(57)【要約】【課題】光半導体素子の輝度を向上させる。【解決手段】サファイア基板１２、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、および表面電極２０を順に積層して備える光半導体素子１０であって、表面電極２０に形成された複数の凹部３２と、複数の凹部３２それぞれに収容される本体部３０ａおよび発光層１６に対して傾斜する傾斜面３０ｅを備えて外部に露出する露出部３０ｂを有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路３０と、を含んでいる。【選択図】図２
2015126214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層して備える光半導体素子であって、
表面電極に形成された複数の凹部と、
複数の凹部それぞれに収容される本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路と、を含む光半導体素子。
【請求項２】
光導波路が表面電極の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されている、請求項１に記載の光半導体素子。
【請求項３】
表面電極の表面および複数の光導波路の露出部の表面に沿うように該表面電極および複数の光導波路を覆う保護層をさらに有する、請求項１または２に記載の光半導体素子。
【請求項４】
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状である、請求項１から３のいずれか一項に記載の光半導体素子。
【請求項５】
光半導体素子の製造方法であって、
サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、発光体層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層形成し、
表面電極に複数の凹部を形成し、
複数の凹部を埋めるように光透過性材料の層を表面電極上に形成し、
複数の凹部に対向する光透過性材料層の表面上に、複数の凹部の開口形状に対応する断面形状を備える柱状の複数のレジスト層を形成し、
ドライエッチングによって光透過性材料層および柱状のレジスト層を削ることにより、複数の凹部それぞれに収容された本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路を形成する、光半導体素子の製造方法。
【請求項６】
光導波路が表面電極の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製される、請求項５に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項７】
表面電極の表面および複数の光導波路の露出部の表面に沿うように該表面電極および複数の光導波路を覆う保護層を形成する、
請求項５または６に記載の光半導体素子の製造方法。
【請求項８】
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状になるようにドライエッチングを実行する、請求項５から７のいずれか一項に記載の光半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サファイア基板、ｎ型ＧａＮ（窒素ガリウム）層、発光層、およびｐ型ＧａＮ層を備え、さらに、発光層から発光された光が透過可能な表面電極をｐ型ＧａＮ層上に備えた光半導体素子が知られている。例えば、特許文献１に記載された光半導体素子は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）の表面電極を備える。なお、表面電極の材料として、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）が用いられることもある。また、表面電極上に、表面電極を保護するための保護層として、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）の層が形成される場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１６４５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、発光層から発光された光の一部は、半導体素子と外部との界面で反射される。例えば、屈折率が約１．４７のＳｉＯ２からなる保護層と、屈折率が約２．０のＩＴＯからなる表面電極と、屈折率が約２．４のｐ型ＧａＮ層とを備え、保護層と外部（例えば空気）との界面が発光層（基板）と平行である場合、約２５度の角度（発光層と直交する軸に対する角度）を超える出射角で発光層から出射した光は、保護層と外部との界面で反射され、光半導体素子の外部に出ることができない。当然ながら、このような光半導体素子内での光の反射が起こると、外部への光の取り出し効率（光取り出し効率）、すなわち光半導体素子の輝度が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、半導体素子内部で発生する光の反射を抑制し、光半導体素子の光取り出し効率、すなわち光半導体素子の輝度を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層して備える光半導体素子であって、
表面電極に形成された複数の凹部と、
複数の凹部それぞれに収容される本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路と、を含む光半導体素子が提供される。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、
光導波路が表面電極の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されている、第１の態様に記載の光半導体素子が提供される。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、
表面電極の表面および複数の光導波路の露出部の表面に沿うように該表面電極および複数の光導波路を覆う保護層をさらに有する、
第１または第２の態様に記載の光半導体素子が提供される。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状である、第１から第３の態様のいずれか一に記載の光半導体素子が提供される。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、
光半導体素子の製造方法であって、
サファイア基板上に、ｎ型ＧａＮ層、発光体層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に積層形成し、
表面電極に複数の凹部を形成し、
複数の凹部を埋めるように光透過性材料の層を表面電極上に形成し、
複数の凹部に対向する光透過性材料層の表面上に、複数の凹部の開口形状に対応する断面形状を備える柱状の複数のレジスト層を形成し、
ドライエッチングによって光透過性材料層および柱状のレジスト層を削ることにより、複数の凹部それぞれに収容された本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有し、光透過性材料から作製された複数の光導波路を形成する、光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、
光導波路が表面電極の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製される、第５の態様に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、
表面電極の表面および複数の光導波路の露出部の表面に沿うように該表面電極および複数の光導波路を覆う保護層を形成する、
第５または第６の態様に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明の第８の態様によれば、
光導波路の露出部の形状が、円錐状、角錐状、または半球状になるようにドライエッチングを実行する、第５から第７の態様のいずれか一に記載の光半導体素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、表面電極に形成された凹部に収容される本体部および発光層に対して傾斜する傾斜面を備えて外部に露出する露出部を有する複数の光導波路を光半導体素子に設けることにより、光半導体素子の光取り出し効率、すなわち光半導体素子の輝度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光半導体素子の一部の斜視図
【図２】光半導体素子の断面図
【図３】発光層が光を３０°の出射角で出射している状態の比較例および実施例の光半導体素子の部分拡大断面図
【図４】発光層が光を３８°の出射角で出射している状態の比較例および実施例の光半導体素子の部分拡大断面図
【図５Ａ】実施の形態に係る光半導体素子の製造方法の一工程を示す図
【図５Ｂ】図５Ａに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｃ】図５Ｂに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｄ】図５Ｃに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｅ】図５Ｄに示す工程に続く工程を示す図
【図５Ｆ】図５Ｅに示す工程に続く工程を示す図
【図６】別の実施の形態に係る光導波路を有する光半導体素子の断面図
【図７】さらに別の実施の形態に係る光導波路を有する光半導体素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態を挙げて本発明を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されない。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態に係る、光半導体素子の一部の斜視図である。図２は、光半導体素子の断面図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る光半導体素子１０は、サファイア基板１２と、ｎ型ＧａＮ（窒素ガリウム）層１４と、発光層１６と、ｐ型ＧａＮ層１８と、表面電極２０と、保護層２２とを順に積層した構造を備える。また、光半導体素子１０は、表面電極２０に電圧を印加するための金属電極２４と、サファイア基板１２に電圧を印加するための金属電極２６と、金属電極２４、２６間に光半導体素子１０を駆動するための駆動電圧を印加する電圧印加装置２８とを有する。
【００１９】
ｎ型ＧａＮ層１４とｐ型ＧａＮ層１８との間の発光層１６は、例えば、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ（窒化インジウムガリウム）層とを交互に積層したＭＱＷ（ｍｕｌｔｉ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ）構造であって、光を種々の方向に出射する。なお、本発明は、発光層の構成を限定しない。
【００２０】
ｐ型ＧａＮ層１８上に形成されている表面電極２０は、Ｐ型ＧａＮ層１８に電圧を印加する電極であって、光が透過可能な、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）から作製されている。または、金や銅などの薄膜によって表面電極２０は構成されている。
【００２１】
表面電極２０上に形成されている保護層２２は、表面電極２０（および後述する光導波路３０）を覆って保護するための層であって、光が透過可能な材料（光透過性材料）、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）やＳｉＮ（窒化ケイ素）から作製されている。
【００２２】
一方の金属電極２４は、金属材料から作製された電極であって、表面電極２０に対して電気的に接続されている。他方の金属電極２６も、金属電極２４と同様に金属材料から作製されており、サファイア基板１２に対して電気的に接続されている。
【００２３】
電圧印加装置２８は、金属電極２４、２６間に電圧（駆動電圧）を印加するように構成されている。電圧印加装置２８が金属電極２４、２６間に駆動電圧を印加することにより、すなわち金属電極２４、２６を介して表面電極２０とサファイア基板１２との間に駆動電圧を印加することにより、発光層１６が光を出射する。
【００２４】
また、光半導体素子１０は、図１や図２に示すように、複数の光導波路３０を有する。光導波路３０は、発光層１６から出射された光を、光半導体素子１０の外部に取り出すために光半導体素子１０に設けられている。
【００２５】
複数の光導波路３０は、光が透過可能な材料（光透過性材料）、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮから作製されている。また、光導波路３０は、円柱状の本体部３０ａと、本体部３０ａの上側に設けられた円錐状の露出部３０ｂとを有する。
【００２６】
具体的には、表面電極２０の表面に、光導波路３０の本体部３０ａを収容するための複数の凹部３２が形成されている。表面電極２０に形成された凹部３２は、ｐ型ＧａＮ層１８に到達していない有底の孔である。複数の凹部３２は、光導波路３０の露出部３０ｂが表面電極２０の外部に露出した状態で、光導波路３０の本体部３０ａが収容できるように構成されている。
【００２７】
また、光導波路３０の露出部３０ｂの表面３０ｅは保護層２２によって覆われている。すなわち、保護層２２は、表面電極２０の表面および複数の光導波路３０の露出部３０ｂの表面３０ｅに沿うように該表面電極２０および複数の光導波路３０を覆う。なお、保護層２２は、表面電極２０と光導波路３０を保護できる最小限の厚さであり、したがって、保護層２２と光半導体素子１０外部との界面は、表面電極２０の表面および光導波路３０の露出部３０ｂの表面に対して略平行である。
【００２８】
発光層１６からｐ型ＧａＮ層１８内に出射され、ｐ型ＧａＮ層１８内から表面電極２０内に進入し、その表面電極２０内を伝播する光を、光導波路３０は、その本体部３０ａの底面３０ｃおよび外周面３０ｄを介して内部に取り込む。そして、光導波路３０は、取り込んだ光を、露出部３０ｂの表面３０ｅ、具体的には、発光層１６（基板１２）に対して傾斜する傾斜面３０ｅを介して外部に出射する。
【００２９】
このような光導波路３０により、外部への光の取り出し効率、すなわち、光半導体素子１０の輝度が向上する。このことについて、図３および図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図３は、比較例および実施例の光半導体素子の部分拡大断面図である。
【００３１】
図３（ａ）は、光導波路３０を備えていない比較例の光半導体素子１０’を示している。一方、図３（ｂ）は、光導波路３０を備える実施例の光半導体素子１０を示している。また、図３（ａ）および図３（ｂ）は、発光層１６に対する出射角（発光層１６と直交する軸に対する角度）が３０°である光の経路（点線）を示している。
【００３２】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す光半導体素子１０、１０’において、表面電極２０はＩＴＯから作製され、保護層２２はＳｉＯ２から作製され、光導波路３０はＳｉＯ２から作製されている。また、ｐ型ＧａＮ層１８の屈折率が約２．４、ＩＴＯ（表面電極２０）の屈折率が約２．０、ＳｉＯ２（保護層２２および光導波路３０）の屈折率が約１．４７、および光半導体素子外部（空気）の屈折率が約１である。さらに、光導波路３０の露出部３０ｂの傾斜面３０ｅの発光層１６に対する角度が４５°である（すなわち、円錐状の露出部３０ｂの頂角が９０°である）。
【００３３】
図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’の場合、発光層１６から３０度の出射角で出射された光は、発光層１６に対して平行なｐ型ＧａＮ層１８と表面電極２０との界面で、約３６．９°の屈折角で屈折する。次に、光は、表面電極２０内を伝播し、発光層１６に対して平行な表面電極２０と保護層２２との界面に約３６．９°の入射角で入射する。表面電極２０と保護層２２との界面に入射した光は、約５４．８°の屈折角で屈折する。そして、保護層２２内を伝播する光は、発光層１６に対して平行な保護層２２と光半導体素子外部との界面に約５４．８°の入射角で入射する。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、保護層２２と光半導体素子外部との界面に約５４．８°の入射角で入射した光は、この界面で反射する。光半導体素子外部に対する保護層２２（ＳｉＯ２）の臨界角が約４２．９°であるため、臨界角を超える入射角で保護層２２と光半導体素子外部との界面に入射した光はこの界面で反射する。したがって、図３（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’の場合、発光層１６から３０°の出射角で出射された光は、光半導体素子１０’の内部から外部に伝播することができない。
【００３５】
一方、図３（ｂ）に示す実施例の光半導体素子１０の場合、発光層１６から３０°の出射角で出射された光は、発光層１６に対して平行なｐ型ＧａＮ層１８と表面電極２０との界面で、約３６．９°の屈折角で屈折する。次に、光は、表面電極２０内を伝播し、表面電極２０と光導波路３０の底面３０ｃとの界面に約３６．９°の入射角で入射する。表面電極２０と光導波路３０との界面に約３６．９°の入射角で入射した光は、約５４．８°の屈折角で屈折し、光導波路３０内を伝播する。そして、光導波路３０内を伝播する光は、露出部３０ｂの傾斜面３０ｅ上の保護層２０と光半導体素子外部との界面に約９．７°の入射角で入射する。そして、約４２．９°の臨界角に比べて小さい約９.７°の入射角で入射した光は、約１４．３°の角度で屈折し、光半導体素子外部に出射する。
【００３６】
図３（ａ）および図３（ｂ）によれば、光導波路３０を備えていない場合には光半導体素子とその外部との界面で反射する光を、光導波路３０を備えることによって光半導体素子外部に取り出せることがわかる。
【００３７】
また、発光層１６から出射された光の反射は、図３（ａ）に示すように光半導体素子とその外部との界面で起こるだけではなく、保護層２２と表面電極２０との界面でも起こりうる。
【００３８】
図４（ａ）に示すように、光導波路３０を備えていない比較例の光半導体素子１０’の場合、例えば発光層１６から３８°の出射角で出射した光は、発光層１６に対して平行なｐ型ＧａＮ層１８と表面電極２０との界面で約４７．６°の屈折角で屈折し、表面電極２０内を伝播する。表面電極２０を伝播する光は、発光層１６に対して平行な表面電極２０と保護層２２との界面に約４７．６°の入射角で入射し、その入射角が臨界角（約４７．３°）に比べて大きいためにその界面で反射する。したがって、発光層１６から３８°の出射角で出射した光は、保護層２２内に進入することができない。
【００３９】
一方、図４（ｂ）に示すように光導波路３０を備える本実施の形態の光半導体素子１０は、図４（ａ）に示す比較例の光半導体素子１０’では外部に取り出すことができない発光層１６から３８°の出射角で出射した光を、外部に取り出すことが可能である。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、発光層１６から３８°の出射角で出射した光は、発光層１６に対して平行なｐ型ＧａＮ層１８と表面電極２０との界面で約４７．６°の屈折角で屈折し、表面電極２０内を伝播する。表面電極２０を伝播する光は、約４２．４°の入射角で表面電極２０と光導波路３０の外周面３０ｄとの界面に入射する。入射した光は、約６６.６°の屈折角で屈折し、光導波路３０と該光導波路３０の傾斜面３０ｅ上の保護層２０内を伝播する。光は、一度反射した後、光導波路３０の傾斜面３０ｅ上の保護層２０と光半導体素子外部との界面に約２１，６°の入射角で入射し、約３２．８°の屈折角で屈折して光半導体素子外部に出射する。
【００４１】
図４（ａ）および図４（ｂ）によれば、光導波路３０を備えていない場合には表面電極２０と保護層２２との界面で反射する光を、光導波路３０を備えることによって光半導体素子外部に取り出せることがわかる。
【００４２】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、および図４（ｂ）に示すように、光導波路３０を備えていない場合には光半導体素子外部に取り出すことができない光を、光導波路３０を備えることによって光半導体素子外部に取り出すことが可能になることがわかる。すなわち、光導波路３０を設けることにより、光導波路３０を設けない場合に比べて、光半導体素子１０の光取り出し効率が向上する。
【００４３】
なお、例えば図２に示すように、表面電極２０には光導波路３０の一部（本体部３０ａ）が収容される凹部３２が形成される。そのために、表面電極２０の電気抵抗（いわゆるシート抵抗）は、凹部３２が形成されていない表面電極２０（すなわち比較例の光半導体素子１０’の表面電極２０）のシート抵抗に比べて増加する。
【００４４】
例えば、光導波路３０の一部が収容される凹部３２が形成されていない表面電極２０（すなわち比較例の光半導体素子１０’の表面電極２０）のシート抵抗Ｒｓは、以下の数式１で表すことができる。
【数１】
2015126214.tif 000003
【００４５】
数式１において、ρは表面電極２０の抵抗率であり、ｔ１は表面電極２０の層厚さである。
【００４６】
ここで、本実施の形態において、光導波路３０の一部を収容するために表面電極２０に形成される凹部３２の深さをｄ、表面電極２０の表面に対する複数の凹部３２の開口面積の割合（開口率）を３５％とする。この場合、表面電極２０の平均の層厚さｔ２は、以下の数式２で表すことができる。
【数２】
2015126214.tif 000004
【００４７】
例えば表面電極２０に形成される凹部３２の深さｄを層厚さｔ１の半分（ｄ＝０．５ｔ１）とした場合、平均層厚さｔ２＝０．８２５×ｔ１となる。この場合、開口率３５％で凹部が形成された表面電極２０のシート抵抗Ｒｓ’は、以下の数式３で表すことができる。
【数３】
2015126214.tif 000005
【００４８】
数式３によれば、光導波路３０の一部を収容するための凹部３２の深さが表面電極２０の層厚さの半分であって、開口率が３５％の場合、表面電極２０のシート抵抗は、凹部３２がない場合に比べて２１％増加する。
【００４９】
このように表面電極２０のシート抵抗が増加すると、同一輝度の光を光半導体素子から出力する場合に必要な電圧印加装置２８の駆動電圧（サファイア基板１２と表面電極２０との間に印加する電圧）は凹部がない場合に比べて増加する。言い換えると、表面電極２０のシート抵抗が増加すると、単位電圧あたりの光半導体素子１０の輝度が低下する。
【００５０】
このように光導波路３０を設けることによって単位駆動電圧あたりの輝度は低下するが、一方で、上述するように、光導波路３０を設けることによって光の取り出し効率が向上する。
【００５１】
したがって、例えば、光導波路３０の数、光導波路３０の一部が収容される表面電極２０の凹部３２の深さや形状等を適当に選択すれば、光導波路３０を設けたことによる単位駆動電圧あたりの輝度の低下を補うように、光の取り出し効率を向上させることが可能である。そのため、光導波路３０を光半導体素子に設ければ、光導波路３０を備えていない光半導体素子と同一の駆動電圧またはそれより小さい駆動電圧で、同等またはそれ以上の輝度を得ることも可能である。
【００５２】
ここからは、本実施の形態に係る光半導体素子１０の製造方法について説明する。
【００５３】
まず、図５Ａに示すように、サファイア基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、および表面電極２０を順に積層していく。なお、本発明は、サファイア基板１２上に、ｎ型ＧａＮ層１４、発光層１６、ｐ型ＧａＮ層１８、および表面電極２０を順に積層する方法を限定しない。
【００５４】
次に、図５Ｂに示すように、表面電極２０上にレジスト層５０（マスク）を形成する。レジスト層５０は、光導波路３０の本体部３０ａを収容するための複数の凹部３２に対応する部分に、複数の貫通孔５０ａを有する。
【００５５】
続いて、図５Ｃに示すように、ドライエッチングにより、レジスト層５０の貫通孔５０ａを介して、表面電極２０を貫通しない（ｐ型ＧａＮ層１８までは到達しない）、光導波路３０の本体部３０ａを収容するための複数の凹部３２を、表面電極２０に形成する。
【００５６】
ドライエッチングの終了後、図５Ｄに示すように、レジスト層５０を除去して表面電極２０の表面を露出させる。
【００５７】
レジスト層５０を除去して表面電極層２０の表面を露出させた後、図５Ｅに示すように、光導波路３０の材料である光透過性材料層（例えばＳｉＯ２層）５２を、複数の凹部３２を埋めるように表面電極層２０の表面上に形成する。例えば、塗布またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって光透過性材料層５２が形成される。
【００５８】
光透過性材料層５２を表面電極層２０上に形成した後、図５Ｆに示すように、複数の凹部３２それぞれに対向する光透過性材料層５２の表面上に、柱状の複数のレジスト層（マスク）５４を形成する。この柱状のレジスト層５４は、凹部３２の開口形状に対応する断面形状を備える。例えば、凹部３２の開口形状が円形の場合、円柱状のレジスト層５４が形成される。
【００５９】
複数の柱状のレジスト層５４を光透過性材料層５２の表面上に形成した後、ドライエッチングを実行する。このドライエッチングにより、表面電極層２０上の光透過性材料層５２およびレジスト層５４を削っていく。
【００６０】
具体的には、適当な条件のドライエッチングにより、表面電極層２０上の光透過性材料層５２を削りつつ、柱状のレジスト層５４を削っていく。円柱状のレジスト層５４の場合、ドライエッチングにより、その高さが低くなるように、且つ外周径が小さくなるように削れていく。その結果、円柱状のレジスト層５４の下方に位置する光透過性材料層５２は、ドライエッチングによって略円錐状に削られる。そして、表面電極層２０上の光透過性材料層５２とレジスト層５４との除去が終了した後、保護層２２を形成する。具体的には、表面電極２０の表面と光導波路３０の露出部３０ｂの表面に沿うように保護層２２を形成する。その結果、図２に示すような円錐状の露出部３０ｂを有する光導波路３０が設けられた光半導体素子１０が完成する。
【００６１】
本実施の形態によれば、表面電極２０に形成された凹部３２に収容される本体部３０ａおよび発光層１６に対して傾斜する傾斜面３０ｅを備える露出部３０ｂを有する複数の光導波路３０を光半導体素子１０に設けることにより、光半導体素子１０の光取り出し効率、すなわち光半導体素子１０の輝度を向上させることができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、図２に示すように、複数の光導波路３０それぞれの一部が表面電極２０に形成された複数の凹部３２それぞれに収容されているため、光半導体素子１０は外力に対して高い耐久性を備える。
【００６３】
具体的に説明すると、図２に示すように、複数の光導波路３０は、その一部が表面電極２０内に進入した状態で光半導体素子１０に設けられている。そのため、表面電極２０内に進入することなくその表面上に光導波路が形成されている場合に比べて、光導波路３０は、表面電極２０の表面と平行な方向の成分を有する外力が作用しても表面電極２０から脱離しにくい。したがって、複数の光導波路３０それぞれの一部が表面電極２０に形成された複数の凹部３２それぞれに収容されている光半導体素子１０は、外力に対して高い耐久性を備え、それゆえ、高い信頼性を備える。
【００６４】
上述の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されない。
【００６５】
例えば、図３（ｂ）に示すように、上述の実施例の光導波路３０の露出部３０ｂは発光層１６（基板１２）に対して４５°の角度に傾斜する傾斜面３０ｅを有するが、すなわち露出部３０ｂは頂角９０°の円錐状であるが、本発明はこれに限らない。
【００６６】
例えば、頂角が６０°や１２０°の円錐状の露出部を光導波路は有してもよい。また、光導波路の露出部は、三角錐や四角錐などの角錐形状であってもよい。
【００６７】
さらに、図６に示す光半導体素子１１０の光導波路１３０の露出部１３０ｂのように、光導波路の露出部は半球状であってもよい。
【００６８】
さらにまた、図７に示す光半導体素子２１０の露出部２３０ｂを構成する表面２３０ｅのように、光導波路の露出部の表面は、外側に向かう凸状の湾曲面であってもよい。
【００６９】
加えて、上述の実施の形態の場合、図２に示す光導波路３０の露出部３０ｂは、傾斜面３０ｅのみで構成されているが、本発明はこれに限らない。例えば、光導波路の露出部は、円柱の上面に円錐の底面を重ねた形状であってもよい。
【００７０】
すなわち、本発明の光導波路の露出部は、広義には、発光層１６（基板１２）に対して傾斜する傾斜面を少なくとも部分的に備えていればよい。
【００７１】
また、上述の実施の形態の場合、光導波路３０は、表面電極２０（ＩＴＯ）の屈折率（約２．０）に比べて低い屈折率のＳｉＯ２（約１．４７）やＳｉＮ（約２．０２）から作製されている。このように、光導波路３０は、表面電極２０の屈折率に比べて低い屈折率を備える光透過性材料から作製されるのが好ましい。さらに言えば、光導波路３０の屈折率は、表面電極２０の屈折率と光半導体素子１０の外部（例えば空気）の屈折率との間であるのが好ましい。
【００７２】
説明すると、光が伝播する２つの媒質の屈折率の差が大きくなると、２つの媒質の界面の臨界角が小さくなり、反射が起こりやすくなる。したがって、表面電極２０と光導波路３０との界面および光導波路３０と光半導体素子外部との界面での反射を抑制するために、すなわち外部への光取り出し効率を向上させるために、光導波路３０の屈折率は、表面電極２０の屈折率と光半導体素子１０の外部（例えば空気）の屈折率との間であるのが好ましい。
【００７３】
なお、本発明に係る実施の形態は、光導波路の屈折率が、表面電極の屈折率に比べて高い場合も含んでいる。光導波路の屈折率が表面電極の屈折率に比べて高い場合、光導波路と光半導体素子外部との間の屈折率の差が大きくなるため（臨界角が小さくなるため）、光導波路と外部（例えば空気）との界面で反射が起こりやすくなる。しかし、その一方で、光導波路と表面電極との界面で光の反射が起こらないため、光導波路は、表面電極から多くの光を内部に取り込むことができる。したがって、光導波路の露出部の形状（例えば、傾斜面の傾斜角度など）を適切に設計すれば、光導波路の屈折率が表面電極の屈折率に比べて高い場合であっても、光取り出し効率を向上させることができる。
【００７４】
さらに、上述の実施の形態の光半導体素子１０場合、例えば図２に示すように、表面電極２０および光導波路３０を覆う保護層２２を有するが、保護層２２による保護を必要としない材料、例えば金から作製されている表面電極２０の場合、保護層２２を省略することも可能である。また、保護層２２を有する場合、保護層２２と光導波路３０の材料は、図３（ｂ）や図４（ｂ）に示す実施例のように同一であってもよいし、また異なっていてもよい。
【００７５】
さらに、上述の実施の形態の場合、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、レジスト層５０を用いて表面電極２０に凹部３２を形成しているが、これに限らない。例えば、表面電極２０上の凹部３２をエッチングで形成するためのマスク５０をナノインプリントで形成してもよい。同様に、図５Ｆに示すように凹部３２に対向するように光透過性材料層５２上に形成される柱状のマスク５４も、ナノインプリントによって形成してもよい。
【００７６】
最後に、上述の実施の形態の場合、光導波路３０は、厳密に言えば、実質的に円錐状の露出部３０ｂを備える。すなわち、図５Ａ〜図５Ｆに示す光半導体素子１０の製造方法によって作製される光導波路３０の円錐状の露出部３０ｂは、理想的な円錐のように頂点を備えているわけでなく、例えば丸まった先端を備える。あるいは、角部が丸まった円錐台形状に近い形状に、露出部３０ｂは形成される。しかしながら、このような円錐状の露出部を備える光導波路であっても、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備えるため、光取り出し効率を向上させることができることは明らかである。したがって、本発明において、光導波路の露出部の形状は、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備えている、実質的に円錐状であればよい。または、発光層（基板）に対して傾斜する傾斜面を備える、実質的に角錐状または半球状などであればよい。
【００７７】
また、上述の実施の形態の場合、光導波路３０は、厳密に言えば、実質的に円柱状の本体部３０ａを備える。すなわち、図５Ａ〜図５Ｆに示す光半導体素子１０の製造方法によって作製される、光導波路３０の本体部３０ａを収容する凹部３２の形状は、理想的な円柱状ではなく、保護層２２から表面電極２０内に向かって断面積が減少する、いわゆる逆円錐台形状である。このような凹部３２の形状に、光導波路３０の本体部３０ａの形状は対応する。しかしながら、光導波路の形状が、理想的な円柱状でなくても、実質的に円柱状であれば、光取り出し効率を向上させることができることは明らかである。すなわち、本発明は、光導波路３０の一部が収容可能であれば、表面電極２０の凹部の形状を限定しない。
【００７８】
なお、補足すると、光導波路の本体部の上部の断面形状と、露出部の下部の断面形状とは対応する。すなわち、例えば、露出部が円錐状または半球状であれば、本体部は円錐や半球の円形状底面と同一形状の円形状断面形状を有する。また、例えば、露出部が正三角錐状である場合、本体部は正三角形状の断面を備える。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、サファイア基板、ｎ型ＧａＮ層、発光層、ｐ型ＧａＮ層、および表面電極を順に備える光半導体素子であれば適用可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０      光半導体素子
１２      サファイア基板
１４      ｎ型ＧａＮ層
１６      発光層
１８      ｐ型ＧａＮ層
２０      表面電極
２２      保護層
２４      金属電極
２６      金属電極
２８      電圧印加装置
３０      光導波路
３０ａ    本体部
３０ｂ    露出部
３０ｃ    底面
３０ｄ    外周面
３０ｅ    傾斜面
【図１】
2015126214.tif 000006
【図２】
2015126214.tif 000007
【図３】
2015126214.tif 000008
【図４】
2015126214.tif 000009
【図５Ａ】
2015126214.tif 000010
【図５Ｂ】
2015126214.tif 000011
【図５Ｃ】
2015126214.tif 000012
【図５Ｄ】
2015126214.tif 000013
【図５Ｅ】
2015126214.tif 000014
【図５Ｆ】
2015126214.tif 000015
【図６】
2015126214.tif 000016
【図７】
2015126214.tif 000017