(57)【要約】【課題】光取り出し効率が向上した半導体発光素子を提供する。【解決手段】半導体発光素子１は支持構造体６と発光構造体５とを備え、支持構造体６は、支持基板２０と、支持基板２０の表面上方に設けられる支持基板側接合層２００とを有し、発光構造体５は、支持基板側接合層２００と接合する発光構造側接合層１７０と、発光構造側接合層１７０の支持基板２０の反対側に設けられる反射領域と、反射領域の発光構造側接合層１７０の反対側に設けられる発光層１３５と、発光層１３５の反射領域の反対側において光を乱反射させる光取り出し面とを含む半導体積層構造１３０とを有し、反射領域は、半導体積層構造１３０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる透明層１４０と反射層１５０とを含み、透明層１４０は、透明層１４０に入射した光の多重反射による干渉が抑制される厚さを有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体と発光構造体とを備える半導体発光素子において、
前記支持構造体は、
支持基板と、
前記支持基板の一の表面の上方に設けられる支持基板側接合層と
を有し、
前記発光構造体は、
前記支持基板側接合層と接合する発光構造側接合層と、
前記発光構造側接合層の前記支持基板の反対側に設けられる反射領域と、
前記反射領域の前記発光構造側接合層の反対側に設けられ、所定の波長の光を発する発光層と、前記発光層の前記反射領域の反対側において前記光を乱反射させる光取り出し面とを含む半導体積層構造と
を有し、
前記反射領域は、前記半導体積層構造の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる透明層と金属材料からなる反射層とを含み、
前記透明層は、前記透明層に入射した前記光の多重反射による干渉が抑制される厚さを有する半導体発光素子。
【請求項２】
前記透明層は、前記発光層が発する前記光の中心波長を、前記透明層の屈折率で除した値の略半分以上の厚さを有する
請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記透明層は、約１．３から約３．０の間の屈折率を有し、前記発光層が発する前記光の中心波長を、前記屈折率で除した値の略４分の３以上の厚さを有する
請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記透明層は、約１．２から約３．０の間の屈折率を有し、前記発光層が発する前記光の中心波長を、前記屈折率で除した値の略４分の５以上の厚さを有する
請求項２に記載の半導体発光素子。
【請求項５】
前記発光構造体は、前記反射層と前記半導体積層構造との間の一部分に、前記半導体積層構造の前記光取り出し面の反対側の面と前記反射層とを電気的に接続する界面電極を有し、
前記半導体積層構造は、前記光取り出し面が設けられる側の表面の一部に表面電極を有し、
前記支持基板は、前記支持基板側接合層が設けられる面の反対側に裏面電極を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項６】
前記半導体積層構造は、第１導電型の半導体層と前記第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の半導体層との間に前記発光層を含み、前記光取り出し面が設けられる側の前記第１導電型の半導体層の表面の一部に第１電極を有し、前記第２導電型の半導体層の表面の一部に第２電極を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項７】
前記界面電極は、前記界面電極と前記半導体積層構造の前記反射層側の面とが接する部分の面積の割合が、前記半導体積層構造の前記反射層側の前記面の面積に対して、３０％以下に形成される
請求項５に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記光取り出し面は、算術平均面粗さが前記光の波長を前記光取り出し面を構成する半導体層の屈折率で除した値の略４分の１以上であり、当該光取り出し面の平均面の法線と、当該光取り出し面の表面の法線とが少なくとも１つの零でないなす角を持つ非平滑面を含む
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記光取り出し面は、凹状又は凸状の略半球形状を含む三次元構造体を複数有する
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記反射層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）、若しくは金、銀、銅、及びアルミニウムよりなる群から選択された金属を少なくとも１つ含む合金からなる
請求項１から９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、半導体発光素子に関する。特に、本発明は、光取り出し効率を向上させた半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光取り出し効率を向上させた半導体発光素子として、伝導性ホルダと、金属からなる反射層及び複数の界面電極を含み、厚さｄがλ／（４ｎ）である透明層を介して伝導性ホルダの上方に設けられ、発光層を含む複数の半導体層を有する半導体積層構造と、半導体積層構造上に形成される表面電極とを備え、複数の界面電極が、表面電極の直下を除く領域に設けられている半導体発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、λは、発光層が発する光の波長であり、ｎは、透明層の屈折率である。
【０００３】
ここで、半導体発光素子を構成する半導体層の屈折率は誘電体からなる透明層の屈折率よりも大きい。よって、半導体層と透明層との界面に入射する光のうち、全反射臨界角より大きい入射角を有する光は素子の外部に向かって放射されない。半導体層と透明層との界面に垂直に入射する光のみに着目すると、特許文献１に係る半導体発光素子のように、反射層と半導体積層構造との間に半導体積層構造を構成する半導体層の屈折率よりも低い屈折率を有する透明層を挟んで構成される反射領域の反射率は、透明層の厚さをｄとすると、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合に最大となる。
【０００４】
特許文献１に係る半導体発光素子によれば、発光層が発した光が反射層により外部に向けて反射されると共に、透明層の厚さをｄ＝λ／（４ｎ）に規定することにより、透明層と金属層とからなる反射領域に垂直に入射した光に対する反射特性を向上させることができるので、光取り出し効率を向上させることができる。また、この半導体発光素子の半導体積層構造の表面に粗面化処理を施すことにより光取り出し効率を向上させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特表２００５−５１３７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る半導体発光素子は、透明層の厚さを、反射領域に垂直に入射した光に対して最適化しているだけであり、反射領域に斜めに入射する光の成分についての最適化がなされていない。したがって、特許文献１に係る半導体発光素子では、反射領域に斜めに入射した光が反射領域内で多重反射することによりその強度が減衰することがあり、発光層が発する光のうち、反射領域に斜めに入射する光を半導体発光素子の外部に効率的に取り出すことが困難な場合がある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、反射領域に垂直及び斜めに入射した光を効率よく外部に放射させることにより、光取り出し効率が向上した半導体発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、支持構造体と発光構造体とを備える半導体発光素子において、支持構造体は、支持基板と、支持基板の一の表面の上方に設けられる支持基板側接合層とを有し、発光構造体は、支持基板側接合層と接合する発光構造側接合層と、発光構造側接合層の支持基板の反対側に設けられる反射領域と、反射領域の発光構造側接合層の反対側に設けられ、所定の波長の光を発する発光層と、発光層の反射領域の反対側において光を乱反射させる光取り出し面とを含む半導体積層構造とを有し、反射領域は、半導体積層構造の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる透明層と金属材料からなる反射層とを含み、透明層は、透明層に入射した光の多重反射による干渉が抑制される厚さを有する半導体発光素子が提供される。
【０００９】
また、上記半導体発光素子は、透明層は、発光層が発する光の中心波長を、透明層の屈折率で除した値の略半分以上の厚さを有してもよい。また、透明層は、約１．３から約３．０の間の屈折率を有し、発光層が発する光の中心波長を、屈折率で除した値の略４分の３以上の厚さを有してもよい。あるいは、透明層は、約１．２から約３．０の間の屈折率を有し、発光層が発する光の中心波長を、屈折率で除した値の略４分の５以上の厚さを有してもよい。
【００１０】
また、上記半導体発光素子は、発光構造体は、反射層と半導体積層構造との間の一部分に、半導体積層構造の光取り出し面の反対側の面と反射層とを電気的に接続する界面電極を有し、半導体積層構造は、光取り出し面が設けられる側の表面の一部に表面電極を有し、支持基板は、支持基板側接合層が設けられる面の反対側に裏面電極を有してもよい。
【００１１】
また、上記半導体発光素子は、半導体積層構造は、第１導電型の半導体層と第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の半導体層との間に発光層を含み、光取り出し面が設けられる側の第１導電型の半導体層の表面の一部に第１電極を有し、第２導電型の半導体層の表面の一部に第２電極を有してもよい。
【００１２】
また、上記半導体発光素子は、界面電極は、界面電極と半導体積層構造の反射層側の面とが接する部分の面積の割合が、半導体積層構造の反射層側の面の面積に対して、３０％以下に形成されてもよい。また、光取り出し面は、算術平均面粗さが光の波長を光取り出し面を構成する半導体層の屈折率で除した値の略４分の１以上であり、当該光取り出し面の平均面の法線と、当該光取り出し面の表面の法線とが少なくとも１つの零でないなす角を持つ非平滑面を含んでもよい。
【００１３】
また、上記半導体発光素子は、光取り出し面は、凹状又は凸状の略半球形状を含む三次元構造体を複数有してもよい。また、上記半導体発光素子は、反射層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、又はアルミニウム（Ａｌ）、若しくは金、銀、銅、及びアルミニウムよりなる群から選択された金属を少なくとも１つ含む合金から形成してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の半導体発光素子によれば、反射領域に垂直及び斜めに入射した光を効率よく外部に放射させることにより、光取り出し効率が向上した半導体発光素子を提供することができる。
を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面の概要を示す。また、図１Ｂの（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子の上面図の一例を示しており、図１Ｂの（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体発光素子を透明層において切断した場合の切断上面図の一例を示す。
【００１６】
（半導体発光素子１の構成）
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子１は、所定の波長の光を発する活性層としての発光層１３５を含む半導体積層構造１３０と、半導体積層構造１３０の一の表面の一部と電気的に接続する表面電極１１０と、表面電極１１０の上に設けられるワイヤボンディング用のパッド電極１００とを備える。
【００１７】
更に、半導体発光素子１は、半導体積層構造１３０の一の表面の反対側の他の表面の一部と電気的に接続する界面電極１２０と、界面電極１２０が設けられている領域を除く半導体積層構造１３０の他の表面を覆う透明層１４０と、界面電極１２０及び透明層１４０の半導体積層構造１３０の他の面と接する面の反対側に設けられる反射層１５０とを備える。ここで、透明層１４０と反射層１５０とで反射領域が構成される。更に、半導体発光素子１は、反射層１５０の界面電極１２０及び透明層１４０と接する面の反対側に設けられるバリア層１６０と、バリア層１６０の反射層１５０と接する面の反対側に設けられる発光構造体側接合層１７０とを備える。
【００１８】
そして、半導体発光素子１は、発光構造体側接合層１７０と電気的・機械的に接合する支持基板側接合層２００と、支持基板側接合層２００の発光構造体側接合層１７０と接合している面の反対側に設けられるコンタクト電極２１０と、コンタクト電極２１０の支持基板側接合層２００と接する面の反対側に設けられる電気導電性の支持基板２０と、支持基板２０のコンタクト電極２１０が設けられている面の反対側の面に設けられるダイボンディング用電極としての裏面電極２２０とを備える。
【００１９】
本実施の形態に係る半導体発光素子１は、図１Ｂ（ａ）に示すように、上面視にて略正方形に形成される。一例として、半導体発光素子１の平面寸法は、縦寸法Ｌ１及び横寸法Ｌ１がそれぞれ略３００μｍである。また、半導体発光素子１の厚さは、一例として、略３００μｍに形成される。
【００２０】
本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、透明層１４０に接する位置に設けられるｐ型コンタクト層１３９と、ｐ型コンタクト層１３９の透明層１４０と接している面の反対側の面に設けられるｐ型クラッド層１３７と、ｐ型クラッド層１３７のｐ型コンタクト層１３９と接している面の反対側の面に設けられる発光層１３５と、発光層１３５のｐ型クラッド層１３７と接している面の反対側の面に設けられるｎ型クラッド層１３３と、ｎ型クラッド層１３３の発光層１３５と接している面の反対側の面の略中央部分に設けられるｎ型コンタクト層１３１とを有する。
【００２１】
ここで、ｎ型クラッド層１３３は、発光層１３５と接している面の反対側に、発光層１３５が発した光の一部を乱反射する乱反射発生部１８０を含む光取り出し面を有する。乱反射発生部１８０は、ｎ型クラッド層１３３の表面を粗面化して形成される形状を有する部分である。光取り出し面が含む乱反射発生部１８０は、不規則構造又は所定の規則性を有する構造を含む。また、乱反射発生部１８０は、平滑面及び非平滑面を有して形成される。粗面化形状を含む乱反射発生部１８０を設けることにより、発光層１３５が発した光が光取り出し面に到達した場合に、光の反射角に変動がもたらされ、光が乱反射する。この光の乱反射により、半導体発光素子１の外部に向かう方向にその伝搬方向を変動させられる光が増加する。
【００２２】
なお、半導体積層構造１３０は、一例として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてのＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体のダブルへテロ構造を有する。具体的に、半導体積層構造１３０は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体を含んで形成されるアンドープのバルク層としての発光層１３５を、第１導電型の化合物半導体としてのｎ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｎ型クラッド層１３３と、第１導電型とは異なる第２導電型の化合物半導体としてのｐ型ＡｌＧａＩｎＰを含んで形成されるｐ型クラッド層１３７とで挟んだ積層構造を含む。発光層１３５は、外部から電流が供給されると所定の波長の光を発する。一例として、発光層１３５は、発光波長が６３０ｎｍの赤色光を発するように形成される。
【００２３】
なお、本実施形態において、アンドープ（ｕｎ−ｄｏｐｅ）とは、発光層１３５等を含む化合物半導体層への不純物の添加を積極的には実施しないことを意味する。したがって、半導体積層構造１３０を製造する工程において不可避的に混入する不純物成分の含有は排除されない。半導体積層構造１３０を構成する化合物半導体層に不可避的に混入する不純物成分の濃度は、一例として、１０１３／ｃｍ３から１０１６／ｃｍ３程度の濃度である。
【００２４】
更に、半導体積層構造１３０は、ｎ型クラッド層１３３の発光層１３５の反対側に、ｎ型ＧａＡｓを含んで形成されるｎ型コンタクト層１３１と、ｐ型クラッド層１３７の発光層１３５の反対側にｐ型ＧａＰを含んで形成されるｐ型コンタクト層１３９とを含む。ここで、ｎ型コンタクト層１３１及びｎ型クラッド層１３３はそれぞれ、所定のｎ型不純物を所定の濃度含む。同様に、ｐ型クラッド層１３７及びｐ型コンタクト層１３９はそれぞれ、所定のｐ型不純物を所定の濃度含む。なお、ｎ型不純物としては、一例としてＳｉ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いることができ、ｐ型不純物としては、例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ等を用いることができる。
【００２５】
なお、半導体積層構造１３０は、例えば、有機金属気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＯＶＰＥ）法、有機金属化学気相成長（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）、液相成長（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＬＰＥ）法等を用いて形成する。ＭＯＶＰＥ法又はＭＯＣＶＤ法を用いる場合、ＭＯＶＰＥ法又はＭＯＣＶＤ法に用いる半導体積層構造１３０の原料としては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）等の有機金属化合物、アルシン（ＡｓＨ３）、ホスフィン（ＰＨ３）等の水素化物ガスを用いる。
【００２６】
また、ｎ型用の不純物の添加物の原料としては、モノシラン（ＳｉＨ４）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、ジエチルテルル（ＤＥＴｅ）、ジメチルテルル（ＤＭＴｅ）等を用いる。また、ｐ型用の不純物の添加物の原料としては、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）等を用いる。
【００２７】
表面電極１１０は、半導体積層構造１３０の上に所定の形状を有して形成される。例えば、表面電極１１０は、ｎ型コンタクト層１３１上において、十字付きの円形状に形成される。一例として、表面電極１１０は、図１Ｂ（ａ）に示すように、所定の直径（φ１）を有する円形部分と、長さＬ２、幅Ｗ１を有する複数の足部分とを有して形成される。例えば、表面電極１１０は、長手方向の方向が互いに９０度ずれた方向に向いている４本の足部分が、円形部分に付加された形に形成される。円形部分の直径φ１は、一例として１００μｍであり、足部分の長さＬ２は１００μｍ、幅Ｗ１は１５μｍである。そして、４本の足部分はそれぞれ、半導体発光素子１の上面視における略矩形の表面の各角の方向に長手方向を向けて形成される。
【００２８】
表面電極１１０は、ｎ型コンタクト層１３１とオーミック接合する導電性材料から形成され、例えば、ｎ型用電極材料としてのＡｕ、Ｇｅ、及びＮｉ等の金属材料を含んで形成される。一例として、表面電極１１０は、ｎ型コンタクト層１３１の側からＡｕＧｅ（５０ｎｍ厚）／Ｎｉ（１０ｎｍ厚）／Ａｕ（３００ｎｍ厚）の順に積層されて形成される。また、パッド電極１００は、上面視にて直径φ１を有する略円形状又は略多角形状に形成される。そして、パッド電極１００の中心を表面電極１１０の円形部分の中心と略一致させて、表面電極１１０上にパッド電極１００は設けられ、表面電極１１０と電気的に接続する。
【００２９】
パッド電極１００を略円形状に形成する場合、パッド電極１００の直径φ１は、一例として１００μｍである。なお、パッド電極１００の直径φ１は、パッド電極１００に超音波接合するＡｕワイヤの端部のボール部分の直径に応じて、表面電極１１０の円形部分の直径よりも小さく形成することもできる。パッド電極１００は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等の金属材料を含んで形成され、一例として、表面電極１１０の側からＴｉ（５０ｎｍ）／Ａｕ（１０００ｎｍ）の順に積層されて形成される。そして、パッド電極１００及び表面電極１１０の円形部分の中心は、ｎ型クラッド層１３３の略中央に対応しており、パッド電極１００、及び表面電極１１０の円形部分、並びに表面電極１１０の足部分の直下を除く領域に、界面電極１２０が形成されることとなる。
【００３０】
反射領域の一部としての機能を有する透明層１４０は、半導体積層構造１３０と反射層１５０との間に設けられる。具体的に、透明層１４０は、ｐ型コンタクト層１３９の発光層１３５が形成されている側の面の反対側の略全面に形成され、ｐ型コンタクト層１３９と接する面の反対側において反射層１５０と接する。そして、透明層１４０の一部の領域には、透明層１４０を貫通する所定形状の開口部１２０ａが設けられる。透明層１４０に設けられる開口部１２０ａは、例えば、１つ又は複数の略円形状、１つ又は複数の略多角形状、若しくは、１つ又は複数の溝状に形成される。透明層１４０には、一例として、図１Ｂ（ｂ）に示すように、六方最密充填構造状に所定のピッチで複数の開口部１２０ａが形成される。ここで、開口部１２０ａは、図１Ｂ（ｂ）に表面電極の位置１１１と示した領域外、すなわち、表面電極１１０の直下を除く領域に形成される。なお、表面電極１１０の直下を除く領域に開口部１２０ａが設けられる限り、開口部１２０ａの配置は、マトリックス状等の規則的な配列、又はランダムな配列のいずれであってもよい。
【００３１】
また、透明層１４０は、半導体積層構造１３０を構成する各半導体層の屈折率よりも低い屈折率を有する材料から形成される。そして、透明層１４０は、発光層１３５が発する光に対して略透明である材料及び／又は電気絶縁性を有する材料から形成される。すなわち、透明層１４０は、発光層１３５が発する光の波長に対して光学的に透明な材料から形成される。透明層１４０は、例えば、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、又はこれらの酸化物材料を８０ｗｔ％以上の濃度で含む金属酸化物から形成される。
【００３２】
そして、本実施の形態に係る透明層１４０は、透明層１４０に入射した光の多重反射による干渉が抑制される厚さに形成される。具体的に、透明層１４０は、発光層１３５が発する光の中心波長を、透明層１４０を構成する材料の屈折率で除した値の略半分以上の厚さを有して形成される。すなわち、透明層１４０は、発光層１３５が発する光の中心波長をλ、透明層１４０を構成する材料の屈折率をｎとした場合、λ／（２ｎ）以上の厚さに形成される。
【００３３】
一例として、透明層１４０は、約１．３から約３．０の間の屈折率を有する材料から形成され、発光層１３５が発する光の中心波長を、この屈折率で除した値の略４分の３以上の厚さを有して形成される。また、透明層１４０は、一例として、約１．２から約３．０の間の屈折率を有する材料から形成することもでき、発光層１３５が発する光の中心波長を、この屈折率で除した値の略４分の５以上の厚さを有して形成することができる。
【００３４】
本実施の形態に係る透明層１４０は、容易に形成でき、発光層１３５が発する光の波長に対して良好な透過特性（光の波長の吸収損失が低い特性）を発揮する材料から形成することを目的として、一例として、二酸化ケイ素（屈折率ｎ：１．４５）から形成される。また、透明層１４０に接する反射層１５０との密着性を向上させ、透明層１４０と反射層１５０との界面においてボイド等の発生を抑制することを目的とする場合においても、一例として、二酸化ケイ素から形成される。
【００３５】
界面電極１２０は、半導体積層構造１３０と反射層１５０とを電気的に接続する。具体的に、界面電極１２０は、透明層１４０に形成された開口部１２０ａに所定の金属材料を充填して形成される。界面電極１２０は、例えば、１つ又は複数の略円形状、１つ又は複数の略多角形状、若しくは、１つ又は複数の溝状に形成された開口部１２０ａを、金属材料で充填することにより形成される。図１Ｂ（ｂ）に示すように、界面電極１２０は、一例として、直径φ２（例えば、１５μｍ）の略円形状のドット状に形成される。そして、複数の界面電極１２０の中央間のピッチＰ１は、一例として、４０μｍである。界面電極１２０は、ｐ型コンタクト層１３９とオーミック接合する導電性材料から形成され、例えば、ｐ型用電極材料としてのＡｕ、Ｚｎ、又はＢｅ等の金属材料を含んで形成される。一例として、界面電極１２０は、ＡｕＺｎ合金からなる金属材料から形成される。
【００３６】
反射層１５０は、発光層１３５が発した光に対して所定値以上の反射率を有する導電性金属材料から形成される。一例として、反射層１５０は、Ａｕから主として形成される金属層である。また、反射層１５０は、界面電極１２０と電気的に接続する。反射層１５０は、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることを目的として、発光層１３５が発した光に対する反射率が所定値以上であれば、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕ、又はＡｇ等の金属材料、若しくはこれらの金属材料の少なくとも１つを含む合金材料から形成することもできる。
【００３７】
バリア層１６０は、反射層１５０と電気的に接続する導電性材料から形成される。一例として、バリア層１６０は、Ｐｔから主として形成される金属層である。バリア層１６０は、支持基板側接合層２００を構成する材料が反射層１５０に拡散することを抑制して、反射層１５０の反射特性が低下することを抑制する。発光構造体側接合層１７０は、所定の厚さを有した導電性材料から形成される。発光構造体側接合層１７０は、バリア層１６０と電気的に接続する。発光構造体側接合層１７０は、発光構造体側接合層１７０と支持基板側接合層２００との界面の酸化を抑制することができ、発光構造体側接合層１７０と支持基板側接合層２００とを強固に接合することを目的として、一例として、Ａｕから主として形成される。
【００３８】
また、支持基板側接合層２００は、発光構造体側接合層１７０と同様の目的から、同様の材料から形成される。そして、支持基板側接合層２００は、発光構造体側接合層１７０と電気的・機械的に接合する。具体的には、発光構造体側接合層１７０と支持基板側接合層２００とは、熱圧着法によって貼り合わせることによって電気的・機械的に接続される。なお、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００はそれぞれ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属材料、又はこれらの金属材料のうち少なくとも１種類の金属材料を８０ｗｔ％以上含む合金材料から形成することもできる。そして、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さはそれぞれ、０．５μｍ以上２μｍ以下に形成される。
【００３９】
コンタクト電極２１０は、支持基板２０とオーミック接合すると共に、支持基板２０を構成する材料と支持基板側接合層２００を構成する材料とが互いに拡散することを抑制することができる導電性材料から形成される。一例として、コンタクト電極２１０はＴｉから主として形成され、支持基板側接合層２００と電気的に接続する。
【００４０】
支持基板２０は、所定の熱伝導率及び機械的強度を有すると共に、電気導電性を有する材料から形成される。支持基板２０は、一例として、厚さが３００μｍ程度のＳｉ等の半導体材料から形成される。支持基板２０を半導体材料から形成する場合、支持基板２０に形成するコンタクト電極２１０及び裏面電極２２０と支持基板２０との間の接触抵抗値を低減させ、半導体発光素子１の動作電圧を低減させることを目的として、支持基板２０の抵抗率は少なくとも０．１Ω・ｃｍ以下にして形成される。なお、支持基板２０は電気導電性を有している限り、導電型はｎ型又はｐ型のいずれであってもよい。
【００４１】
裏面電極２２０は、コンタクト電極２１０が接触している支持基板２０の面の反対側の面において、支持基板２０に電気的に接続する。具体的に、裏面電極２２０は、支持基板２０とオーミック接合する金属電極である。一例として、裏面電極２２０は、ＴｉとＡｕとから形成される。
【００４２】
半導体発光素子１は、所定の位置に半導体発光素子搭載部と、半導体発光素子搭載部と絶縁部を介して電気的に絶縁する第１リードと、半導体発光素子搭載部と電気的に接続する第２リードとを備えるステムに実装することができる。ステムは、良好な電気導電性、伝熱特性、機械的特性を発揮するＣｕ、Ａｌ、Ｆｅ等の金属材料を含む材料から形成される。例えば、ステムとしては、ＴＯ−１８ステム、ＴＯ−４６ステム等を用いることができるが、これらのステムに限定されるものではない。例えば、所定のリードフレームに、本実施の形態に係る半導体発光素子１を搭載することもできる。
【００４３】
半導体発光素子１は、Ａｇペースト等の導電性材料、又はＡｕＳｎ等のハンダ材料等を介してステムの半導体発光素子搭載部に搭載される。機械的強度を向上させる観点からは、Ａｇペースト等の導電性接着剤の硬化温度より高い共晶温度を有するＡｕＳｎ等の材料を用いることができる。そして、半導体発光素子１のパッド電極１００と第１リードとが、Ａｕワイヤを介して電気的に接続される。これにより、第１リード及び第２リードを介して半導体発光素子１に所定の電力が供給され、半導体発光素子１が発光する。
【００４４】
以上の構成を備える本実施形態の半導体発光素子１は、赤色領域の波長の光を発するＬＥＤである。例えば、半導体発光素子１は、順方向電圧が２Ｖ程度であり、順方向電流が２０ｍＡの場合におけるピーク波長が６３０ｎｍ付近の光を発する赤色ＬＥＤである。
【００４５】
図２Ａは、本発明の第１の実施の形態に係る界面電極の占有面積率に対する発光出力の関係の一例を示す。
【００４６】
本実施の形態において、界面電極１２０の占有面積率とは、半導体積層構造１３０の界面電極１２０が接している表面（例えば、ｐ型コンタクト層１３０の表面）の表面積に対して、半導体積層構造１３０の表面に接する界面電極１２０の表面積の割合を指す。発光層１３５が発した光のうち、反射層１５０（反射領域）の側に放射された光の一部は界面電極１２０に到達する。界面電極１２０の表面と半導体積層構造１３０の表面とは合金化により接合されており、この接合界面は、反射層１５０の反射率よりも反射率が低い領域である。したがって、この接合界面に到達した光の一部は半導体発光素子の外部に向かって反射されずに吸収される。よって、半導体発光素子１の発光出力の低下を抑制することを目的として、界面電極１２０の占有面積率を所定値以下にして、界面電極１２０を形成する。
【００４７】
ここで、図２Ａを参照する。図２Ａは、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と同様の構成を備える半導体発光素子において、界面電極の占有面積率を様々に変化させた場合における発光出力の変動を示す。界面電極の占有面積率が３０％を超えた場合（例えば、占有面積率が５０％の場合）、半導体発光素子の発光出力は２ｍＷ未満である。一方、界面電極１２０の占有面積率が３０％以下の場合、半導体発光素子の発光出力はいずれも２ｍＷ以上である。特に、界面電極１２０の占有面積率が１０％以下の場合、発光出力が４ｍＷ以上である。したがって、第１の実施の形態においては、界面電極１２０の占有面積率を、発光出力の向上及び動作電圧が実用上用いることができる範囲内において低下させることを目的として、一例として、３０％以下にする。また、半導体発光素子の発光出力の更なる向上を目的として、界面電極１２０の占有面積率を、１０％以下にすることもできる。
【００４８】
図２Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係る反射層を構成する材料の反射率を示す。
【００４９】
反射領域の一部を構成する反射層１５０は、発光層１３５が発した光に対して所定値以上の反射率を有する導電性金属材料から形成される。反射層１５０をＡｕから形成した場合、この反射層１５０は、波長６００ｎｍから７００ｎｍの光に対して約９０％以上の反射率を有する。また、反射層１５０をＡｌから形成した場合、この反射層１５０は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍにわたって、約８５％以上の反射率を有する。更に、反射層１５０をＡｇから形成した場合、この反射層１５０は、波長が４００ｎｍから７００ｎｍにわたって、略１００％の反射率を有する。
【００５０】
（透明層１４０の厚さの詳細）
本発明の実施の形態に係る透明層１４０は、光取り出し面に乱反射発生部１８０が含まれるので、乱反射発生部１８０において伝搬方向が変化されて反射領域に斜めに入射した光を効率よく半導体発光素子１の外部に放射させることを目的として、光の多重反射による干渉が抑制される厚さに形成される。ここで、透明層１４０は、発光層１３５が発する光の中心波長を、透明層１４０の屈折率で除した値の略半分以上の厚さにすることが好ましい。このような厚さに規定した理由は以下のとおりである。
【００５１】
まず、金属の膜（本実施の形態に係る反射層１５０）と半導体の層（本実施の形態に係る半導体積層構造１３０）との界面に、半導体の屈折率よりも低い屈折率を有する透明層（本実施の形態に係る透明層１４０）を設け、金属の膜と透明層とからなる反射領域に半導体の層の側から光を入射した場合の反射率Ｒは次の式１で表わされる。
【００５２】
【数１】
2009200178.tif 000003
【００５３】
但し、δは以下の式２で表わされる。
【００５４】
【数２】
2009200178.tif 000004
【００５５】
ここで、ｎｔは透明層を形成する透明材料の屈折率、ｎｓは半導体層の屈折率、ｄは透明層の厚さ、θｉは光の入射角、λは光の波長を表す。また、ｒ１及びｒ２はそれぞれ、透明材料界面及び金属層界面での振幅反射率であり、その値は、次の式３（Ｓ偏光）と式４（Ｐ偏光）とで表わされる。
【００５６】
【数３】
2009200178.tif 000005
【００５７】
【数４】
2009200178.tif 000006
【００５８】
ここで、Ｎｓ、Ｎｔ、Ｎｍはそれぞれ、半導体、透明材料、金属の複素屈折率を表す。なお、式１乃至４は光の干渉を考慮した式であり、光路長がコヒーレンス長より短い場合にこれらの式は成立する。
【００５９】
また、入射角θの時のＳ偏光及びＰ偏光の反射領域での反射率をＲｓ（θ）及びＲｐ（θ）とした場合、入射角が０°（垂直入射）からθｃまでの光の平均反射率は次の式５で表される。
【００６０】
【数５】
2009200178.tif 000007
【００６１】
半導体積層構造１３０を構成する半導体と半導体発光素子１の外部の媒体（空気、樹脂モールドを構成する樹脂等）との臨界角以上の入射角で半導体積層構造１３０に入射した光は全反射するので、半導体発光素子１の外部に放出されない。半導体積層構造１３０の表面が平滑である場合、この表面に入射した光が多重反射を繰り返してもその角度が変化することはほとんどない。よって、臨界角以上の入射角で半導体積層構造１３０に入射する光は、多重反射を繰り返すうちに半導体中及び／又は反射領域により吸収されて熱として外部に放出される。したがって、半導体積層構造１３０の表面が平滑である場合、光取り出し効率の向上に寄与する反射領域の反射率平均値は、式５におけるθｃの値として、例えば、半導体と半導体発光素子１の外部の媒体との臨界角とすれば算出できる。なお、半導体積層構造１３０の表面が平滑であるので、表面に入射する光の入射角と反射領域に入射する光の入射角とは略一致する。
【００６２】
一方、半導体積層構造１３０の表面に乱反射を発生させる構造が存在している場合、乱反射を発生させる構造を有する表面（以下、乱反射面という）に入射した光は、入射した面が平坦である場合とは異なる角度に反射される。この場合において、乱反射面に入射した光の一部には、半導体積層構造１３０と半導体発光素子１の外部の媒体との臨界角以下の入射角を有する光も生じる。したがって、発光層１３５が全方向に発した光が半導体積層構造１３０の乱反射面と反射領域との間で多重反射を繰り返す回数に応じて、半導体積層構造１３０から半導体発光素子１の外部に放出される光の量が増加することとなる。このような場合、光取り出し効率の向上に寄与する反射領域の反射率平均値は、式５におけるθｃの値として９０°まで考慮することを要する。
【００６３】
そこで、半導体積層構造１３０を構成する半導体層の屈折率として３．２、光の波長を６３０ｎｍ、半導体発光素子１の外部の媒体としての樹脂モールドを形成する樹脂の屈折率として１．４５、反射領域の反射層１５０を構成する金属としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌとして、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合（θｃ：樹脂モールドと半導体積層構造１３０との臨界角）と、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面である場合（θｃ：９０°）について、反射領域の平均反射率を計算した。
【００６４】
図３（ａ）は、透明層の屈折率が１．４５の場合の反射領域の平均反射率の計算結果を示し、（ｂ）は、透明層の屈折率が２．０の場合の反射領域の平均反射率の計算結果を示す。
【００６５】
まず、図３（ａ）を参照する。反射層１５０をＡｕから形成した場合、半導体積層構造１３０の表面が平滑であると、透明層１４０の厚さｄが、λ／（４ｎ）の場合に最も反射率が大きいことが示された。ここで、ｎは、発光層１３５の発光波長（λ）に対する透明層４０を構成する材料の屈折率を示す。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、透明層１４０の厚さｄが、λ／（２ｎ）以上の場合に、透明層１４０の厚さｄが、λ／（４ｎ）の場合の平均反射率よりも大きくなった。特に、透明層１４０の厚さｄが、３λ／（４ｎ）以上の場合、平均反射率は飽和傾向を示した。
【００６６】
したがって、本実施の形態に係る透明層１４０は、発光層１３５が発する光の中心波長を、透明層１４０の屈折率で除した値の略半分以上の厚さに形成することが好ましいことが示された。より具体的には、透明層１４０が、約１．３から約３．０の間の屈折率を有する場合、発光層１３５が発する光の中心波長を透明層１４０の屈折率で除した値の略４分の３以上の厚さに透明層１４０を形成することが好ましい。
【００６７】
また、半導体積層構造１３０を構成する半導体層の屈折率として３．２、光の波長を６３０ｎｍ、半導体発光素子１の外部の媒体としての樹脂モールドを形成する樹脂の屈折率として１．４５、反射領域の反射層１５０を構成する金属としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌとして、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合（θｃ：樹脂モールドと半導体積層構造１３０との臨界角）と、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面である場合（θｃ：９０°）について、反射領域の平均反射率を計算した。その結果を図３（ｂ）に示す。
【００６８】
図３（ｂ）を参照すると、計算に用いたいずれの金属においても、半導体積層構造１３０の表面が平滑である場合、透明層１４０の厚さｄが、λ／（４ｎ）の場合に最も反射率が大きいことが示された。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、透明層１４０の厚さｄが、λ／（２ｎ）以上の場合に、透明層１４０の厚さｄが、λ／（４ｎ）の場合の平均反射率よりも大きくなった。特に、透明層１４０の厚さｄが、３λ／（４ｎ）以上の場合、平均反射率は飽和傾向を示した。
【００６９】
以上の結果をまとめると、以下の点が分かる。すなわち、透明層１４０の厚さが増加するにつれて、反射領域の反射率平均は、透明層１４０の内部での光の多重反射による干渉を考慮しないインコヒーレント光学系で得られる反射率平均値に徐々に近づくことが示された。これは、透明層１４０の厚さが増加することにより透明層１４０内の干渉効果が減少する点からも定性的に理解できる。ここで、半導体積層構造１３０の表面（光取り出し面側及び反射領域側双方の表面）が平滑である場合、透明層１４０の厚さをλ／（４ｎ）に設定した場合に、インコヒーレント光学系に比べて干渉効果により反射率平均が増加する。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、透明層１４０がインコヒーレント光学系である場合に、反射率平均が略最大となることが分かる。
【００７０】
すなわち、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合は、反射領域に垂直に入射するような光の入射角近辺では、透明層１４０内において干渉効果を発生させると反射領域の反射率平均値を向上させることができる。一方、半導体積層構造１３０の表面が平滑でない場合には、透明層１４０内で干渉効果をなるべく発生させない方が、反射率平均値が向上する。したがって、本実施の形態に係る半導体発光素子１においては、透明層１４０の厚さを、透明層１４０内で干渉効果が実質的に低減するような厚さ、又はなくなるような厚さ、すなわち、λ／（２ｎ）以上の厚さに規定したものである。
【００７１】
（半導体発光素子１の変形例）
本実施形態に係る半導体発光素子１は、発光波長が６３０ｎｍの赤色領域の光を発するが、半導体発光素子１の発光波長はこの波長に限定されない。半導体積層構造１３０の発光層１３５の構造を制御して、所定の波長範囲（例えば、発光波長が５６０ｎｍ前後から６６０ｎｍ前後）の光を発する半導体発光素子１を形成することもできる。また、本実施形態に係る発光層１３５の構造を、バルク層の構造ではなく、単一量子井戸構造、多重量子井戸構造、又は歪み多重量子井戸構造とすることもできる。また、本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、上述した化合物半導体層に他の層（中間層）、分布型ブラック反射層（ＤＢＲ層）等を更に加えて構成することもできる。更に、本実施形態に係る半導体積層構造１３０を構成する各半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰ系の化合物半導体から形成することに限られず、ＧａＡｓ系、ＧａＰ系、ＩｎＰ系、ＡｌＧａＡｓ系、ＩｎＧａＰ系、ＧａＮ系等の他の化合物半導体から形成することもできる。
【００７２】
また、本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、ｎ型の化合物半導体層がパッド電極１００側に位置しているが、ｎ型とｐ型との導電型を逆にすることもできる。すなわち、変形例においては、パッド電極１００側から反射層１５０側に向かって、ｐ型コンタクト層１３９、ｐ型クラッド層１３７、発光層１３５、ｎ型クラッド層１３３、ｎ型コンタクト層１３１の順に形成できる。この場合、表面電極１１０は、ｎ型の半導体とオーミック接合する材料から形成され、界面電極１２０は、ｐ型の半導体とオーミック接合する材料から形成される。
【００７３】
更に、本実施形態に係る半導体発光素子１は、パッド電極１００側から裏面電極２２０に向かって電力が供給される上下面電極構造を有して形成されているが、変形例においては、化合物半導体層１３０のｐ型コンタクト層１３９の一部を露出させ、露出した部分にｐ型用電極を設けることにより、いわゆる、上面２電極構造とすることもできる。すなわち、変形例においては、半導体積層構造１３０は、少なくとも第１導電型の半導体層と第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の半導体層とを有し、第１導電型の半導体層（例えば、ｎ型クラッド層１３３）と第２導電型の半導体層（例えば、ｐ型クラッド層１３７）との間に発光層１３５を含んで形成され、半導体積層構造１３０の光取り出し面が設けられる側の第１導電型の半導体層の表面の一部に第１電極としての表面電極１１０を有し、第２導電型の半導体層の表面の一部に第２電極を有して形成することができる。
【００７４】
また、半導体発光素子１の平面寸法は上記の実施形態に限られない。例えば、半導体発光素子１の平面寸法は、縦寸法及び横寸法がそれぞれ略３５０ｍｍとなるように設計することもでき、また、半導体発光素子１の使用用途に応じて、縦寸法及び横寸法を適宜変更して半導体発光素子１を形成することもできる。更に、半導体発光素子１の形状は、四角形に限られず、多角形（例えば、三角形、五角形、・・・Ｎ角形：Ｎは正の整数）に形成することもできる。
【００７５】
また、支持基板２０は、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣ等の半導体基板、電気導電材料であるＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ等の金属材料から形成される金属板、又はＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ等の合金材料から形成される合金板から形成することもできる。また、支持基板２０は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ、又はＡｇ等の金属材料、若しくはこれらの金属材料のうち少なくとも１種類の金属材料を５０ｗｔ％以上含有した合金材料から形成することもできる。また、支持基板２０は、耐食性の向上、又はコンタクト電極２１０及び裏面電極２２０と支持基板２０との間の接触抵抗を低減することを目的として、複数の導電性材料が積層された多層構造を有する基板から形成することもできる。
【００７６】
（半導体発光素子１の製造方法）
図４Ａから図４Ｅは、本発明の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す。
【００７７】
まず、図４Ａ（ａ）に示すように、成長基板１０（一例として、直径３インチのｎ型ＧａＡｓ基板）の上に、例えば、ＭＯＶＰＥ法によって複数の半導体層を含むエピタキシャル成長層としての半導体積層構造１３０ａを形成する。なお、本実施の形態に係る半導体積層構造１３０ａのＭＯＶＰＥ法によるエピタキシャル成長は、一例として、成長基板１０を加熱する成長温度を６５０℃、成長圧力を５０Ｔｏｒｒ、複数の半導体層それぞれのエピタキシャル成長速度を０．３ｎｍから１．０ｎｍ／ｓｅｃ、Ｖ／ＩＩＩ比を約２００前後にして実施できる。なお、Ｖ／ＩＩＩ比とは、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ等のＩＩＩ族原料のモル数を分母として、ＡｓＨ３、ＰＨ３等のＶ族原料のモル数を分子とした場合の比率（商）である。
【００７８】
具体的には、成長基板１０の上に、エッチングストップ層１９０と、ｎ型コンタクト層１３１と、ｎ型クラッド層１３３と、発光層１３５と、ｐ型クラッド層１３７と、ｐ型コンタクト層１３９とをこの順にエピタキシャル成長する。これにより、成長基板１０の上に複数のエピタキシャル成長層を含む半導体積層構造１３０ａが形成されたエピタキシャルウエハ３が得られる。
【００７９】
ＭＯＶＰＥ法による半導体積層構造１３０ａの形成をした後、ＭＯＶＰＥ装置からエピタキシャルウエハ３を取り出す。そして、エピタキシャルウエハ３のｐ型コンタクト層１３９のｐ型クラッド層１３７と接している面の反対側の面の略全面に、化学気相蒸着法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ法）、プラズマＣＶＤ法、真空蒸着法、又はスパッタ法等を用いて、所定の厚さの透明層１４０を形成する。具体的に、発光層１３５の発光波長λに対する透明層１４０を構成する材料の屈折率をｎとした場合に、透明層１４０の厚さｄがλ／（２ｎ）以上となるように、透明層１４０を形成する。透明層１４０を形成する材料は、一例として、二酸化ケイ素である。
【００８０】
次に、フォトリソグラフィー法及びエッチング法を用いて所定のレジストパターンを透明層１４０上に形成して、図４Ａ（ｂ）に示すように、透明層１４０に開口部１２０ａを形成する。なお、開口部１２０ａを形成する場合であって、透明層１４０がＳｉＯ２から形成されている場合、フッ化水素酸を純水で所定の濃度に希釈したエッチャントを用いてエッチングする。これにより、開口部１２０ａからｐ型コンタクト層１３９の表面が露出する。
【００８１】
次に、真空蒸着法又はスパッタ法等を用いて、レジストパターンの上及び透明層１４０の開口部１２０ａに、ＡｕＺｎを含む金属合金材料（一例として、９５ｗｔ％のＡｕと５ｗｔ％のＺｎとからなるＡｕＺｎ合金）を蒸着する。続いて、リフトオフ法を用いて、開口部１２０ａ内に蒸着された金属合金材料だけ残存させる。これにより、図４Ａ（ｃ）に示すように、透明層１４０に形成された開口部１２０ａに金属合金材料が充填されて界面電極１２０が形成される。なお、界面電極１２０は、後の工程で透明層１４０と界面電極１２０との上に形成する反射層１５０との電気的接続を確実にすることを目的として、その厚さを、透明層１４０の厚さと同程度か、又は透明層１４０の厚さより１０％から２０％厚くして形成する。
【００８２】
続いて、図４Ｂ（ｄ）に示すように、界面電極１２０及び透明層１４０の上に、真空蒸着法又はスパッタ法を用いて、反射層１５０（一例として、４００ｎｍ厚のＡｕ）と、バリア層１６０（一例として、５０ｎｍ厚のＰｔ）と、発光構造体側接合層１７０（一例として、５００ｎｍ厚のＡｕ）とをこの順に形成する。反射層１５０と、バリア層１６０と、発光構造体側接合層１７０とは真空蒸着装置又はスパッタ装置中において１回で連続して形成することができる。また、反射層１５０と、バリア層１６０と、発光構造体側接合層１７０とはそれぞれ、真空蒸着装置又はスパッタ装置により別々に形成することもできる。これにより、主として化合物半導体の積層構造から形成される発光構造体５が得られる。
【００８３】
次に、支持基板２０としてのＳｉ基板表面に、電気導電性を有するＴｉから主として形成されるコンタクト電極２１０（一例として、５０ｎｍ厚のＴｉ）と、Ａｕから主として形成される支持基板側接合層２００（一例として、５００ｎｍ厚のＡｕ）とを真空蒸着法又はスパッタ法により形成する。これにより、主として支持基板２０から形成される支持構造体６が得られる。なお、支持基板２０としてのＳｉ基板として、一例として、直径が３インチであり、ｐ型の導電性を有するＳｉ基板を用いることができる。
【００８４】
続いて、図４Ｂ（ｅ）に示すように、発光構造体５の発光構造体側接合層１７０の接合表面１７０ａと、支持構造体６の支持基板側接合層２００の接合表面２００ａとを向かい合わせて重ね、この状態を所定の冶具で保持する。そして、発光構造体５と支持構造体６とが重なり合った状態を保持している冶具をウエハ貼合せ装置内に導入する。そして、ウエハ貼合せ装置内を所定圧力（一例として、０．０１Ｔｏｒｒ）にする。そして、冶具を介して互いに重なり合っている発光構造体５と支持構造体６とに所定の圧力（一例として、１５ｋｇｆ／ｃｍ２）を均一に加える。次に、所定温度（一例として、３５０℃）まで所定の昇温速度で冶具を加熱する。
【００８５】
冶具の温度が３５０℃程度に達した後、冶具を当該温度で所定時間（例えば、３０分間）保持する。その後、冶具を徐冷する。冶具の温度を、例えば室温まで十分に低下させる。冶具の温度が低下した後、冶具に加わっている圧力を開放する。そして、ウエハ貼合せ装置内の圧力を大気圧にして冶具を取り出す。これにより、発光構造体５と支持構造体６とが熱圧着により貼り合わされる。
【００８６】
なお、本実施形態に係る発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さは、一例として、それぞれ０．５μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で形成される。この理由は以下のとおりである。
【００８７】
すなわち、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さが所定値以上の場合、貼り合わせ時に発光構造体側接合層１７０の表面と支持基板側接合層２００の表面との界面に異物が存在している場合であっても、発光構造体側接合層１７０及び／又は支持基板側接合層２００中にこの異物が取り込まれ、発光構造体側接合層１７０及び／又は支持基板側接合層２００が、いわば、発光構造体側接合層１７０と支持基板側接合層２００との界面の接合を維持する緩衝層として機能する。これにより、発光構造体側接合層１７０と支持基板側接合層２００との界面に存在する異物を起因として、接合不良部としてのボイドが発生することを抑制できる。
【００８８】
したがって、ボイドの発生が抑制された半導体発光素子１を歩留り良く製造することを目的として、本実施の形態においては、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さを所定値以上、一例として、０．５μｍ以上に形成する。また、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の原料の費用の増加を防止することを目的として、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さは所定値以下に形成される。すなわち、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さが厚いほどボイド発生の抑制効果の向上が望めるものの、厚さの増加に応じて原料の費用も増加する。したがって、発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００の厚さを、半導体発光素子１を歩留り良く得られる範囲（一例として、２．０μｍ）以下にして発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を形成する。
【００８９】
これにより、図４Ｃ（ｆ）に示すように、発光構造体５と支持構造体６とが発光構造体側接合層１７０と支持構造体側接合層２００との間において機械的・電気的に接合された、貼り合せウエハ７が形成される。なお、本実施形態において、発光構造体５は、バリア層１６０を有している。したがって、発光構造体５と支持構造体６とを接合させた場合であっても、反射層１５０が貼り合わせ時の圧力等により変形することを抑制できる。また、バリア層１６０は、貼り合わせ時の圧力・熱により発光構造体側接合層１７０及び支持基板側接合層２００を形成する材料が反射層１５０に拡散することを抑制して、反射層１５０の反射特性が劣化することを抑制する。
【００９０】
次に、所定の貼り付け用ワックスで貼り合せウエハ７を所定の機械的強度を有するセラミックス等から形成された研磨用の支持板に貼りつける。そして、成長基板１０の厚さが所定の厚さ、例えば約３０μｍになるまで成長基板１０を研磨する。続いて、研磨後の貼り合せウエハ７を研磨用の支持板から取り外して、貼り合せウエハ７の支持基板２０の表面に付着しているワックスを洗浄除去する。
【００９１】
そして、図４Ｃ（ｇ）に示すように、研磨後の貼り合せウエハ７を、所定のエッチャントを用いてエッチングする。成長基板１０がＧａＡｓ基板である場合、この所定のエッチャントは、一例として、アンモニア水と過酸化水素水とを所定の比率で混合した混合エッチャントを用いることができる。そして、貼り合せウエハ７から成長基板１０を選択的に完全に除去して、エッチングストップ層１９０が露出した貼り合せウエハ７ａを形成する。なお、成長基板１０は、研磨工程を経ずに、エッチングのみによって除去することもできる。
【００９２】
次に、エッチングストップ層１９０をウエットエッチングにより除去することにより、図４Ｄ（ｈ）に示すように、ｎ型コンタクト層１３１を露出させる。エッチングストップ層１９０が、例えば、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐから形成されている場合、エッチングストップ層１９０を除去するエッチャントとしては、塩酸を用いることができる。
【００９３】
次に、露出したｎ型コンタクト層１３１の表面に、フォトリソグラフィー法を用いて、表面電極１１０を形成する。表面電極１１０は、一例として、ｎ型コンタクト層１３１の側から、５０ｎｍ厚の金ゲルマニウム合金（ＡｕＧｅ）、１０ｎｍ厚のＮｉ、３００ｎｍ厚のＡｕをこの順で順次蒸着することにより形成する。そして、形成した表面電極１１０をマスクとして用い、表面電極１１０の直下を除くｎ型コンタクト層１３１を選択的にエッチングする。これにより、図４Ｄ（ｉ）に示すように、ｎ型クラッド層１３３の表面（ｎ型クラッド層表面１３３ａ）が露出した貼り合せウエハ７ｃが得られる。なお、ｎ型コンタクト層１３１がＧａＡｓ系の半導体層であり、ｎ型クラッド層１３３がＡｌＧａＩｎＰ系の半導体層である場合、ｎ型コンタクト層１３１は、一例として、硫酸と過酸化水素水と水とを所定の比率で混合した混合エッチャントにより選択的にエッチングすることができる。
【００９４】
次に、フォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジストからなる直径が１μｍの周期的なドットパターンを、ｎ型クラッド層１３３としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の表面に形成する。なお、各ドットのピッチは２μｍに設定すると共に、各ドットを正方格子状に配置する。続いて、ドット状の開口を有するフォトレジストパターンが表面に形成されたｎ型クラッド層１３３を含む貼り合せウエハ７ｃを、塩酸と純水とを所定の比率で混合したエッチャントにディップする（例えば、約３０秒間ディップ）。
【００９５】
これにより、ドット状の開口を有するｎ型クラッド層１３３の粗面化処理を実施する。なお、この粗面化処理によりエッチングされる深さは、最も深い部分で約１μｍである。そして、粗面化処理により、図４Ｅ（ｊ）に示すように、半導体積層構造１３０の光取り出し面としての表面に乱反射を発生させる非平滑面としての乱反射発生部１８０が形成される。この乱反射発生部１８０は、算術平均面粗さが、発光層１３５が発する光の波長の略４分の１以上であり、光取り出し面の平均面の法線と、当該光取り出し面の表面の法線とが少なくとも１つの零でないなす角を持つ非平滑面を有する。すなわち、乱反射発生部１８０は、ｎ型クラッド層１３３と発光層１３５との界面を基準面とした場合に、この基準面の法線に対して平行でない方向に向く法線を有する領域を有する。換言すると、光取り出し面は複数の領域を含んでおり、複数の領域のうち少なくとも一部分は、基準面の法線から傾いていることとなる。
【００９６】
続いて、フォトレジストパターンを有機溶剤による洗浄によって除去する。これにより、図４Ｅ（ｊ）に示すように、乱反射発生部１８０を有する貼り合せウエハ７ｄが得られる。
【００９７】
次に、支持基板２０のコンタクト電極２１０が形成されている面の反対側に裏面電極２２０を形成する。裏面電極２２０は、一例として、Ｔｉ（一例として、１００ｎｍ厚）、Ａｕ（一例として、４００ｎｍ厚）をこの順に支持基板２０のコンタクト電極２１０が形成されている面の反対側の略全面に蒸着することにより形成する。裏面電極２２０は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法等により形成することができる。
【００９８】
そして、表面電極１１０及び裏面電極２２０を形成した後、表面電極１１０及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハ７ｄを、アロイ装置に搬入する。アロイ装置は、電極の合金化を実施する装置であり、所定の雰囲気下、所定の温度下において、所定の時間、合金化処理を実施する装置である。本実施形態に係るアロイ装置は、例えば、重力方向に沿って上下方向に複数の独立ヒータ（上部ヒータ及び下部ヒータ）と、ウエハを搭載するグラファイト製のトレーとを備え、下部ヒータは、トレーを設置する下部プレートを有する。
【００９９】
本実施の形態においては、表面電極１１０及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハ７ｄを、一例として、不活性雰囲気としての窒素ガス雰囲気中において、所定の温度で加熱すると共に当該温度で所定時間、熱処理を実施する。この場合に、表面電極１１０とｎ型コンタクト層１３１との間、界面電極１２０とｐ型コンタクト層１３９との間、コンタクト電極２１０と支持基板２０との間、及び裏面電極２２０と支持基板２０との間をそれぞれオーミック接合させるべく、熱処理の温度及び時間を設定する。合金化処理は、一例として、窒素雰囲気中において４００℃まで昇温して、４００℃下で表面電極１１０及び裏面電極２２０が形成された貼り合せウエハ７ｄを５分間保持することにより実施する。
【０１００】
次に、フォトリソグラフィー法及び真空蒸着法を用いて、貼り合せウエハ７ｄの表面電極１１０の略中央部分と一致する領域に、パッド電極１００を形成する。パッド電極１００は、一例として、直径が１００μｍの円形状を有しており、表面電極１１０の略中央部分の円形部分と略一致する形状を有する。また、パッド電極１００は、一例として、表面電極１１０側からＴｉ（一例として、５０ｎｍ厚）、Ａｕ（一例として、１０００ｎｍ厚）の順に形成する。
【０１０１】
次に、表面電極１１０の円形部分が上面視にて略中央に配置される位置を規定して、パッド電極１００を備える貼り合せウエハ７ｄをダイシング装置で切断することにより、複数の半導体発光素子１を形成する。これにより、図４Ｅ（ｋ）に示すように、外部に露出していたｎ型クラッド層１３３の表面が粗面化処理されて形成される乱反射発生部１８０を備える半導体発光素子１が形成される。なお、パッド電極１００を形成した後、貼り合せウエハ７ｄ及び半導体発光素子１に合金化処理は施さない。
【０１０２】
なお、貼り合せウエハ７ｄを複数の半導体発光素子１に分離する場合、エッチング処理、又はハーフダイスを用いたメサ分離プロセスにより、複数の素子構造に分離することもできる。そして、メサ分離プロセス後の貼り合せウエハ７ｄにダイシング処理を施すことにより、複数の半導体発光素子１を形成することもできる。
【０１０３】
（第１の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態に係る半導体発光素子１によれば、光取り出し面を粗面化すると共に、発光構造体６と支持構造体５との間に設ける透明層１４０の厚さを制御して、透明層１４０に入射した光の多重反射による干渉を低減させることができる。これにより、粗面化した光取り出し面によって反射され、透明層１４０及び反射層１５０からなる反射領域に斜めに入射した光も、半導体発光素子１の外部に放射される方向に反射される確率が向上するので、半導体発光素子１の光取り出し効率を向上させることができる。
【０１０４】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体発光素子の断面の概略を示す。
【０１０５】
第１の実施の形態に係る半導体発光素子１は、パッド電極１００側から裏面電極２２０に向かって電力が供給される上下面電極構造を有して形成されているが、第２の実施の形態に係る半導体発光素子１ａは、化合物半導体層１３０のｐ型クラッド層１３７の一部を露出させ、露出した部分にｐ型用電極を設けることにより、いわゆる、上面２電極構造とした点を除き、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１と略同様の構成を備える。したがって、相違点を除き、詳細な説明は省略する。
【０１０６】
（半導体発光素子１ａの構造）
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１ａは、発光層１３５を含む半導体積層構造１３０と、半導体積層構造１３０の一の表面の一部と電気的に接続するｎ型用電極としての第１電極１１２と、第１電極１１２の上に設けられるパッド電極１００とを備える。更に、半導体発光素子１ａは、半導体積層構造１３０の一の表面の反対側の他の表面を覆う透明層１４０と、透明層１４０の半導体積層構造１３０の他の面と接する面の反対側に設けられる反射層１５０とを備える。ここで、透明層１４０と反射層１５０とで反射領域が構成される。更に、半導体発光素子１ａは、反射層１５０の透明層１４０と接する面の反対側に設けられる接続層２３０と、接続層２３０を介して反射層１４０と接続する支持基板２０とを備える。
【０１０７】
本実施形態に係る半導体積層構造１３０は、透明層１４０に接する位置に設けられるｐ型コンタクト層１３９と、ｐ型コンタクト層１３９の透明層１４０と接している面の反対側の面に設けられるｐ型クラッド層１３７と、ｐ型クラッド層１３７のｐ型コンタクト層１３９と接している面の反対側の面に設けられる発光層１３５と、発光層１３５のｐ型クラッド層１３７と接している面の反対側の面に設けられるｎ型クラッド層１３３と、ｎ型クラッド層１３３の発光層１３５と接している面の反対側の面に設けられるｎ型コンタクト層１３１とを有する。なお、第２の実施の形態の変形例に係る半導体発光素子においては、半導体積層構造１３０を、ｐ型コンタクト層１３９を有さずに形成することもできる。
【０１０８】
そして、ｐ型クラッド層１３７の一部を外部に露出させ、露出したｐ型クラッド層１３７上に、ｐ型クラッド層１３７とオーミック接続するｐ型用電極としての第２電極２２２が設けられる。また、ｎ型クラッド層１３３は、発光層１３５と接している面の反対側に、発光層１３５が発した光の一部を乱反射する乱反射発生部１８０を含む光取り出し面を有する。乱反射発生部１８０は、第１の実施の形態に係る乱反射発生部１８０と略同一の機能・作用を奏するので詳細な説明は省略する。なお、接続層２３０は、例えば、所定厚のＡｕから形成される。また、接続層２３０は、反射層１５０側と支持基板２０側との双方に分割して設けることができ、この場合、支持基板２０の接続層２３０の一部と、反射層１５０側の接続層２３０の一部とを熱圧着することにより一体化して接続層２３０は形成される。
【０１０９】
第２の実施の形態において、支持基板２０は、必ずしも導電性を有する材料から形成することを要さない。すなわち、本実施の形態に係る支持基板２０は、例えば、１０Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有する高抵抗材料、又は、一例として、ガラス基板、サファイア基板等の絶縁基板から形成することができる。なお、高抵抗材料としては、１０Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有するＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、又はＺｎＯ等を用いることができる。
【０１１０】
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１ａは要するに、支持基板２０と、支持基板の一の表面の上方に設けられる接続層２３０と、接続層２３０と接合する反射領域と、反射領域の接続層２３０の反対側に設けられ、所定の波長の光を発する発光層１３５と、発光層１３５の反射領域の反対側において発光層１３５が発した光を乱反射させる光取り出し面とを含む半導体積層構造１３０とを備え、反射領域は、半導体積層構造１３０の屈折率よりも低い屈折率を有する材料からなる透明層１４０と金属材料からなる反射層１５０とを含み、透明層１４０は、透明層１４０に入射した光の多重反射による干渉が抑制される厚さを有し、更に、半導体積層構造１３０は、第１導電型の半導体層としてのｎ型クラッド層１３３と、第１導電型とは異なる導電型の第２導電型の半導体層としてのｐ型クラッド層１３７との間に発光層１３５を含んでおり、光取り出し面が設けられる側の第１導電型の半導体層の表面の一部に第１電極１１２を有し、第２導電型の半導体層の表面の一部に第２電極２２２を有するものである。
【０１１１】
（第２の実施の形態の効果）
第２の実施の形態に係る半導体発光素子１ａは、第１の実施の形態と異なり、界面電極１２０を備えていないので、反射領域において界面電極１２０の占有面積率を零にすることができる。これにより、第２の実施の形態に係る半導体発光素子１ａは、光取り出し効率を向上させることができる。
【実施例１】
【０１１２】
本発明の実施例１に係る半導体発光素子は、本発明の第１の実施の形態で説明した半導体発光素子１の製造方法により製造した。具体的に、以下の構成を備える半導体発光素子を、実施例１に係る半導体発光素子として製造した。
【０１１３】
すなわち、実施例１に係る半導体発光素子の半導体積層構造１３０ａは、成長基板１０としてのｎ型ＧａＡｓ基板（直径３インチ）側から、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐエッチングストップ層（Ｓｉドープ、２００ｎｍ厚、キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層（Ｓｉドープ、１００ｎｍ厚、キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）、ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（Ｓｉドープ、２０００ｎｍ厚、キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）、アンドープ（Ａｌ０．１Ｇａ０．９）０．５Ｉｎ０．５Ｐ発光層（３００ｎｍ厚）、ｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層（Ｍｇドープ、４００ｎｍ厚、キャリア濃度１．２×１０１８／ｃｍ３）、ｐ型ＧａＰコンタクト層（Ｍｇドープ、１００ｎｍ厚、キャリア濃度１×１０１８／ｃｍ３）の順にＭＯＶＰＥ法により形成した。これにより、実施例１に係る複数のエピタキシャルウエハ３を製造した。
【０１１４】
エピタキシャルウエハ３に形成する反射領域の一部としての透明層１４０は、ＳｉＯ２から形成した。ここで、実施例１においては、膜厚のそれぞれ異なる透明層１４０（ＳｉＯ２膜）を備える合計６種類の半導体発光素子を製造した。すなわち、透明層１４０の厚さを、２２０ｎｍ、３３０ｎｍ、４４０ｎｍ、５５０ｎｍ、６６０ｎｍ、及び７７０ｎｍの６種類にして、６種類の半導体発光素子を製造した。これらの透明層１４０のそれぞれの膜厚設定は、ＳｉＯ２の膜厚をｄ、半導体発光素子の発光ピーク波長をλ（実施例１においては、６３０ｎｍ）、半導体発光素子の発光波長に対する透明層１４０の屈折率（すなわち、ＳｉＯ２の屈折率）をｎ（ＳｉＯ２の場合１．４５）とした場合に、ｄ＝λ／（４×ｎ）を基準として、ｄ＝２λ／（４×ｎ）、ｄ＝３λ／（４×ｎ）、ｄ＝４λ／（４×ｎ）、ｄ＝５λ／（４×ｎ）、ｄ＝６λ／（４×ｎ）、ｄ＝７λ／（４×ｎ）と基準の倍数にした値に設定した。
【０１１５】
界面電極１２０は、６種類の半導体発光素子のそれぞれにおいて、それぞれの透明層１４０の厚さと同程度の厚さとした。なお、界面電極１２０を構成する材料としは、ＡｕＺｎ合金（Ａｕ：９５ｗｔ％、Ｚｎ：５ｗｔ％）を用いた。そして、界面電極１２０（直径１５μｍ）の配置は、実施の形態の図１Ｂで説明した配置とした。更に、反射領域の一部の反射層１５０として４００ｎｍ厚のＡｕ、バリア層１６０として５０ｎｍ厚のＰｔ、発光構造体側接合層１７０として５００ｎｍ厚のＡｕを形成して発光構造体５を得た。一方、支持基板２０としては、ｐ型のＳｉ基板（直径３インチ）を用い、Ｓｉ基板上に５０ｎｍ厚のＴｉと５００ｎｍ厚のＡｕとを形成して支持構造体６を得た。
【０１１６】
そして、発光構造体５と支持構造体６とを第１の実施の形態で説明したように熱圧着法によって貼り合せ、実施の形態で説明した製造方法を経ることにより、実施例１に係る乱反射発生部１８０を備える半導体発光素子を製造した。なお、裏面電極２２０としては、１００ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕを形成した。そして、パッド電極１００としては、５０ｎｍ厚のＴｉと１０００ｎｍ厚のＡｕを形成した。
【０１１７】
［比較例］
本発明の比較例に係る半導体発光素子は、透明層１４０の厚さを１１０ｎｍにした点を除き、実施例１と同様に製造したので、詳細な説明は省略する。なお、比較例に係る半導体発光素子の透明層１４０の厚さは、実施例１において基準としたｄ＝λ／（４×ｎ）から算出した値に設定したものである。
【０１１８】
実施例１及び比較例に係る半導体発光素子の発光の特性評価は、ＴＯ−１８ステムにダイボンディング及びワイヤボンディングにより半導体発光素子を実装して、２０ｍＡ通電により実施した。すなわち、実施例１及び比較例においては、いわゆるベアチップ状態において半導体発光素子の初期特性を評価した。なお、実施例１及び比較例に係る半導体発光素子共に、「粗面化処理未実施」とは、粗面化処理をして乱反射発生部１８０を形成する前の状態での特性を示し、「粗面化処理実施」とは、粗面化処理を施し、乱反射発生部１８０を形成した後の状態での特性を示す。
【０１１９】
表１は、実施例１及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１２０】
【表１】
2009200178.tif 000008
【０１２１】
表１を参照すると、比較例に係る半導体発光素子は、２０ｍＡ通電時（評価時）の特性は、粗面化処理未実施の場合、発光出力が３．９５ｍＷ、順方向動作電圧が２．０２Ｖであり、粗面化処理実施の場合、発光出力が６．６８ｍＷ、順方向動作電圧が２．０４Ｖであった。すなわち、光取り出し面を有するｎ型クラッド層１３３（ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層）の表面に乱反射発生部１８０を形成しない場合と、乱反射発生部１８０を形成した場合とを比較すると、粗面化処理工程によって乱反射発生部１８０を形成した場合に、発光出力が約１．７倍に向上していることが確認された。
【０１２２】
また、表１を参照すると、透明材料としてのＳｉＯ２から形成される透明層１４０の膜厚を厚くすることによって、粗面化処理を実施した後において、実施例１に係る半導体発光素子の発光出力の出力倍率（透明層１４０の厚さが１１０ｎｍの場合における発光出力に対する実施例１に係る半導体発光素子の発光出力の比）が、徐々に高くなった。また、発光出力の絶対値についても、透明層１４０の膜厚が２２０ｎｍ以上となった場合、比較例（透明層１４０の膜厚：１１０ｎｍ）よりも高くすることが可能であることが示された。
【０１２３】
このように、実施例１においては、透明層１４０の膜厚が増加するにつれて発光出力が比較例より向上した。これは、図３（ａ）において説明したように、透明層１４０の膜厚を厚くすると、反射領域での平均反射率が向上するので、この平均反射率の向上により半導体発光素子の発光出力の向上が引き起こされたものであることを裏付けていると考えられる。
【実施例２】
【０１２４】
実施例２に係る半導体発光素子は、実施例１に係る半導体発光素子とは表面電極１１０及び界面電極１２０の形状、並びに配置が異なる点を除き、実施例１に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１２５】
図６は、本発明の実施例２に係る表面電極と界面電極の配置とを示す。
【０１２６】
図６に示すように、実施例２に係る表面電極１１０は、半導体発光素子の上面視における表面（以下、上部表面という）の略中央に位置する円形部分（直径φ１が１００μｍ）と、円形部分の中央から上部表面の一の辺に沿った方向に延びる直線状の細線１１０ａ（円形部分の端部からの長さＬ３が７０μｍ）と、細線１１０ａの長手方向に対して９０度で交差して互いに等間隔に設けられる細線１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄとを含む。細線１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄはそれぞれ、細線１１０ａの一の端、略中央、他の端から上部表面の他の辺に沿った方向に伸びた形状を有する。
【０１２７】
また、実施例２に係る界面電極１２０は、直径φ３を５μｍとした。そして、実施例１と同様に、表面電極１１０の直下を除く領域に設けた。但し、実施例１とは異なり、表面電極１１０の複数の細線（細線１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄ）の長手方向に沿って、これらの細線からの上面視における距離が一定となる位置に、複数の界面電極１２０のそれぞれを設けた。すなわち、細線１１０ｂの側方から界面電極１２０までの上面視における距離と、細線１１０ｃの側方から界面電極１２０までの上面視における距離と、細線１１０ｄの側方から界面電極１２０までの上面視における距離とがそれぞれ一定となる位置に、複数の界面電極１２０を設けた。なお、各界面電極１２０間のピッチＰ２は略２０μｍとした。そして、実施例２に係る１つの半導体発光素子が備える界面電極１２０は、数十個であった。
【０１２８】
なお、実施例２においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、表面電極１１０及び界面電極１２０の配置が実施例２と同様な、実施例２の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１２９】
表２は、実施例２及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１３０】
【表２】
2009200178.tif 000009
【０１３１】
表２を参照すると、実施例１と同様に、粗面化処理を実施した後、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜の膜厚の増加と共に発光出力の出力倍率が徐々に増加した。この場合において、粗面化処理未実施時及び粗面化処理実施時の発光出力の絶対値が実施例１の場合よりも向上しているのは、表面電極１００及び界面電極１２０のパターン並びに配置の違いによるものである。
【０１３２】
ここで、発光出力の増大に大きな影響を与える要因は、界面電極１２０の総面積及び界面電極１２０の個々のサイズである。すなわち、本発明の実施例２に係る半導体発光素子においては、界面電極１２０の直径は５μｍであり、反射率の低い領域が、界面電極１２０の直径が１５μｍである実施例１に比べて低減されているためである。なお、実施例２に係る界面電極１２０の直径は、半導体発光素子の動作電圧の上昇の抑制と発光出力の向上との兼ね合いから、３μｍから５μｍの範囲で規定する。
【０１３３】
また、表面電極１１０の細線の側方から界面電極１２０までの上面視における距離を一定（均等）にする位置関係に、表面電極１１０と全ての界面電極１２０との位置関係を設定することにより、半導体発光素子の面内における発光を均一化することができる。これにより、電流密度がいずれかの界面電極１２０に集中することを抑制でき、半導体発光素子の信頼性の向上、及び大電流通電時の半導体発光素子の局所加熱を抑制できる。したがって、実施例２に係る半導体発光素子によれば、電流―発光出力特性が向上する。
【０１３４】
このように、実施例２においても実施例１と同様に、図３（ａ）における計算結果と同じ傾向を示した。したがって、実施例２に係る半導体発光素子の特性結果は、実施例２に係る半導体発光素子の発光出力の向上が、透明層１４０の膜厚を厚くしたことによる反射領域の平均反射率の向上に起因することを裏付けているものと考えられる。
【実施例３】
【０１３５】
実施例３に係る半導体発光素子は、実施例２に係る半導体発光素子とは界面電極１２０の形状、並びに配置が異なる点を除き、実施例２に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１３６】
図７は、本発明の実施例３に係る表面電極と界面電極の配置とを示す。
【０１３７】
実施例３に係る界面電極１２０は、単一の形状を有して形成される。実施例３に係る界面電極１２０は、櫛形状の表面電極１１０と上面視にてかみ合う形で、櫛形状の形状を含んで形成される。実施例３に係る界面電極１２０は、線幅を５μｍにして形成した。なお、界面電極１２０と表面電極１１０の細線１１０ｂ、１１０ｃ、及び１１０ｄとの上面視における位置関係は、実施例２と同様にした。
【０１３８】
なお、実施例３においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、表面電極１１０及び界面電極１２０の配置が実施例３と同様な、実施例３の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１３９】
表３は、実施例３及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１４０】
【表３】
2009200178.tif 000010
【０１４１】
表３を参照すると、実施例１及び２と同様に、粗面化処理を実施した後、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜の膜厚の増加と共に発光出力の出力倍率が徐々に増加する傾向を示した。この場合において、粗面化処理未実施時及び粗面化処理実施時の発光出力の絶対値が実施例１よりも向上しているのは、表面電極１００及び界面電極１２０のパターン並びに配置の違いによるものである。
【０１４２】
実施例２に係る半導体発光素子と比較すると、実施例３に係る半導体発光素子の発光出力は多少低下しているものの、界面電極１２０の面積の増加を考慮すると、大幅には低下しなかった。これは、界面電極１２０の線幅が５μｍであり、光取り出し面１８０の面積に対して、反射率の低い界面電極１２０と半導体積層構造１３０との接触領域の面積が比較的小さいためである。なお、実施例３に係る界面電極１２０の線幅は、半導体発光素子の動作電圧の上昇の抑制と発光出力の向上との兼ね合いから、３μｍから５μｍの範囲で規定する。
【０１４３】
このように、実施例３においても実施例１及び２と同様に、図３（ａ）における計算結果と同じ傾向を示した。したがって、実施例３に係る半導体発光素子の特性結果は、実施例３に係る半導体発光素子の発光出力の向上が、透明層１４０の膜厚を厚くしたことによる反射領域の平均反射率の向上に起因することを裏付けているものと考えられる。
【実施例４】
【０１４４】
実施例４に係る半導体発光素子は、実施例３に係る半導体発光素子とは反射層１４０の材質がＡｇである点を除き、実施例３に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１４５】
なお、実施例４においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、表面電極１１０及び界面電極１２０の配置が実施例４と同様であり、反射層１４０の材質も同一の、実施例４の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１４６】
表４は、実施例４及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１４７】
【表４】
2009200178.tif 000011
【０１４８】
表４を参照すると、粗面化処理を実施した後、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜の膜厚が２２０ｎｍ以上においては、２２０ｎｍから４４０ｎｍにかけて透明層１４０の膜厚が増加すると共に発光出力が徐々に増加した。また、透明層１４０の膜厚が３３０ｎｍ以上では、比較例（膜厚：１１０ｎｍ）の発光出力に比べて発光出力が向上した。そして、実施例４に係る半導体発光素子においても、透明層１４０の膜厚が２２０ｎｍ以上では、透明層１４０の膜厚の増加に伴い、粗面化後の発光出力の出力倍率が高くなり、膜厚が３３０ｎｍ以上では飽和傾向を示した。なお、透明層１４０の膜厚が３３０ｎｍから７７０ｎｍまでの粗面化処理後の発光出力を参照すると、発光出力の増加は飽和傾向を示していた。また、実施例３に比べて実施例４に係る発光素子の方が全体的に発光出力が大きいのは、実施例３に係るＡｕからなる反射層１５０よりも実施例４に係るＡｇからなる反射層１４０の方が高い反射率を示すからである。
【０１４９】
実施例４に用いたＡｇからなる反射層１５０の平均反射率は、図３（ａ）に示すように、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合に最も大きくなる。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合に、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合のより高いことが分かる。そして、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合、平均反射率は飽和傾向を示すので、透明層１４０の厚さはｄ＝３λ／（４ｎ）以上であることが好ましいことが分かる。
【０１５０】
表４を参照すると、図３（ａ）に示した計算結果と同様の傾向を示すことが分かる。したがって、実施例４においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例４に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【実施例５】
【０１５１】
実施例５に係る半導体発光素子は、実施例３及び４に係る半導体発光素子とは反射層１４０の材質がＣｕである点を除き、実施例３及び４に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１５２】
なお、実施例５においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、表面電極１１０及び界面電極１２０の配置が実施例５と同様であり、反射層１４０の材質も同一の、実施例５の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１５３】
表５は、実施例５及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１５４】
【表５】
2009200178.tif 000012
【０１５５】
表５を参照すると、粗面化処理を実施した後、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜の膜厚が２２０ｎｍ以上においては、透明層１４０の膜厚が増加するに伴い、発光出力の出力倍率も徐々に高くなる傾向が示された。また、透明層１４０の膜厚が３３０ｎｍ以上では、比較例（膜厚：１１０ｎｍ）の発光出力に比べて発光出力が向上した。
【０１５６】
実施例５に用いたＣｕからなる反射層１５０の平均反射率は、図３（ａ）に示すように、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合に最も大きくなる。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合に、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合のより高いことが分かる。そして、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合、平均反射率は飽和傾向を示すので、透明層１４０の厚さはｄ＝３λ／（４ｎ）以上であることが好ましいことが分かる。
【０１５７】
表５を参照すると、図３（ａ）に示した計算結果と同様の傾向を示すことが分かる。したがって、実施例５においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例５に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【実施例６】
【０１５８】
実施例６に係る半導体発光素子は、実施例３に係る半導体発光素子とは反射層１４０の材質がＡｌである点を除き、実施例３に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１５９】
なお、実施例６においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、表面電極１１０及び界面電極１２０の配置が実施例６と同様であり、反射層１４０の材質も同一の、実施例６の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１６０】
表６は、実施例６及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１６１】
【表６】
2009200178.tif 000013
【０１６２】
表６を参照すると、粗面化処理を実施した後、透明層１４０としてのＳｉＯ２膜の膜厚が２２０ｎｍ以上においては、透明層１４０の膜厚が増加するに伴い、発光出力の出力倍率も徐々に増加する傾向が示された。また、透明層１４０の膜厚が３３０ｎｍ以上では、比較例（膜厚：１１０ｎｍ）の発光出力に比べて発光出力が向上した。
【０１６３】
実施例６に用いたＡｌからなる反射層１５０の平均反射率は、図３（ａ）に示すように、半導体積層構造１３０の表面が平滑な場合、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合に最も大きくなる。一方、半導体積層構造１３０の表面が乱反射面を有する場合、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合に、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合のより高いことが分かる。そして、ｄ＝３λ／（４ｎ）以上の場合、平均反射率は飽和傾向を示すので、透明層１４０の厚さはｄ＝３λ／（４ｎ）以上であることが好ましいことが分かる。
【０１６４】
表６を参照すると、図３（ａ）に示した計算結果と同様の傾向を示すことが分かる。したがって、実施例６においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例６に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【実施例７】
【０１６５】
実施例７に係る半導体発光素子は、実施例３に係る半導体発光素子とは乱反射発生部１８０を形成する際のエッチャントが異なる点を除き、実施例３に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１６６】
実施例７においては、図４Ｅ（ｊ）において説明したように、ｎ型クラッド層１３３（ｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層）の表面に粗面化処理を施す際のエッチャントに純水で希釈した塩酸を用いるのではなく、等方性エッチャントとしての臭化水素酸と過酸化水素水と純水との混合エッチャントを用いた。具体的に、混合エッチャントは、臭化水素酸：過酸化水素水：純水＝２０：１：１００となる割合で、臭化水素酸と過酸化水素水と純水とを混合して調製した。粗面化処理は、エッチング時間を２分間にして実施した。粗面化処理によりｎ型クラッド層１３３の表面がエッチングされた深さは約１μｍであった。
【０１６７】
実施例７において実施した粗面化処理により、ｎ型クラッド層１３３の表面には、乱反射発生部１８０としての凹状の略半球形の三次元構造体としての形状が複数形成された。乱反射発生部１８０としてのこの凹状の略半球状の形状において、ｎ型クラッド層１３３を含む半導体積層構造１３０内を伝搬して乱反射発生部１８０に到達した光は、乱反射した。なお、所定の粗面化処理により、ｎ型クラッド層１３３の表面には、乱反射発生部１８０としての凸状の略半球形の三次元構造体としての形状を複数形成することもできる。半導体積層構造１３０内を伝搬してこの凸状の形状に到達した光も、乱反射することとなる。
【０１６８】
なお、実施例７に係る粗面化処理によりｎ型クラッド層１３３の表面に形成される凹状又は凸状に形成された略半球形状の構造体は、ｎ型クラッド層１３３の表面に複数個、並べられて形成される。具体的に、凹状又は凸状に形成された略半球形状の構造体は、ｎ型クラッド層１３３の表面に形成されたレジストパターンの開口部分の配列に応じて、ｎ型クラッド層３３の表面に規則的な周期を持った配列として形成される。
【０１６９】
なお、実施例７においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、実施例７と同様の粗面化処理を施した、実施例７の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１７０】
表７は、実施例７及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１７１】
【表７】
2009200178.tif 000014
【０１７２】
表７を参照すると、粗面化処理を実施した後、透明層１４０の膜厚が増加するに伴い、発光出力の出力倍率も徐々に増加する傾向が示された。また、透明層１４０の膜厚が２２０ｎｍ以上では、比較例（膜厚：１１０ｎｍ）の発光出力に比べて発光出力が向上した。
【０１７３】
表７を参照すると、図３（ａ）に示した計算結果と同様の傾向を示すことが分かる。したがって、実施例７においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例７に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【実施例８】
【０１７４】
実施例８に係る半導体発光素子は、実施例３に係る半導体発光素子とは乱反射発生部１８０を形成する際のエッチングの方法が異なる点を除き、実施例３に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１７５】
実施例８においては、ｎ型クラッド層１３３としてのｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層を露出させた後、貼り合せウエハ７ｃを塩酸と酢酸との混酸エッチャントにディップした。すなわち、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１の製造方法において説明したように、図４Ｄ（ｉ）に示す貼り合せウエハ７ｃを形成した後、ｎ型クラッド層１３３上にフォトレジストからなるドットパターンを形成せずに、混酸エッチャントによりｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層の表面に粗面化処理を施した。そして、粗面化処理の後、第１の実施の形態に係る半導体発光素子１の製造方法において説明したのと同様に、パッド電極１００及び裏面電極２２０を形成した。
【０１７６】
なお、塩酸と酢酸との混合比は、塩酸が約１に対して酢酸が約２の割合とした。また、貼り合せウエハ７ｃの混酸エッチャントへのディップ時間は、６０秒とした。そして、この粗面化処理後のｎ型クラッド層１３３の表面を観察したところ、算術平均粗さが３１０ｎｍの不規則な非平滑面が形成されていた。形成された非平滑面により、半導体積層構造１３０からこの非平滑面に伝搬した光は、非平滑面において乱反射した。すなわち、形成された非平滑面は、光を乱反射する乱反射面としての機能を有していた。なお、実施例８に係る粗面化処理は、ｎ型クラッド層１３３の表面の形状の不規則性が半導体層内部において光学的に意味を有するように、算術平均粗さとして、発光層１３５が発する光の波長をｎ型クラッド層１３３の屈折率で除した値の４分の１よりも大きくすることが好ましい。
【０１７７】
なお、実施例８においても、実施例１と同様に、透明層１４０の膜厚を変えて６種類の半導体発光素子を製造した。また、実施例１の比較例と同様に、透明層１４０の膜厚が１１０ｎｍであって、実施例８と同様の粗面化処理を施した、実施例８の比較例に係る半導体発光素子も製造した。半導体発光素子の特性評価は、実施例１と同様に実施した。
【０１７８】
表８は、実施例８及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１７９】
【表８】
2009200178.tif 000015
【０１８０】
表８を参照すると、粗面化処理を実施した後、透明層１４０の膜厚が増加するに伴い、発光出力の出力倍率も徐々に増加する傾向が示された。また、透明層１４０の膜厚が２２０ｎｍ以上では、比較例（膜厚：１１０ｎｍ）の発光出力に比べて発光出力が向上した。実施例３に係る半導体発光素子に比べて粗面化処理後の発光出力は低減しているが、これは、実施例８で用いた粗面化処理により形成された非平滑面における乱反射の方が、角度の拡散効果が小さいためである。
【０１８１】
表８を参照すると、図３（ａ）に示した計算結果と同様の傾向を示すことが分かる。したがって、実施例８においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例８に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【実施例９】
【０１８２】
実施例９に係る半導体発光素子は、実施例３に係る半導体発光素子とは反射領域の一部としての透明層１４０の材質が異なる点を除き、実施例３に係る半導体発光素子と略同一の構成を備える。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【０１８３】
実施例９においては、反射領域の一部としての反射層１５０の材質をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、及びＡｌと変化させ、それぞれについて半導体発光素子を製造した。更に、実施例９に係る半導体発光素子の透明層１４０は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）から形成した。ここで、実施例９においては、膜厚のそれぞれ異なる透明層１４０（ＳｉＮ膜）を備える合計６種類の半導体発光素子を製造した。すなわち、透明層１４０の厚さを、１６０ｎｍ、２４０ｎｍ、３２０ｎｍ、４００ｎｍ、４８０ｎｍ、及び５６０ｎｍの６種類にして、６種類の半導体発光素子を製造した。なお、実施例９の比較例として、透明層１４０の厚さを８０ｎｍとした半導体発光素子も製造した。
【０１８４】
ここで、実施例９に係る透明層１４０の膜厚は、ＳｉＮの膜厚をｄ、半導体発光素子の発光ピーク波長をλ（実施例９においては、６３０ｎｍ）、半導体発光素子の発光波長に対する透明層１４０の屈折率（すなわち、ＳｉＮの屈折率）をｎ（ＳｉＮの場合２．０）とした場合に、ｄ＝λ／（４×ｎ）を基準として、ｄ＝２λ／（４×ｎ）、ｄ＝３λ／（４×ｎ）、ｄ＝４λ／（４×ｎ）、ｄ＝５λ／（４×ｎ）、ｄ＝６λ／（４×ｎ）、ｄ＝７λ／（４×ｎ）と基準の倍数にした値に設定した。なお、透明層１４０としてのＳｉＮ膜は、ＲＦスパッタ法により成膜した。
【０１８５】
表９は、実施例９及び比較例に係る半導体発光素子の特性評価結果を示す。
【０１８６】
【表９】
2009200178.tif 000016
【０１８７】
表９を参照すると、反射層１５０の材質によらず、粗面化処理後の半導体発光素子の発光出力の出力倍率が、徐々に向上する傾向があることが示された。すなわち、表９を参照すると、図３（ｂ）において示した計算結果と同様の傾向を示していることが分かる。したがって、実施例９においては、透明層１４０の膜厚を増加させたことによって反射領域の平均反射率が増加して、実施例９に係る半導体発光素子の発光出力が向上したものであることが裏付けられる。
【０１８８】
表１０及び表１１は、透明層１４０を構成する材料の屈折率を変化させた場合の乱反射面を有する構造（θｃ：９０°）の反射領域の平均反射率を示す。
【０１８９】
【表１０】
2009200178.tif 000017
【０１９０】
【表１１】
2009200178.tif 000018
【０１９１】
表１０及び表１１に示す値は、式１乃至式５に基づいて算出したものである。計算に用いたパラメータは、半導体積層構造１３０を形成する半導体の屈折率を３．２、光の波長を６３０ｎｍ、反射層１５０を形成する金属材料をＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌとした。また、ｄ＝λ／（４ｎ）の場合の値を１として、規格化した値も示す。
【０１９２】
表１０及び表１１を参照すると、反射層１５０がＡｕ又はＣｕから形成される場合であって、透明層１４０の屈折率が１．２から３．０の範囲である場合、及び反射層１５０がＡｇ又はＡｌから形成される場合であって、透明層１４０の屈折率が１．３から３．０の場合、透明層１４０の膜厚ｄが３λ／（４ｎ）以上の時に、ｄ＝λ／（４ｎ）の時よりも平均反射率が向上している。
【０１９３】
したがって、透明層１４０を、屈折率が１．３から３．０の範囲内の透明材料から形成して、膜厚を３λ／（４ｎ）以上に形成することにより、半導体発光素子の光取り出し効率を向上させることができる。屈折率が１．３から３．０の範囲内の透明材料としては、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素の他に、五酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、又はこれらの酸化物材料を８０ｗｔ％以上の濃度で含む金属酸化物を用いることができる。
【０１９４】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１９５】
【図１Ａ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の断面の概要図である。
【図１Ｂ】（ａ）は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子の上面図であり、（ｂ）は、第１の実施の形態に係る半導体発光素子を透明層において切断した場合の切断上面図である。
【図２Ａ】第１の実施の形態に係る界面電極の占有面積率に対する発光出力の関係を示す図である。
【図２Ｂ】第１の実施の形態に係る反射層を構成する材料の反射率を示す図である。
【図３】（ａ）は、透明層の屈折率が１．４５の場合の反射領域の平均反射率の計算結果を示す図であり、（ｂ）は、透明層の屈折率が２．０の場合の反射領域の平均反射率の計算結果を示す図である。
【図４Ａ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図４Ｂ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図４Ｃ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図４Ｄ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図４Ｅ】第１の実施の形態に係る半導体発光素子の製造工程の流れを示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係る半導体発光素子の断面の概略を示す図である。
【図６】実施例２に係る表面電極と界面電極の配置とを示す図である。
【図７】実施例３に係る表面電極と界面電極の配置とを示す図である。
【符号の説明】
【０１９６】
１  半導体発光素子
３  エピタキシャルウエハ
５  発光構造体
６  支持構造体
７、７ａ、７ｂ、７ｃ  貼り合せウエハ
８  処理前発光素子
１０  成長基板
２０  支持基板
１００  パッド電極
１１０  表面電極
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ  細線
１１１  表面電極の位置
１２０  界面電極
１２０ａ  開口部
１３０、１３０ａ  半導体積層構造
１３１  ｎ型コンタクト層
１３３  ｎ型クラッド層
１３５  発光層
１３７  ｐ型クラッド層
１３９  ｐ型コンタクト層
１４０  透明層
１５０  反射層
１６０  バリア層
１７０  発光構造体側接合層
１７０ａ、２００ａ  接合表面
１８０  光取り出し面
１９０  エッチングストップ層
２００  支持基板側接合層
２１０  コンタクト電極
２２０  裏面電極
【図１Ａ】
2009200178.tif 000019
【図１Ｂ】
2009200178.tif 000020
【図２Ａ】
2009200178.tif 000021
【図２Ｂ】
2009200178.tif 000022
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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