(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層と、低屈折率導電膜と、透明導電膜とがこの順で設けられ、
前記低屈折率導電膜の屈折率が、前記半導体層および前記透明導電膜の屈折率未満であり、かつ前記低屈折率導電膜の屈折率が、１．９未満であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層と、低屈折率導電膜と、透明導電膜とがこの順で設けられ、
前記低屈折率導電膜の屈折率が、前記半導体層および前記透明導電膜の屈折率未満であ
り、かつ前記透明導電膜の屈折率が、１．９〜２．２の範囲であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層と、低屈折率導電膜と、透明導電膜とがこの順で設けられ、
前記低屈折率導電膜の屈折率が、前記半導体層および前記透明導電膜の屈折率未満であり、かつ前記低屈折率導電膜が、酸化ガリウム亜鉛とフッ化カルシウムとを含むものであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体層の屈折率が、１．９〜２．６の範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記透明導電膜上に保護膜が設けられ、前記保護膜の屈折率が２未満であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記低屈折率導電膜が、酸化ガリウム亜鉛とフッ化カルシウムとを含むものであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記低屈折率導電膜の比抵抗が、１０-５〜１０４Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記低屈折率導電膜の膜厚が８０〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層を設ける工程と、  前記半導体層上に、屈折率が前記半導体層の屈折率未満であり、かつ１．９未満である低屈折率導電膜を設ける工程と、
前記低屈折率導電膜上に、屈折率が前記低屈折率導電膜の屈折率以上の透明導電膜を設ける工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層を設ける工程と、  前記半導体層上に、屈折率が前記半導体層の屈折率未満である低屈折率導電膜を設ける工程と、
前記低屈折率導電膜上に、屈折率が前記低屈折率導電膜の屈折率以上で、かつ１．９〜２．２の範囲の透明導電膜を設ける工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層を設ける工程と、  前記半導体層上に、屈折率が前記半導体層の屈折率未満であり、かつ酸化ガリウム亜鉛とフッ化カルシウムとを含むものである低屈折率導電膜を設ける工程と、
前記低屈折率導電膜上に、屈折率が前記低屈折率導電膜の屈折率以上の透明導電膜を設ける工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
【請求項１３】
請求項１２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。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子、半導体発光素子の製造方法、ランプ、電子機器及び機械装置に関し、特に、優れた光取り出し効率が得られる半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプなどに用いられる半導体発光素子として、サファイア単結晶基板上に、ＧａＮ系化合物半導体などからなるｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とがこの順で積層され、ｐ型半導体層上に正極が形成され、ｎ型半導体層上に負極が形成されたものがある。
【０００３】
半導体発光素子の出力を示す指標としては、一般に、外部量子効率が用いられている。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。
光取り出し効率を向上させる方法として、光取り出し面に形成される電極による光の吸収を低減させる方法が挙げられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、第１導電型半導体層、発光層、第２導電型半導体層がこの順に積層され、第２導電型半導体層に接続された電極が、下層導電性酸化物膜と、該下層導電性酸化物膜上に、該下層導電性酸化物膜の表面の一部が露出する領域を有するように形成された上層導電性酸化物膜と、該上層導電性酸化物膜上にのみ配置する金属膜とからなり、第１導電性半導体層に接続された電極が、導電性酸化物膜と、該導電性酸化物膜上に配置する金属膜とからなり、かつ前記上下層導電性酸化物膜及び導電性酸化物膜が、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物からなる半導体発光素子が記載されている。
【０００５】
また、光取り出し面に形成される電極に用いられる透光性導電膜としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３））からなるものなどがある。
また、特許文献２には、透光性導電材料として、ＺｎＯとフッ化アルカリ土類金属化合物、ＺｎＯとフッ化ランタノイド金属化合物、ＺｎＯとフッ化アルカリ金属化合物、ＺｎＯとＺｒＯ２、あるいはＺｎＯとＹＦ３を主成分としてなり、ＺｎＯとともに主成分を成す前記化合物が１０ｗｔ％以上含まれたものが記載されている。
また、特許文献３には、エレクトロクロミック調光装置の透明導電膜として、ＺｎＯと、フッ化アルカリ土類金属化合物またはＡｌＦ3とを主成分としてなり、フッ化アルカリ土類金属化合物またはＡｌＦ3を１０ｗｔ％以上含むものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３１７９３１号公報
【特許文献２】特開２００５−２１９９８２号公報
【特許文献３】特許２００５−２９２４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、光取り出し面に形成された電極を構成する導電性酸化物膜に入射した光が、導電性酸化物膜内での多重反射によって減衰することによる光の吸収量が大きいため、十分に高い光取り出し効率が得られなかった。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光取り出し面に形成された電極を構成する透明導電膜内での多重反射を防止することができ、優れた光取り出し効率が得られる半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、優れた光取り出し効率を有する半導体発光素子を備えたランプ、電子機器及び機械装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決するために、光取り出し面に形成された電極を構成する透明導電膜内での多重反射に着目して、以下に示すように、鋭意検討を重ねた。
本発明者は、透明導電膜内での多重反射によって減衰する光は、半導体層を構成する発光層から出射された光のうち、半導体発光素子の厚み方向との角度差の大きい半導体発光素子の厚み方向に対する直進性の低い光であること、半導体層を構成する発光層から出射された光のうち、半導体発光素子の厚み方向との角度差の小さい直進性の高い光は、導電性酸化物膜を透過して出射されることを確認した。
【００１０】
そして、本発明者は、鋭意検討を重ね、半導体層と透明導電膜との間に、半導体層および透明導電膜の屈折率未満である低屈折率導電膜を設けることで、優れた光取り出し効率が得られることを見出した。
すなわち、このような半導体発光素子では、半導体層から出射された直進性の低い光が、低屈折率導電膜によって反射されて半導体層に戻されるので、半導体層から出射された直進性の低い光が透明導電膜に入射されることを防止することができ、透明導電膜内での多重反射を防止できる。また、半導体層に戻された直進性の低い光は、半導体層内で直進性の高い光とされてから、低屈折率導電膜を介して透明導電膜に入射されるので、低屈折率導電膜および透明導電膜を透過して、透明導電膜内で多重反射されることなく出射される。
したがって、透明導電膜内で減衰することによる光の吸収量が非常に少なく、優れた光取り出し効率が得られる。即ち、本発明は以下に関する。
【００１１】
（１）  基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層と、低屈折率導電膜と、透明導電膜とがこの順で設けられ、前記低屈折率導電膜の屈折率が、前記半導体層および前記透明導電膜の屈折率未満であることを特徴とする半導体発光素子。
【００１２】
（２）  前記低屈折率導電膜の屈折率が、１．９未満であることを特徴とする（１）に記載の半導体発光素子。
（３）  前記透明導電膜の屈折率が、１．９〜２．２の範囲であることを特徴とする（１）または（２）に記載の半導体発光素子。
（４）  前記半導体層の屈折率が、１．９〜２．６の範囲であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１３】
（５）  前記透明導電膜上に保護膜が設けられ、前記保護膜の屈折率が２未満であることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（６）  前記低屈折率導電膜が、酸化ガリウム亜鉛とフッ化カルシウムとを含むものであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（７）  前記低屈折率導電膜の比抵抗が、１０-５〜１０４Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の半導体発光素子。
（８）  前記低屈折率導電膜の膜厚が８０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の半導体発光素子。
【００１４】
（９）  基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層を設ける工程と、前記半導体層上に、屈折率が前記半導体層の屈折率未満である低屈折率導電膜を設ける工程と、前記低屈折率導電膜上に、屈折率が前記低屈折率導電膜の屈折率以上の透明導電膜を設ける工程とを有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
（１０）  （１）〜（８）のいずれかに記載の半導体発光素子を備えたことを特徴とするランプ。
（１１）  （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。
（１２）  （１１）に記載の電子機器が組み込まれていることを特徴とする機械装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層と、低屈折率導電膜と、透明導電膜とがこの順で設けられ、前記低屈折率導電膜の屈折率が、前記半導体層および前記透明導電膜の屈折率未満であるものであるので、半導体層から出射された直進性の低い光は、低屈折率導電膜によって反射されて半導体層に戻されるものとなる。よって、半導体層から出射された直進性の低い光が透明導電膜に入射されて多重反射することを防止でき、透明導電膜内での光の減衰による吸収を防止できる。また、本発明の半導体発光素子において、低屈折率導電膜によって反射されて半導体層に戻された反射光は、半導体層内で多重反射されて直進性の高い光とされ、低屈折率導電膜と透明導電膜とを透過して、出射される。その結果、本発明の半導体発光素子では、優れた光取り出し効率が得られる。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板上に、ｎ型半導体層と発光層とｐ型半導体層とを有する半導体層を設ける工程と、前記半導体層上に、屈折率が前記半導体層の屈折率未満である低屈折率導電膜を設ける工程と、前記低屈折率導電膜上に、屈折率が前記低屈折率導電膜の屈折率以上の透明導電膜を設ける工程とを有する方法であるので、優れた光取り出し効率を有する本発明の半導体発光素子が得られる。
また、本発明のランプ、電子機器、機械装置は、本発明の半導体発光素子を備えたものであるので、優れた光取り出し効率を有する半導体発光素子を備える優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の半導体発光素子の一例を示した平面図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。
【図４】図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。
【図５】図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。
【図６】図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。
【図７】図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。
【図８】本発明のランプの一例を示した断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明を説明するために特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
「半導体発光素子」
図１は、本発明の半導体発光素子の一例を示した平面図であり、図２は、図１に示す半導体発光素子のＡ−Ａ’線における断面図である。図１および図２に示す半導体発光素子１は、基板１１の一面１１ａ（図２においては上面）に、ｎ型半導体層１２と、発光層１３と、ｐ型半導体層１４と、低屈折率導電膜３９と、透明導電膜１５とがこの順で積層されているものである。
【００１９】
図１および図２に示す半導体発光素子１は、フェイスアップ型の半導体発光素子１である。半導体発光素子１の透明導電膜１５上には、円形状の正極１７が形成されている。また、半導体発光素子１では、発光層１３、ｐ型半導体層１４およびｎ型半導体層１２の一部が切り欠けられてｎ型半導体層１２の一部が露出されており、ｎ型半導体層１２の露出面１２ａ上に円形状の負極１８が形成されている。
【００２０】
また、図１および図２に示す半導体発光素子１では、正極１７の側面１７ｂ及び上面周辺部１７ａと、透明導電膜１５の側面１５ｂおよび一面１５ａと、低屈折率導電膜３９の側面３９ｂと、発光層１３およびｐ型半導体層１４の側面と、ｎ型半導体層１２の側面の一部と、ｎ型半導体層１２の露出面１２ａと、負極１８の側面及び上面周辺部とを連続して覆うように、保護膜１６が形成されている。
なお、保護膜１６は、半導体発光素子１の劣化を抑制するために設けられていることが好ましいが、保護膜１６は設けられていなくてもよい。
【００２１】
＜基板＞
基板１１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶及びＺｒＢ２等のホウ化物単結晶等の周知の基板材料を何ら制限なく用いることができる。これらの基板材料の中でも、特に、基板１１としてサファイア単結晶及びＳｉＣ単結晶を用いることが好ましい。なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いし、オフ角を付与した基板であっても良い。
基板１１は、基板上の半導体層を成長させる側の面である主面上に、特開２００９−１２３７１７号に記載の凸部を形成する加工を施した基板を用いてもよい。このような凸部形成の加工基板は任意に選ばれる。
【００２２】
＜半導体層＞
図２に示すように、基板１１上には、少なくともｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とが積層されてなる半導体層が形成されている。半導体層の屈折率は、低屈折率導電膜３９の屈折率以上とされており、１．９〜２．６の範囲であることが好ましい。半導体層の屈折率が、１．９未満であると低屈折率導電膜３９の屈折率未満となってしまう場合がある。また、半導体層の屈折率が２．６を超えると、半導体層の形成に用いる材料が限定されてしまうため、良好な半導体層が得られない場合がある。
【００２３】
本実施形態の半導体発光素子１では、少なくともｎ型半導体層１２、発光層１３及びｐ型半導体層１４は、窒化物系化合物半導体からなるものであり、ＧａＮ系化合物半導体からなるものであることが好ましい。ＧａＮ系化合物半導体の屈折率は２．４である。ＧａＮ系化合物半導体としては、例えば、一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされるものを用いることができる。
【００２４】
ＧａＮ系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有していてもよく、必要に応じて、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、Ａｓ及びＢなどの元素を含有してもよい。さらに、ＧａＮ系化合物半導体には、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物が含まれている場合がある。
【００２５】
本実施形態の半導体発光素子１においては、基板１１とｎ型半導体層１２との間に、基板１１側から順に中間層３１および下地層３２が形成されていてもよい（図３〜図７参照）。
＜中間層(バッファ層)＞
中間層３１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く、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。なお、中間層３１は、基板１１と下地層３２との格子定数の違いを緩和し、基板１１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３１の上に単結晶の下地層３２を積層すると、より一層結晶性の良い下地層３２を形成できる。なお、本発明において、中間層３１は必須の構成ではない。
【００２６】
＜下地層＞
下地層３２は、中間層３１上に、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。下地層３２の膜厚は０．１μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、１μｍ以上であることが最も好ましい。下地層３２の膜厚を１μｍ以上とすることにより、結晶性の良好なＡｌＸＧａ１―ＸＮ層が得られやすくなる。また、下地層３２は１２μｍ以下とするのが好ましい。下地層の膜厚が１２μｍを超えると成長時間が長くなり、製造コストアップとなるため、好ましくない。
下地層３２は、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）であることが好ましい。下地層３２がアンドープである場合、良好な結晶性を維持できる。また、下地層３２にｎ型不純物をドープする場合、１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内であることが好ましい。下地層３２にドープされるｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ等を挙げることができ、Ｓｉ及びＧｅが好ましい。
【００２７】
＜ｎ型半導体層＞
ｎ型半導体層１２は、ｎ型コンタクト層３３と、ｎ型クラッド層３４とから構成されていることが好ましい（図３〜図７参照）。ｎ型コンタクト層３３は、ｎ型クラッド層３４を兼ねてもよい。
【００２８】
ｎ型コンタクト層３３は、下地層３２と同様に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）からなるものであることが好ましい。ｎ型コンタクト層３３は、ｎ型不純物がドープされたものであることが好ましい。ｎ型コンタクト層３３のｎ型不純物の濃度は１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３であることが好ましく、１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３であることがより好ましい。ｎ型コンタクト層３３のｎ型不純物の濃度が１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３である場合、負極と良好なオーミック接触を維持できるとともに、クラックの発生を抑制でき、良好な結晶性を維持できる。ｎ型コンタクト層３３のｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ及びＳｎ等を挙げることができ、Ｓｉ及びＧｅが好ましい。
【００２９】
ｎ型コンタクト層３３と下地層３２の合計の膜厚は１〜２０μｍであることが好ましく、２〜１５μｍであることがより好ましく、３〜１２μｍであることがさらに好ましい。ｎ型コンタクト層３３と下地層３２との合計の膜厚が１〜２０μｍである場合、ＧａＮ系化合物半導体の結晶性をより良好に維持できる。
【００３０】
ｎ型コンタクト層３３と発光層１３との間には、ｎ型クラッド層３４を設けることが好ましい。ｎ型クラッド層３４が設けられている場合、ｎ型コンタクト層３３の最表面に平坦性の悪化した箇所があったとしても埋めることができ、良好な平坦性が得られる。ｎ型クラッド層３４は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成できる。なお、明細書中、各元素の組成比を省略してＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮに記述することがある。ｎ型クラッド層３４は、これらの組成から選択される２つ以上の組成を複数回積層した超格子構造であってもよい。また、ｎ型クラッド層３４のバンドギャップは、発光層１３のバンドギャップよりも大きいものとされている。
【００３１】
ｎ型クラッド層３４の膜厚は、特に限定されないが、０．００５〜１μｍであることが好ましく、０．００５〜０．５μｍであることがより好ましい。ｎ型クラッド層３４のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３であることが好ましく、１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３であることがより好ましい。ｎ型クラッド層３４のｎ型ドープ濃度が１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３である場合、良好な結晶性を維持できるとともに、半導体発光素子１の動作電圧を低減できる。
【００３２】
＜発光層＞
発光層１３に用いられるＧａＮ系化合物半導体としては、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）が挙げられる。発光層１３の膜厚は、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚とすることが好ましい。具体的には、発光層１３の膜厚は１〜１０ｎｍであることが好ましく、２〜６ｎｍであることがより好ましい。発光層１３の膜厚を１〜１０ｎｍとすることにより、発光出力を向上させることができる。
【００３３】
発光層１３は、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造であってもよいし、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造であってもよい。多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としては、例えば、Ｇａ１−ｓＩｎｓＮからなる井戸層（以下、ＧａＩｎＮ井戸層）と、この井戸層よりバンドギャップエネルギーの大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）からなる障壁層（以下、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層）とを互い違いになるように複数積層してなるものが挙げられる。多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を構成する井戸層および／または障壁層には、それぞれ不純物をドープしてもよい。具体的には、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を構成する障壁層として、ＳｉドープＧａＮ障壁層を用いてもよい。
【００３４】
＜ｐ型半導体層＞
ｐ型半導体層１４は、ｐクラッド層３７とｐコンタクト層３８とからなるものであることが好ましい（図３〜図７参照）。ｐコンタクト層３８は、ｐクラッド層３７を兼ねるものであってもよい。
ｐクラッド層３７は、発光層１３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１３へキャリアを閉じ込められるものであればよく、特に限定されない。例えば、ｐクラッド層３７として、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０≦ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）からなるものが挙げられる。ｐクラッド層３７の膜厚は、特に限定されないが、１〜４００ｎｍであることが好ましく、５〜１００ｎｍであることがより好ましい。ｐクラッド層３７は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ等によって形成できる。ｐクラッド層３７は、これらの組成から選択される２つ以上の組成を複数回積層した超格子構造であってもよい。
ｐクラッド層３７のｐ型ドープ濃度は１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３であることがより好ましい。ｐクラッド層３７のｐ型ドープ濃度を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることにより、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。
【００３５】
ｐコンタクト層３８としては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含むＧａＮ系化合物半導体を用いることが好ましい。ＡｌｅＧａ１−ｅＮにおけるＡｌ組成を０≦ｅ＜０．５とすることにより、良好な結晶性を維持できるとともに、ｐオーミック電極と良好にオーミック接触させることができる。また、ｐコンタクト層３８のｐ型ドーパントの濃度は１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３であることが好ましく、５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３であることがより好ましい。ｐコンタクト層３８のｐ型ドーパントの濃度を１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３とすることで、良好なオーミック接触を維持できるとともに、クラックの発生を防止でき、良好な結晶性を維持できる。ｐコンタクト層３８のｐ型ドーパント（ｐ型不純物）としては、特に限定されないが、例えば、Ｍｇが挙げられる。ｐコンタクト層３８の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍであることが好ましく、０．０５〜０．２μｍであることがより好ましい。ｐコンタクト層３８の膜厚を０．０１〜０．５μｍとすることにより、発光出力を向上させることができる。
【００３６】
＜低屈折率導電膜＞＜透明導電膜＞
図２に示すように、半導体層のｐ型半導体層１４上には低屈折率導電膜３９が設けられ、低屈折率導電膜３９上には透明導電膜１５が設けられている。低屈折率導電膜３９および透明導電膜１５は、図１および図２に示すように、ｐ型半導体層１４上の広い範囲に電流を拡散させるために、ｐ型半導体層１４上のほぼ全面を覆うように形成することが好ましいが、隙間を開けて格子状や樹形状に形成してもよい。
【００３７】
なお、透明導電膜１５は、効率よく電流を拡散させるために、ｐ型半導体層１４上の全域に設けられていることが好ましいが、図２に示すように、ｐ型半導体層１４上の一部にのみ設けられていてもよい。また、低屈折率導電膜３９は、直進性の低い光が透明導電膜１３に入射されることをより効果的に防止するために、ｐ型半導体層１４上の全域に設けられていることが好ましいが、図２に示すように、ｐ型半導体層１４上の一部にのみ設けられていてもよい。
【００３８】
低屈折率導電膜３９の膜厚は、８０〜３００ｎｍの範囲であることが好ましい。低屈折率導電膜３９の膜厚が上記範囲未満であると、低屈折率導電膜３９による直進性の低い光を効率よく反射させる機能が十分に得られない場合がある。また、低屈折率導電膜３９の膜厚が上記範囲を超えると、低屈折率導電膜３９上に透明導電膜１５を設けたとしても、ｐ型半導体層１４上の広い範囲に十分に電流を拡散させることができなくなる場合がある。
【００３９】
低屈折率導電膜３９は、図２に示すように、半導体層のｐ型半導体層１４と透明導電膜１５との間に設けられている。低屈折率導電膜３９の屈折率は、半導体層および透明導電膜１５の屈折率未満とされており、１．９未満であることが好ましく、１．４以上であることがより好ましい。
低屈折率導電膜３９の屈折率が、半導体層および透明導電膜１５の屈折率以上であると、半導体層から出射された直進性の低い光を低屈折率導電膜３９に反射させて半導体層に戻す機能が十分に得られない。低屈折率導電膜３９の屈折率が、１．９未満であると、低屈折率導電膜３９の屈折率と半導体層および透明導電膜１５の屈折率との差を十分大きくすることができる。その結果、半導体層から出射された直進性の低い光を効率よく反射させることができ、半導体層から出射された直進性の低い光が透明導電膜１５に入射されて多重反射することをより効果的に防止できる。
しかし、低屈折率導電膜３９の屈折率が、１．４未満であると半導体層および透明導電膜１５の屈折率との差が大きくなりすぎて、半導体層から出射された光を必要以上に反射するものとなり、直進性の高い光まで反射してしまう場合がある。
【００４０】
低屈折率導電膜３９の比抵抗は、１０-５〜１０４Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。低屈折率導電膜３９の比抵抗が上記範囲内であると、ｐ型半導体層１４上に均一に電流を拡散させることができる。また、低屈折率導電膜３９の比抵抗は低いほど好ましいが、上記範囲未満である場合、低屈折率導電膜３９に用いる材料の選択肢が狭くなる。
【００４１】
低屈折率導電膜３９は、屈折率が２未満であって、比抵抗が上記範囲内であるものとするために、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）とフッ化カルシウム（ＣａＦ２）とを含むものとすることが好ましい。
酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）の屈折率は２．０であり、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）の屈折率は１．３である。高い導電性を有する酸化ガリウム亜鉛と屈折率が低く絶縁性のフッ化カルシウムとを混合することにより、低屈折率導電膜３９の導電性を十分に確保しつつ低い屈折率を得るためには、低屈折率導電膜３９として酸化ガリウム亜鉛を１０質量％〜７５質量％を含むものを用いることが好ましく、１５質量％〜６０質量％を含むものを用いることがさらに好ましい。中でも、例えば、低屈折率導電膜３９として酸化ガリウム亜鉛を２５質量％程度、フッ化カルシウムを７５質量％程度含むものを用いることが好ましい。酸化ガリウム亜鉛を２５質量％、フッ化カルシウムを７５質量％含む低屈折率導電膜３９は、屈折率１．５５、比抵抗１×１０−２Ω・ｃｍのものとなる。
【００４２】
透明導電膜１５は、発光層１３からの光を効率良く半導体発光素子１の外部に取り出すために、光透過性に優れたものであることが好ましい。さらに、透明導電膜１５は、ｐ型半導体層１４の全面に渡って均一に電流を拡散させるために、優れた導電性を有していることが好ましい。
【００４３】
透明導電膜１５の屈折率は、低屈折率導電膜３９の屈折率以上とされており、１．９〜２．２の範囲であることが好ましい。透明導電膜１５の屈折率が、１．９未満であると低屈折率導電膜３９の屈折率未満となってしまう場合がある。また、透明導電膜１５の屈折率が２．２を超えると、透明導電膜１５の形成に用いる材料の選択肢が狭くなるため、好ましくない。
【００４４】
透明導電膜１５の比抵抗は、低屈折率導電膜３９の比抵抗よりも低いものとされ、具体的には１０-５〜１０-１Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。透明導電膜１５の比抵抗が上記範囲内であると、低屈折率導電膜３９とともにｐ型半導体層１４上に均一に効率よく電流を拡散させることができる。また、透明導電膜１５の比抵抗は低いほど好ましいが、上記範囲未満である場合、透明導電膜１５に用いる材料の選択肢が狭くなる。
【００４５】
具体的には、透明導電膜１５の材料としては、Ｉｎ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｍｇ、Ｗ、Ｃｅのいずれか一種を含む導電性の酸化物、硫化亜鉛または硫化クロムのうちいずれか一種からなる群より選ばれる透光性の導電性材料が挙げられる。例えば、導電性の酸化物としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、ＡＺＯ（酸化アルミニウム亜鉛（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３））、ＧＺＯ（酸化ガリウム亜鉛（ＺｎＯ−Ｇａ２Ｏ３））、フッ素ドープ酸化錫、酸化チタン等があげられる。上記の中でも、光透過性および導電性に優れ、低屈折率導電膜３９との屈折率の差が十分に得られるＩＴＯまたはＩＺＯを用いることが好ましい。ＩＴＯおよびＩＺＯの屈折率は２〜２．２の範囲である。
【００４６】
透明導電膜１５の膜厚は、３５ｎｍ〜２０００ｎｍであることが好ましく、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがより好ましく、１００ｎｍ〜５００ｎｍであることが最も好ましい。透明導電膜１５の膜厚が３５ｎｍ未満である場合、電流拡散効率が不十分となり、十分な導電性が得られない場合がある。透明導電膜１５の膜厚が２０００ｎｍを超える場合には、透過率が低下して光取り出し効率が低下し、半導体発光素子１の出力が不十分となる場合がある。透明導電膜１５の膜厚が３５〜２０００ｎｍの範囲である場合、良好な導電性が得られるため駆動電圧が低く、しかも、光取り出し効率に優れた半導体発光素子１となる。
【００４７】
＜正極＞
正極１７は、透明導電膜１５の一面１５ａに形成されている。正極１７は、ボンディングパッドとして使用される。正極１７としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等の周知の材料を用いた各種構造を何ら制限無く用いることができる。正極１７の厚さは１００ｎｍ〜１０μｍであることが好ましく、３００ｎｍ〜３μｍであることがより好ましい。正極１７の厚さを３００ｎｍ以上とすることにより、ボンディングパッドとしてのボンダビリティーを向上させることができる。また、正極１７の厚さを３μｍ以下にすることで、製造コストを低減できる。
【００４８】
＜負極＞
負極１８は、ｎ型半導体層１２の露出面１２ａ上に形成されることにより、ｎ型半導体層１２に接している。負極１８は、ボンディングパッドとして使用される。負極１８としては、周知の各種組成および構造を何ら制限無く用いることができる。
【００４９】
＜保護膜＞
保護膜１６は、透明導電膜１５上に設けられ、半導体発光素子１内部への水分等の浸入を防止して、半導体発光素子１の劣化を抑制するものである。
保護膜１６としては、絶縁性透明膜が用いられる。保護膜１６に用いられる絶縁性透明膜は、屈折率が２未満である材料であることが好ましい。具体的には、保護膜１６は、ＳｉＯ２（屈折率１．４５）を含む材料からなるものであることが好ましい。
【００５０】
また、保護膜１６は、表面の少なくとも一部に、凹凸が形成されているものであることが好ましい。このような保護膜１６とすることで、半導体発光素子１の光取り出し効率をより一層向上できる。
【００５１】
「半導体発光素子の製造方法」
次に、本発明の半導体発光素子の製造方法として、図１および図２に示す半導体発光素子１の製造方法を例に挙げて説明する。
図３〜図７は、図１および図２に示す半導体発光素子の製造方法の一例を説明するための製造工程図である。図１および図２に示す半導体発光素子１を製造するには、まず、基板１１の一面１１ａにＧａＮ系化合物半導体を形成して、図３に示すように、基板１１の一面１１ａ上に少なくともｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とがこの順で積層されてなる半導体層を設ける。また、基板１１とｎ型半導体層１２との間に基板１１側から中間層３１と下地層３２とを順次形成してもよい。
【００５２】
ｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とを構成するＧａＮ系化合物半導体の形成方法は、特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）などの方法を適用できる。ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００５３】
ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としてＭＯＣＶＤ法を用いる場合、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）などを用いることができ、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などを用いることができる。
【００５４】
また、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ系化合物半導体を形成する場合、ｎ型ドーパントとしてＳｉ原料であるモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）や、Ｇｅ原料であるゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物などを用いることができる。
また、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合、ｐ型ドーパントとしてＭｇ原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）やビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）などを用いることができる。
【００５５】
また、ＧａＮ系化合物半導体の形成方法としてＭＢＥ法を用いる場合、ｎ型ドーパントとして元素状のゲルマニウムを用いることができる。
【００５６】
ここで、ＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ系化合物半導体を成長させて、ｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とを形成する場合について、詳細に説明する。
まず、図３に示すように、基板１１の一面１１ａに、中間層（バッファ層）３１と下地層３２とを順次形成する。その後、下地層３２上に、ｎ型コンタクト層３３とｎ型クラッド層３４とをこの順に積層して、ｎ型半導体層１２を形成する。
【００５７】
ＭＯＣＶＤ法を用いてｎ型半導体層１２を形成する場合、成長炉内の圧力を１５〜４０ｋＰａの範囲とすることが好ましい。
なお、下地層３２を成長させる際の成長温度は、８００〜１２００℃とすることが好ましく、１０００〜１２００℃とすることがより好ましい。ＭＯＣＶＤ法を用いて上記温度範囲内で下地層３２を成長させることにより、結晶性の良い下地層３２が得られる。
また、ｎ型コンタクト層３３の成長温度は、下地層３２の成長温度と同様に、８００〜１２００℃とすることが好ましく、１０００〜１２００℃とすることがより好ましい。
ｎ型クラッド層３４の成長温度は、５００〜１０００℃とすることが好ましく、６０００〜９００℃とすることがより好ましい。
【００５８】
次に、図３に示すように、ｎ型半導体層１２上に、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層とＧａＩｎＮ井戸層とを複数回積層し、最後にＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層を積層して多重量子井戸構造からなる発光層１３を形成する。
ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の成長温度は、７００℃以上とすることが好ましく、８００〜１１００℃とすることがより好ましい。ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の成長温度を８００〜１１００℃とすることにより、結晶性の良好なＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層が得られる。
また、ＧａＩｎＮ井戸層の成長温度は、６００〜９００℃とすることが好ましく、７００〜９００℃とすることがより好ましい。ＧａＩｎＮ井戸層の成長温度を６００〜９００℃とすることにより、結晶性の良好なＧａＩｎＮ井戸層が得られる。
なお、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層とＧａＩｎＮ井戸層とからなるＭＱＷ構造の発光層１３の結晶性を良好にするためには、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の形成時の成長温度と、ＧａＩｎＮ井戸層の形成時の成長温度とを変えることが好ましい。
【００５９】
次に、図３に示すように、発光層１３上に、ｐ型クラッド層３７と、ｐ型コンタクト層３８とを積層してｐ型半導体層１４を形成する。これにより、基板１１上に、ｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とが形成される。
【００６０】
次に、図４に示すように、ｐ型半導体層１４上にスパッタ法により、屈折率が半導体層の屈折率未満である低屈折率導電膜３９を形成する。
本実施形態においては、低屈折率導電膜３９を形成するためのターゲットとして、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）からなるターゲットと、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）からなるターゲットの２つを同時に用いて、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）とフッ化カルシウム（ＣａＦ２）との混合膜からなる低屈折率導電膜３９を形成することが好ましい。
【００６１】
次に、図５に示すように、低屈折率導電膜３９上の全面に、例えばＩＴＯまたはＩＺＯなどを用いて、屈折率が低屈折率導電膜３９の屈折率以上の透明導電膜１５を形成する。
【００６２】
次に、例えば、一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透光性電極１５及び低屈折率導電膜３９を除去する。
続いて、例えばフォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、図６に示すように、所定の領域の半導体層（ｐ型半導体層１４、発光層１３、ｎ型半導体層１２）の一部をエッチングしてｎ型コンタクト層３３からなる露出面１２ａを露出させる。
【００６３】
次に、図７に示すように、ｎ型コンタクト層３３からなる露出面１２ａに負極１８を形成する。負極（ｎ型電極）１８としては、露出面１２ａ側からＴｉ／Ａｕの二層構造のものを形成することが好ましい。
その後、図７に示すように、透光性電極１５の一面１５ａに正極１７を形成する。正極（ｐ型電極）１７としては、透光性電極１５側から例えば、Ａｌからなる金属反射層とＴｉからなるバリア層とＡｕからなるボンディング層とからなる３層構造のものを、フォトリソグラフィの手法を用いて形成することが好ましい。
また、正極１７と負極１８とは、同じ構造であってもよいし、異なる構造であってもよい。正極１７と負極１８とが、同じ構造である場合、例えば、Ａｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層してなる５層構造のものとしてもよい。
【００６４】
次に、保護膜１６を形成する。保護膜１６は、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、正極１７及び負極１８の中心部を除く全域に、スパッタ法やＣＶＤ法などの緻密な膜ができる成膜方法を用いて形成することが好ましい。特に、保護膜１６の形成方法として、緻密な膜の得られるＣＶＤ法を用いることが好ましい。
なお、保護膜１６として、表面の少なくとも一部に凹凸が形成されているものを形成する場合、例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などを用いて保護膜１６となる膜を形成し、その上に所定の形状を有するレジストパターンを形成してドライエッチングする方法などにより、形成できる。
【００６５】
その後、保護層１６の形成された基板を分割（チップ化）することにより、図１および図２に示す半導体発光素子１が得られる。
【００６６】
本実施形態の半導体発光素子１は、屈折率が、半導体層および透明導電膜１５の屈折率未満である低屈折率導電膜３９を備えるものであるので、半導体層を構成する発光層１３から出射された光のうち、例えば、半導体発光素子１の厚み方向に対して±３０°を超える光などの直進性の低い光（界面に対して入射角の大きな光）が、透明導電膜１５に入射されずに低屈折率導電膜３９によって反射されて半導体層に戻されるものとなる。したがって、本実施形態の半導体発光素子１では、半導体層から出射された直進性の低い光が透明導電膜１５に入射されて多重反射することが防止され、透明導電膜１５内での光の減衰による吸収が防止される。
【００６７】
さらに、本実施形態の半導体発光素子１においては、低屈折率導電膜３９によって反射されて半導体層に戻された反射光が、半導体層内で多重反射されて、例えば、半導体発光素子１の厚み方向に対して±３０°以下の光などの直進性の高い光（界面に対して入射角の小さな光）とされて、低屈折率導電膜３９と透明導電膜１５とを透過して、出射される。その結果、本実施形態の半導体発光素子１では、優れた光取り出し効率が得られる。
【００６８】
また、本実施形態の半導体発光素子１においては、半導体層から出射された直進性の低い光が、透明導電膜１５に入射されずに低屈折率導電膜３９によって反射されて半導体層に戻されるので、透明導電膜１５の屈折率に関わらず透明導電膜１５内での光の減衰による吸収を防止できる。したがって、屈折率に関わらず透明導電膜１５に最適な材料を用いることができ、例えば、透明導電膜１５の材料として、屈折率が１．９〜２．２の範囲であるＩＴＯ又はＩＺＯなどの材料を用いることができる。
【００６９】
また、本実施形態の半導体発光素子１において、半導体層の屈折率が１．９〜２．６の範囲である場合、低屈折率導電膜３９と半導体層との屈折率の差を十分に確保することができる。その結果、半導体層から出射された直進性の低い光を低屈折率導電膜３９によって効率よく反射させることができ、半導体層から出射された直進性の低い光が透明導電膜１５に入射されて多重反射することをより効果的に防止できる。
【００７０】
また、本実施形態の半導体発光素子１においては、半導体層から出射された直進性の低い光が、透明導電膜１５に入射されずに低屈折率導電膜３９によって反射されて半導体層に戻されるので、低屈折率導電膜３９および透明導電膜１５を介して半導体層から出射された光が入射される保護膜１６の屈折率に関わらず、保護膜１６内での光の減衰による吸収を防止できる。したがって、屈折率に関わらず保護膜１６に最適な材料を用いることができ、例えば、保護膜１６の材料として、屈折率が２未満であるＳｉＯ２（屈折率１．４５）などの材料を用いることができる。
【００７１】
また、本実施形態の半導体発光素子１においては、低屈折率導電膜３９が、酸化ガリウム亜鉛とフッ化カルシウムとを含むものである場合、屈折率および比抵抗の低い優れた低屈折率導電膜３９を有するものとなる。
【００７２】
また、本実施形態において、半導体発光素子１を構成する少なくともｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とが、ＧａＮ系化合物半導体からなるものである場合、３８０〜４８０ｎｍの波長範囲において、電流の光変換効率を高く得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態の半導体発光素子１の製造方法は、基板１１上に、ｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とを有する半導体層を設ける工程と、半導体層上に、屈折率が半導体層の屈折率未満である低屈折率導電膜３９を設ける工程と、低屈折率導電膜３９上に、屈折率が低屈折率導電膜３９の屈折率以上の透明導電膜１５を設ける工程とを有する方法であるので、優れた光取り出し効率を有する本実施形態の半導体発光素子１が得られる。
【００７４】
「ランプ」
次に、本発明のランプとして、図１および図２に示す半導体発光素子１を備えたランプを例に挙げて説明する。
図８は、本発明のランプの一例を示した断面模式図である。図８に示すランプ５（ＬＥＤランプ）においては、図１および図２に示す半導体発光素子１がフレーム５１、５２にワイヤー５３、５４により接合され、透明な樹脂からなるモールド５５で砲弾型に封止されている。
【００７５】
本実施形態のランプ５は、図１および図２に示す半導体発光素子１を用いて、従来公知の方法により製造でき、例えば、以下に示す方法などにより製造できる。まず、半導体発光素子１を、２本のフレーム５１、５２の内の一方（図８ではフレーム５１）に樹脂等を用いて接着し、半導体発光素子１の正極１７及び負極１８を、金等の材質からなるワイヤー５３、５４でそれぞれフレーム５１、５２に接合することにより、半導体発光素子１を実装する。その後、半導体発光素子１の周辺を、モールド５５で封止することにより、ランプ５とする方法などにより得られる。
【００７６】
なお、本発明のランプは、図８に示すランプ５に限定されるものではない。例えば、本発明のランプは、半導体発光素子１の発光色と蛍光体の発光色とが混色されることにより、白色光を出射するランプとされていてもよい。
また、本発明のランプは、一般用途の砲弾型であってもよいし、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であってもよい。
【００７７】
本実施形態のランプ５は、図１および図２に示す半導体発光素子１を備えたものであるので、優れた光取り出し効率を有する半導体発光素子を備える優れたものとなる。
【００７８】
また、本実施形態のランプ５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、優れた光取り出し効率を有する半導体発光素子１を備えたものとなる。
【実施例】
【００７９】
以下に、本発明を、実施例を挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
（実施例１）
以下に示す方法により、図１および図２に示す半導体発光素子１を製造した。
まず、ＭＯＣＶＤ法を用いて、図３に示すように、基板１１の一面１１ａに、ＡｌＮからなるバッファ層３１と、アンドープＧａＮからなる下地層３２と、Ｓｉドープｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層３３と、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ型クラッド層３４とをこの順に積層して、ｎ型半導体層１２を形成した。
【００８０】
次に、ｎ型半導体層１２上に、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層とＧａＩｎＮ井戸層とを６回積層し、最後にＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層を積層して多重量子井戸構造からなる発光層１３を形成した。次に、発光層１３上に、ＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層３７と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層３８とを積層してｐ型半導体層１４を形成した。これにより、基板１１上に、ｎ型半導体層１２と発光層１３とｐ型半導体層１４とからなる半導体層（低屈折２．４）を形成した。
【００８１】
次に、ｐ型半導体層１４上にスパッタ法により、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）とフッ化カルシウム（ＣａＦ２）との混合膜（酸化ガリウム亜鉛２５質量％、フッ化カルシウム７５質量％）からなり、膜厚１００ｎｍの低屈折率導電膜３９（低屈折１．５５、比抵抗１×１０−２Ω・ｃｍ）を形成した。低屈折率導電膜３９を形成するためのスパッタ法においては、ターゲットとして、酸化ガリウム亜鉛（ＧＺＯ）からなるターゲットと、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）からなるターゲットの２つを同時に用いた。これにより、図４に示すように、低屈折率導電膜３９までの各層を形成した。
【００８２】
次に、低屈折率導電膜３９上の全面に、膜厚２５０ｎｍのＩＴＯ（屈折率２．０、比抵抗１×１０−４Ω・ｃｍ）からなる透明導電膜１５を形成し、図５に示すように、透明導電膜１５までの各層を形成した。
【００８３】
次に、一般に知られたフォトリソグラフィーの手法によって所定の領域以外の透光性電極１５及び低屈折率導電膜３９を除去した。
続いて、フォトリソグラフィーの手法によりパターニングして、図６に示すように、所定の領域の半導体層（ｐ型半導体層１４、発光層１３、ｎ型半導体層１２）の一部をエッチングしてｎ型コンタクト層３３からなる露出面１２ａを露出させた。
【００８４】
次に、図７に示すように、ｎ型コンタクト層３３からなる露出面１２ａに、負極１８を形成した。その後、図７に示すように、透光性電極１５の一面１５ａに、正極１７を形成した。
なお、正極１７および負極１８としては、Ａｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層してなる５層構造のものを形成した。
【００８５】
次に、基板１１上の正極１７及び負極１８の中心部を除く全域に、ＣＶＤ法を用いてＳｉＯ２からなる保護膜１６（低屈折１．４５）を形成した。
その後、保護層１６の形成された基板を分割（チップ化）することにより、図１および図２に示す実施例１の半導体発光素子１を得た。
【００８６】
（実施例２）
低屈折率導電膜３９の膜厚を２００ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして実施例２の半導体発光素子１を得た。
（実施例３）
低屈折率導電膜３９の膜厚を３００ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして実施例３の半導体発光素子１を得た。
【００８７】
（比較例）
低屈折率導電膜３９を設けないこと以外は、実施例１と同様にして比較例の半導体発光素子を得た。
【００８８】
このようにして得られた実施例１〜実施例３、比較例の半導体発光素子について、ＴＯ−１８缶パッケージに実装し、テスターによって印加電流２０ｍＡにおける発光出力（Ｐｏ）を測定した。
また、実施例１〜実施例３、比較例の半導体発光素子について、プローブ針による通電で印加電流２０ｍＡにおける順方向電圧（ＶＦ）を測定した。
また、実施例１〜実施例３、比較例の半導体発光素子の印加電流２０ｍＡにおける発光波長を調べた。
また、実施例１〜実施例３について、比較例に対する発光出力の上昇率を算出した。
その結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
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【００９０】
表１に示すように、実施例１〜実施例３では、比較例と比較して、発光出力が低屈折率導電膜３９を設けることにより上昇していることが確認できた。
【符号の説明】
【００９１】
１…半導体発光素子、５…ランプ、１１…基板、１１ａ…一面、１２…ｎ型半導体層、１３…発光層、１４…ｐ型半導体層、１５…透明導電膜、１５ｂ…側面、１６…保護膜、１７…正極、１７ａ…上面周辺部、１７ｂ…側面、１８…負極、３１…バッファ層、３２…下地層、３３…ｎ型コンタクト層、３４…ｎ型クラッド層、３７…ｐ型クラッド層、３８…ｐ型コンタクト層、３９…低屈折率導電膜、５１、５２…フレーム、５３、５４…ワイヤー、５５…モールド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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