(57)【要約】【課題】光取り出し効率に優れた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層１３、発光層１４およびｐ型半導体層１５がこの順序で積層され、ｐ型半導体層１５上に透光性正極１６が積層されるとともに該透光性正極上１６に正極ボンディングパッド１７が設けられ、ｎ型半導体層１３上に負極ボンディングパッド１８が設けられた発光素子において、ｐ型半導体層１５の表面１５ａの少なくとも一部に無秩序な凹凸面が形成されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順序で積層され、ｐ型半導体層上に透光性正極が積層されるとともに該透光性正極上に正極ボンディングパッドが設けられ、ｎ型半導体層上に負極ボンディングパッドが設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、
前記ｐ型半導体層表面の少なくとも一部に無秩序な凹凸面が形成されてなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型半導体層表面に形成された無秩序な凹凸面における凸部間の平均距離が、凸部中心間距離で０．０１μｍ〜３μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型半導体層表面に形成された無秩序な凹凸面における凸部間の平均距離が、凸部中心間距離で０．０５μｍ〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項４】
前記凸部間の平均距離に対する各凸部間距離の標準偏差が１０％〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項２または３に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項５】
前記透光性正極が導電性酸化物からなることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項６】
前記透光性正極が、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ２）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の材料からなることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【請求項７】
窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上の少なくとも一部に凹凸面を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、
下記（１）〜（３）の工程を含んでなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（１）基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で積層する工程。
（２）前記ｐ型半導体層上に金属微粒子からなるマスクを形成する工程。
（３）該マスク上からｐ型半導体層をドライエッチングする工程。
【請求項８】
前記工程（２）が、前記ｐ型半導体層上に金属薄膜を形成する工程および該金属薄膜形成後の熱処理工程からなることを特徴とする請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記マスクをなす金属微粒子が、Ｎｉ、もしくはＮｉ合金からなることを特徴とする請求項７または８に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクをなす金属微粒子が、１００℃〜４５０℃の温度範囲に融点をもつ低融点金属、もしくは低融点合金であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
前記マスクをなす金属微粒子が、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎからなる群から選ばれた低融点金属、または少なくともこれらの金属の一種を含んだ低融点合金であることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【請求項１３】
請求項７〜１１のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関し、特に優れた発光出力を有する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、短波長光発光素子として窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体発光素子が注目を集めている。この窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、サファイア単結晶をはじめ、種々の酸化物やＩＩＩ−Ｖ族化合物を基板として、この基板上に、有機金属気相化学反応法（ＭＯＣＶＤ法）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）等によって形成される。
【０００３】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の特徴として、横方向への電流拡散が小さいことが挙げられる。このため、電極直下の半導体にのみ電流が注入され、電極直下の発光層で発光した光は電極に遮られてしまい、発光素子の外部に取り出すのが困難となる。そこで、このような発光素子では、通常、正極として透明電極が用いられ、正極を透過して光を取り出すように構成されている。
【０００４】
透明電極からなる、従来の透光性の正極は、ＮｉやＣｏ等の酸化物と、Ａｕ等のコンタクト金属とを組み合わせた層構造とされていた。また、近年ではＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）等、より導電性の高い酸化物を使用することにより、コンタクト金属の膜厚を極力薄くして透光性を高めた層構造のものが正極として採用され、発光層からの光を効率よく外部に取り出す技術が提案されている。
【０００５】
ところで、このような発光素子の外部量子効率は、光取出し効率と内部量子効率を掛け合わせたものとして表される。内部量子効率とは、発光素子に注入した電流のエネルギーのうち、光に変換される割合である。一方、光取り出し効率とは、半導体結晶内部で発生した光の内、外部へ取り出すことのできる割合である。
【０００６】
近年では、発光素子の内部量子効率は、結晶状態の改善や構造の検討により７０〜８０％程度まで向上していると言われ、注入電流量に対して十分な効果が得られるようになっている。
しかしながら、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子のみならず、発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、一般的に注入電流に対する光取出し効率が押並べて低く、注入電流に対して、内部発光を十分に外部に取り出しているとは言い難いのが現状である。
【０００７】
窒化ガリウム系化合物半導体発光素子において発光取り出し効率が低いのは、発光層で発光した光が、発光素子（ＬＥＤ）構造内の結晶材質により、反射・吸収を繰り返し、スネルの法則によるところの臨界角以上の反射となった場合、光を発光素子外部に取り出せなくなる確率が高い事が原因である。
【０００８】
光取り出し効率を向上させるため、発光取り出し面を粗面化し、発光取り出し面にさまざまな角度を設けることによって光取り出し効率を向上させた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の方法で製造された窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、マスクパターニング方法によって形成された半導体表面の凹凸パターンが干渉効果を生じ、ある特定の波長の光のみが強調されてしまうという問題がある。
また、半導体層表面に粗面加工を施す方法においては、微細なマスクパターニング方法等が要求されることから、工程上、煩雑な手順を踏む必要があり、製造効率上の問題がある。
【特許文献１】特開平６−２９１３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光取り出し効率に優れ、且つ波長ムラの少ない窒化ガリウム系化合物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】
【００１１】
本発明者は、上記問題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成した。
即ち、本発明は以下に関する。
【００１２】
［１］基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層がこの順序で積層され、ｐ型半導体層上に透光性正極が積層されるとともに該透光性正極上に正極ボンディングパッドが設けられ、ｎ型半導体層上に負極ボンディングパッドが設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子にであって、前記ｐ型半導体層表面の少なくとも一部に無秩序な凹凸面が形成されてなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［２］前記ｐ型半導体層表面に形成された無秩序な凹凸面における凸部間の平均距離が、凸部中心間距離で０．０１μｍ〜３μｍの範囲であることを特徴とする上記［１］項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［３］前記ｐ型半導体層表面に形成された無秩序な凹凸面における凸部間の平均距離が、凸部中心間距離で０．０５μｍ〜１．５μｍの範囲であることを特徴とする上記［１］項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［４］前記凸部間の平均距離に対する各凸部間距離の標準偏差が１０％〜８０％の範囲であることを特徴とする上記［２］項または［３］項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［５］前記透光性正極が導電性酸化物からなることを特徴とする上記［１］〜［４］項の何れか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
［６］前記透光性正極が、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ２）からなる群より選ばれた少なくとも一種類の材料からなることを特徴とする上記［１］〜［５］の何れか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子。
【００１３】
［７］窒化ガリウム系化合物半導体素子のｐ型半導体層上の少なくとも一部に凹凸面を形成する窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法であって、下記（１）〜（３）の工程を含んでなることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
（１）基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で積層する工程。
（２）前記ｐ型半導体層上に金属微粒子からなるマスクを形成する工程。
（３）該マスク上からｐ型半導体層をドライエッチングする工程。
［８］前記工程（２）が、前記ｐ型半導体層上に金属薄膜を形成する工程および該金属薄膜形成後の熱処理工程からなることを特徴とする上記［７］項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［９］前記マスクをなす金属微粒子が、Ｎｉ、もしくはＮｉ合金からなることを特徴とする上記［７］項または［８］項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１０］前記マスクをなす金属微粒子が、１００℃〜４５０℃の温度範囲に融点をもつ低融点金属、もしくは低融点合金であることを特徴とする上記［７］〜［９］項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
［１１］前記マスクをなす金属微粒子が、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎからなる群から選ばれた低融点金属、または少なくともこれらの金属の一種を含んだ低融点合金であることを特徴とする上記［７］〜［１０］項のいずれか一項に記載窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法。
【００１４】
［１２］上記［１］〜［６］項のいずれか一項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
［１３］上記［７］〜［１１］項のいずれか一項に記載の製造方法によって得られる窒化ガリウム系化合物半導体発光素子からなるランプ。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子によれば、透光性正極表面の少なくとも一部に無秩序な凹凸面が形成されてなる構成とされていることにより、光取り出し効率に優れ、且つ波長ムラの少ない窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が得られる。
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いてランプ形状に加工する場合には、ランプに用いられる樹脂の特性に応じて集光性を高めることができるため、発光出力の高いランプを構成する事ができる。
【００１６】
また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法において、凹凸面を形成する粗面加工処理は、特に下記（１）〜（２）に示すような効果を奏する。
（１）ある範囲のバラつきをもった凹凸面を形成することにより、干渉効果を抑え、波長ムラの少ない窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製することが出来る。
（２）金属微粒子マスクを用いて凹凸面を形成するため、高度なマスクパターニング工程等が不要であり、簡便且つ安価に粗面化微細加工領域を形成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の一実施形態について、図１〜４を適宜参照しながら説明する。
【００１８】
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の全体構成］
図１に示す、本実施形態の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１は、基板１１上に窒化ガリウム系化合物半導体からなる、ｎ型半導体層１３、発光層１４およびｐ型半導体層１５がこの順序で積層され、ｐ型半導体層１５上に透光性正極１６が積層されるとともに該透光性正極１６上に正極ボンディングパッド１７が設けられ、ｎ型半導体層１３上に負極ボンディングパッド１８が設けられた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、ｐ型半導体層１５の表面１５ａの少なくとも一部に無秩序な凹凸面が形成され、概略構成されている。また、図１に示す例では、基板１１とｎ型半導体層１３の間にバッファ層１２が設けられている。
【００１９】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、光取り出し面である透光性正極１６の表面１６ａに特定形状の凹凸加工を施すことにより、光取り出し効率を向上させたものである。
【００２０】
基板１１には、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶およびＺｒＢ２などのホウ化物単結晶の公知の基板材料を含め、如何なる基板材料も何ら制限なく用いることができる。これらの中でも、サファイア単結晶およびＳｉＣ単結晶の基板材料を用いることが好ましい。
なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
【００２１】
基板１１上に、通常、バッファ層１２を介して、窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層１３、発光層１４およびｐ型半導体層１５が積層される。使用する基板１１やエピタキシャル層の成長条件によっては、バッファ層１２が不要な場合もある。
【００２２】
窒化ガリウム系化合物半導体としては、例えば一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知の窒化ガリウム系化合物半導体を含めて一般式ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ１−ＡＭＡ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされる窒化ガリウム系化合物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００２３】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、ＡｓおよびＢなどの元素を含有することもできる。さらに、意図的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００２４】
これらの窒化ガリウム系化合物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）等、窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ２）または窒素（Ｎ２）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ３）、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ４）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ３）４Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ２Ｈ５）４Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ２Ｍｇ）を用いる。
【００２５】
ｎ型半導体層１３は、通常、下地層、ｎコンタクト層およびｎクラッド層から構成される。ｎコンタクト層は下地層および／またはｎクラッド層を兼ねることができる。
下地層はＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。下地層の膜厚は０．１μｍ以上が好ましく、より好ましくは０．５μｍ以上であり、１μｍ以上が最も好ましい。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌＸＧａ１―ＸＮ層が得られやすい。
【００２６】
下地層にはｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ（＜１×１０１７／ｃｍ３）の方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。
【００２７】
下地層を成長させる際の成長温度は、８００〜１２００℃が好ましく、１０００〜１２００℃の範囲に調整することがより好ましい。この温度範囲内で成長させれば、結晶性の良い下地層が得られる。また、ＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は１５〜４０ｋＰａに調整することが好ましい。
【００２８】
ｎコンタクト層としては、下地層と同様にＡｌＸＧａ１―ＸＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。また、ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０１７〜１×１０１９／ｃｍ３、好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は下地層と同様である。
【００２９】
下地層とｎコンタクト層を構成する窒化ガリウム系化合物半導体は同一組成であることが好ましく、これらの合計の膜厚を１〜２０μｍ、好ましくは２〜１５μｍ、さらに好ましくは３〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。膜厚がこの範囲であると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３０】
ｎコンタクト層と発光層との間には、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎクラッド層を設けることにより、ｎコンタクト層の最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできる。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮ等によって形成することが可能である。また、これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、発光層のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００３１】
ｎクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍの範囲であり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍの範囲である。
また、ｎクラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０１７〜１×１０２０／ｃｍ３の範囲が好ましく、より好ましくは１×１０１８〜１×１０１９／ｃｍ３の範囲である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および発光素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００３２】
発光層１４は、ｎ型半導体層１３上に積層され、窒化ガリウム系化合物半導体、好ましくはＧａ１−ｓＩｎｓＮ（０＜ｓ＜０．４）の窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層が通常用いられる。
発光層１４の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が好ましく、例えば１〜１０ｎｍの範囲であり、より好ましくは２〜６ｎｍの範囲である。膜厚が上記範囲であると、発光出力の点で好ましい。
また、発光層は、上記のような単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の他、上記Ｇａ１−ｓＩｎｓＮを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）障壁層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
【００３３】
ＡｌｃＧａ１−ｃＮ障璧層の成長温度は７００℃以上が好ましく、８００〜１１００℃の温度で成長させると結晶性が良好になるため、より好ましい。また、ＧａＩｎＮ井戸層は６００〜９００℃、好ましくは７００〜９００℃の温度で成長させる。すなわちＭＱＷの結晶性を良好にするためには、層間で成長温度を変化させることが好ましい。
【００３４】
ｐ型半導体層１５は、通常、ｐクラッド層およびｐコンタクト層から構成される。しかし、ｐコンタクト層がｐクラッド層を兼ねてもよい。
ｐクラッド層としては、発光層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、発光層へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、発光層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は、１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３が好ましく、より好ましくは１×１０１９〜１×１０２０／ｃｍ３である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００３５】
ｐコンタクト層としては、少なくともＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなる窒化ガリウム系化合物半導体層である。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持およびｐオーミック電極との良好なオーミック接触の点で好ましい。
また、ｐ型ドーパントを１×１０１８〜１×１０２１／ｃｍ３の範囲の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましく、より好ましくは５×１０１９〜５×１０２０／ｃｍ３の範囲である。
ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、好ましくはＭｇが挙げられる。
ｐコンタクト層の膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．１〜０．２μｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００３６】
図１に示すように、ｐ型半導体層１５の表面１５ａには、少なくとも一部に凹凸パターンが形成され、凹凸面となっている。図１に示す例では、ｐ型半導体層１５の表面１５ａの内、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１の左右方向略中央付近に、複数の無秩序な凸部１５ｂからなる凸状のパターンが形成されている。
ｐ型半導体層１５の表面１５ａに凹凸パターンを形成する方法としては、従来より公知のフォトリソグラフィーを用いることができる。
【００３７】
表面１５ａに形成される凹凸パターンは、図１に示す例では無秩序な凹凸パターンとされているが、例えば、凸部の大きさや凸部間距離が周期性を有して構成されたパターンとすることもできる。
凸部１４ｂの形状としては、特に限定されないが、円柱、三角柱、四角柱等の多角柱、円錐、三角錐、四角錐の多角錐等の形状が挙げられ、適宜選択することができ、また、図１に示す断面形状において、凸部１４ｂの下端寸法Ｗ（幅）が上端幅寸法と同じか、または大きくなるような形状とすることが好ましい。図示例における凸部１４ｂは、下端側から上端側へゆくに従って縮寸するように構成されている。
【００３８】
凸部１５ｂの大きさは特に限定されないが、下端寸法Ｗが０．０１μｍ〜３μｍの範囲であることが好ましい。下端寸法Ｗをこの範囲とすることにより、光取り出し効率が効果的に向上する。
凸部１５ｂの下端寸法Ｗを０．０１μｍ未満に形成することは、リソグラフィーを用いれば可能であるが、高コストとなってしまうとともに、凸部が小さすぎて充分な光取り出し効率を得ることができない。
また、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の大きさは、一般的に１００μｍ〜２０００μｍの範囲であるので、凸部１５ｂの下端寸法Ｗが３μｍを超えると、単位面積あたりの凸部１５ｂの表面積が小さくなってしまい、充分な光取り出し効率を得ることができない。
さらに好ましくは０．０２μｍ〜２μｍの範囲である。
【００３９】
凸部１５ｂ間の間隔Ｐは、周期的なパターンであれば特に限定されないが、凸部ピーク間距離で０．０１μｍ〜３μｍの範囲であることが好ましい。凸部間の間隔Ｐの平均距離をこの範囲とすることにより、光取り出し効率が効果的に向上する。
凸部１５ｂ間の間隔を０．０１μｍ未満に形成することは、リソグラフィーを用いれば可能であるが、高コストとなってしまうとともに、パターンが凝集しすぎて光取り出し効率が低下する虞がある。
また、上述したように、発光素子の大きさは一般的に１００μｍ〜２０００μｍであるので、凸部１５ｂ間の間隔が３μｍを超えると、単位面積あたりの凸部１５ｂの表面積が小さくなってしまい、充分な光取り出し効率を得ることができない。さらに好ましくは０．１ｎｍ〜２ｎｍの範囲である。
【００４０】
凸部１５ｂの高さ寸法Ｔは、特に限定されないが、０．１μｍ〜２．０μｍの範囲であることが好ましい。
凸部１５ｂの高さ寸法Ｔが０．１μｍ未満だと、高さが充分でないため、光取り出し効率の向上には寄与しない。また、凸部１５ｂの高さが２．０μｍを超えると、光取り出し効率の向上には寄与するものの、生産性が大幅に低下するので好ましくない。
また、凸部１５ｂのより好ましい寸法としては、下端寸法Ｗと高さ寸法Ｔとの関係が、Ｗ＜Ｔとなることであり、上記寸法関係を範囲とすれば、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の光取り出し効率を、より効果的に向上させることができる。
【００４１】
凸部１５ｂ間の平均距離に対する標準偏差は、１０％〜８０％の範囲であることが好ましい。より好ましくは２０％〜６０％の範囲である。
上記標準偏差が１０％以下だと、干渉効果が増大し、波長ムラが発生する可能性が高くなる。また、上記標準偏差が８０％以上だと、凹凸パターンの密度が低下し、光取り出し効率向上の効果が低下してしまう。
【００４２】
透光性正極１６は、少なくともｐ型半導体層１５と接する透光性導電酸化膜層からなる。透光性導電酸化膜層上の一部には、回路基板またはリードフレーム等との電気接続のための正極ボンディングパッド１７が設けられる。
また、図１に示す例では、透光性正極１６の表面１６ａが、上述したｐ型半導体層１５表面の凸部１５ｂに対応するように凸部１６ｂが形成された凹凸面とされている。
【００４３】
透光性正極１６は、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺｎＯ（ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３）、ＩＺｎＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＺｎＯ−ＧｅＯ２）から少なくとも一種類を含んだ材料を、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。また、その構造も、従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００４４】
透光性正極１６は、ｐ型半導体層１５上のほぼ全面を覆うように形成しても構わないし、隙間を開けて格子状や樹形状に形成しても良い。透光性正極１６を形成した後に、合金化や透明化を目的とした熱アニールを施す場合もあるが、施さなくても構わない。
【００４５】
正極ボンディングパッド１７は、透光性正極１６上に設けられ、図１に示す例では、透光性正極１６上に形成された凹凸面以外の位置に配されている。
正極ボンディングパッド１７の材料としては、Ａｕ、Ａｌ、ＮｉおよびＣｕ等を用いた各種構造が周知であり、これら周知の材料、構造のものを何ら制限無く用いることができる。
正極ボンディングパッド１７の厚さは、１００〜１０００ｎｍの範囲内であることが好ましい。また、ボンディングパッドの特性上、厚さが大きい方が、ボンダビリティーが高くなるため、正極ボンディングパッド１７の厚さは３００ｎｍ以上とすることがより好ましい。さらに、製造コストの観点から５００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００４６】
負極ボンディングパッド１８は、基板１１上に、ｎ型半導体層１３、発光層１４およびｐ型半導体層１５が順次積層された窒化ガリウム系化合物半導体の前記ｎ型半導体層１３に接するように形成される。
このため、負極ボンディングパッド１８を形成する際は、発光層１４およびｐ型半導体層１５の一部を除去してｎ型半導体層１３のｎコンタクト層を露出させ、この上に負極ボンディングパッド１８を形成する。
負極ボンディングパッド１８の材料としては、各種組成および構造の負極が周知であり、これら周知の負極を何ら制限無く用いることができ、この技術分野でよく知られた慣用の手段で設けることができる。
【００４７】
上述のような、透光性正極上に無秩序な凹凸パターンの形成領域を設ける窒化ガリウム系化合物半導体の一例として、図３に示す窒化ガリウム系化合物半導体２０のように、基板２１上にバッファ層２２、ｎ型半導体層２３、発光層２４、ｐ型半導体層２５および透光性正極２６が順次結晶成長されてなる積層体構造が周知である。
本発明では、上述したような無秩序な凹凸パターンを、窒化ガリウム系化合物半導体２０のような構造の半導体発光素子のｐ型半導体層１５表面に、何ら制限無く設けることができる。
【００４８】
［窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法］
本発明では、ｐ型半導体層上における凹凸パターンの加工領域の形成を、当該領域のｐ型半導体層表面に金属微粒子からなるマスクを形成し、該マスク上からｐ型半導体層をドライエッチングすることによって行なう方法とすることができる。
ｐ型半導体層表面に凹凸パターンを形成する際、例えば、以下のような各工程（１）〜（３）を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の製造方法で行うことができる。
（１）基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で積層する工程。
（２）ｐ型半導体層上に金属微粒子からなるマスクを形成する工程。
（３）該マスク上からｐ型半導体層をドライエッチングする工程。
【００４９】
以下、上記工程（１）〜（３）について説明する。
【００５０】
＜工程（１）＞
まず、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体からなるｎ型半導体層、発光層およびｐ型半導体層をこの順序で積層する。このような窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造体の形成においては、上述したような、従来より用いられている材質や成長方法を、何ら制限無く用いることができる。
【００５１】
＜工程（２）＞
次に、窒化ガリウム系化合物半導体からなる積層構造体のｐ型半導体層上に、金属微粒子からなる金属薄膜を形成する。金属薄膜は、一般的に知られる真空蒸着装置によって形成することができる。
本発明では、金属微粒子マスクの形状によってｐ型半導体層上に形成される凹凸パターンの形状が規定されるため、金属微粒子マスクの形状を制御することによって凹凸パターンの形状を制御することができる。
特に、金属微粒子マスクの膜厚は、ｐ型半導体層上の凹凸パターン形状に大きな影響を与える。
【００５２】
金属微粒子マスクの熱処理工程前の膜厚は０．００５μｍ〜１μｍの範囲であることが好ましい。金属微粒子マスク材料の材質や、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いてランプを構成する際の封入樹脂の材質等により、金属微粒子マスクの膜厚の最適値は異なるが、０．００５μｍ未満だと、マスクとして機能せず、光を効果的に取り出すことのできる凹凸パターン形状をｐ型半導体層上に形成することができない。また、金属微粒子マスクの膜厚が１μｍを超えると、凝集効果が小さくなるため、上記と同様、光を効果的に取り出すことのできる凹凸パターン形状をｐ型半導体層上に形成することができなくなる。
なお、金属薄膜の形成は、金属薄膜の厚さを上記範囲内で均一に制御することが可能であれば、上述の真空蒸着装置に限らず、スパッタリング装置等を用いてもなんら問題は無い。
【００５３】
金属薄膜（金属微粒子マスク）に使用する金属微粒子の材料としては、凝集性が良好で且つ球面形状の微粒子であるものが好ましい。このような金属としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ合金等が挙げられる。また、凝集性とともにプロセスの効率化に適した金属微粒子材料として、Ｎｉ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｉｎの金属の内、少なくとも一種以上を含有し、１００℃〜４５０℃の間に融点をもつ低融点金属、もしくは低融点合金が挙げられる。これらの金属材料の中でも、ＡｕＳｎ合金、ＡｕＧｅ合金、ＡｕＳｎＮｉ合金およびＡｕＧｅＮｉ合金を用いることが好ましく、中でもＡｕＳｎ合金を用いるのが最も好ましい。
ＡｕＳｎ合金は、Ｓｎ組成比が１０質量％〜３５質量％程度の範囲であれば、１９０〜４２０℃程度の温度で共晶化する事が知られており、また、この範囲の温度を上回ると、一般的に合金層が凝集形態を取ることも知られている。
【００５４】
次に、前記金属薄膜から金属微粒子マスクを得るため、金属薄膜の熱処理を行う。
金属薄膜の熱処理温度としては、使用する金属材料によって異なるが、一般に１００〜６００℃の範囲で１分間の熱処理を行うことが好ましい。このような条件で金属薄膜の熱処理を行うことにより、ｐ型半導体層上に形成された金属微粒子マスクが得られる。
【００５５】
熱処理後の金属微粒子マスクの形状は、熱処理雰囲気中の酸素濃度によって変化する。このため、使用する金属材料に応じて、熱処理雰囲気中の酸素濃度を制御することにより、光取り出し効率向上に適した形状で金属微粒子マスクを形成することが出来る。また、使用する金属材料によっては、酸素を全く含まない雰囲気で熱処理を行ったほうが、良好なマスク形成の点から好ましいものもある。
【００５６】
金属微粒子マスクの微粒子の密度は１×１０５個／ｍｍ２〜１×１０８個／ｍｍ２の範囲であることが好ましい。この範囲内であれば、光取り出し効率が効果的に向上する。また、より好ましくは１×１０６個／ｍｍ２〜１×１０７個／ｍｍ２の範囲である。
【００５７】
＜工程（３）＞
次に、前記金属微粒子マスク上からｐ型半導体層をドライエッチングすることにより、該ｐ型半導体層表面に、上述したような特定形状の凹凸パターンを形成することができる。
ドライエッチングは、一般的なリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）型のドライエッチングを用いることができる。また、ドライエッチングで用いるガスの種類については、何ら制限なく選択して用いることが出来るが、塩素を含むガスを用いてエッチングすることが好ましい。
なお、熱による金属凝集形状（金属微粒子形状）の変化を防ぐ為、基板の温度は１００℃以下に保つことが望ましい。
また、本実施形態では、ｐ型半導体層上への凹凸パターンの形成について、ドライエッチングを用いた方法で説明しているが、これには限定されず、ウェットエッチングを用いた方法で行っても良い。
【００５８】
なお、上述の製造方法は、金属のドライエッチング耐性を使用する従来法と異なり、金属微粒子マスクの緻密化によって生じる、ドライエッチングにおいては一般的にはマイナス効果であるマイクロローディング効果を利用する事に特徴がある。
このマイクロローディング効果とは、マスク開口部面積（被エッチング面積）の全体面積に対する割合、マスク開口部の部分的なパターン密度、およびマスク開口部のパターン幅の絶対値により、エッチング速度、およびエッチング形状が変化する現象である。通常は、エッチング速度、およびエッチング形状が変化することから好ましくない作用であるが、本発明の窒化ガリウム系半導体発光素子に形成される凸部のように、下端寸法Ｗが上端寸法と同じか、または大きくなるような形状とする場合には、積極的に利用できる効果である。
この方法では、硬度及び融点の高い金属を使用する事無く、形状を制御しやすい低融点金属をマスクに用いて凹凸形状を形成できるので、生産性を考慮したうえでも非常に有益である。
【００５９】
以上、説明したような本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、例えば、当業者周知の手段により、透明カバーを設けてランプを構成することができる。また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子と、蛍光体を有するカバーとを組み合わせることにより、白色のランプを構成することもできる。
また、例えば、図４に示すように、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、従来公知の方法を用いてなんら制限無くＬＥＤランプとして構成することができる。ランプとしては、一般用途の砲弾型、携帯のバックライト用途のサイドビュー型、表示器に用いられるトップビュー型等、何れの用途にも用いることができる。例えば、フェイスアップ型の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を砲弾型に実装する場合、図示例のように、２本のフレーム３１、３２の一方に窒化ガリウム系化合物半導体発光素子１を樹脂などで接着し、正極ボンディングパッド及び負極ボンディングパッドを金等の材質からなるワイヤー３３、３４用いて、それぞれフレーム３１、３２に接合する。その後、透明樹脂で素子周辺をモールドすることにより（図４のモールド３５参照）、砲弾型のランプ３０を作製することができる。
【００６０】
本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、駆動電圧（Ｖｆ）が低く、また、光取り出し効率に優れていることから、高効率のランプを実現することが可能となる。
【実施例】
【００６１】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
【００６２】
［実験例１］
図１に、本実験例で作製した窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示すとともに、図２に、その平面模式図を示す。
【００６３】
（窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の作製）
サファイアからなる基板１上に、ＡｌＮからなるバッファ層１２を介して、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した。この窒化ガリウム系化合物半導体層は、厚さ８μｍのアンドープＧａＮからなる下地層、厚さ２μｍのＧｅドープｎ型ＧａＮコンタクト層および厚さ０．０２μｍのｎ型Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層がこの順序で積層されたｎ型半導体層１３、厚さ１６ｎｍのＳｉドープＧａＮ障壁層および厚さ２．５ｎｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ井戸層を５回積層し、最後に障壁層を設けた多重量子井戸構造の発光層１４、および厚さ０．０１μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎクラッド層と厚さ０．１８μｍのＭｇドープｐ型Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎコンタクト層がこの順序で積層されたｐ型半導体層１５からなり、各層をこの順で積層して形成した。光取り出し面は半導体側とした。
【００６４】
この構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は１×１０１９ｃｍ−３であり、ＧａＮ障壁層のＳｉドープ量は１×１０１７ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のキャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３であり、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＭｇドープ量は５×１０１９ｃｍ−３であった。
また、窒化ガリウム系化合物半導体層の積層（図１の符号１２、１３、１４、１５）は、ＭＯＣＶＤ法により、当該技術分野においてよく知られた通常の条件で行なった。
【００６５】
そして、この窒化ガリウム系化合物半導体層に、負極を形成する領域のｎ型ＧａＮコンタクト層を反応性イオンエッチング法により露出させた。この際、まず、レジストをｐ型半導体層の全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、負極形成領域からレジストを除去した。そして、真空蒸着装置内にセットして、圧力４×１０−４Ｐａ以下でＮｉおよびＴｉをエレクトロンビーム法により膜厚がそれぞれ約５０ｎｍおよび３００ｎｍとなるように積層した。その後リフトオフ技術により、負極形成領域以外の金属膜をレジストとともに除去した。
【００６６】
次いで、反応性イオンエッチング装置のエッチング室内の電極上に半導体積層基板を載置し、エッチング室を１０−４Ｐａに減圧した後、エッチングガスとしてＣｌ２を供給してｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエッチングした。エッチング後、反応性イオンエッチング装置より取り出し、上記エッチングマスクを硝酸およびフッ酸により除去した。
【００６７】
（凹凸パターンの形成）
次に、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、ｐ型半導体層表面以外の部分にレジスト膜を形成した後、蒸着装置内に入れ、Ａｕ／Ｓｎを１５ｎｍ積層した。
次に、窒素雰囲気中において、２５０℃の温度で熱処理を行い、上記Ａｕ／Ｓｎの薄膜を粒状に凝集させ、金属微粒子からなるマスクを形成した。金属微粒子の直径は０．２〜１．５μｍの範囲であり、２×１０６個／ｍｍ２という高密度の金属微粒子層（マスク）が形成された。
次に、ｐ型半導体層表面を露出させるように、レジスト膜によってパターニングを行った後、一般的なドライエッチングを施した。
ここで、凹凸パターンを加工する領域には、上述の金属微粒子マスクが形成されているので、ドライエッチングにより、金属微粒子の形に添った形状で選択的にエッチングされ、ｐ型半導体層表面を、曲面を持った凹凸パターン形状に加工する事ができた。この凸部は、平面視円形であり、下端寸法の平均値は約０．７μｍ（直径）、高さＴの平均値は約１．０μｍであった。また凸部間距離の平均値は０．８μｍで、この値に対する標準偏差は５０％であった。
【００６８】
（透光性正極の形成）
次に、公知のフォトリソグラフィー技術及びリフトオフ技術を用いて、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層表面の正極を形成する領域にのみ、厚さ１ｎｍのＮｉコンタクトメタル層、ＩＴＯからなる電流拡散層（透光性正極）を形成した。電流拡散層の形成においては、まず、窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した基板を真空スパッタ装置内に入れ、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層上にＩＴＯを１μｍ積層した。そして、真空室から取り出した後、透明化のための熱処理を実施した。
【００６９】
（ボンディングパッドの形成）
次に、正極ボンディングパッド１７および負極ボンディングパッド１８を、以下のような手順で形成した。
まず、通常、リフトオフと呼ばれる周知の手順に則って処理し、さらに、同様の積層方法により、ＩＴＯ膜上の一部にＡｕからなる第１の層、Ｔｉからなる第２の層、Ａｌからなる第３の層、Ｔｉからなる第４の層、Ａｕからなる第５の層を順に積層し、５層構造の正極ボンディングパッド１７を形成した。ここで、Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなる各層の厚さは、それぞれ、５０／２０／１０／１００／２００ｎｍとした。
【００７０】
次に、負極ボンディングパッド１８を、上述した反応性イオンエッチング法により露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上に、以下の手順により形成した。
まず、レジストを、ｎ型ＧａＮコンタクト層の露出した領域全面に一様に塗布した後、公知のリソグラフィー技術を用いて、露出したｎ型ＧａＮコンタクト層上の負極形成部分からレジストを除去した。そして、通常用いられる真空蒸着法により、半導体側から順に、Ｔｉが１００ｎｍ、Ａｕが２００ｎｍの厚さとされた負極ボンディングパッド１８を形成した。その後、レジストを公知の方法により除去した。
【００７１】
このようにして、正極および負極を形成したウエーハを、基板１１裏面を研削・研磨することにより、基板１１の板厚を８０μｍまで薄くして、レーザスクライバを用いて半導体積層側から罫書き線を入れた後、押し割って、３５０μｍ角のチップに切断した。
【００７２】
（駆動電圧（Ｖｆ）及び発光出力（Ｐｏ）の測定）
これらのチップを、プローブ針による通電で電流印加値２０ｍＡにおける順方向電圧（駆動電圧：Ｖｆ）の測定をしたところ３．３Ｖであった。
また、チップをＴＯ−１８缶パッケージに実装して、テスターによって発光出力を計測したところ、印加電流２０ｍＡにおける発光出力は１２ｍＷを示した。また、その発光面の発光分布は透光性正極表面の全面で発光しているのが確認できた。
【００７３】
（配光性の測定）
上述のチップをＴＯ−１８缶パッケージに実装した状態として、配光性を測定した。配光性測定には、オプトサイエンス社製のＬＥＤ−１１００を用いた。
まず、チップの上方に設置したディテクタを、チップの一つの辺に平行でチップと同じ距離を保つ軌道に沿って動かし、発光強度を測定した。次に、その辺と直交する辺に平行でチップと同じ距離を保つ軌道に沿ってディテクタを動かし、発光強度を測定した。ディテクタとチップ中心を結んだ線が基板面となす角度に対する発光強度の分布は、何れの辺にそって測定した場合も差がなかった。
【００７４】
［実験例２〜１０］
金属微粒子を表１に示す材料とし、また、表１に示す加熱温度で熱処理を行った点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【００７５】
［実験例１１］
ｐ型半導体層表面に凸部からなる凹凸パターンを形成しなかった点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【００７６】
［実験例１２〜１３］
ｐ型半導体層表面の凸部平均距離及び標準偏差が、表１に示す値となるように形成した点を除き、実施例１と同様にして窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を作製した。
【００７７】
上記実験例１〜１３の凹凸形成条件、凸部距離、及び素子特性の一覧を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2007103891.tif 000003
【００７９】
表１に示す素子特性の評価結果より、ｐ型半導体層表面に無秩序な凹凸面が形成された実験例１〜１０の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、凸部平均距離が何れも０．０５〜１．５μｍの範囲内であり、また、凸部平均距離に対する標準偏差が１０〜８０％の範囲内となっている。
また、実験例１〜１０に示す本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、何れも発光出力が１１ｍＷ以上となっている。
【００８０】
また、実験例２の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、金属微粒子マスクの材料としてＮｉを用いており、金属微粒子マスクの融点が１４５５℃と非常に高く、マスク形成の際の熱処理温度も６００℃となっているが、凸部平均距離に対する標準偏差は５５％となっている。
【００８１】
また、ｐ型半導体層表面に凹凸パターンを形成しなかった実験例１１の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、発光出力が９ｍＷとなっている。
【００８２】
また、実験例１２に示す窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、凸部間の平均距離が１．８μｍであり、この平均距離に対する標準偏差が５０％となっている。実験例１２の発光素子は、発光出力が９ｍＷであった。
【００８３】
また、実験例１３の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子では、凸部間の平均距離が０．８μｍであり、この平均距離に対する標準偏差が８５％となっている。実験例１３の発光素子は、発光出力が９ｍＷであった。
【００８４】
以上の結果により、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子が、光取り出し効率に優れ、高い素子特性を有していることが明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によって提供される窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、従来、非発光であった領域を発光させることにより、小さいサイズであっても高い発行出力を得られるとともに、生産性向上の効果も期待できる。また、窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いてランプを構成する場合、樹脂材料との物理的接触性を向上させることで、従来よりも発光出力の高いＬＥＤランプを作製することが可能となる。従って、産業上非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的に説明する図であり、断面構造を示す図である。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的に説明する図であり、平面視構造を示す図である。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を模式的に説明する図であり、窒化ガリウム系化合物半導体の積層構造体の断面図である。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子を用いて構成したランプを模式的に説明する図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…窒化ガリウム系化合物半導体発光素子、１１…基板、１２…バッファ層、１３…ｎ型半導体層、１４…発光層、１５…ｐ型半導体層、１６…透光性正極、１６ａ…表面、１７…正極ボンディングパッド、１８…負極ボンディングパッド、２１…基板、２２…バッファ層、２３…ｎ型半導体層、２４…発光層、２５…ｐ型半導体層、２６…透光性正極、２７…負極ボンディングパッド、３０…ランプ
【図１】
2007103891.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007103891.tif 000006
【図４】
2007103891.tif 000007