(57)【要約】【課題】優れた光取り出し効率を良好な再現性で達成できる半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は、基板２と、基板２上に形成され、発光層４を含む半導体層２０と、発光層４と基板２との間に形成された回折・散乱膜１１とを含む。回折・散乱膜１１は、膜厚方向に対して傾斜した側面１１ａを有し、膜厚方向に関して組成勾配を有し、発光層４で発生した光を回折または散乱させる。半導体層２０は、窒化物半導体層であってもよい。この場合、回折・散乱膜１１は、基板２上に窒化物半導体層を成長させるときに窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜であってもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、発光層を含む半導体層と、
前記発光層と前記基板との間に形成され、膜厚方向に対して傾斜した側面を有し、前記膜厚方向に関して組成勾配を有し、前記発光層で発生した光を回折または散乱させる回折・散乱膜とを含む、半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体層が窒化物半導体層であり、
前記回折・散乱膜が、前記基板上に前記窒化物半導体層を成長させるときに窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記回折・散乱膜が、シリコンおよび窒素を含み、窒素の組成が前記膜厚方向に関して勾配を有している、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記回折・散乱膜が、シリコン、窒素および酸素を含み、窒素の組成および酸素の組成が、前記膜厚方向に関して勾配を有している、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記回折・散乱膜が、ＳｉＯ２からＳｉＯＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記回折・散乱膜が、ＳｉＯ２からＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記回折・散乱膜が、ＳｉＯＮからＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記回折・散乱膜が、酸素の組成ａ（ａ＞０）および窒素の組成ｂ（ｂ＞０）が前記膜厚方向に変化するＳｉＯａＮｂの膜部分を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記回折・散乱膜が、窒素組成ｘが前記膜厚方向に変化するＳｉＮｘの膜部分を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記回折・散乱膜が、前記基板から前記発光層に向かうに従って単調に増加する窒素組成勾配を有する膜部分を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記回折・散乱膜が、前記基板から前記発光層に向かうに従って単調に減少する酸素組成勾配を有する膜部分を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記回折・散乱膜が、酸素組成が窒素組成よりも大きい膜部分を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記回折・散乱膜が、窒素組成が酸素組成よりも大きい膜部分を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記回折・散乱膜が、前記膜厚方向にリニアな組成勾配を有する膜部分を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記回折・散乱膜が、前記膜厚方向に関して一定のシリコン組成を有している、請求項１〜１４のいずれか一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】
この発明は、基板上に形成された半導体層中に発光層を含む半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、基板表面部分にＧａＮ系半導体層で発生した光を散乱または回折させる凸部を形成し、外部量子効率の向上を図った半導体発光素子を開示している。凸部の側面は９０°〜１５０°のテーパ角で傾斜しており、これにより、光の取り出し効率が格段に向上すると説明されている。
特許文献２は、ＧａＮ基板上にＳｉＯ２マスクを形成し、ＧａＮを選択エピタキシャル成長させることによって転位の少ないＧａＮエピタキシャル層を形成する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４０５５５０３号
【特許文献２】特開平１０−３１２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者は、特許文献２に記載されているようなマスクを特許文献１に形成されているような凸部として利用することを検討した。
しかし、側面が傾斜したマスクを安定した再現性で得ることは容易ではなく、したがって、安定した素子特性の半導体発光素子を製造することができなかった。
より具体的には、マスク膜の上に傾斜した側面を有するフォトレジストマスクを形成し、このフォトレジストマスクをエッチングマスクとしてマスク膜をプラズマエッチングしてみた。これにより、傾斜した側面を有するマスク膜が得られた。傾斜した側面を有するフォトレジストマスクは、フォトレジスト膜のパターンを形成した後に行う熱処理によってフォトレジストを収縮させることによって形成した。
【０００５】
ところが、このような工程で形成されるフォトレジストマスクは、ウエハ面内の熱分布の影響を受けるため、ウエハ面内で傾斜面の角度にばらつきが生じる。それに応じて、マスク膜の側面の傾斜もウエハ面内でばらつくことになる。
このばらつきのために、ウエハの各部から切り出されるデバイスの特性、とくに光取り出し効率にばらつきが生じる。よって、一定の特性の素子を良好な再現性で作製することができないおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、優れた光取り出し効率を良好な再現性で達成できる半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板と、前記基板上に形成され、発光層を含む半導体層と、前記発光層と前記基板との間に形成され、膜厚方向に対して傾斜した側面を有し、前記膜厚方向に関して組成勾配を有し、前記発光層で発生した光を回折または散乱させる回折・散乱膜とを含む、半導体発光素子である。
発光層で発生した光は、基板側または基板とは反対側から素子外に取り出されてもよい。回折・散乱膜は、発光層で発生した光を回折または散乱させることにより、基板と半導体層との界面での全反射を抑制する。これにより、光取り出し効率を高めることができる。より具体的には、回折・散乱膜は、膜厚方向に関して傾斜した側面を有するので、その側面によって光の回折・散乱を促すことができる。それによって、光取り出し効率の向上に寄与する。
【０００８】
回折・散乱膜は、膜厚方向に関して組成勾配を有している。そのため、回折・散乱膜をエッチングによって形成するときに、膜厚方向の各部におけるエッチングレートが変化する。そのため、回折・散乱膜の側面は、組成勾配に応じて傾斜することになる。したがって、回折・散乱膜の膜厚方向に関する組成勾配を制御することによって、回折・散乱膜の側面の傾斜を制御することができる。回折・散乱膜の膜厚方向に関する組成勾配は、精度良く、かつ良好な再現性で制御することができる。その結果、回折、散乱膜の側面の傾斜を、精度良く、かつ良好な再現性で制御できることになる。これにより、優れた光取り出し効率を良好な再現性で達成できる構造の半導体発光素子を提供できる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記半導体層が窒化物半導体層であり、前記回折・散乱膜が、前記基板上に前記窒化物半導体層を成長させるときに窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜である、請求項１に記載の半導体発光素子である。この構成によれば、半導体層を構成する窒化物半導体を成長させるときの成長抑制膜を利用して、回折・散乱膜を形成することができる。基板上に成長抑制膜を形成することによって、その成長抑制膜が形成されていないところから窒化物半導体の結晶が成長し始める。結晶成長が進むと、窒化物半導体層は、成長抑制膜の上を覆うように横方向（基板の主面に平行な方向）に成長する。これにより、基板表面の欠陥から窒化物半導体層に受け継がれた転位が横方向に延びて消滅する。その結果、表層部の転位密度が少ない窒化物半導体層が得られ、優れた素子特性を実現できる。したがって、結晶性のよい窒化物半導体層を形成するための工程を利用して回折・散乱膜を形成できるので、追加の工程を要することなく、優れた光取り出し効率を良好な再現性で実現できる半導体発光素子を提供できる。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記回折・散乱膜が、シリコンおよび窒素を含み、窒素の組成が前記膜厚方向に関して勾配を有している、請求項１または２に記載の半導体発光素子である。窒素の組成が膜厚方向に関して勾配を有していることによって、回折・散乱膜をパターニングするときのエッチングレートが膜厚方向に関して変化することになる。それによって、回折・散乱膜の側面の形状を良好な再現性で精度良く制御できる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、前記回折・散乱膜が、シリコン、窒素および酸素を含み、窒素の組成および酸素の組成が、前記膜厚方向に関して勾配を有している、請求項１または２に記載の半導体発光素子である。窒素および酸素の各組成が膜厚方向に関して勾配を有していることによって、回折・散乱膜をパターニングするときのエッチングレートが膜厚方向に関して変化することになる。それによって、回折・散乱膜の側面の形状を良好な再現性で精度良く制御できる。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記回折・散乱膜が、ＳｉＯ２からＳｉＯＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。ＳｉＯ２およびＳｉＯＮのエッチングレートは異なり、それらの中間的な組成の膜のエッチングレートは、ＳｉＯ２のエッチングレートおよびＳｉＯＮのエッチングレートの間の中間的な値となる。よって、ＳｉＯ２からＳｉＯＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分は、組成変化に応じたエッチングレートを有することになり、その膜部分の側面は、当該組成変化に応じた形状を有することになる。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記回折・散乱膜が、ＳｉＯ２からＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。ＳｉＯ２およびＳｉＮのエッチングレートは異なり、それらの中間的な組成の膜のエッチングレートは、ＳｉＯ２のエッチングレートおよびＳｉＮのエッチングレートとの間の中間的な値となる。よって、ＳｉＯ２からＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分は、組成変化に応じたエッチングレートを有することになり、その膜部分の側面は、当該組成変化に応じた形状を有することになる。
【００１４】
請求項７記載の発明は、前記回折・散乱膜が、ＳｉＯＮからＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。ＳｉＯＮおよびＳｉＮのエッチングレートは異なり、それらの中間的な組成の膜のエッチングレートは、ＳｉＯＮのエッチングレートおよびＳｉＮのエッチングレートとの間の中間的な値となる。よって、ＳｉＯＮからＳｉＮまで前記膜厚方向に組成変化する膜部分は、組成変化に応じたエッチングレートを有することになり、その膜部分の側面は、当該組成変化に応じた形状を有することになる。
【００１５】
請求項８記載の発明は、前記回折・散乱膜が、酸素の組成ａ（ａ＞０）および窒素の組成ｂ（ｂ＞０）が前記膜厚方向に変化するＳｉＯａＮｂの膜部分を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。ＳｉＯａＮｂのエッチングレートは、酸素および窒素の組成ａ，ｂに依存する。よって、回折・散乱膜をパターニングするときのエッチングでは、膜の各部の組成ａ，ｂに応じたエッチングレートでエッチングが進行するので、当該組成ａ，ｂの変化に応じた形状の側面を有する回折・散乱膜が得られる。
【００１６】
請求項９記載の発明は、前記回折・散乱膜が、窒素組成ｘが前記膜厚方向に変化するＳｉＮｘの膜部分を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体発光素子である。ＳｉＮｘのエッチングレートは、窒素組成ｘによって変化する。よって、回折・散乱膜をパターニングするときのエッチングでは、膜の各部の窒素組成ｘに応じたエッチングレートでエッチングが進行するので、当該窒素組成ｘの変化に応じた形状の側面を有する回折・散乱膜が得られる。
【００１７】
請求項１０に記載されているように、前記回折・散乱膜が、前記基板から前記発光層に向かうに従って単調に増加する窒素組成勾配を有する膜部分を含んでいてもよい。
請求項１１に記載されているように、前記回折・散乱膜が、前記基板から前記発光層に向かうに従って単調に減少する酸素組成勾配を有する膜部分を含んでいてもよい。
請求項１２に記載されているように、前記回折・散乱膜が、酸素組成が窒素組成よりも大きい膜部分を含んでいてもよい。
【００１８】
請求項１３に記載されているように、前記回折・散乱膜が、窒素組成が酸素組成よりも大きい膜部分を含んでいてもよい。
請求項１４に記載されているように、前記回折・散乱膜が、前記膜厚方向にリニアな組成勾配を有する膜部分を含んでいてもよい。
請求項１５に記載されているように、前記回折・散乱膜が、前記膜厚方向に関して一定のシリコン組成を有していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
【図２】図２Ａおよび図２Ｂは、前記半導体発光素子に備えられた回折・散乱膜の構成例を示す図解的な斜視図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１に示す半導体発光素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、図３Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、図３Ｇの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、図３Ｈの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、図３Ｉの次の工程を示す模式的な断面図である。
【図４】図４は、回折・散乱膜の形成工程の第１の具体例を説明するための図である。
【図５】図５は、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ≧０、ｙ≧０）のエッチングレートを説明するための図である。
【図６】図６は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜の形成工程の第２の具体例を説明するための図である。
【図７】図７は、この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜の形成工程の第３の具体例を説明するための図である。
【図８】図８は、この発明の第４の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜の形成工程の第４の具体例を説明するための図である。
【図９】図９は、この発明の第５の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜の形成工程の第５の具体例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、高周波パワーを様々な値に設定してＳｉＮｘをプラズマＣＶＤ法で形成して得られた膜の赤外線分光スペクトルを示す
【図１１】図１１Ａおよび図１１Ｂは、回折・散乱膜の他の形状例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子の模式的な断面図である。
この半導体発光素子１は、基板２と、ｎ型窒化物半導体層３と、発光層４と、ｐ型窒化物半導体層５と、透明電極層６と、反射電極層７と、ｎ型電極層８と、分離絶縁層９と、接合層１０とを備えている。ｎ型窒化物半導体層３、発光層４およびｐ型窒化物半導体層５は、窒化物半導体層２０を構成している。
【００２１】
基板２上に、ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６、反射電極層７、ｎ型電極層８、分離絶縁層９および接合層１０が形成されている。
基板２は、発光層４の発光波長λ（たとえば４５０ｎｍ）に対して透明な材料（たとえばサファイア、ＧａＮまたはＳｉＣ）からなる。基板２の厚さは、たとえば、４００μｍである。基板２では、図１における下面が裏面２Ａであり、図１における上面が表面２Ｂである。裏面２Ａは、光が取り出される光取出し面であって、半導体発光素子１の裏面を形成している。表面２Ｂは、基板２におけるｎ型窒化物半導体層３との接合面である。
【００２２】
ｎ型窒化物半導体層３は、基板２上に積層されている。ｎ型窒化物半導体層３は、基板２の表面２Ｂの全域を覆っている。ｎ型窒化物半導体層３は、この実施形態では、ｎ型のＧａＮ（窒化物半導体の一例）からなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。ｎ型窒化物半導体層３について、図１において基板２の表面２Ｂを覆う下面を裏面３Ａといい、裏面３Ａとは反対側の上面を表面３Ｂということにする。表面３Ｂでは、図１における左側の領域が部分的に突出しており、これにより、表面３Ｂには、段差が形成されている。
【００２３】
発光層４は、ｎ型窒化物半導体層３上に積層されている。発光層４は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて、図１における左寄りの突出した領域を部分的に覆っている。発光層４は、この実施形態では、Ｉｎを含む窒化物半導体（たとえばＩｎＧａＮ）からなる。発光層４について、図１においてｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂの左寄りの領域を覆う下面を裏面４Ａといい、裏面４Ａとは反対側の上面を表面４Ｂということにする。
【００２４】
ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４上に積層されている。ｐ型窒化物半導体層５は、発光層４の表面４Ｂの全域を覆っている。ｐ型窒化物半導体層５および発光層４の積層構造は、ドライエッチング法によって一括して同パターンにパターニングされて形成されている。ｐ型窒化物半導体層５は、ｐ型のＧａＮ（窒化物半導体の一例）からなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。ｎ型窒化物半導体層３、発光層４およびｐ型窒化物半導体層５の全体の厚さは、最大で、たとえば６．５μｍである。ｐ型窒化物半導体層５について、図１において発光層４の表面４Ｂを覆う下面を裏面５Ａといい、裏面５Ａとは反対側の上面を表面５Ｂということにする。
【００２５】
透明電極層６は、ｐ型窒化物半導体層５上に積層されている。透明電極層６は、ｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂのほぼ全域を覆っている。透明電極層６は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）またはＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなり、発光層４の発光波長λに対して透明である。この実施形態では、透明電極層６は、ＩＴＯからなる。透明電極層６において、図１においてｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂを覆う下面を裏面６Ａといい、裏面６Ａとは反対側の上面を表面６Ｂということにする。
【００２６】
反射電極層７は、透明電極層６と同一パターンで透明電極層６上に積層されている。反射電極層７は、図１における透明電極層６の表面６Ｂの全域を、表面６Ｂからはみ出ることなく覆っている。反射電極層７において、図１での透明電極層６の表面６Ｂを覆う下面を裏面７Ａといい、裏面７Ａとは反対側の上面を表面７Ｂということにする。反射電極層７では、裏面７Ａが透明電極層６の表面６Ｂに対向する対向面であり、裏面７Ａの全域が透明電極層６の表面６Ｂに接触（面接触）している。
【００２７】
反射電極層７は、この実施形態では、銀と白金族金属と銅とを含む合金からなる。当該白金族金属として、白金やパラジウムを用いることができる。各金属の配合比率は、銀が９８％程度であり、白金族金属および銅のそれぞれが１％程度である。反射電極層７の厚さは、たとえば５０ｎｍ〜５００ｎｍであり、好ましくは、３５０ｎｍである。
ｎ型電極層８は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて図１における右側領域に形成されている。ｎ型電極層８は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいて、前述した段差を形成するために裏面３Ａ側へ一段低くなった部分に形成されている。ｎ型電極層８は、ＡｌやＣｒからなる。この実施形態では、Ａｌをｎ型窒化物半導体層３に接するように形成し、そのＡｌ上にＣｒを形成することでｎ型電極層８を構成している。ｎ型電極層８の厚さは、たとえば約２６０００Åである。ｎ型電極層８において、図１でのｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂと接する面を裏面８Ａといい、裏面８Ａとは反対側の面を表面８Ｂということにする。
【００２８】
ｎ型窒化物半導体層３、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの側面は、たとえばＳｉＯ２からなる分離絶縁層９によって覆われている。これにより、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７と、ｎ型電極層８とが分離絶縁されている。分離絶縁層９の材料としては、ＳｉＯ２の代わりに、ＳｉＮやＡｌＮやＡｌ２Ｏ３やＳｉＯＮなどが用いられてもよい。分離絶縁層９の厚みは５００Å〜５００００Åであり、たとえば１０００Åである。
【００２９】
接合層１０は、反射電極層７上およびｎ型電極層８上に積層されている。接合層１０は、たとえば、Ａｇ、ＴｉもしくはＰｔまたはこれらの合金からなる。接合層１０は、半田またはＡｕＳｎからなってもよい。さらに、接合層１０からの反射電極層７やｎ型電極層８への拡散を抑えるために、接合層１０にＰｔなどの拡散防止層を挿入してもよい。この実施形態では、接合層１０は、Ｔｉ、Ｐｔ、ＡｕＳｎを反射電極層７およびｎ型電極層８の側からこの順番で積層することによって構成されている。接合層１０において、図１で反射電極層７やｎ型電極層８と接する下面を裏面１０Ａといい、裏面１０Ａとは反対側の上面を表面１０Ｂということにする。この表面１０Ｂは、半導体発光素子１の表面を形成している。
【００３０】
また、接合層１０において、反射電極層７に接する部分の表面１０Ｂをｐ型電極部１２といい、ｎ型電極層８に接する部分の表面１０Ｂをｎ型電極部１３という。ｐ型電極部１２とｎ型電極部１３とはいずれも平坦面であり、同じ高さ位置において面一になっている。前述したように分離絶縁層９によって反射電極層７とｎ型電極層８とが分離絶縁されているので、ｐ型電極部１２とｎ型電極部１３とは電気的に絶縁されている。
【００３１】
この半導体発光素子１では、ｐ型電極部１２とｎ型電極部１３との間に順方向電圧を印加すると、発光層４から、発光波長λ４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの光が発生する。この光は、ｎ型窒化物半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の裏面２Ａから取り出される。発光層４からｐ型窒化物半導体層５側に向かった光は、ｐ型窒化物半導体層５および透明電極層６をこの順で透過して、透明電極層６と反射電極層７との界面で反射される。反射した光は、透明電極層６、ｐ型窒化物半導体層５、発光層４、ｎ型窒化物半導体層３および基板２をこの順で透過して基板２の裏面２Ａから取り出される。
【００３２】
基板２の表面２Ｂには、回折・散乱膜１１が形成されている。回折・散乱膜１１は、ｎ型窒化物半導体層３側へ突出する複数の凸部１１Ａの形態を有している。
図２Ａおよび図２Ｂは、回折・散乱膜１１の構成例を示す図解的な斜視図である。
回折・散乱膜１１は、基板２の表面２Ｂに離散配置された複数の凸部１１Ａの形態にパターニングされている。具体的には、複数の凸部１１Ａは、互いに間隔を空けて行列状に配置されていてもよいし（図２Ａ参照）、千鳥状に配置されていてもよい（図２Ｂ参照）。回折・散乱膜１１は、Ｓｉ、Ｏ、およびＮを含む絶縁膜からなり、膜厚方向に関して組成勾配を有している。より具体的には、酸素および窒素の少なくともいずれか一方の組成が、膜厚方向に関して勾配を有している。また、凸部１１Ａは、膜厚方向（基板２の主面（裏面２Ａ）の法線方向）に対して傾斜した側面１１ａを有している。図２Ａおよび図２Ｂにおいては、各凸部１１Ａが六角錐台形状に形成されている例を示す。
【００３３】
凸部１１Ａは、ｎ型窒化物半導体層３とは屈折率が異なる材料からなり、かつ傾斜した側面１１ａを有している。これにより、様々な方向から基板２に向かう光が基板２の表面２Ｂで全反射することを抑制でき、より多くの光が、基板２を通過して光取り出し面２Ａから外部に取り出される。すなわち、ｎ型窒化物半導体層３と基板２との界面においてｎ型窒化物半導体層３側へ光が反射することを抑制できるので、光取り出し効率を向上できる。
【００３４】
図３Ａ〜図３Ｊは、図１に示す半導体発光素子の製造方法を示す模式的な断面図である。
まず、図３Ａに示すように、基板２の表面に回折・散乱膜１１が形成される。回折・散乱膜１１の形成は、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法によって行われてもよい。回折・散乱膜１１の形成中に、原料ガスの流量比、高周波パワーなどの成膜条件を変化させることによって、回折・散乱膜１１の組成を膜厚方向に関して変化させることができる。
【００３５】
次いで、図３Ｂに示すように、レジストパターン３１をマスクとするエッチングにより、回折・散乱膜１１がエッチングされ、図３Ｃに示すように、複数の凸部１１Ａに分離される。エッチングは、プラズマエッチングによって行ってもよい。回折・散乱膜１１は、膜厚方向に関して組成勾配を有しており、エッチングレートはその組成に依存する。そのため、エッチングの進行に伴ってエッチングレートが変動する。そのため、凸部１１Ａは、エッチングレートの変動に応じた形状の側面１１ａを有することになる。つまり、側面１１ａの形状は、回折・散乱膜１１の膜厚方向に関する組成勾配に従う。
【００３６】
次いで、レジストパターン３１を除去して必要な洗浄を行った後、基板２の表面２Ｂ上に、ｎ型のＧａＮからなる層（ｎ−ＧａＮ層）がエピタキシャル成長させられる。より具体的には、基板２の主面に沿って結晶成長が進む成長条件に設定した選択横方向成長によって、ｎ型不純物（たとえばＳｉ）を添加しながら、ＧａＮ結晶がエピタキシャル成長させられる。このとき、回折・散乱膜１１は、ＧａＮ結晶の成長を抑制する成長抑制膜として機能する。そのため、結晶成長は、回折・散乱膜１１から露出している基板２の表面２Ｂから始まり、成長したＧａＮ結晶３ａは、基板２の表面２Ｂに平行な横方向へと広がり（図３Ｄ参照）、ついには、回折・散乱膜１１を覆い尽くす。このような横方向成長によって、基板２の結晶欠陥を受け継いでＧａＮ結晶３中に生じる転位を消滅させることができる。その後もＧａＮ結晶３ａのエピタキシャル成長が所定の厚さになるまで継続される。それによって、転位の少ない表層部を有するｎ型窒化物半導体層３を形成することができる（図３Ｅ参照）。
【００３７】
次いで、図３Ｆに示すように、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂ上に、Ｉｎを含む窒化物半導体層（たとえばＩｎｚＧａ１−ｚＮ層。ただし０＜ｚ＜１）をエピタキシャル成長によって形成する。この層が、ｎ型窒化物半導体層３上に積層される発光層４になる。発光層４の発光波長λは、ＩｎおよびＧａの組成を調整することで、４４０ｎｍ〜４６０ｎｍに制御される。
【００３８】
次いで、同じく、図３Ｆに示すように、発光層４の表面４Ｂ上に、ｐ型窒化物半導体層５として、ｐ型不純物（たとえばＭｇ）を添加しながらＧａＮ層（ｐ−ＧａＮ層）をエピタキシャル成長によって形成する。ｐ型窒化物半導体層５は、組成中にＡｌを含むｐ−ＡｌＧａＮ層で構成されてもよいし、ｐ−ＧａＮ層とｐ―ＡｌＧａＮ層との積層構造で構成してもよい。
【００３９】
次いで、ｐ型窒化物半導体層５上に、透明電極層６を形成すべき領域に開口を有するレジストパターン（図示せず）が形成される。続いて、当該レジストパターンを介して、たとえば、スパッタ法により、ＩＴＯ材料がｐ型窒化物半導体層５上に堆積される。そして、ＩＴＯ材料の不要部分をレジストパターンとともにリフトオフする。これにより、図３Ｇに示すように、たとえば、ＩＴＯからなる層（ＩＴＯ層）をｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂ上に選択的に形成する。このＩＴＯ層が透明電極層６になる。透明電極層６を形成する際、ｐ型窒化物半導体層５と透明電極層６との電気的接合性および密着性を良好にするために熱処理を加えても良く、その場合、たとえば５００〜７００℃の温度で熱処理する。
【００４０】
次いで、透明電極層６の表面６Ｂおよびｐ型窒化物半導体層５の表面５Ｂの上に、全面に亘って、銀と白金族金属と銅とを含む合金の層（合金層）を形成し、この合金層に対して、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングを施すことで、図３Ｇに示すように、透明電極層６上に、透明電極層６と同一パターンで反射電極層７を形成する。
次いで、レジストパターン（図示せず）をマスクとするエッチングにより、図３Ｈに示すように、ｐ型窒化物半導体層５、発光層４およびｎ型窒化物半導体層３のそれぞれを選択的に除去する。
【００４１】
次いで、図３Ｉに示すように、たとえばリフトオフ法によってｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂ上にｎ型電極層８を形成する。ｎ型電極層８としては、Ａｌや、ＴｉとＡｌとの積層構造等を用いることができる。ｎ型電極層８を形成する際、ｎ型電極層８とｎ型窒化物半導体層３との密着性や電気的接合性を向上させるために熱処理を施してもよい。
次いで、図３Ｊに示すように、ＳｉＯ２からなる分離絶縁層９を形成する。分離絶縁層９は、ｎ型窒化物半導体層３の表面３Ｂにおいてｐ型電極部１２（図１参照）に近い領域の一部と、発光層４、ｐ型窒化物半導体層５、透明電極層６および反射電極層７のそれぞれの側面と、反射電極層７の表面７Ｂの一部とを覆うように形成される。分離絶縁層９の形成方法は、リフトオフ法でも、エッチオフ法でもよい。分離絶縁層９としては、ＳｉＯ２以外に、ＳｉＮやＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯＮなどを用いることができる。
【００４２】
次いで、リフトオフ法により、接合層１０を、反射電極層７の表面７Ｂ上と、ｎ型電極層８の表面８Ｂ上とに形成する。本実施形態では、接合層１０として、ＡｕＳｎからなる層（ＡｕＳｎ層）を用いている。ＡｕＳｎ層の拡散から反射電極層７およびｎ型電極層８を保護するために、接合層１０にＰｔからなる拡散防止層を挿入してもよい。反射電極層７およびｎ型電極層８との密着性を良くするために、接合層１０は、反射電極層７および８との界面にＴｉ層を有していてもよい。すなわち、接合層１０は、Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕＳｎ層が、反射電極層７およびｎ型電極層８側からこの順番で積層された積層金属膜で構成されていてもよい。
【００４３】
ここまでの工程が、複数の素子領域を有する半導体ウエハの状態で行われる。そして、この工程以後に、必要に応じて、研削・研磨工程によってウエハの厚みをたとえば３００μｍに調整した後、素子分離工程（スクライブ・ブレーキング）によってウエハ状態からチップ状態へと加工すると、最終的に図１の半導体発光素子１が個別に得られる。
図４は、回折・散乱膜１１の形成工程の第１の具体例を説明するための図である。すなわち、プラズマＣＶＤ法によって回折・散乱膜１１を形成するときの原料ガス流量の時間変化、および高周波パワーの時間変化が示されている。期間Ｔ１はプラズマでウエハを加熱している予備加熱期間である。期間Ｔ２は成膜期間である。期間Ｔ３は処理チャンバ内を冷却するための冷却期間である。
【００４４】
予備加熱期間Ｔ１には、Ｏ２の流量は０よりも大きい初期流量Ｆ１に保持され、高周波パワーも０よりも大きい一定値Ｐ１に保持されている。Ｎ２流量およびＳｉＨ４流量は、いずれも０である。したがって、ウエハ上には膜は堆積されない。
成膜期間Ｔ２中には、Ｏ２流量は、初期流量Ｆ１から単調（図４の例ではリニア）に減少し、成膜期間Ｔ２の終わりには、０よりも大きな所定値Ｆ２（＜Ｆ１）となる。一方、Ｎ２流量は、成膜期間Ｔ２の当初の所定時間長の期間Ｔ２１においては０に保持され、期間Ｔ２１に続く期間Ｔ２２においては、０から所定値Ｆ３（＞Ｆ２）まで単調（図４の例ではリニア）に増加する。ＳｉＨ４流量は、成膜期間Ｔ２の全体に渡って、０よりも大きい一定値に保持される。高周波パワーは、成膜期間Ｔ２全体に渡って、０よりも大きい一定値Ｐ１に保持されている。
【００４５】
よって、期間Ｔ２１にはＳｉＯ２膜が成膜され、期間Ｔ２１にはそのＳｉＯ２膜の上にＳｉＯａＮｂ膜が堆積される（ただしａ＞０、ｂ＞０）。ＳｉＯａＮｂ膜のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、Ｏ２流量およびＮ２流量にそれぞれ依存するから、成膜が進むに従って、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａは単調（この実施形態ではリニア）に減少し、Ｎ組成ｂは単調（この実施形態ではリニア）に増加する。成膜の途中でＯ２流量とＮ２流量が一旦等しくなり、その後大小関係が逆転する。よって、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、膜厚途中位置で等しくなり、その位置を挟んで大小関係が逆転する。Ｓｉ組成は、膜厚方向に関して一定である。
【００４６】
このようにして、回折・散乱膜１１は、ＳｉＯ２膜部分とＳｉＯａＮｂ膜部分とを有し、ＳｉＯａＮｂ膜部分においては、膜厚方向に関してＯ組成ａおよびＮ組成ｂが勾配を有することになる。より具体的には、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＯ組成ａは、基板２から発光層４に向かうに従って単調に減少することになる。また、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＮ組成ｂは、基板２から発光層４に向かって単調に増加することになる。そして、ＳｉＯａＮｂ膜部分は、膜厚方向の途中位置にＯ組成ａとＮ組成ｂとが等しい位置を有し、その位置に対して基板２側においてはＯ組成ａがＮ組成ｂよりも大きく、当該位置に対して発光層４側においてはＮ組成ｂがＯ組成ａよりも大きい。
【００４７】
冷却期間Ｔ３においては、Ｏ２流量およびＳｉＨ４流量がいずれも０とされる一方で、Ｎ２流量が所定流量Ｆ４（＞Ｆ３）とされ、高周波パワーが０とされる。これにより、処理チャンバ内にＮ２が大流量で送り込まれ、処理チャンバ内の冷却が図られる。
図５は、ＳｉＯｘＮｙ（ｘ≧０、ｙ≧０）のエッチングレートを説明するための図である。横軸はＳｉＯｘＮｙ膜を成膜したときの流量比を表し、縦軸はプラズマエッチングによるエッチングレートを表す。流量比は、Ｎ２流量／（Ｎ２流量＋Ｏ２流量）で定義される。また、プラズマエッチングでは、エッチングガスとして、ＣＨ４を用いた。流量比が大きいほど、Ｏ組成ｘが小さく、Ｎ組成ｙが大きい。サンプルｓ１は、Ｎ２流量が０の場合であり、したがって、ＳｉＯ２に対するエッチングレートを示す。サンプルｓ５は、Ｏ２流量が０の場合であり、したがって、ＳｉＮ（Ｓｉ３Ｎ４）に対するエッチングレートを表す。サンプルｓ５の方がサンプルｓ１よりもエッチングレートが大きく、サンプルｓ２〜ｓ４は、サンプルｓ１，ｓ５の間の中間的なエッチングレートを示していて、Ｎ組成が多いほどエッチングレートが高くなることが分かる。
【００４８】
以上のようにこの実施形態によれば、回折・散乱膜１１は、膜厚方向に関して組成勾配を有している。そのため、回折・散乱膜１１をエッチングによってパターニングして複数の凸部１１Ａを形成するときに、膜厚方向の各部におけるエッチングレートが変化する。そのため、凸部１１Ａの側面ａは、組成勾配に応じて傾斜することになる。したがって、回折・散乱膜１１の膜厚方向に関する組成勾配を制御することによって、凸部１１Ａの側面１１ａの傾斜を制御することができる。回折・散乱膜１１の膜厚方向に関する組成勾配は、成膜条件の制御によって、精度良く、かつ良好な再現性で制御することができる。その結果、凸部１１Ａの側面１１ａの傾斜を、精度良く、かつ良好な再現性で制御できることになる。これにより、優れた光取り出し効率を良好な再現性で達成できる構造の半導体発光素子１を提供できる。
【００４９】
また、この実施形態では、回折・散乱膜１１が、基板２上に窒化物半導体層２０を成長させるときに窒化物半導体の成長を抑制する成長抑制膜を兼ねている。そのため、結晶性のよい窒化物半導体層２０を形成するための工程を利用して回折・散乱膜１１を形成できるので、追加の工程を要することなく、優れた光取り出し効率を良好な再現性で実現できる半導体発光素子１を提供できる。
【００５０】
図６は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜１１の形成工程の第２の具体例を説明するための図である。すなわち、図４と同様に、プラズマＣＶＤ法によって回折・散乱膜１１を形成するときの原料ガス流量の時間変化、および高周波パワーの時間変化が示されている。期間Ｔ１はプラズマでウエハを加熱している予備加熱期間である。期間Ｔ２は成膜期間である。期間Ｔ３は処理チャンバ内を冷却するための冷却期間である。
【００５１】
予備加熱期間Ｔ１には、Ｏ２の流量は０に保持され、高周波パワーは０よりも大きい一定値Ｐ１１に保持されている。Ｎ２流量は０よりも大きな一定値Ｆ１１に保持されており、ＳｉＨ４流量は０に保持されている。したがって、ウエハ上には膜は堆積されない。
成膜期間Ｔ２中には、Ｏ２流量は、０よりも大きな初期流量Ｆ１２から単調（図６の例ではリニア）に減少し、成膜期間Ｔ２の終わりには、初期流量Ｆ１２よりも小さく０よりも大きな所定値Ｆ１３（＜Ｆ１２）となる。一方、Ｎ２流量は、前記初期流量Ｆ１２から単調（図６の例ではリニア）に増加し、成膜期間Ｔ２の終わりには、初期流量Ｆ１２よりも大きい所定値Ｆ１４（＞Ｆ１２）となる。ＳｉＨ４流量は、成膜期間Ｔ２の全体に渡って、０よりも大きい一定値に保持される。高周波パワーは、成膜期間Ｔ２全体に渡って、０よりも大きい一定値Ｐ１１に保持されている。
【００５２】
よって、成膜期間Ｔ２にはＳｉＯａＮｂ膜が堆積される（ただしａ＞０、ｂ＞０）。ＳｉＯａＮｂ膜のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、Ｏ２流量およびＮ２流量にそれぞれ依存するから、最初のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは等しく、成膜が進むに従って、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａは単調（この実施形態ではリニア）に減少し、Ｎ組成ｂは単調（この実施形態ではリニア）に増加する。Ｏ２およびＮ２の初期流量Ｆ１２が等しいので、膜厚方向のいずれの位置でも、ａ≦ｂが成立する。Ｓｉ組成は、膜厚方向のいずれの位置でも一定である。
【００５３】
このようにして、回折・散乱膜１１は、ＳｉＯａＮｂ膜からなり、膜厚方向に関してＯ組成ａおよびＮ組成ｂが勾配を有することになる。より具体的には、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＯ組成は、基板２から発光層４に向かうに従って単調に減少することになる。また、ＳｉＯａＮｂ膜のＮ組成は、基板２から発光層４に向かって単調に増加することになる。そして、ＳｉＯａＮｂ膜は、いずれの部分においても、Ｎ組成ｂがＯ組成ａ以上となっている。Ｏ組成ａおよびＮ組成ｂが膜厚方向に勾配を有することにより、回折・散乱膜１１は、膜厚方向に関してエッチングレートが変化することになり、組成勾配に応じた傾斜の側面１１ａを有する凸部１１Ａ（図２Ａおよび図２Ｂ等参照）が形成されることになる。
【００５４】
冷却期間Ｔ３においては、Ｏ２流量およびＳｉＨ４流量がいずれも０とされる一方で、Ｎ２流量が所定流量Ｆ１５（＞Ｆ１４）とされ、高周波パワーが０とされる。これにより、処理チャンバ内にＮ２が大流量で送り込まれ、処理チャンバ内の冷却が図られる。
図７は、この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜１１の形成工程の第３の具体例を説明するための図である。すなわち、図４と同様に、プラズマＣＶＤ法によって回折・散乱膜１１を形成するときの原料ガス流量の時間変化、および高周波パワーの時間変化が示されている。期間Ｔ１はプラズマでウエハを加熱している予備加熱期間である。期間Ｔ２は成膜期間である。期間Ｔ３は処理チャンバ内を冷却するための冷却期間である。
【００５５】
予備加熱期間Ｔ１には、Ｏ２の流量は０に保持され、高周波パワーは０よりも大きい一定値Ｐ２１に保持されている。Ｎ２流量は０よりも大きな一定値Ｆ２１に保持されており、ＳｉＨ４流量は０に保持されている。したがって、ウエハ上には膜は堆積されない。
成膜期間Ｔ２中には、Ｏ２流量は、０よりも大きな初期流量Ｆ２２から単調（図７の例ではリニア）に減少し、成膜期間Ｔ２の終わりには、０となる。一方、Ｎ２流量は、前記初期流量Ｆ２２から単調（図７の例ではリニア）に増加し、成膜期間Ｔ２の終わりには、初期流量Ｆ２２よりも大きい所定値Ｆ２３（＞Ｆ２２）となる。ＳｉＨ４流量は、成膜期間Ｔ２の全体に渡って、０よりも大きい一定値に保持される。高周波パワーは、成膜期間Ｔ２全体に渡って、０よりも大きい一定値Ｐ２１に保持されている。
【００５６】
よって、成膜期間Ｔ２にはＳｉＯａＮｂ膜が堆積され（ただしａ≧０、ｂ＞０）、成膜期間Ｔ２の最後にはＯ組成ａが零となってＳｉＮとなる。ＳｉＯａＮｂ膜のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、Ｏ２流量およびＮ２流量にそれぞれ依存するから、最初のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは等しく、成膜が進むに従って、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａは単調（この実施形態ではリニア）に減少し、Ｎ組成ｂは単調（この実施形態ではリニア）に増加する。Ｏ２およびＮ２の初期流量Ｆ２２が等しいので、膜厚方向のいずれの位置でも、ａ≦ｂが成立する。Ｓｉ組成は、膜厚方向のいずれの位置でも一定である。
【００５７】
このようにして、回折・散乱膜１１は、ＳｉＯａＮｂ膜からなり、膜厚方向に関してＯ組成ａおよびＮ組成ｂが勾配を有することになる。より具体的には、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＯ組成は、基板２から発光層４に向かうに従って単調に減少し、発光層４との界面では零になる。また、ＳｉＯａＮｂ膜のＮ組成は、基板２から発光層４に向かって単調に増加することになる。そして、ＳｉＯａＮｂ膜は、いずれの部分においても、Ｎ組成ｂがＯ組成ａ以上となっており、発光層４との界面ではＳｉＮとなっている。
【００５８】
冷却期間Ｔ３においては、Ｏ２流量およびＳｉＨ４流量がいずれも０とされる一方で、Ｎ２流量が所定流量Ｆ２３とされ、高周波パワーが０とされる。これにより、処理チャンバ内にＮ２が大流量で送り込まれ、処理チャンバ内の冷却が図られる。
図８は、この発明の第４の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜１１の形成工程の第４の具体例を説明するための図である。すなわち、図４と同様に、プラズマＣＶＤ法によって回折・散乱膜１１を形成するときの原料ガス流量の時間変化、および高周波パワーの時間変化が示されている。期間Ｔ１はプラズマでウエハを加熱している予備加熱期間である。期間Ｔ２は成膜期間である。期間Ｔ３は処理チャンバ内を冷却するための冷却期間である。
【００５９】
予備加熱期間Ｔ１には、Ｏ２の流量は０よりも大きい初期流量Ｆ３１に保持され、高周波パワーも０よりも大きい一定値Ｐ３１に保持されている。Ｎ２流量およびＳｉＨ４流量は、いずれも０である。したがって、ウエハ上には膜は堆積されない。
成膜期間Ｔ２中には、Ｏ２流量は、初期流量Ｆ３１から単調（図８の例ではリニア）に減少し、成膜期間Ｔ２の終わりには、０となる。一方、Ｎ２流量は、成膜期間Ｔ２の当初の所定時間長の期間Ｔ２１においては０に保持され、期間Ｔ２１に続く期間Ｔ２２においては、０から所定値Ｆ３２（＞０）まで単調（図８の例ではリニア）に増加する。ＳｉＨ４流量は、成膜期間Ｔ２の全体に渡って、０よりも大きい一定値に保持される。高周波パワーは、成膜期間Ｔ２全体に渡って、０よりも大きい一定値Ｐ３１に保持されている。
【００６０】
よって、期間Ｔ２１にはＳｉＯ２膜が成膜され、期間Ｔ２１にはそのＳｉＯ２膜の上にＳｉＯａＮｂ膜が堆積され（ただしａ≧０、ｂ＞０）、成膜期間Ｔ２の最後にはＯ組成ａが零となってＳｉＮとなる。ＳｉＯａＮｂ膜のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、Ｏ２流量およびＮ２流量にそれぞれ依存するから、成膜が進むに従って、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａは単調（この実施形態ではリニア）に減少し、Ｎ組成ｂは単調（この実施形態ではリニア）に増加する。成膜の途中でＯ２流量とＮ２流量が一旦等しくなり、その後大小関係が逆転する。
【００６１】
よって、ＳｉＯａＮｂ膜中のＯ組成ａおよびＮ組成ｂは、膜厚途中位置で等しくなり、その位置を挟んで大小関係が逆転する。このようにして、回折・散乱膜１１は、ＳｉＯ２膜部分とＳｉＯａＮｂ膜部分とを有し、ＳｉＯａＮｂ膜部分においては、膜厚方向に関してＯ組成ａおよびＮ組成ｂが勾配を有することになる。より具体的には、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＯ組成は、基板２から発光層４に向かうに従って単調に減少し、発光層４との界面では零になる。また、ＳｉＯａＮｂ膜部分のＮ組成は、基板２から発光層４に向かって単調に増加することになる。そして、ＳｉＯａＮｂ膜部分は、膜厚方向の途中位置にＯ組成とＮ組成とが等しい位置を有し、その位置に対して基板２側においてはＯ組成ａがＮ組成ｂよりも大きく、当該位置に対して発光層４側においてはＮ組成ｂがＯ組成ａよりも大きい。ＳｉＯａＮｂ膜部分は、発光層４との界面ではＯ組成ａが零となり、ＳｉＮとなっている。Ｓｉ組成は、回折・散乱膜１１の膜厚方向のいずれの位置でも一定である。
【００６２】
冷却期間Ｔ３においては、Ｏ２流量およびＳｉＨ４流量がいずれも０とされる一方で、Ｎ２流量が所定流量Ｆ３３（＞Ｆ３２）とされ、高周波パワーが０とされる。これにより、処理チャンバ内にＮ２が大流量で送り込まれ、処理チャンバ内の冷却が図られる。
図９は、この発明の第５の実施形態を説明するための図であり、回折・散乱膜１１の形成工程の第５の具体例を説明するための図である。すなわち、図４と同様に、プラズマＣＶＤ法によって回折・散乱膜１１を形成するときの原料ガス流量の時間変化、および高周波パワーの時間変化が示されている。期間Ｔ１はプラズマでウエハを加熱している予備加熱期間である。期間Ｔ２は成膜期間である。期間Ｔ３は処理チャンバ内を冷却するための冷却期間である。
【００６３】
この具体例では、いずれの期間においても、Ｏ２の流量は零に保持される。
予備加熱期間Ｔ１には、高周波パワーは０よりも大きい一定値Ｐ４１に保持されている。Ｎ２流量は０よりも大きな一定値Ｆ４１に保持されており、ＳｉＨ４流量は０に保持されている。したがって、ウエハ上には膜は堆積されない。
成膜期間Ｔ２中には、Ｎ２流量は、初期流量Ｆ４１よりも少ない一定値Ｆ４２に保持される。ＳｉＨ４流量は、成膜期間Ｔ２の全体に渡って、０よりも大きい一定値に保持される。高周波パワーは、初期値Ｐ４２から単調（図９の例ではリニア）に増加し、成膜期間Ｔ２の終わりには、所定値Ｐ４３（＞Ｐ４２）に達する。
【００６４】
よって、成膜期間Ｔ２にはＳｉＮｘ膜が堆積され（ただしｘ＞０）、Ｎ組成ｘが高周波パワーに応じて、膜厚方向に関して変化する。より具体的には、成膜期間Ｔ２中の時間経過に従って、Ｎ組成ｘが大きくなるＳｉＮｘが成膜される。したがって、成膜が進むに従って、Ｎ組成ｘは単調（たとえばリニア）増加する。このようにして、回折・散乱膜１１は、ＳｉＮｘ膜からなり、膜厚方向に関してＮ組成ｘが勾配を有することになる。より具体的には、ＳｉＮｘ膜のＮ組成ｘは、基板２から発光層４に向かうに従って単調に増加することになる。ＳｉＮｘのエッチングレートはＮ組成ｘに依存するので、回折・散乱膜１１は、膜厚方向に関してエッチングレートが変化することになる。よって、Ｎ組成ｘの勾配に応じた傾斜の側面１１ａを有する凸部１１Ａ（図２Ａおよび図２Ｂ等参照）を形成できる。
【００６５】
冷却期間Ｔ３においては、Ｎ２流量が所定流量Ｆ４４（＞Ｆ４２）に保持され、ＳｉＨ４流量が０とされる。そして、高周波パワーが０とされる。これにより、処理チャンバ内にＮ２が大流量で送り込まれ、処理チャンバ内の冷却が図られる。
図１０は、高周波パワーを様々な値に設定してＳｉＮｘをプラズマＣＶＤ法で形成して得られた膜の赤外線分光スペクトルを示す。この図１０から、高周波パワーを高くするほどＮ組成ｘを大きくできることが分かる。したがって、プラズマＣＶＤ法でＳｉＮｘ膜を成膜するときに、成膜期間における高周波パワーに変動を与えることによって、膜厚方向に関して、Ｎ組成の勾配を与えることができる。
【００６６】
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、さらに他の形態で実施することができる。たとえば、前述の実施形態では、回折・散乱膜１１の側面１１ａが膜主面に垂直な切断面において直線をなす例を示したが、図１１Ａに示すように、側面１１ａは、主面垂直断面が外側に凸状の湾曲線をなすような凸湾曲面であってもよい。また、図１１Ｂに示すように、側面１１ａは、主面垂直断面が内側に凹状の湾曲線をなすような凹湾曲面であってもよい。このような形状の側面１１ａは、成膜時のＮ２およびＯ２の流量比の制御、または高周波パワーの制御によって実現できる。たとえば、成膜期間において、Ｎ２流量、Ｏ２流量、高周波パワー等を非線形に変化させればよい。
【００６７】
また、前述の実施形態では、回折・散乱膜１１のエッチングをプラズマエッチングによって行う例を説明したが、回折・散乱膜１１のエッチングは他のドライエッチング法で行ってもよいし、ウェットエッチング法によって行ってもよい。
さらに、前述の実施形態では、回折・散乱膜１１が六角錐台形状の凸部１１Ａをなす例を示したが、凸部１１Ａは、円錐台形状、任意の角数（たとえば、三角、四角、六角等）の多角形錘台形状、円錐形状、任意の角数の多角錘台形状、側面が傾斜した帯状などの他の形状を有していてもよい。
【００６８】
また、前述の実施形態では、窒化物半導体として、ＧａＮを例示したが、窒化物半導体は、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体であり、窒化ガリウム（ＧａＮ）以外にも、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）などが代表例である。窒化物半導体は、一般には、ＡｌＸＩｎＹＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）と表わすことができる。
【００６９】
また、前述の実施形態では、基板側から光を取り出す構造の半導体発光素子を例示したが、この発明は、基板とは反対側から光を取り出す構造の半導体発光素子にも適用することができる。この場合には、たとえば、図１の構成において、反射電極層７を省き、代わりに、基板２の裏面２Ａに反射層を形成すればよい。
また、前述の実施形態では、窒化物半導体を用いた半導体発光素子を例示したが、窒化物半導体以外の半導体材料を用いた半導体発光素子に対してこの発明を適用してもよい。
【００７０】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  半導体発光素子
２  基板
３  ｎ型窒化物半導体層
３ａ  ＧａＮ結晶
４  発光層
５  ｐ型窒化物半導体層
６  透明電極層
７  反射電極層
８  ｎ型電極層
９  分離絶縁層
１０  接合層
１１  回折・散乱膜
１１Ａ  凸部
１１ａ  側面
１２  ｐ型電極部
１３  ｎ型電極部
２０  窒化物半導体層
【図１】
2014056879.tif 000003
【図２】
2014056879.tif 000004
【図３Ａ】
2014056879.tif 000005
【図３Ｂ】
2014056879.tif 000006
【図３Ｃ】
2014056879.tif 000007
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図３Ｉ】
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【図３Ｊ】
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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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