JP2001358364A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光取り出し効率を向上させる。 【解決手段】 透光性を有する半導体基板１００、この
半導体基板１００上に、半導体基板１００に対して格子
整合したバッファ層１０１、バッファ層１０１上に形成
された発光層１０４、バッファ層１０１上に配置された
第１電極１０７、発光層１０４上に配置された第２電極
１０８を備え、発光層１０４から出射された光を透光性
を有する基板１００側から取り出すことで、光取り出し
効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子は、ｐｎ接合領域に注入
された電子とホールの発光再結合を利用したデバイスで
ある。そして、発光層の半導体材料を変えることで、赤
外から紫外までの発光を実現することができる。

【０００３】ところが、半導体発光素子には、半導体結
晶と大気の屈折率差による臨界角や結晶成長可能な基板
での光吸収が存在する。このため、外部に取り出せる光
は内部で発光した光のわずか数％にしか過ぎない。

【０００４】従来の半導体発光素子の構成を、図１６に
示す。

【０００５】ｐ型半導体基板１０００上に、多層反射膜
１００１、ｐ型コンタクト層１００２、ｐ型クラッド層
１００３、発光層として作用する活性層１００４、ｎ型
クラッド層１００５、ｎ型コンタクト層１００６を形成
し、さらにコンタクト層１００２上にｎ型電極１００
７、コンタクト層１００６上にｐ型電極１００８を形成
している。

【０００６】活性層１００４で発光した光のうち、ｎ型
クラッド層１００５側に出射された光は、クラッド層１
００５を通して外部に取り出される。

【０００７】一方、ｐ型クラッド層１００３側に出射さ
れた光は、多層反射膜１００１で反射されてｎ型クラッ
ド層１００５を通して外部に取り出される。

【０００８】この構造によれば、基板１０００側に出射
された光を反射膜１００１で反射することにより、外部
へ取り出すことができる。

【０００９】しかし、反射膜１００１に対して垂直に入
射しない光の反射率が低いこと、光取り出し面に光を遮
蔽する電極１００７、１００８が存在すること、反射膜
１００１上に活性層１００４を形成することにより結晶
性が悪く寿命が短い等の問題があった。

【００１０】また、従来の他の半導体発光素子を図１７
に示す。ｎ型ＧａＰ基板１１０１上に、ｎ型ＩｎＧａＰ
バッファ層１１０２、ｎ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１０
３、発光層として作用するＩｎＧａＡｌＰ活性層１１０
４、ｐ型ＩｎＡｌＰクラッド層１１０５、ｐ型ＧａＡｓ
コンタクト層１１０６、さらにコンタクト層１１０６上
にｐ型電極１１０７、基板１１０１上にｎ型電極１１０
０を形成している。

【００１１】活性層１１０４で発光した光は、ｎ電極１
１００及ぴｐ電極１１０７に反射され、ｐ電極１１０７
で遮蔽されていないコンタクト層１１０６から外部に取
り出される。

【００１２】しかしながら、この構造では電極１１０７
直下に集中した光を電極１１０７が遮っているため、外
部に出すことができないという問題があった。

【００１３】また、図１７に示された従来の素子では、
活性層１１０４で発光した光は、結晶と空気との屈折率
差が原因となって、発光した光のうち数％しか外部に取
り出すことができなかった。

【００１４】ところで、半導体発光素子には、赤色から
緑色を発光するために、ＧａＡｓ系半導体材料を用いた
化合物半導体発光素子、紫外光領域から青色、緑色領域
に至る発光を行うために、ＡｌｘＧａｙｌｎ１−ｘ−ｙ
Ｎ（０≦ｘ、ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子が実用化されている。

【００１５】ところが、このような発光素子は、一般に
屈折率（ＧａＮ＝２．６７、ＧａＡｓ＝３．６２）が高
いため、臨界角（ＧａＮ＝２１．９度、ＧａＡｓ＝１
６．０度）が小さく、光取り出し効率が低いという問題
点があった。

【００１６】また、ＧａＡｓ系においては、基板におけ
る光吸収が大きく、発光した光が基板に吸収されてしま
い光取り出し効率が低かった。

【００１７】従来のガリウム砒素系化合物半導体発光素
子の一例を図１９に示す。

【００１８】ｎ−ＧａＡｓ基板１３００に、ｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層１３０１、ｎ−１ｎＧａＡｌＰクラッド層
１３０２、ｌｎＧａＡｌＰ活性層１３０３、ｐ−ｌｎＧ
ａＡ１Ｐクラッド層１３０４、ｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡
散層１３０５を順次結晶成長する。さらに、ｐ−ＡｌＧ
ａＡｓ電流拡散層１３０５上にはｐ側電極パッド１３０
７、ｎ−ＧａＮ基板１３００上にｎ側電極１３０６を形
成する。

【００１９】このような構造では、ｐ側電極１３０７か
ら流れた電流は、ｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１３０５
で広げられ、ｐ−ｌｎＧａＡｌＰクラッド層１３０４か
らｌｎＧａＡｌＰ活性層１３０３に電流が注入されて発
光し、その光はｐ−ＡｌＧａＡｓ電流拡散層１３０５を
通して素子外部に取り出される。

【００２０】このような構造のＧａＡｓ系化合物半導体
発光素子においては、活性層１３０３で発光した光のう
ち、基板１３００側に出射した光は基板１３００により
吸収されてしまい、素子外部へ光を取り出すことができ
ないという問題があった。具体的には、発光した光のう
ち５０％は取り出すことができず、高輝度化のためには
致命的であった。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来は
光取り出し効率が低いという問題があった。

【００２２】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、光取り出し効率を向上させ、高輝度化を実現
することが可能な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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光素子
は、透光性を有する半導体基板と、前記半導体基板上
に、前記半導体基板に対して格子整合したバッファ層
と、前記バッファ層上に形成された発光層と、前記バッ
ファ層上に配置された第１の電極と、前記発光層上に配
置され、光反射性を有する第２の電極とを備えることを
特徴とする。

【００２４】また本発明の半導体発光素子は、半導体基
板と、前記半導体基板上に形成された発光層と、同一面
上に配置された第１及び第２の電極とを備え、前記発光
層から発光した光が通過するように、前記半導体基板に
は光取り出し窓が形成されていることを特徴とする。

【００２５】本発明の半導体発光素子の製造方法は、透
光性を有する半導体基板上に、前記半導体基板に対して
格子整合するようにバッファ層を形成する工程と、前記
バッファ層上に、第１のコンタクト層、第１のクラッド
層、発光層、第２のクラッド層及び第２のコンタクト層
を順次形成する工程と、前記第１のクラッド層、前記発
光層、前記第２のクラッド層及び前記第２のコンタクト
層を一部除去して前記第１のコンタクト層の表面を露出
させる工程と、露出した前記第１のコンタクト層の表面
上に第１の電極を形成する工程と、前記第２のコンタク
ト層の表面上に、光反射性を有する第２の電極を形成す
る工程とを備えることを特徴とする。

【００２６】また本発明の半導体発光素子の製造方法
は、半導体基板上に、バッファ層、第１のコンタクト
層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層及び
第２のコンタクト層を順次形成する工程と、前記第１の
クラッド層、前記発光層、前記第２のクラッド層及び前
記第２のコンタクト層を一部除去して前記第１のコンタ
クト層の表面を露出させる工程と、露出した前記第１の
コンタクト層の表面上に第１の電極を形成する工程と、
前記第２のコンタクト層の表面上に、光反射性を有する
第２の電極を形成する工程と、前記半導体基板に対し、
前記第２の電極と対向する箇所に光取り出し窓を形成す
る工程とを備えることを特徴とする。

【００２７】本発明の半導体発光素子は、透光性を有す
る半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、発光
層とこの発光層の両面を狭持する第１、第２のクラッド
層とを含むダブルヘテロ構造体と、前記ダブルヘテロ構
造体上に形成され、凹状の表面を有するコンタクト層と
を備えている。

【００２８】本発明の半導体発光素子の製造方法は、透
光性を有する半導体基板上に、バッファ層、第１のクラ
ッド層、発光層、第２のクラッド層及びコンタクト層を
順次形成する工程と、前記コンタクト層の表面を凹状に
加工する工程と、前記コンタクト層の表面上に、光反射
性を有する第１の電極を形成する工程と、前記半導体基
板の表面上に、前記第１の電極と対向する箇所が除去さ
れるように第２の電極を形成する工程とを備える。

【００２９】あるいは、本発明の半導体発光素子の製造
方法は、透光性を有する半導体基板上に、格子整合する
ようにバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層上
に、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層及び
コンタクト層を順次形成する工程と、前記コンタクト層
の表面を凹状に加工する工程と、前記コンタクト層の表
面上に、光反射性を有する第１の電極を形成する工程
と、前記半導体基板の表面上に第２の電極を形成する工
程とを備えることを特徴とする。

【００３０】本発明の半導体発光素子は、半導体基板上
に少なくとも発光層が形成され、前記半導体発光素子が
五角以上の多角柱、又は円柱の形状を有することを特徴
とする。

【００３１】また本発明の半導体発光素子は、面方向に
発光する発光層を有する半導体発光素子であって、前記
発光層の少なくとも一方の面側にフォトニクス結晶層を
有することを特徴とする。

【００３２】前記フォトニクス結晶層は、前記発光層に
対し、前記化合物半導体発光素子における光取り出し面
の反対側に形成されていてもよい。

【００３３】あるいは、前記フォトニクス結晶層は、前
記発光層に対し、前記半導体発光素子における光取り出
し面側に形成されており、前記光取り出し面に対して略
垂直方向に貫通転位が存在し、前記発光層から発光した
光を通過させるものであってよい。

【００３４】本発明の半導体発光素子は、半導体基板
と、前記半導体基板上に形成されたコンタクト層と、前
記コンタクト層上に形成された第１のクラッド層と、前
記第１のクラッド層上に形成された発光層と、前記発光
層上に形成された第２のクラッド層とを備え、前記第１
のクラッド層に接する前記コンタクト層の界面には凹凸
が形成されており、屈折率に分布が存在することによ
り、前記発光層から発光した光がこの界面により反射さ
れることを特徴とする。

【００３５】また本発明の半導体発光素子は、半導体基
板と、前記半導体基板上に形成された発光層とを備え、
前記半導体基板は、エッジがだれた形状を有する。

【００３６】あるいは、本発明の半導体発光素子は、フ
ォトニクス結晶層と、前記フォトニクス結晶層の一方の
面上と他方の面上にそれぞれ少なくとも１つずつ形成さ
れた発光素子とを備え、前記発光素子はそれぞれ異なる
発光波長で発光することを特徴とする。

【００３７】また本発明の半導体発光素子は、透光性を
有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたブ
ラッグ反射層と、前記ブラッグ反射層上に形成された活
性層と、前記活性層上に形成されたフォトニクス結晶層
とを備えている。

【００３８】本発明の半導体発光素子の製造方法は、第
１の半導体基板上に、バッファ層、第１のクラッド層、
発光層、第２のクラッド層を順次形成する工程と、第２
の半導体基板上に、フォトニクス結晶層を形成する工程
と、前記第２のクラッド層と前記フォトニクス結晶層と
を融着する工程と、前記第１の半導体基板及び前記バッ
ファ層を除去する工程とを備える。

【００３９】また本発明の半導体発光素子の製造方法
は、透光性を有する第１の半導体基板上に、バッファ
層、コンタクト層、第１のクラッド層、発光層、第２の
クラッド層を順次形成する工程と、第２の半導体基板上
に、フォトニクス結晶層を形成する工程と、前記第１の
半導体基板と前記フォトニクス結晶層とを融着する工程
と、前記第２の半導体基板を除去する工程とを備え、前
記フォト二クス結晶層には、光取り出し面に対して略垂
直方向に貫通転位が存在し、前記発光層から発光した光
を通過させる。

【００４０】あるいは、本発明の半導体発光素子の製造
方法は、半導体基板上に、コンタクト層を形成する工程
と、前記コンタクト層の表面上に凹凸を形成する工程
と、前記コンタクト層上に、第１のクラッド層、発光
層、第２のクラッド層を順次形成する工程とを備え、前
記第１のクラッド層に接する前記コンタクト層の界面に
形成した凹凸によって屈折率に分布が存在し、前記発光
層から発光した光がこの界面により反射されることを特
徴とする。

【００４１】本発明の半導体発光素子は、半導体基板上
に、少なくとも発光層を形成する工程と、前記半導体基
板のエッジを除去する加工を行い、前記エッジがだれた
形状とする工程とを備えている。

【００４２】また本発明の半導体発光素子の製造方法
は、透光性を有する第１の半導体基板上に、バッファ層
を形成する工程と、前記バッファ層上に、ブラッグ反射
層を形成する工程と、前記ブラッグ反射層上に、発光
層、クラッド層、接着層を順次形成する工程と、第２の
半導体基板上にフォトニクス結晶層を形成する工程と、
前記接着層を介して、前記クラッド層と前記フォトニク
ス結晶層とを接着する工程と、前記第２の半導体基板を
除去する工程とを備えることを特徴としている。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００４４】（１） 第１の実施の形態 図１に、本発明の第１の実施の形態による半導体発送素
子の構成を示す。

【００４５】ＺｎＳｅから成る透光性を有する半導体基
板１００上に、Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａ１（１−ｘ
１−ｙ１）Ｐからなるバッファ層１０１、Ｉｎ（ｘ２）
Ｇａ（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｐからなるｎ型コ
ンタクト層１０２、Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１
−ｘ３−ｙ３）Ｐからなるｎ型クラッド層１０３、Ｉｎ
（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ４）Ｐからな
る活性層１０４、Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−
ｘ５−ｙ５）Ｐからなるｐ型クラッド層１０５、Ｉｎ
（ｘ６）Ｇａ（ｙ６）Ａｌ（１−ｘ６−ｙ６）Ｐからな
るｐ型コンタクト層１０６を順次形成していく。

【００４６】また、一部エッチング除去したｎ型コンタ
クト層１０２上に、ＡｕＧｅからなるｎ型電極１０７、
Ｐ型コンタクト層１０６上にＡｕＺｎから成るｐ型電極
１０８を形成する。ここで０＝＜ｘ１、…、ｘ６、ｙ
１、…、ｙ６、ｘ１＋ｙ１、…ｘ６＋ｙ６＜＝１とす
る。

【００４７】ここで、電極材には、コンタクト層とオー
ミックコンタクトをとることが可能なものであること、
また光反射率が高いことが望ましい。

【００４８】活性層１０４で発光した光は、半導体基板
１００を通過して外部に取出され、さらにｐ型電極１０
８側に出射した光は電極１０８で反射され、同じく基板
１００を透過して外部に取出される。光取り出し面に傷
害物がないため、有効に素子内部の光を取り出すことが
できるので、光取り出し効率が向上する。

【００４９】また、基板１００に用いたＺｎＳｅは、格
子定数が５．６６７オングストロームである。しかし、
基板１００上に形成したＩｎ（ｘ）Ｇａ（ｙ）Ａｌ（１
−ｘ−ｙ）Ｐ層の組成ｘ、ｙを変えることで、５．４５
１オングストロームから５．８６８オングストロームま
で格子定数を制御することができる。このため、ＺｎＳ
ｅ基板１００に格子整合した発光層１０４、あるいは格
子整合はしないが臨界膜厚以内となる発光層１０４を結
晶性良く形成することができる。

【００５０】クラッド層１０３とコンタクト層１０６の
組成は、活性層１０４のバンドギャップより大きくなる
ように調整することで、内部吸収がない構造も実現する
ことができる。

【００５１】また、活性層１０４の組成を変えること
で、赤色から緑色まで実現可能である。さらに、厚さ数
１０オングストロームからなる量子井戸層を用いた単一
量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることで、発光効
率の向上と長寿命を実現することができる。

【００５２】ｎ型電極１０７は、ｐ型コンタクト層１０
６にｎ型不純物をイオン注入し、あるいは拡散すること
によって形成する。これにより、ｐ型電極１０８とｎ型
電極１０７とが同一面上に形成される。これにより、ｐ
型電極１０８を放熱板に直接接着することが可能であ
る。従って、放熱性が向上するので、数Ａの高電流ま
で、光出力が飽和することなく動作することが可能であ
る。

【００５３】（２） 第２の実施の形態 図２に、本発明の第２の実施の形態による半導体発光素
子の構成を示す。

【００５４】ＧａＡｓからなる半導体基板２００上に、
Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ１）Ｐか
らなるバッファ層２０１、Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａ
ｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｐからなるｎ型コンタクト層２０
２、Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ３）
Ｐからなるｎ型クラッド層２０３、Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ
（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ４）Ｐからなる活性層２０
４、Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ５）
Ｐからなるｐ型クラッド層２０５、Ｉｎ（ｘ６）Ｇａ
（ｙ６）Ａｌ（１−ｘ６−ｙ６）Ｐからなるｐ型コンタ
クト層２０６を順次形成する。

【００５５】さらに、一部エッチング除去したｎ型コン
タクト層２０２上にＡｕＧｅからなるｎ型電極２０７、
Ｐ型コンタクト層２０６上にＡｕＺｎからなるｐ型電極
２０８を形成する。

【００５６】そして、活性層２０４を挟んでｐ型電極２
０８と対向した位置に光を取り出すことができるよう
に、基板２００に対して光取り出し窓２０９を形成して
いる。ここで、０＝＜ｘ１、…、ｘ６、ｙ１、…、ｙ
６、ｘ１＋ｙ１、…、ｘ６＋ｙ６＜＝１とする。

【００５７】活性層２０４で発光した光は、光取り出し
窓２０９を通して外部に取り出される。さらに、ｐ型電
極２０８側に出射した光は、電極２０８で反射されて同
じく窓２０９を透過して外部に取り出される。

【００５８】また、電極２０８の大きさであるが、電極
２０８が光取り出し窓２０９より大きいと、光の一部が
基板２００に吸収されて十分に取り出すことができなく
なる。そこで、電極２０８は光取り出し窓２０９より小
さいことが望ましい。このようにすることで、活性層２
０４から発光した光を有効に取り出すことができるの
で、素子の光出力が増加する。

【００５９】本実施の形態によれば、光取り出し面に障
害物が存在しないので、有効に内部の光を取り出すこと
ができる。また、クラッド層２０３、２０５とコンタク
ト層２０２、２０６の組成は、活性層２０４のバンドギ
ャップより大きくなるように調整することで、内部吸収
がない構造を実現することができる。

【００６０】また、活性層２０４の組成を変えること
で、赤色から緑色までの発光が実現可能となる。

【００６１】さらに、活性層２０４の構造を、厚さ数１
０オングストロームからなる量子井戸層を用いた単一量
子井戸構造や多重量子井戸構造とすることで、発光効率
の向上と長寿命とが実現される。

【００６２】ｎ型電極２０７は、ｐ型コンタクト層２０
６からｎ型不純物をイオン注入し拡散した領域を形成す
ることで、ｐ型電極２０８とｎ型電極２０７とが同一面
上に形成される。これにより、ｐ型電極２０８を放熱板
に直接接着することができるため、数オングストローム
の高電流まで、光出力が飽和することなく動作が可能で
ある。

【００６３】（３） 第３の実施の形態 本発明の第３の実施の形態による素子の構成を図３に示
す。

【００６４】ｎ型ＧａＰからなる基板３００上に、Ｉｎ
（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘｌ−ｙ１）Ｐから成
るｎ型バッファ層３０１、Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａ
ｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｐからなるｎ型クラッド層３０
２、Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ３）
Ｐからなる活性層３０３、Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａ
１（１−ｘ４−ｙ４）Ｐからなるｐ型クラッド層３０
４、Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｘ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ５）
Ｐからなるｐ型コンタクト層３０５を順次形成する。
ｎ型ＧａＰ基板３００上に、ＡｕＧｅＮｉからなるｎ型
電極３０６を形成する。ｎ型電極３０６には、光取り出
し窓３０８が形成されている。さらに、表面を凹状にエ
ッチング除去したｐ型コンタクト層３０５上に、ＡｕＺ
ｎからなるｐ型電極３０７を形成する。

【００６５】ここで、ｘａ＋ｙａ＜＝１で、０＜＝ｘ
ａ、ｙａ＜＝１、ａは１〜５である。

【００６６】活性層３０３で発光した光は、矢印Ａのよ
うに直進してｐ型電極３０６側の光取り出し窓３０８か
ら素子の外部へ取り出される。また、矢印Ｂで示された
光は、コンタクト層３０５の凹面上に形成されたｐ型電
極３０７下で反射され、側面から外部に取り出される。

【００６７】図１７に示された従来の素子では、ｐ型電
極１１０７で反射された光は、ｎ型電極１１００でさら
に反射され、結晶内部の不純物等に吸収されて熱に変換
され、外部に取り出すことができなかった。このような
光を、本実施の形態によれば有効に外部に取り出すこと
ができるので、光取り出し効率が向上する。

【００６８】ここで、クラッド層３０２及び３０４と、
コンタクト層３０５の組成は、活性層３０３のバンドギ
ャップより大きくなるように調整することで、内部吸収
がない構造を実現することができる。

【００６９】また、活性層３０３の組成を変えること
で、赤色から緑色まで発光が可能となる。

【００７０】さらに、活性層３０３の構造を、厚さ数１
０オングストロームからなる量子井戸層を用いた単一量
子井戸構造や、多重量子井戸構造とすることで、発光効
率の向上と長寿命とを実現することができる。

【００７１】（４） 第４の実施の形態 次に、本発明の第４の実施の形態について、図４を用い
て説明する。本実施の形態は、半導体基板としてＺｎＳ
ｅを用いた場合に相当する。

【００７２】ｎ型ＺｎＳｅから成る基板４００上に、基
板４００に格子整合したＩｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ
（１−ｘ１−ｙ１）Ｐから成るｎ型バッファ層４０１、
Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｐか
ら成るｎ型クラッド層４０２、Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ
３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ３）Ｐから成る活性層４０３、
Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ４）Ｐか
ら成るｐ型クラッド層４０４、Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ
５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ５）Ｐから成るｐ型コンタクト
層４０５を順次形成する。

【００７３】さらに、ｎ型ＺｎＳｅ基板４００上に、Ａ
ｕＧｅＮｉから成るｎ電極４０６を形成し、一部エッチ
ング除去したｐ型コンタクト層４０５上にＡｕＺｎから
成るｐ型電極４０７を形成する。

【００７４】ここで、各層４０１〜４０５における組成
比ｘ１〜ｘ５、ｙ１〜ｙ５は、ｎ型ＺｎＳｅ基板４００
に対して格子整合が可能な範囲で調整する必要がある。
また、ｐ型クラッド層４０４及びｎ型クラッド層４０２
のバンドギャップは、活性層４０３のバンドギャップよ
りも大きく設定することで、ダブルヘテロ効果をより有
効に得ることができる。

【００７５】上記構成によれば、上記第３の実施の形態
と同様に、ｐ型コンタクト層４０５の表面を凹状にエッ
チング除去している。このため、活性層４０３で発光し
た光が、ｐ型電極４０７下で反射されて端面から取り出
すことができるので、取り出し効率が向上する。

【００７６】また、素子の寸法に関し、従来の素子では
一般に縦３００μｍ×横３００μｍであった。本実施の
形態では、縦１００μｍ×横１００μｍとすることで、
素子内部における光の吸収を減少させて、光取り出し効
率を向上させることができる。具体的には、素子全体と
して光出力が約２倍に向上する。

【００７７】活性層４０３の組成比ｘ３、ｙ３を変える
ことにより、赤色から緑色までの発光を実現することが
できる。また、素子の厚さが約数１０オングストローム
の量子井戸構造とすることで、ＺｎＳｅ基板による応力
の影響を少なくして長寿命化を達成することができる。

【００７８】（５） 第５の実施の形態 図５に、本発明の第５の実施の形態の構成を示す。

【００７９】ｎ型ＧａＰからなる半導体基板５００上
に、Ｉｎ（ｘｌ）Ｇａ（ｙｌ）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ１）
Ｐからなるｎ型バッファ層５０１、Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ
（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ２）Ｐからなるｎ型クラッ
ド層５０２、Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３〉Ａｌ（１−ｘ３
−ｙ３）Ｐからなる活性層５０３、Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ
（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ４）ＰからなるＰ型クラッ
ド層５０４，Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５
−ｙ５）ＰからなるＰ型コンタクト層５０５を順次形成
する。

【００８０】ｎ型ＧａＰ基板５００上に、ＡｕＧｅＮｉ
からなるｎ型電極５０６、Ｐ型コンタクト層５０５上に
ＡｕＺｎからなるＰ型電極５０７を形成する。

【００８１】ここで、ｘａ＋ｙａ＜１で、０＜＝ｘａ、
ｙａ＜＝１、ａは１〜５である。

【００８２】そして、素子形状として、図５に示された
ように表面が八角形である八角柱に加工されている。こ
れにより、従来の素子のような表面が四角である四角柱
の場合において四隅に放射された光も、この四隅の部分
が切断された形状となっていることから、全反射される
ことなく外部へ取り出すことができる。

【００８３】ここで、素子形状は八角形に限らず、５角
形以上であればよい。角数が多いほど光の取り出し効率
は向上する。さらに、素子形状が、表面が円形である円
柱になると、さらに光の取り出し効率が向上する。

【００８４】クラッド層５０２及び５０４と、コンタク
ト層５０５の組成は、活性層５０３のバンドギャップよ
り大きくなるように調整することで、内部吸収がない構
造が実現される。また、活性層５０３の組成を変えるこ
とで赤色から緑色まで発光が実現可能である。

【００８５】さらに、厚さ数１０オングストロームから
なる量子井戸層を用いた単一量子井戸構造、多重量子井
戸構造とすることで、発光効率の向上と長寿命とを実現
することができる。

【００８６】（６） 第６の実施の形態 図６に、本発明の第６の実施の形態を示す。

【００８７】ｎ型ＧａＮからなる基板６００上に、Ｉｎ
（ｘｌ）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘトｙｌ）Ｎからなる
ｎ型バッファ層６０１、Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａ１
（１−ｘ２−ｙ２）Ｎからなるｎ型クラッド層６０２、
Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａ１（１−ｘ３−ｙ３）Ｎか
らなる活性層６０３、Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａ１
（１−ｘ４−ｙ４）ＮからなるＰ型クラッド層６０４、
Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａ１（１−ｘ５−ｙ５）Ｎか
らなるＰ型コンタクト層６０５を順次形成する。

【００８８】ｎ型ＧａＮ基板６００上に、ＴｉＡｕから
なるｎ型電極６０６、Ｐ型コンタクト層６０５上にＮｉ
ＡｕからなるＰ型電極６０７を形成する。

【００８９】ここで、ｘａ＋ｙａ＜＝１で、０＜＝ｘ
ａ、ｙａ＜＝１、ａは１〜５である。

【００９０】そして、図６に示されたように、素子形状
を、表面が八角形である八角柱に加工したことにより、
光取り出し効率が向上する。素子形状は八角形に限ら
ず、５角形以上の多角形であればよく、さらに円柱にす
ることで光取り出し効率が向上する。

【００９１】クラッド層６０２及ぴ６０４とコンタクト
層６０５の組成は、活性層６０３のバンドギャップより
大きくなるように調整することで、内部吸収がない構造
が実現できる。

【００９２】また、活性層６０３の組成を変えることで
紫外から赤色まで発光が実現可能となる。

【００９３】さらに、厚さ数１０Ａからなる量子井戸層
を用いた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とするこ
とで、発光効率の向上と長寿命が実現できる。

【００９４】（７） 第７の実施の形態 ところで、近年いわゆるフォトニクス結晶が実用化され
つつある。フォトニクス結晶とは、媒質に周期的な屈折
率分布を設けたものであって、２次元・３次元となるに
つれてその効果が増大し、特徴的な光学特性を示す。

【００９５】フォトニクス結晶の特徴は、バンドギャッ
プの存在に起因する。バンドギャップ中では光の状態が
存在しないため、バンドギャップに相当する光子エネル
ギを持つ光は、この結晶中に存在することができない。
そこで、外から結晶に入射した光は反射されることにな
る。また、結晶中に欠陥を線状に導入すると、そこには
光子の存在が許される。このため、光閉じ込め効果や導
波路が実現される。

【００９６】フォトニクス結晶の一例としては、ウェー
ハ接着技術を用いたものとしてが野田等の以下の文献に
開示されている。

【００９７】電子情報通信学会誌、１９９９年３月、第
２３２〜２４１頁 図１８に、その製造方法を工程別に示す。図１８（ａ）
に示されたように、ＧａＡｓ基板１２００上に、ＡｌＧ
ａＡｓ層１２０１、ＧａＡｓ層１２０２を形成する。

【００９８】図１８（ｂ）に示されたように、ＧａＡｓ
層１２０２をパターニングし、格子状に加工する。

【００９９】このような加工を施した基板と、同じ構成
を有するＧａＡｓ基板１２１０、ＡｌＧａＡｓ層１２１
１、ＧａＡｓ層１２１２から成る基板とを用意し、図１
８（ｃ）に示されたように格子状のＧａＡｓ層１２０２
とＧａＡｓ層１２１２とが直交するように位置あわせし
ながら融着する。

【０１００】そして、図１８（ｄ）に示されたように、
一方の基板１２１０及びＡｌＧａＡｓ層１２１１を選択
エッチャントで除去する。

【０１０１】以上の図１８（ａ）〜図１８（ｄ）の工程
をさらに繰り返すことで、図１８（ｅ）に示されたよう
に、ＧａＡｓ系半導体材料と空気とから成る回析格子を
有するフォトニクス結晶を作製する。ここで、互いに平
行する一つおきの回折格子は、発光する光の半周期分位
相がずれている必要がある。

【０１０２】このようなフォトニクス結晶を用いた本発
明の第７の実施の形態を、図７を用いて説明する。

【０１０３】図７（ａ）に示されたように、ｐ−ＧａＡ
ｓ基板７００上に、ＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＧａＡｓバ
ッファ層７０１、ｐ−ＧａＮコンタクト層７１２、ｐ−
ＩｎＧａＡｌＰクラッド層７０２、ＩｎＧａＡｌＰ活性
層７０３、ｎ−ｌｎＧａＡｌＰクラッド層７０４を順次
結晶成長させる。

【０１０４】これとは別に、上述した工程を経てフォト
ニクス結晶７０５を作製し、ｎ−ｌｎＧａＡｌＰクラッ
ド層７０４上に融着させる。フォトニクス結晶７０５上
に、ｎ−ＧａＡｓ層７０６を形成する。

【０１０５】ｐ−ＧａＡｓ基板７００及びｎ−ＧａＡｓ
バッファ層７０１を除去する。さらに、図７（ｂ）のよ
うに、ｎ−ＧａＡｓ層７０６上にｎ電極７０８を形成
し、ｐ−ｌｎＧａＡｌＰ層７０３上にｐ型透明電極７０
９を形成する。さらに、ｐ型透明電極７０９の一部を除
去して、ブロック層７１１を形成し、ｐ型透明電極７０
９からブロック層７１１にかけてｐ−電極パッド７１０
を形成する。

【０１０６】この構成により、ｐ−電極パッド７１０か
ら注入された電流がｐ型透明電極７０９で拡げられ、活
性層７０３に注入されて発光した光がフォトニクス結晶
７０５で反射され、ｐ型透明電極７０９を通して光が取
り出される。

【０１０７】フォトニクス結晶７０９では９０％以上の
光が反射される。これにより、電流値が２０ｍＡのとき
に光出力として８ｍＷ、発光波長として６３０ｎｍが得
られる。この値は、図１７に示された従来の素子の約２
倍の値であり、光取り出し効率が大幅に向上している。

【０１０８】（８） 第８の実施の形態 本発明の第８の実施の形態による素子の構成を、図８を
用いて説明する。

【０１０９】本実施の形態は、貫通転位を有するフォト
ニクス結晶を、光取り出し面に形成したＧａＮ系化合物
半導体発光素子に相当する。

【０１１０】サファイア基板８０１上に、ＧａＮバッフ
ァ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮ層８０２、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層８０３、ｌｎＧａＮ活性層８０４、ｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層８０５、ｐ−ＧａＮコンタクト層８
０９を順次結晶成長させている。

【０１１１】さらに、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８０
５、ｌｎＧａＮ活性層８０４及びｎ型ＡｌＧａＮ層８０
３の一部をエッチングにより除去し、ｎ型ＧａＮ層８０
２の表面を露出させる。ｐ−ＧａＮコンタクト層８０９
上にはｐ側電極及びボンディング電極（透明である必要
はない）８０６を形成し、さらにｎ型ＧａＮ層８０２上
にｎ側電極８０７を形成する。

【０１１２】これとは別に、サファイア基板上に、例え
ばＧａＮ等からなるフォトニクス結晶を作製しておく。
ここで、サファイア基板上のＧａＮには、多くの貫通転
位が存在する。このようなフォトニクス結晶８０８とサ
ファイア基板８０１とを融着させる。この場合、サファ
イア基板８０１が透明であるので発光した光は基板８０
１に吸収されない。

【０１１３】このような構造によれば、ｐ側電極８０６
から流された電流は、ｐ型ＧａＮコンタクト層８０９か
らｌｎＧａＮ発光層８０４に電流が注入されて発光し、
その光はフォトニクス結晶８０８を通して素子の外部に
取り出される。

【０１１４】フォトニクス結晶８０８は、上述したよう
に多くの貫通転位を有する。このため、上記第７の実施
の形態におけるフォトニクス結晶７０６のように光を反
射するのではなく、貫通転位に沿って光が進み、チップ
外に光が効率良く取り出される。このフォトニクス結晶
８０８はフィルタとしても機能し、より波長半値幅の狭
い単色性の高い発光が得られる。

【０１１５】（９） 第９の実施の形態 第９の実施の形態について、図９を用いて説明する。こ
れはフォトニクス結晶を導入しない場合の一例に相当す
る。

【０１１６】本実施の形態は、ＧａＮ系化合物半導体発
光素子であって、ｎ−ＧａＮ基板９０１上にＧａＮバッ
ファ層（図示せず）、ｎ型ＧａＮコンタクト層９０２、
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層９０３、ＩｎＧａＮ活性層９
０４、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９０５、ｐ−ＧａＮコ
ンタクト層９１１を順次結晶成長し、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層９１１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９０５、ｌｎ
ＧａＮ活性層９０４及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層９０
３、ｎ型ＧａＮコンタクト層９０２の一部をエッチング
除去してｎ型ＧａＮ層９０２の表面を露出している。

【０１１７】ｐ型ＡｌＧａＮ層９０５上に、ｐ側透明電
極９０６を形成し、このｐ側透明電極９０６に隣接して
電流阻止用の絶縁膜から成る電流ブロック層９０７を形
成し、電流ブロック層９０７上に、ｐ側透明電極９０６
と接続されたｐ側ボンディング電極９０８を形成する。
さらに、ｎ型ＧａＮコンタクト層９０２上にＮ側電極９
１０を形成する。

【０１１８】ここで、ｎ−ＧａＮ層９０２の界面に凹凸
を形成した後、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層９０３を成長
させて、屈折率に分布を持たせている。ｎ−ＧａＮ層１
４の界面に凹凸を形成する方法として、例えば図１０
（ａ）〜図１０（ｄ）、あるいは図１１（ａ）〜図１１
（ｃ）に示された方法等を用いてもよい。

【０１１９】図１０に示された方法は、先ず図１０
（ａ）に示されたように、サファイア基板２０００上
に、ＧａＮバッファ層２００１、ｎ型ＧａＮコンタクト
層２００２を順次形成する。

【０１２０】図１０（ｂ）のように、レジストを塗布し
て写真蝕刻法を用いてパターニングを行い、レジスト膜
２００３を形成する。

【０１２１】図１０（ｃ）のように、レジスト膜２００
３をマスクとしてｎ型ＧａＮコンタクト層２００２の表
面に凹凸を形成する。

【０１２２】この後、図１０（ｄ）のように、ｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層２００３を形成して表面を平坦化す
る。

【０１２３】あるいは、図１１に示された方法は、先ず
図１１（ａ）に示されたように、サファイア基板２１０
０上に、ＧａＮバッファ層２１０１、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層２１０２を順次形成する。

【０１２４】図１１（ｂ）のように、例えば反応性イオ
ンエッチングの際のエッチングガスの流量比をＢＣｌ
3：Ｃｌ2＝１：１にすることにより、Ｃｌ2ガスの比を
高くすると、ｎ型ＧａＮコンタクト層２１０２の表面に
荒れが発生する。

【０１２５】この後、図１１（ｃ）のように、ｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層２１０３を形成して表面を平坦化す
る。

【０１２６】本実施の形態によれば、ｎ−ＧａＮ層９０
２の界面の凹凸が形成され、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
９０３との屈折率に分布が存在することにより、その界
面において光が反射、散乱されるので、素子外部へ取り
出される光が増加する。

【０１２７】（１０） 第１０の実施の形態 第１０の実施の形態に係わる素子を、図１２を用いて説
明する。図１２（ａ）に示されるように、基板２２００
上に図示されていないバッファ層、クラッド層２２０
１、活性層２２０２、クラッド層２２０３を順次形成
し、基板２２００の素子形成面と反対側の面上にレジス
ト膜２２０４を形成する。

【０１２８】図１２（ｂ）に示されるように、レジスト
膜２２０４を加熱すると、エッジ部分にだれが生じる。

【０１２９】図１２（ｃ）に示されるように、レジスト
膜２２０４をマスクとしてイオンミリング法によりエッ
チングすると、レジスト膜２２０４のだれに応じた形状
に半導体基板２２００のエッジ部分が加工される。

【０１３０】図１２（ｄ）のように、基板２２００に反
射率の高いフォトニクス結晶層２２０４を溶着する。

【０１３１】本実施の形態によれば、図１２（ｄ）にお
いて矢印により図示されたように、活性層２２０２から
発光した光が、基板２２００のエッチングされた部分に
おいて様々な角度に反射されるので、光の取り出し効率
が向上し、発光強度が高くなる。

【０１３２】（１１） 第１１の実施の形態 フォトニクス結晶上に、サファイア基板上に形成した発
光素子と同様であって発光波長の異なる発光素子を３つ
形成することで、３波長で発光する発光素子が実現され
る。

【０１３３】図１３に示されたように、フォトニクス結
晶層２３００の一方の面上に青色発光素子２３０２、緑
色発光素子２３０３を形成し、他方の面上に赤色発光素
子２３０１を形成する。

【０１３４】青色発光素子２３０２及び緑色発光素子２
３０３からの短波長の光が、フォトニクス結晶層２３０
０を通過して赤色発光素子２３０１の活性層を光励起し
て発光させてしまわないように、短波長領域の光に対し
て反射率の高いフォトニクス結晶層２３００を設け、そ
の裏面側に長波長の光を発光する赤色発光素子２３０１
を融着させている。これにより、青色、緑色及び赤色の
光が混色し、白色が得られる。

【０１３５】ここで、複数の発光素子の色の組合せは必
要に応じて様々に変えることが可能であり、これに応じ
て混色された色も変化する。

【０１３６】（１２） 第１２の実施の形態 本発明の第１２の実施の形態について、図１４を用いて
説明する。本実施の形態は、ＧａＮ系のＲＣ−ＬＥＤ
（Resonance Cavity LED）である。ＧａＮ系の透明な半
導体基板２４００上に、ｎ−ＧａＮバッファ層２４０
１、ＡｌＧａＮ／ＧａＮから成る中程度の反射率を有す
るＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）層２４０２
を形成し、さらにＩｎＧａＮ−多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）活性層２４０３、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４０
４、ｐ−ＩｎＧａＮ接着層２４０５を形成する。

【０１３７】さらに、別途準備した、高い反射率を有す
るフォトニクス結晶層２４０６を接着層２４０５を介し
てクラッド層２４０４に接着する。そして、フォトニク
ス結晶層２４０６の上面にｐ電極２４０７、半導体基板
２４００の上面にｎ電極２４０８を形成する。

【０１３８】ＧａＮ系半導体材料を用いたのでは、高反
射率を有するＤＢＲ層を得ることが困難である。そこ
で、フォトニクス結晶層２４０６を導入することで、高
い光取り出し効率を実現することができる。

【０１３９】ここで、各層の材料は上記材料に限定され
ず、ＧａＮ系の他の半導体材料であってもよく、あるい
はＧａＡｓ系の半導体材料等を用いてもよい。但し、Ｇ
ａＡｓ系材料を用いた場合は、ＧａＡｓが発光した光を
吸収してしまうため、基板を除去して発光層をＧａＰ基
板等に融着させる必要がある。

【０１４０】本実施の形態による素子は、ＶＣＳＥＬ
（Vertical Cavity Surface EmittingLaser）に適用す
ることもできる。

【０１４１】次に、ＧａＮ系フォトニクス結晶の形成方
法を図１５を用いて説明する。

【０１４２】図１５（ａ）に示されたように、ＧａＮ基
板２５００上に、バッファ層２５０１、ＩｎｘＡｌｙＧ
ａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ、ｙ≦１）層２５０２を形
成する。

【０１４３】図１５（ｂ）に示されたように、ＩｎｘＡ
ｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ層２５０２をパターニング
し、格子状に加工する。

【０１４４】このような加工を施した基板と、同じ構成
を有するＧａＮ基板２６００、バッファ層２６０１、Ｉ
ｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ層２６０２から成る基
板とを用意し、図１５（ｃ）に示されたように格子状の
層２５０２と層２６０２とが直交するように位置あわせ
しながら融着する。

【０１４５】そして、図１５（ｄ）に示されたように、
一方の基板２６００をレーザ光照射によって剥離する。

【０１４６】さらに、図１５（ｅ）のように、反応性イ
オンエッチングによりバッファ層２６０１を除去する。

【０１４７】以上の図１５（ａ）〜図１５（ｅ）の工程
をさらに繰り返すことで、回析格子を有するフォトニク
ス結晶を作製する。ここで、互いに平行する一つおきの
回折格子は、発光する光の半周期分位相がずれている必
要がある。

【０１４８】上述した第７〜第１２の実施の形態によれ
ば、化合物半導体発光素子の発光層の少なくとも一方の
面に、フォトニクス結晶領域、あるいは所定の屈折率分
布を有する領域を備えている。

【０１４９】特に、フォトニクス結晶は、バンドギャッ
プに対応した光が存在できないため、高反射膜として作
用する。また垂直入射以外の成分に対しても、大きい反
射率を有するため、反射層として導入することで光取り
出し効率を向上させることができる。

【０１５０】あるいは、ＧａＮ系化合物半導体発光素子
では、ＧａＮ層に多くの貫通転位が存在する。このよう
な結晶を用いてフォトニクス結晶を作製すると、基板に
融着したフォトニクス結晶には多くの貫通転位が存在す
る。このため、この転位に沿って光が進み、素子外部に
光が効率良く取り出される。この場合のフォトニクス結
晶は、フィルタとしても作用するので、波長半値幅の狭
い単色性の高い発光が得られる。

【０１５１】また、フォトニクス結晶上にサファイア基
板上に形成した発光素子と発光波長の異なる発光素子を
形成しておくことにより、２波長で発光する発光素子を
得ることができる。

【０１５２】あるいは、半導体層の界面に凹凸を形成し
ておくことで、半導体層内部に屈折率分布が存在し、こ
の界面において光が反射し散乱することにより、より効
果的に素子外部に光を取り出すことができる。

【０１５３】このような半導体層内部において屈折率に
分布を持たせるには、屈折率の異なる半導体層を組み合
わせることで実現してもよい。

【０１５４】このように、屈折率分布を持たせた領域に
おいて、活性層から発光した光をチップ内でより多く反
射させて光取り出し面側で光を取り出すことにより、光
取り出し効率を大幅に向上させることが可能となり、高
輝度化が実現される。

【０１５５】また、高輝度化により、注入電流をより小
さくすることができるため、素子の信頼性の向上にも寄
与する。

【０１５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
透光性を有する基板から光を取り出すことにより、光取
り出し効率の向上及び高輝度化が実現され、また基板に
格子整合したバッファ層を有するため、結晶性が良く長
寿命を達成することができる。

【０１５７】さらに、第１、第２電極が同一面側に形成
されることから、このうちの一つの電極を放熱板上に直
接形成することで、大電流まで光出力が飽和することな
く高輝度化が実現される。

【０１５８】透光性を有する基板上に形成されたコンタ
クト層に凹状の領域を設けることで、発光層からの光を
側面等に反射して素子外部へ有効に取り出せることがで
きるので、光取り出し効率が向上する。

【０１５９】素子形状が多角柱、あるいは円柱であるこ
とから、四角柱である場合と比較して端面での全反射が
減少し、素子内部の光を端面から外部へ有効に取り出す
ことが可能であり、光取り出し効率が向上する。

【０１６０】あるいはまた、発光層の一方の面にフォト
ニクス結晶層、あるいは半導体層内部において屈折率分
布を有する領域が設けられていることにより、発光層に
おいて発光した光が効率よく素子の外部へ取り出される
ので、取り出し効率が向上し高輝度化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図５】本発明の第５の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図６】本発明の第６の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図７】本発明の第７の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図８】本発明の第８の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図９】本発明の第９の実施の形態による半導体発光素
子の断面構造を示した縦断面図。

【図１０】同第９の実施の形態による半導体発光素子に
おけるＧａＮ層の表面に凹凸を形成する方法を示した縦
断面図。

【図１１】同第９の実施の形態による半導体発光素子に
おけるＧａＮ層の表面に凹凸を形成する他の方法を示し
た縦断面図。

【図１２】本発明の第１０の実施の形態による半導体発
光素子の断面構造を示した縦断面図。

【図１３】本発明の第１１の実施の形態による半導体発
光素子の断面構造を示した縦断面図。

【図１４】本発明の第１２の実施の形態による半導体発
光素子の断面構造を示した縦断面図。

【図１５】ＧａＮを用いたフォトニクス結晶の作製方法
の手順を示す縦断面図。

【図１６】従来の半導体発光素子の断面構造を示した縦
断面図。

【図１７】従来の他の半導体発光素子の断面構造を示し
た縦断面図。

【図１８】ＧａＮを用いたフォトニクス結晶の作製方法
の手順を示す縦断面図。

【図１９】従来のさらに他の半導体発光素子の断面構造
を示した縦断面図。

【符号の説明】

１００ ＺｎＳｅ基板 １０１ Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ
１）Ｐからなるバッファ層 １０２ Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ
２）Ｐからなるｎ型コンタクト層 １０３ Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ
３）Ｐからなるｎ型クラッド層 １０４ Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ
４）Ｐからなる活性層 １０５ Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ
５）ＰからなるＰ型クラッド層 １０６ Ｉｎ（ｘ６）Ｇａ（ｙ６）Ａｌ（１−ｘ６−ｙ
６）ＰからなるＰ型コンタクト層 １０７ ｎ型電極 １０８ ｐ型電極 ２００ ＧａＡｓ半導体基板 ２０１ Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ
１）Ｐからなるバッファ層 ２０２ Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ
２）Ｐからなるｎ型コンタクト層 ２０３ Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ
３）Ｐからなるｎ型クラッド層 ２０４ Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ
４）Ｐからなる活性層 ２０５ Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ
５）Ｐからなるｐ型クラッド層 ２０６ Ｉｎ（ｘ６）Ｇａ（ｙ６）ＡＩ（１−ｘ６−ｙ
６）Ｐからなるｐ型コンタクト層 ２０７ ｎ型電極 ２０８ ｐ型電極 ３００ ｎ型ＧａＰ基板 ３０１ Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ
１）Ｐからなるバッファ層 ３０２ Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ
２）Ｐからなるｎ型クラッド層 ３０３ Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ
３）Ｐからなる活性層 ３０４ Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ
５）Ｐからなるｐ型クラッド層 ３０５ Ｉｎ（ｘ６）Ｇａ（ｙ６）ＡＩ（１−ｘ６−ｙ
６）Ｐからなるｐ型コンタクト層 ３０６ ｎ型電極 ３０７ ｐ型電極 ３０８ 光取り出し窓 ４００ ＺｎＳｅ基板 ４０１ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰバッファ層 ４０２ ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ４０３ ＩｎＧａＡｌＰ活性層 ４０４ ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層 ４０５ Ｐ−ＩｎＧａＡｌＰコンタクト層 ４０６ ｎ型電極 ４０７ ｐ型電極 ５００ ｎ型ＧａＰからなる基板 ５０１ Ｉｎ（ｘ１）Ｇａ（ｙ１）Ａｌ（１−ｘ１−ｙ
１）Ｐからなるｎ型バッファ層 ５０２ Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａｌ（１−ｘ２−ｙ
２）Ｐからなるｎ型クラッド層 ５０３ Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａｌ（１−ｘ３−ｙ
３）Ｐからなる活性層 ５０４ Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａｌ（１−ｘ４−ｙ
４）Ｐからなるｐ型クラッド層 ５０５ Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａｌ（１−ｘ５−ｙ
５）Ｐからなるｐ型コンタクト層 ５０６ ＡｕＧｅＮｉからなるｎ型電極 ５０７ ＡｕＺｎからなるｐ型電極 ６００ ｎ型ＧａＮからなる基板 ６０１ Ｉｎ（ｘｌ）Ｇａ（ｙｌ）Ａｌ（１−ｘｌ−ｙ
１）Ｎからなるｎ型バッファ層 ６０２ Ｉｎ（ｘ２）Ｇａ（ｙ２）Ａ１（１−ｘ２−ｙ
２）Ｎからなるｎ型クラッド層 ６０３ Ｉｎ（ｘ３）Ｇａ（ｙ３）Ａ１（１−ｘ３−ｙ
３）Ｎからなる活性層 ６０４ Ｉｎ（ｘ４）Ｇａ（ｙ４）Ａ１（１−ｘ４−ｙ
４）Ｎからなるｐ型クラッド層 ６０５ Ｉｎ（ｘ５）Ｇａ（ｙ５）Ａ１（１−ｘ５−ｙ
５〉Ｎからなるｐ型コンタクト層 ６０６ ＴｉＡｕからなるｎ型電極 ６０７ ＮｉＡｕからなるｐ型電極 ７００ ｐ−ＧａＡｓ基板 ７０１ ｐ−ＧａＮバッファ層 ７０２ ｐ−ｌｎＧａＡｌＰクラッド層 ７０３ ＩｎＡｌＧａＰ活性層 ７０４ ｎ−ＩｎＧａＡ１Ｐクラッド層 ７０５ フォトニクス結晶層 ７０６ ｎ−ＧａＡｓ層 ７０８ Ｎ電極 ７０９ ｐ透明電極 ７１０ ｐ電極パッド ７１１ ブロック層 ７１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ８０１ サファイア基板 ８０２ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ８０３ ｎ−ＡｌＧａＮ層 ８０４ ＩｎＧａＮ活性層 ８０５ ｐ−Ａ１ＧａＮクラッド層 ８０６ ｐ電極パッド ８０７ Ｎ電極 ８０８ フォトニクス結晶層 ８０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ９０１ ｎ−ＧａＮ基板 ９０２ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ９０３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ９０４ ＩｎＧａＮ活性層 ９０５ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ９０６ ｐ透明電極 ９０８ ｐボンディング電極パッド ９０９ 凹凸が形成された屈折率分布層 ９１０ ｎ電極 ９１１ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２０００ サファイア基板 ２００１ ＧａＮバッファ層２００１ ２００２ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ２００３ レジスト膜 ２１００ サファイア基板 ２１０１ ＧａＮバッファ層 ２１０２ ｎ型ＧａＮコンタクト層 ２１０３ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ２２００ 基板 ２２０１ クラッド層 ２２０２ 活性層 ２２０３ クラッド層 ２２０４ レジスト膜 ２３００ フォトニクス結晶層 ２３０１ 赤色発光素子 ２３０２ 青色発光素子 ２３０３ 緑色発光素子 ２４００ 半導体基板 ２４０１ ｎ−ＧａＮバッファ層 ２４０２ ＤＢＲ層 ２４０３ ＩｎＧａＮ−多重量子井戸構造（ＭＱＷ）活
性層 ２４０４ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２４０４ ２４０５ ｐ−ＩｎＧａＮ接着層 ２４０６ フォトニクス結晶層 ２４０７ ｐ電極 ２４０８ ｎ電極 ２５００ ＧａＮ基板 ２５０１ バッファ層 ２５０２ ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦
ｘ、ｙ、ｚ≦１）層 ２６００ ＧａＮ基板 ２６０１ バッファ層 ２６０２ ＩｎｘＡｌｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 崎 治 彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 渡 辺 幸 雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 古 川 千 里 神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１ 東 芝電子エンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA13 CA34 CA37 CA40 CA74 CA75 CB15 CB27 CB28 CB29 EE22 EE23

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性を有する半導体基板と、 前記半導体基板上に、前記半導体基板に対して格子整合
   したバッファ層と、 前記バッファ層上に形成された発光層と、 前記バッファ層上に配置された第１の電極と、 前記発光層上に配置され、光反射性を有する第２の電極
   と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された発光層と、 同一面上に配置された第１及び第２の電極と、 を備え、 前記発光層から発光した光が通過するように、前記半導
   体基板には光取り出し窓が形成されていることを特徴と
   する半導体発光素子。
3. 【請求項３】透光性を有する半導体基板上に、前記半導
   体基板に対して格子整合するようにバッファ層を形成す
   る工程と、 前記バッファ層上に、第１のコンタクト層、第１のクラ
   ッド層、発光層、第２のクラッド層及び第２のコンタク
   ト層を順次形成する工程と、 前記第１のクラッド層、前記発光層、前記第２のクラッ
   ド層及び前記第２のコンタクト層を一部除去して前記第
   １のコンタクト層の表面を露出させる工程と、 露出した前記第１のコンタクト層の表面上に第１の電極
   を形成する工程と、 前記第２のコンタクト層の表面上に、光反射性を有する
   第２の電極を形成する工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
4. 【請求項４】半導体基板上に、バッファ層、第１のコン
   タクト層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド
   層及び第２のコンタクト層を順次形成する工程と、 前記第１のクラッド層、前記発光層、前記第２のクラッ
   ド層及び前記第２のコンタクト層を一部除去して前記第
   １のコンタクト層の表面を露出させる工程と、 露出した前記第１のコンタクト層の表面上に第１の電極
   を形成する工程と、 前記第２のコンタクト層の表面上に、光反射性を有する
   第２の電極を形成する工程と、 前記半導体基板に対し、前記第２の電極と対向する箇所
   に光取り出し窓を形成する工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
5. 【請求項５】透光性を有する半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された、発光層とこの発光層の
   両面を狭持する第１、第２のクラッド層とを含むダブル
   ヘテロ構造体と、 前記ダブルヘテロ構造体上に形成され、凹状の表面を有
   するコンタクト層と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子。
6. 【請求項６】透光性を有する半導体基板上に、バッファ
   層、第１のクラッド層、発光層、第２のクラッド層及び
   コンタクト層を順次形成する工程と、 前記コンタクト層の表面を凹状に加工する工程と、 前記コンタクト層の表面上に、光反射性を有する第１の
   電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表面上に、前記第１の電極と対向する
   箇所が除去されるように第２の電極を形成する工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
7. 【請求項７】透光性を有する半導体基板上に、格子整合
   するようにバッファ層を形成する工程と、 前記バッファ層上に、第１のクラッド層、発光層、第２
   のクラッド層及びコンタクト層を順次形成する工程と、 前記コンタクト層の表面を凹状に加工する工程と、 前記コンタクト層の表面上に、光反射性を有する第１の
   電極を形成する工程と、 前記半導体基板の表面上に第２の電極を形成する工程
   と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 【請求項８】半導体基板上に少なくとも発光層が形成さ
   れた半導体発光素子において、 前記半導体発光素子が五角以上の多角柱、又は円柱の形
   状を有することを特徴とする半導体発光素子。
9. 【請求項９】面方向に発光する発光層を有する半導体発
   光素子において、 前記発光層の少なくとも一方の面側にフォトニクス結晶
   層を有することを特徴とする半導体発光素子。
10. 【請求項１０】前記フォトニクス結晶層は、前記発光層
    に対し、前記化合物半導体発光素子における光取り出し
    面の反対側に形成されていることを特徴とする請求項９
    記載の半導体発光素子。
11. 【請求項１１】前記フォトニクス結晶層は、前記発光層
    に対し、前記半導体発光素子における光取り出し面側に
    形成されており、前記光取り出し面に対して略垂直方向
    に貫通転位が存在し、前記発光層から発光した光を通過
    させることを特徴とする請求項９記載の半導体発光素
    子。
12. 【請求項１２】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたコンタクト層と、 前記コンタクト層上に形成された第１のクラッド層と、 前記第１のクラッド層上に形成された発光層と、 前記発光層上に形成された第２のクラッド層とを備え、 前記第１のクラッド層に接する前記コンタクト層の界面
    には凹凸が形成されており、屈折率に分布が存在するこ
    とにより、前記発光層から発光した光がこの界面により
    反射されることを特徴とする半導体発光素子。
13. 【請求項１３】半導体基板と、 前記半導体基板上に形成された発光層とを備え、 前記半導体基板は、エッジがだれた形状を有することを
    特徴とする半導体発光素子。
14. 【請求項１４】フォトニクス結晶層と、 前記フォトニクス結晶層の一方の面上と他方の面上にそ
    れぞれ少なくとも１つずつ形成された発光素子とを備
    え、 前記発光素子はそれぞれ異なる発光波長で発光すること
    を特徴とする半導体発光素子。
15. 【請求項１５】透光性を有する半導体基板と、 前記半導体基板上に形成されたブラッグ反射層と、 前記ブラッグ反射層上に形成された活性層と、 前記活性層上に形成されたフォトニクス結晶層と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子。
16. 【請求項１６】第１の半導体基板上に、バッファ層、第
    １のクラッド層、発光層、第２のクラッド層を順次形成
    する工程と、 第２の半導体基板上に、フォトニクス結晶層を形成する
    工程と、 前記第２のクラッド層と前記フォトニクス結晶層とを融
    着する工程と、 前記第１の半導体基板及び前記バッファ層を除去する工
    程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
17. 【請求項１７】透光性を有する第１の半導体基板上に、
    バッファ層、コンタクト層、第１のクラッド層、発光
    層、第２のクラッド層を順次形成する工程と、 第２の半導体基板上に、フォトニクス結晶層を形成する
    工程と、 前記第１の半導体基板と前記フォトニクス結晶層とを融
    着する工程と、 前記第２の半導体基板を除去する工程と、 を備え、 前記フォト二クス結晶層には、光取り出し面に対して略
    垂直方向に貫通転位が存在し、前記発光層から発光した
    光を通過させることを特徴とする半導体発光素子の製造
    方法。
18. 【請求項１８】半導体基板上に、コンタクト層を形成す
    る工程と、 前記コンタクト層の表面上に凹凸を形成する工程と、 前記コンタクト層上に、第１のクラッド層、発光層、第
    ２のクラッド層を順次形成する工程とを備え、 前記第１のクラッド層に接する前記コンタクト層の界面
    に形成した凹凸によって屈折率に分布が存在し、前記発
    光層から発光した光がこの界面により反射されることを
    特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
19. 【請求項１９】半導体基板上に、少なくとも発光層を形
    成する工程と、 前記半導体基板のエッジを除去する加工を行い、前記エ
    ッジがだれた形状とする工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
20. 【請求項２０】透光性を有する第１の半導体基板上に、
    バッファ層を形成する工程と、 前記バッファ層上に、ブラッグ反射層を形成する工程
    と、 前記ブラッグ反射層上に、発光層、クラッド層、接着層
    を順次形成する工程と、 第２の半導体基板上にフォトニクス結晶層を形成する工
    程と、 前記接着層を介して、前記クラッド層と前記フォトニク
    ス結晶層とを接着する工程と、 前記第２の半導体基板を除去する工程と、 を備えることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。