JP2006140234A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易に製造可能であり、光の高利用効率化と素子の低動作電圧化とを両立させることが可能なＧａＮ系半導体を用いた発光素子を提供する。
【解決手段】 ｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との間に、それぞれこれらよりも低い屈折率を有する第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂを設ける。また、これら透明導電膜の膜厚の合計ｄ１を、活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定する。ｐ側反射電極１７での反射率を増加させ、より多くの光を透明基板１１側へ導くので、光の利用効率が向上する。また、第１の透明導電膜１５Ａを、遷移金属酸化物により構成する。ｐ型クラッド層１４と第２の透明導電膜１５Ｂとの界面での接触抵抗を緩和するので、より低電圧で発光することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガリウム（Ｇａ）を含有する窒化物半導体により構成された半導体発光素子およびその製造方法に関する。

近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を用いた発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）では、光の高利用効率化を図るため、いわゆる裏面発光型（フリップチップ構造）ＬＥＤが主流となっている。この裏面発光型ＬＥＤとは、透明基板と反射電極との間に、活性層を含む半導体積層構造を配置したものであり、これにより活性層から発せられた光を裏面、つまり透明基板側から出射させるようになっている。

このような構成の裏面発光型ＬＥＤでは、反射電極での反射率を高め、光の高利用効率化を図るため、一般に反射電極としては、可視光に対して高反射率特性を有する銀（Ａｇ）電極が用いられている。ここで、積層構造をなす半導体層と反射電極との界面に対して、光が垂直入射したときの反射率Ｒ１は、以下の式（１）のように表される。

ところが、半導体層としてＧａＮ系半導体を用い、このＧａＮ系半導体による積層構造上に反射電極としてのＡｇ電極を直接配置した場合、Ａｇの小さな仕事関数（約４．３ｅＶ）に起因して、これらの界面での接触抵抗が大きくなってしまうため、素子を発光させるのに必要な動作電圧も非常に高くなってしまうという問題があった。

そこで、例えば非特許文献１には、ＧａＮ系半導体による積層構造とＡｇよりなる反射電極との間に、その厚さが活性層から発せられた光の波長に対して１／４倍の光学距離となるように設定された高屈折率の誘電体膜を設けることで、反射電極での反射率を向上させるようにした技術（ＯＤＲ（Omni Directional Reflector）構造）が開示されている。同文献によれば、このようなＯＤＲ構造を有するＬＥＤにおいては、反射電極における反射率Ｒ２は、以下の式（２）のように表される。

また、非特許文献２には、図５（Ａ）に示したように、ＧａＮ系半導体層１１４とＡｇ電極１１７との間に、上記誘電体膜として、導電性をなす透明材料であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）層１１５Ａを設けたＯＤＲ構造のＧａＮ系半導体ＬＥＤ１０１が開示されている。なお、このＩＴＯ層１１５Ａの膜厚ｄ１０１は、上記のように活性層から発せられた光の波長に対して１／４倍の光学距離となるように設定されている。

また、非特許文献３には、図５（Ｂ）に示したように、ＧａＮ系半導体層１１４とＡｇ電極１１７との間に、上記誘電体膜として、絶縁性をなす透明材料である酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）層１１５Ｃを設けると共に、このＳｉＯ₂層１１５ＣとＧａＮ系半導体層１１４との間に、これらの接触抵抗を緩和する酸化ルテニウム（ＲｕＯ₂）層１１５Ｂを設け、ＳｉＯ₂層１１５Ｃの一部を加工することでＡｇ電極１１７と電気的に接続させるようにしたＯＤＲ構造のＧａＮ系半導体ＬＥＤ１０２が開示されている。なお、この場合の誘電体層の膜厚ｄ１０２は、これらＲｕＯ₂層１１５ＢおよびＳｉＯ₂層１１５Ｃの膜厚の合計からなっている。

ゲスマン（Th.Gessmann）、他１名，「ハイ−エフィシェンシー・ＡｌＧａＩｎＰ・ライト−エミッティング・ダイオード・フォア・ソリッド−ステート・ライティング・アプリケーション（High-efficiency AlGaInP light-emitting diodes for solid-state lighting applications）」，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Journal of Applied Physics），アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジクス（American Institute of Physics），２００４年３月１日，第９５巻，第５号，ｐ．２２０３−２２１６ ゲスマン（Th.Gessmann）、他４名，「ＧａＩｎＮ・ライト−エミッティング・ダイオード・ウィズ・オムニ・ディレクショナル・リフレクタ（GaInN light-emitting diodes with omni directional reflectors）」，プロシィーディング・オブ・エス・ピー・アイ・イー（Proc. of SPIE），２００３年，第４９９６巻，ｐ．１３９−１４４ キム（Jong Kyu Kim）、他３名，「ＧａＩｎＮ・ライト−エミッティング・ダイオード・ウィズ・ＲｕＯ2／ＳｉＯ2／Ａｇ・オムニ−ディレクショナル・リフレクタ（GaInN light-emitting diodes with RuO2/SiO2/Ag omni directional reflectors）」，アプライド・フィジクス・レター（Applied Physics Letters），アメリカン・インスティテュート・オブ・フィジクス（American Institute of Physics），２００４年５月３１日，第８４巻，第２２号，ｐ．４５０８−４５１０

上記非特許文献２の技術では、上記非特許文献１に開示されているＯＤＲ構造を採用することで、光の利用効率を向上させることが可能である。しかしながら、ＩＴＯ層１１５ＡとＧａＮ系半導体層１１４との界面での接触抵抗が大きく、やはり素子の動作電圧が非常に高くなってしまうこととなる。

また、上記非特許文献３の技術では、ＲｕＯ₂層１１５Ｂを設けると共にこれをＡｇ電極１１７と電気的に接続させることで、ＳｉＯ₂層１１５ＣとＧａＮ系半導体層１１４との間の接触抵抗を緩和し、素子の動作電圧を下げることが可能である。しかしながら、ＳｉＯ₂層１１５Ｃの一部を加工し、Ａｇ電極１１７を形成するような構造にしたことで、例えば図５（Ｂ）の発光光線Ｌ１０２のように、これらの界面に対して斜方から入射した光がＡｇ電極１１７と多重反射する場合が生じてしまい、反射率が減少し、結果的に光の利用効率が落ちてしまうこととなる。また、このような構造の形成が必要になることから、製造工程が複雑化してしまうことにもなる。

このように、従来の技術では、光の高利用効率化と素子の低動作電圧化とを両立させることが可能なＧａＮ系半導体ＬＥＤを簡易に製造するのが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易に製造可能であり、光の高利用効率化と素子の低動作電圧化とを両立させることが可能なＧａＮ系半導体を用いた発光素子およびその製造方法を提供することにある。

本発明の半導体発光素子は、透明基板上に形成されると共に、ガリウム（Ｇａ）を含有する窒化物半導体よりそれぞれなる一対のクラッド層およびこれらの間に位置する活性層を含む半導体積層構造と、一対のクラッド層のうちの上部クラッド層を介して活性層へ電流を供給すると共にこの活性層から発せられた光を反射して透明基板側へ導く反射電極とを備えたものであって、半導体積層構造と反射電極との間に、それぞれこれらよりも低い屈折率を有する第１の透明導電膜および第２の透明導電膜が半導体積層構造側からこの順に設けられると共に、この第１の透明導電膜が遷移金属酸化物により構成され、かつこれら透明導電膜の膜厚の合計が活性層から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定されているものである。

本発明の半導体発光素子では、半導体積層構造と反射電極との間に、屈折率および合計の膜厚が所定の要件を満たす第１の透明導電膜および第２の透明導電膜を設けたことで、反射電極で反射された光と、半導体積層構造および第１の透明導電膜の界面で反射された光とが互いに干渉し、強め合う。すなわち、活性層から反射電極側に発せられた光の反射率が増加し、より多くの光が透明基板側へ導かれる。また、第１の透明導電膜を所定の酸化物により構成したことで、半導体積層構造と第２の透明導電膜との間の接触抵抗が緩和される。

本発明の半導体発光素子の製造方法は、透明基板上に、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をそれぞれこの順に積層させることにより、ガリウム（Ｇａ）を含有する窒化物半導体よりなる半導体積層構造を形成する工程と、この半導体積層構造上に、第１の透明導電膜を遷移金属酸化物により形成する工程と、この第１の透明導電膜上に、第２の透明導電膜を形成する工程と、この第２の透明導電膜上に、上部クラッド層を介して活性層へ電流を供給すると共にこの活性層から発せられた光を反射して透明基板側へ導く反射電極を形成する工程とを含み、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜の屈折率をそれぞれ、半導体積層構造および反射電極のいずれの屈折率よりも低くなるように設定すると共に、これら透明導電膜の膜厚の合計を、活性層から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定するものである。

本発明の半導体発光素子および半導体発光素子の製造方法によれば、半導体積層構造と反射電極との間に、屈折率および合計の膜厚が所定の要件を満たす第１の透明導電膜および第２の透明導電膜を設けるようにしたので、活性層から反射電極側へ発せられた光を干渉させることで反射率を増加させ、より多くの光を透明基板側へ導くことで、光の利用効率を向上させることが可能となる。また、第１の透明導電膜を所定の酸化物により構成するようにしたので、半導体積層構造と第２の透明導電膜との間の接触抵抗を緩和し、より低電圧で発光させることが可能となる。さらに、第１の透明導電膜および第２の透明導電膜を形成する際に、複雑な形状および構成とする必要がないので、簡易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の断面構造を表すものである。この半導体発光素子１は、透明基板１１の表面に、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、ｐ型クラッド層１４および透明導電膜１５が順次積層された積層構造を有している。また、透明導電膜１５の表面およびｎ型クラッド層１２の表面の一部にはそれぞれ、ｐ側反射電極１７およびｎ側電極１６が形成されている。この半導体発光素子１は、活性層１３から発せられた発光光線（例えば、発光光線Ｌ１〜Ｌ３）を、最終的に裏面側から出射（発光光線Ｌ）するようになっており、裏面発光型の発光素子である。

ここで、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１４は、本発明における「一対のクラッド層」の一具体例に対応するものであると共に、それぞれ、「下部クラッド層」および「上部クラッド層」の一具体例に対応するものである。また、ｎ型クラッド層１２、活性層１３およびｐ型クラッド層１４は、本発明における「半導体積層構造」の一具体例に対応するものであり、ｐ側反射電極１７は、本発明における「反射電極」の一具体例に対応するものである。

透明基板１１は、上記積層構造を形成するための基板であり、例えばサファイア基板またはガラス基板などにより構成される。活性層１３は、不純物が添加されていない半導体材料により構成され、供給された電流により光を発する発光領域として機能する。また、ｎ型クラッド層１２およびｐ型クラッド層１４はそれぞれ、ｎ型およびｐ型の半導体多層膜により構成され、活性層１３に対して電子および正孔を供給するものである。これらｎ型クラッド層１２、活性層１３およびｐ型クラッド層１４は、ＧａＮ系半導体材料により構成されている。このＧａＮ系半導体材料としては、具体的には、例えばＧａＮ系、ＧａＩｎＮ系、またはＧａＩｎＮＡｓ系などの半導体材料が挙げられる。

ｎ側電極１６およびｐ側反射電極１７は、活性層１３に対して電流を供給するためのものであり、具体的には、ｎ側電極１６が−電極、ｐ側反射電極１７が＋電極となるように、図示しない直流電源が接続されるようになっている。ｐ側反射電極１７はまた、活性層１３から発せられた光のうち、ｐ側反射電極１７側に出射されたものを反射し、透明基板１１側へ導く（例えば、発光光線Ｌ２）反射電極としても機能する。ｎ側電極１６は、例えばチタン（Ｔｉ）などの仕事関数の小さな金属により構成され、ｐ側反射電極１７は、反射率が高いもの、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）またはＡｇ合金などにより構成される。

透明導電膜１５は、活性層１３から発せられた光のうち、ｐ側反射電極１７側に出射されたもの（例えば、発光光線Ｌ２，Ｌ３）を高い反射率で反射し、透明基板１１側へ導くと共に、ｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との界面での接触抵抗を緩和させるためのものである。この透明導電膜１５は、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂから構成され、これらの屈折率はいずれも、ｐ型クラッド層１４およびｐ側反射電極１７の屈折率よりも低くなるように設定されている。

第２の透明導電膜１５Ｂは、上記のようにｐ側反射電極１７側への出射光を高い反射率で反射させると共に、ｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との界面での接触抵抗を緩和させるためのものである。この第２の透明導電膜１５Ｂにより、ｐ側反射電極１７との界面での接触抵抗が緩和される。第２の透明導電膜１５Ｂは、例えば、ＩＴＯ（屈折率が、波長４５０ｎｍの光に対して、約２．０程度）により構成される。

第１の透明導電膜１５Ａは、上記のようにｐ側反射電極１７側への出射光を高い反射率で反射させると共に、ｐ型クラッド層１４と第２の透明導電膜１５Ｂとの界面での接触抵抗を緩和させるためのものである。第１の透明導電膜１５Ａは遷移金属酸化物（屈折率が、波長４５０ｎｍの光に対して、約２．０程度）により構成され、具体的には例えば、イリジウム（Ｉｒ）酸化物またはルテニウム（Ｒｕ）酸化物などにより構成される。この第１の透明導電膜１５Ａが、ｐ型クラッド層１４と第２の透明導電膜１５Ｂとの界面での接触抵抗の緩和を可能とするのは、構成する遷移金属酸化物の仕事関数が大きく（約５．０ｅＶ以上）、ショットキーバリアが小さくなるためである。このようにして、透明導電膜１５全体として、上記のようにｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との界面での接触抵抗を緩和するようになっている。なお、詳細は後述するが、この第１の透明導電膜１５Ａは、遷移金属よりなる層に対して所定の酸化処理を施すことで形成されるようになっている。

ここで、これら第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの膜厚の合計、すなわち透明導電膜１５の膜厚ｄ１は、活性層１３から発せられた光（例えば、発光光線Ｌ１〜Ｌ３）の波長に対して、１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定されている。言い換えれば、例えばｐ側反射電極１７により反射された発光光線Ｌ２の光路長と、ｐ型クラッド層１４と第１の透明導電膜１５Ａとの界面で反射された発光光線Ｌ３の光路長との差（光路差）は、これらの波長の１／２×（２ｎ＋１）倍となっており、互いに位相が１８０°ずれていることになる。

また、前述のように第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの屈折率はいずれも、ｐ型クラッド層１４およびｐ側反射電極１７の屈折率層よりも低くなるように設定されていることから、発光光線Ｌ２は、ｐ側反射電極１７により反射される際にその位相が１８０°変化する一方、発光光線Ｌ３は、ｐ型クラッド層１４と第１の透明導電膜１５Ａとの界面で反射される際にその位相が変化しないことになる。

したがって、例えば図中の地点Ｐ１では、発光光線Ｌ２と発光光線Ｌ３との位相差が、１８０°＋１８０°＝３６０°、すなわち位相差がないこととなり、これらの光は互いに干渉して強め合うことになる。このようにして、透明導電膜１５の膜厚ｄ１および屈折率を適切に設定することで、前述のように、活性層１３から発せられた光のうちｐ側反射電極１７側に出射されたものを、高い反射率で反射し、透明基板１１側へ導くことが可能となる。

なお、透明導電膜１５全体に占める第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの膜厚の比率は、それぞれ任意に設定することが可能であるが、第１の透明導電膜１５Ａの膜厚の比率を小さくすることが好ましい。第１の透明導電膜１５Ａを構成する遷移金属酸化物は光吸収性を有するため、膜厚が大きくなると、光の利用効率が低下してしまうからである。また、この点を考慮すると、透明導電膜１５の膜厚ｄ１はより小さいことが好ましく、活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４倍（ｎ＝１の場合）の光学距離となるように設定することが最も好ましい。さらに、これら第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂは、互いにほぼ等しい屈折率を有するようにすることが好ましい。これらの屈折率の差が大きくなると、界面において反射もしくは屈折される光の割合が増加し、光の利用効率が低下してしまうからである。

次に、このような構成の半導体発光素子１の製造方法の一例について、図２および図３を参照して説明する。

まず、図２（Ａ）に示したように、前述した材料よりなる透明基板１１の表面に、ｎ型クラッド層１２、活性層１３およびｐ型クラッド層１４を、例えば有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により順次エピタキシャル成長させ、半導体積層構造を形成する。

続いて、図２（Ｂ）に示したように、ｐ型クラッド層１４上に、前述した材料（遷移金属）よりなる遷移金属層１０を、例えばスパッタリング法により、例えば１〜１０ｎｍの厚さで形成する。

続いて、図２（Ｃ）に示したように、遷移金属層１０に対して酸化処理を施すことで、前述した遷移金属酸化物よりなる第１の透明導電膜１５Ａを形成する。この酸化処理は、遷移金属層１０に対して、酸素含有雰囲気中において、３００〜８００℃の温度で１〜１０分間加熱処理することにより行うことが好ましい。加熱処理の際の温度および時間を、３００〜８００℃および１〜１０分間に設定するのは、遷移金属酸化物をより高純度で形成するためである。

続いて、図３（Ａ）に示したように、第１の透明導電膜１５Ａ上に、前述した材料よりなる第２の透明導電膜１５Ｂを、例えばスパッタリング法により形成する。その際、これら第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの膜厚の合計（透明導電膜１５の膜厚ｄ１）を、前述のように、活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍の光学距離となるように設定する。

続いて、図３（Ｂ）に示したように、ｎ型クラッド層１２上にｎ側電極１６を形成する位置を確保するため、活性層１３、ｐ型クラッド層１４、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの一部を、所定の形状に加工する。この所定の形状への加工は、例えばリアクティブイオン加工（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）または収束イオンビーム加工（ＦＩＢ；Focused Ion Beam etching）などにより行う。

最後に、図３（Ｃ）に示したように、ｎ型クラッド層１２上の一部にｎ側電極１６を、そして第２の透明導電膜１５Ｂ上にｐ側反射電極１７を、それぞれ例えば蒸着法により形成することで、図１に示した半導体発光素子１が製造される。

この半導体発光素子１では、ｎ側電極１６とｐ側反射電極１７との間に所定の電圧が印加されると、それぞれ、ｎ型クラッド層１２、ならびに透明導電膜１５およびｐ型クラッド層１４を介して、活性層１３へ電流が注入される。活性層１３では、注入された電流により電子−正孔再結合が起こり、発光する。この光のうち、透明基板１１側への出射光（例えば、発光光線Ｌ１）は、そのまま透明基板１１を介して出射する。一方、ｐ側反射電極１７側への出射光（例えば、発光光線Ｌ２，Ｌ３）は、ｐ側反射電極１７により（例えば、発光光線Ｌ２）、またはｐ型クラッド層１４と第１の透明導電膜１５Ａとの界面により（発光光線Ｌ３）反射され、透明基板１１側へ導かれて出射する。このようにして、活性層１３から発せられた光は、最終的に発光光線Ｌとして、透明基板１１側、すなわち裏面から出射する。

ここで、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの膜厚の合計（透明導電膜１５の膜厚ｄ１）は、この活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍の光学距離となるように設定されていることで、例えば発光光線Ｌ２と発光光線Ｌ３とでは、互いに位相が１８０°ずれる。また、これら第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの屈折率は、いずれもｐ型クラッド層１４およびｐ側反射電極１７の屈折率層よりも低くなるように設定されていることで、例えば発光光線Ｌ２は反射の際にその位相が１８０°変化する一方、発光光線Ｌ３は反射の際にその位相が変化しない。したがって、例えば地点Ｐ１では発光光線Ｌ２と発光光線Ｌ３との位相差がなくなり、これらの光は互いに干渉し、強め合う。すなわち、活性層１３からｐ側反射電極１７側に発せられた光の反射率が増加し、より多くの光が透明基板１１側へ導かれる。

また、第１の透明導電膜１５Ａが、仕事関数の大きな遷移金属酸化物により構成されていることで、ショットキーバリアが小さくなり、ｐ型クラッド層１４と第２の透明導電膜１５Ｂとの界面での接触抵抗が緩和される。したがって、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂを設けたことで、ｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との界面での接触抵抗が緩和される。

以上のように、本実施の形態では、ｐ型クラッド層１４とｐ側反射電極１７との間に、それぞれこれらよりも低い屈折率を有する第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂを設けると共に、これら透明導電膜の膜厚の合計ｄ１を、活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍の光学距離となるように設定したので、ｐ側反射電極１７での反射率を増加させ、より多くの光を透明基板１１側へ導くことができ、光の利用効率を向上させることが可能となる。

また、第１の透明導電膜１５Ａを遷移金属酸化物により構成し、ｐ型クラッド層１４と第２の透明導電膜１５Ｂとの界面での接触抵抗を緩和するようにしたので、より低電圧で発光させることが可能となる。

また、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂを形成する際に、複雑な形状および構成とする必要がないので、簡易に製造することができる。また、これら第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂが、複雑な形状および構成ではないことから、例えば多重反射等に起因した光の利用効率の低下を防止することが可能となる。

また、遷移金属酸化物を形成する際の酸化処理を、適切な条件で施すようにしたので、遷移金属酸化物をより高純度で形成することが可能となる。

また、透明導電膜１５全体に占める第１の透明導電膜１５Ａの膜厚の比率が小さくするように設定した場合や、透明導電膜１５全体の膜厚ｄ１がより小さくなるように、例えば、活性層１３から発せられた光の波長に対して１／４倍（ｎ＝１の場合）の光学距離となるように設定した場合には、第１の透明導電膜１５Ａでの光吸収を抑制し、光の利用効率をより向上させることが可能となる。

さらに、第１の透明導電膜１５Ａおよび第２の透明導電膜１５Ｂの屈折率が、互いにほぼ等しくなるように設定した場合にも、界面において反射もしくは屈折される光の割合を抑制し、光の利用効率をより向上させることが可能となる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、図４に示したように、半導体発光素子１のｎ型クラッド層１２、ｐ型クラッド層１４および電極の構成を逆にし、電極についてはｐ側電極１８およびｎ側反射電極１９により構成するようにしてもよい。このように構成した場合でも、上記実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態において説明した各構成要素の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、また他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

さらに、上記実施の形態では、半導体発光素子の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を備えていてもよい。

本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子の構成を表す断面図である。 半導体発光素子の製造方法を説明するための工程図である。 図２に続く工程図である。 半導体発光素子の他の構成例を表す断面図である。 従来の半導体発光素子の構成例を表す断面図である。

符号の説明

１…半導体発光素子、１０…遷移金属、１１…透明基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…活性層、１４…ｐ型クラッド層、１５…透明導電膜、１５Ａ…第１の透明導電膜、１５Ｂ…第２の透明導電膜、１６…ｎ側電極、１７…ｐ側反射電極、１８…ｐ側電極、１９…ｎ側反射電極、Ｌ，Ｌ１〜Ｌ３…発光光線、ｄ１…透明導電膜の膜厚。

Claims (13)

1. 透明基板上に形成されると共に、ガリウム（Ｇａ）を含有する窒化物半導体よりそれぞれなる一対のクラッド層およびこれらの間に位置する活性層を含む半導体積層構造と、前記一対のクラッド層のうちの上部クラッド層を介して前記活性層へ電流を供給すると共にこの活性層から発せられた光を反射して前記透明基板側へ導く反射電極とを備えた半導体発光素子であって、
   前記半導体積層構造と前記反射電極との間に、それぞれこれらよりも低い屈折率を有する第１の透明導電膜および第２の透明導電膜が半導体積層構造側からこの順に設けられると共に、この第１の透明導電膜が遷移金属酸化物により構成され、かつこれら透明導電膜の膜厚の合計が前記活性層から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定されている
   ことを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記膜厚の合計が、前記活性層から発せられた光の波長に対して１／４倍の光学距離となるように設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
3. 前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜は、互いにほぼ等しい屈折率を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
4. 前記反射電極は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）またはＡｇ合金により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
5. 前記第２の透明導電膜は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）により構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子。
6. 前記遷移金属酸化物は、イリジウム（Ｉｒ）酸化物またはルテニウム（Ｒｕ）酸化物である
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体発光素子。
7. 透明基板上に、下部クラッド層、活性層および上部クラッド層をそれぞれこの順に積層させることにより、ガリウム（Ｇａ）を含有する窒化物半導体よりなる半導体積層構造を形成する工程と、
   前記半導体積層構造上に、第１の透明導電膜を遷移金属酸化物により形成する工程と、
   前記第１の透明導電膜上に、第２の透明導電膜を形成する工程と、
   前記第２の透明導電膜上に、前記上部クラッド層を介して前記活性層へ電流を供給すると共にこの活性層から発せられた光を反射して前記透明基板側へ導く反射電極を形成する工程とを含み、
   前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜の屈折率をそれぞれ、前記半導体積層構造および前記反射電極のいずれの屈折率よりも低くなるように設定すると共に、これら透明導電膜の膜厚の合計を、前記活性層から発せられた光の波長に対して１／４×（２ｎ＋１）倍（ｎ：自然数）の光学距離となるように設定する
   ことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
8. 前記第１の透明導電膜を遷移金属酸化物により形成する工程は、
   前記半導体積層構造上に、遷移金属層を形成する工程と、
   前記遷移金属層に対して、酸素含有雰囲気中において３００〜８００℃の温度で１〜１０分間加熱処理し、酸化させる工程と
   を含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
9. 前記遷移金属酸化物を、イリジウム（Ｉｒ）酸化物またはルテニウム（Ｒｕ）酸化物とする
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法。
10. 前記膜厚の合計を、前記活性層から発せられた光の波長に対して１／４倍の光学距離となるように設定する
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜の屈折率を、互いにほぼ等しくなるように設定する
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
12. 前記反射電極を、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ロジウム（Ｒｈ）またはＡｇ合金により形成する
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
13. 前記第２の透明導電膜を、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）により形成する
    ことを特徴とする請求項７に記載の半導体発光素子の製造方法。
    
    

Images