(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられた半導体発光層と、
前記半導体発光層上に設けられた第２導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層上であって、前記半導体発光層と前記第２半導体層に周期的に設けられたトレンチ内に配置され、一部が前記第２半導体層側に位置し、他部が前記第１半導体層上に位置し、上面が凹状であり、前記半導体発光層から放出される光に対して透光性を有するとともに、前記第１半導体層側から前記第２半導体層側に向かって屈折率が段階的に小さくなる複数の絶縁膜と、
前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
前記第２半導体層の上面を覆う第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記絶縁膜は柱状であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記絶縁膜の径は隣接する前記絶縁膜間の距離より大きく、前記距離は前記半導体発光層から放出される光の波長の１／２より大きいことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第２電極が、前記半導体発光層から放射される光に対して透光性を有する透明導電膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子では、半導体発光層上に半導体発光層と略同じサイズの上部電極を設けて、上部電極直下の半導体発光層で生じた光を側面から取り出すように構成されているものがある。
【０００３】
この半導体発光素子では、半導体発光層のサイズが大きくなると、電極直下の半導体発光層の中央部で生じた光は半導体発光層の側面に到達するまでの伝播距離が長くなる。その結果、自己吸収が無視できなくなり、側面から取り出される光量が低下する。
【０００４】
そのため、半導体発光層のサイズが制限されるので、高い光出力が得られないという問題がある。複数の半導体発光層をマトリックス状に配置すれば、全体として高い光出力を得ることができる。
【０００５】
然しながら、隣り合う半導体発光層同士の干渉による光出力の低下を避けるために、隣接する半導体発光層間の距離を確保する必要がある。その結果、チップサイズが増大するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８８６２４号公報
【特許文献２】特開平１１−９７７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光出力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】
【０００８】
一つの実施形態によれば、半導体発光素子は、第１導電型の第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられた半導体発光層と、前記半導体発光層上に設けられた第２導電型の第２半導体層と、前記第１半導体層上であって、前記半導体発光層と前記第２半導体層に周期的に設けられたトレンチ内に配置され、一部が前記第２半導体層側に位置し、他部が前記第１半導体層上に位置し、上面が凹状であり、前記半導体発光層から放出される光に対して透光性を有するとともに、前記第１半導体層側から前記第２半導体層側に向かって屈折率が段階的に小さくなる複数の絶縁膜と、前記第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、前記第２半導体層の上面を覆う第２電極と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る半導体発光素子を示す図。
【図２】実施例１に係る半導体発光素子の要部を示す斜視図。
【図３】実施例１に係る半導体発光素子の要部を示す断面図。
【図４】実施例１に係る半導体発光素子の側面から出射された光の伝播経路を示す図。
【図５】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図６】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図７】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図８】実施例１に係る別の半導体発光素子を示す図。
【図９】実施例１に係る別の半導体発光素子を示す図。
【図１０】実施例１に係る別の半導体発光素子の製造工程の要部を順に示す断面図。
【図１１】実施例１に係る別の半導体発光素子の要部を示す斜視図。
【図１２】実施例１に係る半導体発光素子の要部を示す断面図。
【図１３】実施例２に係る半導体発光素子の要部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例に係る半導体発光素子について図１乃至図３を用いて説明する。図１は本実施例の半導体発光素子を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図、図２は要部を示す斜視図、図３は要部を拡大して示す断面図である。
【００１２】
本実施例の半導体発光素子は、窒化物半導体を用いた青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。
【００１３】
図１に示すように、本実施例の半導体発光素子１０では、基板１１上にＮ型（第１導電型）の第１半導体層１２、半導体発光層１３およびＰ型（第２導電型）の第２半導体層１４が順に積層された半導体積層体１５が設けられている。
【００１４】
半導体積層体１５は、第２半導体層１４および半導体発光層１３を貫通して第１半導体層１２に到る複数の柱状のトレンチ１６を有している。トレンチ１６は、例えば円柱状である。
【００１５】
複数のトレンチ１６は、周期的、例えば格子状に配列されている。具体的には、複数のトレンチ１６は基板１１の一辺と平行なＸ方向にピッチＰ１で配列され、Ｘ方向に直交するＹ方向にピッチＰ２で配列されている。ピッチＰ１とピッチＰ２は、略等しく設定されている。
【００１６】
トレンチ１６の内径φ（サイズ）は、隣接するトレンチ１６間の距離Ｄより大きく設定されている（φ＞Ｄ）。ピッチＰ１、内径φ、距離Ｄは、Ｐ１＝φ＋Ｄの関係にある。
【００１７】
距離Ｄは、半導体発光層１３から放出される光の波長の１／２より大きくすることが必要である。
【００１８】
半導体積層体１５は、角部に第２半導体層１４および半導体発光層１３の一部が除去されて、第１半導体層１２を露出する切り欠き部１７を有している。
【００１９】
切り欠き部１７に露出した第１半導体層１２上に、第１電極１８（Ｎ側電極）が設けられている。第１電極１８はボンディングパッドを含んでいる。第１電極１８は、例えばＮ型ＧａＮとオーミックコンタクトが可能なチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の積層膜である。
【００２０】
第２半導体層１４の略全面を覆うように第２電極１９（Ｐ側電極）が設けられている。第２半導体層１４の第１電極１８と対向する角部にボンディングパッド１９ａが設けられている。第２電極１９は、例えばＰ型ＧａＮとオーミックコンタクトが可能な金（Ａｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）である。
【００２１】
トレンチ１６を埋めるように、半導体発光層１３から放射される光に対して透光性を有する絶縁膜２０が設けられている。絶縁膜２０は、トレンチ１６の側面に露出している半導体発光層１３および第２半導体層１４に接触し、上面は凹状である。
【００２２】
絶縁膜２０は、例えばスピンコータなどで塗布できるＳｉＯ２系のＳＯＧ（Spin On Glass）膜である。
【００２３】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、半導体発光素子１０の半導体積層体１５を示す斜視図である。図２（ａ）は、第２半導体層１４、半導体発光層１３を貫通して第１半導体層１２に到る複数のトレンチ１６が、半導体積層体１５に周期的に設けられている様子を示している。図２（ｂ）は、複数のトレンチ１６内に絶縁膜２０が埋め込まれている様子を示している。
【００２４】
図３は半導体発光素子１０の半導体積層体１５の詳細構造を示す断面図である。図３に示すように、第１半導体層１２は、例えば厚さが約３μｍのＧａＮ層２１と、ＧａＮ層２１上に設けられ、例えば厚さが約２μｍＮ型ＧａＮクラッド層２２を含んでいる。ＧａＮ層２１は、半導体発光層１３を基板１１、例えばサファイアにエピタキシャル成長させるための下地単結晶層である。
【００２５】
半導体発光層１３は、例えば厚さが５ｎｍのＧａＮ障壁層と厚さが２．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とが交互に積層され、最上層がＩｎＧａＮ井戸層である多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造体である。
【００２６】
ＩｎＧａＮ井戸層（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ層、０＜ｘ＜１）のＩｎ組成比ｘは、半導体積層体１５から取り出された光のピーク波長が、例えば約４５０ｎｍになるように０．１程度に設定されている。
【００２７】
第２半導体層１４は、例えば厚さが約１００ｎｍのＰ型ＧａＮクラッド層２４と、Ｐ型ＧａＮクラッド層２４上に設けられ、例えば厚さが約１０ｎｍのＰ型ＧａＮコンタクト層２５を含んでいる。
【００２８】
絶縁膜２０の屈折率ｎ２は、半導体積層体１５の実効屈折率ｎ１より小さい。上述したように半導体積層体１５のほとんどがＧａＮなので、半導体積層体１５の実効屈折率ｎ１はＧａＮの屈折率で代表できる。
【００２９】
波長４５０ｎｍの光に対するＧａＮの屈折率ｎ１は、約２．４７である。絶縁膜２０（シリコン酸化膜）の屈折率ｎ２は約１．４６である（ｎ１＞ｎ２）。
【００３０】
上述した半導体発光素子１０は、半導体発光層１３上に略同じサイズの第２電極１９を設けて、第２電極１９直下の半導体発光層１３で生じた光をトレンチ１６の側面から自己吸収なしに取り出すとともに、トレンチ１６内に埋め込まれた絶縁膜２０により、取り出された光が屈折率差の少ない方向に伝播するように構成されている。
【００３１】
屈折率差の少ない方向とは、半導体発光層１３から絶縁膜２０に向かう方向、絶縁膜２０から大気に向かう方向のことである。
【００３２】
更に、トレンチ１６を周期的に配列して、全体として高い光出力が得られるように構成されている。その際、隣り合う半導体発光層１３により光が遮蔽されるなどの干渉により光出力が低下するのを避けるために、隣り合う半導体発光層１３同士の実効距離が確保されるように構成されている。
【００３３】
実効距離とは、トレンチ１６の内径φと絶縁膜２０の屈折率ｎ２の比（φ／ｎ２）のことである。
【００３４】
図４はトレンチ１６の側面から取り出された光が伝播する様子を示す図である。図４に示すように、半導体発光層１３と絶縁膜２０の界面での全反射角度（約５４°）が大きくなるので、全反射されずに絶縁膜２０中に取り出される光のうち、第２電極１９側に向かう光３０が増加し、絶縁膜２０と大気の界面で全反射されずに大気中に取り出される確率が増大する。
【００３５】
一方、絶縁膜２０がない場合は、半導体発光層１３と絶縁膜２０の界面での全反射半角度（約２４°）が小さいので、全反射されずに絶縁膜２０中に取り出される光のうち、半導体発光層１３側に向かう光が主になり、半導体発光層１３で遮蔽される確率が高い。
【００３６】
次に、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。図５乃至図７は半導体発光素子１０の製造工程を順に示す断面図である。
【００３７】
図５（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、基板１１に第１半導体層１２、半導体発光層１３、第２半導体層１４を順にエピタキシャル成長させて半導体積層体１５を形成する。半導体積層体１５の形成方法は周知であるが、以下簡単に説明する。
【００３８】
基板１１（Ｃ面サファイア基板）に前処理として、例えば有機洗浄、酸洗浄を施した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に収納する。次に、例えば窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスの常圧混合ガス雰囲気中で、高周波加熱により、基板１１の温度を、例えば１１００℃まで昇温する。これにより、基板１１の表面が気相エッチングされ、表面に形成されている自然酸化膜が除去される。
【００３９】
次に、Ｎ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ：Tri-Methyl Gallium）ガスを供給し、厚さ３μｍのＧａＮ層２１を形成する。
【００４０】
次に、Ｎ型ドーパントとして、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給し、同様にして厚さ２μｍのＮ型ＧａＮクラッド層２２を形成する。
【００４１】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスおよびＳｉＨ４ガスの供給を停止し、基板１１の温度を１１００℃より低い温度、例えば８００℃まで降温し、８００℃で保持する。
【００４２】
次に、Ｎ２ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばＮＨ３ガスおよびＴＭＧガスを供給し、厚さ５ｎｍのＧａＮ障壁層を形成し、この中にトリメチルインジウム（ＴＭＩ：Tri-Methyl Indium）ガスを供給することにより、厚さ２．５ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．１のＩｎＧａＮ井戸層を形成する。
【００４３】
次に、ＴＭＩガスの供給を断続することにより、ＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層の形成を、例えば７回繰返す。これにより、半導体発光層１３が得られる。
【００４４】
次に、ＴＭＧガス、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＩガスの供給を停止し、アンドープで厚さ５ｎｍのＧａＮキャップ層を形成する。
【００４５】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスの供給を停止し、Ｎ２ガス雰囲気中で、基板１１の温度を８００℃より高い温度、例えば１０３０℃まで昇温し、１０３０℃で保持する。
【００４６】
次に、Ｎ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとしてＮＨ３ガス、ＴＭＧガス、Ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）ガスを供給し、Ｍｇ濃度が１Ｅ２０ｃｍ−３、厚さが１００ｎｍ程度のＰ型ＧａＮクラッド層２４を形成する。
【００４７】
次に、Ｃｐ２Ｍｇガスの供給を増やして、Ｍｇ濃度が１Ｅ２１ｃｍ−３、厚さ１０ｎｍ程度のＰ型ＧａＮコンタクト層２５を形成する。
【００４８】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスの供給を停止し、キャリアガスのみ引き続き供給し、基板１１を自然降温する。ＮＨ３ガスの供給は、基板１１の温度が５００℃に達するまで継続する。これにより、基板１１に半導体積層体１５が形成される。
【００４９】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばスパッタリング法により、半導体積層体１５上に厚さが約２００ｎｍのＡｕ膜４０を形成する。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ法により、Ａｕ膜４０上にトレンチ１６に対応する開口４１ａおよび図示されない切り欠き部１７に対応する開口を有するレジスト膜４１を形成する。
【００５１】
次に、図６（ａ）に示すように、レジスト膜４１をマスクとし、例えばよう素系の薬液を用いてＡｕ膜４０をウェットエッチングする。これにより、図１に示す第２電極１９が形成される。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜４１および第２電極１９をマスクとして、例えば塩素系ガスを用いたＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により、第２半導体層１４、半導体発光層１３を、第１半導体層１２が露出するまで異方性エッチングする。これにより、トレンチ１６および図示されない切り欠き部１７が形成される。
【００５３】
次に、図６（ｃ）に示すように、レジスト膜４１を、例えばアッシャーを用いて除去した後、図示されない切り欠き部１７に第１電極１８を形成し、図示されないボンディングパッド１９ａを形成する。
【００５４】
次に、図７（ａ）に示すように、例えばスピンコート法により、基板１１上に無機ＳｉＯ２系被膜形成用の塗布液４２を滴下し、基板１１の回転数を調整することにより、トレンチ１６内の塗布液４２ｂを残置し、それ以外の塗布液４２ａを除去する。
【００５５】
次に、図７（ｂ）に示すように、基板１１を、例えばホットプレート４３で加熱し、塗布液４２ａをキュアする。加熱により、塗布液４２ｂ中の溶剤が蒸発し、塗布液４２ｂが収縮して固化する。これにより、トレンチ１６の内面に露出している半導体発光層１３および第２半導体層１４の側面に接触し、上面が凹状の絶縁膜２０が得られる。
【００５６】
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子１０では、半導体積層体１５に周期的に配列されたトレンチ１６が設けられ、半導体発光層１３上に略同じサイズの第２電極１９が設けられ、トレンチ１６内に埋め込まれた絶縁膜２０が設けられている。
【００５７】
その結果、第２電極１９直下の半導体発光層１３で生じた光をトレンチ１６の側面から自己吸収なしに取り出すとともに、トレンチ１６の側面から取り出された光を屈折率差の少ない方向に伝播させることができる。従って、光出力の高い半導体発光素子が得られる。
【００５８】
ここでは、トレンチ１６の側面から光を取り出す場合について説明したが、第２半導体層１４の上面からも光を取り出すことができる。
【００５９】
図８は第２半導体層１４の上面からも光が取り出せる半導体発光素子を示す図で、図８（ａ）はその平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
【００６０】
図８に示すように、半導体発光素子５０では、第２半導体層１４の上面および絶縁膜２０の上面に、半導体発光層１３から放出される光に対して透光性を有する透明導電膜５１が設けられている。
【００６１】
透明導電膜５１は、例えば厚さが１００乃至２００ｎｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜である。透明導電膜５１は、トレンチ１６の側面に露出した第２半導体層１４に接触しているが、半導体発光層１３には接触しないように設ける。半導体発光層１３が、透明導電膜５１により短絡するのを防止するためである。
【００６２】
ＩＴＯ膜は、例えばスパッタリング法により形成する。ＩＴＯ膜とＰ型ＧａＮコンタクト層２５のオーミックコンタクトをとるために、熱処理を施す。熱処理は、例えば窒素中、もしくは窒素と酸素の混合雰囲気中で、温度４００乃至７５０℃程度、時間１乃至２０分程度が適当である。
【００６３】
半導体発光層１３側から第２半導体層１４側に向かう光５２は透明導電膜５１を透過し、外部に取り出される。これにより、光出力が増加する利点が得られる。透明導電膜５１（ＩＴＯ膜）の屈折率ｎ３は約２．０なので、第２半導体層１４と透明導電膜５１の界面での全反射は第２半導体層１４と大気の界面での全反射より抑制される。
【００６４】
なお、透明導電膜５１が絶縁膜２０上にも設けられているのは、製造工程によるものである。絶縁膜２０上に透明導電膜５１を設ける必要は特にない。
【００６５】
半導体積層体１５が絶縁性の基板１１に設けられている場合について説明したが、半導体積層体１５を導電性基板に設けることも可能である。
【００６６】
図９は導電性基板に半導体積層体１５が設けられた半導体発光素子を示す図で、図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。
【００６７】
図９に示すように、半導体発光素子６０では、導電性基板６１に半導体積層体１５が、接合層（図示せず）を挟んで設けられている。導電性基板６１と半導体積層体１５の第２半導体層１４が対向している。
【００６８】
半導体積層体１５の第１半導体層１２上に目の字状の第１電極６２が設けられている。第１半導体層１２の角部にボンディングパッド６２ａが設けられている。導電性基板６１の第１電極６２と反対側の面に第２電極６３が設けられている。
【００６９】
半導体積層体１５は、半導体積層体１５を貫通して導電性基板６１に到る複数の円柱状のトレンチ６４有している。複数のトレンチ６４は、第１電極６２およびボンディングパッド６２ａを除く領域に格子状に配列されている。
【００７０】
トレンチ６４を埋めるように、半導体発光層１３から放射される光に対して透光性を有する絶縁膜２０が設けられている。
【００７１】
導電性基板６１は、例えばシリコン基板である。シリコンはサファイアより放熱性に優れているので、半導体発光素子６０は大電流で駆動される半導体発光素子として適している。
【００７２】
次に、半導体発光素子６０の製造方法について説明する。図１０は半導体発光素子６０の製造工程の要部を順に示す断面図である。
【００７３】
図１０（ａ）に示すように、図５（ａ）および図５（ｂ）と同様にして、基板１１上に半導体積層体１５を形成し、半導体積層体１５上に金膜４０を形成する。導電性基板６１に、金錫膜７１を形成する。
【００７４】
基板１１を上下反転して金膜４０と金錫合金膜７１を対向させ、基板１１と導電性基板６１を重ね合わせた後、加熱・加圧して基板１１と導電性基板６１を接合する。金膜４０と金錫合金膜７１は融合して接合層（図示せず）になる。
【００７５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、レーザリフトオフ法により、基板１１と半導体積層体１５を分離する。レーザリフトオフ法とは、高出力のレーザ光を照射することにより物質内部を部分的に加熱分解し、分解した部分を境に分離する手法である。
【００７６】
具体的には、基板１１を通過しＮ型ＧａＮクラッド層１２で吸収されるレーザを照射し、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２を解離させて、基板１１とＮ型ＧａＮクラッド層１２を分離する。
【００７７】
例えばＮｄ−ＹＡＧレーザの第４高調波（２６６ｎｍ）を基板１１側から照射する。この光に対してサファイアは透明なので、照射された光は基板１１を透過してＮ型ＧａＮクラッド層１２で有効に吸収される。
【００７８】
基板１１との界面近傍のＮ型ＧａＮクラッド層１２には多くの結晶欠陥が存在するために、吸収された光はほとんど全てが熱に変換され、２ＧａＮ＝２Ｇａ＋Ｎ２（ｇ）↑なる反応が生じ、ＧａＮはＧａとＮ２ガスに解離する。
【００７９】
レーザは、連続光（ＣＷ）でも、パルス光（ＰＷ）でもよいが、尖頭出力の高いパルス光であることが望ましい。尖頭出力の高いパルスレーザとしては、ピコ秒からフェムト秒オーダの超短パルス光が出力可能なＱスイッチレーザ、モードロックレーザなどが適している。
【００８０】
次に、図１０（ｃ）に示すように、半導体積層体１５の第１半導体層１２上に目の字状の第１電極６２を形成した後、トレンチ６４に対応した開口を有するレジスト膜７２を形成する。レジスト膜７２をマスクとして、ＲＩＥ法により半導体積層体１５を異方性エッチングして、トレンチ６４を形成する。
【００８１】
次に、レジスト膜７２を除去した後、導電性基板６１に第２電極６３を形成する。これにより、図９に示す半導体発光素子６０が得られる。
【００８２】
第２電極１９直下の半導体発光層１３で生じた光をトレンチ１６の側面から取り出す場合について説明したが、ピラーの側面から取り出すこともできる。
【００８３】
図１１は第２電極直下の半導体発光層で生じた光をピラーの側面から取り出す半導体発光素子の要部を示す斜視図である。
【００８４】
図１１（ａ）は第１半導体層１２から立設した複数のピラー８０が周期的に設けられている様子を示している。ピラー８０は、半導体発光層１３および第２半導体層１４が積層されている。
【００８５】
図１１（ｂ）は、第１半導体層１２上に、絶縁膜２０が複数のピラー８０を取り囲んで設けられている様子を示している。第２電極として、透明導電膜をピラー８０の上面および絶縁膜２０上に設けるとよい。
【００８６】
絶縁膜２０の上面が凹状である場合について説明したが、形状は特に限定されない。図１２は、絶縁膜２０の上面の別の形状を示す図である。図１２（ａ）は上面が凸状の絶縁膜８２を示している。図１２（ｂ）は上面が平坦な絶縁膜８３を示している。絶縁膜の上面の形状は、半導体発光素子の用途、特徴などに合わせて使い分ければよい。
【００８７】
絶縁膜２０をスピンコートにより形成する場合について説明したが、スパッタリング法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などでも形成することも可能である。
【実施例２】
【００８８】
本発明の実施例２に係る半導体発光素子について、図１３を用いて説明する。図１３は本実施例の半導体発光素子の要部を示す断面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、絶縁膜が屈折率分布を有することにある。
【００８９】
即ち、図１３に示すように、本実施例の絶縁膜９０は屈折率の異なる複数の絶縁膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄの積層体である。絶縁膜９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄはそれぞれ屈折率ｎ２ａ、ｎ２ｂ、ｎ２ｃ、ｎ２ｄを有している。
【００９０】
屈折率ｎ２ａ、ｎ２ｂ、ｎ２ｃ、ｎ２ｄは、第１半導体層１２側から第２半導体層１４側に向かって段階的に小さくなっており、ＧａＮの屈折率ｎ１および大気の屈折率ｎ０と、ｎ１＞ｎ２ａ＞ｎ２ｂ＞ｎ２ｃ＞ｄ＞ｎ０の関係にある。
【００９１】
絶縁膜９０の屈折率を段階的に小さくすることで、半導体発光層１３から取り出された光の全反射条件が緩和され、より多くの光を外部に取り出すことが可能である。
【００９２】
次に、絶縁膜９０の形成方法について説明する。塗布液をキュアする温度によって、絶縁膜の屈折率が変化する。キュアする温度が高いほど、高い屈折率を有する絶縁膜が得られる。
【００９３】
これから、段階的に低い温度でキュアした絶縁膜を積層することにより、段階的に屈折率が小さくなる絶縁膜９０を形成することができる。
【００９４】
具体的には、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、トレンチ１６内に塗布液４２を塗布した後、第１の温度でキュアして絶縁膜９０ａを形成する。塗布液４２を絶縁膜９０ａ上に塗布した後、第１の温度より低い第２の温度でキュアして絶縁膜９０ｂを形成する。
【００９５】
同様に、塗布液４２を絶縁膜９０ｂ上に塗布した後、第２の温度より低い第３の温度でキュアして絶縁膜９０ｃを形成する。塗布液４２を絶縁膜９０ｃ上に塗布した後、第３の温度より低い第４の温度でキュアして絶縁膜９０ｄを形成する。
【００９６】
以上説明したように、本実施例では、トレンチ１６内に第１半導体層１２側から第２半導体層１４側に向かって屈折率が段階的に小さくなる絶縁膜９０が設けられている。
【００９７】
半導体発光層１３から取り出された光の全反射条件が緩和され、より多くの光を外部に取り出すことできる利点がある。
【００９８】
ここでは、同種の塗布材を用い、キュア温度を下げながら塗布とキュアを繰り返すことにより、屈折率が段階的に小さくなる絶縁膜９０を形成する場合について説明したが、絶縁膜９０は屈折率が異なる異種の絶縁膜を積層させて形成することもきる。
【００９９】
異種の絶縁膜としては、例えばＳｉＮ（屈折率約２．０）、フッ素化ポリイミド（屈折率約１．６）、燐ドープシリケート系ＳＯＧ（屈折率約１．４８）、メチルシロキサン系ＳＯＧ（屈折率約１．３８）などがある。絶縁膜の形成方法は、塗布法に限らずスパッタリング法、ＣＶＤ法などを併用することができる。
【０１００】
屈折率の階段数は多い方が、屈折率変化が緩くなるので望ましい。然し、絶縁膜の形成に多くの工程と長い時間を要するので、適当な段数に留めるのがよい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  前記トレンチまたは前記ピラーは、円柱状または多角柱状である請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【０１０３】
（付記２）  前記トレンチまたは前記ピラーは、格子状に配列されている請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【０１０４】
（付記３）  前記第１半導体層はＮ型ＧａＮクラッド層を含み、前記第２半導体層はＰ型ＧａＮクラッド層およびＰ型ＧａＮコンタクト層を含む請求項１または請求項２に記載半導体発光素子。
【０１０５】
（付記４）  前記半導体発光層は、Ｉｎｘ１Ｇａｙ１Ａｌ（１−ｘ１−ｙ１）Ｎ井戸層（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）と、Ｉｎｘ２Ｇａｙ２Ａｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｎ障壁層（０≦ｘ２＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜ｙ２≦１）が交互に積層された多重量子井戸である請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、５０、６０  半導体発光素子
１１  基板
１２  第１半導体層
１３  半導体発光層
１４  第２半導体層
１５  半導体積層体
１６、６４  トレンチ
１７  切り欠き部
１８、６２  第１電極
１９、６３  第２電極
１９ａ、６２ａ  ボンディングパッド
２０、８２、８３、９０  絶縁膜
２１  ＧａＮ層
２２  Ｎ型ＧａＮクラッド層
２４  Ｐ型ＧａＮクラッド層
２５  Ｐ型ＧａＮコンタクト層
３０、５２  光
４０  Ａｕ膜
４１、７２  レジスト膜
４１ａ  開口
４２  塗布液
４３  ホットプレート
５１  透明導電膜
６１  導電性基板
７１  金錫合金膜
８０  ピラー
【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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【図６】
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【図７】
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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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