(57)【要約】      （修正有）【課題】高出力、低順方向電圧のエピタキシャルウエハ、発光素子、及びそれらの製造方法を提供する。【解決手段】エピタキシャルウエハ１は発光部２０と反射部２１０と電流分散層２４０とを備え、反射部は第１の半導体層と第２の半導体層とからなるペア層を複数有し、第１の半導体層は、式（１）の厚さＴＡを有し、第２の半導体層は式（２）の厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は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を有する。2011054862.tif 000019【選択図】図１Ａ
2011054862.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
を備え、
前記反射部は、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の半導体層は、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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、
前記第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有するエピタキシャルウエハ。
【数９】
2011054862.tif 000013
【数１０】
2011054862.tif 000014
【請求項２】
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１に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項３】
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２に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項４】
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３に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項５】
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４に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項６】
前記介在層は、ＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０．６≦ｚ≦０．９）からなる請求項５に記載のエピタキシャルウエハ。
【請求項７】
（素子のクレーム）
請求項１〜６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエハと、
前記第２の電流分散層上に設けられる表面電極と、
前記半導体基板の前記反射部の反対側に設けられる裏面電極と
を備える発光素子。
【請求項８】
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７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記光取り出し層は、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８に記載の発光素子。
【請求項１０】
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
を備え、
前記第１の半導体層は、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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、
前記第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有するエピタキシャルウエハの製造方法。
【数１１】
2011054862.tif 000015
【数１２】
2011054862.tif 000016
【請求項１１】
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複数の表面電極を形成する表面電極形成工程と、
前記複数の表面電極それぞれの間を切断する切断工程と
を備え、
前記第１の半導体層は、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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、
前記第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する発光素子の製造方法。
【数１３】
2011054862.tif 000017
【数１４】
2011054862.tif 000018
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウエハ、発光素子、エピタキシャルウエハの製造方法、及び発光素子の製造方法に関する。特に、本発明は、光取り出し面に凹凸を有すると共に複数の半導体層からなる反射層を備えるエピタキシャルウエハ、発光素子、エピタキシャルウエハの製造方法、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場合がある。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、低順方向電圧のエピタキシャルウエハ、発光素子、エピタキシャルウエハの製造方法、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】
（１）本発明は、上記目的を達成するため、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を備え、反射部は、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の半導体層は、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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有するエピタキシャルウエハが提供される。
【数１】
2011054862.tif 000003
【数２】
2011054862.tif 000004
【０００８】
（２）また、上記エピタキシャルウエハは、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できる。
【０００９】
（３）また、上記エピタキシャルウエハは、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もできる。
【００１０】
（４）また、上記エピタキシャルウエハは、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。
【００１１】
（５）また、上記エピタキシャルウエハは、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。
【００１２】
（６）また、上記エピタキシャルウエハは、介在層は、ＧａｚＩｎ１−ｚＰ（ただし、０．６≦ｚ≦０．９）からなることが好ましい。
【００１３】
（７）また、本発明は上記目的を達成するため、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載のエピタキシャルウエハと、第２の電流分散層上に設けられる表面電極と、半導体基板の反射部の反対側に設けられる裏面電極とを備える発光素子が提供される。
【００１４】
（８）また、上記発光素子は、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。
【００１５】
（９）また、上記発光素子は、光取り出し層は、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を有することが好ましい。
【００１６】
（１０）また、本発明は上記目的を達成するため、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を備え、第１の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有するエピタキシャルウエハの製造方法が提供される。
【数３】
2011054862.tif 000005
【数４】
2011054862.tif 000006
【００１７】
（１１）また、本発明は上記目的を達成するため、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複数の表面電極を形成する表面電極形成工程と、複数の表面電極それぞれの間を切断する切断工程とを備え、第１の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する発光素子の製造方法が提供される。
【数５】
2011054862.tif 000007
【数６】
2011054862.tif 000008
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るエピタキシャルウエハ、発光素子、エピタキシャルウエハの製造方法、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、低順方向電圧のエピタキシャルウエハ、発光素子、エピタキシャルウエハの製造方法、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】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハの模式的な部分断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハが備える反射部の模式的な断面図である。
【図２Ａ】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２Ｂ】本発明の第２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】本発明の第４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５】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６Ａ】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６Ｂ】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７Ａ】０°ＤＢＲ層を備え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７Ｂ】０°ＤＢＲ層を備え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８】凹凸部を備えていないエピタキシャルウエハに粗面化処理を施す時間と最大高さＲｙとの関係を示す図である。
【図９】実施例３に係る発光素子が備える反射部の断面図である。
【図１０】比較例１に係る発光素子の模式的な断面図である。
【図１１】比較例１に係る発光素子の反射部のペア数の違いによる発光出力を示す図である。
【図１２】比較例２に係る発光素子用のエピタキシャルウエハの断面図である。
【図１３】比較例２に係る発光素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［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、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を備えるエピタキシャルウエハにおいて、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を更に備え、反射部は、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の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する。
【００２１】
また、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を備える発光素子において、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の電流分散層上に設けられる表面電極と、半導体基板の反射部の反対側に設けられる裏面電極とを更に備え、反射部は、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の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する。
【００２２】
また、半導体基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長させることにより発光素子用のエピタキシャルウエハを製造するエピタキシャルウエハの製造方法において、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を備え、第１の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する。
【００２３】
また、半導体基板上に複数の半導体層をエピタキシャル成長させることにより発光素子用のエピタキシャルウエハを製造した後、当該エピタキシャルウエハを切断することにより発光素子を製造する発光素子の製造方法において、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複数の表面電極を形成する表面電極形成工程と、複数の表面電極それぞれの間を切断する切断工程とを備え、第１の半導体層は、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１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の半導体層は、式（２）で定められる厚さＴＢを有し、第２の電流分散層は、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、表面に凹凸部を有する。
【００２４】
［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エピタキシャルウエハの模式的な部分断面を示し、図１Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハが備える反射部の模式的な断面を示す。
【００２５】
（エピタキシャルウエハ１の構造の概要）
第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ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）用のエピタキシャルウエハである。具体的に、エピタキシャルウエハ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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
【数７】
2011054862.tif 000009
【００３２】
【数８】
2011054862.tif 000010
【００３３】
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。
【００３４】
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エピタキシャルウエハ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。
【００３５】
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。
【００３６】
（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２３４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。
【００３７】
（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。エピタキシャルウエハ１が介在層２３０を備えることにより、エピタキシャルウエハ１から製造される発光素子の順方向電圧を低減できる。
【００３８】
（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、エピタキシャルウエハ１から製造される発光素子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。
【００３９】
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。より具体的に、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、エピタキシャルウエハ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。
【００４０】
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。そして、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。
【００４１】
（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、エピタキシャルウエハ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。
【００４２】
（エピタキシャルウエハ１の製造方法）
第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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１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。
【００４７】
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）。本実施の形態において粗面化処理は、発光素子を形成する前、すなわち、後述する発光素子２が備える表面電極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。
【００４８】
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エピタキシャルウエハ１が製造される。エピタキシャルウエハ１は、後述するＬＥＤ等の発光素子用のエピタキシャルウエハとして用いられる。
【００４９】
（変形例）
第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ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エピタキシャルウエハは、バッファ層２００を備えずに形成することができる。
【００５０】
また、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１は、赤色を含む光（例えば、発光波長が６３０ｎｍ帯の光）を発する発光素子用のエピタキシャルウエハであるが、エピタキシャルウエハ１から製造される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用のエピタキシャルウエハ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、又は緑色光等の波長範囲の光が挙げられる。また、エピタキシャルウエハ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。
【００５１】
更に、エピタキシャルウエハ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。
【００５２】
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。
【００５３】
図２Ａ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を示し、図２Ｂ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平面を示す。
【００５４】
第２の実施の形態に係る発光素子２は、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１から形成され、表面電極３０及び裏面電極３５を備える点を除き、エピタキシャルウエハ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。
【００５５】
（発光素子２の構造の概要）
第２の実施の形態に係る発光素子２は、半導体基板１０と、半導体基板１０の上に設けられるバッファ層２００と、バッファ層２００の上に設けられる反射部２１０と、反射部２１０の上に設けられる第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２クラッド層２２４と、第２クラッド層２２４の上に設けられる介在層２３０と、介在層２３０の上に設けられる第１の電流分散層２４２及び第２の電流分散層２４４を有する電流分散層２４０とを備える。そして、発光素子２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。
【００５６】
（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ＡｕＢｅ、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、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２の光取り出し面の一部に設けられる。
【００５７】
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２Ｂに示すように、発光素子２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２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。
【００５８】
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。
【００５９】
（発光素子２の製造方法）
まず、第１の実施の形態において説明したように、エピタキシャルウエハ１を準備する。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１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）。
【００６０】
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２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２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２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２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。
【００６１】
このようにして製造される発光素子２は、例えば、発光波長が６３４ｎｍ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２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２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。
【００６２】
（第１の実施の形態及び第２の実施の形態の効果）
第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１から製造した発光素子２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２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２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２を提供することができる。
【００６３】
また、第１の実施の形態に係るエピタキシャルウエハ１から製造される発光素子２は、まずエピタキシャルウエハ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とから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２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。
【００６４】
また、発光素子２は、式（１）及び式（２）の角度θの値が大きい値で規定される厚さの第１の半導体層２１０ａと第２の半導体層２１０ｂとを有するペア層により反射された光であっても、光取り出し面に凹凸部２５０が形成されているので、光取り出し面から当該光を有効に取り出すことができる。これにより、本実施の形態に係る発光素子２は、例えば、反射部２１０を、活性層２２２が発する光の発光ピーク波長に対応した半導体層のみで構成した場合に比べて、発光出力を向上させることができる。したがって、本実施の形態によれば、半導体基板１０上に成長する化合物半導体層の総数の増加による原料の増加、及び成長時間の増加による製造コストの増加を伴うことなく、光出力の高い発光素子２を提供することができる。
【００６５】
［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。
【００６６】
第３の実施の形態に係る発光素子２ａは、第２の実施の形態に係る発光素子２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２の実施の形態に係る発光素子２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。
【００６７】
発光素子２ａ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。
【００６８】
光取り出し層４０は、絶縁体、又は第１導電型若しくは第２導電型の酸化物若しくは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、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、ＩＴＯ、Ｓｎ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ等の酸化物若しくは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。
【００６９】
発光素子２ａ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２ａの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００７０】
［第４の実施の形態］
図４は、本発明の第４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。
【００７１】
第４の実施の形態に係る発光素子２ｂは、第２の実施の形態に係る発光素子２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２の実施の形態に係る発光素子２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。
【００７２】
具体的に、第４の実施の形態に係る発光素子２ｂ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。
【００７３】
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２ｂの信頼性を向上させることができる。
【００７４】
なお、第４の実施の形態に係る発光素子２ｂ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４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】
【００７５】
実施例１に係る発光素子として、第２の実施の形態に係る発光素子２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１５ペア（すなわち、１５層の第１の半導体層２１０ａと１５層の第２の半導体層２１０ｂとで３０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。
【００７６】
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。
【００７７】
図５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。
【００７８】
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。更に、第２の電流分散層２４４のＭｇ流量を１９０ｓｃｃＭにした試料も作製した。これにより、実施例１に係る発光素子用のエピタキシャルウエハを製造した。
【００７９】
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。
【００８０】
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「３．５０７」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°、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。
【００８１】
具体的に、実施例１に係る発光素子用のエピタキシャルウエハに形成した反射部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２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２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１ペア形成した。
【００８２】
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１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２ペア形成した。
【００８３】
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６ペア形成した。そして、２０°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１５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。
【００８４】
なお、実施例１に係る発光素子の反射部２１０が有する複数のペア層のペア数を１５ペア（なお、反射部２１０の厚さは約２０００ｎｍ弱である）にした理由は、後述する比較例１に係る発光素子の反射部２１２が２１ペアのペア層を有して形成されているので（なお、当該反射部２１２の厚さは約２０００ｎｍ強である）、比較例１に係る発光素子の反射部２１２と同等の厚さの反射部２１０を形成することにより、実施例１に係る発光素子と比較例１に係る発光素子とを比較することを目的にしたことによる。これにより、凹凸部２５０を備えていない実施例１に係るエピタキシャルウエハが得られた。
【００８５】
（反射部２１０の構成について）
図６Ａ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６Ｂ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。また、図７Ａは、０°ＤＢＲ層を備える発光素子が備える反射部の簡易的な構造を示し、図７Ｂは、０°ＤＢＲ層を備え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。
【００８６】
図６Ａ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６Ｂ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。
【００８７】
一方、図７Ａを参照すると分かるように、０°ＤＢＲ層を備える発光素子が備える反射部の簡易的な構造は、半導体基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板の上に、３つの０°ＤＢＲ層が形成された構造を備える。斯かる構造の反射部の反射スペクトルを測定したところ、図７Ｂに示すように、ピーク波長が６４０ｎｍ付近の波長の光のみを主として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。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１枚の小片はそのままの状態で比較用として保管した。一方、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３枚の小片については、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）を変えて３パターン実施した。すなわち、電流分散層の表面の凹凸を、エッチング時間（粗化処理時間）によって異なる形状にした。エッチング時間（粗化処理時間）は、１５秒、３０秒、６０秒の３パターンを実施した。そして、エッチング時間（粗化処理時間）を変え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、１．４μｍ以上２．６μｍ以下であった。
【００９０】
図８は、凹凸部を備えていないエピタキシャルウエハに粗面化処理を施す時間と最大高さＲｙとの関係を示す。
【００９１】
図８においては、エッチング時間（粗化処理時間）を９０秒にして粗面化処理を実施した場合の表面粗さも示す。図８を参照すると分かるように、Ｒｙは、エッチング時間（粗化処理時間）を１５秒以上にすることにより１．４μｍ以上になることが示された。
【００９２】
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３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）と、表面に粗化処理を施していない比較用の小片１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）とのそれぞれに、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４００ｎｍ厚のＡｕＢｅと、１０ｎｍ厚のＮｉと、１０００ｎｎ厚のＡｕとをこの順に蒸着した。蒸着後、リフトオフ法によりエピタキシャルウエハに形成されたマスクパターンを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。
【００９３】
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、５００ｎｍ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。
【００９４】
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、粗面化処理を施した１／４サイズの３枚の小片（すなわち、１５秒、３０秒、６０秒のエッチングを施すことにより表面を粗面化した小片）、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（すなわち、粗面化処理を施していない１／４サイズの１枚の小片）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。
【００９５】
これにより、粗面化処理を施していない比較用のＬＥＤベアチップ（すなわち、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、粗面化処理を施したＬＥＤベアチップであり、粗面化処理の時間が１５秒、３０秒、６０秒の３種類の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。
【００９６】
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。
【００９７】
上述した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１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１における発光出力は、２０ｍＡ通電時の発光出力である。
【００９８】
【表１】
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【００９９】
表１を参照すると、実施例１の比較用に係る発光素子（すなわち、表面に凹凸部２５０を備えていない発光素子）の発光出力は２．１６３ｍＷであり、後述する比較例１に係る発光素子の発光出力２．２５０ｍＷより約４％発光出力が低くなった。しかしながら、実施例１に係る発光素子（すなわち、表面に凹凸部２５０を備える発光素子）については、発光出力が２．７４５ｍＷ〜２．８０２ｍＷであり、比較例１に係る発光素子の発光出力よりも約２２％〜２５％向上した。また、実施例１においては表面電極３０を形成する前に第２の電流分散層２４４の表面に凹凸部２５０を形成したが、順方向電圧の上昇、発光ピーク波長の変動は認められなかった。なお、第２の電流分散層２４４を成長する際におけるＭｇ流量を１９０ｓｃｃＭにした試料についても実施例１と同様に発光素子を作製した。当該発光素子についても、実施例１と同様のＬＥＤ特性が得られた。
【０１００】
すなわち、ＬＥＤ用のエピタキシャルウエハの形態で、発光素子としてのＬＥＤの特性を略決定することのできるエピタキシャルウエハを提供できることが示された。なお、若干、順方向電圧が高くなっているようにも思われるが、ばらつきによる誤差範囲である。仮に順方向電圧が上昇していたとしても、表１に記載した順方向電圧の値であれば、実用上問題はない。
【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に係るいずれの発光素子も、相対出力が９７％から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。したがって、実施例１に係る発光素子の信頼性は、後述する比較例１に係る発光素子と同程度であることが確認された。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に係る発光素子は、表面電極３０の形成前に第２の電流分散層２４４の表面を粗化するので、表面電極３０を形成した後に粗化する場合に比べて表面電極３０の表面をエッチャントから保護する必要がなく、容易、簡易に粗化処理を実施できる。また、粗化処理後に表面電極３０を形成するので、表面電極３０の表面がエッチャントに触れることに起因するワイヤーボンディング不良の発生を低減できると共に、表面電極３０と第２の電流分散層２４４との接触面積の増加による表面電極３０の剥がれの抑制ができる。これにより、発光出力を後述する比較例１に係る発光素子の１．２５倍にすることが低コストでできた。すなわち、実施例１においては、発光素子用のエピタキシャルウエハの形態で、発光素子としてのＬＥＤの特性を略決定することのできるエピタキシャルウエハを低コストで提供できることが示された。なお、凹凸部２５０の作製においてはエッチング処理が実施されるので、エッチング処理を多数枚でのバッチ処理で実施することにより、製造コストを抑えることができる。
【０１０３】
また、実施例１に係る発光素子おいては、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ことにより、順方向電圧を低減できることが示された。また、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る場合においても、第２の電流分散層２４４に添加するＭｇ量を第１の電流分散層２４２に添加するＭｇ量より増加させることにより、キャリア濃度を高くした場合と同様の効果があることも確認した。すなわち、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、Ｍｇ量を増加させることの方が発光素子の順方向電圧を低下させることができることが示された。
【０１０４】
なお、電流分散層２４０全体のＭｇ量を増加させて発光素子の順方向電圧を低下させる方法も考えられるものの、電流分散層２４０全体のＭｇ量を増加させると、Ｍｇが発光部２０側に拡散して信頼性が低下する場合がある。また、第２の電流分散層２４４の厚さを薄くし過ぎると、第２の電流分散層２４４による順方向電圧を低下させる効果が低下して、順方向電圧が高くなることがある。更に、第２の電流分散層２４４の厚さを厚くし過ぎると、発光素子の信頼性が低下する場合があり、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が発生しうる。したがって、第２の電流分散層２４４の厚さは、１．０μｍ以上３．０μｍ以下が好ましい。
【実施例２】
【０１０５】
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反射部２１０を備える発光素子を製造した。ただし、第１の電流分散層２４２を成長する際におけるＭｇ流量は６８ｓｃｃＭに設定すると共に、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度は２×１０１８／ｃｍ３にした。反射部２１０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。
【０１０６】
実施例２に係る発光素子が備える反射部２１０の構成は以下のような構成である。すなわち、実施例２に係る反射部２１０は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層の側から、０°ＤＢＲ層を１ペアと、２０°ＤＢＲ層を６ペアと、３０°ＤＢＲ層を２ペアと、４０°ＤＢＲ層を１ペアと、５０°ＤＢＲ層を１ペアと、６０°ＤＢＲ層を２ペアと、７０°ＤＢＲ層を２ペアとを順次成長することにより形成した。すなわち、実施例２に係る反射部２１０のペア層の構成は、実施例１に係る反射部２１０の構成と上下が反対の構成である。
【０１０７】
実施例２に係る発光素子においても、実施例１に係る発光素子と同等のＬＥＤ特性（すなわち、発光出力、発光波長、順方向電圧、及び信頼性）を示すことを確認した。すなわち、実施例２に係る発光素子の発光出力は比較例１に係る発光素子の約１．２５倍であり、順方向電圧も１．９Ｖ以下であった。これにより、反射部２１０のペア層の構成が実施例１の場合の反対であっても、良好なＬＥＤ特性を示す発光素子が得られることが示された。
【実施例３】
【０１０８】
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反射部２１０を備える発光素子を製造した。ただし、第１の電流分散層２４２を成長する際におけるＭｇ流量は６８ｓｃｃＭに設定すると共に、第１の電流分散層２４２のキャリア濃度は２×１０１８／ｃｍ３にした。反射部２１０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。
【０１０９】
図９は、実施例３に係る発光素子が備える反射部の断面の概要を示す。
【０１１０】
実施例３に係る発光素子が備える反射部２１０の構成は以下のような構成である。すなわち、実施例３に係る反射部２１０は、ｎ型ＧａＡｓバッファ層の側から、０°ＤＢＲ層を１ペアと、７０°ＤＢＲ層を２ペアと、６０°ＤＢＲ層を２ペアと、５０°ＤＢＲ層を１ペアと、４０°ＤＢＲ層を１ペアと、３０°ＤＢＲ層を３ペアと、２０°ＤＢＲ層を４ペアと、１０°ＤＢＲ層を１ペアとを順次成長することにより形成した。ここで、実施例３においては、０°ＤＢＲ層１ペアの第２の半導体層をＧａＡｓから形成した。すなわち、実施例３においては、実施例１の反射部２１０の第１クラッド層２２０に接していた０°ＤＢＲ層をｎ型ＧａＡｓバッファ層上に置き換えると共に、０°ＤＢＲ層を構成する第２の半導体層２１０ｃを、活性層２２２から発せられた光に対して不透明な半導体材料であるＧａＡｓから形成した。
【０１１１】
実施例３に係る発光素子においても、実施例１に係る発光素子と同等のＬＥＤ特性（すなわち、発光出力、発光波長、順方向電圧、及び信頼性）を示すことを確認した。すなわち、実施例３に係る発光素子の発光出力は比較例１に係る発光素子の約１．２８倍であり、順方向電圧も１．９Ｖ以下であった。
【０１１２】
実施例３に係る発光素子の発光出力は、実施例１及び実施例２に係る発光素子の発光出力よりも高出力化した。これは、反射部２１０のＡｌＡｓからなる第１の半導体層２１０ａの屈折率とＧａＡｓからなる第２の半導体層２１０ｃの屈折率との屈折率差が、ＡｌＡｓからなる第１の半導体層２１０ａの屈折率とＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓからなる第２の半導体層２１０ｂの屈折率との屈折率差より大きいことから、反射部２１０の反射率が向上したことに起因する。なお、ＧａＡｓからなる層は活性層２２２が発する光を吸収する。したがって、仮に反射部２１０の第２の半導体層のすべてをＧａＡｓから形成した場合、発光素子の発光出力は低下する。したがって、反射部２１０の最下層、すなわち、活性層２２２から最も離れた位置に設けられるペア層にＧａＡｓからなる層を設けることが好ましい。これは、反射部２１０に含まれるペア層の数を増加させない場合、反射部２１０の最下層については、光吸収を考慮するよりも反射率を増加させる方が発光出力を増加させる効果が大きいからである。
【０１１３】
（比較例１）
図１０は、比較例１に係る発光素子の模式的な断面の概要を示し、図１１は、比較例１に係る発光素子の反射部のペア数の違いによる発光出力を示す。
【０１１４】
比較例１に係る発光素子は、反射部２１２の構成等が異なる点を除き、実施例１と略同様の構成を備える。したがって、実施例１に係る発光素子との相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１１５】
比較例１に係る発光素子の実施例１に係る発光素子と異なる点は、反射部２１２を構成する半導体層の膜厚を、λｐ／４ｎから算出される厚さに規定した点である。ここで、λｐは活性層２２２が発する光の発光ピーク波長であり、ｎは、第１の半導体層又は第２の半導体層の屈折率である。
【０１１６】
まず、比較例１に係る発光素子の反射部２１２は、第１の半導体層としてのＡｌＡｓ層と、第２の半導体層としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層とからなる複数のペア層を有する。そして、発光ピーク波長を６３１ｎｍにすると、比較例１に係る第１の半導体層としてのＡｌＡｓ層の厚さＴＡは、ＴＡ＝６３１／４×３．１１４（ただし、３．１１４はＡｌＡｓ層の屈折率)となり、５０．７ｎｍである。また、比較例２に係る第２の半導体層としてのＡｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の厚さＴＢは、ＴＢ＝６３１／４×３．５０７（ただし、３．５０７は、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓ層の屈折率）となり、４５．０ｎｍである。したがって、このような厚さを有する第１の半導体層及び第２の半導体層からなるペア層を有する反射部２１２を備えるように、比較例１に係る発光素子を製造した。
【０１１７】
また、反射部２１２に含まれるペア層のペア数を様々に変えたところ、図１１を参照すると分かるように、反射部２１２に含まれるペア層のペア数が２０以上になると比較例１に係る発光素子の発光出力が飽和することが示された。したがって、反射部２１２が有するペア層のペア数は２０以上にした。ただし、反射部２１２の膜厚を用いた比較の容易さを考慮して、反射部２１２の厚さが約２０００ｎｍになるようにペア数を制御した。具体的に、比較例１に係る反射部２１２が有するペア層のペア数は２１ペアにした。そして、反射部２１２の厚さは２０１０ｎｍであった。
【０１１８】
また、比較例１に係る発光素子として、凹凸部２５０を備えていない発光素子だけでなく、凹凸部２５０を備えている発光素子も作製した。具体的には、実施例１と同様に、発光素子用の電極付エピタキシャルウエハを４分割して、粗面化処理を施さない小片と、エッチング時間（すなわち、粗化処理時間）を変化させた粗面化処理を施した３種類の小片とを作製した。エッチング時間（粗化処理時間）は、実施例１と同様に、１５秒、３０秒、６０秒の３パターンである。粗面化処理により形成された電流分散層の表面は、実施例１と同程度のＲｙであることを確認した。比較例１に係る発光素子の発光特性を表２に示す。
【０１１９】
【表２】
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【０１２０】
表２に示すように、比較例１に係る発光素子の発光出力は、粗面化処理を施していない素子、すなわち、凹凸部を備えていない素子で２．２５ｍＷであった。また、粗面化処理を施した素子の発光出力は、凹凸部を備えていない素子の発光出力よりも約１０％低下することが確認された。すなわち、比較例１に係る発光素子においては、電流分散層の表面に粗面化処理を施すと発光出力が低下することが示された。すなわち、比較例１においては、電流分散層の表面を粗面化すると発光出力が低下すること、発光出力の増大には実施例において説明した発光素子の構成が要求されることが確認された。
【０１２１】
（比較例２）
図１２は、比較例２に係る発光素子用のエピタキシャルウエハの断面の概要を示し、図１３は、比較例２に係る発光素子の断面の概要を示す。
【０１２２】
比較例２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の構成と、表面電極３０の構成順が異なる点を除き、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。
【０１２３】
比較例２に係る発光素子用のエピタキシャルウエハ４は、電流分散層２４０として膜厚が８０００ｎｍの電流分散層、すなわち、実施例１と異なり、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に該当するものである。また、比較例２に係る発光素子５は、実施例１と同様に表面電極３０を形成する前に電流分散層２４０の表面に凹凸部２５０を形成したエピタキシャルウエハ４から製造した。
【０１２４】
比較例２に係る発光素子５の初期特性を評価したところ、順方向電圧が２．５Ｖ以上になった。すなわち、比較例２に係る発光素子５は実施例１に係る発光素子と異なり第２の電流分散層２４４を備えていないので、表面電極３０を形成する前に電流分散層２４０の表面に粗面化処理を施すと、順方向電圧が実用上問題がある程度にまで上昇してしまうことが示された。
【０１２５】
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】
【０１２６】
１  エピタキシャルウエハ
２、２ａ、２ｂ  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
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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