(57)【要約】【課題】簡単な構成で、従来に比べて光取り出し効率を向上できる半導体発光素子を提供する。【解決手段】基板２と、基板２上の金属層３と、金属層３上の透光導電層４と、透光導電層４上の絶縁層３０と、絶縁層３０上に形成され、発光層８、ｐ型半導体層９およびｎ型半導体層１０を含むIII−Ｖ族半導体構造５とを含み、ｐ型半導体層９のｐ型ＧａＰコンタクト層１１の屈折率ｎ１、絶縁層３０の屈折率ｎ２および透光導電層４の屈折率ｎ３が、関係式：ｎ１＞ｎ２＜ｎ３を満たす、半導体発光素子１を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の金属層と、
前記金属層上の透光導電層と、
前記透光導電層上の絶縁層と、
前記絶縁層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層とを含み、
前記第１導電型層の屈折率ｎ１、前記絶縁層の屈折率ｎ２および前記透光導電層の屈折率ｎ３が、関係式：ｎ１＞ｎ２＜ｎ３を満たす、半導体発光素子。
【請求項２】
前記透光導電層と前記絶縁層との光学膜厚の合計厚さＴが、λ／４（λは発光波長）の奇数倍である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１導電型層と前記絶縁層との界面における全反射の臨界角が、３０°以下である、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記屈折率ｎ１と前記屈折率ｎ２との差が１．７以上である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記屈折率ｎ１が３．０〜３．５であり、前記屈折率ｎ２が１．３〜１．６であり、前記屈折率ｎ３が１．７〜２．０である、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】
前記第１導電型層がｐ型ＧａＰを含み、前記絶縁層がＳｉＯ２を含み、前記透光導電層がＩＴＯ（酸化インジウムスズ）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】
前記発光波長λが５６０ｎｍ〜６６０ｎｍであり、前記光学膜厚の合計厚さＴが１．２５λである、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】
前記絶縁層は、前記第１導電型層を選択的に露出させるコンタクトホールを有し、
前記コンタクトホールには、前記第１導電型層に電気的に接続されたコンタクトメタルが配置されており、
前記透光導電層の端縁は、前記コンタクトホールの周縁よりも前記絶縁層上の領域側に後退して配置されている、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９】
前記コンタクトホールの周縁と前記コンタクトメタルの端縁との間に空間が形成されており、
前記空間は、前記金属層で満たされている、請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記金属層は、Ａｕ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】
前記基板は、シリコン基板を含む、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】
前記半導体層上の表面電極を含む、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】
前記基板の裏面上の裏面電極を含む、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】
前記半導体層の表面は、微細な凹凸形状に形成されている、請求項１〜１３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】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の発光ダイオードは、支持基板の一面にオーミックコンタクト層、第２金属層、第１金属層、絶縁層、ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well ：多重量子井戸）活性層、ｎ型クラッド層およびｎ型コンタクト層がこの順に積層された半導体層を有すると共に、ＯＤＲ構造を有している。すなわち、ｐ型コンタクト層と第１金属層との間の絶縁層の一部領域にはコンタクト部が埋設されており、これにより第１金属層とｐ型コンタクト層とが電気的に接続されている。支持基板の裏面にはｐ側電極が、またｎ型コンタクト層上にはリング状のｎ側電極がそれぞれ設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２１０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、簡単な構成で、従来に比べて光取り出し効率を向上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】
【０００５】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板上の金属層と、前記金属層上の透光導電層と、前記透光導電層上の絶縁層と、前記絶縁層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層とを含み、前記第１導電型層の屈折率ｎ１、前記絶縁層の屈折率ｎ２および前記透光導電層の屈折率ｎ３が、関係式：ｎ１＞ｎ２＜ｎ３を満たす。
【０００６】
この構成によれば、絶縁層の屈折率ｎ２と透光導電層の屈折率ｎ３との関係がｎ２＜ｎ３であるため、絶縁層／透光導電層界面（第１界面）での光の反射を抑制することができる。これにより、第１導電型層／絶縁層界面（第２界面）で反射されずに透光導電層へ向かって入射した光を金属層まで到達させ、金属層で効率よく反射させることができる。その結果、光取り出し効率を向上させることができる。
【０００７】
また、第１導電型層、絶縁層および透光導電層の屈折率を適切に設計するだけでよいので、構造自体も簡単で済む。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記透光導電層と前記絶縁層との光学膜厚の合計厚さＴが、λ／４（λは発光波長）の奇数倍であってもよい。
この構成によれば、絶縁層と透光導電層との光学膜厚の合計厚さＴがλ／４（λは発光波長）の奇数倍であるため、絶縁層／透光導電層界面（第１界面）での反射率を効果的に低減することができる。これにより、当該第１界面を透過する光の量を増やすことができるので、金属層での光の反射量を増やすことができる。さらに、絶縁層と透光導電層との光学膜厚の合計厚さＴを適切に設計するだけでよいので、構造自体も簡単で済む。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記第１導電型層と前記絶縁層との界面における全反射の臨界角が、３０°以下であってもよい。
この構成によれば、第１導電型層／絶縁層界面（第２界面）における全反射光を増加させることができるので、光取り出し効率を一層向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記屈折率ｎ１と前記屈折率ｎ２との差が１．７以上であってもよい。
【０００９】
この構成によれば、第１導電型層／絶縁層界面（第２界面）における全反射の臨界角を小さくできるので、これにより、当該第２界面における全反射光を増加させ、光取り出し効率を一層向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記屈折率ｎ１が３．０〜３．５であり、前記屈折率ｎ２が１．３〜１．６であり、前記屈折率ｎ３が１．７〜２．０であってもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記第１導電型層がｐ型ＧａＰを含み、前記絶縁層がＳｉＯ２を含み、前記透光導電層がＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記発光波長λが５６０ｎｍ〜６６０ｎｍであり、前記光学膜厚の合計厚さＴが１．２５λであってもよい。
【００１１】
この構成によれば、絶縁層／透光導電層界面（第１界面）における反射率を５０％未満にすることができる。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記絶縁層は、前記第１導電型層を選択的に露出させるコンタクトホールを有し、前記コンタクトホールには、前記第１導電型層に電気的に接続されたコンタクトメタルが配置されており、前記透光導電層の端縁は、前記コンタクトホールの周縁よりも前記絶縁層上の領域側に後退して配置されていてもよい。
【００１２】
この構成によれば、絶縁層および透光導電層のエッジ部分（端縁部）におけるステップカバレッジ（段差被膜性）を向上させることができるので、当該エッジ部分を金属層の一部で良好に被覆した状態で、金属層とコンタクトメタルとを接続することができる。これにより、金属層とコンタクトメタルとの間の断線不良を少なくすることができる。その結果、コンタクトメタルと金属層とのコンタクト抵抗を小さくでき、順方向電圧の上昇を抑制することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記コンタクトホールの周縁と前記コンタクトメタルの端縁との間に空間が形成されており、前記空間は、前記金属層で満たされていてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記金属層は、Ａｕを含んでいてもよい。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記基板は、シリコン基板を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、前記半導体層上の表面電極を含んでいてもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、前記基板の裏面上の裏面電極を含んでいてもよい。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子では、前記半導体層の表面は、微細な凹凸形状に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３】図３Ａおよび図３Ｂは、図２の半導体発光素子の要部拡大図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図２の半導体発光素子の製造工程の一部を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの次の工程を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂの次の工程を示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図４Ｃの次の工程を示す図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図４Ｄの次の工程を示す図である。
【図４Ｆ】図４Ｆは、図４Ｅの次の工程を示す図である。
【図４Ｇ】図４Ｇは、図４Ｆの次の工程を示す図である。
【図４Ｈ】図４Ｈは、図４Ｇの次の工程を示す図である。
【図４Ｉ】図４Ｉは、図４Ｈの次の工程を示す図である。
【図４Ｊ】図４Ｊは、図４Ｉの次の工程を示す図である。
【図４Ｋ】図４Ｋは、図４Ｊの次の工程を示す図である。
【図４Ｌ】図４Ｌは、図４Ｋの次の工程を示す図である。
【図４Ｍ】図４Ｍは、図４Ｌの次の工程を示す図である。
【図５】図５は、実施例および参考例に係る半導体発光素子の発光波長と、ＩＴＯ／ＳｉＯ２界面での反射率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本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１を示す平面図である。図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
この半導体発光素子１は、基板２と、基板２上の金属層３と、金属層３上の透光導電層４と、透光導電層４上の絶縁層３０と、絶縁層３０上の本発明の半導体層の一例としてのIII−Ｖ族半導体構造５と、基板２の裏面（III−Ｖ族半導体構造５と反対側の表面）に接触するように形成されたｐ側電極６（裏面電極）と、III−Ｖ族半導体構造５の表面に接触するように形成されたｎ側電極７（表面電極）とを含む。
【００１８】
基板２は、この実施形態では、シリコン基板で構成されている。むろん、基板２は、たとえば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＧａＰ（リン化ガリウム）等の半導体基板で構成されていてもよい。基板２は、この実施形態では、図１に示すように平面視略正方形状に形成されているが、基板２の平面形状は特に制限されず、たとえば、平面視長方形状であってもよい。また、基板２の厚さは、たとえば、１５０μｍ程度であってもよい。
【００１９】
金属層３は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。金属層３は、Ａｕ層およびＡｕ合金層それぞれの単層であってもよいし、これらの層および他の金属層が複数積層された層であってもよい。金属層３は、複数の積層構造である場合、少なくとも透光導電層４との接触面がＡｕ層またはＡｕ合金層（たとえば、ＡｕＢｅＮｉ等）で構成されていることが好ましい。一例として、（透光導電層４側）Ａｕ／Ｔｉ（基板２側）で示される積層構造が挙げられる。さらに、金属層３は、金属層３を構成する複数の金属材料間に明瞭な境界が形成されず、当該複数の金属材料が、たとえば基板２側から順々に分布して構成されていてもよい。一方、この実施形態では、金属層３は、後述するように、成長基板２４（後述）と基板２との貼り合わせによって第１金属層２６（後述）と第２金属層２７（後述）とが接合して形成されるものである。そこで、図２では、便宜的に第１金属層２６と第２金属層２７との境界（貼り合わせ面）を示しているが、この境界は、明瞭に視認できなくてもよい。
【００２０】
金属層３は、基板２の表面全域を覆うように形成されている。また、金属層３の（総）厚さは、たとえば、５０００Å〜７０００Å程度であってもよい。
III−Ｖ族半導体構造５は、発光層８と、本発明の第１導電型層の一例としてのｐ型半導体層９と、本発明の第２導電型層の一例としてのｎ型半導体層１０とを含む。ｐ型半導体層９は発光層８に対して基板２側に配置されており、ｎ型半導体層１０は発光層８に対してｎ側電極７側に配置されている。こうして、発光層８が、ｐ型半導体層９およびｎ型半導体層１０によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層８には、ｎ型半導体層１０から電子が注入され、ｐ型半導体層９から正孔が注入される。これらが発光層８で再結合することによって、光が発生するようになっている。
【００２１】
ｐ型半導体層９は、基板２側から順に、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１（たとえば０．３μｍ厚）、ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２（たとえば１．０μｍ厚）およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３（たとえば０．８μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｎ型半導体層１０は、発光層８の上に、順に、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４（たとえば０．８μｍ厚）、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５（たとえば１．８μｍ厚）およびｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。
【００２２】
ｐ型ＧａＰコンタクト層１１およびｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６は、それぞれｐ側コンタクトメタル３２およびｎ側電極７とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｐ型ＧａＰコンタクト層１１は、ＧａＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＣ（カーボン）を高濃度にドープすることによってｐ型半導体とされている。また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６は、ＧａＡｓにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープすることによってｎ型半導体層とされている。
【００２３】
ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２は、ＧａＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープすることによってｐ型半導体とされている。一方、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５は、ＡｌＩｎＧａＰにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによってｎ型半導体層とされている。
ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３は、ＡｌＩｎＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープすることによってｐ型半導体とされている。一方、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４は、ＡｌＩｎＰにｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープすることによってｎ型半導体層とされている。
【００２４】
発光層８は、たとえばＩｎＧａＰを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造（多重量子井戸構造）を有しており、電子と正孔とが再結合することによって光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
発光層８は、この実施形態では、ＡｌＸ１ＩｎＧａＰ層からなる量子井戸層（たとえば５ｎｍ厚）とＡｌＸ２ＩｎＧａＰ層からなる障壁層（たとえば５ｎｍ厚）（ただし、Ｘ１＜Ｘ２）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）構造を有している。この場合に、ＡｌＸ１ＩｎＧａＰからなる量子井戸層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることによって、バンドギャップが比較的小さくなり、ＡｌＸ２ＩｎＧａＰからなる障壁層は、バンドギャップが比較的大きくなる。たとえば、量子井戸層（ＡｌＸ１ＩｎＧａＰ）と障壁層（ＡｌＸ２ＩｎＧａＰ）とは交互に２〜５０周期繰り返し積層されており、これにより、多重量子井戸構造の発光層８が構成されている。発光波長は、量子井戸層のバンドギャップに対応しており、バンドギャップの調整は、ＩｎまたはＡｌの組成比を調整することによって行うことができる。Ｉｎの組成比を大きくするほど、またはＡｌの組成比を小さくするほど、バンドギャップが小さくなり、発光波長が長くなる。この実施形態では、発光波長は、量子井戸層（ＡｌＸ１ＩｎＧａＰ層）におけるＩｎおよびＡｌの組成を調整することによって、５６０ｎｍ〜６６０ｎｍ（たとえば６２５ｎｍ）とされている。
【００２５】
図１および図２に示すように、半導体発光素子１は、その一部が除去されることによって、メサ部１７を形成している。より具体的には、III−Ｖ族半導体構造５の表面から、ｎ型半導体層１０、発光層８およびｐ型半導体層９がIII−Ｖ族半導体構造５の全周に亘ってエッチング除去され、横断面視略四角形状のメサ部１７が形成されている。メサ部１７の形状は、断面視略四角形状に限らず、たとえば台形状であってもよい。これにより、絶縁層３０が、メサ部１７から横方向に引き出された引き出し部１８を構成している。図１に示すように、平面視において、メサ部１７は引き出し部１８に取り囲まれている。
【００２６】
メサ部１７の表面には、微細な凹凸形状１９が形成されている。この微細な凹凸形状１９によって、III−Ｖ族半導体構造５から取り出される光を拡散させることができる。この実施形態では、後述するようにｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がｎ側電極７の形状に合わせて選択的に除去されることによってｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出しており、この露出面に微細な凹凸形状１９が形成されている。なお、図１では、明瞭化のため微細な凹凸形状１９を省略している。
【００２７】
裏面電極としてのｐ側電極６は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。具体的には、（基板２側）Ｔｉ／Ａｕで示される積層構造であってもよい。また、ｐ側電極６は、基板２の裏面全域を覆うように形成されている。
表面電極としてのｎ側電極７は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。具体的には、（III−Ｖ族半導体構造５側）ＡｕＧｅＮｉ／Ａｕで示される積層構造であってもよい。
【００２８】
また、ｎ側電極７は、パッド電極部２０と、当該パッド電極部２０の周囲に一定の領域を区画するようにパッド電極部２０から選択的に枝状に延びる枝状電極部２１とを一体的に含む。この実施形態では、平面視において、パッド電極部２０がメサ部１７の略中央に配置されており、当該パッド電極部２０とメサ部１７の４つの隅のそれぞれとの間に包囲領域２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを区画するように枝状電極部２１が形成されている。各包囲領域２２Ａ〜２２Ｄは、パッド電極部２０からメサ部１７の各周縁に向かって十字状に延びる枝状電極部２１Ａと、当該十字型の枝状電極部２１に交差してメサ部１７の各周縁に沿って延びる枝状電極部２１Ｂと、パッド電極部２０によって取り囲まれている。一方、包囲領域２２Ａ〜２２Ｄを除く枝状電極部２１Ｂの外側の領域は、メサ部１７の外周領域２３となっている。
【００２９】
そして、この実施形態では、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がｎ側電極７と同じ形状を有していることから、包囲領域２２Ａ〜２２Ｄおよび外周領域２３にｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出している。
図３Ａおよび図３Ｂは、図２の半導体発光素子１の要部拡大図である。図３Ａおよび図３Ｂを参照して、半導体発光素子１の特徴について説明する。
【００３０】
III−Ｖ族半導体構造５、絶縁層３０、透光導電層４および金属層３の積層形態に関して、まず、絶縁層３０は、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１の裏面１１ａ上に形成されている。絶縁層３０には、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１を選択的に露出させるコンタクトホール３１が形成されている。コンタクトホール３１は、図３Ａに示すように、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１に向かってコンタクトホール３１の径が狭まるテーパ状に形成されていてもよいし、図３Ｂに示すように、その厚さ方向全体に亘ってコンタクトホール３１の径が一定となるように形成されていてもよい。
【００３１】
コンタクトホール３１内には、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１の裏面１１ａに接するように、ｐ側コンタクトメタル３２が配置されている。ｐ側コンタクトメタル３２は、たとえば、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。ｐ側コンタクトメタル３２は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、絶縁層３０と同じ厚さを有していてもよい。ｐ側コンタクトメタル３２は、コンタクトホール３１の開口サイズよりも小さく形成されており、コンタクトホール３１の周縁とｐ側コンタクトメタル３２の端縁３２ｂとの間に空間３３が形成されている。
【００３２】
透光導電層４は、絶縁層３０の裏面３０ａ上に形成されている。透光導電層４は、図３Ａに示すように絶縁層３０よりも小さく形成されていてもよいし、図３Ｂに示すように絶縁層３０よりも大きく形成されていてもよいが、図３Ａの構造が好ましい。具体的に好ましくは、図３Ａに示すように、透光導電層４は、その端縁４ｂがコンタクトホール３１の周縁よりも絶縁層３０の裏面３０ａ上の領域側に後退して配置されるように、絶縁層３０よりも小さく形成されている。
【００３３】
これにより、図３Ａに示すように、絶縁層３０および透光導電層４のエッジ部分３４（たとえば、図３Ａの破線で囲まれた部分）におけるステップカバレッジ（段差被膜性）を向上させることができる。そのため、空間３３を金属層３で満たし、当該エッジ部分３４を金属層３の一部で良好に被覆した状態で、金属層３とｐ側コンタクトメタル３２とを接続することができる。これにより、金属層３とｐ側コンタクトメタル３２との間の断線不良を少なくすることができる。その結果、ｐ側コンタクトメタル３２と金属層３とのコンタクト抵抗を小さくでき、順方向電圧の上昇を抑制することができる。
【００３４】
一方、図３Ｂに示すように透光導電層４の端縁４ｂがコンタクトホール３１内に突出した構成であると、絶縁層３０および透光導電層４のエッジ部分３４におけるステップカバレッジが高くない。そのため、金属層３の形成後に、当該エッジ部分３４付近（たとえば、空間３３内）に金属層３が存在しない空洞３５が形成され、場合によっては当該空洞３５によってｐ側コンタクトメタル３２と金属層３との間が断線する場合がある。
【００３５】
金属層３は、透光導電層４およびｐ側コンタクトメタル３２を覆うように形成され、ｐ側コンタクトメタル３２と電気的に接続されている。金属層３は、コンタクトホール３１の周縁とｐ側コンタクトメタル３２の端縁３２ｂとの間の空間３３と対向する部分に、空洞３６を有している。
次に、III−Ｖ族半導体構造５、絶縁層３０および透光導電層４の屈折率に関して、半導体発光素子１では、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１の屈折率ｎ１、絶縁層３０の屈折率ｎ２および透光導電層４の屈折率ｎ３が、関係式：ｎ１＞ｎ２＜ｎ３を満たしている。
【００３６】
たとえば、屈折率ｎ１が３．０〜３．５であり、屈折率ｎ２が１．３〜１．６であり、屈折率ｎ３が１．７〜２．０であってもよい。これらの範囲は、あくまでも一例であるが、屈折率ｎ１および屈折率ｎ２に関しては、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１と絶縁層３０との界面における全反射の臨界角θｃが３０°以下、好ましくは、２７°以下となるように差（ｎ１−ｎ２）を設けることが好ましい。たとえば、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２との差が、１．７以上であることが好ましい。
【００３７】
このように屈折率ｎ１および屈折率ｎ２を定めることにより、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１／絶縁層３０界面における全反射光を増加させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。たとえば、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１（ｎ１＝３．３２）にＳｉＯ２からなる絶縁層３０（ｎ２＝１．４６）を組み合わせれば、臨界角θｃを約２６°にすることができる。一方、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１（ｎ１＝３．３２）にＳｉＮからなる絶縁層３０（ｎ２＝２．１０）を組み合わせた場合、臨界角θｃは約３７°となる。この両者を比較すると、絶縁層３０としてＳｉＯ２を用いた場合、ＳｉＮを用いた場合に比べて約１８％の光度アップを図ることができる。
【００３８】
なお、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１に組み合わせる好ましい絶縁層３０の材料としては、ＳｉＯ２の他、たとえばＭｇＦ２（ｎ２＝１．３８）等を使用することができる。また、透光導電層４の材料としては、たとえば、ＩＴＯ（ｎ３＝１．８１）、ＺｎＯ（ｎ３＝２．０）、ＩＺＯ（ｎ３＝２．１）等を使用することができる。
一方、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１／絶縁層３０界面を透過する光については、絶縁層３０／透光導電層４界面で反射させるよりも、金属層３で反射させることが効率的である。そこで、この実施形態では、絶縁層３０／透光導電層４界面での反射率を低減すべく、以下の条件を提供する。
【００３９】
つまり、この実施形態では、絶縁層３０と透光導電層４との光学膜厚の合計厚さＴが、λ／４（λは発光波長）の奇数倍である。各光学膜厚Ｔは、Ｔ＝物理的膜厚（ｎｍ）×屈折率の式で求めることができ、この実施形態では、Ｔ＝（絶縁層３０の厚さＴ２）×（屈折率ｎ２）＋（透光導電層４の厚さＴ３）×（屈折率ｎ３）となる。より具体的には、半導体発光素子１の発光波長λが５６０ｎｍ〜６６０ｎｍである場合、光学膜厚の合計厚さＴは、１．２５λであることが好ましい。表１は、発光波長λが５９０ｎｍ、６０５ｎｍ、６１８ｎｍおよび６２５ｎｍのときの好ましい光学膜厚の合計厚さＴ（＝１．２５λ）の一例を示すものである。
【００４０】
【表１】
2018032820.tif 000003
【００４１】
上記のように、屈折率ｎ２＜屈折率ｎ３であることで絶縁層３０／透光導電層４界面での光の反射を抑制できることに加え、絶縁層３０と透光導電層４との光学膜厚の合計厚さＴがλ／４（λは発光波長）の奇数倍である。そのため、絶縁層３０／透光導電層４界面での反射率を効果的に低減することができる。これにより、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１／絶縁層３０界面で反射されずに透光導電層４へ向かって入射した光を金属層３まで到達させ、金属層３で効率よく反射させることができる。その結果、光取り出し効率を向上させることができる。
【００４２】
すなわち、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１／絶縁層３０界面において臨界角を狭めて当該界面での全反射光を増加させる構成と、絶縁層３０／透光導電層４界面において反射率を低減して金属層３で効率よく反射させる構成との組み合わせによって、光を２段階で効率よく反射できるので、従来に比べて光取り出し効率を向上させることができる。
またｐ型ＧａＰコンタクト層１１、絶縁層３０および透光導電層４の屈折率ｎ１〜ｎ３、ならびに絶縁層３０と透光導電層４との光学膜厚の合計厚さＴを適切に設計するだけでよいので、構造自体も簡単で済む。
【００４３】
図４Ａ〜図４Ｍは、図２の半導体発光素子１の製造工程を工程順に示す図である。
半導体発光素子１を製造するには、たとえば図４Ａに示すように、ＧａＡｓ等からなる成長基板２４上に、エピタキシャル成長によってIII−Ｖ族半導体構造５および絶縁層３０が形成される。III−Ｖ族半導体構造５の成長方法は、たとえば、分子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法等、公知の成長方法を適用できる。この段階では、III−Ｖ族半導体構造５は、成長基板２４の側から順に、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４、発光層８、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３、ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２およびｐ型ＧａＰコンタクト層１１を含んでいる。
【００４４】
次に、図４Ｂに示すように、絶縁層３０が選択的にエッチングされることによってコンタクトホール３１が形成される。
次に、図４Ｃに示すように、たとえば蒸着法によって金属材料が絶縁層３０上に堆積され、当該金属材料がパターニングされることによって、コンタクトホール３１内にｐ側コンタクトメタル３２が形成される。
【００４５】
次に、図４Ｄに示すように、たとえば蒸着法によって、絶縁層３０上に透光導電層４が形成される。透光導電層４はコンタクトホール３１に入り込み、ｐ側コンタクトメタル３２を覆う。
次に、図４Ｅに示すように、透光導電層４を選択的に覆うマスク３７が形成され、図４Ｆに示すように、このマスク３７を介して透光導電層４の不要部分が除去される。これにより、コンタクトホール３１の周縁よりも絶縁層３０の裏面３０ａ上の領域側に後退した位置に、透光導電層４の端縁４ｂが画成される（図３Ａ参照）。
【００４６】
次に、図４Ｇに示すように、たとえば蒸着法によって、透光導電層４上に第１金属層２６が形成される。第１金属層２６は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。
次の工程は、成長基板２４と基板２との貼合わせ工程である。貼合わせ工程では、成長基板２４上の第１金属層２６と基板２上の第２金属層２７とが接合される。第２金属層２７は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。この第２金属層２７は、貼合わせ前に、たとえば蒸着法によって、基板２の表面（前述のｐ側電極６が形成される面の反対面）に形成されたものである。
【００４７】
より具体的には、図４Ｈに示すように、第１および第２金属層２６，２７同士を向い合せた状態で成長基板２４と基板２とを重ね合わせ、第１および第２金属層２６，２７を接合する。第１および第２金属層２６，２７の接合は、たとえば熱圧着によって行ってもよい。熱圧着の条件は、たとえば、温度が２５０℃〜７００℃、好ましくは約３００℃〜４００℃であり、圧力が１０ＭＰａ〜２０ＭＰａであってもよい。この接合によって、図４Ｉに示すように、第１および第２金属層２６，２７が合わさって金属層３が形成される。
【００４８】
次に、図４Ｉに示すように、たとえばウエットエッチングによって、成長基板２４が除去される。ここで、III−Ｖ族半導体構造５の最表面にｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５が形成されていることから、当該ウエットエッチングの際に、半導体発光素子１の特性に寄与するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６やｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５等に影響を与えなくて済む。その後、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５も除去される。
【００４９】
次の工程は、ｎ側電極７の形成工程である。この実施形態では、リフトオフ法によってｎ側電極７が形成される。より具体的には、図４Ｊに示すように、まず、ｎ側電極７の電極パターンと同一パターンの開口を有するレジスト２８が、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に形成される。次に、たとえば蒸着法によって、III−Ｖ族半導体構造５上に電極材料膜２９が積層される。
【００５０】
次に、図４Ｋに示すように、レジスト２８上の電極材料膜２９が、レジスト２８と共に除去される。これにより、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に残った電極材料膜２９からなるｎ側電極７が形成される。その後、ｎ側電極７から露出するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がエッチングによって除去される。これにより、ｎ側電極７以外の部分にｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出することになる。
【００５１】
次に、図４Ｌに示すように、たとえばフロスト処理（ウエットエッチング）等によって、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５の表面に微細な凹凸形状１９が形成される。なお、フロスト処理は、ドライエッチングによって行ってもよい。次に、III−Ｖ族半導体構造５の周縁部が選択的に除去されることによって、メサ部１７および引き出し部１８が形成される。メサ部１７および引き出し部１８の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。
【００５２】
次に、図４Ｍに示すように、たとえば蒸着法によって、基板２の裏面にｐ側電極６が形成される。以上の工程を経て、半導体発光素子１が得られる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の実施形態では、主に、ｐ型半導体層９における絶縁層３０と接触する層がｐ型ＧａＰコンタクト層１１であり、絶縁層３０がＳｉＯ２膜であり、透光導電層４がＩＴＯである前提で説明したが、これらは、上記関係式ｎ１＞ｎ２＜ｎ３を満たす材料の中から適宜変更することができる。たとえば、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１の他に絶縁層３０に接触するｐ型層がある場合には、当該ｐ型層の屈折率を本発明の屈折率ｎ１として採用してもよい。
【００５３】
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。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
本願発明者らは、前述の表１に示したように光学膜厚の合計厚さＴを１．２５λ（λは発光波長）にすることによって、絶縁層３０／透光導電層４界面での反射率がどの程度低減できるのかを調べた。比較のため、参考例として、光学膜厚の合計厚さＴが１λの場合の反射率も測定した。結果を図５に示す。
【００５５】
図５に示すように、参考例（Ｔ＝１λ）では、５６０ｎｍ〜６６０ｎｍぐらいの範囲で反射率が約８０％であったのに対し、実施例（Ｔ＝１．２５λ）では、同じ範囲で反射率を約５０％未満にまで低減できていた。
【符号の説明】
【００５６】
１  半導体発光素子
２  基板
３  金属層
４  透光導電層
５  III−Ｖ族半導体構造
６  ｐ側電極
７  ｎ側電極
８  発光層
９  ｐ型半導体層
１０  ｎ型半導体層
１１  ｐ型ＧａＰコンタクト層
１９  微細な凹凸形状
３０  絶縁層
３１  コンタクトホール
３２  ｐ側コンタクトメタル
【図１】
2018032820.tif 000004
【図２】
2018032820.tif 000005
【図３】
2018032820.tif 000006
【図４Ａ】
2018032820.tif 000007
【図４Ｂ】
2018032820.tif 000008
【図４Ｃ】
2018032820.tif 000009
【図４Ｄ】
2018032820.tif 000010
【図４Ｅ】
2018032820.tif 000011
【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
2018032820.tif 000013
【図４Ｈ】
2018032820.tif 000014
【図４Ｉ】
2018032820.tif 000015
【図４Ｊ】
2018032820.tif 000016
【図４Ｋ】
2018032820.tif 000017
【図４Ｌ】
2018032820.tif 000018
【図４Ｍ】
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【図５】
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