(57)【要約】【課題】透光性電極のシート抵抗の増大を抑制しつつ、透光性電極の表面に凹凸を形成し、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させる。【解決手段】半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０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上に積層されるｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層されるｐ型半導体層１６０とを備える。さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０上に積層され、発光層１５０が発生する光を透過する透光性電極１７０を備える。透光性電極１７０の上面１７０ｃには、断面の重心間距離が１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下である複数の凹部１７０ａが形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層および当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が順に積層される積層半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成される透光性電極と
を備える半導体発光素子であって、
前記透光性電極が、前記積層半導体層と接する面の反対側の面に、複数の凹部が形成され、当該凹部の断面における重心間距離が１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であり、前記発光層が発光する波長に対して透光性を有する
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記透光性電極に形成される複数の前記凹部の断面における形状が、深さ方向に異なっている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透光性電極は、シート抵抗が３０Ω／□以下で、前記凹部以外の部分における厚さが５００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透光性電極は、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、
前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型である
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記積層半導体層の前記第１の半導体層のシート抵抗と、前記透光性電極のシート抵抗とが、それぞれ３０Ω/□以下で、それぞれのシート抵抗の差が１５Ω／□以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
基板上に第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層および当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層からなる積層半導体層を形成する工程と、
前記積層半導体層上に透光性電極を形成する工程と、
前記透光性電極の表面に断面の重心間距離が１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下である複数の凹部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記透光性電極に形成される複数の前記凹部の断面における形状が、深さ方向に異なっている
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記透光性電極の表面に形成される複数の前記凹部は、ナノインプリントリソグラフィにより形成されるエッチング阻止膜を用いて形成される
ことを特徴とする請求項７または８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が配置されるとともに当該半導体発光素子の正極とワイヤボンディングされる第１フレームと、
前記半導体発光素子の負極とワイヤボンディングされる第２フレームと、
前記半導体発光素子を取り囲んで形成されるモールドと
を備えたことを特徴とするランプ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透光性電極を有する半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、半導体発光素子を備えたランプ、ランプが組み込まれた照明装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子用の半導体材料として、ＧａＮ系化合物半導体が注目を集めている。ＧａＮ系化合物半導体は、サファイア単結晶を始めとして、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、その上に有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
ＧａＮ系化合物半導体からなる薄膜は、薄膜の面内方向への電流拡散が小さいという特性がある。さらに、ｐ型のＧａＮ系化合物半導体（ｐ型半導体）は、ｎ型のＧａＮ系化合物半導体（ｎ型半導体）に比べて抵抗率が高いという特性がある。そのため、ｐ型半導体層の表面に、金属からなるｐ型電極を積層しただけでは、ｐ型半導体層の面内方向への電流の広がりがほとんど無い。
【０００４】
このようなＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子では、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を有する積層半導体層を形成し、最上部のｐ型半導体層に電極を形成した場合、発光層のうち電極の直下に位置する部分しか発光しない。そのため、電極の直下で発生した発光を半導体発光素子の外部に取り出すためには、電極に透光性を持たせることにより、電極を透過させて発光を取り出す必要がある。
【０００５】
電極に透光性を持たせる方法としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウム錫）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：酸化インジウム亜鉛）等の光透過性を有する導電性の金属酸化物を透光性電極として用いる方法が知られている。
【０００６】
このような半導体発光素子から取り出される光の効率は、外部量子効率として表される。外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率とを掛け合わせたものである。内部量子効率は、半導体発光素子に注入した電気的エネルギのうち、光に変換される割合である。一方、光取り出し効率は、半導体発光素子の内部で発生した光のうち、外部へ取り出すことができる割合である。
【０００７】
近年では、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子の内部量子効率は、結晶状態の改善や構造の検討により、７０〜８０％程度に向上している。
しかしながら、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体発光素子の光取り出し効率は低い。これは、半導体発光素子の内部で発生した光が半導体発光素子の内部で反射および吸収を繰り返すことにより、一部の光が外部に取り出されないためである。
【０００８】
特許文献１には、光取り出し効率を向上させるため、半導体発光素子の最上層の半導体層の表面を非鏡面として、内部で反射する光を乱反射させ、半導体内部の多重反射を抑制する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が記載されている。
さらに、特許文献２には、光取り出し効率に優れ、且つ波長ムラを少なくするために、基板上の窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順で積層され、ｐ型半導体層上に透光性正極（透光性電極）が積層されるとともに、透光性正極の表面の少なくとも一部に無秩序な凹凸面を形成した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が記載されている。
さらにまた、特許文献３には、光取り出し面積を増加させるために、透明電極（透光性電極）であるビックスバイト（Bixbyite）構造のＩｎ２Ｏ３を含むＩＺＯ膜の表面に凹凸加工がされた化合物半導体素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２９１３６８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６５６１３号公報
【特許文献３】特開２００８−１４７４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、これまで、透光性電極の表面に凹凸を形成すると、凹凸を形成する前に比べ、透光性電極のシート抵抗が増大してしまうということが生じていた。これに対して、シート抵抗の増大を抑制するために透光性電極を厚くすると、光の透過率が低下してしまうおそれがあった。
本発明は、透光性電極のシート抵抗の増大を抑制しつつ、透光性電極の表面に凹凸を形成し、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的のもと、本発明は以下の発明を提供する。すなわち、
[１]  基板と、前記基板上に第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層および当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が順に積層される積層半導体層と、前記第２の半導体層上に形成される透光性電極とを備える半導体発光素子であって、前記透光性電極が、前記積層半導体層と接する面の反対側の面に、複数の凹部が形成され、当該凹部の断面における重心間距離が１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下であり、前記発光層が発光する波長に対して透光性を有することを特徴とする半導体発光素子。
[２]  前記透光性電極に形成される複数の前記凹部の断面における形状が、深さ方向に異なっていることを特徴とする前項１に記載の半導体発光素子。
[３]  前記透光性電極は、シート抵抗が３０Ω／□以下で、前記凹部以外の部分における厚さが５００ｎｍ以下であることを特徴とする前項１または２に記載の半導体発光素子。
[４]  前記透光性電極は、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料であることを特徴とする前項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
[５]  前記積層半導体層は、前記第１の半導体層の前記第１の導電型が電子をキャリアとするｎ型であり、前記第２の半導体層の前記第２の導電型が正孔をキャリアとするｐ型であることを特徴とする前項１に記載の半導体発光素子。
[６]  前記積層半導体層の前記第１の半導体層のシート抵抗と、前記透光性電極のシート抵抗とが、それぞれ３０Ω/□以下で、それぞれのシート抵抗の差が１５Ω／□以下であることを特徴とする前項５に記載の半導体発光素子。
【００１２】
[７]  基板上に第１の導電型を有する第１の半導体層、発光層および当該第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層からなる積層半導体層を形成する工程と、前記積層半導体層上に透光性電極を形成する工程と、前記透光性電極の表面に断面の重心間距離が１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ以下である複数の凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
[８]  前記透光性電極に形成される複数の前記凹部の前記断面における形状が、深さ方向に異なっていることを特徴とする前項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
[９]  前記透光性電極の表面に形成される複数の前記凹部は、ナノインプリントリソグラフィにより形成されるエッチング阻止膜を用いて形成されることを特徴とする前項７または８に記載の半導体発光素子の製造方法。
[１０]  前項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光素子と、前記半導体発光素子が配置されるとともに当該半導体発光素子の正極とワイヤボンディングされる第１フレームと、前記半導体発光素子の負極とワイヤボンディングされる第２フレームと、前記半導体発光素子を取り囲んで形成されるモールドとを備えたことを特徴とするランプ。
[１１]  前項１０に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする照明装置。
[１２]  前項１０に記載のランプが組み込まれていることを特徴とする電子機器。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、透光性電極のシート抵抗の増大を抑制しつつ、透光性電極の表面に凹凸を形成し、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態が適用される半導体発光素子の断面模式図の一例を示す図である。
【図２】半導体発光素子の平面模式図の一例を示す図である。
【図３】積層半導体層の構成の一例を示す図である。
【図４】凹部の構造の一例を示す斜視図である。
【図５】凹部の配列の一例を示す図である。
【図６】凹部を設けることによる光取り出しの改善率（放射エネルギ改善率）を示す図である。
【図７】比較例２のＩＺＯ膜に設けた凸部を示す図である。
【図８】実施例１、比較例１および比較例２のＩＺＯ膜のシート抵抗を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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：ＬＥＤ）１の断面模式図の一例を示す図である。図２は、図１に示す半導体発光素子１の平面模式図の一例を示す図である。
【００１６】
（半導体発光素子）
図１に示すように、半導体発光素子１は、基板１１０と、基板１１０上に積層される中間層１２０と、中間層１２０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上に積層される第１の半導体層の一例としてのｎ型半導体層１４０と、ｎ型半導体層１４０上に積層される発光層１５０と、発光層１５０上に積層される第２の半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０とを備える。なお、以下の説明においては、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。さらに、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃ上に積層され、発光層１５０が発生する光を透過する透光性電極１７０を備える。そして、半導体発光素子１は、透光性電極１７０のｐ型半導体層１６０に接する面とは反対側の上面１７０ｃ上に積層される第１のボンディングパッド電極２１０を備える。さらにまた、半導体発光素子１は、ｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を切り欠くことによって露出したｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上の一部に積層される第２のボンディングパッド電極２４０を備える。
さらに、半導体発光素子１は、第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０の部分を除いて、積層半導体層１００および透光性電極１７０を覆う保護層１８０を備える。
【００１７】
そして、透光性電極１７０の上面１７０ｃに、複数の凹部１７０ａが形成されている。複数の凹部１７０ａは、例えば、辺を共有するように相互に隣接して配置された複数の正三角形の頂点の位置に孔状に設けられている（後述する図４、５参照）。
【００１８】
この半導体発光素子１においては、第１のボンディングパッド電極２１０を正極、第２のボンディングパッド電極２４０を負極とし、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。
【００１９】
では次に、半導体発光素子１の各構成要素について、より詳細に説明する。
＜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。例えば、サファイア、ＳｉＣ、シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、酸化マンガン亜鉛鉄、酸化マグネシウムアルミニウム、ホウ化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化リチウムガリウム、酸化リチウムアルミニウム、酸化ネオジウムガリウム、酸化ランタンストロンチウムアルミニウムタンタル、酸化ストロンチウムチタン、酸化チタン、ハフニウム、タングステン、モリブデン等からなる基板を用いることができる。
また、上記基板の中でも、特に、ｃ面を主面とするサファイア基板を用いることが好ましい。サファイア基板を用いる場合は、サファイアのｃ面上に中間層（バッファ層）を形成するとよい。
【００２０】
なお、中間層１２０をスパッタ法により形成した場合、基板１１０の温度を低く抑えることが可能なので、高温で分解してしまう性質を持つ材料からなる基板１１０を用いた場合でも、基板１１０にダメージを与えることなく基板上への各層の成膜が可能である。
【００２１】
＜積層半導体層＞
積層半導体層１００は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる層であって、図１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、電子をキャリアとする第１の導電型にて電気伝導を行い、ｐ型半導体層１６０は、正孔をキャリアとする第２の導電型にて電気伝導を行う。
なお、積層半導体層１００は、ＭＯＣＶＤ法で形成すると結晶性の良いものが得られるが、スパッタ法によっても条件を最適化することで、ＭＯＣＶＤ法よりも優れた結晶性を有する半導体層を形成できる。以下、順次説明する。
【００２２】
＜中間層＞
中間層１２０は、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるものが好ましく、単結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）のものがより好ましい。
中間層１２０は、上述のように、例えば、多結晶のＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる厚さ０．０１〜０．５μｍのものとすることができる。中間層１２０の厚みが０．０１μｍ未満であると、中間層１２０により基板１１０と下地層１３０との格子定数の違いを緩和する効果が十分に得られない場合がある。また、中間層１２０の厚みが０．５μｍを超えると、中間層１２０としての機能には変化が無いのにも関わらず、中間層１２０の成膜処理時間が長くなり、生産性が低下するという問題が発生する。
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のサファイアの（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を形成することで、その上に積層する下地層１３０の結晶性をより良いものにすることができる。なお、本発明においては、中間層形成工程を行なうことが好ましいが、行なわなくても良い。
【００２３】
また、中間層１２０は、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる六方晶系の結晶構造を持つものであってもよい。また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、単結晶構造を有するものであってもよく、単結晶構造を有するものが好ましく用いられる。ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成長条件を制御することにより、上方向だけでなく、面内方向にも成長して単結晶構造を形成する。このため、中間層１２０の成膜条件を制御することにより、単結晶構造のＩＩＩ族窒化物半導体の結晶からなる中間層１２０を形成することができる。このような単結晶構造を有する中間層１２０を基板１１０上に成膜した場合、中間層１２０のバッファ機能が有効に作用するため、その上に成膜されたＩＩＩ族窒化物半導体は良好な配向性および結晶性を有する結晶膜となる。
また、中間層１２０をなすＩＩＩ族窒化物半導体の結晶は、成膜条件をコントロールすることにより、六角柱を基本とした集合組織からなる柱状結晶（多結晶）とすることも可能である。なお、ここでの集合組織からなる柱状結晶とは、隣接する結晶粒との間に結晶粒界を形成して隔てられており、それ自体は縦断面形状として柱状になっている結晶のことをいう。
【００２４】
＜下地層＞
下地層１３０としては、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）を用いることができるが、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）を用いると結晶性の良い下地層１３０を形成できるため好ましい。
下地層１３０の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌxＧａ1-xＮ層が得られやすい。
下地層１３０の結晶性を良くするためには、下地層１３０は不純物をドープしない方が望ましい。しかし、ｐ型あるいはｎ型の導電性が必要な場合は、ｐ型不純物あるいはｎ型不純物を添加することができる。
【００２５】
図３は、積層半導体層１００の構成の一例を示す図である。
＜ｎ型半導体層＞
図３に示すように、ｎ型半導体層１４０は、ｎコンタクト層１４０ａとｎクラッド層１４０ｂとから構成されるのが好ましい。なお、ｎコンタクト層１４０ａはｎクラッド層１４０ｂ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１４０ａは、第２のボンディングパッド電極２４０を設けるための層である。ｎコンタクト層１４０ａとしては、ＡｌxＧａ1-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）から構成されることが好ましい。
また、ｎコンタクト層１４０ａにはｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、第２のボンディングパッド電極２４０との良好なオーミック接触を維持できる点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅが挙げられる。
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５〜５μｍとされることが好ましく、１〜３μｍの範囲に設定することがより好ましい。ｎコンタクト層１４０ａの膜厚が上記範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００２６】
ｎコンタクト層１４０ａと発光層１５０との間には、ｎクラッド層１４０ｂを設けることが好ましい。ｎクラッド層１４０ｂ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。ｎクラッド層１４０ｂ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１４０ｂをＧａＩｎＮで形成する場合には、ｎクラッド層１４０ｂのバンドギャップを発光層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。
ｎクラッド層１４０ｂの膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型不純物の濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。不純物の濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００２７】
なお、ｎクラッド層１４０ｂを、超格子構造を含む層とする場合には、詳細な図示を省略するが、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良い。
また、ｎクラッド層１４０ｂ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、ＧａＩｎＮとＧａＮとの交互構造又は組成の異なるＧａＩｎＮ同士の交互構造であることが好ましい。
【００２８】
そして、ｎコンタクト層１４０ａを含むｎ型半導体層１４０の全面に渡って均一に電流を拡散させ、透光性電極１７０の全面から発光を取り出すためには、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗は３０Ω／□以下であることが好ましい。
【００２９】
＜発光層＞
ｎ型半導体層１４０の上に積層される発光層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。
図３に示すような、量子井戸構造の井戸層１５０ｂとしては、Ｇａ1-yＩｎyＮ（０＜ｙ＜０．４）からなるＩＩＩ族窒化物半導体層が通常用いられる。井戸層１５０ｂ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Ｇａ1-yＩｎyＮを井戸層１５０ｂとし、井戸層１５０ｂよりバンドギャップエネルギが大きいＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ＜０．３）を障壁層１５０ａとする。井戸層１５０ｂおよび障壁層１５０ａには、設計により不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００３０】
＜ｐ型半導体層＞
図３に示すように、ｐ型半導体層１６０は、通常、ｐクラッド層１６０ａおよびｐコンタクト層１６０ｂから構成される。また、ｐコンタクト層１６０ｂがｐクラッド層１６０ａを兼ねることも可能である。
ｐクラッド層１６０ａ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１６０ａとしては、発光層１５０のバンドギャップエネルギ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、好ましくは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
ｐクラッド層１６０ａ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１６０ａ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。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型不純物の濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。不純物濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
また、ｐクラッド層１６０ａは、複数回積層した超格子構造としてもよく、ＡｌＧａＮとＡｌＧａＮとの交互構造又はＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００３１】
ｐコンタクト層１６０ｂは、透光性電極１７０を設けるための層である。ｐコンタクト層１６０ｂは、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．４）であることが好ましい。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および第１のボンディングパッド電極２１０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型不純物を１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００３２】
＜透光性電極＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃには透光性電極１７０が積層されている。
図２に示すように、平面視したときに、透光性電極１７０は、第２のボンディングパッド電極２４０を形成するために、エッチング等の手段によって一部が除去されたｐ型半導体層１６０の上面１６０ｃのほぼ全面を覆うように形成されている。しかし、このような形状に限定されるわけでなく、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
【００３３】
透光性電極１７０は、ｐ型半導体層１６０との接触抵抗が小さいものが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を第１のボンディングパッド電極２１０が形成された側に取り出すことから、透光性電極１７０は光透過性に優れたものが好ましい。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、透光性電極１７０は優れた導電性を有していることが好ましい。
【００３４】
本実施の形態では、透光性電極１７０として、インジウム（Ｉｎ）またはチタン（Ｔｉ）を含む酸化物の導電性材料が用いられる。ＩｎまたはＴｉ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。Ｔｉを含む導電性の酸化物としては、例えば、酸化チタン系が挙げられ、ニオブ（Ｎｂ）が添加された酸化チタンが例示される。
これらの材料を、この技術分野でよく知られた公知の手段で設けることによって、透光性電極１７０を形成できる。また、透光性電極１７０を形成した後に、透光性電極１７０の透明化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００３５】
本実施の形態において、透光性電極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ＩＺＯ膜を好ましく使用することができる。
例えば、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯを透光性電極１７０として使用する場合、エッチング性に優れたアモルファスのＩＺＯ膜を用いて特定形状に加工することができ、さらにその後、熱処理等によりアモルファス状態から結晶を含む構造に転移させることで、アモルファスのＩＺＯ膜よりも透光性の優れた電極に加工することができる。
【００３６】
また、ＩＺＯ膜としては、比抵抗が最も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い。１０質量％であると特に好ましい。また、ＩＺＯ膜の膜厚は、低比抵抗、高光透過率を得ることができる３５ｎｍ〜１００００ｎｍ（１０μｍ）の範囲であることが好ましい。さらに、生産コストの観点から、ＩＺＯ膜の膜厚は５００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
ＩＺＯ膜の形成方法としては、アモルファス状態のＩＺＯ膜を形成することが可能な方法であれば、薄膜の成膜に使用される周知の方法を用いてもよい。例えば、スパッタ法や真空蒸着法等の方法を用いてよい。真空蒸着法に比べて、成膜時に発生するパーティクルやダストなどが少ないスパッタ法を用いることが好ましい。スパッタ法を用いる場合、ＲＦマグネトロンスパッタ法により、Ｉｎ２Ｏ３ターゲットとＺｎＯターゲットとを用いて、交互に繰り返し成膜することでＩＺＯ膜を成膜してもよい。より成膜速度を高くするために、ＩＺＯターゲットをＤＣマグネトロンスパッタ法にてＩＺＯ膜を成膜してもよい。
また、ｐ型半導体層１６０へのプラズマによるダメージを軽減するために、スパッタ時の放電出力は１０００Ｗ以下であることが好ましい。
【００３８】
ＩＺＯ膜のパターニングは、後述の熱処理工程を行なう前に行なうことが望ましい。熱処理により、アモルファス状態のＩＺＯ膜は結晶化されたＩＺＯ膜となるため、アモルファス状態のＩＺＯ膜と比較してエッチングが難しくなる。これに対し、熱処理前のＩＺＯ膜は、アモルファス状態であるため、周知のエッチング液（ＩＴＯ−０７Ｎエッチング液（関東化学社製））を用いて容易に精度良くエッチングすることが可能である。
【００３９】
アモルファス状態のＩＺＯ膜のエッチングは、ドライエッチング装置を用いて行なっても良い。このとき、エッチングガスにはＣｌ2、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ3等を用いることができる。
【００４０】
さらに、透光性電極１７０の上面１７０ｃは、光取り出し効率を向上させるための複数の凹部１７０ａを有している。
図４は、凹部１７０ａの構造の一例を示す斜視図である。図５は、凹部１７０ａの配列の一例を示す図である。凹部１７０ａは、図４に示すような、成膜時の膜厚ｔ０に深さｔ１（ｔ１＜ｔ０）の孔状に形成されていてもよい。凹部１７０ａの底の厚さ（残膜厚）ｔ２は、成膜時の膜厚ｔ０から凹部１７０ａの深さｔ１を引いた値である。
そして、図５に示すように、孔状の径ｒの凹部１７０ａは、辺をそれぞれ共有するように隣接して配置された一辺が長さｄ（凹部１７０ａの断面の中心間距離ｄ）の複数の正三角形の頂点の位置に設けられていてもよい（以下では、正三角形配列と呼ぶ）。
なお、凹部１７０ａは、このような形状に限らず、矩形、三角形など、任意の形状を用いうる。これらの場合は、中心間距離ｄの代わりに、凹部１７０ａの断面（形状）の重心間距離ｄとすればよい。さらに、凹部１７０ａの断面の形状が深さ方向に異なっている場合には、凹部１７０ａの深さｔ１の１／２の位置での断面の重心を求めればよい。
また、凹部１７０ａの中心（重心）間距離ｄは、一定でなくてもよく、分布を持っていてもよい。
なお、本明細書においては、凹部１７０ａの例として、孔状のものを扱うので、中心間距離ｄというが、凹部１７０ａの断面の重心間距離ｄと同じ意味で使用する。
【００４１】
凹部１７０ａは、公知なフォトリソグラフィ等によるエッチング阻止膜（マスク）としてのレジストパタン形成とそれに引き続くエッチングにより任意の設計形状に加工される。
また、フォトリソグラフィに代えて、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ：Nanoimprint Lithography)を用いて、エッチング阻止膜を形成してもよい。
【００４２】
ナノインプリントリソグラフィによるエッチング阻止膜の形成では、ＩＺＯ膜表面に設けられた熱可塑性樹脂を加熱し、凹部１７０ａに勘合する凸部を設けた型（モールド）を押し当てたまま、熱可塑性樹脂を冷却して、エッチング阻止膜を形成してもよい（熱ナノインプリント）。このとき、熱可塑性樹脂としては、例えばＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）が用いうる。
一方、ＩＺＯ膜表面に設けた、例えば紫外光照射により硬化する光硬化型樹脂に、例えばガラスなどで構成された透光性の型を押し当てたまま、型を通して紫外光を照射することで、エッチング阻止膜を形成してもよい（光ナノインプリント）。
なお、熱ナノインプリントおよび光ナノインプリントでは、形成されたエッチング阻止膜の凹部に残った樹脂を、例えば酸素リアクティブイオンエッチングにより除去することが必要となることがある。
この後、ＩＺＯ膜をエッチングして、ＩＺＯ膜に凹部１７０ａを形成する。なお、微細な凹部１７０ａを形成するためには、ドライエッチングを用いることが好ましい。
【００４３】
ナノインプリントリソグラフィでは、電子ビーム直接描画により型が作成されるので、フォトリソグラフィに比べてより微細なパタンが形成しうる。また、型は繰り返し使用することができるので、微細なパタンが低コストで形成しうる。
【００４４】
この後、アモルファス状態のＩＺＯ膜は、例えば５００〜１０００℃の熱処理を行ない、条件を制御することで六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜や、ビックスバイト構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜にすることができる。六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯ膜は前述したようにエッチングし難いので、上述のエッチング処理の後に熱処理することが好ましい。
また、透光性電極１７０を形成した後に、透光性電極１７０の透明化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００４５】
ＩＺＯ膜の熱処理は、Ｏ2を含まない雰囲気で行なうことが望ましく、Ｏ2を含まない雰囲気としては、Ｎ2雰囲気などの不活性ガス雰囲気や、またはＮ2などの不活性ガスとＨ2との混合ガス雰囲気などを挙げることができ、Ｎ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気とすることが望ましい。なお、ＩＺＯ膜の熱処理をＮ2雰囲気、またはＮ2とＨ2との混合ガス雰囲気中で行なうと、例えば、ＩＺＯ膜を六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含む膜に結晶化させるとともに、ＩＺＯ膜のシート抵抗を効果的に減少させることが可能である。
また、ＩＺＯ膜の熱処理温度は、５００〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜を十分に結晶化できない可能性があり、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合には、ＩＺＯ膜は結晶化されているが、ＩＺＯ膜の光透過率が十分に高いものとならない場合がある。また、１０００℃を超える温度で熱処理を行なった場合、ＩＺＯ膜の下にある積層半導体層１００を劣化させる可能性もある。
【００４６】
アモルファス状態のＩＺＯ膜を結晶化させる場合、成膜条件や熱処理条件などが異なるとＩＺＯ膜中の結晶構造が異なる。しかし、本発明の実施形態においては、第１のボンディングパッド電極２１０との接着性の点において、透光性電極１７０は結晶性の材料の方が好ましく、特にＩＺＯの場合にはビックスバイト構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよく、六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯであってもよい。特に六方晶構造のＩｎ2Ｏ3結晶を含むＩＺＯがよい。
特に、前述のように、熱処理によって結晶化したＩＺＯ膜は、アモルファス状態のＩＺＯ膜に比べて、ｐ型半導体層１６０や第１のボンディングパッド電極２１０との密着性が良いため、本発明の実施形態において有効である。
【００４７】
＜第１のボンディングパッド電極＞
次に、正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０の構成の一例について詳細に説明する。
ＩＺＯ膜からなる透光性電極１７０の上には、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための第１のボンディングパッド電極２１０が設けられている。第１のボンディングパッド電極２１０は、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉまたはＣｕ等の材料を用いた各種構造が知られている。中でも、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくとも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕである。また、第１のボンディングパッド電極２１０の厚さは、５０〜２０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。さらに、５００〜１５００ｎｍが好ましい。
【００４８】
第１のボンディングパッド電極２１０が薄すぎるとボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。また、ボンディングパッドの特性上、厚いほどボンダビリティが高くなって好ましい。このため、第１のボンディングパッド電極２１０の厚さは５００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から１５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
また、第１のボンディングパッド電極２１０と透光性電極１７０との接合強度を高めるために、透光性電極１７０と第１のボンディングパッド電極２１０との間に、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉの少なくとも一種の元素を含む接合層を設けてもよい。好ましくはＡｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａの少なくとも一種の元素を含む接合層を設けてもよい。
【００４９】
また、透光性電極１７０と第１のボンディングパッド電極２１０との間に、バリア層を設けてもよい。バリア層は、第１のボンディングパッド電極２１０を形成する元素のマイグレーションをバリアする作用を有している。バリア層としては、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｎｂのうちのいずれかまたはこれら金属のいずれかを含む合金からなるものが選べる。
また、同じ働きをするバリア層は、前述した接合層と第１のボンディングパッド電極２１０との間に設けてもよい。
【００５０】
なお、発光層１５０から発生した光のうち、第１のボンディングパッド電極２１０に向かった光は、第１のボンディングパッド電極２１０の最下面（透光性電極１７０側の面）で反射され、一部は散乱されて横方向あるいは斜め方向に進み、一部は第１のボンディングパッド電極２１０の直下に進む。散乱されて横方向や斜め方向に進んだ光は、半導体発光素子１の側面から外部に取り出される。一方、第１のボンディングパッド電極２１０の直下の方向に進んだ光は、半導体発光素子１の下面でさらに散乱や反射されて、側面や透光性電極１７０（上に第１のボンディングパッド電極２１０が存在しない部分）を通じて外部へ取り出される。
【００５１】
第１のボンディングパッド電極２１０は、透光性電極１７０の上であれば、どこへでも形成することができる。このため、第１のボンディングパッド電極２１０は、例えば第２のボンディングパッド電極２４０から最も遠い位置に形成してもよいし、半導体発光素子１の中心などに形成してもよい。しかし、あまりにも第２のボンディングパッド電極２４０に近接した位置に形成すると、ボンディングした際にワイヤ間、ボール間のショートを生じてしまうため好ましくない。
また、第１のボンディングパッド電極２１０の電極面積としては、できるだけ大きいほうがボンディング作業はしやすいものの、発光の取り出しの妨げになる。例えば、チップ面の面積の半分を超えるような面積を覆っては、発光の取り出しの妨げとなり、出力が著しく低下する。逆に小さすぎるとボンディング作業がしにくくなり、製品の収率を低下させる。
具体的には、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
【００５２】
＜第２のボンディングパッド電極＞
続いて、負極として働く第２のボンディングパッド電極２４０の構成の一例について詳細に説明する。
ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃ上には、図１に示すように、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための第２のボンディングパッド電極２４０が設けられている。このように、第２のボンディングパッド電極２４０を形成する際には、エッチング等の手段によって発光層１５０およびｐ型半導体層１６０の一部を切り欠き除去してｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａを露出させ、得られた半導体層露出面１４０ｃ上に第２のボンディングパッド電極２４０を形成する。
図２に示すように、平面視したときに、第２のボンディングパッド電極２４０は円形状とされているが、このような形状に限定されるわけでなく、多角形状など任意の形状とすることができる。また、第２のボンディングパッド電極２４０はボンディングパッドを兼ねており、ボンディングワイヤを接続することができる構成とされている。
【００５３】
第２のボンディングパッド電極２４０は、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金からなることが好ましい。ＡｕおよびＡｌはボンディングボールとして使用されることが多い金ボールとの密着性の良い金属なので、Ａｕ、Ａｌまたはこれらの金属の少なくも一種を含む合金を用いることにより、ボンディングワイヤとの密着性に優れたものとすることができる。中でも、特に望ましいのはＡｕである。
また、第２のボンディングパッド電極２４０の厚みは、５０〜２０００ｎｍの範囲であることが好ましく、更に望ましくは５００〜１５００ｎｍである。
第２のボンディングパッド電極２４０が薄すぎるとボンディングボールとの密着性が悪くなり、厚すぎても特に利点は生ぜず、コスト増大を招くのみである。
【００５４】
第２のボンディングパッド電極２４０は、ｎコンタクト層１４０ａの半導体層露出面１４０ｃの上であれば、どこへでも形成することができる。ただし、ボンディング作業のしやすさという観点からは、ボンディングボールの直径よりもわずかに大きい程度が好ましく、直径１００μｍの円形程度であることが一般的である。
【００５５】
なお、接合強度を高めるために、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａに形成される半導体層露出面１４０ｃと第２のボンディングパッド電極２４０との間に、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｈｆ、Ｔａなどの少なくとも一種の元素を含む接合層を設けてもよい。
【００５６】
また、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａに形成される半導体層露出面１４０ｃと第２のボンディングパッド電極２４０との間に、バリア層を設けてもよい。バリア層は、第２のボンディングパッド電極２４０全体の強度を強化する役割を有している。このため、比較的強固な金属材料を使用することが好ましく、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ等の白金族金属、Ａｌ、Ａｇ、Ｔｉおよびこれらの金属の少なくも一種を含む合金で構成することがより好ましい。
なお、本実施の形態では、後述するように、第１のボンディングパッド電極２１０と第２のボンディングパッド電極２４０とは同一のプロセスにおいて形成され、同じ構成を有している。
【００５７】
＜保護層＞
本実施の形態においては、図１に示すように、ＳｉＯ２のようなシリコン酸化物からなる保護層１８０を、透光性電極１７０、ｐ型半導体層１６０、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１のボンディングパッド電極２１０の周辺部分、第２のボンディングパッド電極２４０の周辺部分等の表面に覆うように形成されていてもよい。
これにより、ボンディングパッド電極（２１０、２４０）の上面を除き、半導体発光素子１をシールドして、外部の空気や水分が半導体発光素子１に浸入するおそれを大幅に低減して、半導体発光素子１の透光性電極１７０やボンディングパッド電極（２１０、２４０）の剥がれの防止にも寄与することができる。
保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることが好ましく、１００〜５００ｎｍとすることがより好ましく、１５０〜４５０ｎｍとすることが更に好ましい。
保護層１８０の厚みは、５０〜１０００ｎｍとすることにより、外部の空気や水分が半導体発光素子１の発光層１５０まで浸入するおそれを大幅に低減して、半導体発光素子１の第１のボンディングパッド電極２１０や第２のボンディングパッド電極２４０の剥がれを防止することができる。
【００５８】
（半導体発光素子の製造方法）
次に、図１に示す半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態における半導体発光素子１の製造方法は、基板１１０上に、中間層１２０を形成する工程（中間層形成工程）と、下地層１３０を形成する工程（下地層形成工程）と、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する工程（積層半導体層形成工程）と、積層半導体層１００上に透光性電極１７０を形成する工程（透光性電極形成工程）と、透光性電極１７０の表面に凹部１７０ａを形成する工程（凹部形成工程）と、積層半導体層１００の一部を切り欠いて半導体層露出面１４０ｃを形成する工程（半導体層露出面形成工程）と、透光性電極１７０の上面１７０ｃに第１のボンディングパッド電極２１０を形成し且つ半導体層露出面１４０ｃに第２のボンディングパッド電極２４０を形成する工程（電極形成工程）と、透光性電極１７０、ｐ型半導体層１６０などの表面に保護層１８０を形成する工程（保護層形成工程）とを有している。
【００５９】
ここで、発光層１５０を含む積層半導体層１００を形成する積層半導体層形成工程は、ｎ型半導体層１４０を形成する工程（ｎ型半導体層形成工程）と、発光層１５０を形成する工程（発光層形成工程）と、ｐ型半導体層１６０を形成する工程（ｐ型半導体層形成工程）とを有している。
【００６０】
本実施の形態が適用される半導体発光素子１の製造方法は、必要に応じて、電極形成工程の後、得られた半導体発光素子に熱処理を施す工程（アニール工程）をさらに有している場合がある。
【００６１】
以下、各工程について、順番に説明する。
＜中間層形成工程＞
先ず、サファイア基板等の基板１１０を用意し、前処理を施す。前処理としては、例えば、スパッタ装置のチャンバ内に基板１１０を配置し、中間層１２０を形成する前にスパッタするなどの方法によって行うことができる。具体的には、チャンバ内において、基板１１０をＡｒやＮ2のプラズマ中に曝す事によって上面を洗浄する前処理を行なってもよい。ＡｒガスやＮ2ガスなどのプラズマを基板１１０に作用させることで、基板１１０の上面に付着した有機物や酸化物を除去することができる。
【００６２】
次に、基板１１０の上面に、スパッタ法によって、中間層１２０を積層する。
スパッタ法によって、単結晶構造を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が５０〜１００％、望ましくは７５％となるようにすることが望ましい。
また、スパッタ法によって、柱状結晶（多結晶）を有する中間層１２０を形成する場合、チャンバ内の窒素原料と不活性ガスの流量に対する窒素流量の比を、窒素原料が１〜５０％、望ましくは２５％となるようにすることが望ましい。なお、中間層１２０は、上述したスパッタ法だけでなく、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。
＜下地層形成工程＞
次に、中間層１２０を形成した後、中間層１２０が形成された基板１１０の上面に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００６３】
＜積層半導体層形成工程＞
積層半導体層形成工程は、ｎ型半導体層形成工程と、発光層形成工程と、ｐ型半導体層形成工程とからなる。
＜ｎ型半導体層形成工程＞
下地層１３０の形成後、ｎコンタクト層１４０ａおよびｎクラッド層１４０ｂを積層してｎ型半導体層１４０を形成する。ｎコンタクト層１４０ａおよびｎクラッド層１４０ｂは、スパッタ法で形成してもよく、ＭＯＣＶＤ法で形成してもよい。
【００６４】
＜発光層形成工程＞
発光層１５０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよいが、特にＭＯＣＶＤ法が好ましい。具体的には、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとを交互に繰り返して積層し、且つ、ｎ型半導体層１４０側およびｐ型半導体層１６０側に障壁層１５０ａが配される順で積層すればよい。
【００６５】
＜ｐ型半導体層形成工程＞
また、ｐ型半導体層１６０の形成は、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法のいずれの方法でもよい。具体的には、ｐクラッド層１６０ａと、ｐコンタクト層１６０ｂとを順次積層すればよい。
【００６６】
＜透光性電極形成工程＞
ｐ型半導体層１６０上に、スパッタ法などの公知の方法を用いて、透光性電極１７０を形成する。
【００６７】
＜凹部形成工程＞
次に、透光性電極１７０上に、凹部１７０ａを形成する。凹部１７０ａは、前述したように、慣用の手段であるフォトリソグラフィ等によるエッチング阻止膜としてのレジストパタン形成とそれに引き続くエッチングにより任意の設計形状に加工される。
また、フォトリソグラフィに代えて、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ：Nanoimprint Lithography)を用いて、エッチング阻止膜を形成してもよい。
引き続き、ドライエッチングなどにより、ＩＺＯ膜をエッチングして、凹部１７０ａを形成する。なお、凹部１７０ａの深さｔ１は、エッチング時間により設定しうる。
【００６８】
＜半導体層露出面形成工程＞
次に、公知のフォトリソグラフィ等によるエッチング阻止膜としてのレジストパタン形成とそれに引き続くエッチングによる手法によって、積層半導体層１００の一部をエッチングしてｎコンタクト層１４０ａの一部を露出させ、半導体層露出面１４０ｃを形成する。
【００６９】
＜電極形成工程＞
次に、フォトリソグラフィ及びスパッタ法により、透光性電極１７０上に第１のボンディングパッド電極２１０と、半導体層露出面１４０ｃ上に第２のボンディングパッド電極２４０とを形成する。
【００７０】
＜アニール工程＞
そして、このようにして得られた半導体発光素子１を、例えば窒素などの還元雰囲気下において、１００〜４００℃、より好ましくは１５０〜３００℃でアニール処理する。このアニール工程は、透光性電極１７０と第１のボンディングパッド電極２１０との密着性、および、半導体層露出面１４０ｃと第２のボンディングパッド電極２４０との密着性を高めるために行われる。なお、アニール処理は必ずしも行う必要はないが、密着性を高めるためには行う方がより好ましい。
【００７１】
＜保護層形成工程＞
そして、透光性電極１７０、ｐ型半導体層１６０、ｎ型半導体層１４０の半導体層露出面１４０ｃの上面（エッチングされた側壁も含む）、第１のボンディングパッド電極２１０の周辺部分、第２のボンディングパッド電極２４０の表面にＳｉＯ2からなる保護層１８０を形成する。
そして、公知のフォトリソグラフィ及びエッチング手法によって第１のボンディングパッド電極２１０および第２のボンディングパッド電極２４０の表面の一部を露出させる。
【００７２】
本発明においては、図面を省略するが、半導体発光素子１を用いたランプを提供することができる。
本実施の形態であるランプは、半導体発光素子１と蛍光体とを組み合わせてなるものであって、当業者周知の手段によって当業者周知の構成とすることができる。
また、半導体発光素子１と蛍光体と組み合わせることによって発光色を変えることができることが知られているが、このような技術を本実施の形態であるランプにおいても何ら制限されることなく採用することが可能である。
【００７３】
本実施の形態であるランプは、半導体発光素子１の正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０がワイヤでフレーム（第１フレーム）に接合され、半導体発光素子１の負極として働く第２のボンディングパッド電極２４０がワイヤで他方のフレーム（第２フレーム）に接合されて、実装されている。また、半導体発光素子１の周辺は、透明な樹脂からなるモールドで封止されている。
これにより、素子寿命の長い半導体発光素子１を有するランプとすることができる。
【００７４】
なお、本発明のランプは、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等いかなる用途にも用いることができる。
また、前述の半導体発光素子１およびランプは、例えば、照明装置に組み込んで使用することができる。この場合、図示しないが、配線やスルーホール等が形成された基板と、基板表面に取り付けられた複数の半導体発光素子１を用いたランプと、凹字状の断面形状を有し、凹部内側の底部に半導体発光素子１を用いたランプが取り付けられるように構成されたリフレクタ又はシェードとを備えるようにした照明装置に使用できる。本発明の実施形態として、実施例に記載の半導体発光素子１を用いたランプを、特開２００８−１６４１２号公報に記載の内容に準じて照明装置用リフレクタ内に固定することで、複数のリフレクタを備えた照明装置に製作できる。
さらに、本発明の実施形態であるランプは、ランプを組み込んだ携帯電話、ディスプレイ、パネル類などの電子機器や、電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータ、ゲーム機などの機械装置類に使用できる。
【００７５】
次に、表面に複数の凹部が形成された透光性電極の特徴について、光取り出し効率およびシート抵抗について、後述する実施例１、比較例１および比較例２の結果を踏まえて本発明を説明する。
＜光取り出し効率＞
透光性電極１７０に凹部１７０ａを設けない場合には、発光層１５０で発生し、透光性電極１７０に入射して全反射する光は、半導体発光素子１内での吸収や、反射の繰り返しにより、外部に取り出しにくかった。例えば、ＩＺＯの屈折率は２．１〜２．１５であるので、空気との界面での全反射角は２８°となる。ＩＺＯのように高い屈折率の材料と空気との界面での全反射角は小さいため、入射角が小さくても全反射されてしまう。
そこで、透光性電極１７０の表面（光が外部に出射する側の面）に凹凸を設けると、全反射条件になることが抑制され、光取り出し効率を改善することができる。
【００７６】
図６は、図４に示すような凹部１７０ａを設けることによる光取り出しの改善率（放射エネルギ改善率）を示す図である。この図６は、積層半導体層１００の最上層のｐ型半導体層１６０であるｐ型ＧａＮに凹部１７０ａを設けたとして、シミュレーションによって求めた。
ｐ型ＧａＮの屈折率は２．４５である。一方、ＩＺＯの屈折率は２．１〜２．１５である。これらの屈折率の差は小さいので、ＩＺＯ膜に凹部１７０ａを設けた場合においても、ｐ型ＧａＮにおいて得られると同様の効果が得られる。
【００７７】
図６の横軸は、凹部１７０ａの深さｔ１（ｎｍ）、縦軸は放射エネルギ改善率（％）である。縦軸は、ｐ型ＧａＮの表面が平坦面である場合の放射エネルギを基準として、凹部１７０ａを設けた場合により多く得られる放射エネルギを％で表している。
【００７８】
ここでは、後述する実施例１および比較例１と同様に、孔状の凹部１７０ａを、図５に示す正三角形配列で設けている。凹部１７０ａの径ｒおよび中心間距離ｄは表１に示す値とした。
【００７９】
【表１】
2010287761.tif 000003
【００８０】
すなわち、凹部１７０ａの径ｒが３００ｎｍで中心間距離ｄが６００ｎｍ（Ｃａｓｅ１）、径ｒが１５０ｎｍで中心間距離ｄが３００ｎｍ（Ｃａｓｅ２）、径ｒが７５ｎｍで中心間距離ｄが１５０ｎｍ（Ｃａｓｅ３）である。Ｃａｓｅ１〜Ｃａｓｅ３のいずれにおいても、凹部１７０ａの径ｒは、中心間距離ｄの１／２である。この関係は実施例１および比較例１と同様である。
また、Ｃａｓｅ１〜３のいずれにおいても、凹部１７０ａの中心間距離ｄは、実施例１の中心間距離ｄの１μｍより小さい。すなわち、Ｃａｓｅ１〜３は、後述する実施例１に示すように、残膜厚ｔ２を小さくしても、ＩＺＯ膜のシート抵抗の増加の割合が小さい領域にある。
【００８１】
放射エネルギ改善率、すなわち光取り出し効率は、図６に示すように、凹部１７０ａを設けることにより、Ｃａｓｅ１〜３のいずれにおいても改善する。
特に、Ｃａｓｅ２（径ｒ：１５０ｎｍ、中心間距離ｄ：３００ｎｍ）およびＣａｓｅ３（径ｒ：７５ｎｍ、中心間距離ｄ：１５０ｎｍ）では、凹部１７０ａの深さｔ１が１００ｎｍである場合に、放射エネルギ改善率が６０％前後改善する。そして、深さｔ１が浅く（小さい）とも、深く（大きい）とも、放射エネルギ改善率が低下する傾向にある。
一方、Ｃａｓｅ１（径ｒ：３００ｎｍ、中心間距離ｄ：６００ｎｍ）では、凹部１７０ａの深さｔ１が１５０〜２００ｎｍである場合に、放射エネルギ改善率が５８％改善する。そして、深さｔ１が浅い（小さい）場合には、放射エネルギ改善率が低下する傾向にある。
しかし、現時点では、放射エネルギ改善率が、凹部１７０ａの特定の深さｔ１において最大になる理由は定かでない。
【００８２】
なお、透光性電極１７０の表面に設けた凹部１７０ａは、その中心間距離ｄが発光波長の１／４以下になると、光取り出し効率向上効果が小さくなる。本実施の形態における半導体発光素子１の発光波長は、後述するように４５５ｎｍである。すると、透光性電極１７０内での発光波長λｄ′は、２１１ｎｍとなる。
半導体発光素子１で得られる最短の発光波長を４５０ｎｍとすると、透光性電極１７０内での発光波長は２００ｎｍとなる。すると、５０ｎｍより小さい径ｒ（中心間距離ｄが１００ｎｍ）の凹部１７０ａを透光性電極１７０の表面に設けても、光取り出し効率向上の効果は得られにくいと考えられる。
【００８３】
＜シート抵抗＞
一般に、導電性薄膜のシート抵抗は、導電性薄膜の膜厚（厚さ）に反比例する。すなわち、導電性薄膜の膜厚（厚さ）が１／２になると、シート抵抗は２倍になる。
そこで、光取り出し効率を改善するため、透光性電極１７０に、図４に示した凹部１７０ａの代わりに凸部を形成した場合（後述する比較例２）を考える。
図７は、高さｔ３の凸部１７０ｂを設けた透光性電極１７０を示す図である。このように凸部１７０ｂを設ける場合には、透光性電極１７０を流れる電流は、残膜厚ｔ２の部分に集中することになり、凸部１７０ｂはシート抵抗を低減させる電流の通路として働かないと考えられる。
よって、凸部１７０ｂを設けた透光性電極１７０のシート抵抗は、残膜厚ｔ２に反比例すると考えられる。このことから、予め定められたシート抵抗を得ようとすると、残膜厚ｔ２によってシート抵抗を確保することが必要となる。すると、凸部１７０ｂにおいて光の透過率が低下することになる。
すなわち、光取出し効率を向上させるために、凸部１７０ｂを設けると、凸部１７０ｂの膜厚を増加させることが必要となり、光の透過率を低下させるので、光取り出し効率向上の効果を損なうことになってしまう。
【００８４】
次に、透光性電極１７０に凹部１７０ａを設ける場合（後述する実施例１および比較例１）を考える。凹部１７０ａを設ける場合では、図４に示すように、透光性電極１７０の凹部１７０ａの底の部分に当たる残膜厚ｔ２の部分に加え、凹部１７０ａを取り囲む部分も導電性材料で構成されている。このため、電流は、凹部１７０ａの底の部分（残膜厚ｔ２の部分）だけでなく、凹部１７０ａを取り囲む部分も流れることができる。すなわち、電流は、残膜厚ｔ２の部分を流れる電流と凹部１７０ａの周りを凹部１７０ａを迂回しながら流れる電流とからなる。これにより、凹部１７０ａを設けた透光性電極１７０のシート抵抗は、残膜厚ｔ２に対する反比例の関係で決まる値より小さな値になると考えられる。
さらに、凹部１７０ａの径ｒが小さいと、電流が迂回する距離が短くなるため、シート抵抗がより小さな値になると考えられる。
以上説明したように、光取り出し効率を改善するためには、透光性電極１７０の上に凹部１７０ａを設ける方が、凸部１７０ｂを設けるより、透光性電極１７０のシート抵抗が小さくできるので有効である。さらに、凹部１７０ａの径ｒは小さいほど、よりシート抵抗が小さくできるので有効である。
このことから、本発明においては、実施例において示すＩＺＯ以外の透光性電極材料（表２中、例えば、実施例５および６）も同様な特性と効果が得られる。
【００８５】
そして、後述する実施例１（凹部１７０ａの中心間距離ｄが１μｍ、径ｒが０．５μｍ）の場合には、ＩＺＯ膜の残膜厚ｔ２を小さくしてもシート抵抗の増大を低く維持することができる。そして、ＩＺＯ膜の残膜厚ｔ２が２５ｎｍから２１０ｎｍの範囲で、シート抵抗が２０Ω／□を下回る。
【００８６】
これにより、透光性電極１７０上に設けた正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０の周囲に電流が集中することがなく、透光性電極１７０の全面から発光させることができる効果が顕著に発現される。このとき、透光性電極１７０に対向するｎ型半導体層１４０（ｎ型ＧａＮ）のシート抵抗を低くすると、電流集中を防止することができる。特に、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗は３０Ω／□以下であって、透光性電極１７０のシート抵抗との差が１５Ω／□以下であるとさらに好ましい。例えば、透光性電極１７０として、凹部１７０ａや凸部１７０ｂを形成しない、平らな透光性電極１７０を備えた半導体発光素子１では、後述の表３に見られるように、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗が１５Ω／□であって、透光性電極１７０のシート抵抗との差が１５Ω／□以下（表３中参考例１および参考例２）の場合は発光出力の向上と順方向電圧Ｖｆの低下が確認されている。
【００８７】
以上説明したように、凹部１７０ａの中心間距離ｄを小さくすれば、シート抵抗の増大を抑制しつつ、光取り出し効率が改善する。しかし、凹部１７０ａの中心間距離ｄが１００ｎｍより下回ると、前述したように光取り出し効率の向上効果が得られにくくなることから、凹部１７０ａの中心間距離ｄは１００ｎｍ以上且つ１０００ｎｍ（１μｍ）以下が好ましい。
では次に、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。
【実施例】
【００８８】
＜ＩＺＯ膜のシート抵抗＞
図８は、実施例１、比較例１および比較例２のＩＺＯ膜のシート抵抗を説明する図である。
ＩＺＯ膜は、Ｉｎ２Ｏ３に１０質量％のＺｎＯを含むＩＺＯターゲットを用いてＲＦマグネトロンスパッタ法によりｐ−ＧａＮ半導体層上に成膜した。成膜時のＩＺＯ膜の膜厚ｔ０は、以下に述べる実施例１、比較例１および比較例２とも２５０ｎｍとした。
なお、図８の縦軸に示すシート抵抗は、四探針法の測定装置（三菱化学製Loresta MP MCP-T360）を用いて測定した。
【００８９】
（実施例１）
実施例１のＩＺＯ膜は、図４および図５に示すように、孔状の凹部１７０ａを正三角形配列で設けている。孔状の凹部１７０ａの径ｒは０．５μｍ、凹部１７０ａの中心間距離ｄは１μｍである。すなわち、凹部１７０ａの径ｒは、凹部１７０ａの中心間距離ｄの１／２である。
そして、実施例１のＩＺＯ膜は、凹部１７０ａを形成するエッチング時間を制御して得られた、凹部１７０ａの深さｔ１が異なる複数のＩＺＯ膜である。図８の横軸の残膜厚ｔ２は、成膜時のＩＺＯ膜の膜厚ｔ０（２５０ｎｍ）から、凹部１７０ａの深さｔ１を引いた値である。すなわち、図８の横軸の残膜厚ｔ２は、実施例１においては、凹部１７０ａの底の部分のＩＺＯ膜の厚さである。すなわち、残膜厚ｔ２が小さいほど、凹部１７０ａの深さｔ１が大きく、逆に、残膜厚ｔ２が大きいほど、凹部１７０ａの深さｔ１が小さい。
凹部１７０ａの形成は、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）によりエッチング阻止膜を形成して行った。ＩＺＯ膜のエッチングはドライエッチングで行った。
【００９０】
図８に示すように、実施例１においては、残膜厚ｔ２が２３ｎｍと、成膜時の膜厚ｔ０（２５０ｎｍ）のほぼ１／１０になっても、ＩＺＯ膜のシート抵抗は、成膜時（２５０ｎｍ）の値１２Ω／□から１８Ω／□へと、ほぼ１．５倍に増加しているに過ぎない。
【００９１】
（比較例１）
比較例１は、実施例１と同様に、孔状の凹部１７０ａを、図５に示す正三角形配列で設けている。孔状の凹部１７０ａの径ｒは１．５μｍ、凹部１７０ａの中心間距離ｄは３μｍである。すなわち、実施例１と同様に、凹部１７０ａの径ｒは、凹部１７０ａの中心間距離ｄの１／２とした。
そして、比較例１のＩＺＯ膜は、実施例１と同様に、エッチング時間を制御して得られた、凹部１７０ａの深さｔ１が異なる複数のＩＺＯ膜である。図８の横軸の残膜厚ｔ２は、実施例１と同様に、成膜時の膜厚ｔ０（２５０ｎｍ）から、凹部１７０ａの深さｔ１を引いた値である。
なお、比較例１の凹部１７０ａの形成は、ステッパを使用したフォトリソグラフィによりエッチング阻止膜となるレジストパタンを形成して行った。ＩＺＯ膜のエッチングはドライエッチングで行った。
【００９２】
上述したように、実施例１および比較例１では、孔状の凹部１７０ａの径ｒは凹部１７０ａの中心間距離ｄの１／２である。すると、凹部１７０ａの深さが同じであれば、凹部１７０ａの形成により除去されるＩＺＯの体積は、実施例１と比較例１とで同じである。言い換えれば、透光性電極１７０として働くＩＺＯの体積も、実施例１と比較例１とで同じである。
図８に示すように、比較例１においては、残膜厚ｔ２が４５ｎｍと、成膜時の膜厚ｔ０（２５０ｎｍ）のほぼ１／５になると、ＩＺＯ膜のシート抵抗は、成膜時（２５０ｎｍ）の値１２Ω／□から３５Ω／□へと、ほぼ３倍に増加している。
径ｒおよび中心間距離ｄを、前述した特許文献３に記載の径ｒが２μｍ、中心間距離ｄが３μｍと変更した場合も比較例１と同じ挙動を示した。
【００９３】
（比較例２）
比較例２は、実施例１および比較例１と異なって、図７に示す円柱状の凸部１７０ｂを図５に示す正三角形配列で設けている。つまり、凸部１７０ｂの配列は、図５に示した実施例１および比較例１の場合と同様であり、凹部１７０ａを凸部１７０ｂと読み替えたものに当たる。
そして、凸部１７０ｂの径ｒは１．５μｍ、凸部１７０ｂの中心間距離ｄは３μｍである。これらの値（径ｒと中心間距離ｄ）は、比較例１と同じである。そして、実施例１および比較例１と同様に、円柱状の凸部１７０ｂの径ｒは凸部１７０ｂの中心間距離ｄの１／２である。
【００９４】
比較例２のＩＺＯ膜は、凸部１７０ｂの周囲をエッチングする時間を制御して得られた、凸部１７０ｂの高さｔ３が異なる複数のＩＺＯ膜である。すなわち、凸部１７０ｂの厚さは成膜時と同じで、凸部１７０ｂ以外の部分（残膜厚ｔ２の部分）のＩＺＯ膜の膜厚が異なっている。そして、図８の横軸の残膜厚ｔ２は、比較例２においては、凸部１７０ｂを除いたＩＺＯ膜の厚さである。すなわち、成膜時の膜厚ｔ０（２５０ｎｍ）から、凸部１７０ｂの高さｔ３を引いた値である。
なお、凸部１７０ｂの加工は、ステッパを使用したフォトリソグラフィによりエッチング阻止膜となるレジストパタンを形成して行った。ＩＺＯ膜のエッチングはドライエッチングで行った。
【００９５】
図８に示すように、比較例２においては、残膜厚ｔ２が８０ｎｍと、成膜時の膜厚ｔ０（２６０ｎｍ）のほぼ１／３になると、ＩＺＯ膜のシート抵抗は、成膜時（２６０ｎｍ）の値１６Ω／□から４９Ω／□へと、ほぼ３倍に増加している。比較例２においては、シート抵抗と残膜厚ｔ２とがほぼ反比例の関係になっている。
【００９６】
以上説明したように、比較例２では、形成された凸部１７０ｂがＩＺＯ膜の電気伝導に寄与せず、シート抵抗を低減させる電流の通路として働かない。
一方、凹部１７０ａを設けた実施例１および比較例１では、凹部１７０ａの底の部分に加え、凹部１７０ａを取り囲む部分もＩＺＯである。このため、電流は、凹部１７０ａの底の部分だけでなく、凹部１７０ａを取り囲む部分も流れることができ、シート抵抗が小さな値になっている。しかも、図８の実施例１で示したように、凹部１７０ａの中心間距離ｄを１μｍ、径ｒを０．５μｍとすれば、ＩＺＯ膜の残膜厚ｔ２が小さくてもシート抵抗の増大を低く維持することができる。そして、ＩＺＯ膜の残膜厚ｔ２が２５ｎｍから２１０ｎｍの範囲で、シート抵抗が２０Ω／□を下回る。
【００９７】
なお、実施例１では、透光性電極１７０であるＩＺＯ膜に、中心間距離ｄが１μｍ（１０００ｎｍ）で径ｒが０．５μｍ（５００ｎｍ）の凹部１７０ａを設けた。これらの値は、光取り出し効率において説明したＣａｓｅ１の場合に近い値である。したがって、本実施の形態では、シート抵抗の増加を抑制するとともに、放射エネルギ改善率（光取り出し効率）を５０％以上改善できる。
【００９８】
＜半導体発光素子の作製と評価＞
（実施例２〜６、比較例３、４）
窒化ガリウム系化合物半導体からなる半導体発光素子１を次のようにして製造した。
まず、サファイアからなる基板１１０上に、ＡｌＮからなる中間層１２０を介して、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層１３０を形成した。中間層１２０は、スパッタ法で形成した。
次に、ｎ型半導体層１４０として、厚さ２μｍのＳｉドープのｎ型ＧａＮのｎコンタクト層１４０ａ、厚さ２５０ｎｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎのｎクラッド層１４０ｂを形成した。その後、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮの障壁層１５０ａおよび厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎの井戸層１５０ｂを５回積層し、最後に障壁層１５０ａを設けた多重量子井戸構造の発光層１５０を形成した。
さらに、厚さ１０ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎのｐクラッド層１６０ａ、厚さ１５０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＮのｐコンタクト層１６０ｂを順に形成した。
なお、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層は、ＭＯＣＶＤ法により、この技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【００９９】
次に、ｐ型ＧａＮのｐコンタクト層１６０ｂ上に透光性電極１７０を形成した後、透光性電極１７０を所定の形状に形成した。さらに、実施例２〜６および比較例３では、透光性電極１７０に凹部１７０ａを形成した。一方、比較例４では、透光性電極１７０に凸部１７０ｂを形成した。
さらに前述の工程の説明のように、正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０および負極として働く第２のボンディングパッド電極２４０を形成し、保護層１８０を形成して、発光波長が４５５ｎｍの半導体発光素子１を製作した。
なお、実施例２〜６では、凹部１７０ａの中心間距離ｄが１０００ｎｍ（１μｍ）であるのに対し、比較例３、４では、凹部１７０ａまたは凸部１７０ｂの中心間距離ｄが３０００ｎｍ（３μｍ）である。実施例２〜６および比較例３、４の半導体発光素子１における構造的特徴と特性とを表２に示した。なお、凹部１７０ａ（凸部１７０ｂ）の径ｒは、中心間距離ｄの１／２とした。そして、凹部１７０ａ（凸部１７０ｂ）の配列は、図５に示した正三角形配列とした。
【０１００】
【表２】
2010287761.tif 000004
【０１０１】
例えば、実施例２において、透光性電極１７０のＩＺＯ膜の成膜時の膜厚ｔ０は２５０ｎｍ、凹部１７０ａの深さｔ１は２００ｎｍ、凹部１７０ａの残膜厚ｔ２は５０ｎｍである。
この半導体発光素子１において、順方向電圧Ｖｆが３．２Ｖ、発光出力Ｐｏが２０．１ｍＷが得られた。さらに、半導体発光素子１では、正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０と負極として働く第２のボンディングパッド電極２４０の間の透光性電極１７０の全面から発光を取り出すことができることが確認できた。
このとき、透光性電極１７０（ＩＺＯ膜）のシート抵抗が１８Ω／□、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗が１５Ω／□であって、透光性電極１７０とｎ型半導体層１４０とのシート抵抗との差が３Ω／□であった。
なお、実施例３〜６においても、実施例２と同様に、１８．８ｍＷ以上と高い発光出力Ｐｏが得られ、第１のボンディングパッド電極２１０と第２のボンディングパッド電極２４０の間の透光性電極１７０の全面から発光を取り出すことができることが確認できた。また、透光性電極１７０（ＩＺＯ膜）のシート抵抗は、実施例３〜６において、１７Ω／□以下であり、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗は１５Ω／□以下であって、透光性電極１７０のシート抵抗との差が３Ω／□以下であった。
一方、比較例３および４では、発光出力Ｐｏが１８ｍＷ以下と低く、発光が正極として働く第１のボンディングパッド電極２１０の周囲に集中した。また、透光性電極１７０（ＩＺＯ膜）のシート抵抗は３０Ω／□以上であった。
【０１０２】
表３には、透光性電極１７０として、凹部１７０ａや凸部１７０ｂを形成しない、平らな透光性電極１７０を備えた半導体発光素子１の、ｎ型半導体層１４０のシート抵抗と透光性電極１７０のシート抵抗、さらには発光出力Ｐｏの向上と順方向電圧Ｖｆの特徴をまとめた。
【０１０３】
【表３】
2010287761.tif 000005
【０１０４】
ｎ型半導体層１４０のシート抵抗が１５Ω／□であって、透光性電極１７０のシート抵抗との差が１５Ω／□以下の場合（表３中、参考例１および参考例２）は、発光出力Ｐｏの向上と順方向電圧Ｖｆの低下が確認された。
【０１０５】
本実施の形態では、発光ピーク波長λｄが４５５ｎｍ近傍の半導体発光素子１について説明したが、本発明の適用対象はこれに限られない。
例えば、Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓ（０＜ｘ＜１）、ＧａＡｓ１−ｘＰｘ（０＜ｘ＜１）、Ｉｎ１−ｘＧａｘＰ（０＜ｘ＜１）などの化合物半導体を発光層とする赤外から赤を発光する半導体発光素子１、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＧａＰなどを発光層に用いた橙から緑を発光する半導体発光素子１にも適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【０１０６】
１…半導体発光素子、１００…積層半導体層、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…透光性電極、１７０ａ…凹部、１７０ｂ…凸部、１８０…保護層、２１０…第１のボンディングパッド電極、２４０…第２のボンディングパッド電極
【図１】
2010287761.tif 000006
【図２】
2010287761.tif 000007
【図３】
2010287761.tif 000008
【図４】
2010287761.tif 000009
【図５】
2010287761.tif 000010
【図６】
2010287761.tif 000011
【図７】
2010287761.tif 000012
【図８】
2010287761.tif 000013