(57)【要約】【課題】キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０では、半導体発光層１５は第１導電型の第１半導体層１２と第２導電型の第２半導体層１４の間に設けられている。網目状の第１電極１６は、半導体発光層１５と反対側の第１半導体層１２上に設けられている。ドット状の第２電極１８ａは、半導体発光層１５と反対側の第２半導体層１４上に、第２半導体層１４の表面に対して平行な平面視で第１電極１６の網目の中心と重なるように設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の第１半導体層と、
第２導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた半導体発光層と、
前記半導体発光層と反対側の前記第１半導体層上に設けられた網目状の第１電極と、
前記半導体発光層と反対側の前記第２半導体層上に、前記第２半導体層の表面に対して平行な平面視で前記第１電極の前記網目の中心と重なるように設けられたドット状の第２電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
第１導電型の第１半導体層と、
第２導電型の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に設けられた半導体発光層と、
前記半導体発光層と反対側の前記第１半導体層上に設けられた網目状の第１電極と、
前記半導体発光層と反対側の前記第２半導体層上に、前記第２半導体層の表面に対して平行な平面視で前記第１電極の前記網目の中心と重なるように設けられたドット状の第２電極と、
前記半導体発光層と反対側の前記第２半導体層上であって、前記ドット状の第２電極を除く領域に設けられた絶縁膜と、
前記ドット状の第２電極上および前記絶縁膜上に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられた支持基板と、
前記支持基板に設けられた第３電極と、
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
前記網目が、正六角形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２半導体層は、前記第１半導体層より薄い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５】
前記第１半導体層上に設けられ、前記半導体発光層から放出される光に対して透光性を有する透明導電膜を具備し、
前記第１電極は前記透明導電膜上に設けられてい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６】
前記透明導電膜の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物半導体発光素子には、Ｐ型窒化物半導体層上に網目状の開口部を有するＰ側透光性薄膜電極を形成し、Ｎ型窒化物半導体層の全面にＮ側電極を形成し、窒化物半導体層に流れる電流の分布を均一化するとともに、電極による遮蔽を少なくして光を取り出せるように構成されているものがある。
【０００３】
この窒化物半導体発光素子では、Ｐ側透光性薄膜電極から注入されたキャリアがＰ側透光性薄膜電極で広げられ、Ｎ側電極から注入されたキャリアと発光層で再結合する。これにより、広い発光領域で、均一な発光が得られている。
【０００４】
然しながら、電流を均一に拡げるほどキャリア密度が低下するので、非発光再結合の割合が大きくなり、発光効率自体は低下する問題がある。通電電流を増やせばキャリア密度を増加させることができるが、電圧降下による発熱などに起因して、発光効率は必ずしも向上しないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの実施形態によれば、半導体発光素子では、半導体発光層は第１導電型の第１半導体層と第２導電型の第２半導体層の間に設けられている。網目状の第１電極は、前記半導体発光層と反対側の前記第１半導体層上に設けられている。ドット状の第２電極は、前記半導体発光層と反対側の前記第２半導体層上に、前記第２半導体層の表面に対して平行な平面視で前記第１電極の前記網目の中心と重なるように設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１に係る半導体発光素子を示す図。
【図２】実施例１に係る比較例の半導体発光素子を示す断面図。
【図３】実施例１に係る半導体発光素子の電流フローを比較例と対比して示す図。
【図４】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図５】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図６】実施例１に係る半導体発光素子の製造工程を順に示す断面図。
【図７】実施例１に係る別の半導体発光素子を示す平面図。
【図８】実施例２に係る半導体発光素子を示す断面図。
【図９】実施例２に係る半導体発光素子の電流フローを示す図。
【図１０】実施例２に係る別の半導体発光素子の要部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１０】
本実施例に係る半導体発光素子について、図１を用いて説明する。図１は本実施例の半導体発光素子を示す図で、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断し矢印方向に眺めた断面図である。本実施例の半導体発光素子は、窒化物半導体による青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。
【００１１】
図１に示すように、本実施例の半導体発光素子１０では、半導体積層体１１は、第１導電型の第１半導体層であるＮ型ＧａＮクラッド層１２と、第２導電型の第２半導体層であるＰ型ＧａＮクラッド層１３およびＰ型ＧａＮコンタクト層１４と、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２とＰ型ＧａＮクラッド層１３の間に設けられた半導体発光層１５とを有する窒化物半導体積層体である。
【００１２】
半導体発光層１５と反対側のＮ型ＧａＮクラッド層１２上に、細線が周辺部まで網目状に張り巡らされてなる網目状の第１電極１６が設けられている。Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の中央部にはワイヤをボンディングするためのパッド電極１６ａが設けられている。
【００１３】
第１電極１６は、例えばＮ型ＧａＮ層とオーミックコンタクトが可能なチタン（Ｔｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の積層膜である。パッド電極１６ａは、例えば金膜である。
【００１４】
本実施例では、網目は正六角形である。正六角形は、平面を隙間なく敷き詰めることができる図形である（平面充填）。
【００１５】
半導体発光層１５と反対側のＰ型ＧａＮコンタクト層１４上に、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４の表面に対して平行な平面視で第１電極１６の各網目の中心と重なるようにドット状の第２電極１８ａが設けられている。ドット状の第２電極１８ａは各網目に対応して複数設けられている。ドット状の第２電極１８ａは、例えばＰ型ＧａＮとオーミックコンタクトが可能な金（Ａｕ）膜である。
【００１６】
ドットは原理的には点であるが、ドット状の第２電極１８ａとＰ型ＧａＮコンタクト層１４とのコンタクト抵抗などで決まる適当なサイズが存在する。ドットの形状は網目内の電流の面内分布が対称になるように、網目と相似な形状とするとよい。
【００１７】
半導体発光層１５と反対側のＰ型ＧａＮコンタクト層１４上であって、ドット状の第２電極１８ａを除く領域に絶縁膜１７が設けられている。絶縁膜１７はドット状の第２電極１８ａを囲むように設けられている。絶縁膜１７は、電流ブロック層として機能する。
【００１８】
絶縁膜１７上に、複数のドット状の第２電極１８ａが共通接続された引き出し電極１８ｂが設けられている。ドット状の第２電極１８ａと引き出し電極１８ｂを総称して、第２電極１８と称する。
【００１９】
絶縁膜１７は、例えばシリコン酸化膜である。絶縁膜１７は半導体発光層１５から放射される光に対して透光性有していることが望ましい。引き出し電極１８ｂを光反射膜として利用することができる。
【００２０】
半導体積層体１１は、引き出し電極１８ｂおよび接合層１９（金属層）を介して導電性の支持基板２０に接合されている。接合層１９と反対側の支持基板２０には基板電極２１（第３電極）が形成されている。
【００２１】
接合層１９は、例えば金錫（ＡｕＳｎ）合金膜である。支持基板２０は、例えばシリコン基板である。基板電極２１は、例えば金またはアルミニウム（Ａｌ）膜である。
【００２２】
パッド電極１６ａと基板電極２１の間に電圧を印加することにより、半導体発光素子１０に電流が流れ、半導体発光層１５に注入されたキャリアが発光再結合し、例えばピーク波長が約４５０ｎｍの光が放出される。
【００２３】
なお、半導体積層体１１については周知であるが、以下簡単に説明する。Ｎ型ＧａＮクラッド層１２は、半導体発光層１５、Ｐ型ＧａＮクラッド層１３、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４をエピタキシャル成長させるための下地単結晶層を兼ねており、例えば約２乃至５μｍと厚く形成されている。
【００２４】
半導体発光層１５は、例えばＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層とが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）である。
【００２５】
ＩｎＧａＮ障壁層は、例えば厚さが１０ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．０５である。ＩｎＧａＮ井戸層は、例えば厚さが２．５ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．２である。ＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層は、例えば８組形成されている。
【００２６】
上述した半導体発光素子１０は、半導体活性層１５においてドット状の第２電極１８ａに対向する領域の電流密度を周りより高くすることにより、半導体活性層１５内に局所的にキャリア密度の高い領域を作り出すように構成されている。
【００２７】
半導体発光素子の発光効率は、電子と正孔のペアが発光に係る発光再結合寿命と、欠陥に捕まって熱となるのに係る非発光再結合寿命のバランスで決定される。
【００２８】
非発光再結合にはキャリア密度の３乗に比例するオージェ再結合とキャリア密度に比例するショックレー・リード・ホール（ＳＲＨ）再結合がある。キャリア密度の小さい低電流の場合、およびオージェ再結合が起こりにくい半導体では、ＳＲＨ再結合の影響が大きくなる。
【００２９】
その場合、半導体発光素子の発光効率は、主にキャリア密度の自乗に比例する発光再結合確率と、ＳＲＨ非発光再結合確率に支配されることになる。
【００３０】
半導体発光層１５内にキャリア密度の疎密を設けることにより、キャリア密度が高い領域は発光再結合確率がＳＲＨ非発光再結合確率より十分大きくなり、発光効率が相対的に大きくなる。
【００３１】
一方、キャリア密度が低い領域は発光再結合確率とＳＲＨ非発光再結合確率の差が縮まり発光効率は相対的に小さくなる。
【００３２】
従って、キャリア密度が高い領域とキャリア密度が低い領域の割合およびその面内分布を最適化することにより、全体として発光効率を向上させることが可能である。
【００３３】
半導体発光層１５に流れる電流分布を単に均一化する場合より、高い発光効率を得ることが可能である。
【００３４】
電流は、パッド電極１６ｂから網目状の第１電極１６に沿って半導体発光素子１０の周辺まで略均一に広がる。第１電極１６の網目の各辺からＮ型ＧａＮ層１２に流入する電流２２は、網目の中心に重なるように設けられたドット状の第２電極１８ａに向かって流れる。
【００３５】
Ｐ型ＧａＮクラッド層１３およびＰ型ＧａＮコンタクト層１４は、Ｎ型ＧａＮ層１２より十分薄く且つ抵抗が高いので、Ｐ型ＧａＮクラッド層１３、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４などのＰ型層に沿っての電流の広がりは無視することができる。
【００３６】
その結果、半導体発光層１５においてドット状の第２電極１８ａに対向する領域に電流が集中し、電流集中領域２３が生じる。電流集中領域２３のキャリア密度は周りより高くなり、光強度の高い発光領域２４が得られる。
【００３７】
正六角形の網目の大きさは、隣接する発光領域２４同士が干渉しないように数十μｍ乃至１００μｍ程度が好ましい。これにより、六角格子の中心に光を集中した点を高密度に配置することができる。また、第１電極１６の細線による光の遮蔽も少ないため、発光効率も向上し、大出力化が可能になる。
【００３８】
図２は比較例の半導体発光素子を示す断面図である。比較例の半導体発光素子とは、Ｐ型ＧａＮコンタクト層と第２電極が全面で接触している半導体発光素子のことである。
【００３９】
図２に示すように、比較例の半導体発光素子３０は、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４上に第２電極３１が設けられている。Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４と第２電極３１は全面で接触している。電流３２は、第１電極１６の各辺から第２電極３１に向かって略垂直に流れる。
【００４０】
図３は半導体発光素子１０の電流フローを半導体発光素子３０の電流フローと対比して示す図である。図３（ａ）−１、図３（ａ）−２は半導体発光素子１０の電流フローを示す図で、図３（ａ）−１はその平面図、図３（ａ）−２はその断面図である。図３（ｂ）−１、図３（ｂ）−２は半導体発光素子３０の電流フローを示す図で、図３（ｂ）−１はその平面図、図３（ｂ）−２はその断面図である。
【００４１】
図３に示すように、比較例の半導体発光素子３０では、電流フローは以下のようになる。電流３２は第１電極１６の真下が一番強く、第１電極１６から離れるに従って弱くなる。第１電極１６の中心には、電流はほとんど流れない。
【００４２】
その結果、第１電極１６の真下の発光強度が高くなるが、第１電極１６に遮蔽されるので、光を効率的に取り出すことができない。
【００４３】
一方、本実施例の半導体発光素子１０では、電流フローは以下のようになる。上述したように電流２２は第１電極１６の各辺からドット状の第２電極１８ｂに向けて集中する。電流密度は六角形の面積とドット状の第２電極１８ａの面積の比に応じて増加する。また、第１電極１６の直下には、電流はほとんど流れない。
【００４４】
その結果、第１電極１６の中心部の発光強度が高くなり、光は第１電極１６に遮蔽されることもなく、効率的に取り出される。
【００４５】
次に、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。図４乃至図６は半導体発光素子１０の製造工程を順に示す断面図である。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により、エピタキシャル成長用の基板５１にＮ型ＧａＮクラッド層１２、半導体発光層１５、Ｐ型ＧａＮクラッド層１３およびＰ型ＧａＮコンタクト層１４を順にエピタキシャル成長させて半導体積層体１１を形成する。
【００４７】
半導体積層体１１の製造プロセスについては周知であるが、以下簡単に説明する。基板５１としてＣ面サファイア基板を用い、前処理として、例えば有機洗浄、酸洗浄を施した後、ＭＯＣＶＤ装置の反応室内に収納する。
【００４８】
次に、例えば窒素（Ｎ２）ガスと水素（Ｈ２）ガスの常圧混合ガス雰囲気中で、高周波加熱により、基板５１の温度を、例えば１１００℃まで昇温する。これにより、基板５１の表面が気相エッチングされ、表面に形成されている自然酸化膜が除去される。
【００４９】
次に、Ｎ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばアンモニア（ＮＨ３）ガスと、トリメチルガリウム（ＴＭＧ：Tri-Methyl Gallium）ガスを供給し、Ｎ型ドーパントとして、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給し、厚さ４μｍのＮ型ＧａＮクラッド層１２を形成する。
【００５０】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスおよびＳｉＨ４ガスの供給を停止し、基板５１の温度を１１００℃より低い温度、例えば８００℃まで降温し、８００℃で保持する。
【００５１】
次に、Ｎ２ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとして、例えばＮＨ３ガス、ＴＭＧガスおよびトリメチルインジウム（ＴＭＩ：Tri-Methyl Indium）ガスを供給し、厚さ１０ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．０５のＩｎＧａＮ障壁層を形成し、ＴＭＩガスの供給を増やすことにより、厚さ２．５ｎｍ、Ｉｎ組成比が０．２のＩｎＧａＮ井戸層を形成する。
【００５２】
次に、ＴＭＩガスの供給を増減することにより、ＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層の形成を、例えば８回繰返す。これにより、半導体発光層１５が得られる。
【００５３】
次に、ＴＭＧガス、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＩガスの供給を停止し、アンドープで厚さ５ｎｍのＧａＮキャップ層（図示せず）を形成する。
【００５４】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスの供給を停止し、Ｎ２ガス雰囲気中で、基板５１の温度を８００℃より高い温度、例えば１０３０℃まで昇温し、１０３０℃で保持する。
【００５５】
次に、Ｎ２ガスとＨ２ガスの混合ガスをキャリアガスとし、プロセスガスとしてＮＨ３ガス、ＴＭＧガス、Ｐ型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給し、厚さが４０ｎｍ、Ｍｇ濃度が１Ｅ２０ｃｍ−３程度のＰ型ＧａＮクラッド層１３を形成する。
【００５６】
次に、Ｃｐ２Ｍｇの供給を増やして、厚さ１０ｎｍ、Ｍｇ濃度が１Ｅ２１ｃｍ−３程度のＰ型ＧａＮコンタクト層１４を形成する。
【００５７】
次に、ＮＨ３ガスは供給し続けながらＴＭＧガスの供給を停止し、キャリアガスのみ引き続き供給し、基板５１を自然降温する。ＮＨ３ガスの供給は、基板５１の温度が５００℃に達するまで継続する。これにより、基板５１に半導体積層体１１が形成され、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４が表面になる。
【００５８】
次に、図４（ｂ）に示すように、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４上に絶縁膜１７として、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により厚さが約１００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。フォトリソグラフィ法により絶縁膜１７に図１に示す第１電極１６の中心に対応する開口１７ａ形成する。
【００５９】
次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁膜１７上に第２電極１８として、例えばスパッタリング法により開口１７ａを埋めるように厚さが約１μｍの金膜を形成し、熱処理を施す。
【００６０】
これにより、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４と接触する金膜が合金化し、ドット状の第２電極１８ｂになる。絶縁膜１７上に形成された金膜はそのまま残置され、引き出し電極１８ｂになる。
【００６１】
次に、図５（ａ）に示すように、導電性の支持基板２０の一方の面に接合層１９として、例えば蒸着法により厚さが約２μｍの金錫合金（ＡｕＳｎ）膜を形成する。支持基板２０の他方の面に基板電極２１として、例えばスパッタリング法により厚さ約１μｍの金膜を形成する。
【００６２】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板５１を反転して第２電極１８と接合層１９を対向させ、基板５１と支持基板２０を重ね合わせる。
【００６３】
次に、図６（ａ）に示すように、基板５１と支持基板２０を加圧、加熱して金錫合金膜を溶融させ、基板５１と支持基板２０を接合する。ＡｕＳｎは３００℃程度に加熱されると溶融状態になるので、引き出し電極１８ｂと接合層１９が融着する。
【００６４】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばレーザリフトオフ法により、基板５１を除去する。レーザリフトオフ法とは、高出力のレーザ光を照射することにより物質内部を部分的に加熱分解し、分解した部分を境に分離する手法である。
【００６５】
具体的には、基板５１を通過しＮ型ＧａＮクラッド層１２で吸収されるレーザを照射し、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２を解離させて、基板５１とＮ型ＧａＮクラッド層１２を分離する。
【００６６】
例えばＮｄ−ＹＡＧレーザの第４高調波（２６６ｎｍ）を基板５１側から照射する。この光に対してサファイアは透明なので、照射された光は基板５１を透過してＮ型ＧａＮクラッド層１２で有効に吸収される。
【００６７】
基板５１との界面近傍のＮ型ＧａＮクラッド層１２には多くの結晶欠陥が存在するために、吸収された光はほとんど全てが熱に変換され、２ＧａＮ＝２Ｇａ＋Ｎ２（ｇ）↑なる反応が生じ、ＧａＮはＧａとＮ２ガスに解離する。
【００６８】
基板５１とＮ型ＧａＮクラッド層１２の間には解離したＧａ層５２が残置され、解離したＮ２ガスはＧａ層５２中を拡散して外部に放出される。
【００６９】
レーザは基板５１との界面近傍のＮ型ＧａＮクラッド層１２に焦点を合わせることが適当である。レーザは、連続光（ＣＷ）でも、パルス光（ＰＷ）でもよいが、尖頭出力の高いパルス光であることが望ましい。
【００７０】
尖頭出力の高いパルスレーザとしては、ピコ秒からフェムト秒オーダの超短パルス光が出力可能なＱスイッチレーザ、モードロックレーザなどが適している。
【００７１】
第１レーザ３５のパルス幅、ピークエネルギー、繰り返し周波数、移動速度などを適宜選択することにより、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の熱分解は、発生した熱が拡散する間もない極めて短い時間でおこなうことができる。
【００７２】
次に、ホットプレート上で支持基板２０を４０℃程度に加熱する。Ｇａは４０℃程度に加熱されると溶融状態になるので、半導体積層体１１と基板５１を分離することができる。Ｇａ（融点〜３０℃）が溶融状態になる温度は、ＡｕＳｎの融点（〜２８０℃）より十分低い。
【００７３】
次に、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２上に残置されたＧａ層５２を温水、もしくは塩酸に浸漬して除去する。塩素（Ｃｌ２）系ガスを用いたドライエッチング法によりＮ型ＧａＮクラッド層１２をエッチバックし、レーザの照射によるダメージを除去する。
【００７４】
その後、例えばリフトオフ法によりＮ型ＧａＮクラッド層１２上に網目状の第１電極１６を形成する。
【００７５】
具体的には、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２上に、フォトリソグラフィ法により先に形成したドット状の第２電極１８ａと位置合わせして網目状の第１電極１６に対応する開口パターンを有するレジスト膜を形成する。レジスト膜の厚さは、第１電極１６の厚さより厚くしておく。
【００７６】
レジスト膜が形成されたＮ型ＧａＮクラッド層１２上に金膜を形成し、溶剤を用いてレジスト膜を除去する。レジスト膜上の金膜は除去され、残置された金膜が網目状の第１電極１６になる。これにより、図１に示す半導体発光素子１０が得られる。
【００７７】
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子１０では、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２上に網目状の第１電極１６が設けられ、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４上に第１電極１６の網目の中心に重なるようにドット状の第２電極１８ａが設けられている。
【００７８】
その結果、電流を周辺部まで広げて、ドット状の第２電極１８ａに集中させることにより、半導体発光層１５内に局所的に高キャリア密度領域が作り出される。高キャリア密度領域では周りより発光効率が大きくなる。
【００７９】
従って、キャリア密度に疎密を設けて全体として発光効率を向上させた半導体発光素子が得られる。半導体発光層１５内に局所的にキャリア密度の高い領域を形成する位置およびキャリア密度の最適化が容易である。
【００８０】
ここでは、網目が正六角形である場合について説明したが、平面充填可能な他の形状、例えば正方形、正三角形でも実施することは可能である。但し、網目の中心から各辺の中央までの距離と、網目の中心から各辺の端部までの距離の差が大きくなるで、電流密度の面内均一性が低下する恐れがある。特に支障がない限り、網目は正六角形が適している。
【００８１】
金膜である引き出し電極１８ｂを光反射膜として利用する場合について説明したが、光反射膜として金より光反射率の高い銀（Ａｇ）を用いることにより、更に光出力を増加させることができる。
【００８２】
その場合、ドット状の第２電極１８ａと引き出し電極１８ｂを銀と金の積層膜とするとよい。初めに、例えばスパッタリング法により厚さ約３００ｎｍの銀膜を形成し、続いて厚さ約７００ｎｍの金膜を形成する。次に、熱処理を施す。
【００８３】
これにより、Ｐ型ＧａＮコンタクト層１４と接触する銀膜が合金化し、金でオーバーコートされた２層のドット状の第２電極１８ｂになる。絶縁膜１７上に形成された銀膜はそのまま残置され、金でオーバーコートされた２層の引き出し電極１８ｂになる。
【００８４】
金でオーバーコートすることにより、製造プロセス中での銀の変質（酸化、硫化）、マイグレーションなどによるトラブルが未然に防止される。また、銀は金よりも比抵抗が低く、熱伝導率も高いので、電気特性、熱特性など向上が期待される。
【００８５】
半導体積層体に、Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層および超格子バッファ層を設けることも可能である。図７は半導体積層体にＰ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層および超格子バッファ層が設けられた半導体発光素子を示す図である。
【００８６】
図７に示すように、半導体発光素子６０の半導体積層体６１では、半導体発光層１５とＰ型ＧａＮクラッド層１３の間にＰ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層６２が設けられている。
【００８７】
Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層６２は、例えば厚さが１０ｎｍ、Ａｌ組成比が０．１５である。Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層６２のバンドギャッブは、Ｐ型ＧａＮクラッド層１３のバンドギャッブより大きい。
【００８８】
周知のように、Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層６２は、半導体発光層１５に注入された電子が半導体発光層１５を突き抜けるのを抑制するので、半導体発光層１５内のキャリア密度が増加する。その結果、発光効率が向上する利点がある。
【００８９】
半導体発光層１５とＮ型ＧａＮクラッド層１２との間に超格子バッファ層６３が設けられている。超格子バッファ層６３は、組成が異なる第１のＩｎＧａＡｌＮ層と第２のＩｎＧａＡｌＮ層が交互に積層されている。
【００９０】
周知のように、超格子バッファ層６３は、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２から転位などの結晶欠陥が半導体発光層１５に伝播するのを抑制するので、半導体発光層１５の結晶性が向上する。その結果、発光効率が向上する利点がある。
【００９１】
支持基板２０がシリコン基板である場合について説明したが、導電性を有するその他の基板、例えば金属基板、導電性セラミックス基板などを用いることも可能である。
【実施例２】
【００９２】
本実施例に係る半導体発光素子について図８を用いて説明する。図８は本実施例の半導体発光素子を示す断面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。
【００９３】
本実施例が実施例１と異なる点は、Ｎ型ＧａＮクラッド層上に透明導電膜を設けたことにある。
【００９４】
即ち、図８に示すように、本実施例の半導体発光素子７０は、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２上に半導体発光層１５から放出される光に対して透光性を有する透明導電膜７１が設けられている。
【００９５】
透明導電膜７１は、例えば厚さ０．１乃至０．２μｍのＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜である。網目状の第１電極１６は、透明導電膜７１上に設けられている。透明導電膜７１により、半導体発光素子７０の周辺まで電流を広げるのが容易になる。
【００９６】
電流を広げるためにはＩＴＯ膜を厚くした方が良い。一方、ＩＴＯ膜はわずかであるが光を吸収してしまうため、光を取り出すためには薄い方が好ましい。以後、透明導電膜をＩＴＯ膜とも記す。
【００９７】
透明導電膜７１は、半導体積層体１１の側面に沿って流れる表面電流を抑制するために、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２のエッジより距離Ｌ１、例えば１０μｍだけ内側に形成されている。距離Ｌ１は、半導体発光層１５に注入される少数キャリアの拡散長（μｍオーダ）の１０倍以上が好ましい。
【００９８】
Ｎ型ＧａＮクラッド層１２は、例えば不純物濃度が２Ｅ１８ｃｍ−３、移動度が３００乃至４００ｃｍ２／Ｖ・ｓ程度なので、抵抗率は８Ｅ−３乃至１Ｅ−２Ωｃｍである。Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の厚さが４μｍのとき、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２のシート抵抗ρｓ１は、２０乃至２５Ω／□となる。
【００９９】
透明導電膜７１の抵抗率は、製法や条件により異なるが、２Ｅ−４Ωｃｍとすることは可能である。透明導電膜７１のシート抵抗ρｓ２は、十分な透過率、例えば８０％以上が得られる厚さである０．２μｍ以下でも、１２Ω／□以下となる。
【０１００】
図９は半導体発光素子７０の電流フローを図１に示す半導体発光素子１０の電流フローと対比して示す図で、図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）はその断面図である。
【０１０１】
図９に示すように、半導体発光素子７０では、電流フローは以下のようになる。電流７２は、網目状の第１電極１６の各辺から透明導電膜７１中に流れ込み、透明導電膜７１に沿って網目の中心に向かって流れる。
【０１０２】
電流７２は、網目の中心付近で透明導電膜７１からＮ型ＧａＮコンタクト層１２中に流れ込み、Ｎ型ＧａＮコンタクト層１２の厚さ方向に沿ってドット状の第２電極１８ａに向かって流れる。
【０１０３】
その結果、半導体発光層１５中にドット状の第２電極１８ａの大きさと略等しい大きさを有する電流集中領域７３が生じる。電流集中領域７３は図３に示す電流集中領域２３より小さいので、キャリア密度がより高くなり、発光効率を向上させることが可能である。
【０１０４】
次に、半導体発光素子７０の製造方法について説明する。ＩＴＯ膜は、例えばスパッタリング法により形成する。一般に、スパッタリング等でＩＴＯ膜を形成すると、成膜時の基板温度、プラズマ密度、酸素分圧等に依存して、アモルファスＩＴＯと結晶質ＩＴＯが混在したＩＴＯ膜が得られることが知られている。
【０１０５】
例えば、基板温度で言えば、ＩＴＯの結晶化温度は１５０℃乃至２００℃付近にある。基板温度が結晶化温度付近にあると、アモルファスＩＴＯと結晶質ＩＴＯが混在したＩＴＯ膜が得られる。
【０１０６】
ＩＴＯ膜に、アモルファスＩＴＯに囲まれるように結晶質ＩＴＯが分散してピラー状に存在していることは、断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）観察および電子線回折パターン等から確かめられている。
【０１０７】
次に、ＩＴＯ膜上にレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとしてＩＴＯ膜をエッチングする。ＩＯＴ膜のエッチングは、例えば塩酸と硝酸の混酸によりおこなう。エッチングは、結晶質ＩＴＯおよびアモルファスＩＴＯがともに除去されるまでおこなう。
【０１０８】
このとき、レジスト膜下のＩＴＯ膜がサイドエッチングされる。アンダーカット幅が距離Ｌ１になるようにエッチング条件を調整する。
【０１０９】
結晶質ＩＴＯのエッチング速度は、アモルファスＩＴＯのエッチング速度より遅くなる。結晶質ＩＴＯのエッチング速度は、例えば５０乃至１００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。アモルファスＩＴＯエッチング速度は、例えば１００乃至５００ｎｍ／ｍｉｎ程度である。
【０１１０】
なお、結晶質ＩＴＯは、残渣として残留し易いため、超音波を印加してエッチングするか、またはエッチング後に超音波洗浄を施して物理的に除去することが望ましい。
【０１１１】
次に、ＩＴＯ膜とＮ型ＧａＮクラッド層１２のオーミックコンタクトをとるために、熱処理を施す。熱処理は、例えば窒素中、もしくは窒素と酸素の混合雰囲気中で、温度４００乃至７５０℃程度、時間１乃至２０分程度が適当である。熱処理は、ＩＴＯ膜の結晶化を促進し、ＩＴＯ膜の導電率を高める効果もある。
【０１１２】
以上説明したように、本実施例の半導体発光素子７０では、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２上に透明導電膜７１を設け、透明導電膜７１上に網目状の第１電極１６を設けている。その結果、網目の中心まで電流が広がるので、半導体発光層１５中にドット状の第２電極１８ａの大きさと略同じ大きさの電流集中領域７３が生じる。
【０１１３】
電流集中領域７３は図３に示す電流集中領域２３より小さいので、キャリア密度がより高くなり、発光効率を向上させることができる利点がある。
【０１１４】
ここでは、透明導電膜７１がＩＴＯ膜である場合について説明したが、その他の透明導電膜、例えばＺｎＯ膜、Ｓｎ２Ｏ膜などでも同様に実施することができる。
【０１１５】
透明導電膜７１が平坦な膜である場合について説明したが、表面に凹凸が設けられた透明導電膜とすることも可能である。図１０は透明導電膜の表面に凹凸が設けられた半導体発光素子の要部を示す断面図である。
【０１１６】
図１０に示すように、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の表面に凸部８１ａと凹部８１ｂで構成される凹凸を有する透明導電膜８１が設けられている。凸部８１ａは主に結晶質ＩＴＯからなり、凹部８１ｂは主にアモルファスＩＴＯからなっている。
【０１１７】
Ｎ型ＧａＮクラッド層１２側から透明導電膜８１の表面に入射する光の入射角度は、透明導電膜８１の表面に設けられた凹凸に応じて種々変化する。その結果、透明導電膜８１と大気の界面で全反射される光の割合が減少するので、光取り出し効率が向上する利点がある。
【０１１８】
表面に凹凸が設けられた透明導電膜８１は、結晶質ＩＴＯとアモルファスＩＴＯのエッチング速度の差を利用して形成することができる。上述したように、結晶質ＩＴＯとアモルファスＩＴＯの選択比は、２乃至５程度と見込まれる。
【０１１９】
透明導電膜８１を塩酸と硝酸の混酸でエッチングする際に、エッチング速度の速いアモルファスＩＴＯを全て除去せず、一部が残置されるようにエッチング条件を調整する。これにより、表面に凹凸が設けられた透明導電膜８１が得られる。
【０１２０】
なお、透明導電膜８１は、凹凸を形成するエッチングによる目減り分を見込んで予め厚目に形成しておくとよい。
【０１２１】
なお、凹凸の形成は、ウエットエッチングだけでなく、ドライエッチング、例えはＣＤＥ（Chemical Dry Etching）、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）でも形成することは可能である。
【０１２２】
また、Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の表面に凹凸を設け、表面に凹凸が設けられたＮ型ＧａＮクラッド層１２に透明導電膜８１を設けることも可能である。Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の表面に凹凸を設けるのは、例えば次のように行う。
【０１２３】
Ｎ型ＧａＮクラッド層１２の表面をＫＯＨ水溶液によりエッチングする。ＧａＮはＫＯＨ水溶液に対するエッチングレードが小さいので、エッチングむらに起因してＮ型ＧａＮクラッド層１２の表面に凹凸を設けることが可能である。ＫＯＨ水溶液は、例えば濃度２０％〜４０％程度、温度６０℃〜７０℃程度が適当である。
【０１２４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１２５】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  前記網目が、正方形または正三角形である請求項１または請求項２に記載半導体発光素子。
【０１２６】
（付記２）  前記第１半導体層はＮ型ＧａＮクラッド層、前記第２半導体層はＰ型ＧａＮクラッド層およびＰ型ＧａＮコンタクト層である請求項１または請求項２に記載半導体発光素子。
【０１２７】
（付記３）  前記透明導電膜が、ＩＴＯ膜、ＺｎＯ膜またはＳｎ２Ｏ膜である請求項５に記載の半導体発光素子。
【０１２８】
（付記４）  前記半導体発光層は、Ｉｎｘ１Ｇａｙ１Ａｌ（１−ｘ１−ｙ１）Ｎ井戸層（０＜ｘ１＜１、０＜ｙ１≦１）と、Ｉｎｘ２Ｇａｙ２Ａｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｎ障壁層（０≦ｘ２＜ｘ１＜１、０＜ｙ１＜ｙ２≦１）が交互に積層された多重量子井戸である請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【０１２９】
（付記５）  前記第２半導体層と前記半導体発光層との間に、前記第２半導体層よりバンドギャップエネルギーの大きい第２導電型の第３半導体層を具備する請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【０１３０】
（付記６）  前記第３半導体層は、Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層である付記５に記載の半導体発光素子。
【０１３１】
（付記７）  前記第１半導体層と前記半導体発光層との間に、組成の異なる第１のＩｎＧａＡｌＮ層と第２のＩｎＧａＡｌＮ層が交互に積層された超格子バッファ層を具備する請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【０１３２】
（付記８）  前記透明導電膜は前記第１半導体層のエッジより内側に設けられ、前記透明導電膜のエッジと前記第１半導体層のエッジの間の距離が、前記半導体発光層に注入される少数キャリアの拡散長の１０倍以上である請求項５に記載の半導体発光素子。
【０１３３】
（付記９）
前記ドットが、前記網目と相似形である請求項１または請求項２に記載の半導体発光素子。
【符号の説明】
【０１３４】
１０、３０、６０、７０  半導体発光素子
１１、６１  半導体積層体
１２  Ｎ型ＧａＮクラッド層
１３  Ｐ型ＧａＮクラッド層
１４  Ｐ型ＧａＮコンタクト層
１５  半導体発光層
１６  第１電極
１６ａ  パッド電極
１７  絶縁膜
１７ａ  開口
１８、３１  第２電極
１９  接合層
２０  支持基板
２１  基板電極
２２、３２、７２  電流
２３、７３  電流集中領域
２４  発光領域
５１  基板
５２  Ｇａ層
６２  Ｐ型ＡｌＧａＮオーバフロー防止層
６３  超格子バッファ層
７１、８１  透明導電膜
８１ａ  凸部
８１ｂ  凹部
【図１】
2013093399.tif 000003
【図２】
2013093399.tif 000004
【図３】
2013093399.tif 000005
【図４】
2013093399.tif 000006
【図５】
2013093399.tif 000007
【図６】
2013093399.tif 000008
【図７】
2013093399.tif 000009
【図８】
2013093399.tif 000010
【図９】
2013093399.tif 000011
【図１０】
2013093399.tif 000012