(57)【要約】【課題】光取り出し効率の更なる向上を図る半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】第１導電型の半導体層１４と、第２導電型の半導体層１３と、第１導電型の半導体層１４の上に形成された、上面が開口された窪み１６を有する透光性の第１の電極１５と、窪み１６の内面に沿って形成された、光を反射する第２の電極１７と、を備えている。ここで、窪み１６の積層方向に平行な断面は、少なくとも窪み１６の底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有する。【選択図】図１
2007134533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、
第２導電型の半導体層と、
前記第１導電型の半導体層の上に形成された、上面が開口された窪みを有する透光性の第１の電極と、
前記窪みの内面に沿って形成された、光を反射する第２の電極と、を備え、
前記窪みの積層方向に平行な断面は、少なくとも前記窪みの底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有する、
ことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記窪みの開口面は、円形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】
前記窪みは、前記窪みの開口面の中心から内面における最下点までの長さが、前記窪みの開口面の中心から周縁までの長さ以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記第１の電極は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化膜であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記第２の電極は、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム(Ｉｒ)からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む金属又は合金を材料とすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記第１の電極および前記第２の電極はｐ電極であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
第１導電型の半導体層と、第２導電型の半導体層と、をそれぞれ形成する工程と、
前記第１導電型の半導体層に接して第１の電極の材料を形成する工程と、
前記第１の電極の材料の上面に窪みを形成し、第１の電極とする工程と、
前記窪みの内面に沿って、光を反射する第２の電極を形成する工程と、を備え、
前記窪みを形成する工程は、前記窪みの積層方向に平行な断面が、少なくとも前記窪みの底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有するように、前記窪みを形成する、
ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
第１導電型の半導体層と、第２導電型の半導体層と、をそれぞれ形成する工程と、
前記第１導電型の半導体層上に第１の電極の材料を形成する工程と、
前記第１の電極の材料の上面に等方性エッチングによって窪みを形成し、第１の電極とする工程と、
前記窪みの内面に沿って、光を反射する第２の電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記窪みを形成する工程は、前記第１の電極の材料の上面に開口面が円形状であるマスクを設けエッチングすることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記窪みを形成する工程は、前記窪みの開口面が前記マスクの開口面よりも大きくなるように前記第１の電極の材料をエッチングすることにより行うことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の電極の材料を形成する工程は、前記第１の電極の材料の結晶化温度以下において行うことを特徴とする請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
さらに、前記窪みを形成する工程の後に、前記第１の電極を前記第１の電極の材料の結晶化温度以上で熱処理する工程を備えることを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理する工程により、前記第１の電極を結晶化することを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理する工程により、前記第１の電極を透光性にすることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の電極および前記第２の電極はｐ電極であることを特徴とする請求項７〜請求項１４のいずれか１項に記載の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、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子が有するパッド電極は、ワイヤボンディングの簡便性や密着性を向上させるなどという利点を持つ一方、光を吸収して光取り出し効率を低下させるという欠点を持っている。そこで、従来、ワイヤボンディングの簡便性や密着性を損なうことなく、光取り出し効率に優れた発光ダイオード素子を提供するとの目的で、図９に記載の発光ダイオード素子が提案された（特許文献１参照）。ここで、図９は、特許文献１の図１に記載された発光ダイオード素子を、その符号をすべて１００番台に変換した上で示したものである（たとえば、図９の符号「１０６」は、特許文献１の図１の「６」に対応する）。
図９に示すように、この従来の発光ダイオード素子１１０においては、ｐ型電極１０６が、Ｎｉ透光性オーミック電極層１０６ａとＡｕパッド電極層１０６ｃとの間に、入射光を反射するＡｇ中間層１０６ｂを有している。特許文献１によると、このｐ型電極１０６を備えたＩｎＧａＮ発光ダイオード素子１１０によれば、入射した光を吸収することなく、発光ダイオード素子１１０の外へ取り出すことができ、ｐ型電極１０６のオーミック特性や信頼性を損うこと無く、発光効率を飛躍的に向上できるとされる。
【特許文献１】特開２００４−３４９３０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、現在は、光取り出し効率の更なる向上が求められているため、上記従来の発明以上に光取り出し効率を向上させる必要がある。
そこで、本発明は、光取り出し効率の更なる向上を図る半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。  
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によれば、上記課題は、次の手段によって解決される。
【０００５】
第１の発明は、第１導電型の半導体層と、第２導電型の半導体層と、前記第１導電型の半導体層の上に形成された、上面が開口された窪みを有する透光性の第１の電極と、前記窪みの内面に沿って形成された、光を反射する第２の電極と、を備え、前記窪みの積層方向に平行な断面は、少なくとも前記窪みの底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有する、ことを特徴とする半導体発光素子である。
【０００６】
第２の発明は、前記窪みの開口面は、円形状であることを特徴とする第１の発明に係る半導体発光素子である。
【０００７】
第３の発明は、前記窪みは、前記窪みの開口面の中心から内面における最下点までの長さが、前記窪みの開口面の中心から周縁までの長さ以下である、ことを特徴とする第１の発明または第２の発明に係る半導体発光素子である。
【０００８】
第４の発明は、前記第１の電極は、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化膜であることを特徴とする第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係る半導体発光素子である。
【０００９】
第５の発明は、前記第２の電極は、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム(Ｉｒ)からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む金属又は合金を材料とすることを特徴とする第１の発明〜第４の発明のいずれか１つに係る半導体発光素子である。
【００１０】
第６の発明は、前記第１の電極および前記第２の電極はｐ電極であることを特徴とする第１の発明〜第５の発明のいずれか１つに係る半導体発光素子である。
【００１１】
第７の発明は、第１導電型の半導体層と、第２導電型の半導体層と、をそれぞれ形成する工程と、前記第１導電型の半導体層に接して第１の電極の材料を形成する工程と、前記第１の電極の材料の上面に窪みを形成し、第１の電極とする工程と、前記窪みの内面に沿って、光を反射する第２の電極を形成する工程と、を備え、前記窪みを形成する工程は、前記窪みの積層方向に平行な断面が、少なくとも前記窪みの底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有するように前記窪みを形成する、ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１２】
第８の発明は、第１導電型の半導体層と、第２導電型の半導体層と、をそれぞれ形成する工程と、前記第１導電型の半導体層上に第１の電極の材料を形成する工程と、前記第１の電極の材料の上面に等方性エッチングによって窪みを形成し、第１の電極とする工程と、前記窪みの内面に沿って、光を反射する第２の電極を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
【００１３】
第９の発明は、前記窪みを形成する工程は、前記第１の電極の材料の上面に開口面が円形状であるマスクを設けエッチングすることを特徴とする第７の発明または第８の発明に係る半導体発光素子の製造方法である。
【００１４】
第１０の発明は、前記窪みを形成する工程は、前記窪みの開口面が前記マスクの開口面よりも大きくなるように前記第１の電極の材料をエッチングすることにより行うことを特徴とする第９の発明に係る半導体発光素子の製造方法である
【００１５】
第１１の発明は、前記第１の電極の材料を形成する工程は、前記第１の電極の材料の結晶化温度以下において行うことを特徴とする第７の発明〜第１０の発明のいずれか１つに係る半導体発光素子の製造方法である。
【００１６】
第１２の発明は、さらに、前記窪みを形成する工程の後に、前記第１の電極を前記第１の電極の材料の結晶化温度以上で熱処理する工程を備えることを特徴とする第１１の発明に係る半導体発光素子の製造方法である。
【００１７】
第１３の発明は、前記熱処理する工程により、前記第１の電極を結晶化することを特徴とする第１２の発明に係る半導体発光素子の製造方法である。
【００１８】
第１４の発明は、前記熱処理する工程により、前記第１の電極を透光性にすることを特徴とする第１２の発明または第１３の発明に係る半導体発光素子の製造方法である。
【００１９】
第１５の発明は、前記第１の電極および前記第２の電極はｐ電極であることを特徴とする第７の発明〜第１４の発明のいずれか１つに係る半導体発光素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、半導体発光素子内の光が第２の電極で反射され、第１の電極を通って外部へ取り出され得る。したがって、本発明によれば、第２の電極で反射された光が基板と第１の電極との間に存する層で吸収されることを低下させるため、光取り出し効率の向上を図ることができる。
また、本発明によれば、半導体発光素子内にある活性層やｐｎ接合面などの発光領域から上下方向に出て素子内部を通過する光が、第１の電極中の窪みに沿って存する第２の電極で反射され、素子の側面方向に方向を変え、素子から外部に光を取り出しやすくすることができる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を概念的に示す図であり、図１（ａ）は、実施の形態に係る半導体発光素子を上面から見た平面図、図１（ｂ）は積層方向に平行な断面図（図１（ａ）中のＡ−Ａ´線）である。なお、ここでいう「上面から見る」とは、後述する第２の電極１７側から、本実施の形態に係る半導体発光素子を見ることをいう。
図１に示すように、実施の形態に係る半導体発光素子は、第１導電型の半導体層１２と、第２導電型の半導体層１４と、第１導電型の半導体層１４の上に形成された、上面が開口された窪み１６を有する透光性の第１の電極１５と、窪み１６の内面に沿って形成された、光を反射する第２の電極１７と、を備えている。ここで、図１（ｂ）に示すように、窪み１６の積層方向に平行な断面は、少なくとも窪み１６の底面より上に中心をもつ円の円弧状の断面を有する。
上記従来の発光ダイオード素子では、光を反射する中間層が光の発生する層とほぼ平行に配置されていたため、透光性の電極層を通過してパッド電極層に向かう光が、中間層において素子内部に向けて反射されており、基板と第１の電極との間に存する層で吸収されてしまっていた。しかしながら、以上説明した実施の形態に係る半導体発光素子によれば、発生した光が第２の電極１７で反射され、第１の電極１５を通って外部へ取り出され得るため、基板１１と第１の電極１５との間に存する層で吸収されることを低下させる。  
【００２３】
各構成について、以下に詳細に述べる。
【００２４】
（基板・半導体層）
基板１１は、導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、絶縁性であるか導電性であるかを問わない。一例を挙げると、例えばサファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓなどを基板として用いることができる。絶縁性の基板を用いる場合は、絶縁性の基板を最終的に取り除いてもよいし、取り除かなくてもよい。絶縁性の基板を最終的に取り除かない場合、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成することが好ましい。また、最終的に絶縁性の基板を除去する場合又はＧａＮ基板や、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板などの導電性の基板を用いる場合、ｐ電極およびｎ電極はいずれも半導体層上の同一面側に形成してもよいし、異なる面側、例えば半導体発光素子の対向する面に、それぞれの電極を形成してもよい。
各半導体層としては、例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ等種々の半導体を用いることができる。本発明は、半導体層の組成を特に限定するものではないが、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。また、その層構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造のものが挙げられる。半導体層は、例えば、ＭＯＶＰＥ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。また、半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。また、各層は、単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。なお、本実施の形態においては、理解を容易にするため、第１の導電型の半導体層１４と第２導電型の半導体層１２との間に、活性層１３を設けることとしたが、この活性層１３は、量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。もっとも、本発明は、活性層の有無にかかわらず、発光が可能なすべての半導体素子に適用可能であり、たとえば、ｐｎ接合のみのダイオードも本発明の技術的範囲に含まれる。
なお、窒化物半導体層の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。
【００２５】
（第１の電極）
第１の電極１５は、半導体発光素子として透光性であればよく、熱処理によって透光性にするものに限らず、第１の電極１５の材料を形成する際に透光性のものを用いてもよい。また、第１の電極１５は、第１の導電型の半導体層１４に対して接触抵抗が小さい、もしくはオーミック接触となる。具体的に言うと、第１電極１５としては、導電性の酸化物を用いることが好ましく、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化膜が挙げられる。具体的な材料としては、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ2Ｏ3）、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ2Ｏ3）、ＳｎＯ2、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ2）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ2）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ2）、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、又はＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）などの導電性酸化物が挙げられるが、特にＩＴＯ（酸化インジウム錫）は、可視光（可視領域）において高い光透過性を有し、導電率の高い材料であることから、好ましく用いることができる。活性層１３からの光は、第１の電極１５を通過して、窪みに沿って設けられた光を反射する第２の電極１７に達する。第２の電極１７に達した光は、第２の電極１７で反射され、第１の電極１５を通過して、半導体発光素子の外部に取出される。
【００２６】
（窪み）
窪み１６は、積層方向に平行な断面が少なくとも窪み１６の底面より上に中心を持つ円の円弧状の断面を有する。
図１において、窪み１６の断面は円弧状であるため、この窪み１６の内面に沿って設けられた第２の電極１７に入射する光は、窪み１６の最下点にある活性層１３とほぼ平行な底面に垂直に入射する光を除き、第２の電極１７で反射されて第１の電極１５の側面へと向かう。上記従来の発光ダイオード素子においては、中間層が活性層とほぼ平行に設けられていたため、活性層の上面を垂直に通過した光が中間層に垂直に入射していた。このため、中間層で反射された光は、入射角と反射角が等しくなるという反射の法則の下、ほぼ同じ軌跡を描いて活性層に戻っていた。しかしながら、本実施の形態においては、第２の電極１７が、断面が円弧状である窪み１６の内面に沿って設けられているため、活性層１３の上面を垂直に通過した光は、窪み１６の最下点にある活性層１３とほぼ平行な底面を除いて、第２の電極１７（窪み１６の内面）に垂直に入射し得ない。したがって、本実施の形態において活性層１３の上面を垂直に通過した光は、窪み１６の最下点を除き、その方向を変化させて、第１の電極１５の側面へと向かうこととなる。よって、本実施の形態によれば、第２の電極１７で反射された光の素子内部での吸収を減少させ、外部へ取り出される光を増加させることができ、光取り出し効率が向上する。
また、上記従来の発光ダイオード素子においては、活性層の上面を斜めに横切って通過した光が、活性層とほぼ平行に設けられている中間層に斜めに入射する。このため、上記従来の発光ダイオード素子においては、中間層で反射した光が、基板側に向かうこととなり、半導体発光素子内部を再度通過することとなる。しかしながら、本実施の形態においては、活性層１３の上面を斜めに横切って通過した光は、断面が円弧状である窪み１６の内面に沿って設けられた第２の電極に斜めに入射した後、反射されて、反基板側に向かうこととなる。したがって、本実施の形態においては、第２の電極１７で反射された光が、半導体発光素子の内部を再度通過する光を減らし、素子の外部に取り出されやすくなる。
また、本実施の形態に係る半導体発光素子においては、活性層１３から第２導電型の半導体層１２に向かう光や、活性層１３から素子の側面に当たって素子外部に出ることなく素子内部に反射してきた光についても、断面が円弧状である窪み１６の内面に沿って設けられた第２の電極１７に当たり、素子の外部へ取り出され得る。
なお、本実施の形態に係る半導体発光素子においては、上記のような電極構造を２つ以上の電極に設けてもよい。すなわち、例えば図５のように、第１の電極１５に加え、基板に対して第１の電極１５および第２の電極１７と同一面側にある第２導電型の半導体層１２の電極として、第３の電極１８と第４の電極２０を設け、この第３の電極１８においても、円弧状の断面を有する窪み７６を設け、光を反射する第４の電極２０を窪み７６の内面に沿って設ければ、第３の電極１８部分における光も取り出すことができる。すなわち、基板１１に対して第１の電極１５および第２の電極１７と同一面側にある第２導電型の半導体層１２に設けられた第３の電極１８および第４の電極２０に、第１の電極１５および第２の電極１７と同様の構造を採用すれば、第３の電極１８の上に設けられた第４の電極２０に当たった光を、素子外部に取り出すようにして素子の側面方向に向けることができる。なお、ここで、第３の電極１８および第４の電極２０が、第１の電極１５および第２の電極１７にそれぞれ対応し、第１の電極１５および第２の電極１７の材料や形状や形成方法を、第３の電極１８および第４の電極２０にそれぞれ適用できることは言うまでもない。
【００２７】
なお、本発明において「断面が円弧状である」とは、断面の一部に任意の曲率半径を有する曲線が存在していれば足りる。したがって、たとえば、断面が１つの円の円弧である場合のみならず、断面が複数の円の円弧を組み合わせた形状である場合や、断面が円弧と曲線や直線などを組み合わせた形状である場合も、本発明の「断面が円弧状」に含まれる。一例を挙げて説明すると、例えば図２（ａ）の窪み３６は、その３辺（２つの側辺、１つの底辺）が直線で２頂点が円弧であるため、断面が円弧状であり、本発明の窪みに含まれる。このような窪み３６は、円弧である２頂点の部分において特に、活性層１３からの光の方向を変化させ、その一部分を素子外部へ取り出すことができる。さらに、本発明に含まれる例を示す。例えば図２（ｂ）に示すように、上記２頂点に加えて、３辺のうちの底辺をも円弧とすれば、より多くの光が窪みの内面（第２の電極）に斜めに入射して反射されることとなって、より多くの光が第１の電極の側面に向かうこととなるため、素子外部へ取り出される光が増加し、好ましい。また、図２（ｃ）のように２つの円弧を組み合わせた窪み５６にすることもできる。さらに、例えば図１（ｂ）のように、窪み１６の断面全体が１つの円の円弧となる形態は、図２（ｃ）に記載の２つの円弧を組み合わせた窪み５６とする形態よりも好ましい。このような窪み１６によれば、窪み１６の最下点で反射する場合を除き、光の方向は変化しその一部分を素子外部へ取り出すことができる。なお、窪みの積層方向に平行な断面は、複数存在し得るが、本発明においては、その複数の断面のうちの少なくとも１つが上述した性質を満たしていれば足りる。もっとも、窪みの積層方向に平行な複数の断面のうちのより多くが、上述の性質を満たす方が望ましい。
なお、本明細書における「円弧状」には、厳密に円弧の形状である場合のみならず、略円弧の形状である場合も含まれ、円弧の輪郭は崩れていてもよい。
【００２８】
窪み１６の開口面は、四角形状等の多角形状、又はそれらを組み合わせた図形等、種々の形状を好適に用いることができる。円形状、三角形状、四角形状等は略その図形の形状であることを意味し、それらの輪郭が崩れた形状でもよい。円形状は円や楕円、及びそれらの輪郭が崩れた形状を含む。
窪み１６の開口面は、好ましくは円形状（例えば図１（ａ））、より好ましくは円形である。窪み１６の開口面が円形状（または円形）であれば、第２の電極１７は窪み１６の内面に沿って形成されるため、第２の電極１７における光の反射は、いずれの方向においても等しくなされる。
また、窪み１６を素子の中心から外れた位置に設ける場合、窪み１６の開口面の周縁における少なくとも１辺が、素子の側辺のうちの窪みに最も近い側辺に対して平行であれば、第２の電極１７において反射された光をより短い距離で素子外部へ取り出すことができ、光取り出し効率が向上する。たとえば、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）では、窪み５０の開口面がそれぞれ三角形状、四角形状、扇形状であるが、その周縁における２辺（５０ａ、５０ｂ）は、素子の側辺のうちの窪みに最も近い２つの側辺（１９ａ、１９ｂ）のそれぞれに対して平行である。他方、たとえば、図３（ｄ）では、窪み５０の開口面が三角形状であるが、その周縁における３辺（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ）は、素子の側辺（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）のいずれに対しても、平行ではない。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、それぞれ、素子内部に面した部分（光を反射した際に素子内部に向かう部分）が、それぞれ、１辺、２辺、１つの曲線、２辺となる。したがって、素子内部に面した部分（光を反射した際に素子内部に向かう部分）が少ないという点では、図３（ａ）に記載の開口面が三角形状の窪み５０が好ましい。
なお、例えば、図１に示されるように、光が反射されて素子側面から取り出されるまでの距離、すなわち、光が反射する窪み１６の各箇所（上側、下側、左側、右側など）から素子の側面までの距離（この距離が遠いほど、光は吸収される）は、窪み１６の形状によって異なってくる。このため、第２の電極１７における光の反射がすべての方向に向かって等しくなされても、窪み１６の形状が、窪み１６の各箇所と素子側面までの距離に差をもたらすものであれば、素子から取り出される光の方向には、偏りが生じる。しかしながら、開口面の形状を、窪み１６の各箇所と素子側面までの距離が等しくなるものに近づければ、素子から取り出される光の方向を偏りにくくすることができ、第２の電極１７の下から取り出される光をいずれの方向においても等しい状態に近づけることもできる。他方、素子から所望の方向へ光を取り出したい場合には、窪み１６の各箇所と素子側面までの距離を考慮して開口面の形状を変えることで、取り出される光の偏りを調節することもできる。
【００２９】
さらに、窪み１６は、開口面の中心から内面における最下点までの長さが開口面の中心から周縁までの長さ以下であることが好ましい。窪みの直下にある活性層１３からの光を反射することを考えれば、開口面は大きい方が光取り出しに有利である。つまり、開口面の中心から内面における最下点までの長さが開口面の中心から周縁までの長さ以下であれば、積層方向への加工を抑えて十分な面積の窪みの内面を得ることができ、光取り出し効率が向上する半導体発光素子を効率的に得ることができる。
【００３０】
また、窪み１６は、第１の電極１５に複数個設けることもできる。例えば図４（ａ）の半導体発光素子は窪み６６を３つ設けている。これにより、開口面の小さな窪み６６であっても、その内面のうちで、任意の曲率半径を有する曲面となる部分が増し、光取り出し効率を向上させることができる。
また、本発明においては、図４（ａ）に例として示すように、複数の第１の電極１５に対して１つの第２の電極１７を設けることもできるし、図４（ｂ）に例として示すように、複数の第１の電極１５のそれぞれに対して第２の電極１７を設けることもできる。なお、複数の第１の電極１５のそれぞれに対して第２の電極１７を設けて、第１の電極１５と第１の電極１５との間に第２の電極１７が存在しないこととすれば、第１の電極１５と第１の電極１５との間を通過して素子の外部に向かう光が、第１の電極１５と第１の電極１５との間に存する第２の電極１７によって吸収されることを防ぎ得る。
また、窪み１６を１つ設けた場合は、同一の開口面積内に複数個の窪みを設けた場合と比較して、窪み１６の内面のうち、任意の曲率半径を有する曲面となる部分の面積が大きくなる。このため、第２の電極１７において反射された際、短い距離で素子外部へ取り出すことのできる光が多くなり、光取り出し効率が向上する。例えば図４（ｃ）のように、第１電極と第２電極の両方が、第１導電型の半導体層の上面のほぼ全面に有し、さらに第１電極のほぼ全面に１つの窪みを有する半導体発光素子とすることもできる。
【００３１】
（第２の電極）
光を反射する第２の電極１７は、窪み１６の内面に沿って設けられる。第２の電極１７の位置、形状は限定されず、少なくとも窪み１６の内面の上にあればよい。好ましくは、窪み１６の内面と同様の位置、形状である。例えば図１（ａ）では、円形の窪み１６の内面の上に、形状は同じ円形で１回り大きな第２の電極１７が設けられている。窪みの内面以外に形成された第２の電極１７は、光を反射する面が活性層１３とほぼ平行に配置されるため、素子内部からの光を素子内部に向けて反射してしまうが、上述したように、第２の電極１７と窪みの開口面の位置、形状を近づければ、窪み１６の開口面以外に形成される第２の電極１７が減少するため、素子の側面へ向けて反射される光が増加する。したがって、第２の電極１７を窪み１６に沿って形成し、窪み１６の内面と同様の位置、形状とすれば、外部へ取り出すことのできる光が増加し、光取り出し効率を向上させることができる。
第２の電極１７を構成する材料は、反射性を考慮すると、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む金属又は合金（又は酸化物）を用いることが好ましい。その中でも特に好ましくは、第１の電極との接着性、接触抵抗、光反射性を考慮すると、Ａｇ、Ｒｈ、Ａｌである。第２の電極１７において反射性の高い材料を用いることにより、素子外部へ取り出すことのできる光が増加し、光取り出し効率が向上する。
また、第２の電極１７は積層構造としてもよい。この場合、光取り出し効率を考慮すると窪みと接する層が、少なくとも光を反射する材料を含む層であればよい。また、金属電極層を設けることもできる。金属電極層は、表面に導電性ワイヤがワイヤーボンディングされ、発光素子と外部電極との電気的接続を図ることができる。あるいは、パッド電極表面にＡｕバンプのような導電部材を配置し、導電部材を介して対向された発光素子の電極と外部電極との電気的接続を図ることができる。
なお、第１の電極１５が導電性酸化物の場合、比較的仕事関数が大きいために、第２の電極１７は、第１の電極１５に対して接触抵抗が小さい材料を選択することが好ましい。
また、図１においては、上面が湾曲している第２の電極１７を示したが、第２の電極の上面は、湾曲している必要はなく、平面でもよい。
【００３２】
以上説明した実施の形態に係る半導体発光素子においては、同一面側にすべての電極を配置して電極側から光を取り出すこととしたが、本発明においては、同一面側にすべての電極を配置して基板側から光を取り出すことともできるし、ｐ電極及びｎ電極を対向するように配置していずれか一方または双方の電極側から光を取り出すようにすることも可能である。なお、同一面側にすべての電極を配置して、電極側を実装基板に配置し、基板側から光を取り出す場合には、たとえばパッケージ構造などに素子の側面から出た光を反射させる反射機能を持たせることで、基板側での光取り出し効率を向上させることができる。
なお、上記の窪みを含んだ電極の構成は、特にｐ電極のような活性層１３と対向する電極に設けることで、活性層１３からの光を最短で側面方向に変えることができるようになり、半導体発光素子を、光を外部へ効率よく取り出される構造とすることができる。
【００３３】
（製造方法）
図８は、実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を概念的に説明するための図である。
まず、基板１１上に第１の半導体層１２、活性層１３、第２の半導体層１４の順で積層する。その後、第２の半導体層１４上に第１の電極の材料１５´を形成し、第１の電極の材料１５´上にマスク１９を設ける（図８（ａ））。そして、第１の電極の材料１５´をエッチングし、窪み１６を形成する（図８（ｂ））。この時、窪み１６の積層方向に平行な断面が、第１の電極１５の底面の上に中心を持つ円の円弧状を有するようにエッチングする。次に、マスク１９を除去し、窪み１６の内面に沿って、光を反射する第２の電極１７を形成する。（図８（ｃ））。これらの工程を備えることにより、断面が円弧状である窪み１６を備えた、光取り出し効率の向上を図る半導体発光素子を得ることができる。以下に詳細な説明を述べる。
【００３４】
基板１１の一方の面に、第１の導電型の第１の半導体層１２と、活性層１３と、第２の導電型の第２の半導体層１４とを順次積層する。具体的には、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等の方法を用いて基板１１上に複数形成された半導体が好適に用いられる。
【００３５】
次に、第１の電極の材料１５´を、第１の半導体層１２の上に形成する。第１の電極の材料１５´は、スパッタ法、反応性スパッタ法、真空蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法と熱処理の組み合わせ等、種々の方法を利用することができる。また、形成に際しては、様々なスパッタリング装置を利用することができる。
例えば、プラズマを利用するスパッタリング装置としては、２極スパッタの他に、さらに電極を用いる３極／４極スパッタや、ターゲットの下側に磁石を配置したマグネトロンスパッタ等の方式のスパッタリング装置を用いることができる。特に、マグネトロンスパッタリング装置は、磁界によってターゲット近傍に電子を閉じこめることにより、ターゲット近傍に強いプラズマを発生させることができるので、スパッタ速度の上昇、スパッタ電圧の低下等の利点があり、好んで使用される。また、電源には、直流（ＤＣ）電源、高周波（ＲＦ）電源、パルス電源等を用いることができる。
第１の電極の材料１５´は、成膜後に熱処理することができる。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。熱処理により、（第１の電極）の結晶性が向上し、シート抵抗を低下させ、さらには窒化物半導体に対してオーミック接触を得ることが可能である。またこの熱処理によって、透光性にするか、さらに透過率を上げることもできる。とくに導電性酸化物においては、この熱処理によって透光性が飛躍的に向上する。
熱処理方法としては、例えば、第１の電極の材料１５´を形成した後、例えば、酸素に対して還元性ガス（具体的には、一酸化炭素、水素、アルゴン等又はこれら２種以上の混合ガス）雰囲気下、２００〜６５０℃程度、第１の電極の材料１５´の膜厚に応じて所定時間アニール処理する方法等が挙げられる。また、第１の電極の材料１５´を途中まで形成した後、熱処理し、引く続き成膜して熱処理するなどの多段階での熱処理を利用してもよい。熱処理の方法としては、例えばランプアニール処理、加熱炉によるアニール処理などがある。
【００３６】
窪み１６は、積層方向に平行な断面が第１の電極１５の底面の上に中心を持つ円の円弧状であるように形成する。第１の電極１５上とは、窪み１６の上でもよく、つまり窪み１６の形成前は第１の電極であった部分でもよい。これにより、光取り出し効率の向上する半導体発光素子を得ることができる。また、このような窪み１６の形成には、等方性エッチングを用いることができる。ここでいう等方性エッチングとは、一般的な意味での等方性エッチングであり、エッチング反応に方向性がなく等方的に侵食するエッチングである。例えば、ウェットエッチング、プラズマエッチング等、その他等方性の加工が可能な方法を好適に用いることができる。また、エッチングの方向性は、用いる薬液やガス、エッチング対象（ここでは第１の電極））等によっても左右されるため、等方性のエッチングが行えるようこれらを考慮する必要がある。特に等方性エッチングを用いれば、積層方向に平行な断面が第１の電極１５の底面の上に中心を持つ円の円弧状である窪み１６を得ることができる。
【００３７】
光を反射する第２の電極１７は、窪み１６の内面に沿って形成する。詳細には例えば、少なくとも窪み１６の開口面の上に開口部を有するマスク１９を第１の電極１５上に設け、スパッタリング法、蒸着法等の方法を用いて第２の電極１７を形成し、リフトオフを行う。これにより、窪み１６の内面に沿って形成された第２の電極１７を得ることができる。また、電極が単層である場合はエッチングでもよいが、積層である場合はリフトオフが好ましい。
【００３８】
また、窪み１６の開口面の形状は、形成の際に用いるマスク１９の開口部５０の形状に依存し、これには円形状、三角形状、四角形状等の多角形状、又はそれらを組み合わせた図形等、種々の形状を好適に用いることができる。好ましくは円形状であり、これにより、取り出される光の偏りを調整することができる。さらに好ましくは、図１（ａ）のような円形の開口部の窪み１６である。また、開口部が円形のマスクを用いて等方性エッチングを行えば、断面が１つの円弧状で構成された、開口面が円形である窪みを得ることができ、さらに光取り出し効率を向上させることができる。もちろん、マスク１９の開口部の形状を変えることにより、円形状の他にも三角形や四角形等の多角形状又はそれらを組み合わせた図形等種々の形を好適に形成することができる。
【００３９】
また、図８（ｂ）のように、窪み１６の開口面がマスク１９の開口面よりも大きくなるように第１の電極の材料１５´をエッチングすることが好ましい。このような加工は、例えば等方性エッチングを用いればよく、これにより断面が円弧状である窪み１６を得ることができる。また、本発明の等方性エッチングを用いる製造方法は、マスクによって開口面を設けて等方性エッチングを行なうので、開口面の中心から内面における最下点までの長さが開口面の中心から周縁までの長さ以下である窪み１６を得ることができ、効率的な加工が行える。
また、第１の電極を２層構造にして、積層方向の加工を抑えることも考えられる。第１の電極を結晶化した層の上に結晶化していない層を積層した２層構造にし、ウェットエッチングを行ってもよい。結晶化していない層と比較して、結晶化した層では加工の進む速度が遅いため、このような構造によっても積層方向の加工を抑えることが可能である。
【００４０】
特に、ウェットエッチングを窪み１６の形成において用いる場合には、第１の電極１５の形成は第１の電極１５の結晶化温度以下において行うことが好ましい。さらに、第１の電極１５を結晶化温度以上で熱処理する場合は、第１の電極１５上に窪み１６を形成した後で行うことが好ましい。
【００４１】
ウェットエッチングとは、表面の一部をマスクし、液体中で対象を溶解することによって加工する方法である。導電性酸化物膜においては、ウェットエッチングを用いて加工する際、エッチング対象が結晶化していない場合は等方性エッチングになるが、結晶化している場合は異方性エッチングになる。ウェットエッチングは結晶方向によってエッチング速度が異なる性質を持つため、エッチング対象が結晶化していると結晶方向に依存し、エッチング速度の遅い面が最終的に残り形状を決めるためである。このため好ましくは、結晶化温度以下において第１の電極１５を形成した後、ウェットエッチングを用いて窪み１６を形成し、その後、結晶化温度以上で熱処理する。これにより、断面が第１の電極の底面の上に中心を持つ円の円弧状を有する窪み１６が得られ、かつ電極の熱処理も行うことができる。
【００４２】
窪みは、図４のように１つの電極において複数個設けることもできる。１つの電極において複数個の窪み６６を形成する場合、１つの窪みを形成する場合と同程度の開口面の面積を、より短い加工時間で得ることができる。開口面の面積は加工時間に比例するが、複数個の窪み６６を形成する場合、個数にも比例するためである。
【００４３】
以下、本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００４４】
実施例１は、図１で示した実施の形態に係る半導体発光素子の一例である。実施例１に係る半導体発光素子は、サファイア基板１１の上にＧａＮまたはＡｌＧａＮよりなるバッファ層、ノンドープＧａＮ層を積層し（図示せず）、その上に、ｎ型半導体層１２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に３〜６回積層させた多重量子井戸構造の活性層１３、ｐ型半導体層１４として、ＭｇドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とが交互に１０回積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層がこの順に積層されている。
ｎ型半導体層１２の一部の領域は、その上に積層された活性層１３及びｐ型半導体層１４が除去され、さらにｎ型半導体層１２自体の積層方向の一部が除去されて露出し、その露出されたｎ型半導体層１２上にｎ電極１８が形成される。
ｐ型半導体層１４上には、ｐ電極である第１の電極１５及び第２の電極１７が形成されている。この形成は、まず、ＩＴＯからなる第１の電極の材料１５´をスパッタ装置を用いて室温で形成する。次に、図８（ａ）のように第１の電極の材料１５´上に円形状の開口面を有するマスク１９を設け、図８（ｂ）のようにウェットエッチングを行い、窪み１６を形成する。この時、第１の電極１５を室温で形成したことより結晶化していないため、等方性の加工が行われ、積層方向に平行な断面が第１の電極の材料１５´の底面の上に中心を持つ円の円弧状である窪み１６が形成される。さらに、第１の電極１５上に、窪みの上に開口面を有するマスクを設け、図８（ｃ）のように第２の電極１７を形成する。第２の電極１７は積層構造で、第１の電極１５側からＴｉ／Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕである。これらを積層した後、リフトオフ法により窪み１６の内面に沿った第２の電極１７を形成する。
得られたウエハを所定の箇所で分割すれば、半導体発光素子が得られる。
この半導体発光素子の基板側をリードフレームに実装し、樹脂でランプ形状に封止して発光装置とすると、図９に記載の上記従来の発光ダイオードを同様に封止して得た発光装置と比較して、同電流での光出力が高くなる。
【実施例２】
【００４５】
図６は、実施例２に係る半導体発光素子を概念的に示す図である。
図６に示すように、実施例２に係る半導体発光素子では、実施例１におけるｎ電極１８及び第２の電極１７が異なる配置とされ、窪み２６の開口部の形状が半円状となっている。ｎ電極１８を素子の１つの辺の近傍に形成し、その辺と平行な辺の近傍のＩＴＯ１５上に半円状の開口部を有するマスクを設け、ウェットエッチングで窪み２６を形成する。この時、マスクは、その半円状の開口部の直線部分が素子の最も近い辺と平行するように配置する。これにより、第２の電極１７において反射された光を、図９に記載の上記従来の発光ダイオードよりも、より短い距離で素子外部へ取り出すことができ、同電流での光出力が高くなる。
【実施例３】
【００４６】
図７は、実施例３に係る半導体発光素子を概念的に示す図である。
図７に示すように、実施例３に係る半導体発光素子は、導電性の基板８１の第１の主面側にｎ電極８８、第２の主面側にｐ電極が配置されている。
ｎ型ＧａＮ基板８１上にｎ型半導体層８２、活性層８３、ｐ型半導体層８４が積層され、ｐ型半導体層８４上にｐ電極である第１の電極８５及び第２の電極８７が形成され、ｎ型ＧａＮ基板８１の半導体層と対向する面にｎ電極８８が形成されている。第１の電極の材料８５´において窪み８６を形成し、その窪み８６の内面に沿って第２の電極８７を形成する方法は、実施例１と同様である。この場合、ｐ電極において本発明を採用したのは、ｐ電極側から光を取り出すためである。また、ｎ電極８８を素子内部に向けて光を反射させる構造にすれば、ｐ電極側に取り出すことのできる光が増加させるためである。実施例３に係る半導体発光素子の基板側をリードフレームに実装し、樹脂でランプ形状に封止して発光装置とすると、図９に記載の上記従来の発光ダイオードを同様に封止して得た発光装置と比較して、同電流での光出力が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体発光素子を概念的に示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子（その１）を概念的に示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子（その２）を概念的に示す図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子（その３）を概念的に示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る半導体発光素子（その４）を概念的に示す図である。
【図６】実施例２に係る半導体発光素子を概念的に示す図である。
【図７】実施例３に係る半導体発光素子を概念的に示す図である。
【図８】実施の形態に係る半導体発光素子の製造方法を概念的に説明するための図である。
【図９】特許文献１の図１に記載された発光ダイオード素子を、その符号をすべて１００番台に変換した上で示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１１、８１  基板
１２、８２  第１の半導体層
１３、８３  活性層
１４、８４  第２の半導体層
１５、８５  第１の電極
１６、２６、３６、４６、５６、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、７６、８６  窪み
１７、８７  第２の電極
１８、８８  第３の電極
１９  窪みの開口面
５０  開口部
１０１   ｎ 型Ｇ
ａ Ｎ 基板
１０２   ｎ 型Ａ
ｌ Ｇ ａ Ｎ クラッド層
１０３   ノンドープＩ
ｎ Ｇ ａ Ｎ 量子井戸発光層
１０４   ｐ 型Ａ
ｌ Ｇ ａ Ｎ クラッド層
１０５   ｐ 型Ｇ
ａ Ｎ コンタクト層
１０６    ｐ電極
１０６ａ    Ｎｉ透光性オーミック電極層
１０６ｂ    Ａｇ中間層
１０６ｃ    Ａｕパッド電極層
１１０    ＩｎＧａＮ発光ダイオード素子
１０７   ｎ 型オーミック電極
【図１】
2007134533.tif 000003
【図２】
2007134533.tif 000004
【図３】
2007134533.tif 000005
【図４】
2007134533.tif 000006
【図５】
2007134533.tif 000007
【図６】
2007134533.tif 000008
【図７】
2007134533.tif 000009
【図８】
2007134533.tif 000010
【図９】
2007134533.tif 000011