(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の第１の半導体層と、
該第１の半導体層上に設けられた活性層と、
該活性層上に設けられた第２の導電型の第２の半導体層と、
該第２の半導体層の一部に設けられた絶縁層と、
前記第２の半導体層の他部に設けられた前記第２の導電型の凸部半導体層と、
前記絶縁層及び前記凸部半導体層上に設けられた電極層と
を具備し、
前記凸部半導体層の先端部の前記第２の導電型のキャリア密度が前記凸部半導体層の底部の前記第２の導電型のキャリア密度より約4倍以上大きく、
前記電極層は前記凸部半導体層の先端部及び底部の両方の回りの前記凸部半導体層の側面を覆うように直接接触した光半導体装置。
【請求項２】
前記第２の導電型のキャリア密度が前記凸部半導体層の底部から前記凸部半導体層の先端部に向かって段階的に増大した請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記第２の導電型のキャリア密度が前記凸部半導体層の底部から前記凸部半導体層の先端部に向かって連続的に増大した請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記凸部半導体層が台形形状断面を有する請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記凸部半導体層が三角形状断面を有する請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記第１の半導体層、前記活性層、前記第２の半導体層及び前記凸部半導体層がAlxInyGazN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）で表わされるIII族窒化物よりなる請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁層の屈折率が前記第１の半導体層、前記活性層、前記第２の半導体層の屈折率より小さい請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁層が円形状もしくは多角形状をなしており、
前記凸部半導体層が前記絶縁層を囲んでいる請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記絶縁層が三角格子状に配列されている請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記凸部半導体層の厚さhが、
0.36d ≦ h ≦ 1.15i
但し、dは前記絶縁層の直径もしくは対角線の長さであって、1.0μm≦d≦4.0μm、
iは前記絶縁層間距離であって、1.5μm≦i≦3.0μm、
である請求項９に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（LED）等の光半導体装置、特に、III族窒化物（GaN）の光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
GaNの光半導体装置において、半導体層の活性層から光取出し面へ放射される光が臨界角より小さい入射角を有する臨界角内光であれば、フレネル反射成分を除いて光取出し面から取り出される。しかし、活性層から光取出し面へ放射される光が臨界角より大きい入射角を有する臨界角外光であれば、光取出し面及び反対の境界面の間で多重反射を繰返して横方向つまり半導体層内部を伝播し続けて最終的には半導体層に吸収されて半導体層より取り出すことができない。この結果、光取出し効率が低下する。
【０００３】
上述の光取出し効率を上げるために、半導体層の光取出し面の反対側の境界面に台形凸部を設け、台形凸部の斜面において臨界角外光の反射角度を変化させて臨界角外光を臨界角内光に変換させることにより光取出し面より取り出される光の割合を高める（参照：特許文献１、２）。尚、特許文献１はフリップチップ型光半導体装置に関し、特許文献２はフェイスアップ型光半導体装置に関するが、台形凸部を形成する点で共通である。
【０００４】
他方、光取出し効率を上げるために、半導体層の光取出し面の反対側の境界面には、酸化シリコン層、透明電極層及び反射金属層が設けられている（参照：特許文献３）。この場合、酸化シリコン層及び透明電極層は主に臨界角外光を半導体層へ全反射するように作用し、反射金属層は酸化シリコン層及び透明電極層を透過した臨界角内光を半導体層へ反射させて戻すように作用する。尚、透明電極層は半導体層特に活性層へ電流を注入する役目も有する。
【０００５】
図１２は半導体層の光取出し面の反射側の境界面に台形凸部を設けると共に酸化シリコン層、透明電極層及び反射金属層を設けた比較例としてのフリップチップ型光半導体装置を示す断面図である。
【０００６】
図１２においては、サファイア基板１上にｎ型GaN層２、活性層３及びｐ型GaN層４の各半導体層を形成する。また、ｐ型GaN層４上に臨界角外光を全反射するための酸化シリコン層５を形成し、酸化シリコン層５が形成されていない部分に台形凸部ｐ型GaN層６を形成する。台形凸部ｐ型GaN層６の斜面は臨界角外光の反射角度を変化させて臨界角外光を臨界角内光に変換する。さらに、酸化シリコン層５及び透明電極層７を透過した光を反射するための反射金属層（ｐ側電極層）８を形成する。さらにまた、ｎ型GaN層２の露出部にｎ側電極層９を形成する。透明電極層７、反射金属層８及びｎ側電極層９は半導体層特に活性層３に電流を注入する作用も果たす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３２３８３号公報
【特許文献２】特開２００７−０９５７４４号公報
【特許文献３】特開２００８−９８３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１２に示す比較例においては、その拡大図を図１３に示すように、以下の課題がある。
【０００９】
光半導体装置を発光させるためには、反射金属層８（ｐ側電極層）つまり透明電極層７とｎ側電極層９との間に電圧を印加して活性層３に電流を注入する。この場合、台形凸部ｐ型GaN層６のｐ型不純物は均一にドーピングされている。従って、台形凸部ｐ型GaN層６のキャリア密度も均一であるので、電流は、抵抗が最小となるように、図１３の（Ａ）の矢印に示すごとく、最短距離を通過する。この結果、電流は台形凸部ｐ型GaN層６の根本付近に集中する。この場合、ｐ型GaN層４は高抵抗かつ薄いので、電流はｐ型GaN層４の横方向にはほとんど広がらず、活性層３の一部しか通過しない。この結果、図１３の（Ａ）の点線円で示すごとく、台形凸部ｐ型GaN層６の根本直上の活性層３の限られた発光領域（横方向の距離を拡散距離L1とする）でしか再結合つまり発光しない。このような電流集中及び活性層３の小さな拡散距離L1の発光領域での発光は光出力の低下を招くだけでなく、駆動電圧の上昇、電流集中部での半導体層（２、３、４）の破壊による信頼性の低下を招くという課題がある。
【００１０】
尚、図１３の（Ｂ）に示すように、拡散距離L1はｐ型GaN層４の高さ（厚さ）gのみに依存し、台形凸部ｐ型GaN層６の高さ（厚さ）hに関係ない。つまり、
L1 ∝ g
である。
【００１１】
また、電流集中を緩和しかつ活性層３の拡散距離L1すなわち実質的な発生領域を拡大させるために、台形凸部ｐ型GaN層６の形成後に酸化シリコン層５を除去して透明電極層７とｐ型GaN層４との接触面積を大きくすることも考えられる。しかし、この場合、酸化シリコン層５の除去工程が必要となる。しかも酸化シリコン層５は光半導体装置に用いられる材料より小さい屈折率を有し、臨界角内光を吸収せずに効率的に反射することから全反射ミラーとして残す方が好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光半導体装置は、第１の導電型の第１の半導体層と、第１の半導体層上に設けられた活性層と、活性層上に設けられた第２の導電型の第２の半導体層と、第２の半導体層の一部に設けられた絶縁層と、第２の半導体層の他部に設けられた第２の導電型の凸部半導体層と、絶縁層及び凸部半導体層上に設けられた電極層とを具備し、凸部半導体層の先端部の第２の導電型不純物濃度つまりキャリア密度が凸部半導体層の底部の第２の導電型不純物濃度つまりキャリア密度より約4倍以上大きく、電極層は凸部半導体層の先端部及び底部の両方の回りの凸部半導体層の側面を覆うように直接接触したものである。これにより、接触抵抗が低下して電流が凸部半導体層の側面及び先端部からも活性層へ注入される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電流が凸部半導体層の側面及び先端部からも活性層へ注入されるので、活性層の広い領域で発光し、この結果、光出力を向上でき、また、駆動電圧を低下でき、さらに、半導体層の破壊による信頼性の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る光半導体装置の第１の実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１の光半導体装置の一部拡大断面図である。
【図３】図１の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】図１の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】図１の光半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】図３の（Ｃ）の台形凸部ｐ型GaN層の例を示す断面図である。
【図７】図１の酸化シリコン層及び台形凸部ｐ型GaN層の上面図である。
【図８】図７の六角形凹部の面積S1を示す図である。
【図９】図７の台形凸部ｐ型GaN層の側面の面積S2を示す図である。
【図１０】図１の光半導体装置の変更例を示す断面図である。
【図１１】本発明に係る光半導体装置の第２の実施の形態を示す断面図である。
【図１２】比較例としての光半導体装置を示す断面図である。
【図１３】図１２の光半導体装置の課題を説明する一部拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明に係る光半導体装置の第１の実施の形態を示す断面図である。図１においては、図１２のキャリア密度が均一の台形凸部ｐ型GaN層６の代りに台形凸部ｐ型GaN層６’を設けてある。台形凸部ｐ型GaN層６’においては、台形の先端部でのｐ型不純物濃度が台形の底部でのｐ型不純物濃度より大きくなっている。つまり、ｐ型不純物濃度は台形の底部から台形の先端部に向かって段階的もしくは連続的に増大しているので、キャリア密度も台形の底部から台形の先端部に向かって段階的もしくは連続的に増大している。
【００１６】
図１の光半導体装置を発光させるために、反射電極層８（ｐ側電極層）つまり透明電極層７とｎ側電極層９との間に電圧を印加して活性層３に電流を注入する。この場合、台形凸部ｐ型GaN層６’のキャリア密度は台形の底部から台形の先端部へ向かって増大している。従って、電流は、抵抗が最小となるように、図２の（Ａ）の矢印に示すごとく、台形の先端部からも注入される。この結果、電流は台形凸部ｐ型GaN層６’の底部全体に広がり、図２の（Ａ）の点線円で示すごとく、台形凸部ｐ型GaN層６’の根本直上及び台形の底部上の活性層３の広い領域（横方向の距離を拡散距離L2とする）で再結合つまり発光する。このような大きい拡散距離L2の発光領域での発光は光出力を上昇させ、駆動電圧を低下させ、半導体層（２、３、４）の破壊を防止して信頼性を向上させることができる。
【００１７】
尚、図２の（Ｂ）に示すように、台形凸部ｐ型GaN層６’の台形の先端部の１点からの断面方向の拡散距離L2’はｐ型GaN層４の高さ（厚さ）gと共に台形凸部ｐ型GaN層６’の高さ（厚さ）hに依存する。つまり、
L2’ ∝ g + h
である。たとえば、g=0.1μm、h=1.2μmとすれば、
L2’/L1 = (g + h)/g
= (0.1+1.2)/0.1
= 13
となり、比較例の場合の１３倍となる。さらに、実際の電流注入は台形凸部ｐ型GaN層６’の表面全部もしくは先端部周辺の領域から行われるために、比較例に対する発光領域増加率L2/L1はさらに大きくなると期待できる。この結果、光出力が増大する。尚、台形凸部ｐ型GaN層６’は台形に限定されず、三角形凸部ｐ型GaN層であってもよい。
【００１８】
次に、図１の光半導体装置の製造方法を図３〜図５を参照して説明する。
【００１９】
始めに、図３の（Ａ）を参照すると、Ｃ面サファイア成長基板１上にｎ型GaN層２、発光層としての活性層３及びｐ型GaN層４を有機金属化学気相成長（MOCVD）法により順次エピタキシャル成長させる。
【００２０】
具体的には、AlxInyGazN（0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1）が成長可能なＣ面サファイア成長基板１をMOCVD装置に投入し、水素雰囲気中で約1000℃、約10分間の加熱によりサーマルクリーニングを行う。次いで、トリメチルガリウム（TMG）：10.4μmol/min、NH3：3.3LM（標準状態のリットル/分）を約500℃、約3分間供給して低温GaNバッファ層を成長させる。次いで、約1000℃まで昇温して約30秒間保持して低温GaNバッファ層を結晶化させ、その温度で、TMG：45μmol/min、NH3：4.4LMを20分間供給して厚さ約1μmの下地GaN層（図示せず）を形成する。引き続き、その温度1000℃で、TMG：45μmol/min、NH3：4.4LM、SiH4：2.7×10-9μmol/minを約120分間供給して厚さ約7μmのｎ型GaN層２を成長させる。
【００２１】
次いで、活性層３としてInGaN/GaNよりなる多重量子井戸（MQW）構造を採用する。すなわち、TMG：3.6μmol/min、トリメチルインジウム（TMI）：10μmol/min、  NH3：4.4LMを約700℃で約33秒間供給して厚さ約2.2nmのInGaN井戸層を成長させ、引き続き、同一温度で、TMG：3.6μmol/min、NH3：4.4LMを約320秒間供給して厚さ約15nmのGaN障壁層を成長させ、これを5周期分繰返す。尚、活性層３は単一量子井戸（SQW）構造でも、単層でもよい。
【００２２】
次いで、温度を約870℃まで低下させ、TMG：8.1μmol/min、トリメチルアルミニウム（TMA）：7.5μmol/min、NH3：4.4LM、ビスシクロペンタジニエルマグネシウム（CP2Mg）：2.9×10-7μmol/minを約5分間供給して厚さ約40nmのｐ型AlGaNクラッド層（図示せず）を成長させる。引き続き、その温度で、TMG：18μmol/min、NH3：4.4LM、CP2Mg：2.9×10-7μmol/minを約7分間供給して厚さ約0.15μmのｐ型GaN層４を成長させる。
【００２３】
次に、図３の（Ｂ）を参照すると、酸化シリコン層を全面に形成し、フォトリソグラフィ／エッチング法によりパターニングして酸化シリコン層５を形成する。
【００２４】
具体的に、図３の（Ａ）に示すウエハをMOCVD装置から熱CVD装置に移し、基板温度400℃、シランガス、酸素ガス、窒素ガスを導入して酸化シリコン層を全面に形成する。尚、熱CVD法の代りに電子ビーム（EB）蒸着法でもよい。
【００２５】
次いで、ウエハを熱CVD装置から取出し、フォトリソグラフィ／エッチング法により酸化シリコン層をパターニングする。つまり、フォトレジスト層を塗布し、露光現像し、フッ酸でウェットエッチングして酸化シリコン層５を形成する。この場合、酸化シリコン層５は円形をなし、たとえば直径d=3μmかつ間隔i=2μmの最密充填配列つまり三角格子配列をなしている。
【００２６】
次に、図３の（Ｃ）を参照すると、ｐ型GaN層４の酸化シリコン層５が形成されていない部分に厚さ約1.2μmの台形凸部ｐ型GaN層６’を形成する。
【００２７】
具体的には、図３の（Ｂ）に示すウエハを再びMOCVD装置に投入し、ｐ型GaN層４の生成条件と同一条件、つまり、約870℃、TMG：18μmol/min、NH3：4.4LM、CP2Mg：2.9×10-7μmol/minを供給して厚さ約0.96μmのｐ型GaN下層６１を成長させる。このｐ型GaN下層６１のキャリア密度は約5.0×1017/cm3である。次いで、CP2Mgの供給量のみを5.0×10-7μmol/minとして厚さ約0.24μmのｐ型GaN上層６２を成長させる。このｐ型GaN上層６２のキャリア密度は約2.0×1018/cm3である。このように、ｐ型不純物Mgのドープ量を２段階に切替えることにより２層構造を形成する。すなわち、図６の（Ａ）に示すように、台形凸部ｐ型GaN層６’はキャリア密度約5.0×1017/cm3のｐ型GaN下層６１及びキャリア密度約2.0×1018/cm3のｐ型GaN上層６２よりなり、キャリア密度は４倍程度以上異なる２層構造となる。尚、ｐ型GaN上層６２の厚さを厚くすれば、ｐ型GaN上層６２の側面からの電流注入も増大するが、ドープ量が比較的多いとｐ型GaN上層６２の結晶性が悪化し易く、また、ドーパント（Mg）による光吸収も多いため、ｐ型GaN上層６２の厚みは台形凸部ｐ型GaN層６’の厚みの50%以内に設定するのが好ましい。
【００２８】
図６の（Ａ）においては、台形凸部ｐ型GaN層６’のキャリア密度を段階的にたとえば２段階に変化させているが、図６の（Ｂ）に示すごとく、連続的に変化させてもよい。すなわち、MOCVD装置において、上述のｐ型GaN層４の生成条件でｐ型GaNを成長開始し、CP2Mgの供給量のみを2.9×10-7μmol/minから5.0×10-7μmol/minへ連続的に変化させてｐ型不純物Mgのドープ量を変化させた厚さ約1.2μmのｐ型GaNを形成する。この結果、図６の（Ｂ）に示すように、キャリア密度は、台形の底部ではｐ型GaN層４のキャリア密度（5.0×1017/cm3）と同一であり、台形の先端部では図６の（Ａ）のキャリア密度（2.0×1018/cm3）と同一であり、この間のキャリア密度は連続的に変化する。これにより、台形の側面からの電流注入がさらに増大し、光出力の増大が期待される。
【００２９】
次に、図４の（Ａ）を参照すると、フォトリソグラフィ／エッチング法によりｎ型GaN層２の一部を露出させる。
【００３０】
具体的には、ｎ型GaN層２の露出させる領域以外の領域にフォトレジスト層１０を形成する。次いで、フォトレジスト層１０をマスクとして酸化シリコン層５をフッ酸により除去する。次いで、反応性イオンエッチング（RIE）装置に投入して台形凸部ｐ型GaN層６’、ｐ型GaN層４、活性層３、及びｎ型GaN層２の一部を除去する。そしてフォトレジスト層１０を除去する。
【００３１】
次に、図４の（Ｂ）を参照すると、ｎ型GaN層２の露出部分にフォトリソグラフィ法によりフォトレジスト層１１を形成し、次いで、透明電極層７及び反射金属層８を全面に形成する。
【００３２】
具体的には、ｎ型GaN層２の露出領域のみにフォトレジスト層１１を形成した後、厚さ約110nmのインジウム錫酸化物（ITO）よりなる透明電極層７を形成する。この場合、透明電極層７の屈折率は半導体層（２、３、４）の屈折率より小さい。この結果、光の全反射を利用できる。また、透明電極層７の厚さを光学波長の整数倍とすることにより光の反射率を向上できる。透明電極層７の材料としては、ITO以外に、ZnO、SnOでもよく、また、ITO、ZnO、SnOの混合物、固溶体でもよい。成膜方法としては、EB蒸着法、スパッタ法、アーク放電式イオンプレーティング法があるが、膜質、ウエハへのダメージから、成膜時に、ウエハをプラズマに直接曝すことがないアーク放電式イオンプレーティング法が好ましい。
【００３３】
次いで、EB蒸着法等により、厚さ約10ÅのTi、厚さ約3000ÅのAl、厚さ約1000ÅのTi、厚さ約1000ÅのPt及び厚さ約1μmのAuを順次成膜して反射金属層８を形成する。反射金属層８は、ｐ型GaN層４と酸化シリコン層５との界面、酸化シリコン層５と透明電極層７との間の界面、台形凸部ｐ型GaN層６’と透明電極層７との界面で全反射せず透明電極層７を透過した光を半導体層（２、３、４）の方向へ反射する作用をする。反射金属層８の材料としては、発光波長たとえば約450nmに対して高い反射率を有するものであればよく、上述の材料以外に、Ag、Pt、Rh、Al、Ir等及びこれらの組合せでもよく、また、厚さは光を透過させない程度たとえば100nm以上である。また、透明電極層７と反射金属層８との密着性の向上のために、厚さ数ÅのTiもしくはNi層を設けてもよい。
【００３４】
次に、図４の（Ｃ）を参照すると、リフトオフ法により、つまり、フォトレジスト層１１を除去することにより、反射金属層８及び透明電極層７をパターニングする。
【００３５】
次に、図５の（Ａ）を参照すると、フォトリソグラフィ法によりｎ側電極層９を形成しない領域にフォトレジスト層１２を形成する。
【００３６】
次に、図５の（Ｂ）を参照すると、ｎ側電極層９を全面に形成する。
【００３７】
具体的には、EB蒸着法等により、厚さ約10ÅのTi、厚さ約3000ÅのAl、厚さ約1000ÅのTi、厚さ約1000ÅのPt及び厚さ約1μmのAuを順次成膜してｎ側電極層９を形成する。  
【００３８】
次いで、リフトオフ法により、つまり、フォトレジスト層１２を除去することにより、ｎ側電極層９をパターニングして図１に示す光半導体装置を得る。
【００３９】
最後に、図示しないが、ウエハ上の各光半導体装置（チップ）をダイシング、スクライブ／ブレイキング、レーザ等で分離する。その後、反射金属層８、ｎ側電極層９が形成された側を、はんだ、共晶はんだ、導電性ペースト等を介してプリント基板、サブマウント上に実装する。
【００４０】
次に、台形凸部ｐ型GaN層６’の幾何学的形状について説明する。ここで、半導体層（２、３、４）のAlxInyGazNの結晶構造が六方晶であるので、台形凸部ｐ型GaN層６’の側面と半導体層（２、３、４）の表面との角は約60°である。
【００４１】
図７は図１の酸化シリコン層５及び台形凸部ｐ型GaN層６’の上面図を示す。図７に示すように、台形凸部ｐ型GaN層６’の六角形凹部に円形の酸化シリコン層５が配置されている。台形凸部ｐ型GaN層６’の六角形凹部つまり酸化シリコン層５は最密充填配列つまり三角格子配列で配列されている。図７における陰影部分は台形凸部ｐ型GaN層６’と透明電極層７との接触面積を表わし、図２の（Ａ）の矢印で示す電流を半導体層（２、３、４、６’）に供給する領域となる。ここで、台形凸部ｐ型GaN層６’は独立せずに連結されているので、透明電極層７及び反射金属層８と十分に接触されていなかったとしても他の領域から図２の（Ａ）の矢印に示す電流を半導体層（２、３、４）に供給できる。しかも、フリップチップ実装もし易い。
【００４２】
酸化シリコン層５が存在する分、透明電極層７と半導体層（２、３、４、６’）との接触面積（図７の陰影部分）が減少して接触抵抗が減少して光半導体装置の順方向電圧の上昇の原因となる。そこで、台形凸部ｐ型GaN層６’の高さhを調整することにより台形凸部ｐ型GaN層６’の側面の面積を増大せしめる。
【００４３】
図７の六角形凹部の面積S1を図８を参照して演算する。尚、面積S1は酸化シリコン層５かつ台形凸部ｐ型GaN層６’が存在しない場合の六角形接触面積である。この場合、
S1 = (3/2) √3 (a + 2h/3)2
= (1/2) √3 (d + 2h/√3)2          （１）
但し、aは六角形凹部の一辺の長さ、
dは酸化シリコン層５の直径、
hは台形凸部ｐ型GaN層６’の高さ、
である。
【００４４】
図７の台形凸部ｐ型GaN層６’の側面の面積S2を図９を参照して説明する。この場合、
S2 = 4h・√3 (a + h/3)
= 4h (d + h/√3)                  （２）
となる。
【００４５】
すなわち、本発明においては、台形凸部ｐ型GaN層６’が存在しない場合の六角形接触面積S1に対して台形凸部ｐ型GaN層６’が存在したための台形凸部ｐ型GaN層６’の６つの側面の面積S2が大きくなるように設定することにより透明電極層７と半導体層との接触面積を確保する。つまり、
S2 ≧ S1
従って、
h ≧ (3a/2)(√2-1)
あるいは
h ≧ (√3d/2)(√2-1)                （３）
【００４６】
他方、台形凸部ｐ型GaN層６’の高さhは、隣の六角形凹部に接触するまでしか大きくできず、この限界は図７に示す円形の酸化シリコン層５間つまり六角形凹部間の距離iにより決定される。この結果、（３）式は、
(3a/2)(√2-1) ≦ h ≦ 2i/√3)
あるいは
(√3d/2)(√2-1) ≦ h ≦ 2i/√3)        （４）
となり、従って、
0.62a ≦ h ≦ 1.15i
あるいは
0.36d ≦ h ≦ 1.15i                  （５）
となる。
【００４７】
上述のごとく、六角形凹部の底面と側面とのなす角60°はエピタキシャル成長される半導体層つまりAlxInyGazNの結晶構造に依存する。また、酸化シリコン層５の円形形状を多角形状に代えても、六角形凹部の形状はほとんど変化しない。従って、図８の形状から、
a = d/√3
とすることができ、（５）の２つの式は１つ
0.36d ≦ h ≦ 1.15i                  （６）
とすることができる。
【００４８】
酸化シリコン層５の直径dを小さくすればする程、台形凸部ｐ型GaN層６’の凹凸構造を密に配列できるが、直径dを1μmより小さくすると、フォトリソグラフィ法からウエハ面内で不均一となり、歩留りの低下を招く。他方、酸化シリコン層５の直径dを大きくすれば、（６）式から台形凸部ｐ型GaN層６’の高さhを大きくする必要があると共に、光を反射させる作用をする台形凸部ｐ型GaN層６’の先端部の平坦部の面積が小さくなる。これらを考慮すると、1.0μm≦d≦4.0μm、1.5μm≦i≦3.0μmが好ましい。従って、本発明者らはd=3μm、i=2μmを選択し、（６）式から
0.93μm ≦ h ≦ 2.3μm              （７）
であるので、h=1.2μmを選択した結果、駆動電流20mAの条件の基で、台形凸部ｐ型GaN層６’が存在しない平坦の透明電極層、反射電極層の光半導体装置に比較して光出力が約14％（=8.03mW/7.00mW）向上した。また、順方向電圧はどちらも約4.0Vで差がなかった。
【００４９】
図１０は図１の光半導体装置の変更例を示す断面図である。図１０においては、図１のｐ型GaN層４と酸化シリコン層５、台形凸部ｐ型GaN層６’との間にトンネル層１３を挿入してある。
【００５０】
トンネル層１３は絶縁性もしくはｎ型GaNであって、厚さ10〜50Åと薄く、トンネル効果を発揮する。これにより、台形凸部ｐ型GaN層６’から電流は拡がって図２の拡散距離L2を増大せしめる。この結果、さらに均一な発光分布が得られる。
【００５１】
図１１は本発明に係る光半導体装置の第２の実施の形態を示す断面図である。図１１においては、上下電極型（縦型）光半導体装置を図示してある。すなわち、図１のサファイア成長基板１は除去され、導電性の支持体２１が接着層２２を介して反射金属層８に接着されている。また、ｎ側電極層２３はｎ型GaN層２上に形成されている。
【００５２】
図１の光半導体装置と同様に、図１１の光半導体装置を発光させるために、支持体２１を介して透明電極層７とｎ側電極層２３との間に電圧を印加して活性層３に電流を注入する。この場合、台形凸部ｐ型GaN層６’のキャリア密度は台形の底部から台形の先端部へ向かって増大している。従って、電流は、抵抗が最小となるように、台形の先端部からも注入される。この結果、電流は台形凸部ｐ型GaN層６’の底部全体に広がる。この場合、ｐ型GaN層４は高抵抗かつ薄いので、電流はｐ型GaN層４の横方向にはほとんど広がらないが、台形凸部ｐ型GaN層６’の根本直上及び台形の底部上の活性層３の広い領域で再結合つまり発光する。このような大きい発光領域での発光は光出力を上昇させ、駆動電圧を低下させ、半導体層（２、３、４）の破壊を防止して信頼性を向上させることができる。
【００５３】
図１１の光半導体装置の製造方法を簡単に説明する。
【００５４】
図３の（Ａ）から図４の（Ｂ）と同様にして、Ｃ面サファイア成長基板１上に、ｎ型GaN層２、活性層３、ｐ型GaN層４、酸化シリコン層５、台形凸部ｐ型GaN層６’、透明電極層７及び反射金属層８を形成する。但し、フォトレジスト層１０、１１は形成しない。
【００５５】
次いで、不純物が添加されたシリコンもしくはゲルマニウム、銅あるいは銅合金よりなる導電性の支持体２１を準備し、ウエハの反射金属層８及び／または支持体２１に接着層をEB蒸着法等により形成する。
【００５６】
次いで、ウエハ及び支持体２１を熱圧着してその間にAuSn共晶よりなる接着層２２が形成される。
【００５７】
次いで、レーザリフトオフ法によりサファイア成長基板１を除去する。すなわち、サファイア成長基板１の方からレーザ照射してサファイア成長基板１とｎ型GaN層２との界面に存在するGaNをGa金属と窒素ガスに分解させることによりサファイア成長基板１を除去する。
【００５８】
次いで、レーザリフトオフ法により露出したｎ型GaN層２上にEB蒸着法等により、厚さ約10ÅのTi、厚さ約3000ÅのAl、厚さ約1000ÅのTi、厚さ約1000ÅのPt及び厚さ約1μmのAuを順次成膜してｎ側電極層２３を形成する。  
【００５９】
次いで、フォトリソグラフィ／エッチング法により、ｎ側電極層２３をパターニングして図１１に示す光半導体装置を得る。
【００６０】
最後に、図示しないが、ウエハ上の各光半導体装置（チップ）をダイシング、スクライブ／ブレイキング、レーザ等で分離する。その後、支持体２１が形成された側を、はんだ、共晶はんだ、導電性ペースト等を介してプリント基板、サブマウント上に実装する。
【００６１】
尚、上述の実施の形態では、台形凸部ｐ型GaN層６’の代りに、三角形凸部ｐ型GaN層としてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：サファイア成長基板
２：ｎ型GaN層
３：活性層
４：ｐ型GaN層
５：酸化シリコン層
６，６’：台形凸部ｐ型GaN層
７：透明電極層
８：反射金属層
１０、１１、１２：フォトレジスト層
１３：トンネル層
２１：支持体
２２：接着層
２３：ｎ側電極層
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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