JP5543164B2

JP5543164B2 - 発光素子

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Publication number: JP5543164B2
Application number: JP2009221344A
Authority: JP
Inventors: 真央神谷
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP2011071340A

Description

本発明は、透明電極を備える発光素子に関する。

従来、透光性基板と、透光性基板上に形成されたｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成され、ｐ型窒化物半導体層が露出した複数のオープン領域を有するメッシュ構造からなるメッシュ型誘電体層と、メッシュ型誘電体層及びｐ型窒化物半導体層が露出したオープン領域上に形成された高反射性オーミックコンタクト層と、高反射性オーミックコンタクト層及びｎ型窒化物半導体層上にそれぞれ形成された、ｐ側ボンディング電極及びｎ側電極とを備えるフリップチップ用窒化物半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の半導体発光素子は、メッシュ構造を有する誘電体層を用い、このメッシュ構造を有する誘電体層のオープン領域に高反射性のオーミックコンタクト層を形成することによりｎ側電極の隣接部分に集中する電流を減少させることができるので、順方向電圧の低下と発光効率の向上とを図ることができる。

特開２００５−３４７７２８号公報

しかし、特許文献１に記載の半導体発光素子は、メッシュ構造の誘電体層上、及びオープン領域にオーミックコンタクト層を形成しており、光の一部はオーミックコンタクト層において反射されるものの、オーミックコンタクト層において吸収される光の量の抑制には限界がある。

したがって、本発明の目的は、光取り出し効率を向上させることのできる発光素子を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、第１導電型の半導体層と、発光層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層とを含む窒化物化合物半導体からなる半導体積層構造と、前記第２導電型の半導体層の表面の一部に設けられる透明中間部であって前記第２導電型の半導体層の屈折率より低い屈折率を有することにより前記発光層からの光の一部を前記第２導電型の半導体層との界面で全反射させる透明中間部と、前記透明中間部上及び前記第２導電型の半導体層上に設けられ、前記透明中間部の屈折率より高い屈折率を有するとともに前記第２導電型の半導体層の屈折率より低い屈折率を有することにより前記発光層からの光の一部を前記第２導電型の半導体層との界面で全反射させる透明電極と、前記透明電極の上方に設けられる反射膜層と、を備え、前記透明中間部は、前記透明電極の透過率より高い透過率を有する材料からなり、前記第２導電型の半導体層と前記反射膜層との間にあって前記第２導電型の半導体層に接して複数設けられる発光素子が提供される。

上記発光素子において、前記反射膜層は、前記透明電極に電気的に接続する金属材料あるいは合金材料であり、前記複数の透明中間部は、前記第２導電型の半導体層あるいは前記透明電極の平面視における面積に対して１０％以上４０％以下の面積を占める。

上記発光素子において、透明中間部は、互いに異なる屈折率の複数の層から形成されてもよい。

上記発光素子において、透明中間部は、ＳｉＯ_２、又はＡｌ_２Ｏ_３からなり、透明電極は、ＩＴＯからなることが好ましい。

上記発光素子において、複数の透明中間部は、前記第２導電型の半導体層上に、第１の軸、及び第１の軸に直交する第２の軸に沿って周期的に配置されてもよい。

また、上記発光素子は、透明中間部は、第２導電型の半導体層上に格子状に設けられてもよい。

また、上記発光素子は、反射膜層は、絶縁材料に覆われて設けられ、絶縁材料は、透明電極と外部の電極とを電気的に接続させる開口を有することもできる。

また、上記発光素子は、複数の透明中間部の少なくとも一部は、開口の直下に設けられてもよい。

本発明に係る発光素子によれば、光取り出し効率を向上させることのできる発光素子を提供できる。

図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の縦断面図である。図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の平面図である。図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る透明中間部の配置を示す図である。図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の概要図である。図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の概要図である。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の縦断面図である。図４は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置を示す図である。図５は、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置を示す図である。図６は、本発明の第５の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置を示す図である。本発明の第６の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置を示す図である。

［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の縦断面の概要を示し、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の上面の概要を示す。なお、図１Ａは、図１ＢのＡ−Ａ線における縦断面の概要を示している。

（発光素子１の構成）
本発明の第１の実施の形態に係る発光素子１は、図１Ａに示すように、Ｃ面（０００１）を有するサファイア基板１０と、サファイア基板１０上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられるｎ型半導体層であるｎ側コンタクト層２２と、ｎ側コンタクト層２２上に設けられるｎ側クラッド層２４と、ｎ側クラッド層２４上に設けられる発光層２５と、発光層２５上に設けられるｐ側クラッド層２６と、ｐ側クラッド層２６上に設けられるｐ型半導体層であるｐ側コンタクト層２８とを含む半導体積層構造を備える。

また、発光素子１は、ｐ側コンタクト層２８から少なくともｎ側コンタクト層２２の表面までエッチングして除去することにより露出したｎ側コンタクト層２２上に設けられるｎ電極３２と、ｐ側コンタクト層２８上の一部の領域に設けられる透明中間部４０と、透明中間部４０が設けられたｐ側コンタクト層２８上に設けられるｐ電極としての透明電極３０と、透明電極３０上に設けられる反射膜層としての反射電極５０と、反射電極５０上に設けられるｐ側接合電極６０と、ｎ電極３２上に設けられるｎ側接合電極６２とを備える。なお、ｐ側接合電極６０及びｎ側接合電極６２は、反射電極５０又はｎ電極３２側からバリア層とはんだ層とを有して形成することができる。

ここで、バッファ層２０と、ｎ側コンタクト層２２と、ｎ側クラッド層２４と、発光層２５と、ｐ側クラッド層２６と、ｐ側コンタクト層２８とはそれぞれ、III族窒化物化合物半導体からなる層である。III族窒化物化合物半導体は、例えば、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の四元系のIII族窒化物化合物半導体を用いることができ、また、ＡｌＮ、ＧａＮ、又はＩｎＮ等の２元系のIII族窒化物化合物半導体、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ、又はＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（ただし、０＜ｘ＜１）の３元系のIII族窒化物化合物半導体を用いることもできる。

本実施形態においては、バッファ層２０は、ＡｌＮから形成される。そして、ｎ側コンタクト層２２とｎ側クラッド層２４とは、所定量のｎ型ドーパント（例えば、Ｓｉ）をそれぞれドーピングしたｎ−ＧａＮからそれぞれ形成される。また、発光層２５は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮから形成される多重量子井戸構造を有する。更に、ｐ側クラッド層２６とｐ側コンタクト層２８とは、所定量のｐ型ドーパント（例えば、Ｍｇ）をドーピングしたｐ−ＧａＮからそれぞれ形成される。

また、本実施形態において透明電極３０は、透明中間部４０の屈折率よりも高い屈折率を有する酸化物半導体を含んで形成される。透明電極３０は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成することができる。透明電極３０は、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の厚さを有して形成される。また、透明中間部４０は、ｐ側コンタクト層２８及び透明電極３０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる。また、透明中間部４０は、発光層２５から放射される波長域の光の透過率が透明電極３０を構成する材料の透過率以上の材料からなる。例えば、透明中間部４０は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の絶縁材料から形成することができる。すなわち、本実施の形態に係る透明中間部４０は、透明中間部４０に入射する光を全反射させることを目的として、ｐ側コンタクト層２０を構成する材料の屈折率、及び透明電極３０を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する材料であると共に、透明中間部４０に余分な光を吸収させないことを目的として、透明電極３０を構成する材料の透過率よりも高い透過率を有する材料を用いて構成される。なお、透明中間部４０は、互いに異なる屈折率の第１透明中間部及び第２透明中間部のペアを所定の繰り返し単位数だけ含んだ積層構造にすることもできる。

ｎ電極３２は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、ｎ側コンタクト層２２上に形成され、ｎ側クラッド層２４からｐ側コンタクト層２８までの複数の化合物半導体層から構成されるメサ部分から離れた位置に設けられる。具体的に、図１Ｂに破線で示すように、ｎ電極３２は、平面視にて全体として櫛状に形成され、発光素子１の所定の一辺に沿って延びる辺部と、当該辺部から発光素子１の対辺に向けて延びる複数の細線部分３２ａ〜３２ｆと、を有している。各細線部分３２ａ〜３２ｆは、互いに平行に並べられ、辺部により基端が互いに電気的に接続されている。そして、ｎ電極３２に電気的に接続するｎ側接合電極６２が、発光素子１の隣接する２つの角部に設けられる。

ｎ電極３２は、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｖ、Ｉｒ、及びＲｈの金属よりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属を含んで形成される。例えば、ｎ側コンタクト層２２をｎ型のＧａＮから形成する場合、ｎ電極３２を、ｎ側コンタクト層２２の側からＮｉ層とＡｕ層とを含んで形成させてもよいし、ｎ側コンタクト層２２の側からＣｒ層とＡｕ層とを含んで形成してもよい。

透明電極３０は、透明中間部４０を覆うようにｐ側コンタクト層２８上の全体に設けられる。具体的に、図１Ｂに破線で示すように、透明電極３０は、各細線部分３２ａ〜３２ｆの間に配置され互いに平行な複数の帯状部分３０ａ〜３０ｅを有し、各帯状部分３０ａ〜３０ｅの一端が互いに電気的に接続されている。すなわち、透明電極３０は、ｎ電極３２と反対向きの櫛状を呈している。なお、図１Ｂでは、ｐ側接合電極６０が表面に露出しているので、透明電極３０、及び透明中間部４０を直接的に確認することはできない。

透明電極３０上の反射電極５０は、発光層２５が発する光を反射する金属材料から形成する。反射電極５０は、例えば、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｌを含む金属材料、若しくはＡｇ、Ｒｈ、及び／又はＡｌの合金材料から形成することができる。

反射電極５０上のｐ側接合電極６０は、透明電極３０の各帯状部分３０ａ〜３０ｅの上方にそれぞれ形成され、平面視にて帯状に形成される。尚、発光素子１の２つの角部に設けられるｎ側接合電極６２は、平面視にて略正方形状に形成される。ｐ側接合電極６０及びｎ側接合電極６２は、反射電極５０及びｎ電極３２との接触部分に主としてＴｉから構成される金属層をバリア層として有する。また、ｐ側接合電極６０及びｎ側接合電極６２は、バリア層上に、共晶材料、例えば、ＡｕＳｎから形成されるはんだ層を有することができる。はんだ層は、例えば、真空蒸着法（例えば、電子ビーム蒸着法、又は抵抗加熱蒸着法等）、スパッタ法、めっき法、スクリーン印刷法等により形成することができる。また、はんだ層は、ＡｕＳｎ以外の共晶材料からなる共晶はんだ又はＳｎＡｇＣｕ等の鉛フリーはんだから形成することもできる。

具体的に、バリア層は、ｎ電極３２、及び反射電極５０に接触する第１のバリア層と、第１のバリア層上に形成され、はんだ層を構成する材料の拡散を抑制する第２のバリア層とを含んで形成することができる。第１のバリア層は、ｎ電極３２を構成する材料、及び反射電極５０を構成する材料に対してオーミック接触すると共に密着性が良好な材料から形成され、例えば、Ｔｉから主として形成される。また、第２のバリア層は、はんだ層を構成する材料がｎ電極３２、及び反射電極５０側に拡散することを抑制することのできる材料から形成され、例えば、Ｎｉから主として形成される。

なお、ｐ側接合電極６０及びｎ側接合電極６２のバリア層は、第１のバリア層及び第２のバリア層を１つのペア層として、複数のペア層を含むこともできる。バリア層が複数のペア層を含むことにより、はんだ層を構成する材料の拡散を更に抑制できる。そして、バリア層の第１のバリア層の膜厚は、例えば、１５０ｎｍ程度であり、第２のバリア層の膜厚は、例えば、１００ｎｍ若しくは１５０ｎｍ程度である。更に、はんだ層は、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下の厚さを有して形成される。

（透明中間部４０の配置の詳細）
図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置概要を部分的に示す。

本実施形態に係る透明中間部４０はｐ側コンタクト層２８の表面の一部に設けられる。透明電極３０は、透明中間部４０の非形成領域を介してｐ側コンタクト層２８に電気的に接触する。

具体的に、本実施形態に係る透明中間部４０は、複数の透明中間部４０ａ〜４０ｉを有し、各透明中間部４０は、平面視にてｐ側コンタクト層２８上に規則的に配置される。例えば、複数の透明中間部は、ｐ側コンタクト層２８上に第１の軸（図１Ｃ中であれば縦方向の軸）とこれに直交する第２の軸（図１Ｃ中であれば横方向の軸）とを想定した場合に、第１の軸及び第２の軸に沿って周期的に配置される。ここで、図１Ｃにおいては、説明のため第１の軸を縦方向とし第２の軸を横方向としているが、実際には図１Ｂに示すように、第１の軸及び第２の軸を帯状部分３０ａ〜３０ｅに対して所定角度（図１Ｂ中では４５度）だけ傾斜させている。本実施形態においては、第１の軸及び第２の軸について隣接する透明中間部同士の間隔は一定となっており、各透明中間部４０ａ〜４０ｉは、マトリックスの格子点に対応する位置に設けられている。尚、透明中間部４０ａ〜４０ｉの平面視における形状は、円形、多角形（例えば、三角形、四角形、五角形、六角形等）であってよい。また、第１の軸と第２の軸とのなす角は鋭角であってもよい。

透明中間部４０ａ〜４０ｉの直径、及び透明中間部同士の間隔は、透明電極３０とｐ側コンタクト層２８との間の抵抗増加の最小化、及びｐ側コンタクト層２８と透明中間部４０との界面にて発光層２５から発せられる光が全反射される割合の最大化を目的として、例えば、直径が２μｍ以上２０μｍ以下であり、厚さが５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、間隔が２μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。また、ｐ側コンタクト層２８又は透明電極３０の平面視における面積に占める透明中間部４０の面積の割合が１０％以上４０％以下になるようにすることもできる。

以上のように構成された発光素子１は、青色領域の波長の光を発するフリップチップ型の発光ダイオード（ＬＥＤ）である。例えば、発光素子１は、順電圧が３．２Ｖで、順電流が３５０ｍＡの場合に、ピーク波長が４５０ｎｍの光を発する。また、発光素子１は平面視にて略四角形状に形成され、例えば、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略１ｍｍである。なお、発光素子１は、ｐ電極及びｎ電極が同一面側に設けられているので、上記のようなフリップチップ型のＬＥＤの他、フェイスアップ型のＬＥＤ、垂直発光型のＬＥＤ（すなわち、成長基板上に半導体積層構造を形成し、成長基板の反対側の半導体積層構造の表面に異種基板を貼り付け、その後、成長基板を取り除くことにより形成されるＬＥＤ）に適用することもできる。

サファイア基板１０の上に設けられるバッファ層２０からｐ側コンタクト層２８までの各層は、例えば、有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition : MOCVD）、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy : MBE）、ハライド気相エピタキシー法（Halide Vapor Phase Epitaxy : HVPE）等によって形成することができる。ここで、バッファ層２０がＡｌＮから形成されるものを例示したが、バッファ層２０はＧａＮから形成することもできる。また、発光層２５の量子井戸構造は、多重量子井戸構造でなく、単一量子井戸構造、歪量子井戸構造にすることもできる。

更に、発光素子１は、紫外領域、近紫外領域、又は緑色領域にピーク波長を有する光を発するＬＥＤであってもよいが、ＬＥＤが発する光のピーク波長の領域はこれらに限定されない。なお、他の変形例においては、発光素子１の平面寸法はこれに限られない。例えば、発光素子１の平面寸法を縦寸法及び横寸法がそれぞれ３００μｍになるよう設計することもでき、縦寸法と横寸法とを互いに異なるようにすることもできる。

（発光素子１の製造工程）
図２Ａから図２Ｂは、第１の実施の形態に係る発光素子の製造工程の一例を示す。具体的に、図２Ａの（ａ）は、ｎ側コンタクト層の表面を露出させるためのエッチングが施される前の縦断面図である。図２Ａの（ｂ）は、ｎ側コンタクト層の表面を露出させるためのエッチングが施された後の縦断面図である。また、図２Ａの（ｃ）は、ｐ側コンタクト層上にマスクが形成された状態の縦断面図である。そして、図２Ｂの（ａ）は、透明中間部を形成した後の縦断面図である。図２Ｂの（ｂ）は、透明電極及びｎ電極を形成した後の縦断面図である。図２Ｂの（ｃ）は、接合電極を形成した後の縦断面図である。

まず、サファイア基板１０を準備して、このサファイア基板１０の上に、ｎ型半導体層と、発光層と、ｐ型半導体層とをこの順で積層し、半導体積層構造を形成する。具体的には、サファイア基板１０上に、バッファ層２０と、ｎ側コンタクト層２２と、ｎ側クラッド層２４と、発光層２５と、ｐ側クラッド層２６と、ｐ側コンタクト層２８とをこの順にエピタキシャル成長してエピタキシャル成長基板を形成する（半導体積層構造形成工程）。

続いて、フォトレジストによるマスク２００をエピタキシャル成長基板のｐ側コンタクト層２８上にフォトリソグラフィー技術を用いて形成する（図２Ａ（ａ））。次に、マスク２００が形成された部分を除く一部の領域を、ｐ側コンタクト層２８からｎ側コンタクト層２２の表面までエッチングした後、マスク２００を除去する。これにより、ｎ側クラッド層２４からｐ側コンタクト層２８までの複数の化合物半導体層から構成されるメサ部分が形成され、ｎ側コンタクト層２２の表面の一部が露出する（図２Ａ（ｂ）、除去工程）。なお、除去工程においては、マスク２００が形成されていない部分のｎ側クラッド層２４からｐ側コンタクト層２８までを完全に除去することを目的として、ｎ側コンタクト層２２の一部までエッチングする。

この後、露出しているｎ側コンタクト層２２の表面、メサ部分の側面、及びｐ側コンタクト層２８の表面（すなわち、メサ部分の上面）を覆うように透明中間部４０を形成する。例えば、透明中間部４０を構成する材料としてＳｉＯ_２を用い、真空蒸着法により形成することができる。そして、透明中間部４０を残す領域上にマスク２０２を形成して、マスク２０２が形成されていない部分にエッチングを施す。これにより、図２Ｂ（ａ）に示すように、透明中間部４０が形成される（透明中間部形成工程）。

続いて、透明中間部４０が形成されたｐ側コンタクト層２８上に透明電極３０を形成する（透明電極形成工程）。例えば、露出しているｎ側コンタクト層２２の表面、メサ部分の側面、及び透明中間部４０が形成されたｐ側コンタクト層２８の表面を覆うように透明電極３０を形成する。そして、ｐ側コンタクト層２８の上方にマスクを形成して、マスクが形成されていない部分にエッチングを施すことにより透明電極３０を形成する。なお、透明電極３０は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法、又はゾルゲル法等により形成することもできる。

次に、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、ｎ電極３２をｎ側コンタクト層２２の表面の予め定められた一部の領域に形成する（図２Ｂ（ｂ）、ｎ電極形成工程）。なお、ｎ電極３２と、透明電極３０とを形成した後、ｎ側コンタクト層２２とｎ電極３２との間、及び透明電極３０とｐ側コンタクト層２８との間のオーミック接触と密着性とを確保すべく、所定の温度、所定の雰囲気下で、所定の時間の熱処理を施すこともできる。

続いて、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、透明電極３０上に反射電極５０を形成する（反射電極形成工程）。そして、真空蒸着法及びフォトリソグラフィー技術を用いて、反射電極５０上にｐ側接合電極６０を形成すると共に、ｎ電極３２上にｎ側接合電極６２を形成する（接合電極形成工程）。なお、接合電極形成工程は、反射電極５０に接触するバリア層、及びｎ電極３２に接触するバリア層を形成するバリア層形成工程と、バリア層上にはんだ層を形成するはんだ層形成工程とを含むことができる。これにより、バリア層とはんだ層とからなるｐ側接合電極６０、及びｎ側接合電極６２が形成され、図２Ｂ（ｃ）に示す発光素子１が製造される。

以上の工程を経て形成された発光素子１は、導電性材料の配線パターンが予め形成されたセラミック等から構成される基板の所定の位置に、フリップチップボンディングにより実装される。そして、基板に実装された発光素子１を、封止材で一体として封止することにより、発光素子１を発光装置としてパッケージ化できる。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態に係る発光素子１は、ｐ側コンタクト層２６上の一部に透明電極３０を構成する材料の屈折率よりも低い屈折率の材料を含んで形成される透明中間部４０を設け、透明中間部４０を設けたｐ側コンタクト層２６上に透明中間部４０を覆うように透明電極３０を形成したので、横方向（すなわち、シート方向（水平方向））への電流拡散を透明中間部４０が設けられていない場合と同様に少なくすることができ、透明中間部４０を設けても発光素子１の駆動電圧が上昇することを防止できる。更に、本実施の形態に係る発光素子１は上記のような構成を備えるので、ｐ側コンタクト層２８に対してオーミックコンタクトを取りにくい材料から透明電極３０を形成してもよく、また、抵抗がある程度高い材料から透明電極３０を形成してもよい。更に、発光素子１は、反射率の高い材料を用いて反射電極５０を形成できるので、反射電極５０における光の吸収を減少できる。これにより、本実施の形態に係る発光素子１においては、反射率の高い材料の選択の幅を広げることができる。

また、本実施の形態に係る発光素子１は、ｐ側コンタクト層２６と透明電極３０との間の一部に透明中間部４０を設けたので、発光層２５から発せられる光のうち、ｐ側コンタクト層２６と透明中間部４０との界面に入射する光の一部を当該界面において全反射させることができる。また、透明電極３０とｐ側コンタクト層２６との界面においても光の一部を全反射させることができる。これにより、透明電極３０及び反射電極５０に入射する光が減少するので、透明電極３０及び反射電極５０において吸収される光を低減できる。そして、透明電極３０は透明中間部４０を除く領域においてｐ側コンタクト層２８に一体として接触しているので、透明電極３０のコンタクト抵抗の増加を抑制できる。したがって、本実施の形態に係る発光素子１によれば、透明電極３０のコンタクト抵抗を低く維持したまま、光取り出し効率を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の縦断面の概要を示す。

第２の実施の形態に係る発光素子２は、反射膜層である反射層５５を絶縁層で挟んでいる点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第２の実施の形態に係る発光素子２は、サファイア基板１０と、サファイア基板１０上に設けられるバッファ層２０と、バッファ層２０上に設けられるｎ側コンタクト層２２と、ｎ側コンタクト層２２上に設けられるｎ側クラッド層２４と、ｎ側クラッド層２４上に設けられる発光層２５と、発光層２５上に設けられるｐ側クラッド層２６と、ｐ側クラッド層２６上に設けられるｐ側コンタクト層２８とを含む半導体積層構造を備える。

また、発光素子２は、ｐ側コンタクト層２８から少なくともｎ側コンタクト層２２の表面までエッチングして除去することにより露出したｎ側コンタクト層２２上に設けられるｎ電極３２と、ｐ側コンタクト層２８上の一部の領域に設けられる透明中間部４０と、透明中間部４０が設けられたｐ側コンタクト層２８上に設けられる透明電極３０と、露出したｎ側コンタクト層２２、メサ部分の側面、及び透明電極３０上面の一部を被覆する絶縁層７０と、絶縁層７０上の一部に設けられる反射層５５と、絶縁層７０の開口７０ａを介して透明電極３０に電気的に接続するｐ側接合電極６０と、ｎ電極３２上に設けられるｎ側接合電極６２とを備える。ここで、本実施の形態において反射層５５は、絶縁層７０内に設けられる。すなわち、反射膜層としての反射層５５は、外部から電気的に絶縁される。

反射層５５は、発光層２５が発する光を反射するＡｇ等の金属材料、又は互いに異なる屈折率を有する絶縁膜のペアを有するＤＢＲ層等から構成することができる。また、絶縁層７０は、ＳｉＯ_２、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等の酸化物、若しくはポリイミド等の電気絶縁性を有する樹脂材料から形成することができる。また、透明中間部４０は、反射層５５の開口部直下に優先的に複数設けることもできる。この場合、反射率の低い接合電極６０に入射する光を低減させることができ、発光素子２の光取り出し効率を向上させることができる。

また、第２の実施の形態に係る発光素子２においては、反射層５５が絶縁層７０に挟まれているので、発光素子２に高電流を流したとしても、エレクトロマイグレーションによる反射層５５の特性の劣化が生じない。

［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置概要を部分的に示す。

第３の実施の形態に係る発光素子は、第１の実施の形態に係る発光素子１とは透明中間部の配置が異なる点を除き、略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る発光素子が備える透明中間部４０は、ｐ側コンタクト層２８上に不規則に複数個、配置される。透明中間部４０の平面視における形状は円形、多角形等にすることができる。透明中間部４０を円状にした場合、その直径は、２μｍ以上２０μｍ以下にすることができ、例えば、ｐ側コンタクト層２８又は透明電極３０の平面視における面積に占める透明中間部４０の面積の割合を、１０％以上４０％以下にすることができる。

［第４の実施の形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置概要を部分的に示す。

第４の実施の形態に係る発光素子は、第１の実施の形態に係る発光素子１とは透明中間部の形状が異なる点を除き、略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態に係る発光素子が備える透明中間部４２は、ｐ側コンタクト層２８上に複数の部分が別個独立に形成されているわけでなく、全体として一体的に形成されている。具体的に、透明中間部４２は、平面視にて格子状に設けられる。ここで格子とは、所定の平面において複数の直線を互いに交わるように組み合わせてなる形状であり、交わる２本の直線のなす角αは０°＜α≦９０°である。ただし、格子点は、２本の直線によって形成される。本実施形態においては、αは９０°である。なお、透明中間部４２の形状は任意であり、例えば、ｐ側コンタクト層２８が露出する領域の形状を、平面視にて矩形状、多角形状、円形状等にすることができるし、露出する複数の領域の形状が別個の形状を呈していてもよい。

［第５の実施の形態］
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置概要を部分的に示す。

第５の実施の形態に係る発光素子は、第１の実施の形態に係る発光素子１とは透明中間部の形状が異なる点を除き、略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第５の実施の形態に係る発光素子が備える透明中間部は、ドット状透明中間部４４と、ドット状透明中間部４４間に設けられる連結部４６とを有して形成される。ドット状透明中間部４４は、例えば、マトリックスの格子点に対応する位置に平面視にて円形状に設けられ、連結部４６は、各格子点を結ぶ線上に平面視にて線状に設けられる。連結部４６は、一の格子点に隣接する他の格子点のうち、当該一の格子点からの直線距離が最短である他の格子点と当該一の格子点とを連結する。

［第６の実施の形態］
図７は、本発明の第６の実施の形態に係る発光素子の透明中間部の配置概要を部分的に示す。

第６の実施の形態に係る発光素子は、第１の実施の形態に係る発光素子１とは透明中間部の形状が異なる点を除き、略同一の構成及び機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

第６の実施の形態に係る発光素子が備える透明中間部４８は、平面視にて略長方形状に形成される。そして、複数の透明中間部４８は、間隔をおいてｐ側コンタクト層２８上に配置される。例えば、ｐ側コンタクト層２８又は透明電極３０の平面視における面積に占める透明中間部４０の面積の割合を、１０％以上４０％以下にすることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２発光素子
１０サファイア基板
２０バッファ層
２２ｎ側コンタクト層
２４ｎ側クラッド層
２５発光層
２６ｐ側クラッド層
２８ｐ側コンタクト層
３０透明電極
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ帯状部分
３２ｎ電極
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ細線部分
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ透明中間部
４０ｅ、４０ｆ、４０ｇ、４０ｈ、４０ｉ透明中間部
４２メッシュ状透明中間部
４４ドット状透明中間部
４６連結部
４８透明中間部
５０反射電極
５５反射層
６０、６２接合電極
７０絶縁層
７０ａ開口
２００、２０２マスク

Claims

第１導電型の半導体層と、発光層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の半導体層とを含む窒化物化合物半導体からなる半導体積層構造と、
前記第２導電型の半導体層の表面の一部に設けられる透明中間部であって前記第２導電型の半導体層の屈折率より低い屈折率を有することにより前記発光層からの光の一部を前記第２導電型の半導体層との界面で全反射させる透明中間部と、
前記透明中間部上及び前記第２導電型の半導体層上に設けられ、前記透明中間部の屈折率より高い屈折率を有するとともに前記第２導電型の半導体層の屈折率より低い屈折率を有することにより前記発光層からの光の一部を前記第２導電型の半導体層との界面で全反射させる透明電極と、
前記透明電極の上方に設けられる反射膜層と、を備え、
前記透明中間部は、前記透明電極の透過率より高い透過率を有する材料からなり、前記第２導電型の半導体層と前記反射膜層との間にあって前記第２導電型の半導体層に接して複数設けられる発光素子。
前記反射膜層は、前記透明電極に電気的に接続する金属材料あるいは合金材料であり、
前記複数の透明中間部は、前記第２導電型の半導体層あるいは前記透明電極の平面視における面積に対して１０％以上４０％以下の面積を占める請求項１に記載の発光素子。
前記透明中間部は、互いに異なる屈折率の複数の層からなる請求項１に記載の発光素子。
前記複数の透明中間部は、ＳｉＯ_２、又はＡｌ_２Ｏ_３からなり、
前記透明電極は、ＩＴＯからなる請求項１に記載の発光素子。
前記複数の透明中間部は、前記第２導電型の半導体層上に、第１の軸、及び前記第１の軸に直交する第２の軸に沿って周期的に配置される請求項１に記載の発光素子。
前記複数の透明中間部は、前記第２導電型の半導体層上に格子状に設けられる請求項４に記載の発光素子。
前記反射膜層は、絶縁材料内に設けられることによって外部から電気的に絶縁されており、
前記絶縁材料は、前記透明電極と外部の電極とを電気的に接続させる開口を有する請求項１に記載の発光素子。
前記複数の透明中間部の少なくとも一部は、前記開口の直下に設けられる請求項７に記載の発光素子。