JP5743806B2 - 窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光装置、及び窒化物半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光装置、及び窒化物半導体発光素子の製造方法に関する。

従来、一般的な窒化物半導体発光素子では、サファイア基板上にｎ型窒化物半導体層、窒化物半導体発光層およびｐ型窒化物半導体層などが順次設けられている。また、そのｎ型窒化物半導体層側、及びｐ型窒化物半導体層側には、それぞれ、外部電源と接続するためのｎ側電極及びｐ側電極が形成されている。また、ｐ型窒化物半導体層上のほぼ全面には、ｐ型窒化物半導体層内の電流拡散を補助する目的のために、たとえばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；インジウム錫酸化物）で形成される透明導電膜などが電流拡散層として積層される。

さらに、この電流拡散層の上部には反射膜が積層される。この反射膜は、窒化物半導体発光層から電流拡散層に放射される光をサファイア基板側へ反射させることにより、窒化物半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる目的で設けられ、通常、Ａｇ，Ａｌなど高反射率を持つ金属材料で形成される。たとえば、特許文献１や特許文献２では、透明導電膜の上に絶縁膜を挟んで金属反射膜が形成される窒化物半導体発光素子が提案されている。また、特許文献３では、透明導電膜の上に、複数の誘電体層から成る多重反射膜を挟んで金属反射膜が形成される窒化物半導体発光素子が提案されている。

特開２０１１−７１４４４号公報 特開２００６−１０８１６１号公報 特開２００６−１２０９１３号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２のように窒化物半導体発光素子に金属反射膜を形成すると、金属反射膜に作用する電界や周囲湿度などの影響によるマイグレーションという現象により、信頼性に係る問題が生じる。また、特許文献３のように多層反射膜を形成すると、高い反射率を得るために何十層もの反射膜を積層する必要があるため、時間がかかるのみならず、コスト的に不経済であるという問題がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光装置、及び窒化物半導体発光素子の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の窒化物半導体発光素子は、基板と、前記基板の上に設けられる窒化物半導体積層部と、前記窒化物半導体積層部の上部に設けられる保護層と、を備え、前記窒化物半導体積層部が発光層を有し、前記基板と前記発光層との間、及び、前記発光層と前記保護層との間のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層が形成される。

上記構成によれば、基板と発光層との間、及び、発光層と保護層との間のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層を含む反射鏡が形成される。この反射鏡は発光層から放射される光に対して高い反射率を示す。また、この反射鏡には金属反射膜が含まれていないため、マイグレーション現象により信頼性が低下するという問題が発生しない。従って、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光素子を得ることができる。

上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層部の上に設けられる電流拡散層をさらに備え、前記電流拡散層と前記保護層との間に、前記エアーギャップ層が設けられてもよい。

この構成により、”電流拡散層／エアーギャップ層／保護層”で構成される３層構造の反射鏡が形成される。電流拡散層とエアーギャップ層との界面では屈折率コントラストが高いため、この反射鏡は発光層から放射される光に対して高い反射率を示す。

また、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層部が、前記基板と前記発光層との間に設けられる第１窒化物半導体層と、前記発光層と前記保護層との間の上に設けられる第２窒化物半導体層と、をさらに有し、前記第１窒化物半導体層内、及び、前記第２窒化物半導体層内のうちの少なくとも一方に、前記エアーギャップ層が形成されてもよい。

この構成により、第１窒化物半導体層内、及び、第２窒化物半導体層内のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層を含む反射鏡が形成される。そのため、発光層により近い位置に反射鏡を形成することができる。そのため、この反射鏡により発光層から放射される光をより効率良く反射することができる。従って、発光層から放射される光の利用効率をより高めることができる。

また、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記発光層の主面の法線方向に対して、前記エアーギャップ層と隣接するように設けられる固体層をさらに備え、前記固体層が、前記エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示すとともに、前記エアーギャップ層と対となって反射鏡を形成してもよい。

この構成によれば、発光層の主面の法線方向に対して、エアーギャップ層と隣接するように、エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示す固体層が設けられる。この固体層は、エアーギャップ層と対となって反射鏡として機能するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射型）ミラーを形成する。そのため、固体層とエアーギャップ層との界面では高い屈折率コントラストが得られる。従って、発光層から放射される光に対する反射鏡の反射率をさらに高めることができる。

また、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層部の上部に設けられる接合電極と、前記窒化物半導体積層部と前記接合電極との間に設けられる第１高反射電極層と、をさらに備えてもよい。

この構成により、窒化物半導体積層部と接合電極との間に第１高反射電極層が設けられるので、発光層から放射される光を第１高反射電極層で反射することができる。従って、発光層から放射される光を接合電極に吸収されないようにすることができる。

また、上記構成の窒化物半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層部が、前記基板と前記発光層との間に設けられる第１窒化物半導体層をさらに有し、前記第１窒化物半導体層の上部に設けられるコンタクト電極と、前記第１窒化物半導体層と前記コンタクト電極との間に設けられる第２高反射電極層と、をさらに備えてもよい。

この構成により、第１窒化物半導体層とコンタクト電極との間に第２高反射電極層が設けられるので、発光層から放射される光を第２高反射電極層で反射することができる。従って、発光層から放射される光をコンタクト電極に吸収されないようにすることができる。

また、上記目的を達成するために本発明の窒化物半導体発光装置は、基板と、前記基板の上に設けられ、発光層を有する窒化物半導体積層部と、前記窒化物半導体積層部の上部に設けられる保護層と、を有する窒化物半導体発光素子と、前記窒化物半導体発光素子が実装されるパッケージ基板と、前記パッケージ基板に実装された前記窒化物半導体発光素子を封止する透光性の樹脂封止部と、を備え、前記窒化物半導体発光素子の前記基板と前記発光層との間、前記窒化物半導体発光素子の前記発光層と前記保護層との間、及び前記パッケージ基板のうちの少なくとも１つに、エアーギャップ層が形成される。

上記構成によれば、窒化物半導体発光素子の基板と発光層との間、窒化物半導体発光素子の発光層と保護層との間、及びパッケージ基板のうちの少なくとも１つに、エアーギャップ層を含む反射鏡が形成される。この反射鏡は発光層から放射される光に対して高い反射率を示す。また、この反射鏡には金属反射膜が含まれていないため、マイグレーション現象により信頼性が低下するという問題が発生しない。従って、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光装置を得ることができる。

また、上記目的を達成するために本発明の窒化物半導体発光素子の製造方法は、基板の上に、発光層を有する窒化物半導体積層部が設けられるステップと、前記窒化物半導体積層部の上部に、保護層が設けられるステップと、前記基板と前記発光層との間、及び、前記発光層と前記保護層との間のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層が形成されるステップと、を備える。

上記構成によれば、基板と発光層との間、及び、発光層と保護層との間のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層を含む反射鏡が形成される。この反射鏡は発光層から放射される光に対して高い反射率を示す。また、この反射鏡には金属反射膜が含まれていないため、マイグレーション現象により信頼性が低下するという問題が発生しない。従って、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光素子の製造方法を得ることができる。

上記構成の窒化物半導体発光素子の製造方法において、前記発光層の主面の法線方向に対して前記エアーギャップ層と隣接するように、前記エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示すとともに前記エアーギャップ層と対となって反射鏡を形成する固体層が設けられるステップをさらに備えてもよい。

この構成により、発光層の主面の法線方向に対して、エアーギャップ層と隣接するように、前記エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示す固体層が設けられる。この固体層は、エアーギャップ層と対となって反射鏡として機能するＤＢＲミラーを形成する。そのため、固体層とエアーギャップ層との界面では高い屈折率コントラストが得られる。従って、発光層から放射される光に対する反射鏡の反射率をさらに高めることができる。

本発明によれば、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光素子、窒化物半導体発光装置、及び窒化物半導体発光素子の製造方法を得ることができる。

第１実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。 第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の各製造工程における断面図である。 第１実施形態に係る反射鏡の反射率の特性を示すグラフである。 第２実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 第３実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 第４実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 エアーギャップ層と固体層とが対となって形成されるＤＢＲミラーの一例を示す構造図である。 第５実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 第５実施形態の変形例に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。 第６実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。 第７実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。

以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下において本発明の幾つかの実施形態が説明されるが、具体的な構成は本実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
＜第１実施形態＞

図１は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。図１に示すように、第１実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ａは、フリップチップ型の窒化物半導体発光素子１０ａと、パッケージ基板２０と、樹脂封止部３０と、を備える。

パッケージ基板２０の一方の主面にはバンプ２１Ａ、２１Ｂが設けられており、他方の主面には、ｐ側配線パターン２２Ａ及びｎ側配線パターン２２Ｂが設けられている。また、パッケージ基板２０には、一方の主面から他方の主面に貫通するスルーホール２３Ａ、２３Ｂが設けられている。スルーホール２３Ａ、２３Ｂの内側には導電経路が形成されており、バンプ２１Ａはスルーホール２３Ａ内に形成された導電経路を通じてｐ側配線パターン２２Ａと電気的に接続されており、バンプ２１Ｂはスルーホール２３Ｂ内に形成された導電経路を通じてｎ側配線パターン２２Ｂと電気的に接続されている。

また、窒化物半導体発光素子１０ａの一方の主面には、ｐ側接合電極１４Ａ及びｎ側接合電極１４Ｂが設けられている。パッケージ基板２０に窒化物半導体発光素子１０ａがフリップチップ実装されるとき、窒化物半導体発光素子１０ａのｐ側接合電極１４Ａがパッケージ基板２０上のバンプ２１Ａと電気的に接続され、窒化物半導体発光素子１０ａのｎ側接合電極１４Ｂがパッケージ基板２０上のバンプ２１Ｂと電気的に接続される。

樹脂封止部３０は、パッケージ基板２０の一方の主面に実装されたフリップチップ型の窒化物半導体発光素子１０ａを封止している。樹脂封止部３０の材料は、透光性材料であればよく、特に限定しない。また、樹脂封止部３０の材料は、樹脂材料であってもよいし、蛍光体や熱伝導性の高い充填材などを含む複合樹脂材料であってもよい。

次に、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子１０ａの構造について、詳細に説明する。図２は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。窒化物半導体発光素子１０ａは、図２に示すように、基板１１と、窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ：０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）を用いて形成される複数の窒化物半導体層で構成される窒化物半導体積層部１２と、電流拡散層１３と、ｐ側接合電極１４Ａ（接合電極）と、ｎ側接合電極１４Ｂと、ｎ側コンタクト電極１５（コンタクト電極）と、高反射電極層１６Ａ〜１６Ｃと、保護層１７と、エアーギャップ層１９１と、を備えている。また、窒化物半導体積層部１２は、バッファ層１２１と、ｎ型コンタクト半導体層１２２（第１窒化物半導体層の一部）と、ｎ型クラッド層１２３（第１窒化物半導体層の一部）と、発光層１２４と、ｐ型半導体層１２５（第２窒化物半導体層）と、を有する。また、窒化物半導体発光素子１０ａが、その主面の法線方向から見て略矩形となっているが、窒化物半導体発光素子１０ａの形状はこれに限定されない。

基板１１は、たとえばサファイア基板であり、（０００１）面方位の主面を有している。基板１１の主面には、複数の凸部１１０が形成されている。この凸部１１０は略円錐台状又は略円錐状をしている。基板１１の主面の法線方向における凸部１１０の高さはたとえば０．６μｍである。また、基板１１の主面の法線方向からみた平面視において、基板１１の主面での凸部１１０の平面形状は、たとえば直径１μｍの円形となっている。また、基板１１の主面の法線方向からみた平面視において、基板１１の主面での各凸部１１０の平面形状の中心が仮想の正三角形の各頂点に位置するとともに、この仮想の正三角形の３辺の方向に配列するように、各凸部１１０が規則的に配置されている。また、各凸部１１０間のピッチはたとえば２μｍである。このように、基板１１の主面に複数の凸部１１０を形成すると、窒化物半導体発光素子１０ａの内部量子効果及び光取り出し効率を向上させることができる。

具体的には、ＬＥＰＳ（Lateral Epitaxy on the Patterned Substrate）法により、基板１１の主面上に低転位密度の窒化物半導体積層部１２を積層することができる。ＬＥＰＳ法では、たとえば凸部１１０の側面の略法線方向に優先して結晶成長をさせるので、結晶成長の過程においてファセット面により成長膜中の転位が曲げられる。その結果、結晶成長の過程において、基板１１の主面の略法線方向への転位の伝播が抑制されるため、成長膜中の転位密度が低減する。そのため、窒化物半導体発光素子１０ａの内部量子効果を向上させることができる。

また、窒化物半導体積層部１２の屈折率が大きいため、通常、窒化物半導体発光素子では内部で光の全反射が起こり易い。一方、本実施形態に係る窒化物半導体発光素子１０ａのように基板１１の主面に複数の凸部１１０を形成すると、光を散乱させ、光の全反射を抑制することができる。また、各凸部１１０間のピッチを小さくすることにより、光の回折効果も期待できる。従って、窒化物半導体発光素子１０ａの光取り出し効率を向上させることができる。

また、基板１１の主面上には、ＬＥＰＳ法により、窒化物半導体積層部１２が積層されている。具体的には、たとえばＡｌＮで形成されるバッファ層１２１を介して、ｎ型コンタクト半導体層１２２が積層されている。また、ｎ型コンタクト半導体層１２２の上面のうちの予め定められた一部領域（以下では、第１領域と呼ぶ。）には、ｎ型クラッド層１２３が積層されている。ｎ型クラッド層１２３の上部には、発光層１２４が積層されている。発光層１２４は、たとえば厚さ３．５ｎｍのｎ型Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ量子井戸層と、たとえば厚さ６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層と、が交互に６回繰り返し積層された多重量子井戸構造を有している。また、発光層１２４の上には、Ｍｇがドープされた窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ：０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成されるｐ型半導体層１２５が積層されている。ｐ型半導体層１２５の上には、たとえば厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）で形成される電流拡散層１３が積層されている。電流拡散層１３の上面の一部領域には、高反射電極層１６Ａを介して、ｐ側接合電極１４Ａが設けられている。

また、ｎ型コンタクト半導体層１２２の上面のうち、第１領域を除いて、一部領域には、高反射電極層１６Ｂを介してｎ側コンタクト電極１５が設けられている。このｎ側コンタクト電極１５の上面は、電流拡散層１３の上面と略同じ高さとなっている。さらに、ｎ側コンタクト電極１５の上には、高反射電極層１６Ｃを介して、ｎ側接合電極１４Ｂが設けられている。

なお、高反射電極層１６Ａ〜１６Ｃは、高い反射率を有する反射膜であり、発光層１２４から放射される光がそれぞれｐ側接合電極１４Ａ、ｎ側コンタクト電極１５、ｎ側接合電極１４Ｂで吸収されないようにする目的で設けられる。高反射電極層１６Ａ〜１６Ｃは、たとえばＡｌ，ＡＧ，Ｐｔ，Ｒｈなどで形成されるが、これらに限定されない。高反射電極層１６Ａ〜１６Ｃは、発光層から放射される光に対して反射率が高く、導電性を有する材料で形成されていればよい。

窒化物半導体発光素子１０ａの上面（すなわち、ｐ側接合電極１４Ａやｎ側接合電極１４Ｂが設けられている側の主面）には、高反射電極層１６Ｂ、１６Ｃが形成されている領域やｐ側接合電極１４Ａ及びｎ側接合電極１４Ｂの表面を除いて、保護層１７が設けられている。より具体的に言えば、第１領域（ｎ型クラッド層１２３が設けられている領域）や高反射電極層１６Ｂが設けられる領域を除くｎ型コンタクト半導体層１２２の上面、窒化物半導体積層部１２の側面、高反射電極層１６Ａが設けられる領域を除く電流拡散層１３の上面及び側面、高反射電極層１６Ｃが設けられる領域を除くｎ側コンタクト電極１５の上面及び側面が、保護層１７で覆われている。

また、電流拡散層１３の上面のうち、高反射電極層１６Ａが設けられる領域を除いて、一部領域（以下では、第２領域と呼ぶ。）では、電流拡散層１３と保護層１７との間にエアーギャップ層１９１が形成されている。このエアーギャップ層１９１は、電流拡散層１３と保護層１７との間に設けられる空隙である。また、エアーギャップ層１９１の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍となっている。なお、λ_０／ｎ_ａｉｒは発光層１２４から放射される光の空気中での波長である。また、λ_０とｎ_ａｉｒはそれぞれ放射される光の真空中での波長とエアーギャップ層１９１（すなわち空気）の屈折率である。実際には、空気の屈折率はほぼ１であるため、エアーギャップ層１９１の厚さは、｛λ_０×１／４｝の略奇数倍、すなわち、発光層１２４から放射される光の真空中での波長の１／４の略奇数倍となっている。

このエアーギャップ層１９１の形成により、電流拡散層１３の上面の第２領域では、”電流拡散層１３／エアーギャップ層１９１／保護層１７”で構成される３層構造の反射鏡１９が形成される。このようなエアーギャップ層１９１を含む反射鏡１９では、電流拡散層１３とエアーギャップ層１９１との界面での屈折率コントラストが高いため、発光層１２４から放射される光に対して高い反射率を示す。また、この反射鏡１９には、金属反射膜が含まれていないため、マイグレーション現象により信頼性が低下するという問題が発生しない。

なお、エアーギャップ層１９１は、後述するように、電流拡散層１３の上面の第２領域に犠牲層１８を形成し、保護層１７を積層した後に、犠牲層１８をエッチングにより除去して設けられる。そのため、第２領域の上部では、保護層１７に開口１７１が設けられている。なお、本実施形態では、開口１７１がエアーギャップ層１９１の上部において形成されているが、エアーギャップ層１９１の側方において形成されていてもよい。また、開口１７１は、エアーギャップ層１９１の上部や側方において、少なくとも１つも設けられていればよい。また、開口１７１の周縁部がたとえばフッ素樹脂などを用いてコーティングされていてもよい。こうすれば、樹脂封止部３０を形成する際に、樹脂封止部３０の材料が開口１７１からエアーギャップ層１９１内に入り込まないようにすることができる。

次に、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子１０ａの製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子の各製造工程における断面図である。

まず、（０００１）面方位の主面を有する基板１１を準備し、基板１１の主面に、フォトリソグラフィやエッチングにより、複数の凸部１１０を形成した。そして、図３(ａ)に示すように、複数の凸部１１０が形成された基板１１の主面上に、ＬＥＰＳ法により、窒化物半導体積層部１２を形成した。

具体的には、複数の凸部１１０が形成された基板１１の主面上に、バッファ層１２１を形成した後、ｎ型コンタクト半導体層１２２及びｎ型クラッド層１２３（第１窒化物半導体層）を順次形成した。

次に、基板温度が約８９０℃である条件下にて、ｎ型クラッド層１２３の上に、ｎ型Ｉｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ量子井戸層を形成した後、ＳｉドープＧａＮ障壁層を形成した。この工程を交互に６回繰り返し行うことにより、多重量子井戸構造を有する発光層１２４を形成した。

そして、発光層１２４の上にｐ型半導体層１２５（第２窒化物半導体層）を形成した後、電流拡散層１３として、厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ透明導電膜をスパッタによりｐ型半導体層１２５の上に成膜した。このとき、電流拡散層１３として形成したＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗を測定したところ、約２００Ω／□であった。

電流拡散層１３を成膜した後、酸素２％と窒素９８％の混合ガス雰囲気中で基板温度が６００℃である条件下にて、１０分の第１アニール処理を行った。第１アニール処理を行った後に、電流拡散層１３として形成したＩＴＯ透明導電膜の透過率を測定したところ、波長４５０ｎｍの光に対する透過率が９４％以上に高められていた。

第１アニール処理の終了後、電流拡散層１３を一旦大気に曝した後、再び炉内に戻し、真空雰囲気中で基板温度が５００℃である条件下にて、５分の第２アニール処理を行った。第２アニール処理を行った後に、電流拡散層１３として形成したＩＴＯ膜のシート抵抗を測定したところ、１１Ω／□まで低下していた。このように、この第２アニール処理を施すことにより、電流拡散層１３として形成したＩＴＯ透明導電膜のシート抵抗を低下させることができる。

第２アニール処理後、フォトリソグラフィ法などを用いて、電流拡散層１３の上面のうちの一部領域を部分的にエッチングした。この第１エッチング処理により、図３（ｂ）に示すように、電流拡散層１３、ｐ型半導体層１２５、発光層１２４、ｎ型クラッド層１２３、ｎ型コンタクト半導体層１２２の一部が除去された。このとき、電流拡散層１３の上面の鉛直上方から平面視すると、ｎ型コンタクト半導体層１２２の上面のうち、第１領域（ｎ型クラッド層１２３が積層されている領域）以外の領域が露出した状態となった。

ｎ型コンタクト半導体層１２２上の露出した領域のうちの一部領域には、図３（ｃ）に示すように、ｎ側コンタクト電極１５を設けた。また、ｎ型コンタクト半導体層１２２とｎ側コンタクト電極１５との間には、高反射電極層１６Ｂを設けた。これらの層は、フォトリソグラフィ法を利用して、電子線蒸着及びリフトオフ法により形成される。たとえば、フォトリソグラフィ法を用いて、図３（ｂ）の状態の窒化物半導体発光素子１０ａの主面上に、高反射電極層１６Ｂを形成する領域（すなわち、ｎ型コンタクト半導体層１２２が露出した領域のうちの一部領域）を除いて、フォトレジストパターンを形成する。そして、電子線蒸着法により高反射電極層１６Ｂとｎ側コンタクト電極１５とを順次積層する。ｎ側コンタクト電極１５の上面が電流拡散層１３の上面と略同じ高さになるまでｎ側コンタクト電極１５を積層した後、リフトオフ法により、フォトレジストパターン上に形成された高反射電極層１６Ｂ及びｎ側コンタクト電極１５をフォトレジストパターンごと除去する。

次に、図３(ｄ)に示すように、電流拡散層１３の上面のうちの一部領域（第２領域）に、犠牲層１８を形成した。この犠牲層１８の厚さは｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍とした。なお、λ_０／ｎ_ａｉｒは発光層１２４から放射される光の空気中での波長である。また、λ_０とｎ_ａｉｒはそれぞれ放射される光の真空中での波長と空気の屈折率である。また、実際には、空気の屈折率はほぼ１となるため、犠牲層１８の厚さは｛λ_０×１／４｝の略奇数倍、すなわち、発光層１２４から放射される光の真空中での波長の１／４の略奇数倍とした。そして、図３(ｅ)に示すように、プラズマ化学蒸着（ＰＣＶＤ）により、窒化物半導体発光素子１０ａの上面全体に保護層１７を形成した。なお、犠牲層１８の材料は、たとえばＳｉ、Ａｌ、Ｃｕなどを挙げることができるが、これらに限定しない。犠牲層１８の材料は、保護層１７や電流拡散層１３とエッチング特性が著しく異なる材料であればよい。また、保護層１７の材料は、保護層１７の形成工程に熱が加えなければ、フォトレジスト材料を用いてもよい。

なお、保護層１７の形成工程では、犠牲層１８の上部又は側方において、エッチング処理により犠牲層１８を除去するための開口１７１が保護層１７に設けられる。なお、本実施形態では、２つの開口１７１が形成されているが、これに限定されない。犠牲層１８の上部又は側方において、少なくとも１つの開口１７１が保護層１７に形成されていればよい。また、保護層１７に開口１７１を形成した後、たとえばフッ素樹脂などを用いて、開口１７１の周縁部をコーティングしてもよい。こうすれば、樹脂封止部３０を形成する際に、樹脂封止部３０の材料が開口１７１からエアーギャップ層１９１内に入り込まないようにすることができる。

保護層１７を形成した後、図３(ｆ)に示すように、フォトリソグラフィ法を利用して、犠牲層１８をエッチング処理により除去した。このエッチング処理により、電流拡散層１３の上面の第２領域にエアーギャップ層１９１を形成した。このエアーギャップ層１９１の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍となっている。実際には、空気の屈折率はほぼ１となるため、エアーギャップ層１９１の厚さは、｛λ_０×１／４｝の略奇数倍となる。こうすることにより、電流拡散層１３の上面の第２領域に、”電流拡散層１３／エアーギャップ層１９１／保護層１７”で構成される３層構造の反射鏡１９が形成される。このようなエアーギャップ層１９１を含む反射鏡１９では、電流拡散層１３とエアーギャップ層１９１との界面での屈折率コントラストが高いため、発光層１２４から放射される光に対して高い反射率を示す。

次に、電子線蒸着法とフォトリソグラフィ法を用いて、図３(ｆ)に示すように、電流拡散層１３の上面のうちの第２領域を除く一部領域において、保護層１７を除去するとともに、高反射電極層１６Ａとｐ側接合電極１４Ａとを順次設けた。同様に、電子線蒸着法とフォトリソグラフィ法を利用して、図３(ｆ)に示すように、ｎ側コンタクト電極１５の上面の一部領域において、保護層１７を除去するとともに、高反射電極層１６Ｃとｎ側接合電極１４Ｂとを順次設けた。なお、このとき、ｐ側接合電極１４Ａ及びｎ側接合電極１４Ｂは、ｐ側接合電極１４Ａの上面とｎ側接合電極１４Ｂの上面とが略同じ高さとなるように設けている。

以上により、第１実施形態では、”電流拡散層１３／エアーギャップ層１９１／保護層１７”で構成される３層構造の反射鏡１９を有する略矩形のフリップチップ型の窒化物半導体発光素子１０ａを得ることができる。

次に、第１実施形態に係る反射鏡１９の反射率特性について、エアーギャップ層を形成しない比較例と比較して説明する。図４は、第１実施形態に係る反射鏡の反射率の特性を示すグラフである。図４（ａ）は入射角度０°で入射する各波長の光に対する反射鏡の反射率をシミュレーションした結果を示すグラフであり、図４（ｂ）は異なる入射角度で入射する波長４５０ｎｍの光に対する反射鏡の反射率をシミュレーションした結果を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、第１実施形態に係る反射鏡１９では、入射角度０°で入射する４２０〜４９０ｎｍの波長域の光に対しておよそ４０％以上の高い反射率を示した。対して、エアーギャップ層を形成しない比較例では、３％以下の低い反射率しか示さなかった。また、光の入射角度に対する反射率の測定結果についても同様に、２０°未満の入射角度で入射する波長４５０ｎｍの光に対して、図４（ｂ）に示すように、第１実施形態に係る反射鏡１９は、エアーギャップ層を形成しない比較例よりも高い反射率を示した。

このように、第１実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ａでは、窒化物半導体発光素子１０ａにおいて、電流拡散層１３と保護層１７との間に、エアーギャップ層１９１が設けられる。こうすれば、”電流拡散層１３／エアーギャップ層１９１／保護層１７”で構成される３層構造の反射鏡１９が形成される。電流拡散層１３とエアーギャップ層１９１との界面では屈折率コントラストが高いため、この反射鏡１９を発光層１２４から放射される光に対して高い反射率を示す。

なお、上述の第１実施形態では、電流拡散層１３と保護層１７との間に、エアーギャップ層１９１が形成されているが、これに限定しない。窒化物半導体発光素子１０ａにおいて、エアーギャップ層１９１は、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくともに一方に形成されていればよい。たとえば、エアーギャップ層１９１が、ｐ型半導体層１２５と電流拡散層１３との間、又は、ｐ型半導体層１２５内に形成されてもよい。或いは、エアーギャップ層１９１が、ｎ型コンタクト半導体層１２２内、又は、ｎ型クラッド層１２３内、若しくは、ｎ型コンタクト半導体層１２２とｎ型クラッド層１２３との間に設けられていてもよい。

こうすれば、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも一方に、エアーギャップ層１９１を含む反射鏡１９を形成することができる。この反射鏡１９は発光層１２４から放射される光に対して高い反射率を示す。また、この反射鏡１９には金属反射膜が含まれていないため、マイグレーション現象により信頼性が低下するという問題が発生しない。従って、低コストで、反射率が高く信頼性も高い反射鏡を有する窒化物半導体発光素子１０ａ、窒化物半導体発光装置１ａ、及び窒化物半導体発光素子１０ａの製造方法を得ることができる。

また、上述の第１実施形態では、１つのエアーギャップ層１９１が形成されているが、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも２箇所以上に、複数のエアーギャップ層１９１が形成されていてもよい。こうすれば、エアーギャップ層１９１を含む反射鏡１９が複数形成されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。
＜第２実施形態＞

次に、第２実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｂについて説明する。図５は、第２実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。第２実施形態では、窒化物半導体発光素子１０ｂの電流拡散層１３の上面の一部領域に加えて、保護層１７の上にも高反射電極層１６Ａとｐ側接合電極１４Ａとが順次設けられる。この点以外は、第１実施形態と同様である。以下に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｂでは、図５に示すように、窒化物半導体発光素子１０ｂにおいて、”電流拡散層１３/エアーギャップ層１９１/保護層１７”で構成される３層構造の反射鏡１９の上部に、高反射電極層１６Ａがさらに設けられる。こうすると、発光層１２４から放射される光が、反射鏡１９のほか、高反射電極層１６Ａでも反射される。従って、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

なお、上述の第２実施形態では、電流拡散層１３と保護層１７との間に、エアーギャップ層１９１を設けているが、これに限定しない。エアーギャップ層１９１は、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも一方に形成されていればよい。また、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも２箇所以上に、複数のエアーギャップ層１９１が形成されていてもよい。
＜第３実施形態＞

次に、第３実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｃについて説明する。図６は、第３実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。第３実施形態では、発光層１２４から放射される光を反射するための高反射膜２４がパッケージ基板２０の主面上に設けられる。この点以外は、第１実施形態と同様である。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

窒化物半導体発光装置１ｃでは高反射膜２４をパッケージ基板２０の主面上に設けているので、発光層１２４から放射される光が、パッケージ基板２０の主面上に設けられる高反射膜２４でも反射されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。なお、高反射膜２４の材料は、たとえばＡｌ，ＡＧ，Ｐｔ，Ｒｈなどを用いることができるが、発光層１２４から放射される光に対する反射率が高い材料であればよく、これらに限定されない。

また、第３実施形態の変形例として、第２実施形態の窒化物半導体発光装置１ｂのパッケージ基板２０の主面上に、上述の高反射膜２４を設けてもよい。

また、上述の第３実施形態では、電流拡散層１３と保護層１７との間に、エアーギャップ層１９１を設けているが、これに限定しない。エアーギャップ層１９１は、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも一方に形成されていればよい。また、基板１１と発光層１２４との間、及び、発光層１２４と保護層１７との間のうちの少なくとも２箇所以上に、複数のエアーギャップ層１９１が形成されていてもよい。
＜第４実施形態＞

次に、第４実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｄについて説明する。図７は、第４実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。第４実施形態では、窒化物半導体発光素子１０ｄが、電流拡散層１３と保護層１７との間において、発光層１２４の主面の法線方向に対して、エアーギャップ層１９１と隣接するように設けられる固体層１９２をさらに備える。この固体層１９２は、エアーギャップ層１９１に対して高い屈折率コントラストを示す材料を用いて形成されており、エアーギャップ層１９１と対となって反射鏡として機能するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射型）ミラー１９を形成する。また、エアーギャップ層１９１と固体層１９２とは、発光層１２４の主面の法線方向に対して交互に設けられる。この点以外は、第１実施形態と同様である。以下に、第４実施形態について説明するが、第１実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

図８は、エアーギャップ層と固体層とが対となって形成されるＤＢＲミラーの一例を示す構造図である。図８では、５層のエアーギャップ層１９１と６層の固体層１９２とが、（固体層１９２）_１／（エアーギャップ層１９１）_１／（固体層１９２）_２／・・・／（固体層１９２）_５／（エアーギャップ層１９１）_５／（固体層１９２）_６の順で交互に、発光層１２４の主面の法線方向に対して隣接するように設けられている。そのため、電流拡散層１３の上面の第２領域には、エアーギャップ層１９１と固体層１９２とが５つのペアとなって構成されるＤＢＲミラー１９が形成されている。言い換えると、電流拡散層１３の上面の第２領域に、”電流拡散層１３／（エアーギャップ層１９１及び固体層１９２）の５ペア／保護層１７”で構成される多層構造のＤＢＲミラー１９が形成される。また、各エアーギャップ層１９１には、後述する犠牲層１８の一部１８ａが残っている。犠牲層１８の一部１８ａによりエアーギャップ層１９１の上下の層が支えられるため、エアーギャップ層１９１は潰れ難くなっている。

また、ＤＢＲミラー１９を形成する各エアーギャップ層１９１の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍となっている。なお、λ_０／ｎ_ａｉｒは発光層１２４から放射される光の空気中での波長である。また、λ_０とｎ_ａｉｒはそれぞれ放射される光の真空中での波長とエアーギャップ層１９１（すなわち空気）の屈折率である。実際には、空気の屈折率はほぼ１となるため、エアーギャップ層１９１の厚さは｛λ_０×１／４｝の略奇数倍となる。また、ＤＢＲミラー１９を形成する各固体層１９２の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ＳＣ）｝の略奇数倍となっている。なお、λ_０／ｎ_ｓｃは発光層１２４から放射される光の固体層１９２中での波長である。また、λ_０とｎ_ｓｃはそれぞれ放射される光の真空中での波長の波長と固体層１９２の屈折率である。

また、第４実施形態のように、電流拡散層１３と保護層１７との間に固体層１９２を形成する場合には、一般的に、スパッタや電子線蒸着などが用いられる。そのため、第４実施形態では、固体層１９２の材料を、たとえばＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの誘電体材料（特に光学特性に優れた誘電体材料）を用いて形成している。

このように、発光層１２４の主面の法線方向に対してエアーギャップ層１９１と交互に隣接するように、固体層１９２を設けると、エアーギャップ層１９１と固体層１９２とが対となって反射鏡として機能するＤＢＲミラー１９を形成する。そのため、エアーギャップ層１９１と固体層１９２との界面では高い屈折率コントラストが得られる。従って、発光層１２４から放射される光に対するＤＢＲミラー１９の反射率をさらに高めることができる。さらに、このＤＢＲミラー１９では、従来のＤＢＲミラーと比べてより少ない層数（或いはペア数）で高い反射率を得ることができる。

なお、ＤＢＲミラー１９を形成するエアーギャップ層１９１及び固体層１９２の数及び配列や、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２のペアの数は、図８の例に限定されない。エアーギャップ層１９１及び固体層１９２はそれぞれ１層以上であればよい。また、たとえばｍ層（ｍは１以上の整数）のエアーギャップ層１９１と（ｍ−１）層の固体層１９２とが（エアーギャップ層１９１）_１／（固体層１９２）_１／（エアーギャップ層１９１）_２／（固体層１９２）_２／・・・／（固体層１９２）_ｍ−１／（エアーギャップ層１９１）_ｍの順で交互に、発光層１２４の主面の法線方向に対して隣接するように設けられていてもよい。或いは、ｍ層のエアーギャップ層１９１とｍ層の固体層１９２とが、電流拡散層１３の上に、たとえば（エアーギャップ層１９１）_１／（固体層１９２）_１／（エアーギャップ層１９１）_２／（固体層１９２）_２／・・・／（エアーギャップ層１９１）_ｍ／（固体層１９２）_ｍの順で交互に、発光層１２４の主面の法線方向に対して隣接するように設けられていてもよい。

このような、ＤＢＲミラー１９を有する窒化物半導体発光素子１０ｄは、その製造工程において、電流拡散層１３の上面の第２領域で、犠牲層１８の形成工程と固体層１９２の形成工程とを繰り返し行った後、エッチングによる犠牲層１８の除去工程を行うことにより得ることができる。

たとえば、第１実施形態と同様に、電流拡散層１３の上の第２領域に犠牲層１８の形成工程を行った後、フォトリソグラフィ法を利用してスパッタや電子線蒸着などとリフトオフ法により、犠牲層１８の表面（たとえば上面及び側面）に固体層１９２を形成する。このとき、各犠牲層１８の上部又は側方において、エッチング処理により犠牲層１８を除去するための開口（不図示）が固体層１９２に設けられる。そして、上記と同様に、形成した固体層１９２の上に犠牲層１８を形成する工程と、固体層１９２の形成工程と、を繰り返し行う。

次に、犠牲層１８及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成した後、フォトリソグラフィ法を利用したリフトオフ法とエッチング処理により、犠牲層１８及び固体層１９２の交互積層構造体をパターニングする。そして、ウェットエッチング処理により、各犠牲層１８を除去して、各エアーギャップ層１９１を形成する。このとき、犠牲層１８及び固体層１９２に対してエッチングレート選択性があるエッチング液を用いる。具体的には、犠牲層１８に対するエッチングレートが固体層１９２に対するエッチングレートよりも大きくなるようなエッチング液を用いて、エアーギャップ層１９１を形成する。また、ウェットエッチング処理により各犠牲層１８を除去するとき、犠牲層１８の一部１８ａが残るように、ウェットエッチング処理を行う。こうすれば、エアーギャップ層１９１内において、残った犠牲層１８の一部１８ａがエアーギャップ層１９１の上下の層を支えることができるので、エアーギャップ層１９１を潰れ難くすることができる。

このようにして、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成することにより、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２が対となって反射鏡として機能するＤＢＲミラー１９が形成される。こうして、ＤＢＲミラー１９を形成した後、プラズマ化学蒸着（ＰＣＶＤ）により、窒化物半導体発光素子１０ｄの上面全体に保護層１７を形成する。

なお、第４実施形態において形成される各犠牲層１８の厚さ（言い換えると、各エアーギャップ層１９１の厚さ）は、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍とする。実際には、空気の屈折率はほぼ１であるため、各犠牲層１８の厚さは｛λ_０×１／４｝の略奇数倍とする。また、各固体層１９２の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ＳＣ）｝の略奇数倍とする。また、第４実施形態では、犠牲層１８の材料には、固体層１９２とエッチング特性が著しく異なる誘電体材料（特に光学特性に優れた誘電体材料）を用いる。

また、第４実施形態の変形例として、第２実施形態と同様に、電流拡散層１３の上面の一部領域に加えて、保護層１７の上にも、高反射電極層１６Ａ及びｐ側接合電極１４Ａが順次設けられていてもよい。また、第４実施形態の変形例として、さらに、第３実施形態と同様の高反射膜２４をパッケージ基板２０の主面上に設けてもよい。こうすれば、発光層１２４から放射される光が、高反射電極層１６Ａや、パッケージ基板２０の主面上に設けられる高反射膜２４でも反射されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

また、上述の第４実施形態では、電流拡散層１３と保護層１７との間に、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２で構成されるＤＢＲミラー１９が形成されているが、ＤＢＲミラー１９が、たとえばｐ型半導体層１２５内に形成されていてもよい。
＜第５実施形態＞

図９は、第５実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。第５実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｅでは、窒化物半導体発光素子１０ｅにおいて、たとえば図８に示すようなＤＢＲミラー１９が、電流拡散層１３の上面の第２領域に代えて、ｐ型半導体層１２５内に設けられる。また、電流拡散層１３の上面のほぼ全域に、高反射電極層１６Ａを介して、ｐ側接合電極１４Ａが設けられている。これらの点以外は、第１実施形態や第４実施形態と同様である。以下に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態や第４実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

こうすれば、窒化物半導体発光素子１０ｅにおいて、発光層１２４により近い位置にＤＢＲミラー１９を形成することができる。そのため、ＤＢＲミラー１９により、発光層１２４から放射される光をより効率良く反射することができる。従って、発光層１２４から放射される光の利用効率をより高めることができる。

このような、ＤＢＲミラー１９を有する窒化物半導体発光素子１０ｅは、ｐ型半導体層１２５を予め定めた厚さだけ積層する途中で、第４実施形態と同様に、犠牲層１８の形成工程と固体層１９２の形成工程とを繰り返し行った後、エッチングによる犠牲層１８の除去工程を行うことにより得ることができる。なお、窒化物半導体積層部１２を構成する窒化物半導体層の内部に固体層１９２を形成する場合には、一般的に、ＭＯＣＶＤ法などが用いられる。そのため、第５実施形態では、犠牲層１８や固体層１９２を、たとえば窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ：０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）などの半導体材料を用いて形成している。

たとえば、第１実施形態や第４実施形態と同様に、ｐ型半導体層１２５Ａを所定の厚さだけ積層した後に、ｐ型半導体層１２５Ａの上面に犠牲層１８を形成する。そして、フォトリソグラフィ法を利用して、スパッタや電子線蒸着などとリフトオフ法により、犠牲層１８の表面（たとえば上面及び側面）に固体層１９２を形成する。このとき、各犠牲層１８の上部又は側方において、エッチング処理により犠牲層１８を除去するための開口（不図示）が固体層１９２に設けられる。そして、上記と同様に、形成した固体層１９２の上に犠牲層１８を形成する工程と、固体層１９２の形成工程と、を繰り返し行う。

次に、犠牲層１８及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成した後、ウェットエッチング処理により、各犠牲層１８を除去して、各エアーギャップ層１９１を形成する。このとき、犠牲層１８及び固体層１９２に対してエッチングレート選択性があるエッチング液を用いる。具体的には、犠牲層１８に対するエッチングレートが固体層１９２に対するエッチングレートよりも大きくなるようなエッチング液を用いて、エアーギャップ層１９１を形成する。また、ウェットエッチング処理により各犠牲層１８を除去するとき、犠牲層１８の一部１８ａが残るように、ウェットエッチング処理を行う。こうすれば、エアーギャップ層１９１内において、残った犠牲層１８の一部１８ａがエアーギャップ層１９１の上下の層を支えることができるので、エアーギャップ層１９１を潰れ難くすることができる。さらに、半導体材料を用いて犠牲層１８及び固体層１９２を形成しているので、残った犠牲層１８の一部１８ａを利用して、エアーギャップ層１９１の上下に形成された２つの固体層１９２間を導通させることができる。

このようにして、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成することにより、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２が対となって反射鏡として機能するＤＢＲミラー１９が形成される。こうして、ＤＢＲミラー１９を形成した後、再びｐ型半導体層１２５Ｂを積層する。

なお、第５実施形態において形成される各エアーギャップ層１９１の厚さ（言い換えると各犠牲層１８の厚さ）は、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍とする。なお、λ_０／ｎ_ａｉｒは発光層１２４から放射される光の空気中での波長であり、λ_０とｎ_ａｉｒはそれぞれ放射される光の真空中での波長とエアーギャップ層１９１（すなわち空気）の屈折率である。実際には、空気の屈折率はほぼ１であるため、各犠牲層１８の厚さは｛λ_０×１／４｝の略奇数倍とする。また、各固体層１９２の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ＳＣ）｝の略奇数倍とする。なお、λ_０／ｎ_ｓｃは発光層１２４から放射される光の固体層１９２中での波長であり、λ_０とｎ_ｓｃはそれぞれ放射される光の真空中での波長の波長と固体層１９２の屈折率である。また、第５実施形態では、犠牲層１８の材料には、固体層１９２とエッチング特性が著しく異なる半導体材料を用い、固体層１９２の材料には、エアーギャップ層１９１に対して高い屈折率コントラストを示す半導体材料を用いる。

なお、第５実施形態では、ＤＢＲミラー１９がｐ型半導体層１２５内に形成されているが、これに限定されず、ＤＢＲミラー１９は発光層１２４と保護層１７との間に形成されていればよい。図１０は、第５実施形態の変形例に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。図１０に示す第５実施形態の変形例に係る窒化物半導体発光装置１ｆでは、窒化物半導体発光素子１０ｆにおいて、たとえば図８に示すようなＤＢＲミラー１９が、電流拡散層１３の上面の第２領域に代えて、ｐ型半導体層１２５と電流拡散層１３との間に形成される。このようにしても、発光層１２４に近い位置にＤＢＲミラー１９を形成することができる。そのため、このＤＢＲミラー１９により発光層１２４から放射される光をより効率良く反射することができる。従って、発光層１２４から放射される光の利用効率をより高めることができる。

また、第５実施形態の他の変形例として、第２実施形態と同様に、電流拡散層１３の上面の一部領域に加えて、保護層１７の上にも、高反射電極層１６Ａ及びｐ側接合電極１４Ａが順次設けられていてもよい。また、第５実施形態の他の変形例として、さらに、第２実施形態と同様の高反射膜２４をパッケージ基板２０の主面上に設けてもよい。こうすれば、発光層１２４から放射される光が、高反射電極層１６Ａや、パッケージ基板２０の主面上に設けられる高反射膜２４でも反射されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

このように、上述の第１〜第５実施形態では、窒化物半導体発光素子１０において、ＤＢＲミラー１９が発光層１２４と保護層１７との間に設けられているが、窒化物半導体発光素子１０をパッケージ基板２０にフリップチップ実装しない場合には、ＤＢＲミラー１９が基板１１と発光層１２４との間に設けられていてもよい。
＜第６実施形態＞

図１１は、第６実施形態に係る窒化物半導体発光素子の断面構造図である。図１１に示すように、第６実施形態に係る窒化物半導体発光素子１０ｇでは、たとえば図８に示すようなＤＢＲミラー１９がｎ型コンタクト半導体層１２２内に形成される。また、電流拡散層１３の上面では、高反射電極層１６Ａが設けられる領域を除く領域（第２領域）に保護層１７が形成される。これら以外の窒化物半導体発光素子１０ｇの構成は、第１実施形態に係る窒化物半導体発光素子１０ａと同じである。

また、第６実施形態に係る窒化物半導体発光装置（不図示）では、窒化物半導体発光素子１０ｇが、フリップチップ実装されず、たとえば配線など用いてパッケージ基板２０に実装される。さらに、パッケージ基板２０の主面の法線方向において、窒化物半導体発光素子１０ｇのＤＢＲミラー１９が発光層１２４よりもパッケージ基板２０側に位置するように、窒化物半導体発光素子１０ｇはパッケージ基板２０に実装される。たとえば、窒化物半導体発光素子１０ｇの基板１１側の主面がパッケージ基板２０の主面と対向するように、窒化物半導体発光素子１０ｇがパッケージ基板２０に実装される。

なお、第６実施形態において、第１実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略することがある。

このようにしても、窒化物半導体発光素子１０ｇにおいて、発光層１２４により近い位置にＤＢＲミラー１９を形成することができる。そのため、ＤＢＲミラー１９により、発光層１２４から放射される光をより効率良く反射することができる。従って、発光層１２４から放射される光の利用効率をより高めることができる。

このようなＤＢＲミラー１９を有する窒化物半導体発光素子１０ｇは、ｎ型コンタクト半導体層１２２を予め定めた厚さだけ積層する途中で、第５実施形態と同様に、犠牲層１８の形成工程と固体層１９２の形成工程とを繰り返し行った後、エッチングによる犠牲層１８の除去工程を行うことにより得ることができる。なお、窒化物半導体積層部１２を構成する窒化物半導体層の内部に固体層１９２を形成する場合には、一般的に、ＭＯＣＶＤ法などが用いられる。そのため、第６実施形態では、犠牲層１８や固体層１９２を、たとえば窒化物半導体（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ：０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）などの半導体材料を用いて形成している。

たとえば、窒化物半導体積層部１２の積層工程において、ｎ型コンタクト半導体層１２２Ａを所定の厚さだけ積層した後に、ｎ型コンタクト半導体層１２２Ａの上面に犠牲層１８を形成する。そして、フォトリソグラフィ法を利用してスパッタや電子線蒸着などとリフトオフ法により、形成した犠牲層１８の表面（たとえば上面及び側面）に固体層１９２を形成する。このとき、各犠牲層１８の上部又は側方において、エッチング処理により犠牲層１８を除去するための開口（不図示）が固体層１９２に設けられる。そして、上記と同様に、形成した固体層１９２の上に犠牲層１８を形成する工程と、固体層１９２の形成工程と、を繰り返し行う。

次に、犠牲層１８及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成した後、ウェットエッチング処理により、各犠牲層１８を除去して、各エアーギャップ層１９１を形成する。このとき、犠牲層１８及び固体層１９２に対してエッチングレート選択性があるエッチング液を用いる。具体的には、犠牲層１８に対するエッチングレートが固体層１９２に対するエッチングレートよりも大きくなるようなエッチング液を用いて、エアーギャップ層１９１を形成する。また、ウェットエッチング処理により各犠牲層１８を除去するとき、犠牲層１８の一部１８ａが残るように、ウェットエッチング処理を行う。こうすれば、エアーギャップ層１９１内において、残った犠牲層１８の一部１８ａがエアーギャップ層１９１の上下の層を支えることができるので、エアーギャップ層１９１を潰れ難くすることができる。さらに、半導体材料を用いて犠牲層１８及び固体層１９２を形成しているので、残った犠牲層１８の一部１８ａを利用して、エアーギャップ層１９１の上下に形成された２つの固体層１９２間を導通させることができる。

このようにして、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２をそれぞれ所望の層数及び順番で交互に形成することにより、エアーギャップ層１９１及び固体層１９２が対となって反射鏡として機能するＤＢＲミラー１９が形成される。こうして、ＤＢＲミラー１９を形成した後、再びｎ型コンタクト半導体層１２２Ｂを積層する。

なお、第６実施形態において形成される各エアーギャップ層１９１の厚さ（言い換えると、各犠牲層１８の厚さ）は、｛λ_０×１／（４ｎ_ａｉｒ）｝の略奇数倍とする。実際には、空気の屈折率はほぼ１であるため、各エアーギャップ層１９１の厚さは｛λ_０×１／４｝の略奇数倍とする。また、各固体層１９２の厚さは、｛λ_０×１／（４ｎ_ＳＣ）｝の略奇数倍とする。また、第６実施形態では、犠牲層１８の材料には、固体層１９２とエッチング特性が著しく異なる半導体材料を用い、固体層１９２の材料には、エアーギャップ層１９１に対して高い屈折率コントラストを示す半導体材料を用いる。なお、電流拡散層１３とｎ側接合電極１４Ｂとの間の導電経路が確保できれば、犠牲層１８や固体層１９２の材料に、たとえばＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２などの誘電体材料（特に光学特性に優れた誘電体材料）を用いてもよい。

なお、第６実施形態では、窒化物半導体発光素子１０ｇにおいて、ＤＢＲミラー１９がｎ型コンタクト半導体層１２２内に形成されているが、これに限定されない。ＤＢＲミラー１９は、基板１１と発光層１２４との間に形成されていればよい。たとえば、第６実施形態の変形例として、ｎ型コンタクト半導体層１２２とｎ型クラッド層１２３との間にＤＢＲミラー１９が形成されてもよい。このようにしても、発光層１２４に近い位置にＤＢＲミラー１９を形成することができる。そのため、このＤＢＲミラー１９により発光層１２４から放射される光をより効率良く反射することができる。従って、発光層１２４から放射される光の利用効率をより高めることができる。

また、第６実施形態の他の変形例として、第３実施形態と同様の高反射膜２４がパッケージ基板２０の主面上に設けられていてもよい。こうすれば、発光層１２４から放射される光が、パッケージ基板２０の主面上に設けられる高反射膜２４でも反射されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

このように、上述の第１〜第６実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ａ〜１ｇでは、ＤＢＲミラー１９が窒化物半導体発光素子１０に設けられているが、ＤＢＲミラー１９がパッケージ基板２０に設けられていてもよい。
＜第７実施形態＞

図１２は、第７実施形態に係る窒化物半導体発光装置の断面構造図である。第７実施形態に係る窒化物半導体発光装置１ｈでは、窒化物半導体発光素子１０ｈの発光層１２４と保護層１７との間や基板１１と発光層１２４との間に代えて、たとえば図８に示すようなＤＢＲミラー１９がパッケージ基板２０内に設けられている。それ以外は、第１〜第６実施形態と同じである。なお、第７実施形態において、第１〜第６実施形態と同じ又は相当する部分については、同じ符号を付し、その説明を省略する。

窒化物半導体発光装置１ｈでは、たとえばＤＢＲミラー１９がパッケージ基板２０内に設けられているので、発光層１２４から放射される光がパッケージ基板２０に設けられる高反射率のＤＢＲミラー１９により反射されるので、発光層１２４から放射される光をより効率良く利用することができる。

なお、第７実施形態では、ＤＢＲミラー１９がパッケージ基板２０内に形成されているが、これに限定されない。たとえば、ＤＢＲミラー１９が、パッケージ基板２０の上面（バンプ２１Ａ、２１Ｂが設けられる側の主面）に設けられていてもよいし、パッケージ基板２０の裏面（ｎ側配線パターン２２Ａやｐ側配線パターン２２Ｂが設けられる側の主面）に設けられていてもよい。

また、第７実施形態の変形例として、窒化物半導体発光装置１ｈにおいて、第２実施形態と同様に、電流拡散層１３の上面の一部領域に加えて、保護層１７の上にも、高反射電極層１６Ａ及びｐ側接合電極１４Ａが順次設けられていてもよい。また、第７実施形態の変形例として、窒化物半導体発光装置１ｈにおいて、さらに、第３実施形態と同様の高反射膜２４をパッケージ基板２０の主面上に設けてもよい。こうすれば、発光層１２４から放射される光が、窒化物半導体発光装置１ｈの高反射電極層１６Ａや、パッケージ基板２０の主面上に設けられる高反射膜２４でも反射されるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

上述のように、第１〜第７実施形態では、反射鏡１９が、窒化物半導体発光素子１０の発光層１２４と保護層１７との間、基板１１と発光層１２４との間、及び、パッケージ基板のうちの１つに設けられているが、これに限定されない。

反射鏡１９は、窒化物半導体発光素子１０の発光層１２４と保護層１７との間、窒化物半導体発光素子１０の基板１１と発光層１２４との間、及び、パッケージ基板のうちの少なくとも１つに設けられていればよい。たとえば、窒化物半導体発光素子１０において、発光層１２４と保護層１７との間、及び、基板１１と発光層１２４との間の両方に反射鏡１９が設けられていてもよい。こうすれば、窒化物半導体発光素子１０において、発光層１２４と保護層１７との間に形成される反射鏡１９と、基板１１と発光層１２４との間に形成される反射鏡１９で、発光層１２４から放射される光を反射することができるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

また、たとえば、反射鏡１９が、第１〜第６実施形態と同様に窒化物半導体発光素子１０に設けられるとともに、第７実施形態と同様にパッケージ基板２０にも設けられていてもよい。こうすれば、発光層１２４と保護層１７との間に設けられる反射鏡と、基板１１と発光層１２４との間に設けられる反射鏡とで、発光層１２４から放射される光を反射することができるので、発光層１２４から放射される光の利用効率をさらに高めることができる。

また、第１〜第７実施形態では、窒化物半導体発光素子１０において、ｎ型コンタクト半導体層１２２及びｎ型クラッド層１２３が第１窒化物半導体層として基板１１と発光層１２４との間に設けられ、ｐ型半導体層１２５が第２窒化物半導体層として発光層１２４の上に設けられているが、これに限定されない。第１〜第７実施形態において、窒化物半導体発光素子１０では、ｐ型コンタクト半導体層及びｐ型クラッド層が第１窒化物半導体層として基板１１と発光層１２４との間に設けられ、ｎ型半導体層が第２窒化物半導体層として発光層１２４の上に設けられてもよい。

以上、本発明について実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせに色々な変形例が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明は、窒化物半導体レーザ素子や、ＬＥＤなどの発光素子、発光素子が実装される発光装置などに利用することができる。

１ 窒化物半導体発光装置
１０ 窒化物半導体発光素子
１１ 基板
１１０ 凸部
１２ 窒化物半導体積層部
１２１ バッファ層
１２２ ｎ型コンタクト半導体層（第１窒化物半導体層の一部）
１２３ ｎ型クラッド層（第１窒化物半導体層の一部）
１２４ 発光層
１２５ ｐ型半導体層（第２窒化物半導体層）
１３ 電流拡散層
１４Ａ ｐ側接合電極（接合電極）
１４Ｂ ｎ側接合電極
１５ ｎ側コンタクト電極（コンタクト電極）
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ 高反射電極層
１７ 保護層
１７１ 開口
１８ 犠牲層
１９ 反射鏡、ＤＢＲミラー
１９１ エアーギャップ層
１９２ 固体層
２０ パッケージ基板
２１Ａ、２１Ｂ バンプ
２２Ａ ｐ側配線パターン
２２Ｂ ｎ側配線パターン
２３Ａ、２３Ｂ スルーホール
２４ 高反射膜
３０ 樹脂封止部

Claims (8)

1. 基板と、前記基板の上に設けられる窒化物半導体積層部と、前記窒化物半導体積層部の上に設けられる電流拡散層と、前記電流拡散層の上に設けられる保護層と、を備え、
   前記窒化物半導体積層部が発光層を有し、
   前記電流拡散層と前記保護層との間にエアーギャップ層が形成されることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記発光層の主面の法線方向に対して、前記エアーギャップ層と隣接するように設けられる固体層をさらに備え、
   前記固体層が、前記エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示すとともに、前記エアーギャップ層と対となって反射鏡を形成することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記窒化物半導体積層部の上部に設けられて前記窒化物半導体積層部と電気的に接続される電極部と、
   前記窒化物半導体積層部と前記電極部との間に設けられる第１高反射電極層と、
   をさらに備え、
   前記保護層は前記電流拡散層上の一部領域に設けられ、
   前記第１高反射電極層は少なくとも前記電流拡散層上の他の一部領域に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記窒化物半導体積層部が、前記基板と前記発光層との間に設けられる第１窒化物半導体層をさらに有し、
   前記第１窒化物半導体層の上部に設けられるコンタクト電極と、
   前記第１窒化物半導体層と前記コンタクト電極との間に設けられる第２高反射電極層と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
5. 基板と、前記基板の上に設けられ、発光層を有する窒化物半導体積層部と、前記窒化物半導体積層部の上に設けられる電流拡散層と、前記電流拡散層の上に設けられる保護層と、を有する窒化物半導体発光素子と、
   前記窒化物半導体発光素子が実装されるパッケージ基板と、
   前記パッケージ基板に実装された前記窒化物半導体発光素子を封止する透光性の樹脂封止部と、を備え、
   前記電流拡散層と前記保護層との間にエアーギャップ層が形成されることを特徴とする窒化物半導体発光装置。
6. 前記エアーギャップ層はさらに、前記パッケージ基板に形成されることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体発光装置。
7. 基板の上に、発光層を有する窒化物半導体積層部が設けられるステップと、
   前記窒化物半導体積層部の上に、電流拡散層が設けられるステップと、
   前記電流拡散層の上に、保護層が設けられるステップと、
   前記電流拡散層と前記保護層との間に、エアーギャップ層が形成されるステップと、
   を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子の製造方法。
8. 前記発光層の主面の法線方向に対して前記エアーギャップ層と隣接するように、前記エアーギャップ層に対して高い屈折率コントラストを示すとともに前記エアーギャップ層と対となって反射鏡を形成する固体層が設けられるステップをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体発光素子の製造方法。

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