(57)【要約】  【課題】  微細リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用いることなく、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を提供する。  【解決手段】  サファイア基板１の上にｎ型ＧａＮ層２、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層４、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５及びｐ型ＧａＮコンタクト層６が順次形成されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部上に開口を持つようにｐ側オーミック電極７が形成されている。ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部には、メタノール、フッ酸及び過酸化水素水の混合液を用いたウェットエッチングにより多孔質化領域９が形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を含む複数の半導体層が積層されてなる半導体発光素子において、前記複数の半導体層のうち前記活性層からの光を取り出すための光取り出し面となる表面を持つ半導体層における少なくとも一部分が多孔質化されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記半導体層の多孔質化領域における各空隙の底部が凹凸を形成することを特徴とする特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記半導体層の多孔質化領域は、それぞれの先端が凹凸を形成する複数の半導体残存部を有す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４】
前記複数の半導体層は、前記活性層と前記半導体層との間に設けられ且つ電流拡散層となる多孔質化されていない他の半導体層を有し、
前記半導体層の非多孔質化領域の上に電極が設けられてい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５】
前記電流拡散層は少なくとも１つのヘテロ界面を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体層の多孔質化領域の光吸収端波長は、前記半導体層の非多孔質化領域の光吸収端波長よりも短波長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７】
前記半導体層の多孔質化領域の光吸収端波長は、前記活性層から発せられる光の中心波長よりも短波長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８】
前記半導体層の多孔質化領域の各空隙のうち、互いに隣り合う空隙同士の距離が２０ｎｍ以下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９】
前記半導体層の多孔質化領域における実効的な屈折率は活性層から遠ざかるに従って小さくな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１０】
前記半導体層の多孔質化領域における単位体積当たりについて空隙が占める割合は、前記活性層から遠ざかるに従って大きくな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１１】
前記半導体層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層から遠ざかるに従って段階的又は連続的に小さくな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１２】
前記半導体層の多孔質化領域における各空隙と接する半導体表面は酸化されてい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１３】
前記半導体層の多孔質化領域の表面側は保護膜によって覆われてい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１４】
前記保護膜は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2 Ｏ5 又はＧａ2Ｏ3よりなることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記半導体層の多孔質化領域の表面側は透明電極によって覆われてい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１６】
前記半導体層はｎ型半導体層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１７】
前記複数の半導体層は基板の上に形成されており、
前記基板における前記複数の半導体層が形成されていない側の主面上に金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されてい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１８】
前記複数の半導体層における前記光取り出し面の反対面となる表面を持つ他の半導体層の該表面上に金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されてい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１９】
前記複数の半導体層のそれぞれは、ＢxＡｌyＩｎzＧａ1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される窒化物系化合物半導体よりな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２０】
前記活性層から発せられる光の波長は４３０ｎｍよりも短いことを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光素子。
【請求項２１】
前記半導体層はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される窒化物系化合物半導体よりな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２２】
基板上に、少なくともｎ型半導体層、活性層となる半導体層及びｐ型半導体層を順次形成する工程と、
前記各半導体層の多層構造と前記基板とを分離する工程と、
前記多層構造のうち前記活性層からの光を取り出すための光取り出し面となる表面を持つ前記ｎ型半導体層における少なくとも一部分を多孔質化する工程とを備えていることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば各種表示器、液晶ディスプレイ用バックライト及び固体照明用光源等として用いることのできる発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）を代表とする半導体発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの高性能化が進み、応用分野が急速に広がりつつある。とりわけ、窒化ガリウム（以下、ＧａＮと記す）を代表とする窒化物系化合物半導体の登場により、紫外域から可視域全体をカバーするＬＥＤが実現できるようになり、ＬＥＤは、単純な表示灯のみならず、蛍光灯や白熱電灯に代わる照明用光源としても注目を浴びるに至っている。
【０００３】
現在のＬＥＤの大きな課題の１つに光取り出し効率の向上がある。その理由は、表面上に多層構造が形成された半導体ウェハよりなる基板をダイシングによりほぼ直方体のチップ形状に切り出すことによって作製された単純なＬＥＤチップにおいては、活性層から発せられた光の大部分が半導体と空気又は樹脂との界面で全反射を起こしてＬＥＤチップ内に閉じ込められるため、ごく一部の光しか取り出すことができないためである。通常、このような単純なＬＥＤ構造では、光取り出し効率、つまり活性層で発生した光のうちＬＥＤチップの外部に取り出すことができる光の割合は２０％程度にとどまるとされている。
【０００４】
このため、ＬＥＤの光取り出し面を加工して光取り出し効率を高める様々な取り組みが行なわれている。この光取り出し面の加工に関しては、例えば、特許文献１又は非特許文献１に記載されているような加工がある。
【０００５】
図１４は、光取り出し面を加工することにより光取り出し効率を向上させた従来のＬＥＤの断面構造を示している。図１４に示すように、サファイア基板１０１の上にはｎ型ＧａＮ層１０２、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０３、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層１０４及びｐ型ＧａＮコンタクト層１０５が順次形成されている。ここで、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０５の表面には、リソグラフィー技術及びドライエッチング技術により規則的な凹凸が設けられている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０５の上にはｐ側オーミック電極１０６が透明電極１０７を介して設けられている。尚、前述の各半導体層の積層構造のうちｎ側オーミック電極形成領域はｎ型ＧａＮ層１０２が露出するようにエッチングにより除去されており、該ｎ型ＧａＮ層１０２の露出面の上にｎ側オーミック電極１０８が形成されている。
【０００６】
図１４に示す従来のＬＥＤによると、活性層１０３から発せられた光が、光取り出し面となるＧａＮコンタクト層１０５の表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を約２倍に高めることができる。
【特許文献１】特開２０００−１９６１５２号公報
【非特許文献１】折田  他、長周期フォトニック結晶による青色 GaN LEDの光取出し向上、２００３年（平成１５年）秋季  第６４回応用物理学会学術講演会講演予稿集、日本、（社）応用物理学会、２００３年８月３０日、第３分冊、p.９３８
【非特許文献２】ディアズ（Ｄｉａｚ）他、白金を用いた無電極エッチングにより形成した多孔質化ＧａＮのモフォロジーと発光（Morphology and luminescence of porous GaN generated via Pt-assisted electroless etching ）、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー（J.Vac.Sci.Technol.）、２００２年１１月、第Ｂ２０巻第６号、p.２３７５−２３８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前述のような従来の技術においては、光取り出し面に規則的な凹凸が形成されるため、ＬＥＤチップから放射される光の放射パターンが回折光同士の干渉により特定の方位で強くなってしまうという実用上の問題があった。また、光取り出し面となるｐ型ＧａＮ層に凹凸を形成するためにドライエッチングを使用するため、該ｐ型ＧａＮ層がダメージを受け、その結果、該ｐ型ＧａＮ層上でのオーミック電極の形成が困難になるという問題や該ｐ型ＧａＮ層に生じた深い準位に光が吸収されるという問題があった。
【０００８】
また、活性層からの発光波長が短波長になると、ｐ型ＧａＮ層での光吸収が無視できなくなるため、この層を、ＧａＮよりもバンドギャップエネルギーの大きいＡｌＧａＮ等の材料を用いて形成する必要が生じてくる。しかし、その場合に前述の従来の技術を用いると、バンドギャップエネルギーの大きい材料は一般に結合が強く硬いため、凹凸を形成するためのエッチングが困難になるという問題がある。また、バンドギャップエネルギーの大きい材料よりなる層の上では、オーミック電極の形成が更に困難になるという問題がある。
【０００９】
さらに、前述の従来の技術においては、光取り出し面に短ピッチの凹凸を形成するために微細リソグラフィー技術を用いる必要があるので、歩留りが悪くなるという問題もあった。
【００１０】
前記に鑑み、本発明は、微細リソグラフィー技術やドライエッチング技術を用いることなく、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を提供できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明に係る半導体発光素子は、活性層を含む複数の半導体層が積層されてなる半導体発光素子において、複数の半導体層のうち活性層からの光を取り出すための光取り出し面となる表面を持つ半導体層における少なくとも一部分が多孔質化されている。
【００１２】
尚、本願において、多孔質化されているとは、ポーラスであること、つまり様々な形状を持つ多数の微細孔（空隙）が不規則に存在していることを意味する。
【００１３】
本発明の半導体発光素子によると、光取り出し面となる表面を持つ半導体層に多数の空隙が不規則に形成されているので、活性層から発せられた光が、光取り出し面となる半導体層表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を向上させることができる。また、多孔質化によって多数の空隙が不規則に形成されるため、素子から放射される光の放射パターンにおいて回折光同士の干渉により特異な放射パターンが生じてしまう事態も回避できる。従って、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を実現することができる。
【００１４】
また、本発明の半導体発光素子によると、光取り出し面となる表面を持つ半導体層に対する多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに起因して該半導体層にダメージが生じるという問題を回避することができる。
【００１５】
また、本発明の半導体発光素子によると、多孔質化された半導体層の光吸収端波長（光の吸収係数が急激に減少する波長）が、多孔質化される前と比べて短波長側にシフトするので、活性層からの光の吸収が低減され、その結果、光取り出し効率を更に高めることができる。
【００１６】
また、本発明の半導体発光素子の製造に当たっては、高度なフォトリソグラフィ技術を用いる必要がないので、歩留りを良くすることができる。
【００１７】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域における各空隙の底部が凹凸を形成することが好ましい。ここで、凹凸の高低差は１０ｎｍ程度以上であることが更に好ましい。
【００１８】
このようにすると、半導体層の多孔質化領域において活性層からの光をより効果的に散乱させることができるので、特異な干渉ピークを持たない良好な放射パターンを実現しつつ光出力を向上させることができる。
【００１９】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域は、それぞれの先端が凹凸を形成する複数の半導体残存部を有することが好ましい。ここで、凹凸の高低差は１０ｎｍ程度以上であることが更に好ましい。
【００２０】
このようにすると、半導体層の多孔質化領域において活性層からの光をより効果的に散乱させることができるので、特異な干渉ピークを持たない良好な放射パターンを実現しつつ光出力を向上させることができる。
【００２１】
本発明の半導体発光素子において、複数の半導体層は、活性層と半導体層との間に設けられ且つ電流拡散層となる多孔質化されていない他の半導体層を有し、半導体層の非多孔質化領域の上に電極が設けられていることが好ましく、該電流拡散層が少なくとも１つのヘテロ界面を有することがより好ましい。
【００２２】
このようにすると、多孔質構造の存在により半導体層内では横方向に拡散しにくいキャリアを、他の半導体層つまり電流拡散層によって横方向に拡散させやすくできるので、発光面全面から均一な発光を得ることができる。
【００２３】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域の各空隙のうち、互いに隣り合う空隙同士の距離が２０ｎｍ以下であると、量子効果によって、半導体層の多孔質化領域の光吸収端波長は、半導体層の非多孔質化領域の光吸収端波長よりも短波長になる。ここで、活性層の発光波長（中心波長）が半導体層の禁制帯波長程度であるか又はそれ以下であると、半導体層の多孔質化領域の光吸収端波長は、活性層から発せられる光の中心波長よりも短波長になって、活性層から放射された光を半導体層による吸収なく取り出すことができるので、光取り出し効率をより向上させることができる。
【００２４】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域における実効的な屈折率は活性層から遠ざかるに従って小さくなることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、光取り出し効率をより高めることができる。尚、「半導体層の多孔質化領域における実効的な屈折率」とは、半導体部分の屈折率と空隙部分の屈折率とを各部分の体積比を考慮して平均した屈折率を意味する。
【００２６】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域における単位体積当たりについて空隙が占める割合は、活性層から遠ざかるに従って大きくなることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、半導体層の多孔質化領域の実効的な屈折率は活性層から遠ざかるに従って（つまり基板側から表面側に向かって）徐々に減少するので、光取り出し効率をより高めることができる。
【００２８】
本発明の半導体発光素子において、半導体層のバンドギャップエネルギーは、活性層から遠ざかるに従って段階的又は連続的に小さくなることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、半導体層の多孔質化領域における単位体積当たりについて空隙が占める割合を、活性層から遠ざかるに従って大きくすることができ、その結果、半導体層の多孔質化領域の実効的な屈折率は基板側から表面側に向かって徐々に減少するので、光取り出し効率をより高めることができる。
【００３０】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域における各空隙と接する半導体表面は酸化されていることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、多孔質化領域における半導体表面が大気に直接曝されることがなくなるので、素子の信頼性が大幅に向上する。
【００３２】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域の表面側は保護膜によって覆われていることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、多孔質化領域における半導体表面が大気に直接曝されることがなくなるので、素子の信頼性が大幅に向上する。このとき、保護膜としては、例えばＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2 Ｏ5 又はＧａ2Ｏ3よりなる膜を用いることができる。
【００３４】
本発明の半導体発光素子において、半導体層の多孔質化領域の表面側は透明電極によって覆われていることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、多孔質化領域における半導体表面が大気に直接曝されることがなくなるので、素子の信頼性が大幅に向上する。また、キャリアの注入をより均一に行なうことができるので、発光効率をより一層向上させることができる。
【００３６】
本発明の半導体発光素子において、半導体層はｎ型半導体層であることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、一般にコンタクト抵抗がｎ側電極よりも大きいｐ側電極を、複数の半導体層における光取り出し面の反対面となるｐ型半導体層表面上に全面に亘って形成できるので、動作電圧を低減できる。
【００３８】
本発明の半導体発光素子において、複数の半導体層は基板の上に形成されており、基板における複数の半導体層が形成されていない側の主面上に金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されていることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、活性層から基板の方向に放射された光が前記の反射膜により効率よく反射されるので、光取り出し面からの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００４０】
本発明の半導体発光素子において、複数の半導体層における光取り出し面の反対面となる表面を持つ他の半導体層の該表面上に金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されていることが好ましい。
【００４１】
このようにすると、活性層から他の半導体層の方向に放射された光が前記の反射膜によって効率よく反射されるので、光取り出し面からの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００４２】
本発明の半導体発光素子において、前記の複数の半導体層の材料として、例えばＢxＡｌyＩｎzＧａ1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される窒化物系化合物半導体を用いてもよい。
【００４３】
本発明の半導体発光素子において、活性層から発せられる光の波長は４３０ｎｍよりも短いと、白色ＬＥＤを実現することができる。
【００４４】
本発明の半導体発光素子において、前記の半導体層の材料として、例えばＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される窒化物系化合物半導体を用いてもよい。
【００４５】
本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、基板上にｎ型半導体層、活性層となる半導体層及びｐ型半導体層を順次形成する工程と、各半導体層の多層構造と基板とを分離する工程と、多層構造のうち活性層からの光を取り出すための光取り出し面となる表面を持つｎ型半導体層における少なくとも一部分を多孔質化する工程とを備えている。
【００４６】
本発明の半導体発光素子の製造方法によると、光取り出し面となる表面を持つ半導体層を多孔質化するため、活性層から発せられた光が、光取り出し面となる半導体層表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を向上させることができる。また、多孔質化によって多数の空隙が不規則に形成されるため、素子から放射される光の放射パターンにおいて回折光同士の干渉により特異な放射パターンが生じてしまう事態も回避できる。従って、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を実現することができる。
【００４７】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によると、光取り出し面となる表面を持つ半導体層に対する多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに起因して該半導体層にダメージが生じるという問題を回避することができる。
【００４８】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によると、多孔質化された半導体層の光吸収端波長が、多孔質化される前と比べて短波長側にシフトするので、活性層からの光の吸収が低減され、その結果、光取り出し効率を更に高めることができる。
【００４９】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によると、高度なフォトリソグラフィ技術を用いる必要がないので、歩留りを良くすることができる。
【００５０】
また、本発明の半導体発光素子の製造方法によると、一般にコンタクト抵抗がｎ側電極よりも大きいｐ側電極を、半導体層の多層構造における光取り出し面の反対面となるｐ型半導体層表面上に全面に亘って形成できるので、動作電圧を低減できる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明の半導体発光素子によれば、光取り出し面となる表面を持つ半導体層が多孔質化されているため、該半導体層に空隙が不規則に形成されるので、回折光同士の干渉に起因する特異な放射パターンを生じることなく光取り出し効率を高めることができる。また、この半導体層の多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに伴うダメージの問題を解消することができる。また、多孔質化された半導体層の光吸収端波長は多孔質化される前よりも短波長側にシフトするため、活性層からの光の吸収が低減されて光取り出し効率を更に高めることができる。また、製造に当たって微細フォトリソグラフィ技術を必要としないので、歩留り良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図１（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ第１の実施形態に係る半導体発光素子の構造を示す図面であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ−Ｉ線の断面図である。
【００５４】
第１の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は以下の通りである。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず、例えば有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法と呼ぶ）を用いて、ウェハよりなるサファイア基板１の上にｎ型ＧａＮ層２（厚さ３．０μｍ程度）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電子障壁層４（厚さ１０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５及びｐ型ＧａＮコンタクト層６（厚さ５０ｎｍ）を順次形成する。ここで、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３は、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ量子井戸層（厚さ２．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）との積層構造を３周期分形成したものである。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５は、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層（厚さ１．５ｎｍ）とｐ型ＧａＮ層（厚さ１．５ｎｍ）との積層構造を５０周期分形成したものである。
【００５５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部上に開口を持つようにｐ側オーミック電極７を形成した後、前述の各半導体層が積層されたウェハを、例えばメタノール、フッ酸及び過酸化水素水の混合液に浸すことによって、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部に多孔質構造（多孔質化領域）９を形成する。続いて、ドライエッチングにより、前述の各半導体層の積層構造のうちｎ側オーミック電極形成領域をｎ型ＧａＮ層２が露出するまでエッチングした後、該ｎ型ＧａＮ層２の露出面の上にｎ側オーミック電極８を形成する。ここで、本実施形態の半導体発光素子との比較のために、前記の多孔質構造９を形成していない点を除いて、本実施形態の半導体発光素子と同様の構造を持つ半導体発光素子（比較例）も作製しておく。
【００５６】
図２の線（ａ）は、第１の実施形態に係る半導体発光素子の電流（ｐ側オーミック電極７に流す駆動電流）−光出力特性を示しており、図２の線（ｂ）は、比較のために作製した、多孔質構造を含まない半導体発光素子の電流−光出力特性を示す。図２から分かるように、本発明の多孔質構造９を用いることにより、光出力が約３倍に向上した。
【００５７】
図３は、第１の実施形態に係る半導体発光素子から放射される光の放射パターンを示す。尚、図３において、光の放射方向を示す角度の基準（０°）は素子の真上方向（ウェハ主面の法線方向）に取っている。図３に示すように、本実施形態の半導体発光素子によると、特異な干渉ピークのない良好な放射パターンが得られている。
【００５８】
図４は、第１の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。図４に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の表面側からＧａＮ結晶内部に向かって多数の細長い空隙が形成されている。本実施形態において、干渉ピークを持たない良好な放射パターンを実現しつつ光出力が向上した理由は、この不規則に空隙が形成された多孔質構造９によって、光が効果的に散乱されたためであると考えられる。尚、ＧａＮ層の多孔質化は不規則に進行するため、多孔質構造９中の各空隙の底部（つまり最も深い部分）をつないだ面は平坦にはならず、高低差が１０ｎｍ程度以上の凹凸を生じる。これにより、光の散乱が一層効果的に生じ、その結果、光取り出し効率の向上が図られていると考えられる。また、光の散乱を更に効果的に起こすためには、多孔質構造９の表面側にも凹凸形状が形成されていることが望ましい。具体的には、複数の柱状半導体残存部を有する多孔質構造９において、該各半導体残存部の先端をつないだ面は、高低差が１０ｎｍ程度以上の凹凸を生じることが好ましい。以上のような多孔質構造９における表面側又は底部側の凹凸は、多孔質化処理条件（混合液（ウェットエッチング液）の組成比、処理温度及び処理時間等）の最適化により、又はフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程をさらに組み合わせることにより形成することができる。
【００５９】
ところで、本実施形態においては、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３とｐ型ＧａＮコンタクト層６との間に、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５及びｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層４を設けている。このように、活性層とコンタクト層との間に、電流拡散層となる多孔質化されていない半導体層を設けることによって、１つ以上のヘテロ界面を形成することが望ましい。その理由は次の通りである。ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部上に開口を持つｐ側オーミック電極７、つまりｐ型ＧａＮコンタクト層６の非多孔質化領域上に形成されたｐ側オーミック電極７から注入されたキャリアは、多孔質構造９の存在によりｐ型ＧａＮコンタクト層内で横方向（基板主面に平行な方向）には拡散しにくいので、光取り出し面の全面から均一な発光を得ることが困難になりやすい。それに対して、本実施形態のように、活性層とコンタクト層との間に複数のヘテロ界面を設けることにより、キャリアの横方向拡散を促進することができ、その結果、より均一な発光を得ることができる。
【００６０】
図５はｐ型ＧａＮの光吸収スペクトルを示しており、図５（ａ）は多孔質構造を形成したｐ型ＧａＮの光吸収スペクトルを示し、図５（ｂ）は多孔質構造を形成する前のｐ型ＧａＮの光吸収スペクトルを示す。図５から分かるように、ｐ型ＧａＮに多孔質構造を形成することにより光吸収端波長（光の吸収係数が急激に減少する波長）が短波長側にシフトする。言い換えると、ｐ型ＧａＮの多孔質化領域の光吸収端波長は、ｐ型ＧａＮの非多孔質化領域の光吸収端波長よりも短波長である。これは、多孔質構造中に残されたｐ型ＧａＮのサイズが十分に小さく、それにより量子効果を生じたためと思われる。具体的には、図４中に記号ｔで示した、多孔質構造９中のｐ型ＧａＮの平均的なサイズがおよそ２０ｎｍ以下の場合に、このような量子効果が発現する。言い換えると、多孔質構造９の各空隙のうち、互いに隣り合う空隙同士の距離は２０ｎｍ程度以下であることが好ましい。尚、該距離は、多孔質構造９中のｐ型ＧａＮの最小幅（１原子層の厚さである０．５ｎｍ程度）よりも小さくなることはない。
【００６１】
また、図５に示すような光吸収端波長の短波長化は、活性層の発光波長（中心波長）がコンタクト層の禁制帯波長（ｐ型ＧａＮの場合で約３６５ｎｍ）程度であるか又はそれ以下である場合に特に有用である。すなわち、前述のような多孔質構造をコンタクト層に形成することによって、コンタクト層における多孔質構造の光吸収端波長を活性層の発光波長よりも短波長にできる。このため、活性層から放射された光をコンタクト層による吸収なく取り出すことができるので、光取り出し効率をより向上させることができる。
【００６２】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、光取り出し面となる表面を持つｐ型ＧａＮコンタクト層６に多孔質構造９が形成されているので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から発せられた光が、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を向上させることができる。また、多孔質化によって多数の空隙が不規則に形成されるため、素子から放射される光の放射パターンにおいて回折光同士の干渉により特異な放射パターンが生じてしまう事態も回避できる。従って、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を実現することができる。
【００６３】
また、第１の実施形態によると、ｐ型ＧａＮコンタクト層６に対する多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに起因してｐ型ＧａＮコンタクト層６にダメージが生じるという問題を回避することができる。
【００６４】
また、第１の実施形態によると、多孔質化されたｐ型ＧａＮコンタクト層６の光吸収端波長が、多孔質化される前と比べて短波長側にシフトするので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からの光の吸収が低減され、その結果、光取り出し効率を更に高めることができる。
【００６５】
また、第１の実施形態によると、素子の製造に当たっては、高度なフォトリソグラフィ技術を用いる必要がないので、歩留りを良くすることができる。
【００６６】
尚、第１の実施形態において、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質化処理のために、メタノール、フッ酸及び過酸化水素水の混合液を用いたが、これに代えて、フッ酸及び過酸化水素水の混合液を用いてもよい。また、コンタクト層として、ｐ型ＧａＮ層に代えてＳｉＣ層を用いる場合、該ＳｉＣ層の多孔質化処理のためには、ＨＦ（フッ酸）及びＳ2Ｏ84-を含むウェットエッチング液を用いてもよい。
【００６７】
また、第１の実施形態において、サファイア基板１の裏面（ｎ型ＧａＮ層２等が形成されている面の反対面）上に、金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されていることが好ましい。このようにすると、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からサファイア基板１の方向に放射された光が前記の反射膜によって効率よく反射されるので、光取り出し面からの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００６８】
また、第１の実施形態において、ｐ型ＧａＮコンタクト層６に多孔質構造９を形成したが、これに代えて、ｐ型ＧａＮコンタクト層６上に設けた他の半導体層に多孔質構造９を形成しても同様の効果が得られる。
【００６９】
（第１の実施形態の変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。本変形例が第１の実施形態と異なっている点は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９の断面構造である。すなわち、本変形例に係る半導体発光素子の多孔質構造９を除く基本的な構造は、図１（ａ）及び（ｂ）に示す第１の実施形態と同様である。
【００７０】
図６は、本変形例に係る半導体発光素子におけるｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。
【００７１】
本変形例に係る半導体発光素子の製造方法は以下の通りである。まず、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ウェハよりなるサファイア（０００１）基板１の上に、ｎ型ＧａＮ層２（厚さ３．０μｍ程度）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電子障壁層４（厚さ１０ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５及びｐ型ＧａＮコンタクト層６（厚さ５０ｎｍ）を順次形成する。ここで、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３は、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ量子井戸層（厚さ２．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）との積層構造を３周期分形成したものである。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５は、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層（厚さ１．５ｎｍ）とｐ型ＧａＮ層（厚さ１．５ｎｍ）との積層構造を５０周期分形成したものである。
【００７２】
尚、本変形例においては、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の結晶欠陥密度を高くするために、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の形成時における結晶成長条件を、通常用いられる条件からずらす。具体的には、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の結晶成長温度を、通常のＧａＮの結晶成長温度よりも約１００℃低温の９００℃に設定する。
【００７３】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部上に開口を持つようにｐ側オーミック電極７を形成した後、前述の各半導体層が積層されたウェハを、例えばメタノール、フッ酸及び過酸化水素水の混合液に浸すことによって、図６に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部に多孔質構造（多孔質化領域）９を形成する。続いて、ドライエッチングにより、前述の各半導体層の積層構造のうちｎ側オーミック電極形成領域をｎ型ＧａＮ層２が露出するまでエッチングした後、該ｎ型ＧａＮ層２の露出面の上にｎ側オーミック電極８を形成する。
【００７４】
本変形例では、前述のように、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の結晶欠陥密度を高くしているために、多孔質化領域９の形成の際に、当該結晶欠陥を中心としてＧａＮのエッチングに異方性が生じ、その結果、ｐ型ＧａＮコンタクト層６は基板主面（（０００１）面）に垂直な方向にエッチングされることになる。従って、図６に示すように、エッチングにより形成された多孔質化領域９の各柱状構造の側面は互いに平行になる。本変形例では、前記の各柱状構造における（０００１）面に沿った方向の直径ｔの平均値は約４０ｎｍであった。
【００７５】
尚、本変形例においても、図６に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の表面側からＧａＮ結晶内部に向かって多数の細長い空隙が形成されるため、光が効果的に散乱されるので、干渉ピークを持たない良好な放射パターンを実現しつつ光出力が向上する。また、ＧａＮ層の多孔質化は不規則に進行するため、多孔質構造９中の各空隙の底部（つまり最も深い部分）をつないだ面は平坦にはならず、高低差が１０ｎｍ程度以上の凹凸を生じる。これにより、光の散乱が一層効果的に生じ、その結果、光取り出し効率の向上が図られる。また、光の散乱を更に効果的に起こすためには、多孔質構造９の表面側にも凹凸形状が形成されていることが望ましい。具体的には、複数の柱状半導体残存部を有する多孔質構造９において、該各半導体残存部の先端をつないだ面は、高低差が１０ｎｍ程度以上の凹凸を生じることが好ましい。以上のような多孔質構造９における表面側又は底部側の凹凸は、多孔質化処理条件（混合液（ウェットエッチング液）の組成比、処理温度及び処理時間等）の最適化により、又はフォトリソグラフィー工程及びエッチング工程をさらに組み合わせることにより形成することができる。
【００７６】
ところで、本変形例においても、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３とｐ型ＧａＮコンタクト層６との間に、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層５及びｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層４を設けている。このように、活性層とコンタクト層との間に、電流拡散層となる多孔質化されていない半導体層を設けることによって、１つ以上のヘテロ界面を形成することが望ましい。その理由は次の通りである。ｐ型ＧａＮコンタクト層６の光取り出し部上に開口を持つｐ側オーミック電極７、つまりｐ型ＧａＮコンタクト層６の非多孔質化領域上に形成されたｐ側オーミック電極７から注入されたキャリアは、多孔質構造９の存在によりｐ型ＧａＮコンタクト層内で横方向（基板主面に平行な方向）には拡散しにくいので、光取り出し面の全面から均一な発光を得ることが困難になりやすい。それに対して、本変形例のように、活性層とコンタクト層との間に複数のヘテロ界面を設けることにより、キャリアの横方向拡散を促進することができるので、より均一な発光を得ることができる。
【００７７】
以上に説明したように、本変形例によると、光取り出し面となる表面を持つｐ型ＧａＮコンタクト層６に多孔質構造９が形成されているので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から発せられた光が、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を向上させることができる。また、多孔質化によって多数の空隙が不規則に形成されるため、素子から放射される光の放射パターンにおいて回折光同士の干渉により特異な放射パターンが生じてしまう事態も回避できる。従って、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を実現することができる。
【００７８】
また、本変形例によると、ｐ型ＧａＮコンタクト層６に対する多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに起因してｐ型ＧａＮコンタクト層６にダメージが生じるという問題を回避することができる。
【００７９】
また、本変形例によると、多孔質化されたｐ型ＧａＮコンタクト層６の光吸収端波長が、多孔質化される前と比べて短波長側にシフトするので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からの光の吸収が低減され、その結果、光取り出し効率を更に高めることができる。
【００８０】
また、本変形例によると、素子の製造に当たっては、高度なフォトリソグラフィ技術を用いる必要がないので、歩留りを良くすることができる。
【００８１】
尚、本変形例において、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質化処理のために、メタノール、フッ酸及び過酸化水素水の混合液を用いたが、これに代えて、フッ酸及び過酸化水素水の混合液を用いてもよい。また、コンタクト層として、ｐ型ＧａＮ層に代えてＳｉＣ層を用いる場合、該ＳｉＣ層の多孔質化処理のためには、ＨＦ（フッ酸）及びＳ2Ｏ84-を含むウェットエッチング液を用いてもよい。
【００８２】
また、本変形例において、サファイア基板１の裏面（ｎ型ＧａＮ層２等が形成されている面の反対面）上に、金属又は誘電体多層構造からなる反射膜が形成されていることが好ましい。このようにすると、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からサファイア基板１の方向に放射された光が前記の反射膜によって効率よく反射されるので、光取り出し面からの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【００８３】
また、本変形例において、ｐ型ＧａＮコンタクト層６に多孔質構造９を形成したが、これに代えて、ｐ型ＧａＮコンタクト層６上に設けた他の半導体層に多孔質構造９を形成しても同様の効果が得られる。
【００８４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００８５】
図７は第２の実施形態に係る半導体発光素子の断面構造を示す図である。第２の実施形態に係る半導体発光素子が第１の実施形態（図１（ａ）及び（ｂ）参照）と異なっている点は、図７に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の代わりに、基板側から表面側に向かってＡｌ組成が例えば１０％程度から０％まで連続的に減少するｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０が形成されていることである。それ以外の構成要素については、製造方法を含めて第１の実施形態と同じである。
【００８６】
図８は、第２の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。尚、図８において、ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０におけるＡｌ組成の変化を表すグラフを前述の断面構造と合わせて示している。
【００８７】
図８に示すように、第２の実施形態の多孔質構造９では、基板側から表面側に向かってｐ型ＡｌＧａＮのサイズ（幅）が徐々に小さくなっている。これは、Ａｌ組成が低くなるに従ってＡｌＧａＮのエッチング速度（第１の実施形態と同様の多孔質化処理におけるエッチング速度）が大きくなるためである。これにより、多孔質構造９中ではｐ型ＡｌＧａＮの充填率が基板側から表面側に向かって徐々に減少する。言い換えると、多孔質構造９における単位体積当たりについて空隙が占める割合はＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から遠ざかるに従って大きくなる。このため、ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０の多孔質構造９の実効的な屈折率は基板側から表面側に向かって徐々に減少するので、第１の実施形態と比べて、光取り出し効率をより高めることができる。
【００８８】
尚、第２の実施形態において、ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０のＡｌ組成を連続的に変化させたが、これに代えて、Ａｌ組成を段階的に変化させてもよい。また、ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０に代えて、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から遠ざかるに従ってバンドギャップエネルギーが段階的又は連続的に小さくなる他の傾斜組成層を用いてもよい。このようにした場合にも、該他の傾斜組成層の多孔質化領域における単位体積当たりについて空隙が占める割合を、活性層から遠ざかるに従って大きくすることができ、その結果、該他の傾斜組成層の多孔質化領域の実効的な屈折率は基板側から表面側に向かって徐々に減少するので、光取り出し効率をより高めることができる。
【００８９】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、第３の実施形態に係る半導体発光素子が第２の実施形態（図７及び図８参照）と異なっている点は、ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０の多孔質構造９における詳細構造である。すなわち、該詳細構造以外の第３の実施形態の素子構造は第２の実施形態と同じである。
【００９０】
図９は、第３の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。
【００９１】
図９に示すように、本実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０の多孔質構造９における各空隙と接する半導体表面に、熱酸化により酸化膜１１（具体的にはＧａ2Ｏx（０＜ｘ≦３））が形成されている。これにより、多孔質構造９におけるＡｌＧａＮ表面が大気に直接曝されることがなくなるので、第２の実施形態と比べて、素子の信頼性が大幅に向上する。
【００９２】
尚、第３の実施形態において、多孔質構造９が形成されたｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０におけるＡｌＧａＮ表面を酸化する場合を例として説明したが、これに限らず、コンタクト層の材質がＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ又はＩｎＧａＮ等である場合について多孔質構造中の半導体表面を酸化しても同様の効果を得ることができる。
【００９３】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、第４の実施形態に係る半導体発光素子が第１の実施形態（図１（ａ）、（ｂ）及び図４参照）と異なっている点は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９における詳細構造である。すなわち、該詳細構造以外の第４の実施形態の素子構造は第１の実施形態と同じである。
【００９４】
図１０は、第４の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。
【００９５】
図１０に示すように、本実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法やスパッタ法により形成された保護膜１２によって覆われている。この場合、図１０に示すように、多孔質構造９の内部までは保護膜１２が形成されない。すなわち、保護膜１２は、多孔質構造９の表面付近にのみ形成される。しかし、多孔質構造９内のＧａＮ表面が大気に直接曝されることがなくなるので、第１の実施形態と比べて、素子の信頼性が大幅に向上する。
【００９６】
尚、第４の実施形態において、保護膜１２の種類は特に限定されないが、例えばＳｉＯ2 、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＮ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｎｂ2Ｏ5、Ｔａ2 Ｏ5 又はＧａ2Ｏ3等から選ばれた材料よりなる単層構造又は多層構造を用いることができる。
【００９７】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。尚、第５の実施形態に係る半導体発光素子が第１の実施形態（図１（ａ）、（ｂ）及び図４参照）と異なっている点は、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９における詳細構造である。すなわち、該詳細構造以外の第５の実施形態の素子構造は第１の実施形態と同じである。
【００９８】
図１１は、第５の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９の断面構造を模式的に示す図である。
【００９９】
図１１に示すように、本実施形態では、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の多孔質構造９は、透明導電膜（透明電極）１３によって覆われている。これにより、多孔質構造９におけるＧａＮ表面が大気に直接曝されることがなくなるので、第１の実施形態と比べて、素子の信頼性が大幅に向上する。また、ｐ側オーミック電極７（図１（ａ）、（ｂ）参照）からのキャリアの注入をより均一に行なうことができるので、素子の発光効率をより一層向上させることができる。
【０１００】
尚、第５の実施形態において、透明導電膜１３の材料は特に限定されないが、例えばＩＴＯ（Ｉｎ2ＳｎＯ3）やβ−ＧａＯ3 等を用いることができる。また、透明導電膜１３として、厚さ数ｎｍ以下に薄膜化したＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜を用いてもよい。
【０１０１】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１０２】
図１２は第６の実施形態に係る半導体発光素子の断面構造を示す図面である。
【０１０３】
第６の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は以下の通りである。第１の実施形態と同様に、まず、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ウェハよりなるサファイア基板（図示省略）の上にｎ型ＧａＮ層２（厚さ３．０μｍ程度）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電子障壁層４（厚さ１０ｎｍ）、及びｐ型ＧａＮコンタクト層６（厚さ５０ｎｍ）を順次形成する。ここで、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３は、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ量子井戸層（厚さ２．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）との積層構造を３周期分形成したものである。
【０１０４】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の上に全面に亘ってｐ側オーミック電極７及びＡｕメッキ層１２を順次形成する。その後、例えばサファイア基板側から短パルスの紫外レーザ光を照射することによって、サファイア基板を結晶成長層（前述の各半導体層の積層構造）から剥離する。その後、基板剥離によって露出したｎ型ＧａＮ層２の表面のうち光取り出し部表面上に開口を持つようにｎ側オーミック電極８を形成し、最後に、ｎ型ＧａＮ層２におけるｎ側オーミック電極８の開口部に露出する部分に対して多孔質化処理を行なって多孔質構造（多孔質化領域）９を形成する。尚、図１２は、基板剥離後にｎ型ＧａＮ層２側を上にし且つｐ型ＧａＮコンタクト層６側を下にして素子の断面構造を示している。
【０１０５】
以上に説明したように、第６の実施形態によると、光取り出し面となる表面を持つｎ型ＧａＮ層２に多孔質構造９が形成されているので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から発せられた光が、ｎ型ＧａＮ層２の表面で全反射することを抑止でき、それによって光取り出し効率を向上させることができる。また、多孔質化によって多数の空隙が不規則に形成されるため、素子から放射される光の放射パターンにおいて回折光同士の干渉により特異な放射パターンが生じてしまう事態も回避できる。従って、光取り出し効率が高く且つ放射パターンが良好な半導体発光素子を実現することができる。
【０１０６】
また、第６の実施形態によると、ｎ型ＧａＮ層２に対する多孔質化処理をウェットエッチングによって行なうことができるので、ドライエッチングに起因してｎ型ＧａＮ層２にダメージが生じるという問題を回避することができる。
【０１０７】
また、第６の実施形態によると、多孔質化されたｎ型ＧａＮ層２の光吸収端波長が、多孔質化される前と比べて短波長側にシフトするので、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からの光の吸収が低減され、その結果、光取り出し効率を更に高めることができる。
【０１０８】
また、第６の実施形態によると、素子の製造に当たっては、高度なフォトリソグラフィ技術を用いる必要がないので、歩留りを良くすることができる。
【０１０９】
また、第６の実施形態によると、一般にコンタクト抵抗がｎ側電極よりも大きいｐ側オーミック電極７を開口部なくｐ型ＧａＮコンタクト層６の上に全面に亘って形成できるので、動作電圧を低減できる。具体的には、例えば２０ｍＡで駆動させる際の動作電圧を３．０Ｖから２．８Ｖに低減できた。
【０１１０】
また、第６の実施形態によると、ｐ型オーミック電極７の材料として、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３の発光波長に対して大きい反射率を持つ材料、例えばＰｔ、Ｒｈ又はＡｇ等を用いることにより、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からＡｕメッキ層１２に向けて出射された光をｎ型ＧａＮ層２に向けて効率的に反射することができるので、光取り出し効率を更に向上させることができる。
【０１１１】
尚、第６の実施形態において、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層４とｐ型ＧａＮコンタクト層６との間にｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層を設けてもよい。ここで、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層としては、例えばｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層（厚さ１．５ｎｍ）とｐ型ＧａＮ層（厚さ１．５ｎｍ）との積層構造を５０周期分形成したものを用いることができる。
【０１１２】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子及びその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０１１３】
図１３は第７の実施形態に係る半導体発光素子の断面構造を示す図面である。
【０１１４】
第７の実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は以下の通りである。第６の実施形態と同様に、まず、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、ウェハよりなるサファイア基板（図示省略）の上にｎ型ＧａＮ層２（厚さ３．０μｍ程度）、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ電子障壁層４（厚さ１０ｎｍ）、及びｐ型ＧａＮコンタクト層６（厚さ５０ｎｍ）を順次形成する。ここで、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３は、Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ量子井戸層（厚さ２．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層（厚さ５．０ｎｍ）との積層構造を３周期分形成したものである。
【０１１５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６の上に全面に亘って、例えばＩＴＯよりなる透明電極１４及び誘電体多層構造１５を形成した後、誘電体多層構造１５におけるｎ型ＧａＮ層２の光取り出し部の直下領域以外の部分をフォトリソグラフィ及びエッチングにより除去する。ここで、誘電体多層構造１５は、例えばＳｉＯ2 膜（膜厚６９ｎｍ）とＴｉＯ2 膜（膜厚４０ｎｍ）とを交互に１０周期分堆積したものである。その後、誘電体多層構造１５の上及び透明電極１４の上にＡｕメッキ層１２を形成した後、例えばサファイア基板側から短パルスの紫外レーザ光を照射することによって、サファイア基板を結晶成長層（前述の各半導体層の積層構造）から剥離する。その後、基板剥離によって露出したｎ型ＧａＮ層２の表面のうち光取り出し部表面に開口を持つようにｎ側オーミック電極８を形成し、最後に、ｎ型ＧａＮ層２におけるｎ側オーミック電極８の開口部に露出する部分に対して多孔質化処理を行なって多孔質構造（多孔質化領域）９を形成する。尚、図１３は、基板剥離後にｎ型ＧａＮ層２側を上にし且つｐ型ＧａＮコンタクト層６側を下にして素子の断面構造を示している。
【０１１６】
第７の実施形態によると、第６の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果が得られる。すなわち、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からｐ型ＧａＮコンタクト層６の方向つまりＡｕメッキ層１２の方向に放射された光が誘電体多層構造１５により効率よく反射されるので、光取り出し面（ｎ型ＧａＮ層２の表面）からの光取り出し効率を更に向上させることができる。
【０１１７】
尚、第７の実施形態において、誘電体多層構造１５として、１０周期分のＳｉＯ2 ／ＴｉＯ2 積層構造を用いたが、これに限られず、誘電体多層構造１５の材料又は膜厚等について、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３からの発光波長に対して高い反射率が得られるように自由に設定することができる。
【０１１８】
また、第７の実施形態において、光取り出し面の反対面となる表面を持つｐ型ＧａＮコンタクト層６の該表面上に、誘電体多層構造１５からなる反射膜を形成したが、これに代えて、金属からなる反射膜を形成してもよい。
【０１１９】
また、第７の実施形態において、第１の実施形態と同様に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層４とｐ型ＧａＮコンタクト層６との間にｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層を設けてもよい。ここで、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層としては、例えばｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層（厚さ１．５ｎｍ）とｐ型ＧａＮ層（厚さ１．５ｎｍ）との積層構造を５０周期分形成したものを用いることができる。
【０１２０】
また、第７の実施形態において、透明電極１４の材料としてＩＴＯを用いたが、これに代えて、例えばβ−ＧａＯ3 等を用いてもよい。また、透明電極１４として、厚さ数ｎｍ以下に薄膜化したＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜、例えば、厚さ２ｎｍのＮｉ膜と厚さ３ｎｍのＡｕ膜との積層膜を用いてもよい。
【０１２１】
さらに、以上に述べた第１〜第７の実施形態において、活性層としてＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３を用い、且つ多孔質構造を作りこむ層としてＧａＮコンタクト層６又はＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層１０を用いたが、本発明はこれに限られるものではない。具体的には、本発明の各実施形態の半導体発光素子を構成する各半導体層の材料として窒化物系化合物半導体を用いる場合、例えば一般式ＢxＡｌyＩｎzＧａ1-x-y-zＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される材料を各半導体層に用いても、本発明の各実施形態と同様の効果を得ることができる。このとき、活性層の材料としては、例えば一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される窒化物系化合物半導体を用いてもよい。
【０１２２】
また、第１〜第７の実施形態において、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層３から発させらる光の波長（中心波長）が２００ｎｍ以上で且つ４３０ｎｍよりも短いと、白色ＬＥＤを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明の半導体発光素子は、単純な表示灯のみならず、蛍光灯や白熱電灯に代わる照明用光源としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の平面図であり、（ｂ）は図１（ａ）におけるＩ−Ｉ線の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子の電流−光出力特性を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子から放射される光の放射パターンを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図５】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子におけるｐ型ＧａＮコンタクト層の多孔質領域の光吸収スペクトルを示す図であり、（ｂ）は該ｐ型ＧａＮコンタクト層の非多孔質領域の光吸収スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る半導体発光素子におけるコンタクト層の多孔質領域の断面構造を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施形態に係る半導体発光素子の断面図である。
【図１４】従来の半導体発光素子の断面図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１    サファイア基板
２    ｎ型ＧａＮ層
３    ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層
４    ｐ型ＡｌＧａＮ電子障壁層
５    ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ歪超格子層
６    ｐ型ＧａＮコンタクト層
７    ｐ側オーミック電極
８    ｎ側オーミック電極
９    多孔質化領域
１０    ｐ型ＡｌＧａＮ傾斜組成コンタクト層
１１    酸化膜
１２    保護膜
１３    透明導電膜
１４    透明電極
１５    誘電体多層構造
【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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【図１４】
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