(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストを大幅に増加させずに製造できる高出力、かつ順方向電圧が低い発光素子及び発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】発光素子１は、半導体基板１０と、発光部２０と、反射部２１０と、電流分散層２４０と、表面電極３０と、裏面電極３５とを備え、反射部２１０がペア層を複数有して形成され、第２の電流分散層２４４が、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有すると共に表面に凹凸部２５０を有し、表面電極３０が、複数の表面電極層を有し、複数の表面電極層のうち、第２の電流分散層２４４に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する。【選択図】図１Ａ
2011176001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、
前記半導体基板と前記発光部との間に設けられ、前記活性層が発する光を反射する反射部と、
前記発光部の前記反射部の反対側に設けられ、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層と第２の電流分散層とを有する電流分散層と、
前記第２の電流分散層の表面に設けられる表面電極と、
前記半導体基板の前記発光部の反対側に設けられる裏面電極と
を備え、
前記反射部が、第１の半導体層と、前記第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、
前記第１の半導体層が、前記活性層が発する光のピーク波長をλｐ、前記第１の半導体層の屈折率をｎＡ、前記第２の半導体層の屈折率をｎＢ、前記第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、前記第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡを有し、
前記第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、
前記第２の電流分散層が、前記第１の電流分散層より前記半導体基板から離れた位置に設けられ、前記第１の電流分散層の前記キャリア濃度又は前記不純物濃度より高い前記キャリア濃度又は前記不純物濃度を有すると共に表面に凹凸部を有し、
前記表面電極が、複数の表面電極層を有し、前記複数の表面電極層のうち、前記第２の電流分散層に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する発光素子。
【数９】
2011176001.tif 000016
【数１０】
2011176001.tif 000017
【請求項２】
前記電流分散層が、複数の電流分散層を有し、
前記第２の電流分散層が、前記複数の電流分散層の中で最もキャリア濃度又は不純物濃度が高い請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記反射部は、ペア層を少なくとも３つ含み、
当該複数のペア層の厚さはそれぞれ、前記式（１）及び前記式（２）のθの値がペア層ごとに異なることにより互いに異なり、少なくとも１つのペア層は、θの値が５０°以上の値で規定される前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層を含む請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第２の電流分散層が、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有する請求項３に記載の発光素子。
【請求項５】
前記凹凸部が、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の最大高さＲｙを有する請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第２クラッド層と前記電流分散層との間に設けられる介在層
を更に備え、
前記介在層は、前記第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、前記電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成される請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の半導体層及び前記第２の半導体層は、前記活性層から発せられる光に対して透明であり、前記活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ系半導体から形成され、かつ、前記第１の半導体層を構成する半導体のＡｌ組成と、前記第２の半導体層を構成する半導体のＡｌ組成とが異なる請求項６に記載の発光素子。
【請求項８】
前記反射部の前記半導体基板側から１つ目のペア層、又は１つ目及び２つ目のペア層の第１の半導体層若しくは第２の半導体層のいずれか一方が、前記活性層が発する光に対して不透明、又は前記活性層のバンドギャップエネルギーより小さなバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記電流分散層が、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の厚さを有する請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記介在層が、ＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０．６≦ｚ≦０．９）からなる請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第２の電流分散層に接する前記表面電極層が、Ｂｅ濃度が１％以下のＡｕＢｅ合金、又はＺｎ濃度が５％以上１５％以下のＡｕＺｎ合金からなる請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記表面電極が設けられている領域を除く前記第２の電流分散層の前記表面に、前記活性層が発する光に対して透明であり、前記電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層
を更に備える請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記光取り出し層が、前記活性層が発する光の波長をλｐ、前記光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有する請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成される請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１５】
半導体基板上に、第１の半導体層と、前記第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなる複数のペア層を有して形成される反射部と、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、前記発光部上に形成され、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層と第２の電流分散層とを有する電流分散層とを形成する成長工程と、
前記第２の電流分散層の表面に凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、
前記凹凸部形成工程の後に、前記第２の電流分散層の表面に表面電極を形成する表面電極形成工程と
を備え、
前記第１の半導体層が、前記活性層が発する光のピーク波長をλｐ、前記第１の半導体層の屈折率をｎＡ、前記第２の半導体層の屈折率をｎＢ、前記第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、前記第２半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡを有し、
前記第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、
前記第２の電流分散層が、前記第１の電流分散層より前記半導体基板から離れた位置に設けられ、前記第１の電流分散層の前記キャリア濃度又は前記不純物濃度より高い前記キャリア濃度又は前記不純物濃度を有し、
前記表面電極が、複数の表面電極層を有し、前記複数の表面電極層のうち、前記第２の電流分散層に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する発光素子の製造方法。
【数１１】
2011176001.tif 000018
【数１２】
2011176001.tif 000019
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子及び発光素子の製造方法に関する。特に、本発明は、半導体基板上に反射部を備え、光取り出し面に凹凸部を有する発光素子及び発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｎ型ＧａＡｓ基板と、ｎ型ＧａＡｓ基板上に設けられる光反射層と、光反射層上に設けられるｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｎ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓ活性層と、ｐ型ＧａＡｓ層上に設けられるｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層と、ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ａｓクラッド層上に設けられるｐ型ＧａＡｓキャップ層とを備え、光反射層は、ｎ型ＡｌＡｓ／ｎ型ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓの積層構造からなり、当該積層構造は膜厚を連続的に変化させたチャープ状に形成されると共に、所定の反射波長幅及び反射率が得られる変厚割合、積層数、及び混晶比の関係が規定されている発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の発光素子は、基板側へ進行した光を光反射層が光波干渉によって反射するので、光出力を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発光素子は、光反射層単体での反射波長領域を広げることができるものの、光反射層の膜厚を増加させずに発光素子の発光出力を向上させることは困難である。そして、発光素子の発光出力を向上させるには光反射層の膜厚を増加させることを要する場合があるが、斯かる場合、成長すべきエピタキシャル層の総数が増加することによる原料の増加、成長時間の増加等、製造コストが大幅に増加することがある。更に、従来の光反射層を備えると共に、素子表面に凹凸を形成した発光素子であっても発光出力の大幅な向上ができないことがあり、また、素子表面に凹凸を形成した発光素子用のエピタキシャルウエハから発光素子を作製すると、順方向電圧が実用に耐えることができないほど高くなる場合がある。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、製造コストを大幅に増加させずに製造できる高出力、かつ順方向電圧が低い発光素子及び発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、半導体基板と、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、半導体基板と発光部との間に設けられ、活性層が発する光を反射する反射部と、発光部の反射部の反対側に設けられ、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層と第２の電流分散層とを有する電流分散層と、第２の電流分散層の表面に設けられる表面電極と、半導体基板の発光部の反対側に設けられる裏面電極とを備え、反射部が、第１の半導体層と、第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、第１の半導体層が、活性層が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層の屈折率をｎＡ、第２の半導体層の屈折率をｎＢ、第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡを有し、第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層が、第１の電流分散層より半導体基板から離れた位置に設けられ、第１の電流分散層のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有すると共に表面に凹凸部を有し、表面電極が、複数の表面電極層を有し、複数の表面電極層のうち、第２の電流分散層に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する発光素子が提供される。
【数１】
2011176001.tif 000003
【数２】
2011176001.tif 000004
【０００８】
また、上記発光素子において、電流分散層が、複数の電流分散層を有し、第２の電流分散層が、複数の電流分散層の中で最もキャリア濃度又は不純物濃度が高いことが好ましい。
【０００９】
また、上記発光素子において、反射部は、ペア層を少なくとも３つ含み、当該複数のペア層の厚さはそれぞれ、式（１）及び式（２）のθの値がペア層ごとに異なることにより互いに異なり、少なくとも１つのペア層は、θの値が５０°以上の値で規定される第１の半導体層及び第２の半導体層を含むことが好ましい。
【００１０】
また、上記発光素子において、第２の電流分散層が、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１１】
また、上記発光素子において、凹凸部が、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の最大高さＲｙを有することが好ましい。
【００１２】
また、上記発光素子において、第２クラッド層と電流分散層との間に設けられる介在層を更に備え、介在層は、第２クラッド層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと、電流分散層を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成されることが好ましい。
【００１３】
また、上記発光素子において、第１の半導体層及び第２の半導体層は、活性層から発せられる光に対して透明であり、活性層を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ系半導体から形成され、かつ、第１の半導体層を構成する半導体のＡｌ組成と、第２の半導体層を構成する半導体のＡｌ組成とが異なることが好ましい。
【００１４】
また、上記発光素子において、反射部の半導体基板側から１つ目のペア層、又は１つ目及び２つ目のペア層の第１の半導体層若しくは第２の半導体層のいずれか一方が、活性層が発する光に対して不透明、又は活性層のバンドギャップエネルギーより小さなバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成されることが好ましい。
【００１５】
また、上記発光素子において、電流分散層が、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【００１６】
また、上記発光素子において、介在層が、ＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０．６≦ｚ≦０．９）からなることが好ましい。
【００１７】
また、上記発光素子において、第２の電流分散層に接する表面電極層が、Ｂｅ濃度が１％以下のＡｕＢｅ合金、又はＺｎ濃度が５％以上１５％以下のＡｕＺｎ合金からなることが好ましい。
【００１８】
また、上記発光素子において、表面電極が設けられている領域を除く第２の電流分散層の表面に、活性層が発する光に対して透明であり、電流分散層を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料からなる光取り出し層を更に備えることもできる。
【００１９】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、活性層が発する光の波長をλｐ、光取り出し層を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有することもできる。
【００２０】
また、上記発光素子において、光取り出し層が、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は、第１導電型若しくは第２導電型の窒化物を含んで形成されてもよい。
【００２１】
また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、半導体基板上に、第１の半導体層と、第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなる複数のペア層を有して形成される反射部と、第１導電型の第１クラッド層と、第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、発光部上に形成され、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層と第２の電流分散層とを有する電流分散層とを形成する成長工程と、第２の電流分散層の表面に凹凸部を形成する凹凸部形成工程と、凹凸部形成工程の後に、第２の電流分散層の表面に表面電極を形成する表面電極形成工程とを備え、第１の半導体層が、活性層が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層の屈折率をｎＡ、第２の半導体層の屈折率をｎＢ、第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、第２半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡを有し、第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層が、第１の電流分散層より半導体基板から離れた位置に設けられ、第１の電流分散層のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有し、表面電極が、複数の表面電極層を有し、複数の表面電極層のうち、第２の電流分散層に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する発光素子の製造方法が提供される。
【数３】
2011176001.tif 000005
【数４】
2011176001.tif 000006
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る発光素子及び発光素子の製造方法によれば、製造コストを大幅に増加させずに製造できる高出力、かつ順方向電圧が低い発光素子及び発光素子の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える表面電極の模式的な断面図である。
【図１Ｄ】本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図４】実施例１において電流分散層を成長する際におけるＣｐ２Ｍｇ流量とキャリア濃度との関係を示す図である。
【図５Ａ】実施例１に係る発光素子が備える反射部の簡易的な構造を示す図である。
【図５Ｂ】実施例１に係る発光素子が備える反射部の簡易的な構造における反射スペクトルを示す図である。
【図６】比較例１に係る発光素子の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［実施の形態の要約］
半導体基板と、第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型とは異なる第２導電型の第２クラッド層とに挟まれる活性層を有する発光部と、前記半導体基板と前記発光部との間に設けられ、前記活性層が発する光を反射する反射部と、前記発光部の前記反射部の反対側に設けられ、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層と第２の電流分散層とを有する電流分散層と、前記第２の電流分散層の表面に設けられる表面電極と、前記半導体基板の前記発光部の反対側に設けられる裏面電極とを備える発光素子において、前記反射部が、第１の半導体層と、前記第１の半導体層とは異なる第２の半導体層とからなるペア層を複数有して形成され、前記第１の半導体層が、前記活性層が発する光のピーク波長をλｐ、前記第１の半導体層の屈折率をｎＡ、前記第２の半導体層の屈折率をｎＢ、前記第１クラッド層の屈折率をｎＩｎ、前記第２の半導体層への光の入射角をθとした場合に、式（１）で定められる厚さＴＡを有し、前記第２の半導体層が、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、前記第２の電流分散層が、前記第１の電流分散層より前記半導体基板から離れた位置に設けられ、前記第１の電流分散層の前記キャリア濃度又は前記不純物濃度より高い前記キャリア濃度又は前記不純物濃度を有すると共に表面に凹凸部を有し、前記表面電極が、複数の表面電極層を有し、前記複数の表面電極層のうち、前記第２の電流分散層に接する表面電極層が、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有する発光素子が提供される。
【数５】
2011176001.tif 000007
【数６】
2011176001.tif 000008
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面を示し、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える反射部の模式的な断面を示す。また、図１Ｃは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子が備える表面電極の模式的な断面を示す。
【００２６】
（発光素子１の構造の概要）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、一例として、赤色光を放射する半導体発光素子としての発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）である。具体的に、発光素子１は、第１導電型としてのｎ型の半導体基板１０と、半導体基板１０の上に設けられるｎ型のバッファ層２００と、バッファ層２００の上に設けられるｎ型の化合物半導体の多層構造を有する反射部２１０と、反射部２１０の上に設けられるｎ型の第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０の上に設けられる活性層２２２と、活性層２２２の上に設けられる第１導電型とは異なる第２導電型としてのｐ型の第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４の上に設けられるｐ型の介在層２３０と、介在層２３０の上に設けられ、キャリア濃度又は不純物濃度が互いに異なる第１の電流分散層２４２と第２の電流分散層２４４とを有する電流分散層２４０とを備える。
【００２７】
第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２よりも半導体基板１０から遠い側に形成され、表面（すなわち、光取り出し面）に凹凸部２５０を有している。すなわち、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０の最上層を形成する。また、本実施の形態において、活性層２２２は第１クラッド層２２０と第２クラッド層２２４とに挟まれて設けられており、以下の説明において、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とをまとめて発光部２０という場合がある。
【００２８】
また、発光素子１は、第２の電流分散層２４４上、すなわち、凹凸部２５０の上に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の反射部２１０の反対側に設けられる裏面電極３５とを更に備える。ここで、表面電極３０は、図１Ｃに示すように、複数の表面電極層からなる積層構造を有して構成される。例えば、表面電極３０は、第２の電流分散層２４４に接して設けられる第１表面電極層３０５と、第１表面電極層３０５の上に設けられる第２表面電極層３１０と、第２表面電極層３１０の上に設けられる第３表面電極層３１５とを含む。
【００２９】
（半導体基板１０）
半導体基板１０としては、例えば、所定の導電型のキャリアを含み、所定のキャリア濃度を有するＧａＡｓ基板を用いることができる。また、半導体基板１０としては、所定のオフ角度を有するオフ基板、又は、オフ角度を有さないジャスト基板を用いることができる。なお、半導体基板１０上に形成する複数の化合物半導体層の種類に応じて、半導体基板１０を構成する化合物半導体材料を適宜、代えることもできる。
【００３０】
（反射部２１０）
反射部２１０は、半導体基板１０と発光部２０との間に設けられ、活性層２２２が発する光を反射する。具体的に、反射部２１０は、図１Ｂに示すように、複数の化合物半導体層の積層構造から形成される。そして、反射部２１０は、第１の半導体層２１０ａと、第１の半導体層２１０ａとは異なる屈折率を有する第２の半導体層２１０ｂとからなるペア層を複数有して形成される。第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは、活性層２２２から発せられる光に対して透明であり、活性層２２２を構成する半導体のバンドギャップより大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＡｓ系半導体（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１））から形成される。更に、第１の半導体層２１０ａを構成する半導体のＡｌ組成と、第２の半導体層２１０ｂを構成する半導体のＡｌ組成とが異なるように第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂは形成される。
【００３１】
また、反射部２１０は、少なくとも３対以上のペア層を有して形成される。そして、第１の半導体層２１０ａは、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することができ、第２の半導体層２１０ｂは、例えば、ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（ただし、０≦ｙ≦１）から形成することができる。そして、第１の半導体層２１０ａの屈折率と第２の半導体層２１０ｂの屈折率とは互いに異なるように形成する。なお、第１の半導体層２１０ａがＡｌＧａＡｓから形成される場合、第１の半導体層２１０ａのＡｌ組成「ｘ」は、第２の半導体層２１０ｂのＡｌ組成「ｙ」とは異なる値に制御される。また、第１の半導体層２１０ａの厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、後述するように光の入射角に応じた厚さを有して形成することができるが、図１Ｂにおいては説明の便宜上、略同一の厚さで示す。
【００３２】
ここで、反射部２１０が有する複数のペア層はそれぞれ、活性層２２２が発する光の発光ピーク波長以上の波長の光を反射すると共に、それぞれ異なる入射角の光を反射する。具体的に、第１の半導体層２１０ａは、活性層２２２が発する光のピーク波長をλｐ、第１の半導体層２１０ａの屈折率をｎＡ、第２の半導体層２１０ｂの屈折率をｎＢ、第１クラッド層２２０の屈折率をｎＩｎ、第２の半導体層２１０ｂへの光の入射角をθとした場合（ただし、θは、第２の半導体層２１０ｂの主面を光の入射面とした場合、入射面の法線に対する角度である）とした場合に、以下の式（１）で定められる厚さＴＡを有して形成される。また、第２の半導体層２１０ｂは、以下の式（２）で定められる厚さＴＢを有して形成される。
【００３３】
【数７】
2011176001.tif 000009
【００３４】
【数８】
2011176001.tif 000010
【００３５】
複数のペア層のうち、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さは、当該一のペア層に入射する光の入射角θに応じて式（１）から算出される厚さを有して形成される。同様に当該一のペア層に含まれる第２の半導体層２１０ｂの厚さも、入射角θに応じて式（２）から算出される厚さを有して形成される。同様にして、複数のペア層に含まれる他のペア層についても、当該他のペア層に入射する光の入射角θに応じた厚さを有する第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含んで形成される。
【００３６】
ここで、本実施の形態において反射部２１０は、ペア層を少なくとも３つ含んで形成される。そして、複数のペア層はそれぞれ、式（１）及び式（２）のθの値がペア層ごとに異なることにより、互いに異なる厚さを有して形成される。例えば、一のペア層の厚さと他のペア層の厚さとは、互いに異なるように形成される。そして、一のペア層におけるθの値をθａ、他のペア層におけるθの値をθｂにした場合に、一のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａの値を用いて式（１）及び式（２）から算出され、他のペア層に含まれる第１の半導体層２１０ａの厚さ及び第２の半導体層２１０ｂの厚さは、θａとは異なるθｂの値を用いて式（１）及び式（２）から算出される。更に、少なくとも１つのペア層が、θの値が５０°以上の値で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａ及び第２の半導体層２１０ｂを含んで形成されることにより、発光部２０から反射部２１０に入射した直射入射光を除く光を反射部２１０において光取り出し面側に反射することができる。本実施の形態に係る発光素子１はこのような反射部２１０を備えているので、活性層２２２から放射された光が反射部２１０に様々な入射角で入射しても、当該光が反射部２１０において光取り出し面の方向に反射されるような発光素子を提供できる。
【００３７】
また、反射部２１０の半導体基板１０側から１つ目のペア層、又は１つ目及び２つ目のペア層の第１の半導体層２１０ａ若しくは第２の半導体層２１０ｂのいずれか一方が、活性層２２２が発する光に対して不透明、又は活性層２２２のバンドギャップエネルギーより小さなバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成されることが好ましい。
【００３８】
（バッファ層２００、発光部２０）
発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２２４を有する。まず、バッファ層２００は、半導体基板１０に接して設けられる。バッファ層２００は、半導体基板１０上に設けられ、例えば、所定の導電型のキャリアを含み、所定のキャリア濃度を有する化合物半導体から形成することができる。例えば、バッファ層２００は、半導体基板１０がｎ型のＧａＡｓ基板から形成される場合、ｎ型のＧａＡｓから形成される。また、第１クラッド層２２０と、活性層２２２と、第２クラッド層２２４とはそれぞれ、例えば、（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）で表される三元系、又は四元系のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料から形成される。なお、第１の実施の形態に係る活性層２２２は、例えば、ノンドープのＧａｘＩｎ１−ｘＰ単層（ただし、０≦ｘ≦１）から形成することもできる。
【００３９】
（介在層２３０）
介在層２３０は、第２クラッド層２２４を構成する半導体材料と電流分散層２４０を構成する半導体材料とが互いに異なる場合に、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０とのヘテロ界面の電位障壁を低減する半導体材料から形成される。具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４と電流分散層２４０（より詳細には、第１の電流分散層２４２）との間に設けられる。より具体的に、介在層２３０は、第２クラッド層２２４の活性層２２２の反対側に設けられると共に、第２クラッド層２２４を構成する半導体のバンドギャップエネルギーと電流分散層２４０（すなわち、第１の電流分散層２４２及び第２の電流分散層２４４）を構成する半導体のバンドギャップエネルギーとの間のバンドギャップエネルギーを有する半導体材料から形成される。例えば、介在層２３０は、ｐ型のＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、ｚは、一例として、０．６≦ｚ≦０．９）から形成される。発光素子１が介在層２３０を備えることにより、発光素子１から製造される発光素子の順方向電圧を低減できる。
【００４０】
（電流分散層２４０）
電流分散層２４０は、発光部２０の反射部２１０の反対側に設けられ、発光素子１に電流が供給された場合に、活性層２２２に略均一に電流が供給されるように当該電流を分散させる。また、電流分散層２４０は、活性層２２２が発する光を透過する半導体材料から形成される。例えば、電流分散層２４０は、ｐ型のＧａＰ、ｐ型のＧａＡｓＰ、又はｐ型のＡｌＧａＡｓから形成することができる。更に、本実施の形態に係る電流分散層２４０は、半導体基板１０の側から順に第１の電流分散層２４２と第２の電流分散層２４４とを有する。
【００４１】
本実施の形態において、第２の電流分散層２４４は、第１の電流分散層２４２より半導体基板１０から離れた位置に設けられ、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度又は不純物濃度より高いキャリア濃度又は不純物濃度を有して形成される。具体的に、第２の電流分散層２４４は、電流分散層２４０中においてキャリア濃度又は不純物濃度が最も高い領域であり、発光素子１の主面（表面）側に形成される。更に、第２の電流分散層２４４は、表面に凹凸部２５０を有して形成される。
【００４２】
なお、電流分散層２４０は、２．０μｍ以上１０．０μｍ以下の厚さを有して形成されることが好ましい。また、第２の電流分散層２４４（以下、電流分散最上層という場合がある）は、電流分散層２４０の厚さを超えない範囲内で、１．０μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有することが好ましい。そして、電流分散最上層の不純物濃度は、電流分散層２４０が有する他の電流分散層の中で最も高く設定されることが好ましい。
【００４３】
（凹凸部２５０）
凹凸部２５０は、第２の電流分散層２４４の発光部２０の反対側の表面を粗面化して形成される。凹凸部２５０は、当該表面を所定のエッチャントでエッチングすることによりランダムな形状を有して形成される。また、凹凸部２５０は、当該表面に予め定められたパターンを有して形成することもできる。更に、凹凸部２５０は、発光素子１から製造される発光素子の光取り出し効率を向上させることを目的として、最大高さＲｙが１．０μｍ以上３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
図１Ｄは、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の模式的な平面図である。
【００４５】
（表面電極３０、裏面電極３５）
表面電極３０は、第２の電流分散層２４４にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、表面電極３０は、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｐ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、表面電極３０は、第２の電流分散層２４４側から第１の表面電極層３０５としてのＡｕＢｅ層（又はＡｕＺｎ層）、第２の表面電極層３１０としてのＮｉ層、第３の表面電極層３１５としてのＡｕ層の順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、表面電極３０は、電流分散層２４０の介在層２３０の反対側の面、つまり、発光素子１の光取り出し面の一部に設けられる。
【００４６】
ここで、第１の表面電極層３０５は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。また、第１の表面電極層３０５をＡｕＢｅ合金から構成する場合、Ｂｅ濃度は１％以下であることが好ましい。一方、第１の表面電極層３０５をＡｕＺｎ合金から構成する場合、Ｚｎ濃度は５％以上１５％以下であることが好ましい。
【００４７】
また、表面電極３０は、凹凸部２５０上に設けられる。更に、表面電極３０は、図１Ｄに示すように、発光素子１の上面視にて略円形状の円部分３０ａと、円部分３０ａから発光素子１の四隅に向かって延びる４本の足部分３０ｂとを有して形成される。なお、表面電極３０の形状は、例えば、四角形状、菱形形状、多角形状等の形状を有して形成することができる。
【００４８】
裏面電極３５は、半導体基板１０にオーミック接触する材料から形成される。具体的に、裏面電極３５は、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｌ、Ａｕ等の金属材料から選択される少なくとも１つのｎ型電極用の金属材料を含んで形成される。例えば、裏面電極３５は、半導体基板１０側からＡｕＧｅ、Ｎｉ、Ａｕの順に積層された積層構造を有して形成することができる。なお、裏面電極３５は、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に形成される。
【００４９】
（発光素子１の製造方法）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、半導体基板１０を準備する。そして、半導体基板１０上に、例えば、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ法）によって複数の化合物半導体層（すなわち、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、活性層２２２、第２クラッド層２２４、介在層２３０、第１の電流分散層２４２、第２の電流分散層２４４）を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の半導体積層構造を形成する（成長工程）。これにより、凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハが製造される。
【００５０】
ここで、ＭＯＶＰＥ法を用いた半導体積層構造の形成は、成長温度、成長圧力、半導体積層構造が有する複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度、及びＶ／ＩＩＩ比をそれぞれ所定の値に設定して実施する。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）等のＩＩＩ族原料のモル数を基準にした場合における、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等のＶ族原料のモル数の比である。
【００５１】
また、ＭＯＶＰＥ法において用いる原料は、Ｇａ原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、又はトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用いることができ、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用いることができ、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物を用いることができる。また、Ａｓ源としてアルシン（ＡｓＨ３）を用いることができ、Ｐ源としてホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いることができる。更に、ｎ型のドーパントの原料は、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。そして、ｐ型のドーパントの原料は、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることができる。
【００５２】
また、ｎ型のドーパントの原料として、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、又はジメチルテルル（ＤＭＴｅ）を用いることもできる。そして、ｐ型のドーパントの原料として、Ｃｐ２Ｍｇの代わりに、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）又はジエチルジンク（ＤＥＺｎ）を用いることもできる。
【００５３】
なお、半導体基板１０上にバッファ層２００を形成することにより、ＭＯＶＰＥ装置内に残留している、前回の結晶成長時に用いたドーパントの影響（すなわち、炉内メモリーの影響）をキャンセルできる。これにより、エピタキシャルウエハを安定的に製造することができる。また、バッファ層２００を半導体基板１０上にエピタキシャル成長させることで、バッファ層２００上にエピタキシャル成長させる化合物半導体層の結晶性を向上させることができる。
【００５４】
続いて、第２の電流分散層２４４の表面に凹凸化処理（すなわち、粗面化処理）を施すことにより、凹凸部２５０を形成する（凹凸部形成工程）。粗面化処理は、発光素子を形成する前、すなわち、後述する表面電極３０を形成する前に浸食法により実施する。なお、第２の電流分散層２４４の表面にフォトリソグラフィー法を用いて予め定められたマスクパターンを形成した後、形成したマスクパターンをマスクとして、第２の電流分散層２４４の表面にエッチング処理を施すこともできる。
【００５５】
以上の各工程を経ることにより、第１の実施の形態に係る発光素子１用のエピタキシャルウエハが製造される。
【００５６】
次に、フォトリソグラフィー法、成膜法（例えば、真空蒸着法、スパッタ法等）を用いて、エピタキシャルウエハの表面、すなわち、凹凸部２５０を有する第２の電流分散層２４４の表面に、複数の表面電極層を含む複数の表面電極３０を形成する（表面電極形成工程）。なお、表面電極３０の形成にはリフトオフ法を用いることができる。続いて、半導体基板１０の裏面の略全面に裏面電極３５を形成する。更に、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との間、及び裏面電極３５と半導体基板１０裏面との間のそれぞれをオーミック接触させるべく、所定の雰囲気下（例えば、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下）、所定の温度、所定の時間、アロイ処理を実施する（アロイ工程）。
【００５７】
次に、表面電極３０及び裏面電極３５が設けられたエピタキシャルウエハを、製造する発光素子１のサイズに合わせて切断することにより、複数の発光素子１が製造される（切断工程）。具体的には、複数の表面電極３０それぞれの間を、製造すべき発光素子１のサイズに合わせてダイシング装置によりダイシングする。なお、ダイシング処理後に、複数の発光素子１の端面にエッチング処理を施すことにより、ダイシングによる機械的ダメージを除去することもできる。
【００５８】
このようにして製造される発光素子１は、例えば、発光ピーク波長が６３１ｎｍ付近の赤色領域の光を発する発光ダイオードである。そして、発光素子１の上面視における形状は略矩形であり、上面視における寸法は、一例として、２７５μｍ角である。なお、発光素子１は、表面電極３０の上にワイヤーボンディング用パッドとしてのパッド電極を更に備えることもできる。
【００５９】
（変形例）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、半導体基板１０上にバッファ層２００を備えるが、第１の実施の形態の変形例に係る発光素子は、バッファ層２００を備えずに形成することができる。
【００６０】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、赤色を含む光（例えば、発光波長が６３０ｎｍ帯の光）を発する発光素子であるが、発光素子が発する光の波長はこの波長に限定されない。活性層２２２の構造を制御して、所定の波長範囲の光を発する発光素子を形成することもできる。活性層２２２が発する光としては、例えば、橙色光、黄色光、又は緑色光等が挙げられる。また、発光素子１が備える発光部２０は、紫外領域、紫色領域、若しくは青色領域の光を発する活性層２２２を含むＩｎＡｌＧａＮ系の化合物半導体から形成することもできる。この場合、発光部２０を除く他の化合物半導体層は、適宜、ＧａＮ系の化合物半導体に代えることができる。
【００６１】
更に、発光素子１が備える半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、第１クラッド層２２０、第２クラッド層２２４、介在層２３０、第１の電流分散層２４２、及び第２の電流分散層２４４の化合物半導体層は、これらの化合物半導体層を構成する化合物半導体の導電型を、本実施の形態の反対にすることもできる。例えば、半導体基板１０、バッファ層２００、反射部２１０、及び第１クラッド層２２０の導電型をｐ型にすると共に、第２クラッド層２２４、介在層２３０、第１の電流分散層２４２、及び第２の電流分散層２４４の導電型をｎ型にすることもできる。
【００６２】
また、活性層２２２は量子井戸構造を有して形成することもできる。量子井戸構造は、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造のいずれの構造からも形成することができる。なお、発光部２０は、第１クラッド層２２０、活性層２２２、及び第２クラッド層２３４以外の半導体層を含んで形成することもできる。
【００６３】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係る発光素子１は、第２の電流分散層２４４の表面に複数の表面電極層からなる表面電極３０を形成すると共に、第２の電流分散層２４４に接触する第１の表面電極層３０５の厚さを所定の厚さにすることにより、発光素子１の順方向電圧を低減させることができる。
【００６４】
また、第１の実施の形態に係る発光素子１は、複数の入射角に対応して厚さが制御された第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとからなる複数のペア層を有する反射部２１０を備えるので、反射部２１０に様々な入射角から光が入射したとしても、反射部２１０は、当該光を光取り出し面側に反射することができる。更に、発光素子１は、光取り出し面に凹凸部２５０を備えるので、反射部２１０により反射された光を効率的に発光素子１の外部に取り出すことができる。これにより、光取り出し効率が向上された本実施の形態に係る発光素子１を提供することができる。
【００６５】
更に、第１の実施の形態に係る発光素子１は、まず発光素子１の主面に粗化処理を施した後に表面電極３０を形成するので、エッチャントによる影響が表面電極３０の表面に及ぶことがない。これにより、ワイヤーボンディング不良を低減できる。また、電流分散層２４０の最上層に、キャリア濃度が電流分散層２４０中で最も高いか、若しくは不純物濃度が電流分散層２４０中で最も高い第２の電流分散層２４４を設けたので、製造コストを大幅に増加させずに順方向電圧の上昇を抑制した高出力の発光素子１を提供できる。更に、凹凸部２５０上に表面電極３０が形成されるので、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との接触面積が増加して、表面電極３０の剥がれを低減できる。
【００６６】
［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００６７】
第２の実施の形態に係る発光素子１ａは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、凹凸部２５０上に光取り出し層４０を更に備える点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００６８】
発光素子１ａは、表面電極３０が設けられている領域を除く第２の電流分散層２４４の表面に、活性層２２２が発する光に対して透明であり、電流分散層２４０（すなわち、第１の電流分散層２４２及び第２の電流分散層２４４）を構成する半導体の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する材料から形成される光取り出し層４０を備える。光取り出し層４０は、活性層２２２が発する光の波長をλｐ、光取り出し層４０を構成する材料の屈折率をｎ、定数Ａ（ただし、Ａは奇数）とした場合に、Ａ×λｐ／（４×ｎ）で規定される値の±３０％の範囲内の厚さｄを有して形成される。
【００６９】
光取り出し層４０は、絶縁体、第１導電型若しくは第２導電型の酸化物、又は第１導電型若しくは第２導電型の窒化物から形成することができる。光取り出し層４０は、例えば、ＳｉＯ２、Ｓｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＩＴＯ等の酸化物若しくはＳｉＮ等の窒化物から形成することができる。また、光取り出し層４０を構成する材料は、導電性を有することは要さない。更に、光取り出し層４０を構成する材料の導電型は、ｐ型、ｎ型のいずれであってもよい。
【００７０】
発光素子１ａは、第２の電流分散層２４４と外部の空気との間に、第２の電流分散層２４４を構成する材料の屈折率と空気の屈折率との間の屈折率を有する光取り出し層４０を備えるので、発光素子１ａの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００７１】
［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【００７２】
第３の実施の形態に係る発光素子１ｂは、第１の実施の形態に係る発光素子１と異なり、活性層２２２が第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３により挟まれている点を除き、第１の実施の形態に係る発光素子１と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００７３】
具体的に、第３の実施の形態に係る発光素子１ｂは、半導体基板１０と、半導体基板１０上に形成されるバッファ層２００と、バッファ層２００上に形成される反射部２１０と、反射部２１０上に形成される第１クラッド層２２０と、第１クラッド層２２０上に形成される第１アンドープ層２２１と、第１アンドープ層２２１上に形成される活性層２２２と、活性層２２２上に形成される第２アンドープ層２２３と、第２アンドープ層２２３上に形成される第２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４上に形成される介在層２３０と、介在層２３０上に形成される第１の電流分散層２４２と、第１の電流分散層上２４２の第２の電流分散層２４４と、第２の電流分散層２４４の表面に形成される凹凸部２５０と、第２の電流分散層２４４の表面の一部に設けられる表面電極３０と、半導体基板１０の裏面の全面若しくは略全面に設けられる裏面電極３５とを備える。
【００７４】
第１アンドープ層２２１は、第１クラッド層２２０中のｎ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。また、第２アンドープ層２２３は、第２クラッド層２２４中のｐ型ドーパントが活性層２２２中に拡散することを抑制する。第１アンドープ層２２１及び第２アンドープ層２２３は、例えば、ドーパントを含まない（ＡｌｘＧａ１−ｘ）ｙＩｎ１−ｙＰから形成される。活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とで挟むことにより、第１クラッド層２２０及び第２クラッド層２２４から活性層２２２中へのドーパントの拡散が抑制されるので、発光部２０ａにおける発光効率の向上を図ることができると共に、発光素子１ｂの信頼性を向上させることができる。
【００７５】
なお、第３の実施の形態に係る発光素子１ｂにおいては、活性層２２２を第１アンドープ層２２１と第２アンドープ層２２３とによって挟んだ構造としたが、第３の実施の形態の変形例においては、第１アンドープ層２２１又は第２アンドープ層２２３のいずれか一方を設けない発光素子を形成することもできる。
【実施例１】
【００７６】
実施例１に係る発光素子として、第１の実施の形態に係る発光素子１に対応する発光素子であって、発光ピーク波長が６３１ｎｍ付近の赤色発光の発光素子を製造した。具体的に、まず、１５°オフのオフ角を有する半導体基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いてｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：１×１０１８／ｃｍ３、膜厚２００ｎｍ）と、第１の半導体層２１０ａとしてのＡｌＡｓ層と、第２の半導体層２１０ｂとしてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層を４８ペア（すなわち、４８層の第１の半導体層２１０ａと４８層の第２の半導体層２１０ｂとで９６層）含む反射部２１０とをエピタキシャル成長させた。反射部２１０を構成する各半導体層のキャリア濃度は、約１×１０１８／ｃｍ３に制御した。
【００７７】
更に、反射部２１０の上に第１クラッド層２２０としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｓｅドープ、キャリア濃度：４×１０１７／ｃｍ３、膜厚４００ｎｍ）と、活性層２２２としてのアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層（ただし、膜厚６００ｎｍ）と、第２クラッド層２２４としてのｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１７／ｃｍ３、膜厚５００ｎｍ）と、介在層２３０としてのｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：６×１０１８／ｃｍ３、膜厚２０ｎｍ）と、電流分散層２４０としてのｐ型ＧａＰ電流分散層（ただし、Ｍｇドープ、キャリア濃度：２×１０１８／ｃｍ３、膜厚８０００ｎｍ）とを順次エピタキシャル成長させた。
【００７８】
図４は、実施例１において電流分散層を成長する際におけるＣｐ２Ｍｇ流量とキャリア濃度との関係を示す。
【００７９】
電流分散層２４０、具体的には、第１の電流分散層２４２を成長する場合におけるＣｐ２Ｍｇ流量（Ｍｇ流量）は、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度が２×１０１８／ｃｍ３になるように６８ｓｃｃＭに設定した。そして、電流分散層２４０の膜厚８０００ｎｍ中の最上部の２０００ｎｍ（すなわち、第２の電流分散層２４４に該当する部分）の部分については、第１の電流分散層２４２を成長する場合のＭｇ流量の約２倍のＭｇ流量（すなわち、１３５ｓｃｃＭ）に設定して、キャリア濃度が４×１０１８／ｃｍ３になるように第２の電流分散層２４４を成長した。
【００８０】
なお、ＭＯＶＰＥ成長での成長温度は、ｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層からｐ型Ｇａ０．７Ｉｎ０．３Ｐ介在層までの成長温度を６５０℃に設定すると共に、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長温度を６７５℃に設定した。また、その他の成長条件は、成長圧力を６６６６．１Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）に設定すると共に、複数の化合物半導体層のそれぞれの成長速度を０．３ｎｍ／ｓｅｃから１．５ｎｍ／ｓｅｃに設定した。また、Ｖ／ＩＩＩ比は、約１５０に設定した。ただし、ｐ型ＧａＰ電流分散層の成長におけるＶ／ＩＩＩ比は、２５に設定した。ＭＯＶＰＥ成長において用いた原料等は、第１の実施の形態において説明したので詳細な説明は省略する。
【００８１】
ここで、反射部２１０について詳細に説明する。反射部２１０が有する複数のペア層の第１の半導体層２１０ａであるＡｌＡｓ層の厚さ、及び第２の半導体層２１０ｂであるＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の厚さはそれぞれ、式（１）及び式（２）から算出される厚さに制御した。すなわち、λｐとしてはアンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層から放出される光の発光ピーク波長「６３１ｎｍ」を、ｎＡとしてはＡｌＡｓ層の屈折率「３．１１４」を、ｎＢとしてはＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率「３．０５７」を、ｎＩｎとしてはｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の屈折率「３．１２７」を用いた。更に、式（１）及び式（２）中の角度θは、０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°を用いた。なお、この場合において、１つのペア層になるＡｌＡｓ層と、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層のθの値は同一である。
【００８２】
具体的に、実施例１に係る発光素子の反射部２１０の構造は以下のとおりである。すなわち、まず、ｎ型ＧａＡｓバッファ層上に、θを７０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「７０°ＤＢＲ層」という）を４ペア形成した。次に、７０°ＤＢＲ層の上にθを６０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「６０°ＤＢＲ層」という）を４ペア形成した。そして、６０°ＤＢＲ層の上にθを５０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「５０°ＤＢＲ層」という）を４ペア形成した。
【００８３】
更に、５０°ＤＢＲ層の上にθを４０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「４０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。そして、４０°ＤＢＲ層の上にθを３０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「３０°ＤＢＲ層」という）を８ペア形成した。
【００８４】
更に、３０°ＤＢＲ層の上にθを２０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「２０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。そして、２０°ＤＢＲ層の上に、θを１０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「１０°ＤＢＲ層」という）を９ペア形成した。更に、１０°ＤＢＲ層の上に最上層として、θを０°に設定して式（１）及び式（２）から算出される厚さを有するＡｌＡｓ層とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなるペア層（以下、「０°ＤＢＲ層」という）を１ペア形成した。このような４７ペアのペア層を有する反射部２１０をｎ型ＧａＡｓバッファ層上に形成した。
【００８５】
このようにして、実施例１に係る発光素子用の凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハを製造した。
【００８６】
（反射部２１０の構成について）
図５Ａは、実施例１に係る発光素子が備える反射部の簡易的な構造を示し、図５Ｂは、実施例１に係る発光素子が備える反射部の簡易的な構造における反射スペクトルを示す。
【００８７】
図５Ａを参照すると分かるように、実施例１に係る発光素子が備える反射部２１０の簡易的な構造は、半導体基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板の上に、７０°ＤＢＲ層と、４０°ＤＢＲ層と、０°ＤＢＲ層とがこの順に形成された構造を備える。斯かる構造の反射部２１０の反射スペクトルを測定したところ、図５Ｂに示すように、様々な波長の光を反射することが示された。
【００８８】
（凹凸部２５０の粗さについて）
次に、実施例１に係る凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハをＭＯＶＰＥ装置から搬出した後、劈開により４分割して、１／４のサイズの小片を作製した。そして、実施例１に係る凹凸部２５０を備えていないエピタキシャルウエハから作製した１／４サイズの４枚の小片それぞれについて、第２の電流分散層２４４の表面に凹凸化処理（粗面化処理）を施した。
【００８９】
粗面化処理は、酢酸系のエッチング液を用いて実施した。凹凸化（粗面化）は、エッチング時間（粗化処理時間）を１５秒にして実施した。そして、エッチングされた第２の電流分散層２４４の表面の凹凸を評価した結果、凹凸の最大高さ（Ｒｙ）は、１．３μｍ以上１．５μｍ以下であった。
【００９０】
以上のようにして表面に粗化処理を施した実施例１に係るエピタキシャルウエハの１／４サイズの小片４枚の表面（すなわち、ウエハの上面であって、第２の電流分散層２４４の表面）に、直径が１００μｍの円部分と、円部分の外縁から延びる４本の足部分とを有する表面電極３０をマトリックス状に配列するように形成した。表面電極３０の形成には、フォトリソグラフィー法を用いた。すなわち、エピタキシャルウエハの表面にフォトレジストを塗布した後、マスクアライナーを用いたフォトリソグラフィー法により、複数の表面電極３０が形成される領域のそれぞれに開口を有するマスクパターンをエピタキシャルウエハの表面に形成した。その後、真空蒸着法を用いて開口にＡｕＢｅ合金（ただし、Ｂｅ濃度が１％）と、Ｎｉと、Ａｕとをこの順に蒸着した。
【００９１】
ここで、小片４枚それぞれのＡｕＢｅ合金の厚さと、Ｎｉの厚さと、Ａｕの厚さとを表１に示す厚さに設定した。なお、表１における電極構造「Ａ」が実施例１に対する比較用の電極構造であり、凹凸部２５０を有する第２の電流分散層２４４の表面に５０ｎｍ厚のＡｕＢｅ合金と、１０ｎｍ厚のＮｉと、１０００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に蒸着して形成した。実施例１の電極構造「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」もＡｕＢｅ合金の厚さ及びＡｕの厚さを除き、同様である。
【００９２】
【表１】
2011176001.tif 000011
【００９３】
小片４枚のそれぞれについて表面電極を蒸着後、エピタキシャルウエハに形成されたマスクパターンをリフトオフ法により除去することにより、エピタキシャルウエハの表面に表面電極３０を形成した。
【００９４】
次に、エピタキシャルウエハの裏面、すなわち、表面電極３０が形成された面の反対側の面の全面に、真空蒸着法を用いて裏面電極３５を形成した。裏面電極３５は、６０ｎｍ厚のＡｕＧｅと、１０ｎｍ厚のＮｉと、３００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に蒸着することにより形成した。表面電極３０及び裏面電極３５を形成した後、電極を合金化するアロイ工程を実施した。具体的には、表面電極３０及び裏面電極３５が形成されたエピタキシャルウエハを、窒素ガス雰囲気中、４００℃にて５分間加熱することにより実施した。これにより、実施例１に係る発光素子用の電極付エピタキシャルウエハ、及び実施例１の比較用の電極付きエピタキシャルウエハを製造した。
【００９５】
続いて、実施例１に係る発光素子用の電極付エピタキシャルウエハ、つまり、電極構造がそれぞれ異なる１／４サイズの３枚の小片、及び実施例１の比較用の電極付きエピタキシャルウエハのそれぞれについて、表面電極３０が中心になるようにダイシング装置を用いて切断した。
【００９６】
これにより、比較用のＬＥＤベアチップ（すなわち、電極構造「Ａ」の比較用のＬＥＤベアチップ）と、実施例１に係る３種類のＬＥＤベアチップ（すなわち、電極構造「Ｂ」、電極構造「Ｃ」、及び電極構造「Ｄ」のＬＥＤベアチップ）とを作製した。なお、チップサイズはいずれも、２７５μｍ角である。
【００９７】
次に、作製したＬＥＤベアチップのそれぞれをＴＯ−１８ステムにＡｇペーストを用いてダイボンディングした。そして、ＴＯ−１８ステムにマウントされたＬＥＤベアチップの表面電極３０にＡｕからなるワイヤーを用いてワイヤーボンディングして、実施例１、及び実施例１の比較用の発光素子をそれぞれ作製した。
【００９８】
上述のように作製した実施例１及び実施例１の比較用の発光素子の初期特性を評価した結果を表２に示す。なお、評価に用いた発光素子はそれぞれ、エピタキシャルウエハの中心付近から取り出した素子である。また、表２における発光出力は、２０ｍＡ通電時の発光出力である。
【００９９】
【表２】
2011176001.tif 000012
【０１００】
表２を参照すると、電極構造が「Ａ」の発光素子の場合、順方向電圧は２．３０８Ｖであり、電極構造が「Ｂ」の発光素子の順方向電圧は１．９５０Ｖ、電極構造が「Ｃ」の発光素子の順方向電圧は１．９１０Ｖ、電極構造が「Ｄ」の発光素子の順方向電圧は１．９０１Ｖであった。すなわち、表面電極３０のＡｕＢｅ合金の厚さを１００ｎｍ以上にした場合、発光素子の順方向電圧は良好な特性を示した。また、順方向電圧の低下に伴い発光素子の発熱も低減したことに起因し、発光素子の発光出力が若干向上し、発光ピーク波長が短波長化した。
【０１０１】
また、実施例１に係る発光素子について信頼性試験を実施した。具体的に、信頼性試験は、室温、５０ｍＡ通電の条件で１６８時間、通電試験を実施して評価した。信頼性試験の結果、実施例１の電極構造「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」に係るいずれの発光素子も、相対出力が９７％〜１０５％であった。なお、相対出力は、１６８時間通電後の発光出力／初期発光出力×１００から算出した。一方、実施例１の比較例の電極構造「Ａ」を有する発光素子の相対出力は、９４％であった。電極構造が「Ａ」の実施例１の比較例に係る発光素子についても、ＬＥＤ素子としての信頼性には実用上問題はないが、少なくとも、電極構造が「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」に係る発光素子の信頼性は良好であることが確認された。電極構造が「Ａ」の実施例１の比較例に係る発光素子の信頼性が他の発光素子に比べて低下した理由は、熱的要因に起因すると考えられる。なお、５０ｍＡ通電前後共に、評価電流値は２０ｍＡである。
【０１０２】
以上のように実施例１においては、第２の電流分散層２４４のキャリア濃度を第１の電流分散層２４２のキャリア濃度よりも高くすると共に、表面電極３０の構成を複数の表面電極層から形成することにより、エピタキシャルウエハに粗化処理した後に表面電極３０を形成したとしても、良好な発光特性を実現することができる発光素子が得られることが示された。また、表面電極３０及び裏面電極３５を形成する前にエピタキシャルウエハに粗化処理を施すことができるので、表面電極３０及び裏面電極３５に保護膜を施してから粗化処理を施す場合に比べ、粗化処理を容易に実施できる。
【０１０３】
更に、表面電極３０及び裏面電極３５を形成する前にエピタキシャルウエハに粗化処理を施すので、表面電極３０の表面にエッチング液等が残存することを防止できる。これにより、表面電極３０のワイヤーボンディング不良を低減できると共に、粗化処理前に表面電極３０を形成する場合に比べ、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との接触面積を増加させることができるので、表面電極３０の剥がれも低減できる。
【０１０４】
また、第２の電流分散層２４４のキャリア濃度を第１の電流分散層２４２のキャリア濃度よりも高くすると共に、第２の電流分散層２４４に接触する表面電極層の厚さを１００ｎｍ以上にすることで、順方向電圧を低減できる。なお、電流分散層２４０全体に添加するＭｇ量を増加することにより順方向電圧を低減することも考えられるが、電流分散層２４０全体のＭｇ量を増加させた場合、発光部２０へ拡散するＭｇの量が増加するので、発光素子の信頼性の向上には限界がある。また、第２の電流分散層２４４の厚さは、順方向電圧の増加の抑制を目的として１．０μｍ以上が好ましく、発光素子の信頼性の低下の抑制及びＭｇの光吸収（すなわち、不純物による光吸収）による発光出力の低下の抑制を目的として３．０μｍ以下が好ましい。
【０１０５】
また、表面電極３０の第１の表面電極層３０５（すなわち、実施例１においてはＡｕＢｅの層）は１００ｎｍ以上の厚さを有することが好ましく、不純物（すなわち、実施例１においてはＡｕＢｅのＢｅ）が第２の電流分散層２４４に拡散することに起因すると考えられる発光素子の相対出力の低下の抑制を目的として６００ｎｍ以下の厚さを有することが好ましい。
【実施例２】
【０１０６】
実施例２に係る発光素子として、実施例１に係る発光素子とは異なる第２の電流分散層２４４を備える発光素子を製造した。実施例２においては、第２の電流分散層２４４を成長する際におけるＭｇ流量を１９０ｓｃｃＭに設定すると共に、第２の電流分散層２４４のキャリア濃度を２×１０１８／ｃｍ３に設定した。第２の電流分散層２４４を除く他の構成は実施例１と同一であるので、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１０７】
まず、実施例１と同様に実施例２に係るエピタキシャルウエハを製造した。そして、実施例２においても実施例１と同様に、エピタキシャルウエハを劈開により４分割した。劈開により得られた小片４枚それぞれについて、表１に示すような電極構造「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」を有する表面電極を形成した。その他の構成については実施例１と同様である。
【０１０８】
このようにして得られた実施例２に係る発光素子のそれぞれについて、初期特性を評価した。評価結果を表３に示す。
【０１０９】
【表３】
2011176001.tif 000013
【０１１０】
表３を参照すると、実施例２に係る発光素子についても、実施例１に係る発光素子と同様の結果が得られた。したがって、第２の電流分散層２４４のキャリア濃度が第１の電流分散層２４２のキャリア濃度と同程度であっても、第２の電流分散層２４４中に存在するＭｇ量が第１の電流分散層２４２中に存在するＭｇ量より多い場合、キャリア濃度を増加させた場合と同様の効果があることを確認した。すなわち、電流分散層２４０の構造としては、第２の電流分散層２４４のキャリア濃度を高くすることよりも、第２の電流分散層２４４中に存在するＭｇ量を増加させることにより、製造される発光素子の順方向電圧を低減できることが示された。
【０１１１】
また、実施例２に係る発光素子のそれぞれについて、信頼性試験を実施した。具体的に、信頼性試験は、室温、５０ｍＡ通電の条件で１６８時間、通電試験を実施して評価した。信頼性試験の結果、実施例２の電極構造「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」に係るいずれの発光素子も、相対出力が９８％〜１０４％であった。一方、実施例２の電極構造「Ａ」を有する発光素子の相対出力は、９４％であった。電極構造が「Ａ」の実施例２の発光素子についてもＬＥＤ素子としての信頼性には実用上問題はないが、少なくとも、電極構造が「Ｂ」、「Ｃ」、及び「Ｄ」に係る発光素子の信頼性は良好であることが確認された。電極構造が「Ａ」の実施例２に係る発光素子の信頼性が他の発光素子に比べて低下した理由は、熱的要因に起因すると考えられる。なお、５０ｍＡ通電前後共に、評価電流値は２０ｍＡである。
【実施例３】
【０１１２】
実施例３に係る発光素子として、実施例１に係る発光素子とは異なる表面電極を備える発光素子を製造した。具体的に実施例３においては、第１の表面電極層３０５を構成する材料を実施例１の第１の表面電極層３０５を構成する材料と異なる材料にした点を除き、他の構成は実施例１と同一である。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１１３】
実施例３の発光素子は、第１の表面電極層３０５をＡｕＺｎ合金から形成した。Ｚｎ濃度が５％のＡｕＺｎ合金と、１５％のＡｕＺｎ合金とを使用した。ＡｕＺｎ合金の膜厚は実施例１と同様に４種類作成した。具体的には表４に示すとおりである。例えば、実施例３において表面電極３０の電極構造「Ａ」は、Ｚｎ濃度が５％のＡｕＺｎ合金を用いた発光素子と、Ｚｎ濃度が１５％のＡｕＺｎ合金を用いた発光素子とのそれぞれにおいて、第２の電流分散層２４４側から５０ｎｍ厚のＡｕＺｎと、１０ｎｍ厚のＮｉと、１０００ｎｍ厚のＡｕとが積層した構造である。
【０１１４】
【表４】
2011176001.tif 000014
【０１１５】
実施例３の発光素子のそれぞれについて、初期特性を評価した。その結果を表５に示す。
【０１１６】
【表５】
2011176001.tif 000015
【０１１７】
表５を参照すると分かるように、ＡｕＺｎ合金の厚さが１００ｎｍ以上の場合、発光素子の順方向電圧が低下することが示された。また、発光出力は、実施例１に比べると約５〜１０％程度低い程度であり、実用上の問題はないことが示された。なお、発光出力の低下は、使用したエピタキシャルウエハの違いによるバラツキに起因すると推定される。更に、実施例３の発光素子のそれぞれについて信頼性を評価した。その結果、相対出力は９５〜９８％であり、実用上問題はないことが示された。したがって、第１の表面電極層３０５をＡｕＺｎから形成した場合においても、発光素子の順方向電圧を低減することができ、第２の電流分散層２４４に接する表面電極層の厚さが、発光素子の特性に影響を与えることが示された。
【０１１８】
（比較例）
図６は、比較例１に係る発光素子の模式的な断面の概要を示す。
【０１１９】
比較例に係る発光素子は、実施例１に係る発光素子とは電流分散層２４０の構成が異なる点を除き、実施例１に係る発光素子と略同一の構成、機能を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１２０】
比較例に係る発光素子３は、電流分散層２４０として膜厚が８０００ｎｍの電流分散層を備える。すなわち、発光素子３は、実施例１に係る発光素子とは異なり、第２の電流分散層２４４を有しておらず、電流分散層２４０の全体が実施例１に係る第１の電流分散層２４２に該当する。また、比較例に係る発光素子３は、実施例１の電極構造「Ａ」の表面電極を有する（すなわち、電流分散層の表面に５０ｎｍ厚のＡｕＢｅ合金と、１０ｎｍ厚のＮｉと、１０００ｎｍ厚のＡｕとをこの順に蒸着して形成した）。
【０１２１】
比較例に係る発光素子３の初期特性を評価したところ、順方向電圧が２．６５８Ｖであった。したがって、電流分散層の表面近傍に、第２の電流分散層２４４を設けることにより、順方向電圧を約０．３５Ｖ低減する効果があることが示された。
【０１２２】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【０１２３】
１、１ａ、１ｂ  発光素子
３  発光素子
４  エピタキシャルウエハ
５  発光素子
１０  半導体基板
２０、２０ａ  発光部
３０  表面電極
３５  裏面電極
４０  光取り出し層
２００  バッファ層
２１０  反射部
２１２  反射部
２１０ａ  第１の半導体層
２１０ｂ、２１０ｃ  第２の半導体層
２２０  第１クラッド層
２２１  第１アンドープ層
２２２  活性層
２２３  第２アンドープ層
２２４  第２クラッド層
２３０  介在層
２４０  電流分散層
２４２  第１の電流分散層
２４４  第２の電流分散層
２５０  凹凸部
３０５  第１の表面電極層
３１０  第２の表面電極層
３１５  第３の表面電極層
【図１Ａ】
2011176001.tif 000020
【図１Ｂ】
2011176001.tif 000021
【図１Ｃ】
2011176001.tif 000022
【図１Ｄ】
2011176001.tif 000023
【図２】
2011176001.tif 000024
【図３】
2011176001.tif 000025
【図４】
2011176001.tif 000026
【図５Ａ】
2011176001.tif 000027
【図５Ｂ】
2011176001.tif 000028
【図６】
2011176001.tif 000029