(57)【要約】【課題】光半導体素子の輝度を向上させる。【解決手段】サファイア基板１２、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、および表面電極２０を順に備える光半導体素子１０であって、ｐ型ＧａＮ層１８が露出するように表面電極２０に形成された複数の貫通孔と、複数の貫通孔それぞれに収容されてｐ型ＧａＮ層１８と接触する本体部２４ａおよび発光層１６に対して傾斜する傾斜面２４ｅを備えて外部に露出する露出部２４ｂを有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路２４と、を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に備える光半導体素子であって、
ｐ型ＧａＮ層が露出するように表面電極に形成された複数の貫通孔と、
複数の貫通孔それぞれに収容されてｐ型ＧａＮ層と接触する本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路と、を含む光半導体素子。
【請求項２】
光導波路の本体部の一部がｐ型ＧａＮ層内に配置されるように、ｐ型ＧａＮ層に凹部が形成されている、請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
光導波路がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されている、請求項１または２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
表面電極上に当該表面電極を保護する保護層をさらに有し、
保護層が光導波路の本体部の一部を収容する複数の貫通孔を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状である、請求項１から４のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項６】
光半導体素子の製造方法であって、
サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、発光体層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層形成し、
ｐ型ＧａＮ層が露出するように表面電極に複数の貫通孔を形成し、
複数の貫通孔を埋めるように光透過性材料の層を表面電極上に形成し、
複数の貫通孔に対向する光透過性材料層の表面上に、複数の貫通孔の開口形状に対応する断面形状を備える柱状の複数のレジスト層を形成し、
ドライエッチングによって光透過性材料層および柱状のレジスト層を削ることにより、複数の貫通孔それぞれに収容されてｐ型ＧａＮ層と接触する本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路を形成する、光半導体素子の製造方法。
【請求項７】
光導波路の本体部の一部がｐ型ＧａＮ層内に配置するための凹部が該ｐ型ＧａＮ層に形成されるように複数の貫通孔を形成する、請求項６に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項８】
光導波路がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製される、請求項６または７に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項９】
複数の貫通孔が形成される前の表面電極上に保護層を形成し、
保護層とともに表面電極に、ｐ型ＧａＮ層が露出するように複数の貫通孔を形成する、請求項６から８のいずれか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状になるようにドライエッチングを実行する、請求項６から９のいずれか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サファイア基板、ｎ型ＧａＮ（窒素ガリウム）層、発光層、およびｐ型ＧａＮ層を備え、さらに、発光層から発光された光が透過可能な表面電極をｐ型ＧａＮ層上に備えた光半導体素子が知られている。例えば、特許文献１に記載された光半導体素子は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）の表面電極を備える。なお、表面電極の材料として、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が用いられることもある。また、表面電極上に、表面電極を保護するための保護層として、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）の層が形成される場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、発光層から発光された光の一部は、半導体素子と外部との界面で反射される。例えば、屈折率が約１．４７のＳｉＯ２からなる保護層と、屈折率が約２．０のＩＴＯからなる表面電極と、屈折率が約２．４のｐ型ＧａＮ層とを備え、保護層と外部（例えば空気）との界面が発光層（基板）と平行である場合、約２５度の角度（発光層と直交する軸に対する角度）を超える出射角で発光層から出射した光は、保護層と外部との界面で反射され、光半導体素子の外部に出ることができない。当然ながら、このような光半導体素子内での光の反射が起こると、外部への光の取り出し効率（光取り出し効率）、すなわち光半導体素子の輝度が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体素子内部で発生する光の反射を抑制し、光半導体素子の光取り出し効率、すなわち光半導体素子の輝度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に備える光半導体素子であって、
ｐ型ＧａＮ層が露出するように表面電極に形成された複数の貫通孔と、
複数の貫通孔それぞれに収容されてｐ型ＧａＮ層と接触する本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路と、を含む光半導体素子が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、
光導波路の本体部の一部がｐ型ＧａＮ層内に配置されるように、ｐ型ＧａＮ層に凹部が形成されている、第１の態様に記載の光半導体素子が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、
光導波路がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されている、第１または第２の態様に記載の光半導体素子が提供される。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、
表面電極上に当該表面電極を保護する保護層をさらに有し、
保護層が光導波路の本体部の一部を収容する複数の貫通孔を有する、第１から第３の態様のいずれか一に記載の光半導体素子が提供される。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状である、第１から第４の態様のいずれか一に記載の光半導体素子が提供される。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、
光半導体素子の製造方法であって、
サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、発光体層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層形成し、
ｐ型ＧａＮ層が露出するように表面電極に複数の貫通孔を形成し、
複数の貫通孔を埋めるように光透過性材料の層を表面電極上に形成し、
複数の貫通孔に対向する光透過性材料層の表面上に、複数の貫通孔の開口形状に対応する断面形状を備える柱状の複数のレジスト層を形成し、
ドライエッチングによって光透過性材料層および柱状のレジスト層を削ることにより、複数の貫通孔それぞれに収容されてｐ型ＧａＮ層と接触する本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路を形成する、光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、
光導波路の本体部の一部がｐ型ＧａＮ層内に配置するための凹部が該ｐ型ＧａＮ層に形成されるように複数の貫通孔を形成する、第６の態様に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の第８の態様によれば、
光導波路がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製される、第６または第７の態様に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１４】
本発明の第９の態様によれば、
複数の貫通孔が形成される前の表面電極上に保護層を形成し、
保護層とともに表面電極に、ｐ型ＧａＮ層が露出するように複数の貫通孔を形成する、第６から第８の態様のいずれか一に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１５】
本発明の第１０の態様によれば、
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状になるようにドライエッチングを実行する、第６から第９の態様のいずれか一に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、表面電極を貫通してｐ型ＧａＮ層に接触する本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有する光導波路を光半導体素子に設けることにより、光半導体素子内での光の反射を抑制することができる。その結果、光半導体素子の光取り出し効率、すなわち光半導体素子の輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光半導体素子の一部の斜視図
【図２】光半導体素子の断面図
【図３】比較例および実施例の光半導体素子の部分拡大断面図
【図４】光半導体素子の輝度の向上の効果を示す図
【図５Ａ】実施の形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図
【図５Ｂ】図５Ａに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｃ】図５Ｂに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｄ】図５Ｃに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｅ】図５Ｄに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｆ】図５Ｅに示す工程に続く工程を示す図
【図６】別の実施の形態に係る光導波路を有する光半導体素子の断面図
【図７】さらに別の実施の形態に係る光導波路を有する光半導体素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、実施の形態を挙げて本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されない。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態に係る、光半導体素子の一部の斜視図である。図２は、光半導体素子の断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係る光半導体素子１０は、サファイア基板１２と、ｎ型ＧａＮ（窒素ガリウム）層１４と、発光層１６と、ｐ型ＧａＮ層１８と、表面電極２０と、保護層２２とを順に積層した構造を備える。
【００２１】
ｎ型ＧａＮ層１４とｐ型ＧａＮ層１８との間の発光層１６は、例えば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）層とを交互に積層したＭＱＷ（ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造であって、光を種々の方向に出射する。なお、本発明は、発光層の構成を限定しない。
【００２２】
ｐ型ＧａＮ層１８上に形成されている表面電極２０は、Ｐ型ＧａＮ層１８に電圧を印加する電極であって、光が透過可能な、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から作製されている。または、金や銅などの薄膜によって表面電極２０は構成されている。
【００２３】
表面電極２０上に形成されている保護層２２は、表面電極２０を保護するための層であって、光が透過可能な材料（光透過性材料）、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）やＳｉＮ（窒化ケイ素）から作製されている。
【００２４】
また、光半導体素子１０は、図１や図２に示すように、複数の光導波路２４を有する。光導波路２４は、発光層１６から出射された光を、光半導体素子１０の外部に取り出すために光半導体素子１０に設けられている。
【００２５】
複数の光導波路２４は、光が透過可能な材料（光透過性材料）、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮから作製されている。また、光導波路２４は、円柱状の本体部２４ａと、本体部２４ａの上側に設けられた円錐状の露出部２４ｂとを有する。
【００２６】
具体的には、光半導体素子１０の表面（保護層２２の表面）に、ｐ型ＧａＮ層１８が外部に露出するように形成された複数の収容孔２６が形成されている。すなわち、保護層２２および表面電極２０に貫通孔が形成されている。複数の収容孔２６は、光導波路２４の露出部２４ｂが光半導体素子１０の外部に露出した状態で、光導波路２４の本体部２４ａが収容できるように構成されている。また、本実施の形態の場合、光導波路２４の本体部２４ａの下側の一部がｐ型ＧａＮ層１８内に配置されるように、ｐ型ＧａＮ層１８に複数の凹部が形成されている。
【００２７】
光導波路２４は、発光層１６から出射されてｐ型ＧａＮ層１８内を伝播する光を、その本体部２４ａの底面２４ｃや外周面２４ｄの下部を介して内部に取り込む。あるいは、表面電極２０や保護層２２内を伝播する光を、本体部２４ａの外周面２４ｄを介して内部に取り込む。そして、光導波路２４は、取り込んだ光を、外部に露出する露出部２４ｂの表面２４ｅ、具体的には、発光層１６（基板１２）に対して傾斜する傾斜面２４ｅを介して外部に出射する。
【００２８】
このような光導波路２４により、外部への光の取り出し効率、すなわち、光半導体素子１０の輝度が向上する。このことについて、図３および図４を参照しながら説明する。
【００２９】
図３は、比較例および実施例の光半導体素子の部分拡大断面図である。
【００３０】
図３（ａ）は、光導波路２４を備えていない比較例の光半導体素子１０’を示している。一方、図３（ｂ）は、光導波路２４を備える実施例の光半導体素子１０を示している。また、図３（ａ）および図３（ｂ）は、発光層１６に対する出射角θ（発光層１６と直交する軸に対する角度）が３０°である光の経路（一点鎖線）を示している。
【００３１】
なお、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す光半導体素子１０、１０’において、表面電極２０はＩＴＯから作製され、保護層２２はＳｉＯ２から作製され、光導波路２４はＳｉＯ２から作製されている。また、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率が２．４、ＩＴＯ（表面電極２０）の屈折率が２、ＳｉＯ２（保護層２２および光導波路２４）の屈折率が１．４７、および光半導体素子外部（空気）の屈折率が１である。さらに、光導波路２４の露出部２４ｂの傾斜面２４ｅの発光層１６に対する角度が４５°である（すなわち、円錐状の露出部２４ｂの頂角が９０°である）。さらにまた、表面電極２０の厚さが２５０ｎｍ、保護層２２の厚さが１００ｎｍである。加えて、光導波路２４の円柱状の本体部２４ａの高さＨが１μｍ、直径Ｄが２μｍである。
【００３２】
図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’の場合、発光層１６から３０度の出射角で出射された光は、ｐ型ＧａＮ層１８と表面電極２０との界面で、約３６．９°の屈折角度で屈折する。次に、光は、表面電極２０内を伝播し、表面電極２０と保護層２２との界面に約３６．９°の入射角で入射する。表面電極２０と保護層２２との界面に入射した光は、約５４．８°の屈折角度で屈折する。そして、保護層２２内を伝播する光は、保護層２２と光半導体素子外部との界面に約５４．８°の入射角で入射する。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、保護層２２と光半導体素子外部との界面に約５４．８度の入射角で入射した光は、この界面で反射する。光半導体素子外部に対する保護層２２（ＳｉＯ２）の臨界角が約４２．９°であるため、臨界角を超える入射角で保護層２２と光半導体素子外部との界面に入射した光はこの界面で反射する。したがって、図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’の場合、発光層１６から３０°の出射角で出射された光は、光半導体素子１０’の内部から外部に伝播することができない。
【００３４】
一方、図３（ｂ）に示す実施例の光半導体素子１０の場合、発光層１６から３０度の出射角で出射された光は、ｐ型ＧａＮ層１８と光導波路２４の本体部２４ｂの底面２４ｃとの界面で、約５４．７°の屈折角度で屈折する。次に、光は、光導波路２４内を伝播し、露出部２４ｂの傾斜面２４ｅと光半導体素子外部との界面に約９．７°の入射角で入射する。光半導体素子外部に対する光導波路２４（ＳｉＯ２）の臨界角が約４２．９°であるため、約９．７°の入射角で入射した光は、光導波路２４と光半導体素子外部との界面で反射することなく、光導波路２４の内部から外部に伝播することができる。
【００３５】
図３（ａ）に示す比較例と図３（ｂ）に示す実施例とに示すように、出射角３０°で発光層３２から出射された光は、比較例の場合は光半導体素子の内部から外部に伝播することができないが、実施例の場合は外部に伝播することができる。
【００３６】
さらに具体的に説明すると、図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’の場合、発光層１６から約２４．６°を超えた出射角θで出射された光は、光半導体素子１０’の内部から外部に伝播することができない。すなわち、光半導体素子１０’の外部に取り出し可能な発光層１６に対する光の出射角θの範囲は、約０°〜２４．６°の範囲である。
【００３７】
一方、図３（ｂ）示す実施例の光半導体素子１０の場合、光半導体素子１０の外部に取り出し可能な発光層１６に対する光の出射角θの範囲は、図３（ａ）に示す比較例に比べて広い約１．３°〜３６°の範囲である。なお、出射角θが０°〜１．３°の範囲の光は、光導波路２４の露出部２４ｂの傾斜面２４ｅと光半導体素子外部との界面に対して臨界角約４２．９°を超える約４５°の入射角で入射するため、外部に取り出すことができない。
【００３８】
光導波路２４を設けると、光半導体素子外部に取り出し可能な発光層１６に対する光の出射角θの範囲が拡大される理由は、図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’と図３（ｂ）に示す実施例の光半導体素子１０とを比較すればわかる。
【００３９】
まず、図３（ａ）に示す比較例と図３（ｂ）に示す実施例は、光が発光層１６から光半導体素子と外部との界面に到達するまでの間において、光の屈折回数が異なる。実施例の方が、比較例に比べて屈折回数が少ない。したがって、光導波路２４を設ければ、屈折回数が減少し、それにより光半導体素子と外部との界面に臨界角を超えて光が入射することが抑制される。
【００４０】
また、図３（ａ）に示す比較例の場合、光半導体素子１０’（保護層２２）と外部との界面が、発光層１６に対して平行である。したがって、複数回屈折した光は、光半導体素子１０’と外部との界面に臨界角を超えて入射しやすく、その結果として反射しやすい。一方、図３（ｂ）に示す実施例の場合、光半導体素子１０（光導波路２４の露出部２４ｂの傾斜面２４ｅ）と外部との界面は、発光層１６に対して平行ではなく、発光層１６に対して傾斜している。したがって、複数回屈折した光は、光半導体素子１０と外部との界面に臨界角を超えて入射しにくい。
【００４１】
したがって、光導波路２４を設けることにより、光半導体素子１０の外部に取り出し可能な発光層１６に対する光の出射角θの範囲が拡大する。
【００４２】
しかし、光導波路２４を設けることによって光半導体素子１０の外部に取り出し可能な発光層１６に対する光の出射角θの範囲が拡大しても、光の取り出し効率、すなわち光半導体素子１０の輝度が実際に向上するかは定かではない。理由は、光が、発光層１６から種々の方向に出射し、また、それぞれの方向に等しく出射されないからである。
【００４３】
そこで、発明者は、光導波路２４を設けた光半導体素子１０の輝度を実測した。図４は、光導波路２４を設けた光半導体素子１０の輝度を実測した結果を示している。実施例１と実施例２の違いは、光導波路２４の円柱状の本体部２４ａの径Ｄの違いである。実施例１は２μｍであり、実施例２は４μｍである。
【００４４】
また、図４に示すグラフの横軸は、表面電極２０（保持層２２）の表面積に対する複数の光導波路２４の断面積合計の比率（面積比率）を示している。すなわち、表面電極２０（保持層２２）の表面積に対する、光導波路２４の本体部２４ａを収容する複数の収容孔２６の合計の開口面積の比率である。したがって、この面積比率が大きいほど、光導波路２４の数が多いことを示す。一方、縦軸は、実測された光半導体素子１０の輝度（ｍＷ）を示している。
【００４５】
図４に示すように、実施例１および実施例２も、面積比率が大きくなるほど、すなわち光導波路２４の数が増加するほど、輝度が向上する。また、光導波路２４の径Ｄが小さい実施例１の方が、径Ｄが大きい実施例２に比べて輝度が高い。
【００４６】
したがって、図４に示す結果から、光導波路２４を設ければ、光半導体素子の輝度が向上することがわかる。すなわち、光導波路２４を設ければ、光の取り出し効率が向上することがわかる。また、光導波路２４の数が増加すると、光半導体素子の輝度が向上することがわかる。
【００４７】
なお、光導波路２４の数が過剰に増加すると、表面電極２０の開口面積が過剰に増加することになるため、表面電極２０の電気抵抗が過剰に高まると推測される。そして、その結果、発光層１６から発光される光の発光量そのものが低下することが考えられる。したがって、光導波路２４の数は、表面電極２０の電気抵抗が増加すると輝度が低下することを考慮して、光半導体素子の輝度が最高値となる最適な数に決定するのが好ましい。
【００４８】
ここからは、本実施の形態に係る光半導体素子１０の製造方法について説明する。
【００４９】
まず、図５Ａに示すように、サファイア基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、表面電極２０、および保護層２２を順に積層していく。なお、本発明は、サファイア基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、表面電極２０、および保護層２２を順に積層する方法を限定しない。
【００５０】
次に、図５Ｂに示すように、保護層２２上にレジスト層５０を形成する。レジスト層５０は、光導波路２４の本体部２４ａを収容するための複数の収容孔２６に対応する部分に、複数の貫通孔５０ａを有する。
【００５１】
続いて、図５Ｃに示すように、ドライエッチングにより、レジスト層５０の貫通孔５０ａを介して、保護層２２および表面電極２０を貫通する、光導波路２４の本体部２４ａを収容するための複数の収容孔２６を形成する。ｐ型ＧａＮ層１８に所定の深さの凹部が形成されるまでドライエッチングを実行する。
【００５２】
ドライエッチングの終了後、図５Ｄに示すように、レジスト層５０を除去して保護層２２の表面を露出させる。
【００５３】
レジスト層５０を除去して保護層２２の表面を露出させた後、図５Ｅに示すように、光導波路２４の材料である光透過性材料層（例えばＳｉＯ２層）５２を、複数の収容孔２６を埋めるように保護層２２の表面上に形成する。例えば、塗布またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光透過性材料層５２が形成される。
【００５４】
光透過性材料層５２を保護層２２上に形成した後、図５Ｆに示すように、複数の収容孔２６それぞれに対向する光透過性材料層５２の表面上に、円柱状の複数のレジスト層５４を形成する。この円柱状のレジスト層５４は、収容孔２６の開口形状に対応する断面形状を備える。
【００５５】
複数の円柱状のレジスト層５６を光透過性材料層５２の表面上に形成すると、ドライエッチングを実行する。このドライエッチングにより、保護層２２上の光透過性材料層５２およびレジスト層５４を削っていく。
【００５６】
具体的には、ドライエッチングにより、保護層２２上の光透過性材料層５２を削りつつ、円柱状のレジスト層５４を削っていく。円柱状のレジスト層５４は、ドライエッチングにより、その高さが低くなるように、且つ外周径が小さくなるように削れていく。その結果、円柱状のレジスト層５４の下方に位置する光透過性材料層５２は、ドライエッチングによって円錐状に削られる。そして、保護層２２上の光透過性材料層５２が完全に除去されると、図２に示すような光半導体素子１０が完成する。
【００５７】
本実施の形態によれば、表面電極２０および保護層２２を貫通してｐ型ＧａＮ層１８に接触する本体部２４ａおよび発光層１６に対して傾斜する傾斜面２４ｅを備えて外部に露出する露出部２４ｂを有する光導波路２４を光半導体素子１０に設けることにより、光半導体素子１０内での光の反射を抑制することができる。その結果、光半導体素子１０の光取り出し効率、すなわち光半導体素子１０の輝度を向上させることができる。
【００５８】
上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。
【００５９】
例えば、図３（ｂ）に示すように、光導波路２４の露出部２４ｂは発光層１６（基板１２）に対して４５°の角度に傾斜する傾斜面２４ｅを有するが、すなわち露出部２４ｂは頂角９０°の円錐状であるが、本発明はこれに限らない。
【００６０】
例えば、頂角が６０°や１２０°の円錐状の露出部を光導波路は有してもよい。また、光道波路の露出部は、三角錐や四角錐などの角錐形状であってもよい。
【００６１】
さらに、図６に示す光半導体素子１１０の光導波路１２４の露出部１２４ｂのように、光導波路の露出部は半球状であってもよい。
【００６２】
さらにまた、図７に示す光半導体素子２１０の露出部２２４ｂを構成する表面２２４ｅのように、光導波路の露出部の表面は、外側に向かう凸状の湾曲面であってもよい。
【００６３】
加えて、上述の実施の形態の場合、図２に示す光導波路２４の露出部２４ｂは、傾斜面２４ｅのみで構成されているが、本発明はこれに限らない。例えば、光導波路の露出部は、円柱の上面に円錐の底面を重ねた形状であってもよい。
【００６４】
すなわち、本発明の光導波路の露出部は、広義には、発光層１６（基板１２）に対して傾斜する傾斜面を少なくとも部分的に備えていればよい。
【００６５】
また、上述の実施の形態の場合、光導波路２４は、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率（約２．４）に比べて低い屈折率のＳｉＯ２（約１．４７）やＳｉＮ（約２．０２）から作製されている。このように、光導波路２４は、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されるのが好ましい。さらに言えば、光導波路２４の屈折率は、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率と光半導体素子１０の外部（例えば空気）の屈折率との間であるのが好ましい。
【００６６】
説明すると、光が伝播する２つの媒質の屈折率の差が大きくなると、２つの媒質の界面の臨界角が小さくなり、反射が起こりやすくなる。したがって、ｐ型ＧａＮ層１８と光導波路２４との界面および光導波路２４と光半導体素子外部との界面での反射を抑制するために、すなわち外部への光取り出し効率を向上させるために、光導波路２４の屈折率は、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率と光半導体素子１０の外部（例えば空気）の屈折率との間であるのが好ましい。
【００６７】
なお、本発明は、光導波路の屈折率が、ｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて高い場合も含んでいる。光導波路の屈折率がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて高い場合、光導波路と光半導体素子外部との間の屈折率の差が大きくなるため（臨界角が小さくなるため）、光導波路と外部との界面で反射が起こりやすくなる。しかし、その一方で、光導波路とｐ型ＧａＮ層との界面で光の反射が起こらないため、光導波路は、ｐ型ＧａＮ層から多くの光を内部に取り込むことができる。したがって、光導波路の露出部の形状を適切に設計すれば、光導波路の屈折率がｐ型ＧａＮ層の屈折率に比べて高い場合であっても、光取り出し効率を向上させることができる。
【００６８】
さらに、上述の実施の形態の光半導体素子１０場合、例えば図２に示すように、表面電極２０上に保護層２２を有するが、保護層２２による保護を必要としない材料、例えば金から作製されている表面電極２０の場合、保護層２２を省略することも可能である。
【００６９】
さらにまた、上述の実施の形態の光半導体素子１０の場合、例えば図２に示すように、光導波路２４の本体部２４ａの一部が、ｐ型ＧａＮ層１８に形成された凹部内に配置されているが、本発明は、これに限らない。光導波路２４の本体部２４ａの底面２４ｃが、ｐ型ＧａＮ層１８の上面（表面電極２０と接触する面）に接触していてもよい。
【００７０】
ただし、光導波路２４の本体部２４ａの下側の一部が、ｐ型ＧａＮ層１８内に配置されている場合、本体部２４ａの底面２４ｃを介するだけでなく、本体部２４ａの外周面２４ｄの下部を介して、ｐ型ＧａＮ層１８から光を光導波路２４内に取り込むことができる。その結果、光導波路２４の本体部２４ａの底面２４ｃでは反射されるような出射角の光を、本体部２４ａの外周面２４ｄを介して光導波路２４の内部に取り込むことができる。
【００７１】
最後に、上述の実施の形態の場合、光導波路２４は、厳密に言えば、実質的に円錐状の露出部２４ｂを備える。すなわち、図５Ａ〜図５Ｆに示す光半導体素子１０の製造方法によって作製される光導波路２４の円錐状の露出部２４ｂは、理想的な円錐のように頂点を備えているわけでなく、例えば丸まったまたは平らな先端を備える。しかしながら、このような円錐状の露出部を備える光導波路であっても、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備えるため、光取り出し効率を向上させることができることは明らかである。したがって、本発明において、光導波路の露出部の形状は、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備えている、実質的に円錐状であればよい。または、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備える、実質的に角錐状または半球状であればよい。
【００７２】
また、上述の実施の形態の場合、光導波路２４は、厳密に言えば、実質的に円柱状の本体部２４ａを備える。すなわち、図５Ａ〜図５Ｆに示す光半導体素子１０の製造方法によって作製される、光導波路２４の本体部２４ａを収容する収容孔２６の形状は、理想的な円柱状ではなく、保護層２２からｐ型ＧａＮ層１８に向かって断面積が減少する、いわゆる円錐台形状である。このような収容孔２６の形状に、光導波路２４の本体部２４ａの形状は対応する。しかしながら、光導波路の形状が、理想的な円柱状でなくても、実質的に円柱状であれば、光取り出し効率を向上させることができることは明らかである。
【００７３】
なお、補足すると、光導波路の本体部の上部の断面形状と、露出部の下部の断面形状とは対応する。すなわち、例えば、露出部が円錐状または半球状であれば、本体部は円錐や半球の円形状底面と同一形状の円形状断面形状を有する。また、例えば、露出部が正三角錐状である場合、本体部は正三角形状の断面を備える。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に備える光半導体素子であれば適用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０      光半導体素子
１２      サファイア基板
１４      ｎ型ＧａＮ層
１６      発光層
１８      ｐ型ＧａＮ層
２０      表面電極
２４      光導波路
２４ａ    本体部
２４ｂ    露出部
２４ｅ    傾斜面
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図６】
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【図７】
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