JP2012164930A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させるとともに、半導体発光素子に設けられた電極におけるクラックの発生を抑制する。
【解決手段】半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０およびｐ型半導体層１６０と、ｐ型半導体層１６０の上に積層される透明導電層１７０と、透明導電層１７０の上および露出するｎ型半導体層１４０上に、テーパ状の貫通孔が複数形成された状態で積層される透明絶縁層１８０と、透明絶縁層１８０を介して透明導電層１７０の上に形成され、透明絶縁層に設けられた各貫通孔を介して透明導電層１７０に接続されるｐ電極２００と、透明絶縁層１８０を介してｎ型半導体層１４０の上に形成され、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔を介してｎ型半導体層１４０に接続されるｎ電極３００とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

ＧａＩｎＮ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＧａＡｌＡｓ等の発光層を用いた半導体発光素子は、発光効率の高い発光ダイオードとして利用されている。例えば、ＧａＩｎＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、例えば、サファイア等の基板上に、発光層を含むＩＩＩ族窒化物半導体層を形成して構成される。そして、このような半導体発光素子として、配線基板に対して半導体発光素子をフリップチップにて実装することで、発光層から出力される光を、基板を介して外部に出射するようにしたものが存在する。

公報記載の従来技術として、ｐ型およびｎ型窒化物半導体層とその間に形成された活性層を有するフリップチップ型の窒化物半導体発光素子において、ｐ型窒化物半導体層にオーミックコンタクト層を形成し、このオーミックコンタクト層の上に光透過性の伝導性酸化物層を形成し、この伝導性酸化物層の上に高反射性の金属層を形成するものが存在する（特許文献１参照）。

また、他の公報記載の従来技術として、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層が積層され、さらにｐ型半導体層上に透明導電層および反射膜が積層されてなる半導体発光素子において、反射膜が、発光層の発光波長において透光性を有し且つ透明導電層に積層される透明層と、高反射率を有し且つ透明層に積層される金属層とを備え、透明層を貫通して透明導電層および金属層を電気的に接続する金属部を設けることで、発光層に通電するための電極として金属層を利用するものが存在する（特許文献２参照）。

特開２００６−３０３４３０号公報 特開２００９−２６０３１６号公報

本発明は、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させるとともに、半導体発光素子に設けられた電極におけるクラックの発生を抑制することを目的とする。

本発明によれば、下記［１］〜［１６］に係る発明が提供される。
［１］第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第１半導体層と、
第１半導体層上に第１半導体層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
発光層上に発光層に接して設けられ、第１導電型とは逆の第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第２半導体層と、
発光層から出力される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、第２半導体層に積層される透明導電層と、
発光層から出力される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに透明導電層に積層される透明絶縁層と、
第１半導体層に接続され、発光層に通電する一方の端子となる第１電極と、
透明絶縁層に積層されるとともに透明絶縁層に設けられる貫通孔を介して透明導電層に接続され、発光層に通電する他方の端子となる第２電極とを備え、
透明絶縁層における透明導電層との接触面と、透明絶縁層に設けられる貫通孔の内壁面との成す角度が、鋭角であることを特徴とする半導体発光素子。
［２］透明絶縁層における透明導電層との接触面とは反対側の面と、透明絶縁層に設けられる貫通孔の内壁面との成す角度が、鈍角であることを特徴とする［１］記載の半導体発光素子。
［３］透明絶縁層に形成される貫通孔は、透明導電層に近い側から遠ざかる側に向かうに連れて、幅が拡大する形状を有していることを特徴とする［１］または［２］記載の半導体発光素子。
［４］透明絶縁層に形成される貫通孔は、略円形状にて形成されるとともに、透明導電層に近い側から遠ざかるにつれて直径が拡大する形状を有していることを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［５］透明絶縁層における透明導電層との接触面と、透明絶縁層に設けられる貫通孔の内壁面との成す角度が、１５°〜６０°であることを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［６］透明絶縁層に、貫通孔が複数形成されていることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［７］第２電極は、
導電性を有し、透明絶縁層および貫通孔を介して露出する透明導電層を覆うように設けられる被覆層と、
発光層から出力される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、被覆層上に被覆層に接して設けられる金属反射層と、
金属反射層を覆うように設けられる他の被覆層と、
他の被覆層上に他の被覆層に接して設けられ、外部との電気的な接続に用いられる接続層と
を有することを特徴とする［１］乃至［６］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［８］透明導電層は、発光層が出力する光の波長において第１屈折率を示す材料で構成され、
透明絶縁層は、発光層が出力する光の波長において第１屈折率よりも屈折率が低い第２屈折率を示す材料で構成されることを特徴とする［１］乃至［７］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［９］ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体からなることを特徴とする［１］乃至［８］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［１０］第１電極および第２電極には、それぞれ、外部との電気的な接続に用いられるはんだバンプが取り付けられていることを特徴とする［１］乃至［９］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［１１］第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第１半導体層と、
第１半導体層上に第１半導体層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
発光層上に発光層に接して設けられ、第１導電型とは逆の第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第２半導体層と、
発光層から出力される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、第２半導体層に積層される透明導電層と、
発光層から出力される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成されるとともに透明導電層に積層され、厚さ方向に貫通し且つ透明導電層に近づくにつれて直径が減少する貫通孔を複数個有する透明絶縁層と、
第１半導体層に接続され、発光層に通電する一方の端子となる第１電極と、
複数の貫通孔を介して透明導電層に一端が電気的に接続されるとともに、複数の貫通孔におけるそれぞれの内壁面に沿って設けられる複数の接続導体を有する導体部と、透明絶縁層上に透明絶縁層に接して設けられるとともに、導体部を構成する複数の接続導体におけるそれぞれの他端が電気的に接続される電極部とを有し、発光層に通電する他方の端子となる第２電極と
を含む半導体発光素子。
［１２］第２電極は、
導電性を有し、透明絶縁層および貫通孔を介して露出する透明導電層を覆うように設けられる被覆層と、
発光層から出力される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、被覆層上に被覆層に接して設けられる金属反射層と、
金属反射層を覆うように設けられる他の被覆層と、
他の被覆層上に他の被覆層に接して設けられ、外部との電気的な接続に用いられる接続層と
を有することを特徴とする［１１］記載の半導体発光素子。
［１３］透明導電層はインジウム（Ｉｎ）を含む酸化物で構成され、
金属反射層は、銀（Ａｇ）を含む金属で構成され、
接続層は、金（Ａｕ）を含む金属で構成されること
を特徴とする［１２］記載の半導体発光素子。
［１４］透明導電層は、発光層が出力する光の波長において第１屈折率を示す材料で構成され、
透明絶縁層は、発光層が出力する光の波長において第１屈折率よりも屈折率が低い第２屈折率を示す材料で構成されることを特徴とする［１１］乃至［１３］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［１５］ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体からなることを特徴とする［１１］乃至［１４］のいずれかに記載の半導体発光素子。
［１６］第１電極および第２電極には、それぞれ、外部との電気的な接続に用いられるはんだバンプが取り付けられていることを特徴とする［１１］乃至［１５］のいずれかに記載の半導体発光素子。

本発明によれば、半導体発光素子からの光取り出し効率を向上させるとともに、半導体発光素子に設けられた電極におけるクラックの発生を抑制することができる。

本実施の形態が適用される半導体発光素子の一例を上方から見た上面図である。 図１に示す半導体発光素子のＩＩ−ＩＩ断面図である。 半導体発光素子におけるｐ電極周辺の断面構成の一例を示す図である。 半導体発光素子におけるｎ電極周辺の断面構成の一例を示す図である。 （ａ）は、ｐ電極側の透明絶縁層に設けられた１つの貫通孔の周辺における、透明導電層と透明絶縁層とｐ電極との境界構造の一例を示す断面図であり、（ｂ）は、ｎ電極側の透明絶縁層に設けられた１つの貫通孔の周辺における、ｎ型半導体層と透明絶縁層とｎ電極との境界構造の一例を示す断面図である。 半導体発光素子を搭載した発光装置の構成の一例を示す図である。 発光装置における半導体発光素子の実装状態の一例を示す図である。 実施例１に係る半導体発光素子における、透明絶縁層に対するｐ電極の境界構造を示すＳＥＭ写真である。 比較例に係る半導体発光素子における、透明絶縁層に対するｐ電極の境界構造を示すＳＥＭ写真である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本実施の形態が適用される半導体発光素子（発光ダイオード）１の一例を上方からみた上面図を示している。また、図２は、図１に示す半導体発光素子１のＩＩ−ＩＩ断面図を示している。なお、図１においては、後述する保護層４００を取り除いた半導体発光素子１を例示している。

この半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０の上に積層される中間層１２０と、中間層１２０の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１は、下地層１３０の上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層１５０と、発光層１５０の上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これらｎ型半導体層１４０、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０を、まとめて積層半導体層１００と呼ぶ。
また、この半導体発光素子１においては、上方に向けてｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃが露出するように、積層されたｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０が、一部の領域において厚さ方向に切り欠かれている。

さらに、この半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光に対する透過性および導電性を有し、ｐ型半導体層１６０の上に積層される透明導電層１７０を備えている。
さらにまた、この半導体発光素子１は、発光層１５０から出力される光に対する透過性および絶縁性を有し、透明導電層１７０の上面から、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の側面を介して、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃに至るように、一体的に積層される透明絶縁層１８０を備えている。この透明絶縁層１８０は、保護膜としての機能もあり、化学的に安定で、耐湿性の優れた材質が適する。
ここで、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）における、透明導電層１７０の屈折率を第１屈折率ｎ１とし、透明絶縁層１８０の屈折率を第２屈折率ｎ２としたとき、両者はｎ１＞ｎ２の関係を有している。そして、両者の屈折率の大きさの差（ｎ１−ｎ２）により、透明導電層１７０と透明絶縁層１８０との界面での反射が増大し、半導体発光素子１からの光取り出し効率が向上する。この屈折率の大きさの差は、０．４以上であることが望ましい。

また、透明絶縁層１８０には、透明絶縁層１８０の厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられている。本実施の形態において、複数の貫通孔は、例えば透明導電層１７０の上方に複数個（図１に示す例では２８個）配置されるとともに、例えばｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上方にも複数個（図１に示す例では４個）配置されている。これにより、例えば透明導電層１７０の上に透明絶縁層１８０を積層した状態では、複数の貫通孔を介して透明導電層１７０の一部が露出することになり、また、例えばｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上に透明絶縁層１８０を積層した状態では、複数の貫通孔を介してｎ型半導体層１４０の一部が露出することになる。ここで、透明絶縁層１８０に設けられる複数の貫通孔は、上方から見たときにそれぞれが円形状を有しており（図１参照）、しかも、透明導電層１７０に近づくにつれてその直径が減少する所謂テーパ状の断面を有している（図２参照）。なお、透明絶縁層１８０に形成される貫通孔の形状は、応力集中がない円形が最適であるが、角部に、大きな曲率半径を有する多角形、楕円などの形状であってもよい。また、図２に示す例では、貫通孔が、透明絶縁層１８０と透明導電層１７０との境界部まで到達しているが、透明導電層１７０を貫通するものでなければ、その一部が透明導電層１７０内に入り込んでいてもかまわない。

さらに、この半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０上に積層された透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の上にさらに積層され、発光層１５０を発光させる際に一方の電極（正電極）として機能するｐ電極２００を備える。ここで、ｐ電極２００は、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔をそれぞれ貫通し、その一端が透明導電層１７０と接するように設けられる複数（図１に示す例では２８個）のｐ接続導体２１１（複数の接続導体に対応）からなるｐ導体部２１０（導体部に対応）と、透明絶縁層１８０上に形成され、複数のｐ接続導体２１１のそれぞれの他端が接続されるとともに、外部との電気的な接続に用いられるｐパッド部２２０（電極部に対応）とを有している。これらの複数の貫通孔は、電気的には、発光層１５０に均一な電流密度で電流を流すことにより、発光層１５０全体の発光効率、発光素子の取り出し効率を向上させる。また、透明絶縁層１８０には、微小な貫通孔を多数配置するのが望ましいが、貫通孔の形成上のばらつき、微細加工技術の難しさから、貫通孔のサイズは、１〜２０μｍが好適な範囲である。なお、本実施の形態では、ｐ電極２００においてｐ導体部２１０およびｐパッド部２２０が一体化した構造を有しているのであるが、このことについては後述する。

さらにまた、この半導体発光素子１は、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃ上に積層された透明絶縁層１８０の上にさらに積層され、発光層１５０を発光させる際に他方の電極（負電極）として機能するｎ電極３００をさらに備える。ここで、ｎ電極３００は、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔をそれぞれ貫通し、その一端がｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃと接するように設けられる複数（図１に示す例では４個）のｎ接続導体３１１からなるｎ導体部３１０と、複数のｎ接続導体３１１のそれぞれの他端が接続されるとともに、外部との電気的な接続に用いられるｎパッド部３２０とを有している。なお、本実施の形態では、上述したｐ電極２００と同様に、ｎ電極３００においてｎ導体部３１０およびｎパッド部３２０が一体化した構造を有しているのであるが、このことについては後述する。

そして、この半導体発光素子１は、ｐ電極２００、ｐ電極２００の周縁、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の側面、ｎ電極３００およびｎ電極３００の周縁にわたって一体的に積層されることで、ｐ電極２００およびｎ電極３００を保護する保護層４００を有している。ただし、保護層４００は、ｐ電極２００の上面のうちほぼ中央部となる部位（この例では円形の領域）およびｎ電極３００の上面のうちほぼ中央部となる部位（この例では円形の領域）には設けられていない。これにより、この半導体発光素子１では、ｐ電極２００の上面の一部が外部に露出し、また、ｎ電極３００の上面の一部が外部に露出している。なお、これらの露出部位は、半導体発光素子１の実装において、外部との電気的な接続に用いられる。
また、この半導体発光素子１を、後述する図７に示すようにフリップチップ接続で使用する場合、図２に示すｐ電極２００の露出部位およびｎ電極３００の露出部位に、それぞれ、予めはんだバンプを形成することがある。はんだバンプは、例えばＡｕＳｎなど、低融点（４００℃未満）の共晶金属が好適な材料である。そして、このような目的で使用するはんだバンプは、１μｍ以上の厚膜が望ましく、例えばメッキ法で形成することが、生産性の観点からは望ましい。

このように、本実施の形態の半導体発光素子１は、基板１１０とは反対側となる一方の面側に、ｐ電極２００およびｎ電極３００が形成された構造を有している。そして、この半導体発光素子１においては、ｐ電極２００を正電極、ｎ電極３００を負電極とし、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。

以下、本実施の形態における半導体発光素子１の各構成を説明する。
＜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。
本実施の形態の半導体発光素子１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。したがって、発光層１５０から出射される光に対して光透過性を有していることが、光取出し効率を高めるために好ましく、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。

＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましく、例えば、多結晶のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ１０〜５００ｎｍのものとすることができる。なお、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の上に単結晶の下地層１３０を積層すると、より一層結晶性の良い下地層１３０が積層できる。

＜下地層＞
下地層１３０としては、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると、結晶性の良い下地層１３０を形成しやすくなる。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌ_xＧａ_1-xＮ層が得られやすい。また、下地層１３０の膜厚は１０μｍ以下が好ましい。

＜積層半導体層＞
ＩＩＩ族窒化物半導体を含んで構成される積層半導体層１００は、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、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０および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。
ここで、ｎ型半導体層１４０は、電子をキャリアとして電気伝導を行うものであり、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとして電気伝導を行うものである。この例においては、電子をキャリアとするｎ型が第１導電型に対応しており、正孔をキャリアとするｐ型が第２導電型に対応している。

＜ｎ型半導体層＞
第１導電型を有する第１半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０は、基板１１０側（この例では下地層１３０）に積層されるｎコンタクト層と、ｎコンタクト層に積層されるｎクラッド層とで構成することが好ましい。なお、ｎコンタクト層はｎクラッド層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コンタクト層は、ｎ電極３００を設けるための層である。したがって、ｎ型半導体層１４０における上面１４０ｃには、ｎコンタクト層を露出させておくとよい。ｎコンタクト層としては、Ａｌ_xＧａ_1-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）を用いるとよい。

ｎクラッド層は、発光層１５０へのキャリアの注入とキャリアの閉じ込めとを行なう層である。なお、本明細書では、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮについて、各元素の組成比を省略した形で記述する場合がある。ｎクラッド層は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。

なお、ｎクラッド層を、超格子構造を含む層とする場合には、１０ｎｍ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１０ｎｍ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よい。
また、ｎクラッド層は、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、この場合には、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造とすることが好ましい。

＜発光層＞
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。
量子井戸構造の井戸層としては、通常、Ｇａ_1-yＩｎ_yＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が用いられる。井戸層の膜厚としては、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Ｇａ_1-yＩｎ_yＮを井戸層とし、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌ_zＧａ_1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層とする。井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよいし、しなくてもよい。

＜ｐ型半導体層＞
第２導電型を有する第２半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０は、発光層１５０に積層されるｐクラッド層と、ｐクラッド層に積層されるｐコンタクト層とで構成することが好ましい。ただし、ｐコンタクト層がｐクラッド層を兼ねることも可能である。

ｐクラッド層は、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、例えばＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）を用いることができる。
ｐクラッド層が、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。
また、ｐクラッド層は、複数回積層した超格子構造としてもよく、この場合には、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造とすることが好ましい。

ｐコンタクト層は、透明導電層１７０を介してｐ電極２００を設けるための層である。ｐコンタクト層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）とすることが好ましい。ｐコンタクト層におけるＡｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および透明導電層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コンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、１０〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層の膜厚をこの範囲とすると、順方向電圧Ｖｆを低減できる点で好ましい。

＜透明導電層＞
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０の上面のうち周縁部を除くほぼ全面を覆うように形成されている。
透明導電層１７０は、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトがとれ、しかも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１では、発光層１５０からの光を、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０等を介して基板１１０側に取り出すことから、透明導電層１７０は光透過性に優れたものを用いることが好ましい。さらにまた、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１７０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。

なお、透明導電層１７０の厚さは２ｎｍ〜５００ｎｍの範囲より選択することができる。ここで、透明導電層１７０の厚さが２ｎｍよりも薄いと、ｐ型半導体層１６０とオーミックコンタクトが取れにくい場合があり、また、透明導電層１７０の厚さが５００ｎｍよりも厚いと、発光層１５０から出力される光および透明絶縁層１８０等からの反射光に対する光透過性の点で好ましくない場合がある。

透明導電層１７０としては、例えば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を用いることができる。発光層１５０から出力される波長の光に対する透過率は、９０％以上、望ましくは９５％以上である。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ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ））、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂））、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。なお、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によって設けることで、透明導電層１７０を形成することができる。そして、透明導電層１７０を形成した後に、熱処理を施して結晶化を促進させることにより、透明導電層１７０の光透過率が上がるとともに、シート抵抗が下がることでオーミックコンタクトが取りやすくなる。

本実施の形態において、透明導電層１７０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、ＩＺＯやＩＴＯ等）を好ましく使用することができる。
また、透明導電層１７０に用いる膜としては、比抵抗が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。
さらに、透明導電層１７０は、得られた膜の密着性を高めるという観点からすれば、例えばスパッタ法で形成することが望ましい。

＜透明絶縁層＞
透明絶縁層１８０は、例えば図２に示すように、透明導電層１７０、透明導電層１７０が積層されていないｐ型半導体層１６０、および発光層１５０が積層されていないｎ型半導体層１４０をそれぞれ覆うように積層されている。また、透明絶縁層１８０は、各層の表面を覆うだけでなく、発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の側面、すなわちｐ型半導体層１６０とｎ型半導体層１４０とで形成される段差の壁部にあたる部分を覆い、さらに透明導電層１７０の側面も覆う。

そして、透明絶縁層１８０は、上述のように、発光層１５０から出力される光に対する透過性、透明導電層１７０の屈折率（第１屈折率ｎ１）よりも低い屈折率（第２屈折率ｎ２）、および絶縁性を有する材質から構成される。透明絶縁層１８０を構成する材料としては、例えばＳｉＯ_２（酸化珪素）やＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）、ＣａＦ_２（フッ化カルシウム）、Ｓｉ_３Ｎ_４（窒化珪素）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）を使用することができる。なお、この例では、透明絶縁層１８０として、絶縁性が高く、屈折率が小さく（１．４〜１．５）、耐湿性に優れた、最適な材料であるＳｉＯ_２（二酸化珪素）を用いた。

また、本実施の形態において、透明絶縁層１８０の膜厚をＨとし、発光層１５０の発光波長λ（ｎｍ）を、透明絶縁層１８０の屈折率である第２屈折率ｎ２の４倍で除したものをＱとしたとき、膜厚Ｈは、以下に示す式（１）の関係で設定される。但しＡは整数である。

Ｈ＝ＡＱ …（１）

そして、透明絶縁層１８０の膜厚Ｈは、以下の式（２）に基づいて設定されていること、すなわち、膜厚Ｈが３λ／４ｎ２以上となる範囲にあること（膜厚Ｈが３Ｑ以上であること）がより好ましい。更に、発光出力の向上には望ましくは５Ｑ以上である。ただし、生産コストの制約および、膜厚の増加に伴い本発明の課題であるクラック発生がしやすくなる点から、膜厚Ｈは２０Ｑ以下、望ましくは、１０Ｑ以下が好適である。透明絶縁層１８０の膜厚Ｈをこの範囲から選択した場合、発光層１５０から出力される光に対する光学的な反射率が増大し、結果として高い発光出力が得られる。この例において、透明絶縁層１８０の膜厚Ｈは、例えばＡ＝５、λ＝４６０ｎｍ、ｎ２＝１．５とした場合、Ｈ＝３７５ｎｍである。なお、透明絶縁層１８０に設けられる複数の貫通孔の形状や大きさ等の詳細については後述する。

３λ／４ｎ２≧Ｈ …（２）

＜ｐ電極＞
図３は、本実施の形態の半導体発光素子１におけるｐ電極２００周辺の断面構成の一例を示す図である。ここで、図３は、図２におけるｐ電極２００周辺の断面を拡大したものとなっている。

第２電極の一例としてのｐ電極２００は、最も透明導電層１７０および透明絶縁層１８０に近い側において、これら透明導電層１７０および透明絶縁層１８０と接するように積層されるｐ密着層２０１と、ｐ密着層２０１に積層されるｐ金属反射層２０２と、ｐ金属反射層２０２に積層されるｐ拡散防止層２０３と、ｐ拡散防止層２０３に積層されるｐボンディング層２０４と、ｐボンディング層２０４に積層され、さらにその上に保護層４００が積層されるｐ保護密着層２０５とを有する。そして、本実施の形態では、ｐ密着層２０１、ｐ金属反射層２０２、ｐ拡散防止層２０３、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５によって、複数のｐ接続導体２１１を含むｐ導体部２１０とｐパッド部２２０とが一体化した、ｐ電極２００を構成している。

以下、本実施の形態におけるｐ電極２００の各構成を説明する。
［ｐ密着層］
被覆層の一例としてのｐ密着層２０１は、図３に示したように、透明絶縁層１８０および透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔を介して露出する透明導電層１７０の上に積層され、且つ、その上にはｐ金属反射層２０２が積層される。このｐ密着層２０１は、これら３つの層を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。ただし、透明絶縁層１８０とｐ金属反射層２０２との密着性が良好な場合は、ｐ密着層２０１を省略することできる。

また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０から出力される光のうち、ｐ電極２００側に入射してきた光を、透明導電層１７０、透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２などを介して基板１１０側に反射させることから、ｐ密着層２０１として光透過性に優れた材料を用いることが好ましい。さらにまた、ｐ電極２００から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、ｐ密着層２０１として、導電性に優れ、面方向における抵抗分布が少なく、しかも透明導電層１７０との接触抵抗が低く抑えられたものを用いることが好ましい。

これらの点から、ｐ密着層２０１として透明導電層を用いることが好ましい。この例では、ｐ密着層２０１として、導電性を有する金属酸化物であって、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を含む金属酸化物は、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を含む導電性の金属酸化物としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ））、ＩＧＯ（酸化インジウムガリウム（Ｉｎ_２Ｏ_３−Ｇａ_２Ｏ_３））、ＩＣＯ（酸化インジウムセリウム（Ｉｎ_２Ｏ_３−ＣｅＯ_２））等が挙げられる。特に好ましくはＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ₂Ｏ₃−ＺｎＯ））が挙げられる。

このｐ密着層２０１の膜厚は、上述した理由により、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ密着層２０１の膜厚が１ｎｍ未満の場合には、透明導電層１７０との密着性が低下し、接触抵抗が高くなる恐れがある。一方、ｐ密着層２０１の膜厚が５０ｎｍを越える場合には、光透過性が低下することになってしまい、得られる半導体発光素子１における発光出力の低下を招く。この例において、ｐ密着層２０１の膜厚は例えば、１〜５ｎｍが望ましい。

［ｐ金属反射層］
金属反射層の一例としてのｐ金属反射層２０２は、図３に示したように、ｐ密着層２０１の上に積層され、且つ、その上にはｐ拡散防止層２０３が積層される。ｐ金属反射層２０２は、発光層１５０から出射され、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０を通過してきた光を、基板１１０側に向けて反射させるために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ密着層２０１を介して透明絶縁層１８０とｐ金属反射層２０２とを配置することにより、これら透明絶縁層１８０およびｐ金属反射層２０２が直接には接触しない構造となっている。また、ｐ金属反射層２０２は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ密着層２０１との接触抵抗が低く抑えられるものを用いることが好ましい。

本実施の形態のｐ金属反射層２０２は、銀、パラジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、金、白金などの金属および少なくともこれらのうちの１つを含む合金で構成されている。特に、ｐ金属反射層２０２として銀または銀合金を用いることは、発光層１５０から出力される可視光領域の全波長の光に対して、高い光反射性を有している点で好ましい。ここで、ｐ金属反射層２０２として銀を用いると、使用環境によっては耐熱性、耐高温高湿性（所謂マイグレーションの抑制）が十分でない場合があることから、銀合金が好ましく使用される。特に、パラジウム、銅を含む銀合金を用いることが望ましい。

ｐ金属反射層２０２として銀あるいは銀合金を用いた場合、ｐ密着層２０１の材質としては、Ｉｎを含む酸化物、例えばＩＺＯやＩＴＯ等の透明導電性材料を用いることが好ましい。ここで、ｐ密着層２０１を設けずに透明絶縁層１８０の上にｐ金属反射層２０２を直接に積層した場合、ｐ密着層２０１を設けた場合と比較して、密着性は著しく低下する。

このｐ金属反射層２０２の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ金属反射層２０２の膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層２０２による光反射率が低下する。また、ｐ金属反射層２０２の膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ金属反射層２０２の膜厚は１００ｎｍである。

［ｐ拡散防止層］
他の被覆層の一例としてのｐ拡散防止層２０３は、図３に示したように、ｐ金属反射層２０２の上に積層され、且つ、その上にはｐボンディング層２０４が積層される。ｐ拡散防止層２０３は、接触状態にあるｐ金属反射層２０２を構成する金属（この例では銀合金）、および、接触状態にあるｐボンディング層２０４を構成する金属（この例では金（詳細は後述））の拡散を、それぞれ抑制するために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３を介してｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４とを配置することにより、これらｐ金属反射層２０２およびｐボンディング層２０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｐ拡散防止層２０３は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ金属反射層２０２およびｐボンディング層２０４との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｐ拡散防止層２０３は、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上述したｐ密着層２０１とは異なり、光透過性を有している必要はない。ｐ拡散防止層２０３には、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、白金、パラジウム、ニッケル等の、高温で安定な高融点金属を用いることが望ましい。また、ｐ拡散防止層２０３は単層構成としてもよいが、ｐ金属反射層２０２およびｐボンディング層２０４の両者に対して、良好な密着性が得られるとともにこれらと合金化しない適切な材料がない場合には、以下に説明するように多層構造を用いるのが望ましい。

本実施の形態におけるｐ拡散防止層２０３は、ｐ金属反射層２０２に積層されるｐ第１拡散防止層２０３ａと、ｐ第１拡散防止層２０３ａに積層されるｐ第２拡散防止層２０３ｂと、ｐ第２拡散防止層２０３ｂに積層され、さらにその上にｐボンディング層２０４が積層されるｐ第３拡散防止層２０３ｃとを備える。

本実施の形態では、ｐ第１拡散防止層２０３ａとしてタンタルを、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとしてチタンを、ｐ第３拡散防止層２０３ｃとして白金を、それぞれ用いている。なお、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとして、チタンに代えてニッケルを用いてもよい。

ここで、ｐ第１拡散防止層２０３ａおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂは、上述したｐ金属反射層２０２を構成する金属（この例では銀合金）の拡散を抑制するだけでなく、ｐ第３拡散防止層２０３ｃを構成する金属（この例では白金）の拡散を抑制する機能も有している。また、ｐ第３拡散防止層２０３ｃは、上述したｐボンディング層２０４を構成する金属（この例では金）の拡散を抑制するだけでなく、ｐ第２拡散防止層２０３ｂを構成する金属（この例ではチタン）の拡散を抑制する機能も有している。

そして、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、ｐ金属反射層２０２（この例では銀合金）とｐ第３拡散防止層２０３ｃ（この例では白金）とのバリア性が不十分となり、この例では銀と白金とが反応するおそれがある。また、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第１拡散防止層２０３ａの膜厚は５０ｎｍである。

また、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚は、好ましくは２０ｎｍ〜５００ｎｍから選ばれる。ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚が２０ｎｍ未満の場合には、ｐ第２拡散防止層２０３ｂとｐ第３拡散防止層２０３ｃとの密着性が低下する懸念がある。さらに、ｐ金属反射層２０２（この例では銀合金）とｐ第３拡散防止層２０３ｃ（この例では白金）とのバリア性が不十分となり、この例では銀と白金が反応するおそれがある。また、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚が５００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第２拡散防止層２０３ｂの膜厚は４０ｎｍである。

さらに、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚が５０ｎｍ未満の場合には、ｐ第２拡散防止層２０３ｂ（この例ではチタン）とｐボンディング層２０４（この例では金）とが反応するおそれがある。また、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚が２００ｎｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ第３拡散防止層２０３ｃの膜厚は１００ｎｍである。

［ｐボンディング層］
接続層の一例としてのｐボンディング層２０４は、図３に示したように、ｐ拡散防止層２０３の上に積層され、且つ、その上には最終的に外部に露出させる一部の領域を除いてｐ保護密着層２０５が積層される。ｐボンディング層２０４は、外部と電気的に接続されることによりｐ電極２００に給電を行うために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３を介してｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４とを配置することにより、これらｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｐボンディング層２０４は、ｐ電極２００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｐ拡散防止層２０３との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｐボンディング層２０４は、ｐ拡散防止層２０３と同様、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、光透過性を有している必要はない。

本実施の形態におけるｐボンディング層２０４は、最上位すなわち外部に露出する最表層が金であれば、金属の多層構造を有するものであってもよいし、金の単層構造を有するものであってもよい。なお、本実施の形態では、ｐボンディング層２０４として、金の単層膜を採用している。

このｐボンディング層２０４の膜厚は、好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの範囲から選ばれる。ｐボンディング層２０４の膜厚が１００ｎｍ未満の場合には、ボンディング時における衝撃吸収性が低下する。また、ｐボンディング層２０４の膜厚が２μｍを越える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐボンディング層２０４の膜厚は５５０ｎｍである。

［ｐ保護密着層］
ｐ保護密着層２０５は、図３に示したように、ｐボンディング層２０４のうち最終的に外部に露出させる一部の領域を除く部位に積層され、且つ、その上には保護層４００が積層される。このｐ保護密着層２０５は、これら２つの層を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。

本実施の形態のｐ保護密着層２０５は、チタンで構成されている。なお、ｐ保護密着層２０５として、チタンに代えてタンタルを用いてもよい。

そして、ｐ保護密着層２０５の膜厚は、好ましくは５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｐ保護密着層２０５の膜厚が５ｎｍ未満の場合には、ｐボンディング層２０４と保護層４００との密着性が低下する。また、ｐ保護密着層２０５の膜厚が２０ｎｍを越える場合には、エッチング工程における作業時間が長くなり、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇する。なお、この例において、ｐ保護密着層２０５の膜厚は１５ｎｍである。

また、本実施の形態では、ｐ密着層２０１、ｐ金属反射層２０２、ｐ第１拡散防止層２０３ａおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂの周囲（側面も含む）を覆うようにｐ第３拡散防止層２０３ｃが積層され、このｐ第３拡散防止層２０３ｃの周囲（側面も含む）を覆うようにｐボンディング層２０４が積層され、さらに、上記一部の領域を除いてこのｐボンディング層２０４の周囲（側面も含む）を覆うようにｐ保護密着層２０５が積層されている。そして、上記一部の領域を除いて透明導電層１７０および透明絶縁層１８０に対しｐ電極２００の周囲を覆うように、保護層４００が積層されている。

＜ｎ電極＞
図４は、本実施の形態の半導体発光素子１におけるｎ電極３００周辺の断面構成の一例を示す図である。ここで、図４は、図２におけるｎ電極３００周辺の断面を拡大したものとなっている。

第１電極の一例としてのｎ電極３００は、最もｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０に近い側において、これらｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０と接するように積層されるｎ密着層３０１と、ｎ密着層３０１に積層されるｎ金属反射層３０２と、ｎ金属反射層３０２に積層されるｎ拡散防止層３０３と、ｎ拡散防止層３０３に積層されるｎボンディング層３０４と、ｎボンディング層３０４に積層され、さらにその上に保護層４００が積層されるｎ保護密着層３０５とを有する。そして、本実施の形態では、ｎ密着層３０１、ｎ金属反射層３０２、ｎ拡散防止層３０３、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５によって、複数のｎ接続導体３１１を含むｎ導体部３１０とｎパッド部３２０とが一体化した、ｎ電極３００を構成している。

以下、本実施の形態におけるｎ電極３００の各構成を説明する。
［ｎ密着層］
ｎ密着層３０１は、図４に示したように、透明絶縁層１８０および透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔を介して露出するｎ型半導体層１４０の上に積層され、且つ、その上にはｎ金属反射層３０２が積層される。このｎ密着層３０１は、これら３つの層を構成する材料の物理的な密着性を高め、ｎ型半導体層１４０と接触抵抗の低いオーミック接触を得るために設けられている。

また、本実施の形態の半導体発光素子１では、発光層１５０から出力される光のうち、ｎ電極３００側に入射してきた光を、透明絶縁層１８０およびｎ金属反射層３０２などを介して基板１１０側に反射させることから、ｎ密着層３０１として光透過性に優れた材料を用いるか、光の吸収が少ないとともに光反射性の高い材料を用いることが好ましい。さらにまた、ｎ電極３００からｎ型半導体層１４０に電流を拡散させるために、ｎ密着層３０１として、導電性に優れ、面方向における抵抗分布が少なく、しかもｎ型半導体層１４０との接触抵抗が低く抑えられたものを用いることが好ましい。

これらの点から、ｎ密着層３０１として透明導電層を用いることが好ましい。この例では、ｎ密着層３０１として、導電性を有し且つ極めて薄く形成された金属からなる透光性金属薄膜を用いている。本実施の形態では、ｎ密着層３０１がチタンで構成されている。ただし、上述したｐ密着層２０１と同様に、金属酸化物からなる透明導電層を用いてもよい。また、ｎ金属反射層３０２が、ｎ密着層３０１と同等の機能を果たす材質で構成される場合は、ｎ密着層３０１を省略することができる。

このｎ密着層３０１の膜厚は、上述した理由により、好ましくは１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲から選ばれる。ｎ密着層３０１の膜厚が１ｎｍ未満の場合には、ｎ型半導体層１４０との密着性が低下し、接触抵抗が高くなる恐れがある。一方、ｎ密着層３０１の膜厚が５０ｎｍを越える場合には、光透過性が低下するとともに、厚さ方向の抵抗（直列抵抗）が高くなるため、得られる半導体発光素子１における順方向電圧Ｖｆの増加を招く。この例において、ｎ密着層３０１の膜厚は例えば２ｎｍである。

［ｎ金属反射層］
ｎ金属反射層３０２は、図４に示したように、ｎ密着層３０１の上に積層され、且つ、その上にはｎ拡散防止層３０３が積層される。ｎ金属反射層３０２は、発光層１５０から出射され、内部反射等に伴ってｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０を通過してきた光を、基板１１０側に向けて反射させるために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｎ密着層３０１を介して透明絶縁層１８０とｎ金属反射層３０２とを配置することにより、これら透明絶縁層１８０およびｎ金属反射層３０２が直接には接触しない構造となっている。また、ｎ金属反射層３０２は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ密着層３０１との接触抵抗が低く抑えられるものを用いることが好ましい。

本実施の形態のｎ金属反射層３０２は、アルミニウム、パラジウム、銅、ニッケル、銀、金、白金などの金属および少なくともこれらのうちの１つを含む合金で構成されている。特に、ｎ金属反射層３０２としてアルミニウム合金を用いることは、ｎ密着層３０１を介したｎ型半導体層１４０との接触抵抗を低く抑えられる点で好ましい。

ｎ金属反射層３０２としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を用いた場合、ｎ密着層３０１の材質としては、ｎ型半導体層１４０との接触抵抗が低い、チタン等の透光性金属薄膜材料を用いることが好ましい。ここで、ｎ密着層３０１を設けずに透明絶縁層１８０の上にｎ金属反射層３０２を直接に積層した場合、ｎ密着層３０１を設けた場合と比較して、密着性が低下する。

このｎ金属反射層３０２の膜厚は、好ましくは８０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選ばれる。ｎ金属反射層３０２の膜厚が８０ｎｍ未満の場合には、ｎ金属反射層３０２による光反射率が低下する。また、ｎ金属反射層３０２の膜厚が２００ｎｍを超える場合には、半導体発光素子１の製造にかかるコストが上昇してしまう。なお、この例において、ｎ金属反射層３０２の膜厚は１００ｎｍである。

［ｎ拡散防止層］
ｎ拡散防止層３０３は、図４に示したように、ｎ金属反射層３０２の上に積層され、且つ、その上にはｎボンディング層３０４が積層される。ｎ拡散防止層３０３は、接触状態にあるｎ金属反射層３０２を構成する金属（この例ではアルミニウム合金）、および、接触状態にあるｎボンディング層３０４を構成する金属（この例では金（詳細は後述））の拡散を、それぞれ抑制するために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｎ拡散防止層３０３を介してｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４とを配置することにより、これらｎ金属反射層３０２およびｎボンディング層３０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｎ拡散防止層３０３は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ金属反射層３０２およびｎボンディング層３０４との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｎ拡散防止層３０３は、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、上述したｎ密着層３０１とは異なり、光透過性を有している必要はない。ｎ拡散防止層３０３には、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、白金、パラジウム、ニッケル等の、高温で安定な高融点金属をもちいることが望ましい。また、ｎ拡散防止層３０３は単層構成としてもよいが、ｎ金属反射層３０２およびｎボンディング層３０４の両者に対して、良好な密着性が得られるとともにこれらと合金化しない適切な材料がない場合には、以下に説明するように多層構造を用いるのが望ましい。

本実施の形態におけるｎ拡散防止層３０３は、ｎ金属反射層３０２に積層されるｎ第１拡散防止層３０３ａと、ｎ第１拡散防止層３０３ａに積層されるｎ第２拡散防止層３０３ｂと、ｎ第２拡散防止層３０３ｂに積層され、さらにその上にｎボンディング層３０４が積層されるｎ第３拡散防止層３０３ｃとを備える。

そして、本実施の形態では、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｐ第１拡散防止層２０３ａ、ｎ第２拡散防止層３０３ｂおよびｐ第２拡散防止層２０３ｂ、そしてｎ第３拡散防止層３０３ｃおよびｐ第３拡散防止層２０３ｃが、それぞれ、同一材料且つ同一厚さで構成されている。

ここで、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｎ第２拡散防止層３０３ｂは、上述したｎ金属反射層３０２を構成する金属（この例ではアルミニウム合金）の拡散を抑制するだけでなく、ｎ第３拡散防止層３０３ｃを構成する金属（この例では白金）の拡散を抑制する機能も有している。また、ｎ第３拡散防止層３０３ｃは、上述したｎボンディング層３０４を構成する金属（この例では金）の拡散を抑制するだけでなく、ｎ第２拡散防止層３０３ｂを構成する金属（この例ではチタン）の拡散を抑制する機能も有している。

［ｎボンディング層］
ｎボンディング層３０４は、図４に示したように、ｎ拡散防止層３０３の上に積層され、且つ、その上には最終的に外部に露出させる一部の領域を除いてｎ保護密着層３０５が積層される。ｎボンディング層３０４は、外部と電気的に接続されることによりｎ電極３００に給電を行うために設けられている。ここで、本実施の形態では、ｎ拡散防止層３０３を介してｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４とを配置することにより、これらｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４が直接には接触しない構造となっている。また、ｎボンディング層３０４は、ｎ電極３００の構成要素の１つとなっていることから、自身の抵抗が低く且つｎ拡散防止層３０３との接触抵抗がそれぞれ低く抑えられるものを用いることが好ましい。なお、ｎボンディング層３０４は、ｎ拡散防止層３０３と同様、発光層１５０からの光を透過させる機能を基本的に必要としないので、光透過性を有している必要はない。

そして、本実施の形態では、ｎボンディング層３０４およびｐボンディング層２０４が、同一材料且つ同一厚さで構成されている。

［ｎ保護密着層］
ｎ保護密着層３０５は、図４に示したように、ｎボンディング層３０４のうち最終的に外部に露出させる一部の領域を除く部位に積層され、且つ、その上には保護層４００が積層される。このｎ保護密着層３０５は、これら２つの層を構成する材料の物理的な密着性を高めるために設けられている。

そして、本実施の形態では、ｎ保護密着層３０５およびｐ保護密着層２０５が、同一材料且つ同一厚さで構成されている。

また、本実施の形態では、ｎ密着層３０１、ｎ金属反射層３０２、ｎ第１拡散防止層３０３ａおよびｎ第２拡散防止層３０３ｂの周囲（側面も含む）を覆うようにｎ第３拡散防止層３０３ｃが積層され、このｎ第３拡散防止層３０３ｃの周囲（側面も含む）を覆うようにｎボンディング層３０４が積層され、さらに、上記一部の領域を除いてこのｎボンディング層３０４の周囲（側面も含む）を覆うようにｎ保護密着層３０５が積層されている。そして、上記一部の領域を除いてｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０に対しｎ電極３００の周囲を覆うように、保護層４００が積層されている。

なお、本実施の形態では、ｐ拡散防止層２０３およびｎ拡散防止層３０３を、それぞれ３層構成としていたが、これらの構成層数については、適宜設計変更して差し支えない。

続いて、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔の形状、各貫通孔とｐ電極２００との関係、そして各貫通孔とｎ電極３００との関係について、より詳細に説明する。
図５（ａ）は、ｐ電極２００側の透明絶縁層１８０に設けられた１つの貫通孔の周辺における、透明導電層１７０と透明絶縁層１８０とｐ電極２００（ここではｐ密着層２０１、ｐ金属反射層２０２およびｐ拡散防止層２０３のみを示す）との境界構造の一例を示す断面図である。また、図５（ｂ）は、ｎ電極３００側の透明絶縁層１８０に設けられた１つの貫通孔の周辺における、ｎ型半導体層１４０と透明絶縁層１８０とｎ電極３００（ここではｎ密着層３０１、ｎ金属反射層３０３およびｎ拡散防止層３０３のみを示す）との境界構造の一例を示す断面図である。ここで、図５（ａ）は図３の要部を拡大したものとなっており、図５（ｂ）は図４の要部を拡大したものとなっている。

まず、図５（ａ）を参照しつつ、ｐ電極２００側における境界構造について説明を行う。本実施の形態において、透明導電層１７０の上面すなわち透明絶縁層１８０等の積層面は、ほぼ平坦な断面形状を有している。そして、この透明導電層１７０の上面に、透明絶縁層１８０がほぼ平坦となるように積層された後、目的とする位置に、エッチング等によって貫通孔が形成される。

本実施の形態では、上述したように、透明絶縁層１８０を厚さ方向に貫通して形成される貫通孔が、上方から見たときに円形状であり、且つ、ｐ電極２００側から透明導電層１７０に近づくにつれてその直径が減少する、所謂テーパ状の断面を有している。このため、貫通孔における透明導電層１７０側の開口部（一方の開口部）の直径をｐ第１直径Ｄｐ１とし、貫通孔における透明導電層１７０とは反対側の開口部（他方の開口部）の直径をｐ第２直径Ｄｐ２としたとき、両者はＤｐ１＜Ｄｐ２の関係を有している。

ここで、透明絶縁層１８０における透明導電層１７０との接触面と、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の内壁面のうち透明導電層１７０と接する領域との成す角度を、ｐ第１傾斜角度θｐ１とする。また、透明絶縁層１８０における透明導電層１７０との接触面とは反対側の面と、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の内壁面のうちこの反対側の面と接する領域との成す角度を、ｐ第２傾斜角度θｐ２とする。本実施の形態では、両者がθｐ１＜θｐ２の関係を有しており、しかも、ｐ第１傾斜角度θｐ１が鋭角であるのに対し、ｐ第２傾斜角度θｐ２は鈍角である。

また、本実施の形態では、透明絶縁層１８０の膜厚Ｈに比べてｐ密着層２０１の膜厚が著しく薄いことから、ｐ密着層２０１が、透明絶縁層１８０の上面、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の内壁面、そして貫通孔の底部に位置する透明導電層１７０の上面にそれぞれ沿って積層されている。したがって、ｐ密着層２０１は、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔の一方の開口部側および他方の開口部側のそれぞれにおいて屈曲した状態となっており、ｐ密着層２０１における各屈曲部の成す角度は、それぞれ鈍角となっている。

さらに、本実施の形態では、ｐ密着層２０１の上に積層されるｐ金属反射層２０２も、ｐ密着層２０１にならって屈曲した状態となっており、ｐ金属反射層２０２における各屈曲部の成す角度も、それぞれ鈍角となっている。さらにまた、ｐ金属反射層２０２の上に積層されるｐ拡散防止層２０３やｐボンディング層２０４等も、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の影響を受けるため、それぞれの層において凹凸が生じる。

次に、図５（ｂ）を参照しつつ、ｎ電極３００側における境界構造について説明を行う。本実施の形態において、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃすなわち透明絶縁層１８０等の積層面は、ほぼ平坦な断面形状を有している。そして、このｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃに、透明絶縁層１８０がほぼ平坦となるように積層された後、目的とする位置に、エッチング等によって貫通孔が形成される。

本実施の形態では、上述したように、透明絶縁層１８０を厚さ方向に貫通して形成される貫通孔が、上方から見たときに円形状であり、且つ、ｎ電極３００側からｎ型半導体層１４０に近づくにつれてその直径が減少する、所謂テーパ状の断面を有している。このため、貫通孔におけるｎ型半導体層１４０側の開口部（一方の開口部）の直径をｎ第１直径Ｄｎ１とし、貫通孔におけるｎ型半導体層１４０とは反対側の開口部（他方の開口部）の直径をｎ第２直径Ｄｎ２としたとき、両者はＤｎ１＜Ｄｎ２の関係を有している。

ここで、透明絶縁層１８０におけるｎ型半導体層１４０との接触面と、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の内壁面のうちｎ型半導体層１４０と接する領域との成す角度を、ｎ第１傾斜角度θｎ１とする。また、透明絶縁層１８０におけるｎ型半導体層１４０との接触面とは反対側の面と、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の内壁面のうちこの反対側の面と接する領域との成す角度を、ｎ第２傾斜角度θｎ２とする。本実施の形態では、θｎ１＜θｎ２の関係を有しており、しかも、ｎ第１傾斜角度θｎ１が鋭角となるのに対し、ｎ第２傾斜角度θｎ２は鈍角である。

なお、本実施の形態では、透明絶縁層１８０に設けられる複数の貫通孔が共通の形状および大きさを有していることから、Ｄｐ１＝Ｄｎ１、Ｄｐ２＝Ｄｎ２、θｐ１＝θｎ１、そしてθｐ２＝θｎ２に設定されている。

また、本実施の形態では、透明絶縁層１８０の膜厚Ｈに比べてｎ密着層３０１の膜厚が著しく薄いことから、ｎ密着層３０１が、透明絶縁層１８０の上面、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の内壁面、そして貫通孔の底部に位置するｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃにそれぞれ沿って積層されている。したがって、ｎ密着層３０１は、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔の一方の開口部側および他方の開口部側のそれぞれにおいて屈曲した状態となっており、ｎ密着層３０１における各屈曲部の成す角度は、それぞれ鈍角となっている。本実施の形態のように、薄膜を含む電極構造は、屈曲部位において薄膜が断裂しやすい（クラックが発生しやすい）ので、このようなテーパ構造を採用する効果が大きい。

また、本実施の形態では、ｎ密着層３０１の上に積層されるｎ金属反射層３０２も、ｎ密着層３０１にならって屈曲した状態となっており、ｎ金属反射層３０２における各屈曲部の成す角度も、それぞれ鈍角となっている。さらにまた、ｎ金属反射層３０２の上に積層されるｎ拡散防止層３０３やｎボンディング層３０４等も、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔の影響を受けるため、それぞれの層において凹凸が生じる。

次に、上述した半導体発光素子１の製造方法の一例について、簡単に説明する。
図１および図２等に示す半導体発光素子１の製造にあたっては、まず、基板１１０の一方の面に、中間層１２０、下地層１３０、ｎ型半導体層１４０、発光層１５０、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を、公知の成膜方法にて順次積層する。続いて、積層された透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０に対し、一部領域（この例では上方からみたときの四隅のうちの１つの領域）を除去することで、ｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃを、公知のリソグラフィー方法および公知のエッチング方法により露出させる。それから、透明導電層１７０の上やｎ型半導体層１４０の上面１４０ｃの上などを覆うように、公知の成膜方法により透明絶縁層１８０を積層した後、公知のリソグラフィー方法および公知のエッチング方法により、透明絶縁層１８０に複数の貫通孔を形成する。このとき、透明絶縁層１８０に形成される複数の貫通孔は、上述した図５に示す断面形状を有することになる。なお、このようなテーパ形状を有する貫通孔の形成に際しては、形状制御がしやすいドライエッチング法を採用することが望ましい。

そして、透明導電層１７０上の透明絶縁層１８０の上にｐ電極２００を形成するとともに、ｎ型半導体層１４０上の透明絶縁層１８０の上にｎ電極３００を形成する。ここで、ｐ電極２００の形成においては、まず、透明絶縁層１８０に形成された複数の貫通孔を介して外部に露出する透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の上に、公知の成膜手法にてｐ密着層２０１を積層した後、さらに、ｐ金属反射層２０２、ｐ拡散防止層２０３（ｐ第１拡散防止層２０３ａ、ｐ第２拡散防止層２０３ｂおよびｐ第３拡散防止層２０３ｃ）、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５を、公知の成膜手法にて積層する。一方、ｎ電極３００の形成においては、まず、透明絶縁層１８０に形成された複数の貫通孔を介して外部に露出するｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０の上に、公知の成膜手法にてｎ密着層３０１を積層した後、さらに、ｎ金属反射層３０２、ｎ拡散防止層３０３（ｎ第１拡散防止層３０３ａ、ｎ第２拡散防止層３０３ｂおよびｎ第３拡散防止層３０３ｃ）、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５を、公知の成膜手法にて積層する。なお、本実施の形態では、ｐ電極２００におけるｐ拡散防止層２０３、ｐボンディング層２０４およびｐ保護密着層２０５と、ｎ電極３００におけるｎ拡散防止層３０３、ｎボンディング層３０４およびｎ保護密着層３０５とが、それぞれ同じ構成を有している。このため、ｐ電極２００を構成するｐ密着層２０１およびｐ金属反射層２０２の積層と、ｎ電極３００を構成するｎ密着層３０１およびｎ金属反射層３０２の積層とを別工程で行った後、ｐ拡散防止層２０３およびｎ拡散防止層３０３の積層と、ｐボンディング層２０４およびｎボンディング層３０４の積層と、ｐ保護密着層２０５およびｎ保護密着層３０５の積層とを、それぞれ同一工程で行うことができる。

その後、ｐ電極２００およびｎ電極３００を含む半導体発光素子１の上面を覆うように、公知の成膜方法を用いて保護層４００を積層する。それから、ｐ電極２００上に位置する保護層４００のほぼ中央部およびその直下に位置するｐ保護密着層２０５と、ｎ電極３００上に位置する保護層４００のほぼ中央部およびその直下に位置するｎ保護密着層３０５とを、公知のリソグラフィー技術および公知のエッチング手法を用いて除去することで、ｐ電極２００におけるｐボンディング層２０４の一部領域を外部に露出させ、ｎ電極３００におけるｎボンディング層３０４の一部領域を外部に露出させる。
そして、例えばフリップチップ接続で使用する場合は、ｐ電極２００に設けられた露出部位およびｎ電極３００に設けられた露出部位に、それぞれ、はんだバンプを形成する。その後、例えばサファイアからなる基板１１０を有している場合は、基板１１０の裏面を削ってその厚さを２００μｍ以下に加工した後、レーザスクライブ法等の公知の手法で、個々の素子に分離する。なお、必要に応じて、基板１１０を取り除いてもかまわない。
以上により、半導体発光素子１が得られる。

図６は、上述した半導体発光素子１を搭載した発光装置３０の構成の一例を示す図である。ここで、図６（ａ）は発光装置３０の上面図を示しており、図６（ｂ）は図６（ａ）のＶＩＢ−ＶＩＢ断面図である。なお、図６に示す発光装置３０は、「発光チップ」あるいは「ランプ」と呼ばれることもある。

この発光装置３０は、一方の側に凹部３１ａが形成された筐体３１と、筐体３１に形成されたリードフレームからなるｐリード部３２およびｎリード部３３と、凹部３１ａの底面に取り付けられた半導体発光素子１と、凹部３１ａを覆うように設けられた封止部３４とを備えている。なお、図６（ａ）においては、封止部３４の記載を省略している。

筐体３１は、ｐリード部３２およびｎリード部３３を含む金属リード部に、白色の熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。

ｐリード部３２およびｎリード部３３は、０．１〜０．５ｍｍ程度の厚みをもつ金属板であり、加工性、熱伝導性に優れた金属として例えば鉄／銅合金をベースとし、その上にめっき層としてニッケル、チタン、金、銀などを数μｍ積層して構成されている。そして、本実施の形態では、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一部が、凹部３１ａの底面に露出するようになっている。また、ｐリード部３２およびｎリード部３３の一端部側は筐体３１の外側に露出し、且つ、筐体３１の外壁面から裏面側に折り曲げられている。

また、半導体発光素子１は、凹部３１ａに、ｐリード部３２とｎリード部３３とに跨って取り付けられている。なお、ｐリード部３２およびｎリード部３３に対する半導体発光素子１の取り付け手法の詳細については後述する。

そして、封止部３４は、可視領域の波長において光透過率が高い透明樹脂にて構成される。封止部３４を構成する耐熱性、耐候性、及び機械的強度が高い特性を満たす樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコン樹脂を用いることができる。そして、本実施の形態では、封止部３４を構成する透明樹脂に、半導体発光素子１から出射される光の一部を、緑色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させている。なお、このような蛍光体に代えて、青色光の一部を黄色光に変換する蛍光体、あるいは、青色光の一部を黄色光および赤色光に変換する蛍光体を含有させるようにしてもよい。

なお、本実施の形態の発光装置３０を組み込んだバックライト、携帯電話、ディスプレイ、各種パネル類、コンピュータ、ゲーム機、照明などの電子機器や、それらの電子機器を組み込んだ自動車などの機械装置は、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。特に、バックライト、携帯電話、ディスプレイ、ゲーム機、照明などのバッテリ駆動させる電子機器において、優れた発光特性を有する半導体発光素子１を具備した優れた製品を提供することができ、好ましい。また、半導体発光素子１を備えた発光装置３０の構成は、図６に示すものに限られるわけではなく、例えば砲弾型と呼ばれるパッケージ構成を採用したものであってもよい。

図７は、図６に示す発光装置３０における半導体発光素子１の実装状態の一例を示す図である。ただし、図７においては、発光装置３０に設けられる筐体３１および封止部３４の記載を省略している。

本実施の形態では、図２に示す半導体発光素子１の上下を反転させることで，半導体発光素子１に設けられたｐ電極２００における露出部をｐリード部３２に対向させ、且つ、半導体発光素子１に設けられたｎ電極３００における露出部をｎリード部３３に対向させている。そして、ｐリード部３２とｐ電極２００における露出部とをはんだ３５にて接続し、且つ、ｎリード部３３とｎ電極３００における露出部とをはんだ３５にて接続している。これにより、半導体発光素子１は、ｐリード部３２およびｎリード部３３と電気的に接続され、且つ、ｐリード部３２およびｎリード部３３を介して筐体３１（図６参照）に対し機械的に固定されている。このような半導体発光素子１の接続手法は、一般にフリップチップ接続と呼ばれる。フリップチップ接続においては、半導体発光素子１の基板１１０側が、発光層１５０よりもリード部から遠い側に配置されることになる。

では、図６に示す発光装置３０による発光動作を、図１〜図７を参照しつつ説明する。
発光装置３０に設けられたｐリード部３２およびｎリード部３３を介して、半導体発光素子１にｐリード部３２からｎリード部３３に向かう電流を流すと、半導体発光素子１では、ｐ電極２００から透明導電層１７０、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０、ｎ型半導体層１４０を介してｎ電極３００に向かう電流が流れる。その結果、発光層１５０が例えば青色の光を出力する。このとき、発光層１５０から出力される光は、主として、基板１１０側と、ｐ電極２００側とに向かう。

ここで、本実施の形態では、半導体発光素子１に透明絶縁層１８０が設けられているが、透明絶縁層１８０に設けられた複数の貫通孔を介して、ｐ電極２００（より具体的には複数のｐ接続導体２１１）と透明導電層１７０とが導通し、且つ、ｎ電極３００（より具体的には複数のｎ接続導体３１１）とｎ型半導体層１４０とが導通することで、発光層１５０に対する給電が行われる。

続いて、半導体発光素子１における、発光層１５０から出力された光の挙動について説明する。
発光層１５０から出射される光のうち基板１１０側に向かう光の大部分は、ｎ型半導体層１４０、下地層１３０、中間層１２０および基板１１０を通過し、半導体発光素子１の外部（図７における上方）に出射される。しかしながら、基板１１０側に向かう光の一部は、例えば中間層１２０と基板１１０との境界部において中間層１２０および基板１１０の屈折率差によって反射し、発光層１５０側に戻ってくる。

また、発光層１５０から出射される光のうち基板１１０とは反対側に向かう光および基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を介して、ｐ電極２００が設けられている側の透明絶縁層１８０との境界部（透明絶縁層１８０のうち貫通孔が形成されていない部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光の一部は、透明導電層１７０および透明絶縁層１８０の屈折率差によって反射し、透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。また、透明導電層１７０と透明絶縁層１８０との境界部を通過した光は、透明絶縁層１８０を介してｐ電極２００との境界部に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｐ電極２００に設けられたｐ金属反射層２０２によって反射し、透明絶縁層１８０および透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。

一方、発光層１５０から出射される光のうち基板１１０とは反対側に向かう光および基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｐ型半導体層１６０および透明導電層１７０を介して、ｐ電極２００との境界部（透明絶縁層１８０に貫通孔が形成されている部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｐ電極２００に設けられたｐ金属反射層２０２によって反射し、透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０側へと向かう。

このようにしてｐ電極２００側で反射した光は、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をさらに通過し、半導体発光素子１の外部（図７における上方）に出射される。

これに対し、基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｎ型半導体層１４０を介して、ｎ電極３００が設けられている側の透明絶縁層１８０との境界部（透明絶縁層１８０のうち貫通孔が形成されていない部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光の一部は、ｎ型半導体層１４０および透明絶縁層１８０の屈折率差によって反射し、ｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。また、ｎ型半導体層１４０と透明絶縁層１８０との境界部を通過した光は、透明絶縁層１８０を介してｎ電極３００との境界部に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｎ電極３００に設けられたｎ金属反射層３０２によって反射し、透明絶縁層１８０およびｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。

一方、基板１１０側から戻ってきた光の一部は、ｎ型半導体層１４０を介して、ｎ電極３００との境界部（透明絶縁層１８０に貫通孔が形成されている部位）に到達する。そして、この境界部に到達した光は、ｎ電極３００に設けられたｎ金属反射層３０２によって反射し、ｎ型半導体層１４０を介して下地層１３０側へと向かう。

このようにしてｎ電極３００側で反射した光は、中間層１２０および基板１１０をさらに通過し、半導体発光素子１の外部（図７における上方）に出射される。

その後、半導体発光素子１から出力された光（青色光）は、封止部３４内すなわち凹部３１ａ内を進行し、直接あるいは凹部３１ａの内壁（底面や壁面）で反射した後に、封止部３４の上部側に設けられた出射面から外部に出射される。但し、出射面に向かう光の一部は、出射面で反射し、再び封止部３４内を進行する。この間、封止部３４内において、青色光の一部は蛍光体によって緑色光および赤色光に変換され、変換された緑色光および赤色光は、直接あるいは底面や壁面で反射した後、青色光と共に出射面から外部に出射される。したがって、発光装置３０からは、青色光、緑色光および赤色光を含む白色光が出射されることになる。

本実施の形態では、半導体発光素子１に、透明絶縁層１８０と隣接する他の層（ｐ電極２００においては透明導電層１７０、ｎ電極３００においてはｎ型半導体層１４０）との屈折率差を利用した光の反射構造を設けるとともに、透明絶縁層１８０の上にさらに金属反射層（ｐ電極２００においてはｐ金属反射層２０２、ｎ電極３００においてはｎ金属反射層３０２）を設けるようにした。これにより、半導体発光素子１をフリップチップ実装した場合に、目的とする光の取り出し方向（発光層１５０から基板１１０側に向かう方向）と反対側に出力される光を、より多く基板１１０側に向けて反射させることが可能となり、結果として、半導体発光素子１からの光の取り出し効率を向上させることができる。

また、本実施の形態では、ｐ電極２００内にｐ金属反射層２０２を設けるとともに、ｎ電極３００内にｎ金属反射層３０２を設けるようにしたので、各電極と各金属反射層とを別々に設ける場合と比較して、半導体発光素子１の構成を簡易にすることができ、且つ、半導体発光素子１が大型化するのを抑制することができる。

ここで、本実施の形態では、ｐ金属反射層２０２をｐ電極２００の構成要素とするために、透明導電層１７０とｐ電極２００との間に配置される透明絶縁層１８０に貫通孔を複数設け、これら複数の貫通孔を介して透明導電層１７０とｐ電極２００（より具体的にはｐ電極２００に設けられた複数のｐ接続導体２１１からなるｐ導体部２１０）とを、電気的に接続した。このとき、ｐ電極２００を構成する各層は、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔における一方の開口部（透明導電層１７０側）および他方の開口部（透明導電層１７０とは反対側）に起因して、それぞれ屈曲する部位が生じる。このような屈曲部位では、ｐ電極２００を構成する各層のそれぞれにストレスがかかりやすくなり、この屈曲部位において各層に割れ（クラック）が生じる懸念がある。

また、本実施の形態では、ｐ金属反射層２０２とｐボンディング層２０４との間にｐ拡散防止層２０３を設けることで、ｐ金属反射層２０２を構成する材料のマイグレーションおよびｐボンディング層２０４を構成する材料のマイグレーションを抑制している。ただし、ｐ電極２００において上述したクラックが発生すると、このクラックを介したマイグレーションが生じやすくなってしまう。

これに対し、本実施の形態では、透明絶縁層１８０に形成される貫通孔の形状に工夫を施すことにより、貫通孔の周辺に積層される、ｐ電極２００を構成する各層の屈曲の度合いを低減することができる。これにより、複数の貫通孔が形成された透明絶縁層１８０の上にｐ電極２００を形成する場合に、ｐ電極２００を構成する各層にクラックが生じるのを抑制することができ、その結果、半導体発光素子１を構成するｐ電極２００におけるマイグレーションの発生を抑制することができる。

また、本実施の形態では、ｎ金属反射層３０２をｎ電極３００の構成要素とするために、ｎ型半導体層１４０とｎ電極３００との間に配置される透明絶縁層１８０に貫通孔を複数設け、これら複数の貫通孔を介してｎ型半導体層１４０とｎ電極３００（より具体的にはｎ電極３００に設けられた複数のｎ接続導体３１１からなるｎ導体部３１０）とを、電気的に接続した。このとき、ｎ電極３００を構成する各層は、透明絶縁層１８０に設けられた各貫通孔における一方の開口部（ｎ型半導体層１４０側）および他方の開口部（ｎ型半導体層１４０とは反対側）に起因して、それぞれ屈曲する部位が生じる。このような屈曲部位では、ｎ電極３００を構成する各層のそれぞれにストレスがかかりやすくなり、この屈曲部位において各層に割れ（クラック）が生じる懸念がある。

また、本実施の形態では、ｎ金属反射層３０２とｎボンディング層３０４との間にｎ拡散防止層３０３を設けることで、ｎ金属反射層３０２を構成する材料のマイグレーションおよびｎボンディング層３０４を構成する材料のマイグレーションを抑制している。ただし、ｎ電極３００において上述したクラックが発生すると、このクラックを介したマイグレーションが生じやすくなってしまう。

これに対し、本実施の形態では、透明絶縁層１８０に形成される貫通孔の形状に工夫を施すことにより、貫通孔の周辺に積層される、ｎ電極３００を構成する各層の屈曲の度合いを低減することができる。これにより、複数の貫通孔が形成された透明絶縁層１８０の上にｎ電極３００を形成する場合に、ｎ電極３００を構成する各層にクラックが生じるのを抑制することができ、その結果、半導体発光素子１を構成するｎ電極３００におけるマイグレーションの発生を抑制することができる。

特に、本実施の形態のように、フリップチップ接続で使用される半導体発光素子１では、半導体発光素子１の製造段階で、ｐ電極２００およびｎ電極３００に対し、予め、それぞれはんだバンプを形成することがある。ここで、はんだバンプは、通常のはんだ等に比べて融点が高い材料（ＡｕＳｎ等）を用いる場合が多いため、半導体発光素子１をフリップチップ実装する際、ｐ電極２００およびｎ電極３００に、熱膨張・熱収縮による応力や熱衝撃などがかかりやすくなる。ここで、本実施の形態では、ｐ電極２００における複数のｐ接続導体２１１とｐパッド部２２０との境界に、上述した構造を採用したため、実装においてｐ電極２００に熱ストレスがかかった場合であっても、熱に起因するクラックは生じにくくなる。また、本実施の形態では、ｎ電極３００における複数のｎ接続導体３１１とｎパッド部３２０との境界部に、上述した構造を採用したため、実装においてｎ電極３００に熱ストレスがかかった場合であっても、熱に起因するクラックは生じにくくなる。

以下に、本発明の実施例について説明を行うが，本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の形状を異ならせた半導体発光素子１の製造を行った。この例においては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体としてＩＩＩ族窒化物半導体の一種であるＧａＩｎＮを用い、その発光波長λを４５０ｎｍ（青色光）とした。そして、得られた各半導体発光素子１において、透明絶縁層１８０に対するｐ電極２００の境界構造、および、透明絶縁層１８０に対するｎ電極３００の境界構造について、それぞれ評価を行った。なお、ここでは、透明導電層１７０としてＩＺＯを用い、透明絶縁層１８０としてＳｉＯ_２（二酸化珪素）を用いた。また、透明導電層１７０の厚さを約２５０ｎｍとし、透明絶縁層１８０の膜厚Ｈを３８０ｎｍ（Ｈ≒５Ｑ）とした。

ここで、以下に示す表１は、実施例１〜４および比較例のそれぞれにおける、透明絶縁層１８０のｐ第１傾斜角度θｐ１、ｐ第２傾斜角度θｐ２、ｎ第１傾斜角度θｎ１、ｎ第２傾斜角度θｎ２を示している。また、以下に示す表２は、実施例１〜４および比較例で用いたｐ電極２００の層構成を示しており、以下に示す表３は、実施例１〜４および比較例で用いたｎ電極３００の層構成を示している。なお、ここでは、実施例１〜４および比較例において、ｐ電極２００およびｎ電極３００の層構成を共通にした。なお、表３に示す「ＡＰＣ」は、Ａｇ（銀）、Ｐｄ（パラジウム）およびＣｕ（銅）を含む合金である。

実施例１〜４の各半導体発光素子１では、透明絶縁層１８０とｐ電極２００との境界部においてクラックは発生せず、また、透明絶縁層１８０とｎ電極３００との境界部においてクラックは発生しなかった。これに対し、比較例の半導体発光素子１では、透明絶縁層１８０とｐ電極２００との境界部においてクラックが発生し、また、透明絶縁層１８０とｎ電極３００との境界部においてクラックが発生した。

図８は、実施例１に係る半導体発光素子１における、透明絶縁層１８０に対するｐ電極２００の境界構造を示すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）写真である。一方、図９は、比較例に係る半導体発光素子１における、透明絶縁層１８０に対するｐ電極２００の境界構造を示すＳＥＭ写真である。

ここで、図８を参照すると、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の断面をテーパ状とすることにより、貫通孔の周囲に積層される、ｐ電極２００を構成する各層がなめらかに連続していることがわかる。

これに対し、図９を参照すると、透明絶縁層１８０に設けられる貫通孔の断面をテーパ状にせず、透明導電層１７０に対し垂直に立ち上がるように構成した場合（この例では貫通孔を円筒状とした場合）には、貫通孔の周囲に積層される、ｐ電極２００を構成する各層に、それぞれの屈曲部位に対応したクラックが生じていることがわかる。

なお、本実施の形態では、ｐ電極２００およびｎ電極３００の双方に、貫通孔を形成した透明絶縁層１８０を設けていた。ただし、これに限られるものではなく、少なくともｐ電極２００側に透明絶縁層１８０が設けられていればよい。

また、本実施の形態では、ｐ電極２００側に設けられる貫通孔およびｎ電極３００側に設けられる貫通孔において、ｐ第１直径Ｄｐ１とｎ第１直径Ｄｎ１とを同じ大きさとし、且つ、ｐ第２直径Ｄｐ２とｎ第２直径Ｄｎ２とを同じ大きさとしていた。ただし、これに限られるものではなく、Ｄｐ１＜Ｄｐ２およびＤｎ１＜Ｄｎ２の関係を満たすものであれば、ｐ電極２００側とｎ電極３００側とで、それぞれの貫通孔の大きさを変えてもよい。

さらに、本実施の形態では、ｐ電極２００側に設けられる貫通孔およびｎ電極３００側に設けられる貫通孔において、ｐ第１傾斜角度θｐ１とｎ第１傾斜角度θｎ１とを同じ大きさとし、且つ、ｐ第２傾斜角度θｐ２とｎ第２傾斜角度θｎ２とを同じ大きさとしていた。ただし、これに限られるものではなく、θｐ１＜θｐ２およびθｎ１＜θｎ２の関係を満たすものであれば、ｐ電極２００側とｎ電極３００側とで、それぞれの貫通孔の断面形状を変えてもよい。

さらにまた、本実施の形態では、ｐ電極２００側に設けられる貫通孔およびｎ電極３００側に設けられる貫通孔において、円形状の構造を採用していた。ただし、これに限られるものではなく、例えば多角形状や楕円形状などを採用してもよい。ここで、多角形状を採用する場合にあっては、それぞれの角部に曲率を持たせることが望ましい。さらに、ｐ電極２００側とｎ電極３００側とで、貫通孔の形状を異ならせてもよい。

また、透明絶縁層１８０を介して透明導電層１７０に至るまで貫通孔を形成する場合にあっては、その掘り込み深さは、透明導電層１７０の厚さの１０〜５０％とすることが望ましく、１５〜３０％とすることがさらに望ましい。ここで、貫通孔を透明導電層１７０まで掘り込まないで形成しようとした場合、貫通孔の形成部位において、貫通孔の底部に透明絶縁層１８０が残留してしまうおそれがある。そして、貫通孔の底部に透明絶縁層１８０が残留してしまった場合には、半導体発光素子１における順方向電圧Ｖｆが増大することになってしまう。一方、貫通孔を透明絶縁層１８０および透明導電層１７０の両者を貫通して形成した場合（貫通孔を介してｐ型半導体層１６０を露出させた場合）には、ｐ密着層２０１がｐ型半導体層１６０と直接接触することになる。この場合に、直接に接触するｐ密着層２０１およびｐ型半導体層１６０がオーミック接触にならないことから、電流は、ｐ密着層２０１からｐ型半導体層１６０に直接には供給されず、ｐ密着層２０１と接触する透明導電層１７０（透明導電層１７０に設けられた貫通孔の内壁面）から、透明導電層１７０を介してｐ型半導体層１６０に間接的に供給されることになる。したがって、透明絶縁層１８０に設けられた貫通孔が透明導電層１７０まで貫通している場合には、ｐ電極２００と透明導電層１７０との接触面積が非常に小さくなることになり、半導体発光素子１における順方向電圧Ｖｆが大幅に上昇する。

また、本実施の形態では、ｐ電極２００側に設けられる貫通孔およびｎ電極３００側に設けられる貫通孔の双方において、貫通孔の内壁面の断面形状を直線状としていた。ただし、これに限られるものではなく、ｐ第１傾斜角度θｐ１あるいはｎ第１傾斜角度θｎ１が鋭角となるものであれば、貫通孔の内壁面の断面形状が例えば曲線状であってもよいし、例えば段差等を有するものであってもかまわない。

さらに、本実施の形態では、ｐ電極２００側に設けられる貫通孔およびｎ電極３００側に設けられる貫通孔の双方において、ｐ第２傾斜角度θｐ２およびｎ第２傾斜角度θｎ２を鈍角としていた。ただし、これに限られるものではなく、こちらについては例えば直角であってもよい。

さらにまた、本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物半導体を含む半導体発光素子１を例として説明を行ったが、これに限られるものではなく、ＩＩＩ−Ｖ属半導体を含むものであればよい。

１…半導体発光素子、１１０…基板、１２０…中間層、１３０…下地層、１４０…ｎ型半導体層、１５０…発光層、１６０…ｐ型半導体層、１７０…透明導電層、１８０…透明絶縁層、２００…ｐ電極、２０１…ｐ密着層、２０２…ｐ金属反射層、２０３…ｐ拡散防止層、２０４…ｐボンディング層、２０５…ｐ保護密着層、２１０…ｐ導体部、２１１…ｐ接続導体、２２０…ｐパッド部、３００…ｎ電極、３０１…ｎ密着層、３０２…ｎ金属反射層、３０３…ｎ拡散防止層、３０４…ｎボンディング層、３０５…ｎ保護密着層、３１０…ｎ導体部、３１１…ｎ接続導体、３２０…ｎパッド部、４００…保護層

Claims (16)

1. 第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第１半導体層と、
   前記第１半導体層上に当該第１半導体層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
   前記発光層上に当該発光層に接して設けられ、前記第１導電型とは逆の第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第２半導体層と、
   前記発光層から出力される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、前記第２半導体層に積層される透明導電層と、
   前記発光層から出力される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成され、厚さ方向に貫通する貫通孔を有するとともに前記透明導電層に積層される透明絶縁層と、
   前記第１半導体層に接続され、前記発光層に通電する一方の端子となる第１電極と、
   前記透明絶縁層に積層されるとともに当該透明絶縁層に設けられる前記貫通孔を介して前記透明導電層に接続され、前記発光層に通電する他方の端子となる第２電極とを備え、
   前記透明絶縁層における前記透明導電層との接触面と、当該透明絶縁層に設けられる前記貫通孔の内壁面との成す角度が、鋭角であることを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記透明絶縁層における前記透明導電層との接触面とは反対側の面と、当該透明絶縁層に設けられる前記貫通孔の内壁面との成す角度が、鈍角であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
3. 前記透明絶縁層に形成される前記貫通孔は、前記透明導電層に近い側から遠ざかる側に向かうに連れて、幅が拡大する形状を有していることを特徴とする請求項１または２記載の半導体発光素子。
4. 前記透明絶縁層に形成される前記貫通孔は、略円形状にて形成されるとともに、当該透明導電層に近い側から遠ざかるにつれて直径が拡大する形状を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
5. 前記透明絶縁層における前記透明導電層との接触面と、当該透明絶縁層に設けられる前記貫通孔の内壁面との成す角度が、１５°〜６０°であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
6. 前記透明絶縁層に、前記貫通孔が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の半導体発光素子。
7. 前記第２電極は、
   導電性を有し、前記透明絶縁層および前記貫通孔を介して露出する前記透明導電層を覆うように設けられる被覆層と、
   前記発光層から出力される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、前記被覆層上に当該被覆層に接して設けられる金属反射層と、
   前記金属反射層を覆うように設けられる他の被覆層と、
   前記他の被覆層上に当該他の被覆層に接して設けられ、外部との電気的な接続に用いられる接続層と
   を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の半導体発光素子。
8. 前記透明導電層は、前記発光層が出力する光の波長において第１屈折率を示す材料で構成され、
   前記透明絶縁層は、前記発光層が出力する光の波長において前記第１屈折率よりも屈折率が低い第２屈折率を示す材料で構成されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の半導体発光素子。
9. 前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の半導体発光素子。
10. 前記第１電極および前記第２電極には、それぞれ、外部との電気的な接続に用いられるはんだバンプが取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載の半導体発光素子。
11. 第１導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第１半導体層と、
    前記第１半導体層上に当該第１半導体層に接して設けられ、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成されるとともに通電により発光する発光層と、
    前記発光層上に当該発光層に接して設けられ、前記第１導電型とは逆の第２導電型を有するＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成される第２半導体層と、
    前記発光層から出力される光に対する透過性および導電性を有する材料で構成され、前記第２半導体層に積層される透明導電層と、
    前記発光層から出力される光に対する透過性および絶縁性を有する材料で構成されるとともに前記透明導電層に積層され、厚さ方向に貫通し且つ前記透明導電層に近づくにつれて直径が減少する貫通孔を複数個有する透明絶縁層と、
    前記第１半導体層に接続され、前記発光層に通電する一方の端子となる第１電極と、
    複数の前記貫通孔を介して前記透明導電層に一端が電気的に接続されるとともに、複数の当該貫通孔におけるそれぞれの内壁面に沿って設けられる複数の接続導体を有する導体部と、前記透明絶縁層上に当該透明絶縁層に接して設けられるとともに、当該導体部を構成する複数の当該接続導体におけるそれぞれの他端が電気的に接続される電極部とを有し、前記発光層に通電する他方の端子となる第２電極と
    を含む半導体発光素子。
12. 前記第２電極は、
    導電性を有し、前記透明絶縁層および前記貫通孔を介して露出する前記透明導電層を覆うように設けられる被覆層と、
    前記発光層から出力される光に対する反射性および導電性を有する金属材料で構成され、前記被覆層上に当該被覆層に接して設けられる金属反射層と、
    前記金属反射層を覆うように設けられる他の被覆層と、
    前記他の被覆層上に当該他の被覆層に接して設けられ、外部との電気的な接続に用いられる接続層と
    を有することを特徴とする請求項１１記載の半導体発光素子。
13. 前記透明導電層はインジウム（Ｉｎ）を含む酸化物で構成され、
    前記金属反射層は、銀（Ａｇ）を含む金属で構成され、
    前記接続層は、金（Ａｕ）を含む金属で構成されること
    を特徴とする請求項１２記載の半導体発光素子。
14. 前記透明導電層は、前記発光層が出力する光の波長において第１屈折率を示す材料で構成され、
    前記透明絶縁層は、前記発光層が出力する光の波長において前記第１屈折率よりも屈折率が低い第２屈折率を示す材料で構成されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項記載の半導体発光素子。
15. 前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項記載の半導体発光素子。
16. 前記第１電極および前記第２電極には、それぞれ、外部との電気的な接続に用いられるはんだバンプが取り付けられていることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項記載の半導体発光素子。

Images