(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体の第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、通電により発光するＩＩＩ−Ｖ族半導体の発光層と、
前記発光層上に当該発光層に接して設けられ、ｐ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に当該第２半導体層に接して設けられ、前記発光層が出射する光に対して透過性を有する透光性電極と、
前記透光性電極上の一部に当該透光性電極に接して設けられ、前記発光層に通電するための一方の端子となる第１電極と、
前記第１半導体層に接続されるとともに、前記第１電極と同一面側に設けられ、前記発光層に通電するための他方の端子となる第２電極と、を備え、
前記透光性電極は、前記第１電極に近接する領域に、前記第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられるとともに、
前記透光性電極は、前記第２電極に近接する領域に、前記第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられていないか、または、当該第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が当該第２半導体層の表面が露出する割合（開口率）において前記第１電極に近接する領域よりも小さく設けられているかのいずれかであって、
前記第１半導体層は、前記第２電極に接続されるコンタクト層と前記発光層に接するクラッド層とからなり、当該コンタクト層の不純物濃度と当該コンタクト層の厚さとの積が１×１０１４ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２であり、
前記透光性電極は、シート抵抗が５Ω/□〜５０Ω/□であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１電極に近接する領域における前記開口率は、１０％〜３０％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３】
前記第２電極に近接する領域における前記開口率は、１５％以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透光性電極は、前記第１電極に近接する領域と前記第２電極に近接する領域との間の中間領域に、前記第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔がさらに設けられてい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】
前記第１電極に近接する領域の開口率１が、前記第２電極に近接する領域の開口率２より大きく、当該第１電極に近接する領域と当該第２電極に近接する領域との間の中間領域の開口率３は、開口率１と開口率２の間の値であることを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記透光性電極に設けられる前記複数の貫通孔による開口率は、前記第１電極と前記第２電極を結ぶ線に沿って変化していることを特徴とする請求項４または５に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記半導体発光素子の平面形状は、長辺の長さが短辺の長さの２倍以上の長方形であって、前記第１電極と前記第２電極とが、長方形の長手方向の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記開口率は、前記複数の貫通孔の密度または大きさによって設定されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記透光性電極は、酸化物導電材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第２半導体層が、前記透光性電極に接するコンタクト層と、前記発光層に接するクラッド層とからなり、当該コンタクト層の当該透光性電極に接する部分が当該コンタクト層の当該クラッド層に接触する部分よりＭｇの添加量が多く構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記貫通孔の幅は、１μｍ〜１０μｍであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記透光性電極の厚さは、５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子の進展が目覚しい。特に、発光効率の高いＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ半導体材料を発光層とした発光ダイオードが、実用化されている。そして、窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ族窒化物半導体が注目を集めている。
このようなＩＩＩ族窒化物半導体を用いた半導体発光素子では、基板上に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型半導体層に透光性の電極（透光性電極）を形成し、この透光性電極を介して発光を取り出している。
【０００３】
特許文献１には、ｎ型ＧａＮ系半導体層とｐ型ＧａＮ系半導体層を備えたＧａＮ系半導体発光素子において、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層上に形成された透光性電極を備え、前記透光性電極は、前記ｐ型ＧａＮ系半導体層に達する光出射用の複数の貫通孔を有することにより、透光性電極の吸光度を低減して出射効率を向上するＧａＮ系半導体発光素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２３５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半導体発光素子の出射光量（放射エネルギ）を増加させるためにＩＩＩ族窒化物半導体のｐ型半導体層上の透光性電極に貫通孔を一様に設けると、ｐ型半導体層とオーミック接触をしている透光性電極との接触面積が減り、半導体発光素子の順方向電圧が増加してしまう。これにより、半導体発光素子の駆動電圧が上昇し、結果的に半導体発光素子の発光効率が低下する。
また、ｐ型半導体層の面積に対する貫通孔の面積の割合（開口率）は、透光性電極の抵抗制御をすることになり、その結果、電流の流れをコントロールする。しかしながら、従来の技術では、発光層への均一な電流供給がなされていなかった。例えば、電極の近傍（電極に近接する領域）に電流が集中し、発光層の一部に電流が集中することにより発光効率が低下していた。
よって、半導体発光素子の発光層全体へ均一な電流を供給し、出射光量を増加させるとともに、順方向電圧の増大を抑制することが求められている。
特に、長方形の半導体素子に於いて、発光層全体へ均一な電流を供給することは大きな課題である。
【０００６】
本発明は、出射光量を増加させるとともに、順方向電圧の増大を抑制した発光効率の高い半導体発光素子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】
【０００７】
本発明が適用される半導体発光素子は、例えば、ｎ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体の第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、通電により発光するＩＩＩ−Ｖ族半導体の発光層と、発光層上に発光層に接して設けられ、ｐ型のＩＩＩ−Ｖ族半導体の第２半導体層と、第２半導体層上に第２半導体層に接して設けられ、発光層が出射する光に対して透過性を有する透光性電極と、透光性電極上の一部に透光性電極に接して設けられ、発光層に通電するための一方の端子となる第１電極と、第１半導体層に接続されるとともに、第１電極と同一面側に設けられ、発光層に通電するための他方の端子となる第２電極と、を備え、透光性電極は、第１電極に近接する領域に、第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が設けられるとともに、透光性電極は、第２電極に近接する領域に、第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられていないか、または、第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が第２半導体層の表面が露出する割合（開口率）において第１電極に近接する領域よりも小さく設けられているかのいずれかであって、第１半導体層は、第２電極に接続されるコンタクト層と発光層に接するクラッド層とからなり、コンタクト層の不純物濃度とコンタクト層の厚さとの積が１×１０１４ｃｍ−２〜１×１０１６ｃｍ−２であり、透光性電極は、シート抵抗が５Ω／□〜５０Ω／□である。
なお、第１電極に近接する領域は、第１電極と第２電極と間の中点を越えない範囲内にあって、いずれかの電極に近い領域である。
そして、第１電極に近接する複数の貫通孔が設けられる領域における第２半導体層の表面が露出する割合（開口率）は、１０％〜３０％であることを特徴とすることができる。
さらに、第２電極に近接する領域における開口率は、１５％以下であることを特徴とすることができる。
さらにまた、透光性電極は、第１電極に近接する領域と第２電極に近接する領域との間の中間領域に、第２半導体層の表面が露出するように厚さ方向に貫通する複数の貫通孔がさらに設けられていることを特徴とすることができる。
そして、第１電極に近接する領域の開口率１が、第２電極に近接する領域の開口率２より大きく、第１電極に近接する領域と第２電極に近接する領域との中間領域の開口率３は、開口率１と開口率２の間の値であることを特徴とすることができる。
そしてまた、透光性電極に設けられる複数の貫通孔による開口率は、第１電極と第２電極を結ぶ線に沿って変化していることを特徴とすることができる。この変化は、なだらかな変化でも、階段状の変化でも良い。
このような半導体発光素子の平面形状は、長辺の長さが短辺の長さの２倍以上の長方形であって、第１電極と第２電極とが、長方形の長手方向の両端部にそれぞれ設けられていることを特徴とすることができる。
また、開口率は、複数の貫通孔の密度または大きさによって設定されていることを特徴とすることができる。
そして、透光性電極は、酸化物導電材料で構成されていることを特徴とすることができる。
さらに、第２半導体層が、透光性電極に接するコンタクト層と、発光層に接するクラッド層とからなり、コンタクト層の透光性電極に接する部分がコンタクト層のクラッド層に接触する部分よりＭｇの添加量が多く構成されていることを特徴とすることができる。
また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体が、ＩＩＩ族窒化物半導体であることを特徴とすることができる。
さらに、貫通孔の幅は、１μｍ〜１０μｍであることを特徴とすることができる。
さらにまた、透光性電極の厚さは、５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によって、出射光量を増加させるとともに、順方向電圧の増大を抑制した発光効率の高い半導体発光素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【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説明する図である。
【図２】図１に示す半導体発光素子の平面模式図の一例を説明する図である。
【図３】透光性電極に貫通孔を設けない場合の、半導体発光素子の断面模式図である。
【図４】透光性電極に貫通孔を設ける領域と半導体発光素子の出射光量Ｐｏ（ｍＷ）と順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）との関係を調べた実験例を説明する図である。
【図５】透光性電極に設けられた貫通孔の他の例を説明する図である。
【図６】実施例１〜４および比較例１、２の半導体発光素子の出射光量Ｐｏ（ｍＷ）と順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）との関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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の断面模式図の一例であり、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説明する図である。なお、図１に示す半導体発光素子１の断面模式図は、図２のＩ−Ｉ線での断面図である。また、図２に示す半導体発光素子１の平面模式図は、図１の矢印ＩＩから見た平面図である。
【００１１】
（半導体発光素子１）
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半導体層の一例としてのｐ型半導体層１６０とをさらに備える。なお、以下の説明においては、必要に応じて、これら中間層１２０、下地層１３０、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。
【００１２】
また、半導体発光素子１は、積層半導体層１００の上面１６０ｃ上に積層され、発光層１５０が出射する光に対して透過性を有する透光性電極１７０を備える。
そして、半導体発光素子１は、透光性電極１７０上の一部に積層される第１電極１９０と、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電極２００とを備える。
【００１３】
透光性電極１７０は、厚さ方向に貫通して、ｐ型半導体層１６０の表面を露出させる複数の貫通孔１８０を備える。後述するように、貫通孔１８０は、透光性電極１７０の表面の異なる領域（図１および図２では、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃ）において、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合（開口率）が異なるように設けられている。
さらに、半導体発光素子１は、第１電極１９０および第２電極２００のそれぞれの表面の一部を除いて、透光性電極１７０の表面、積層半導体層１００の表面および側面を覆う保護層２１０を備える。なお、保護層２１０は、貫通孔１８０においても、貫通孔１８０の底に露出したｐ型半導体層１６０の表面および貫通孔１８０の内側の側面（内壁）を覆っている。
【００１４】
図２に示すように、半導体発光素子１の平面形状は例えば長方形である。平面形状が円形の第１電極１９０と第２電極２００とが、長方形の長手方向の端部にそれぞれ設けられている。半導体発光素子１の平面形状は、例えば３５０μｍ×８５０μｍである。そして、第１電極１９０と第２電極２００の平面形状は、例えば直径７０μｍの円形である。長辺と短辺の比が２倍以上の場合、電流密度を均一にし難いため、本発明の効果が大きい。
【００１５】
本実施の形態では、貫通孔１８０の平面形状は、例えば直径ｄの円形である。
透光性電極１７０の表面は、第２電極２００に近接した領域Ａ、第１電極１９０に近接した領域Ｃ、領域Ａと領域Ｃとの間の領域Ｂの３つの領域に分けられている。第１電極１９０に近接した領域Ｃまたは第２電極２００に近接した領域Ａは、第１電極１９０と第２電極２００と間の中点を越えない範囲内にあって、いずれかの電極に近い領域である。
そして、それぞれの領域において、貫通孔１８０は、互いに辺を共通にするように配列された複数の正三角形の頂点に位置するように配置されている。
なお、貫通孔１８０は、領域Ａでは一辺長ｐａの正三角形の頂点の位置に、領域Ｂでは一辺長ｐｂの正三角形の頂点の位置に、領域Ｃでは一辺長ｐｃの正三角形の頂点の位置に設けられている。そして、ｐａ＞ｐｂ＞ｐｃであるように、それぞれの領域の正三角形の一辺長が設定されている。よって、貫通孔１８０が直径ｄである場合、領域Ａではｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が小さく、領域Ｃではｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が大きい。領域Ｂは領域Ａと領域Ｃとの中間である。
貫通孔１８０の直径ｄは例えば３μｍで、領域Ａにおける正三角形の一辺長ｐａは例えば１２μｍ、領域Ｂにおける正三角形の一辺長ｐｂは例えば９μｍ、領域Ｃにおける正三角形の一辺長ｐｃは例えば６μｍである。なお、一辺長ｐａ、ｐｂ、ｐｃをそれぞれ区別しないときは、一辺長ｐと表記する。貫通孔１８０の配置は、正三角形の頂点としたが、多角形の頂点あるいは不規則な配置でも良い。
【００１６】
なお、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が小さい領域Ａは、貫通孔１８０を設けない場合において単位面積当たりの光量が大きい領域であって、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が大きい領域Ｃは、貫通孔１８０を設けない場合において光量が小さい領域である。この光量の差は、発光層１５０に流れる単位面積当たりの電流（電流密度）の差に起因するものである。
すなわち、貫通孔１８０を設けない場合において、単位面積当たりに出射する光量を反映した電流密度により、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を変えている。単位面積当たりの光量が大きい領域はｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を小さくし、単位面積当たりの光量が小さい領域はｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を大きくしている。このようにｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を変化させることにより、単位面積当たりの光量、電流密度を均一化することができる。
なお、貫通孔１８０の平面形状は、上記した円形である必要はなく、正方形、長方形、三角形または他の形状であってもよい。
【００１７】
この半導体発光素子１においては、正極である第１電極１９０と、負極である第２電極２００とを介して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から光が出射するようになっている。したがって、半導体発光素子１を発光させる場合、第１電極１９０と第２電極２００に電圧を印加することから電界の方向は、第１電極１９０と第２電極２００を結ぶ方向である。
【００１８】
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１１０＞
基板１１０としては、表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体の結晶がエピタキシャル成長する基板であれば、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、ゲルマニウム、ＧａＡｓ、ＧａＰ，ＧａＮ、酸化亜鉛等からなる基板を用いることができる。また、基板にエピタキシャル成長後、他の材質の基板を貼り付け、エピタキシャル成長させた基板を除去することで、他の材質の基板である貼り付けた基板を基板１１０とすることもできる。
ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶の場合、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１２０（バッファ層）を形成すると格子定数の異なる結晶を良好な品質で成長できるので望ましい。
【００１９】
＜積層半導体層１００＞
積層半導体層１００は、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、中間層１２０、下地層１３０、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、図１に示すように、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。
【００２０】
＜中間層１２０＞
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０．０１μｍ〜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、生産性が低下するおそれがある。
【００２１】
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、特にｃ面を主面とするサファイアで基板１１０を構成した場合には、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。なお、本発明においては、中間層を形成することが好ましいが、中間層を形成しなくても良い。
【００２２】
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とすることができる。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。
【００２３】
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１３０＞
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、結晶性の良好な下地層１３０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は不純物をドーピング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（アクセプター）あるいはｎ型不純物（ドナー）を添加することができる。
【００２５】
＜ｎ型半導体層１４０＞
図１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が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。
【００２６】
ｎコンタクト層１４０ａは、第２電極２００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。
【００２７】
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／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、第２電極２００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。
【００２８】
ｎコンタクト層１４０ａの膜厚は、０．５μｍ〜５μｍとされることが好ましく、１μｍ〜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、発光層１５０等の結晶性が良好に維持される。
さらに、ｎコンタクト層１４０ａの不純物の濃度と膜厚との積（Ｎｄ）は、ｎコンタクト層１４０ａの電気抵抗と反比例する関係にあり、発光層１５０の電流密度を均一にし、順方向電圧Ｖｆを低くするために望ましい範囲は、Ｎｄ＝１×１０１４／ｃｍ２〜１×１０１６／ｃｍ２、好ましくは２×１０１４／ｃｍ２〜５×１０１５／ｃｍ２である。この積の値が小さすぎる場合は、第２電極２００に近接する領域（近傍）の光量（電流密度）が大きく、順方向電圧Ｖｆが高くなる。一方、この積の値が大きすぎる場合は、第１電極１９０に近い側の光量（電流密度）が大きくなり、ｎコンタクト層１４０ａの結晶の品質低下により、静電破壊電圧の低下を招く。
【００２９】
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、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、本明細書中には、ＡｌＧａＮ、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。
【００３０】
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５ｎｍ〜５００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。ｎクラッド層１４０ｂのｎ型不純物濃度は１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。不純物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。
【００３１】
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。
【００３２】
＜発光層１５０＞
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望ましい。
図１では、発光層１５０を、障壁層１５０ａと井戸層１５０ｂとが交互に積層されてなる多重量子井戸構造で示している。そして、発光層１５０のうち、ｎクラッド層１４０ｂと接する側および後述するｐクラッド層１６０ａと接する側は、それぞれ障壁層１５０ａとなっている。多重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１ｎｍ〜１０ｎｍとすることができ、好ましくは２ｎｍ〜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ーが大きい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添加してもしなくてもよい。
【００３３】
＜ｐ型半導体層１６０＞
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。
【００３４】
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ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．４）のものが挙げられる。
【００３５】
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１ｎｍ〜４００ｎｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１００ｎｍである。
ｐクラッド層１６０ａのｐ型不純物濃度は、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型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クラッド層１６０ａ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、この場合には、組成比が異なるＡｌＧａＮと他のＡｌＧａＮとの交互構造または組成が異なるＡｌＧａＮとＧａＮとの交互構造であることが好ましい。
【００３６】
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透光性電極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１６０ｂでは、ｐ型不純物を１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３の濃度、好ましくは５×１０１９／ｃｍ３〜５×１０２０／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、１０ｎｍ〜５００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。ｐコンタクト層１６０ｂの膜厚がこの範囲であると、順方向電圧Ｖｆおよび出射光量Ｐｏの点で好ましい。
【００３７】
また、ｐコンタクト層１６０ｂをｐ側第１層とｐ側第２層の２層とし、ｐクラッド層１６０ａに接するｐ側第１層（部分）を、透光性電極１７０に接するｐ側第２層（部分）に比べ、Ｍｇの添加量を少なくして、層抵抗（シート抵抗）が低くなるようにしてもよい。
接触抵抗（コンタクト抵抗）はＭｇの添加量に比例して低下するが、層抵抗には適正なＭｇの添加量の範囲があり、過剰にＭｇを添加すると抵抗が高くなる。このため、２層に分けて接触抵抗、層抵抗とも低くすることが望ましい。
このことにより、ｐ型半導体層１６０の層抵抗を低減させるとともに、ｐ型半導体層１６０と透光性電極１７０との接触抵抗も低減させることができる。
【００３８】
＜透光性電極１７０＞
図１に示すように、ｐ型半導体層１６０の上には透光性電極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電極２００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。
【００３９】
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であることが好ましい。また、この半導体発光素子１では、発光層１５０からの光を第１電極１９０が形成された側に取り出すことから、透光性電極１７０は発光層１５０からの光に対する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たものであることが好ましい。
【００４０】
以上のことから、透光性電極１７０として、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物の導電性材料（酸化物導電性材料）が用いられる。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ＩＴＯ（酸化インジウム錫（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２））、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ））、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、例えばフッ素などが添加されていてもかまわない。
【００４１】
これらの材料を、この技術分野で公知の手段で膜として堆積するとともに、公知の手段で加工（パターニング）することにより貫通孔１８０が設けられた透光性電極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、低抵抗化を目的とした熱アニールを施す場合もある。
【００４２】
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結晶を含む透明性が高く、抵抗の低い、ＩＴＯ、ＩＺＯ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状態のＩＺＯ膜を用いて貫通孔１８０が設けられた特定形状にパターニングすることができ、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、アモルファス状態のＩＺＯ膜よりも光の透過性に優れた透光性電極１７０に加工することができる。
【００４３】
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質量％〜２０質量％であることが好ましく、５質量％〜１５質量％の範囲であることがさらに好ましい。１０質量％であると特に好ましい。また、ＩＺＯ膜の膜厚は、低接触抵抗、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。膜厚が３５ｎｍより薄いと接触抵抗が高くなる。光透過率の低下および生産コストの観点から、ＩＺＯ膜の膜厚は１０００ｎｍ（１μｍ）以下であることが好ましい。さらに、接触抵抗が低く、光透過率の高い５０〜４００ｎｍが最適である。
電流密度の均一化のために、ＩＺＯ膜のシート抵抗を５〜５０Ω／□の範囲とすることが望ましい。さらに、望ましくは１０〜４０Ω／□である。シート抵抗が高いと、順方向電圧Ｖｆが高くなり、発光効率が低下する。シート抵抗が低すぎると第２電極２００付近の電流密度が高くなり、半導体発光素子１全体としての効率が低下する。
貫通孔１８０の幅は、１〜１０μｍの範囲が望ましく、さらに、２〜５μｍが好ましい。幅が１μｍより小さい場合は、貫通孔１８０の幅のバラツキが大きくなり、均一な電流密度が得られにくくなる。一方、１０μｍより大きいと貫通孔１８０の領域とそれ以外の領域とで、電流密度が異なり、発光層１５０への電流供給が不均一になり、半導体発光素子１全体としての発光効率が低下する。
ＩＺＯ膜の微細な貫通孔１８０のパターニングは、熱処理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、エッチング液を用いて容易に精度良くパターニングすることが可能である。
【００４４】
アモルファス状態のＩＺＯ膜の微細な貫通孔１８０のパターニングは、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。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、上述のパターニングの後に熱処理することが好ましい。
【００４５】
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、第１電極１９０やｐ型半導体層１６０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。
【００４６】
＜第１電極１９０＞
透光性電極１７０上に形成され、透光性電極１７０とオーミック接触する第１電極１９０は、例えば、従来公知のＡｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｕ等の材料から構成される。第１電極１９０の構造は特に限定されず、従来公知の構造を採用することができる。この技術分野で従来公知の手段で設けることができる。ワイヤボンド特性の向上のため、第１電極１９０の下の透光性電極１７０には、貫通孔１８０を設けないことが望ましい。
第１電極１９０の厚さは、例えば１００ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲内であり、好ましくは３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内である。
【００４７】
＜第２電極２００＞
第２電極２００は、ｎ型半導体層１４０のｎコンタクト層１４０ａにオーミック接触している。すなわち、第２電極２００は、積層半導体層１００のｐ型半導体層１６０、発光層１５０およびｎ型半導体層１４０の一部を除去して、ｎコンタクト層１４０ａの半導体層露出面１４０ｃを形成し、この半導体層露出面１４０ｃ上に設けられている。
第２電極２００は、第１電極１９０と同じ組成・構造でもよい。各種組成および構造の第２電極２００が従来公知であり、これらの第２電極２００を何ら制限無く用いることができる。この技術分野で従来公知の手段で設けることができる。
【００４８】
＜保護層２１０＞
保護層２１０は、半導体発光素子１の内部への水分等の進入を抑制するために、第１電極１９０および第２電極２００のそれぞれの表面の一部を除いて、透光性電極１７０の表面、積層半導体層１００の表面および側面を覆うように設けられている。
また、本実施の形態では、発光層１５０からの光を、保護層２１０を介して取り出すことから、保護層２１０は発光層１５０から出射する光に対する透過性に優れたものであることが望ましい。本実施の形態では、保護層２１０をＳｉＯ２で構成している。ただし、保護層２１０を構成する材料についてはこれに限られるものではなく、ＳｉＯ２に代えて、ＴｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等を用いることができる。
【００４９】
（半導体発光素子１の製造方法）
次に、本実施の形態である半導体発光素子１の製造方法の一例について説明する。
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。中間層１２０はスパッタ法で形成することが望ましいが、ＭＯＣＶＤ法で形成することもできる。
【００５０】
中間層１２０を形成した後、中間層１２０上に、単結晶の下地層１３０を形成する。下地層１３０は、公知のＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。
下地層１３０の形成後、下地層１３０上に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。
【００５１】
発光層１５０の形成は、公知のＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。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。
【００５２】
ｐ型半導体層１６０の形成は、公知のＭＯＣＶＤ法で形成すればよい。具体的には、発光層１５０上に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。
【００５３】
ｐ型半導体層１６０上に、蒸着法、スパッタ法などの公知の手段により、透光性電極１７０を構成する膜（ＩＺＯ膜、ＩＴＯ膜など）を堆積し、公知の手段によってパターニングし、貫通孔１８０を備えた透光性電極１７０を形成する。なお、一度のエッチングで、貫通孔１８０が設けられた透光性電極１７０が形成できる。エッチングは、微細加工に優れるドライエッチング法が望ましい。
そして、公知の手段により積層半導体層１００の一部を除去して、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。
【００５４】
そして、前述したように、透光性電極１７０上に第１電極１９０を、半導体層露出面１４０ｃ上に第２電極２００を形成する。
最後に、第１電極１９０および第２電極２００のそれぞれの表面の一部（開口部）を除いて、透光性電極１７０の表面、積層半導体層１００の表面および側面を覆うように、ＳｉＯ２からなる保護層２１０を形成する。
以上により、半導体発光素子１が得られる。
【００５５】
このようにして得られた半導体発光素子１を、例えば窒素などの不活性雰囲気下において、１５０℃〜６００℃、より好ましくは２００℃〜５００℃の範囲の温度で熱処理してもよい。この熱処理は、透光性電極１７０と第１電極１９０との密着性、および、第２電極２００と半導体層露出面１４０ｃとの密着性の向上、透光性電極１７０の透過率の向上、低効率の低下などの目的で行われる。この熱処理は、保護層２１０の形成前に実施してもよい。
【００５６】
（透光性電極１７０に設けられた貫通孔１８０）
次に、透光性電極１７０に設けられた貫通孔１８０について説明する。
貫通孔１８０を設けない状態において、電流集中が起こっている領域では、発光層１５０の発光効率が低下する。この集中している電流を貫通孔１８０により発光層１５０に分散することで発光効率が向上する。すなわち、貫通孔１８０の開口率と配置を適正化することで、電流の流れを制御し、発光層１５０へ電流を均一に供給し、発光層１５０の発光効率を高めることができる。
また、透光性電極１７０は、発光層１５０から出射する光を約９０％以上透過するように設けられているが、透過率が１００％でないため、光の一部を吸収する。このため、透光性電極１７０の膜厚は、薄いほうが望ましく、さらに、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けてｐ型半導体層１６０の表面を露出させると、透光性電極１７０が吸収する光を抑制して、半導体発光素子１からの出射光量（放射エネルギ）を増加させる効果もある。
すなわち、透光性電極１７０に貫通孔１８０を多く設けると、表面が露出したｐ型半導体層１６０から出射した光は、透光性電極１７０により吸収されないため、半導体発光素子１からの出射光量が増加する。
しかし、透光性電極１７０に貫通孔１８０を多く設けると、透光性電極１７０とｐ型半導体層１６０との接触面積が減少し、接触抵抗が増加する。このため、半導体発光素子１の順方向電圧Ｖｆが増大する。そして、半導体発光素子１の駆動電圧が上昇し、半導体発光素子１の発光効率が低下する。
【００５７】
本実施の形態では、図１に示したように、貫通孔１８０は、透光性電極１７０の表面の複数の異なる領域において、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合（開口率）が異なるように設けられている。第１電極１９０に近い領域Ｃの開口率１、第２電極２００に近い領域Ａの開口率２、領域Ａと領域Ｃとの間の領域Ｂ（中間領域）の開口率３は、開口率１＞開口率３＞開口率２の関係になっている。なお、開口率は領域Ａから領域Ｃへと連続的に変化してもよい。
ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合は次のように設定されている。すなわち、透光性電極１７０の表面において、貫通孔１８０を設けない場合に、単位面積当たりに出射する光量が大きい領域は、貫通孔１８０によりｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を小さくし、単位面積当たりに出射する光量が小さい領域は、貫通孔１８０によりｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を大きくしている。すなわち、電界の向きに合わせて、開口率を変化させて発光層１５０へ供給される電流密度を均一化し、発光効率を高めている。第１電極１９０と第２電極２００とを結ぶ線に沿って、開口率を変化させるのが望ましい。
【００５８】
図１において、領域Ａは、貫通孔１８０を設けない場合に単位面積当たりの光量が大きい領域であって、領域Ｃは貫通孔１８０を設けない場合に単位面積当たりの光量が小さい領域である。
図３は、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けない場合の、半導体発光素子１の断面模式図である。
単位面積当たりの光量が大きい領域Ａは、透光性電極１７０側から見た場合、明るい領域であって、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）領域である。つまり、図３のＩａで示すように、半導体発光素子１を流れる電流は、透光性電極１７０の領域Ａに対応する発光層１５０の部分に多く流れている。一方、単位面積当たりの光量が小さい領域Ｃは、透光性電極１７０側から見た場合、暗い領域であって、図３のＩｃで示すように、発光層１５０を流れる電流が低い（電流密度が低い）領域である。そして、透光性電極１７０の領域Ｂに対応する発光層１５０を流れる電流（Ｉｂ）は、領域Ａに対応する発光層１５０を流れる電流Ｉａと領域Ｃに対応する発光層１５０を流れる電流Ｉｃとの間の電流となる。なお、電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃは模式的に示したものであって、実際の半導体発光素子１では、発光層１５０内を広がって流れている。
なお、単位面積当たりの光量が大きい領域Ａは第２電極２００に近接した領域であって、単位面積当たりの光量が小さい領域Ｃは第１電極１９０に近接した領域である。このように、透光性電極１７０の単位面積当たりの光量の分布は、第１電極１９０と第２電極２００との間において、第１電極１９０から第２電極２００に流れる電流の半導体発光素子１における分布（電流分布）によって決まる。
【００５９】
貫通孔１８０を透光性電極１７０に一様に設けると透光性電極１７０とｐ型半導体層１６０との接触抵抗が一様に増加する。接触抵抗の増加の影響は、電流密度の高い領域Ａにおいて顕著に現れて、半導体発光素子１の順方向電圧Ｖｆが高くなる。
これに対し、本実施の形態では、電流密度の高い領域Ａでは、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を小さくし、透光性電極１７０とｐ型半導体層１６０との接触抵抗の増加を抑制している。一方、電流密度の低い領域Ｃでは、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を大きくし、接触抵抗の増加を抑制するよりも、発光層１５０の出射する光の取り出しを優先するようにしている。これにより、半導体発光素子１の出射光量Ｐｏを増加させるとともに、順方向電圧Ｖｆの増大を抑制している。
【００６０】
以上説明した透光性電極１７０の貫通孔１８０と順方向電圧Ｖｆとの関係を実験例で説明する。
図４は、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設ける領域と半導体発光素子１の出射光量Ｐｏ（ｍＷ）と順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）との関係を調べた実験例を説明する図である。ここでは、貫通孔１８０の部分を除いて、図１に示したのと同様の構成の半導体発光素子１を用いている。そして、貫通孔１８０は、領域Ａ、Ｃのいずれか１つの領域にのみ設けている。なお、順方向電流Ｉｆは２０ｍＡである。
貫通孔１８０の直径ｄは３μｍである。図４においては、領域Ａで貫通孔１８０が配列される正三角形の一辺長ｐａ（μｍ）、領域Ｃで貫通孔１８０が配列される正三角形の一辺長ｐｃ（μｍ）により（ｐａ、−、ｐｃ）で表記している。そして、「−」は、貫通孔１８０が設けられていないことを示している。図４では、一辺長ｐａ、ｐｃはすべて６μｍとしている。よって、例えば領域Ａにのみ貫通孔１８０を設けた場合を＃Ａ（６、−、−）と表記している。
【００６１】
そして、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けない場合（図４の＃０）には、領域Ａが最も明るく（単位面積当たりの光量が大きく）、領域Ｂ、Ｃにいくにつれ、暗く（単位面積当たりの光量が小さく）なっている。すなわち、領域Ａに対応する発光層１５０の部分での電流密度が高く、領域Ｂ、Ｃにいくにしたがい電流密度が低くなっている。
【００６２】
図４に示すように、＃０（−、−、−）で示す貫通孔１８０を設けない場合（Ｐｏ＝２０．０ｍＷ、Ｖｆ＝３．０８Ｖ）に比べ、＃Ａ（６、−、−）（Ｐｏ＝２１．５ｍＷ、Ｖｆ＝３．１０Ｖ）、＃Ｃ（−、−、６）（Ｐｏ＝２１．０ｍＷ、Ｖｆ＝３．０６Ｖ）のいずれの場合も出射光量Ｐｏ（ｍＷ）は増加する。そして、順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）は、領域Ａに貫通孔１８０を設けた場合（＃Ａ）および領域Ｃに貫通孔１８０を設けた場合（＃Ｃ）とも貫通孔１８０を設けない場合（＃０）と同等である。
図４では、一辺長ｐ（ｐａ、ｐｂ、ｐｃ）が６μｍの場合を示したが、９μｍ、１２μｍの場合も同様であった。
【００６３】
すなわち、実験例も、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）領域Ａのｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を小さくすることで、順方向電圧Ｖｆの増大が抑制できることを示している。
【００６４】
図５は、透光性電極１７０における貫通孔１８０の他の例を説明する図である。
ここでは、第２電極２００に近接する領域が、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）とし、第１電極１９０に近接する領域が、単位面積当たりの光量が小さく、発光層１５０を流れる電流が少ない（電流密度が低い）とする。
図５（ａ）は、透光性電極１７０の表面を２つの領域（領域Ａ、Ｂ）に分けている。そして、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）、第２電極２００に近接する領域Ａには貫通孔を設けていない。一方、単位面積当たりの光量が小さく、発光層１５０を流れる電流が少ない（電流密度が低い）、第１電極１９０に近接する領域Ｂには、貫通孔１８０を設けている。
このような場合であっても、半導体発光素子１の出射光量Ｐｏを増加させるとともに、順方向電圧Ｖｆの増大が抑制できる。
【００６５】
図５（ｂ）は、透光性電極１７０の表面を２つの領域（領域Ａ、Ｂ）に分けている。そして、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）、第２電極２００に近接する領域Ａには、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が少なくなるように貫通孔１８０を設けている。一方、単位面積当たりの光量が小さく、発光層１５０を流れる電流が少ない（電流密度が低い）、第１電極１９０に近接する領域Ｂには、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が多くなるように貫通孔１８０を設けている。
このような場合であっても、半導体発光素子１の出射光量Ｐｏを増加させるとともに、順方向電圧Ｖｆの増大が抑制できる。
なお、図５（ａ）、（ｂ）における領域Ａと領域Ｂとは、必ずしも透光性電極１７０の表面を２等分して設ける必要はなく、適宜設定すればよい。
【００６６】
図５（ｃ）は、透光性電極１７０の表面を図１と同様に、３つの領域（領域Ａ、Ｂ、Ｃ）に分けている。そして、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）、第２電極２００に近接する領域Ａには、貫通孔１８０を設けていない。一方、単位面積当たりの光量が小さく、発光層１５０を流れる電流が少ない（電流密度が低い）、第１電極１９０に近接する領域Ｃには、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が多くなるように貫通孔１８０を設けている。領域Ａと領域Ｃとの間の領域Ｂには、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が領域Ｃよりも少なくなるように貫通孔１８０を設けている。
このような場合であっても、半導体発光素子１の出射光量Ｐｏを増加させるとともに、順方向電圧Ｖｆの増大が抑制できる。
なお、領域Ａ、Ｂ、Ｃは、必ずしも透光性電極１７０の表面を３等分して設ける必要はなく、適宜設定すればよい。
【００６７】
また、図５では、貫通孔１８０が配置される正三角形の一辺長ｐを変えて、ｐ型半導体層１６０の表面の露出する割合を変化させた。貫通孔１８０の直径ｄを変えて、ｐ型半導体層１６０の表面の露出する割合を変化させてもよい。この場合、貫通孔１８０により表面が露出したｐ型半導体層１６０に流れる電流密度が低くなって、半導体発光素子１の出射光量Ｐｏが低下しないように、貫通孔１８０の直径ｄを設定すればよい。
【００６８】
さらに、図示しないが、第１電極１９０に近接する領域が、単位面積当たりの光量が大きく、発光層１５０を流れる電流が多い（電流密度が高い）とし、第２電極２００に近接する領域が、単位面積当たりの光量が小さく、発光層１５０を流れる電流が少ない（電流密度が低い）場合には、図１および図５に示した貫通孔１８０によりｐ型半導体層１６０が露出する割合をそれぞれの領域に対して、逆に設定すればよい。
【００６９】
なお、単位面積当たりの光量が大きい領域が、第１電極１９０に近接する領域と第２電極２００に近接する領域とのいずれであるかは、ｎ型半導体層１４０の層抵抗と、ｐ型半導体層１６０および透光性電極１７０の積層部分の層抵抗との大きさの関係などによって決まると考えられる。ｎ型半導体層１４０の層抵抗がｐ型半導体層１６０および透光性電極１７０の積層部分の層抵抗より大きい場合は、本実施の形態で示したように、第２電極２００に近接した部分に電流が集中する。逆に、ｎ型半導体層１４０の層抵抗がｐ型半導体層１６０および透光性電極１７０の積層部分の層抵抗より小さい場合は、第１電極１９０に近接した部分に電流が集中する。
【実施例】
【００７０】
以下、実施例により説明する。
表１には、実施例１〜４および比較例１、２のそれぞれの半導体発光素子１の透光性電極１７０に設けられる貫通孔１８０の構成および評価結果として、順方向電流Ｉｆを２０ｍＡ流した時の出射光量Ｐｏ（ｍＷ）および順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）を示している。このときの発光波長は、４５０ｎｍであった。
実施例１〜４および比較例１、２のそれぞれの半導体発光素子１は、透光性電極１７０に設けられる貫通孔１８０を除いて、図１に示したのと同様の構成を有している。
そして、実施例１〜４においては、図１に示したように、透光性電極１７０は領域Ａ、Ｂ、Ｃに分けられ、それぞれの領域に、表１に示す正三角形の一辺長ｐ（ｐａ、ｐｂ、ｐｃ）で、貫通孔１８０が設けられている。貫通孔１８０の直径ｄは３μｍである。実施例１〜４では、いずれにおいても、領域Ｃが領域Ａに比べ、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合が高くなっている。なお、ｐ型半導体層１６０が露出する割合（開口率）は、貫通孔１８０が配置される正三角形の一辺長ｐ（ｐａ、ｐｂ、ｐｃ）が６μｍである場合は２０％、９μｍである場合は１０％、１２μｍである場合は５％である。表１では（）内に示している。
一方、比較例１は、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けていない。この場合、第２電極２００に近接する領域（実施例１〜４においては領域Ａ）の単位面積当たりの光量が大きく、第１電極１９０に近接する領域（実施例１〜４においては領域Ｃ）の単位面積当たりの光量が小さくなっている。
そして、比較例２は、正三角形の一辺長ｐ（ｐａ、ｐｂ、ｐｃ）を６μｍとして、透光性電極１７０に貫通孔１８０が一様に設けられている。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
図６は、表１に評価結果として示した、実施例１〜４および比較例１、２の半導体発光素子１の出射光量Ｐｏ（ｍＷ）と順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）との関係を説明する図である。
表１および図６から分かるように、実施例１〜４では、出射光量Ｐｏ（ｍＷ）が２３．８ｍＷ〜２２．１ｍＷと、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けない比較例１の２０．０ｍＷに比べ、いずれも増加している。
一方、透光性電極１７０に貫通孔１８０を一様に設けた比較例２では、出射光量Ｐｏ（ｍＷ）が２１．１ｍＷと、透光性電極１７０に貫通孔１８０を設けない比較例１の２０．０ｍＷに比べ増加している。しかし、比較例２の順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）は３．１４Ｖと、比較例１の３．０７Ｖに比べ大幅に増大している。
これに対し、実施例１〜４では、順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）が３．０６Ｖ〜３．０９Ｖと、比較例１の３．０７Ｖに近い値に維持され、貫通孔１８０を設けることによる順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）の増大が抑制されている。
【００７３】
以上説明したように、透光性電極１７０の表面を複数の領域に分け、ｐ型半導体層１６０の表面が露出する割合を変化させることで、半導体発光素子１からの出射光量Ｐｏを大きくするとともに、順方向電圧Ｖｆが大きくなることを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７４】
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、１８０…貫通孔、１９０…第１電極、２００…第２電極、２１０…保護層
【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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