JP5983068B2 - 半導体発光素子及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、電極の表面に誘電体多層膜からなる反射層を設けた半導体発光素子及びこれを用いた発光装置に関する。

近年、発光ダイオードなどの半導体発光素子が、ディスプレイ、照明、ＯＡ機器などの光源として広く用いられている。半導体発光素子は、保護膜として絶縁性の透明薄膜が全面に形成される。また、保護膜としては、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）が一般的に用いられている。一方、ＳｉＯ_２と、パッド電極のワイヤ接合層に用いられるＡｕ（金）とは密着性が非常に悪いことが知られている。このため、ＡｕとＳｉＯ_２との間に密着性を向上するための密着層としてＮｉ（ニッケル）が用いられる。ここで、ＮｉはＡｕに拡散しやすいため、ＡｕとＮｉとの間にＮｉの拡散を抑制する層として、Ｗ（タングステン）が用いられる。

また、パッド電極から供給される電流を半導体層へ良好に拡散させるために、パッド電極をワイヤ接合に必要な面積以上に設けたり、ワイヤ接合部から更に半導体層の全域に延長した補助電極を設けたりすることがある。

また、半導体として窒化物系化合物を用いた半導体発光素子は、組成に応じて近紫外から可視光域にかけての広い波長範囲での発光が可能である。そして、例えば、青色光を発光する半導体発光素子と、青色光を吸収して黄色、緑色、赤色などの他の波長の光に変換する蛍光体などの波長変換部材とを組み合わせて、白色などの光を出力する発光装置が知られている。

このような発光装置では、半導体発光素子が発光した光を、半導体発光素子の光取り出し面側に設けられた波長変換部材に吸収させて、波長変換部材によって異なる波長の光に変換した光を出力する。このとき、波長変換部材が発光する光の一部が、戻り光として光取り出し面と反対側である半導体発光素子の方向にも放射される。ここで、半導体発光素子のパッド電極が設けられた面を光取り出し面とするフェースアップ実装をした場合は、半導体発光素子の方向に放射され、パッド電極などの電極に照射された戻り光の一部が電極によって吸収されるため、発光装置としての発光効率が低下することとなる。また、半導体発光素子が発光する光と、蛍光体などの波長変換部材で波長変換される光とを混色して出力する発光装置においては、混色の割合が変化して、発光装置としての出力光の色味が変ってしまうこととなる。

ここで、前記したＮｉの拡散抑制層として用いられるＷは、可視光域での反射率が低く、波長変換部材に、例えば、黄色に発光するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系の蛍光体を用いた場合は、特にＷによる吸収の影響が大きくなる。
そこで、特許文献１には、戻り光の電極による吸収を低減して光取り出し効率の向上を図るために、半導体発光素子の電極の最表面層として、高反射率のＡｇ，Ａｌ，Ｒｈなどの金属からなる反射層を設ける発光装置が提案されている。

特開２００８−２１０９００号公報

しかしながら、特許文献１に記載された半導体発光素子は、電極の最表面層に設ける反射層として、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｈなどの金属を用いるため、電極による光の吸収が、まだ少なからずあり、更なる光取り出し効率の向上が望まれていた。
そこで、本発明は、電極による戻り光の吸収を低減し、光取り出し効率を向上する半導体発光素子及びそれを用いた発光装置を提供することを課題とする。

本発明は、前記した課題を解決するために創案されたものであり、第１の発明に係る半導体発光素子は、半導体積層体と、前記半導体積層体上の光取り出し面側に設けられるパッド電極と、前記半導体積層体上及び前記パッド電極上を被覆する保護層と、前記パッド電極と前記保護層との間に、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射鏡）膜と、を有し、前記保護層の屈折率は、前記ＤＢＲ膜の最上層と異なる屈折率であり、前記保護層の前記ＤＢＲ膜の上面と接する領域の膜厚が、３・λ／４ｎ _１ （但し、λは所定の波長、ｎ _１ は保護層の屈折率）であるように構成した。

かかる構成によれば、半導体発光素子は、光取り出し面側に、パッド電極と接続される配線用ワイヤや、蛍光体などの波長変換部材を備えた場合に、これらの部材による反射、散乱又は放射などにより光取り出し面側に向かって戻ってくるように進行する光である戻り光を、ＤＢＲ膜で光取り出し面方向に反射する。これによって、戻り光は例えば、金属からなるパッド電極に到達することなく反射される。
また、保護層の上面が接する媒体の屈折率が保護層の屈折率よりも高い場合は、保護層の上面に臨界角以上の入射角で入射する所定の波長の戻り光を良好に全反射すると共に、保護層がＤＢＲ膜の一層として機能して、保護層の上面にほぼ垂直に入射する所定の波長の戻り光を反射する。

第２の発明に係る半導体発光素子は、半導体積層体と、前記半導体積層体上の光取り出し面側に設けられるパッド電極と、前記半導体積層体上及び前記パッド電極上を被覆する保護層と、前記パッド電極と前記保護層との間に、ＤＢＲ膜と、を有し、前記保護層の屈折率は、前記ＤＢＲ膜の最上層とほぼ同じ屈折率であり、前記保護層の前記ＤＢＲ膜の上面と接する領域及び前記ＤＢＲ膜の最上層の合計膜厚が、３・λ／４ｎ _１ （但し、λは所定の波長、ｎ _１ は保護層の屈折率）であるように構成した。
かかる構成によれば、半導体発光素子は、光取り出し面側に、パッド電極と接続される配線用ワイヤや、蛍光体などの波長変換部材を備えた場合に、これらの部材による反射、散乱又は放射などにより光取り出し面側に向かって戻ってくるように進行する光である戻り光を、ＤＢＲ膜で光取り出し面方向に反射する。これによって、戻り光は例えば、金属からなるパッド電極に到達することなく反射される。
なお、保護層及びＤＢＲ膜の最上層を合わせた膜が、ＤＢＲ膜の一層として機能すると共に、保護層の上面が接する媒体の屈折率が保護層の屈折率よりも高い場合は、保護層の上面に臨界角以上の入射角で入射する所定の波長の戻り光を良好に全反射する。

第３の発明に係る半導体発光素子において、前記ＤＢＲ膜における各層の膜厚は、λ／４ｎ_２（但し、λは所定の波長、ｎ_２は各層の誘電体の屈折率）であることが好ましい。

第４の発明に係る半導体発光素子において、前記保護層は、前記反射層の上面と接する領域の膜厚よりも、それ以外の領域の膜厚の方が薄いことが好ましい。
かかる構成によれば、保護層は、ＤＢＲ膜の上面と接する領域では膜厚が厚く、戻り光を全反射するための反射膜として効果的に機能する。また、保護層は、それ以外の領域では膜厚が薄く、半導体発光素子が発光する光を、保護層による吸収を抑制しつつ透過させる。

第５の発明に係る半導体発光素子において、前記保護層はＳｉＯ_２からなり、前記ＤＢＲ膜は、前記保護層側から順にＮｂ_２Ｏ_５からなる誘電体膜と、ＳｉＯ_２からなる誘電体膜とが交互に積層された複数組の誘電体膜から構成されていることが好ましい。
かかる構成によれば、保護層は、可視光域の光吸収を抑制した保護膜として機能する。更に、膜厚の厚い領域では反射膜として機能する。また、ＤＢＲ膜は、可視光域の光の吸収による損失の少ない反射膜として機能する。

第６の発明に係る発光装置は、前記半導体発光素子と、前記保護層に接して前記半導体発光素子を被覆する封止部材と、を有し、前記封止部材の屈折率が、前記保護層の屈折率よりも高いように構成した。
かかる構成によれば、半導体発光素子が発光した光において、保護層と封止部材との界面に臨界角以上の入射角で入射した戻り光は、全反射される。

第７の発明に係る発光装置において、前記封止部材は、前記半導体発光素子が発光する波長の光を吸収し、当該波長と異なる波長の光を発光する波長変換部材を含有するように構成することができる。
かかる構成によれば、封止部材に含有される波長変換部材は、半導体発光素子から放射された光の一部又は全部を吸収し、異なる波長の光を出射する。そして、発光装置は、波長変換部材が出射した光、又は波長変換部材が出射した光と半導体発光素子が出射した光の一部とを混色した光、を出力する。ここで、波長変換部材は、半導体発光素子から放射された光を波長変換した光の一部を、戻り光として半導体発光素子側に出射する。このとき、発光装置は、半導体発光素子のパッド電極上に形成された保護層及びＤＢＲ膜によって、効率的に戻り光を反射して、発光装置の外部に取り出す。

第１の発明又は第２の発明によれば、戻り光のパッド電極による吸収を抑制して、パッド電極上に設けられたＤＢＲ膜で戻り光を効率的に反射するため、光取り出し効率を向上することができる。また、保護層の上面に臨界角以上で入射する戻り光を、全反射により反射するため、光取り出し効率を更に向上することができる。

第３の発明によれば、ＤＢＲ膜は、波長λの戻り光を効率的に反射するため、光取り出し効率を向上することができる。
第４の発明によれば、保護層は、ＤＢＲ膜の上面と接する領域では、戻り光を反射するための層として効果的に機能し、それ以外の領域では、半導体発光素子が発光する光を、保護層による吸収を抑制しつつ透過させるため、光取り出し効率を向上することができる。
第５の発明によれば、可視光の吸収の少ない材料を用いて保護層及びＤＢＲ膜を形成するため、可視光域の光を出力する半導体発光素子の光取り出し効率をより向上することができる。

第６の発明によれば、保護層により戻り光を全反射することができるため、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
第７の発明によれば、波長変換部材を用いた発光装置において、多量に発生する戻り光を効率的に反射することができるため、このような構成の発光装置において、効果的に光取り出し効率を向上することができる。

第１実施形態に係る半導体発光素子を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の模式図であり、図１（ｂ）の領域Ｂの拡大断面図である。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程の一部を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は半導体積層体を形成した様子、（ｂ）はｎ型半導体層を露出させた様子、（ｃ）は全面電極を形成した様子、（ｄ）はパッド電極を形成した様子、をそれぞれ示す。 第１実施形態に係る半導体発光素子の製造工程の一部を説明するための模式的断面図であり、（ａ）は反射層を形成した様子、（ｂ）は保護層を形成した様子、（ｃ）は接合部を露出させた様子、をそれぞれ示す。 第２実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。 実施例に係る半導体発光素子の電極部の分光反射特性を示すグラフである。 実施例に係る発光装置の分光発光特性を示すグラフである。

以下、本発明における半導体発光素子及びこの半導体発光素子を用いた発光装置について説明する。なお、以下に説明する本発明の各実施形態に係る半導体発光素子は、ＬＥＤ（発光ダイオード）である。

＜第１実施形態＞
［半導体発光素子の構成］
本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の構造を、図１を参照して説明する。
なお、図１（ａ）に示した平面図においては、後記する保護層８の図示を省略している。また、図１（ａ）に示す平面図と、図１（ｂ）に示す断面図とは、各部の位置が厳密には対応していない箇所がある。

図１に示すように、第１実施形態に係る半導体発光素子１は、基板２の表面に、ｎ型半導体層３１とｐ型半導体層３３を積層した半導体積層体３を備えている。半導体積層体３は、電流を通電することにより発光するようになっており、図１（ｂ）に示すように、ｎ型半導体層３１とｐ型半導体層３３との間に発光層３２を備えることが好ましい。

半導体積層体３には、ｐ型半導体層３３及び発光層３２が部分的に存在しない領域、すなわちｐ型半導体層３３の表面から窪んだ領域（この領域を「段差部３ａ」と称する）が形成されている。段差部３ａの底面はｎ型半導体層３１の露出面であり、段差部３ａには、ｎ側電極４が形成されている。また、ｐ型半導体層３３の上面には、全面電極５が設けられ、全面電極５の上面の一部にｐ側電極６が形成されている。

ｎ側電極４及びｐ側電極６は、ワイヤボンディング等により実装基板の配線用電極と接合するためのパッド電極であり、その接合面として、ｎ側電極４の上面及びｐ側電極６の上面の一部が露出した接合部４ａ及び接合部６ａが設けられている。また、ｐ側電極６は、全面電極５を介してｐ型半導体層３３への電流の拡散効率を向上するための延長部６ｂを有している。ｎ側電極４も同様に、ｎ型半導体層３１への電流の拡散効率を向上するための延長部４ｂを有している。また、ｎ側電極４及びｐ側電極６の上面には、接合部４ａ及び接合部６ａを除き、誘電体多層膜からなる反射層７が設けられている。更に、接合部４ａ及び接合部６ａを除き、半導体発光素子１の上面は、保護層８で被覆されている。

（基板）
基板２は、半導体積層体３をエピタキシャル成長させることができる基板材料で形成されればよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。例えば、半導体積層体３をＧａＮ（窒化ガリウム）などの窒化物半導体を用いて形成する場合には、基板材料としては、Ｃ面、Ｒ面、Ａ面の何れかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、また炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、および窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。

また、基板２が、絶縁性基板の場合は、最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性基板を最終的に取り除かない場合は、図１に示した本実施形態のように、ｎ側電極４及びｐ側電極６は、何れも半導体積層体３上の同一面側に形成することが好ましい。また、半導体発光素子１は、光取り出し面を、表面側である半導体積層体３側とするフェースアップ実装型のＬＥＤである。

なお、半導体発光素子１内を下方向に伝搬する光を、光取り出し面である上方向に反射させるために、基板２の裏面側に、金属膜や誘電体多層膜などからなる反射層を設けることが好ましい。

（半導体積層体）
半導体積層体３は、前記したように、発光層３２を含むｎ型半導体層３１とｐ型半導体層３３とが積層された積層体のことである。本実施形態においては、半導体積層体３は、表面の一部において、表面からｐ型半導体層３３及び発光層３２のすべてと、ｎ型半導体層３１の一部とが除去された段差部３ａが設けられている。そして、段差部３ａの底面には、ｎ型半導体層３１に電気的に接続されたｎ側電極４が設けられている。また、段差部３ａ以外の半導体積層体３の上面であるｐ型半導体層３３の上面には、ｐ型半導体層３３のほぼ全面と電気的に接続された全面電極５と、全面電極５の上面の一部の領域に設けられたｐ側電極６と、を積層してなる電極が設けられている。

半導体積層体３は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＰ、ＳｉＣ、ＺｎＯのように、半導体発光素子に適した材料を用いることができる。特に、光取り出し面側に、蛍光体などの波長変換部材を設け、半導体発光素子１から放射される色と異なる色の光に変換して出力する発光装置に用いる場合には、発光波長の短い青色や紫色に発光する半導体積層体３が好適である。

（ｎ型半導体層（第１半導体層）、発光層、ｐ型半導体層（第２半導体層））
ｎ型半導体層３１、発光層３２及びｐ型半導体層３３は、Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等のＧａＮ系化合物半導体が好適に用いられる。また、これらの半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。特に、発光層３２は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

また、通常、このような半導体層は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等として構成されてもよい。ＧａＮ系化合物半導体層は、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）等の公知の技術により形成することができる。また、半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。

なお、半導体層の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。また、半導体層の積層順は、ｐ型半導体層を下側にしてもよい。

（全面電極）
全面電極５は、ｐ型半導体層３３の上面のほぼ全面を覆うように設けられる。全面電極５は、上面の一部に設けられたｐ側電極６を介して供給される電流を、ｐ型半導体層３３の全面に均一に拡散するための透光性を有する導体層である。
ここで、透光性を有するとは、半導体発光素子１が発光する波長の光を良好に透過することをいう。
また、全面電極５の上面の一部には、ｐ側電極６が設けられており、その他の上面は保護層８により被覆されている。

全面電極５は、ｐ型半導体層３３と電気的に良好に接続できるオーミック電極であることが好ましい。全面電極５としては、導電性金属酸化物や、Ａｕ／Ｎｉを積層した金属薄膜等から形成される。特に、良好な透光性を有する電極として導電性金属酸化物を用いるのが好ましい。

導電性金属酸化物としては、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｇａ（ガリウム）及びＴｉ（チタン）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化物が挙げられる。具体的には、ＺｎＯ、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ₂Ｏ₃）、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ₂Ｏ₃）、ＳｎＯ₂、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ₂）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ₂）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ₂）、ＴｉＯ_２などの導電性金属酸化物がある。

なかでも、ＩＴＯは、可視光域において高い透光性を有し、導電率の高い材料であることから、全面電極５の材料として好適である。また、全面電極５としてＩＴＯを用いる場合は、膜厚を１０〜５００ｎｍとすることが好ましく、５０〜２００ｎｍとすることが更に好ましい。

（ｎ側電極（電極）、ｐ側電極（電極））
ｎ側電極４は、ｎ型半導体層３１が露出した半導体積層体３の段差部３ａの底面に設けられている。また、ｐ側電極６は、全面電極５の上面の一部に設けられている。ｎ側電極４はｎ型半導体層３１に、ｐ側電極６は全面電極５を介してｐ型半導体層３３に、それぞれ電気的に接続して、半導体発光素子１に外部から電流を供給するためのパッド電極である。そのために、ｎ側電極４及びｐ側電極６は、ワイヤボンディングや共晶接合等により外部の電極と接合する領域として、反射層７及び保護層８から露出した接合部４ａ及び接合部６ａを有している。なお、全面電極５は、接合部６ａ以外の上面は、保護層８により被覆されている。

また、本実施形態におけるｐ側電極６は、全面電極５上で、接合部６ａから離れた領域まで延長した延長部６ｂを有している。延長部６ｂは、全面電極５より電気抵抗の低い材料で構成されるｐ側電極６を延長することで、電流の拡散効率を向上するためのものである。本実施形態では、ｎ側電極４についても、電流拡散効率を向上するための延長部４ｂを有している。

なお、本実施形態では、ｎ側電極４は、直接にｎ型半導体層３１と接続するように構成されているが、これに限定されるものではない。ｐ側の電極構造と同様に、段差部３ａの底面のほぼ全域を覆う全面電極を形成し、その全面電極の上面にｎ側電極４を設けるようにしてもよい。

ｎ側電極４及びｐ側電極６は、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｗなどの単体金属及びそれらの合金などの金属材料から形成することができる。電極の構成は、これらの金属材料を単層で、又は積層したものが利用できる。

ｐ側電極６を積層構造とする場合の具体例を図２を参照して説明する。図２に示すように、ｐ側電極６は、下側（全面電極５側）から順に、例えば、Ｔｉ／Ｒｈ／Ｗ／Ａｕ／Ｗ／Ｎｉとすることができる。特に、ｐ側電極６の上面には誘電体多層膜からなる反射層７が積層されるため、外部配線と接合するワイヤの接合層として、電気良導体であるＡｕを用いる場合は、Ａｕ層６４の上面にＷ層６５とＮｉ層６６とを順次積層することが好ましい。最上層のＮｉ層６６は、接合層であるＡｕ６４と誘電体との密着性の低さを改善するための密着層であり、Ｗ層６５は、ＮｉのＡｕへの拡散を抑制するバリア層である。
このような機能を確保するために、Ｎｉ層６６の厚さは、１〜５０ｎｍ程度とすることが好ましく、Ｗ層６５の厚さは、１０〜１００ｎｍ程度とすることが好ましい。また、良好な接合ができるように、Ａｕ層６４は、１００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましい。

また、ｐ側電極６の下層側の構成としては、全面電極５としてＩＴＯを用いる場合は、最下層に、全面電極５との密着性を向上するためにＴｉ層６１を設けることが好ましい。また、Ａｕ層６４より下層側に、Ａｕよりも可視光の反射率が高いＲｈ層６２を設けることが好ましい。また、Ａｕ層６４とこれらの層との間に、これらの金属の拡散を抑制するためのＷ層６３を設けることが好ましい。
このような機能を確保するために、下層側のＴｉ層６１の厚さは、０．５〜５ｎｍ程度とすることが好ましく、Ｒｈ層６２の厚さは、３０〜２００ｎｍ程度とすることが好ましく、Ｗ層６３の厚さは、１０〜１００ｎｍ程度とすることが好ましい。
なお、ｐ側電極６の下層側の反射層として、Ｒｈの他に、Ａｇ，Ａｌなどを用いることもできる。

また、ｎ側電極４（図１参照）についても、ｐ側電極６と同様に、接合層としてＡｕ層を用いる場合は、Ａｕ層上にＷ層及びＮｉ層を積層することが好ましい。これによって、ｎ側電極４の上面に設けられる誘電体多層膜からなる反射層７との密着性を向上することができる。 なお、ｎ側電極４及びｐ側電極６を、同じ積層構造とすることで、ｎ側電極４及びｐ側電極６を同じ製造工程で形成することができるため好ましい。

（反射層）
図１に戻って、反射層７は、誘電体多層膜からなるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）であり、上方向から入射される戻り光を上方向に反射する。反射層７は、ｎ側電極４の接合部４ａ及びｐ側電極６の接合部６ａを除き、ｎ側電極４及びｐ側電極６の上面に設けられている。すなわち、反射層７は、金属からなるｎ側電極４及びｐ側電極６による戻り光の吸収を低減するものである。また、反射層７の上面は、保護層８で被覆されている。

ＤＢＲでは、互いに屈折率の異なる２種以上の誘電体層を交互に積層することで、所定の波長を中心とする波長域の光を高効率に反射することができる。すなわち、反射させるべき光である戻り光の真空中における波長をλ_０とし、各誘電体層の屈折率をｎ_ｉ（但し、ｉは誘電体材料の種類を示す）としたときに、その誘電体層の厚さをλ_０／（４ｎ_ｉ）とすることで、波長λ_０を中心とした波長域の光を高効率に反射させることができる。また、中心波長に対する反射率と、高い反射率で反射させることができる波長域は、交互に積層される誘電体層の組の繰り返し回数によって定められる。
なお、中心波長λ_０は、反射させるべき戻り光に含まれる波長成分が複数ある場合は、成分の多い波長とすることが好ましい。

図７は、２種の誘電体層を交互に積層した組（ペア）の繰り返し回数を１〜７回として反射層７を形成したときの、分光反射特性の測定結果を示したものである。なお、図７において、「Ｒｅｆ」は、反射層７を設けない金属電極による反射特性を示している。
図７に示すように、誘電体層のペア数が増加するほど、中心波長（約５６０ｎｍ）における反射率が向上することが分かる。また、好ましくは、３ペア以上とすることで、中心波長を挟んだ広い波長域で９０％以上の反射率を得ることができる。

図１に戻って、誘電体材料としては、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｌからなる群より選択された少なくとも一種の酸化物又は窒化物を好適に用いることができる。反射層７は、これらの材料から、互いに屈折率の異なる２種以上の材料を組み合わせて構成することができる。例えば、２種の材料を組み合わせる場合の例としては、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を、また、高屈折率材料としてＮｂ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５等を挙げることができる。

誘電体多層膜は、透光性の材料を組み合わせた反射膜であるため、材料自体による光の吸収が極めて少ない。このため、反射層７として誘電体多層膜を用いることにより、反射層として金属材料を用いた場合と比較して、反射層７での光の吸収による損失を低減することができる。また、例えば、ＡｇやＡｌのように、金属材料のマイグレーションにより絶縁性が損なわれる恐れがないため、信頼性の高い半導体発光素子１とすることができる。

図２を参照して、反射層７の具体例について説明する。図２に示した例では、反射層７は、屈折率の異なる２種の誘電体層７１及び誘電体層７２を交互に３ペア（３組）積層させた多層構造を有している。誘電体材料の組合せとしては、前記したように、例えば、誘電体層７１としてＳｉＯ_２を用い、誘電体層７２としてＮｂ_２Ｏ_５を用いることができる。
なお、ＳｉＯ_２及びＮｂ_２Ｏ_５は、可視光域での透光性が高く、両者の屈折率の差が大きいため、好適なＤＢＲを構成することができる。

（保護層）
図１に戻って、保護層８は、ｎ側電極４の接合部４ａ及びｐ側電極６の接合部６ａを除き、半導体発光素子１の表面全体を被覆している。保護層８は、半導体発光素子１の表面を被覆する絶縁性の被膜であり、半導体発光素子１の保護膜及び帯電防止膜として機能する。また、本実施形態における保護層８は、ｎ側電極４及びｐ側電極６上である反射層７上における膜厚よりも、その他の領域における膜厚の方が薄く形成されている。
なお、保護層８は、光取り出し面側を被覆するため、半導体発光素子１が発光する波長の光に対して、良好な透光性を有することが好ましい。保護層８としては、前記した反射層７に用いる誘電体材料と同様の材料を用いることができる。

また、戻り光の真空中における波長をλ_０とし、保護層８の屈折率をｎとすると、反射層７上に設けられる保護層８の厚さは、λ_０／（４ｎ）より厚くすることが好ましい。また、反射層７上に設けられる保護層８の厚さを、λ_０・（２ｍ＋１）／（４ｎ）とすることがより好ましく（但し、ｍは１以上の整数である）、λ_０・３／（４ｎ）とすることが更に好ましい。

保護層８の外側を、保護層８よりも屈折率の高い封止部材で被覆する場合は、上方向から臨界角以上の入射角で入射される戻り光を、全反射させる反射膜として機能する。全反射の際は、高屈折率層である封止部材側から入射した光は、低屈折率層である保護層８側にエバネッセント光として染み出し、低屈折率層との相互作用により全反射される。このとき保護層８の厚さをλ_０／（４ｎ）より厚くすることで、全反射膜として有効に機能させることができる。

また、反射層７上に設けられる保護層８の厚さをλ_０・（２ｍ＋１）／（４ｎ）とすることで、保護層８の上面に垂直（入射角０°）に入射される戻り光を、反射層７の最上層である誘電体層７２との界面で反射させることができる。すなわち、反射層７上に連続して積層された保護層８が、誘電体多層膜からなるＤＢＲの一層として機能することとなる。

このとき、ｍ＝１、すなわち、保護層８の厚さをλ_０・３／（４ｎ）とすることで、最低限の厚さで、保護層８と反射層７の最上層の誘電体層との界面で垂直に入射した戻り光を反射すると共に、保護層８の外側を保護層８よりも屈折率の高い封止部材で被覆した場合には、臨界角以上で入射した戻り光を全反射させることができる。このため、保護層８を形成するための材料を少なくでき、また、保護層８による戻り光の吸収を最小に抑えることができる。

なお、保護層８と反射層７の最上層となる誘電体層とが同じ材料又は材料が異なる場合であっても屈折率がほぼ同じ場合は、λ_０／（４ｎ）以上とする厚さ、及びλ_０・（２ｍ＋１）／（４ｎ）とする厚さは、保護層８と反射層７の最上層となる誘電体層とを加えた層の厚さとする。また、この場合、保護層８に垂直方向に入射した戻り光が反射する界面は、保護層８と、屈折率が異なる最上に設けられた誘電体層との界面である。

また、反射層７の上面以外の領域における保護層８の膜厚は、保護膜及び帯電防止膜としての機能が得られる範囲で薄くすることが好ましい。これによって、発光層３２から放射される光の吸収を抑制して、外部への光取り出しの効率を向上することができる。
例えば、保護層８としてＳｉＯ_２を用い、発光層３２が青色光を発光する場合は、１００〜１０００ｎｍ程度とすることが好ましく、更に好ましくは１００〜３００ｎｍ程度である。

また、保護層８に接して樹脂などの封止部材で被覆する場合は、封止部材の屈折率が保護層８の屈折率よりも高くすることが好ましい。封止部材の屈折率が、保護層８の屈折率よりも高いと、上方向から保護層８に入射する戻り光の内で、保護層８と封止部材との界面で臨界角以上の入射角で入射するする光を全反射することができる。これによって、半導体発光素子１からの光取り出し効率を向上させることができる。

［半導体発光素子の動作］
次に、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係る半導体発光素子１の動作について説明する。なお、ここでは、半導体発光素子１は、ｎ側電極４及びｐ側電極６が、光取り出し面である基板２の表面側に設けられ、基板２の裏面に反射層が設けられたフェースアップ実装型のＬＥＤとする。

半導体発光素子１は、ｎ側電極４及びｐ側電極６に接合されたワイヤボンディングなどの配線（不図示）を介して電流が供給されると、発光層３２が発光する。発光層３２が発光した光は、半導体積層体３及び基板２内を伝搬し、半導体積層体３の表面側から透光性の全面電極５及び保護層８を透過して外部に取り出される。

また半導体積層体３内を表面側に伝搬し、ｎ側電極４又はｐ側電極６の裏面に到達した光は、ｎ側電極４又はｐ側電極６の裏面で反射され、下方向に伝播する。また、半導体発光素子１内を下方向に伝播する光は、基板２の裏面に設けられた反射層（不図示）で反射され、上方向に伝播し、光取り出し面である表面側から外部に取り出される。

半導体発光素子１の光取り出し面である表面側から出射された光は、外部電極と接続する配線であるワイヤなどによって下方向に反射され、戻り光として半導体発光素子１に入射される。戻り光の内で、保護層８及び全面電極５を介して再び半導体発光素子１の内部に入射した光は、前記した経路により再び外部に取り出される。

一方、保護層８に臨界角以上の入射角で入射した戻り光は、保護層８によって上方向に全反射される。
また、ｎ側電極４及びｐ側電極６上の反射層７上に設けられた保護層８に垂直又は垂直に近い入射角で入射した戻り光は、ＤＢＲである反射層７によって上方向に反射される。

なお、半導体発光素子１の光取り出し面側に、発光層３２が発光する波長の光で励起され、異なる波長の光を放射する蛍光体などの波長変換部材を設けた発光装置を構成する場合は、蛍光体がランダムな方向に光を放射する。このため、半導体発光素子１の方向に放射される戻り光が多くなり、反射層７及び保護層８によって反射される戻り光の割合が多くなる。従って、本発明の半導体発光素子１は、このような発光装置に適用した場合に、発光装置としての光出力の向上に大きく貢献することができる。
なお、このような構成の場合は、反射層７が反射する光の中心波長λ_０は、戻り光中の成分が多い、波長変換部材が放射する光のピーク波長とすることが好ましい。

［半導体発光素子の製造方法］
次に、本発明の第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、第１実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、半導体層形成工程Ｓ１０と、ｎ型半導体層露出工程Ｓ１１と、全面電極形成工程Ｓ１２と、パッド電極形成工程Ｓ１３と、反射層形成工程Ｓ１４と、保護層形成工程Ｓ１５と、接合部露出工程Ｓ１６と、チップ分割工程Ｓ１７と、を含み、この順で行われる。

以下、図４及び図５を参照（適宜図１乃至図３参照）して、各工程について詳細に説明する。

（半導体層形成工程）
まず、半導体層形成工程Ｓ１０において、図４（ａ）に示すように、基板２上に半導体積層体３を形成する。
半導体層形成工程Ｓ１０について具体的に説明すれば、まず、サファイア等からなる基板２上に、ＭＯＣＶＤ法等により、ＧａＮ系化合物半導体等からなるｎ型半導体層３１、発光層３２及びｐ型半導体層３３を構成するそれぞれの半導体層を成長させる。この後、各半導体層を成長させた基板２（以下、分割前の状態の基板及び基板上の形成物を併せて適宜ウェハという）を窒素雰囲気で、６００〜７００℃程度のアニールを行って、ｐ型半導体層３３を低抵抗化することが好ましい。

（ｎ型半導体層露出工程（第１半導体層露出工程））
次に、ｎ型半導体層露出工程Ｓ１１において、図４（ｂ）に示すように、ｎ側電極４を設けるための、ｎ型半導体層３１が露出する段差部３ａを形成する。この段差部３ａの形成方法は、次の通りである。すなわち、アニール後のウェハ上にフォトレジストを用いて段差部３ａを形成する領域に開口を有するレジストマスク（不図示）を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、ｐ型半導体層３３及び発光層３２と、更にｎ型半導体層３１の一部とを除去して、ｎ型半導体層３１を露出させる。エッチングの後、レジストマスクを除去する。

なお、本実施形態では、基板２上には、複数の半導体発光素子の単位がマトリクス状に配列して形成され、半導体発光素子１が基板２上に完成後にチップに分割される。なお、図４（ｂ）には、１つの半導体発光素子１が形成される領域についてのみ示している。

（全面電極形成工程）
次に、全面電極形成工程Ｓ１２において、図４（ｃ）に示すように、段差部３ａを除く、ウェハのほぼ全面、すなわち、ｐ型半導体層３３の上面のほぼ全面に、全面電極５を形成する。このために、まず、スパッタリング法などにより、ウェハ全面にＩＴＯ膜を成膜する。そして、フォトリソグラフィ法を用いて不要なＩＴＯ膜をエッチングで除去することで全面電極５を形成する。
なお、リフトオフ法により全面電極５を形成してもよい。すなわち、最初に全面電極５を形成する領域に開口を有するレジストマスクをウェハ上に形成した後に、ウェハ全面にＩＴＯ膜を形成し、レジストマスクを、レジストマスク上のＩＴＯ膜と共に除去することで全面電極５をパターニングすることもできる。

（パッド電極形成工程）
次に、パッド電極形成工程Ｓ１３において、図４（ｄ）に示すように、段差部３ａの底面の所定の領域にｎ側電極４を、ｐ型半導体層３３上に形成された全面電極５上の所定の領域にｐ側電極６を、リフトオフ法により形成する。

ｎ側電極４及びｐ側電極６は、同一の金属材料から、以下のようにして形成される。
まず、ウェハの表面全体にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により、ｎ側電極４及びｐ側電極６の形成領域に開口を有するレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、ウェハの表面全体に金属膜を成膜する。ｎ側電極４及びｐ側電極６を多層膜構成とする場合は、順次に金属材料を変えて成膜することで形成することができる。
ここで、レジストマスクを除去すると、パターニングされたｎ側電極４及びｐ側電極６が形成されるが、本実施形態では、ここではレジストマスクを除去せずに次工程である反射層形成工程Ｓ１４を行うこととする。
これにより、反射層７をパターニングするためのレジストマスクの形成を省略することができると共に、ｎ側電極４及びｐ側電極６と反射層７との位置ずれが防止される。

（反射層形成工程）
次に、反射層形成工程Ｓ１４において、図５（ａ）に示すように、ｎ側電極４及びｐ側電極６上に、反射層７を形成する。
反射層７として、例えば、ＳｉＯ_２からなる誘電体層７１と、Ｎｂ_２Ｏ_５からなる誘電体層７２とを交互に積層した誘電体多層膜を形成する場合は、ＳｉＯ_２膜とＮｂ_２Ｏ_５膜とを交互に、それぞれ所定の厚さで成膜する。誘電体層７１及び誘電体層７２の組を３ペア積層する場合は、前記の交互に成膜する工程を３回繰り返す。
なお、誘電体膜を積層する際は、パッド電極形成工程Ｓ１３で形成したレジストマスクはそのまま残っているため、ｎ側電極４及びｐ側電極６を形成する領域以外では、誘電体膜は、金属膜を介してレジストマスク上に積層される。
また、反射層７上の保護層８の膜厚を、他の領域よりも厚く形成する場合は、他の領域における膜厚との差分の膜厚の保護層８を、ここで続けて形成する。

その後、レジストを、レジスト上に積層された電極を形成するための金属膜及び反射層を形成するための誘電体膜と共に除去することで、パターニングされたｎ側電極４、ｐ側電極６及び反射層７が形成される。
なお、ｎ側電極４とｐ側電極６とを異なる材料を用いて構成する場合は、ｎ側電極４とｐ側電極６とを順次形成し、その後、反射層を形成するようにする。

（保護層形成工程）
次に、保護層形成工程Ｓ１５において、図５（ｂ）に示すように、ウェハの表面全体に保護層８を形成する。保護層８は、例えば、ＳｉＯ_２膜をスパッタリング法などにより形成することができる。

（接合部露出工程）
次に、接合部露出工程Ｓ１６において、図５（ｃ）に示すように、ｎ側電極４及びｐ側電極６の外部の配線用電極と接合するための領域である接合部４ａ及び接合部６ａ上に形成された保護層８及び反射層７と、ｎ側電極４及びｐ側電極６の一部をエッチングにより除去し、接合部４ａ及び接合部６ａを露出させる。

接合部露出工程Ｓ１６について図２に示した例について具体的に説明すると、まず、ウェハの表面全体にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により接合部４ａ及び接合部６ａとなる領域に開口を有するレジストマスク（不図示）を形成する。そして、保護層８であるＳｉＯ_２膜と、反射層７を構成する誘電体層７１であるＳｉＯ_２膜及び誘電体層７２であるＮｂ_２Ｏ_５膜と、ｎ側電極４及びｐ側電極６の密着層であるＮｉ層６６及びバリア層であるＷ層６５及び接合層であるＡｕ層６４の一部と、をエッチングにより除去する。
なお、これらの層を除去する際には、適宜にエッチング液を選択して用いることができる。

（チップ分割工程）
最後に、チップ分割工程Ｓ１７において、基板２上にマトリクス状に配列して形成された複数の半導体発光素子１を、スクライブやダイシングなどによりチップに分割することにより、チップ単位の半導体発光素子１が完成する。また、チップに分割する前に、基板２の裏面から基板２を研削（バックグラインド）して所望の厚さとなるまで薄く加工してもよい。
また、チップ分割工程Ｓ１７の前に、又は後に、基板２の裏面側に、Ａｇ、Ａｌ等の高反射率の金属膜や誘電体多層膜からなる反射層を形成するようにしてもよい。

以上説明したように、光取り出し面側に形成された金属からなるｎ側電極４及びｐ側電極６の電極面上に、接合部４ａ及び接合部６ａを除き、誘電体多層膜からなる反射層７及び透光性の保護層８を設けた半導体発光素子１が製造される。すなわち、光取り出し面側から入射する戻り光を効率的に反射し、光取り出し効率が向上した半導体発光素子１を製造することができる。
特に、パッド電極であるｎ側電極４及びｐ側電極６から供給される電流の半導体積層体３への電流拡散性を向上するために、延長部４ｂ、６ｂを設けた場合には、これらの延長部４ｂ、６ｂを構成する金属による戻り光の吸収を低減できるため、半導体発光素子１の光取り出し効率をより向上させることができる。

なお、本発明の半導体発光素子は、第１実施形態に限定されるものではない。例えば、ｎ側電極４及びｐ側電極６は、それぞれ１個ずつ設けるようにしたが、これに限定されるものではく、何れか又は両方の電極を複数も受けるようにしてもよい。ｎ側電極４及びｐ側電極６は、何れも光取り出し面側に設けるようにしたが、何れか一方を裏面側に設けるようにしてもよい。また、段差部３ａの平面視における形状も、任意の形状とすることができる。

＜第２実施形態＞
［発光装置の構成］
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る発光装置について説明する。図６に示す第２実施形態の発光装置１０は、第１実施形態に係る半導体発光素子１を光源として備えた発光装置である。

図６に示すように、第２実施形態に係る発光装置１０は、導電性の部材からなるリードフレーム１１と、リードフレーム電極１２と、半導体発光素子１と、第１封止部材１５と、第２封止部材１６とから構成されている。
半導体発光素子１は、リードフレーム１１の凹形状に成形されたカップ１１ａ内にフェースアップ実装されており、一方の電極であるｎ側電極４（図１参照）がリードフレーム１１とワイヤ１３で電気的に接続され、他方の電極であるｐ側電極６（図１参照）がリードフレーム電極１２とワイヤ１４で電気的に接続されている。
また、リードフレーム１１のカップ１１ａ内は、透光性の第１封止部材１５が充填され、半導体発光素子１が外気から遮断されるように封止されている。この第１封止部材１５には、半導体発光素子１から放射される色（波長）の光を、異なる色（波長）の光に変換する色変換部材（波長変換部材）が含有されている。また、リードフレーム１１、リードフレーム電極１２、及びワイヤ１３，１４は、外形が砲弾形状をした透光性の第２封止部材１６によって覆われ、リードフレーム１１の下部及びリードフレーム電極１２の下部が、第２封止部材１６から突出している。

第１封止部材（封止部材）１５には、色変換部材として粒状の蛍光体が分散されている。なお、本実施形態では、特に断らない限り、発光装置１０は、半導体発光素子１が青色光を放射するＬＥＤ素子とし、色変換部材が半導体発光素子１が放射する青色光の一部を吸収して黄色光を発光する蛍光体とし、半導体発光素子が放射する青色光の一部と、色変換部材が変換した黄色光とを混色して白色光を出力するものとして説明する。
なお、発光装置１０の構成はこれに限定されるものではなく、半導体発光素子１の発光色、色変換部材の変換色も様々に組み合わせることができる。また、色変換部材は１種類ではなく、例えば、緑色光、赤色光に変換する複数種類の蛍光体を用いるようにしてもよい。また、色変換部材は、半導体発光素子１の放射する光の一部を色変換するのではなく、全部を変換するようにしてもよい。

第１封止部材１５及び第２封止部材１６は、透光性であれば特に限定されず、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。また、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂およびこれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた樹脂も利用できる。さらに、第１封止部材１５及び第２封止部材１６は有機物に限定されず、ガラス、シリカゲル等の耐光性に優れた無機物を用いることもできる。更にまた、第２封止部材１６の発光面側を所望の形状にすることによってレンズ効果を持たせることができる。また、第１封止部材１５と第２封止部材１６とは、同じ材料を用いてもよく、異なる材料を用いてもよい。

また、第１封止部材１５の屈折率は、半導体発光素子１の表面を被覆する保護層８（図１参照）の屈折率よりも大きくすることが好ましい。これによって、保護層８（図１参照）と第１封止部材１５との界面で、臨界角以上の入射角で入射した戻り光を全反射させることができる。これによって、発光装置１０から出力される光量を向上することができる。
例えば、保護層８（図１参照）として、屈折率１．４５のＳｉＯ_２を用いる場合は、屈折率１．５３のシリコーン樹脂、屈折率１．６程度のエポキシ樹脂などを用いることができる。

また、第１封止部材１５は、接着性を有していることが好ましい。第１封止部材１５に接着性を持たせることにより、半導体発光素子１と、これを載置させるリードフレーム１１の中央領域との固着性を高めることができる。接着性は、常温で接着性を示すものだけでなく、第１封止部材１５に所定の熱と圧力を加えることにより接着するものも含む。また第１封止部材１５の、固着強度を高めるために、温度や圧力を加える他、乾燥させることもできる。

（波長変換部材）
第１封止部材１５に含有される波長変換部材は、半導体発光素子１が放射する波長（色）の光で励起されて、励起光と異なる波長（色）の蛍光を発する蛍光物質などである。波長変換部材としては粒状の蛍光体を好適に用いることができる。粒状の蛍光体は、光散乱性及び光反射性を有するため、波長変換機能に加えて光散乱部材としても機能し、光の拡散効果を得ることができる。波長変換部材は、第１封止部材１５中にほぼ均一の割合で混合することも、部分的に偏在するように配合することもできる。例えば、半導体発光素子１から所定の距離だけ離間させることにより、半導体発光素子１で発生した熱が蛍光物質に伝達し難くして蛍光物質の劣化を抑制できる。また、波長変換部材は、第１封止部材１５中に、２種類以上を一様に混在させてもよいし、多層構造となるように分布させてもよい。

波長変換部材として用いる代表的な蛍光体としては、銅で賦活された硫化カドミ亜鉛やセリウムで賦活されたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体及びＬＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度かつ長時間の使用時においては（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。また、蛍光体としては、ガラスや樹脂に蛍光体を混合した蛍光体ガラスや蛍光体含有樹脂を用いてもよい。また、半導体発光素子１から発する熱に耐性のあるもの、使用環境に左右されない耐候性のあるものがより望ましい。

発光装置１０において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。すなわち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ、Ｌｕ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を混合させて、ＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Ｒａの高い照明や電球色ＬＥＤ等を実現することもできる。具体的には、半導体発光素子１の発光波長に合わせてＣＩＥ（国際照明委員会）の色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。

（添加部材）
また、第１封止部材１５及び第２封止部材１６は、半導体発光素子１が放射する光の少なくとも一部を反射又は散乱可能な光散乱部材を含有するようにしてもよい。光散乱部材としては、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム等の拡散剤、及び、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。

また、第１封止部材１５中の光散乱部材は、半導体発光素子１近傍に偏在して分布されることが好ましい。これにより半導体発光素子１からの放射光を反射又は散乱させる効果が高まる。これによって、発光装置１０から出力される光の出射角を広範囲とできるため全方向に拡散された光を得ることができる。

その他に、第１封止部材１５及び第２封止部材１６は、粘度増量剤、顔料など、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。例えば、外来光や半導体発光素子１から放射される不要な波長の光をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。

［発光装置の動作］
次に、図６を参照（適宜図１及び図２参照）して、第２実施形態に係る発光装置１０の動作について説明する。なお、ここでは、半導体発光素子１は青色光を発光し、第１封止部材１５に含有される色変換部材は青色光によって励起され、黄色光を放出するものとして説明する。但し、これは例示であって、本発明はこれに限定されるものではない。

発光装置１０は、リードフレーム１１及びリードフレーム電極１２を介して電流が供給されると、半導体発光素子１が、それぞれワイヤ１３及びワイヤ１４を介してｎ側電極４及びｐ側電極６に電流が供給されて、発光層３２から青色光を放射する。発光層３２から放射された青色光は、半導体積層体３及び基板２内を伝搬し、半導体積層体３の表面側から透光性の全面電極５及び保護層８を透過して半導体発光素子１から第１封止部材１５に入射される。

ここで、第１封止部材１５の屈折率が保護層８の屈折率よりも大きい場合は、両者の屈折率で定められる臨界角未満の入射角で入射した光は第１封止部材１５を伝搬し、第２封止部材１６を介して発光装置１０の外部に取り出される。すなわち、両者の屈折率で定められる臨界角よりも大きな入射角で保護層８に入射した戻り光は、保護層８と第１封止部材１５との界面で上方向に全反射される。そして、上方向に全反射された光は、第１封止部材１５及び第２封止部材１６を伝搬して、発光装置１０の外部に取り出される。

また、第１封止部材１５に入射した青色光は、その一部が第１封止部材１５の含有する色変換部材である蛍光体の粒子に吸収され、蛍光体の粒子から黄色の蛍光が放射される。このとき、蛍光体の粒子からは、ランダムな方向に蛍光が放射される。
蛍光体から上方向に放射された光は、ワイヤ１３，１４などによって下方向に反射される光を除き、第１封止部材１５及び第２封止部材１６を伝搬して、発光装置１０の外部に取り出される。
また、蛍光体から横方向に放射された光は、リードフレーム１１のカップ１１ａの傾斜した内側面で上方向に反射され、第１封止部材１５及び第２封止部材１６を伝搬して、発光装置１０の外部に取り出される。

また、蛍光体から下方向に放射された光及びワイヤ１３，１４などによって下方向に反射された光である戻り光の内で、ｎ側電極４及びｐ側電極６に向かって伝搬する光は、ｎ側電極４及びｐ側電極６上に設けられた反射層７によって上方向に反射され、第１封止部材１５及び第２封止部材１６を介して発光装置１０の外部に取り出される。
また、戻り光の内で、ｎ側電極４及びｐ側電極６が設けられた領域以外の保護層８に入射した光は、半導体発光素子１の内部の半導体各層の界面等で反射され再び半導体発光素子１から取り出される。

また、半導体発光素子１の発光層３２から放射された青色光の一部は、色変換部材によって色変換されることなく、第１封止部材１５及び第２封止部材１６を伝搬して発光装置１０の外部に取り出される。
以上のようにして、発光装置１０から出力される光は、黄色光と青色光とが混色して、白色光として観察される。

＜実施例１＞
次に、本発明の実施例について説明する。
まず、実施例１として、図１に示す構成の電極（ｎ側電極及びｐ側電極）及び反射層を有する第１実施形態に係る半導体発光素子を作製し、電極部における分光反射特性を測定した。
電極の構成は、接合層としてＡｕ層を用い、その上層にバリア層としてＷ層を、密着層としてＮｉ層を、順次に積層した構成とした。
なお、本実施例では、Ａｕ層、Ｗ層及びＮｉ層の膜厚は、それぞれ５００ｎｍ、３０ｎｍ及び６ｎｍとした。
更に、電極の最上層であるＮｉ層上に、反射層としてＳｉＯ_２層とＮｂ_２Ｏ_５層とを交互に１ペア〜７ペア積層し、最後に保護層としてＳｉＯ_２層を積層した。
なお、反射層におけるＳｉＯ_２層の膜厚は７８ｎｍとし、Ｎｂ_２Ｏ_５層の膜厚は４９ｎｍとした。また、保護層の膜厚は２３５ｎｍとした。
なお、本実施例では、ＹＡＧ系の黄色に発光する蛍光体の光のピーク波長である５６０ｎｍを高反射率が得られる波長域の中心波長（λ_０）とし、各誘電体多層膜の膜厚をλ_０／４ｎ_ｉ、保護層の膜厚を３λ_０／４ｎ_ｉ（但し、ｎ_ｉは各層の屈折率）となるように設定したものである。
また、比較例として、電極の構成を本実施例と同じとし、反射層を設けずに本実施例と同じ膜厚の保護層を形成した半導体発光素子を作製し、電極部の分光反射特性を測定した。

実施例及び比較例の半導体発光素子の電極部の分光反射特性の測定結果を図７に示す。なお、図７において、「Ｒｅｆ」で示したものが、比較例の測定結果である。
図７に示すように、誘電体多層膜からなる反射層を設けない比較例（Ｒｅｆ）において、５６０ｎｍ付近における反射率が５５％である。これに対して、誘電体多層膜からなる反射層を設けた実施例（１ペア〜７ペア）においては、５６０ｎｍ付近を中心として、前後の数十ｎｍの波長域の反射率が向上しているのが分かる。この波長域の反射率は、ペア数が増加するほど高くなっており、３ペア以上とすることで、９０％以上の反射率が得られることが分かる。

＜実施例２＞
次に、実施例２として、第２実施形態に係る発光装置を作製し、発光装置としての出力光の分光発光特性を測定した。
実施例２の発光装置は、半導体発光素子として、窒化ガリウム系の化合物半導体を用いた青色光を放射するＬＥＤを用い、色変換部材として、黄色の蛍光を発するＹＡＧ系の蛍光体を用いた。

実施例２の発光装置の分光発光特性の測定結果を図８に示す。
図８に示すように、実施例２の発光装置は、半導体発光素子が放射する４５０ｎｍ付近に発光ピークを有する青色光と、５６０ｎｍ付近に発光ピークを有するＹＡＧ系蛍光体の黄色光とが混色した分光発光特性（発光スペクトル）を示している。ＹＡＧ系蛍光体の発光は、ブロードなスペクトルを有することが分かる。

＜実施例３＞
次に、実施例３として、第２実施形態に係る発光装置を作製し、順方向電圧と発光出力とを測定した。また、比較例として、実施例３において誘電体多層膜からなる反射層を有さない構成の発光装置を作製し、順方向電圧と発光出力とを測定した。また、半導体発光素子は、図１（ａ）に示した平面視の電極構成を有し、横方向のチップサイズが７５０μｍ、縦方向のチップサイズが５５０μｍである。なお、電極の積層構造は実施例１における半導体発光素子と同じであり、また、半導体発光素子の表面には、反射層としてＳｉＯ_２層とＮｂ_２Ｏ_５層とを交互に３ペア積層し、最後に保護層としてＳｉＯ_２層を積層した。ここで、反射層におけるＳｉＯ_２層の膜厚は７８ｎｍとし、Ｎｂ_２Ｏ_５層の膜厚は４９ｎｍとした。また、保護層の膜厚は２３５ｎｍとした。
また、色変換部材として、図８に示した分光発光特性を有するＹＡＧ系蛍光体を用いた。

表１に測定結果を示す。なお、表１において、サンプル１とサンプル２とは製造ロットが異なり、各ロットについて、実施例及び比較例それぞれ５個の発光装置を作製した。表１に示した数値は、同じロットの５個の発光装置の測定値の平均値である。また、表２の最下段に示す「平均」は、２つのロットについての平均である。

表１に示すように、何れのロットも、誘電体多層膜からなる反射層を有さない比較例に比べて、順方向電圧（Ｖｆ）はほぼ同じである。発光出力（φｖ）は、サンプル１の実施例が比較例に比べて０．６８％高く、サンプル２の実施例が比較例に比べて１．３０％高くなっている。両ロットを平均すると、実施例は比較例に対して、発光出力が約１％向上しているのが分かる。

すなわち、実施例の発光装置では、波長変換部材であるＹＡＧ系蛍光体からの戻り光を、誘電体多層膜からなる反射層によって効果的に光取り出し方向に反射され、発光装置としての出力が向上することが確認された。

１ 半導体発光素子
２ 基板
３ 半導体積層体
３１ ｎ型半導体層（第１半導体層）
３２ 発光層
３３ ｐ型半導体層（第２半導体層）
３ａ 段差部
４ ｎ側電極（電極）
４ａ 接合部
４ｂ 延長部
５ 全面電極
６ ｐ側電極（電極）
６ａ 接合部
６ｂ 延長部
６１ Ｔｉ層
６２ Ｒｈ層
６３ Ｗ層
６４ Ａｕ層
６５ Ｗ層
６６ Ｎｉ層
７ 反射層（誘電体多層膜）
７１ 誘電体層
７２ 誘電体層
８ 保護層
１０ 発光素子
１１ リードフレーム
１１ａ カップ
１２ リードフレーム電極
１３，１４ ワイヤ
１５ 第１封止部材（封止部材）
１６ 第２封止部材

Claims (7)

1. 半導体積層体と、
   前記半導体積層体上の光取り出し面側に設けられるパッド電極と、
   前記半導体積層体上及び前記パッド電極上を被覆する保護層と、
   前記パッド電極と前記保護層との間に、ＤＢＲ膜と、を有し、
   前記保護層の屈折率は、前記ＤＢＲ膜の最上層と異なる屈折率であり、
   前記保護層の前記ＤＢＲ膜の上面と接する領域の膜厚が、３・λ／４ｎ _１ （但し、λは所定の波長、ｎ _１ は保護層の屈折率）であることを特徴とする半導体発光素子。
2. 半導体積層体と、
   前記半導体積層体上の光取り出し面側に設けられるパッド電極と、
   前記半導体積層体上及び前記パッド電極上を被覆する保護層と、
   前記パッド電極と前記保護層との間に、ＤＢＲ膜と、を有し、
   前記保護層の屈折率は、前記ＤＢＲ膜の最上層とほぼ同じ屈折率であり、
   前記保護層の前記ＤＢＲ膜の上面と接する領域及び前記ＤＢＲ膜の最上層の合計膜厚が、３・λ／４ｎ _１ （但し、λは所定の波長、ｎ _１ は保護層の屈折率）であることを特徴とする半導体発光素子。
3. 前記ＤＢＲ膜における各層の膜厚は、λ／４ｎ_２（但し、λは所定の波長、ｎ_２は各層の誘電体の屈折率）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。
4. 前記保護層は、前記ＤＢＲ膜の上面と接する領域の膜厚よりも、それ以外の領域の膜厚の方が薄いことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体発光素子。
5. 前記保護層はＳｉＯ_２からなり、
   前記ＤＢＲ膜は、前記保護層側から順にＮｂ_２Ｏ_５からなる誘電体膜と、ＳｉＯ_２からなる誘電体膜とが交互に積層された複数組の誘電体膜から構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項１を引用する請求項３若しくは請求項４の何れか一項に記載の半導体発光素子。
6. 前記請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の半導体発光素子と、
   前記保護層に接して前記半導体発光素子を被覆する封止部材と、を有し、
   前記封止部材の屈折率が、前記保護層の屈折率よりも高いことを特徴とする発光装置。
7. 前記封止部材は、前記半導体発光素子が発光する波長の光を吸収し、当該波長と異なる波長の光を発光する波長変換部材を含有することを特徴とする請求項６に記載の発光装置。

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