(57)【要約】【課題】光の偏光比を高めるとともに、光の取り出し効率を向上させることが可能な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、基板２と、半導体積層構造３と、カソード電極４と、アノード電極５とを備えている。基板２の主面２ａは、半導体積層構造３が形成される面であって、無極性面であるｍ面からなる。半導体積層構造３は、基板２上にエピタキシャル成長により形成されている。半導体積層構造３は、基板２側から順に、ｎ型コンタクト層１１と、活性層１２と、ｐ型電子阻止層１３と、ｐ型コンタクト層１４とを備えている。半導体積層構造３の活性層１２の主面１２ａ及び各層１１、１３、１４の主面は無極性面であるｍ面により構成されている。カソード電極４は、基板２の裏面２ｂの一部であって、中心を含む中央部に形成されている。アノード電極５は、ｐ型コンタクト層１４の上面１４ａの全面に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
略無極性面または略半極性面を主面とするIII族窒化物半導体からなる活性層を含み、前記基板の一方の面に形成された半導体積層構造と、
前記基板の他方の面である第１電極面の一部に形成された第１電極と、
前記基板及び前記半導体積層構造を挟み前記第１電極面とは反対側の第２電極面に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記第１電極の平面積は、前記第１電極面の平面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記主面は、ｍ面であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板は、導電性を有するＧａＮからな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１電極は、前記第１電極面の中央部に形成されてい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２電極は、前記第２電極面の全面に形成されてい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】
前記第１電極面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項８】
前記半導体積層構造とは反対側の前記第２電極の面には、絶縁膜と第３電極とが順に積層され、
前記第３電極は、前記第２電極の一部と電気的に接続されるとともに、光を反射可能なことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項９】
前記絶縁膜には、前記第２電極の一部を露出させるための開口部が形成され、
前記絶縁膜の厚みは、前記活性層からの光の波長以下であり、
前記第３電極は、前記絶縁膜の開口部に形成された凸部によって前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子。
【請求項１０】
前記半導体積層構造は、前記活性層を挟み前記基板とは反対側の位置に形成された反射層を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７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、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層を含む半導体発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層を含む半導体発光素子が知られている。特許文献１には、サファイア基板である基板と、ｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層を含むＧａＮ系半導体からなり基板の一方の面（以下、表面）に形成された半導体積層構造と、ｎ型半導体層上に形成されたカソード電極と、ｐ型半導体層上に形成されたアノード電極と、基板の他方の面（以下、裏面）に形成された反射層とを備えた半導体発光素子が開示されている。特許文献１の半導体発光素子では、上述したようにカソード電極とアノード電極とが同じ側に形成されている。
【０００３】
この半導体発光素子では、カソード電極とアノード電極との間に順方向の電圧が印加されると、カソード電極からは電子が半導体積層構造に注入され、アノード電極からは正孔が半導体積層構造に注入される。注入された電子及び正孔は、活性層で再結合して発光する。発光した光の一部は、電極側へ進行して外部へ照射される。また、発光した光のうち、基板側に進行する光は、反射層により電極側へと反射されて外部へ照射される。
【特許文献１】特許第３４１２５６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載の半導体発光素子は、活性層で発光する光が偏光していない。また、カソード電極とアノード電極とが形成されている側の面から光を取り出している。このため、２つの電極及び電極にボンディングされるワイヤ等により光が遮られ、若しくは、透明アノード電極を用いた場合でも何割か光が吸収されてしまうため、光の取り出し効率が低いといった課題がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、活性層からの光の偏光比を高めるとともに、光の取り出し効率を向上させることが可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、基板と、略無極性面または略半極性面を主面とするIII族窒化物半導体からなる活性層を含み、前記基板の一方の面に形成された半導体積層構造と、前記基板の他方の面である第１電極面の一部に形成された第１電極と、前記基板及び前記半導体積層構造を挟み前記第１電極面とは反対側の第２電極面に形成された第２電極とを備えたことを特徴とする半導体発光素子である。
【０００７】
尚、ここでいう略無極性面とは、無極性面及び無極性面からのオフ角が±１°以内の面をいう。また、略半極性面とは、半極性面及び半極性面からのオフ角が±１°以内の面をいう。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記第１電極の平面積は、前記第１電極面の平面積の５０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子である。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、前記主面は、ｍ面であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、前記基板は、導電性を有するＧａＮからな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である。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、前記第１電極は、前記第１電極面の中央部に形成されてい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である。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、前記第２電極は、前記第２電極面の全面に形成されてい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である。
【００１３】
また、請求項７に記載の発明は、前記第１電極面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【００１４】
また、請求項８に記載の発明は、前記半導体積層構造とは反対側の前記第２電極の面には、絶縁膜と第３電極とが順に積層され、前記第３電極は、前記第２電極の一部と電気的に接続されるとともに、光を反射可能なことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【００１５】
また、請求項９に記載の発明は、前記絶縁膜には、前記第２電極の一部を露出させるための開口部が形成され、前記絶縁膜の厚みは、前記活性層からの光の波長以下であり、前記第３電極は、前記絶縁膜の開口部に形成された凸部によって前記第２電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子である。
【００１６】
また、請求項１０に記載の発明は、前記半導体積層構造は、前記活性層を挟み前記基板とは反対側の位置に形成された反射層を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の半導体発光素子である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体発光素子によれば、略無極性面及び略半極性面を主面とする活性層を備えているので、活性層で偏光した光を発光させることができる。また、第１電極と第２電極とを基板及び半導体積層構造を挟み反対側に形成するとともに、第１電極を第１電極面の一部に形成することにより、第１電極面の電極を形成されていない面から光を取り出すことができる。これにより、光の取り出し効率を向上させることができるとともに、電極と基板との界面による散乱によって偏光比が低下することを抑制できるので、偏光比の高い状態を保ったまま光を取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態による半導体発光素子の断面図である。図２は、矢印ＩＩ方向から視た、半導体発光素子の底面図である。図３は、六方晶の結晶構造のユニットセルを説明する図である。図４は、活性層の断面図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、第１実施形態による半導体発光素子１は、基板２と、半導体積層構造３と、カソード電極（請求項の第１電極に相当）４と、アノード電極（請求項の第２電極に相当）５とを備えている。
【００２０】
基板２は、六方晶の結晶構造を有し、ｎ型のドーパントとしてシリコンがドープされた導電性のｎ型ＧａＮからなる。基板２は、約１００μｍ〜約３００μｍの厚みを有する。基板２の一方の面（以下、主面という）２ａは、半導体積層構造３をエピタキシャル成長させるための面である。基板２の主面２ａは、無極性面であるｍ面からなる。
【００２１】
ここで、ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体が有する六方晶の結晶構造について図面を参照して説明する。
【００２２】
図３（ａ）に示すように、六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体では、１つのＩＩＩ族原子に対して、４つの窒素原子が結合している。４つの窒素原子は、ＩＩＩ族原子を中央に配置した正四面体の４つの頂点に配置されている。これらの４つの窒素原子は、１つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して＋ｃ軸方向に配置され、他の３つの窒素原子がＩＩＩ族原子に対して−ｃ軸側に配置されている。これにより、六方晶のＩＩＩ族窒化物半導体は、分極がｃ軸方向に沿って形成される。
【００２３】
図３（ｂ）に示すように、ｃ軸は、六角柱の中心軸方向に沿い、このｃ軸を法線とする面（六角柱の頂面）がｃ面（０００１）である。ｃ面に平行な２つの面でＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を劈開すると、＋ｃ面はＩＩＩ族原子が配列された結晶面となり、−ｃ面は窒素が配列された結晶面となる。そのため、＋ｃ面と−ｃ面は異なる性質を示す極性面となる。
【００２４】
六角柱の側面がｍ面（１−１００）であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がａ面（１１−２０）である。これらは、ｃ面に対して直交する結晶面であり、分極方向に対して直交しているため、極性のない平面、すなわち、無極性面である。更に、図３（ｃ）に示すように、ｃ面に対して傾斜している（平行も直交もしていない）結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているため、若干の極性のある平面、すなわち、半極性面である。半極性面の具体例は、（１０−１１）面、（１０−１３）面、（１１−２２）面などの面である。
【００２５】
基板２の他方の面（以下、裏面という）２ｂは、後述する活性層１２からの光を取り出すための面である。尚、基板２の裏面２ｂが、請求項の第１電極面に相当する。基板２の裏面２ｂは、活性層１２で発光する偏光した光Ｌの偏光比の低下を抑制するために、ＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）により、表面の凹凸の差が、活性層１２において発光する光Ｌの波長以下、好ましくは、「波長／基板２の屈折率」以下になるように鏡面加工されている。一例として、基板２の表面の凹凸の差を約１００ｎｍ以下に構成することが考えられる。
【００２６】
半導体積層構造３は、基板２の主面２ａ上に六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることにより形成されている。半導体積層構造３には、基板２側から順に、ｎ型コンタクト層１１と、活性層１２と、ｐ型電子阻止層１３と、ｐ型コンタクト層１４とが積層されている。
【００２７】
ｎ型コンタクト層１１は、約１×１０１８ｃｍ−３の濃度のシリコンがｎ型のドーパントとしてドープされた約３μｍ以上の厚みを有するｎ型ＧａＮ層からなる。
【００２８】
活性層１２は、約４３０ｎｍ〜約４８５ｎｍの青色の光を発光するためのものである。図４に示すように、活性層１２は、井戸層２１とバリア層２２とが交互に５ペア〜１１ペア形成された多重量子井戸構造を有する。井戸層２１は、シリコンがドープされた厚さ約３ｎｍのＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（０．０５≦Ｘ≦０．２）からなる。バリア層２２は、ノンドープの厚さ約９ｎｍのＧａＮ層からなる。
【００２９】
ｐ型電子阻止層１３は、ｎ型コンタクト層１１から活性層１２に注入された電子がｐ型コンタクト層１４まで流れることを抑制するためのものである。ｐ型電子阻止層１３は、約３×１０１９ｃｍ−３の濃度のマグネシウムがｐ型のドーパントとしてドープされた、約２８ｎｍの厚みを有するｐ型ＡｌＧａＮ層からなる。
【００３０】
ｐ型コンタクト層１４は、約１×１０２０ｃｍ−３の濃度のマグネシウムがｐ型のドーパントとしてドープされた、約７０ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮ層からなる。
【００３１】
上述したように、半導体積層構造３を構成する各層１１〜１４は、ｍ面からなる基板２の主面２ａ上にエピタキシャル成長させた六方晶の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体からなるので、基板２の主面２ａと同様に、活性層１２の主面１２ａ及び各層１１、１３、１４の主面は無極性面であるｍ面に形成される。
【００３２】
カソード電極４は、基板２の裏面２ｂの一部であって、中心を含む中央部に形成されている。カソード電極４は、基板２の裏面２ｂとオーミック接続されている。カソード電極４は、基板２側から順に約１０ｎｍの厚みのＴｉ層及び約１００ｎｍの厚みのＡｌ層が積層された金属層からなる。ここで、カソード電極４は、基板２の裏面２ｂから光を取り出すことを考慮すると、小さい方が好ましい。しかし、カソード電極４には、プリント基板１０１と接続するためのワイヤ１０２がボンディングされることを考慮すると大きい方が好ましい。このことから、カソード電極４の平面積は、基板２の裏面２ｂの平面積の５０％以下、好ましくは、７％〜８％程度が好ましい。
【００３３】
アノード電極５は、ｐ型コンタクト層１４の上面（請求項の第２電極面に相当）１４ａの全面に形成されている。アノード電極５は、ｐ型コンタクト層１４とオーミック接続されている。アノード電極５は、約２００ｎｍ〜約３００ｎｍの厚みを有し、光を透過可能なＺｎＯからなる。
【００３４】
次に、上述した半導体発光素子１の動作説明を行う。
【００３５】
半導体発光素子１では、順方向に電圧が印加されると、カソード電極４から基板２に電子が注入されるとともに、アノード電極５から半導体積層構造３に正孔が注入される。注入された電子は、基板２及びｎ型コンタクト層１１を介して活性層１２に注入される。ここで、カソード電極４は、基板２の裏面２ｂの中央部に形成されているので、水平方向（積層方向に対して垂直な方向）において略均一に電子が注入される。また、注入された正孔は、ｐ型コンタクト層１４及びｐ型電子阻止層１３を介して活性層１２に注入される。ここで、アノード電極５はｐ型コンタクト層１４の全面を覆うように形成されているので、正孔は水平方向の略全域に注入される。活性層１２に注入された電子及び正孔は、井戸層２１で再結合して青色の光Ｌを発光する。ここで、活性層１２の主面２ａを無極性面であるｍ面により構成することにより、井戸層２１において発光する光Ｌをａ軸方向に偏光させることができる。そして、偏光光は、偏光方向とは垂直な方向に進行するので、活性層１２で発光する光Ｌの大部分は、ｍ軸方向（積層方向）及びｃ軸方向へと進行する。具体的には、ｍ軸方向及びｃ軸方向へ進行する偏光した光Ｌは、ａ軸方向に進行する光の数倍〜約１０倍程度の光量となる。
【００３６】
活性層１２で発光した光Ｌのうち、基板２側へ進行する光Ｌは、ｎ型コンタクト層１１及び基板２を透過して、基板２の裏面２ｂのうち、カソード電極４が形成されていない領域から外部へ照射される。ここで、基板２の裏面２ｂは、鏡面加工されているので、偏光した光Ｌの偏光比の低下が抑制される。尚、活性層１２で発光する光Ｌのうち、アノード電極５側へ進行する光Ｌは、アノード電極５を透過して外部へ照射される。
【００３７】
次に、上述した半導体発光素子１の製造方法について説明する。
【００３８】
まず、ＧａＮの単結晶からなり、主面２ａが無極性面のｍ面である基板２を用意する。ここで、ｍ面を主面２ａとする基板２は、まず、ｃ面を主面とするＧａＮ単結晶から切り出した後、（０００１）方向及び（１１−２０）方向の両方に対する方位誤差が±１°以内（好ましくは±０．３°以内）になるようにＣＭＰ法により研磨されて作製される。これにより、ｍ面を主面２ａとし、転位や積層欠陥といった結晶欠陥が少なく、表面の凹凸が原子レベルまで抑制された基板２を得ることができる。また、主面２ａを研磨した後、基板２の裏面２ｂをＣＭＰ法により研磨して、表面の凹凸が約１００ｎｍ以下に鏡面加工する。
【００３９】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、上述した基板２の主面２ａ上に半導体積層構造３をエピタキシャル成長させる。具体的には、基板２をＭＯＣＶＤ装置（図示略）の処理室に導入し、加熱及び回転可能なサセプタ上に配置する。尚、処理室内は、１／１０気圧〜常圧になるように、処理室内の雰囲気が排気されている。
【００４０】
次に、基板２の主面２ａの荒れを抑制するために、処理室内にキャリアガス（Ｈ２ガス）によってアンモニアガスを供給しつつ、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃に昇温する。
【００４１】
次に、キャリアガスによりアンモニアガス、トリメチルガリウム（以下、ＴＭＧ）ガス及びシランを処理室に供給して、シリコンがドープされたｎ型ＧａＮ層からなるｎ型コンタクト層１１を基板２の主面２ａにエピタキシャル成長させる。
【００４２】
次に、基板２の温度を約７００℃〜約８００℃に設定した後、ｎ型コンタクト層１１上に活性層１２を形成する。具体的には、キャリアガスによりアンモニアガス及びＴＭＧガスを処理室内に供給して、ノンドープのＧａＮ層からなるバリア層２２をエピタキシャル成長させる。また、基板２を同じ温度に保った状態で、キャリアガスによってアンモニアガス、ＴＭＧガス、トリメチルインジウム（以下、ＴＭＩ）ガス及びシランガスを供給して、シリコンがドープされたｎ型ＩｎＧａＮ層からなる井戸層２１をエピタキシャル成長させる。そして、上述した方法によりバリア層２２及び井戸層２１を所望の回数交互にエピタキシャル成長させることによって、活性層１２を形成する。
【００４３】
次に、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃まで昇温した後、キャリアガスによりアンモニアガス、ＴＭＧガス、トリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡ）ガス及びビスシクロペンタジエニルマグネシウム（以下、Ｃｐ２Ｍｇ）ガスを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたｐ型ＡｌＧａＮ層からなるｐ型電子阻止層１３を活性層１２上にエピタキシャル成長させる。
【００４４】
次に、基板２の温度を約１０００℃〜約１１００℃に保った状態で、キャリアガスによりアンモニアガス、ＴＭＧガス及びＣｐ２Ｍｇガスを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたｐ型ＧａＮ層からなるｐ型コンタクト層１４をｐ型電子阻止層１３上にエピタキシャル成長させる。これにより、活性層１２の主面１２ａ及び各層１１、１３、１４の主面が無極性面のｍ面により構成された半導体積層構造３が完成する。
【００４５】
次に、スパッタリング法や真空蒸着法により、ＺｎＯからなるアノード電極５をｐ型コンタクト層１４の上面１４ａの全面に形成する。
【００４６】
次に、基板２の裏面２ｂにレジスト膜（図示略）を所望のパターンで形成する。抵抗加熱法または電子ビーム法等の真空蒸着法によって、レジスト膜が形成された基板２の裏面２ｂにＴｉ層及びＡｌ層を順に形成する。その後、レジスト膜上のＴｉ層及びＡｌ層を除去することによって、カソード電極４を形成する。
【００４７】
最後に、各素子単位に分割することによって、半導体発光素子１が完成する。尚、この後、プリント基板１０１上の配線にアノード電極５が電気的に接続されるとともに、カソード電極４がワイヤ１０２を介してプリント基板１０１の配線にボンディングされる。
【００４８】
上述したように第１実施形態による半導体発光素子１では、活性層１２の主面１２ａが無極性面であるｍ面からなるので、活性層１２で発光する光が偏光している。この結果、外部へ照射される光の偏光比を高めることができる。また、偏光した光は、偏光方向と垂直な方向に進行するので、ｍ軸方向に進行する光はａ軸方向に進行する光に比べて数倍〜約１０倍程度多い。この結果、ｍ面を光取出面（裏面２ｂ）としている半導体発光素子１では、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００４９】
また、光を透過可能な程度に電極を薄く形成して、電極を透過させた後、光を外部へ取り出す場合、ある程度の光が電極により吸収されるとともに、電極と基板との界面により光が散乱されて偏光比が低下する。一方、半導体発光素子１では、基板２の裏面２ｂのカソード電極４が形成されていない領域から光を取り出すので、電極４及び５による光の吸収を抑制して、光の取り出し効率を向上させることができるとともに、カソード電極４と基板２との界面での偏光比の低下を抑制して偏光比の高い状態で光を取り出すことができる。
【００５０】
また、半導体発光素子１では、半導体積層構造３に比べて非常に厚い基板２の裏面２ｂ側から光を取り出しているので、活性層１２から光取出面（裏面２ｂ）までの距離を大きくすることができる。これにより、以下の２点の効果を奏することができる。まず、第１の効果として、活性層１２から出射された光の裏面２ｂへの入射角を小さくすることができるので、裏面２ｂの全反射による光の反射損失を低減できる。第２の効果として、裏面２ｂに形成されたカソード電極４と活性層１２との距離を大きくすることができるので、カソード電極４により遮られる光の割合を小さくして、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００５１】
また、半導体発光素子１では、基板２の裏面２ｂを鏡面加工することにより、裏面２ｂでの偏光した光の散乱をより抑制することができる。これにより、裏面２ｂから外部へ照射される光の偏光比の低下をより抑制できるので、偏光比の高い光を取り出すことができる。
【００５２】
また、半導体発光素子１では、カソード電極４とアノード電極５とを、半導体積層構造３を挟み反対側に形成しているので、アノード電極５をプリント基板１０１の配線にワイヤを介さずに直接接続することによりアノード電極５のみをワイヤ１０２でボンディングすればよい。これにより、ワイヤボンディングの工程を一つ減らすことができるので、製造工程を簡略化することができる。
【００５３】
また、基板２の主面２ａを無極性面であるｍ面によって構成することにより、成長時における半導体積層構造３の成長面の分極を抑制することができる。これにより、半導体積層構造３を構成する各層１１〜１４を安定な成長面で成長させることができるので、半導体積層構造３の結晶性を向上させることができる。この結果、活性層１２で発光効率を高めるとともに、光の偏光比を向上させることができる。
【００５４】
また、基板２を、導電性を有するＧａＮにより構成しているので、積層欠陥が少なく、結晶性の高い半導体積層構造３を形成することができる。これにより、発光効率を向上させることができる。
【００５５】
また、カソード電極４を基板２の裏面２ｂの中央部に形成することにより、活性層１２に注入される電子の偏りを抑制できる。更に、アノード電極５をｐ型コンタクト層１４の上面１４ａの全面に形成することにより、アノード電極５から水平方向の全域に正孔に注入することができるので、活性層１２の全域により光を発光させることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、上述の第１実施形態の一部を変更した第２実施形態の半導体発光素子について、図面を参照して説明する。図５は、第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００５７】
図５に示すように、半導体発光素子１Ａは、基板２と、半導体積層構造３と、カソード電極４と、アノード電極５と、絶縁膜３１と、外部電極（請求項の第３電極に相当）３２とを備えている。絶縁膜３１及び外部電極３２は、半導体積層構造３とは反対側の面であるアノード電極５の上面５ａに順に積層されている。
【００５８】
絶縁膜３１は、光を反射させるために外部電極３２の下面３２ｂを絶縁するためのものである。絶縁膜３１は、光を透過可能な絶縁性のＳｉＯ２からなる。絶縁膜３１の厚みは、活性層１２から発光される光の波長以下、好ましくは、「波長／絶縁膜３１の屈折率」以下に構成される。一例として、絶縁膜３１の厚みを約５０ｎｍにすることが考えられる。絶縁膜３１の中心を含む中央部には、アノード電極５の上面５ａの一部を露出させて、アノード電極５と外部電極３２とを接続するための開口部３１ａが形成されている。
【００５９】
外部電極３２は、プリント基板１０１とアノード電極５とを電気的に接続するとともに、プリント基板１０１の方向へと進行する光をカソード電極４の方向へと反射するためのものである。外部電極３２は、絶縁膜３１の上面３１ｂに形成されている。外部電極３２は、導電性を有し、光を反射可能な材料からなる。具体的には、外部電極３２には、絶縁膜３１側からＡｌ層（厚み約１００ｎｍ）、Ｔｉ層（厚み約１０ｎｍ）及びＡｕ層（厚み約２００ｎｍ）が順に積層されている。尚、外部電極３２のＡｌをＡｇにより構成してもよい。また、外部電極３２は、絶縁膜３１の開口部３１ａに形成された凸部３２ａを有する。ここで凸部３２ａの厚みは、活性層１２の波長以下である絶縁膜３１の厚みと略同じである。従って、活性層１２からの光は、鏡面加工された面と同様に、凸部３２ａによる偏光比の低下を抑制される。外部電極３２の凸部３２ａは、アノード電極５とオーミック接続されている。一方、凸部３２ａ以外の外部電極３２の下面３２ｂは、絶縁膜３１によって絶縁されているので、光を反射することができる。
【００６０】
次に、上述した半導体発光素子１Ａの動作説明を行う。尚、第１実施形態の半導体発光素子１と同じ動作については、簡略化して説明する。
【００６１】
まず、半導体発光素子１Ａでは、順方向の電圧が印加されると、活性層１２において偏光した光Ｌが発光する。発光した光Ｌのうち基板２の方向へと進行する光Ｌは、基板２の裏面２ｂから外部へ照射される。一方、発光した光Ｌのうち、アノード電極５の方向へと進行する光Ｌは、アノード電極５及び絶縁膜３１を透過して、外部電極３２に達する。そして、光Ｌは、外部電極３２の下面３２ｂにより基板２の方向へと反射される。反射された光Ｌは、基板２の裏面２ｂから外部へ照射される。
【００６２】
次に、上述した半導体発光素子１Ａの製造方法について、図面を参照して説明する。図６〜図８は、第２実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。
【００６３】
まず、図６に示すように、第１実施形態の半導体発光素子１と同様に、基板２上に半導体積層構造３及びアノード電極５を形成する。その後、プラズマＣＶＤ法により、アノード電極５上にＳｉＯ２からなる絶縁膜３１を形成する。
【００６４】
次に、図７に示すように、絶縁膜３１に開口部３１ａを形成するためのレジスト膜３５を形成する。その後、絶縁膜３１をエッチングすることにより、絶縁膜３１に開口部３１ａを形成して、アノード電極５の一部を露出させる。
【００６５】
次に、図８に示すように、抵抗加熱法または電子ビーム法等の真空蒸着法により絶縁膜３１の開口部３１ａ及び上面３１ｂにアルミニウムからなる外部電極３２を形成する。その後、図５に示すように、カソード電極４を形成した後、素子単位に分割して半導体発光素子１Ａが完成する。
【００６６】
上述したように半導体発光素子１Ａは、半導体発光素子１が有する構成を備えているので、半導体発光素子１と同じ効果を奏することができる。
【００６７】
更に、半導体発光素子１Ａは、基板２の方向とは反対側へ進行する光を基板２の方向へと反射する外部電極３２を設けたので、基板２の裏面２ｂより多くの光を取り出すことができる。また、外部電極３２の反射面（下面３２ｂ）を絶縁膜３１により絶縁することによって、光が吸収されることを抑制できる。
【００６８】
（第３実施形態）
次に、上述の第１実施形態の一部を変更した第３実施形態の半導体発光素子について、図面を参照して説明する。図９は、第３実施形態による半導体発光素子の断面図である。図１０は、反射層の断面図である。尚、第１実施形態と同じ構成には、同じ符号を付与して説明を省略する。
【００６９】
図９に示すように、第３実施形態による半導体発光素子１Ｂは、基板２と、半導体積層構造３Ｂと、カソード電極４と、アノード電極５とを備えている。
【００７０】
半導体積層構造３Ｂは、基板２側から順に、ｎ型コンタクト層１１と、活性層１２と、反射層１５と、ｐ型コンタクト層１４とが積層されている。
【００７１】
反射層１５は、アノード電極５の方向へと進行する光を基板２の方向へと反射するためのものである。図１０に示すように、反射層１５は、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４１及びｐ型ＧａＮ層４２が交互に周期的に積層されたＤＢＲ（分布ブラック反射）構造を有する。
【００７２】
ここで、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４１内のＡｌの組成比である「Ｙ」の値は、特に限定されるものではないが、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４１とｐ型ＧａＮ層４２との屈折率差を大きくするために、Ｙ≧０．２、より好ましくは、Ｙ＝１．０である。ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４１及びｐ型ＧａＮ層４２には、ｐ型のドーパントとしてマグネシウムがドープされている。尚、以下の説明においては、ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層４１をｐ型ＡｌＧａＮ層４１と記載する。
【００７３】
反射層１５を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層４１とｐ型ＧａＮ層４２との１周期（１ペア）の厚みｄは、反射された光が強め合うように、
ｄ＝（λ／４ｎ１）＋（λ／４ｎ２）      ・・・（１）
となるように形成されている。ここで、λは活性層１２で発光する光の波長、ｎ１はｐ型ＡｌＧａＮ層４１の屈折率、ｎ２はｐ型ＧａＮ層４２の屈折率である。従って、λ＝４３０ｎｍ、ｎ１＝２．３８、ｎ２＝２．５２として、上述の式（１）に代入すると、ｐ型ＡｌＧａＮ層４１とｐ型ＧａＮ層４２との１周期の厚みｄは、約８８ｎｍとなる。ｐ型ＡｌＧａＮ層４１とｐ型ＧａＮ層４２と周期の数は、特に限定されるものではないが、反射率を上げるために１０周期以上が好ましい。
【００７４】
次に、半導体発光素子１Ｂの動作説明を行う。半導体発光素子１Ｂでは、順方向の電圧が印加されると、活性層１２で偏光した光Ｌが発光する。発光した光Ｌのうち基板２の方向へ進行する光Ｌは、基板２の裏面２ｂから外部へ照射される。一方、発光した光Ｌのうち、アノード電極５の方向へと進行する光Ｌは、反射層１５により基板２の方向へと反射される。反射された光Ｌは、基板２の裏面２ｂから外部へ照射される。
【００７５】
次に、反射層１５の製造工程について説明する。反射層１５を構成するｐ型ＡｌＧａＮ層４１は、基板２の温度を約１０５０℃〜約１１５０℃に設定した状態で、キャリアガスによりアンモニアガス、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス及びＣｐ２Ｍｇガスを供給することによって形成する。また、反射層１５を構成するｐ型ＧａＮ層４２は、基板２の温度を約１０５０℃〜約１１５０℃に設定した状態で、キャリアガスによりアンモニアガス、ＴＭＧガス及びＣｐ２Ｍｇガスを供給することによって形成する。これらの工程を交互に所望の回数行うことにより、反射層１５を形成する。尚、他の各工程については、第１実施形態と同様のため省略する。
【００７６】
上述したように第３実施形態による半導体発光素子１Ｂは、第１実施形態による半導体発光素子１と略同様の構成を有するので、同じ効果を奏する。
【００７７】
また、第３実施形態による半導体発光素子１Ｂは、アノード電極５の方向へと進行する光を基板２の方向へと反射可能な反射層１５を備えているので、光の取り出し効率を向上させることができる。また、反射層１５を半導体積層構造３Ｂ内に形成することにより、半導体発光素子１Ｂの小型化を実現できる。
【００７８】
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。
【００７９】
例えば、上述の実施形態では基板の主面及び半導体積層構造を構成する活性層等の各層の主面を無極性面であるｍ面により構成したが、ｍ面以外の略無極性面及び略半極性面により構成してもよい。ここで略無極性面とは、無極性面からのオフ角が±１°以内の面をいう。また、略半極性面とは、半極性面からのオフ角が±１°以内の面をいう。
【００８０】
また、半導体積層構造を構成する各半導体材料及び各層の厚み等は適宜変更可能である。
【００８１】
また、アノード電極を、ｐ型コンタクト層から順にＮｉ／Ａｕ、パラジウム／Ａｕなどにより構成してもよい。更に、カソード電極を、Ａｌ、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＺｎＯなどにより構成してもよい。特に、カソード電極を透明電極により構成することによって、光の取り出し効率をより向上させることができる。
【００８２】
また、上述の実施形態では、青色の光を発光可能に活性層を構成したが、井戸層のＩｎＧａＮ内のＩｎの比率を変更することにより、異なる波長（例えば、約４８５ｎｍ〜約５３０ｎｍ）の光を発光させるように活性層を構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１実施形態による半導体発光素子の断面図である。
【図２】矢印ＩＩ方向から視た、半導体発光素子の底面図である。
【図３】六方晶の結晶構造のユニットセルを説明する図である。
【図４】活性層の断面図である。
【図５】第２実施形態による半導体発光素子の断面図である。
【図６】第２実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。
【図７】第２実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。
【図８】第２実施形態による半導体発光素子の各製造工程における断面図である。
【図９】第３実施形態による半導体発光素子の断面図である。
【図１０】反射層の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、１Ａ、１Ｂ       半導体発光素子
２     基板
２ａ   主面
２ｂ   裏面
３、３Ｂ      半導体積層構造
４     カソード電極
５     アノード電極
５ａ   上面
１１   ｎ型コンタクト層
１２ａ 主面
１２   活性層
１３   ｐ型電子阻止層
１４   ｐ型コンタクト層
１４ａ 上面
１５   反射層
２１   井戸層
２２   バリア層
３１   絶縁膜
３１ａ 開口部
３１ｂ 上面
３２   外部電極
３２ａ 凸部
３２ｂ 下面
３５   レジスト膜
４１   ｐ型ＡｌＹＧａ１−ＹＮ層
４２   ｐ型ＧａＮ層
Ｌ     光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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