JP2007123764A - 発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光取り出し効率の向上が図られ、新規な構成を有する発光素子を提供する。
【解決手段】 発光素子は、第１の導電型を有する下側半導体層と、下側半導体層の上に形成された発光層と、発光層の上に形成され、第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層と、下側半導体層に電気的に接続される下側電極と、上側半導体層に電気的に接続される上側電極とを有し、上側電極は、上側半導体層の上に形成され、上側半導体層の表面を、各々が上側電極で取り囲まれる複数の区画に分割するような網目形状を有し、さらに、区画の少なくとも１つの内部に、底面が少なくとも前記下側半導体層の上面まで達し、開口の縁が上側電極から離れた窪みを少なくとも１つ有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体発光素子に関する。

図２２を参照して、特許文献１が開示する発光素子について説明する。基板１０１４の上に、低抵抗の半導体層１０１８を介して半導体層１０２８が形成されている。半導体層１０１８に電極が接続される。基板１０１４の下に、反射層１０１５が形成されている。半導体層１０２８の上に発光層１０２６が形成され、発光層１０２６の上に半導体層１０２７が形成されている。半導体層１０２８と１０２７とは、互いに反対の導電型を有する。

半導体層１０２７の表面に窪み１０３０が形成されている。窪み１０３０の底面に半導体層１０２８が露出する。半導体層１０２７の上面を覆うようにＮｉＯ／Ａｕからなる半透明電極層１０２４が形成されている。窪み１０３０の内面上には、半透明電極層１０２４が形成されていない。

窪み１０３０は、半導体層１０２７上に半透明電極層１０２４を形成した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により半透明電極層１０２４、半導体層１０２７、発光層１０２６、及び半導体層１０２８を除去することにより形成される。

発光層１０２６から放出された光が、半透明電極層１０２４または窪み１０３０の内面を通過して、発光素子の上方に取り出される。半透明電極層１０２４を通過する光は、半透明電極層１０２４により一部が吸収される。窪み１０３０の内面から取り出される光については、半透明電極層１０２４による吸収が生じない。このため、窪み１０３０は、発光素子から取り出される光量を増加させる。

次に、図２０（Ａ）を参照して、格子状の電極を有する発光素子について説明する。図２０（Ａ）は、この発光素子の概略平面図である。

この発光素子は、ｎ型窒化物半導体層１０２と、ｎ型窒化物半導体層の上に形成された発光層と、発光層の上に形成されたｐ型窒化物半導体層１０４とを含む。ｐ型窒化物半導体層１０４の表面に、正方形の１辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域９５０が画定されている。発光領域９５０を取り囲む領域のｐ型窒化物半導体層１０４と、発光層と、ｎ型窒化物半導体層１０２の上層とが除去されることにより、底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出した凹部９１１が形成されている。

発光領域９５０の上に、ｐ側電極９０５が形成されている。ｐ側電極９０５は、格子状部９０５ａとｐ側パッド部９０５ｂとを含んで構成される。格子状部９０５ａは格子状の構造を有する。切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に、格子状部９０５ａを覆ってｐ側パッド部９０５ｂが形成されている。凹部９１１の底面上に、ｎ側電極９０７が形成されている。ｎ側電極９０７は、発光領域９５０が切り欠かれた部分に配置されている。ｎ側電極９０７は、パッドとして用いられる。

ｐ側電極９０５とｎ側電極９０７との間に所定の電圧を印加することにより、発光層から光が放出される。ｐ側電極９０５の材料として、発光層から放出される光に対して透明でないものも用いることができる。発光素子の上面で、ｐ側電極９０５が形成されていない領域から素子外に光を取り出すことができる。

米国特許第６，８８５，０３４号明細書

特許文献１の発光素子で、半導体層１０２７の上面のうち、窪み１０３０が形成されていない領域は半透明電極層１０２４に覆われている。半透明電極層１０２４を通過して取り出される光は、半透明電極層１０２４による吸収に起因して減衰する。このため、光取り出し効率を向上させることが難しい。

図２０（Ａ）を参照して説明した発光素子では、ｎ側電極９０７の近傍に強い電界が発生しやすく、高い電流密度で電流が流れやすい。高い電流密度で電流が流れると、発光層が劣化しやすい。

本発明の一目的は、光取り出し効率の向上が図られ、新規な構成を有する発光素子及びその製造方法を提供することである。

本発明の他の目的は、半導体層中の特定領域に電流が集中することを抑制した発光素子を提供することである。

本発明の第１の観点によれば、第１の導電型を有する下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層と、前記下側半導体層に電気的に接続される下側電極と、前記上側半導体層に電気的に接続される上側電極とを有し、前記上側電極は、前記上側半導体層の上に形成され、該上側半導体層の表面を、各々が該上側電極で取り囲まれる複数の区画に分割するような網目形状を有し、さらに、前記区画の少なくとも１つの内部に、底面が少なくとも前記下側半導体層の上面まで達し、開口の縁が前記上側電極から離れた窪みを少なくとも１つ有する発光素子が提供される。

本発明の第２の観点によれば、支持層と、前記支持層の上方に形成され、第１の導電型を有し、該支持層よりも抵抗率が低い下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層と、前記上側半導体層上に形成された上側電極とを含む第１の領域と；前記支持層と、該支持層の上方に形成された前記下側半導体層と、該下側半導体層上に形成された下側電極の第１の部分とを含む第２の領域と；前記支持層と、該支持層上に形成された前記下側電極の第２の部分とを含む第３の領域とを有する発光素子が提供される。

本発明の第３の観点によれば、（ａ）第１の導電型を有する下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層とを含むウエハを準備する工程と、（ｂ）少なくとも前記上側半導体層と前記発光層とをエッチングして、該上側半導体層の表面に窪みを形成する工程と、（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記上側半導体層の上に、前記窪みの開口を取り囲むように上側電極を形成する工程と、（ｄ）前記工程（ｂ）の後、前記下側半導体層に接する下側電極を形成する工程とを有する発光素子の製造方法が提供される。

第１の観点による発光素子では、上側電極が画定する区画の内部に、窪みが形成されている。発光層のうち上側電極の下方に配置された部分で発光が起こりやすく、発光層のうち発光に寄与しない部分は光を吸収する吸収層として働くと考えられる。第１の観点による発光素子では、例えば、発光層のうち窪みに対応する部分が除去されていることにより、光取り出し効率の向上が図られる。

第２の観点による発光素子では、下側電極のうちの第１の部分が下側半導体層上に形成され、第２の部分が、下側半導体層よりも高い抵抗率を有する支持層上に形成される。これにより、下側電極の第２の部分の近傍に電流が集中することを抑制できる。

第３の観点による発光素子の製造方法では、窪みを形成した後に上側電極及び下側電極が形成される。これにより、窪みの形成工程に伴って電極材料が窪み側面に付着することが防止される。

まず、図１９を参照して、本発明の実施例による発光素子の材料となる窒化物半導体ウエハについて説明する。基板１００の上に、緩衝層１０１が形成されている。基板１００は、例えば、サファイア、窒化シリコン、シリコン、酸化ガリウム、酸化亜鉛等からなる。

緩衝層１０１の上に、ｎ型窒化物半導体（例えば窒化ガリウム）からなるｎ型コンタクト層１０２ａが形成され、ｎ型コンタクト層１０２ａの上に、ｎ型窒化物半導体（例えば窒化アルミニウムガリウム）からなるｎ型クラッド層１０２ｂが形成されている。ｎ型コンタクト層１０２ａとｎ型クラッド層１０２ｂとを含んで、ｎ型窒化物半導体層１０２が構成される。

ｎ型クラッド層１０２ｂの上に、発光層１０３が形成されている。発光層１０３は、例えば窒化インジウムガリウムからなる。発光層１０３は、公知のいずれの構成としてもよく、例えば、単層厚膜とすることや、薄膜を積層した多重量子井戸（ＭＱＷ）構造とすることができる。

発光層１０３の上に、ｐ型窒化物半導体（例えば窒化アルミニウムガリウム）からなるｐ型クラッド層１０４ｂが形成され、ｐ型クラッド層１０４ｂの上に、ｐ型窒化物半導体（例えば窒化ガリウム）からなるｐ型コンタクト層１０４ａが形成されている。ｐ型コンタクト層１０４ａとｐ型クラッド層１０４ｂとを含んで、ｐ型窒化物半導体層１０４が構成される。

ｐ型窒化物半導体層１０４、発光層１０３、ｎ型窒化物半導体層１０２、及び緩衝層１０１をまとめて、窒化物半導体層と呼ぶこととする。窒化物半導体層の厚さは、例えば４．６０μｍである。ｐ型窒化物半導体層１０４と発光層１０３とをまとめた層の厚さは、例えば０．３５μｍである。基板１００の厚さは、例えば３００〜５００μｍである。例えば、厚さ３３０μｍや４３０μｍのサファイア基板が市販されている。

一般に、発光素子に用いられる窒化物半導体ウエハの積層構造は多種存在するが、発光素子の作製に最低限必要な機能層は、ｎ型窒化物半導体層、発光層、及びｐ型窒化物半導体層の３層である。

なお、窒化物半導体ウエハに、他の機能層が含まれていても構わない。ここで他の機能層とは、例えば、ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層との間に挿入される歪緩和層であり、これは例えばＩｎＧａＮ層や、（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）_ｎからなる超格子層や、（ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ）_ｎからなる超格子層からなる。また例えば、ｎ型クラッド層と発光層との間に、欠陥低減層としてｕｎｄｏｐｅｄ−ＧａＮ層が挿入される場合もある。

ｎ型クラッド層１０２ｂ及びｐ型クラッド層１０４ｂは、発光層１０３からのキャリアの漏れを抑制するために形成されているが、これらは機能的に必ずしも必要ではなく、ｎ型窒化物半導体層からｎ型クラッド層１０２ｂを省くことが可能であり、ｐ型窒化物半導体層からｐ型クラッド層１０４ｂを省くことが可能である。なお、緩衝層を設けない窒化物半導体ウエハについても研究されている。

基板１００上の各層は、例えば、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、有機金属分子線エピタキシ（ＭＯＭＢＥ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）等により形成される。

次に、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して、本発明の第１の実施例による発光素子について説明する。図１（Ａ）は、第１の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図１（Ｂ）は、第１の実施例による発光素子の図１（Ａ）中のＡ−Ａ´線に沿った概略断面図を示す。

本実施例の発光素子は、図１９を参照して説明した窒化物半導体ウエハを材料としている。ｐ型窒化物半導体層１０４の表面に、正方形の１つの隅を切り欠いた形の発光領域１５０が画定されている。発光領域１５０を取り囲む領域のｐ型窒化物半導体層１０４と、発光層１０３と、ｎ型窒化物半導体層１０２の上層とが除去されることにより、底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出した凹部１１１（輪郭溝１１１）が形成されている。

発光領域１５０の上に、ｐ側電極１０５が形成されている。ｐ側電極１０５は、格子状部１０５ａとｐ側パッド部１０５ｂとを含んで構成される。格子状部１０５ａは格子状の構造を有し、格子状部１０５ａの各格子に取り囲まれた区画の形状は正方形である。発光領域１５０上の切り欠かれた隅に隣接する隅に、格子状部１０５ａを覆ってｐ側パッド部１０５ｂが形成されている。ｐ側電極１０５は、ｐ型窒化物半導体層１０４とオーミック接触している。

格子状部１０５ａの各格子の内部に、窪み１０６が１つずつ形成されている。ただし、ｐ側パッド部１０５ｂが形成された領域には、格子状部１０５ａの各格子の内部に窪み１０６が形成されていない。

各窪み１０６は、開口の縁が円周状であり、底面がｎ型窒化物半導体層１０２に達する。各窪み１０６の側面は、窪みが下方から上方に向かって広くなるようなテーパを有する。

輪郭溝１１１の底面上に、ｎ側電極１０７が形成されている。ｎ側電極１０７は、線状部１０７ａとｎ側パッド部１０７ｂとを含んで構成される。ｎ側パッド部１０７ｂは、発光領域１５０が切り欠かれた部分に配置されており、線状部１０７ａは、ｎ側パッド部１０７ｂに接続し、発光領域１５０の１辺に平行な方向に細長い形状を有する。ｎ側電極１０７は、ｎ型窒化物半導体層１０２とオーミック接触している。

ｐ側電極１０５とｎ側電極１０７との間に所定の電圧を印加することにより、発光層１０３から光が放出される。発光層１０３から放出される光の波長は、例えば４８０ｎｍ程度である。ｐ側電極１０５の材料として、発光層１０３から放出される光に対して透明でないものも用いることができる。発光素子の上面で、ｐ側電極１０５が形成されていない領域から素子外に光を取り出すことができる。

例えば酸化シリコンからなる保護膜１１０が、ｐ側パッド部１０５ｂの上面及びｎ側パッド部１０７ｂの上面の一部を除いて、発光素子の上面全面を覆っている。保護膜１１０は、絶縁性でかつ発光層１０３から放出される光に対して透明である。

次に、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）及び図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して、第１の実施例による発光素子の作製方法について説明する。図１９を参照して説明した窒化物半導体ウエハが準備されている。

まず、図２（Ａ）に示すように、輪郭溝１１１に対応する開口を有するレジストマスクＲ１１１を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクＲ１１１の開口内のｐ型窒化物半導体層１０４と、発光層１０３と、ｎ型窒化物半導体層１０２の上層とを除去することにより、底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出した輪郭溝１１１を形成する。次いで、レジストマスクＲ１１１を洗浄除去する。

輪郭溝１１１の深さは、例えば０．６５μｍである。窒化物半導体ウエハに多数の発光素子が形成される。窒化物半導体ウエハに形成される発光素子同士の境界を、輪郭溝１１１が定める。

次に、図２（Ｂ）に示すように、窪み１０６に対応する開口を有するレジストマスクＲ１０６を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクＲ１０６の開口内のｐ型窒化物半導体層１０４と、発光層１０３と、ｎ型窒化物半導体層１０２の上層とを除去することにより、底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出した窪み１０６を形成する。ドライエッチングとして、例えば、塩素ガスプラズマを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が用いられる。ドライエッチングの後、レジストマスクＲ１０６を洗浄除去する。

レジストマスクＲ１０６の開口の側面に、当該開口が下方から上方に向かって広くなるようなテーパを付けてドライエッチングを実施することにより、レジストマスクＲ１０６のテーパ形状を反映したテーパ形状を有する窪み１０６を形成できる。窪み１０６のテーパの傾斜角度は、レジストマスクＲ１０６と窒化物半導体層との選択率を変えることにより調整できる。レジストマスクＲ１０６と窒化物半導体層との選択率は、ドライエッチングの圧力条件、ガス種、ＲＦパワー等により変えることができる。

ドライエッチングで形成した窪み１０６の表面には、レジスト残渣、結晶残渣等が付着している。そこで、次に、硫酸・過酸化水素の水溶液または（及び）塩酸・過酸化水素の水溶液により、ドライエッチング後の窒化物半導体ウエハをウェットエッチングする。これにより、レジストの変質有機物残渣及び結晶残渣が窪み１０６の表面から取り除かれる。

なお、窪み１０６を形成したドライエッチングに伴い、窪み１０６の内壁表面に、結晶配列が乱れた層や、ドライエッチングで用いたガス原子または分子が結晶内に侵入したダメージ層が形成され得る。これに起因して、発光素子の信頼性が低下する可能性がある。上述のウェットエッチングに加え、さらに、窪み１０６の内壁表層を取り除くウェットエッチングを行うことにより、発光素子の信頼性向上を図ることができる。このウェットエッチングは、エッチャントとして例えば燐酸、硫酸、または燐酸と硫酸との混合液を用い、室温〜１２０℃（例えば１００℃）で３分〜３０分間行う。

次に、図２（Ｃ）に示すように、ｐ側電極１０５の格子状部１０５ａに対応する開口を有するレジストマスクＲ１０５ａを、フォトリソグラフィーにより形成する。電子ビーム（ＥＢ）蒸着により、Ｐｔ、Ａｕ層を、Ｐｔ層を下層として順に、それぞれ１００ｎｍ、１０００ｎｍの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクＲ１０５ａの開口以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、格子状部１０５ａを形成する。

次に、図３（Ａ）に示すように、ｎ側電極１０７の線状部１０７ａ及びｎ側パッド部１０７ｂに対応する開口を有するレジストマスクＲ１０７を、フォトリソグラフィーにより形成する。

ＥＢ蒸着により、Ａｌ、Ｒｈ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ層を、Ａｌ層を最下層として順に、それぞれ１０〜９０ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクＲ１０７の開口部以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、ｎ側電極１０７の線状部１０７ａ及びｎ側パッド部１０７ｂを同時に形成する。このようにしてｎ側電極１０７が形成される。

次に、図３（Ｂ）に示すように、ｐ側電極１０５のｐ側パッド部１０５ｂに対応する開口を有するレジストマスクＲ１０５ｂを、フォトリソグラフィーにより形成する。ｐ側パッド部１０５ｂに対応する開口内に、格子状部１０５ａの一部が露出する。

ＥＢ蒸着により、Ｎｉ、Ａｕ層を、Ｎｉ層を下層として順に、それぞれ１００ｎｍ、１０００ｎｍの厚みで堆積する。次いで、リフトオフ法を用いて、レジストマスクＲ１０５ｂの開口部以外の部分に堆積した蒸着材料を除去することにより、ｐ側パッド部１０５ｂを形成する。ｐ側パッド部１０５ｂは、格子状部１０５ａの一部を覆って、格子状部１０５ａに接続されるように形成される。

次に、図３（Ｃ）に示すように、発光素子の上面の全面に、スパッタリングにより、厚さ１００ｎｍ〜５００ｎｍの酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）Ｍを成膜する。

例えば、厚さ１００ｎｍの酸化シリコン膜を３層堆積することにより、厚さ３００ｎｍの酸化シリコン膜Ｍを成膜する。窪み１０６の内面上に堆積された酸化シリコン膜には複雑な応力が掛かるため、一度に３００ｎｍの厚さの膜を成膜すると、成膜後の冷却期間中に酸化シリコン膜が窪み１０６から剥離したり、クラックが発生したりする懸念がある。複数回に分けて成膜することにより、このような不具合が抑制される。

酸化シリコン膜Ｍの上に、フォトリソグラフィーにより、ｐ側パッド部１０５ｂ及びｎ側パッド部１０７ｂの上面に開口を有するレジストマスクＲ１１０を形成する。次に、ウェットエッチングを用いて、レジストマスクＲ１１０の開口内の酸化シリコン膜Ｍを除去することにより、ｐ側パッド部１０５ｂ及びｎ側パッド部１０７ｂの上面を露出させる。次いで、レジストマスクＲ１１０を洗浄除去する。このようにして、酸化シリコンからなる保護膜１１０が形成される。

保護膜１１０を形成した後、窒化物半導体ウエハを保持基板（例えばセラミックス基板やシリコン基板）にワックス等で固定する。保持基板に固定した窒化物半導体ウエハを研削・研磨して薄くし、厚みを１００μｍ〜２００μｍ程度とする。保持基板に保持したまま研磨面を洗浄した後、基板１００の下面に、ＥＢ蒸着により例えばＴｉ層及びＡｌ層をそれぞれ厚さ３ｎｍ及び２００ｎｍ蒸着する。この金属層は、発光層１０３から放出された光を反射する反射層として機能する。

次いで、基板１００の下面にスクライブ溝を形成する。スクライブ溝の形成後、ブレーキング装置のナイフエッジを輪郭溝１１１の表面に押し当て、発光素子同士を分離する。以上説明した工程により、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す発光素子が作製される。

個々に分離された発光素子は、フレーム、ステム、配線基板、ヒートシンク等に接着される。接着方法として、銀ペーストや樹脂による接着や、半田溶着、バンプを用いた超音波接合、共晶接続部材を用いた熱圧着等が用いられる。その後、ｐ側パッド部１０５ｂ及びｎ側パッド部１０７ｂそれぞれについて、極性に対応するリード電極とパッド部とが金ワイア等で接続される。最後に樹脂封止または缶パッケージを施し、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプが完成する。

格子状部１０５ａの各格子の内部に、窪み１０６が配置されている。エレクトロマイグレーションや、水分を介在した電気化学的マイグレーションにより、格子状部１０５ａを構成する電極材料が、窪み１０６の側面に露出した発光層１０３上やｎ型窒化物半導体層１０２上に移動すれば、短絡が発生する。

本願発明者らの研究によれば、格子状部１０５ａの材料としてＰｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈの少なくとも１つを用いることにより、マイグレーションが抑制されることがわかった。また、これらの電極材料を用いれば、良好な接触抵抗率（例えば５×１０^−３Ωｃｍ^−２以下）が得られる。

上述の例では、格子状部１０５ａの、ｐ型窒化物半導体層１０４に接する層（Ａｕ層の下側の層）をＰｔ層としたが、この層をＰｄ層、Ｒｈ層またはＩｒ層としてもよい。Ｐｔ層、Ｐｄ層、Ｉｒ層、またはＲｈ層を形成することにより、接触抵抗率を低くでき、かつ反射率を高くできる。ここで反射率は、発光層１０３から放出された光の波長について、ｐ型窒化物半導体層１０４との界面における反射率である。

実施例の発光素子を用いたＬＥＤランプでは、格子状部１０５ａの下面で反射された光を、基板１００の下面上に形成された反射層で反射させることにより、発光素子の上面等から取り出すことができる。このため、格子状部１０５ａの下面の反射率は高い方が好ましい。

なお、さらに他の構成例として、格子状部１０５ａに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈよりも反射率は高いがエレクトロマイグレーション及び電気化学的マイグレーションが生じやすい金属であるＡｇを用いることもできる。Ａｇを用いる場合には、例えば、設計電極幅の６〜８割の幅を有するように、Ｐｔ、Ａｇ層を、Ｐｔ層を下層として順に積層する。さらに、これを覆うように、設計電極幅で、Ｐｔ、Ｐｄ、ＩｒまたはＲｈからなる層を積層すればよい。Ａｇ層の代わりに、Ａｇを含む合金からなる層を用いることもできる。

なお、上述のｎ側電極１０７からＴｉ層を省略して、Ａｌ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ層を積層した構成とすることや、Ｔｉ及びＰｔ層を省略して、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｕ層を積層した構成とすることや、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ及びＰｔ層を省略して、Ａｌ、Ｒｈ、Ａｕ層を積層した構成とすることもできる。Ｔｉ層を省略する場合には最上層のＡｕ層の厚さを３００ｎｍとし、Ｔｉ、Ｐｔ層を省略する場合には最上層のＡｕ層の厚さを４００ｎｍとし、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｔ層を省略する場合には最上層のＡｕ層の厚さを７００ｎｍとすることにより、省略した層の厚みを補完することが望ましい。

なお、ｐ側パッド部１０５ｂは、Ｎｉ、Ｒｈ、Ａｕ層を、Ｎｉ層を最下層として順に積層した構造や、Ｔｉ、Ａｕを、Ｔｉ層を下層として順に積層した構造や、Ｔｉ、Ｒｈ、Ａｕを、Ｔｉ層を最下層として順に積層した構造とすることもできる。また、ｐ側パッド部１０５ｂの最下層を構成する金属材料として、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂを用いることもできる。

上述の方法で形成されるｐ側電極１０５及びｎ側電極１０７は、合金化しなくても接触抵抗率が低く、ｐ側電極１０５の接触抵抗率は１×１０^−３Ωｃｍ^２〜５×１０^−３Ωｃｍ^２程度であり、ｎ側電極１０７の接触抵抗率は５×１０^−６Ωｃｍ^２〜３×１０^−５Ωｃｍ^２程度である。合金化を行わないことにより、合金化に起因する電極材料の拡散が起こらないので、窪み１０６の側面に電極材料が移動することが抑制される。なお、５００℃までであれば、合金化処理をしても問題は生じにくい。

なお、窪み１０６の形成前にｐ側電極１０５またはｎ側電極１０７を形成すれば、窪み１０６の形成時のドライエッチングやその後のウェットエッチングに伴って、電極材料が窪み１０６の側面に付着しやすくなる。また、電極材料を既に半導体層表面に形成している場合は、エッチング液に強酸・強アルカリ・強酸化性液体を使用できないため、レジストの変質有機物残渣や結晶残渣を充分には取り除くことができず、不具合の原因となる。しかし、上述の方法では、窪み１０６を形成した後にｐ側電極１０５及びｎ側電極１０７を形成するので、このような不具合が防止される。

なお、保護膜１１０の材料として、酸化シリコンの他にも、酸化チタン（ＴｉＯ_２、ＴｉＯ_３、Ｔｉ_２Ｏ_５）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ジルコニア（ＺｒＯ_２）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化ネオジウム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（Ｃｅ_２Ｏ_３）等、発光素子の発光波長に対して透明でかつ絶縁性のある材料を用いることができる。

保護膜１１０は、汚染物質が窪み１０６の側面に付着して短絡が生じるのを抑制する。汚染物質として、例えば、発光素子を封止する樹脂中に含まれる導電性物質（アルケンやアルキン基を持つ重合残渣や重合触媒等）や水分等が考えられる。

なお、例えば以下のような原因により保護膜１１０が剥離すれば、水分等が保護膜１１０の下に浸入して窪み側面に達し、短絡を引き起こす可能性がある。ｐ側パッド部１０５ｂ及びｎ側パッド部１０７ｂにワイヤボンディングを施す際の熱と超音波振動で、保護膜１１０がパッド部から剥離する可能性が考えられる。さらに、ＬＥＤランプ発光時の熱により、ｐ側電極の格子状部１０５ａ近傍で保護膜１１０が剥離する可能性が考えられる。

保護膜１１０の形成に先立ち、格子状部１０５ａ、ｐ側パッド部１０５ｂ、ｎ側電極の線状部１０７ａ、及びｎ側パッド部１０７ｂの最表面に、例えば厚さ３ｎｍ〜１００ｎｍのＴｉ層（より好ましくは厚さ３０ｎｍ〜５０ｎｍのＴｉ層）を蒸着しておくことにより、ｐ側及びｎ側電極１０５及び１０７と保護膜１１０との密着性を高めることができる。特に、格子状部１０５ａと保護膜１１０とが密着することにより、格子状部１０５ａの各格子（各区画）の内部が密閉された構造となり、格子内の窪み側面への水分等の侵入が防止される。このようにして、保護膜１１０の下面上で汚染物質が拡散するのを抑制することができる。また、クラックの発生等も抑制される。

なお、ｐ側パッド部１０５ｂ及びｎ側パッド部１０７ｂ上に保護膜１１０の開口を形成するウェットエッチングの際に、Ｔｉ層がエッチングされるので、保護膜１１０の開口の底部にＡｕ層が露出する。なお、Ｔｉ層を蒸着する例について説明したが、酸化しやすい他の金属（例えばＡｌやＮｉ）を用いても密着性の向上が図られる。

さらに、保護膜１１０の形成に先立ち、輪郭溝１１１の外周に沿って、最上層にＴｉ、Ａｌ、またはＮｉ層を形成した輪状金属堰を設ければ、輪状金属堰と密着するように保護膜１１０が形成される。これにより、輪状金属堰と保護膜１１０との界面からの汚染物質の侵入が抑制される。

次に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、窪み１０６の大きさ等について説明する。図４（Ａ）は、窪み１０６の近傍の概略断面図であり、図４（Ｂ）は、窪み１０６の近傍の概略平面図である。図４（Ａ）に示すように、保護膜１１０が、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面と格子状部１０５ａとを覆うとともに、窪み１０６の側面及び底面を覆っている。

格子状部１０５ａの線幅Ｖが例えば３μｍであり、各格子の互いに対向する１対の辺の中心同士の間隔が例えば１５μｍであり、各格子の互いに対向する１対の辺に挟まれた部分の間隔Ｗ（これを配線間隔Ｗと呼ぶこととする）が例えば１２μｍである。

格子状部１０５ａの線幅Ｖは、１〜５μｍの範囲内に設定される。線幅Ｖが５μｍ以下であれば、発光素子上面からの光取り出し効率の、格子状部１０５ａによる遮光に起因する低下が少ない。また、ｐ型窒化物半導体層１０４上の広い範囲に電流を流し、かつ生産性を確保するために、線幅Ｖは１μｍ以上であることが好ましい。

配線間隔Ｗを、線幅Ｖを単位として、Ｗ＝Ｖ×Ｎという式で表すこととし、Ｎを配線間隔係数と呼ぶこととする。配線間隔係数Ｎの適切な値は、ｐ型窒化物半導体層１０４の比抵抗に応じて変わる。ｐ型窒化物半導体層１０４の比抵抗が０．５Ωｃｍ〜３Ωｃｍのとき、配線間隔係数Ｎは３〜５が適切であり、ｐ型窒化物半導体層１０４の比抵抗が１×１０^−３Ωｃｍ〜１×１０^−１Ωｃｍのとき、配線間隔係数Ｎは５〜１０が適切である。

格子状部１０５ａの各格子の中心に、窪み１０６が配置されている。窪み１０６の開口の縁の直径Ｈは例えば１μｍ以上（例えば５．５μｍ）であり、窪み１０６の深さは例えば２．３６μｍである。

ｐ型窒化物半導体層１０４上面の法線に対する窪み１０６側面の傾斜角度γは、例えば８．１°である。なお、窪み１０６の側面にテーパを付けないこともできる。傾斜角度γは、０°〜１２°の範囲内とすることが好ましい。なお、テーパの傾斜角度が側面で一様でない場合には、傾斜全体のフィッティングラインに対して傾斜角度が規定される。

格子状部１０５ａから窪み１０６の開口の縁までの最短距離（格子の一辺から開口の縁までの距離）は、配線材料の窪み１０６内へのマイグレーションの抑制及び製造歩留の向上の観点から２μｍ以上とすることが好ましい。開口の直径Ｈを、配線間隔Ｗを単位として、Ｈ＝Ｗ×Ｍという式で表すことを考える。Ｍを窪み幅係数と呼ぶこととする。窪み幅係数Ｍは、０．３〜０．７の範囲内とすることが好ましい。

格子状部１０５ａの１つの格子の内部面積（格子状部１０５ａに取り囲まれた部分の面積）に対する窪み１０６の開口面積の比（これを開口率と呼ぶこととする）は、７％〜５０％の範囲とすることが好ましい。開口率は１０％〜４０％の範囲とすることがより好ましく、１２％〜３５％の範囲とすることがさらに好ましい。

窪みの深さは、開口の直径Ｈの０．３〜０．７倍程度とするのが好ましい。また、窪み１０６の底から基板１００までの距離ｔが１μｍ以上であることが好ましい。なお、窪み１０６は、底面が基板１００の上面に達する深さとすることもできる。窪み１０６の底面の形状は、平面、下方に凹んだ凹面、上方に盛り上がった凸面のいずれでもよいが、凸面とすることが好ましい。

なお、窪みの開口形状を、円形以外の種々の形状にすることもできる。例えば、図４（Ｃ）に示すように、窪みの開口形状をほぼ矩形とすることもできる。

次に、図２０を参照して、比較例による発光素子について説明する。これは従来技術による発光素子である。図２０（Ａ）は、比較例による発光素子の概略平面図を示し、図２０（Ｂ）は、比較例による発光素子の図２０（Ａ）中のＡ−Ａ´線に沿った概略断面図を示す。

比較例の発光素子も、図１９を参照して説明した窒化物半導体ウエハを材料とする。比較例の発光素子では、ｐ型窒化物半導体層１０４に窪みが形成されていない。また、発光領域の形状と、ｐ側及びｎ側パッド部の配置とが第１の実施例と異なる。以下詳しく説明する。

比較例の発光素子では、ｐ型窒化物半導体層１０４の表面に、正方形の１辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域９５０が画定されている。発光領域９５０を取り囲む領域のｐ型窒化物半導体層１０４と、発光層１０３と、ｎ型窒化物半導体層１０２の上層とが除去されることにより、底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出した凹部９１１（輪郭溝９１１）が形成されている。

発光領域９５０の上に、ｐ側電極９０５が形成されている。ｐ側電極９０５は、格子状部９０５ａとｐ側パッド部９０５ｂとを含んで構成される。格子状部９０５ａは格子状の構造を有し、各格子は正方形である。切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に、格子状部９０５ａを覆ってｐ側パッド部９０５ｂが形成されている。

輪郭溝９１１の底面上に、ｎ側電極９０７が形成されている。ｎ側電極９０７は、実施例のｎ側電極１０７と異なり、線状部を有さず、ｎ側パッド部９０７ｂのみから構成される。ｎ側パッド部９０７ｂは、発光領域９５０が切り欠かれた部分に配置されている。

次に、第１の実施例及び比較例による発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例及び比較例の発光素子を、それぞれＴＯ−４６ステムに実装し、積分球で全光束測定をした。第１の実施例の発光素子の発光出力を、比較例のそれと比較した。ｍＷ単位で測定した発光出力を比較した。

第１の実施例の発光素子の発光波長は４７８ｎｍであり、比較例の発光素子の発光波長は４８０ｎｍであった。比較例の発光素子の発光出力を１００％とするとき、第１の実施例の発光素子の発光出力は１４０％であった。このように、第１の実施例の発光素子は比較例の発光素子よりも高い発光出力を示す。なお、図１６に、第１〜第６の実施例及び比較例の発光素子の発光波長と発光出力とをまとめる。

次に、第１の実施例の発光素子に形成した窪み１０６が有する作用及び効果について考察する。まず、比較例の発光素子の問題点について考察する。

図２１（Ａ）は、比較例の発光素子のｐ側電極の格子状部９０５ａ近傍の概略断面図を示す。一般に、ｐ型窒化物半導体層１０４の比抵抗が高い（例えば１×１０^−２Ωｃｍ〜３Ωｃｍ程度）ので、直列抵抗を抑制するため、ｐ型窒化物半導体層１０４は薄く（例えば１μｍ以下）形成される。これにより、図２１（Ａ）中の矢印で示すように、ｐ側電極９０５ａを起点とする電流は、ｐ型窒化物半導体層１０４内で充分には拡散されないままｎ型窒化物半導体層１０２へ流れる。

これに起因して、発光層１０３のうち発光に寄与するのは、格子状部９０５ａの真下に配置された部分の近傍（これを発光部と呼ぶこととする）に留まる。図中、発光部を破線で囲んでいる。発光層１０３のうち発光部以外は、発光部から放出された光を吸収する吸収層として働くであろう。

図２１（Ｂ）は、比較例の発光素子を用いたＬＥＤランプにおいて、発光部Ｘから放出された光が発光素子の外に取り出されるまでの光路を概略的に示す断面図である。なお、図示した光路は例示である。

基板１００の下面に、発光層１０３から放出された光を反射する反射層１２０が形成されている。発光素子は、透光性樹脂１３０中に封止されている。発光部Ｘから放出された光は、多様な光路を経て素子外に（透光性樹脂１３０中に）取り出される。窒化物半導体層の屈折率が透光性樹脂１３０の屈折率よりも高く、また、窒化物半導体層の屈折率が基板１００の屈折率よりも高い。

発光部Ｘから素子外に至るまでの光路を、以下のような３種に分類することができよう。第１種の光路は、窒化物半導体層の上面から素子外に取り出される光の光路である（図中の光路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）。

第２種の光路は、窒化物半導体層と透光性樹脂１３０との界面で全反射されて発光素子の端面から素子外に取り出される光のうち、窒化物半導体層と基板１００との界面では全反射されないような光の光路である（図中の光路Ｌ４、Ｌ５）。すなわち、第２種の光路を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂１３０との界面、及び、反射層１２０で反射されて、発光素子の端面から取り出される。このような光路を通る光を、素子内伝搬光と呼ぶこととする。

なお、図２１（Ｂ）に示す例では、窒化物半導体層の面内方向に関する発光素子の長さが短いため、光路Ｌ４を通る光は、反射層１２０で反射された後、窒化物半導体層と素子外の樹脂との界面で反射される前に素子の端面から取り出され、光路Ｌ５を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂１３０との界面で反射された後、反射層１２０で反射される前に素子の端面から取り出されている。

第３種の光路は、窒化物半導体層と透光性樹脂１３０との界面で全反射されて発光素子の端面から素子外に取り出される光のうち、窒化物半導体層と基板１００との界面でも全反射されるような光の光路である（図中の光路Ｌ６、Ｌ７）。すなわち、第３種の光路を通る光は、窒化物半導体層と透光性樹脂１３０との界面、及び、窒化物半導体層と基板１００との界面で反射されて、窒化物半導体層の端面から取り出される。このような光路を通る光を、窒化物半導体層内伝搬光と呼ぶこととする。

上記のいずれの光路を通る場合であっても、発光層１０３から放出された光は、発光層１０３のうち発光に寄与しない部分による吸収や、また、窒化物半導体層の欠陥に起因する吸収等により減衰する。

発光素子全体の厚みに比べて、窒化物半導体層が薄いため、素子内伝搬光よりも窒化物半導体層内伝搬光の方が、素子の端面に到達するまでの反射回数が多くなると考えられる。これに起因して、素子内伝搬光よりも窒化物半導体層内伝搬光の方が減衰しやすいと考えられる。

図５は、第１の実施例の発光素子において、窪み１０６の底面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。なお、図示した光路は例示である。第１の実施例の発光素子では、ｐ型窒化物半導体層１０４の格子状部１０５ａが形成されていない領域に、窪み１０６が形成されている。つまり、発光層１０３のうち、ｐ側電極の格子状部１０５ａの下方に配置されず、発光に寄与しないと考えられる部分の少なくとも一部が除去されている。

例えば窪み１０６の底面から取り出される光は、窪み１０６の形成に伴って除去されたｎ型窒化物半導体層１０２、発光層１０３、及びｐ型窒化物半導体層１０４を通過しない。このため、第１の実施例の発光素子では、窪みが形成されていない場合に比べ、窒化物半導体層での吸収に起因する減衰を抑制して、光を素子外に取り出すことができる。

図６（Ａ）は、第１の実施例の発光素子において、窪み１０６の側面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。例えば、窒化物半導体層内伝搬光について考える。図６（Ａ）に示すように、窒化物半導体層内伝搬光を、窒化物半導体層の端面に到達する前に、窪み１０６の側面から素子外に取り出すことができる。このように、第１の実施例の発光素子を用いれば、窪み１０６が形成されていない場合には素子の端面から取り出される光を、窪み１０６の側面から取り出すこともできる。発光素子の端面に到達するまでに生じる減衰を抑制して、光を素子外に取り出すことができる。

なお、窪み１０６の側面で光が屈折して上方側に進路を変えることにより、発光素子から上面側に放出される光量（ｐ型窒化物半導体層１０４の上面の法線方向の光量）を増加させることができる。

なお、図６（Ｂ）に示すように、ある窪み１０６の側面から素子外に出て、その窪み１０６の底面から再び素子内に入射した後、それに隣接する窪み１０６の側面から素子外に取り出されるような光の光路も考えられる。なお、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示した光路は例示である。

次に、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して、窪み１０６の側面に付けたテーパが有する作用及び効果について考察する。

図７（Ａ）は、テーパを付けない場合の窪み（これを窪み１０６Ａとする）近傍の概略断面図を示す。窪み１０６Ａの側面は、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面に垂直である。窪み１０６Ａの開口の縁及び底面の縁は円周状であり、窪み１０６の内面に囲まれた空間の形状は円柱状である。窪み１０６Ａの開口の縁の中心を通り、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面に垂直な断面が示されている。ここで、切断面と窪み１０６Ａの側面との交線を、単に側面と呼ぶこととする。

窪み１０６Ａの直径がＬであり、深さがＤである。窒化物半導体層の屈折率をｎ１とし、素子外の媒質の屈折率をｎ２とする。屈折率ｎ２はｎ１より小さい。ｎ型窒化物半導体層１０２を通って、一方の側面Ｓ１の最も下の部分に位置する入射点Ｐに入射する光について考える。

入射点Ｐに入射する光の入射角が、側面Ｓ１の法線とのなす角度で定義される。また、入射点Ｐに入射した後窪み１０６Ａ側に出射した光の屈折角が、側面Ｓ１の法線とのなす角度で定義される。

入射点Ｐから他方の側面Ｓ２の開口の縁上の点Ｑに向かって出射する光の屈折角をβｄｉａとする。屈折角βｄｉａで出射する光に対応する入射光の入射角をαｄｉａとする。入射点Ｐで全反射が生じる臨界角をαｃｒｔとする。入射角αｃｒｔで入射する光に対応する出射光の屈折角をβｃｒｔとする。屈折角βｃｒｔは９０°である。

入射点Ｐに入射した後に窪み１０６Ａ側へ出射して、そのまま素子外に取り出される光の屈折角度範囲は、βｄｉａからβｃｒｔまでである。これに対応し、入射点Ｐに入射した後に窪み１０６Ａ側へ出射して、そのまま素子外に取り出される光の入射角度範囲は、αｄｉａからαｃｒｔまでである。屈折角βｃｒｔ及びβｄｉａの差を出射有効角量Δβｅｆｆと定義し、入射角αｃｒｔ及びαｄｉａの差を入射有効角量Δαｅｆｆと定義する。

入射角α及び屈折角βを有する光について、スネルの法則

・・・（１）
が成り立つ。スネルの法則（１）に基づき、入射角αｃｔｒ及びαｄｉａはそれぞれ、

・・・（２）

・・・（３）
という式より求められる。

式（２）におけるβｃｒｔは９０°である。式（３）におけるβｄｉａは、

・・・（４）
という式より求められる。ここで、窪みの直径Ｌに対する深さＤの比Ｄ／Ｌをｄと表している。

例えば、比ｄを０．５とし、窒化物半導体層の屈折率ｎ１を２．４とし、素子外の媒質の屈折率ｎ２を１．０とする。この場合、式（２）及び式（３）からそれぞれ、αｃｒｔは２４．６°となり、αｄｉａは１０．７°となる。これらより入射有効角量Δαｅｆｆは１３．９°となる。

なお、同様な条件のもと、素子外の媒質の屈折率ｎ２を１．５とした場合には、αｄｉａは１６．２°となり、αｃｒｔは３８．７°となる。これらより入射有効角量Δαｅｆｆは２２．５°となる。素子外の媒質の屈折率が大きい方が、入射有効角量が大きくなることがわかる。

図７（Ｂ）は、テーパの付いた窪み１０６近傍の概略断面図を示す。窪み１０６は、下方から上方に向かって広くなる形状を有する。窪み１０６の開口の縁及び底面の縁は円周状であり、窪み１０６の内面に囲まれた空間の形状は円錐台状である。窪み１０６の開口の縁の中心を通り、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面に垂直な断面が示されている。窪み１０６側面の傾斜角度がγである。ここで、切断面と窪み１０６の側面との交線を、単に側面と呼ぶこととする。

窪み１０６の、底面の縁の直径がＬであり、深さがＤである。ｎ型窒化物半導体層１０２を通って、一方の側面Ｓｔ１の最も下の部分に位置する入射点Ｐｔに入射する光について考える。

入射点Ｐｔに入射する光の入射角が、側面Ｓｔ１の法線とのなす角度で定義される。また、入射点Ｐｔに入射した後窪み１０６側に出射した光の屈折角が、側面Ｓｔ１の法線とのなす角度で定義される。

入射点Ｐｔから他方の側面Ｓｔ２の開口の縁上の点Ｑｔに向かって出射する光の屈折角をβｔｄｉａとする。屈折角βｔｄｉａで出射する光に対応する入射光の入射角をαｔｄｉａとする。入射点Ｐｔで全反射が生じる臨界角をαｔｃｒｔとする。入射角αｔｃｒｔで入射する光に対応する出射光の屈折角をβｔｃｒｔとする。屈折角βｔｃｒｔは９０°である。

入射点Ｐｔに入射した後窪み１０６側に出射して、そのまま素子外に取り出される光の屈折角度範囲は、βｔｄｉａからβｔｃｒｔまでである。これに対応し、入射点Ｐｔに入射した後窪み１０６側に出射して、そのまま素子外に取り出される光の入射角度範囲は、αｔｄｉａからαｔｃｒｔまでである。屈折角βｔｃｒｔ及びβｔｄｉａの差を出射有効角量Δβｔｅｆｆと定義し、入射角αｔｃｒｔ及びαｔｄｉａの差を入射有効角量Δαｔｅｆｆと定義する。

スネルの法則（１）に基づき、入射角αｔｃｔｒ及びαｔｄｉａはそれぞれ、

・・・（５）

・・・（６）
という式より求められる。ここで窒化物半導体層の屈折率がｎ１であり、素子外の媒質の屈折率がｎ２である。

式（５）におけるβｔｃｒｔは９０°である。式（６）におけるβｔｄｉａは、

・・・（７）
という式で求められる。ここでｄは比Ｄ／Ｌである。

テーパの傾斜角度γを、例えば８．０°とする。その他の条件については、図７（Ａ）を参照して説明した例と同様に、比ｄを０．５とし、窒化物半導体層の屈折率ｎ１を２．４とし、素子外の媒質の屈折率ｎ２を１．０とする。この場合、式（５）からαｔｃｒｔは２４．６°となる。これは図７（Ａ）を参照して説明した例のαｃｒｔと一致する。また、式（６）からαｔｄｉａは７．０°となる。これらより入射有効角量Δαｔｅｆｆは１７．６°となる。

テーパが付けられていない場合の入射有効角量Δαｅｆｆ（１３．９°）よりも、テーパが付いた場合の入射有効角量Δαｔｅｆｆ（１７．６°）の方が大きくなる。このように、窪み側面にテーパを付けることにより、窪み側面から出射してそのまま素子外に取り出される光について、窪み側面への入射角の範囲が広がる。つまり、テーパにより窪み側面から光を取り出しやすくなる。

定性的には、テーパが付いている場合は、窪みの上方が下方よりも広がっており、窪み側面から出射した光が窪み側面の上方部分から素子内に入射しにくくなるので、光を取り出しやすくなるといえる。なおこれは、窪みの底面から取り出される光についても同様である。

なお、図８に示すように、テーパの付いた窪み側面で反射された光（図中の光路Ｌ１１〜Ｌ１３で示す光）が、発光素子内を下方に伝搬することにより、この光が反射層１２０で反射されて、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面や、窪み１０６の底面から素子外に取り出されやすくなる効果も期待される。また、窪み側面から素子外に出射する光（図中の光路Ｌ１４で示す光）の、窪み側面に入射する入射角が、テーパにより小さくなって、窪み側面における反射損失が減少する効果も期待される。

ここで、特に、窒化物半導体層内伝搬光について考察する。窒化物半導体層の屈折率が２．４であり、基板１００がサファイアからなりその屈折率が１．７７であるとする。窒化物半導体層側から入射し、窒化物半導体層と基板１００との界面で全反射される光の臨界角は、スネルの法則（１）より４７．５°となる。窒化物半導体層内伝搬光は、基板１００への入射角が４７．５°以上である。

窪み側面が垂直である（テーパが付いていない）場合について考える。窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光の最大の入射角は、４７．５°の余角である４２．５°となる。

入射臨界角αｃｒｔが４２．５°を超える場合、４２．５°〜入射臨界角αｃｒｔまでの範囲の入射角で窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光が存在しないので、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の範囲が狭くなる。この場合、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の上限が４２．５°となる。

図７（Ａ）を参照して説明した例では、素子外の媒質の屈折率が１．０及び１．５であるとき、入射臨界角αｃｒｔはそれぞれ２４．６°及び３８．７°であった。これらの入射臨界角αｃｒｔは４２．５°より小さいので、窒化物半導体層内伝搬光の窪み側面への入射可能な角度範囲内に含まれる。

次に、窪み側面にテーパが付いている場合について考える。テーパの傾斜角度をγとする。窪み側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光の最大の入射角は、４７．５°の余角である４２．５°からγを引いた４２．５°−γとなる。

４２．５°−γが入射臨界角αｃｒｔより小さい場合、４２．５°−γ〜入射臨界角αｃｒｔまでの範囲の入射角で窪みの側面に入射する窒化物半導体層内伝搬光が存在しないので、窪み側面に入射してそのまま素子外に取り出される光の入射角の範囲が狭くなる。入射角の範囲が狭くなることが起こらない最大の傾斜角度γは、４２．５°−γが入射臨界角αｃｒｔと等しくなるような角度である。つまり、このような傾斜角度γは、４２．５°−αｃｒｔという式から求められる。

図７（Ｂ）を参照して説明した例では、素子外の媒質の屈折率が１．０及び１．５であるとき、入射臨界角αｃｒｔはそれぞれ２４．６°及び３８．７°であった。素子外の媒質の屈折率が１．０のとき、最大の傾斜角度は４２．５°−２４．６°より１７．９°となり、素子外の媒質の屈折率が１．５のとき、最大の傾斜角度は４２．５°−３８．７°より３．８°となる。

以上、特に窒化物半導体層内伝搬光について考察したが、発光層から放出されて窪みから素子外に取り出される光は、様々な光路を通り得る。

本願発明者らの経験によると、概して、テーパの傾斜角度は０°〜１２°の範囲とするのが好ましい。なお、特に窒化物半導体層内伝搬光についての考察を踏まえると、素子外の媒質の屈折率が高くなるほど、テーパの傾斜角度を小さくすることも有効である。

素子外の媒質の屈折率が１．０〜１．３の範囲である場合、窪みのテーパの傾斜角度は３°〜１８°が好ましく、５°〜１２°がより好ましい。また、素子外の媒質の屈折率が１．３〜１．６の範囲である場合、テーパの傾斜角度は０°〜１２°が好ましく、０°〜７°がより好ましい。さらに、素子外の媒質の屈折率が１．６〜２．０の範囲である場合、テーパの傾斜角度は０°〜７°が好ましく、０°〜３°がより好ましい。

次に、窪みの開口の直径と、窪みの深さとの関係について考察する。窪みの開口の直径に対する窪みの深さの比を、窪み深さ比と定義する。窪み深さ比が大きくなるほど、窪みの底付近から素子外に出射した光が、窪み側面から再び素子内に入射しやすくなる。窪み深さ比が小さくなるほど、窪みの側面積が狭くなり、窪み側面からの取り出し光量が減少する。本願発明者らの経験によると、窪み深さ比の好ましい範囲は、０．３〜０．７であり、さらに好ましい範囲は、０．３５〜０．５５である。

次に、窪みの底から基板１００までの距離について説明する。窪みの底から基板１００までの距離は１μｍ以上とすることが好ましい。これにより、例えば、窒化物半導体層側から窒化物半導体層と基板１００との界面に入射して上方に反射された光を、窪み１０６の底面から取り出しやすくなると考えられる。

なお、窪みの底面の形状は、平面、下方に凹んだ凹面、上方に盛り上がった凸面のいずれでもよいが、凸面とすることが好ましい。凸面とすると、例えば、窒化物半導体層側から窒化物半導体層と基板１００との界面に入射して反射された光について、窪み底面への入射角が、窪み底面が平面である場合よりも小さくなる。これにより、光取り出し効率の向上が期待される。

次に、図９（Ａ）を参照して、第２の実施例による発光素子について説明する。図９（Ａ）は、第２の実施例による発光素子の概略平面図を示す。ｐ側電極の格子状部の形状と、それに対応して、窪みの配置とが、第１の実施例と異なる。他の構成は、第１の実施例と同様である。

ｐ側電極２０５が、格子状部２０５ａとパッド部２０５ｂとを含んで構成される。格子状部２０５ａは、行列状に配置された複数の正方形の周状の部分（これを四角形部と呼ぶこととする）と、行または列方向に関して互いに隣り合う四角形部同士を繋ぐ直線状の部分（これを結合部と呼ぶこととする）とからなる。四角形部の各辺が、行列の行方向または列方向と平行である。互いに隣り合う四角形部の対向する一対の辺の中心付近が、結合部で繋がれている。

行列の１つの格子の４つの頂点上にそれぞれ配置された４つの四角形部について考える。これら４つの四角形部が結合部で繋がれることにより、これら４つの四角形部及びそれらの結合部に取り囲まれる十字形の区画（１２角形の区画）が画定される。

各四角形部の内部に１つずつ窪み２０６が形成されており、各十字形の区画の内部にも１つずつ窪み２０６が形成されている。各四角形部の内部の窪み２０６は、各四角形部に接続している結合部の延長線長に配置されている。

四角形部の線幅は、例えば３μｍである。四角形部の１辺の長さ（四角形部の互いに対向する１対の辺の中心同士の距離）は、例えば１５μｍである。四角形部の配置間隔（隣接する四角形部同士の中心間隔）は、例えば２６．６μｍである。結合部の線幅は、例えば３μｍである。

第２の実施例の発光素子の作製方法は、第１の実施例の発光素子の作製方法と同様である。ただし、窪み２０６を形成するためのレジストマスクの開口パタン、及び格子状部２０５ａを形成するためのレジストマスクの開口パタンが、第２の実施例に対応したものとなる。

次に、第２の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第１の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第２の実施例の発光素子の発光波長は４８１ｎｍであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの１４５％であった。

次に、図９（Ｂ）を参照して、第２の実施例の発光素子の格子状部２０５ａが有する作用及び効果について考察する。

発光層１０３のうち、格子状部２０５ａの結合部の下方に配置された領域から放出される光について考える。この領域を、結合部の長さ方向に関していくつかの部分に分割して考える。分割された各部分から結合部の長さ方向に放出された光が加算されることにより、結合部の長さ方向に放出される光は、他の方向に放出される光よりも強くなると考えられる。ｐ側電極の直線部分の下方に配置された領域から、その直線部分の長さ方向に放出される光を、電極並走光と呼ぶこととする。

結合部が接続している四角形部の内部に配置された窪み２０６は、結合部の延長線上に配置されている。これにより、結合部に対応する電極並走光が、この窪み２０６の側面から取り出されやすくなると考えられる。

結合部は、互いに隣接する２つの十字形の区画が共有する辺を画定する。この２つの十字形の区画の双方に隣接する四角形部に取り囲まれた区画内の窪み２０６から、当該結合部に対応する電極並走光を取り出すことができる。

なお、四角形部の配線間隔Ｗは、第１の実施例の正方格子状のｐ側電極と同様に定義される（図４参照）。十字形の領域については、十字形の領域を囲む４つの四角形部のうち、対角上に配置された２つの四角形部の頂点同士の間隔を、配線間隔Ｗとする。

なお、窪みの開口形状を、円形以外の種々の形状にすることもできる。例えば、図９（Ｃ）に示すように、窪みの開口形状をほぼ矩形とすることもできる。十字形の領域内に配置され、ほぼ矩形の開口形状を有する窪みについて考える。窪みは、十字形の領域を囲む四角形部と重ならないように配置する必要がある。

窪みの開口の辺が、四角形部の並ぶ行方向または列方向と平行である場合、十字が交差している部分の内部に開口が収まるようにする必要がある。この場合、窪みの開口の角の部分が、四角形部と干渉しやすく、窪みの開口を大きくし難い。窪みの開口の辺を、四角形部の並ぶ行方向または列方向に対して斜めにすると（例えば４５°の角度をなすようにすると）、窪みの開口を大きくしやすい。

次に、図１０（Ａ）を参照して、第２の実施例の変形例について説明する。図１０（Ａ）は、本変形例の発光素子の概略平面図を示す。本変形例では、ｐ側電極２０５Ａの格子状部２０５ａＡの形状を六角格子とし、各格子内に窪み２０６Ａが形成されている。

図１０（Ｂ）に示すように、ある六角格子ＬＡＴに隣接する６つの六角格子の、六角格子ＬＡＴの各頂点に接続している辺の延長線上に、六角格子ＬＡＴ内の窪み２０６Ａが配置されている。これにより、六角格子ＬＡＴの各頂点に接続している辺に対応する電極並走光が、六角格子ＬＡＴ内の窪み２０６Ａの側面から取り出されやすくなると考えられる。

互いに隣接する２つの六角形の区画が共有する辺に対応する電極並走光を、この２つの六角形の区画の双方に隣接する六角形の区画内の窪み２０６Ａから取り出すことができる。

次に、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を参照して、第３の実施例による発光素子について説明する。図１１（Ａ）は、第３の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は、それぞれ、図１１（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図を示す。

本実施例の発光素子では、第１、第２の実施例及び比較例の発光素子とは異なる窒化物半導体ウエハを用いる。この窒化物半導体ウエハは、緩衝層１０１とｎ型窒化物半導体層１０２との間に、高抵抗窒化物半導体層３１２を有する。高抵抗窒化物半導体層３１２は、ｎ型窒化物半導体層１０２より高い抵抗率を有し、ｎ側電極とオーミック接触しない。高抵抗窒化物半導体層３１２は、ｎ型窒化物半導体層１０２等を形成するのと同様の成膜方法により形成される。

輪郭溝３１１のうちｎ側電極３０７のパッド部３０７ｂが配置される領域３１３（ｎ側パッド配置領域３１３）が、高抵抗窒化物半導体層３１２が露出する深さまで掘られており、ｎ側パッド部３０７ｂが、高抵抗窒化物半導体層３１２上に形成されている。

ｐ型窒化物半導体層１０４の表面に、第１及び第２の実施例の発光素子と同様に、正方形の１つの隅を切り欠いた形の発光領域３５０が画定されている。図１１（Ａ）に示すように、発光領域３５０の切り欠かれた部分が、ｎ側パッド配置領域３１３と重なりを持つ。ｎ側パッド部３０７ｂは、発光領域３５０が切り欠かれた部分に配置されている。

ｎ側電極３０７の線状部３０７ａは、ｎ型窒化物半導体層１０２上に形成されている。なお、線状部３０７ａのうちパッド部３０７ｂに接続する部分は、高抵抗窒化物半導体層３１２上に形成されている。他の構成は、第１の実施例の発光素子と同様である。

次に、第３の実施例による発光素子の作製方法について説明する。第１の実施例において図２（Ａ）を参照して説明した方法と同様にして、輪郭溝３１１を形成する。ただし、この段階では、ｎ側パッド配置領域３１３も、輪郭溝３１１の他の領域と等しい深さ（底面にｎ型窒化物半導体層１０２が露出する深さ）である。次に図２（Ｂ）を参照して説明した方法と同様にして、窪み３０６を形成する。

次に、図１３（Ａ）に示すように、ｎ側パッド配置領域３１３に対応する開口を有するレジストマスクＲ３１３を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクＲ３１３の開口内のｎ型窒化物半導体層１０２を除去することにより、高抵抗窒化物半導体層３１２を露出させる。次いで、レジストマスクＲ３１３を洗浄除去する。

次に図２（Ｃ）を参照して説明した方法と同様にして、ｐ側電極３０５の格子状部３０５ａを形成する。

次に、図３（Ａ）を参照して説明した方法と同様に、電極材料を蒸着して、ｎ側電極３０７の線状部３０７ａ及びｎ側パッド部３０７ｂを形成する。ｎ側パッド部３０７ｂが高抵抗窒化物半導体層３１２の上に形成され、線状部３０７ａがｎ型窒化物半導体層１０２上に形成される。

その後、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を参照して説明した方法と同様にして、ｐ側パッド部３０５ｂ及び保護膜３１０を形成する。

次に、第３の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第１の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第３の実施例の発光素子の発光波長は４７９ｎｍであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの１７０％であった。

第３の実施例の発光素子では、ｎ側パッド部が、高抵抗窒化物半導体層の上に形成されている。このため、第１及び第２の実施例の発光素子に比べて、ｎ側パッド部の近傍に電流が集中しなくなり、ｎ側電極の線状部とｐ側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。

これにより、ｎ側パッド部の近傍に電流が集中していた場合よりも、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、発光層の面内方向に関して電流の均一化が図られることにより、発光状態が均一化され、発光ムラの低減が図られる。

発光層内で、電流密度が高い領域は劣化しやすい傾向がある。第３の実施例の発光素子は、発光層内の電流を分散させることができるので、発光素子の劣化の抑制も図られる。

次に、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）を参照して、第４の実施例による発光素子について説明する。図１２（Ａ）は、第４の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、それぞれ、図１２（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図を示す。本実施例の発光素子では、第１、第２の実施例及び比較例の発光素子と同様な窒化物半導体ウエハが用いられる。

本実施例の発光素子では、輪郭溝４１１のうち、ｎ側電極４０７のパッド部４０７ｂが配置される領域４１３（ｎ側パッド配置領域４１３）が、基板１００の露出する深さまで掘られており、ｎ側パッド部４０７ｂが、基板１００上に形成されている。基板１００は、例えばサファイアからなり絶縁性である。ｎ側電極４０７の線状部４０７ａは、ｎ型窒化物半導体層１０２上に形成されている。なお、線状部４０７ａのうちパッド部４０７ｂに接続する部分は、基板１００上に形成されている。他の構成は、第１の実施例の発光素子と同様である。

次に、第４の実施例による発光素子の作製方法について説明する。第３の実施例の発光素子と同様の手順で、窪み４０６までを形成する。

次に、図１３（Ｂ）に示すように、ｎ側パッド配置領域４１３に対応する開口を有するレジストマスクＲ４１３を、フォトリソグラフィーにより形成する。次に、ドライエッチングを用いて、レジストマスクＲ４１３の開口内のｎ型窒化物半導体層１０２及び緩衝層１０１を除去することにより、基板１００を露出させる。次いで、レジストマスクＲ４１３を洗浄除去する。

次に図２（Ｃ）を参照して説明した方法と同様にして、ｐ側電極４０５の格子状部４０５ａを形成する。次に、図３（Ａ）を参照して説明した方法と同様に、電極材料を蒸着して、ｎ側電極４０７の線状部４０７ａ及びｎ側パッド部４０７ｂを形成する。ｎ側パッド部４０７ｂが基板１００の上に形成され、線状部４０７ａがｎ型窒化物半導体層１０２上に形成される。

その後、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）を参照して説明した方法と同様にして、ｐ側パッド部４０５ｂ及び保護膜４１０を形成する。

次に、第４の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第１の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第４の実施例の発光素子の発光波長は４８０ｎｍであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの２４０％であった。

第４の実施例の発光素子も、第３の実施例の発光素子と同様に、ｎ側電極の線状部とｐ側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、第３の実施例と同様に、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。第４の実施例の発光素子では、窒化物半導体ウエハに高抵抗窒化物半導体層を形成しておく必要がない。

次に、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）を参照して、第５の実施例による発光素子について説明する。図１４（Ａ）は、第５の実施例による発光素子の概略平面図を示し、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）は、それぞれ、図１４（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図を示す。第５の実施例の発光素子は、発光領域の形状とｐ側及びｎ側パッド部の配置とが第４の実施例と異なる。以下詳しく説明する。

第５の実施例の発光素子では、ｐ型窒化物半導体層１０４の表面に、正方形の１辺の中央部分を切り欠いた形の発光領域５５０が画定されている。発光領域５５０が切り欠かれた部分に、ｎ側パッド部５０７ｂが配置されている。ｎ側パッド部５０７ｂが配置される領域５１３（ｎ側パッド配置領域５１３）が、第４の実施例と同様に、基板１００が露出する深さまで掘られている。ｎ側電極５０７の線状部５０７ａがｎ側パッド部５０７ｂに接続し、発光領域５５０の１辺に平行な方向に細長い形状を有する。ｎ側パッド部５０７ｂが基板１００上に形成され、線状部５０７ａがｎ型窒化物半導体層１０２の上に形成されている。

ｐ側パッド部５０５ｂが、発光領域５５０上の、切り欠かれた辺に対向する辺の中央付近に配置されている。ｐ側電極５０５の格子状部５０５ａは、発光領域５５０に対応する形状となっている。格子状部５０５ａの各格子の内部に、窪み５０６が形成されている。

第５の実施例の発光素子は、第４の実施例の発光素子と同様な方法で作製される。ただし、発光領域５５０を画定する輪郭溝５１１、窪み５０６、ｐ側電極５０５の格子状部５０５ａ及びｐ側パッド部５０５ｂ、ｎ側パッド配置領域５１３、ｎ側電極５０７の線状部５０７ａ及びパッド部５０７ｂを形成するためのレジストマスクの開口パタンが、それぞれ、第５の実施例に対応したものとなる。

次に、第５の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第１の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第５の実施例の発光素子の発光波長は４８２ｎｍであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの２１０％であった。第５の実施例の発光素子は、第４の実施例の発光素子よりも発光出力がやや低い。

第５の実施例の発光素子も、第３及び第４の実施例の発光素子と同様に、ｎ側電極の線状部とｐ側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、第３及び第４の実施例と同様に、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。

次に、図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を参照して、第６の実施例による発光素子について説明する。図１５（Ａ）は、第６の実施例の発光素子の概略平面図を示し、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）中のＡ−Ａ´線に沿った概略断面図を示す。第６の実施例の発光素子は、第４の実施例の発光素子から窪み１０６を除いた構成である。第６の実施例の発光素子の作製工程では、第４の実施例の発光素子の作製工程から、窪み４０６の形成工程が省かれる。

次に、第６の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験について説明する。第１の実施例の発光素子の発光出力を測定した実験と同様な方法を用いた。発光出力を、第１の実施例と同様に、比較例のそれと比較した。第６の実施例の発光素子の発光波長は４８０ｎｍであり、発光出力は比較例の発光素子のそれの１２０％であった。

第６の実施例の発光素子は、第４の実施例の発光素子と同様に、ｎ側電極の線状部とｐ側電極との間に流れる電流が増加すると考えられる。これにより、発光層の面内方向に関して、発光に寄与する領域が広がるので、発光出力が増加すると考えられる。また、発光ムラの低減、及び発光層の劣化の抑制が図られる。

図１７（Ａ）は、第４の実施例による発光素子の発光状態を示す写真であり、図１７（Ａ）の下側の写真は、図１７（Ａ）の上側の写真に示す発光素子の窪み近傍の拡大写真である。図１７（Ｂ）は、第６の実施例による発光素子の発光状態を示す写真である。第６の実施例の発光素子は、第４の実施例の発光素子から窪みを除いたものである。第４の実施例による発光素子の上面方向の輝度が、第６の実施例による発光素子のそれよりも強い。図１７（Ａ）の下側に示す拡大写真からわかるように、第４の実施例による発光素子の窪み側面から、上方に光が出射されている。

次に、図１８を参照し、保護膜の効果に関して調べた実験について説明する。第４の実施例の発光素子と、第４の実施例の発光素子から保護膜を除いた構成の発光素子とについて、発光出力の経時変化を調べた。

図１８に示すグラフの横軸が時間を示し、縦軸が発光出力を示す。曲線Ｃ１が保護膜ありの場合の結果を示し、曲線Ｃ２が保護膜なしの場合の結果を示す。保護膜なしの場合は、４００時間程度で発光出力が初期の７０％程度に低下した。保護膜ありの場合は、１０００時間経過しても発光出力が初期の９５％以上であった。このように、保護膜により発光出力の経時劣化が抑制される。

なお、発光素子の、ｐ型窒化物半導体層１０４、発光層１０３及びｎ型窒化物半導体層１０２が露出する端面を、発光素子が下方から上方に向かうにつれ細くなるように、ｐ型窒化物半導体層１０４の上面の法線方向に対して３°〜１３°傾斜させることにより、効果的に光が取り出される。

上述の実施例では、ｐ側電極の格子状部に取り囲まれる各区画の形状が、正方形等の多角形であったが、各区画を多角形以外の形状とすることも可能である。格子状部は、ｐ型窒化物半導体層の表面を複数の区画に分割するような網目形状を有していればよい。格子状部により画定される区画の内部に、開口の縁が格子状部から離れるように、窪みを形成する。なお、１つの区画の内部に配置される窪みの個数を複数とすることも可能である。

なお、上述の第１〜第４、第６の実施例で、上方から見た発光領域の形状は、正方形の１つの隅を切り欠いた形であったが、発光領域の形状は正方形に限らず、長方形や平行四辺形等を含む四角形とすることが可能である。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１（Ａ）は、第１の実施例による発光素子の概略平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中のＡ−Ａ´線に沿った概略断面図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、第１の実施例による発光素子の製造方法を説明するための概略断面図（その１）である。 図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、第１の実施例による発光素子の製造方法を説明するための概略断面図（その２）である。 図４（Ａ）は、窪みの近傍の概略断面図であり、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）は、窪みの近傍の概略平面図であり、 図５は、第１の実施例の発光素子において、窪みの底面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、第１の実施例の発光素子において、窪みの側面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。 図７（Ａ）は、テーパを付けない場合の窪み近傍の概略断面図であり、図７（Ｂ）は、テーパの付いた窪み近傍の概略断面図である。 図８は、テーパの付いた窪みの内面から素子外に取り出される光の光路を概略的に示す断面図である。 図９（Ａ）は、第２の実施例による発光素子の概略平面図であり、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）は、第２の実施例の発光素子の格子状部が有する作用及び効果について説明するための概略平面図である。 図１０（Ａ）は、第２の実施例の変形例による発光素子の概略平面図であり、図１０（Ｂ）は、第２の実施例の変形例による発光素子の格子状部が有する作用及び効果について説明するための概略平面図である。 図１１（Ａ）は、第３の実施例による発光素子の概略平面図であり、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は、それぞれ、図１１（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図である。 図１２（Ａ）は、第４の実施例による発光素子の概略平面図であり、図１２（Ｂ）及び図１２（Ｃ）は、それぞれ、図１２（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図である。 図１３（Ａ）は、第３の実施例による発光素子の製造方法を説明するための概略断面図であり、図１３（Ｂ）は、第４の実施例による発光素子の製造方法を説明するための概略断面図である。 図１４（Ａ）は、第５の実施例による発光素子の概略平面図であり、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）は、それぞれ、図１４（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図である。 図１５（Ａ）は、第６の実施例による発光素子の概略平面図であり、図１５（Ｂ）及び図１５（Ｃ）は、それぞれ、図１５（Ａ）中のＡ−Ａ´線及びＢ−Ｂ´線に沿った概略断面図である。 図１６は、第１〜第６の実施例及び比較例の発光素子の発光波長と発光出力とをまとめた表である。 図１７（Ａ）は、第４の実施例による発光素子の発光状態を示す写真であり、図１７（Ｂ）は、第６の実施例による発光素子の発光状態を示す写真である。 図１８は、保護膜の効果に関して調べた実験結果を示すグラフである。 図１９は、窒化物半導体ウエハの概略断面図である。 図２０（Ａ）は、比較例による発光素子の概略平面図を示し、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）中のＡ−Ａ´線に沿った概略断面図を示す。 図２１（Ａ）は、比較例の発光素子のｐ側電極の格子状部近傍の概略断面図を示し、図２１（Ｂ）は、比較例の発光素子を用いたＬＥＤランプにおいて、発光部から放出された光が発光素子の外に取り出されるまでの光路を概略的に示す断面図である。 図２２は、特許文献１が開示する発光素子を示す斜視図である。

符号の説明

１００ 基板
１０１ 緩衝層
１０２ ｎ型窒化物半導体層
１０３ 発光層
１０４ ｐ型窒化物半導体層
１０５ ｐ側電極
１０５ａ 格子状部
１０５ｂ ｐ側パッド部
１０６ 窪み
１０７ ｎ側電極
１０７ａ 線状部
１０７ｂ ｎ側パッド部
１１１ 輪郭溝
１５０ 発光領域

Claims (30)

1. 第１の導電型を有する下側半導体層と、
   前記下側半導体層の上に形成された発光層と、
   前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層と、
   前記下側半導体層に電気的に接続される下側電極と、
   前記上側半導体層に電気的に接続される上側電極と
   を有し、
   前記上側電極は、前記上側半導体層の上に形成され、該上側半導体層の表面を、各々が該上側電極で取り囲まれる複数の区画に分割するような網目形状を有し、
   さらに、前記区画の少なくとも１つの内部に、底面が少なくとも前記下側半導体層の上面まで達し、開口の縁が前記上側電極から離れた窪みを少なくとも１つ有する発光素子。
2. 前記窪みの底面が、前記下側半導体層の上面から下面までの間に配置されている請求項１に記載の発光素子。
3. 前記窪みは、下方から上方に向かって広くなる形状を有する請求項１または２に記載の発光素子。
4. 前記窪みの側面の、前記上側半導体層の上面の法線に対する傾斜角が、１２°以下である請求項３に記載の発光素子。
5. さらに、前記下側半導体層の下に基板を有し、前記窪みの底から該基板までの距離が１μｍ以上である請求項１〜４のいずれかに記載の発光素子。
6. 前記窪みの底面は、上方に向かって盛り上がった凸形状を有する請求項１〜５のいずれかに記載の発光素子。
7. 前記窪みの開口の縁から前記上側電極までの最短距離が２μｍ以上である請求項１〜６のいずれかに記載の発光素子。
8. ある前記区画内に形成された前記窪みの開口の面積が、当該区画の面積の７％〜５０％の範囲である請求項１〜７のいずれかに記載の発光素子。
9. 前記上側電極の網目形状の部分の線幅が５μｍ以下である請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。
10. 前記区画の各々の形状は多角形であり、前記上側電極のうち互いに隣接する第１及び第２の区画が共有する辺を画定する部分の延長線上に、該第１及び第２の双方に隣接する第３の区画に対応する窪みが配置されている請求項１〜９のいずれかに記載の発光素子。
11. 前記上側電極の材料として、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムのうち少なくとも１つが含まれる請求項１〜１０のいずれかに記載の発光素子。
12. 前記上側電極は、前記上側半導体層上に形成された第１の金属層と、前記第１の金属層を覆うように前記上側半導体層上に形成された第２の金属層とを含み、前記発光層から放出された光の波長に対し、前記上側半導体層と前記第１の金属層との界面における反射率が、前記上側半導体層と前記第２の金属層との界面における反射率よりも高く、前記第１の金属層は、Ａｇからなる層またはＡｇを含む合金からなる層を含む請求項１〜１１のいずれかに記載の発光素子。
13. 前記第２の金属層が白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムのうち少なくとも１つを含む請求項１２に記載の発光素子。
14. さらに、少なくとも前記窪みの側面上に、前記下側半導体層、発光層、及び上側半導体層を覆うように形成され、前記発光層から放出される光に対して透明である絶縁膜を有する請求項１〜１３のいずれかに記載の発光素子。
15. 前記絶縁膜の厚さは１００ｎｍ〜５００ｎｍである請求項１４に記載の発光素子。
16. 前記絶縁膜は、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化ハフニウム、酸化ネオジウム、酸化エルビウム、及び酸化セリウムのうち少なくとも１つを含む請求項１４または１５に記載の発光素子。
17. 前記絶縁膜は前記上側電極の少なくとも一部を覆うように形成され、該上側電極の、該絶縁膜に覆われている部分の最表層が、チタン、ニッケル、アルミニウムのうち少なくとも１つを含む請求項１６に記載の発光素子。
18. 前記下側半導体層、発光層、及び上側半導体層が窒化物半導体からなり、前記下側半導体層及び上側半導体層がそれぞれｎ型及びｐ型の導電型を有する請求項１〜１７のいずれかに記載の発光素子。
19. 支持層と、前記支持層の上方に形成され、第１の導電型を有し、該支持層よりも抵抗率が低い下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層と、前記上側半導体層上に形成された上側電極とを含む第１の領域と；
    前記支持層と、該支持層の上方に形成された前記下側半導体層と、該下側半導体層上に形成された下側電極の第１の部分とを含む第２の領域と；
    前記支持層と、該支持層上に形成された前記下側電極の第２の部分とを含む第３の領域と
    を有する発光素子。
20. 前記第１〜第３の領域を上方から見たとき、前記第１の領域は四角形の１つの隅を切り欠いた形状を有し、前記第１の領域の切り欠かれた部分が、前記第３の領域と重なりを持ち、該第３の領域に形成された前記下側電極の第２の部分がパッドとして用いられ、前記第１の領域の切り欠かれた隅に隣接する隅に、前記上側電極のうちパッドとして用いられる部分が配置されている請求項１９に記載の発光素子。
21. 前記上側電極は、前記上側半導体層の表面を、各々が該上側電極で取り囲まれる複数の区画に分割するような網目形状の部分を含み、
    さらに、前記区画の少なくとも１つの内部に、底面が少なくとも前記下側半導体層の上面まで達する窪みを有する請求項１９または２０に記載の発光素子。
22. さらに、少なくとも前記窪みの側面上に、前記下側半導体層、発光層、及び上側半導体層を覆うように形成され、前記発光層から放出される光に対して透明である絶縁膜を有する請求項２１に記載の発光素子。
23. 前記絶縁膜の厚さは１００ｎｍ〜５００ｎｍである請求項２２に記載の発光素子。
24. 前記絶縁膜は、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニア、酸化ハフニウム、酸化ネオジウム、酸化エルビウム、及び酸化セリウムのうち少なくとも１つを含む請求項２２または２３に記載の発光素子。
25. 前記絶縁膜は、前記下側パッド部の上面の一部を除いて前記下側電極を覆い、かつ前記上側パッド部の上面の一部を除いて前記上側電極を覆うように形成され、該下側電極及び上側電極の、該絶縁膜に覆われている部分の最表層が、チタン、ニッケル、アルミニウムのうち少なくとも１つを含む請求項２４に記載の発光素子。
26. 前記下側半導体層、発光層、及び上側半導体層が窒化物半導体からなり、前記下側半導体層及び上側半導体層がそれぞれｎ型及びｐ型の導電型を有する請求項１９〜２５のいずれかに記載の発光素子。
27. （ａ）第１の導電型を有する下側半導体層と、前記下側半導体層の上に形成された発光層と、前記発光層の上に形成され、前記第１の導電型と反対の第２の導電型を有する上側半導体層とを含むウエハを準備する工程と、
    （ｂ）少なくとも前記上側半導体層と前記発光層とをエッチングして、該上側半導体層の表面に窪みを形成する工程と、
    （ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記上側半導体層の上に、前記窪みの開口を取り囲む上側電極を形成する工程と、
    （ｄ）前記工程（ｂ）の後、前記下側半導体層に電気的に接続される下側電極を形成する工程と
    を有する発光素子の製造方法。
28. 前記工程（ｂ）でドライエッチングが用いられ、さらに、前記工程（ｂ）と（ｃ）との間に、（ｅ）前記工程（ｂ）で形成された窪みの内壁の表層をウェットエッチングにより除去する工程を有する請求項２７に記載の発光素子の製造方法。
29. 前記工程（ｅ）は、エッチャントとして燐酸、硫酸、または燐酸と硫酸との混合液を用いる請求項２８に記載の発光素子の製造方法。
30. さらに、（ｆ）少なくとも前記窪みの側面上に、前記下側半導体層、発光層、及び上側半導体層を覆うように、前記発光層から放出される光に対して透明である絶縁膜を形成する工程を有する請求項２７〜２９のいずれかに記載の発光素子の製造方法。