(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ形の窒化物半導体を含む第１半導体層と、
ｐ形の窒化物半導体を含む第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ前記第１半導体層と接し窒化物半導体を含む発光層と、
ボンディングパッドと、
前記第１半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられ前記第１半導体層とオーミック接触する第１部分と、前記面上に設けられ前記第１部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する第２部分と、を含み、前記ボンディングパッドと電気的に接続された細線電極と、
前記第２部分と前記第１半導体層との間に設けられた第１絶縁層と、
を備え、
前記第１絶縁層の前記ボンディングパッドとは反対側の端と、前記ボンディングパッドと、の間の距離（マイクロメートル）は、前記第１半導体層の厚さ（マイクロメートル）の平方根の３５倍以上である半導体発光素子。
【請求項２】
前記距離は、前記ボンディングパッドから前記第１部分に向かう方向に沿った前記細線電極の長さの１／２以下である請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記細線電極と前記第２半導体層との間に前記発光層が配置され、
前記細線電極と前記発光層との間に前記第１半導体層が配置され、
前記ボンディングパッドは、前記第１半導体層の前記発光層に接しない前記面上に設けられ、
前記第１絶縁層は、前記ボンディングパッドと前記第１半導体層との間にさらに設けられる請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２半導体層と電気的に接続された第２電極をさらに備え、
前記第２電極と前記細線電極との間、及び、前記第２電極と前記ボンディングパッドとの間に前記第１半導体層が配置され、
前記第２電極と前記第１半導体層との間に前記発光層が配置され、
前記第２電極と前記発光層との間に前記第２半導体層が配置される請求項３記載の半導体発光素子。
【請求項５】
第１導電形の第１半導体層と、
第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ前記第１半導体層と接する発光層と、
ボンディングパッドと、
前記第１半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられ前記第１半導体層とオーミック接触する第１部分と、前記面上に設けられ前記第１部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する第２部分と、を含み、前記ボンディングパッドと電気的に接続された細線電極と、
前記第２部分と前記第１半導体層との間に設けられた第１絶縁層と、
金属層と、
前記金属層の一部の上に設けられ前記金属層と電気的に接続された第２電極と、
前記金属層の他部の上に設けられた第２絶縁層と、
を備え、
前記第２電極の上に前記第２半導体層が配置され、
前記第２半導体層の上に前記発光層が配置され、
前記第２絶縁層の上に前記細線電極が配置され、
前記細線電極は、前記面に対して平行な面に投影したときに前記第１半導体層と重ならない第３部分をさらに含み、
前記ボンディングパッドは前記第３部分の上に配置され、
前記細線電極のうちの前記第２部分の上に前記第１絶縁層が配置され、
前記第１部分と、前記第１絶縁層との上と、前記発光層の上と、に前記第１半導体層が配置される半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１導電形は、ｎ形であり、
前記第２導電形は、ｐ形であり、
前記第１半導体層、前記第２半導体層及び前記発光層は、窒化物半導体を含み、
前記第１絶縁層の前記ボンディングパッドとは反対側の端と、前記ボンディングパッドと、の間の距離（マイクロメートル）は、前記第１半導体層の厚さ（マイクロメートル）の平方根の３５倍以上である請求項５記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記距離は、前記ボンディングパッドから前記第１部分に向かう方向に沿った前記細線電極の長さの１／２以下である請求項５または６に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記第２半導体層に電気的に接続された支持基板をさらに備え、
前記支持基板と前記第１半導体層の少なくとも一部との間に前記発光層が配置され、
前記発光層と前記支持基板との間に前記第２半導体層が配置される請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記発光層から放出された光のうちで第１半導体層を通過して外部に出射する光の割合は、前記第２半導体層を通過して外部に出射する光の割合よりも大きい請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記第１絶縁層は、前記発光層から放出する光に対して透過性である請求項１〜９のいずれか１つに記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの半導体発光素子として、例えばサファイア基板上に形成した結晶層を導電性基板に接合し、サファイア基板を除去する構造がある。（文献１）この構造では、光取り出し効率を高めるため、サファイア基板を除去することで露出した結晶層表面に凹凸加工を施している。このような半導体発光素子においては、さらなる光取り出し効率の改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５７５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、光取り出し効率の高い半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、ｎ形の窒化物半導体を含む第１半導体層と、ｐ形の窒化物半導体を含む第２半導体層と、発光層と、ボンディングパッドと、細線電極と、第１絶縁層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記発光層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ前記第１半導体層と接し窒化物半導体を含む。前記細線電極は、第１部分と、第２部分と、を含む。前記第１部分は、前記第１半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられ、前記第１半導体層とオーミック接触する。前記第２部分は、前記面上に設けられ前記第１部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する。前記細線電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接続される。前記第１絶縁層は、前記第２部分と前記第１半導体層との間に設けられる。前記第１絶縁層の前記ボンディングパッドとは反対側の端と、前記ボンディングパッドと、の間の距離（マイクロメートル）は、前記第１半導体層の厚さ（マイクロメートル）の平方根の３５倍以上である。
本発明の別の実施形態によれば、第１導電形の第１半導体層と、第２導電形の第２半導体層と、発光層と、ボンディングパッドと、細線電極と、第１絶縁層と、金属層と、第２電極と、第２絶縁層と、を含む半導体発光素子が提供される。前記発光層は、前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ前記第１半導体層と接する。前記細線電極は、第１部分と、第２部分と、を含む。前記第１部分は、前記第１半導体層の前記発光層と接しない面上に設けられ、前記第１半導体層とオーミック接触する。前記第２部分は、前記面上に設けられ前記第１部分と前記ボンディングパッドとの間に位置する。前記細線電極は、前記ボンディングパッドと電気的に接続される。前記第１絶縁層は、前記第２部分と前記第１半導体層との間に設けられる。前記第２電極は、前記金属層の一部の上に設けられ前記金属層と電気的に接続される。前記第２絶縁層は、前記金属層の他部の上に設けられる。前記第２電極の上に前記第２半導体層が配置される。前記第２半導体層の上に前記発光層が配置される。前記第２絶縁層の上に前記細線電極が配置される。前記細線電極は、前記面に対して平行な面に投影したときに前記第１半導体層と重ならない第３部分をさらに含む。前記ボンディングパッドは前記第３部分の上に配置される。前記細線電極のうちの前記第２部分の上に前記第１絶縁層が配置される。前記第１部分と、前記第１絶縁層との上と、前記発光層の上と、に前記第１半導体層が配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式図である。
【図２】参考例の半導体発光素子を示す模式的平面図である。
【図３】半導体発光素子の特性を示すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子を示す模式図である。
【図５】第２の実施形態に係る別の半導体発光素子を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。  
図１（ａ）は、図１（ｂ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｂ）は、平面図である。  
図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１１０は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、発光層３０と、ボンディングパッド４１と、細線電極４２と、第１絶縁層４５と、を含む。
【０００９】
第１半導体層１０は、第１導電形であり、第２半導体層２０は、第２導電形である。例えば、第１導電形はｎ形であり、第２導電形はｐ形である。または、第１導電形はｐ形であり、第２導電形はｎ形である。以下では、第１導電形がｎ形であり、第２導電形がｐ形である場合として説明する。
【００１０】
発光層３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられる。発光層３０は、第１半導体層１０と接する。
【００１１】
ここで、第２半導体層２０から第１半導体層１０に向かう方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して直交する１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は、第２半導体層２０、発光層３０及び第１半導体層１０の積層方向に相当する。
【００１２】
本願明細書において、積層されている状態は、２つの層が互いに接して設けられる状態の他に、２つの層の間に他の層が挿入されている状態も含む。
【００１３】
この例では、ボンディングパッド４１は、第１半導体層１０の上に設けられる。
【００１４】
本願明細書において、第１の層が第２の層の上に設けられている状態は、第１の層が第２の層に接している状態の他に、第１の層と第２の層との間に第３の層が挿入されている状態も含む。
【００１５】
図１（ａ）に表したように、第１半導体層１０は、発光層３０に対向する対向面１０ａ（下面）と、対向面１０ａとは反対側の反対面１０ｂ（上面）と、を有している。この例では、対向面１０ａは、第１半導体層１０のうちで発光層３０と接する面１０ｐである。反対面１０ｂは、第１半導体層１０のうちで発光層３０と接しない面１０ｑである。
【００１６】
ボンディングパッド４１は、第１半導体層１０の発光層３０に接しない面１０ｑ（この例では、反対面１０ｂ）上に設けられている。
【００１７】
図１（ｂ）に表したように、この例では、２つボンディングパッド４１が設けられている。実施形態は、これに限らず、ボンディングパッド４１の数は、１つでも良く、３つ以上でも良い。以下では、複数のボンディングパッドのうちの１つに着目する。
【００１８】
図１（ａ）に表したように、細線電極４２は、第１半導体層１０の発光層３０に接しない面１０ｑ（この例では反対面１０ｂ）上に設けられている。細線電極４２は、例えば、上記の面１０ｑ（この例では反対面１０ｂ）に対して平行な平面内で、ボンディングパッド４１と並ぶ。細線電極４２は、ボンディングパッド４１と電気的に接続される。細線電極４２は、第１半導体層１０に電気的に接続される第１電極に相当する。
【００１９】
細線電極４２は、第１部分４２ａと、第２部分４２ｂと、を有する。第１部分４２ａは、上記の面１０ｑ（この例では反対面１０ｂ）上に設けられる。第１部分４２ａは、第１半導体層１０とオーミック接触する。第２部分４２ｂは、上記の面１０ｑ（この例では反対面１０ｂ）上に設けられる。第２部分４２ｂは、第１部分４２ａとボンディングパッド４１との間に位置する。
【００２０】
第１絶縁層４５は、第２部分４２ｂと、第１半導体層１０との間に設けられる。すなわち、細線電極４２のうちの第１部分４２ａは、第１半導体層１０にオーミック接触し、細線電極４２のうちの第２部分４２ｂは、第１絶縁層４５により、第１半導体層１０と電気的に実質的に遮断される。第１絶縁層４５は、完全な絶縁体でなくても良い。第１部分４２ａから第１半導体層１０に流れる電流値の、第２部分４２ｂから第１半導体層１０に流れる電流値に対する比が、発光分布に影響を及ぼさない程度に大きければ良い。
【００２１】
半導体発光素子１１０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode)である。第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０には、例えば窒化物半導体を用いることができる。第１半導体層１０は、例えばｎ形ＧａＮを含む。第２半導体層２０は、例えばｐ形ＧａＮを含む。発光層３０は、例えば、ＧａＮを含む障壁層と、ＩｎＧａＮを含む井戸層と、を含むことができる。発光層３０から放出される光のピーク波長は、例えば、３７５ナノメートル（ｎｍ）以上７００ｎｍ以下である。
【００２２】
この例では、発光層３０は、細線電極４２と第２半導体層２０との間に配置されている。第１半導体層１０は、細線電極４２と発光層３０との間に配置されている。すなわち、半導体発光素子１１０は、例えば、縦通電型のＬＥＤである。そして、この例では、ボンディングパッド４１は、第１半導体層１０の発光層３０に接しない面１０ｑ（上面）上に設けられている。そして、この例では、第１絶縁層４５は、ボンディングパッド４１と第１半導体層１０との間にさらに設けられる。
【００２３】
図１（ｂ）に表したように、複数のボンディングパッド４１が設けられる場合、例えば、それぞれのボンディングパッド４１に細線電極４２が接続される。また、細線電極４２は、例えば、Ｚ軸方向に沿ってみたときに第１半導体層１０の外縁に沿う外縁部４２ｏと、外縁部４２ｏよりも内側の内側部４２ｉと、を有することができる。この例では、外縁部４２ｏが１つのボンディングパッド４１に接続されている。以下では、１つのボンディングパッド４１と、そのボンディングパッド４１に接続される細線電極４２（この例では外縁部４２ｏ）に着目する。
【００２４】
半導体発光素子１１０においては、第１絶縁層４５が、ボンディングパッド４１と第１半導体層１０との間、及び、細線電極４２の第２部分４２ｂと第１半導体層１０との間に設けられる。このため、第１半導体層１０の上記の反対面１０ｂのうちで、これらの領域に対向する部分には、実質的には電流が通電されない。そして、第１半導体層１０の上記の反対面１０ｂのうちで、第１部分４２ａに対向する部分に電流が注入される。
【００２５】
第１部分４２ａと第２部分４２ｂとの境界において、電流が集中して、第１半導体層１０に注入される。この電流は、第１半導体層１０を通過するうちに一定の範囲に広がる。第１部分４２ａと第２部分４２ｂとの境界の注入点よりも広い面積の発光層３０に電流が注入され、広い面積で発光が生じる。  
このため、図１（ｂ）に表したように、発光領域３０ｒは、例えば、第１部分４２ａと第２部分４２ｂとの境界を中心とする一定の面積の領域となる。
【００２６】
ボンディングパッド４１には、金属などの遮光性材料が用いられる。このとき、半導体発光素子１１０においては、第１部分４２ａと第２部分４２ｂとの境界が、ボンディングパッド４１から離れているため、発光領域３０ｒは、例えば、ボンディングパッド４１と重ならない。このため、発光は、ボンディングパッド４１に到達せず、損失が生じない。
【００２７】
図２は、参考例の半導体発光素子の構成を例示する模式的平面図である。  
図２に表したように、参考例の半導体発光素子１１９においては、半導体発光素子１１０における第１絶縁層４５が、ボンディングパッド４１と第１半導体層１０との間に設けられているが、細線電極４２と第１半導体層１０との間には設けられていない。このため、ボンディングパッド４１と細線電極４２との境界から、電流が集中して、第１半導体層１０に注入される。この電流は一定の範囲に広がり、発光領域３０ｒは、ボンディングパッド４１と重なる。このため、発光の多くの部分は、ボンディングパッド４１に入射し、損失が生じる。このように、半導体発光素子１１９においては、光取り出し効率が低い。このように、ボンディングパッド４１と第１半導体層１０との間に絶縁層を配置し、ボンディングパッド４１直下の発光を抑制したとしても、電流の広がりにより、細線電極４２のうちでボンディングパッド４１に近い部分（第２部分４２ｂ）には電流が注入され、この電流による発光は効率的に取り出すことができない。
【００２８】
これに対して、半導体発光素子１１０においては、ボンディングパッド４１に対応する領域だけではなく、ボンディングパッド４１に近い第２部分４２ｂに対応する領域における電流注入を抑制する。すなわち、電流の広がりに基づく発光領域３０ｒを考慮して、電流の注入位置を制御する。ボンディングパッド４１から一定の距離以上離れた位置から電流を注入する。この領域に注入した電流は、広がりを有しつつ発光層３０の到達し所定の広さの発光領域３０ｒが形成されるが、発光領域３０ｒがボンディングパッド４１から離れているため、発光は、ボンディングパッド４１に実質的に入射しない。このため、損失が抑制され、高い光取り出し効率が得られる。
【００２９】
すなわち、細線電極４２から第１半導体層１０に向けて電流が注入される注入点をボンディングパッド４１から遠ざける。これにより、損失が抑制され、高い光取り出し効率が得られる。
【００３０】
例えば、図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、第１絶縁層４５のボンディングパッド４１とは反対側の端４５ｅと、ボンディングパッド４１と、の間の距離Ｌｂ（μｍ）を、注入される電流の広がり長Ｌｓ以上に設定する。発光光は、ボンディングパッド４１に実質的に入射せず、損失が抑制できる。電流の広がり長Ｌｓの例については、後述する。
【００３１】
また、半導体発光素子１１０においては、電流の集中を抑えることができるため、大電流時における発熱による特性劣化や、高電流密度時における内部量子効率の低下（Ｄｒｏｏｐ現象）を抑制できる。このため、信頼性が向上でき、光出力を増大させることもできる。
【００３２】
半導体発光素子１１０においては、第２電極５１、金属層５２、接合層５３、支持基板５４及び裏面電極５５がさらに設けられている。
【００３３】
第２電極５１は、第２半導体層２０と電気的に接続されている。第１半導体層１０は、第２電極５１と細線電極４２との間、及び、第２電極５１とボンディングパッド４１との間に配置されている。発光層３０は、第２電極５１と第１半導体層１０との間に配置されている。第２半導体層２０は、第２電極５１と発光層３０との間に配置されている。
【００３４】
裏面電極５５と第２電極５１との間に支持基板５４が配置される。支持基板５４と第２電極５１との間に接合層５３が配置される。接合層５３と第２電極５１との間に金属層５２が配置される。発光層３０は、支持基板５４と、第１半導体層１０の少なくとも一部と、の間に配置される。発光層３０と支持基板５４との間に第２半導体層２０が配置される。支持基板５４には、例えば導電性を有するシリコン基板などが用いられる。
【００３５】
第２電極５１は、発光層３０から放出された光に対して反射性である。第２電極５１には、Ａｇ／Ｐｔの積層膜が用いられる。Ａｇ膜が第２半導体層２０に接し、Ａｇ膜の上にＰｔ膜が配置される。Ａｇ／Ｐｔの積層膜の厚さは、例えば約２００ｎｍ（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。
【００３６】
発光層３０から放出された発光は、上面（反対面１０ｂであり面１０ｑ）から主に出射する。すなわち、発光層３０から放出された光のうちで第１半導体層１０を通過して外部に出射する光の割合は、第２半導体層２０を通過して外部に出射する光の割合よりも大きい。発光は、光反射性に第２電極５１で反射し、高い効率で、上面から出射する。
【００３７】
半導体発光素子１１０において、第１絶縁層４５は、発光層３０から放出する光に対して透過性である。これにより、発光は第１絶縁層４５を通過し、上面から効率良く出射する。
【００３８】
半導体発光素子１１０は、第１半導体層１０の側面、発光層３０の側面及び第２半導体層２０の側面を覆う第１誘電体層８１をさらに含む。半導体発光素子１１０は、第２半導体層２０の外縁と、金属層５２と、の間に設けられた第２誘電体層８２をさらに含むことができる。第１誘電体層８１及び第２誘電体層８２には、例えばＳｉＯ２などが用いられる。第１誘電体層８１及び第２誘電体層８２は保護層として機能し、半導体層における劣化を抑制でき、高い信頼性を得ることができる。
【００３９】
半導体発光素子１１０においては、第１半導体層１０は、凹凸部１０ｄを有する。凹凸部１０ｄは、第１半導体層１０の発光層３０に対向する面（対向面１０ａ）とは反対側の面（反対面１０ｂ）に設けられている。凹凸部１０ｄのサイズ（凹凸部１０ｄに含まれる複数の凸部の内の最近接の凸部どうしの距離）は、例えば、発光層３０から放出される光のピーク波長（第１半導体層１０内におけるピーク波長）の１／２以上３０倍以下である。凹凸部１０ｄを設けることで、反対面１０ｂからの光取り出し効率が向上する。
【００４０】
以下、半導体発光素子１１０の製造方法の例について説明しつつ、半導体発光素子１１０の構成の例について説明する。
【００４１】
先ず、成長用基板上に、例えばバッファ層を形成する。バッファ層には、例えば、低温成長のＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）薄膜が用いられる。バッファ層の上に、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を、この順で順次結晶成長させる。これにより、第１半導体層１０、発光層３０及び第２半導体層２０を含む積層構造体が形成される。成長用基板には、例えば、サファイア基板、シリコン基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、または、ＧａＡｓ基板などが用いられる。成長用基板は任意である。以下では、成長用基板としてサファイアを用いる例について説明する。
【００４２】
第２半導体層２０を覆うように、第２誘電体層８２となる、例えば、ＳｉＯ２膜（厚さ約４００ｎｍ、例えば２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下）を形成する。
【００４３】
このＳｉＯ２膜の一部を除去し、第２半導体層２０の表面を露出させる。第２半導体層２０の露出した表面上に、第２電極５１となるＡｇ／Ｐｔの積層膜（厚さ２００ｎｍ、例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）を形成する。この後、酸素雰囲気中で約４００℃（例えば３５０℃以上５００℃以下）、１分でシンター処理を行う。第２電極５１は、第２半導体層２０とオーミック接触する。Ａｇ／Ｐｔの積層膜は、シンター処理の前、または、後に所定の形状に加工する。これにより、第２電極５１が形成される。
【００４４】
第２電極５１の上及び上記のＳｉＯ２膜の上に、金属層５２となる、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜（厚さ約８００ｎｍ、例えば６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下）を形成する。
【００４５】
一方、支持基板５４（例えばシリコン基板）を用意する。支持基板５４の主面には、接合層５３が設けられている。接合層５３には、例えば、ＡｕＳｎ合金のはんだ層（厚さ３マイクロメートル（μｍ）、例えば０．５μｍ以上６μｍ以下）が設けられている。
【００４６】
金属層５２と接合層５３とを互いに対向させて接触させ、加熱処理を行う。加熱の温度は、はんだの共晶点以上の温度であり、例えば３００℃（例えば２８０℃以上３５０℃以下）である。これにより、支持基板５４が、接合層５３、金属層５２と第２電極５１とを介して、積層構造体に接合される。なお、本願明細書においては、接合されている状態は、２つの構造体が互いに直接接合されている状態の他、別の要素が間に配置されている状態も含む。
【００４７】
積層構造体に対して、成長用基板の側から、例えば、ＹＶＯ４の固体レーザの三倍高調波（３５５ｎｍ）または四倍高調波（２６６ｎｍ）のレーザ光を照射する。これにより、例えば、バッファ層のＧａＮの少なくとも一部が分解する。そして、塩酸処理などによって、分解されたＧａを除去し、成長用基板を積層構造体から剥離する。これにより、成長用基板と、積層構造体と、が分離する。
【００４８】
以下のように、露出した積層構造体への素子分離溝の形成、凹凸部１０ｄの形成、及び、第１電極（細線電極）の形成を行う。  
先ず、積層構造体の全体にドライエッチングを行う。バッファ層などが除去され、第１半導体層１０が露出する。この例では、第２半導体層２０の厚さ、発光層３０の厚さ及び第１半導体層１０の厚さの合計が例えば約４μｍになるようにエッチング量を調整する。実施形態はこれに限らず、第１半導体層１０に厚さは、０．５μｍ以上６μｍ以下でも良い。０．５μｍ未満では、電流広がり長Ｌｓが短くなり、発光領域３０ｒが狭くなるため、実効的な電流密度がより高くなり、内部量子効率の低下、半導体層の劣化が促進される。６μｍを超えると、結晶層の成長時間が長くなることや結晶層にクラックが発生し易くなるため、生産性や歩留まりが低下する。
【００４９】
その後、積層構造体の一部を、レジストマスクまたは誘電体マスクを用いてドライエッチングで除去し、積層構造体に接触していたＳｉＯ２膜（第２誘電体層８２）の一部を露出させる。次に、積層構造体、および、露出したＳｉＯ２膜の上に、第１誘電体層８１となる、例えばＳｉＯ２膜を形成する。第１誘電体層８１となるＳｉＯ２膜の厚さは、例えば約６００ｎｍ（例えば２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下）である。第１誘電体層８１となるＳｉＯ２膜は所定の形状に形成される。第１誘電体層８１となるＳｉＯ２膜には開口が設けられ、その開口から、第１半導体層１０の表面が露出する。
【００５０】
第１誘電体層８１となるＳｉＯ２膜から露出する第１半導体層１０の表面を、例えば、ＫＯＨ溶液によるアルカリエッチングにより加工して、表面に凹凸部１０ｄを形成する。エッチング条件は、例えば、１ｍｏｌ／ＬのＫＯＨ溶液を用い、８０℃の処理温度の場合、処理時間は、約２０分間である。
【００５１】
次に、第１誘電体層８１となるＳｉＯ２膜、及び、第１半導体層１０のうえに、金属膜を形成する。この金属膜を所定の形状に設けることで、金属膜が、ボンディングパッド４１と、細線電極４２と、になる。金属膜には、例えば、Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕの積層膜が用いられる。金属膜の厚さ、例えば約３０００ｎｍ（例えば５００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下である）。
【００５２】
ボンディングパッド４１は、例えば、１辺が１００μｍの矩形状である。直径が１００μｍの円形状でも良いし、円形状と矩形状の組み合わせでも良い。細線電極の幅は、例えば約１０μｍ（例えば５μｍ以上１５μｍ以下）である。例えば、ボンディングパッド４１から第１部分４２ａに向かう方向（この例ではＹ軸方向）に対して垂直な方向（この例ではＸ軸方向）に沿った細線電極４２の幅ｗ４２（図１（ｂ）参照）は、距離Ｌｂの１／２以下である。  
ボンディングパッド４１には、ボンディングワイヤが接続される。
【００５３】
支持基板５４を研削などによって１００μｍ程度の厚さ（例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下）まで削る。削った面上に、裏面電極５５として、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層膜（厚さ約８００ｎｍ、例えば５００ｎｍ以上１３００ｎｍ以下）で形成する。この裏面電極５５は、例えば、ヒートシンクやパッケージに接続される。
【００５４】
その後、必要に応じて劈開またはダイヤモンドブレード等により、支持基板５４を切断する。これにより、半導体発光素子１１０が完成する。
【００５５】
第１半導体層１０における電流の広がり長Ｌｓの例について説明する。  
第１半導体層１０の１つの点から電流を注入したとき、その電流は、発光層３０に到達するまでの間に、第１半導体層１０中でＸ−Ｙ平面内で広がる。Ｚ軸方向に見たときに、電流の広がりは、注入点を中心として円形であるとする。電流広がり長Ｌｓは、この半径に相当する。電流広がり長Ｌｓ（μｍ）は、以下の第１式で表される。
【００５６】
Ｌｓ＝（（ｎｉｄｅａｌ・ｋＴ／（ρ・ｅ））×（ｔ／Ｊ））１／２    （１）
ここで、ｔは、電流広がり層の厚さ（μｍ）である。Ｊは、電流密度（アンペア／ｃｍ２）である。Ｔは、温度（Ｋ：ケルビン）である。ｎｉｄｅａｌは、ダイオードの理想因子である。ｎｉｄｅａｌは、例えば、１．５を用いる。ρは、電流広がり層の抵抗率（Ωｃｍ）である。ｋは、ボルツマン定数（ジュール・ケルビン−１）であり、約１．３８×１０−２３である。ｅは、電気素量であり、約１．６０×１０−１９（クーロン）である。
【００５７】
半導体発光素子１１０の場合、ｐ形半導体層の抵抗率は、ｎ形半導体層の抵抗率よりも１００倍から１０００倍高い。このため、電流広がり層は、実質的にｎ形半導体層（第１半導体層１０）と考えて良い。このため、ｔは、第１半導体層１０の厚さｔ１０に対応する。
【００５８】
なお、本願発明者の行った実験では、第１半導体層１０の厚さｔ１０（厚さｔ）を変えた試料を作製した。厚さｔ１０（厚さｔ）を１μｍとした試料を第１試料ＳＰ０１とする。厚さｔ１０（厚さｔ）を２．５μｍとした試料を第２試料ＳＰ０２とする。これらの試料におけるチップサイズは、１ｍｍ×１ｍｍである。ｐｎ接合の領域の面積は、０．９５ｍｍ×０．９５ｍｍである。
【００５９】
図３は、半導体発光素子の特性を例示するグラフ図である。  
図３は、第１試料ＳＰ０１及び第２試料ＳＰ０２における電流広がり長Ｌｓを測定した結果を示している。横軸は、第１半導体層１０の厚さｔ１０（厚さｔ）の平方根ｔｓｑ（μｍ１／２）である。縦軸は、電流の広がり長Ｌｓである。この実験では、各電流密度において、電流の広がり長Ｌｓを以下の第２式によるフィッティングから求めた。
Ｐ（ｘ）＝２Ｐ０／（（ｘ／Ｌｓ＋２１／２）２）    （２）
細線電極４２の端を原点として、細線電極４２の延在方向に対して垂直な方向（例えば細線電極４２の延在方向をＹ軸方向とすれば、垂直な方向は、Ｘ軸方向となる）に、細線電極４２から離れる方向を距離ｘ（μｍ）とした。原点における光出力をＰ０として、Ｐ０＝１として規格化した。距離ｘにおける光出力をＰ（ｘ）とした。
【００６０】
図３には、電流密度Ｊが３９Ａ／ｃｍ２のときの特性（三角印）と、１１０Ａ／ｃｍ２のときの特性（丸印）と、１５５Ａ／ｃｍ２のときの特性（四角印）と、が示されている。さらに、図３には、第１式を用いて計算して求めた電流広がり長Ｌｓが、破線で示されている。この計算においては、ｎｉｄｅａｌは１．５とし、Ｔは３７３Ｋとし、ρは０．００２Ωｃｍとした。
【００６１】
図３から分かるように、第１試料ＳＰ０１及び第２試料ＳＰ０２に関する、電流広がり長Ｌｓは、計算値（点線）に良く一致することが分かった。電流広がり長Ｌｓは、電流密度Ｊを一定にすると、電流広がり層の厚さｔの平方根ｔｓｑにほぼ比例することが分かった。電流密度Ｊや厚さｔの変化に対して、温度Ｔや電流広がり層の抵抗率ρの変化が小さいためと考えられる。
【００６２】
実際に、温度Ｔは、数割程度しか変化しない。ρは、結晶品質と不純物ドーピング濃度とで主に決まるが、なるべく低い抵抗率を実現しようとすると、材料が同じであれば実質的には似たような値になるため、一定とすることができる。
【００６３】
１つの半導体発光素子に供給する電流密度Ｊは、発熱の影響を考えると、１５５Ａ／ｃｍ２（例えば、１ｍｍ×１ｍｍのチップサイズにおいて約１．４Ａに相当）が上限であると考えられる。また、一般的な動作においては、電流密度Ｊは、３９Ａ／ｃｍ２（例えば、１ｍｍ×１ｍｍのチップサイズにおいて約３５０ｍＡに相当）である。
【００６４】
１５５Ａ／ｃｍ２の電流密度Ｊにおける電流広がり長Ｌｓは、電流広がり層の厚さｔ（第１半導体層１０の厚さｔ１０）の平方根ｔｓｑの約３９倍である。３９Ａ／ｃｍ２の電流密度Ｊにおける電流広がり長Ｌｓは、電流広がり層の厚さｔ（第１半導体層１０の厚さｔ１０）の平方根ｔｓｑの約７９倍である。
【００６５】
このことから、電流密度Ｊが１５５Ａ／ｃｍ２の場合においては、第１絶縁層４５のボンディングパッド４１とは反対側の端４５ｅと、ボンディングパッド４１と、の間の距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの約３５倍以上に設定する。これにより、発光領域３０ｒをボンディングパッド４１から実質的に重ならないようにすることできる。距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの４０倍以上であることがさらに望ましい。これにより、発光領域３０ｒをボンディングパッド４１からさらに遠ざけ、さらに高い光取り出し効率が安定して得られる。
【００６６】
また、電流密度Ｊが３９Ａ／ｃｍ２の場合においては、距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの約７０倍以上に設定する。これにより、発光領域３０ｒをボンディングパッド４１から実質的に重ならないようにすることできる。距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの８０倍以上であることがさらに望ましい。これにより、発光領域３０ｒをボンディングパッド４１からさらに遠ざけ、さらに高い光取り出し効率が安定して得られる。
【００６７】
距離Ｌｂが電流広がり長Ｌｓ以上になると、距離Ｌｂを長くすることによる、光取り出し効率の向上の効果は飽和する。距離Ｌｂが過度に長くなると、細線電極４２のうちの第１部分４２ａの長さが過度に短くなり、細線電極４２と第１半導体層１０とのオーミックコンタクト領域が減少し、動作電圧が上昇する傾向になる。このため、距離Ｌｂは、過度に長くならない方が良い。
【００６８】
この観点で、電流密度Ｊが１５５Ａ／ｃｍ２の場合においては、距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの３５倍以上１４０倍以下であることが好ましい。電流密度Ｊが３９Ａ／ｃｍ２の場合においては、距離Ｌｂは、第１半導体層１０の厚さｔ１０の平方根ｔｓｑの７０倍以上２８０倍以下であることが好ましい。
【００６９】
図１（ｂ）に示した例においては、例えば、距離Ｌｂは、ボンディングパッド４１から第１部分４２ａに向かう方向（この例ではＹ軸方向）に沿った細線電極４２の長さＬａの１／２以下であることが望ましい。距離Ｌｂが、長さＬａを超えると例えば動作電圧が過度に高くなる。
【００７０】
なお、既に説明したように、上記の実験では電流広がり長Ｌｓとして、発光強度の広がり長を用いている。すなわち、電流密度に対して発光強度は依存しないと仮定して、電流広がり長Ｌｓを求めた。実際は、Ｄｒｏｏｐ現象によって内部量子効率が電流密度に依存して変化するため、発光効率は電流密度に依存する。しかし、図３に関して説明したように、電流広がり長Ｌｓの測定値は、計算値と良く一致し、この仮定が妥当であることが分かる。
【００７１】
実施形態においては、細線電極４２から注入されたキャリア（電子）が、最も高い密度で発光層３０へ注入される場所が、ボンディングパッド４１から一定の距離だけ離れている。この距離は、例えば、発光強度が十分小さく（すなわち、ネイピア数ｅの逆数だけ小さい）なる距離である。実施形態において、注入されたキャリアが、最も高い密度で発光層３０へ注入される場所は、第１部分４２ａと第２部分４２ｂとの境界部分に相当する。
【００７２】
本実施形態において、第１半導体層１０の厚さｔ１０は、第１半導体層１０の平均の厚さとする。例えば、第１半導体層１０の反対面１０ｂ（上面）に凹凸部１０ｄが設けられているときは、凹凸部１０ｄの深さの１／２の位置（Ｚ軸方向に沿った位置）と、対向面１０ａと、の間の距離が、第１半導体層１０の平均の厚さｔ１０となる。
【００７３】
（第２の実施形態）  
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第２の実施形態に係る半導体発光素子の構成を例示する模式図である。  
図４（ａ）は、図４（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図４（ｂ）は、透視平面図である。  
図４（ａ）及び図４（ｂ）に表したように、本実施形態に係る半導体発光素子１２０は、第１半導体層１０と、第２半導体層２０と、発光層３０と、ボンディングパッド４１と、細線電極４２と、第１絶縁層４５と、を含む。
【００７４】
第１半導体層１０は、第１導電形（例えばｎ形）であり、第２半導体層２０は、第２導電形（例えばｐ形）である。発光層３０は、第１半導体層１０と第２半導体層２０との間に設けられ、第１半導体層１０と接している。半導体発光素子１２０においては、第１半導体層１０の下面の一部と、発光層３０と、が接している。
【００７５】
細線電極４２は、第１半導体層１０の発光層３０と接しない面１０ｑ上に設けられる。面１０ｑは、第１半導体層１０の下面である。
【００７６】
半導体発光素子１２０は、金属層５２と、第２電極５１と、第２絶縁層４６と、をさらに含む。細線電極４２は、第１部分４２ａと、第２部分４２ｂと、に加え、第３部分４２ｃをさらに含む。第３部分４２ｃは、例えば、Ｘ−Ｙ平面（面１０ｑに対して平行な面）に投影したときに第１半導体層１０と重ならない。
【００７７】
第２電極５１は、金属層５２の一部の上に設けられ、金属層５２と電気的に接続されている。第２絶縁層４６は、金属層５２の他部（第２電極５１が設けられていない部分）の上に設けられている。第２絶縁層４６には、例えば、ＳｉＯ２などが用いられる。
【００７８】
支持基板５４は、Ｚ軸方向にみて、第１半導体層１０の外側の縁部を有する。縁部にボンディングパッド４１が配置されている。ボンディングパッド４１は、細線電極４２のうちの第３部分４２ｃの上に配置される。
【００７９】
第２半導体層２０は、第２電極５１の上に配置される。発光層３０は、第２半導体層２０の上に配置される。第１半導体層１０のうちの一部が、発光層３０の上に配置される。細線電極４２は、第２絶縁層４６の上に配置される。上記のように、ボンディングパッド４１は、細線電極４２のうちの第３部分４２ｃの上に配置される。第１絶縁層４５は、細線電極４２のうちの第２部分４２ｂの上に配置される。第１半導体層１０は、第１部分４２ａの上と、第１絶縁層４５の上と、発光層３０の上と、に配置される。この場合も、細線電極４２は、第３部分４２ｃにおいて、ボンディングパッド４１と電気的に接続される。支持基板５４と、第１半導体層１０の一部１０ｒと、の間に発光層３０が配置される。発光層３０と支持基板５４との間に第２半導体層２０が配置される。
【００８０】
第１半導体層１０は、発光層３０に対向する対向面１０ａ（下面）と、対向面１０ａとは反対側の反対面１０ｂ（上面）と、を有している。対向面１０ａは、第１半導体層１０のうちで発光層３０と接する面１０ｐである。この例では、第１半導体層１０の一部が発光層３０と接しているため、第１半導体層１０のうちで発光層３０と接しない面１０ｑは、下面側と、上面側と、の２つがあり、このうちの下面側に、細線電極４２が設けられている。
【００８１】
この例では、Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、ボンディングパッド４１は、第１半導体層１０、第２半導体層２０及び発光層３０と重ならない。
【００８２】
半導体発光素子１２０においても、細線電極４２は、第１半導体層１０の発光層３０と接しない面１０ｑ（この例では下面）に対して平行な平面内で、ボンディングパッド４１と並ぶ。細線電極４２は、ボンディングパッド４１と電気的に接続されている。細線電極４２は、第１半導体層１０とオーミック接触する第１部分４２ａと、第１部分４２ａとボンディングパッド４１との間に設けられた第２部分４２ｂと、を有する。
【００８３】
第１絶縁層４５は、第２部分４２ｂと第１半導体層１０との間に設けられている。  
本実施形態においても、電流の広がりを考慮して、発光領域３０ｒをボンディングパッド４１から離し、損失を低減する。これにより、高い光取り出し効率が得られる。
【００８４】
例えば、第１絶縁層４５のボンディングパッド４１とは反対側の端４５ｅと、ボンディングパッド４１と、の間の距離Ｌｂ（μｍ）は、第１半導体層１０の厚さｔ１０（μｍ）の平方根ｔｓｑの３５倍積以上とする。これにより、高い光取り出し効率が得られる。
【００８５】
距離Ｌｂは、例えば、平方根ｔｓｑの３５倍以上１４０倍以下である。距離Ｌｂは、例えば、平方根ｔｓｑの７０倍以上２８０倍以下である。距離Ｌｂは、例えば、ボンディングパッド４１から第１部分４２ａに向かう方向に沿った、細線電極４２の長さの１／２以下である。
【００８６】
半導体発光素子１２０においても、第２電極５１は、発光層３０から放出された光に対して反射性である。第２電極５１には、Ａｇ／Ｐｔの積層膜が用いられる。Ａｇ膜が第２半導体層２０に接し、Ａｇ膜の上にＰｔ膜が配置される。Ａｇ／Ｐｔの積層膜の厚さは、例えば約２００ｎｍ（例えば１００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下）である。
【００８７】
発光層３０から放出された発光は、上面（反対面１０ｂ）から主に出射する。すなわち、発光層３０から放出された光のうちで第１半導体層１０を通過して外部に出射する光の割合は、第２半導体層２０を通過して外部に出射する光の割合よりも大きい。発光は、光反射性に第２電極５１で反射し、高い効率で、上面から出射する。
【００８８】
この例でも、第１半導体層１０は、第１半導体層１０の発光層３０に対向する面（対向面１０ａ）とは反対側の面（反対面１０ｂ）に設けられた凹凸部１０ｄを有する。これにより、光取りだし効率がさらに向上する。
【００８９】
半導体発光素子１２０においても、例えば、ボンディングパッド４１から第１部分４２ａに向かう方向（この例ではＹ軸方向）に対して垂直な方向（この例ではＸ軸方向）に沿った細線電極４２の幅ｗ４２は、距離Ｌｂの１／２以下である。
【００９０】
半導体発光素子１２０においても、第１半導体層１０の側面、第２半導体層２０の側面及び発光層３０の側面を覆うように、第１誘電体層８１が設けられる。ボンディングパッド４１の周辺には、第２誘電体層８２及び第３誘電体層８３が設けられる。
【００９１】
半導体発光素子１２０では、上面（反対面１０ｂ）上には、電極（細線電極４２や第２電極５１など）が設けられない。したがって、上面に電極が配置された場合に比べて、上面での光取り出し効率が向上する。
【００９２】
さらに、主な発熱源である発光層３０の直下の第２電極５１が、熱伝導率の高い金属層５２や支持基板５４に接続される。支持基板５４に例えばヒートシンクを接続すると、熱抵抗を低くすることができ、良好な放熱性を得られる。これに加えて、金属層５２は、支持基板５４と実質的に同じように大きい面積を有する。これにより、熱の広がりが良好になり熱抵抗をより低くすることができる。
【００９３】
図５は、第２の実施形態に係る別の半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。  
図５に表したように、本実施形態に係る別の半導体発光素子１２１においては、細線電極４２のうちの第１部分４２ａが、第１絶縁層４５から離間している。これ以外は、半導体発光素子１２０と同様である。半導体発光素子１２１においては、第１半導体層１０とオミック接触する第１部分４２ａが、第１絶縁層４５のパターンとは別に設けられる。半導体発光素子１２１においても、光取り出し効率の高い半導体発光素子が提供できる。
【００９４】
本実施形態に係る半導体発光素子１２０の例として、１ｍｍ×１ｍｍのチップサイズのＬＥＤを作製した。細線電極４２の幅ｗ４２は、約１０μｍであり、距離Ｌｂは、約１００μｍである。第１半導体層１０の厚さは、約２．５μｍである。また、参考例として、半導体発光素子１２０の構成において細線電極４２と第１半導体層１０との間に第１絶縁層４５を設けない半導体発光素子を作製した。
【００９５】
これらの半導体発光素子の発光特性を評価したところ、動作電流が３５０ｍＡのときにおいて、半導体発光素子１２０における光出力は、参考例の半導体発光素子よりも約３％高かった。そして、動作電圧は実質的に同じであった。
【００９６】
半導体発光素子１２０においては、第１絶縁層４５を設けるため、設けない場合に比べて、細線電極４２と第１半導体層１０との接触面積が小さくなる。このため、動作電圧が上昇することが懸念される。細線電極４２と第１半導体層１０との間に絶縁層を形成することで動作電圧が上昇すると予想することは自然である。そして、この予想のために、一般的に、第１絶縁層４５を導入する発想は否定される。このため、電流注入領域を制限し、発光領域をボンディングパッド４１から遠ざけるために、第２半導体層２０の側に非オーミック接続領域を形成する別の手法を採用することが考えられる。しかしながら、この方法は、工程数を増やし、また、電流注入領域を精度良く制御することは困難である。
【００９７】
本願発明者も、実験を実施する前は、細線電極４２と第１半導体層１０との間に絶縁層を形成することで動作電圧が上昇すると予想した。しかしながら、上記のように、実際には動作電圧は、実質的に変わらなかった。第１半導体層１０（ｎ形半導体層）と細線電極４２とにおけるコンタクト抵抗が十分に低いため、接触面積が多少が減少しても、結果として、動作電圧に大きな影響を与えなかったと考えられる。
【００９８】
第１及び第２の実施形態において、支持基板５４は、少なくとも導電性を有する部分を含む。支持基板５４には、例えば、ＳｉまたはＧｅなどの半導体基板、ＣｕＷまたはＣｕなどの金属板、または、厚膜メッキ層など用いられる。また、支持基板５４として、絶縁基板（例えば樹脂基板など）と、その上に形成された導電層（金属配線など）と、を有する基板を用いても良い。
【００９９】
第１及び第２の実施形態に係る半導体発光素子は、少なくとも、ｎ形半導体層と、ｐ形半導体層と、それらに挟まれた発光層を含む半導体層を含む。これらの半導体層の形成方法は、例えば、有機金属気相成長法、または、分子線エピタキシャル成長法などを用いることができる。ただし、形成方法は、限定されない。
【０１００】
第２電極５１は、少なくとも銀またはその合金を含む。銀以外の金属の単層膜の可視光帯域に対する反射効率は、４００ｎｍ以下の紫外域では、波長が短くなるほど低下する傾向にある。銀は、３７０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の紫外帯域の光に対しても高い反射効率特性を有する。紫外発光の半導体発光素子において、第２電極５１が銀合金を含む場合、第２電極５１の半導体層界面側近傍における銀の成分比は、高いことが好ましい。第２電極５１の厚さは、１００ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、例えば、高い光反射効率を確保できる。
【０１０１】
サファイア基板（結晶成長基板）上の結晶層と、支持基板５４と、を接着させる時や、レーザ光でＧａＮを分解してサファイア基板を剥離する時に、結晶層に、結晶欠陥やダメージが発生し易い。これは、支持基板５４とサファイアとの間、及び、支持基板５４とＧａＮとの間、の熱膨張係数差、局所的に加熱されることによる熱、並びに、ＧａＮが分解することにより発生する生成物などに起因する。結晶層に結晶欠陥やダメージが発生すると、発生した箇所において、第２電極５１のＡｇが結晶層に拡散し、結晶層内部でのリークや、結晶欠陥を加速度的に増加させる。
【０１０２】
第１及び第２実施形態においては、バッファ層として例えば、単結晶ＡｌＮバッファ層を用いる。これにより、高品質な半導体層を形成することができる。これにより、結晶に対するダメージが大幅に軽減される。また、ＧａＮをレーザ光で分解する際、ＧａＮに近接する高熱伝導特性を示すＡｌＮバッファ層に熱が拡散するため、局所的な加熱による熱ダメージを受けにくい。
【０１０３】
第１及び第２実施形態に係る半導体発光素子は、例えば、結晶成長用基板上に第１半導体層１０を形成する際に形成されるＧａＮバッファ層をさらに含んでも良い。凹凸部１０ｄは、ＧａＮバッファ層に形成しても良い。第１半導体層１０に含まれるｎ形コンタクト層においては、低抵抗のオーミック接続を形成するために、キャリア濃度（例えば不純物濃度）は高く設定される。このｎ形コンタクト層に凹凸部１０ｄを形成すると、表面荒れや不純物析出が生じることがある。これらは、光取り出し効率を低下させる要因となる。一方、ＧａＮバッファ層の不純物濃度はｎ形コンタクト層に比べて低いため、表面荒れや不純物析出が生じることが少ない。
【０１０４】
凹凸部１０ｄは、例えば、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより形成できる。ＫＯＨ溶液などによるアルカリエッチングを用いた場合は、ＧａＮ結晶の面方位、主に{１０−１−１}に沿って異方性エッチングが生じ、その結果として六角錐の構造が形成される。また、エッチング温度や時間、ｐＨ（別の物質を添加することで調整する）、濃度、ＵＶ光またはＵＶレーザ照射の有無などで、エッチングレート、六角錐の大きさや密度は大きく変化する。一般的に、エッチング量（エッチング前の表面から、エッチング後にできた凹凸部の最も深い所までの深さ）が大きいほど、凹凸部１０ｄは大きく、且つ密に形成される。
【０１０５】
凹凸部１０ｄをドライエッチングにより形成する場合、Ｎ面は、Ｇａ面とは異なり、結晶方位や転移の影響を受け易く、異方性エッチングされ易い。ｃ面サファイア基板上に成長させたＧａＮの表面は、通常Ｇａ面である。サファイア基板を除去することで露出したＧａＮの表面はＮ面となっている。このため、ドライエッチングによる異方性エッチングによって凹凸部１０ｄを形成することは容易である。また、マスクを用いたドライエッチングにより凹凸部１０ｄを形成してもよい。この方法においては、工程数が増加するが、設計どおりの凹凸部１０ｄを形成できるため、光取り出し効率を高め易い。
【０１０６】
凹凸部１０ｄは、例えば、入射した発光光を有効に取り出す、または、入射角度を変える機能を有する。凹凸部１０ｄの大きさは、結晶層内における発光波長以上であることが好ましい。凹凸部１０ｄが発光波長よりも小さいと、凹凸部１０ｄに入射した発光光は、凹凸部１０ｄ界面で散乱や回折等の波動光学で説明される挙動を示す。このため、凹凸部１０ｄにより、発光光の一部が取り出されなくなる。また、凹凸部１０ｄが発光波長よりも十分小さいと、凹凸部１０ｄは連続的に屈折率が変化する層として見なされる。このため、凹凸のない平坦な面と同様になり、光取り出し効率は改善効果が小さくなる。
【０１０７】
例えば、発光のピーク波長が３９０ｎｍの場合（ＧａＮ結晶層内の波長は約１５５ｎｍ）においては、凹凸部１０ｄのサイズ（突起の平面形状のうち最も広い幅）が５０ｎｍ以上０．２μｍ未満においては、サイズが大きくなると光出力が急激に増加する。凹凸部１０ｄのサイズが０．５μｍ以上３μｍ以下においては、光出力は緩やかに増加する。凹凸部１０ｄのサイズは、例えば、結晶層内の発光波長（ピーク波長）の２倍以上であることが好ましい。１０倍以上であることがさらに好ましい。
【０１０８】
細線電極４２のうちで第１半導体層１０と接する部分には、例えば、Ａｌが用いられる。これにより、第１半導体層との良好なオーミック特性および低コンタクト特性が得られる。さらに、高い反射性が得られるため、光取り出し効率が向上する。さらに、細線電極４２の設計自由度が向上する。Ａｌは耐環境性が低いため、例えばＳｉをわずかに含むＡｌ合金を細線電極４２に用いても良い。これにより、信頼性や密着性を向上させることができる。ただし、第１及び第２実施形態において、細線電極４２の構成は任意である。
【０１０９】
実施形態によれば、光取り出し効率の高い半導体発光素子が提供できる。
【０１１０】
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをそれぞれの範囲内で変化させた全ての組成の半導体を含むものとする。またさらに、上記化学式において、Ｎ（窒素）以外のＶ族元素もさらに含むもの、導電形などの各種の物性を制御するために添加される各種の元素をさらに含むもの、及び、意図せずに含まれる各種の元素をさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
【０１１１】
なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれは良い。
【０１１２】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体発光素子に含まれる第１半導体層、第２半導体層、発光層、ボンディングパッド、細線電極、第１絶縁層、第２絶縁層、第２電極、接合層、支持基板、裏面電極及び誘電体層などのなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１３】
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体発光素子を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体発光素子も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１４】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１１５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…第１半導体層、  １０ａ…対向面、  １０ｂ…反対面、  １０ｄ…凹凸部、  １０ｐ、１０ｑ…面、  １０ｒ…一部、  ２０…第２半導体層、  ３０…発光層、  ３０ｒ…発光領域、  ４１…ボンディングパッド、  ４２…細線電極、  ４２ａ…第１部分、  ４２ｂ…第２部分、  ４２ｃ…第３部分、  ４２ｉ…内側部、  ４２ｏ…外縁部、  ４５…第１絶縁層、  ４５ｅ…端、  ４６…第２絶縁層、  ５１…第２電極、  ５２…金属層、  ５３…接合層、  ５４…支持基板、  ５５…裏面電極、  ８１〜８３…第１〜第３誘電体層、  １１０、１１９、１２０、１２１…半導体発光素子、  Ｌａ…長さ、  Ｌｂ…距離、  Ｌｓ…長、  ｔ、ｔ１０…厚さ、  ｔｓｑ…平方根、  ｗ４２…幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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