(57)【要約】      （修正有）【課題】光取り出し効率を高めることができる半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型のＧａＮ半導体層１３と、光取出面を有する第２導電型のＩｎＧａＮ半導体層１６と、これらＧａＮ半導体層及びＩｎＧａＮ半導体層間に設けられた発光層１５と、を有し、ＩｎＧａＮ半導体層の光取出面からＧａＮ半導体層まで達し、ＧａＮ半導体層から光取出面に向かってその内径が拡大する窪み部Ｐｔを更に有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のＧａＮ半導体層と、
光取出面を有する前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型のＩｎＧａＮ半導体層と、
前記ＧａＮ半導体層及び前記ＩｎＧａＮ半導体層間に設けられた発光層と、を有し、
前記ＩｎＧａＮ半導体層の前記光取出面から前記ＧａＮ半導体層まで達し、前記ＧａＮ半導体層から前記光取出面に向かってその内径が拡大する窪み部を更に有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記光取出面での前記窪み部の開口部の径は、前記発光層から放射される光の波長よりも大であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記窪み部には絶縁材が充填されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記絶縁材に光散乱材が混合されていることを特徴とする請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記絶縁材は樹脂であり、前記光散乱材はアルミナであることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記絶縁材の屈折率はＧａＮ結晶の屈折率よりも小であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記ＩｎＧａＮ半導体層におけるインジウム組成は０．０５〜０．２０であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記窪み部の開口部の直径は１μｍ〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記発光層は、ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．１０≦Ｘ≦０．２５）からなる井戸層と、ＧａＮ結晶又はＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．０５≦Ｘ≦０．１０）結晶からなる障壁層と、が交互に積層されてなる多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記発光層及び前記ＧａＮ層間には、ＩｎＧａＮ結晶からなるＩｎＧａＮ層、又はＩｎＧａＮ結晶を含む超格子構造層が形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記ＩｎＧａＮ半導体層と、前記発光層と、前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層と、による合計層厚が６００ｎｍ〜１３００ｎｍであることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
基板上に第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、
前記第１のＧａＮ層上にＩｎＧａＮ結晶からなる超格子構造層又はＩｎＧａＮ層を形成しつつ、前記第１のＧａＮ系半導体層内に存在する結晶欠陥に伴う空孔領域を前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層内で拡張させる工程と、
前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層上に発光層を形成しつつ、前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層内で拡張された前記空孔領域を前記発光層内で更に拡張させる工程と、
前記発光層上にＩｎＧａＮ結晶を含む第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層を形成しつつ、前記発光層内で拡張された前記空孔領域を第２のＧａＮ系半導体層内で更に拡張させることにより前記第２のＧａＮ系半導体層の表面に、前記第１のＧａＮ系半導体層から前記第２のＧａＮ系半導体層の表面に向かってその内径が拡大する窪み部を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記記窪み部の開口部の径は、前記発光層から放射される光の波長よりも大であることを特徴とする請求項１２記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記窪み部に絶縁材を充填する工程を更に含むことを特徴とする請求項１２又は１３記載の半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子として、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体を有する半導体発光素子が研究されている（例えば、特許文献１参照）。かかる半導体発光素子は、ｐ型のＧａＮ層とｎ型のＧａＮ層との間に、ＩｎＧａＮ（インジウム窒化ガリウム）からなる発光層（活性層とも称する）を挟んだ構造を有する。従って、発光層から放射された光はＧａＮ層を介して空間に放出されることになる。
【０００３】
ところで、ＧａＮ層の屈折率は空気中の屈折率に比して大きいので、発光層から放射された光の一部は、ＧａＮ層と空気（外部空間）との境界面で全反射してしまう。つまり、発光層から放射された光の内で、ＧａＮ層及び空気の各々の屈折率に対応した臨界角よりも大なる入射角で上記境界面に入射する光はこの境界面で反射してしまい、空間に放射されない。
【０００４】
よって、半導体発光素子では、発光層から放射された光の外部空間への取り出し効率が悪いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５９４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率が高く高発光効率の半導体発光素子及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体発光素子は、第１導電型のＧａＮ半導体層と、光取出面を有する前記第１導電型とは反対導電型の第２導電型のＩｎＧａＮ半導体層と、前記ＧａＮ半導体層及び前記ＩｎＧａＮ半導体層間に設けられた発光層と、を有し、前記ＩｎＧａＮ半導体層の前記光取出面から前記ＧａＮ半導体層まで達し、前記ＧａＮ半導体層から前記光取出面に向かってその内径が拡大する窪み部を更に有することを特徴としている。
【０００８】
また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上に第１導電型の第１のＧａＮ系半導体層を形成する工程と、前記第１のＧａＮ層上にＩｎＧａＮ結晶からなる超格子構造層又はＩｎＧａＮ層を形成しつつ、前記第１のＧａＮ系半導体層内に存在する結晶欠陥に伴う空孔領域を前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層内で拡張させる工程と、前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層上に発光層を形成しつつ、前記超格子構造層又は前記ＩｎＧａＮ層内で拡張された前記空孔領域を前記発光層内で更に拡張させる工程と、前記発光層上にＩｎＧａＮ結晶を含む第２導電型の第２のＧａＮ系半導体層を形成しつつ、前記発光層内で拡張された前記空孔領域を第２のＧａＮ系半導体層内で更に拡張させることにより前記第２のＧａＮ系半導体層の表面に、前記第１のＧａＮ系半導体層から前記第２のＧａＮ系半導体層の表面に向かってその内径が拡大する窪み部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
従って、かかる構成によれば、第１導電型のＧａＮ層上にＩｎＧａＮ結晶を含む層が積層されているので、インジウムを含まないＧａＮ層が形成されている場合に比して、ＧａＮ層に対する格子定数の差が大となる。これにより、結晶欠陥に伴う空孔の領域が大となるので、第２導電型のＩｎＧａＮ層の光取出面には、ＩｎＧａＮ半導体層の光取出面からＧａＮ半導体層まで達し、且つこのＧａＮ半導体層から光取出面に向かってその内径が拡大する窪み部が形成される。この際、発光層から放射された光の一部は、従来、光取出面で全反射していたが、これが上記した窪み部を介して外部空間へ放出されるようになる。
【００１０】
よって、本発明によれば、半導体発光素子の光取り出し効率を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１による半導体発光素子の構造を示す正面図及び断面図である。
【図２】半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。
【図３】窪み部Ｐｔでの光取り出し形態を示す図である。
【図４】実施例１による半導体発光素子の構造の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例２による半導体発光素子の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例１及び２各々による半導体発光素子の構造の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１（ａ）は、本発明の実施例１としての半導体発光素子の一部をその光取出面側から眺めた正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＷ−Ｗ線における半導体発光素子の断面を示す断面図である。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、本発明に係る半導体発光素子は、結晶成長基板としてのサファイア（ＳｉＣ）基板１１上に、低温バッファ層１２、ｎ−ＧａＮ層１３、超格子構造（以下、ＳＬＳと称する）層１４、発光層１５、及び光取出面を有するｐ−ＩｎＧａＮ層１６を積層させた構造を有する。
【００１５】
低温バッファ層１２は、サファイア基板１１上に形成されており、ＧａＮ結晶からなる層厚約１０〜５０ｎｍの層である。また、ｎ−ＧａＮ層１３は、低温バッファ層１２上に形成されており、ＧａＮ結晶からなる層厚約３〜４μｍのｎ型の半導体層である。
【００１６】
ＳＬＳ層１４は、ｎ−ＧａＮ層１３上に形成されており、ＩｎＧａＮ結晶層及びＧａＮ結晶層が交互に積層されてなる合計層厚が約４００〜１０００ｎｍの層である。
【００１７】
発光層１５は、ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．１０≦Ｘ≦０．２５）からなる層厚約３ｎｍの井戸層と、ＧａＮ結晶又はＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ（０．０５≦Ｘ≦０．１０）結晶からなる層厚約７ｎｍの障壁層とが交互に積層されてなる、いわゆる多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）を有する層厚約１００ｎｍの層である。例えば、発光層１５は、インジウムの組成（ｘ）（以下、Ｉｎ組成と称する）が０．２３のＩｎＧａＮ結晶からなる井戸層と、Ｉｎ組成が０．０５のＩｎＧａＮ結晶からなる障壁層と、で構築されている。尚、発光層１５の井戸層及び障壁層各々のＩｎ組成及び層厚は、所望とする発光波長に応じて適宜設定されるものである。
【００１８】
ｐ−ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ層（０＜ｘ）１６は、その一方の面が発光層１５に接しており、他方の面が上記発光層１５から放射された光を外部空間へ取り出す為の光取出面となっている。ｐ−ＩｎＧａＮ層１６は、ｐ型のＩｎＧａＮ結晶層上に、高濃度のｐ型のＧａＮ結晶膜（膜厚：約５ｎｍ）が積層されてなる合計層厚約１００〜２００ｎｍの層である。
【００１９】
上記した半導体発光素子は、例えば有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称する）法によって製造される。図２は、ＭＯＣＶＤ装置（図示せぬ）による半導体発光素子の製造手順を示すフロー図である。
【００２０】
図２において、ＭＯＣＶＤ装置は、リアクタ（図示せぬ）内にサファイア基板１１が設置されると、先ず、リアクタ内の雰囲気温度を約４００〜７００℃に調整する。ここで、水素からなるキャリアガスを用いて、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）及びアンモニア（ＮＨ３）からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、ＧａＮ結晶からなり、例えば層厚約１０〜５０ｎｍの低温バッファ層１２がサファイア基板１１上に成長される（低温バッファ層形成工程Ｓ１）。
【００２１】
尚、かかる低温バッファ層形成工程Ｓ１でのＧａＮ結晶の成長過程において、サファイア基板１１とＧａＮとの格子定数の差に起因して結晶欠陥が生じ、図１（ｂ）に示すような、サファイア基板１１及び低温バッファ層１２の境界面から結晶成長方向に向けて伸張する貫通転位Ｔｄが多数発生する。
【００２２】
次に、基板１１の温度（成長温度）を約１０００〜１２００℃に調整する。そして、上記したキャリアガスを用いて、シラン（ＳｉＨ４）からなるドーパントガスと、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスとがリアクタ内に供給される。これにより、例えば層厚約３〜４μｍのｎ型のＧａＮ系半導体層としてのｎ−ＧａＮ層１３をこの低温バッファ層１２上に形成する（ｎ型半導体層形成工程Ｓ２）。更に、このｎ型半導体層形成工程Ｓ２により、ｎ−ＧａＮ層１３内において、結晶欠陥に伴う各貫通転位Ｔｄの発生箇所に空孔領域が形成される。
【００２３】
次に、基板１１の温度を約８００〜９００℃に調整する。そして、窒素ガスをキャリアガスとして用いて、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．０５≦Ｘ≦０．２０）をｎ−ＧａＮ層１３上に成長させる。引き続き、ＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＧ及びＮＨ３からなる原料ガスを用いてＩｎＧａＮ結晶層上にＧａＮ結晶を形成する。上記したようなＩｎＧａＮ結晶層及びＧａＮ結晶層を形成する一連の処理を複数回に亘り繰り返し実行することにより、層厚約４００〜１０００ｎｍのＳＬＳ層１４をｎ−ＧａＮ層１３上に形成する。この際、ｎ−ＧａＮ層１３内に形成された空孔領域がＳＬＳ層１４内で拡張される（ＳＬＳ層形成工程Ｓ３）。
【００２４】
次に、基板１１の温度を約８００〜９００℃に維持したまま、窒素ガスをキャリアガスとして用いて、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、ＴＭＩ及びＮＨ３からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、ＳＬＳ層１４上にＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．１０≦Ｘ≦０．２５）を成長させ、例えば層厚約３ｎｍの井戸層を形成する。引き続き、ＴＥＧ及びＮＨ３からなる原料ガスがリアクタ内に供給される。これにより、ＧａＮ結晶からなり、例えば層厚約７ｎｍの障壁層をこの井戸層上に形成する。上記した井戸層及び障壁層各々を形成する一連の処理を複数回に亘り繰り返し実行することにより、井戸層及び障壁層が交互に積層されてなる、いわゆる多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する層厚約１００ｎｍの発光層１５をＳＬＳ層１４上に形成する。この際、ＳＬＳ層１４内で拡張した上記空孔領域が、この発光層１５内で更に拡張される（発光層形成工程Ｓ４）。
【００２５】
次に、基板１１の温度が約７００〜８００℃に調整され、ここで、窒素ガスをキャリアガスとして用いて、ドーパントガスであるシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）と、ＴＥＧ、ＴＭＩ及びＮＨ３からなる原料ガスとをリアクタ内に供給することにより、発光層１５上にｐ型のＩｎＧａＮ結晶を成長させる。そして、Ｃｐ２Ｍｇの供給量を高めたドーパントガスと、ＴＥＧ及びＮＨ３からなる原料ガスとを用いて、このｐ型のＩｎＧａＮ結晶上にｐ型のＧａＮ結晶層（層厚：約５ｎｍ）を成長させる。これにより、インジウムを含み且つ合計層厚約１００〜２００ｎｍのｐ型のＧａＮ系半導体層としてのｐ−ＩｎＧａＮ層１６を、発光層１５上に形成する。この際、発光層１５内で拡張した上記空孔領域が、このｐ−ＩｎＧａＮ層１６内で更に拡張される。これにより、ｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面には、ｎ−ＧａＮ層１３からこのｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面（光取出面）に向かってその内径が拡大する窪み部Ｐｔが形成される（ｐ型半導体層形成工程Ｓ５）。
【００２６】
尚、このｐ型半導体層形成工程Ｓ５の直前の段階では結晶性の高い膜が成長してきているので、かかるｐ型半導体層形成工程Ｓ５では高温で結晶成長させるのが望ましい。ところが、高温で結晶成長させる場合、インジウムの取り込み量は減少する。そこで、ｐ型半導体層形成工程Ｓ５では、ｐ−ＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．０５≦Ｘ≦０．２０）の如きＩｎ組成（Ｘ）を有する結晶を成長させる。
【００２７】
ここで、上記した低温バッファ層形成工程Ｓ１で発生した貫通転位Ｔｄによる空孔領域は、図１（ａ）に示すように、ｎ−ＧａＮ層１３、ＳＬＳ層１４、発光層１５及びｐ−ＩｎＧａＮ層１６の各々を介して徐々に拡張して行き、このｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面、つまり半導体発光素子の光取出面に到る。これにより、半導体発光素子の光取出面には、例えば図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような、ｎ−ＧａＮ層１３からｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面（光取出面）に向かってその内径が拡大する多角形の開口部を有する多角錐状の窪み部Ｐｔが複数形成される。尚、ｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面に形成される窪み部Ｐｔの形状としては、その開口部が多角形となる多角錐形状に限らず、円形の開口部を有する円錐状のものであっても良い。
【００２８】
この際、図１に示す半導体発光素子では、結晶成長過程において窪み部Ｐｔの開口部を広げるべく、発光層１５上に形成するｐ型半導体層として、インジウムを含むｐ−ＩｎＧａＮ層１６を採用するようにしている。
【００２９】
これにより、ｎ−ＧａＮ層１３上に形成する各層（１４〜１６）がインジウムを含むＧａＮ系の層、つまりＩｎＧａＮ結晶を含む層となる。よって、ＧａＮに対する格子定数の差によって結晶欠陥に伴う空孔の領域が大となり、その結果、図１（ａ）又は図１（ｂ）に示すように、ｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面（光取出面）からｎ−ＧａＮ層１３まで達し、且つｎ−ＧａＮ層１３からｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面に到る区間でその内径が拡大する円錐状又は多角錐状の窪み部Ｐｔが形成される。この際、窪み部Ｐｔの開口部の直径ＤＭは、発光層１５から放射される光を効率良く外部空間へ放出させる為に、その光の波長（真空波長）よりも大となっている。例えば、図１に示す半導体発光素子によって外部空間に放出される光の波長が約４５０ｎｍである場合、直径ＤＭは１μｍ〜５μｍとなる。ここで、窪み部Ｐｔの開口部の形状は円形のみならず、図１（ａ）に示すような多角形状となる場合もあることから、上記した直径ＤＭは、窪み部Ｐｔの開口部での平均内径を表すものとする。
【００３０】
上記した構成を有する半導体発光素子によれば、発光層１５から放出された光の内で、図３に示すｐ−ＩｎＧａＮ層１６と空間との境界面（破線にて示す）、つまり光取出面に対して臨界角θＣより大なる角度で放出される光（太線矢印にて示す）は、窪み部Ｐｔによるｐ−ＩｎＧａＮ層１６の内壁面で屈折して外部空間に放出される。
【００３１】
よって、図１に示す半導体発光素子によれば、従来、ｐ−ＩｎＧａＮ層１６と空間との境界面で全反射していた光を外部空間へ放出することが可能となるので、光取り出し効率が高くなる。
【００３２】
要するに、本発明に係る半導体発光素子は、第１導電型のＧａＮ半導体層（１３）と、光取出面を有し且つ第１導電型とは反対導電型の第２導電型のＩｎＧａＮ半導体層（１６）との間に、ＩｎＧａＮを含む発光層（１５）を形成したものである。更に、本発明に係る半導体発光素子では、上記したＩｎＧａＮを含む層をＧａＮ半導体層（１３）上に積層することにより、第２導電型のＩｎＧａＮ半導体層（１６）の光取出面から第１導電型のＧａＮ半導体層（１３）まで達し、且つこのＧａＮ半導体層（１３）から光取出面に向かってその内径が拡大する窪み部（Ｐｔ）を設けるようにしている。
【００３３】
かかる構成によれば、上記した光取出面に対して臨界角θＣより大なる角度で発光層から放射される光に対しても、これを窪み部（Ｐｔ）を介して外部空間に放出できるようになるので、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
【００３４】
尚、図１に示す実施例１では、ＳＬＳ層１４上に発光層１５を形成した構造を示しているが、ＳＬＳ層１４に代えてＩｎＧａＮ層上に発光層１５を形成した構造を採用しても良い。
【００３５】
図４は、かかる点に鑑みて為された、図１（ｂ）に示す半導体発光素子の変形例を示すＷ−Ｗ断面図である。尚、図４に示す構造では、図１（ｂ）に示されるＳＬＳ層１４に代えてＩｎＧａＮ層１７を採用した点を除く他の構成は図１（ｂ）に示すものと同一である。よって、以下にＩｎＧａＮ層１７とその形成方法について説明する。
【００３６】
ＩｎＧａＮ層１７の形成工程では、基板１１の温度を約８００〜９００℃に維持し、窒素ガスをキャリアガスとして用いて、ＴＥＧ、ＴＭＩ及びＮＨ３からなる原料ガスをリアクタ内に供給する。これにより、ｎ−ＧａＮ層１３上にＩｎＸＧａ（１−Ｘ）Ｎ結晶（０．０５≦Ｘ≦０．２０）を成長させ、層厚が例えば約４００〜１０００ｎｍのＩｎＧａＮ層１７をｎ−ＧａＮ層１３上に形成する。尚、図４に示すＳＬＳ層１４に代えてＩｎＧａＮ層１７を採用する場合、ＩｎＧａＮ層１７、発光層１５及びｐ−ＩｎＧａＮ層１６による合計層厚Ｄを６００ｎｍ〜１３００ｎｍとするのが望ましい。
【００３７】
ところで、上記実施例１に示される窪み部Ｐｔの内壁では、ｎ−ＧａＮ層１３、ＳＬＳ層１４（又はＩｎＧａＮ層１７）、発光層１５及びｐ−ＩｎＧａＮ層１６各々の一部が外部空間に露出することになる。よって、窪み部Ｐｔ内に導電性の物質が付着するとリークする虞が生じる。そこで、このようなリークを防止する為に、各窪み部Ｐｔに絶縁材を充填するようにしても良い。
【００３８】
図５は、かかる点に鑑みて為された、実施例２の半導体発光素子の断面、つまり図１（ａ）におけるＷ−Ｗ線での断面を示す断面図である。尚、図５に示される構成では、窪み部Ｐｔの各々に絶縁材からなる充填材２０が充填されている点を除く他の構成は、図１（ｂ）又は図４に示されるものと同一である。
【００３９】
すなわち、真空蒸着法、スパッタリング法、又はスピンコート法によってシリコーン樹脂、又は耐紫外線タイプのエポキシ樹脂等の絶縁材をｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面に蒸着又は塗布することにより、絶縁材からなる充填材２０を各窪み部Ｐｔ内に充填するのである。尚、真空蒸着法又はスパッタリング法によって絶縁材をｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面に蒸着した場合には、このｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面上において窪み部Ｐｔの開口部以外の領域に蒸着した絶縁材を研磨してこれを除去する。これにより、図５に示すように、各窪み部Ｐｔ内にだけ充填材２０が充填される。
【００４０】
また、更に効率良く窪み部Ｐｔから光を取り出す為に、充填材２０内に例えばアルミナ等の光散乱材を混合するようにしても良い。つまり、光散乱材を混合した液状の樹脂材をスピンコータを用いてｐ−ＩｎＧａＮ層１６の表面に塗布した後、その表面を研磨することにより、光散乱材が含まれる充填材２０を各窪み部Ｐｔ内に充填するのである。尚、光散乱材としてのアルミナの粒径が７００ｎｍ〜数μｍであることから、窪み部Ｐｔの開口部の直径ＤＭを１μｍ〜５μｍ、更に、ＳＬＳ層１４、発光層１５及びｐ−ＩｎＧａＮ層１６による合計層厚Ｄを６００ｎｍ〜１３００ｎｍとするのが望ましい。また、上記のように光散乱材と絶縁材（樹脂材）とを混合させたものを充填材２０とする場合、この絶縁材としては、その屈折率がＧａＮ結晶の屈折率（約２．４）よりも小さいものを用いる。
【００４１】
図６（ａ）は、上記実施例１による半導体発光素子の変形例を示すＷ−Ｗ線での断面図であり、図６（ｂ）は、上記実施例２による半導体発光素子の変形例を示すＷ−Ｗ線での断面図である。上記実施例１又は２に示す半導体発光素子では、ＳＬＳ層１４又はＩｎＧａＮ層１７上に発光層１５を形成するようにしているが、これらＳＬＳ層１４、ＩｎＧａＮ層１７を省き、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＮ層１３上に発光層１５を形成するようにしても良い。
【００４２】
かかる構成によっても同様に、光取出面に対して臨界角θＣより大なる角度で発光層から放射される光に対しても、これを窪み部（Ｐｔ）を介して外部空間に放出できるようになるので、光取り出し効率の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
また、上述したＩｎ組成（Ｘ）の値、各層の層厚等は例示に過ぎず、適宜改変しても良い。
【符号の説明】
【００４４】
１１  サファイア基板
１２  低温バッファ層
１３  ｎ−ＧａＮ層
１４  ＳＬＳ層
１５  発光層
１６  ｐ−ＩｎＧａＮ層
１７  ＩｎＧａＮ層
２０  充填材
Ｐｔ  窪み部
【図１】
2014112599.tif 000003
【図２】
2014112599.tif 000004
【図３】
2014112599.tif 000005
【図４】
2014112599.tif 000006
【図５】
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【図６】
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