(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の金属層と、
前記金属層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層と、
前記金属層と前記半導体層との間の屈折率ｎａを有する透光導電層と、
前記透光導電層と前記半導体層との間の絶縁層であって、当該屈折率ｎａよりも高い屈折率ｎｂを有する絶縁層とを含み、
前記透光導電層は、前記絶縁層を貫通して前記第１導電型層に接続されたコンタクト部を含み、
前記透光導電層は、前記半導体層から前記金属層へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有している、半導体発光素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上の金属層と、
前記金属層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層と、
前記金属層と前記半導体層との間の屈折率ｎａを有する透光導電層と、
前記透光導電層と前記半導体層との間の絶縁層であって、当該屈折率ｎａよりも高い屈折率ｎｂを有する絶縁層とを含み、
前記透光導電層は、前記絶縁層を貫通して前記第１導電型層に接続されたコンタクト部を含み、
前記絶縁層は、前記半導体層から前記金属層へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有しているＳｉＮ膜を含む、半導体発光素子。
【請求項３】
前記第１導電型層は、前記コンタクト部に接続され、前記絶縁層の屈折率ｎｂよりも高い屈折率ｎ０を有するコンタクト層を含む、請求項１または２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記絶縁層は、ＳｉＮ膜を含む、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記ＳｉＮ膜は、前記半導体層から前記金属層へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有している、請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記透光導電層は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記コンタクト部は、前記基板の面内に離散的に配列された複数のコンタクト部を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記コンタクト層は、ｐ型のＧａＰを含む、請求項３に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記ｐ型のＧａＰは、不純物として炭素を含んでいる、請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記金属層は、Ａｕを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板は、シリコン基板を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記半導体層上の表面電極を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記基板の裏面上の裏面電極を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記半導体層の表面は、微細な凹凸形状に形成されている、請求項１〜１３のいずれか一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】
本発明は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の発光ダイオードは、支持基板の一面にオーミックコンタクト層、第２金属層、第１金属層、絶縁層、ｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、ＭＱＷ（Multiple Quantum Well ：多重量子井戸）活性層、ｎ型クラッド層およびｎ型コンタクト層がこの順に積層された半導体層を有すると共に、ＯＤＲ構造を有している。すなわち、ｐ型コンタクト層と第１金属層との間の絶縁層の一部領域にはコンタクト部が埋設されており、これにより第１金属層とｐ型コンタクト層とが電気的に接続されている。支持基板の裏面にはｐ側電極が、またｎ型コンタクト層上にはリング状のｎ側電極がそれぞれ設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２１０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の発明では、ＯＤＲ構造によって光取り出し効率の向上を図っているものの、未だ光取り出し効率を低下させる要因が残っている。たとえば、ＯＤＲ構造のコンタクト部がＡｕＺｎからなり、その接続対象であるｐ型コンタクト層がＡｌＧａＩｎＰ系半導体からなるため、それらの接合部が共晶部となる。当該共晶部は光を吸収する性質を有するため、金属層における光の反射率が低下し、その結果、光取り出し効率の低下を招く。
【０００５】
本発明の目的は、従来に比べて光取り出し効率を向上できる半導体発光素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板上の金属層と、前記金属層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層と、前記金属層と前記半導体層との間の透光導電層であって、少なくとも、屈折率ｎ１を有する第１部分と、当該第１部分に対して前記金属層側に配置され、当該屈折率ｎ１よりも低い屈折率ｎ２を有する第２部分とを含む透光導電層とを含む。
【０００７】
この構成によれば、半導体層から金属層へ向かうにしたがって、透光導電層の屈折率が第１部分および第２部分の順に段階的に小さくなっているので、半導体層に近い部分の屈折率を半導体層の屈折率に近づけることができる。これにより、半導体層と透光導電層との界面での屈折率差を小さくできるので、発光層で発生して金属層へ向かう光が透光導電層への入射前に反射することを抑制することができる。そのため、透光導電層における光の透過率が向上し、金属層での反射率を向上させることができる。しかも、相対的に屈折率が低い第２部分が金属層側に配置されているため、金属層で反射した光が透光導電層を通過する際、第２部分から第１部分への入射は、屈折率が小さい媒質から大きい媒質への進入となる。したがって、第１部分と第２部分との境界部で金属層側に再度反射して戻ってくることを抑制することもできる。その結果、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子において、前記第１部分は、前記屈折率ｎ１を有する第１透光導電層であり、前記第２部分は、前記屈折率ｎ２を有する第２透光導電層であってもよい。
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子において、前記第１透光導電層および前記第２透光導電層は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）およびＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）の組み合わせからなっていてもよい。
【０００９】
本発明の一実施形態に係る半導体発光素子において、前記第１導電型層は、前記透光導電層に接続され、前記屈折率ｎ１よりも高い屈折率ｎ０を有するコンタクト層を含んでいてもよい。
この場合、第１導電型のコンタクト層から透光導電層の第１部分を経て第２部分へ向かって、屈折率がｎ０＞ｎ１＞ｎ２の関係になっており、第１部分が、コンタクト層と第２部分との間の屈折率差を補う屈折率緩和部として機能する。
【００１０】
また、本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子は、基板と、前記基板上の金属層と、前記金属層上に形成され、発光層、前記発光層に対して前記基板側に配置された第１導電型層、および前記発光層に対して前記基板の反対側に配置された第２導電型層を含む半導体層と、前記金属層と前記半導体層との間の屈折率ｎａを有する透光導電層と、前記透光導電層と前記半導体層との間の絶縁層であって、当該屈折率ｎａよりも高い屈折率ｎｂを有する絶縁層とを含み、前記透光導電層は、前記絶縁層を貫通して前記第１導電型層に接続されたコンタクト部を含む。
【００１１】
この構成によれば、絶縁層が、半導体層と透光導電層との間の屈折率差を補う屈折率緩和部として機能するので、半導体層に近い部分の屈折率を半導体層の屈折率に近づけることができる。これにより、発光層で発生して金属層へ向かう光が透光導電層への入射前に反射することを抑制することができる。また、透光導電層のコンタクト部と第１導電型層との接合が共晶接合とならないため、当該接合部において光が吸収されることを抑制することができる。そのため、透光導電層における光の透過率が向上し、金属層での反射率を向上させることができる。
【００１２】
しかも、相対的に屈折率が低い透光導電層が金属層側に配置されているため、金属層で反射した光が透光導電層および絶縁層を通過する際に、透光導電層と絶縁層との界面で金属層側に再度反射して戻ってくることを抑制することもできる。さらに、コンタクト部を利用して半導体層に透光導電層を選択的に接続しているので、コンタクト部の配列形態を調節することによって、半導体層の面内に万遍なく電流を流すことができる。その結果、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記第１導電型層は、前記コンタクト部に接続され、前記絶縁層の屈折率ｎｂよりも高い屈折率ｎ０を有するコンタクト層を含んでいてもよい。
この場合、第１導電型のコンタクト層から絶縁層を経て透光導電層へ向かって、屈折率がｎ０＞ｎｂ＞ｎａの関係になっており、絶縁層が、コンタクト層と透光導電層との間の屈折率差を補う屈折率緩和部として機能する。
【００１４】
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記透光導電層は、前記半導体層から前記金属層へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有していてもよい。
この構成によれば、絶縁層に近い部分の屈折率を絶縁層の屈折率に近づけることができるので、絶縁層と透光導電層との界面での屈折率差を小さくできる。これにより、当該界面での反射を抑制できるので、透光導電層における光の透過率を一層向上することができる。
【００１５】
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記絶縁層は、ＳｉＮ膜を含んでいてもよく、その場合、前記ＳｉＮ膜は、前記半導体層から前記金属層へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有していてもよい。
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記透光導電層は、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）を含んでいてもよい。
【００１６】
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記絶縁層が、１．９〜２．２の屈折率および３０００Å〜３５００Åの厚さを有するＳｉＮ膜の単層膜からなり、前記透光導電層が、５５０Å〜６５０Åの厚さを有するＩＴＯの単層膜からなっていてもよい。
このような組み合わせによって、たとえば５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の光の反射率を向上させることができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子において、前記コンタクト部は、前記基板の面内に離散的に配列された複数のコンタクト部を含んでいてもよい。
また、本発明の一実施形態および他の実施形態に係る半導体発光素子では、以下の構成であってもよい。
たとえば、前記コンタクト層は、ｐ型のＧａＰを含んでいてもよく、前記ｐ型のＧａＰは、不純物として炭素を含んでいてもよい。
【００１８】
また、前記金属層は、Ａｕを含んでいてもよく、前記基板は、シリコン基板を含んでいてもよい。
また、前記半導体発光素子は、前記半導体層上の表面電極を含んでいてもよく、前記基板の裏面上の裏面電極を含んでいてもよい。
また、前記半導体層の表面は、微細な凹凸形状に形成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１および図２の半導体発光素子の製造工程を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａの次の工程を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂの次の工程を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、図３Ｃの次の工程を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、図３Ｄの次の工程を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、図３Ｅの次の工程を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、図３Ｆの次の工程を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、図３Ｇの次の工程を示す図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、図３Ｈの次の工程を示す図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子を示す平面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図４および図５の半導体発光素子の製造工程を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａの次の工程を示す図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、図６Ｂの次の工程を示す図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、図６Ｃの次の工程を示す図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、図６Ｄの次の工程を示す図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、図６Ｅの次の工程を示す図である。
【図６Ｇ】図６Ｇは、図６Ｆの次の工程を示す図である。
【図６Ｈ】図６Ｈは、図６Ｇの次の工程を示す図である。
【図６Ｉ】図６Ｉは、図６Ｈの次の工程を示す図である。
【図６Ｊ】図６Ｊは、図６Ｉの次の工程を示す図である。
【図７】図７は、図１および図２の半導体発光素子の変形例を示す図である。
【図８】図８は、図５に示す絶縁層の変形例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１４】図１４は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１５】図１５は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図１７】図１７は、比較例に係る半導体発光素子の構造を示す図である。
【図１８】図１８は、参考例に係る半導体発光素子の構造を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例、比較例および参考例の輝度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子１を示す平面図である。図２は、図１のII−II線に沿う断面図である。
この半導体発光素子１は、基板２と、基板２上の金属層３と、金属層３上の透光導電層４と、透光導電層４上の本発明の半導体層の一例としてのＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５と、基板２の裏面（ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５と反対側の表面）に接触するように形成されたｐ側電極６（裏面電極）と、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の表面に接触するように形成されたｎ側電極７（表面電極）とを含む。
【００２１】
基板２は、この実施形態では、シリコン基板で構成されている。むろん、基板２は、たとえば、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）、ＧａＰ（リン化ガリウム）等の半導体基板で構成されていてもよい。基板２は、この実施形態では、図１に示すように平面視略正方形状に形成されているが、基板２の平面形状は特に制限されず、たとえば、平面視長方形状であってもよい。また、基板２の厚さは、たとえば、１５０μｍ程度であってもよい。
【００２２】
金属層３は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。金属層３は、Ａｕ層およびＡｕ合金層それぞれの単層であってもよいし、これらの層および他の金属層が複数積層された層であってもよい。金属層３は、複数の積層構造である場合、少なくとも透光導電層４との接触面がＡｕ層またはＡｕ合金層（たとえば、ＡｕＢｅＮｉ等）で構成されていることが好ましい。一例として、（透光導電層４側）Ａｕ／Ｍｏ／Ａｕ／Ｔｉ（基板２側）で示される積層構造が挙げられる。さらに、金属層３は、金属層３を構成する複数の金属材料間に明瞭な境界が形成されず、当該複数の金属材料が、たとえば基板２側から順々に分布して構成されていてもよい。一方、この実施形態では、金属層３は、後述するように、成長基板２４（後述）と基板２との貼り合わせによって第１金属層２６（後述）と第２金属層２７（後述）とが接合して形成されるものである。したがって、金属層３を構成するＡｕ層の厚さ方向途中に、当該貼り合わせ工程の際に生じる貼り合わせ面に起因する境界が存在していてもよい。
【００２３】
金属層３は、基板２の表面全域を覆うように形成されている。また、金属層３の（総）厚さは、たとえば、０．５μｍ程度であってもよい。
透光導電層４は、少なくとも、屈折率ｎ１を有する第１部分と、当該第１部分に対して金属層３側に配置され、当該屈折率ｎ１よりも低い屈折率ｎ２を有する第２部分とを含む。この実施形態では、当該第１部分の一例としての第１透光導電層４１（屈折率ｎ１）と、当該第２部分の一例としての第２透光導電層４２（屈折率ｎ２）との２層構造で構成されている。透光導電層４は、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から金属層３へ向かうにしたがって屈折率が段階的に小さくなる構成であれば、たとえば、第２透光導電層４２と金属層３との間に、さらに、第３透光導電層（屈折率ｎ３＜屈折率ｎ２）、第４透光導電層（屈折率ｎ４＜屈折率ｎ３）・・・第ｎ透光導電層（屈折率ｎｎ＜屈折率ｎｎ−１）を含んでいてもよい。
【００２４】
第１透光導電層４１および第２透光導電層４２は、たとえば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）およびＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）の組み合わせからなっていてもよい。これらの材料の屈折率は、たとえば、ＩＴＯ＝１．７〜２．３、ＺｎＯ＝２．０およびＩＺＯ＝１．９〜２．４である。組み合わせとしては、たとえば、第１透光導電層４１がＺｎＯであり、第２透光導電層４２がＩＴＯであってもよい。これにより、金属層３と透光導電層４との界面をＡｕ／ＩＴＯ界面とすることができるため、金属層３と透光導電層４との密着力を十分に確保することができる。
【００２５】
また、透光導電層４は、金属層３の表面全域を覆うように形成されている。また、透光導電層４の（総）厚さは、たとえば、６００Å程度であってもよい。
ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５は、発光層８と、ｐ型半導体層９と、ｎ型半導体層１０とを含む。ｐ型半導体層９は発光層８に対して基板２側に配置されており、ｎ型半導体層１０は発光層８に対してｎ側電極７側に配置されている。こうして、発光層８が、ｐ型半導体層９およびｎ型半導体層１０によって挟持されていて、ダブルヘテロ接合が形成されている。発光層８には、ｎ型半導体層１０から電子が注入され、ｐ型半導体層９から正孔が注入される。これらが発光層８で再結合することによって、光が発生するようになっている。
【００２６】
ｐ型半導体層９は、基板２側から順に、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１（たとえば０．３μｍ厚）、ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２（たとえば１．０μｍ厚）およびｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３（たとえば０．８μｍ厚）を積層して構成されている。一方、ｎ型半導体層１０は、発光層８の上に、順に、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４（たとえば０．８μｍ厚）、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５（たとえば１．８μｍ厚）およびｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６（たとえば０．３μｍ厚）を積層して構成されている。
【００２７】
ｐ型ＧａＰコンタクト層１１およびｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６は、それぞれｐ側電極６およびｎ側電極７とのオーミックコンタクトをとるための低抵抗層である。ｐ型ＧａＰコンタクト層１１は、ＧａＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＣ（カーボン）を高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、２．０×１０１９ｃｍ−３）することによってｐ型半導体とされている。Ｃ（カーボン）をドーパントとして含むＧａＰであれば、透光導電層４の材料として使用されるＩＴＯと良好なオーミックコンタクトが得られる。また、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６は、ＧａＡｓにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉを高濃度にドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１．０×１０１８ｃｍ−３）することによってｎ型半導体層とされている。
【００２８】
ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２は、ＧａＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、２．０×１０１８ｃｍ−３）することによってｐ型半導体とされている。一方、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５は、ＡｌＩｎＧａＰにたとえばｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、１．０×１０１８ｃｍ−３）することによってｎ型半導体層とされている。
【００２９】
ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３は、ＡｌＩｎＰにたとえばｐ型ドーパントとしてのＭｇをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５．０×１０１７ｃｍ−３）することによってｐ型半導体とされている。一方、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４は、ＡｌＩｎＰにｎ型ドーパントとしてのＳｉをドープ（ドーピング濃度は、たとえば、５．０×１０１７ｃｍ−３）することによってｎ型半導体層とされている。
【００３０】
発光層８は、たとえばＩｎＧａＰを含むＭＱＷ(multiple-quantum well)構造（多重量子井戸構造）を有しており、電子と正孔とが再結合することによって光が発生し、その発生した光を増幅させるための層である。
発光層８は、この実施形態では、ＩｎＧａＰ層からなる量子井戸層（たとえば５ｎｍ厚）とＡｌＩｎＧａＰ層からなる障壁層（たとえば４ｎｍ厚）とを交互に複数周期繰り返し積層して構成された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple-Quantum Well）構造を有している。この場合に、ＩｎＧａＰからなる量子井戸層は、Ｉｎの組成比が５％以上とされることによって、バンドギャップが比較的小さくなり、ＡｌＩｎＧａＰからなる障壁層は、バンドギャップが比較的大きくなる。たとえば、量子井戸層（ＩｎＧａＰ）と障壁層（ＡｌＩｎＧａＰ）とは交互に１０〜４０周期繰り返し積層されており、これにより、多重量子井戸構造の発光層８が構成されている。発光波長は、量子井戸層のバンドギャップに対応しており、バンドギャップの調整は、Ｉｎの組成比を調整することによって行うことができる。Ｉｎの組成比を大きくするほど、バンドギャップが小さくなり、発光波長が大きくなる。この実施形態では、発光波長は、量子井戸層（ＩｎＧａＰ層）におけるＩｎの組成を調整することによって、６１０ｎｍ〜６８０ｎｍ（たとえば６２５ｎｍ）とされている。
【００３１】
図１および図２に示すように、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５は、その一部が除去されることによって、メサ部１７を形成している。より具体的には、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の表面から、ｎ型半導体層１０、発光層８およびｐ型半導体層９の一部がＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の全周に亘ってエッチング除去され、横断面視略四角形状のメサ部１７が形成されている。メサ部１７の形状は、断面視略四角形状に限らず、たとえば台形状であってもよい。これにより、ｐ型半導体層９のｐ型ＧａＰウィンドウ層１２およびこれよりも基板２側の層が、メサ部１７から横方向に引き出された引き出し部１８を構成している。図１に示すように、平面視において、メサ部１７は引き出し部１８に取り囲まれている。
【００３２】
メサ部１７の表面には、この実施形態では、微細な凹凸形状１９が形成されている。この微細な凹凸形状１９によって、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から取り出される光を拡散させることができる。この実施形態では、後述するようにｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がｎ側電極７の形状に合わせて選択的に除去されることによってｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出しており、この露出面に微細な凹凸形状１９が形成されている。なお、図１では、明瞭化のため微細な凹凸形状１９を省略している。
【００３３】
裏面電極としてのｐ側電極６は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。具体的には、（基板２側）Ｔｉ／Ａｕ／Ｍｏ／Ａｕで示される積層構造であってもよい。また、ｐ側電極６は、基板２の裏面全域を覆うように形成されている。
表面電極としてのｎ側電極７は、この実施形態では、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されている。具体的には、（ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５側）Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕで示される積層構造であってもよい。
【００３４】
また、ｎ側電極７は、パッド電極部２０と、当該パッド電極部２０の周囲に一定の領域を区画するようにパッド電極部２０から選択的に枝状に延びる枝状電極部２１とを一体的に含む。この実施形態では、平面視において、パッド電極部２０がメサ部１７の略中央に配置されており、当該パッド電極部２０とメサ部１７の４つの隅のそれぞれとの間に包囲領域２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを区画するように枝状電極部２１が形成されている。各包囲領域２２Ａ〜２２Ｄは、パッド電極部２０からメサ部１７の各周縁に向かって十字状に延びる枝状電極部２１Ａと、当該十字型の枝状電極部２１に交差してメサ部１７の各周縁に沿って延びる枝状電極部２１Ｂと、パッド電極部２０によって取り囲まれている。一方、包囲領域２２Ａ〜２２Ｄを除く枝状電極部２１Ｂの外側の領域は、メサ部１７の外周領域２３となっている。
【００３５】
そして、この実施形態では、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がｎ側電極７と同じ形状を有していることから、包囲領域２２Ａ〜２２Ｄおよび外周領域２３にｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出している。
図３Ａ〜図３Ｉは、図１および図２の半導体発光素子１の製造工程を工程順に示す図である。
【００３６】
半導体発光素子１を製造するには、たとえば図３Ａに示すように、ＧａＡｓ等からなる成長基板２４上に、エピタキシャル成長によってＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５が形成される。成長方法は、たとえば、分子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法等、公知の成長方法を適用できる。この段階では、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５は、成長基板２４の側から順に、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４、発光層８、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３、ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２およびｐ型ＧａＰコンタクト層１１を含んでいる。ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の形成後、たとえば蒸着法によって、透光導電層４が形成される。
【００３７】
次に、図３Ｂに示すように、たとえば蒸着法によって、透光導電層４上に第１金属層２６（たとえば１．７μｍ厚）が形成される。第１金属層２６は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。
次の工程は、成長基板２４と基板２との貼り合わせ工程である。貼り合わせ工程では、成長基板２４上の第１金属層２６と基板２上の第２金属層２７とが接合される。第２金属層２７は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。この第２金属層２７は、貼り合わせ前に、たとえば蒸着法によって、基板２の表面（前述のｐ側電極６が形成される面の反対面）に形成されたものである。
【００３８】
より具体的には、図３Ｃに示すように、第１および第２金属層２６，２７同士を向い合せた状態で成長基板２４と基板２とを重ね合わせ、第１および第２金属層２６，２７を接合する。第１および第２金属層２６，２７の接合は、たとえば熱圧着によって行ってもよい。熱圧着の条件は、たとえば、温度が２５０℃〜７００℃、好ましくは約３００℃〜４００℃であり、圧力が１０ＭＰａ〜２０ＭＰａであってもよい。この接合によって、図３Ｄに示すように、第１および第２金属層２６，２７が合わさって金属層３が形成される。
【００３９】
次に、図３Ｄに示すように、たとえばウエットエッチングによって、成長基板２４が除去される。ここで、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の最表面にｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５が形成されていることから、当該ウエットエッチングの際に、半導体発光素子１の特性に寄与するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６やｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５等に影響を与えなくて済む。その後、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５も除去される。
【００４０】
次の工程は、ｎ側電極７の形成工程である。この実施形態では、リフトオフ法によってｎ側電極７が形成される。より具体的には、図３Ｅに示すように、まず、ｎ側電極７の電極パターンと同一パターンの開口を有するレジスト２８が、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に形成される。次に、たとえば蒸着法によって、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５上に電極材料膜２９が積層される。
【００４１】
次に、図３Ｆに示すように、レジスト２８上の電極材料膜２９が、レジスト２８と共に除去される。これにより、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に残った電極材料膜２９からなるｎ側電極７が形成される。その後、ｎ側電極７から露出するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がエッチングによって除去される。これにより、ｎ側電極７以外の部分にｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出することになる。
【００４２】
次に、図３Ｇに示すように、たとえばフロスト処理（ウエットエッチング）等によって、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５の表面に微細な凹凸形状１９が形成される。なお、フロスト処理は、ドライエッチングによって行ってもよい。
次に、図３Ｈに示すように、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の周縁部が選択的に除去されることによって、メサ部１７および引き出し部１８が形成される。メサ部１７および引き出し部１８の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。
【００４３】
次に、図３Ｉに示すように、たとえば蒸着法によって、基板２の裏面にｐ側電極６が形成される。以上の工程を経て、半導体発光素子１が得られる。
以上、この半導体発光素子１によれば、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から金属層３へ向かうにしたがって、透光導電層４の屈折率が第１透光導電層４１（屈折率ｎ１）および第２透光導電層４２（屈折率ｎ２＜ｎ１）の順に段階的に小さくなっているので、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５に近い部分の屈折率をＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の屈折率に近づけることができる。
【００４４】
より具体的には、たとえば図２において、透光導電層４をＩＴＯ（たとえば屈折率ｎＩＴＯ＝１．８９）の単層膜で構成した場合、透光導電層４とｐ型ＧａＰコンタクト層１１（たとえば屈折率ｎＧａＰ＝３．４）との屈折率差（ｎＧａＰ−ｎＩＴＯ）が１．５１となる。一方で、この実施形態のように、ＩＴＯとＧａＰとの間の屈折率差を補う屈折率緩和層として、たとえばＩＺＯ（たとえば屈折率ｎＩＺＯ＝２．４）をＩＴＯとＧａＰとの間に挿入することによって、各層の界面での屈折率差を小さくすることができる。たとえば、ＩＺＯを挿入することで、ＧａＰ／ＩＺＯ界面の屈折率差（ｎＧａＰ−ｎＩＺＯ）を１．０にでき、ＩＺＯ／ＩＴＯ界面の屈折率差（ｎＩＺＯ−ｎＩＴＯ）を０．５１にでき、いずれの場合もＧａＰ／ＩＴＯ界面を形成した場合に比べて、屈折率差が小さくなっている。これにより、発光層８で発生して金属層３へ向かう光がＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から透光導電層４へ入射するときに反射することを抑制することができる。そのため、透光導電層４における光の透過率が向上し、金属層３での反射率を向上させることができる。
【００４５】
しかも、相対的に屈折率が低い第２透光導電層４２が金属層３側に配置されているため、金属層３で反射した光が透光導電層４を通過する際、第２透光導電層４２から第１透光導電層４１への入射は、屈折率が小さい媒質から大きい媒質への進入となる。したがって、第１透光導電層４１と第２透光導電層４２との界面で金属層３側に再度反射して戻ってくることを抑制することもできる。その結果、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記では、透光導電層４として互いに異なる材料を用いることで屈折率差を設ける例を示した。しかし、ＩＴＯ、ＺｎＯおよびＩＺＯは、その組成、成膜方法、結晶構造等によって屈折率を変化させることができるので、第１および第２透光導電層４１，４２として、互いに屈折率が異なる同一材料を用いることもできる。たとえば、屈折率ｎＩＴＯが２．３のＩＴＯを第１透光導電層４１として使用し、屈折率ｎＩＴＯが１．８９のＩＴＯを第２透光導電層４２として使用してもよい。
【００４７】
図４は、本発明の他の実施形態に係る半導体発光素子３０を示す平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図４および図５において、前述の図１および図２に示された要素と同じ要素については同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
半導体発光素子３０では、透光導電層４とＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５との間に絶縁層３１が配置されている。
【００４８】
絶縁層３１は、この実施形態では、透光導電層４の屈折率ｎａよりも高い屈折率ｎｂを有する絶縁材料で構成されている。具体的には、絶縁層３１は、ＳｉＮ膜からなっていてもよく、この実施形態では、絶縁層３１はＳｉＮの単層膜で構成されている。ＳｉＮの屈折率は、たとえば、ＳｉＮ膜を成膜するときのガス流量を変えることで簡単に制御できる。たとえば、ＳｉＨ４、ＮＨ３およびＮ２を使用してＳｉＮ膜を成膜する場合、Ｓｉの供給源であるＳｉＨ４ガスの流量を増やせば屈折率を上げることができ、ＳｉＨ４ガスの流量を減らせば屈折率を下げることができる。これにより、ＳｉＮの屈折率を、たとえば、１．８５〜２．４の範囲に制御することができる。すなわち、当該絶縁層３１と金属層３との間の透光導電層４の屈折率ｎａを考慮して、絶縁層３１の屈折率を調節すればよい。
【００４９】
一方、絶縁層３１によって透光導電層４とＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５との間が隔てられることから、透光導電層４は、絶縁層３１を貫通するコンタクトホール３３を介してｐ型ＧａＰコンタクト層１１に接続されたコンタクト部３２を有している。これにより、半導体発光素子３０には、ＯＤＲ（Omni-Directional-Reflector）構造が形成されている。
【００５０】
コンタクト部３２は、図４に示すように、基板２の面内に離散的に配列されている。たとえば、平面視四角形状のメサ部１７内に行列状に配列されていてもよい。
この実施形態では、一対の枝状電極部２１Ｂの外側の各外周領域２３に、複数のコンタクト部３２からなる外側列３２１が一列ずつ設けられている。各外側列３２１において、コンタクト部３２は、枝状電極部２１Ｂとの間に等しい間隔を保って枝状電極部２１Ｂに沿って配列されている。
【００５１】
一方、一対の枝状電極部２１Ｂの内側の包囲領域２２Ａ〜２２Ｄには、複数のコンタクト部３２からなる内側列３２２が設けられている。内側列３２２は、たとえば、外側列３２１と平行に複数列設けられている。この実施形態では、包囲領域２２Ａと包囲領域２２Ｄとの間を跨るように二列形成され、包囲領域２２Ｂと包囲領域２２Ｃとの間を跨るように二列形成されている。
【００５２】
また、各コンタクト部３２は、図５に示すように、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５に向かうにしたがって先が窄まる断面視テーパ形状であってもよい。
また、透光導電層４は、この実施形態では、ＩＴＯ、ＺｎＯまたはＩＺＯの単層膜で構成されている。たとえば、絶縁層３１および透光導電層４の好ましい組み合わせとしては、絶縁層３１が、１．９〜２．２の屈折率ｎｂおよび３０００Å〜３５００Åの厚さを有するＳｉＮ膜の単層膜からなり、透光導電層４が、５５０Å〜６５０Åの厚さを有するＩＴＯの単層膜からなることが挙げられる。このような組み合わせによって、たとえば５００ｎｍ〜９００ｎｍの波長帯域の光の反射率を向上させることができる。むろん、透光導電層４は、絶縁層３１よりも低い屈折率を有する範囲内では、前述の実施形態のように、少なくとも、屈折率ｎ１を有する第１部分と、当該第１部分に対して金属層３側に配置され、当該屈折率ｎ１よりも低い屈折率ｎ２を有する第２部分とを含んでいてもよい。つまり、透光導電層４は、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から金属層３へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有していてもよい。
【００５３】
図６Ａ〜図６Ｊは、図４および図５の半導体発光素子３０の製造工程を工程順に示す図である。
半導体発光素子３０を製造するには、たとえば図６Ａに示すように、ＧａＡｓ等からなる成長基板２４上に、エピタキシャル成長によってＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５が形成される。成長方法は、たとえば、分子線エピタキシャル成長法、有機金属気相成長法等、公知の成長方法を適用できる。この段階では、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５は、成長基板２４の側から順に、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５、ｎ型ＡｌＩｎＰクラッド層１４、発光層８、ｐ型ＡｌＩｎＰクラッド層１３、ｐ型ＧａＰウィンドウ層１２およびｐ型ＧａＰコンタクト層１１を含んでいる。ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の形成後、たとえばＣＶＤ法によって、絶縁層３１が形成される。その後、絶縁層３１が選択的にエッチングされることによってコンタクトホール３３が形成される。
【００５４】
次に、図６Ｂに示すように、たとえば蒸着法によって、絶縁層３１上に透光導電層４が形成される。透光導電層４はコンタクトホール３３に入り込み、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１に接続される。
次に、図６Ｃに示すように、たとえば蒸着法によって、透光導電層４上に第１金属層２６（たとえば１．７μｍ厚）が形成される。第１金属層２６は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。
【００５５】
次の工程は、成長基板２４と基板２との貼り合わせ工程である。貼り合わせ工程では、成長基板２４上の第１金属層２６と基板２上の第２金属層２７とが接合される。第２金属層２７は、ＡｕまたはＡｕを含む合金で構成されており、少なくとも最表面がＡｕ層で構成されている。この第２金属層２７は、貼り合わせ前に、たとえば蒸着法によって、基板２の表面（前述のｐ側電極６が形成される面の反対面）に形成されたものである。
【００５６】
より具体的には、図６Ｄに示すように、第１および第２金属層２６，２７同士を向い合せた状態で成長基板２４と基板２とを重ね合わせ、第１および第２金属層２６，２７を接合する。第１および第２金属層２６，２７の接合は、たとえば熱圧着によって行ってもよい。熱圧着の条件は、たとえば、温度が２５０℃〜７００℃、好ましくは約３００℃〜４００℃であり、圧力が１０ＭＰａ〜２０ＭＰａであってもよい。この接合によって、図６Ｅに示すように、第１および第２金属層２６，２７が合わさって金属層３が形成される。
【００５７】
次に、図６Ｅに示すように、たとえばウエットエッチングによって、成長基板２４が除去される。ここで、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の最表面にｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５が形成されていることから、当該ウエットエッチングの際に、半導体発光素子３０の特性に寄与するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６やｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５等に影響を与えなくて済む。その後、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰエッチングストップ層２５も除去される。
【００５８】
次の工程は、ｎ側電極７の形成工程である。この実施形態では、リフトオフ法によってｎ側電極７が形成される。より具体的には、図６Ｆに示すように、まず、ｎ側電極７の電極パターンと同一パターンの開口を有するレジスト２８が、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に形成される。次に、たとえば蒸着法によって、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５上に電極材料膜２９が積層される。
【００５９】
次に、図６Ｇに示すように、レジスト２８上の電極材料膜２９が、レジスト２８と共に除去される。これにより、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６上に残った電極材料膜２９からなるｎ側電極７が形成される。その後、ｎ側電極７から露出するｎ型ＧａＡｓコンタクト層１６がエッチングによって除去される。これにより、ｎ側電極７以外の部分にｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５が露出することになる。
【００６０】
次に、図６Ｈに示すように、たとえばフロスト処理（ウエットエッチング）等によって、ｎ型ＡｌＩｎＧａＰウィンドウ層１５の表面に微細な凹凸形状１９が形成される。なお、フロスト処理は、ドライエッチングによって行ってもよい。
次に、図６Ｉに示すように、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５の周縁部が選択的に除去されることによって、メサ部１７および引き出し部１８が形成される。メサ部１７および引き出し部１８の形成は、たとえば、ウエットエッチングによって行ってもよい。
【００６１】
次に、図６Ｊに示すように、たとえば蒸着法によって、基板２の裏面にｐ側電極６が形成される。以上の工程を経て、半導体発光素子３０が得られる。
以上、この半導体発光素子３０によれば、絶縁層３１が、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５と透光導電層４との間の屈折率差を補う屈折率緩和部として機能するので、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５に近い部分の屈折率を半導体層の屈折率に近づけることができる。
【００６２】
より具体的には、たとえば図５において、透光導電層４をＩＴＯ（たとえば屈折率ｎＩＴＯ＝１．８９）の単層膜で構成した場合、透光導電層４とｐ型ＧａＰコンタクト層１１（たとえば屈折率ｎＧａＰ＝３．４）との屈折率差（ｎＧａＰ−ｎＩＴＯ）が１．５１となる。一方で、この実施形態のように、ＩＴＯとＧａＰとの間の屈折率差を補う屈折率緩和層として、たとえばＳｉＮ（たとえば屈折率ｎＳｉＮ＝２．０）をＩＴＯとＧａＰとの間に挿入することによって、各層の界面での屈折率差を小さくすることができる。たとえば、ＳｉＮを挿入することで、ＧａＰ／ＳｉＮ界面の屈折率差（ｎＧａＰ−ｎＳｉＮ）を１．４にでき、ＳｉＮ／ＩＴＯ界面の屈折率差（ｎＳｉＮ−ｎＩＴＯ）を０．１１にでき、いずれの場合もＧａＰ／ＩＴＯ界面を形成した場合に比べて、屈折率差が小さくなっている。これにより、発光層８で発生して金属層３へ向かう光がＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から透光導電層４へ入射するときに反射することを抑制することができる。
【００６３】
しかも、基板２の面内に離散的に配列された複数のコンタクト部３２によってＯＤＲ構造が形成されているため、広い範囲で電流を狭窄することができ、基板２の面内方向に万遍なく光を発生させることができる。また、透光導電層４のコンタクト部３２とｐ型ＧａＰコンタクト層１１との接合が共晶接合とならないため、当該接合部において光が吸収されることを抑制することができる。
【００６４】
以上より、透光導電層４における光の透過率が向上し、金属層３での反射率を向上させることができる。
しかも、絶縁層３１に対して相対的に屈折率が低い透光導電層４が金属層３側に配置されているため、金属層３で反射した光が透光導電層４から絶縁層３１を通過する際、透光導電層４から絶縁層３１への入射は、屈折率が小さい媒質から大きい媒質への進入となる。したがって、透光導電層４と絶縁層３１との界面で金属層３側に再度反射して戻ってくることを抑制することもできる。その結果、半導体発光素子３０の光取り出し効率を向上させることができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、図１および図２の実施形態において、透光導電層４は、基板２の面内全域に亘って積層構造を有しているが（つまり、積層界面が基板２の面内全域に亘って形成されている）、たとえば、光の取り出しに比較的寄与しない半導体発光素子１の周縁部には積層構造が形成されていなくてもよい。この場合、図７に示すように、第２透光導電層４２は、たとえば第１透光導電層４１の中央部に埋め込まれ、その底面に積層界面が形成されていてもよい。
【００６６】
また、図４および図５の実施形態において、絶縁層３１の一例として、厚さ方向に屈折率が一定のＳｉＮ膜を挙げたが、たとえば、絶縁層３１は、図８に示すように、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から金属層３へ向かうにしたがって段階的に小さくなる屈折率を有していてもよい。このような構成は、たとえば、ＳｉＮの成膜中にＳｉＨ４ガスの流量を段階的に減らしていけばよい。
【００６７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【実施例】
【００６８】
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定されるものではない。
まず、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造５から金属層３へ向かうにしたがって屈折率を段階的に小さくすることによって得られる効果に関して、実測データに基づいて詳細に説明する。
（１）ＩＴＯのみ、ＳｉＮ＋ＩＴＯおよびＳｉＯ２＋ＩＴＯの比較
図９および図１０に示す［実験サンプル］の構造に対して、光を垂直に入射することによってＡｕ層からの反射率を測定した。
【００６９】
図９および図１０によると、波長が６２５ｎｍの光に関してｐ−ＧａＰ層とＡｕ層との間の構造による反射率を比較すると、ＳｉＮ＋ＩＴＯ（水準３〜６）＞ＩＴＯのみ（水準１）＞ＳｉＯ２＋ＩＴＯ（水準２）であった。すなわち、ＳｉＯ２のようにｐ−ＧａＰおよびＩＴＯよりも屈折率が低い層が、ｐ−ＧａＰとＩＴＯとの間に介在すると、高い反射率を得ることが困難であった。これは、光が閉じ込められて反射率が低下したものと考えられる。一方、水準３〜６のように、ｐ−ＧａＰ／ＳｉＮ／ＩＴＯの順に段階的に屈折率を小さくするとＩＴＯにおける光の透過率が向上し、反射率が上昇することがわかった。
【００７０】
また、水準３および４（ＩＴＯ＝１０００Å）、水準５（ＩＴＯ＝２７００Å）および水準６（ＩＴＯ＝４０００Å）の比較から、ＩＴＯ膜厚が薄いほど反射率が高いこともわかった。この点、ＩＴＯ膜厚、ＳｉＮ膜厚およびＳｉＮ屈折率の組み合わせについて、好ましい範囲をさらに検討した。
（２）ＩＴＯ膜厚の比較（ＳｉＮ膜なし）
図１１に示す［実験サンプル］の構造に対して、光を垂直に入射することによってＡｕ層からの反射率を測定した。サンプルは４パターン作製し、それぞれＩＴＯの厚さｄを、６３１Å、７１３Å、９５０Åおよび２７７４Åとした。
【００７１】
図１１から、ＩＴＯ膜厚が薄いほど振幅が大きく、厚いほど振幅が小さいことがわかった。また、波長が６２５ｎｍの光に関しては、ＩＴＯ＝２７７４Åのサンプルが最も反射率が高かった。この結果から、反射率を向上させるためのＩＴＯ膜厚の好ましい範囲は、図９および図１０で示したＳｉＮ膜の挿入状態と、図１１で示したＳｉＮ膜がない状態との間で相違することがわかった。すなわち、ＳｉＮ膜を挿入するときには、それに合わせてＩＴＯ膜厚も変更することが、より好ましい。
（３）ＳｉＮ膜厚の比較（ＩＴＯ＝９５０Å）
図１２に示す［実験サンプル］の構造に対して、光を垂直に入射することによってＡｕ層からの反射率を測定した。サンプルは５パターン作製し、それぞれＳｉＮ膜の厚さｄを、１０２３Å、２４２８Å、２９８０Å、３４３７Åおよび３９４４Åとした。また、参考として、ＳｉＮ膜がないサンプルの反射率も測定した。
【００７２】
図１２から、ＳｉＮ膜厚が薄いほど振幅が大きく、厚いほど振幅が小さいことがわかった。また、波長が６２５ｎｍの光に関しては、ＳｉＮ膜厚が３０００Å〜３５００Å付近で反射率が高くなることがわかった。
（４）ＳｉＮ屈折率の比較（ＩＴＯ＝９５０Å）
図１３に示す［実験サンプル］の構造に対して、光を垂直に入射することによってＡｕ層からの反射率を測定した。サンプルは３パターン作製し、それぞれＳｉＮ膜の屈折率ｎおよび厚さｄを、（ｎ＝１．９９５、ｄ＝２４２８Å）、（ｎ＝２．２６１、ｄ＝２６７３Å）および（ｎ＝２．３９６、ｄ＝２４１３Å）とした。
【００７３】
図１３から、ＳｉＮ屈折率が高いほど反射率の波形の山が長波長側にシフトする傾向にあることがわかった。そして、波長が６２５ｎｍの光にピークを合わせるためには、ＳｉＮ屈折率が１．９９５〜２．２６１の範囲にする必要があることがわかる。
（５）ＳｉＮ膜質とＩＴＯ膜厚との関係
図１４〜図１６に示す［実験サンプル］の構造に対して、光を垂直に入射することによってＡｕ層からの反射率を測定した。サンプルはＳｉＮ膜質に関して３パターンとし、それぞれＳｉＮ膜の屈折率ｎおよび厚さｄを、（ｎ＝１．９９５、ｄ＝１０２３Å）、（ｎ＝２．００８、ｄ＝２９８０Å）および（ｎ＝２．０２、ｄ＝３４３７Å）とした。さらに、当該各サンプルについて、ＩＴＯ膜厚が異なるものを３種類作製した。ＩＴＯ膜厚ｄは、それぞれ、ｄ＝６３１Å、ｄ＝７１３Åおよびｄ＝９５０Åとした。
【００７４】
図１４〜図１６のいずれの結果においても、ＩＴＯ膜厚が薄いほど反射率が高いことがわかった。これは、ＳｉＮ／ＩＴＯ積層構造の場合、ＳｉＮ膜質によらずＩＴＯ膜厚が薄いほど反射率が高い傾向にあることを示している。
一方、図１４〜図１６の結果を比較したところ、ＳｉＮ膜質ｎ＝２．００８、ｄ＝２９８０ÅおよびＩＴＯ膜厚ｄ＝６３１Åの組み合わせ（図１５）が最も高い反射率（約７９％）であった。したがって、ＳｉＮ膜とＩＴＯとを組み合わせる場合には、ＳｉＮ膜質（屈折率および膜厚）およびＩＴＯ膜厚を、この数値付近に合わせれば比較的高い反射率を得ることができる。
（６）輝度評価
本願発明者は、さらに、図４および図５の実施形態（ＳｉＮ／ＩＴＯ）の構造によって半導体発光素子の輝度がどの程度向上するのかを調べた。他の構造との比較のため、図１７の構造（比較例１）および図１８の構造（参考例１および２）の輝度も測定した。
【００７５】
図１７の構造は、透光導電層４をＩＴＯの単層膜で構成したこと以外は、図２の構造と同じである。一方、図１８の構造は、透光導電層４を設けず、ｐ型ＧａＰコンタクト層１１（Ｍｇドープ）と金属層３との間にＳｉＯ２膜（参考例１）またはＳｉＮ膜（参考例２）の絶縁層３４を介在させ、金属層３を直接ｐ型ＧａＰコンタクト層１１に接合したものである。
【００７６】
各サンプルの輝度の測定結果を図１９に示す。図１９から明らかなように、実施例１の構造では、比較例１や参考例１および２に比べて、輝度が大幅に向上していることがわかる。
【符号の説明】
【００７７】
１  半導体発光素子
２  基板
３  金属層
４  透光導電層
５  ＡｌＩｎＧａＰ系半導体積層構造
６  ｐ側電極
７  ｎ側電極
８  発光層
９  ｐ型半導体層
１０  ｎ型半導体層
１１  ｐ型ＧａＰコンタクト層
１９  微細な凹凸形状
３０  半導体発光素子
３１  絶縁層
３２  コンタクト部
４１  第１透光導電層
４２  第２透光導電層
【図１】
0006694650.tif 000002
【図２】
0006694650.tif 000003
【図３Ａ】
0006694650.tif 000004
【図３Ｂ】
0006694650.tif 000005
【図３Ｃ】
0006694650.tif 000006
【図３Ｄ】
0006694650.tif 000007
【図３Ｅ】
0006694650.tif 000008
【図３Ｆ】
0006694650.tif 000009
【図３Ｇ】
0006694650.tif 000010
【図３Ｈ】
0006694650.tif 000011
【図３Ｉ】
0006694650.tif 000012
【図４】
0006694650.tif 000013
【図５】
0006694650.tif 000014
【図６Ａ】
0006694650.tif 000015
【図６Ｂ】
0006694650.tif 000016
【図６Ｃ】
0006694650.tif 000017
【図６Ｄ】
0006694650.tif 000018
【図６Ｅ】
0006694650.tif 000019
【図６Ｆ】
0006694650.tif 000020
【図６Ｇ】
0006694650.tif 000021
【図６Ｈ】
0006694650.tif 000022
【図６Ｉ】
0006694650.tif 000023
【図６Ｊ】
0006694650.tif 000024
【図７】
0006694650.tif 000025
【図８】
0006694650.tif 000026
【図９】
0006694650.tif 000027
【図１０】
0006694650.tif 000028
【図１１】
0006694650.tif 000029
【図１２】
0006694650.tif 000030
【図１３】
0006694650.tif 000031
【図１４】
0006694650.tif 000032
【図１５】
0006694650.tif 000033
【図１６】
0006694650.tif 000034
【図１７】
0006694650.tif 000035
【図１８】
0006694650.tif 000036
【図１９】
0006694650.tif 000037