、金属反射層１７２の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなるように、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成した。金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなるようにする為に逆テーパー型マスクを利用する方法などが採用される（国際公開公報ＷＯ２００９／１５４１９１号参照）。
続いて、同様に図６（ａ）に示すように、金属反射層１７２の上面および側面に金属反射層１７２を覆うように、Ａｕ（金）からなる第２ボンディング層１７３を積層する。
さらに同様に、第２ボンディング層１７３上を覆うように所定の膜厚を有する第２密着層１７４と保護層１９０を順次積層する。次に公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い、第２の電極１７０の一部に第２ボンディング層１７３のＡｕが露出するように開口部１７０ａを形成した。
さらに同様に、第２ボンディング層１７３上を覆うように所定の膜厚を有する第２密着層１７４と保護層１９０を順次積層する。次に公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い、第２の電極１７０の一部に第２ボンディング層１７３のＡｕが露出するように開口部１７０ａを形成した。
（積層半導体層１００の一部を露出する工程）
例えば、フォトリソグラフィーの手法により、図２および図３に示すように、第１の電極１８０を形成する領域の積層半導体層１００（ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０）の一部を公知なエッチング方法で処理して、ｎ型コンタクト層からなる半導体層露出面１４０ｃを露出させる。
例えば、フォトリソグラフィーの手法により、図２および図３に示すように、第１の電極１８０を形成する領域の積層半導体層１００（ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０）の一部を公知なエッチング方法で処理して、ｎ型コンタクト層からなる半導体層露出面１４０ｃを露出させる。
（第１の電極１８０を形成する工程）
半導体層露出面１４０ｃ上に、例えば、第２の電極１７０の形成の際に用いた光透過性の導電性材料（例えば、ＩＺＯ）により所定の膜厚の透明導電層を形成する。なお、この透明導電層の形成は、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、スパッタ法で第１の電極１８０と第２の電極１７０を同時に形成してもよい。そして、その上に、第２の電極１７０の形成と同様に金属反射層を所定の膜厚で形成する。この金属反射層には、例えば、銀が用いられる。
このようにして形成した透明導電層と金属反射層は、図５の構造では、第１導電層１８１に相当する。例えば、ＩＺＯ／Ａｇからなる第１導電層１８１となる。
半導体層露出面１４０ｃ上に、例えば、第２の電極１７０の形成の際に用いた光透過性の導電性材料（例えば、ＩＺＯ）により所定の膜厚の透明導電層を形成する。なお、この透明導電層の形成は、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、スパッタ法で第１の電極１８０と第２の電極１７０を同時に形成してもよい。そして、その上に、第２の電極１７０の形成と同様に金属反射層を所定の膜厚で形成する。この金属反射層には、例えば、銀が用いられる。
このようにして形成した透明導電層と金属反射層は、図５の構造では、第１導電層１８１に相当する。例えば、ＩＺＯ／Ａｇからなる第１導電層１８１となる。
続いて、第１導電層１８１上にスパッタ法で第１ボンディング層１８２を積層し、次いで、第１密着層１８３と保護層１９０を順次積層する。次に、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用い、第１の電極１８０の一部に第１ボンディング層１８２のＡｕが露出するように第１の開口部１８０ａを形成した。なお、第１導電層１８１や第１ボンディング層１８２の膜厚は、端部に向かって漸次薄くなるようにする。その為に、逆テーパー型マスクを利用する方法などが採用される（国際公開公報ＷＯ２００９／１５４１９１号参照）。また第１導電層１８１、第１ボンディング層１８２、第１密着層１８３や保護層１９０は、第２の電極１７０を形成する際に同時に形成してもよい。
（サブマウントへの実装工程）
次に、ＴｉＷを公知のスパッタ法でウェハ全面に成膜した後、公知のフォトリソグラフィー技術により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａを開口させたレジストを形成し、続いて公知の成膜法により第１の電極１８０と第２の電極１７０上に所定膜厚のＡｕを成長させ、バンプ２１、２２を形成する。ＡｌＮ基板を用いたサブマウント１５上に発光チップを裏返して設置し、サブマウント配線１１、１２と、半導体発光素子１０のバンプ２１、２２とがそれぞれ対応するように半導体発光素子１０とサブマウント１５とを位置合わせして電気的に接続する。
次に、ＴｉＷを公知のスパッタ法でウェハ全面に成膜した後、公知のフォトリソグラフィー技術により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａを開口させたレジストを形成し、続いて公知の成膜法により第１の電極１８０と第２の電極１７０上に所定膜厚のＡｕを成長させ、バンプ２１、２２を形成する。ＡｌＮ基板を用いたサブマウント１５上に発光チップを裏返して設置し、サブマウント配線１１、１２と、半導体発光素子１０のバンプ２１、２２とがそれぞれ対応するように半導体発光素子１０とサブマウント１５とを位置合わせして電気的に接続する。
次に、図１に示す半導体発光装置１の発光動作について説明する。尚、第２の電極１７０については、図６を参照する。
サブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１、１２を介して半導体発光素子１０に電流を流すと、半導体発光素子１０では、第２の電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第１の電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０は四方に向けて青色光を出力する。このとき、第２の電極１７０では、第２ボンディング層１７３、金属反射層１７２および透明導電層１７１を介して電流が流れ（以上、図６参照）、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上において均一化された状態の電流が供給される。
サブマウント基板１０Ｂのサブマウント配線１１、１２を介して半導体発光素子１０に電流を流すと、半導体発光素子１０では、第２の電極１７０からｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０を介して第１の電極１８０に向かう電流が流れ、発光層１５０は四方に向けて青色光を出力する。このとき、第２の電極１７０では、第２ボンディング層１７３、金属反射層１７２および透明導電層１７１を介して電流が流れ（以上、図６参照）、ｐ型半導体層１６０には、上面１６０ｃの面上において均一化された状態の電流が供給される。
発光層１５０から出力される光のうち基板１１０側に向かう光は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、半導体発光素子１０の外部に出射される。また、発光層１５０から出射される光のうち第２の電極１７０側に向かう光は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７１を介して金属反射層１７２に到達し、金属反射層１７２で反射される。そして、金属反射層１７２で反射した光は、透明導電層１７１、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を透過し、半導体発光素子１０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、例えば発光層１５０を介して保護層１９０に到達し、保護層１９０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１０内を進行し、直接あるいは金属反射層１７２や保護層１９０等で反射した後、半導体発光素子１０の外部に出射される。
ここで、発光層１５０から直接基板１１０に向かう光の一部、発光層１５０から金属反射層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１０内へと戻ってくる。このようにして半導体発光素子１０内に戻ってきた光は、第２の電極１７０に設けられた金属反射層１７２、第１の電極１８０に設けられた第１導電層１８１、そして保護層１９０によって反射され、再び基板１１０側へと向かう。このように、本実施の形態では、半導体発光素子１０に金属反射層１７２および保護層１９０を設け、発光層１５０から基板１１０とは反対側に出射された光をこれら金属反射層１７２および保護層１９０によって反射させることで、半導体発光素子１０からの光の取り出し効率を高めている。
以下、実施例に基づき本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１、図４に示すように、Ｃ面サファイア単結晶の基板に、ＡｌＮからなる中間層１２０を介してアンドープＧａＮからなる厚さ４μｍの下地層１３０を形成した。次に、下地層１３０の上に、Ｓｉドープ（濃度１×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ２μｍのｎコンタクト層１４０ａ、Ｓｉドープ（濃度１×１０１８／ｃｍ３）Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる厚さ１２．５ｎｍのｎクラッド層１４０ｂ（ｎコンタクト層１４０ａおよびｎクラッド層１４０ｂによりｎ型半導体層１４０が構成される。）、ＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層１５０ａとＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層１５０ｂを交互に５回積層し、最後に障壁層１５０ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。続いて、発光層１５０の上に、Ｍｇドープ（濃度１×１０２０／ｃｍ３）Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる厚さ２．５ｎｍのｐクラッド層１６０ａおよびＭｇドープ（濃度８×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ０．１５μｍのｐコンタクト層１６０ｂ（ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂによりｐ型半導体層１６０が構成される。）を順次積層してなる厚み９μｍのＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層半導体層１００を形成した。
図１、図４に示すように、Ｃ面サファイア単結晶の基板に、ＡｌＮからなる中間層１２０を介してアンドープＧａＮからなる厚さ４μｍの下地層１３０を形成した。次に、下地層１３０の上に、Ｓｉドープ（濃度１×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ２μｍのｎコンタクト層１４０ａ、Ｓｉドープ（濃度１×１０１８／ｃｍ３）Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる厚さ１２．５ｎｍのｎクラッド層１４０ｂ（ｎコンタクト層１４０ａおよびｎクラッド層１４０ｂによりｎ型半導体層１４０が構成される。）、ＧａＮからなる厚さ１６ｎｍの障壁層１５０ａとＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる厚さ２．５ｎｍの井戸層１５０ｂを交互に５回積層し、最後に障壁層１５０ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。続いて、発光層１５０の上に、Ｍｇドープ（濃度１×１０２０／ｃｍ３）Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる厚さ２．５ｎｍのｐクラッド層１６０ａおよびＭｇドープ（濃度８×１０１９／ｃｍ３）ＧａＮからなる厚さ０．１５μｍのｐコンタクト層１６０ｂ（ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂによりｐ型半導体層１６０が構成される。）を順次積層してなる厚み９μｍのＩＩＩ族窒化物半導体からなる積層半導体層１００を形成した。
次に、第２の電極１７０まで形成された積層半導体層１００を、公知のフォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術により所定形状にエッチングし、ｎコンタクト層１４０ａを半円状に露出させた。さらに、露出させたｎコンタクト層１４０ａに表面側からＡｌ／Ｔａ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｔａの積層構造の第１の電極１８０を公知の方法で形成した。
次に、積層半導体層１００のｐコンタクト層１６０ｂ上の所定の位置に、公知のフォトリソグラフィー技術およびリフトオフ技術を用いて、ＩＺＯからなる透明導電層１７１の連続膜部１７１ａを厚さ５０ｎｍで形成した。続いて、連続膜部１７１ａの上に公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、間隔２０μ、径φ１０μｍ、高さ１５０ｎｍの複数の突起（凸部１７１ｂ）を設けて、図８（Ａ）に記載のパターンＡを形成した。透明導電層１７１の表面積に対する凸部１７１ｂの平面視の総面積の割合は、１８％であった。
次に、透明導電層１７１の全域を覆うように金属反射層１７２を形成した。金属反射層１７２の厚さは１００ｎｍに設定した。なお、金属反射層１７２の中央部は、一定の膜厚を有しほぼ平坦に形成される一方、金属反射層１７２の端部側は膜厚が漸次薄くなるように、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃに対し傾斜して形成した。
続いて、図６（ａ）に示すように、金属反射層１７２の上面および側面には、金属反射層１７２を覆うように、Ａｕ（金）からなる第２ボンディング層１７３を積層した。第２ボンディング層１７３の膜厚を２００ｎｍとした。
次に、膜厚２００ｎｍを有するＳｉＯ２からなる保護層１９０を成膜し、公知のフォトリソグラフィー技術および反応性エッチング技術によりエッチングして、第１の電極１８０及び第２の電極１７０のＡｕ面を露出させた。
次に、膜厚１００ｎｍを有するＴｉＷを公知のスパッタ法でウェハ全面に成膜した後、公知のフォトリソグラフィー技術により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａを開口させたレジストを形成した。続いて、公知の電解メッキ法により第１の開口部１８０ａ及び第２の開口部１７０ａに露出しているＴｉＷ上にＡｕを１３μｍ成長させ、その後、蒸着法によりＡｕＳｎを２μ成膜した。公知のリフトオフ法によりレジスト及びレジスト上のＡｕＳｎを除去し、エッチング法によりＡｕ及びＴｉＷを除去して、バンプ２１、２２を形成した。
最後に、ＡｌＮ基板を用いたサブマウント基板１０Ｂ上に発光チップ１を裏返して設置し、サブマウント配線１１、１２と、半導体発光素子１０のバンプ２１、２２とがそれぞれ対応するように半導体発光素子とサブマウント基板１０Ｂとを位置合わせし、その後、３００℃に加熱しつつ、半導体発光素子をサブマウント基板１０Ｂに押圧（圧着）し、サブマウント配線１１、１２とバンプ２１、２２とを電気的に接続した。
半導体発光素子１０を搭載したサブマウントをＴＯ１８缶に載せて、ＴＯ１８缶の電極端子とサブマウント配線とをワイヤーで接続した。実施例１において得られた発光チップのＬＥＤ特性は、順方向電圧Ｖｆが３．２７Ｖ（電流８０ｍＡ印加）のとき、発光波長λｄが４５１ｎｍであり、発光出力（Ｐｏ）が８１．１ｍＷであった。また、このときの発光効率η（％）は３１．０％であった。
（実施例２〜１２、比較例）
実施例２〜１２において使用した透明導電層１７１の平面視のパターンを図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す。なお、図８には、金属反射層１７２側に形成された透明導電層１７１の凸部１７１ｂの平面視のパターンを４種類、平面視の模式図として示している。パターン（Ａ）は、実施例１に記載のとおり、径φ１０μｍ、高さ１５０ｎｍの複数の突起（凸部１７１ｂ）が間隔３５μｍを隔てて、第１の電極１８０を形成するために除去された部分を除くｐ型半導体層１６０の上面全体に設けて形成されている。
実施例２〜１２において使用した透明導電層１７１の平面視のパターンを図８（Ａ）〜（Ｄ）に示す。なお、図８には、金属反射層１７２側に形成された透明導電層１７１の凸部１７１ｂの平面視のパターンを４種類、平面視の模式図として示している。パターン（Ａ）は、実施例１に記載のとおり、径φ１０μｍ、高さ１５０ｎｍの複数の突起（凸部１７１ｂ）が間隔３５μｍを隔てて、第１の電極１８０を形成するために除去された部分を除くｐ型半導体層１６０の上面全体に設けて形成されている。
パターン（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、複数の直線状部分１７１ｂ１と複数の円弧状部分１７１ｂ２とが交差した凸部形状からなる網目構造のパターンとして形成されている。そして、網目構造のパターン形状を有する透明導電層１７１（１７１ｂ１＋１７１ｂ２）の表面積は、第２の電極１７０を形成する領域の面積以内で設定される。例えば、図８のパターンにおいて、第２の電極１７０を形成する領域の面積に対する凸部１７１ｂ（１７１ｂ１や１７１ｂ２も含む。）の平面視における総面積の割合は、パターン（Ａ）が１８％、パターン（Ｂ）が２２％、パターン（Ｃ）が４２％、パターン（Ｄ）が５９％である。
なお、パターン（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）における直線状部分１７１ｂ１と円弧状部分１７１ｂ２の幅は、任意に設定される。例えば、本実施例におけるパターンでは、５〜２０μｍの範囲から設定される。実施例２〜１２において、金属反射層１７２側に形成された透明導電層１７１の凸部１７１ｂのパターンが異なること以外は、実施例１と同様に半導体発光素子１０を製造した。
また、比較例として、凸部形状を有しない透明導電層を備えた半導体発光素子を製造し、実施例１と同様にＡｌＮ基板を用いたサブマウント基板上に実装し、ＬＥＤ特性を評価した。実施例２〜１２における半導体発光素子の特徴として、実施例１の結果も含め、表１にまとめた。
表１に示す結果から、１２種類の半導体発光素子の発光出力（Ｐｏ：単位ｍＷ）は、比較例（従来型）の半導体発光素子と比べ増大することが分かる。すなわち、凸部形状を有しない従来の透明導電層を備えた半導体発光素子（比較例）と比較して、例えば、実施例１１では、発光出力（Ｐｏの最大値：８３．１ｍＷ）が１１．２％程度増大し、順方向電圧（Ｖｆ：３．２０Ｖ）が約４．８％低下することが分かる。さらに発光効率η（％）は比較例と比較して３．５％増大していることがわかる。
１…半導体発光装置、１０…半導体発光素子、１０Ｂ…サブマウント基板、１１、１２…サブマウント配線、１５…サブマウント、２１，２２…バンプ（接続子）、１００…積層半導体層、１１０…基板、１１０ｃ，１６０ｃ…上面、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１４０ｃ…半導体層露出面、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…第２の電極、１７１…透明導電層、１７１ａ…連続膜部、１７１ｂ…凸部、１７１ｂ０…透明導電部、１７１ｂ１…直線状部分、１７１ｂ２…円弧状部分、１７２…金属反射層、１７３…第２ボンディング層、１７４…第２密着層、１８０…第１の電極、１８０ａ…第１の開口部、１８１…第１導電層、１８２…第１ボンディング層、１８３…第１密着層、１９０…保護層
Claims (10)
- 第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、
前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成された第１の電極と、
前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成された、又は当該第２の半導体層を覆わない不連続な部分を設けるように形成された、前記発光層から出力される光に対して透過性且つ導電性の透明導電層と、
前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、
を有し、
前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成していることを特徴とする半導体発光素子。 - 前記第２の電極の前記透明導電層は、前記第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
- 前記透明導電層の前記凹凸形状は、平面視で、当該透明導電層の前記反射層側の表面の少なくとも１５％を占有するように、当該反射層側に凸部が形成されてい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素子。
- 前記第２の電極の前記透明導電層は、導電性の酸化物から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記第２の電極の前記透明導電層は、インジウム（Ｉｎ）を含む導電性の酸化物から構成され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。
- 前記積層半導体層は、ＩＩＩ族窒化物半導体から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項に記載の半導体発光素子。
- 前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 前記第１の電極と外部との電気的な接続に用いられる第１の接続子と、前記第２の電極と外部との電気的な接続に用いられる第２の接続子と、を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
- 半導体発光素子と当該半導体発光素子を実装する回路基板を備える半導体発光装置であって、
前記半導体発光素子は、
第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層及び当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が積層された積層半導体層と、
前記積層半導体層の前記第１の半導体層の表面に形成された第１の電極と、
前記積層半導体層の前記第２の半導体層の表面に形成された第２の電極と、を備え、
前記第２の電極は、前記積層半導体層の前記第２の半導体層上に、不連続な膜形状又は当該第２の半導体層側と反対側の膜面が凹凸形状を有するように形成され、前記発光層から出力される光に対して透過性且つ導電性の透明導電層と、
前記透明導電層上に設けられ、前記発光層から出力される光に対して反射性を有する反射層と、を有し、
前記透明導電層の前記凹凸形状は、当該透明導電層の前記反射層側の凸部が平面視で、前記第１の電極から放射状に伸びた複数の直線状部分と当該第１の電極を中心に同心円状に形成された複数の円弧状部分とが交差した網目構造を形成し、
前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記反射層を備える側と対向するように配置されることを特徴とする半導体発光装置。 - 前記回路基板は、前記半導体発光素子の前記第１の電極及び前記第２の電極と、それぞれ接続子により接続された一対の配線を備えることを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
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