(57)【要約】【課題】  半導体層の界面で発生した光を基板を通して取出すことで、高輝度発光に好適なフリップチップタイプの半導体発光素子において、光の取出し効率を向上する。【解決手段】  透明性を有するサファイア基板２の一方の面に、ｎ型窒化ガリウム層３、発光層４およびｐ型窒化ガリウム層５を順次積層し、前記ｎ型窒化ガリウム層３およびｐ型窒化ガリウム層５とそれぞれ電気的に導通するｎ電極７およびｐ電極６を、前記サファイア基板２の面方向に相互に離間して形成して成るフリップチップ（フェイスダウン）タイプの半導体発光素子１において、下層側となるｎ型窒化ガリウム層３のｎ電極７の領域において、該ｎ型窒化ガリウム層３とｎ電極７との当接面に凹凸部８を設ける。したがって、従来はｎ型窒化ガリウム層３に閉込められていた光は、該層３内を伝播し、前記ｎ電極７の領域に達すると、凹凸部８によって回折され、基板２の他方の面から放射される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光する光に対して透明性を有する基板の一方の面に、少なくともｎ型とｐ型との半導体層を相互に積層し、前記ｎ型およびｐ型の半導体層とそれぞれ電気的に導通するｎ層およびｐ層電極を、前記基板の面方向に相互に離間して形成して成る半導体発光素子において、
下層側となる半導体層の電極領域において、該半導体層と電極との当接面に凹凸を有することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記基板の一方の面に、前記ｎ型とｐ型との半導体層をこの順で積層するようにした半導体発光素子において、
ｎ層電極が、前記ｐ型の半導体層の一部の領域を除去して露出させた前記ｎ型の半導体層に接続されて成り、前記ｎ型の半導体層は、そのｎ層電極との当接面に凹凸を有して成ることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記基板の一方の面に、前記ｎ型とｐ型との半導体層をこの順で積層するようにした半導体発光素子において、
ｎ層電極が、前記ｐ型の半導体層の一部の領域に、前記ｎ型の半導体層が露出するまで穿設した複数の凹部上に設けて成ることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記凹凸は、その側面のなす角度が、前記基板の面方向に対して、９０°以外で交差する角度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記凹凸は、その形状が、前記基板の１辺と平行な直線状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記凹凸は、その形状が、前記基板の４辺と平行な辺を有する略四角状であることを特徴とする請求項１〜５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】
本発明は、発光ダイオードとして好適に実施される半導体発光素子に関し、詳しくは透光性基板の上にIII族窒化物をエピタキシャル成長させた構造を有し、前記透光性基板の同一面に電極を形成し、この間に電流を流す構造を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体発光素子は、サファイア基板を支持基板として、その上にバッファ層を介してｎ型コンタクト層が積層され、さらに発光接合層（活性層）を有する発光半導体層、ｐ型コンタクト層が順次積層された層構造を有している。前記ｎ型コンタクト層上において、前記ｐ型コンタクト層および発光半導体層の一部をエッチングによって前記ｎ型コンタクト層が露出するまで除去することで、前記ｎ型コンタクト層が露出した領域が前記発光半導体層の積層領域に隣接して形成されている。前記ｎ型コンタクト層の露出領域にはｎ型電極が形成されており、前記ｐ型コンタクト層にはｐ型電極が形成されている。
【０００３】
そして、前記発光半導体層に順方向バイアスを印加（前記ｐ型コンタクト層の電極にプラス電圧を印加）することによって、前記ｐ型コンタクト層にそれぞれ設けた電極から前記ｎ型コンタクト層の露出部に設けた電極に向かって電流が流れ、前記発光半導体層中の発光接合層にて、ホールと電子とが結合し、発光する。
【０００４】
一方、高輝度発光を得るために、サファイアの透明性を利用して、前記ｎ，ｐ両電極を基板にボンディングして、サファイア基板側から光を取出すフリップチップ（フェイスダウン）タイプの発光素子もよく用いられている。フリップチップタイプは、発熱部をヒートシンクの近くに設けることができ、高輝度用発光素子に向いている。
【０００５】
ところで、上述のような半導体発光素子においては、発光効率の向上を阻害する最も大きな要因は、半導体層と、サファイア基板および空気との屈折率の相違である。半導体層は、窒化ガリウム系の場合、約２．６で、サファイア基板の１．７７、空気の１．０と比べて格段に大きいので、臨界角（４５°）以上の光は、半導体層とサファイア基板との界面で全反射され、サファイア基板もしくは空気中へ充分に取出すことができず、結局、発光した光のおよそ半分は半導体層に閉込められていると考えられる。
【０００６】
このような問題に対して、たとえば特開２００２−２８０６１１号公報では、サファイア基板に凹凸部を設け、全反射の角度を変えることによって、上述のように半導体層に閉じ込められてしまう光を、サファイア基板と反対側に反射させて取出すように構成されている。図７は、その従来技術による半導体発光素子５１を示す断面図である。図７において、サファイア基板５２上には凹凸部５３が形成されており、その凹凸部５３上に、ｎ型窒化ガリウム層５４、発光層５５、ｐ型窒化ガリウム層５６が形成されている。ここで、ｐ型窒化ガリウム層５６および発光層５４を除去し、ｎ型窒化ガリウム層５４を露出させて、ｐ型窒化ガリウム層５６の上に透明電極５７およびｐ電極５８、露出したｎ型窒化ガリウム層５４の上にｎ電極５９を形成している。
【０００７】
また、特開２００１−２４２２２号公報には、透明電極を通して基板と反対側に光を取出すようにした窒化ガリウム系の化合物半導体発光素子において、その透明電極側に、発光層の上のｐ型コンタクト層から下のｎ型コンタクト層までの範囲の深さで凹部を形成し、光の横方向への伝播を抑えることが示されている。
【０００８】
さらにまた、特開平８−２２２７６３号公報では、ｎ型電極上にｎ型ＧａＡｓ基板を形成し、そのｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型下クラッド層、活性層、ｐ型上クラッド層にｐ型電極を積層する構成において、前記ｎ型ＧａＡｓ基板の表面を凹凸にしており、特開平８−２３６８１１号公報では、ｐ型電極上にｐ型ＧａＡｓ基板を形成し、そのｐ型ＧａＡｓ基板上に、ｐ型下クラッド層、活性層、ｎ型上クラッド層にｎ型電極を積層する構成において、前記ｐ型ＧａＡｓ基板の表面を凹凸にしている。
【０００９】
また、特開２００２−１６４５７４号公報も、発光層を超えて下のコンタクト層まで凹部を形成している。さらにまた、特開２０００−１９６１５２号公報も、ｐ型ＧａＮ層の表面を凹凸にしている。
【特許文献１】特開２００２−２８０６１１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２２２号公報
【特許文献３】特開平８−２２２７６３号公報
【特許文献４】特開平８−２３６８１１号公報
【特許文献５】特開２００２−１６４５７４号公報
【特許文献６】特開２０００−１９６１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の各従来技術において、先ず特開２００２−２８０６１１号公報の従来技術では、一部サファイア基板５２側に回折された光については、該サファイア基板５２内に閉じ込められるか、もしくはダイボンド材などに吸収されてロスになるという問題がある。
【００１１】
また、サファイア基板５２の凹凸形状は、元々半導体層の結晶品質向上を目的として形成されたものであり、結晶品質の最適化と光取出しの最適化とを同時に満足することは、一般的に難しい。たとえば、同公報の第００４１段落に示されているように、凹溝の幅は、０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍとあり、凸部の幅も、０．５〜２０μｍ、好ましくは１〜１０μｍとあり、凹凸の振幅（凹溝の深さ）は、０．０５〜５μｍ、好ましくは０．２〜３μｍとあるけれども、これらの値は当該従来技術における光の取出しに好適な値であり、結晶品質を最適化できる値とは、ずれを有する。
【００１２】
さらにまた、窒化ガリウム層５４〜５６のエキタピシャル成長前に、サファイア基板５２を加工するには、非常に厳しい加工形状の制限があるという問題がある。実際、このようなサファイア基板５２に形成する凹凸部５３には、矩形以外の形状では、良好なエキタピシャル成長は困難であり、これに対して光取出しに効果があるのは、傾斜面を持った台形や三角形状である。したがって、この従来技術では、サファイア基板５２への加工形状の制限から、光取出し効率の向上は期待できない。
【００１３】
また、特開２００１−２４２２２号公報の従来技術では、凹部の上に透明電極を形成して、基板と反対側に光を取出すようにした、フェイスアップタイプの発光素子であり、前記フリップチップ（フェイスダウン）タイプの発光素子に比べて、発熱部が放熱部から離れるので、輝度を上げることができないという問題がある。また、透明電極を通して光の取出しを行うので、該透明電極で損失が発生するという問題もある。
【００１４】
さらにまた、特開平８−２２２７６３号公報および特開平８−２３６８１１号公報の従来技術では、活性層（発光層）も凹凸にしている。したがって、プロセスとして難しく、この形状では、内部量子効率を落とす危険性がある。
【００１５】
また、特開２００２−１６４５７４号公報および特開２０００−１９６１５２号公報の従来技術も、前記フェイスアップタイプの発光素子であり、輝度を上げることができないとともに、特開２００２−１６４５７４号公報では、凹部の半導体表面が剥出しになり、凹部表面を活性層が通らない、リーク電流が増大するという問題があるとともに、活性層の横方向に出た光を上部に取出す工夫を何もしていないので、隣の活性層に再侵入して、結局光を有効に取出せない可能性もある。
【００１６】
本発明の目的は、フリップチップタイプの半導体発光素子において、光の取出し効率を向上することが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】
【００１７】
本発明の半導体発光素子は、発光する光に対して透明性を有する基板の一方の面に、少なくともｎ型とｐ型との半導体層を相互に積層し、前記ｎ型およびｐ型の半導体層とそれぞれ電気的に導通するｎ層およびｐ層電極を、前記基板の面方向に相互に離間して形成して成る半導体発光素子において、下層側となる半導体層の電極領域において、該半導体層と電極との当接面に凹凸を有することを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、発光する光に対して透明性を有するサファイア基板などの基板を使用し、その基板の一方の面に、少なくともｎ型とｐ型との半導体層を順次積層するとともに、それらの半導体層とそれぞれ電気的に導通するｎ層およびｐ層電極を形成して成り、それらの半導体層の界面で発生した光を前記基板の他方の面から取出すことで高輝度発光に好適なフリップチップ（フェイスダウン）タイプの発光ダイオードなどとして実現される半導体発光素子において、前記ｎ型とｐ型との半導体層の内、基板を下側として、上側となる半導体層、たとえばｐ型の半導体層において、他方の極性の電極、この場合はｎ層電極を接続する領域は、除去されたり、孔や溝が形成されるなどして、前記他方の極性の電極が下層側の半導体層、この場合はｎ型の半導体層と導通されるようになっており、この領域は、発光に寄与せず、本発明では、この下層側となる半導体層の電極領域において、該半導体層と電極との当接面に凹凸を形成する。
【００１９】
したがって、ｎ型とｐ型との半導体層の界面で発生し、従来では下層側の半導体層と基板との屈折率差のために全反射され、該下層側の半導体層に閉込められていた光は、該下層側の半導体層内を伝播し、前記他方の極性の電極領域に達すると、該領域の凹凸によって回折され、基板への入射角度が変化されることになり、該他方の極性の電極領域で基板側へ取出され、基板の他方の面から放射されるようになる。こうして、ｎ層電極およびｐ層電極が反射電極であると、これらの電極領域で取出すことができる光の殆どを取出すことができ、高輝度が得られるフリップチップタイプの半導体発光素子において、光の取出し効率を向上することができる。また、前記凹凸の形成は、半導体層のエキタピシャル成長後であり、エキタピシャル層の品質を気にすることなく（エキタピシャル層を良好に成長させた後）、光取出しに効果がある傾斜面を有する任意の形状を形成することができる。
【００２０】
前記凹凸の形状については、直線状もしくは略四角形状とすることによって、前記全反射角の変更ができ、サファイア基板への回折光を増加させて、光取出し効率を向上させることができる。もちろん、凹凸の形状としては、これに類する円形のものを用いてもよいのは言うまでもない。また前記凹凸の形状は粗面（梨地）処理で形成されたり、回折格子として形成されてもよい。
【００２１】
さらに、上層側となる半導体層、上記の場合はｐ型の半導体層とｐ層電極界面にも同様の凹凸を設けて、光取出し効率をさらに向上してもよい。しかしながら、ｐ型の半導体層と活性層との間は、せいぜい０．２μｍ程度しか離れておらず、前記凹凸を形成すると、活性層がある程度犠牲になり、発光効率が低下するので、それらのプラスマイナスを考慮して、上層側となる半導体層への凹凸の形成割合を決定すればよい。
【００２２】
また、本発明の半導体発光素子は、前記基板の一方の面に、前記ｎ型とｐ型との半導体層をこの順で積層するようにした半導体発光素子において、ｎ層電極が、前記ｐ型の半導体層の一部の領域を除去して露出させた前記ｎ型の半導体層に接続されて成り、前記ｎ型の半導体層は、そのｎ層電極との当接面に凹凸を有して成ることを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、高輝度が得られるフリップチップタイプの半導体発光素子において、光の取出し効率を向上することができる構造を具体的に実現することができる。
【００２４】
さらにまた、本発明の半導体発光素子は、前記基板の一方の面に、前記ｎ型とｐ型との半導体層をこの順で積層するようにした半導体発光素子において、ｎ層電極が、前記ｐ型の半導体層の一部の領域に、前記ｎ型の半導体層が露出するまで穿設した複数の凹部上に設けて成ることを特徴とする。
【００２５】
上記の構成によれば、ｎ型の半導体層が凹部となり、ｐ型の半導体層が凸部となるが、この凹凸部全体の上部全面に電極を形成することで、この電極はｎ層電極となる。この場合、ｐ型の半導体層を１回エッチングするだけで、凹凸を持ったｎ層電極を形成でき、高輝度が得られるフリップチップタイプの半導体発光素子において、光の取出し効率を向上することができる構造を、より簡便なプロセスで実現することができる。
【００２６】
また、本発明の半導体発光素子では、前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体層であることを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、青色から紫外の短波長に好適な半導体発光素子を実現することができる。
【００２８】
さらにまた、本発明の半導体発光素子では、前記凹凸は、その側面のなす角度が、前記基板の面方向に対して、９０°以外で交差する角度であることを特徴とする。
【００２９】
上記の構成によれば、前記凹凸の側面のなす角度を、基板に平行および垂直以外の角度とするので、前述のように全反射によって半導体層内に閉じ込められる光の半導体層と基板との界面への入射角を変えて、半導体層から基板側へ回折する光を増やすことができ、これにより光取出し効率を上げることができる。特に、１０〜５０°として前記凹凸の側面が傾斜面となる台形または三角形状とすると、一層効果的である。
【００３０】
また、本発明の半導体発光素子では、前記凹凸は、その形状が、前記基板の１辺と平行な直線状であることを特徴とする。
【００３１】
上記の構成によれば、前記凹凸の形状を直線状に形成するので、該直線状の凹凸の側面で前記全反射角度の変更を行い、光取出し効率を向上することができる。
【００３２】
さらにまた、本発明の半導体発光素子では、前記凹凸は、その形状が、前記基板の４辺と平行な辺を有する略四角状であることを特徴とする。
【００３３】
上記の構成によれば、前記凹凸の形状を略四角状に形成するので、多方面から入射した光について前記全反射角度の変更を行い、光取出し効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の半導体発光素子は、以上のように、高輝度発光に好適なフリップチップ（フェイスダウン）タイプの発光ダイオードなどとして実現される半導体発光素子において、順次積層されるｎ型とｐ型との半導体層の内、基板を下側として、上側となる半導体層、たとえばｐ型の半導体層において、他方の極性の電極、この場合はｎ層電極を接続する領域は、除去されたり、孔や溝が形成されるなどして、前記他方の極性の電極が下層側の半導体層、この場合はｎ型の半導体層と導通されるようになっており、この電極領域において、半導体層と電極との当接面に凹凸を形成する。
【００３５】
それゆえ、ｎ型とｐ型との半導体層の界面で発生し、従来では下層側の半導体層と基板との屈折率差のために全反射され、該下層側の半導体層に閉込められていた光は、該下層側の半導体層内を伝播し、前記他方の極性の電極領域に達すると、該領域の凹凸によって回折され、基板への入射角度が変化されることになり、該他方の極性の電極領域で基板側へ取出され、光の取出し効率を向上することができる。また、前記凹凸の形成は、半導体層のエキタピシャル成長後であり、エキタピシャル層の品質を気にすることなく（エキタピシャル層を良好に成長させた後）、光取出しに効果がある傾斜面を有する任意の形状を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態の半導体発光素子１を示す断面図である。図１において、サファイア基板２上には、ｎ型窒化ガリウム層３、発光層４およびｐ型窒化ガリウム層５が、この順で積層されて形成されている。そして、この半導体発光素子１では、ｐ型窒化ガリウム層５および発光層４を除去し、ｎ型窒化ガリウム層３を露出させて、ｐ型窒化ガリウム層５の上にｐ電極６、露出したｎ型窒化ガリウム層３の上にｎ電極７を形成している。そして、注目すべきは、この半導体発光素子１では、露出されたｎ型窒化ガリウム層３のｎ電極７の領域に、凹凸部８が形成されていることである。また、本発明では、フリップチップ（フェイスダウン）タイプの半導体発光素子であるので、前記ｎ電極７およびｐ電極６は、反射電極である。
【００３７】
前記凹凸部８の形成は、前述のようにｐ型窒化ガリウム層５および発光層４を除去し、ｎ型窒化ガリウム層３を露出させた状態で、たとえば通常のフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって、さらに部分的にエッチングを行うことで行われる。前記凹凸部８の形状は、たとえば、凹溝の幅が、１〜３μｍ、凸部の幅も、１〜３μｍ、凹凸の振幅（凹溝の深さ）は、０．１〜３μｍである。
【００３８】
前記凹凸部８を形成することで、ｎ型窒化ガリウム層３とｎ電極７との界面で、サファイア基板２の面方向に導波する光が散乱され、かつ前記ｎ電極７およびｐ電極６で全反射され、該サファイア基板２へ回折する光が増加し、結果として光取出し効率を向上させることができる。
【００３９】
以上のように、発光する光に対して透明性を有するサファイア基板２を使用し、そのサファイア基板２２の一方の面に、ｎ型窒化ガリウム層３、発光層４およびｐ型窒化ガリウム層５の半導体層を順次積層するとともに、それらの半導体層と電気的に導通するｎ電極７およびｐ電極８を形成して成り、発光層４で発生した光を前記サファイア基板２の他方の面から取出すことで、高輝度発光に好適なフリップチップ（フェイスダウン）タイプの発光ダイオードなどとして実現される半導体発光素子１において、発光に寄与せず、下層側の半導体層であるｎ型窒化ガリウム層３と導通されるｎ電極７の領域で、該ｎ型窒化ガリウム層３とｎ電極７との当接面に凹凸部８を形成することで、光の取出し効率を向上することができる。
【００４０】
また、前記凹凸部８の形成は、ｎ型窒化ガリウム層３、発光層４およびｐ型窒化ガリウム層５の半導体層のエキタピシャル成長後であり、エキタピシャル層の品質を気にすることなく（エキタピシャル層を良好に成長させた後）、光取出しに効果がある任意の形状に形成することができる。したがって、前記サファイア基板２には、半導体層の結晶品質を向上することができる任意の表面形状を採用することができる。
【００４１】
前記半導体層は、窒化ガリウム系化合物半導体層が好適であり、この場合、青色から紫外の短波長に好適な半導体発光素子を実現することができ、前記サファイア基板２もその発光光を透過することができる。
【００４２】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の第２の形態の半導体発光素子１１を示す断面図である。この半導体発光素子１１において、前述の半導体発光素子１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この半導体発光素子１１では、ｎ型窒化ガリウム層３、発光層１４およびｐ型窒化ガリウム層１５の半導体層をエキタピシャル成長させた後に、ｎ電極１７に対応する領域で、ｐ型窒化ガリウム層１５および発光層１４を通して、ｎ型窒化ガリウム層３が露出するまで穿設することで、複数の凹凸部１８を形成したことである。したがって、ｎ型窒化ガリウム層３が凹部となり、ｐ型窒化ガリウム層１５が凸部となるが、この凹凸部１８全体の上部全面に電極１７を形成することで、この電極はｎ電極となる。
【００４３】
このように構成してもまた、ｎ型窒化ガリウム層３とｐ型窒化ガリウム層１５とによって形成される凹凸部１８と、この上に形成されたｎ電極１７との界面で、サファイア基板２の面方向に導波する光が散乱され、かつ前記ｎ電極１７およびｐ電極６で全反射され、サファイア基板２へ回折する光が増加し、結果として光取出し効率を向上させることができる。さらにこのような構成では、ｐ型窒化ガリウム層１５を、たとえば通常のフォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって１回エッチングするだけで、凹凸を持ったｎ電極１７を形成できるようになり、光の取出し効率を向上することができる構造を、より簡便なプロセスで実現することができる。
【００４４】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の第３の形態の半導体発光素子２１を示す断面図である。この半導体発光素子２１において、前述の半導体発光素子１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。この半導体発光素子２１でも、前述の半導体発光素子１と同様に、ｐ型窒化ガリウム層５および発光層４を除去し、ｎ型窒化ガリウム層２３を露出させて、さらに部分的にエッチングを行い、ｎ型窒化ガリウム層２３のｎ電極２７の領域に凹凸部２８を設けている。しかしながら、注目すべきは、この半導体発光素子２１では、前記凹凸部２８は、ｎ型窒化ガリウム層２３にテーパーを持たせていることである。
【００４５】
具体的には、前記凹凸部２８を形成する際に、事前にマスク層を堆積して、フォトリソグラフィとエッチングとによってそのマスク層をパターニングし、このマスク層を用いて、ｎ型窒化ガリウム層２３のエッチングを行う。そして、前記マスク層を等方性エッチングもしくはテーパーエッチングすることでマスク層自体にテーパー形状を持たせておき、ｎ型窒化ガリウム層２３とともに消耗的にエッチングすることによって、ｎ型窒化ガリウム層２３にテーパーを持たせることができる。
【００４６】
前記テーパーの角度は、マスク層のテーパー角度やマスク層とｎ型窒化ガリウム層２３とのエッチング選択比によって任意の値に設定でき、サファイア基板２の面方向に対して、９０°以外で交差する角度、すなわちサファイア基板２に平行および垂直以外の角度に設定される。これによって、前述のように全反射によって半導体層内に閉じ込められる光を、凹凸部２８の側面でその全反射角度の変更を行い、半導体層からサファイア基板２側へ回折する光を増やすことができ、光取出し効率を上げることができる。特に、１０〜５０°として前記凹凸部２８の側面が傾斜面となる台形または三角形状とすると、一層効果的である。
【００４７】
［実施の形態４］
図４および図５は、本発明の実施の第４の形態の半導体発光素子３１ａ，３１ｂを示す正面図である。これらの半導体発光素子３１ａ，３１ｂにおいて、前述の半導体発光素子１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、半導体発光素子３１ａでは、図４で示すように、凹凸部３８ａは、サファイア基板２の１辺と平行な直線状に形成されており、半導体発光素子３１ｂでは、図５で示すように、凹凸部３８ｂは、サファイア基板２の４辺と平行な略四角形状（島状）に形成されていることである。図４および図５において、参照符３３はｎ型窒化ガリウム領域であり、参照符３５はｐ型窒化ガリウム領域であり、ｐ型窒化ガリウム領域３５の下には、前記発光層４が設けられている。またｐ型窒化ガリウム領域３５の上面には前記ｐ電極６が、ｎ型窒化ガリウム領域３３の上面にはｎ電極３７ａ，３７ｂが設けられている。
【００４８】
そして、半導体発光素子３１ａでは、ｎ型窒化ガリウム領域３３とｎ電極３７ａとの界面には、直線状の凹凸部３８ａが設けられ、ｐ型窒化ガリウム領域３５の下の発光層４で発生し、サファイア基板２の面方向に導波した光がこの凹凸部３８ａで反射され、ｎ型窒化ガリウム層３の背面にあるサファイア界面へ回折され、一部は空気中へ取出すことができる。こうして、光取出し効率を向上させることができる。
【００４９】
また、前記半導体発光素子３１ｂでは、ｎ型窒化ガリウム領域３３とｎ電極３７ｂとの界面には、略四角形状の凹凸部３８ｂが設けられ、ｐ型窒化ガリウム領域３５の下の発光層４で発生し、サファイア基板２の面方向に導波した光がこの凹凸部３８ｂで反射され、ｎ型窒化ガリウム層３の背面にあるサファイア界面へ回折され、一部は空気中へ取出すことができる。こうして、光取出し効率を向上させることができる。特に、凹凸部３８ｂの形状が略四角状である場合、多方面から入射した光について全反射角度の変更を行い、光取出し効率を向上することができる。
【００５０】
このように構成することで、前記全反射角の変更ができ、サファイア基板２への回折光を増加させて、光取出し効率を向上させることができる。もちろん、凹凸の形状としては、これに類する円形などの他の形状を用いてもよいのは言うまでもない。また前記凹凸の形状は、粗面（梨地）処理で形成されたり、回折格子として形成されてもよい。
【００５１】
［実施の形態５］
図６は、本発明の実施の第５の形態の半導体発光素子４１を示す断面図である。この半導体発光素子４１において、前述の半導体発光素子１１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この半導体発光素子４１では、ｐ型窒化ガリウム層４５とｐ電極４６との界面にも、凹凸部４９が形成されていることである。具体的には、前記のｎ電極１７に対応する領域に凹凸部１８を形成した後に、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングとによって、ｐ型窒化ガリウム層４５にも凹凸部４９を形成する。そして、この凹凸部４９上にｐ電極４６、凹凸部１８上にｎ電極１７を形成する。
【００５２】
このようにして、上層側となる半導体層、上記の場合はｐ型窒化ガリウム層４５とｐ電極４６との界面にも同様の凹凸部４９を設けて、光取出し効率をさらに向上してもよい。しかしながら、ｐ型の半導体層である前記ｐ型窒化ガリウム層４５と、活性層である前記発光層１４との間は、せいぜい０．２μｍ程度しか離れておらず、前記凹凸部４９を形成すると、活性層がある程度犠牲になり、発光効率が低下するので、それらのプラスマイナスを考慮して、上層側となる半導体層への凹凸の形成割合を決定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の第１の形態の半導体発光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の第２の形態の半導体発光素子を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の第３の形態の半導体発光素子を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の第４の形態の半導体発光素子を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の第４の形態の半導体発光素子を示す正面図である。
【図６】本発明の実施の第５の形態の半導体発光素子を示す断面図である。
【図７】従来技術による半導体発光素子を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１，１１，２１，３１ａ，３１ｂ，４１    半導体発光素子
２    サファイア基板
３，２３    ｎ型窒化ガリウム層
４，１４    発光層
５，１５、４５    ｐ型窒化ガリウム層
６，４６    ｐ電極
７，１７，２７，３７ａ，３７ｂ    ｎ電極
８，１８，２８，３８ａ，３８ｂ，４９    凹凸部
３３    ｎ型窒化ガリウム領域
３５    ｐ型窒化ガリウム領域
【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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