JP2008004729A - 半導体発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】活性層から放出された発光出力を向上することができ、かつ、歩留まりよく製造できる半導体発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と該ｐ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｐ側電極とを有する第１領域と、ｎ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｎ側電極とを有する第２領域と、第３領域とからなる半導体発光素子であって、前記第３領域は、前記基板が露出してなるとともに、半導体からなる複数の凸部を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体発光素子に関し、特に、窒化物系半導体を積層した半導体層を用いて形成した窒化物半導体素子に関する。

従来から、半導体発光素子として、サファイアなどの基板上にｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層が積層され、ｎ型およびｐ型の半導体層のそれぞれと電気的に接続する電極が形成された構造が知られている。例えば、それぞれの電極を同一面側に設ける場合は、ｐ側電極がｐ型半導体層上に配置されると共に、ｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の一部が除去され、露出したｎ型半導体層上にｎ側電極が配置された構成が知られている。
これらの半導体発光素子は、通常は発光した光を主に縦方向（ｎ型半導体層、ｐ型半導体層が積層される方向）へ取り出すように構成される。このような半導体発光素子の発光出力を向上させるために、半導体発光素子の外形として様々なものが提案されている。例えば、特許文献１では、発光層を含む半導体積層部に対し、該半導体積層部の発光観測面側から発光層まで達する溝を形成し、その溝の開口部から横方向へ放出された光を溝の側面で反射させる構成とすることで、発光出力を向上させることが開示されている。
特開２００２−２６３８６号公報

しかしながら、上記のような半導体発光素子は、縦方向だけでなく横方向からも多くの光が放出されるため、発光した光を効果的に利用することが困難であった。また、特許文献１は、半導体積層部に溝を形成することにより発光層の面積が減少してしまう。
また、上記のような従来の半導体発光素子は、サファイア基板や半導体層の内部において、基板と半導体との格子定数、熱膨張係数の差異に基づく引っ張り歪又は圧縮歪が発生し、基板を含む半導体層の反り等が生じることがあり、素子の特性が悪化してしまう恐れがあった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、活性層から放出された発光出力を向上することができ、かつ、歩留まりよく製造できる半導体発光素子を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係る半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と該ｐ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｐ側電極とを有する第１領域と、ｎ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｎ側電極とを有する第２領域と、第３領域とからなる半導体発光素子であって、
前記第３領域は、前記基板が露出してなるとともに、半導体からなる複数の凸部を有することを特徴とする。
また、この半導体発光素子は、電極側からみて外周が多角形であり、前記第３領域が、前記第１領域及び第２領域と前記外周の少なくとも一辺との間に位置することが好ましい。
また、第１領域及び第２領域は、第３領域に囲まれていることが好ましい。
また、第２領域は、少なくとも一部が前記第３領域に隣接していることが好ましい。
また、第２領域は、第１領域に囲まれていることが好ましい。
また、基板の半導体を有する面と平行な方向の任意の直線上に、前記第３領域の凸部を少なくとも１つ有することが好ましい。
また、第３領域の凸部は、表面に金属膜を有することが好ましい。
また、第２領域は、ｎ型半導体層が露出された領域に、半導体からなる複数の凸部を有することが好ましい。
また、第２領域の凸部は、表面に金属膜を有することが好ましい。
また、この凸部は、基板側から電極側にむけて先細であることが好ましい。

以上のように、本発明に係る半導体発光素子は、基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と該ｐ型半導体層に接続されてなるｐ側電極とを有する第１領域と、ｎ型半導体層とｎ型半導体層に接続されてなるｎ側電極とを有する第２領域と、第３領域とからなる半導体発光素子であって、第３領域は、基板が露出してなるとともに、半導体からなる複数の凸部を有するので、発光出力が向上する。また、素子の反りを緩和することができるため、歩留よく製造することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光素子を例示するものであって、本発明は以下のものに限定しない。

図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子を電極配置面側から見た模式的平面図である。また、図２は、図１のＩ−Ｉ’線における部分的な断面を模式的に示す図である。本発明の半導体発光素子は、図１に示すように、ｎ側電極７及びｐ側電極６が同一面側に設けられており、電極側を発光観測面側とした構成である。
図２に示すように、本発明の半導体発光素子は、基板１上に、任意にバッファ層等の１層又は複数層（図示せず。）を介して、ｎ型半導体層２、活性層３、ｐ型半導体層４がこの順に積層され、ｎ型半導体層２にｎ側電極が接続され、ｐ型半導体層４にｐ側電極が接続されて構成される。
ｐ側電極６は、外部回路と接続するために形成される電極であり、基板側を実装基板に実装する場合は、ｐ側電極がワイヤボンディング等によって外部回路と接続される。また、電極配置面側を実装基板に実装する場合は、ｐ側電極は共晶層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）を介して外部回路の電極に接続される。
また、本発明の半導体発光素子においては、例えば、ｐ型半導体層及び活性層、任意にｎ型半導体層の深さ方向の一部が除去されることにより、ｎ型半導体層の表面が露出されている。そして、その露出したｎ型半導体層の表面にｎ側電極７が形成されている。

本発明の半導体発光素子は、図２に示すように、ｐ側電極６とｐ型半導体層４との間に、ｐ側電流拡散部５を有していてもよい。ｐ側電流拡散部５は、導電率の高い材料であることが好ましい。また、ｐ側電流拡散部５は、ｐ型半導体層４に対して接触抵抗が小さい、もしくはオーミック接触となる。
ｐ側電流拡散部５は、可視光（可視領域）において高い光透過性を有する材料を用いることができる。ｐ側電流拡散部５がこのような材料であると、半導体層内を進む光をｐ側電流拡散部を透過させて効率よく電極配置面側へ取り出すことができるので好ましく、このような半導体発光素子は、例えば基板側を実装基板に実装する場合に好ましく用いることができる。このような材料としては、例えば、金属薄膜や導電性酸化物膜などがある。金属薄膜としては、ｐ型半導体層４側から順にＮｉ，Ａｕを積層した金属薄膜、Ｎｉ，Ａｕの合金の薄膜等が挙げられる。また、導電性酸化物膜としては、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む酸化膜が挙げられる。具体的には、ＩＴＯ（ＳｎドープＩｎ₂Ｏ₃）、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＩＦＯ（ＦドープＩｎ₂Ｏ₃）、ＳｎＯ₂、ＡＴＯ（ＳｂドープＳｎＯ₂）、ＦＴＯ（ＦドープＳｎＯ₂）、ＣＴＯ（ＣｄドープＳｎＯ₂）、ＡＺＯ（ＡｌドープＺｎＯ）、ＩＺＯ（ＩｎドープＺｎＯ）、又はＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）などが挙げられるが、特にＩＴＯ（酸化インジウム錫）が、好ましく用いることができる。
また、ｐ側電流拡散部５は、半導体発光素子が発光する光に対する反射率が高い材料を用いることができる。ｐ側電流拡散部５がこのような材料であると、半導体層内を進む光をｐ側電流拡散部によって反射させることができるので好ましく、このような半導体発光素子は、例えば電極配置面側を実装基板に実装する場合に好ましく用いることができる。具体的な材料としては、ロジウム（Ｒｈ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）から選択された少なくとも一種を含む金属又は合金が挙げられる。
なお、上述したｐ側電流拡散部５は、半導体発光素子において、少なくとも第１領域のｐ型半導体層上に略全面を覆うように形成されていることが好ましい。

本発明においては、通常、基板上に半導体層及び電極等を形成することで得られるウェハを、所望の大きさに分割することにより半導体発光素子を得る。
ここで、本発明の半導体発光素子においては、電極配置面側から見て、基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とｐ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｐ側電極とを有する第１領域と、ｎ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｎ側電極とを有する第２領域と、基板が露出してなるとともに、半導体からなる複数の凸部を有する第３領域とを有している。
図２に示すように、上述した電極が形成されたｎ型半導体層及びｐ型半導体層を含む半導体積層構造のうち、ｎ型半導体層からｐ型半導体層までを含む積層構造を有する領域を第１領域１１とし、露出したｎ型半導体層とｎ側電極を含む積層構造を有する領域を第２領域１２とする。さらに、本発明の半導体発光素子は、基板が露出した第３領域１３を有しており、この第３領域には、半導体からなる複数の凸部が設けられている。
このような構成とすることで、半導体発光素子の発光出力が向上すると共に、素子の反りを緩和することができるので、上記のウェハを分割する工程が容易となり、歩留よく製造することができる。
第３領域に凸部を設けることにより、発光出力が向上する理由としては、以下の（１）〜（３）のいずれか１つまたは複数が考えられる。（１）第１領域及び第２領域の半導体層端面から外部に横方向へ出射された光が第３領域の複数の凸部により反射または散乱され発光観測面側へ光が取り出され、（２）基板内を導波する光が基板から第３領域の凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその側面から光が観測面側に取り出され、（３）基板内を導波する光が凸部の根本（基板と凸部との接続部分）にて乱反射され、発光観測面側へ光が取り出されるからである。
また、素子の反りを緩和することができる理由としては、第３領域１３において基板が露出していることにより、この領域において基板と半導体との格子定数、熱膨張係数の差異による引っ張り歪又は圧縮歪を低減しており、基板と半導体との接合面が、この露出した領域によって寸断された状態となっているためである。

また、一般的に、半導体発光素子は、発光観測面側からみて素子の外周が多角形となるように、さらに好ましくは矩形となるように形成されるが、このように素子の外周が多角形の場合において、第１領域１１及び第２領域１２に設けられた半導体層と外周の少なくとも一辺との間に、第３領域１３が位置していることが好ましい。このようにすると、半導体発光素子の第３領域を有する方向の外周付近において全体的に反りを緩和することができるため好ましい。また、このように第１領域及び第２領域と素子の外周との間に第３領域を有するようにすることで、第１領域及び第２領域から上記の素子の第３領域を有する方の外周の一辺に向かって横方向に出射される光を第３領域の凸部によって反射、散乱させることができるため、縦方向へ出射する光を増加させることができる。これにより、発光観測面側へ進む光が増加するため、発光出力が向上する。

さらに、第１領域及び第２領域を、素子の外周から離れた位置となるように配置し、かつ、第１領域及び第２領域と素子の外周との間に第３領域を設けると、全ての外周部において、半導体発光素子の第１領域及び第２領域から外周方向へ出射される光が、第３領域の凸部に当たるため、縦方向へ出射する光を増加させることができる。また、半導体発光素子の全ての外周付近において反りを均一に緩和することができる。

第１領域及び第２領域が第３領域に囲まれている場合、第３領域の凸部は、第１領域及び第２領域を囲むように形成されていることが好ましい。第１領域及び第２領域を第３領域の凸部で囲むことにより、半導体発光素子の第１領域及び第２領域から外周方向へ横方向に出射される全ての光を、第３領域の凸部に当てることができるため、縦方向へ出射する光をさらに増加させることができる。

また、本発明の半導体発光素子は、基板の半導体を有する面と平行な方向の任意の直線上に、少なくとも１つの凸部が配置されていることが好ましい。これは、言い換えると、半導体発光素子を発光観測面側から見て、どのような直線上においても、上記の凸部が少なくとも１つ存在するということになる。これにより、第１領域及び第２領域からの光が凸部に当たることになるので、上記の発光出力向上の効果がより顕著なものとなる。さらに、上記した任意の直線上に、２以上、好ましくは３以上の凸部が配置されていることがより好ましい。
例えば、図８のように、各凸部の幅Ａが、隣接する凸部との間隔Ｂよりも大きくなるように、かつ、凸部２１ａ、２１ｂ、２１ｃのように各凸部が略正三角形の頂点となるように配置することで、効率よく光を反射、散乱させることができる。

凸部は、その横断面形状が、円形、菱形、三角形、六角形等、どのような形状であってもよく、また、その縦断面形状は、三角形、四角形、台形、半円形等、どのような形状であってもよく、凸部自体が基板から電極側にむけて先細であることが好ましい。この場合の凸部の傾斜角（凸部の側面と基板の半導体層積層面がなす角）は、例えば、図２のように、３０°〜８０°が挙げられ、好ましくは４０°〜７０°、さらに好ましくは４５°〜５０°とすることができる。これにより、凸部を設けた領域からの光の取り出し量が増加するので、全体としてより均一な光取り出しが可能となる。また、凸部側面の表面積が増えるので、発光出力が向上すると考えられる。さらに、凸部が徐々に細くなることで、凸部の上面が存在する場合においても、その凸部の上辺、すなわち頂部の表面積が狭くなるので、凸部内部に取り込まれて頂部で全反射される光が少なくなることも発光出力の向上に寄与していると考えられる。

発光観測面側からみて、第３領域における凸部は、１つの凸部と基板との界面の面積を小さくして高密度に設けると、光の進行方向を変えることができる凸部側面の表面積が増えるので、効率よく縦方向の光を増やすことができ、発光出力が向上すると考えられる。なお、発光観測面側から見て、第３領域における凸部の面積が占める面積の割合（詳細には、第３領域における、凸部と基板との界面の面積の占める割合）は、２０パーセント以上、好ましくは３０パーセント以上、さらに好ましくは４０パーセント以上とすることができる。１つの凸部と基板との界面の面積は、３〜３００μｍ^２、好ましくは６〜８０μｍ^２、さらに好ましくは１２〜５０μｍ^２とすることができる。

第３領域に設ける凸部の高さは、少なくとも光を反射することができる程度であればよい。これにより、発光出力が向上する。
凸部頂部は、ｎ型半導体層より高いことが好ましく、ｐ型半導体層と実質的に同じ高さ（図１参照）であることがより好ましい。ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層を有する場合は、活性層とそれに隣接するｎ型半導体層との界面より高いこと、活性層よりもｐ型半導体層側にその頂部が位置すること、あるいはｐ型半導体層と実質的に同じ高さであることがより好ましい。このようにすると、凸部側面の表面積が増えるので、半導体層から横方向に放出された光が、凸部側面に当たりやすくなる。これにより、半導体層から横方向に放出された光が凸部により反射または散乱され、発光観測面側に光の進行方向を変えることができるので、発光出力が向上する。

また、ｐ側電極とｐ型半導体層との間に、ｐ側電流拡散部を有する場合、第３領域の凸部は、ｐ側電流拡散部と実質的に同じ高さとすることもできる。この場合、凸部頂部は、ｐ側電流拡散部と同じ材料を有することが好ましい。ｐ側電流拡散部が、光が透過しやすい材料である場合は、凸部内部に取り込まれた光を凸部頂部から外部へ取り出しやすくなる。また、ｐ側電流拡散部が、発光する光に対する反射率が高い材料である場合は、凸部頂部において光を反射しやすくなる。
このような場合、凸部頂部とｐ側電流拡散部を同じ工程で形成することができる。

第３領域の凸部は、露出した基板上に、半導体層を成長させるなどして、凸部を形成するための特別な工程を行ってもよいが、例えば、上記のような各素子の大きさに分割するために所定の領域を薄膜化する工程等を利用して形成することが好ましい。詳細には、半導体層の表面に、例えば、レジスト膜を塗布して所望のパターンに露光し、残存するレジスト膜をマスクとして用い、第１領域、第２領域、及び第３領域の凸部を形成する領域（第３領域の一部分）以外を基板が露出するまでエッチング等により除去する。これにより、ウェハを分割するために所定の領域を薄膜化すると共に凸部を同時に形成することができるので、工程を簡略化することが可能となる。このようにエッチングにより除去する場合は、半導体層の表面に、円形、三角形、四角形など所定の形状の開口を有するマスクを形成し、このマスクを利用して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）することにより凸部を形成してもよいし、所定の形状を覆うマスクを形成し、このマスクを利用して凸部を形成してもよい。
なお、マスクの材料としては、上述したレジスト以外の有機系材料、金属、酸化物等、特に限定されるものではないが、素子の電気特性の悪化を防ぐことができることから、レジストを用いることが好ましい。

このように、各素子に分割する工程を利用して形成された第３領域の凸部は、第１領域における半導体積層構造と同じ積層構造を備える。しかしながら、第１領域に含まれる活性層は発光する層として機能するが、第３領域の凸部に含まれる活性層は、発光する層として機能しない。これは、第３領域の凸部は、ｐ側電極を有する第１領域とは電気的に絶縁されていることによる。第３領域の凸部の頂部には、ｐ側電極と同じ材料の層を有していてもよいが、この第３領域の凸部は外部回路と電気的に接続されない。

上記のように形成された凸部は、第１領域における半導体積層構造と同じ積層構造となっており、言い換えれば、凸部が材料の異なる複数層からなっている。各層の材料が異なれば、必然的に、各層の屈折率も異なるので、凸部で反射されずに凸部に取り込まれた光が各界面で屈折することで進行方向が変わり、結果として、発光観測面側への発光出力向上に寄与しているものと考えられる。

また、凸部の表面には、半導体発光素子が発光する光を反射することができる程度の厚さの金属からなる膜を有していてもよい。ここで、凸部の表面とは、凸部の半導体が露出した面のことをいう。これにより、凸部に向かう光を凸部表面の金属により反射させることができる。凸部の表面に設ける金属の材料としては、半導体発光素子が発光する光に対する反射率が高いロジウム（Ｒｈ）、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等を用いることが好ましい。また、この凸部の表面に設ける金属とｐ側電極及び／又はｎ側電極が同じ材料であると、これらの電極においても反射率が向上するとともに、同じ工程で形成することができるため、製造工程を簡略化することができる。

また、本発明の半導体発光素子においては、上述したように、ｎ型半導体層の露出した表面である第２領域の表面の一部に、複数の凸部が形成されていてもよい。第２領域に設ける凸部は、ｎ側電極の直下に形成されていてもよいが、第２領域であってｎ側電極を配置する領域以外の領域に形成されていることが適当である。これにより、縦方向へ出射する光を増加させることができるので、結果的に発光観測面側への発光出力を向上させることができる。特に、この第２領域に設ける凸部は、図３、図５及び図６に示すように、半導体発光素子のｎ側電極と第１領域との間に形成されていることが好ましい。特に、ｎ側電極７と対向する第１領域の端面は、比較的発光が強いので、ｎ側電極７と第１領域との間に凸部を設けることにより、この端面から出射される光を凸部によって発光観測面側へ取り出すことができるため、発光出力をさらに向上させることができる。さらに、第２領域のｎ側電極での光の吸収を防止することができる。また、第２領域に上述した凸部を設けることにより、図３、図５及び図６のように、ある第１領域の半導体層の端面から垂直方向に第１領域の半導体層の端面がもう１つ存在するような場合には、第１領域の半導体層の端面から横方向へ出射された光が再び第１領域の半導体層内への取り込まれることを防止することができる。特に、図６のように、第２領域が第１領域に囲まれている場合は、上記の効果がより顕著なものとなる。

また、本発明の半導体発光素子において、第２領域に複数の凸部を形成する場合は、第１領域の一部を例えば第２領域に露出したｎ型半導体層と同じ高さとなる程度まで除去し、除去することで露出したｎ型半導体層の表面に複数の凸部を設けてもよい。
図５に示す半導体発光素子は、ｎ側電極とｐ側電極との間に位置する第１領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極を結ぶＩＩ−ＩＩ’の延長線上において、ｎ側電極側からくびれ部分を有し、第２領域としてｎ型半導体層の表面が露出したくびれ部分に複数の凸部が設けられている。通常、電流はＩＩ−ＩＩ’の延長線に主に流れるが、この半導体発光素子においては、第１領域のＩＩ−ＩＩ’の延長線上の一部をあえて除去し、その除去領域のｎ型半導体層上に複数の凸部を設けることにより、結果的に、発光出力、光の指向性制御を効果的に向上させることができる。これは、直線ＩＩ−ＩＩ’上の一部を除去することにより、電流を半導体積層構造のより広い領域に広げることが可能となるとともに、ＩＩ−ＩＩ’の延長線上から除去した領域における活性層を含む半導体積層構造端面から出射される比較的強い光を、効果的に観測面側に取り出すことができるためと考えられる。

第２領域に凸部を設けることにより、発光観測面側への発光出力が向上する理由としては、以下の（１）〜（３）が考えられる。すなわち、（１）ｎ型半導体層（例えば、ｎ側コンタクト層）内を導波する光がｎ側コンタクト層から凸部内部に光が取り込まれ、凸部の頂部又はその途中部分から光が発光観測面側に取り出され、（２）活性層端面から側面外部に出射された光が複数の凸部により反射または散乱され発光観測面側へ光が取り出され、（３）ｎ側コンタクト層内を導波する光が凸部の根本（ｎ側コンタクト層と凸部の接続部分）にて乱反射され、発光観測面側へ光が取り出されるからである。

第２領域に設ける凸部の形状、大きさ等は、特に限定されるものではないが、第３領域に設ける凸部と同じ構成とすることができる。

以下、本発明の半導体発光素子１０のその他の構成について詳細に説明する。

（基板１）
本発明の半導体発光素子を形成する基板としては、例えば、サファイア、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の公知の絶縁性基板又は導電性基板を用いることができる。なかでも、サファイア基板が好ましい。

（ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層４）
ｎ型半導体層２、ｐ型半導体層４としては、特に限定されるものではないが、例えば、ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等の窒化ガリウム系化合物半導体が好適に用いられる。これらの半導体層は、それぞれ単層構造でもよいが、組成及び膜厚等の異なる層の積層構造、超格子構造等であってもよい。また、ｎ型半導体層２とｐ型半導体層４との間に、活性層３を有していてもよい。活性層は、量子効果が生ずる薄膜を積層した単一量子井戸又は多重量子井戸構造であることが好ましい。

また、通常、このような半導体層は、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合又はＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造又はダブルへテロ構造等として構成されてもよい。半導体層は、例えば、ＭＯＶＰＥ、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）等の公知の技術により形成することができる。また、半導体層の膜厚は特に限定されるものではなく、種々の膜厚のものを適用することができる。

なお、半導体層の積層構造としては、例えば、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層、アンドープＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ側コンタクト層、等が挙げられる。

（ｐ側電極６）
ｐ側電極６は、ｐ型半導体層４の表面の一部が露出するように配置されることが好ましい。
ｐ側電極６の形状は特に限定されるものではなく、例えば、円形、三角形、四角形等の多角形などの種々の形状とすることができる。ｐ側電極６の大きさは特に限定されるものではないが、ワイヤボンディング、またはバンプ、共晶接合等の実装を行える大きさとする。
ｐ側電極６を構成する材料の種類及び形態は特に限定されるものではなく、通常、電極として用いられるものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金の単層膜又は積層膜等が挙げられる。なかでも、抵抗が低いものが好ましく、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ等の単層膜又は積層膜が挙げられる。さらに、ｐ型半導体層４あるいはｐ側電流拡散部５との密着性が良好なもの、例えば、ｐ側電極６とｐ型半導体層４との間にｐ側電流拡散部５としてＩＴＯ膜を設ける場合は、具体的には、Ｗ、Ｒｈ、Ｐｔの単層膜又は積層膜が好ましい。また、反射特性が良好であるもの、具体的には、Ａｇ、Ｒｈの単層膜又は積層膜が好ましい。

（ｎ側電極７）
ｎ側電極７は、ｐ側電極６と同様に、種々のものを用いることができる。また、ｎ側電極７は、ｐ側電極６と同一の材料を用いてもよい。本発明の半導体発光素子のように、ｐ側電極とｎ側電極が同一面側にある構造では、ｐ側電極及びｎ側電極が同じ材料であると、ｐ側電極とｎ側電極を同じ工程で形成することができる。このように同じ製造工程でｐ側電極とｎ側電極を形成すると、製造工程が簡略化され、安価で信頼性の高い半導体発光素子が得られる。

実施例１
この実施例の半導体発光素子を図１及び図２に基づき説明する。図１は本実施例の半導体発光素子を電極側からみた平面図である。また、図２は、図１のＩ−Ｉ’における部分的な断面図である。
本実施例の半導体発光素子１０は、第１領域及び第２領域と素子の外周との間に第３領域が設けられ、第１領域及び第２領域は第３領域に囲まれている。そして、この第３領域には、複数の凸部が形成されている。また、第２領域の一部分が第３領域と隣接している。

この半導体発光素子１０は、サファイア基板１の上に、ＡｌＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）、ノンドープＧａＮ層（図示せず）が積層され、その上に、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層、ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを交互に積層させた超格子のｎ型クラッド層が積層され、さらにその上に、最初にアンドープＧａＮからなる障壁層と続いてＩｎＧａＮからなる井戸層とのＩｎＧａＮからなる第１の障壁層とのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３、ｐ型半導体層４として、ＭｇドープＡｌＧａＮ層とＭｇドープＩｎＧａＮ層とが交互に積層された超格子のｐ型クラッド層、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層がこの順に積層されて構成される。

ｎ型半導体層２の一部の領域においては、その上に積層された活性層３及びｐ型半導体層４が除去され、さらにｎ型半導体層２自体の厚さ方向の一部が除去されて露出しており、その露出したｎ型半導体層２上にｎ側電極７が形成されている。
ｐ型半導体層３上には、ＩＴＯからなるｐ側電流拡散部５と、ｐ側電極６が形成されている。ｐ側電流拡散部５は、ｐ型半導体層４上のほぼ全面に形成されており、ｐ側電極６は、このｐ側電流拡散部５の一部上に形成されている。

この実施例１の半導体発光素子は、以下の製造方法により作製した。
＜半導体層の形成＞
２インチφのサファイア基板１の上に、ＭＯＶＰＥ反応装置を用い、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎよりなるバッファ層を１００Å、ノンドープＧａＮ層を１．５μｍ、ｎ型半導体層２として、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．１６５μｍ、ＧａＮ層（４０Å）とＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｎ型クラッド層を６４０Å、最初に膜厚が２５０ÅのアンドープＧａＮからなる障壁層と続いて膜厚が３０ÅのＩｎ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなる井戸層と膜厚が１００ÅのＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる第１の障壁層と膜厚が１５０ÅのアンドープＧａＮからなる第２の障壁層が繰り返し交互に６層ずつ積層されて形成された多重量子井戸構造の活性層３（総膜厚１９３０Å）、ｐ型窒化物半導体層４として、ＭｇドープＡｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ層（４０Å）とＭｇドープＩｎＧａＮ層（２０Å）とを交互に１０回積層させた超格子のｐ型クラッド層を０．２μｍ、ＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を０．５μｍの膜厚でこの順に成長させ、ウェハを作製する。
得られたウェハを反応容器内で、窒素雰囲気中、６００℃にてアニールし、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層をさらに低抵抗化する。

＜エッチング＞
アニール後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面に所定の形状のマスクを形成し、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、ｎ型コンタクト層の一部を露出させる。

＜ｐ側電流拡散部５の形成＞
マスクを除去した後、スパッタ装置にウェハを設置し、Ｉｎ_２Ｏ_３とＳｎＯ_２との焼結体からなる酸化物ターゲットをスパッタ装置内に設置した。スパッタ装置によって、ウェハのｐ型コンタクト層８のほぼ全面に、ｐ側電流拡散部５としてＩＴＯ膜を１８００Åの膜厚で形成する。

＜ｐ側電極６、ｎ側電極７の形成＞
ｐ側電流拡散部５及びｎ型コンタクト層の上に、レジストにより所定のパターンを有するマスクを形成し、その上に、Ｔｉ、Ｒｈ、Ａｕをこの順に積層し、リフトオフ法により、総膜厚がそれぞれ約７０００Åのｐ側電極６及びｎ側電極７を形成する。

次いで、レジスト膜をマスクとして用いて、エッチング装置でマスクの上からエッチングし、第１領域、第２領域、及び凸部を形成する領域（第３領域の一部分）以外を基板が露出するまでエッチングで除去することにより、第３領域に複数の凸部を形成する。
得られたウエハを所定の箇所で分割することにより、半導体発光素子１０を得る。

以上のようにして形成した実施例１の半導体発光素子は、上記の凸部を設けない半導体発光素子よりも発光出力が向上すると共に、素子の反りを緩和することができるため、歩留が向上する。

実施例２．
この実施例の半導体発光素子を図３及び図４に基づき説明する。図３は本実施例の半導体発光素子を電極側からみた平面図である。また、図４は、図３のＩＩ−ＩＩ’における部分的な断面図である。
本実施例の半導体発光素子は、実施例１の半導体発光素子において、第２領域に複数の凸部を備えること以外は、実施例１と同様に構成される。

本実施例の半導体発光素子は、ｎ型半導体層が露出する第２領域において、ｎ側電極７が配置される領域以外の領域に複数の凸部が形成されている。
なお、本実施例において、上記の第２領域の凸部を形成する工程は、実施例１のｎ型半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と同時に行うことができる。

この半導体発光素子は、第１領域と第２領域の境界において、第１領域の活性層を含む半導体積層構造端面から第２領域へ出射される比較的強い光を、効果的に観測面側に取り出すことができる。また、第１領域とｎ側電極との間に凸部を設けることにより、この凸部によって上記の端面からｎ側電極に向かって出射される光を反射、散乱させることができるため、ｎ側電極での光の吸収を防止することができる。
このような半導体発光素子は、実施例１の半導体発光素子よりも発光出力が向上する。

実施例３．
この実施例の半導体発光素子を図５に基づき説明する。図５は本実施例の半導体発光素子を電極側からみた平面図である。
本実施例の半導体発光素子は、実施例２の半導体発光素子において、第１領域及び第２領域における半導体層の形状が異なること以外は、実施例２と同様に構成される。

本実施例の半導体発光素子は、電極側からみて、ｎ側電極とｐ側電極との間に位置する第１領域に設けられた半導体積層構造が、ｎ側電極とｐ側電極を結ぶＩＩ−ＩＩ’の延長線上において、ｎ側電極側からくびれ部分を有し、第２領域としてｎ型半導体層の表面が露出したくびれ部分に第２領域が設けられている。そして、くびれ部分に露出したｎ型半導体層の表面に複数の凸部が設けられている。
なお、本実施例において、上記のくびれ部分及び第２領域の凸部を形成する工程は、実施例１のｎ型半導体層の一部を露出させるためのエッチング工程と同時に行うことができる。

この半導体発光素子は、電流を半導体積層構造のより広い領域に広げることが可能となるとともに、ＩＩ−ＩＩ’の延長線上から除去した領域における活性層を含む半導体積層構造端面から出射される比較的強い光を、効果的に観測面側に取り出すことができるため、実施例１の半導体発光素子よりもさらに発光出力が向上する。

実施例１乃至３で示した半導体発光素子は、電極側から見て、外形が長方形であり、さらにその長手方向の両端の略中央にｎ側電極及びｐ側電極がそれぞれ配置された構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、四角形の対角線上に、ｎ側電極及びｐ側電極がそれぞれ配置された構成とすることもできる。

実施例４．
この実施例の半導体発光素子を図６及び図７に基づき説明する。図６は本実施例の半導体発光素子を電極側からみた平面図である。また、図７は、図６のＩＩＩ−ＩＩＩ’における部分的な断面図である。
本実施例の半導体発光素子は、実施例２の半導体発光素子において、素子の外形が異なること以外は、実施例２と同様に構成される。
図６に示すように、第１領域のｐ側電極６及び第２領域のｎ側電極７は、それぞれの一部分から延伸した延伸部を備えている。これにより、第１領域の半導体層全体に効率よく電流を注入することができ、効率よく発光させることができる。

本発明の半導体発光素子は、電極側からみて、第２領域が第１領域に囲まれている。さらに、第１領域は第３領域に囲まれている。
この半導体発光素子においては、第１領域の半導体側面から第２領域へ横方向に出射される光、第１領域の半導体層から第２領域のｎ型半導体層内へ横方向に進む光を、第２領域の凸部で反射させて発光観測面側へ取り出すことができる。また、第１領域の半導体層側面から第３領域へ横方向に出射される光を、第３領域の凸部で反射させて発光観測面側へ取り出すことができる。
この半導体発光素子においても、発光出力が向上すると共に、素子の反りを緩和することができるので、歩留が向上する。

本発明における半導体発光素子の一実施形態を模式的に示す平面図である。 図１のＩ−Ｉ’線における部分的な断面図である。 本発明における半導体発光素子の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図３のＩＩ−ＩＩ’線における部分的な断面図である。 本発明における半導体発光素子の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 本発明における半導体発光素子の他の実施形態を模式的に示す平面図である。 図６のＩＩＩ−ＩＩＩ’線における部分的な断面図である。 第３領域に設ける複数の凸部の配置例を示す平面図である。

符号の説明

１ サファイア基板
２ ｎ型半導体層
３ 活性層
４ ｐ型半導体層
５ ｐ側電流拡散部
６ ｐ側電極
７ ｎ側電極
１０ 半導体発光素子
１１ 第１領域
１２ 第２領域
１３ 第３領域
２１、２２ 凸部

Claims (10)

1. 基板上に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層と該ｐ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｐ側電極とを有する第１領域と、ｎ型半導体層とｎ型半導体層の少なくとも一部に接続されてなるｎ側電極とを有する第２領域と、第３領域とからなる半導体発光素子であって、
   前記第３領域は、前記基板が露出してなるとともに、半導体からなる複数の凸部を有することを特徴とする半導体発光素子。
2. 前記半導体発光素子は、電極側からみて外周が多角形であり、前記第３領域が、前記第１領域及び第２領域と前記外周の少なくとも一辺との間に位置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。
3. 前記第１領域及び第２領域は、第３領域に囲まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体発光素子。
4. 前記第２領域は、少なくとも一部が前記第３領域に隣接していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体発光素子。
5. 前記第２領域は、第１領域に囲まれていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体発光素子。
6. 前記基板の半導体を有する面と平行な方向の任意の直線上に、前記第３領域の凸部を少なくとも１つ有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体発光素子。
7. 前記第３領域の凸部は、表面に金属膜を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子。
8. 前記第２領域は、前記ｎ型半導体層が露出された領域に、半導体からなる複数の凸部を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体発光素子。
9. 前記第２領域の凸部は、表面に金属膜を有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。
10. 前記凸部は、基板側から電極側にむけて先細であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体発光素子。
    
    

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