JP5659728B2 - 発光素子 - Google Patents

Description

本発明は、発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する金属膜である反射導電膜を備えた発光素子に関するものである。

実装基板に実装される従来の発光素子として、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。この特許文献１，２に記載の発光素子を図９（Ａ）および同図（Ｂ）に基づいて説明する。

図９（Ａ）に示す発光素子１００（特許文献１に記載の発光装置）は、透光性基板１０１に、ｎ形窒化物半導体層１０２と、窒化物発光層１０３と、ｐ形窒化物半導体層１０４が積層されている。更に、ｐ形窒化物半導体層１０４に、透明導電膜１０５と、低屈折率誘電体層１０６と、反射導電膜１０７とが積層されている。

低屈折率誘電体層１０６は、ＳｉＯ₂層１０６ａと、ＺｒＯ₂層１０６ｂとにより構成することができる他、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃の群から選択される１つの材料により形成された単層膜により構成される。従来の発光素子１００では、実装基板Ｂに搭載されるときに、従来の発光素子１００と実装基板Ｂとの間に介在するバンプＰに対応する位置を、形成禁止領域としているので、低屈折率誘電体層１０６は、この形成禁止領域以外の領域に形成されている。

このように従来の発光素子１００では、低屈折率誘電体層１０６を形成禁止領域から避けて形成することで、実装時の衝撃で透明導電膜１０５と低屈折率誘電体層１０６との剥離を防止している。

また、図９（Ｂ）に示す発光素子２００（特許文献２に記載の半導体発光素子）では、サファイア２０１に積層されたＩｎＧａＮ半導体発光部２０２と、ＩｎＧａＮ半導体発光部２０２上に形成されたＰ側透明電極２０３と、複数の開口２０５ａを有する透明絶縁膜２０５と、開口２０５ａを介してＰ側透明電極２０３に接合する反射電極２０７とを有し、反射電極２０７が、Ｐ側パッド電極２０８により実装基板２１０に接合されている。また、透明絶縁膜２０５と反射電極２０７との間に、密着性を高めるための接着層を設けてもよいとされている。

特開２０１０−１９９２４７号公報 国際公開第２００６／００６５５５号

図９（Ａ）に示す特許文献１に記載の発光素子１００では、バンプＰに対応する位置を形成禁止領域としている。放熱性の観点からは、バンプ接合部数は多い方が良いが、特許文献１に記載の発光素子においてバンプ接合部数を多くすると、低屈折率誘電体層１０６を形成する領域が減少し、光取り出し効率が低下してしまう。

また、図９（Ｂ）に示す特許文献２に記載の発光素子２００では、ＩｎＧａＮ半導体発光部２０２と、実装基板２１０とが、反射電極２０７の全面を覆うパッド電極２０８により接合されており、半導体発光部と実装基板とが複数のバンプを介して接合される構造を想定していない。

そこで本発明は、半導体発光部と実装基板とが複数のバンプを介してされる発光素子において、高い耐衝撃性を確保しつつ、高い光取り出し効率を図ることができる発光素子を提供することを目的とする。

本願発明者らが検討を重ねた結果、低屈折率誘電層と反射導電膜との間に、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜を設けることにより、低屈折率誘電層と反射導電膜との密着力が向上することが分かった。これにより、低屈折率誘電層を、発光素子と実装基板との間に介在するバンプＰと対応する位置にも設けることが可能となり、高い光取り出し効率が得られることを見出した。ここで、「バンプＰと対応する位置」とは、バンプＰと発光素子電極との接合面と、バンプＰの形成面に直交する方向から見て重なり合う位置を意味する。

また、透明導電膜と反射導電膜とが導通する導通領域と、低屈折率誘電膜との境界が、バンプＰと対応する位置にあると、耐衝撃性が著しく低下することを発見した。そこで、導通領域を、バンプＰと対応する位置以外に設けることにより、高い耐衝撃性を確保できることを見出した。ここで、「導通領域を、バンプＰと対応する位置以外に設ける」とは、導通領域と、バンプＰと発光素子電極との接合面とが、バンプＰの形成面に直交する方向からみて、互いに重なり合わないように形成されることを意味する。言い換えれば、導通領域が、バンプＰと発光素子電極との接合面を透明導電膜に投影した投影領域の外に形成される状態である。

そこで、本発明の発光素子は、ｎ型層、発光層およびｐ型層が積層された半導体層と、前記ｐ型層上に積層され、前記ｐ型層より屈折率が小さい透明電極膜と、前記透明電極膜上に、導通領域を除くように積層され、前記ｐ型層より屈折率が小さいシリコン化合物により形成された低屈折率誘電膜と、前記低屈折率誘電膜上に積層され、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜と、前記接着誘電膜と接合し、前記導通領域において前記透明導電膜と導通する金属層からなる反射導電膜と、前記反射導電膜上に形成されたｐ電極と、前記ｐ電極と接合する複数のバンプを備え、前記導通領域は、前記ｐ電極と前記バンプとの接合面を前記透明導電膜へ投影した投影領域の外に設けられていることを特徴とする。

本発明の発光素子は、低屈折率誘電膜により全反射させる範囲を広く確保することができ、光を吸収しない誘電体により低屈折率誘電膜が形成されているので、高い耐衝撃性を確保しつつ、高い光取り出し効率を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る発光素子の断面図 図１に示す発光素子の透明導電膜と低屈折率誘電膜とを示す図 従来の発光素子の透明導電膜と低屈折率誘電膜とを示す図 実施の形態１に係る発光素子の第１変形例を示す断面図 第１変形例の透明導電膜と低屈折率誘電膜とを示す図 （Ａ）（Ｂ）は、第２、第３変形例の透明導電膜と低屈折率誘電膜とを示す図 （Ｃ）（Ｄ）は、第４、第５変形例の透明導電膜と低屈折率誘電膜とを示す図 本発明の実施の形態２に係る発光素子の断面図 （Ａ）および（Ｂ）は従来の発光素子の断面図 実施の形態１および変形例１に係る発光素子と、比較例との比較図

本願の第１の発明は、ｎ型層、発光層およびｐ型層が積層された半導体層と、ｐ型層上に積層され、ｐ型層より屈折率が小さい透明電極膜と、透明電極膜上に、導通領域を除くように積層され、ｐ型層より屈折率が小さいシリコン化合物により形成された低屈折率誘電膜と、低屈折率誘電膜上に積層され、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜と、接着誘電膜と接合し、導通領域において透明導電膜と導通する金属層からなる反射導電膜と、反射導電膜上に形成されたｐ電極と、ｐ電極と接合する複数のバンプを備え、導通領域は、ｐ電極とバンプとの接合面を透明導電膜へ投影した投影領域の外に設けられていることを特徴とする発光素子である。

第１の発明によれば、シリコン化合物により形成された低屈折率誘電膜と、金属層による反射導電膜との間に、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜が設けられているので、低屈折率誘電膜が直接反射導電膜と接触している場合と比較して密着度を向上させることができる。従って、バンプと対応する位置にも低屈折率誘電膜を形成することができるので、広い範囲に低屈折率誘電膜を形成することができる。従って、低屈折率誘電膜により全反射させる範囲を広く確保することができる。また、反射導電膜と透明導電膜とが導通する導通領域が、ｐ電極とバンプとの接合面を透明導電膜へ投影した投影領域の外に設けられているため、導通領域と低屈折率誘電膜との境界が、バンプの形成面と直交する方向から見て、ｐ電極とバンプとの接合面と重なり合わない。従って、高い耐衝撃性を確保することができる。ここで、酸化物とは酸素を含む化合物であり、窒素を含む場合も含まれる。

本願の第２の発明は、第１の発明において、導通領域は、透明電極膜の周縁部に設けられている発光素子である。

第２の発明によれば、導通領域を透明電極膜の周縁部とすることで、周縁部の内側の広い領域を反射領域とすることができるので、発光層からの光を広い範囲で全反射させることができるので、更に光取り出し効率を向上させることができる。

本願の第３の発明は、第１の発明において、導通領域は、複数のバンプの間に設けられ、バンプより小さく輪郭を有する発光素子である。

第３の発明によれば、導通領域がバンプの間に位置することで、バンプの間からも電流が注入され、良好な電流拡散を得ることができる。また、導通領域をバンプより小さい輪郭とすることで、反射領域を広く確保することができる。

本願の第４の発明は、第２または第３の発明において、導通領域は、透明導電膜の中心を対称点として点対称に配置されている請求項２または３記載の発光素子である。

第４の発明によれば、導通領域から透明導電膜へ平均的にバランスよく電流が流れ、拡散させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。

本願の第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、接着誘電膜は、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂のいずれかの誘電膜から形成されている発光素子である。

第５の発明によれば、接着誘電膜をＡｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ_5，ＴｉＯ₂のいずれかの誘電膜とすることで、反射導電膜と高い密着を図ることができる。

本願の第６の発明は、第５の発明において、接着誘電膜と反射導電膜との間に、酸化物を構成する酸素の一部が脱離した酸素欠損膜を密着誘電膜として設けた発光素子である。

第６の発明によれば、酸素欠損膜を密着誘電膜として接着誘電膜と反射導電膜との間に形成することで、酸素欠損膜のダングリングボンドが結合手となり、反射導電膜と強く結合することにより、更に密着性を向上させることができる。

本願の第７の発明は、第６の発明において、密着誘電膜は、Ａｌ₂Ｏ_3-x（但し、０＜ｎ＜３）により形成された発光素子である。

第７の発明によれば、密着誘電膜をＡｌ₂Ｏ_3-x（但し、０＜ｎ＜３）とした酸素欠損膜とすることができる。

本願の第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、接着誘電膜は、低屈折率誘電膜よりも薄く形成された発光素子である。

第８の発明によれば、接着誘電膜が低屈折率誘電膜よりも薄く形成されていることにより、光取り出し効率を高めることができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る発光素子を図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態に係る発光素子の断面図である。また、図２は、本実施の形態に係る発光素子がサブマウントに実装される以前の状態を、電極側から見た図である。バンプが形成される（ｐ電極とバンプとの接合面となる）領域は、点線にて示された領域である。図１に示す発光素子は、バンプＰを介在させて実装基板Ｂにフリップチップ実装されるＬＥＤチップである。

発光素子は、絶縁性基板である透光性基板１１に、ｎ型層であるｎ型窒化物半導体層１２１と、発光層である窒化物発光層１２２と、ｐ型層であるｐ型窒化物半導体層１２３とが積層された半導体層１２が設けられている。透光性基板１１とｎ型窒化物半導体層１２１との間にバッファ層を設けてもよい。

透光性基板１１は、窒化物発光層１２２からの光を透過させるものが使用できる。透光性基板１１としては、例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板などが使用できる。なお、透光性基板１１は、半導体層１２を形成後に除去されていても良い。

ｎ型窒化物半導体層１２１は、ｎ型ＧａＮ層とすることができる。また、ｎ型窒化物半導体層１２１は、単層構造に限らず、多層構造でもよい。例えば、透光性基板１１がサファイア基板の場合には、ＡｌＮ層やＡｌＧａＮ層などのバッファ層を介在させ、ｎ型窒化物半導体層１２１を、ｎ型ＡｌＧａＮ層と、ｎ型ＡｌＧａＮ層上にｎ型ＧａＮ層とを積層した構成としてもよい。

窒化物発光層１２２は、少なくともＧａとＮとを含み、必要に応じて適量のＩｎを含ませることで、所望の発光波長を得ることができる。また、窒化物発光層１２２としては、単層構造とすることもできるが、例えば、ＩｎＧａＮ層とＧａＮ層を交互に少なくとも一対積層した多重量子井戸構造とすることも可能である。本実施の形態１では、窒化物発光層１２２による発光ピーク波長が４５０ｎｍとなるようにＩｎＧａＮ層の組成を設定してある。なお、窒化物発光層１２２は、単一量子井戸構造とすることも可能である。

ｐ型窒化物半導体層１２３は、ｐ型ＧａＮ層とすることができる。また、ｐ型窒化物半導体層１２３は、単層構造に限らず、多層構造とすることも可能である。その場合には、例えば、ｐ型窒化物半導体層１２３をｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを積層した多層膜とすることができる。

このような半導体層１２は、透光性基板１１にＭＯＶＰＥ法のようなエピタキシャル成長技術により成膜することができるが、例えば、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などにより積層することも可能である。

半導体層１２には、ｐ型窒化物半導体層１２３よりも屈折率が小さいＧＺＯ（ＧａをドープしたＺｎＯ）膜から形成された透明導電膜１３が成膜されている。本実施の形態１では、透明導電膜１３の膜厚が１０ｎｍに設定されている。透明導電膜１３の材料としては、ＧＺＯとする以外に、例えば、ＧＺＯ，ＡＺＯ（ＡｌをドーピングしたＺｎＯ），ＩＴＯの群から選択される材料とすることができる。

このような材料により透明導電膜１３を成膜することで、透明導電膜１３とｐ型窒化物半導体層１２３との接触をオーミック接触とすることができる。透明導電膜１３をＧＺＯ、ＡＺＯ、ＩＴＯなどにより成膜する場合には、Ｏ₂ガスアシストの電子ビーム蒸着法により成膜した後、Ｎ₂ガスとＯ₂ガスとの混合ガス中でアニールすることで、透明導電膜１３の消衰係数を０．００１程度とすることができる。なおスパッタ法による成膜であれば平坦性が良好で、低吸収であり、コンタクト性に優れた膜が形成できるのでなおよい。

透明導電膜１３をＧＺＯにより形成する場合のアニール条件の一例として、例えば、Ｎ₂ガスとＯ₂ガスとの体積比を９５：５、アニール温度を５００℃、アニール時間を５分とすることができる。なお、透明導電膜１３は、上述の成膜方法および成膜条件とする以外でもよいが、消衰係数が０．００３以下となるように成膜方法および成膜条件を設定するのが好ましい。

透明導電膜１３には、反射層１４が積層されている。この反射層１４は、低屈折率誘電膜１４１と、接着誘電膜１４２と、反射導電膜１４３とを備えている。

低屈折率誘電膜１４１は、透明導電膜１３の周縁部を透明導電膜１３と反射導電膜１４３との導通を図る導通領域Ｃ１として除いた領域に設けられた、屈折率が１．４６のＳｉＯ₂から形成された誘電体膜である。ＳｉＯ₂膜とした低屈折率誘電膜１４１は、膜厚が３００ｎｍに設定されている。低屈折率誘電膜１４１はＳｉＯ₂膜とする以外に、ｐ型窒化物半導体層１２３より屈折率が小さいシリコン化合物であればよく、ＳｉＯＮなどとすることができる。この低屈折率誘電膜１４１は、蒸着法あるいはスパッタ法により成膜することができる。

導通領域Ｃ１は、透明導電膜１３の周縁部全体の一定幅を確保することで、透明導電膜１３の中心を対称中心（対称点）として点対称な輪郭形状を有している。本実施の形態１では、透明導電膜１３の周縁部全体の一定幅として１６μｍを導通領域Ｃ１としている。

接着誘電膜１４２は、金属元素との酸化物からなる誘電体により形成され、低屈折率誘電膜１４１上に成膜されている。本実施の形態１では、接着誘電膜１４２を、屈折率が１．６〜１．９程度のＡｌ₂Ｏ₃により成膜している。Ａｌ₂Ｏ₃膜とした接着誘電膜１４２の膜厚は、低屈折率誘電膜１４１よりも薄いものであり、３０ｎｍである。接着誘電膜１４２は、Ａｌ₂Ｏ₃膜とする以外に、Ｔａ₂Ｏ₅膜，ＺｒＯ₂膜，Ｎｂ₂Ｏ₅膜，ＴｉＯ₂膜とすることができる。この接着誘電膜１４２は、蒸着法あるいはスパッタ法により成膜することができる。

反射導電膜１４３は、透明導電膜１３との導通を図る導通領域Ｃ１と、低屈折率誘電膜１４１および接着誘電膜１４２を通過した光を反射する反射領域Ｒ１とを被覆する金属膜であり、接着誘電膜１４２と接合している。本実施の形態１では、反射導電膜１４３を、高い反射率を有するＡｇ膜としている。Ａｇ膜とした反射導電膜１４３は、膜厚を１００ｎｍとすることができる。この膜厚は、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲で設定することが可能である。反射導電膜１４３は、Ａｇ膜とする以外に、Ａｌ膜とすることができる。しかし、反射導電膜１４３は、Ａｇ膜の方がＡｌ膜より反射率が高いので、Ａｇ膜とするのが好ましい。

ｎ電極１５は、ｐ型窒化物半導体層１２３と窒化物発光層１２２とｎ型窒化物半導体層１２１の一部とをエッチングしたｎ型窒化物半導体層１２１上の領域に設けられたカソード電極である。ｎ電極１５は、矩形状に形成された透光性基板１１の対角となる位置に設けられている。ｎ電極１５は、Ｔｉ層とＡｕ層とが積層されて形成されている。ｎ型窒化物半導体層１２１上に積層されるｎ電極１５のＴｉ層は、ｎ型窒化物半導体層１２１に対するオーミックコンタクト層として機能する。オーミックコンタクト層の材料は、例えば、Ｔｉ，Ｖ，Ａｌやこれらのいずれか一種類の金属を含む合金などとすることができる。Ｔｉ層に積層されたＡｕ層はｎパッド層として機能する。

ｐ電極１６は、エッチングされた残余のｐ型窒化物半導体層１２３上に積層されたアノード電極である。ｐ電極１６は、ｎ電極１５が設けられている残余の範囲に設けられている。ｐ電極１６は、反射導電膜１４３上に積層されたＡｕ層と、Ｔｉ層と、Ａｕ層とが積層されて形成されている。最表面のＡｕ層がｐパッド層として機能する。Ｐ電極１６は、等間隔のマトリクス状に配置されたバンプＰを介在させて実装基板Ｂに導通搭載されている。本実施の形態１では、ｎ電極１５を導通させるためのバンプＰも含めて５×５のバンプＰにより発光素子が実装基板Ｂに導通搭載されている。

以上のように構成された発光素子は、ｐ電極１６とｎ電極１５との間に順方向バイアス電圧を印加することで、ｐ電極１６から、反射導電膜１４３，透明導電膜１３，ｐ型窒化物半導体層１２３，窒化物発光層１２２，ｎ型窒化物半導体層１２１を経由してｎ電極１５へ電流が流れる。

反射導電膜１４３から導通領域Ｃ１の透明導電膜１３へ電流が流れるときに、透明導電膜１３は反射導電膜１４３に対して高抵抗であるため、透明導電膜１３の周縁部である導通領域Ｃ１から透明導電膜１３の中央に向かって電流が拡散する。本実施の形態１では、導通領域Ｃ１として、透明導電膜１３の周縁部全体の一定幅を確保することで、導通領域Ｃ１は透明導電膜１３の中心を対称中心（対称点）として点対称な輪郭形状を有しているため、透明導電膜１３の中央部に向かって偏り無く平均的に拡散するので、窒化物発光層１２２の発光効率を向上させることができる。

この発光素子は、低屈折率誘電膜１４１がシリコン化合物の一例であるＳｉＯ₂により形成されているが、接着誘電膜１４２が設けられているため、反射導電膜１４３との高い密着性を確保することができる。例えば、接着誘電膜１４２を設けずに、反射導電膜１４３が低屈折率誘電膜１４１を直接被覆していた場合を想定して、スパッタ法で成膜したＳｉＯ₂による誘電膜に、Ａｇによる導電膜を成膜して、引張り試験を行った。その結果、５．７Ｎ／ｍｍ²であった。

そこで、低屈折率誘電膜１４１上にＡｌ₂Ｏ₃による接着誘電膜１４２をスパッタで成膜した場合を想定して、Ａｌ₂Ｏ₃膜とＡｇ膜との組み合わせの引張り試験を行った。その結果、２８．０Ｎ／ｍｍ²と引張り強度を向上させることができた。

なお、接着誘電膜１４２をＡｌ₂Ｏ₃とする以外に、Ｔａ₂Ｏ₅膜，ＺｒＯ₂膜，Ｎｂ₂Ｏ₅膜，ＴｉＯ₂膜とした場合を表１に示す。

表１からもわかるように、低屈折率誘電膜１４１と反射導電膜１４３との密着度が低く、低屈折率誘電膜１４１と反射導電膜１４３との間に、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜１４２を設けることで密着度が向上する。これは、非金属の酸化物からなる誘電体であるＳｉＯ₂中においてＳｉ原子−酸素間は共有結合であるため結合が強固な材料で、接着に必要なダングリングボンドが少なく、反射導電膜１４３との密着力が弱いと考えられる。これに対してＡｌ₂Ｏ₃やＴａ₂Ｏ₅などの金属元素の酸化物からなる誘電体内の金属−酸素間結合はイオン結合性であるため、ＳｉＯ₂と比較すると結合力は弱くダングリングボンドが発生し結合手となるため、反射導電膜１４２との密着性が強いと思われる。

このように、低屈折率誘電膜１４１上に接着誘電膜１４２を設けることで、接着誘電膜１４２と反射導電膜１４３との密着性を向上させることができるので、バンプＰと対応する位置に低屈折率誘電膜１４１が設けられていても、衝撃による反射導電膜１４３の剥離を防止することができる。

また導通領域Ｃ１は、透明導電膜の周縁部に設けられていることにより、ｐ電極１６とバンプＰとの接合面を透明導電膜１３へ投影した投影領域Ｔ１の外に設けられていることになる。これにより、導通領域と低屈折率誘電膜との境界が、バンプＰの形成面と直交する方向から見て、ｐ電極１６とバンプＰとの接合面と重なり合わない。従って、高い耐衝撃性を確保することができる。

図１０に、本実施の形態の効果について検証した結果を示す。

比較例として、図３に示すような、バンプＰに対応する位置を低屈折率誘電膜の形成禁止領域とした比較例１、バンプＰに対応する位置に多数の輪郭の小さい導通領域を設けた比較例２、比較例２に比べて導通領域の輪郭を大きくし、個数を少なくした比較例３を作製し、導通領域をバンプＰに対応する位置以外に設けた本実施の形態との差を検証した。具体的には、光取り出し効率に関わる低屈折率誘電膜の占有率と、耐衝撃性に関わるシェア強度の平均値およびバラツキを比較した。結果を以下に述べる。

図３に示すような比較例１では、低屈折率誘電膜１４１がバンプＰに対応する位置には設けられていないため、透明導電膜１３に対して約７１％しか面積が確保できない。図２に示すような本実施の形態では、バンプＰと対応する位置にも低屈折率誘電膜１４１を設け、周縁部のみを導通領域Ｃ１とすることで、低屈折率誘電膜１４１（反射領域Ｒ１）の面積を透明導電膜１３に対して約９０％とすることができる。従って、窒化物発光層１２２からの光を透明導電膜１３と低屈折率誘電膜１４１との界面で、透光性基板１１の方向へ全反射させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。

また、バンプＰと対応する位置に輪郭の小さい導通領域を有する比較例２および比較例３では、比較例１に比べ低屈折率誘電膜１４１の占有率は大きくなり、光取り出し効率は向上するものの、シェア強度の平均値やバラツキが著しく低下し、耐衝撃性に問題があることが判明した。さらに、比較例１、比較例２および比較例３の検証結果から、バンプＰと対応する位置に低屈折率誘電膜１４１と導通領域Ｃ１の境界が多いほど、耐衝撃性が低下することが判明した。

これらの比較例に対し、本実施の形態では、低屈折率誘電膜１４１がバンプＰに対応する位置に設けられており、さらに、導通領域をバンプＰに対応する位置以外に設けたことにより、光取り出し効率および耐衝撃性が他の比較例より優れることが判明した。

また、低屈折率誘電膜１４１が光を吸収しない誘電体により形成されていることで、低屈折率誘電膜１４１の代わりに金属膜（例えば、Ｐｔ膜など。）を設けるより光取り出し効率を向上させることができる。

また、低屈折率誘電膜１４１が他の誘電体より屈折率の低いシリコン化合物であるＳｉＯ₂により形成されていることで、低屈折率誘電膜１４１と透明導電膜１３との界面で窒化物発光層１２２からの光を全反射させやすくすることができるので、更に光取り出し効率を向上させることができる。

（実施の形態１の第１変形例）
本発明の実施の形態１に係る発光素子の第１変形例について、図面に基づいて説明する。なお、図４においては、図１と同じ構成（材質）のものは同符号を付して説明を省略する。

図４に示すように低屈折率誘電膜１４１と接着誘電膜１４２とに、バンプＰの輪郭より小さい小径の貫通孔１４５（図５参照）が、ｐ電極１６とバンプＰとの接合面を透明導電膜１３へ投影した投影領域Ｔ２の外に透明導電膜１３と反射導電膜１４３とを導通させるための導通領域Ｃ２として設けられている。また、導通領域Ｃ２は透明導電膜１３の周縁部となる位置にも設けられている。従って、低屈折率誘電膜１４１および接着誘電膜１４２を通過した光を反射する反射領域Ｒ２は、導通領域Ｃ２を除いた残余の領域となる。

詳細には、貫通孔１４５が、縦列および横列にマトリクス状に配置されたバンプＰのそれぞれの間に配置されていることで、貫通孔１４５を結ぶ仮想直線が格子状であり、透明導電膜１３の中心を対称中心として対称中心の位置に配置されている。

この貫通孔１４５は、透明導電膜１３上に、低屈折率誘電膜１４１と接着誘電膜１４２とを積層する際に、貫通孔１４５を形成する位置に予めマスクパターンを設けておき、低屈折率誘電膜１４１と接着誘電膜１４２とを積層した後にマスクパターンを除去することで形成することができる。

第１変形例においては、ｐ電極１６とｎ電極１５との間にバンプＰを介在させて順方向バイアス電圧を印加すると、ｐ電極１６から反射導電膜１４３の導通領域Ｃ２へ、導通領域Ｃ２から透明導電膜１３へ電流が流れる。透明導電膜１３は、反射導電膜１４３と比較して高抵抗であり、導通領域Ｃ２が、透明導電膜１３に対して、偏り無く平均的な配置が可能な格子状に設けられているため、それぞれの導通領域Ｃ２から導通領域Ｃ２が無い領域に向かって電流が透明導電膜１３を拡散する。従って、透明導電膜１３全体の広い範囲に電流を拡散させることができる。流れる範囲が広がった電流は、ｐ型窒化物半導体層１２３，窒化物発光層１２２，ｎ型窒化物半導体層１２１を経由してｎ電極１５へ電流が流れる。

このように窒化物発光層１２２全体に電流が広がって流れるので、発光効率を向上させることができる。特に、本実施の形態では、ドット状の導通領域Ｃ２が格子状に配置され、かつ透明導電膜１３の中心を対称中心として点対称に配置されているので、より効果的に透明導電膜１３にて電流を拡散することができる。

また、導通領域Ｃ２がバンプＰの輪郭より小さく設けられていることで、反射領域Ｒ２を広く確保することができる。この第１変形例では、反射領域Ｒ２が透明導電膜１３に対して約９０％の面積を確保することができる。従って、光取り出し効率の向上を図ることができる。

また、反射領域Ｒ２を広く確保するために、導通領域Ｃ２がバンプＰの輪郭より小さく設けられているが、導通領域Ｃ２がバンプＰと対応する位置以外に設けられていることで、搭載時の衝撃が貫通孔１４５の周縁部に作用して反射導電膜１４３が接着誘電膜１４２から剥離してしまうことを回避することができる。従って、光取り出し効率の向上を図りつつ、耐衝撃性を向上させることができる。

図１０において、本変形例に係る発光素子を、先に述べた比較例および実施の形態１に係る発光素子と比較した。その結果、本変形例に係る発光素子では、実施の形態１に比べ、低屈折率誘電膜の占有率およびシェア強度を低下させることなく、効果的な電流拡散を実現できることが判明した。

（実施の形態１の第２〜第５変形例）
本発明の実施の形態１に係る発光素子の第２〜第５変形例について、図面に基づいて説明する。

第２〜第５変形例は、反射導電膜が透明導電膜と導通を図るための導通領域が、透明導電膜の周縁部だけでなく、溝状としたり、バンプより小さい輪郭を有するドット状としたりしたものである。

図６（Ａ）に示す第２変形例は、第１変形例の貫通孔１４５（図５参照）をそれぞれ結ぶ格子状の溝１４６としたものである。ドット状とした貫通孔１４５では、それぞれのドット状のマスクパターンの大きさが小さいためパターンの欠損が心配されるが、導通領域Ｃ３を溝１４６とすることで、マスクパターンをドット状とするよりも、溝１４６を形成するためのマスクパターンに高い強度を与えることができる。また、１本の溝１４６には、両端部があるため、エッチング際などに薬液が浸透しやすい。さらに反射領域Ｒ３を確保することができる。従って、導通領域Ｃ３を溝１４６とすることで、容易に、かつ精度よく形成することができる。

図６（Ｂ）に示す第３変形例は、中心を共有する複数の矩形状の溝１４７を導通領域Ｃ４としたものである。第３変形例では、２つの矩形状の溝１４７とし、内側の溝１４７ａが中心に位置するバンプＰ０を囲うように設けられている。また、外側の溝１４７ｂは、中心に位置するバンプＰ０に隣接して周囲を囲う８つのバンプＰ１を囲うように設けられている。さらに反射領域Ｒ４を確保することができる。このように導通領域Ｃ４を溝１４７とすることで、第２変形例と同様に、マスクパターンをドット状とするよりも、マスクパターンに高い強度を与えることができるので、容易に導通領域Ｃ４を形成することができる。

図７（Ｃ）に示す第４変形例は、ｎ電極１５が設けられていない角部同士を結ぶ対角線に沿ってドット状の貫通孔１４５を設けて導通領域Ｃ５を配置したものである。第４変形例では、対角線上に位置するバンプＰ２の周囲に沿って一側の角部から他側の角部へ階段状に設けられている。このような貫通孔１４５を設けることで、ｎ電極１５から離れた位置が導通領域Ｃ５となるので、電流が透明導電膜１３上で拡散しながらｎ電極１５へ向かって拡散するので、電流拡散の均一化を図ることができる。また、導通領域Ｃ５をドット状とすることで、溝とするより低屈折率誘電膜１４１の面積を広く確保することができるので、反射領域Ｒ５を広く確保することができる。

図７（Ｄ）に示す第５変形例は、ｎ電極１５が設けられていない角部に設けたＬ字状の複数の溝１４８を導通領域Ｃ６としたものである。第５変形例では、角部に位置するバンプＰ２と隣接する３つのバンプＰ３との間に溝１４８ａが設けられ、更にバンプＰ３と隣接する５つのバンプＰ４との間に溝１４８ｂが設けられている。これにより反射領域Ｒ６を確保することができる。このような溝１４８を設けることで、ｎ電極１５から離れた位置が導通領域Ｃ６となり、電流が透明導電膜１３上で拡散しながらｎ電極１５へ向かって拡散するので、電流拡散の均一化を図ることができる。

第２変形例から第５変形例においても、第１変形例と同様に、導通領域Ｃ３〜Ｃ６がバンプＰと対応する位置以外に設けられていることで、搭載時の衝撃が貫通孔１４５の周縁部や、溝１４６〜１４８の周壁部に作用して反射導電膜１４３が接着誘電膜１４２から剥離してしまうことを回避することができる。従って、光取り出し効率の向上を図りつつ、耐衝撃性を向上させることができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る発光素子を図面に基づいて説明する。なお、図８においては、図４と同じ構成（材質）のものは同符号を付して説明を省略する。本実施の形態２に係る発光素子は、接着誘電膜と反射導電膜との間に、酸化物を構成する酸素の一部が脱離した酸素欠損膜を密着誘電膜として更に設けたことを特徴とするものである。

図８に示すように、接着誘電膜１４２と反射導電膜１４３との間に密着誘電膜１４４が設けられている。接着誘電膜１４２は、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅のいずれかにより形成されている。密着誘電膜１４４は、Ａｌ₂Ｏ₃の酸素のうち、一部の酸素が脱離して欠損した状態で成膜された薄膜である。つまり、密着誘電膜１４４は、Ａｌ₂Ｏ_3-x（但し、０＜ｎ＜３）として表すことができる。従って、本実施の形態２では、反射導電膜との界面において密着誘電膜１４４は、酸素欠損した誘電体から形成されている。この密着誘電膜１４４は、スパッタ法により成膜することができる。

このような密着誘電膜１４４を、接着誘電膜１４２と反射導電膜１４３との間に設けることで、密着誘電膜内にダングリングボンドが発生し、反射導電膜との結合手になるため、更に密着性を向上させることができる。

本発明は、高い耐衝撃性を確保しつつ、高い光取り出し効率を図ることができるので、基板に発光層を含む半導体層が積層され、発光層からの光を基板方向へ反射する導電性反射膜を備えた発光素子に好適である。

１１ 透光性基板
１２ 半導体層
１２１ ｎ型窒化物半導体層
１２２ 窒化物発光層
１２３ ｐ型窒化物半導体層
１３ 透明導電膜
１４ 反射層
１４１ 低屈折率誘電膜
１４２ 接着誘電膜
１４３ 反射導電膜
１４５ 貫通孔
１４６ 溝
１４７，１４７ａ，１４７ｂ 溝
１４８，１４８ａ，１４８ｂ 溝
１５ ｎ電極
１６ ｐ電極

Claims (8)

1. 光透過性を有する基板と、
   前記基板に、ｎ型層、発光層およびｐ型層が積層された半導体層と、
   前記ｐ型層上に積層され、前記ｐ型層より屈折率が小さい透明電極膜と、
   前記透明電極膜上に、導通領域を除くように積層され、前記ｐ型層より屈折率が小さいシリコン化合物により形成された低屈折率誘電膜と、
   前記低屈折率誘電膜上に積層され、金属元素の酸化物からなる誘電体により形成された接着誘電膜と、
   前記接着誘電膜と接合し、前記導通領域において前記透明導電膜と導通する金属層からなる反射導電膜と、
   前記反射導電膜上に形成されたｐ電極と、
   前記ｐ電極と接合する複数のバンプを備え、
   前記導通領域は、前記ｐ電極と前記バンプとの接合面を前記透明導電膜へ投影した投影領域の外に設けられていることを特徴とする発光素子。
2. 前記導通領域は、前記透明電極膜の周縁部に設けられている請求項１記載の発光素子。
3. 前記導通領域は、前記複数のバンプの間に設けられ、該バンプより小さく輪郭を有する請求項１記載の発光素子。
4. 前記導通領域は、前記透明導電膜の中心を対称点として点対称に配置されている請求項２または３記載の発光素子。
5. 前記接着誘電膜は、Ａｌ₂Ｏ₃，Ｔａ₂Ｏ₅，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅，ＴｉＯ₂のいずれかの誘電膜から形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の発光素子。
6. 前記接着誘電膜と前記反射導電膜との間に、酸化物を構成する酸素の一部が脱離した酸素欠損膜を密着誘電膜として設けた請求項５記載の発光素子。
7. 前記密着誘電膜は、Ａｌ₂Ｏ_3-x（但し、０＜ｎ＜３）により形成された請求項６記載の発光素子。
8. 前記接着誘電膜は、前記低屈折率誘電膜よりも薄く形成された請求項１から７のいずれか１項に記載の発光素子。

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